JP6753647B2 - すべり軸受用銅合金およびすべり軸受 - Google Patents
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Description
本発明は、前記課題にかんがみてなされたもので、Mn−Si初晶が焼付きを生じさせることを防止できる軸受用銅合金およびすべり軸受を提供することを目的とする。
(1)ラジアル軸受の構成:
(2)ラジアル軸受の製造方法:
(3)実験結果:
(4)他の実施形態:
図1は、本発明の一実施形態にかかるすべり軸受用銅合金によって形成されたすべり軸受としてのラジアル軸受1(フローティングブシュ)の斜視図である。ラジアル軸受1は、例えば内燃機関用のターボ式過給機において、タービン翼とコンプレッサ翼とが軸方向の両端に備えられた相手軸2(一点鎖線)に作用する荷重をラジアル方向に支持する。ラジアル軸受1は円筒状に形成されており、軸方向に直交する断面が円環形状となっている。これにより、ラジアル軸受1の内側にて相手軸2を軸受け可能となる。本実施形態のラジアル軸受1の内径は7.5mmであり、外径は13.6mmである。ラジアル軸受1と相手軸2との間に潤滑油としてのエンジンオイルの油膜が形成される。相手軸2が回転することにより、ラジアル軸受1の内側の表面である摺動面1a上において相手軸2が摺動する。なお、図示しないが相手軸2に作用する荷重をスラスト方向に支持するスラストベアリングもラジアル軸受1と同一の銅合金によって形成してもよい。また、ラジアル軸受1は、半割形状の軸受部品を円筒状に2個組み合わせることによって形成されてもよい。
ラジアル軸受1を構成するすべり軸受用銅合金の耐焼付性を評価するために焼付試験を行った。図4Aは、焼付試験に使用したピンオンディスク試験機を説明する模式図である。焼付試験は、回転する円盤状の相手材Aを厚み方向に挟み込むように一対の試験片Tを配置し、油圧シリンダーWによって試験片T間に静荷重を作用させることにより行った。相手材Aと試験片Tとの接触部における両者の相対速度が15m/secとなるように相手材Aの回転速度を調整した。また、相手材Aに対して潤滑油(SAE30 CD級)を保持する給油パッドPを接触させることにより、相手材Aと試験片Tとの接触部に給油を行った。相手材Aは、焼き入れ処理を行ったSCM415で形成した。一対の試験片Tは相手材Aと平行な面内にて回転可能に保持された梁部Eの先端に取り付けられ、当該梁部Eの水平回転を妨げるようにロードセルYを配置した。梁部Eのうち試験片Tが備えられない端部には、バランスウェイトBを取り付け、油圧シリンダーWによって梁部Eに生じる鉛直方向のモーメントを相殺させた。
以上のようにして、本実施形態のラジアル軸受1を構成するすべり軸受用銅合金の焼付面圧を計測したところ、26MPaと良好であった。なお、焼付面圧が大きいほど、耐焼付性が高いことを意味する。
本実施形態においてラジアル軸受1は、a.溶融、b.連続鋳造、c.切断、d.機械加工の各工程を順に行うことにより製造される。以下、各工程について説明する。
まず、40.0wt%のZnを含有し、4.0wt%のMnを含有し、1.3wt%のSiを含有し、3.4wt%のBiを含有し、残部がCuと不可避不純物とからなるすべり軸受用銅合金が形成できるように各原料を計量して用意した。本実施形態では、Cuのインゴットと、Znのインゴットと、Cu−Mnのインゴットと、Cu−Siのインゴットとをそれぞれを計量して用意した。ここでは、目標とするラジアル軸受1の機械特性に応じた質量の原料を用意すればよい。目標とするラジアル軸受1の機械特性は、例えば相手軸2の機械特性に応じて定められる。次に、用意した各原料を高周波誘導炉によって1200℃まで加熱する。これにより、各インゴットが融解する。その後、Arガスの気泡を分散噴出させて、水素ガスや介在物の除去を行う。
次に、すべり軸受用銅合金の溶融材料を鋳型に注入し、当該鋳型の開口からすべり軸受用銅合金を鋳造方向に連続的に引き抜き、そのまま室温まで冷却することにより、すべり軸受用銅合金の連続鋳造棒を形成する。例えば、炭素で形成された鋳型によって1060℃にて鋳造を行い、90mm/minの引抜速度で引き抜いて連続鋳造棒を形成する。溶融状態から連続鋳造における凝固過程において、まずMn−Si初晶4が晶出し、その後Cu−Znマトリクス5が晶出し、最後にMn−SiとCu−Znとの共晶が凝固すると考えられる。なお、すべり軸受用銅合金の連続鋳造棒の直径は、ラジアル軸受1の外径よりも機械加工における切削量だけ大きくされる。
次に、すべり軸受用銅合金の連続鋳造棒をラジアル軸受1の厚み(相手軸2の長さ方向の厚み)ごとに切断する。
最後に、切断後のすべり軸受用銅合金の連続鋳造棒に対して切削加工やプレス加工をすることにより、ラジアル軸受1を完成させる。ここでは、相手軸2の外径よりも所定量だけ大きい内径を有する貫通穴を形成するとともに、ラジアル軸受1の外径の大きさが設計値と一致するように切削加工を行う。
表1は、実施例1〜3についての実験結果を示す表である。なお、実施例1は第1実施形態と同じである。実施例1〜3は第1実施形態とほぼ同様の製造方法によって製造した。ただし、実施例3については、引き抜き速度(凝固速度)を実施例1,2よりも大きくすることにより、Mn−Si初晶4とBi粒子3の平均円相当径が実施例1,2よりも小さくなるようにした。なお、凝固速度が大きいほどMn−Si初晶4とBi粒子3の平均円相当径を小さくすることができるが、連続鋳造における鋳型の冷却水の流量を大きくすることによっても凝固速度を大きくすることができる。
前記実施形態においては、本発明の銅合金によってラジアル軸受1を形成した例を示したが、本発明の銅合金によって他の摺動部材を形成してもよい。例えば、本発明の銅合金によってトランスミッション用のギヤブシュやピストンピンブシュ・ボスブシュ等を形成してもよい。また、本発明のすべり軸受用銅合金は、連続鋳造以外の製造方法で製造されてもよい。
Claims (3)
- 35wt%以上かつ48wt%以下のZnと、
1wt%以上かつ7wt%以下のMnと、
0.5wt%以上かつ3wt%以下のSiと、
1wt%以上かつ10wt%以下のBiと、を含有し、
残部が不可避不純物とCuとからなるすべり軸受用銅合金であって、
相手材との摺動面において、Mn−Si初晶の平均円相当径よりも円相当径が大きいBi粒子と、Mn−Si初晶の平均円相当径よりも円相当径が小さいBi粒子と、が存在し、
前記摺動面における円相当径が、Mn−Si初晶の平均円相当径よりも小さいBi粒子の個数は、Bi粒子の全個数の70%以上かつ90%以下である、
ことを特徴とするすべり軸受用銅合金。 - 前記摺動面におけるBi粒子の円相当径の標準偏差は、前記摺動面におけるMn−Si初晶の円相当径の標準偏差よりも大きい、
請求項1に記載のすべり軸受用銅合金。 - 35wt%以上かつ48wt%以下のZnと、
1wt%以上かつ7wt%以下のMnと、
0.5wt%以上かつ3wt%以下のSiと、
1wt%以上かつ10wt%以下のBiと、を含有し、
残部が不可避不純物とCuとからなるすべり軸受であって、
相手材との摺動面において、Mn−Si初晶の平均円相当径よりも円相当径が大きいBi粒子と、Mn−Si初晶の平均円相当径よりも円相当径が小さいBi粒子と、が存在し、
前記摺動面における円相当径が、Mn−Si初晶の平均円相当径よりも小さいBi粒子の個数は、Bi粒子の全個数の70%以上かつ90%以下である、
ことを特徴とするすべり軸受。
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