JP4211045B2 - 摺動部品の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸受などの摺動部品の製造方法に関する。
【0002】
【発明が解決しようとする課題】
この種の摺動部品として、回転軸を支承する軸受があり、この軸受の製法として、金属を主原料とする原料粉末を圧縮して圧粉体を形成した後、この圧粉体を焼結してなる焼結含油軸受が広く用いられている。
【0003】
その焼結含油軸受では、鉄系や銅系の原料粉末を用いて成形され、鉄系の原料粉末を用いれば強度的に優れた軸受が得られるものの、一般に回転軸には鋼などの鉄系材料が用いられ、このように軸受及び回転軸に同種の材料を用いると、摩擦抵抗が大となり、溶着摩耗の発生を招き、耐久性が損われる。一方、銅系の原料粉末を用いれば、軸受と回転軸との摩擦抵抗が極めて小さくなるが、軸受側の摩耗が大となり、耐久性を損う。
【0004】
しかし、軸受等において、近年、摩耗と寿命に関する要求に加えて、さらに、耐食性に対する要求が高まり、硫黄イオン,硫化水素,硫酸化合物を含む液体中で、10年以上の長期間でも腐食が進行しない性能が要求され、従来のものでは、この要求に対応することが難しかった。
【0005】
そこで、本発明は、摩擦抵抗の削減と耐久性の向上を図ることができ、腐食の発生を防止することができる摺動部品の製造方法を提供することを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
請求項1の摺動部品の製造方法は、銅系と錫の原料粉末とを成形金型の充填部に充填し、この原料粉末を加圧して圧粉体を成形し、この圧粉体を焼結してなる摺動部品の製造方法において、前記錫の原料粉末に前記銅系の原料粉末よりアスペクト比が大きな偏平粉を用い、振動により前記充填部内の錫の原料粉末を前記圧粉体の表面側に偏析して表面側から内部に向って錫の割合を低くすると共に銅の割合を高くする製造方法である。
【0007】
錫の原料粉末に偏平粉を用い、この偏平粉と銅系の原料粉末とを充填部に充填して振動を加えることにより、錫の偏平粉が表面側に偏析し、得られた摺動部品は、表面側が錫に覆われ、表面側から内部に向って錫の割合が低くなると共に銅の割合が高くなる濃度勾配をなす。
【0008】
したがって、この摺動部品により軸受を構成した場合では、錫に覆われた表面側に回転体が摺動し、回転軸と表面側との摩擦係数が低く、円滑な回転が可能となり、同時に銅により所定の強度と耐久性とが得られる。また、この構造では、回転体が摺動する表面側が摩耗しても、表面側の下には銅が所定の割合で含まれているから、摺動部分の耐久性に優れたものとなる。
【0009】
この方法を用いることにより、摩擦係数が低く、耐久性に優れた摺動部品が得られる。
【0010】
また、請求項2の発明は、請求項1の焼結部品の製造方法において、前記偏平粉のアスペクト比が5以上である。
【0011】
偏平紛のアスペクト比を5以上とすることにより、振動を加えると、偏平粉が表面側に良好に偏析し、表面側の錫濃度の高い摺動部品が得られる。
【0012】
また、請求項3の発明は、請求項1又は2の焼結部品の製造方法において、前記錫の原料粉末の割合が全体の5〜30重量%である。
【0013】
錫の原料粉末の割合が5重量%未満であると、表面側における錫の割合が低下し、摩擦抵抗が大きくなり、30重量%を超えると、全体に示す錫の割合が多くなり、強度的に不利となる。したがって、上記割合を採用することによって、摩擦抵抗を削減し、かつ強度的に優れた摺動部品を得ることができる。
【0014】
【発明の実施形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して説明する。図1〜図7は本発明の一実施形態を示す。
【0015】
まず、本発明の製造方法につき説明すると、銅系の原料粉末1と錫の原料粉末2とを所定の割合で混合(S1)する。図2に示すように、銅系の原料粉末1にはアトマイズ粉などの略球状の不規則形状粉を用いる。一方、図3に示すように、錫の原料粉末2には偏平粉を用い、この偏平粉のアスペクト比(直径D/厚さT)は5以上、好ましくは7〜15とする。また、銅系の原料粉末1には、銅粉末を主体とし、ニッケル粉末を2〜30重量%及び炭素粉末を1〜8重量%混合したものを用いることができる。また、銅系の原料粉末1には、銅−ニッケルの合金粉を用いることもできる。
【0016】
図4に示すように、軸受5は略円筒形をなし、その中央には回転体たる回転軸(図示せず)が回転摺動するほぼ円筒状の摺動面51が形成され、この摺動部たる摺動面51の長さ方向両側には平行で平坦な端面52,53が設けられ、その外周面54は円筒状に形成されている。
【0017】
混合(S1)した銅系と錫の原料粉末1,2を成形金型11の充填部16に充填する。
【0018】
図5は成形金型11の一例を示し、この成形金型11は、上下方向を軸方向(プレス上下軸方向)としており、ダイ12、コアロッド13、下パンチ14および上パンチ15を備えている。ダイ12はほぼ円筒形状で、このダイ12内にほぼ円柱形状のコアロッド13が同軸的に位置している。下パンチ14は、ほぼ円筒形状で、ダイ12およびコアロッド13間に下方から上下動自在に嵌合している。上パンチ15は、ほぼ円筒形状で、ダイ12およびコアロッド13間に上方から上下動自在にかつ挿脱自在に嵌合するものである。そして、ダイ12とコアロッド13と下パンチ14との間に充填部16が形成され、前記ダイ12の内周面が前記外周面54を形成し、前記下パンチ14の上面が前記端面53を形成し、前記上パンチ15の下面が前記端面52を形成し、コアロッド13の外周面が前記摺動面51を形成する。
【0019】
図5に示すように、前記充填部16に、混合した銅系と錫の原料粉末1,2を充填し、これら原料粉末1,2に振動(S2)を与える。この場合、充填部16の上部を上パンチ15により塞ぎ、パンチ14,15により加圧することなく、充填部16に0.01〜3G程度の振動を与える。振動を受けると、偏平粉である錫の原材粉末2が充填部16内の外側に偏析し、厚さ方向に重なり合うと共に、厚さと交叉する方向を表面側の長さ方向に合わせるようにして集まり、この後、上,下パンチ15,14により充填部16内の原料粉末1,2を加圧することにより圧粉体6を成形(S3)する。この圧粉体6は図6に示すように、表面側に偏平粉である錫の原料粉末2が集まり、内部に向って銅系の原料粉末1の割合が増加する。その圧粉体を焼結(S4)することにより、焼結品である軸受5が形成される。
【0020】
一例として、原料粉末2にアスペクト比7〜10の偏平粉を用い、銅系の原料粉末1と錫の原料粉末2との割合を85対15(重量割合)とし、充填部16において、0.1〜0.5G程度の振動を1秒間加えた後、加圧して圧粉体6を形成し、これを焼結した軸受5において、表面側から錫の濃度を測定した。図7に示すように、軸受5の摺動面51と外周面54の錫濃度を測定すると共に、それら摺動面51と外周面54との間の等間隔をなす7箇所で錫濃度を測定した。なお、図7では測定箇所に×印を付し、各測定箇所の錫濃度を図示上のグラフに示した。このように錫の原料粉末2の偏平粉を15重量%以上用いることにより、表面側を錫100%とすることができることが分かった。この場合の摺動面51及び外周面54の表面錫被覆率はほぼ100%となる。
【0021】
上記の表面錫被覆率は、表面をカラー写真撮影(倍率×100)し、決められた2mm方眼のトレース用紙のフレームを写真上に重ね合わせ、錫部の面積比率を計算して算出される。
【0022】
また、銅系の原料粉末1と錫の原料粉末2との割合を変え、90対10では表面錫被覆率が約90%、93対7では表面錫被覆率が85%、95対5では表面錫被覆率が80%、97対3では表面錫被覆率が60%となった。
【0023】
摺動面51の表面錫被覆率が100%で、摩擦抵抗が最低となり、硫酸100ppmの液中で回転軸を始動する試験において、腐食の発生は見られず、表面錫被覆率が80%程度までは同様な効果が得られた。一方、表面錫被覆率が100%であっても、錫の原料粉末2の割合が30重量%を超えると、強度が低下するため、錫の原料粉末2の割合は原料全体の5〜30重量%とした。
【0024】
このように本実施形態では、請求項1に対応して、銅系と錫の原料粉末1,2とを成形金型11の充填部16に充填し、この原料粉末1,2を加圧して圧粉体6を成形し、この圧粉体6を焼結してなる摺動部品たる軸受5の製造方法において、錫の原料粉末2に銅系の原料粉末1よりアスペクト比が大きな偏平粉を用い、振動により充填部16内の錫の原料粉末2を圧粉体51の表面側に偏析して表面側から内部に向って錫の割合を低くすると共に銅の割合を高くするから、この偏平粉である錫の原料粉末2と銅系の原料粉末1とを充填部16に充填して振動を加えることにより、錫の偏平粉が表面側に偏析し、得られた軸受5は、表面側が錫に覆われ、表面側から内部に向って錫より銅の割合が高くなる濃度勾配なす。
【0025】
したがって、錫に覆われた表面たる摺動面51に回転体が摺動し、回転軸と摺動面51との摩擦係数が低く、円滑な回転が可能となり、同時に銅により所定の強度と耐久性を得ることができる。また、この構造では、回転体が摺動する摺動面51が摩耗しても、摺動面51の下には所定の割合で錫が含まれているから、摺動部分の耐久性に優れたものとなる。
【0026】
また、このように本実施形態では、摺動部たる摺動面51の表面錫被覆率が80%以上であるから、摺動面の摩擦係数を極めて低く抑えることができる。
【0027】
また、このように本実施形態では、請求項2に対応して、偏平粉のアスペクト比が5以上であるから、振動を加えると、偏平粉が表面側に良好に偏析し、表面側の錫濃度の高い軸受5を得ることができる。
【0028】
また、このように本実施形態では、請求項3に対応して、錫の原料粉末1の割合が全体の5〜30重量%であるから、低い摩擦抵抗と強度とを兼ね備えた軸受5を得ることができる。
【0029】
そして、その圧粉体51を焼結する軸受5は、摩擦係数が低く、耐久性に優れたものとなる。
【0030】
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。例えば、偏平粉には、棒状のものも含まれ、この場合は長さと直径の比がアスペクト比となる。
【0031】
【発明の効果】
請求項1の摺動部品の製造方法は、銅系と錫の原料粉末とを成形金型の充填部に充填し、この原料粉末を加圧して圧粉体を成形し、この圧粉体を焼結してなる摺動部品の製造方法において、前記錫の原料粉末に前記銅系の原料粉末よりアスペクト比が大きな偏平粉を用い、振動により前記充填部内の錫の原料粉末を前記圧粉体の表面側に偏析して表面側から内部に向って錫の割合を低くすると共に銅の割合を高くする方法であり、摩擦抵抗の削減と耐久性の向上を図ることができ摺動部品の製造方法を提供することができる。
【0032】
また、請求項2の発明は、請求項1の効果に加えて、前記偏平粉のアスペクト比が5以上であり、振動を加えると、偏平粉が表面側に良好に偏析し、表面側の錫濃度の高い摺動部品が得られる。
【0033】
また、請求項3の発明は、請求項1又は2の効果に加えて、前記錫の原料粉末の割合が全体の5〜30重量%であり、摩擦抵抗を削減し、かつ強度的に優れた摺動部品を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施形態を示す製造方法を説明するフローチャート図である。
【図2】同上、錫の原料粉末の正面図である。
【図3】同上、錫の原料粉末を示し、図3(A)は側面図、図3(B)は正面図である。
【図4】同上、軸受の斜視図である。
【図5】同上、成形金型の断面図である。
【図6】同上、圧粉体の断面図であり、一部を拡大表示している。
【図7】同上、軸受の断面説明図と銅の濃度を示すグラフである。
【符号の説明】
1 銅系の原料粉末
2 錫の原料粉末(偏平粉)
5 軸受
6 圧粉体
11 成形金型
16 充填部
51 摺動面(摺動部)
Claims (3)
- 銅系と錫の原料粉末とを成形金型の充填部に充填し、この原料粉末を加圧して圧粉体を成形し、この圧粉体を焼結してなる摺動部品の製造方法において、前記錫の原料粉末に前記銅系の原料粉末よりアスペクト比が大きな偏平粉を用い、振動により前記充填部内の錫の原料粉末を前記圧粉体の表面側に偏析して表面側から内部に向って錫の割合を低くすると共に銅の割合を高くすることを特徴とする摺動部品の製造方法。
- 前記偏平粉のアスペクト比が5以上であることを特徴とする請求項1記載の摺動部品の製造方法。
- 前記錫の原料粉末の割合が全体の5〜30重量%であることを特徴とする請求項2記載の摺動部品の製造方法。
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