JP3613569B2 - 焼結軸受用複合金属粉末および焼結含油軸受 - Google Patents

Description

技術分野
この発明は、電動機用軸受などとして簡易且つ低コストで、しかも含油率を低下せしめることなしに低い通気度が得られ、摩擦が僅少且つ一定状態で、耐食性が高く、なじみ性に優れ、また耐用性の高い含油軸受焼結軸受用複合金属粉末および焼結含油軸受に関するものである。
背景技術
銅被覆鉄粉による軸受用焼結体については特公昭55−38019号があり、鉄粉に対し30〜60％の銅を被覆したものを用いることが提案され、また特開平３−166303号のものは被覆層と同一または合金化する金属からなる箔状粉を添加するものである。
また特公平７−54126号においては焼結含油軸受の特性を向上させるためには通気性を低くすることが必要であるとして、銅−グラファイト複合粉末を添加することが提案されており、更に特開平８−20836号においては銅被覆鉄粉による軸受材であって含油率を18容量％以上に確保しながら通気度を30ダルシー（30×10^-11cm²）以下としたもので、このため30〜60重量％の銅を被覆した鉄粉を用い、しかも亜鉛雰囲気で焼結し、亜鉛を吸着させることが提案されている。
前記した特公昭55−38019号によるものは30％以上の銅を被覆させることを要件とするので高価な銅を多量に必要としコストアップにならざるを得ないと共にオーバーレイとなる銅層が厚すぎて鉄粒子の下地効果が充分に得られないため軸受として摺動性能が劣る不利がある。また特開平３−166303号のものにおいては被覆層と同一または合金化する金属からなる箔状粉を添加するものであるから工程が煩雑で、しかも安定した特性が得られない不利がある。特にこれらのものにおいては高性能な軸受材において要求される通気性に対する考慮が欠けており、なじみが完了した後も軸受摺動面の油孔から油圧が逃げ、焼結含油軸受の理想とする流体潤滑に近い摺動状態を得難い不利がある。
前記したような通気度の抑制について言及されているのが前記特公平７−54126号であるが、このものは銅−グラファイト複合粉末を添加することから該粉末は高価とならざるを得ず、しかも焼結体の強度を低下させる不利がある。また前記した特開平８−20836号のものは30〜60％の銅被覆鉄粉を用い、しかも亜鉛雰囲気で焼結して亜鉛を吸着させる工程を要件とするもので、それなりに特性が優れるとしても銅の必要量が高く、しかも亜鉛雰囲気での焼結を必要とするので工数が嵩み、何れにしても高価なものとならざるを得ない。
発明の開示
本発明は上記したような従来技術における課題を解消することについて検討を重ね、鉄粉に対し10wt％以上で、しかも30wt％未満の銅が被覆された複合金属粉を用い、該複合金属粉の比表面積を特定範囲とすると共に該複合金属粉による圧粉成形焼結体の通気度を特定範囲とし、含油率を特定状態とすることによって比較的低コストに好ましい軸受性能を得しめることに成功したものである。
即ち本発明によるものは鉄粉に対し10％以上の銅を被覆することによって鉄粉の周面を完全状態に被覆し、耐食性を高めると共に軸材などに対するなじみを良好とする。また銅両を30％未満とすることにより低コスト性を確保し、しかも被覆された鉄粒子の下地効果を適切に得しめて軸受としての摺動性能を安定して得しめる。なお鉄粉末に銅を被覆する方法として殊更に特定するものでないが、無電解めっき法によるものが銅被覆層が多孔質になっていて比表面積が大きく、粉末の状態で通気度を低くするなどの特質を有している。
前記した銅被覆鉄粉の粒度は80メッシュ以下であり、かつ350メッシュ以下の粒度の銅被覆鉄粉を30％以下とすることによって特別な原料粉を必要とせず一般的な粉末冶金用鉄粉を用いて容易に上記銅被覆鉄粉を得ることができ、また金型に対する充填などに困難性がなく、平易に成形操作され、低コストに製品を得しめる。
また上記のような複合金属粉末の比表面積をサブシーブ・サイザー法で450cm²/g以上とすることにより複合金属粉として通気度を低くし、この特質を維持して成形、焼結することにより含油率や強度が共に高くて通気度の低い軸受を得しめる。比表面積の上限としてはサブシーブ・サイザー法で750cm²/gであることによって圧粉成形時における金型への充填性が良好で平易に成型せしめ得る。
更に圧粉成形焼結体の通気度を３×10^-11cm²以上とすることにより軸受時における給油量を適切に保持し、しかも30×10^-11cm²以下とすることによって油圧の不等な逃げを阻止して軸面に対する好ましい給油とそれに伴う軸受作用を確保する。
なお含油量を容量15％以上とすることにより軸受体としての適切な耐用成を確保し、また28容量％以下とすることによって軸受体の強度を確保し、また耐用成を適切に得しめる。更に本発明のものにおいて固体潤滑材あるいは錫のような低融点金属を添加することも可能である。
更に本発明によるものは低融点金属として錫または鉛の何れか一方または双方を0.1〜2wt％添加することにより焼結を容易とし、また軸受時におけるなじみ成を適宜に改善することができる。
また本発明によるものは固体潤滑材として黒鉛、二硫化モリブデン、窒化硼素の何れか１種または２種以上を添加することによって軸受摺動時における摩擦係数を更に低下し、長時間軸受時などにおける温度上昇を低下せしめる。
発明を実施するための最良の形態
（実施例１）
上記したような本発明によるものの具体的な実施態様について、その比較例と共に説明すると、先ず本発明者の用いた鉄粉は銅被覆量が20wt％のもので−80メッシュであって、その比表面積は573cm²/gであり、このものを実施例および比較例とも内径6mm、外径12mmで高さ4mmの円筒状圧粉体に成形し、アンモニア分解ガス中において1000℃で30分間の焼結処理した。
得られた焼結体は通常のサイジングおよび油浸処理を行い、含油率20容量％の軸受体となし、これらのものは下記の条件で軸受試験を行った。
シャフト材:S45C生材
荷重:8.3kgf/cm²,16.6kgf/cm²,33.3kgf/cm²,
滑り速度:52.9m/min
含浸油：鉱油32cst
なお上気のような本発明例に対する比較例としては以下の如くである。
比較例1:粒度−100メッシュで比表面積295cm²/gの20重量％銅被覆鉄粉を実施例１と同様の条件で軸受試料を作成し、同条件で軸受試験を行った。
比較例2:−100メッシュの還元鉄粉と−150メッシュの電解銅粉を重量比8:2で混合し、これを実施例と同様の条件で軸受試料を作成し、また実施れ榮と同じ条件で軸受試験を行った。
前記したような本発明材および比較材について軸受試験した結果について摩耗量と軸受温度上昇（室温との差）は次の第１表に示す如くであり、この測定結果は各３個の平均値を示すものであるが、本発明の実施例によるものが比較例1,2よりも温度上昇が少なく、耐摩耗成、摺動特性がともに優れていることを充分に確認することができた。

なお上気したような本発明の実施例と比較例1,2のものについての含油率，圧環強度，硬度および通気度をそれぞれ求めた結果は次の第２表に示す如くであって、含油率，強度，ロックウェル硬さがほぼ同等である、また、比較例２は通気度も実施例よりやや高い程度である。すなわち、実施例の軸受は30×10^-11cm²以下の通気度と銅被覆鉄の両方の特性を共に備えることにより、本発明の優れた特性が得られることが理解される。

（実施例２）
上気したような実施例１の粉末に対して錫粉1.0wt％添加して実施例１と同じ条件で同形状の焼結体を作製した。またこのものの軸受特性については前記第１表に併せて示し、また含油率，強度，硬度および通気度も前記第２表に併せて示す如くである。
（実施例３）
同様に実施例１の粉末に対し錫粉1.8wt％添加して上述した実施例１と同条件で同形状の焼結体を焼結温度860℃として焼結し作成した。然してこのものの軸受特性や含油率等は前記第1,2表において併せて示した如くである。
（実施例４）
実施例１の粉末に黒鉛粉末を0.5wt％添加し、実施例１と同じ条件で同形状の焼結体を作成した。さらにこのものの軸受特性や含油率などについては前記第1,2表において併せて示した如くである。
（実施例５）
実施例１の粉末に黒鉛粉末を1.0wt％添加し、焼結温度860℃とした以外は実施例１と同じ条件で同形状の焼結体を作成した。このものの軸受特性や含油率などについても前記した第1,2表において示した如くであった。
産業上の利用可能性
以上のように本発明によるときは焼結含油軸受として簡易かつ低コストに得られ、しかも摩擦が僅少でなじみ性に優れ、含油率を低下せしめることなく通気度を低下して摩耗が少なく耐用性に卓越した軸受を適切に提供することができる。

Claims (7)

1. 鉄粉に対し10wt％以上30wt％未満の銅を被覆し、この銅被覆鉄粉の粒度は80メッシュ以下であり、かつ350メッシュ以下の粒度の銅被覆鉄粉を30％以下とすると共に、当該銅被覆鉄粉の比表面積がサブシーブ・サイザー法で450cm²/g以上750cm²/g以下であることを特徴とした焼結軸受用複合金属粉末。
2. 請求の範囲第１項に記載の焼結軸受用複合金属粉末を圧粉成形、焼結し通気度が３〜30×10^-11cm²である焼結体であって、含油率が15〜28容量％であることを特徴とした焼結含油軸受。
3. 低融点金属を0.1〜2wt％添加したことを特徴とする請求の範囲第２項の焼結含油軸受。
4. 低融点金属が鉛であることを特徴とする請求の範囲第３項の焼結含油軸受。
5. 固体潤滑材を0.1〜1wt％添加したことを特徴とする請求の範囲第２項の焼結含油軸受。
6. 固体潤滑材が二硫化モリブデンであることを特徴とした範囲第５項の焼結含油軸受。
7. 固体潤滑材を0.1〜1wt％添加したことを特徴とする請求の範囲第３項の焼結含油軸受。