JP2018048358A

JP2018048358A - 銅基焼結合金含油軸受

Info

Publication number: JP2018048358A
Application number: JP2016182985A
Authority: JP
Inventors: 康広白坂; Yasuhiro Shirasaka; 大野　正人; Masato Ono; 正人大野
Original assignee: Oiles Industry Co Ltd
Current assignee: Oiles Industry Co Ltd
Priority date: 2016-09-20
Filing date: 2016-09-20
Publication date: 2018-03-29
Anticipated expiration: 2036-09-20
Also published as: JP6760807B2

Abstract

【課題】高い荷重を支持でき、しかも、高い荷重を支持しても優れた耐摩耗性を発揮する銅基焼結合金含油軸受を提供すること。【解決手段】銅基焼結合金含油軸受は、ニッケル、錫及び燐並びに主成分として銅を含有する水アトマイズ銅基合金粉末１と、黒鉛粉末と、潤滑油とを含んでおり、ニッケル９〜３８．８質量％、錫３．６〜９．７質量％、燐０．４５〜４．９質量％及び黒鉛３〜１０質量％を含むと共に、銅−ニッケル−錫合金を含むマトリックス相２及びこのマトリックス相２中に拡散したニッケル−燐合金相３を含んだ金属組織４を有している。【選択図】図１

Description

本発明は、銅基焼結合金含油軸受、特に、高荷重条件下において優れた摩擦摩耗特性を発揮する銅基焼結合金含油軸受に関する。

従来から、自動車や一般産業機械の摺動部材料として、摩擦の初期なじみ性が良好で、焼付きを抑制することができるという利点を有する青銅（銅−錫合金）系、燐青銅（銅−錫−燐合金）系又は青銅ニッケル（銅−錫−ニッケル合金）系の銅系焼結合金が広く用いられている。しかしながら、銅−錫合金系や銅−錫−燐合金系の焼結合金は、強度が低く、高荷重が作用する用途では使用することができず、これら焼結合金のマトリックス（銅−錫合金マトリックス）中に、該マトリックスよりも高硬度の硬質粒子、例えば、モリブデン（Ｍｏ）及びタングステン（Ｗ）といった金属系粒子又はシリカ（ＳｉＯ_２）、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）及び炭化ケイ素（ＳｉＣ）等のセラミックス系硬質粒子を分散含有させて強度の向上、耐荷重性、耐摩耗性又は耐焼付き性を改善している。

しかしながら、モリブデン及びタングステン等の金属系硬質粒子は、セラミックス系硬質粒子に比べて硬さが低いため、相手材の表面に凝着した銅合金を削り取る効果が弱く、また、モリブデン及びタングステン等の金属系硬質粒子は、金属同士であるため鉄合金鋼（鋼）からなる相手材に対して比較的凝着し易いといった問題がある。また、シリカ、アルミナ及び炭化ケイ素等のセラミック系硬質粒子を分散含有した銅系焼結合金は、硬質粒子部分で荷重を受けるため、銅系マトリックスと硬質粒子との境界に発生する剪断力により、銅系マトリックスから硬質粒子が脱落して摺動界面に介在し、アブレッシブ摩耗を引き起こして相手材（回転軸等）のみならず銅系焼結合金自体をも攻撃して、相手材及び銅系焼結合金の摩耗を進行させたり、焼付きを生じさせたりする虞がある。

一方、銅−錫−ニッケル合金系の焼結合金は、ニッケル成分を多く含有することで、銅−錫合金系や銅−錫−燐合金系の焼結合金よりも強度が高められているが、高荷重が作用する用途では、耐摩耗性に劣るという問題がある。

この高荷重が作用する用途での耐摩耗性を改善するべく、例えば、特許文献１、特許文献２、特許文献３及び特許文献４等には、銅−ニッケル−錫合金系の焼結合金が提案されている。

特開２００４−６８０７４号公報特開２００８−０７７９６号公報特開２０１６−５３２００号公報特開昭５７−１０１６０３号公報

ところで、特許文献１から特許文献４に記載された銅−ニッケル−錫合金系の焼結合金では、合金化される銅粉末、ニッケル粉末、銅−ニッケル合金粉末、錫粉末、銅−ニッケル−錫合金粉末、銅−燐合金粉末を原料粉末として所望の組成となるように選択し、混合して焼結しているため、混合粉内では各原料粉末が偏析し易く、均質な焼結合金を得ることが難しいという問題がある。

本発明者らは、上記実情に鑑み鋭意検討した結果、優れた摩擦摩耗特性を発揮する特許文献４に記載された焼結合金層の組成である銅、ニッケル、錫及び燐に着目し、これら金属を原料金属として溶解し、溶湯を作製すると共に当該溶湯を溶湯噴霧法（アトマイズ法）、特に水アトマイズ法により粉末化して作製した粉末粒子を観察したところ、当該粉末粒子は、銅−ニッケル−錫合金を含むマトリックス相と、このマトリックス相中に微細に拡散して凝固（晶出）したニッケル−燐合金相を含んだ金属組織を呈しており、ニッケル−燐合金相は、該マトリックス相よりも硬度が高いことを見出し、この水アトマイズ粉末を使用することにより金属成分の偏析を抑制できると共に、当該水アトマイズ粉末を使用して得た焼結合金は、金属系やセラミックス系硬質粒子を分散含有させた銅系焼結合金と同様、優れた耐摩耗性を発揮することを知見した。

本発明は、前記知見に基づきなされたもので、その目的とするところは、高い荷重を支持でき、しかも、高い荷重を支持しても優れた耐摩耗性を発揮する銅基焼結合金含油軸受を提供することにある。

本発明の銅基焼結合金含油軸受は、ニッケル、錫及び燐並びに主成分として銅を含有する水アトマイズ銅基合金粉末と、黒鉛粉末と、潤滑油とを含んでおり、ニッケル９〜３８．８質量％、錫３．６〜９．７質量％、燐０．４５〜４．９質量％及び黒鉛３〜１０質量％を含むと共に、銅−ニッケル−錫合金を含むマトリックス相及びこのマトリックス相中に拡散したニッケル−燐合金相を含んだ金属組織を有している。

本発明の銅基焼結合金含油軸受において、銅−ニッケル−錫合金を含むマトリックス相は、少なくともマイクロビッカース硬度（ＨＭＶ）（以下、硬度という）１７０を有しており、ニッケル−燐合金相は、少なくとも硬度６００を有している。

本発明の銅基焼結合金含油軸受において、潤滑油は、好ましくは、１．５〜２．５質量％含んでおり、斯かる潤滑油は、好ましい例では、銅基焼結合金含油軸受の空孔及び黒鉛に含浸保持されている。

本発明の銅基焼結合金含油軸受によれば、銅−ニッケル−錫合金を含むマトリックス相中に微細に拡散して凝固（晶出）したニッケル−燐合金相は、軟質な銅−ニッケル−錫合金を含むマトリックス相よりも高い荷重を支持でき、摩擦する相手材との摺動性を向上させると共に、黒鉛粉末と潤滑油とにより、高荷重が付加された摺動時に相手材との金属接触を軽減し、耐摩耗性及び耐焼付性を向上させることができる。

本発明の銅基焼結合金含油軸受の製造方法は、銅単体、銅−ニッケル合金、ニッケル単体、錫単体、銅−錫合金及び銅−燐合金の原料金属から、主成分としての銅に加えて、１０〜４０質量％のニッケル、４〜１０質量％の錫及び０．５〜５質量％の燐を含有する銅基原料を作製し、銅基原料を溶解して銅基原料の溶湯を作製すると共に当該溶湯を水アトマイズ法により粉末化し、主成分としての銅に加えて、１０〜４０質量％のニッケル、４〜１０質量％の錫及び０．５〜５質量％の燐を含む水アトマイズ銅基合金粉末を作製する工程と、黒鉛粉末を準備する工程と、水アトマイズ銅基合金粉末９０〜９７質量％と黒鉛粉末３〜１０質量％とを計量して混合機に投入し、撹拌混合して水アトマイズ銅基合金粉末と黒鉛粉末との混合粉末を作製する工程と、混合粉末を所望の金型内に充填し、３〜７トン／ｃｍ^２の成形圧力で圧縮成形して圧粉体を作製する工程と、この圧粉体を還元性雰囲気に調整した加熱炉内で８００〜９００℃の温度で１０〜３０分間焼結して、主成分としての銅に加えて、９〜３８．８質量％のニッケル、３．６〜９．７質量％の錫、０．４５〜４．９質量％の燐を含むと共に３〜１０質量％の黒鉛を分散含有した銅基焼結合金体を作製する工程と、銅基焼結合金体に機械加工を施して所望の銅基焼結合金軸受を作製したのち、銅基焼結合金軸受の空孔及び黒鉛に１．５〜２．５質量％の潤滑油を含浸保持させる工程とからなる。

本発明の銅基焼結合金含油軸受の製造方法において、水アトマイズ銅基合金粉末は、銅単体、銅−ニッケル合金、ニッケル単体、錫単体、銅−錫合金及び銅−燐合金の原料金属から適宜選択して作製した主成分としての銅に加えて、１０〜４０質量％のニッケル、４〜１０質量％の錫及び０．５〜５質量％の燐を含有する銅基原料の溶湯を、高速で噴射された流体（水）に衝突させることにより、当該溶湯を微粉化すると共に冷却して得られる。この水アトマイズ銅基合金粉末は、均一に溶融された銅基原料の溶湯を瞬間的に液滴化と冷却とを行うため、偏析のない均一な微細組織を有することになる。流体として水を使用した水アトマイズ銅基合金粉末は、不規則形状を呈している。

このように作製された水アトマイズ銅基合金粉末において、ニッケルは、主成分をなす銅及び錫と固溶体を形成して銅−ニッケル−錫合金を含むマトリックス相を形成すると共に燐とニッケル−燐合金との液相を生成してマトリックス相中に微細に拡散したニッケル−燐合金相を晶出する。ニッケルの含有量が１０質量％未満では、銅−ニッケル−錫合金を含むマトリックス相の強度が得られず、耐摩耗性、耐荷重性を低下させる虞があり、また含有量が４０質量％を超えると焼結性を低下させ、強度及び耐摩耗性を低下させる虞がある。したがって、水アトマイズ銅基合金粉末におけるニッケルの含有量は１０〜４０質量％、就中２０〜３５質量％が適当である。

錫は、主成分をなす銅及びニッケルと固溶体を形成して合金化し、銅−ニッケル−錫合金を含むマトリックス相を形成して銅−ニッケル−錫合金を含むマトリックス相を強化すると共に耐摩耗性を向上させる。錫の含有量が４質量％未満では、上記効果が十分発揮されず、また含有量が１０質量％を超えると焼結性を低下させ、耐摩耗性を低下させる虞がある。したがって、水アトマイズ銅基合金粉末における錫の含有量は４〜１０質量％、就中５〜８質量％が適当である。

燐は、ニッケルとニッケル−燐合金を生成してマトリックス相中に微細に拡散したニッケル−燐合金相を晶出し、マトリックス相の耐摩耗性を向上させる。燐の含有量が０．５質量％未満では、ニッケル−燐合金の液相を生成する割合が少なく、耐摩耗性の向上に効果が充分発揮されず、また含有量が５質量％を超えるとマトリックス相中に微細に拡散するニッケル−燐合金相の晶出割合が多くなりすぎ、却って耐摩耗性を悪化させる虞がある。したがって、水アトマイズ銅基合金粉末における燐の含有量は０．５〜５質量％、就中１〜３質量％が適当である。

水アトマイズ銅基合金粉末に配合される黒鉛は、固体潤滑作用による自己潤滑性を高め、高荷重が付加された摺動時において、耐摩耗性、耐荷重性及び耐焼付性を一層向上させると共に潤滑油の保持体としての役割を果たす。黒鉛の含有量が３質量％未満では、上記効果が充分発揮されず、また含有量が１０質量％を超えると固体潤滑作用は高められる反面、焼結性を悪化させて銅基焼結合金軸受の強度を低下させる虞がある。したがって、黒鉛の含有量は３〜１０質量％、就中３〜８質量％が適当である。黒鉛は、天然黒鉛及び人造黒鉛の何れもが使用可能であり、特に潤滑性に優れる天然黒鉛が好ましく使用される。

銅基焼結合金体は、当該銅基焼結合金体の寸法を所定の公差内に入れるべく、機械加工（サイジング）される。

このようにして作製された銅基焼結合金体には含油処理が施され、当該銅基焼結合金体の空孔及び黒鉛に１．５〜２．５質量％の潤滑油が含浸保持された銅基焼結合金含油軸受に形成される。

本発明の銅基焼結合金含油軸受の製造方法によれば、銅単体、銅−ニッケル合金、ニッケル単体、錫単体、銅−錫合金及び銅−燐合金の原料金属から水アトマイズ銅基合金粉末を作製することにより、複数の金属単体粉末を混合する際に生じ易い金属成分の偏析を抑制できるので、均質な銅基焼結合金体を得ることができる。また、水アトマイズ法により得た水アトマイズ銅基合金粉末の粒子は、銅−ニッケル−錫合金を含むマトリックス相と、このマトリックス相中に微細に拡散して凝固（晶出）したニッケル−燐合金相とを含んだ金属組織を呈していると共に、ニッケル−燐合金相は、該マトリックス相よりも硬度が高く、この水アトマイズ銅基合金粉末を使用して得られる銅基焼結合金軸受においても、前記マトリックス相及びニッケル−燐合金相を含んだ金属組織を呈するので、該マトリックス相中に微細に拡散して凝固したニッケル−燐合金相は、銅−ニッケル−錫合金を含むマトリックス相よりも高い荷重を支持でき、摩擦する相手材との摺動性を向上させる。

本発明によれば、銅−ニッケル−錫合金を含むマトリックス相よりも高い荷重を支持できるニッケル−燐合金相により、接触する相手材との摺動性を向上させることができると共に、水アトマイズ銅基合金粉末及び黒鉛粉末に含浸保持された潤滑油により、高荷重が付加された摺動時に相手材との金属接触を軽減し、耐摩耗性及び耐焼付性を向上させることができる銅基焼結合金含油軸受を提供することができる。

図１は、水アトマイズ銅基合金粉末の顕微鏡写真による組織説明図である。図２は、銅基焼結合金軸受の顕微鏡写真による金属組織説明図である。図３は、図２の顕微鏡写真の要部を拡大した金属組織説明図である。図４は、スラスト試験方法を説明するための斜視説明図である。図５は、ラジアル揺動試験方法を説明するための斜視説明図である。

次に、本発明及びその実施の形態を、図に示す好ましい実施例に基づいて更に詳細に説明する。なお、本発明はこれらの実施例に何等限定されないのである。

＜水アトマイズ銅基合金粉末の作製＞
１０〜４０質量％のニッケル、４〜１０質量％の錫、０．５〜５質量％の燐及び主成分として銅を含有する水アトマイズ銅基合金粉末は、原料金属として、銅単体、銅−２０〜３５質量％ニッケル合金、ニッケル単体、錫単体、銅−１０質量％錫合金及び銅−８〜１５質量％燐合金を準備し、これら原料金属から１０〜４０質量％のニッケル、４〜１０質量％の錫及び０．５〜５質量％の燐が含有され、残部に銅及び不可避不純物が含有されるように適宜選択して銅基合金原料を作製し、この銅基合金原料を溶解して銅基溶融合金（溶湯）を作製し、この溶湯を高速で噴射された流体（水）に衝突させて微粉化すると共に冷却することにより作製される。

この水アトマイズ銅基合金粉末は、不規則形状を呈している。水アトマイズ銅基合金粉末の粒径は、概ね２００〜３００メッシュ（７４〜４６μｍ）である。

ニッケル３０質量％、錫５質量％、燐３質量％含有し、残部が銅及び不可避不純物からなる水アトマイズ銅基合金粉末１は、図１に示すように、銅−ニッケル−錫合金を含むマトリックス相（白く見える部位）２と、マトリックス相２中に微細に拡散して凝固（晶出）したニッケル−燐合金相（黒く見える部位）３とを含み、マトリックス相２は、少なくとも硬度１７０を、ニッケル−燐合金相３は、少なくとも硬度６００を夫々有している。

＜圧粉体の作製＞
黒鉛粉末として、天然黒鉛（鱗片状黒鉛、塊状黒鉛及び土状黒鉛等）及び人造黒鉛から選択される黒鉛粉末を準備し、該黒鉛粉末を３〜１０質量％、前記水アトマイズ銅基合金粉末を９０〜９７質量％の割合で配合し、この配合比の黒鉛粉末及び水アトマイズ銅基合金粉末を混合機（Ｖ型ミキサー、ロッキングミキサー、タンブラーミキサー等）に投入して撹拌混合し、水アトマイズ銅基合金粉末と黒鉛粉末との混合粉末を作製する。ついで、所望の金型、例えば方形状の中空部又は円環状の中空部を有する金型を準備し、この混合粉末を金型の中空部内に充填し、３〜７トン／ｃｍ^２の成形圧力で圧縮成形して所望の圧粉体を作製する。

＜銅基焼結合金体の作製＞
圧粉体は、真空又は水素ガス、水素・窒素混合ガス（２５ｖｏｌ％Ｈ_２−７５ｖｏｌ％Ｎ_２）、アンモニア分解ガス（ＡＸガス：７５ｖｏｌ％Ｈ_２、２５ｖｏｌ％Ｎ_２の混合ガス）等の還元性雰囲気に調整された加熱（焼結）炉に搬入され、加熱炉内で８００〜９００℃の温度で１０〜３０分間加熱、焼結され、この加熱、焼結で、ニッケル９〜３８．８質量％、錫３．６〜９．７質量％、燐０．４５〜４．９質量％、残部が銅及び不可避不純物を含むと共に黒鉛を３〜１０質量％の割合で分散含有した銅基焼結合金体が作製される。

一例として、ニッケル３０質量％、錫５質量％、燐３質量％含み、残部が銅及び不可避不純物からなる水アトマイズ銅基合金粉末９７質量％に対して、黒鉛粉末を３質量％の割合で配合し、撹拌混合して得た混合粉末の圧粉体を加熱、焼結して作製したニッケル２９．１質量％、錫４．９質量％、燐２．９質量％、残部銅及び不可避不純物を含むと共に黒鉛を３質量％の割合で分散含有した図２に示す銅基焼結合金体は、金属組織４を有しており、金属組織４は、銅−ニッケル−錫合金を含むマトリックス相５を含んでおり、図２において、符号６は、空孔を、符号７は、黒鉛を示す。また、図３において、部位５（白く見える部位）は、銅−ニッケル−錫合金を含むマトリックス相、部位８（黒く見える部位）は、マトリックス相５中に微細に拡散して凝固（晶出）したニッケル−燐合金相である。

図２及び図３における銅基焼結合金体の金属組織４は、前記水アトマイズ銅基合金粉末の粒子の金属組織と同様の金属組織である、銅−ニッケル−錫合金を含むマトリックス相と、このマトリックス相中に微細に拡散して凝固（晶出）したニッケル−燐合金相を含んでおり、マトリックス相５は、少なくとも硬度１７０を有しており、マトリックス相５中に微細に拡散して晶出したニッケル−燐合金相８は、少なくとも硬度６００を有している。

＜銅基焼結合金含油軸受の作製＞
銅基焼結合金体は、寸法精度の向上、密度アップ等を目的として、該銅基焼結合金体の寸法を所定の公差に入れるべく、おおよそ１〜４トン／ｃｍ^２の圧力条件下で機械加工（サイジング）を施し、所定の寸法公差内に入る銅基焼結合金軸受に作製する。ついで、スピンドル油、モータ油又はギア油等の潤滑油を満たした容器内に銅基焼結合金軸受を浸漬し、１００〜１１０℃の温度まで徐々に加熱しながら当該容器内におおよそ３０〜６０分間保持した後、常温まで冷却し、取出すという含油処理を施して銅基焼結合金軸受の空孔及び黒鉛部位に潤滑油を１．５〜２．５質量％の割合で含浸保持した銅基焼結合金含油軸受を作製する。

このように銅単体、銅−ニッケル合金、ニッケル単体、錫単体、銅−錫合金及び銅−燐合金の原料金属から水アトマイズ法により作製した不規則形状を有する銅基合金粉末とすることにより、複数の金属単体粉末を混合する際に生じ易い金属成分の偏析を抑制できるので、均質な銅基焼結合金体及び銅基焼結合金軸受を得ることができ、また、水アトマイズ法により得た銅基合金粉末粒子は、銅−ニッケル−錫合金を含むマトリックス相と、このマトリックス相中に微細に拡散して凝固（晶出）したニッケル−燐合金相を含んだ金属組織を呈していると共に、ニッケル−燐合金相は、該マトリックス相よりも硬度が高く、この水アトマイズ粉末を使用して得られる銅基焼結合金体及び銅基焼結合金軸受においても、前記マトリックス相及びニッケル−燐合金相を含んだ金属組織を呈するので、該マトリックス相中に微細に拡散して凝固したニッケル−燐合金相は、銅−ニッケル−錫合金を含むマトリックス相よりも高い荷重を支持でき、摩擦する相手材との摺動性を向上させ、銅基焼結合金軸受の空孔及び黒鉛部位に含浸保持された潤滑油により、高荷重が付加された摺動時に相手材との金属接触を軽減し、耐摩耗性及び耐焼付性を向上させることができる。

以下、本発明を実施例に基づき更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に何等限定されないのである。

実施例１〜１４
＜水アトマイズ銅基合金粉末の作製＞
金属原料として、銅単体、銅−２５質量％ニッケル合金、銅−３０質量％ニッケル合金、銅−３５質量％ニッケル合金、ニッケル単体、錫単体、銅−１０質量％錫合金及び銅−１５質量％燐合金を準備し、原料金属を選択して銅基合金原料を作製した。実施例１から実施例１４の銅基合金原料の成分を表１及び表２に示す。

この銅基合金原料を溶解して銅基溶融合金（溶湯）を作製し、この溶湯を高速で噴射された水に衝突させて微粉化すると共に冷却して不規則形状を呈する粒径が２００〜３００メッシュ（７４〜４６μｍ）の水アトマイズ銅基合金粉末を作製した。水アトマイズ銅基合金粉末は、銅−ニッケル−錫合金を含むマトリックス相と該マトリックス相中に微細に拡散して晶出（凝固）したニッケル−燐合金相とを含む金属組織を呈していた。実施例１から実施例１４の水アトマイズ銅基合金粉末の成分組成並びに銅−ニッケル−錫合金を含むマトリックス相及びニッケル−燐合金相のマイクロビッカース硬度（ＨＭＶ）を表３及び表４に示す。

＜圧粉体の作製＞
黒鉛粉末として、天然黒鉛（鱗片状黒鉛）粉末を準備し、該黒鉛粉末を前記水アトマイズ銅基合金粉末に配合し、混合機（Ｖ型ミキサー）に投入して撹拌混合し、水アトマイズ銅基合金粉末と黒鉛粉末の混合粉末を作製した。実施例１から実施例１４の水アトマイズ銅基合金粉末と黒鉛の混合粉末との成分組成を表５及び表６に示す。ついで、（１）方形状の中空部を有する金型及び（２）円環状の中空部を有する金型を準備し、この混合粉末を金型の中空部内に充填し、５トン／ｃｍ^２の成形圧力で圧縮成形して（１）方形状の圧粉体及び（２）円環状の圧粉体を作製した。

＜銅基焼結合金含油軸受の作製＞
前記圧粉体を水素・窒素混合ガス（２５ｖｏｌ％Ｈ_２−７５ｖｏｌ％Ｎ_２）の還元性雰囲気に調整された加熱（焼結）炉に搬送し、８４０℃の温度で１５分間焼結して銅基焼結合金体を作製したのち、サイジング加工を施し、（１）一辺３０ｍｍ、厚さ５ｍｍの寸法の銅基焼結合金スラスト軸受及び（２）内径２０ｍｍ、外径２８ｍｍ、高さ１５ｍｍの寸法の銅基焼結合金ラジアル軸受を作製した。これら銅基焼結合金軸受は、銅−ニッケル−錫合金を含むマトリックス相と該マトリックス相中に微細に拡散して晶出したニッケル−燐合金相とを有する金属組織を呈していることを確認した。そして、銅−ニッケル−錫合金を含むマトリックス相及びニッケル−燐合金相のマイクロビッカース硬度を測定した。

ついで、潤滑油を満たした容器内に銅基焼結合金軸受を浸漬し、１００℃の温度まで徐々に加熱しながら当該容器内に３０分間保持する含油処理を施し、空孔及び黒鉛部位に潤滑油を含浸保持した銅基焼結合金含油軸受を作製した。銅基焼結合金含油軸受の成分、銅−ニッケル−錫合金を含むマトリックス相及びニッケル−燐合金相のマイクロビッカース硬度並びに含油率を表７及び表８に示す。

比較例１
粒径が３５０メッシュ（４５μｍ）の篩を通過するアトマイズ銅−１０質量％錫合金粉末８０質量％、粒径が１００メッシュ（１５０μｍ）の篩を通過する天然黒鉛（鱗片状黒鉛）粉末５重量％及び粒径が３５０メッシュ（４５μｍ）の篩を通過する電解銅粉末１５質量％をＶ型ミキサーに投入して２０分間混合し、混合粉末を得た。この混合粉末を前記実施例と同様の金型の方形状の中空部内に充填し、２トン／ｃｍ^２の成形圧力で圧縮成形して方形状の圧粉体を作製した。この圧粉体を水素・窒素混合ガス（２５ｖｏｌ％Ｈ_２−７５ｖｏｌ％Ｎ_２）の還元性雰囲気に調整された加熱（焼結）炉に搬送し、７６０℃の温度で６０分間焼結し銅基焼結合金体を作製したのち、サイジング加工を施して（１）一辺３０ｍｍ、厚さ５ｍｍの寸法の銅基焼結合金スラスト軸受、（２）内径２０ｍｍ、外径２８ｍｍ、高さ１５ｍｍの寸法の銅基焼結合金ラジアル軸受（銅：８７質量％、錫：８質量％、黒鉛５質量％）を作製した。ついで、この銅基焼結合金軸受に前記実施例と同様の含油処理を施し、銅基焼結合金含油軸受を作製した。

比較例２
粒径が１００メッシュ（１５０μｍ）の篩を通過するアトマイズ銅−２５質量％ニッケル合金粉末８７質量％、粒径が２５０メッシュ（６３μｍ）の篩を通過するアトマイズ錫粉末８質量％、粒径が１５０メッシュ（１０６μｍ）の篩を通過する天然黒鉛（鱗片状黒鉛）粉末５質量％をＶ型ミキサーに投入して２０分間混合し、混合粉末を得た。この混合粉末を前記実施例と同様の金型の方形状の中空部内に充填し、２トン／ｃｍ^２の成形圧力で圧縮成形して方形状の圧粉体を作製した。この圧粉体を水素・窒素混合ガス（２５ｖｏｌ％Ｈ_２−７５ｖｏｌ％Ｎ_２）の還元性雰囲気に調整された加熱（焼結）炉に搬送し、９２０℃の温度で３０分間焼結し銅基焼結合金体を作製したのち、サイジング加工を施して（１）一辺３０ｍｍ、厚さ５ｍｍの寸法の銅基焼結合金スラスト軸受、（２）内径２０ｍｍ、外径２８ｍｍ、高さ１５ｍｍの寸法の銅基焼結合金ラジアル軸受（銅：６５．２質量％、ニッケル：２１．８、錫：８質量％、黒鉛５質量％）を作製した。ついで、この銅基焼結合金軸受に前記実施例と同様の含油処理を施し、銅基焼結合金含油軸受を作製した。

比較例３
粒径が１００メッシュ（１５０μｍ）の篩を通過するアトマイズ銅−３０質量％ニッケル合金粉末８９質量％、粒径が２５０メッシュ（６３μｍ）の篩を通過するアトマイズ錫粉末８質量％、粒径が１５０メッシュ（１０６μｍ）の篩を通過する天然黒鉛（鱗片状黒鉛）粉末３質量％をＶ型ミキサーに投入して２０分間混合し、混合粉末を得た。以下、前記比較例２と同様の方法で（１）一辺３０ｍｍ、厚さ５ｍｍの寸法の銅基焼結合金スラスト軸受、（２）内径２０ｍｍ、外径２８ｍｍ、高さ１５ｍｍの寸法の銅基焼結合金ラジアル軸受（銅：６２．３質量％、ニッケル：２６．７、錫：８質量％、黒鉛３質量％）を作製した。ついで、この銅基焼結合金軸受に前記実施例と同様の含油処理を施し、銅基焼結合金含油軸受を作製した。

比較例４
粒径が１００メッシュ（１５０μｍ）の篩を通過するアトマイズ銅−３５質量％ニッケル合金粉末６５．７質量％、粒径が２５０メッシュ（６３μｍ）の篩を通過するアトマイズ錫粉末５質量％、粒径が２００メッシュ（７５μｍ）の篩を通過する銅−１５質量％Ｐ合金粉末２．７質量％、粒径が３５０メッシュ（４５μｍ）の篩を通過する電解銅粉末２１．６質量％、粒径が１５０メッシュ（１０６μｍ）の篩を通過する天然黒鉛（鱗片状黒鉛）粉末５質量％をＶ型ミキサーに投入して２０分間混合し、混合粉末を得た。以下、前記比較例２と同様の方法で（１）一辺３０ｍｍ、厚さ５ｍｍの寸法の銅基焼結合金スラスト軸受、（２）内径２０ｍｍ、外径２８ｍｍ、高さ１５ｍｍの寸法の銅基焼結合金ラジアル軸受（銅：６６．６質量％、ニッケル：２３質量％、錫：５質量％、燐：０．４質量％、黒鉛３質量％）を作製した。ついで、この銅基焼結合金軸受に前記実施例と同様の含油処理を施し、銅基焼結合金含油軸受を作製した。

比較例１から比較例４の銅基焼結合金含油軸受の成分及び含油率を表８に示す。

次に、実施例１から実施例１４及び比較例１から比較例４で得た銅基焼結合金含油軸受において、銅基焼結合金含油スラスト軸受については、下記に示すスラスト試験条件によってスラスト摺動特性を評価し、銅基焼結合金含油ラジアル軸受については、下記に示すジャーナル揺動試験条件によってジャーナル揺動摺動特性を評価した。摩擦係数については、試験を開始してから１時間経過後、安定時の摩擦係数を示し、摩耗量については、試験時間終了後の銅基焼結合金含油軸受の摺動面の寸法変化量（μｍ）で示した。

＜スラスト試験条件＞
速度１．３ｍ／ｍｉｎ
荷重（面圧）（１）３００ｋｇｆ／ｃｍ^２（２）５００ｋｇｆ／ｃｍ^２
試験時間２０時間
相手材機械構造用炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）
潤滑試験開始時に摺動面にリチウム系グリース（出光興産社製「ダフニーエポネックス（商品名）」）を塗布

＜試験方法＞
図４に示すように、銅基焼結合金含油軸受としての銅基焼結合金含油スラスト軸受９を固定し、相手材となる円筒体１０を銅基焼結合金含油スラスト軸受９の上から（矢印Ａ方向）その表面１１に所定の荷重を付加しながら、円筒体１０を矢印Ｂ方向に回転させ、銅基焼結合金含油スラスト軸受９と円筒体１０との間の摩擦係数及び試験時間経過後の銅基焼結合金含油スラスト軸受９の摩耗量を測定した。

＜ジャーナル揺動試験条件＞
速度０．５ｍ／ｍｉｎ
荷重（面圧）３００ｋｇｆ／ｃｍ^２
揺動角度 ±４５°
試験時間１００時間
相手材軸受鋼（ＳＵＪ２焼入れ材）
潤滑条件試験開始時に摺動面にリチウム系グリース（前記と同じ）を塗布

＜試験方法＞
図５に示すように、銅基焼結合金含油軸受としての銅基焼結合金含油ラジアル軸受１２に矢印Ａ方向の荷重を付加して固定し、相手材となる回転軸１３を一定のすべり速度で矢印Ｃ方向に揺動回転させ、試験時間経過後の銅基焼結合金含油ラジアル軸受１２の摩耗量を測定した。

銅基焼結合金含油スラスト軸受９及び銅基焼結合金含油ラジアル軸受１２のスラスト試験結果及びラジアル揺動試験結果を表７及び表８に示す。

表８中、比較例１の面圧（２）の条件におけるスラスト試験結果の＊印は、試験開始直後に摩擦係数が急激に上昇したため試験を中止し、摩擦係数及び摩耗量の測定ができなかったことを示す。

スラスト試験及びラジアル揺動試験結果から、実施例の銅基焼結合金含油軸受は、比較例の銅基焼結合金含油軸受よりも摩擦係数が低く、摩耗量が少ないことが分かる。特に、実施例の銅基焼結合金含油軸受は、銅−ニッケル−錫合金を含むマトリックス相と該マトリックス相中に微細に拡散して晶出したニッケル−燐合金相を含んだ金属組織を有し、マトリックス相中に微細に拡散して凝固したニッケル−燐合金相が該マトリックス相よりも高い荷重を支持できると共に黒鉛の固体潤滑作用及び潤滑油の潤滑作用との重畳効果により、摩擦する相手材との摺動性を向上させることで耐摩耗性を向上させるものと推察する。

以上説明したように、本発明に係る銅基焼結合金含油軸受は、銅−ニッケル−錫合金を含むマトリックス相と該マトリックス相中に微細に拡散して晶出したニッケル−燐合金相とを含む金属組織を有すると共に、ニッケル−燐合金相が高い荷重を支持して摩擦する相手材との摺動性を向上させることと、該銅基焼結合金含油軸受に分散含有された黒鉛の固体潤滑作用及び空孔及び黒鉛部位に含浸保持された潤滑油の潤滑作用との重畳効果により、高荷重が付加された摺動時に相手材との金属接触を軽減し、耐摩耗性及び耐焼付性を向上させることができる。また、本発明に係る製造方法においては、銅単体、銅−ニッケル合金、ニッケル単体、錫単体、銅−錫合金及び銅−燐合金の原料金属から水アトマイズ法により銅基合金粉末を作製することにより、複数の金属単体粉末を混合する際に生じ易い金属成分の偏析を抑制できるので、均質な銅基焼結合金含油軸受を得ることができる。

１水アトマイズ銅基合金粉末
２、５マトリックス相
３、８ニッケル−燐合金相
４金属組織
６空孔
７黒鉛

Claims

ニッケル、錫及び燐並びに主成分として銅を含有する水アトマイズ銅基合金粉末と、黒鉛粉末と、潤滑油とを含んでおり、ニッケル９〜３８．８質量％、錫３．６〜９．７質量％、燐０．４５〜４．９質量％及び黒鉛３〜１０質量％を含むと共に、銅−ニッケル−錫合金を含むマトリックス相及びこのマトリックス相中に拡散したニッケル−燐合金相を含んだ金属組織を有している銅基焼結合金含油軸受。
潤滑油は、１．５〜２．５質量％含んでいる請求項１に記載の銅基焼結合金含油軸受。
銅−ニッケル−錫合金を含むマトリックス相は、少なくともマイクロビッカース硬度１７０を有しており、ニッケル−燐合金相は、少なくともマイクロビッカース硬度６００を有している請求項１又は２に記載の銅基焼結合金含油軸受。