JP2017193781A - Sintered bearing for fuel pump and method of manufacturing the same - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、耐食性および耐摩耗性に優れ、高強度を有する燃料ポンプ用焼結軸受およびその製造方法に関する。 The present invention relates to a sintered bearing for a fuel pump having excellent corrosion resistance and wear resistance and high strength, and a method for manufacturing the same.
従来、例えば、燃料としてガソリンや軽油などを用いるエンジンには電動燃料ポンプが使用されている。近年、ガソリンや軽油などの燃料を用いる電動燃料ポンプを備えたエンジンは、世界各地で広く使用されており、使用されるガソリンや軽油などの品質は世界の各地域で異なっており、粗悪なガソリンが使用されている地域も多い。粗悪なガソリンの一種として有機酸を含むガソリンおよびバイオ燃料が知られているが、電動燃料ポンプに銅系焼結軸受を使用した場合、このような粗悪ガソリンに含まれている有機酸やバイオ燃料により、銅系焼結軸受が腐食される。この腐食は、軸受表面に開口する気孔の開口部周辺およびこの気孔の内面、さらには軸受の内部に内在し、かつ表面から内部に連通している気孔の内面などに進行して軸受の強度を低下させ、銅系焼結軸受の寿命が短くなる。 Conventionally, for example, an electric fuel pump is used for an engine using gasoline or light oil as fuel. In recent years, engines equipped with electric fuel pumps that use fuel such as gasoline and light oil have been widely used in various parts of the world, and the quality of gasoline and light oil used is different in each region of the world. There are many areas where is used. Gasoline and biofuel containing organic acids are known as a kind of bad gasoline, but when using a copper-based sintered bearing in the electric fuel pump, organic acids and biofuels contained in such bad gasoline As a result, the copper-based sintered bearing is corroded. This corrosion progresses to the periphery of the pore opening that opens on the bearing surface and the inner surface of the pore, and further to the inner surface of the pore that exists inside the bearing and communicates from the surface to the inner surface. The life of the copper-based sintered bearing is shortened.
さらに、近年、自動車などのエンジンの小型化、軽量化はめざましく、これに伴って、燃料ポンプにも小型化および軽量化が求められ、これに組込まれる焼結軸受もコンパクト化が求められる。例えば、電動燃料ポンプでは、吐出性能を確保しつつ小型化するには、回転数を高める必要があり、これに伴い、燃料ポンプ内に取り込まれたガソリンなどの燃料が狭い隙間の流通路を高圧かつ高速で通過することになり、このような条件下では、焼結軸受にコンパクト化と共に一層の高強度と耐摩耗性、摩擦特性および耐腐食性が要求されることになる。このため、従来の銅系焼結軸受は、高強度を有するが、特に耐腐食性については十分ではない。 Furthermore, in recent years, engines such as automobiles have been remarkably reduced in size and weight, and accordingly, fuel pumps are also required to be reduced in size and weight, and sintered bearings incorporated therein are also required to be reduced in size. For example, in an electric fuel pump, it is necessary to increase the number of rotations in order to reduce the size while ensuring the discharge performance, and accordingly, the fuel such as gasoline taken into the fuel pump has a high pressure in the flow passage with a narrow gap. Under such conditions, the sintered bearing is required to be compact and have higher strength, wear resistance, friction characteristics, and corrosion resistance. For this reason, the conventional copper-based sintered bearings have high strength but are not particularly satisfactory in terms of corrosion resistance.
このような用途に使用する焼結軸受として、例えば、特許文献1には、Cu−Ni−Sn−C−P系の焼結軸受が公開されている。
As a sintered bearing used for such an application, for example,
一方、機械的特性と耐食性に優れた焼結軸受として、アルミニウム青銅系の焼結軸受が知られている。この焼結軸受では、焼結時に昇温する過程で表面に酸化アルミニウム膜が生成しアルミニウムの拡散を阻害するために十分な耐腐食性と強度を有する焼結体を容易に得ることができないという問題がある。特許文献2には、前記問題を改良するために、焼結アルミニウム含有銅合金用混合粉末およびその製造方法に関する技術が公開されている。
On the other hand, an aluminum bronze sintered bearing is known as a sintered bearing having excellent mechanical properties and corrosion resistance. With this sintered bearing, an aluminum oxide film is formed on the surface in the process of raising the temperature during sintering, and a sintered body having sufficient corrosion resistance and strength to inhibit aluminum diffusion cannot be easily obtained. There's a problem.
特許文献1に記載されたCu−Ni−Sn−C−P系の焼結軸受では、強度や耐摩耗性は向上するが、耐食性の面では十分なものとはいえない。また、希少金属であるNiを含有するので、コスト面でも問題がある。
The Cu—Ni—Sn—C—P based sintered bearing described in
特許文献2に記載されたアルミニウム含有銅合金粉末は成形性および焼結性に優れたものであるが、当該アルミニウム含有銅合金粉末を用いたアルミニウム青銅系焼結軸受として、安定した耐腐食性、機械的特性、コンパクト化、低コスト化を満たす多量生産に適した製品を得るためには、更なる検討が必要である。
The aluminum-containing copper alloy powder described in
従来の問題に鑑み、本発明は、耐腐食性および強度、耐摩耗性などの機械的特性を向上させると共に、コンパクト化、低コスト化を図った燃料ポンプ用アルミニウム青銅系焼結軸受を提供すること、および生産性がよく、低コストで、多量生産に好適な燃料ポンプ用アルミニウム青銅系焼結軸受の製造方法を提供することを目的とする。
In view of the conventional problems, the present invention provides an aluminum bronze sintered bearing for a fuel pump that is improved in mechanical properties such as corrosion resistance, strength, and wear resistance, and is compact and low in cost. It is another object of the present invention to provide a method for producing an aluminum bronze sintered bearing for a fuel pump that is good in productivity and low in cost and suitable for mass production.
本発明者らは、アルミニウム青銅系焼結軸受およびその製造方法において、軸受機能の向上と共に、コンパクト化、低コスト化、生産性の向上を図るために、焼結による膨張を有効利用するという新規な着想を前提条件として、前述したような常にガソリンと接触する環境下にある燃料ポンプ用焼結軸受おいて、粗悪なガソリンによる硫化腐食、有機酸およびバイオ燃料による腐食を抑制し、かつ、初期なじみ、耐久性等の性能を確保するために、種々の検討と試験評価を行い、以下の知見を得たことにより本発明に至った。
(1)アルミニウム配合量と硫化腐食性の関係では、アルミニウムの配合量が多くなるほど耐腐食性は向上する。これは、アルミニウムの配合量が増えると銅への拡散が増進し耐腐食性が向上すると考えられる。
(2)アルミニウム配合量と有機酸腐食性の関係では、アルミニウムの配合量が多くなるほど耐腐食性は低下する。ただし、アルミニウムの配合量が9.0質量%付近から重量変化率が穏やかになる。
(3)アルミニウムの配合量とアルミニウム青銅組織の関係では、アルミニウムの配合量は多くなるほどβ相の割合が多くなる。β相は565℃で共析変態し、α相とγ相になり、アルミニウム配合量が多くなるほどγ相の割合が多くなる。γ相は耐有機酸腐食性、初期なじみ性を低下させるので、銅源として、アルミニウム―銅合金粉末を用い、銅単体の粉末を添加しない場合は、γ相とα相との比を、0<γ相/α相≦0.10とする。
(4)焼結温度と耐腐食性の関係では、焼結温度を高くするとアルミニウムの拡散が増進し耐腐食性が向上する。
(5)添加剤である燐は、焼結過程でのアルミニウムの拡散の促進で、アルミニウム量を減らすことができ耐腐食性と初期なじみを劣化するアルミニウム組織のγ相の析出を削減できることが考えられる。
(6)アルミニウムの配合量と初期なじみ時間および摩擦係数との関係では、アルミニウムの配合量と初期なじみ時間および摩擦係数は比例関係にある。これは、アルミニウムの配合量が増加するとγ相が増加することが考えられる。
In the aluminum bronze-based sintered bearing and the manufacturing method thereof, the present inventors have proposed a novel method in which expansion due to sintering is effectively used in order to improve the bearing function and to reduce the size, cost, and productivity. As a precondition, the sintered bearings for fuel pumps that are always in contact with gasoline as described above can suppress sulfidation corrosion due to poor gasoline, corrosion due to organic acids and biofuels, and the initial stage. In order to secure the familiarity, durability, and other performances, various investigations and test evaluations were performed, and the following knowledge was obtained, leading to the present invention.
(1) In the relationship between the amount of aluminum blended and sulfide corrosion resistance, the corrosion resistance improves as the amount of aluminum blended increases. This is considered that when the compounding amount of aluminum increases, diffusion into copper increases and corrosion resistance improves.
(2) In the relationship between the aluminum blending amount and the organic acid corrosion resistance, the corrosion resistance decreases as the aluminum blending amount increases. However, the rate of change in weight becomes moderate when the blending amount of aluminum is around 9.0% by mass.
(3) In the relationship between the blending amount of aluminum and the aluminum bronze structure, the proportion of β phase increases as the blending amount of aluminum increases. The β phase undergoes eutectoid transformation at 565 ° C., becomes an α phase and a γ phase, and the proportion of the γ phase increases as the aluminum content increases. Since the γ phase reduces the resistance to organic acid corrosion and the initial conformability, when the copper source is an aluminum-copper alloy powder and no copper is added, the ratio of the γ phase to the α phase is set to 0. <Γ phase / α phase ≦ 0.10.
(4) Regarding the relationship between the sintering temperature and the corrosion resistance, when the sintering temperature is increased, the diffusion of aluminum is enhanced and the corrosion resistance is improved.
(5) It is considered that phosphorus as an additive can promote the diffusion of aluminum during the sintering process, thereby reducing the amount of aluminum and reducing the precipitation of the γ phase of the aluminum structure that deteriorates the corrosion resistance and initial familiarity. It is done.
(6) Regarding the relationship between the blending amount of aluminum and the initial conforming time and friction coefficient, the blending amount of aluminum, the initial conforming time and the friction coefficient are in a proportional relationship. This is considered that the γ phase increases as the amount of aluminum added increases.
前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、8.5〜10重量%のアルミニウムおよび0.1〜0.6重量%の燐を含有し、残部の主成分を銅とし、不可避不純物を含んだ燃料ポンプ用焼結軸受であって、この焼結軸受は、アルミニウム−銅合金が焼結された組織を有し、かつ前記焼結軸受の表層部の気孔を内部の気孔より小さくしたことを特徴とする。これにより、耐腐食性および強度、耐摩耗性などの機械的特性や油膜形成性、保油性を向上させると共に、コンパクト化、低コスト化を図ることができる。 As a technical means for achieving the above-mentioned object, the present invention contains 8.5 to 10% by weight of aluminum and 0.1 to 0.6% by weight of phosphorus, with the balance being copper as the main component, A sintered bearing for a fuel pump containing inevitable impurities, the sintered bearing having a structure in which an aluminum-copper alloy is sintered, and the pores of the surface layer portion of the sintered bearing are formed from the internal pores. Characterized by being made smaller. As a result, mechanical properties such as corrosion resistance, strength, and wear resistance, oil film formation, and oil retention can be improved, and compactness and cost reduction can be achieved.
また、燃料ポンプ用焼結軸受の製造方法としての本発明は、8.5〜10重量%のアルミニウムおよび0.1〜0.6重量%の燐を含有し、残部の主成分を銅とし、不可避不純物を含んだ燃料ポンプ用焼結軸受の製造方法であって、この製造方法は、原料粉末としてアルミニウム−銅合金粉、電解銅粉および燐−銅合金粉を用い、少なくとも、原料粉末に焼結助剤が添加された圧粉体を成形する成形工程と、前記圧粉体からアルミニウム−銅合金組織を有する焼結体を得る焼結工程と、前記焼結体を寸法整形するサイジング工程とを含んでいることを特徴とする。これにより、生産性がよく、低コストで、多量生産に好適な燃料ポンプ用アルミニウム青銅系焼結軸受の製造方法を実現することができる。これにより製造された燃料ポンプ用焼結軸受は、耐腐食性および強度、耐摩耗性などの機械的特性や油膜形成性、保油性を向上させると共に、コンパクト化を図ることができる。 Further, the present invention as a method for producing a sintered bearing for a fuel pump contains 8.5 to 10% by weight of aluminum and 0.1 to 0.6% by weight of phosphorus, and the remaining main component is copper. A method for producing a sintered bearing for a fuel pump containing inevitable impurities, which uses aluminum-copper alloy powder, electrolytic copper powder, and phosphorous-copper alloy powder as raw material powder, and at least calcined the raw material powder. A forming step for forming a green compact to which a binder is added, a sintering step for obtaining a sintered body having an aluminum-copper alloy structure from the green compact, and a sizing step for dimensioning the sintered body, It is characterized by including. As a result, it is possible to realize a method for manufacturing an aluminum bronze sintered bearing for a fuel pump that is good in productivity, low in cost, and suitable for mass production. The sintered bearing for a fuel pump manufactured in this manner can improve mechanical properties such as corrosion resistance, strength, and wear resistance, oil film formation, and oil retention, and can be made compact.
上記のアルミニウム−銅合金の組織は、α相を有していることが好ましい。α相は、耐有機酸腐食性、初期なじみ性に対して有効なものである。 The structure of the aluminum-copper alloy preferably has an α phase. The α phase is effective for resistance to organic acid corrosion and initial conformability.
上記のアルミニウム−銅合金の組織(以下、アルミニウム青銅組織ともいう)は、銅源として、アルミニウム―銅合金粉末を用い、銅単体の粉末を添加しない場合は、γ相とα相との比γ相/α相を、0<γ相/α相≦0.10とすることが好ましい。0<γ相/α相≦0.10の範囲であれば、耐有機酸腐食性、初期なじみ性に優れる。 The above-described aluminum-copper alloy structure (hereinafter also referred to as aluminum bronze structure) uses an aluminum-copper alloy powder as a copper source. The phase / α phase is preferably 0 <γ phase / α phase ≦ 0.10. In the range of 0 <γ phase / α phase ≦ 0.10, the organic acid corrosion resistance and initial conformability are excellent.
上記の黒鉛の配合量として、アルミニウム、燐、残部の主成分を銅とする原料粉末および不可避不純物の合計100重量%に対して、3〜10重量%添加されていることが好ましく、例えば、3〜5重量%添加されているものが使用可能である。3重量%未満では、燃料ポンプ用焼結軸受として黒鉛添加による潤滑性、耐摩耗性の向上効果が得られない。一方、5重量%を超えると、例えばアルミニウムの銅への拡散が阻害され始めることが懸念される。黒鉛の添加量が10重量%を超えると、アルミニウムの銅への拡散が阻害されるので、考慮が必要である。耐摩耗性については、黒鉛の添加量を増量すると耐摩耗性が向上するが、黒鉛の添加量10重量%から摩耗量が若干多くなり、材料強度の低下が原因と考えられる。 As a blending amount of the above graphite, it is preferable that 3 to 10% by weight is added to 100% by weight of the total of aluminum, phosphorus, the raw material powder having copper as the main component and the inevitable impurities, for example, 3%. What is added to 5% by weight can be used. If it is less than 3% by weight, the effect of improving lubricity and wear resistance by adding graphite cannot be obtained as a sintered bearing for a fuel pump. On the other hand, when it exceeds 5% by weight, there is a concern that, for example, diffusion of aluminum into copper starts to be inhibited. If the added amount of graphite exceeds 10% by weight, diffusion of aluminum into copper is hindered, so it must be taken into consideration. As for the wear resistance, the wear resistance is improved when the amount of graphite added is increased, but the amount of wear is slightly increased from the amount of graphite added of 10% by weight, which is considered to be caused by a decrease in material strength.
上記の前記黒鉛粉は、天然黒鉛、又は人造黒鉛の微粉を樹脂バインダで造粒後粉砕し、粒径145メッシュ以下の黒鉛粉末にしたものが好ましい。一般的に黒鉛を4重量%以上添加すると成形することができないが、造粒黒鉛を使用することで成形を可能にした。 The graphite powder is preferably natural graphite or artificial graphite fine powder granulated with a resin binder and then pulverized into a graphite powder having a particle size of 145 mesh or less. In general, when 4% by weight or more of graphite is added, molding cannot be performed, but molding is enabled by using granulated graphite.
上記の燃料ポンプ用焼結軸受には、焼結助剤としての錫を添加しないことが好ましい。錫はアルミニウムの拡散を妨げるので好ましくない。 It is preferable not to add tin as a sintering aid to the fuel pump sintered bearing. Tin is not preferred because it prevents the diffusion of aluminum.
上記の燃料ポンプ用焼結軸受において、アルミニウムの含有量を9〜9.5重量%とするとさらに好ましい。燃料ポンプ用焼結軸受として、アルミニウムの含有量が8.5〜10重量%であれば使用可能であり、9〜9.5重量%は最適な範囲である。 In the sintered bearing for a fuel pump, the aluminum content is more preferably 9 to 9.5% by weight. As a sintered bearing for a fuel pump, it can be used if the aluminum content is 8.5 to 10% by weight, and 9 to 9.5% by weight is the optimum range.
上記の焼結助剤として、前記アルミニウム−銅合金粉、電解銅粉および燐−銅合金粉からなる原料粉末の合計100重量%に対して、フッ化アルミニウムおよびフッ化カルシウムを合計で0.05〜0.2重量%添加することが好ましい。0.05重量%未満では、焼結助剤としての効果が不十分となり、緻密で適宜の強度を有する焼結体が得られない。一方、0.2重量%を超えると、それ以上添加しても焼結助剤としての効果は頭打ちとなり、コスト的な観点から0.2重量%以下に止めることが好ましい。 As a sintering aid, a total of 0.05% of aluminum fluoride and calcium fluoride is used with respect to 100% by weight of the raw material powder made of the aluminum-copper alloy powder, electrolytic copper powder and phosphorous-copper alloy powder. It is preferable to add ~ 0.2% by weight. If it is less than 0.05% by weight, the effect as a sintering aid is insufficient, and a dense sintered body having an appropriate strength cannot be obtained. On the other hand, if it exceeds 0.2% by weight, the effect as a sintering aid will reach its peak even if it is added more, and it is preferable to keep it to 0.2% by weight or less from the viewpoint of cost.
上記のアルミニウム−銅合金粉の平均粒径d1と電解銅粉の平均粒径d2との比d2/d1を2〜3とすることが好ましい。比d2/d1がこの範囲にあると、アルミニウムを銅に十分拡散させることができ、耐腐食性に優れる。 The ratio d2 / d1 between the average particle diameter d1 of the aluminum-copper alloy powder and the average particle diameter d2 of the electrolytic copper powder is preferably 2 to 3. When the ratio d2 / d1 is within this range, aluminum can be sufficiently diffused into copper, and the corrosion resistance is excellent.
上記の電解銅粉は、粉末形状が異なるもので構成され、アスペクト比が2以上の電解銅粉の割合W1と2未満の電解銅粉の割合W2との比W2/W1を3〜9とすることが好ましい。アスペクト比が2以上の電解銅粉は、アルミニウムの拡散のためには有効であるが、成形性が悪い。比W2/W1が、3未満であると成形性の面から好ましくなく、一方、9を超えるとアルミニウムの拡散が不十分となるので好ましくない。ここで、アスペクト比とは、粉末の長軸長さを粉末の厚みで除した比を意味する。 Said electrolytic copper powder is comprised by what a powder shape differs, and ratio W2 / W1 of the ratio W1 of the electrolytic copper powder whose aspect ratio is 2 or more and the ratio W2 of the electrolytic copper powder less than 2 shall be 3-9. It is preferable. Electrolytic copper powder having an aspect ratio of 2 or more is effective for diffusion of aluminum, but has poor formability. If the ratio W2 / W1 is less than 3, it is not preferable from the viewpoint of moldability, and if it exceeds 9, the aluminum diffusion becomes insufficient, which is not preferable. Here, the aspect ratio means a ratio obtained by dividing the major axis length of the powder by the thickness of the powder.
燃料ポンプ用焼結軸受の製造方法としての第2の発明は、8.5〜10重量%のアルミニウムおよび0.1〜0.6重量%の燐を含有し、残部の主成分を銅とし、不可避不純物を含んだ燃料ポンプ用焼結軸受の製造方法であって、この製造方法は、原料粉末として、銅単体の粉末を添加せず、アルミニウム−銅合金粉および燐−銅合金粉を用い、少なくとも、原料粉末に焼結助剤が添加された圧粉体を成形する成形工程と、前記圧粉体からアルミニウム−銅合金組織を有する焼結体を得る焼結工程と、前記焼結体を寸法整形するサイジング工程とを含んでいることを特徴とする。ここで、原料粉末としての銅単体の粉末を添加せずとは、製造現場において不可避的に含まれる銅単体の粉末は許容する意味で用いる。 2nd invention as a manufacturing method of the sintered bearing for fuel pumps contains 8.5 to 10 weight% of aluminum and 0.1 to 0.6 weight% of phosphorus, and the remainder is made into copper, A method for producing a sintered bearing for a fuel pump containing inevitable impurities, the production method using an aluminum-copper alloy powder and a phosphorus-copper alloy powder as a raw material powder without adding a powder of copper alone, At least a forming step of forming a green compact in which a sintering aid is added to the raw material powder, a sintering step of obtaining a sintered body having an aluminum-copper alloy structure from the green compact, and the sintered body And a sizing process for shaping the dimensions. Here, the phrase “without adding copper powder as a raw material powder” is used in the sense that the powder of copper unavoidably contained at the manufacturing site is allowed.
上記の製造方法としての第2の発明も、生産性がよく、低コストで、多量生産に好適な燃料ポンプ用アルミニウム青銅系焼結軸受の製造方法を実現することができる。また、これにより製造された燃料ポンプ用焼結軸受は、耐腐食性および強度、耐摩耗性などの機械的特性や油膜形成性、保油性を向上させると共に、コンパクト化を図ることができる。さらに、銅単体の粉末が添加されていないので、銅単体が偏った部分が略無くなり、この部分による腐食の発生が回避されると共に、アルミニウム−銅合金粉の粒一つ一つの耐腐食性が向上することにより、さらに厳しい使用環境に対しても耐腐食性を確保することができる。 The second invention as the above manufacturing method can also realize a manufacturing method of an aluminum bronze sintered bearing for a fuel pump that is good in productivity, low in cost, and suitable for mass production. Further, the sintered bearing for a fuel pump manufactured in this way can improve mechanical properties such as corrosion resistance, strength and wear resistance, oil film formation and oil retention, and can be made compact. Furthermore, since the powder of the copper simple substance is not added, the portion where the copper simple substance is biased is substantially eliminated, the occurrence of corrosion due to this part is avoided, and the corrosion resistance of each particle of the aluminum-copper alloy powder is reduced. By improving, corrosion resistance can be ensured even in a more severe use environment.
上記の原料粉末としてのアルミニウム−銅合金粉が、7〜11重量%アルミニウム−銅合金粉末であることが好ましく、例えば8〜10重量%アルミニウム−銅合金粉末であることがより好ましい。これらの場合、アルミニウム−銅合金粉の粒一つ一つ耐腐食性が向上し、燃料ポンプ用焼結軸受全体の耐腐食性が向上する。 The aluminum-copper alloy powder as the raw material powder is preferably 7-11 wt% aluminum-copper alloy powder, and more preferably 8-10 wt% aluminum-copper alloy powder. In these cases, the corrosion resistance of each aluminum-copper alloy powder is improved, and the corrosion resistance of the entire fuel pump sintered bearing is improved.
本発明による燃料ポンプ用焼結軸受は、耐腐食性および強度、耐摩耗性などの機械的特性や油膜形成性、保油性を向上させると共に、コンパクト化、低コスト化を図ることができる。また、本発明による燃料ポンプ用焼結軸受の製造方法は、生産性がよく、低コストで、多量生産に好適な燃料ポンプ用アルミニウム青銅系焼結軸受の製造方法を実現することができる。 The sintered bearing for a fuel pump according to the present invention can improve mechanical properties such as corrosion resistance, strength and wear resistance, oil film formation and oil retention, and can be made compact and cost-effective. In addition, the method for manufacturing a sintered bearing for a fuel pump according to the present invention can realize a method for manufacturing an aluminum bronze sintered bearing for a fuel pump that is good in productivity, low in cost, and suitable for mass production.
さらに、銅単体の粉末を添加せず、アルミニウム−銅合金粉を用いた製造方法としての第2の発明によれば、銅単体が偏った部分が略無くなり、この部分による腐食の発生が回避されると共に、アルミニウム−銅合金粉の粒一つ一つの耐腐食性が向上することにより、さらに厳しい使用環境に対しても耐腐食性を確保することができる。 Furthermore, according to the second invention as a manufacturing method using aluminum-copper alloy powder without adding the powder of copper alone, the portion where the copper simplex is biased is substantially eliminated, and the occurrence of corrosion due to this portion is avoided. In addition, the corrosion resistance of each aluminum-copper alloy powder is improved, so that the corrosion resistance can be ensured even in a more severe use environment.
以下、本発明の燃料ポンプ用焼結軸受についての第1の実施形態およびその製造方法についての第1の実施形態を添付図面に基づいて説明する。燃料ポンプ用焼結軸受についての第1の実施形態を図1〜8に示し、製造方法についての第1の実施形態を図9〜14に示す。 Hereinafter, a first embodiment of a sintered bearing for a fuel pump of the present invention and a first embodiment of a manufacturing method thereof will be described with reference to the accompanying drawings. The 1st embodiment about a sintered bearing for fuel pumps is shown in Drawings 1-8, and the 1st embodiment about a manufacturing method is shown in Drawings 9-14.
図1は、本実施形態に係る焼結軸受が使用される燃料ポンプの概要を示す縦断面図である。電動燃料ポンプ40は、円筒状の金属製ハウジング41の上部にモータ部42が組み込まれ、その下側にポンプ部43が組み込まれている。ハウジング41の上端部には合成樹脂製モータカバー45が加締め固定されている。ハウジング41の下端部には金属製ポンプカバー46およびポンプボデー47が取り付けられている。ハウジング41内のモータカバー45とポンプカバー46との間にモータ部室48が形成され、ポンプカバー46とポンプボデー47との間にポンプ部室49が形成されている。ポンプカバー46は、モータ部室48とポンプ部室49とを区画する区画壁を形成している。
FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an outline of a fuel pump in which a sintered bearing according to this embodiment is used. In the
モータ部室48にはモータのアーマチュア50が配置されている。アーマチュア50の軸52の上下端部は、モータカバー45とポンプカバー46にそれぞれすべり軸受1、2を介して回転自在に支持されている。このすべり軸受1、2が本実施形態の燃料ポンプ用焼結軸受である。
A
ハウジング41に内周面には、マグネット55がアーマチュア50の外周面に対して所定の間隔をあけて固定されている。モータカバー45には、アーマチュア50の整流子50aに摺接するブラシ56がスプリング57により付勢された状態で組み込まれている。ブラシ56は、チョークコイル58を介して外部接続端子(図示省略)と導通されている。モータカバー45には、燃料噴射弁に通じる燃料供給パイプ(図示省略)を接続する吐出口70が設けられている。この吐出口70には、燃料の逆流を阻止するチェックバルブ71がスプリング72により閉止方向に付勢された状態で組み込まれている。
A
ポンプ部43のポンプカバー46とポンプボデー47との間にはプレート74が介在されており、ポンプ部室49が2室に区画されている。この各室にはインペラ75がそれぞれ配置されている。両インペラ75は、軸52の下端部に連結されており、モータ部42によって回転駆動される。ポンプボデー47には吸入口76が設けられており、ポンプカバー46には流通口77が設けられている。
A
燃料ポンプ40は、モータ部42によってポンプ部43のインペラ75を回転させる。これにより、燃料タンク内の燃料が吸入口76よりポンプ部室49に汲み上げられ、この燃料は、ポンプ部43の流路を経てポンプカバー46の流通口77よりモータ部室48に入り、吐出口70から吐出される。したがって、アーマチュア50の軸52を回転自在に支持する本実施形態の燃料ポンプ用焼結軸受1、2は燃料(例えば、ガソリン)と常に接触する環境下にある。図1に示す燃料ポンプ40は、例えば燃料ポンプ40がガソリン等の液体状燃料中に浸されるインタンク方式の燃料ポンプ40である。
The
ここで燃料ポンプの種類について説明すると、燃料ポンプとして、例えば、インタンク方式の燃料ポンプと、アウトタンク方式の燃料ポンプとの二種類の方式のものが挙げられる。 Here, the types of the fuel pump will be described. Examples of the fuel pump include two types of fuel pumps, an in-tank type fuel pump and an out-tank type fuel pump.
インタンク方式の燃料ポンプは、例えば、ガソリン等の液体状燃料の液中に燃料ポンプそのものが浸漬されつつ使用される方式のものである。このため、例えばインタンク方式の燃料ポンプに用いられる焼結軸受1、2は、必ずしも含油されていなくてもよいものであるが、初期摩耗を少しでも抑えるために、インタンク方式の燃料ポンプに用いられる焼結軸受1、2は、含油されたものが用いられることが好ましい。
The in-tank type fuel pump is, for example, a type in which the fuel pump itself is immersed in a liquid fuel such as gasoline. For this reason, for example, the
これに対し、アウトタンク方式の燃料ポンプは、ガソリン等の液体状燃料の液中に燃料ポンプそのものが浸漬されることなく大気中で使用される方式のものである。例えばアウトタンク方式の燃料ポンプに用いられる焼結軸受についても必ずしも含油されていなくてもよいものであるが、初期摩耗を少しでも抑えるために、アウトタンク方式の燃料ポンプに用いられる焼結軸受についても含油されていることが好ましい。 On the other hand, the out-tank type fuel pump is a type that is used in the atmosphere without being immersed in a liquid fuel such as gasoline. For example, sintered bearings used for out-tank fuel pumps are not necessarily oil-impregnated, but in order to suppress initial wear even a little, sintered bearings used for out-tank fuel pumps It is preferable that oil is also impregnated.
本実施形態の燃料ポンプ用焼結軸受の縦断面図を図2に示す。燃料ポンプ用焼結軸受(以下、単に焼結軸受ともいう)1は、内周に軸受面1aを有する円筒状に形成される。焼結軸受1の内周にアーマチュア50(図1参照)の軸52を挿入し、その状態で軸52を回転させると、焼結軸受1の無数の空孔に保持された潤滑油が温度上昇に伴って軸受面1aに滲み出す。この滲み出した潤滑油によって、軸52の外周面と軸受面1aの間の軸受隙間に油膜が形成され、軸52が軸受1によって相対回転可能に支持される。焼結軸受2は、焼結軸受1と形状や寸法などが異なるが機能的には同じであるので、焼結軸受1を例にとって説明し、図2に符号2を併記して焼結軸受2の説明は省略する。
A longitudinal sectional view of the sintered bearing for the fuel pump of this embodiment is shown in FIG. A sintered bearing for a fuel pump (hereinafter also simply referred to as a sintered bearing) 1 is formed in a cylindrical shape having a bearing surface 1a on the inner periphery. When the
本実施形態の燃料ポンプ用焼結軸受1は、各種粉末を混合した原料粉末を金型に充填し、これを圧縮して圧粉体を成形した後、圧粉体を焼結することで形成される。
The
原料粉末は、アルミニウム−銅合金粉末、銅粉末、燐−銅合金粉末、黒鉛粉末と焼結助剤としてのフッ化アルミニウムおよびフッ化カルシウムを混合した混合粉末である。各粉末の詳細を以下に述べる。 The raw material powder is a mixed powder obtained by mixing aluminum-copper alloy powder, copper powder, phosphorus-copper alloy powder, graphite powder, aluminum fluoride and calcium fluoride as sintering aids. Details of each powder are described below.
[アルミニウム−銅合金粉末]
40〜60重量%アルミニウム−銅合金粉末を粉砕し、粒度調整した。アルミニウム−銅合金粉末の粒径は100μm以下で、平均粒径は35μmである。ここで、本明細書において、平均粒径とは、レーザ回析により測定した粒径の平均値を意味する。具体的には、(株)島津製作所製SALD−3100により、5000粉末をレーザ回析で測定したときの粒径の平均値とする。
[Aluminum-copper alloy powder]
40-60 wt% aluminum-copper alloy powder was pulverized to adjust the particle size. The particle size of the aluminum-copper alloy powder is 100 μm or less, and the average particle size is 35 μm. Here, in this specification, an average particle diameter means the average value of the particle diameter measured by laser diffraction. Specifically, it is set as the average value of the particle diameter when 5000 powder is measured by laser diffraction with SALD-3100 manufactured by Shimadzu Corporation.
アルミニウム−銅合金粉末を用いることで、黒鉛、燐等の添加剤の効果を引き出し、焼結軸受材として耐腐食性、強度、摺動特性等に優れる。また、合金化されているので、比重の小さいアルミニウム単体粉体の飛散に伴う取り扱い上の問題はない。 By using the aluminum-copper alloy powder, the effects of additives such as graphite and phosphorus are extracted, and the sintered bearing material is excellent in corrosion resistance, strength, sliding characteristics and the like. Moreover, since it is alloyed, there is no problem in handling due to the scattering of the single powder of aluminum having a small specific gravity.
アルミニウム青銅組織は、α相が最も硫化腐食、有機酸腐食に対する耐腐食性および初期なじみに優れる。40〜60重量%アルミニウム−銅合金粉末を用いることで、黒鉛が添加されても強度が得られ焼結軸受が製造可能となる。組織がγ相になると、耐摩耗性には優れるが、耐有機酸腐食性および初期なじみが劣化する。アルミニウム青銅組織は、γ相とα相との比γ相/α相を、0.10≦γ相/α相≦0.25とすることが好ましい。γ相/α相の比が0.10未満では耐摩耗性が低下し好ましくなく、一方、0.25を超えると初期なじみ性、耐有機酸腐食性が低下するので、好ましくない。 As for the aluminum bronze structure, the α phase is most excellent in corrosion resistance against sulfidation corrosion and organic acid corrosion and excellent in initial familiarity. By using 40-60 wt% aluminum-copper alloy powder, strength can be obtained even when graphite is added, and a sintered bearing can be manufactured. When the structure is in the γ phase, the wear resistance is excellent, but the organic acid corrosion resistance and initial familiarity are deteriorated. In the aluminum bronze structure, the ratio γ phase / α phase between the γ phase and the α phase is preferably 0.10 ≦ γ phase / α phase ≦ 0.25. If the ratio of γ phase / α phase is less than 0.10, the wear resistance decreases, which is not preferable. On the other hand, if it exceeds 0.25, the initial conformability and organic acid corrosion resistance decrease, which is not preferable.
[銅粉末]
銅粉末は、アトマイズ粉、電解粉、粉砕粉があるが、銅にアルミニウムを十分に拡散させるには、樹枝状の電解粉が有効であり、成形性、焼結性、摺動特性に優れる。そのため、本実施形態では、銅粉として電解粉を用いた。また、アルミニウムを銅へ十分に拡散させるためには、粉末形状が異なる電解銅粉を2種類用い、アスペクト比が2以上の電解銅粉の割合W1と2未満の電解銅粉の割合W2との比W2/W1を3〜9とすることが好ましい。アスペクト比が2以上の電解銅粉は、アルミニウムの拡散のためには有効であるが、成形性が悪い。比W2/W1が、3未満であると成形性の面から好ましくなく、一方、9を超えるとアルミニウムの拡散が不十分となるので好ましくない。
[Copper powder]
Copper powder includes atomized powder, electrolytic powder, and pulverized powder. Dendritic electrolytic powder is effective for sufficiently diffusing aluminum in copper, and is excellent in moldability, sinterability, and sliding characteristics. Therefore, in this embodiment, electrolytic powder was used as copper powder. Further, in order to sufficiently diffuse aluminum into copper, two types of electrolytic copper powders having different powder shapes are used, and the ratio W1 of the electrolytic copper powder having an aspect ratio of 2 or more and the ratio W2 of the electrolytic copper powder of less than 2 The ratio W2 / W1 is preferably 3-9. Electrolytic copper powder having an aspect ratio of 2 or more is effective for diffusion of aluminum, but has poor formability. If the ratio W2 / W1 is less than 3, it is not preferable from the viewpoint of moldability, and if it exceeds 9, the aluminum diffusion becomes insufficient, which is not preferable.
本実施形態では、電解銅粉の平均粒径は85μmのものを用いた。前述したアルミニウム−銅合金粉の平均粒径d1と電解銅粉の平均粒径d2との比d2/d1を2〜3とすることが好ましい。比d2/d1がこの範囲にあると、アルミニウムを銅に十分拡散させることができ、耐腐食性に優れる。このため、本実施形態では、アルミニウム−銅合金粉の平均粒径d1を35μm、電解銅粉の平均粒径d2を85μmとした。ただし、これに限ることなく、アルミニウム−銅合金粉末の平均粒径は20〜65μm程度のものが使用可能であり、電解銅粉の粒径は200μm以下で、平均粒径は60〜120μm程度のものが使用可能である。 In this embodiment, the average particle diameter of the electrolytic copper powder is 85 μm. The ratio d2 / d1 between the average particle diameter d1 of the aluminum-copper alloy powder and the average particle diameter d2 of the electrolytic copper powder is preferably 2 to 3. When the ratio d2 / d1 is within this range, aluminum can be sufficiently diffused into copper, and the corrosion resistance is excellent. For this reason, in this embodiment, the average particle diameter d1 of aluminum-copper alloy powder was 35 micrometers, and the average particle diameter d2 of electrolytic copper powder was 85 micrometers. However, the present invention is not limited thereto, and an aluminum-copper alloy powder having an average particle size of about 20 to 65 μm can be used, and the electrolytic copper powder has a particle size of 200 μm or less and an average particle size of about 60 to 120 μm. Things can be used.
[燐合金粉末]
燐合金粉末は、7〜10重量%燐−銅合金粉末を用いた。燐は、焼結時の固液相間の濡れ性を高める効果がある。燐の配合量は、0.1〜0.6重量%、具体的には0.1〜0.4重量%が好ましい。0.1重量%未満では固液相間の焼結促進効果が乏しく、一方、上記の0.6重量%好ましくは0.4重量%を超えると、焼結が進み過ぎてアルミニウムが偏析しγ相の析出が増え焼結体が脆くなる。
[Phosphor alloy powder]
As the phosphorus alloy powder, 7 to 10 wt% phosphorus-copper alloy powder was used. Phosphorus has the effect of increasing the wettability between the solid and liquid phases during sintering. The amount of phosphorus is preferably 0.1 to 0.6% by weight, specifically 0.1 to 0.4% by weight. If the amount is less than 0.1% by weight, the effect of promoting the sintering between the solid and liquid phases is poor. Phase precipitation increases and the sintered body becomes brittle.
[黒鉛粉末]
黒鉛は、主として素地に分散分布する気孔内に遊離黒鉛として存在し、焼結軸受に優れた潤滑性を付与し、耐摩耗性の向上に寄与する。黒鉛の配合量は、アルミニウム、燐、残部の主成分を銅とする原料粉末および不可避不純物の合計100重量%に対して、3〜10重量%が好ましく、例えば3〜5重量%としてもよい。3重量%未満では、燃料ポンプ用焼結軸受として黒鉛添加による潤滑性、耐摩耗性の向上効果が得られない。一方、5重量%を超えると、例えばアルミニウムの銅への拡散が阻害され始めることが懸念される。黒鉛の添加量が10重量%を超えると、材料強度が低下し、アルミニウムの銅への拡散を阻害するので好ましくない。一般的に黒鉛を4重量%以上添加すると成形することができないが、造粒黒鉛を使用することで成形を可能にした。本実施形態では、黒鉛粉末は、天然黒鉛、又は人造黒鉛の微粉を樹脂バインダで造粒後粉砕し、粒径145メッシュ以下の黒鉛粉末を用いた。
[Graphite powder]
Graphite exists mainly as free graphite in pores dispersed and distributed in the base material, imparts excellent lubricity to the sintered bearing, and contributes to improvement of wear resistance. The blending amount of graphite is preferably 3 to 10% by weight, for example, 3 to 5% by weight, based on 100% by weight of the total of aluminum, phosphorus, the raw material powder having copper as the main component and the inevitable impurities. If it is less than 3% by weight, the effect of improving lubricity and wear resistance by adding graphite cannot be obtained as a sintered bearing for a fuel pump. On the other hand, when it exceeds 5% by weight, there is a concern that, for example, diffusion of aluminum into copper starts to be inhibited. When the added amount of graphite exceeds 10% by weight, the material strength is lowered and the diffusion of aluminum into copper is hindered. In general, when 4% by weight or more of graphite is added, molding cannot be performed, but molding is enabled by using granulated graphite. In the present embodiment, the graphite powder used is a graphite powder having a particle size of 145 mesh or less, which is obtained by granulating natural graphite or artificial graphite fine powder with a resin binder.
[フッ化アルミニウムおよびフッ化カルシウム]
アルミニウム−銅合金粉末は、焼結時にその表面に生成する酸化アルミニウムの皮膜が焼結を著しく阻害するが、焼結助剤としてのフッ化アルミニウムおよびフッ化カルシウムは、アルミニウム−銅合金粉末の焼結温度である850〜900℃で溶融しながら徐々に蒸発し、アルミニウム−銅合金粉末の表面を保護して酸化アルミニウムの生成を抑制することにより、焼結を促進しアルミニウムの拡散を増進させる。フッ化アルミニウムおよびフッ化カルシウムは、焼結時に蒸発、揮散するので、焼結軸受の完成品には殆ど残らない。
[Aluminum fluoride and calcium fluoride]
In the aluminum-copper alloy powder, the aluminum oxide film formed on the surface during sintering significantly inhibits the sintering. However, aluminum fluoride and calcium fluoride as sintering aids are produced by sintering the aluminum-copper alloy powder. By gradually evaporating while melting at a sintering temperature of 850 to 900 ° C., the surface of the aluminum-copper alloy powder is protected and the formation of aluminum oxide is suppressed, thereby promoting the sintering and promoting the diffusion of aluminum. Aluminum fluoride and calcium fluoride evaporate and volatilize during sintering, and therefore hardly remain in the finished product of the sintered bearing.
焼結助剤としてのフッ化アルミニウムおよびフッ化カルシウムは、アルミニウム、燐、残部の主成分を銅とする原料粉末および不可避不純物の合計100重量%に対して、合計で0.05〜0.2重量%程度で添加することが好ましい。0.05重量%未満では、焼結助剤としての効果が不十分となり、緻密で適宜の強度を有する焼結体が得られない。一方、0.2重量%を超えると、それ以上添加しても焼結助剤としての効果は頭打ちとなり、コスト的な観点から0.2重量%以下に止めることが好ましい。 Aluminum fluoride and calcium fluoride as sintering aids are 0.05 to 0.2 in total with respect to a total of 100% by weight of aluminum, phosphorus, raw material powder having copper as the main component and the inevitable impurities. It is preferable to add at about% by weight. If it is less than 0.05% by weight, the effect as a sintering aid is insufficient, and a dense sintered body having an appropriate strength cannot be obtained. On the other hand, if it exceeds 0.2% by weight, the effect as a sintering aid will reach its peak even if it is added more, and it is preferable to keep it to 0.2% by weight or less from the viewpoint of cost.
本実施形態の燃料ポンプ用焼結軸受および後述する製造方法では、アルミニウム含有量が8.5〜10重量%、燐が0.1〜0.4重量%で、残部の主成分が銅となるような割合で、アルミニウム−銅合金粉末、電解銅粉末および燐合金粉末を混合し、この合計100重量%に対して、黒鉛の配合量が3〜5重量%になるように黒鉛粉末を混合して原料粉末とした。焼結助剤として、フッ化アルミニウムおよびフッ化カルシウムを合計で0.05〜0.2重量%、成形性を容易にするためにステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム等の潤滑剤を0.1〜1重量%添加した。 In the sintered bearing for a fuel pump of this embodiment and the manufacturing method described later, the aluminum content is 8.5 to 10% by weight, phosphorus is 0.1 to 0.4% by weight, and the remaining main component is copper. Aluminum-copper alloy powder, electrolytic copper powder and phosphorus alloy powder are mixed in such a ratio, and graphite powder is mixed so that the compounding amount of graphite is 3 to 5% by weight with respect to the total 100% by weight. The raw material powder was used. As a sintering aid, 0.05 to 0.2% by weight of aluminum fluoride and calcium fluoride in total, and 0.1 to 1 lubricant such as zinc stearate and calcium stearate to facilitate moldability Weight percent was added.
詳しく説明すると、例えば、本実施形態の燃料ポンプ用焼結軸受および後述する製造方法では、アルミニウム含有量が8.5〜10重量部、燐が0.1〜0.4重量部で、残部の主成分が銅となるような割合で、アルミニウム−銅合金粉末、電解銅粉末および燐合金粉末を混合し、この合計100重量部に対して、黒鉛の配合量が3〜5重量部になるように黒鉛粉末を混合して原料粉末とした。黒鉛の配合量は、アルミニウム、燐、残部の主成分を銅とする原料粉末および不可避不純物の合計100重量部に対して、3〜10重量部が好ましく、例えば3〜5重量部としてもよい。3重量部未満では、燃料ポンプ用焼結軸受として黒鉛添加による潤滑性、耐摩耗性の向上効果が得られない。一方、5重量部を超えると、例えばアルミニウムの銅への拡散が阻害され始めることが懸念される。黒鉛の添加量が10重量部を超えると、材料強度が低下し、アルミニウムの銅への拡散を阻害するので好ましくない。一般的に黒鉛を4重量部以上添加すると成形することができないが、造粒黒鉛を使用することで成形を可能にした。本実施形態では、黒鉛粉末は、天然黒鉛、又は人造黒鉛の微粉を樹脂バインダで造粒後粉砕し、粒径145メッシュ以下の黒鉛粉末を用いた。焼結助剤として、フッ化アルミニウムおよびフッ化カルシウムを合計で0.05〜0.2重量部、成形性を容易にするためにステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム等の潤滑剤を0.1〜1重量部添加した。 More specifically, for example, in the sintered bearing for a fuel pump of this embodiment and the manufacturing method described later, the aluminum content is 8.5 to 10 parts by weight, phosphorus is 0.1 to 0.4 parts by weight, and the balance Aluminum-copper alloy powder, electrolytic copper powder and phosphorus alloy powder are mixed in such a ratio that the main component is copper, and the compounding amount of graphite is 3 to 5 parts by weight with respect to 100 parts by weight in total. The graphite powder was mixed with the raw material powder. The blending amount of graphite is preferably 3 to 10 parts by weight, for example, 3 to 5 parts by weight, based on 100 parts by weight of the total of aluminum, phosphorus, raw material powder having copper as the main component and the inevitable impurities. If it is less than 3 parts by weight, the effect of improving lubricity and wear resistance by adding graphite as a sintered bearing for a fuel pump cannot be obtained. On the other hand, when the amount exceeds 5 parts by weight, there is a concern that, for example, diffusion of aluminum into copper starts to be inhibited. When the added amount of graphite exceeds 10 parts by weight, the material strength is lowered and the diffusion of aluminum into copper is hindered. In general, when 4 parts by weight or more of graphite is added, molding cannot be performed, but molding is made possible by using granulated graphite. In the present embodiment, the graphite powder used is a graphite powder having a particle size of 145 mesh or less, which is obtained by granulating natural graphite or artificial graphite fine powder with a resin binder. As a sintering aid, a total of 0.05 to 0.2 parts by weight of aluminum fluoride and calcium fluoride, and 0.1 to 1 lubricant such as zinc stearate and calcium stearate to facilitate moldability Part by weight was added.
図3に本実施形態に係る焼結軸受の断面の金属組織の模式図を示す。図3(a)は図2のA部を拡大した図である。同様に、図3(b)は図2のB部を、図3(c)は図2のC部を、それぞれ、拡大した図である。すなわち、図3(a)は内径側の軸受面の表層部の金属組織を示し、図3(b)は内部の金属組織を示し、図3(c)は外径面の表層部の金属組織を示す。図3(a)、(b)、(c)に示すように、ハッチングを付した3がアルミニウム−銅合金組織で、表面および内部気孔の周りに酸化アルミニウム皮膜4が存在する。このため、耐食性および耐摩耗性に優れる。図示は省略するが、アルミニウム−銅合金組織3の粒界部には燐が多くある。気孔内には遊離黒鉛5が分布しているので、潤滑性、耐摩耗性に優れる。
FIG. 3 shows a schematic diagram of a metal structure of a cross section of the sintered bearing according to the present embodiment. FIG. 3A is an enlarged view of part A in FIG. Similarly, FIG. 3B is an enlarged view of part B in FIG. 2, and FIG. 3C is an enlarged view of part C in FIG. 3A shows the metal structure of the surface layer portion of the bearing surface on the inner diameter side, FIG. 3B shows the metal structure of the inner surface, and FIG. 3C shows the metal structure of the surface layer portion of the outer diameter surface. Indicates. As shown in FIGS. 3A, 3B, and 3C, the hatched 3 is an aluminum-copper alloy structure, and an
図3(a)に示すように、内径側の軸受面に形成された開放気孔db1と軸受面の表層の内部気孔db2が形成されている。図3(b)に示すように軸受内部には気孔diが形成され、図3(c)に示すように外径面に形成された解放気孔do1と外径面の表層に形成された内部気孔do2が形成されている。軸受面に形成された開放気孔db1、軸受面の表層の内部気孔db2、軸受内部には気孔di、外径面に形成された解放気孔do1および外径面の表層に形成された内部気孔do2は、それぞれ連通している。 As shown in FIG. 3A, an open hole db1 formed on the bearing surface on the inner diameter side and an internal hole db2 on the surface layer of the bearing surface are formed. As shown in FIG. 3 (b), pores di are formed inside the bearing, and as shown in FIG. 3 (c), open pores do1 formed on the outer diameter surface and internal pores formed on the outer surface of the outer diameter surface. do2 is formed. The open pore db1 formed on the bearing surface, the internal pore db2 on the surface of the bearing surface, the pore di inside the bearing, the release pore do1 formed on the outer diameter surface, and the internal pore do2 formed on the outer surface of the outer diameter surface are , Each communicates.
焼結軸受1は、後述する製造方法(図13参照)において、焼結後に軸受の外径面1bと内径側の軸受面1aの両方がサイジング加工されている。そして、アルミニウム青銅系焼結軸受は、焼結することにより膨張するので、軸受の外径面1bが内径側の軸受面1aよりも大きな量でサイジングされる。そのため、外径面1b側の表層部の気孔do〔図3(c)参照〕は、軸受面1a側の表層部の気孔db〔図3(a)参照〕よりも多くつぶされる。外径面1b側の表層部の気孔do、軸受面1a側の表層部の気孔dbおよびつぶされない軸受内部の気孔di〔図3(b)参照〕の大きさを比較すると、do<db<diの関係になる。このような関係になっているので、軸受面1a側では、耐食性、油膜形成性を向上させることができ、一方、封孔状態に近い外径面1b側や端面1c側では、耐食性、保油性を向上させることができる。
In the
焼結軸受1の気孔do、db、di内には、潤滑油が含浸されている。これにより、運転開始時より良好な潤滑状態を得ることができる。潤滑油としては鉱油、ポリαオレフィン(PAO)、エステル、液状グリース等を使用することができる。ただし、軸受の使用用途にとっては、必ずしも潤滑油を含浸する必要はない。
Lubricating oil is impregnated in the pores do, db, and di of the
図2に焼結軸受1の表層の圧縮層をハッチングで示す。ハッチングは、軸受1の半径方向の上側半分にだけに付して、下側半分は図示を省略する。焼結軸受1の表層は圧縮層を有する。外径面1b側の表層の圧縮層Poの密度比αoおよび軸受面1a側の表層の圧縮層Pbの密度比αbは、いずれも内部の密度比αiより高く、密度比αo、αbのいずれもが80%≦αoおよびαb≦95%の範囲に設定されている。密度比αoおよびαbが80%未満では軸受強度が不十分となり、一方、95%を超えると含油量が不足し、好ましくない。
FIG. 2 shows the surface compression layer of the
そして、外径面1b側の表層の圧縮層Poの深さの平均値をTo、軸受面1a側の表層の圧縮層Pbの深さの平均値をTbとし、軸受面の内径寸法D1との比をそれぞれTo/D1およびTb/D1とすると、1/100≦To/D1およびTb/D1≦1/15に設定することが好ましい。ここで、密度比αは次式で表される。
α(%)=(ρ1/ρ0)×100
ただし、ρ1:多孔質体の密度、ρ0:その多孔質体に細孔がないと仮定した場合の密度
To/D1およびTb/D1が1/100未満では気孔のつぶれが不十分となり、一方、1/15を超えると気孔がつぶれ過ぎて好ましくない。
The average value of the depth of the compression layer Po of the surface layer on the
α (%) = (ρ1 / ρ0) × 100
However, ρ1: the density of the porous body, ρ0: the density To / D1 and Tb / D1 when the porous body is assumed to have no pores are less than 1/100, the collapse of the pores is insufficient, If it exceeds 1/15, the pores are too crushed, which is not preferable.
次に、本実施形態に至るまでの検証結果を図4〜8に基づいて説明する。図4、5、7および8における破線X1〜X4は、それぞれの試験項目の許容レベルを示す。 Next, verification results up to this embodiment will be described with reference to FIGS. Dashed lines X1 to X4 in FIGS. 4, 5, 7 and 8 indicate the allowable levels of the respective test items.
図4は、アルミニウム(Al)配合量と硫化腐食性の関係を試験した結果を示す。アルミニウム配合量が多くなるほど耐腐食性が向上することが確認できた。この試験結果より、燃料ポンプ用焼結軸受の耐硫化腐食性に対して、アルミニウムの配合量は8.5重量%以上が必要であることが分かる。
[試験条件]
・溶剤:市販ガソリンに300ppm硫黄を添加した。
・温度:80℃
・時間:300時間
・試験方法:浸漬
FIG. 4 shows the results of testing the relationship between the amount of aluminum (Al) blended and sulfidation corrosion. It was confirmed that the corrosion resistance improved as the aluminum content increased. From this test result, it is understood that the compounding amount of aluminum is required to be 8.5% by weight or more with respect to the sulfide corrosion resistance of the sintered bearing for the fuel pump.
[Test conditions]
Solvent: 300 ppm sulfur was added to commercial gasoline.
・ Temperature: 80 ℃
・ Time: 300 hours ・ Test method: Immersion
図5は、アルミニウム配合量と有機酸腐食性の関係を試験した結果を示す。アルミニウム配合量が多くなるほど耐腐食性が低下することが分かった。ただし、アルミニウム配合量9.0質量%付近から重量変化率が穏やかになる。アルミニウム配合量が多くなるほど重量変化率が大きくなる要因は、銅イオンとアルミニウムイオンの溶出であり、この銅イオンとアルミニウムイオンの溶出が多くなる要因は、アルミニウム組織のγ相の析出が大きくなるためであることが考えられる。この試験結果より、燃料ポンプ用焼結軸受の耐有機酸腐食性に対して、アルミニウムの配合量は10重量%以下が必要であることが分かる。
[試験条件]
・溶剤:濃度2%の有機酸。
・温度:50℃
・時間:100時間
・試験方法:浸漬
FIG. 5 shows the results of testing the relationship between the amount of aluminum blended and organic acid corrosivity. It has been found that the corrosion resistance decreases as the aluminum content increases. However, the rate of change in weight becomes moderate from around 9.0% by mass of aluminum. The reason why the weight change rate increases as the amount of aluminum added increases is the elution of copper ions and aluminum ions. The reason for the increase in elution of copper ions and aluminum ions is that the precipitation of the γ phase of the aluminum structure increases. It is thought that it is. From this test result, it is understood that the amount of aluminum needs to be 10% by weight or less with respect to the organic acid corrosion resistance of the sintered bearing for the fuel pump.
[Test conditions]
Solvent: Organic acid with a concentration of 2%.
・ Temperature: 50 ℃
・ Time: 100 hours ・ Test method: Immersion
図6は、アルミニウム配合量と銅イオン溶出量の関係を試験した結果を示す。アルミニウム配合量が多くなるほど銅イオンの溶出量が減少し、アルミニウム配合量8.5質量%付近から急激に銅イオンの溶出量が減少することが確認できた。銅イオン溶出量が減少する要因は、アルミニウム配合量が増えると拡散が十分に進むことが考えられる。この試験結果からも、アルミニウムの配合量は8.5重量%以上が必要であることが分かる。
[試験条件]
・溶剤:濃度2%の有機酸。
・温度:50℃
・時間:100時間
・試験方法:浸漬
FIG. 6 shows the results of testing the relationship between the aluminum blending amount and the copper ion elution amount. It was confirmed that the copper ion elution amount decreased as the aluminum compounding amount increased, and the copper ion elution amount rapidly decreased from around 8.5% by mass of the aluminum compounding amount. The cause of the decrease in the copper ion elution amount may be that the diffusion proceeds sufficiently as the aluminum blending amount increases. From this test result, it can be seen that the compounding amount of aluminum needs to be 8.5% by weight or more.
[Test conditions]
Solvent: Organic acid with a concentration of 2%.
・ Temperature: 50 ℃
・ Time: 100 hours ・ Test method: Immersion
図7は、アルミニウム配合量と初期なじみ時間の関係を試験した結果を示す。アルミニウム配合量と初期なじみ時間は比例関係になることが確認できた。これは、アルミニウム配合量が増加するとアルミニウム組織に硬質のγ相が増加するためであると考えられる。この試験結果より、燃料ポンプ用焼結軸受の初期なじみに対して、アルミニウムの配合量は10重量%以下が必要であることが分かる。
[試験条件]
・PV値:50MPa・m/min
・試料サイズ:内径5mm×外径10mm×幅7mm
・試験時間:30min
FIG. 7 shows the results of testing the relationship between the amount of aluminum blended and the initial fit-in time. It was confirmed that the amount of aluminum blended and the initial running-in time were proportional. This is presumably because the hard γ phase increases in the aluminum structure as the aluminum content increases. From this test result, it can be seen that the blending amount of aluminum needs to be 10% by weight or less with respect to the initial familiarity of the sintered bearing for the fuel pump.
[Test conditions]
・ PV value: 50 MPa · m / min
・ Sample size: inner diameter 5mm x outer diameter 10mm x width 7mm
・ Test time: 30 min
図8は、アルミニウム配合量と摩擦係数の関係を試験した結果を示す。アルミニウム配合量と摩擦係数は比例関係になることが確認できた。これは、アルミニウム配合量が増加するとアルミニウム組織に硬質のγ相が増加するためであると考えられる。アルミニウム配合量10重量%以下では、許容レベルX4に対して十分に余裕があることが分かる。
[試験条件]
・PV値:50MPa・m/min
・試料サイズ:内径5mm×外径10mm×幅7mm
・試験時間:30min
FIG. 8 shows the results of testing the relationship between the amount of aluminum blended and the friction coefficient. It was confirmed that the amount of aluminum blended and the coefficient of friction had a proportional relationship. This is presumably because the hard γ phase increases in the aluminum structure as the aluminum content increases. It can be seen that when the aluminum content is 10 wt% or less, there is a sufficient margin with respect to the allowable level X4.
[Test conditions]
・ PV value: 50 MPa · m / min
・ Sample size: inner diameter 5mm x outer diameter 10mm x width 7mm
・ Test time: 30 min
表1に第1の実施形態における燃料ポンプ用焼結軸受の硬さを測定した結果を示す。表1に示す硬さの値は、試験荷重25gにおけるビッカース硬さ(Hv:Vickers hardness)に基づいて評価した値である。以下、硬さの値については、ビッカース硬さ(Hv)に基づく値として説明する。また、比較として銅系焼結軸受の硬さを比較例1として併記した。
表1の如く、銅系焼結軸受の硬さが70〜80であるのに対し、第1の実施形態における燃料ポンプ用焼結軸受の硬さは、例えば120〜220であり、この結果から、第1の実施形態における燃料ポンプ用焼結軸受は、銅系焼結軸受よりも耐摩耗性に優れた焼結軸受であると判定できる。これは、柔らかい相であるα相の硬さが120〜140であり、硬い相であるγ相の硬さが200〜220であり、第1の実施形態における燃料ポンプ用焼結軸受のいずれの相の硬さも、銅系焼結軸受の硬さよりも硬いことによる。 As shown in Table 1, the hardness of the copper-based sintered bearing is 70 to 80, whereas the hardness of the sintered bearing for the fuel pump in the first embodiment is 120 to 220, for example. It can be determined that the sintered bearing for the fuel pump in the first embodiment is a sintered bearing having higher wear resistance than the copper-based sintered bearing. This is because the hardness of the α phase that is the soft phase is 120 to 140, the hardness of the γ phase that is the hard phase is 200 to 220, and any of the sintered bearings for the fuel pump in the first embodiment The hardness of the phase is also due to being harder than the hardness of the copper-based sintered bearing.
図4〜8および表1に示す試験結果より、燃料ポンプ用焼結軸受として、アルミニウム配合量が8.5〜10重量%であれば使用可能であり、9.0〜9.5重量%が最適なアルミニウム配合量であることが確認できた。 From the test results shown in FIGS. 4 to 8 and Table 1, as a sintered bearing for a fuel pump, it can be used if the aluminum content is 8.5 to 10% by weight, and 9.0 to 9.5% by weight. It was confirmed that the amount of aluminum was optimal.
次に、燃料ポンプ用焼結軸受の製造方法についての第1の実施形態を説明する。図9に示すような原料粉末準備工程S1、成形工程S2、焼結工程S3、サイジング工程S4、含油工程S5を経て製造される。 Next, a first embodiment of a method for manufacturing a sintered bearing for a fuel pump will be described. It is manufactured through a raw material powder preparation step S1, a forming step S2, a sintering step S3, a sizing step S4, and an oil impregnation step S5 as shown in FIG.
[原料粉末準備工程S1]
原料粉末準備工程S1では、焼結軸受1の原料粉末が準備・生成される。原料粉末は、40〜60重量%アルミニウム−銅合金粉末を17〜20重量%、7〜10重量%燐−銅合金粉末を2〜4重量%、電解銅粉末を残重量%とする合計100重量%に対して、焼結助剤として、フッ化アルミニウムおよびフッ化カルシウムを合計で0.05〜0.2重量%、黒鉛粉末を3〜5重量%、成形性を容易にするためにステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム等の潤滑剤を0.1〜1重量%添加した。潤滑剤を添加することにより、後述する圧粉体をスムーズに離型することができ、離型に伴う圧粉体の形状の崩れを回避することができる。具体的には、上記の原料粉末Mを、例えば、図10に示すV型混合機10の缶体11に投入し、缶体11を回転させて均一に混合する。
[Raw material powder preparation step S1]
In the raw material powder preparation step S1, the raw material powder of the
例えば、40〜60重量%アルミニウム−銅合金粉末を17〜20重量%、7〜10重量%燐−銅合金粉末を2〜4重量%、電解銅粉末を残重量%とする合計100重量%(黒鉛部分は含まれない)の合金部分に対し、アルミニウムの含有量が、例えば8.5重量%以上10重量%以下、具体的には9重量%以上9.5重量%以下となるようにする。 For example, 40 to 60% by weight of aluminum-copper alloy powder is 17 to 20% by weight, 7 to 10% by weight of phosphorus-copper alloy powder is 2 to 4% by weight, and the electrolytic copper powder is 100% by weight. The aluminum content is, for example, 8.5 wt% or more and 10 wt% or less, specifically 9 wt% or more and 9.5 wt% or less. .
例えば、原料粉末は、40〜60重量%アルミニウム−銅合金粉末を17〜20重量部、7〜10重量%燐−銅合金粉末を2〜4重量部、電解銅粉末を残重量部とする合計100重量部に対して、焼結助剤として、フッ化アルミニウムおよびフッ化カルシウムを合計で0.05〜0.2重量部、黒鉛粉末を3〜10重量部、例えば3〜5重量部、成形性を容易にするためにステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム等の潤滑剤を0.1〜1重量部添加したものが使用可能とされる。 For example, the raw material powder is a total of 17 to 20 parts by weight of 40 to 60% by weight aluminum-copper alloy powder, 2 to 4 parts by weight of 7 to 10% by weight phosphorus-copper alloy powder, and the remaining part by weight of electrolytic copper powder. For 100 parts by weight, a total of 0.05 to 0.2 parts by weight of aluminum fluoride and calcium fluoride as a sintering aid, 3 to 10 parts by weight of graphite powder, for example, 3 to 5 parts by weight, molding In order to facilitate the property, a lubricant added with 0.1 to 1 part by weight of a lubricant such as zinc stearate and calcium stearate can be used.
例えば、40〜60重量%アルミニウム−銅合金粉末を17〜20重量部、7〜10重量%燐−銅合金粉末を2〜4重量部、電解銅粉末を残重量部とする合計100重量部(黒鉛部分は含まれない)の合金部分に対し、アルミニウムの含有量が、例えば8.5重量部以上10重量部以下、具体的には9重量部以上9.5重量部以下となるようにする。 For example, 17 to 20 parts by weight of 40 to 60% by weight aluminum-copper alloy powder, 2 to 4 parts by weight of 7 to 10% by weight phosphorous-copper alloy powder, and 100 parts by weight of electrolytic copper powder as the remaining part by weight ( The graphite content is not included) and the aluminum content is, for example, 8.5 parts by weight or more and 10 parts by weight or less, specifically 9 parts by weight or more and 9.5 parts by weight or less. .
[成形工程S2]
成形工程S2では、上記の原料粉末を圧粉することにより、焼結軸受1の形状をなした圧粉体1’(図13参照)を形成する。圧粉体1’は、焼結温度以上で加熱することにより形成される焼結体1”の密度比αが70%以上で80%以下となるように圧縮成形される。図13では、簡便的に、圧粉体には符号1’、焼結体には符号1”を併記している。
[Molding step S2]
In the molding step S2, a
具体的には、例えばサーボモータを駆動源としたCNCプレス機に圧粉体形状に倣ったキャビティを画成してなる成形金型をセットし、キャビティ内に充填した上記の原料粉末を200〜700MPaの加圧力で圧縮することにより圧粉体1’を成形する。圧粉体1’の成形時において、成形金型は70℃以上に加温してもよい。
Specifically, for example, a molding die that defines a cavity that follows the shape of a green compact is set in a CNC press machine that uses a servo motor as a drive source, and the above-described raw material powder filled in the cavity is 200 to The
本実施形態の燃料ポンプ用焼結軸受1の製造方法では、アルミニウム源として、アルミニウム−銅合金粉末を用いることにより、流動性に起因する成形性の低下による圧粉体の強度不足の問題が改善され、比重の小さいアルミニウム単体粒子の飛散に伴う取り扱い上の問題はない。また、生産効率がよく多量生産に好適である。
In the manufacturing method of the
[焼結工程S3]
焼結工程S3では、圧粉体1’を焼結温度で加熱し、隣接する原料粉末同士を焼結結合させることによって焼結体1”を形成する。図11に示すメッシュベルト式連続炉15を使用し、メッシュベルト16に圧粉体1’を多量に投入し、焼結体1”を形成する。これにより、安定した品質、製造方法を実現することができる。
[Sintering step S3]
In the sintering step S3, the
焼結工程において重要なことは、銅にアルミニウムを十分拡散させ耐腐食性を向上させることと、アルミニウム青銅組織をα相にすることで、耐腐食性と軸受性能(初期なじみ)を向上させることである。γ相になると硬くなり、耐摩耗性には優れるが、耐有機酸腐食性は低下する。そのため、できる限りγ相の析出は抑えるようにアルミニウム量を減らすことが必要であることが判明した。 What is important in the sintering process is to improve corrosion resistance and bearing performance (initial familiarity) by sufficiently diffusing aluminum into copper to improve corrosion resistance and making the aluminum bronze structure an α phase. It is. When it becomes the γ phase, it becomes hard and has excellent wear resistance, but the organic acid corrosion resistance decreases. Therefore, it has been found that it is necessary to reduce the amount of aluminum so as to suppress the precipitation of the γ phase as much as possible.
さらに、アルミニウム組織は、γ相とα相との比γ相/α相を、0.10≦γ相/α相≦0.25とすることが好ましい。γ相/α相の比が0.10未満では耐摩耗性が低下し好ましくなく、一方、0.25を超えると初期なじみ性、耐有機酸腐食性が低下するので、好ましくない。 Further, in the aluminum structure, the ratio γ phase / α phase between the γ phase and the α phase is preferably 0.10 ≦ γ phase / α phase ≦ 0.25. If the ratio of γ phase / α phase is less than 0.10, the wear resistance decreases, which is not preferable. On the other hand, if it exceeds 0.25, the initial conformability and organic acid corrosion resistance decrease, which is not preferable.
上記を満足する焼結条件として、焼結温度は900〜950℃が好ましく、さらに、900〜920℃(例えば、920℃)が好ましい。また、雰囲気ガスは、水素ガス、窒素ガスあるいはこれらの混合ガスとし、焼結時間は、長くした方が耐腐食性に良く、燃料ポンプ用焼結軸受では20〜60分(例えば、30分)が好ましい。 As a sintering condition that satisfies the above, the sintering temperature is preferably 900 to 950 ° C, and more preferably 900 to 920 ° C (for example, 920 ° C). The atmosphere gas may be hydrogen gas, nitrogen gas or a mixed gas thereof, and the sintering time may be longer for better corrosion resistance. For a sintered bearing for a fuel pump, 20 to 60 minutes (for example, 30 minutes) Is preferred.
アルミニウム−銅合金粉末は、共晶温度548℃以上になると様々な液相が発生する。液相が発生すると膨張し、発生した液相により焼結ネックが形成され、緻密化に至り、寸法が収縮していく。本実施形態では、メッシュベルト式連続炉15で焼結することにより、焼結体1”の表面が酸化され、焼結が阻害されることにより緻密化に至らず、寸法が膨張したままとなる。ただし、焼結体1”の内部は、酸化されず焼結されるため、焼結体1”の強度は十分確保することができる。メッシュベルト式連続炉15を使用したので、圧粉体1’の投入から取出しまで焼結時間を短く多量生産でき、コスト低減を図ることができる。また、焼結軸受の機能面では、強度は十分確保することができる。
The aluminum-copper alloy powder generates various liquid phases when the eutectic temperature is 548 ° C. or higher. When the liquid phase is generated, the liquid phase expands, and a sintered neck is formed by the generated liquid phase, leading to densification and shrinking of dimensions. In the present embodiment, by sintering in the mesh belt type
上記の焼結工程においては、添加された燐合金粉末が効果を発揮することにより、良質の焼結体を形成することができる。燐により、焼結時の固液相間の濡れ性を高め、良好な焼結体が得られる。燐の配合量としては、0.1〜0.6重量%、具体的には0.1〜0.4重量%が好ましい。0.1重量%未満では固液相間の焼結促進効果が乏しく、一方、上記の0.6重量%好ましくは0.4重量%を超えると、得られた焼結体が偏析し脆くなる。 In the above-described sintering step, a high-quality sintered body can be formed by the effect of the added phosphorus alloy powder. Phosphorous improves the wettability between the solid and liquid phases during sintering, and a good sintered body can be obtained. As a compounding quantity of phosphorus, 0.1 to 0.6 weight%, specifically 0.1 to 0.4 weight% is preferable. If the amount is less than 0.1% by weight, the effect of promoting the sintering between the solid and liquid phases is poor. On the other hand, if the amount exceeds 0.6% by weight, preferably 0.4% by weight, the obtained sintered body segregates and becomes brittle. .
さらに、黒鉛は、主として素地に分散分布する気孔内に遊離黒鉛として存在し、焼結軸受に優れた潤滑性を付与し、耐摩耗性の向上に寄与する。黒鉛の配合量は、アルミニウム、燐、残部の主成分を銅とする原料粉末および不可避不純物の合計100重量%に対して、3〜10重量%が好ましく、例えば3〜5重量%としてもよい。3重量%未満では、燃料ポンプ用焼結軸受として黒鉛添加による潤滑性、耐摩耗性の向上効果が得られない。一方、5重量%を超えると、例えばアルミニウムの銅への拡散が阻害され始めることが懸念される。黒鉛の添加量が10重量%を超えると、材料強度が低下し、アルミニウムの銅への拡散を阻害するので好ましくない。一般的に黒鉛を4重量%以上添加すると成形することができないが、造粒黒鉛を使用することで成形を可能にした。本実施形態では、黒鉛粉末は、天然黒鉛、又は人造黒鉛の微粉を樹脂バインダで造粒後粉砕し、粒径145メッシュ以下の黒鉛粉末を用いた。 Further, graphite is present as free graphite mainly in pores dispersed and distributed in the base material, imparts excellent lubricity to the sintered bearing, and contributes to improvement of wear resistance. The blending amount of graphite is preferably 3 to 10% by weight, for example, 3 to 5% by weight, based on 100% by weight of the total of aluminum, phosphorus, the raw material powder having copper as the main component and the inevitable impurities. If it is less than 3% by weight, the effect of improving lubricity and wear resistance by adding graphite cannot be obtained as a sintered bearing for a fuel pump. On the other hand, when it exceeds 5% by weight, there is a concern that, for example, diffusion of aluminum into copper starts to be inhibited. When the added amount of graphite exceeds 10% by weight, the material strength is lowered and the diffusion of aluminum into copper is hindered. In general, when 4% by weight or more of graphite is added, molding cannot be performed, but molding is enabled by using granulated graphite. In the present embodiment, the graphite powder used is a graphite powder having a particle size of 145 mesh or less, which is obtained by granulating natural graphite or artificial graphite fine powder with a resin binder.
[サイジング工程S4]
サイジング工程S4では、焼結により圧粉体1’と比較して膨張した焼結体1”を寸法整形する。図12にサイジング工程S4の詳細を示す。サイジング加工の金型は、ダイス20、上パンチ21、下パンチ22およびコア23とからなる。図12(a)に示すように、コア23と上パンチ21が上方に後退した状態で、下パンチ22上に焼結体1”をセットする。図12(b)に示すように、最初にコア23が焼結体1”の内径に入り、その後、図12(c)に示すように、上パンチ21により焼結体1”がダイス20に押し込まれ、上下パンチ21、22により圧縮される。これにより、焼結体1”の表面が寸法整形される。サイジング加工により、膨張した焼結体1”の表層の気孔をつぶし、製品内部と表層部に密度差が生じる。
[Sizing Step S4]
In the sizing step S4, the
図13にサイジング加工により焼結体1”が圧縮される状態を示す。サイジング加工前の焼結体1”を2点鎖線で示し、サイジング加工後の製品1を実線で示す。2点鎖線で示すように、焼結体1”は径方向および幅方向に膨張している。このため、焼結体1”は、外径面1bを内径側の軸受面1aより多く圧縮される。その結果、外径面1b側の表層の気孔do〔図3(c)参照〕は、内径側の軸受面1bの表層の気孔db〔図3(a)参照〕よりも多く潰され、潰されない軸受内部の気孔di〔図3(b)参照〕に対して、do<db<diの関係になる。このような関係になっているので、内径側の軸受面1aでは、耐食性、油膜形成性を向上させることができる。一方、封孔状態に近い外径面1bや端面1cでは、耐食性、保油性を向上させることができる。
FIG. 13 shows a state in which the
上記のサイジング工程の金型をダイス20、一対のパンチ21、22およびコア23から構成し、パンチ21、22とダイス20により焼結体1”の軸方向両側と外径側から圧縮し、焼結体1”の内径側をコア23により整形することにより、アルミニウム青銅系焼結軸受の焼結による膨張を有効利用し、焼結軸受1の寸法整形と共に所望の気孔を形成することができる。
The die for the above sizing process is composed of a die 20, a pair of
また、上記のダイス20の内径寸法と焼結体1”の外径寸法との寸法差およびコア23の外径寸法と焼結体1”の内径寸法との寸法差を加減することにより、焼結体1”の表面の気孔の大きさを設定することができる。これにより、焼結軸受1の表面の気孔の大きさを容易にコントロールすることができる。さらに、図示は省略するが、軸受面1a(図13参照)を回転サイジングすることで、軸受面1aの気孔を小さくすることができる。
Further, by adjusting the dimensional difference between the inner diameter dimension of the
[含油工程S5]
含油工程S5は、製品1(焼結軸受)に潤滑油を含浸する工程である。図14に含油装置を示す。含油装置25のタンク26内に製品1を投入し、その後、潤滑油27をタンク26内に注入する。そして、タンク26内を減圧することにより、製品1の気孔do、db、di(図3参照)内に潤滑油27を含浸する。これにより、運転開始時より良好な潤滑状態を得ることができる。潤滑油としては鉱油、ポリαオレフィン(PAO)、エステル、液状グリース等を使用することができる。ただし、軸受の使用用途に応じて実施すればよく、必ずしも実施する必要はない。
[Oil impregnation step S5]
The oil impregnation step S5 is a step in which the product 1 (sintered bearing) is impregnated with lubricating oil. FIG. 14 shows an oil retaining device. The
以上のような工程で製造された本実施形態の焼結軸受1は、耐食性および強度、耐摩耗性などの機械的特性や油膜形成性、保油性を向上させると共に、コンパクト化、低コスト化を図ることができる。燃料ポンプ用焼結軸受として、粗悪なガソリンによる硫化腐食、有機酸およびバイオ燃料に対して腐食を抑制し、かつ、初期なじみ、耐久性等の性能に優れる。
The
次に、本発明に係る燃料ポンプ用焼結軸受についての第2の実施形態および製造方法についての第2の実施形態を説明する。第1の実施形態の燃料ポンプ用焼結軸受および製造方法では、アルミニウム源および銅源となる原料粉末として、アルミニウム−銅合金粉末と電解銅粉を用いたが、第2の実施形態では、銅単体の電解銅粉を添加せず、アルミニウム−銅合金粉末を用いた点が第1の実施形態と異なる。 Next, a second embodiment of the sintered bearing for a fuel pump according to the present invention and a second embodiment of the manufacturing method will be described. In the sintered bearing and manufacturing method for the fuel pump of the first embodiment, the aluminum-copper alloy powder and the electrolytic copper powder are used as the raw material powder to be the aluminum source and the copper source. However, in the second embodiment, copper is used. The point which used aluminum-copper alloy powder, without adding a single electrolytic copper powder, differs from 1st Embodiment.
さらに厳しい使用環境に対しては、銅単体の粉末を添加すると、銅単体が偏った部分が生じることにより、耐腐食性に問題があるという知見を得た。この知見を基に種々検討の結果、アルミニウム源および銅源となる原料粉末として、アルミニウム−銅合金粉末を用い、銅単体の粉末を添加しないという着想により、本実施形態に至った。 For more severe use environments, we have found that adding powder of copper alone has a problem with corrosion resistance due to the occurrence of a portion of uneven copper. As a result of various investigations based on this knowledge, the present embodiment has been achieved based on the idea of using an aluminum-copper alloy powder as a raw material powder to be an aluminum source and a copper source, and not adding a powder of copper alone.
本実施形態の燃料ポンプ用焼結軸受および製造方法における、アルミニウム含有量が8.5〜10重量%、燐が0.1〜0.4重量%で、残部の主成分が銅とする組成は、第1の実施形態と同じである。しかし、原料粉末は次のように異なる。すなわち、銅単体の電解銅粉を添加せずに、前記組成になるような割合で、アルミニウム−銅合金粉末および燐合金粉末を混合し、この合計100重量%に対して、黒鉛の配合量が3〜5重量%になるように黒鉛粉末を混合して原料粉末とした。また、焼結助剤として、フッ化アルミニウムおよびフッ化カルシウムを合計で0.05〜0.2重量%、さらに、成形性を容易にするためにステアリン酸亜鉛を0.1〜1重量%添加した。 The composition in which the aluminum content is 8.5 to 10% by weight, phosphorus is 0.1 to 0.4% by weight, and the remaining main component is copper in the sintered bearing and manufacturing method for the fuel pump of the present embodiment is The same as in the first embodiment. However, the raw material powders are different as follows. That is, without adding electrolytic copper powder of simple copper, aluminum-copper alloy powder and phosphorus alloy powder are mixed in such a proportion that the above composition is obtained, and the total amount of graphite is 100% by weight. Graphite powder was mixed so as to be 3 to 5% by weight to obtain a raw material powder. In addition, as a sintering aid, aluminum fluoride and calcium fluoride are added in a total of 0.05 to 0.2% by weight, and zinc stearate is added in an amount of 0.1 to 1% by weight to facilitate moldability. did.
例えば、燃料ポンプ用焼結軸受および製造方法における、アルミニウム含有量が8.5〜10重量部、燐が0.1〜0.4重量部、必要に応じて黒鉛の配合量が3〜10重量部、例えば3〜5重量部で、残部の主成分が銅とする組成のものが使用可能とされる。この場合、例えば原料粉末は次のようになる。すなわち、銅単体の電解銅粉を添加せずに、前記組成になるような割合で、アルミニウム−銅合金粉末および燐合金粉末を混合し、この合計100重量部に対して、黒鉛の配合量が3〜10重量部、例えば3〜5重量部になるように黒鉛粉末を混合して原料粉末とした。黒鉛の配合量は、アルミニウム、燐、残部の主成分を銅とする原料粉末および不可避不純物の合計100重量部に対して、3〜10重量部が好ましく、例えば3〜5重量部としてもよい。3重量部未満では、燃料ポンプ用焼結軸受として黒鉛添加による潤滑性、耐摩耗性の向上効果が得られない。一方、5重量部を超えると、例えばアルミニウムの銅への拡散が阻害され始めることが懸念される。黒鉛の添加量が10重量部を超えると、材料強度が低下し、アルミニウムの銅への拡散を阻害するので好ましくない。一般的に黒鉛を4重量部以上添加すると成形することができないが、造粒黒鉛を使用することで成形を可能にした。本実施形態では、黒鉛粉末は、天然黒鉛、又は人造黒鉛の微粉を樹脂バインダで造粒後粉砕し、粒径145メッシュ以下の黒鉛粉末を用いた。また、焼結助剤として、フッ化アルミニウムおよびフッ化カルシウムを合計で0.05〜0.2重量部、さらに、成形性を容易にするためにステアリン酸亜鉛を0.1〜1重量部添加した。 For example, in a sintered bearing for a fuel pump and a manufacturing method, the aluminum content is 8.5 to 10 parts by weight, phosphorus is 0.1 to 0.4 parts by weight, and if necessary, the compounding amount of graphite is 3 to 10 parts by weight. Part, for example, 3 to 5 parts by weight, with the remaining main component being copper. In this case, for example, the raw material powder is as follows. That is, without adding electrolytic copper powder of simple copper, aluminum-copper alloy powder and phosphorus alloy powder are mixed in such a ratio that the above composition is obtained, and the total amount of graphite is 100 parts by weight. The graphite powder was mixed so as to be 3 to 10 parts by weight, for example 3 to 5 parts by weight, to obtain a raw material powder. The blending amount of graphite is preferably 3 to 10 parts by weight, for example, 3 to 5 parts by weight, based on 100 parts by weight of the total of aluminum, phosphorus, raw material powder having copper as the main component and the inevitable impurities. If it is less than 3 parts by weight, the effect of improving lubricity and wear resistance by adding graphite as a sintered bearing for a fuel pump cannot be obtained. On the other hand, when the amount exceeds 5 parts by weight, there is a concern that, for example, diffusion of aluminum into copper starts to be inhibited. When the added amount of graphite exceeds 10 parts by weight, the material strength is lowered and the diffusion of aluminum into copper is hindered. In general, when 4 parts by weight or more of graphite is added, molding cannot be performed, but molding is made possible by using granulated graphite. In the present embodiment, the graphite powder used is a graphite powder having a particle size of 145 mesh or less, which is obtained by granulating natural graphite or artificial graphite fine powder with a resin binder. Moreover, 0.05 to 0.2 parts by weight of aluminum fluoride and calcium fluoride as a sintering aid in total, and 0.1 to 1 part by weight of zinc stearate is added to facilitate moldability. did.
銅源として、アルミニウム―銅合金粉末を用い、銅単体の粉末を添加しない本実施形態のアルミニウム青銅組織は、γ相とα相との比γ相/α相を、0<γ相/α相≦0.10とすることが好ましい。0<γ相/α相≦0.10の範囲であれば、耐有機酸腐食性、初期なじみ性に優れる。 The aluminum bronze structure of the present embodiment using an aluminum-copper alloy powder as a copper source and not adding a powder of copper alone has a ratio γ phase / α phase ratio γ phase / α phase, where 0 <γ phase / α phase. It is preferable that ≦ 0.10. In the range of 0 <γ phase / α phase ≦ 0.10, the organic acid corrosion resistance and initial conformability are excellent.
本実施形態に係る焼結軸受の断面の金属組織は、図3の模式図で示した第1の実施形態と同様であるので、図3について前述した内容を準用し、重複説明を省略する。 Since the metal structure of the cross section of the sintered bearing according to this embodiment is the same as that of the first embodiment shown in the schematic diagram of FIG. 3, the contents described above with reference to FIG.
また、本実施形態の焼結軸受1の表層の圧縮層の状態も、図2に示す第1の実施形態の焼結軸受と同様であるので、図2について前述した内容を準用し、重複説明を省略する。
Moreover, since the state of the compression layer of the surface layer of the
次に、本実施形態に至るまでの検証結果を図15および図16に基づいて説明する。図15における破線X2は、試験項目の許容レベルを示す。図示は省略するが、アルミニウム配合量と硫化腐食性の関係については、第1の実施形態における焼結軸受よりも第2の実施形態における焼結軸受のほうに良好な結果が確認された。また、初期なじみ時間の関係および摩擦係数の関係については、第1の実施形態における焼結軸受の試験結果と、第2の実施形態における焼結軸受の試験結果とは、略同等の結果とされたことから、ここではその詳細な説明を省略する。 Next, verification results up to this embodiment will be described with reference to FIGS. 15 and 16. A broken line X2 in FIG. 15 indicates the allowable level of the test item. Although illustration is omitted, regarding the relationship between the aluminum blending amount and the sulfide corrosion resistance, a better result was confirmed in the sintered bearing in the second embodiment than in the sintered bearing in the first embodiment. In addition, regarding the relationship between the initial running-in time and the friction coefficient, the test result of the sintered bearing in the first embodiment and the test result of the sintered bearing in the second embodiment are substantially equivalent results. Therefore, detailed description thereof is omitted here.
図15は、アルミニウム配合量と有機酸腐食性の関係を試験した結果を示す。試験条件は図5と同じである。図15において◆印は図5に示した第1の実施形態の焼結軸受の試験結果であるが、◇印で示した本実施形態の焼結軸受は、アルミニウムの配合量8.5重量%において、第1の実施形態よりも有機酸耐腐食性がさらに向上することが確認できた。アルミニウム源および銅源となる原料粉末として、銅単体の粉末を添加せずに、アルミニウム−銅合金粉末を用いたので、銅単体が偏った部分が略なくなり、その部分による腐食の発生が回避され、耐腐食性が向上したものと考えられる。これと相俟って、アルミニウム−銅合金粉末を用いることにより、アルミニウム−銅合金粉の粒一つ一つ耐腐食性が向上し、焼結軸受全体の耐腐食性が向上したものと考えられる。 FIG. 15 shows the results of testing the relationship between the amount of aluminum blended and organic acid corrosivity. The test conditions are the same as in FIG. In FIG. 15, ♦ indicates the test result of the sintered bearing of the first embodiment shown in FIG. 5, but the sintered bearing of the present embodiment indicated by ◇ has an aluminum blending amount of 8.5 wt%. In addition, it was confirmed that the organic acid corrosion resistance was further improved as compared with the first embodiment. Since the aluminum-copper alloy powder was used as the raw material powder for the aluminum source and the copper source without adding the powder of the copper simple substance, the portion where the copper simple substance was biased was almost eliminated, and the occurrence of corrosion due to that part was avoided. It is considered that the corrosion resistance is improved. Combined with this, it is considered that the use of aluminum-copper alloy powder improved the corrosion resistance of each of the aluminum-copper alloy powder particles and improved the corrosion resistance of the entire sintered bearing. .
図16は、アルミニウム配合量と銅イオン溶出量出量の関係を試験した結果を示す。試験条件は図6と同じである。図16においても◆印は図6に示した第1の実施形態の焼結軸受の試験結果であるが、◇印で示した本実施形態の焼結軸受は、アルミニウムの配合量8.5重量%において、第1の実施形態よりも銅イオン溶出量が減少することが確認できた。 FIG. 16 shows the results of testing the relationship between the aluminum blending amount and the copper ion elution amount. The test conditions are the same as in FIG. Also in FIG. 16, the ♦ marks indicate the test results of the sintered bearing of the first embodiment shown in FIG. 6, but the sintered bearing of the present embodiment indicated by ◇ has an aluminum blending amount of 8.5 weight. %, It was confirmed that the copper ion elution amount was reduced as compared with the first embodiment.
表2に第2の実施形態における燃料ポンプ用焼結軸受の硬さを測定した結果を示す。表2に示す硬さの評価の仕方等と表1に示す硬さの評価の仕方等とは同じであるから、ここではその詳細な説明を省略する。
表2の如く、銅系焼結軸受の硬さが70〜80であるのに対し、第2の実施形態における燃料ポンプ用焼結軸受の硬さは、例えば100〜240であり、この結果から、第2の実施形態における燃料ポンプ用焼結軸受は、銅系焼結軸受よりも耐摩耗性に優れた焼結軸受であると判定できる。これは、柔らかい相であるα相の硬さが100〜140であり、硬い相であるγ相の硬さが200〜240であり、第2の実施形態における燃料ポンプ用焼結軸受のいずれの相の硬さも、銅系焼結軸受の硬さよりも硬いことによる。 As shown in Table 2, the hardness of the copper-based sintered bearing is 70 to 80, whereas the hardness of the sintered bearing for the fuel pump in the second embodiment is 100 to 240, for example. It can be determined that the sintered bearing for the fuel pump in the second embodiment is a sintered bearing having higher wear resistance than the copper-based sintered bearing. This is because the hardness of the α phase that is the soft phase is 100 to 140, the hardness of the γ phase that is the hard phase is 200 to 240, and any of the sintered bearings for the fuel pump in the second embodiment The hardness of the phase is also due to being harder than the hardness of the copper-based sintered bearing.
図15、16および表2の試験結果より、本実施形態の燃料ポンプ用焼結軸受は、さらに厳しい使用環境に対しても耐腐食性を確保できることが確認できた。 From the test results shown in FIGS. 15 and 16 and Table 2, it was confirmed that the sintered bearing for a fuel pump of this embodiment can ensure corrosion resistance even in a more severe use environment.
次に、製造方法についての第2の実施形態について説明する。この第2の実施形態の製造方法も、図9に示す第1の実施形態の焼結軸受の製造方法と同様であるので、前述した内容を準用し、原料粉末準備工程S1および成形工程S2の相違するところのみを説明する。 Next, a second embodiment of the manufacturing method will be described. Since the manufacturing method of the second embodiment is also the same as the manufacturing method of the sintered bearing of the first embodiment shown in FIG. 9, the above-described contents apply mutatis mutandis to the raw material powder preparation step S1 and the molding step S2. Only the differences will be described.
[原料粉末準備工程S1]
原料粉末準備工程S1では、焼結軸受1の原料粉末が準備される。原料粉末は、7〜11重量%アルミニウム−銅合金粉末、好ましくは8〜10重量%アルミニウム−銅合金粉末を90〜97重量%、7〜10重量%燐−銅合金粉末を1〜6重量%とする合計100重量%に対して、黒鉛粉末を3〜5重量%、焼結助剤としてフッ化アルミニウムおよびフッ化カルシウムを合計で0.05〜0.2重量%、成形性を容易にするための潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を0.1〜1重量%添加した。7〜11重量%アルミニウム−銅合金粉末は、粉砕して粒度調整したものを用いた。第1の実施形態と同様、上記の原料粉末を、例えば、図10に示すV型混合器10の缶体11に投入し、缶体11を回転させて均一に混合する。
[Raw material powder preparation step S1]
In the raw material powder preparation step S1, the raw material powder of the
例えば、7〜11重量%アルミニウム−銅合金粉末を90〜97重量%、7〜10重量%燐−銅合金粉末を1〜6重量%とする合計100重量%(黒鉛部分は含まれない)の合金部分に対し、アルミニウムの含有量が、例えば8.5重量%以上10重量%以下、具体的には9重量%以上9.5重量%以下となるようにする。
For example, a total of 100% by weight (not including the graphite portion) is 7 to 11% by weight of aluminum-copper alloy powder 90 to 97% by weight and 7 to 10% by weight phosphorus-
例えば、原料粉末は、7〜11重量%アルミニウム−銅合金粉末、好ましくは8〜10重量%アルミニウム−銅合金粉末を90〜97重量部、7〜10重量%燐−銅合金粉末を1〜6重量部とする合計100重量部に対して、黒鉛粉末を3〜10重量部、例えば3〜5重量部、焼結助剤としてフッ化アルミニウムおよびフッ化カルシウムを合計で0.05〜0.2重量部、成形性を容易にするための潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を0.1〜1重量部添加したものが使用可能である。 For example, the raw material powder is 7 to 11 wt% aluminum-copper alloy powder, preferably 8 to 10 wt% aluminum-copper alloy powder is 90 to 97 parts by weight, and 7 to 10 wt% phosphorous-copper alloy powder is 1 to 6 3 to 10 parts by weight, for example 3 to 5 parts by weight of graphite powder, and 0.05 to 0.2 in total of aluminum fluoride and calcium fluoride as sintering aids, with respect to 100 parts by weight as a total. What added 0.1-1 weight part of zinc stearates as a weight part and the lubrication agent for making moldability easy can be used.
例えば、7〜11重量%アルミニウム−銅合金粉末を90〜97重量部、7〜10重量%燐−銅合金粉末を1〜6重量部とする合計100重量部(黒鉛部分は含まれない)の合金部分に対し、アルミニウムの含有量が、例えば8.5重量部以上10重量部以下、具体的には9重量部以上9.5重量部以下となるようにする。 For example, 7 to 11% by weight of aluminum-copper alloy powder is 90 to 97 parts by weight, and 7 to 10% by weight of phosphorus-copper alloy powder is 1 to 6 parts by weight. The aluminum content is, for example, not less than 8.5 parts by weight and not more than 10 parts by weight, specifically, not less than 9 parts by weight and not more than 9.5 parts by weight with respect to the alloy part.
[成形工程S2]
成形工程S2では、上記の原料粉末を圧粉することにより、焼結軸受1の形状をなした圧粉体1’(図13参照)を形成する。本実施形態では、アルミニウム源および銅源となる原料粉末として、銅単体の粉末を添加せずに、アルミニウム−銅合金粉末を用いたので、銅単体が偏った部分が略なくなり、その部分による腐食の発生が回避される。これにより、耐腐食性が向上する。また、アルミニウム−銅合金粉末を用いることにより、アルミニウム−銅合金粉の粒一つ一つの耐腐食性が向上し、燃料ポンプ用焼結軸受全体の耐腐食性が向上する。
[Molding step S2]
In the molding step S2, a
本実施形態の製造方法に基づく燃料ポンプ用焼結軸受では、特に厳しい使用環境に対しても耐腐食性を確保することができる。また、第1の実施形態の焼結軸受と同様、強度、耐摩耗性などの機械的特性や油膜形成性、保油性を向上させると共に、コンパクト化、低コスト化を図ることができる。 In the sintered bearing for a fuel pump based on the manufacturing method of the present embodiment, corrosion resistance can be ensured even in a particularly severe use environment. Further, as with the sintered bearing of the first embodiment, mechanical characteristics such as strength and wear resistance, oil film formation, and oil retention can be improved, and compactness and cost reduction can be achieved.
以上の各実施形態の説明では、本発明を、軸受面1aを真円形状とした真円軸受に適用する場合を例示したが、本発明は真円軸受に限らず、軸受面1aや軸52の外周面にヘリングボーン溝、スパイラル溝等の動圧発生部を設けた流体動圧軸受にも同様に適用することができる。
In the description of each of the embodiments described above, the case where the present invention is applied to a perfect circle bearing having the perfect bearing surface 1a is illustrated, but the present invention is not limited to a perfect circle bearing, and the bearing surface 1a and the
本実施形態の焼結軸受は、例えば、燃料ポンプの種類等により、潤滑油等の油類が含まれていない燃料ポンプ用焼結軸受、少量の潤滑油が含まれた燃料ポンプ用焼結軸受、潤滑油が十分に含まれた燃料ポンプ用焼結軸受等の各種燃料ポンプ用焼結軸受が使用可能である。 The sintered bearing of the present embodiment is, for example, a sintered bearing for a fuel pump that does not contain oils such as lubricating oil depending on the type of the fuel pump, and a sintered bearing for a fuel pump that contains a small amount of lubricating oil. Various types of sintered bearings for fuel pumps, such as sintered bearings for fuel pumps sufficiently containing lubricating oil, can be used.
本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々の形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and can of course be implemented in various forms without departing from the scope of the present invention. The scope of the present invention is not limited to patents. It includes the equivalent meanings recited in the claims and the equivalents recited in the claims, and all modifications within the scope.
1 燃料ポンプ用焼結軸受
1’ 圧粉体
1” 焼結体
1a 軸受面
1b 外径面
1c 端面
2 燃料ポンプ用焼結軸受
3 アルミニウム銅合金組織
4 酸化アルミニウム皮膜
5 遊離黒鉛
15 メッシュベルト式連続炉
20 ダイス
21 上パンチ
22 下パンチ
23 コア
40 燃料ポンプ
52 軸
D1 軸受面の内径寸法
db 気孔
di 気孔
do 気孔
Ti 圧縮層
To 圧縮層
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