JP2018146112A - Sintered bearing for supercharger - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、過給機用焼結軸受に関する。 The present invention relates to a sintered bearing for a supercharger.
自動車エンジン等で使用される過給機、例えばターボチャージャは、軸の両端にタービンインペラとコンプレッサインペラとを取り付けた構造を有する。エンジンの駆動中は、シリンダからの排気ガスによってタービンインペラが回転駆動され、このトルクでコンプレッサインペラが回転して空気を圧縮する。過給機は、このようにして圧縮した空気をシリンダの吸気側に送り込むことで、エンジンの吸気効率を高める機能を有する。 A turbocharger used in an automobile engine or the like, for example, a turbocharger has a structure in which a turbine impeller and a compressor impeller are attached to both ends of a shaft. While the engine is being driven, the turbine impeller is rotationally driven by the exhaust gas from the cylinder, and the compressor impeller is rotated by this torque to compress the air. The supercharger has a function of increasing the intake efficiency of the engine by sending the compressed air in this way to the intake side of the cylinder.
過給機の軸を支持する軸受は、タービンインペラとコンプレッサインペラとの間でハウジング内に配置される。この軸受としては、軸受とハウジング、および軸受と軸の双方の間に油膜を形成するフローティング軸受を使用するのが通例である。このフローティング軸受としては、軸受を潤滑油（エンジンオイル）中に浮かせて軸受が軸に対して連れ回るようにしたフルフローティング構造と、軸受の回転を拘束したセミフローティング構造とが知られている。 A bearing for supporting the turbocharger shaft is disposed in the housing between the turbine impeller and the compressor impeller. As this bearing, a floating bearing in which an oil film is formed between both the bearing and the housing and between the bearing and the shaft is usually used. As this floating bearing, there are known a full floating structure in which the bearing is floated in lubricating oil (engine oil) and the bearing is rotated with respect to the shaft, and a semi-floating structure in which the rotation of the bearing is restricted.
過給機の軸は１０万ｒｐｍを超える高速で回転する。また、排熱等の影響により軸受周辺は数百度程度の高温となる。従って、過給機用の軸受では、高温下で高い耐摩耗性や耐焼き付き性が必要とされる。また、排気ガスやエンジンオイルに対する耐腐食性も必要とされる。このような過酷な環境下で使用される過給機用軸受の一例として、特許文献１には、黄銅系生地にＭｎ−Ｓｉ系化合物を析出させた黄銅系合金（黄銅系メタル）からなるすべり軸受が開示されている。 The turbocharger shaft rotates at a high speed exceeding 100,000 rpm. In addition, the temperature around the bearing becomes a high temperature of several hundred degrees due to the influence of exhaust heat and the like. Therefore, a supercharger bearing requires high wear resistance and seizure resistance at high temperatures. In addition, corrosion resistance against exhaust gas and engine oil is also required. As an example of a bearing for a supercharger used in such a harsh environment, Patent Document 1 discloses a slip made of a brass alloy (brass metal) in which a Mn-Si compound is precipitated on a brass cloth. A bearing is disclosed.
特許文献１の黄銅系メタル軸受は溶製材で形成されている。溶製材からなるすべり軸受は、その製作過程で切削加工等を必要とするため、高コスト化する問題がある。この問題を解決する手法として、ニアネットシェイプで成形可能となる焼結軸受を使用することが考えられる。 The brass-type metal bearing of patent document 1 is formed with the molten material. A plain bearing made of melted material has a problem of high cost because it requires cutting or the like in the manufacturing process. As a technique for solving this problem, it is conceivable to use a sintered bearing that can be molded with a near net shape.
その一方で、過給機用軸受の焼結軸受への置き換えには多くの障害がある。例えば焼結軸受としては鉄系や青銅系が一般的であるが、鉄系焼結軸受では耐焼き付き性を満足することができず、青銅系焼結軸受では、低融点（ほぼ２３２℃）のＳｎを含むため、過給機として使用した際に軸受強度が著しく低下する問題がある。また、摺動性の観点から、軸受面には固体潤滑剤組織を形成することが望まれるが、固体潤滑剤として一般的な黒鉛は、３２５℃以上で炭酸ガス化して消失するため、過給機用焼結軸受としての使用には適さない。二硫化モリブデンも同様に高温で消失するため、過給機用焼結軸受の固体潤滑剤としての使用には適さない。さらに、過給機用軸受では、軸受が高速回転する軸と瞬間的に接触する（フルフローティングタイプでは、さらに軸受とハウジングも瞬間的に接触する）ため、その衝突時の軸受の変形や摩耗を抑制できるよう高い強度や耐摩耗性が必要とされる。 On the other hand, there are many obstacles in replacing the turbocharger bearing with the sintered bearing. For example, iron-based and bronze-based bearings are generally used as sintered bearings, but iron-based sintered bearings cannot satisfy seizure resistance, and bronze-based sintered bearings have a low melting point (approximately 232 ° C.). Since Sn is contained, there is a problem that the bearing strength is remarkably lowered when used as a supercharger. From the viewpoint of slidability, it is desirable to form a solid lubricant structure on the bearing surface. However, graphite that is general as a solid lubricant disappears by carbonization at 325 ° C. or higher. It is not suitable for use as a machine sintered bearing. Similarly, molybdenum disulfide disappears at a high temperature, so it is not suitable for use as a solid lubricant in a sintered bearing for a supercharger. Furthermore, since the bearing for the turbocharger instantaneously contacts the shaft that rotates at high speed (in the full floating type, the bearing and the housing also instantaneously contact), the deformation and wear of the bearing at the time of the collision are prevented. High strength and wear resistance are required so that they can be suppressed.
近年では、過給機のさらなるパワーアップが要請され、この要請に応えるべく、軸の回転速度や軸受温度がさらに高まる傾向にある（軸の回転速度は３０万ｒｐｍ程度、軸受温度は４００℃程度に達する可能性がある）。このような要求特性の更なる過酷化に対し、既存の黄銅系メタル等からなる過給機用軸受では対応に限界がある。例えば黄銅系メタルは４００℃程度での軟化が著しいため、高温下での強度、硬さ、耐摩耗性に不安が残る。 In recent years, there has been a demand for further power up of the turbocharger, and in order to meet this demand, the rotational speed of the shaft and the bearing temperature tend to increase further (the rotational speed of the shaft is about 300,000 rpm, the bearing temperature is about 400 ° C. May reach The existing turbocharger bearings made of brass metal or the like have a limit to the further severeness of the required characteristics. For example, brass-based metals are remarkably softened at about 400 ° C., so there remains anxiety in strength, hardness, and wear resistance at high temperatures.
以上の問題に鑑み、本発明は、高温時の強度、耐摩耗性、耐焼き付き性、および耐腐食性に優れ、かつ低コスト化を達成できる過給機用焼結軸受を提供することを目的とする。 In view of the above problems, an object of the present invention is to provide a sintered bearing for a supercharger that is excellent in strength at high temperatures, wear resistance, seizure resistance, and corrosion resistance and that can achieve cost reduction. And
過給機用焼結軸受として重要視される耐焼き付き性を満足するためには、銅合金組織を主体とする焼結体を用いるのが好ましい。本発明者らは、この銅系焼結体の採用を前提として、過給機用焼結軸受に適合する固体潤滑剤組織を種々検討した結果、固体潤滑剤としてフッ化カルシウム（ＣａＦ２）を使用する、との着想に至った。フッ化カルシウム粒子は高温（９００℃程度）でも安定しており、固体潤滑剤としての機能を失わない。従って、４００℃程度の高温下でも軸あるいはハウジングに対する接触面の摺動性（低摩擦性、耐焼き付き性）を確保することができる。また、フッ化カルシウム粒子は黄銅系メタルよりも硬質となるため、耐摩耗性の面でも有利となる。 In order to satisfy the seizure resistance, which is regarded as important as a sintered bearing for a supercharger, it is preferable to use a sintered body mainly composed of a copper alloy structure. As a result of various studies on solid lubricant structures suitable for supercharger sintered bearings on the premise of adopting this copper-based sintered body, the present inventors have determined that calcium fluoride (CaF 2 ) is used as the solid lubricant. I came up with the idea of using it. The calcium fluoride particles are stable even at high temperatures (about 900 ° C.) and do not lose their function as a solid lubricant. Therefore, slidability (low friction and seizure resistance) of the contact surface with respect to the shaft or the housing can be ensured even at a high temperature of about 400 ° C. In addition, since the calcium fluoride particles are harder than the brass metal, it is advantageous in terms of wear resistance.
原料粉末にフッ化カルシウム粉末を添加した場合、その一部は焼結中に蒸発、揮散するが、銅系焼結体の焼結温度は鉄系焼結体よりも低温（銅の融点１０８３℃よりも低温で焼結される）であるため、焼結中のフッ化カルシウムの消失量は少ない。この時、焼結中に見込まれるフッ化カルシウムの消失量よりも多いフッ化カルシウム粉末を原料粉末に配合しておけば、焼結後の焼結組織に必要量のフッ化カルシウム粒子を形成することが可能となる。 When calcium fluoride powder is added to the raw material powder, a part of it evaporates and volatilizes during sintering, but the sintering temperature of the copper-based sintered body is lower than that of the iron-based sintered body (the melting point of copper is 1083 ° C). The amount of disappearance of calcium fluoride during sintering is small. At this time, if calcium fluoride powder more than the expected loss of calcium fluoride during sintering is added to the raw material powder, the necessary amount of calcium fluoride particles are formed in the sintered structure after sintering. It becomes possible.
以上の検証結果に基づき、本発明にかかる、過給機の軸を支持する過給機用焼結軸受は、銅合金組織を主体とする焼結体からなり、焼結体がフッ化カルシウム粒子を含有することを特徴とする。 Based on the above verification results, the supercharger sintered bearing for supporting the supercharger shaft according to the present invention is composed of a sintered body mainly composed of a copper alloy structure, and the sintered body is calcium fluoride particles. It is characterized by containing.
また、過給機用焼結軸受の製造に際しては、フッ化カルシウム粉末を含む原料粉末を成形および焼結して前記焼結体を形成し、前記原料粉末におけるフッ化カルシウム粉末の配合量を、焼結中におけるフッ化カルシウムの消失量よりも多くして、前記焼結体にフッ化カルシウム粒子を形成するのが好ましい。 Further, when manufacturing a sintered bearing for a supercharger, a raw material powder containing calcium fluoride powder is molded and sintered to form the sintered body, and the blending amount of the calcium fluoride powder in the raw material powder, It is preferable to form calcium fluoride particles in the sintered body by increasing the amount of calcium fluoride lost during sintering.
本発明者らは、さらに検証を進め、上記の課題を解決するため、過給機用の焼結軸受として、アルミニウム青銅系（Ｃｕ−Ａｌ系）を使用するという新たな着想に至った。具体的に説明すると、本発明は、過給機の軸を支持する過給機用焼結軸受であって、８〜１２質量％のアルミニウム、０．１〜０．８質量％の燐、およびフッ化カルシウムを含有し、残部が銅および不可避的不純物からなる焼結体で形成され、焼結体の表面が、主にフッ化カルシウム粒子と、アルミニウムを含有した銅合金組織とで形成されていることを特徴とするものである。 In order to further verify and solve the above problems, the present inventors have come up with a new idea of using an aluminum bronze system (Cu-Al system) as a sintered bearing for a supercharger. Specifically, the present invention relates to a sintered bearing for a supercharger that supports a supercharger shaft, comprising 8 to 12% by mass of aluminum, 0.1 to 0.8% by mass of phosphorus, and Containing calcium fluoride, the balance is formed of a sintered body made of copper and inevitable impurities, and the surface of the sintered body is mainly formed of calcium fluoride particles and a copper alloy structure containing aluminum. It is characterized by being.
この過給機用焼結軸受は、アルミニウムを含む銅合金組織とフッ化カルシウム粒子とで形成され、純銅組織を含まない。すなわち、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、銅単体の粉末は使用していない。また、燐は、焼結時に周辺の銅組織と共に溶融して液相となり、さらに液相となった銅合金は周辺のアルミニウム−銅合金組織に拡散する。そのため、焼結体には燐−銅合金組織は形成されない。従って、この焼結軸受は、フッ化カルシウム粒子の存在領域を除き、全てアルミニウムが分散した銅合金組織で形成される。 The supercharger sintered bearing is formed of a copper alloy structure containing aluminum and calcium fluoride particles, and does not contain a pure copper structure. That is, as a raw material powder to be an aluminum source and a copper source, an aluminum-copper alloy powder is used, and a single copper powder is not used. Phosphorus melts together with the surrounding copper structure during sintering to form a liquid phase, and the copper alloy in the liquid phase diffuses into the surrounding aluminum-copper alloy structure. Therefore, a phosphor-copper alloy structure is not formed in the sintered body. Therefore, this sintered bearing is formed of a copper alloy structure in which aluminum is dispersed except for the region where the calcium fluoride particles are present.
焼結体の表面の銅合金組織は、空気中の酸素と反応してその全体が酸化アルミニウム被膜で被覆される。酸化アルミニウム被膜は高温下でも化学的に安定しており、かつ本発明では、焼結体の表面の殆どの領域（フッ化カルシウム粒子が現れた領域を除いた全ての領域）がアルミニウムを含む銅合金組織で形成されているため、表面の殆どの領域が酸化アルミニウム被膜で覆われる。従って、焼結体の高温時の耐腐食性を向上させることができる。また、焼結体の内周面や外周面（軸やハウジングに対する接触面）の全周にわたり、ほぼ均一厚さの酸化アルミニウム被膜が形成されることになるため、軸受隙間が均一となって軸受性能が安定化する。 The copper alloy structure on the surface of the sintered body reacts with oxygen in the air and is entirely covered with an aluminum oxide coating. The aluminum oxide film is chemically stable even at high temperatures, and in the present invention, most of the surface area of the sintered body (all areas excluding the area where calcium fluoride particles appear) contains copper containing aluminum. Since it is formed of an alloy structure, most of the surface area is covered with an aluminum oxide film. Therefore, the corrosion resistance at high temperature of the sintered body can be improved. In addition, an aluminum oxide film having a substantially uniform thickness is formed over the entire circumference of the inner peripheral surface and outer peripheral surface (contact surface with respect to the shaft and housing) of the sintered body. Performance stabilizes.
さらに焼結体の表面に現れたフッ化カルシウム粒子は高温（９００℃程度）でも安定しており、固体潤滑剤としての機能を失わないため、４００℃程度の高温下でも軸あるいはハウジングに対する接触面の摺動性（低摩擦性、耐焼き付き性）を確保することができる。加えて、酸化アルミニウム被膜自身が硬質であること、さらにフッ化カルシウム粒子も黒鉛等の他の固体潤滑剤と同じく潤滑性または摺動性があることから、先の焼結体の表面全体の硬質化と共に、耐摩耗性のさらなる向上が達成される。 Furthermore, the calcium fluoride particles that appear on the surface of the sintered body are stable even at high temperatures (about 900 ° C) and do not lose their function as solid lubricants. Slidability (low friction and seizure resistance) can be ensured. In addition, since the aluminum oxide coating itself is hard, and the calcium fluoride particles are lubricious or slidable like other solid lubricants such as graphite, the entire surface of the sintered body is hard. Along with this, further improvement in wear resistance is achieved.
以上に述べた理由から、今後、過給機用軸受に対する要求性能（軸の回転速度や軸受使用温度）がさらに過酷化し、例えば３０万ｒｐｍの回転速度や４００℃程度の軸受使用温度が求められるようになっても、強度、耐摩耗性、耐焼付き性、耐腐食性といった要求特性を満足することが可能となる。 For the reasons described above, the required performance (shaft rotational speed and bearing operating temperature) for turbocharger bearings will become more severe in the future, and for example, a rotational speed of 300,000 rpm and a bearing operating temperature of about 400 ° C. will be required. Even if it becomes, it becomes possible to satisfy the required characteristics such as strength, wear resistance, seizure resistance, and corrosion resistance.
耐腐食性の面からは、アルミニウムを含有する銅合金組織をα相で形成するのが望ましい。その一方で、銅合金組織のγ相は、α相に比べて硬質であるため、ある程度の量のγ相を焼結体の表面に分布させることで、軸受の耐摩耗性を向上させることが可能となる。以上の新たな知見から、銅合金組織におけるα相とγ相は、面積比で、０．１０＜γ相／α相＜０．３５（好ましくは０．１５＜γ相／α相＜０．３０）にするのが好ましい。 From the viewpoint of corrosion resistance, it is desirable to form a copper alloy structure containing aluminum with an α phase. On the other hand, since the γ phase of the copper alloy structure is harder than the α phase, it is possible to improve the wear resistance of the bearing by distributing a certain amount of γ phase on the surface of the sintered body. It becomes possible. From the above new knowledge, the α phase and γ phase in the copper alloy structure are 0.10 <γ phase / α phase <0.35 (preferably 0.15 <γ phase / α phase <0. 30) is preferable.
焼結体の表面に、フッ化カルシウム粒子を面積比で３％以上１５％以下の割合で分散させるのが好ましい。３％を下回ると摺動性の改善効果が得られず、１５％を上回ると、フッ化カルシウムが多すぎるために焼結が過剰に進んで焼結体が大きく収縮し、焼結体の寸法精度を確保することが困難となるためである。 It is preferable to disperse the calcium fluoride particles on the surface of the sintered body at an area ratio of 3% to 15%. If the ratio is less than 3%, the effect of improving the slidability cannot be obtained. If the ratio exceeds 15%, the sintering proceeds excessively due to too much calcium fluoride, causing the sintered body to shrink greatly, and the dimensions of the sintered body This is because it is difficult to ensure accuracy.
フッ化カルシウム粒子の平均粒径は１０μｍ以上、３０μｍ以下が好ましい。また、焼結体の表面には、フッ化カルシウム粒子を除いて酸化アルミニウム被膜を形成するのが好ましい。 The average particle size of the calcium fluoride particles is preferably 10 μm or more and 30 μm or less. Moreover, it is preferable to form an aluminum oxide film on the surface of the sintered body, excluding calcium fluoride particles.
本発明による過給機用焼結軸受は、高温下における強度、耐摩耗性、耐焼き付き性、耐腐食性といった要求性能を、余裕をもってクリアすることができる。従って、過給機用焼結軸受としての使用に適合する。しかも過給機用軸受として従来から用いられる黄銅系メタルからなる軸受よりも低コスト化を図ることができる。 The sintered bearing for a supercharger according to the present invention can satisfy required performances such as strength, wear resistance, seizure resistance, and corrosion resistance at high temperatures with a margin. Therefore, it is suitable for use as a sintered bearing for a supercharger. In addition, the cost can be reduced as compared with a bearing made of a brass metal conventionally used as a turbocharger bearing.
以下、本発明の過給機用焼結軸受の実施形態を添付図面に基づいて説明する。 Hereinafter, embodiments of a sintered bearing for a supercharger according to the present invention will be described with reference to the accompanying drawings.
本発明に係る焼結軸受は、自動車エンジン等に装備される過給機に使用される。図１は、この種の過給機の一例として、フルフローティング軸受を用いたターボチャージャの概要を示す縦断面図である。 The sintered bearing according to the present invention is used in a supercharger equipped in an automobile engine or the like. FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an outline of a turbocharger using a full floating bearing as an example of this type of supercharger.
ターボチャージャ１は、軸２と、軸２の一端に設けられたタービンインペラ３と、軸２の他端に設けられたコンプレッサインペラ４と、軸２をラジアル方向で支持するラジアル軸受５と、軸２をスラスト方向で支持するスラスト軸受６と、ラジアル軸受５およびスラスト軸受６を支持するハウジング７とを有する。エンジンの駆動中は、シリンダからの排気ガスによってタービンインペラ３が回転駆動され、このトルクで軸２、さらにコンプレッサインペラ４が回転する。コンプレッサインペラ４の回転により、空気が圧縮される。この圧縮空気をシリンダの吸気側に送り込むことで、エンジンの吸気効率が高められる。 The turbocharger 1 includes a shaft 2, a turbine impeller 3 provided at one end of the shaft 2, a compressor impeller 4 provided at the other end of the shaft 2, a radial bearing 5 that supports the shaft 2 in the radial direction, 2 and a housing 7 for supporting the radial bearing 5 and the thrust bearing 6. While the engine is being driven, the turbine impeller 3 is rotationally driven by the exhaust gas from the cylinder, and the shaft 2 and the compressor impeller 4 are rotated by this torque. The air is compressed by the rotation of the compressor impeller 4. By sending this compressed air to the intake side of the cylinder, the intake efficiency of the engine is increased.
軸２は、ラジアル軸受５およびスラスト軸受６で回転自在に支持される。フルフローティング構造のターボチャージャ１では、図１に示すように、軸方向に離間した二カ所にラジアル軸受５を配置し、対をなすラジアル軸受５の軸方向一方側にスラスト軸受６を配置する場合が多い。しかしながら、各軸受５，６の配置位置や数は任意であり、図示した構造に限定されるものではない。 The shaft 2 is rotatably supported by a radial bearing 5 and a thrust bearing 6. In the turbocharger 1 having a full floating structure, as shown in FIG. 1, the radial bearings 5 are disposed at two positions separated in the axial direction, and the thrust bearing 6 is disposed on one axial side of the paired radial bearings 5. There are many. However, the arrangement position and the number of the bearings 5 and 6 are arbitrary, and are not limited to the illustrated structure.
ラジアル軸受５およびスラスト軸受６は、タービンインペラ３とコンプレッサインペラ４の間に配置された中空状のハウジング７内に収容される。ハウジング７には、潤滑油としてのエンジンオイルを循環させるためのオイル経路８が形成されており、その下流端は、ラジアル軸受５の外周面と対向するハウジング７の内周面に開口している。オイル経路８から流出したエンジンオイルは、ラジアル軸受５の外周面５ｂ（図２参照）とハウジング７の内周面の間の隙間、さらにラジアル軸受５の内周面５ａ（軸受面）と軸２の外周面との間の隙間を満たし、各隙間（軸受隙間）に油膜が形成される。これにより、ラジアル軸受５はエンジンオイル中に浮いたフローティング状態となり、軸２の回転中にはラジアル軸受５も軸２に連れ回る形で軸２よりも低速で回転する。スラスト軸受６も同様の構成を有する。 The radial bearing 5 and the thrust bearing 6 are accommodated in a hollow housing 7 disposed between the turbine impeller 3 and the compressor impeller 4. An oil path 8 for circulating engine oil as lubricating oil is formed in the housing 7, and the downstream end thereof opens to the inner peripheral surface of the housing 7 that faces the outer peripheral surface of the radial bearing 5. . The engine oil that has flowed out of the oil path 8 is a gap between the outer peripheral surface 5b (see FIG. 2) of the radial bearing 5 and the inner peripheral surface of the housing 7, and further, the inner peripheral surface 5a (bearing surface) of the radial bearing 5 and the shaft 2 The oil film is formed in each gap (bearing gap). As a result, the radial bearing 5 is in a floating state floating in the engine oil, and while the shaft 2 is rotating, the radial bearing 5 also rotates at a lower speed than the shaft 2 so as to rotate with the shaft 2. The thrust bearing 6 has a similar configuration.
図２に、以上に述べたターボチャージャ１に使用されるラジアル軸受５の縦断面図を示す。このラジアル軸受５は、焼結金属からなり、内周面に軸受面５ａを有する円筒状に形成される（以下では、ラジアル軸受５を単に「焼結軸受」と呼ぶ）。焼結軸受５の内周に軸２が挿入され、軸２が焼結軸受５によって回転自在に支持される。 FIG. 2 shows a longitudinal sectional view of the radial bearing 5 used in the turbocharger 1 described above. The radial bearing 5 is made of a sintered metal and is formed in a cylindrical shape having a bearing surface 5a on the inner peripheral surface (hereinafter, the radial bearing 5 is simply referred to as “sintered bearing”). The shaft 2 is inserted into the inner periphery of the sintered bearing 5, and the shaft 2 is rotatably supported by the sintered bearing 5.
この焼結軸受５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 sintered bearing 5 is formed by filling a raw material powder mixed with various powders into a mold, compressing this to form a green compact, and then sintering the green compact.
原料粉末は、アルミニウム−銅合金粉末、燐−銅合金粉末、固体潤滑剤としてのフッ化カルシウム、および焼結助剤としてのフッ化アルミニ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, phosphorus-copper alloy powder, calcium fluoride as a solid lubricant, and aluminum fluoride as a sintering aid. Details of each powder are described below.
[アルミニウム−銅合金粉末]
アルミニウム−銅合金粉末としては、銅とアルミニウムの完全合金粉末を粉砕した後、粒度調整したものが使用される。８〜１２質量％アルミニウム−銅合金粉末（好ましくは９〜１１質量％アルミニウム−銅合金粉末）を使用するのが好ましい。また、アルミニウム−銅合金粉末の粒径は１００μｍ以下で、平均粒径は例えば３５μｍ程度とする。なお、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、株式会社島津製作所製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である。
[Aluminum-copper alloy powder]
As the aluminum-copper alloy powder, a powder whose particle size is adjusted after pulverizing a complete alloy powder of copper and aluminum is used. It is preferable to use 8-12 mass% aluminum-copper alloy powder (preferably 9-11 mass% aluminum-copper alloy powder). The particle size of the aluminum-copper alloy powder is 100 μm or less, and the average particle size is, for example, about 35 μm. In the present specification, the average particle diameter means an average value of particle diameters measured by laser diffraction. Specifically, it is an average value of particle diameters when 5000 powder is measured by laser diffraction with SALD-3100 manufactured by Shimadzu Corporation.
アルミニウム−銅合金粉末におけるアルミニウムの量が多くなるほどβ相の割合が多くなる。β相は５６５℃で共析変態してα相とγ相になるため、アルミニウム量が多くなるほど焼結体に生じるγ相が多くなる。γ相はエンジンオイルに含まれる有機酸や排気ガス中のアンモニアに対する耐腐食性を低下させるため、アルミニウム量を過剰に増やすことは好ましくない。一方、アルミニウムの含有量が少なすぎると、アルミニウム青銅焼結軸受としてのメリット（特に耐摩耗性）が得られない。以上の理由から、上記のとおり、アルミニウム−銅合金粉末におけるアルミニウム含有量は８〜１２質量％（好ましくは９〜１１質量％）とする。 The proportion of β phase increases as the amount of aluminum in the aluminum-copper alloy powder increases. Since the β phase undergoes eutectoid transformation at 565 ° C. to become an α phase and a γ phase, the γ phase generated in the sintered body increases as the amount of aluminum increases. Since the γ phase reduces the corrosion resistance against organic acids contained in engine oil and ammonia in exhaust gas, it is not preferable to increase the amount of aluminum excessively. On the other hand, if the aluminum content is too small, the merit (particularly wear resistance) as an aluminum bronze sintered bearing cannot be obtained. For the above reasons, as described above, the aluminum content in the aluminum-copper alloy powder is 8 to 12% by mass (preferably 9 to 11% by mass).
[燐−銅合金粉末]
燐−銅合金粉末としては、７〜１０質量％燐−銅合金粉末が用いられる。燐は、固相−液相間の濡れ性を高めると共に、焼結過程でのアルミニウムの拡散を促進させることで、配合すべきアルミニウム量を減らす効果を有する。原料粉末における燐の配合量は、０．１〜０．８質量％、好ましくは０．１〜０．４質量％とする。０．１質量％未満の配合量では固液相間の焼結促進効果が乏しくなり、０．８重量％（好ましくは０．４質量％）を超える配合量では、焼結が進み過ぎてアルミニウムが偏析し、γ相の析出が増えて耐腐食性が低下すると共に、焼結体が脆くなる。
[Phosphorus-copper alloy powder]
As the phosphorus-copper alloy powder, 7 to 10% by mass phosphorus-copper alloy powder is used. Phosphorus has the effect of reducing the amount of aluminum to be blended by enhancing the wettability between the solid phase and the liquid phase and promoting the diffusion of aluminum during the sintering process. The amount of phosphorus in the raw material powder is 0.1 to 0.8% by mass, preferably 0.1 to 0.4% by mass. If the blending amount is less than 0.1% by mass, the effect of promoting the sintering between the solid and liquid phases becomes poor, and if the blending amount exceeds 0.8% by weight (preferably 0.4% by mass), the sintering proceeds too much. Segregates, precipitation of γ phase increases, corrosion resistance decreases, and the sintered body becomes brittle.
[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−銅合金粉末の焼結時には、その表面に生成する酸化アルミニウムの被膜が焼結を著しく阻害する。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８５０〜９５０℃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は、焼結時に蒸発、揮散するため焼結体には殆ど残らない。その一方で、フッ化カルシウムは、固体潤滑剤として焼結体に残す。そのため、フッ化カルシウムの配合量は、フッ化アルミニウムよりも多くするのが好ましい。
[Aluminum fluoride and calcium fluoride]
When the aluminum-copper alloy powder is sintered, the aluminum oxide film formed on the surface of the powder significantly inhibits the sintering. Aluminum fluoride and calcium fluoride gradually evaporate while melting at 850 to 950 ° C., which is the sintering temperature of aluminum-copper alloy powder, to protect the surface of aluminum-copper alloy powder and suppress the formation of aluminum oxide By doing so, sintering is promoted and diffusion of aluminum is enhanced. Aluminum fluoride is hardly left in the sintered body because it evaporates and volatilizes during sintering. On the other hand, calcium fluoride remains in the sintered body as a solid lubricant. Therefore, it is preferable that the compounding amount of calcium fluoride is larger than that of aluminum fluoride.
具体的には、原料粉末におけるフッ化アルミニウムおよびフッ化カルシウムの配合割合は、前者については０．０５質量％〜０．２質量％程度、後者については０．３質量％〜６質量％程度とする。フッ化アルミニウムの配合量が下限値を下回ると焼結助剤としての効果が不十分となり、緻密で必要な強度を有する焼結体が得られない。フッ化アルミニウムの配合量が上限値を上回ると、焼結時の収縮が大きくなり、焼結体の寸法精度が悪化する。また、フッ化カルシウムの配合量が下限値を下回ると、焼結体に残るフッ化カルシウムの量が不足し、固体潤滑剤としての効果が得られずに摺動性に悪影響を与える。フッ化カルシウムの配合量が上限値を超えると、焼結の促進効果が過剰となって焼結体が過度に収縮するため、必要な寸法精度を確保することができない。なお、フッ化カルシウム粉末としては、平均粒径が１０μｍ〜３０μｍ程度のものを使用するのが好ましい。 Specifically, the mixing ratio of aluminum fluoride and calcium fluoride in the raw material powder is about 0.05% to 0.2% by mass for the former, and about 0.3% to 6% by mass for the latter. To do. When the blending amount of aluminum fluoride is below the lower limit, the effect as a sintering aid becomes insufficient, and a dense sintered body having the required strength cannot be obtained. If the blending amount of aluminum fluoride exceeds the upper limit, shrinkage during sintering increases, and the dimensional accuracy of the sintered body deteriorates. On the other hand, if the blending amount of calcium fluoride is below the lower limit, the amount of calcium fluoride remaining in the sintered body is insufficient, and the effect as a solid lubricant is not obtained, which adversely affects slidability. If the blending amount of calcium fluoride exceeds the upper limit, the sintering promoting effect becomes excessive and the sintered body shrinks excessively, so that necessary dimensional accuracy cannot be ensured. In addition, as a calcium fluoride powder, it is preferable to use a thing with an average particle diameter of about 10 micrometers-30 micrometers.
原料粉末には、アルミニウム−銅合金粉末、燐−銅合金粉末、フッ化カルシウム粉末、およびフッ化アルミニウム粉末の合計を１００重量％として、成形を容易にするための成形助剤としてステアリン酸亜鉛、あるいはステアリン酸カルシウム等の潤滑剤を０．１〜１重量％添加するのが好ましい。なお、これらの成形助剤は、焼結に伴って蒸発、揮散するため、焼結後の焼結体には残らない。 The raw material powder includes 100% by weight of the total of aluminum-copper alloy powder, phosphorus-copper alloy powder, calcium fluoride powder, and aluminum fluoride powder, zinc stearate as a molding aid for facilitating molding, Alternatively, it is preferable to add 0.1 to 1% by weight of a lubricant such as calcium stearate. In addition, since these shaping | molding adjuvants evaporate and volatilize with sintering, they do not remain in the sintered body after sintering.
以上に述べた原料粉末を混合した後、原料粉末を圧縮成形することで圧粉体が製作される。次いで、圧粉体は焼結工程に移送され、炉内で加熱することで焼結される。焼結温度は９００〜９５０℃が好ましい。また、炉内の雰囲気ガスは、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２０〜６０分程度とする。 After mixing the raw material powders described above, the green compact is manufactured by compression molding the raw material powder. Next, the green compact is transferred to a sintering process and sintered by heating in a furnace. The sintering temperature is preferably 900 to 950 ° C. The atmosphere gas in the furnace is hydrogen gas, nitrogen gas or a mixed gas thereof, and the sintering time is about 20 to 60 minutes.
焼結に伴い、燐−銅合金粉末が溶融して液相となり、さらに液相となった燐−銅合金は周辺のアルミニウム−銅合金粉末に拡散する。そのため、アルミニウム−銅合金粉末間のネック強度が高くなり、焼結体の強度が高まる。焼結後は、銅系組織の多くがアルミニウム−銅合金組織となり、一部が燐−アルミニウム−銅合金組織となる。燐−銅合金組織は残らない。従って、焼結後の焼結体は、フッ化カルシウム粒子の存在領域を除く全領域が、アルミニウムを含む銅合金組織で形成される。 With the sintering, the phosphorus-copper alloy powder melts to form a liquid phase, and the liquid-phase phosphorus-copper alloy diffuses into the surrounding aluminum-copper alloy powder. Therefore, the neck strength between the aluminum-copper alloy powders is increased, and the strength of the sintered body is increased. After sintering, most of the copper-based structure becomes an aluminum-copper alloy structure, and part of it becomes a phosphorus-aluminum-copper alloy structure. No phosphorus-copper alloy structure remains. Therefore, in the sintered body after sintering, the entire region excluding the region where the calcium fluoride particles are present is formed of a copper alloy structure containing aluminum.
なお、焼結温度は、原料粉末に含まれるフッ化カルシウムの配合量に応じて変更することができる。例えばフッ化カルシウムの配合量が少ない場合（例えば配合量が０．３質量％以上で３．０質量％未満の場合）は、フッ化カルシウムによる焼結の促進効果が小さくなるため、焼結温度を９５０℃程度まで上げて焼結体の強度を高めるのが好ましい。一方、フッ化カルシウムの配合割合が多い場合（例えば配合量が３．０質量％以上で６．０質量％以下の場合）は、焼結の進み過ぎによる焼結体の過剰収縮を防止するため、焼結温度を９２０℃〜９３０℃まで下げるのが好ましい。 In addition, sintering temperature can be changed according to the compounding quantity of the calcium fluoride contained in raw material powder. For example, when the blending amount of calcium fluoride is small (for example, when the blending amount is 0.3% by mass or more and less than 3.0% by mass), the effect of promoting the sintering by calcium fluoride is reduced. It is preferable to increase the strength of the sintered body by raising the temperature to about 950 ° C. On the other hand, when the blending ratio of calcium fluoride is large (for example, when the blending amount is 3.0% by mass or more and 6.0% by mass or less), excessive shrinkage of the sintered body due to excessive progress of sintering is prevented. The sintering temperature is preferably lowered to 920 ° C to 930 ° C.
このようにして得た焼結体に対してサイジングを行うことで、焼結体が整形される。サイジングは、コア、ダイス、および上下のパンチで画成された円筒状のキャビティに焼結体を収容した後、上下のパンチで焼結体を圧縮して焼結体の内周面をコアに、外周面をダイスにそれぞれ押し付けることで行われる。サイジングを行うことで、図２に示す焼結軸受５が完成する。焼結体への潤滑油等の含浸は行われない。 The sintered body is shaped by sizing the sintered body thus obtained. In sizing, a sintered body is accommodated in a cylindrical cavity defined by a core, a die, and upper and lower punches, and then the sintered body is compressed by upper and lower punches so that the inner peripheral surface of the sintered body is used as a core. The outer peripheral surface is pressed against each die. By performing sizing, the sintered bearing 5 shown in FIG. 2 is completed. The sintered body is not impregnated with lubricating oil or the like.
以上の手順で製作された焼結軸受５（焼結体）は、８〜１２質量％のアルミニウム、０．１〜０．８質量％の燐、およびフッ化カルシウムを含有し、残部が銅および不可避的不純物で構成されたものとなる。黒鉛、錫、亜鉛、マンガン、ケイ素、鉄等は不可避的不純物となるものを除き含有されない。また、図３に示すように、焼結体の表面には、フッ化カルシウム粒子が均一に分散し、その表面（気孔も含む）におけるフッ化カルシウム粒子の割合は、面積比で３％以上１５％以下となる。フッ化カルシウム粒子の平均粒径は、１０μｍ〜３０μｍとなっている。また、図４に示すように、焼結体の銅合金組織には、α相（マトリックス相）を主体としつつ一部にγ相（化合物相）が形成される。なお、図４は、図３に示す焼結体に、重クロム酸等によるエッチング処理を行ってから撮影したものである。 The sintered bearing 5 (sintered body) manufactured by the above procedure contains 8 to 12% by mass of aluminum, 0.1 to 0.8% by mass of phosphorus, and calcium fluoride, with the balance being copper and It is composed of inevitable impurities. Graphite, tin, zinc, manganese, silicon, iron, etc. are not contained except those which are unavoidable impurities. Further, as shown in FIG. 3, the calcium fluoride particles are uniformly dispersed on the surface of the sintered body, and the ratio of the calcium fluoride particles on the surface (including pores) is 3% or more by area ratio. % Or less. The average particle diameter of the calcium fluoride particles is 10 μm to 30 μm. Further, as shown in FIG. 4, a γ phase (compound phase) is partially formed in the copper alloy structure of the sintered body while mainly including the α phase (matrix phase). FIG. 4 is a photograph taken after performing an etching treatment with dichromic acid or the like on the sintered body shown in FIG.
図５は、原料粉末におけるフッ化カルシウム（ＣａＦ２）の配合割合を５質量％、３質量％、１質量％、０．５質量％と変えた時の各焼結体の密度（ｇ／ｃｍ３）、硬さ（ＨＲＦ）、圧環強さ（ＭＰａ）、フッ化カルシウム粒子の析出量（面積比）、およびフッ化カルシウム粒子の平均粒径（μｍ）の各測定結果を示す。各焼結体の原料粉末は、８質量％燐−銅合金粉末を３質量％、フッ化アルミニウム粉末を０．１質量％、フッ化カルシウム粉末を上記各割合で含み、残りを９〜１１質量％アルミニウム−銅合金粉末としたものである。また、焼結温度は何れも９５０℃としている。 FIG. 5 shows the density (g / cm) of each sintered body when the blending ratio of calcium fluoride (CaF 2 ) in the raw material powder is changed to 5 mass%, 3 mass%, 1 mass%, and 0.5 mass%. 3 ) Each measurement result of hardness (HRF), crushing strength (MPa), precipitation amount of calcium fluoride particles (area ratio), and average particle diameter (μm) of calcium fluoride particles is shown. The raw material powder of each sintered body contains 8% by mass of phosphorus-copper alloy powder, 3% by mass of aluminum powder, 0.1% by mass of aluminum fluoride powder, and calcium fluoride powder in the above proportions, and the remainder of 9-11% by mass. % Aluminum-copper alloy powder. The sintering temperature is 950 ° C. for all.
図６は、銅合金組織におけるα相とγ相の組織割合を面積比で表すと共に、α相、γ相、およびフッ化カルシウム粒子のビッカース硬さ（荷重５０ｇ）を測定した結果を示す。フッ化カルシウム粒子の析出量や平均粒径、α相とγ相の組織割合は、上記エッチング処理後に顕微鏡により撮影した画像データを二値化処理することで算出している。 FIG. 6 shows the results of measuring the Vickers hardness (load 50 g) of the α phase, the γ phase, and the calcium fluoride particles while expressing the ratio of the α phase and γ phase in the copper alloy structure as an area ratio. The amount of precipitated calcium fluoride particles, the average particle diameter, and the tissue ratio of the α phase and the γ phase are calculated by binarizing image data taken with a microscope after the etching process.
図５より本発明によれば、高強度（圧環強さ７００ＭＰａ〜９５０ＭＰａ程度）で高い表面硬さ（ＨＲＦ９５〜１０５程度）を有する焼結体が得られることが理解できる。また、図６に示す結果から、焼結組織中のフッ化カルシウム粒子を含む全ての相が黄銅系メタル（ビッカース硬さ７０〜８０程度）よりも硬質となっていることが理解できる。 From FIG. 5, it can be understood that according to the present invention, a sintered body having high strength (crushing strength of about 700 MPa to 950 MPa) and high surface hardness (HRF of about 95 to 105) can be obtained. Moreover, it can be understood from the results shown in FIG. 6 that all phases including calcium fluoride particles in the sintered structure are harder than brass metal (Vickers hardness of about 70 to 80).
また、上記各焼結体について耐アンモニア試験、エンジンオイル浸漬試験も行ったところ、何れも良好な結果が得られた。 Further, when each of the sintered bodies was subjected to an ammonia resistance test and an engine oil immersion test, good results were obtained.
図７は、JIS H5120に規定されたアルミニウム青銅鋳物３種（以下、ＡＬＢＣ３と呼ぶ）での温度と機械的性質（引張り強さおよびビッカース硬さ）との関係を示す。このようにＡＬＢＣ３は、４００℃でも十分な引張り強さ（５０ｋｇｆ／ｍｍ２）と十分な硬さ（Ｈｖ１２０前後）を有する。従って、ＡＬＢＣ３材に近似した組成を有する本発明の焼結軸受が、４００℃に達する高温下でも強度および耐摩耗性を維持できることが理解できる。図１に示すターボチャージャ用の焼結軸受では、瞬間的には焼結軸受５の内周面５ａが軸２の外周面と接触し、焼結軸受５の外周面５ｂがハウジング７の内周面と接触する場合があるが、本発明の焼結軸受５は高温下でも高強度で高い耐摩耗性を有するため、上記の接触による焼結軸受５の変形や摩耗を長期にわたり安定して防止することができる。 FIG. 7 shows the relationship between temperature and mechanical properties (tensile strength and Vickers hardness) in three types of aluminum bronze castings (hereinafter referred to as ALBC3) defined in JIS H5120. Thus, ALBC3 has a sufficient tensile strength (50 kgf / mm 2 ) and a sufficient hardness (around Hv120) even at 400 ° C. Therefore, it can be understood that the sintered bearing of the present invention having a composition close to that of the ALBC3 material can maintain strength and wear resistance even at a high temperature reaching 400 ° C. In the turbocharger sintered bearing shown in FIG. 1, the inner peripheral surface 5 a of the sintered bearing 5 is momentarily in contact with the outer peripheral surface of the shaft 2, and the outer peripheral surface 5 b of the sintered bearing 5 is the inner peripheral surface of the housing 7. Although the sintered bearing 5 of the present invention has high strength and high wear resistance even at high temperatures, it can stably prevent deformation and wear of the sintered bearing 5 due to the contact over a long period of time. can do.
焼結軸受５の表面の銅合金組織は、空気中の酸素と反応してその全体が酸化アルミニウム被膜で被覆される。酸化アルミニウム被膜は高温下でも化学的に安定しており、かつ本発明では、焼結体の表面の殆どの領域（フッ化カルシウム粒子が現れた領域を除いた全ての領域）がアルミニウムを含む銅合金組織で形成されている関係上、当該領域の全てが酸化アルミニウム被膜で覆われる。従って、焼結体の高温時の耐腐食性をさらに向上させることができる。また、焼結体の内周面や外周面の全周にわたり、ほぼ均一厚さの酸化アルミニウム被膜が形成されるため、軸受隙間が均一となって軸受性能が安定化する。 The copper alloy structure on the surface of the sintered bearing 5 reacts with oxygen in the air and is entirely covered with an aluminum oxide coating. The aluminum oxide film is chemically stable even at high temperatures, and in the present invention, most of the surface area of the sintered body (all areas excluding the area where calcium fluoride particles appear) contains copper containing aluminum. Because of the alloy structure, the entire region is covered with an aluminum oxide film. Therefore, the corrosion resistance at high temperature of the sintered body can be further improved. In addition, since the aluminum oxide film having a substantially uniform thickness is formed over the entire inner peripheral surface and outer peripheral surface of the sintered body, the bearing gap becomes uniform and the bearing performance is stabilized.
また、焼結体の表面に現れたフッ化カルシウム粒子は９００℃程度まで安定しており、固体潤滑剤としての機能を失わないため、４００℃程度の高温下でも軸２あるいはハウジング７に対する接触面の摺動性（低摩擦性、耐焼き付き性）を確保することができる。加えて、酸化アルミニウム被膜自身が硬質であること、さらにフッ化カルシウム粒子も黄銅系メタルに比べれば硬質であることから、焼結体の表面全体が硬質となり、耐摩耗性のさらなる向上が達成される。 In addition, the calcium fluoride particles appearing on the surface of the sintered body are stable up to about 900 ° C. and do not lose the function as a solid lubricant. Therefore, the contact surface with respect to the shaft 2 or the housing 7 even at a high temperature of about 400 ° C. Slidability (low friction and seizure resistance) can be ensured. In addition, since the aluminum oxide coating itself is hard and the calcium fluoride particles are harder than brass-based metal, the entire surface of the sintered body becomes hard and further improvement in wear resistance is achieved. The
また、銅合金組織は、耐腐食性に優れるα相がその多くを占める一方で、その一部に硬質のγ相を有するため、焼結体の耐摩耗性を向上させることができる。このように耐腐食性と耐摩耗性を両立する観点から、銅合金組織におけるα相とγ相は、面積比で、０．１０＜γ相／α相＜０．３５（好ましくは０．１５≦γ相／α相≦０．３０）となるように形成するのが好ましい。 In addition, the copper alloy structure occupies most of the α phase excellent in corrosion resistance, but has a hard γ phase in a part thereof, so that the wear resistance of the sintered body can be improved. Thus, from the viewpoint of achieving both corrosion resistance and wear resistance, the α phase and the γ phase in the copper alloy structure are in an area ratio of 0.10 <γ phase / α phase <0.35 (preferably 0.15 ≦ γ phase / α phase ≦ 0.30) is preferable.
以上に述べた理由から、今後、過給機用軸受に対する要求性能（軸の回転速度や軸受使用温度）がさらに過酷化し、例えば３０万ｒｐｍの回転速度や４００℃程度の軸受使用温度が求められるようになっても、本発明により、強度、耐摩耗性、耐焼付き性、耐腐食性といった過給機用軸受に対する要求特性を満足することが可能となる。加えてニアネットシェイプ成形が可能な焼結軸受であるので、既存の黄銅系メタルからなる過給機用軸受よりも低コスト化を達成することができる。 For the reasons described above, the required performance (shaft rotational speed and bearing operating temperature) for turbocharger bearings will become more severe in the future, and for example, a rotational speed of 300,000 rpm and a bearing operating temperature of about 400 ° C. will be required. Even in this case, according to the present invention, it is possible to satisfy the required characteristics for the turbocharger bearing such as strength, wear resistance, seizure resistance, and corrosion resistance. In addition, since it is a sintered bearing capable of near net shape molding, cost reduction can be achieved as compared with a turbocharger bearing made of an existing brass-based metal.
以上に述べた実施形態では、銅合金組織として、アルミニウム−銅合金組織（一部は燐−アルミニウム−銅合金組織）を形成する場合を例示したが、銅合金組織はこの例示には限定されず、アルミニウムと他の元素を含む銅合金組織、あるいはアルミニウムを含まず他の元素を含む銅合金組織であってもよい。このような銅合金組織でも過給機用焼結軸受として使用できる可能性がある。焼結温度は、主体となる銅合金組織の種類によって適宜選択することができ、８５０℃〜９５０℃の範囲で適宜選択される。何れにせよ固体潤滑剤組織としてはフッ化カルシウムが使用される。焼結体の表面には、フッ化カルシウム粒子が均一に分散しており、その表面（気孔も含む）におけるフッ化カルシウム粒子の割合は、面積比で３％以上１５％以下とする。 In the embodiment described above, the case where an aluminum-copper alloy structure (partially a phosphorus-aluminum-copper alloy structure) is formed as the copper alloy structure is illustrated, but the copper alloy structure is not limited to this example. Further, it may be a copper alloy structure containing aluminum and other elements, or a copper alloy structure containing other elements without containing aluminum. There is a possibility that such a copper alloy structure can be used as a sintered bearing for a supercharger. The sintering temperature can be appropriately selected depending on the type of copper alloy structure as a main component, and is appropriately selected in the range of 850 ° C to 950 ° C. In any case, calcium fluoride is used as the solid lubricant structure. The calcium fluoride particles are uniformly dispersed on the surface of the sintered body, and the ratio of the calcium fluoride particles on the surface (including pores) is 3% or more and 15% or less in terms of area ratio.
図８は、フルフローティング過給機に使用される焼結軸受５の他例で、焼結軸受５を挟んだ両側に形成される油膜間で潤滑油を循環させる油循環孔１１を設けたものである。図示例の油循環孔１１は、焼結体の内周面と外周面を貫通する径方向の孔である。油循環孔１１は、円周方向の一個所に設ける他、円周方向の複数箇所に設けることもできる。 FIG. 8 shows another example of the sintered bearing 5 used in the full floating supercharger, in which oil circulation holes 11 for circulating the lubricating oil between the oil films formed on both sides of the sintered bearing 5 are provided. It is. The oil circulation hole 11 in the illustrated example is a radial hole that penetrates the inner and outer peripheral surfaces of the sintered body. The oil circulation hole 11 can be provided at one place in the circumferential direction or at a plurality of places in the circumferential direction.
以上の説明では、本発明の焼結軸受５をフルフローティング構造のターボチャージャに適用した実施形態を例に挙げたが、本発明の焼結軸受５の適用対象は、フルフローティング構造に限定されず、焼結軸受５をフローティングさせつつ、ハウジング７に対する軸受の回転を拘束したセミフローティング構造のターボチャージャにも同様に適用することができる。 In the above description, the embodiment in which the sintered bearing 5 of the present invention is applied to a turbocharger having a full floating structure is taken as an example, but the application target of the sintered bearing 5 of the present invention is not limited to a full floating structure. The invention can also be applied to a semi-floating turbocharger in which the sintered bearing 5 is floated and the rotation of the bearing relative to the housing 7 is restricted.
また、以上の説明では、図１に示すラジアル軸受に本発明を適用した場合を説明したが、本発明は、図１に示すスラスト軸受６にも同様に適用することができる。 Moreover, although the case where this invention was applied to the radial bearing shown in FIG. 1 was demonstrated in the above description, this invention is applicable similarly to the thrust bearing 6 shown in FIG.
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 ターボチャージャ（過給機）
２ 軸
３ ターボインペラ
４ コンプレッサインペラ
５ ラジアル軸受（焼結軸受）
６ スラスト軸受（焼結軸受）
７ ハウジング
８ オイル供給路
1 Turbocharger (supercharger)
2 shaft 3 turbo impeller 4 compressor impeller 5 radial bearing (sintered bearing)
6 Thrust bearing (sintered bearing)
7 Housing 8 Oil supply path
Claims (7)
銅合金組織を主体とする焼結体からなり、前記焼結体がフッ化カルシウム粒子を含有することを特徴とする過給機用焼結軸受。 A sintered turbocharger bearing for supporting a turbocharger shaft,
A sintered bearing for a supercharger comprising a sintered body mainly composed of a copper alloy structure, wherein the sintered body contains calcium fluoride particles.
８〜１２質量％のアルミニウム、０．１〜０．８質量％の燐、およびフッ化カルシウムを含有し、残部が銅および不可避的不純物からなる焼結体で形成され、
焼結体の表面が、主にフッ化カルシウム粒子と、アルミニウムを含有した銅合金組織とで形成されていることを特徴とする過給機用焼結軸受。 A sintered turbocharger bearing for supporting a turbocharger shaft,
Containing 8 to 12% by mass of aluminum, 0.1 to 0.8% by mass of phosphorus, and calcium fluoride, the balance being formed of a sintered body made of copper and inevitable impurities,
A sintered bearing for a supercharger, characterized in that the surface of the sintered body is mainly composed of calcium fluoride particles and a copper alloy structure containing aluminum.
フッ化カルシウム粉末を含む原料粉末を成形および焼結して前記焼結体を形成し、
前記原料粉末におけるフッ化カルシウム粉末の配合量を、焼結中におけるフッ化カルシウムの消失量よりも多くして、前記焼結体にフッ化カルシウム粒子を形成することを特徴とする過給機用焼結軸受の製造方法。
A method of manufacturing a sintered bearing for a supercharger that is formed of a sintered body mainly composed of a copper alloy structure and supports a shaft of the supercharger,
Forming and sintering raw material powder containing calcium fluoride powder to form the sintered body,
For a supercharger characterized in that the amount of calcium fluoride powder in the raw material powder is larger than the disappearance amount of calcium fluoride during sintering to form calcium fluoride particles in the sintered body Manufacturing method of sintered bearing.
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