JP4743569B2 - モータ式燃料ポンプのCu基焼結合金製軸受および前記軸受が組み込まれたモータ式燃料ポンプ - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、特に小型化され、かつ高駆動操業されるモータ式燃料ポンプに適用した場合にすぐれた耐摩耗性を発揮するCu基焼結合金製軸受に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来、一般に燃料としてガソリンや軽油などの液体燃料を用いるエンジンにはモータ式燃料ポンプが備えられており、例えばガソリンエンジン用モータ式燃料ポンプとして図1に概略横断面図で示される構造のものが知られている。
すなわち、図示される通り上記モータ式燃料ポンプは、ケーシング1内において、モータ5の両端部に固設した回転軸2が軸受3a,3bに支持され、前記回転軸2の一方端部にはインペラ4が挿入され、かつ前記インペラ4の外周面、モータ(アーマチュア)5の外周面、および軸受3a,3bと回転軸2との間の図示しない隙間にそって狭い間隙のガソリン流通路が形成された構造を有し、前記モータ5の回転でインペラ4が回転し、このインペラ4の回転でガソリンがケーシング1内に取り込まれ、取り込まれたガソリンはインペラ4の外周面およびモータ5の外周面にそって形成された前記ガソリン流通路を通って送り出され、別設のガソリンエンジンに送り込まれるように作動するものである。なお、図1では微量の燃料が両軸受3a,3bの内面と回転軸2の外周面間を通過し、回転軸摺動の潤滑油の役割を果たしている。
また、上記のモータ式燃料ポンプの構造部材である上記軸受として各種のCu基焼結合金が用いられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
一方、近年の例えば自動車などのエンジンの軽量化、並びに高性能化はめざましく、これに伴って、これに用いられるモータ式燃料ポンプにも小型化が強く求められているが、上記の構造のモータ式燃料ポンプの場合、吐出性能を確保しつつこれを小型化するには、高駆動すなわち回転数を高くすることが必要であり、このような条件下では特にモータ式燃料ポンプの構造部材である軸受には一段の高強度と耐摩耗性が要求されることになるが、上記の構造のモータ式燃料ポンプに用いられている従来のCu基焼結合金製軸受においては、いずれも十分な強度および耐摩耗性を具備するものでないため、摩耗進行が速く、さらにこの摩耗進行は前記液体燃料が硫黄やその化合物などを不純物として含有する場合には、一層促進されるようになり、この結果比較的短時間で使用寿命に至るのが現状である。
【0004】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明者らは、上述のような観点から、小型化されて、高駆動操業されるモータ式燃料ポンプに用いるのに適した軸受を開発すべく研究を行った結果、
モータ式燃料ポンプの軸受を、素地形成用原料粉末としてCu−Ni−Zn合金粉末、分散相形成用原料粉末としてCu−P合金粉末、さらに黒鉛粉末および二硫化モリブデン(以下、MoS 2 で示す)粉末を用いて、粉末冶金法にて製造され、
(a)質量%(以下、%は質量%を示す)で、
Ni:10〜25%、
Zn:10〜25%、
P :0.1〜0.9%、
C :0.5〜5%、
MoS 2 :0.5〜5%、
を含有し、残りがCuと不可避不純物からなる組成、
(b)Cu−Ni−Zn系合金の固溶体相からなる素地に、硬質のCu−P化合物と、潤滑性の高い遊離黒鉛およびMoS2が分散分布した組織、
(c)5〜25%の気孔率、
以上(a)〜(c)を有するCu基焼結合金で構成すると、液体燃料の高圧高速流を生起せしめるモータの高速回転により軸受が受ける摩擦抵抗が、軸受内に存在する気孔を介して軸受外周面から軸受内周面に供給される液体燃料によって形成される流体潤滑膜の作用で緩和され、一方前記気孔を形成した分だけ耐摩耗性が低下するようになるが、この耐摩耗性の低下はCu−Ni−Zn系合金の固溶体相からなる素地に分散分布した硬質のCu−P化合物と同じく素地に分散分布した潤滑性の高い遊離黒鉛およびMoS2によって補われることから、この結果のCu基焼結合金製軸受は、これの素地を形成するCu−Ni−Zn系合金のもつすぐれた強度および耐食性と相俟って、液体燃料の高圧高速流に曝された環境下ですぐれた耐摩耗性を発揮するようになり、また、このCu基焼結合金製軸受は硫黄やその化合物などを不純物として含有する液体燃料に対してもすぐれた耐食性を示す、という研究結果を得たのである。
【0005】
この発明は、上記の研究結果に基づいてなされたものであって、素地形成用原料粉末としてCu−Ni−Zn合金粉末、分散相形成用原料粉末としてCu−P合金粉末、さらに黒鉛粉末およびMoS 2 粉末を用いて、粉末冶金法にて製造され、
(a)Ni:10〜25%、
Zn:10〜25%、
P :0.1〜0.9%、
C :0.5〜5%、
MoS2:0.5〜5%、
を含有し、残りがCuと不可避不純物からなる組成、
(b)Cu−Ni−Zn系合金の固溶体相からなる素地に、硬質のCu−P化合物と、潤滑性の高い遊離黒鉛およびMoS2が分散分布した組織、
(c)5〜25%の気孔率、
以上(a)〜(c)を有するCu基焼結合金で構成してなる、液体燃料の高圧高速流通下ですぐれた耐摩耗性を発揮するモータ式燃料ポンプのCu基焼結合金製軸受に特徴を有するものである。
【0006】
つぎに、この発明の軸受において、これを構成するCu基焼結合金の成分組成および気孔率を上記の通りに限定した理由を説明する。
(1)成分組成
(a)NiおよびZn
これらの成分には、上記の通り共にCuに固溶して、Cu−Ni−Zn系合金の固溶体相からなる素地を形成し、軸受の強度および耐食性を向上させる作用があるが、Niについては、その含有量が10%未満でも、25%を越えても強度が低下するようになり、またZnでは、その含有量が10%未満になると耐食性が低下するようになり、一方その含有量が25%を越えると強度が急激に低下するようになることから、それぞれの含有量をNi:10〜25%、望ましくは15〜20%、Zn:10〜25%、望ましくは15〜20%と定めた。
【0007】
(b)P
P成分には、焼結性を向上させて軸受強度の向上に寄与すると共に、素地に分散分布する硬質のCu−P化合物を形成して耐摩耗性を向上させる作用があるが、その含有量が0.1%未満では前記作用に所望の向上効果が得られず、一方その含有量が0.9%を越えると強度に低下傾向が現われるようになり、所望の高強度を安定的に確保するのが難しくなることから、その含有量を0.1〜0.9%、望ましくは0.3〜0.6%と定めた。
【0008】
(c)CおよびMoS2
これら両成分は、主として遊離黒鉛およびMoS2として素地に分散分布し、共存した状態で軸受にすぐれた潤滑性を付与し、もって軸受の耐摩耗性向上に寄与する作用があるが、その含有量がCおよびMoS2のいずれかでも0.5%未満になると所望のすぐれた潤滑性向上効果が得られず、一方その含有量が同じくCおよびMoS2のいずれかでも5%を越えると強度低下が避けられないことから、それぞれの含有量をC:0.5〜5%、望ましくは1〜3%、MoS2:0.5〜5%、望ましくは1〜3%と定めた。
【0009】
(2)気孔率
Cu−Ni−Zn系合金の素地に分散する気孔には、上記の通り液体燃料の高圧高速流通下で軸受が受ける強い摩擦および高い面圧を緩和し、もって軸受の摩耗を著しく抑制する作用があるが、その気孔率が5%未満では、素地中に分布する気孔の割合が少なくなり過ぎて前記作用を十分満足に発揮することができず、一方その気孔率が25%を越えると、軸受の強度が急激に低下するようになることから、その気孔率を5〜25%、望ましくは10〜20%と定めた。
【0010】
【発明の実施の態様】
この発明のCu基焼結合金製軸受を実施例により具体的に説明する。
原料粉末として、水アトマイズ法により形成され、かついずれも45μmの平均粒径を有するが、NiおよびZn含有量の異なる各種のCu−Ni−Zn合金粉末、同じく45μmの平均粒径を有する水アトマイズCu−P合金(P:33%含有)粉末、さらに75μmの平均粒径を有する黒鉛粉末およびMoS2粉末を用意し、これら原料粉末を所定の配合組成に配合し,ボールミルで40分間混合した後、150〜300MPaの範囲内の所定の圧力で圧粉体にプレス成形し、この圧粉体をアンモニア分解ガス雰囲気中、750〜900℃の範囲内の所定の温度に40分間保持の条件で焼結することにより、それぞれ表1、2に示される組成並びに気孔率を有するCu基焼結合金で構成され、かついずれも外形:9mm×内径:5mm×高さ:6mmの寸法をもった本発明焼結軸受1〜25をそれぞれ製造した。
この結果得られた本発明焼結軸受1〜25の任意断面を光学顕微鏡(200倍)を用いて観察したところ、いずれもCu−Ni−Zn系合金の固溶体相からなる素地に微細なCu−P化合物と遊離黒鉛、さらにMoS2が分散分布し、かつ気孔も存在する組織を示した。
また、比較の目的で、表3に示される通りの組成とする以外は同一の条件でCu基焼結合金で構成された軸受(以下、比較焼結軸受という)1〜12をそれぞれ調製した。
なお、上記の比較焼結軸受1〜12は、いずれも合金成分含有量および気孔率のうちのいずれかがこの発明の範囲から外れたCu基焼結合金で構成されたものである。
【0011】
ついで、上記の本発明焼結軸受1〜25および比較焼結軸受1〜12を外形寸法が長さ:110mm×直径:40mmの燃料ポンプに組み込み、この燃料ポンプをガソリンタンク内に設置し、
インペラの回転数:3000(最小回転数)〜9000(最大回転数)r.p.m.、
ガソリンの流量:45リットル/時(最小流量)〜130リットル/時(最大流量)、
軸受が高速回転軸より受ける圧力:最大300KPa、
試験時間:220時間、
の条件、すなわちガソリンが狭い間隙を高速で流通し、これを生起せしめるモータの高速回転軸によって軸受が高圧を受け、かつ速い流速のガソリンに曝される条件で実機試験を行い、試験後の軸受面における最大摩耗深さを測定した。この測定結果を同じく表1〜3に示した。
また、表1〜3には強度を評価する目的で、それぞれの焼結軸受の圧壊強度を示した。
【0012】
【表1】
【0013】
【表2】
【0014】
【表3】
【0015】
【発明の効果】
表1〜3に示される結果から、本発明焼結軸受1〜25は、いずれもこれを構成するCu基焼結合金が高強度を有し、かつCu−Ni−Zn系合金の固溶体相のもつすぐれた耐食性、並びにこれの素地に分散分布する気孔および硬質のCu−P化合物、さらに高い潤滑性を有する遊離黒鉛およびMoS2の作用で、特にモータ式燃料ポンプの軸受として用いた場合に、ガソリンの高圧高速流通下で、一段とすぐれた耐摩耗性を発揮するのに対して、比較焼結軸受1〜12に見られる通り、これを構成するCu基焼結合金の成分含有量および気孔率のうちのいずれかがこの発明の範囲から外れると強度および耐摩耗性のうちの少なくともいずれかの低下は避けられないことが明らかである。
【図面の簡単な説明】
【図1】ガソリンエンジン用モータ式燃料ポンプの概略横断面図である。
Claims (2)
- 素地形成用原料粉末としてCu−Ni−Zn合金粉末、分散相形成用原料粉末としてCu−P合金粉末、さらに黒鉛粉末および二硫化モリブデン粉末を用いて、粉末冶金法にて製造され、
(a)質量%で、
Ni:10〜25%、
Zn:10〜25%、
P :0.1〜0.9%、
C :0.5〜5%、
二硫化モリブデン:0.5〜5%、
を含有し、残りがCuと不可避不純物からなる組成、
(b)Cu−Ni−Zn系合金の固溶体相からなる素地に、硬質のCu−P化合物と、潤滑性の高い遊離黒鉛および二硫化モリブデンが分散分布した組織、
(c)5〜25%の気孔率、
以上(a)〜(c)を有するCu基焼結合金で構成したことを特徴とする、液体燃料の高圧高速流通下ですぐれた耐摩耗性を発揮するモータ式燃料ポンプのCu基焼結合金製軸受。 - 請求項1のCu基焼結合金製軸受が組み込まれたモータ式燃料ポンプ。
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