JP2012526195A - すべり軸受材料 - Google Patents

Abstract

本発明は、すべり軸受におけるＣｕＦｅ_２Ｐの使用、またはすべり軸受材料としてのＣｕＦｅ_２Ｐの使用に関する。本発明はさらに、支持層と、ＣｕＦｅ_２Ｐをベースとする軸受金属層（３）と、を含む、すべり軸受複合材料（１）に関する。

Description

本発明は、ＣｕＦｅ_２Ｐをベースとするマトリックスを有する無鉛すべり軸受材料に関する。本発明はさらに、スチール支持層と当該ＣｕＦｅ_２Ｐすべり軸受材料によって作製された軸受層とを含むすべり軸受複合材料、ならびにＣｕＦｅ_２Ｐをベースとするスライド部材に関する。

銅、特に青銅をベースとする無鉛の焼結すべり軸受材料は、鉛を含有する同様の材料と比較した場合、良好な熱伝導性ならびに高い耐摩耗性および耐腐食性を有することでよく知られている。このような材料は、鉛が環境に対して有害な汚染物質として分類されているため、鉛を含有するすべり軸受材料を置き換えようとする要望から開発されてきた。すべり軸受材料中の鉛は、固体潤滑剤の機能を有している。したがって、当該固体潤滑を置き換えることが必要とされる。他方で、単一相の青銅材料は、混合摩擦条件下で焼付きやすさを高める場合がある。このような面から、様々な組成物が、文献および実用途の両方において検討されてきている。

例えば、特許文献１には、焼結銅または焼結銅合金のマトリックス中にＡｌＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＮｉＢ、Ｆｅ_２Ｂ、ＳｉＣ、ＴｉＣ、ＷＣ、Ｓｉ_３Ｎ_４、Ｆｅ_３Ｐ、Ｆｅ_２Ｐ、および／またはＦｅ_３Ｂの粒子を分散させた銅ベースのスライド材料が記載されている。当該スライド材料を作製するために、銅または銅合金の粉末が、例えば、ＡｌＮ粒子（Ｈｖ：１，３００、粒径：例えば０．５μｍ）およびＦｅ_３Ｐ粒子（Ｈｖ：８００、粒径：例えば５μｍ）と混合され、当該混合物が焼結させられている。当該混合物中および当該スライド材料中における、５００〜１，０００の平均硬度（Ｈｖ）を有する粒子（すなわち、Ｆｅ_３Ｐ、Ｆｅ_２Ｐ、および／またはＦｅ_３Ｂ）の重量比および平均粒径は、１，１００以上の高い硬度（Ｈｖ）を有する粒子（すなわち、ＡｌＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＮｉＢ、Ｆｅ_２Ｂ、ＳｉＣ、ＴｉＣ、ＷＣ、および／またはＳｉ_３Ｎ_４）の重量比および平均粒径より大きくなるように選択されている。

特許文献２には、別の銅ベースのスライド材料が記載されている。当該材料は、１．０〜１５重量％のＳｎ、０．５〜１５重量％のＢｉ、および０．０５〜５重量％のＡｇを含有しており、ＡｇおよびＢｉは共晶状態になっている。必要であれば、当該スライド材料には、１．５〜７０μｍの平均粒径を有するＦｅ_３Ｐ、Ｆｅ_２Ｐ、ＦｅＢ、ＮｉＢ、および／またはＡｌＮ粒子を１〜１０重量％含有させてもよい。

上記とは対照的に、ＣｕＦｅ_２Ｐは、主にエレクトロニクス産業（例えば、接点材料として）において、ならびに熱交換材料として使用されている。例えば、特許文献３には、０．０１〜３重量％のＦｅおよび０．０１〜０．３重量％のＰを含有し、かつ特別な配向を有するＣｕ−Ｆｅ−Ｐ合金で作製された電子部品用のプレートが記載されている。当該文献において、ＣｕＦｅ_２Ｐは、好適な銅合金として言及されている。特許文献４には、特別なＣｕ−Ｆｅ−Ｐ合金で作製された、フラットパネルディスプレイのためのスパッタターゲットが記載されている。

欧州特許出願公開第０９６２５４１号明細書 国際公開第２００８／１４０１００号パンフレット 米国特許出願公開第２００９／００１０７９７号明細書 米国特許出願公開第２００６／００９１７９２号明細書 独国特許第１０２００７０３３９０２号明細書

本発明は、銅ベースの材料の利点を有し、かつ鉛を使用することなく機能するすべり軸受材料を提供するという目的に基づくものである。当該すべり軸受材料は、良好な機械加工性を有し、軸受の焼付きを防ぐものであるべきである。さらに、当該すべり軸受材料は、容易に製造され、一般的な支持層へ適用されることが望ましい。

驚くべきことに、ＣｕＦｅ_２Ｐを使用することにより、高い熱伝導性および良好な機械特性を有するすべり軸受が得られるということが見出された。

したがって、本発明は、ＣｕＦｅ_２Ｐをすべり軸受に、またはすべり軸受材料として用いることに関する。本発明はさらに、当該すべり軸受材料を含むすべり軸受複合材料およびすべり軸受に関する。

図１は、本発明のすべり軸受材料を含む半周軸受を示す図である。 図２は、図１の軸受の半周軸受の断面を拡大して示す図である。

ＣｕＦｅ_２Ｐ（ＣＷ１０７Ｃ、Ｃ１９４００）は、ＤＩＮ ＥＮ仕様に従って、２．１〜２．６重量％のＦｅ、０．０５〜０．２重量％のＺｎ、０．０１５〜０．１５重量％のＰ、最高０．０３重量％までのＰｂ、および最高０．２％までの他の成分を含有する銅合金である。本発明の目的に対して好適な合金は、Ｗｉｅｌａｎｄ−Ｋ６５（登録商標）の名称で入手可能であり、以下の組成（おおよその値）を有する。

ＣｕＦｅ_２Ｐの比熱容量は以下の通りである。

（Ｄｅｕｔｓｃｈｅ ＫｕｐｆｅｒｉｎｓｔｉｔｕｔからのＣｕＦｅ_２Ｐに関する情報を参照のこと）

本発明によれば、ＣｕＦｅ_２Ｐをすべり軸受材料として使用する。

本発明のすべり軸受材料を作製する時には、ＣｕＦｅ_２Ｐを焼結させ、または鋳造するのが好ましい。焼結は、９５０〜９８０℃の温度で実施するのが好ましい。

焼結および／または鋳造によってＣｕＦｅ_２Ｐから本発明のすべり軸受材料を調製する際に、硬質な複数のＦｅ_２Ｐ粒子が形成され、これらが、マトリックス中に存在している。特許文献１とは異なり、これらは、特別な工程によって組み入れる必要がない。これらの硬質な粒子によって、高い耐摩耗性が生じさせられる。それらは、例えば、軸受をドリル加工する時に、材料の機械加工性を向上させるのに役に立つチップブレーカとしても有用である。Ｆｅ_２Ｐ粒子が存在することにより、逆方向に移動している要素に対して良好な研磨特性が得られ、その結果、当該すべり軸受の焼付き、ならびに反対方向に移動している要素への軸受材料の、起こり得る移行、およびそれに結びついた、当該要素への当該軸受の固着が防止される。

本発明のすべり軸受材料の別の利点は、その高い熱伝導性であり、これは、例えば、すべり軸受において頻繁に使用される鋳造ＣｕＮｉ_２Ｓｉより２倍高い。ＣｕＳｎ_８Ｎｉ、ＣｕＳｎ_１０Ｂｉ_３．５およびＣｕＰｂ_２３Ｓｎ_３のような一般的な焼結材料と比べた場合、熱伝導性は最高５倍までだけ高い。これにより、軸受において発生した熱が良好に放出され、したがって、混合摩擦条件下において軸受材料への損傷につながるオーバーヒートが生じる可能性が低くなる。軸受において発生する熱が良好に放出されることにより、粘性および潤滑挙動の変化を生じさせる場合がある、軸受中に存在する油への熱による影響も避けられる。

高い熱伝導性およびＦｅ_２Ｐの硬質な粒子による研磨作用の相互作用により、両方の効果が、逆方向に移動している要素へのすべり軸受材料の固着を減らすために、軸受の焼付きを特に効果的に抑制することができる。この効果は、本発明の好ましい実施形態では、付加的な硬質な粒子を組み入れることにより高められ得る。

好適な硬質な粒子の例としては、ＡｌＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＮｉＢ、Ｆｅ_２Ｂ、ＳｉＣ、ＴｉＣ、ＷＣ、Ｗ_２Ｃ、Ｍｏ_２Ｃ、ｃ−Ｂｎ、ＭｏＳｉ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４、Ｆｅ_３Ｐ、Ｆｅ_２Ｐ、Ｆｅ_３Ｂ、ＴｉＯ_２、およびＺｒＯ_２の粒子が挙げられる。

別の好ましい実施形態において、本発明のすべり軸受材料は、さらに、ｈ−ＢＮまたはグラファイトのような固体潤滑剤を含有している。そのような固体潤滑剤の添加により、摩擦係数が低下し、したがって、軸受における熱の発生が低減される。固体潤滑剤としてｈ−ＢＮを使用する場合、例えば、特許文献５に記載されている粒子を使用することができ、なお、特許文献５の開示内容は、参照により本明細書に組み入れられる。

本発明はさらに、すべり軸受複合材料に関する。図１および図２は、スチール製であるのが好ましい支持層（２）と、軸受の金属層として、ＣｕＦｅ_２Ｐ中に形成されたＦｅ_２Ｐ粒子（４）を含むＣｕＦｅ_２Ｐベースの、上記のすべり軸受材料（３）とを含む本発明のすべり軸受複合材料で作製された半周軸受（１）を示している。当該軸受の金属層の厚さは、０．１〜１．０ｍｍであるのが好ましく、０．３〜０．５ｍｍであるのが特に好ましい。

７〜２０μｍの厚さを有するスライド層を、上記のすべり軸受材料で作製された軸受の金属層上に配置することが好ましい。スライド層上に、１〜１０μｍの厚さを有する慣らし層を配置することが特に好ましい。そのようなスライド層および慣らし層は、当業者に周知であり、すべり軸受において一般的に使用されている。

別の面において、本発明は、前述のすべり軸受複合材料を含むすべり軸受にも関する。

実施例１
当該すべり軸受材料を作製するために、最初のステップにおいて、ＣｕＦｅ_２Ｐ粉末をスチール支持層に付け、９５０〜９８０℃で焼結させる。次いで、０．５％未満の空隙率値が得られるように、当該材料を圧延ステップによって圧縮する。焼結層を馴染ませるため、９５０〜９８０℃で焼結を繰り返し、２回目の圧延ステップにより、当該層の硬度を９０〜１５０ＨＢＷ１／５／３０に調節し、また空隙率の値を０．３％未満に調節する。

実施例２
すべり軸受材料を作製するために、ＣｕＦｅ_２Ｐをその融点である１０８９℃より高い温度に加熱して溶融させる。次いで、当該溶融物を１１５０〜１２５０℃の温度のスチール支持層上に注ぐ。

次に、当該層の表面を、当業者に公知のやり方で機械加工して滑らかにしてもよく、任意に、１回以上の圧延ステップによって所望の硬度に調節してもよい。

Claims (11)

1. すべり軸受におけるＣｕＦｅ_２Ｐの使用。
2. すべり軸受材料としてのＣｕＦｅ_２Ｐの使用。
3. ＣｕＦｅ_２Ｐを鋳造材料として使用する、請求項１または２に記載の使用。
4. ＣｕＦｅ_２Ｐを焼結材料として使用する、請求項１から３のいずれか１つに記載の使用。
5. ＣｕＦｅ_２Ｐを９５０〜９８０℃の温度で焼結する、請求項４に記載の使用。
6. ＣｕＦｅ_２Ｐベースの材料に硬質な粒子を導入する、請求項１から５のいずれか１つに記載の使用。
7. ＡｌＮ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＮｉＢ、Ｆｅ_２Ｂ、ＳｉＣ、ＴｉＣ、ＷＣ、Ｗ_２Ｃ、Ｍｏ_２Ｃ、ｃ−Ｂｎ、ＭｏＳｉ_２、Ｓｉ_３Ｎ_４、Ｆｅ_３Ｐ、Ｆｅ_２Ｐ、Ｆｅ_３Ｂ、ＴｉＯ_２、およびＺｒＯ_２の粒子を導入する、請求項６に記載の使用。
8. 材料に固体潤滑剤を導入する、請求項１から７のいずれか１つに記載の使用。
9. 前記固体潤滑剤としてｈ−ＢＮまたはグラファイトを使用する、請求項８に記載の使用。
10. スチール製であるのが好ましい支持層（２）と、
    請求項２から９のいずれか１つに記載のすべり軸受材料で作製された軸受金属層（３）と、
    を含む、すべり軸受複合材料（１）。
11. 請求項１０に記載のすべり軸受複合材料を含む、スライド部材またはすべり軸受。

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