JP4582094B2 - 摺動材料およびその製造方法 - Google Patents
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Description
ところで、従来の含浸法は、多孔質部にフラックスを塗布してから溶融金属中に浸漬して多孔質部に溶融金属を含浸させるものであったため、溶融金属が不要箇所に付着したり、必要以上に大量に付着したりするものであった。
(2)Cu合金粉末が散布された裏金を当該Cu合金の液相線温度以下に加熱して裏金にCu合金の多孔質部を形成する焼結工程;
(3)Biを20質量%以上含有するとともに、液相線温度が200℃以下のPbフリーの低融点合金粉とフラックスから成る低融点合金ペーストを前記多孔質部に載置するペースト載置工程;
(4)多孔質部に載置した低融点合金ペーストを当該低融点合金の液相線温度以上に加熱して溶融させ、溶融した低融点合金を多孔質部に溶浸させる溶浸工程;および
(5)低融点合金が溶浸した多孔質部を所定の厚さまで切削する切削工程;
から成ることを特徴とする摺動材料の製造方法である。
なお、本発明で「系合金」とは、表記された元素の合金の他、第三元素を1種以上添加した合金も含まれる。例えばBi-Sn系合金とはBiとSnからなる合金と、さらにBi-Sn合金にAg、Cu、Fe、Mn、Co、Zn、P、Sn、Inのような第三元素を1種以上添加した合金等である。また本発明で言う「溶浸」とは、溶融した合金が毛細管現象で多孔質部に侵入するとともに、多孔質部に濡れて金属的な接合、即ち多孔質部に低融点合金がはんだ付けされている状態である。
(i)裏金上へのCu合金粉の散布工程:
コンプレッサー用の斜板の場合、通常は裏金は鋼板であるが、黄銅などの非鉄金属も用いてもよい。これは所定寸法に切断した板状のものであっても、あるいは摺動材料を連続的に製造する場合には、帯状のものであってもよい。これに所定厚さにまでCu合金粉を所定厚さまで散布して圧粉層を構成する。このときのCu合金としては、目的とする摺動材料の種類によって適宜選択すればよいが、本発明の場合、純Cu、Cu-Sn合金(Sn:5〜20%)、リン青銅などが例示される。
(ii)Cu合金焼結工程;
これは、裏金上に設けられたCu合金散布層が設けられた裏金を当該Cu合金粉の液相線温度以下に加熱して焼結を行う工程であって、これにより裏金上にCu合金の多孔質部を形成する。液相線温度以下の焼結温度に加熱されたCu合金散布層は、通常還元性雰囲気下において所定の多孔質度が達成されるまで焼結されるが、かかる処理はすでに慣用の条件を用いて行えばよく、本発明においても特に制限はない。
これは、本発明において使用する前述のBiを20質量%以上含有するとともに、液相線温度が200℃以下のPbフリーの低融点合金粉とフラックスから成る低融点合金ペーストを前記多孔質部に載置する工程である。ペーストそれ自体は、すでにはんだ付けの技術分野で周知であり、本発明においてもそれを利用して上記低融点合金のはんだペーストを用意すればよい。すでに述べたように、本発明において用いる好適合金としては、Bi:20〜81%、残部SnおよびBi:20〜85%、残部Inが挙げられるが、それらの場合には、平均粒度:150μmアンダーのはんだ合金粉末樹脂をベースにするフラックスと混練して、ペーストを構成すればよい。
本発明によれば、載置するペーストの位置および量を調整するだけで多孔質部内に溶浸する低融点合金の量を容易に調節可能であるため、摺動特性の調整も可能となるのである。しかも含浸法のように高温に溶融する必要はなく、また操作を大気下で行うことができ、雰囲気調整も不要である。
これは、上述のように多孔質部に載置した低融点合金ペーストを低融点合金の液相線温度以上に加熱して溶融させ、溶融した低融点合金を多孔質部に溶浸させる工程である。
これは低融点合金が溶浸した多孔質部を所定の厚さまで切削する工程である。
ここに、本発明の製造方法で低融点合金ペーストを載置する手段としては、印刷法、吐出法、間接載置法等がある。
間接載置法とは、耐熱性板状材の上に低融点合金ペーストを印刷法や吐出法で多孔質部の必要箇所と同一形状に塗布しておき、該板状材の低融点合金ペーストが多孔質部の上になるようにして載置する方法である。
図5A:裏金17の両面に多孔質部16、16が形成されたものの上に開口21と多孔質部16が一致するようにして矢印のようにメッシュスクリーン20を被せる。
図5C:スキージ23で低融点合金ペーストを掻き均すことにより、低融点合金ペースト22が開口21内に充填される。
斜板のように両面に多孔質部を有するものでは、片面に低融点合金ペーストを印刷塗布してから、加熱して多孔質部に低融点合金を溶浸させ、その後、もう一方の面に同様にして低融点合金ペーストを印刷塗布して加熱してもよいし、或いは一方の面に低融点合金ペーストを印刷塗布後にペーストが塗布されていない中央部を支えて、もう一方の面に低融点合金ペーストを印刷塗布してから両面を同時に加熱してもよい。
吐出法では回転治具を用いる。図6Aに示すように、回転治具24は、上部が細径の挿入部25、下部が太径の保持部26となっている。挿入部25は、斜板の孔18を容易に挿通でき、保持部26は環状の多孔質部16よりも僅かに細径となっている。図6Aのように両面に多孔質部16、16が形成された裏金17の孔18を回転治具24の挿入部25に挿入する。このとき下面は保持部26の段部で保持されるが、保持部26の直径が環状の多孔質部16の内径よりも細径となっているため、保持部は多孔質部に接触しない。このようにして裏金を回転治具で保持したならば、ノズル幅が多孔質部16の横幅と略同一となったディスペンサー27を多孔質部16から少し離した状態で設置する。そして回転治具24を回転させながら、ディスペンサー27から低融点合金ペースト22を吐出する。すると図6Bに示すように低融点合金ペースト22が多孔質部16上に環状に塗布される。このようにして片面に低融点合金ペーストが塗布されたならば、すぐに低融点合金ペーストを加熱溶融して多孔質部に溶浸してもよいが、片面に低融点合金ペーストを塗布後に、裏金を引っくり返してもう一方の面に同様にして低融点合金ペーストを塗布してもよい。
本発明の摺動材料の製造方法は、低融点合金ペーストを用いて必要箇所だけに必要量だけの低融点合金ペーストを載置することができるため、従来の裏金に多孔質部が形成されたもの全体を溶融金属中に浸漬したときのように不要箇所に低融点合金が付着するようなことがないばかりでなく、高価な低融点合金が大量に付着するようなこともない。
次に、実施例によって本発明の摺動材料の作用効果をさらに具体的に説明する。
○多孔質部用Cu-Sn系合金:Cu-10%Sn(Cu-10Snと記載する、以下同じ)合金粉末(粒径:粒度150μmアンダー)
○裏金:直径90mm、厚さ6mm、材質JIS S45C
○低融点合金ペースト:58Bi-Sn粉末(粒度60μmアンダー)と下記組成のはんだ付け用ペースト状フラックスの混合物。
ジフェニールグアニジン臭化水素酸塩 2質量%
水素添加ヒマシ油 5質量%
アジピン酸 0.5質量%
ジエチレングリコールモノヘキシエーテル 42.5質量%。
(1)合金粉の散布工程:裏金を水平に置いて裏金上にCu-10Sn合金粉を厚さ約0.5mmに散布する。
○多孔質部用Cu-Sn系合金:Cu-10Sn合金粉末(粒度150μmアンダー)
○裏金:直径90mm、厚さ6mm、材質JIS S45C
○低融点合金ペースト:Sn-2Ag-0.5Cu-20Bi粉末(粒度150μmアンダー)とはんだ付け用ペースト状フラックス(実施例1に同じ)の混合物。
(1)合金粉の散布工程:実施例1と同様。
(2)焼結工程:実施例1と同様。
[比較例1]
本例では下記材料を用いて斜板用摺動材料を製造した。
○多孔質部用Cu-Sn系合金:Cu-10Sn-15Bi合金粉末(粒度150μmアンダー)
○裏金:直径90mm、厚さ6mm、材質 JIS S45C
本例における斜板用摺動材料の製造工程は次の通りであった。
(2)焼結工程:Cu-10Sn-15Bi合金粉が散布された裏金をアンモニア分解ガス雰囲気の焼結炉中800〜850℃で焼結して、裏金上に摺動部を形成する。同様にして裏金のもう一方の面にも摺動部を形成する。
[比較例2]
本例では下記材料を用いて斜板用摺動材料を製造した。
○多孔質部用Cu-Sn系合金:Cu-10Sn合金粉末(粒度150μmアンダー)
○裏金:直径90mm、厚さ6mm、材質JIS S45C
○低融点合金:Bi
本例における斜板用の摺動材料は以下の工程により製造した。
(2)焼結工程:実施例1と同様。
(3)含浸工程:多孔質部にはんだ付け用のフラックス(実施例1に同じ)を塗布し、Biを溶融させた浴中に浸漬して多孔質部にBiを含浸する。
[比較例3]
本例では下記材料を用いて斜板用摺動材料を製造した。
○多孔質部用LBC3合金粉(Cu-10Sn-10Pb)(粒度180μmアンダー)
○裏金:直径90mm、厚さ6mm、材質JIS S45C
本例における斜板用の摺動材料は以下の工程によりを製造した。
(2)焼結工程:LBC3合金粉が散布された裏金をアンモニア分解ガス雰囲気の焼結炉中800〜850℃で焼結して、裏金上に摺動部を形成する。同様にして裏金のもう一方の面にも摺動部を形成する。
上記実施例と比較例について摺動特性を測る試験を行った。試験条件は以下のとおりであった。
(II)軸受面圧:約2MPa
(III)周速:約15m/sec
(IV)運転パターン:90sec/1サイクル。
摩擦係数測定試験:スラスト摩擦試験機を用い、周速15m/sec到達後の摩擦係数を測定する。
Claims (10)
- 裏金上に焼結形成されるCu合金から成る多孔質部から成り、該多孔質部に低融点合金が溶浸され、かつ多孔質部が摺動表面を構成する摺動材料であって、前記低融点合金が、Biを20〜70質量%含有するとともに、200℃以下の液相線温度を有するPbフリーの低融点合金であることを特徴とする摺動材料。
- 前記低融点合金が、Bi:20〜70質量%、残部Snからなることを特徴とする請求項1記載の摺動材料。
- 前記低融点合金が、Bi:20〜70質量%、残部Inからなることを特徴とする請求項1記載の摺動材料。
- 前記低融点合金には、液相線温度が200℃以下の範囲で第三元素が1種以上添加されていることを特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の摺動材料。
- 前記低融点合金に添加する第三元素は、Ag、Cu、Fe、Mn、Co、Zn、P、Sn、Inからなる群から選ばれた1種または2種以上であることを特徴とする請求項4に記載の摺動材料。
- 前記多孔質部が、Snが5〜20質量%含有されているCu-Sn系合金粉末を焼結して形成したものであることを特徴とする請求項1記載の摺動材料。
- (1)裏金上にCu合金粉を散布する合金粉の散布工程;
(2)Cu合金粉が散布された裏金をCu合金粉の液相線温度以下に加熱して裏金上にCu合金の多孔質部を形成する焼結工程;
(3)Biを20質量%以上含有するとともに、液相線温度が200℃以下のPbフリーの低融点合金粉とフラックスから成る低融点合金ペーストを前記多孔質部に載置するペースト載置工程;
(4)多孔質部に載置した低融点合金ペーストを低融点合金の液相線温度以上に加熱して溶融させ、溶融した低融点合金を多孔質部に溶浸させる溶浸工程;および
(5)低融点合金が溶浸した多孔質部を所定の厚さまで切削する切削工程;
から成ることを特徴とする摺動材料の製造方法。 - 前記多孔質部への低融点合金ペーストの載置は、メッシュスクリーンやメタルマスクを用いた印刷法で行うことを特徴とする請求項7記載の摺動材料の製造方法。
- 前記多孔質部への低融点合金ペーストの載置は、ディスペンサーを用いた吐出法で行うことを特徴とする請求項7記載の摺動材料の製造方法。
- 前記多孔質部への低融点合金ペーストの載置は、低融点合金ペーストが所定形状に塗布された板材を多孔質部に載置する間接載置法であることを特徴とする請求項7記載の摺動材料の製造方法。
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