JPH01255631A - 焼結合金軸受材およびその製造法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 「発明の目的」 本発明は焼結合金材およびその製造法に係り、強度およ
び耐食性に優れ、しかも軸材などの相手部材に対するな
じみ性が良好で摩擦係数が小さく、軸受材などとして優
れた性能を有する焼結合金材およびその製造法を提供し
ようとするものである。

（産業上の利用分野） 焼結含油軸受その仙境結合金材およびその製造技術。

（従来の技術） 焼結含油軸受については日本工業規格としてＪＩＳ　Ｂ
　１５８１−１９７６に規定されている如く、家庭用電
気機器、音響用機器、事務用機械、農業用機械、自動車
その他の運搬荷投機器などに用いる円筒形、フランジ付
円筒形および球形などの軸受材に関して種々に規定され
、又その主たる成分組成としては純鉄系、鉄−銅系、鉄
−炭素系、鉄−銅一炭素系、鉄−銅一鉛系、青銅系、銅
系、鉛−青銅系など材質、種類は比較的多岐に亘る。

なお例えば特開昭５６−５１５５４号公報においては鉄
粉と黄銅粉を用いた圧粉体を焼結することが発表されて
おり、更に本発明者等によっても特開昭６０−２００９
２７号公報において鉄粉、黄銅粉および洋白粉を用い、
それらの混合粉による圧粉成形体を還元性雰囲気で焼結
処理することを提案している。

（発明が解決しようとする課Ｂ） 上記した鉄を主体とした含油軸受においては骨格的強度
に優れ、高荷重用として好ましいが、相手部材に対する
なじみ性や耐食性に劣っているので利用上制限を受ける
。

これに対し銅または青銅を主体としたものにおいてはな
じみ性や耐食性は良好であるが、強度上不充分であるか
ら高負荷用に適しない。

鉄−銅系（鉄−銅一鉛、鉄−銅一炭素などを含む）のも
のはこれらの中間的特性となるが、なお強度や耐食性に
おいて不充分である。

前記した特開昭５６−５１５５４号公報による鉄粉と黄
銅粉を用いたものにおいては耐食性においては好ましい
としても強度や相手部材に対するなじみ性などにおいて
充分でない。

前記特開昭６０−２００９２７号公報のものは洋白をも
用いることにより強度性を確保しながら充分な耐食性と
摩擦係数低減を図ったものであるが、それらの特性にお
いて必ずしも満足するものとなし得ず、又軸材などの相
手部材に対するなじみ性などにおいて不充分である。

更に前記したような従来のものにおいては適当な強度を
得ると共に比較的低コストに製品を得るためには相当量
の鉄粉を用いることが不可欠であるところ、このように
して混合された鉄粉が成程銅粉や黄銅粉中に埋れるとし
ても完全被覆されるわけでなく、例えば銅粉３０％を配
合した例について第５図に示すように鉄粉１と銅粉２と
が略それらの配合比に準じて露出することとならざるを
得す、このようにして露出した鉄粉粒子１は相手部材と
接摺してこれを損耗し、又腐食発生の基点となる。

「発明の構成」 （課題を解決するための手段） １、　　Ｆｅ：　２０〜６４ｗｔ％、Ｃｕ　：　３２．
８〜７７　ｗｔ％Ｓｎ：１〜９ｗｔ％ を含有すると共に、 Ｐ：Ｏ，０２〜　０．９ｗｔ　％ を含有し、しかも前記ＦｅがＣｕにより実質的完全状態
に被覆され、気孔率１５〜２８ｖｏｌ％とされたことを
特徴とする焼結合金材。

２、　　Ｆｅ：　２０〜６４ｗｔ％、Ｃｕ　：　２Ｂ、
６〜？６．５ｗｔ％Ｓｎ：　０．７５〜８．９ｗｔ％ を含有すると共に、 Ｐ：０．Ｏ１５〜０．９ｗｔ％ を含有し、しかも黒鉛、二硫化モリブデン、鉛のような
固体潤滑材の１種または２種以上を０．５〜５ｗｔ％を
含有し、しかも前記ＦｅがＣｕにより実質的完全状態に
被覆され、気孔率１５〜２８ｖｏｌ％とされたことを特
徴とする焼結合金材。

３、２０〜５０ｗｔ％の銅を被覆した鉄粉１００重量部
に対し、Ｓｎ：５〜１５ｗｔ％、Ｐ　：　０．１〜１．
５ｗｔ％を含有し残部がＣｕおよび不可避的不純物より
なる燐青銅粉を２５〜１５０重量部添加混合した原料粉
を圧粉成形してから焼結し、次いで気孔率１５〜２８Ｖ
Ｏ１％にサイジングすることを特徴する焼結合金材の製
造法。

４、１０〜５０ｗｔ％の銅を被覆した鉄粉１００重量部
に対し、Ｓｎ：５〜１５ｓｖｔ％、Ｐ　：　０．１〜１
．５ｗｔ％を含有し残部がＣｕおよび不可避的不純物よ
りなる燐青銅粉を１８〜１４７重量部と黒鉛、二硫化モ
リブデンまたは鉛のような固形潤滑材の１種または２種
以上を０．５〜５．３重量部を添加混合した原料粉を圧
粉成形してから焼結し、次いで気孔率１５〜２８ＶＯ１
％にサイジングすることを特徴とする焼結合金材の製造
法。

５、原料粉を圧粉成形して得られた圧粉成形体を耐熱性
容器に収容すると共に施蓋し、７５０〜９５０℃の還元
性雰囲気で焼結する前記３項または４項の何れか１つに
記載の焼結合金材の製造法。

（作用） Ｆｅ：　　２０〜６４ｗｔ％、Ｃｕ：　　３２．８〜？
　７ｗｔ％、Ｓｎ：１〜９ｗｔ％を含有すると共にＰ：
０．０２〜０．９ｗｔ％を含有することにより強度を確
保しながら相手部材に対するなじみ性を維持し、しかも
耐食性において優れた特性を発揮する。即ち上記のよう
なＰの適量添加で酸化物の還元清浄作用が得られ、強度
および耐食性が適切に向上し、しかも相手部材に対する
なじみ性などが著しく良好となる。

焼結合金における前記Ｆｅの粉末粒子がＣｕにより実質
的完全状態に被覆されていることにより、該Ｆｅ粉末粒
子が製品表面において露出することがなくなり、即ちＣ
ｕで製品面が有効且つ緻密に被覆されたものとなって耐
食性を大幅に向上し、また相手部材に対するなじみ性や
熱伝導性なども向上せしめられる。粉末粒子間の焼結に
ついてもＦｅ粒子の介入がないので安定した焼結関係が
形成される。

Ｆｅが２０ｗｔ％以下では強度が充分に得られず、又他
の成分を多量に必要とし高価となる。一方６４ｗｔ％を
超えてＦｅを含有したものは摩擦係数を高め、相手部材
に対するなじみ性が確保されないと共に耐食性が急激に
劣化する。

Ｃｕが３２．８ｗｔ％以上となることによりなじみ性を
確保し、又７７ｗｔ％を上限とすることで低コスト性を
得しめると共にＦｅの含有量を少なくとも２０ｗｔ％以
上として強度を得しめる。

Ｓｎを１ｗｔ％以上とすることでＣｕやＰと相俟って強
度と耐食性を確保し、又９ｗｔ％を上限とすることによ
りなじみ性を適切に維持する。

Ｐが０．０２ｗｔ％以上とされることにより酸化物に対
する還元清浄作用を適切に得しめ強度および耐食性を有
効に高める。一方０．９ｗｔ％を上限とすることによっ
て強度となじみ性を維持し、摩擦係数の上昇を抑制する
。

圧粉成形し焼結後、サイジングして気孔率１５ｖｏｌ％
以上とすることにより軸受材などとする場合の含油量を
適切に得しめ、潤滑性能を高める。

一方この気孔率が２８ｖｏｌ％を超えないことにより強
度性を確保する。

黒鉛、二硫化モリブデンまたは鉛のような固体潤滑材の
１種または２種以上を０．５ｉｙｔ％以上含有させるこ
とにより潤滑性を高め、摩擦係数を小とする。又５．Ｏ
ｗｔ％を超えないことにより製品の強度性を維持する。

Ｓｎ：５〜１５ｗｔ％、Ｐ　：　０．１−１．５ｗｔ％
を含有し残部がＣｕおよび不可避的不純物よりなる燐青
銅粉を用いることによりＣｕｓ　ＳｎおよびＰが合金体
として同時に添加され、それらの成分を各別に準備し順
次混合する煩雑さを回避する。又配合された各成分の偏
析を適切に防止し、均等な焼結組織を容易に形成する。

又このような燐青銅粉は銅系合金があるから前記のよう
に鉄粒子に被覆された銅層に対するなじみが良好で、焼
結機構も安定したものとして形成される。

（実施例） 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
ついて説明すると、本発明は基本的にＦｅ、Ｃｕ、　Ｓ
ｎと共にＰを含有した焼結合金であるが、又そのＦｅが
Ｃｕで被覆されたものであって、これらは各別に準備さ
れてよいが、ＦｅはＣｕで被覆される。

又他の成分も合金として材料を準備してよいことは前記
の通りで、燐−錫、燐銅の各粉末と鉄粉および銅粉、そ
の他Ｆｅ、ＣＬ１％　Ｓｎｓ　Ｐの合金体である各種の
合金粉末などを採用することができる。然し好ましい材
料としては純鉄粉末にＣｕを被覆したものと燐青銅の粉
末を用いることであり、場合によってはＮｔを適量含有
せしめてよい。

Ｆｅは一般的に２０〜６４ｉｙｔ％であるが、好ましく
は３０〜６（１ｗｔ％であり、より好ましくは４０〜５
５ｗｔ％である。又Ｃｕは一般的には上記のように３２
．８〜７７ｗｔ％であるが、好ましくは３５〜６０ｅｖ
ｔ％、より好ましくは３８〜５５ｗｔ％とすべきである
。Ｓｎの一般的範囲１〜９ｗｔ％であるが、好ましくは
３〜９ｗｔ％、より好ましくは４．５〜９ｗｔ％である
。Ｐについての好ましい範囲は前記した一般的範囲の中
で０．０２〜０．９％４ｔ％であり、より好ましくは０
．０６〜０．７２ｗｔ％である。

前記した鉄粉は上述したようなＣｕの少くとも一部を用
いて被覆したものとして準備される。このような鉄粉に
対する銅の被覆はメツキ法の如きによって行われ、その
ような被覆量はメツキ時における通電量と時間を適当に
選ぶことにより適宜の程度に行い得る。このような銅の
被覆量は重量比で２０〜５０％であることは前記の通り
であるが、より好ましい範囲としては２５〜４５％程度
である。このような銅被覆により鉄粉粒子の周面ば完全
状態に銅皮膜で被包されることになり、又第１．２図に
示すように鉄粉粒子１の表面に銅の軟質層２ａが凹凸３
を形成して被覆されたものとして得られるから圧粉成形
が容易化される。

なお原材たる鉄粉粒子の大きさについては特に制限され
ないが、純鉄・系焼結体製造のために従来一般的に採用
されている１００メツシユ以下程度より更に拡大した粒
子範囲のものを採用することができる。即ち比較的細粒
のものでも銅被覆によって増径され粒径的に従来一般的
範囲のものと同様に処理することが可能であるし、上記
のように圧粉成形が容易となることから従来普通の粒径
範囲を超えて大径のものであっても従来法同然の圧粉成
形処理で同等ないしそれより容易に成形することができ
る。

固体潤滑材としての黒鉛、二硫化モリブデンなどは粉末
として添加されることは当然であるが、黒鉛のような固
体潤滑材は銅被覆鉄粉、燐青銅粉の何れに対しても比重
が小であって、このような黒鉛の如きを単に混合しても
他の原料粉に対し均一状態に分散させることが困難であ
り、しかも搬送荷役中およびプレスホッパーへの入替え
、圧ＦＡ成形時などにおいて黒鉛粉の浮上、片寄りなど
による偏析が発生する。そこでこのような黒鉛の如き固
体潤滑材に関し比較的粗粉のものを採用し、しかもその
微粉分を分級して除去したものを用いると有効であるこ
とが実験により確認された。即ち上記黒鉛粉末として一
般的に市販されているものが１〜３０μｍ、あるいは１
〜５０μｍの如きであるのに対し本発明者等が好ましい
固体潤滑材としての黒鉛は１０〜１５０μｍ、特に２０
〜１００μｍとされ、粗粉であると共に１０μｍまたは
２０μｍ以下の微粉分をカットしたものであり、それに
よって均一分散を容易化し、また荷役その他の取扱時に
おける偏析発生を可及的に防止し得る。前記のような１
０μｍ未満、あるいは２０μｍ未満のような微粉分は液
中での分級処理で粉塵の発生がな（、しかも適切に分級
し得る。

なお本発明によるものは必要に応じ上記以外の金属また
は合金粉などを適宜に添附してよい。

圧粉成形は一般的に２〜３　ＴＯＮ／ｃｆｆｌ程度の圧
力下で行われ、その気孔率は２２〜３５ｖｏｌ％である
。

２２ｖｏｌ％未満では有効なサイジングを行い且つ含油
などに適した気孔率をもつ製品を得ることが困難となる
。一方３５ＶＯ１％を超えた気孔率を有する圧粉成形体
は焼結取扱中などにおいて損壊、欠損する可能性が高い
。焼結は７５０〜９５０“Ｃ１特に７５０〜８５０℃の
還元性雰囲気で行うが、この焼結温度は鉄粉を用いた場
合の焼結温度より相当に低いものであり、焼結工程を簡
易化する。

焼結によってそれなりに変形し、即ち燐青銅を主要原料
として用いる本発明の場合においてもこのような歪みや
変形を避は得ないからサイジングして所要寸法の製品と
する。

本発明によるものの具体的な製造例について説明すると
以下の通りである。

製造例１゜ ＣｕをＦｅ粒子表面に４０ｗｔ％被覆させた銅被覆鉄粉
を準備すると共に、Ｓｎ：１０．４％、Ｐ：０．３２％
の組成をもった燐青銅粉を準備し、この銅被覆鉄粉０３
０部、０６０部および０９０部に対して燐青銅粉を０７
０部、０４０部および０１０部の割合で添加混合した原
料粉を用いた。これら■〜■の原料粉における理論成分
ｗｔ％は次の第１表の如くである。

第１表（ｗｔ％） 又これら■〜■の原料粉により圧粉成形、焼結した成形
条件、焼結条件、得られた製品の特性値を要約して示し
たのが第２〜第４表であって、第２表は原料粉■による
もの、第３表は原料粉■によるもの、第４表は原料粉■
によるものである。

即ち成形密度比を６５〜７５％、焼結温度を８００℃〜
８５０℃として実施したものであるが、端面硬さや圧環
強度は焼結温度が８５０℃とされることにより大幅に上
昇されることが確認された。

即ちこのものの有効多孔率と圧環強度の関係を要約して
示したのが第３図であり、又端面硬さと有効多孔率の関
係を要約して示したのが第４図である。

製造例２゜ 粒度が１００メツシユ以下の鉄粉に３０ｗｔ％のＣｕを
被覆したものと、Ｓｎが１０ｗｔ％、Ｐを０．３５ｗｔ
％含有した燐青銅を準備し、これらの粉末を次の第５表
に示すような配合割合で混合した原料粉とした。

第５表（賀を部） 上記した第１表による■〜■の各原料粉は何れも充分に
混合されてから圧粉成形され、即ち２．０ＴＯＮ／ｃＪ
程度の加圧力で外径が１０ｍｍ、内径４龍の環状軸受体
として成形した。

これらの圧粉成形体は次いで焼結工程に移され、即ち最
高温度が１０５０℃を採るようにされた焼結炉に装入し
、８２０℃のＡＸガスによる還元性雰囲気で４５分間の
焼結処理を行った。

このようにして得られた各焼結体は次いでサイジングを
なし、気孔率２０ｖｏｌ％の製品とした。

このような製品について拡大鏡により検討したが鉄粉粒
子は何れも略完全状態に銅層によって被覆されており、
露出部分を実質的に観し得ないものであった。

又このようにして得られた各焼結体についてその成分組
成を検討した結果は次の第６表の如くであった。

第６表 上記のようにして得た各製品に対し、次いで浸油処理を
なし、即ち−３０ｍ１１ｇ程度の真空条件で気孔中の空
気を除去し且つタービン油を含浸させて含油軸受を得た
。

これらの製品に対し、その特性試験を行った。

即ち上記したような各製品と、別に比較材として前記し
た従来技術による鉄系焼結軸受■および純鉄粉と黄銅粉
とを５０：５０の割合で混合し、圧粉成形、焼結してか
ら前記した各製品の同じ気孔率である２０ｖｏｌ％にサ
ンジングしたちの■を準備し、これらの製品■〜■およ
び比較材の■について圧環強度、摩擦係数およびＰＶ値
１０００ｋｇ／Ｃシ・ｍ−ｍ１ｎで４０分（この条件で
３０分程度までは次第に昇温するが、以後は殆んど昇温
せず）連続回転したときの温度上昇値を測定した結果は
次の第７表の如くである。

第７表 又上記したような本発明による各製品■〜■および比較
材■［Ｆ］について湿度８０％、温度６０℃の耐食性試
験を行い、錆発生の認められるまでの時間を測定した結
果は次の第８表の如くであった。

第８表 即ちこの製造例のものは銅被覆率が３０ｗｔ％と製造例
１より少い被覆量のものであるが、それにしても非常に
優れた耐食性を有していることが確認された。

製造例３゜ 前記した製造例２における第５表の■による割合のもの
に対し、外掛けで黒鉛粉末を２ｗｔ％含有せしめた以外
はすべて製造例１におけると同じに実施して製品とした
。

このものについての摩擦係数は０．０６２であって、製
造例２のものより優れた潤滑特性を有していることが確
認され、しかもその圧環強度は２６．５ｋｇ　／　ｃｎ
ｌであって、強度的にもこのような軸受材などにおいて
要求される要件を充分に満足しており、好ましい製品が
あることが確認された。

製造例４゜ 製造例２における■の鉄粉に対する銅被覆量を２０ｗｔ
％と４０ｗｔ％に変更した以外は総べて製造例２におけ
ると同じに実施した。

即ち銅被覆ｉｔ２０ｗｔ％のものを■とし、又この銅被
覆量４０ｗｔ％のものを＠として得られた製品の成分組
成は次の第９表の如くである。

第９表（４％） 即ちＣｕ被覆量の変動に伴い、それぞれの数値はそれな
りに異るとしても、殊更に揮散成分の如きを含有しない
この製造例の場合において実質的な成分組成は製造例１
のものと同様と言える。

又このものについて圧環強度、摩擦係数、連続回転時の
温度上界値および製造例１におけると同じ試験条件下で
の発錆の認められた時間を求めた結果は次の第１０表の
如くである。

第１０表 即ち上記のように鉄粉に対する銅被ｆｆｆｆ１が変化し
ても上記したような特性値は何れも満足すべきものであ
ることが確認された。

「発明の効果」 以上説明したような本発明によるときは鉄系焼結材にお
けると同等な強度を具備しながら軸材などに対するなじ
み性が銅塊結材におけると同じに良好で、又耐食性など
において著しく優れた軸受材およびその好ましい製造法
を提供するものであって工業的にその効果の大きい発明
である。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の技術的内容を示すものであって、第１図
と第２図は本発明で用いる銅被覆鉄粉の１例を顕微鏡的
に拡大して示した断面図、第３図は製造例１によるもの
の圧環強度とを効多孔率の関係を要約して示した図表、
第４図は同じく製造例１によるものの表面硬さと有効多
孔率との関係を要約して示した図表、第５図は従来技術
による鉄粉７０ｗｔ％、銅粉３０ｗｔ％の割合による製
品の表面性状を顕微鏡的に拡大して示した説明図である
。 然してこれらの図面において、１は鉄粉粒子、２は銅粉
粒子、２ａは銅被覆ないし銅被覆された鉄粉粒子を示す
ものである。 第　　２　　胱 第　Ｊ　圓 米幼多ルギ（Ｐａ〆） Ｄ−−Ｄ、９−（１ｖ　　　　　　　７　ｕ　浄皐　４
　圓 省　大力　多５し　辛　（ｙ−ｚ〆）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、Ｆｅ：２０〜６４ｗｔ％、Ｃｕ：３２．８〜７７ｗ
   ｔ％、Ｓｎ：１〜９ｗｔ％ を含有すると共に、 Ｐ：０．０２〜０．９ｗｔ％ を含有し、しかも前記ＦｅがＣｕにより実質的完全状態
   に被覆され、気孔率１５〜２８ｖｏｌ％とされたことを
   特徴とする焼結合金材。 ２、Ｆｅ：２０〜６４ｗｔ％、Ｃｕ：２８．６〜７６．
   ５ｗｔ％、Ｓｎ：０．７５〜８．９ｗｔ％ を含有すると共に、 Ｐ：０．０１５〜０．９ｗｔ％ を含有し、しかも黒鉛、二硫化モリブデン、鉛のような
   固体潤滑材の１種または２種以上を０．５〜５ｗｔ％を
   含有し、しかも前記Ｆｅ粉粒がＣｕにより実質的完全状
   態に被覆され、気孔率１５〜２８ｖｏｌ％とされたこと
   を特徴とする焼結合金材。 ３、２０〜５０ｗｔ％の銅を被覆した鉄粉１００重量部
   に対し、Ｓｎ：５〜１５ｗｔ％、Ｐ：０．１〜１．５ｗ
   ｔ％を含有し残部がＣｕおよび不可避的不純物よりなる
   燐青銅粉を２５〜１５０重量部添加混合した原料粉を圧
   粉成形してから焼結し、次いで気孔率１５〜２８ｖｏｌ
   ％にサイジングすることを特徴とする焼結合金材の製造
   法。 ４、１０〜５０ｗｔ％の銅を被覆した鉄粉１００重量部
   に対し、Ｓｎ：５〜１５ｗｔ％、Ｐ：０．１〜１．５ｗ
   ｔ％を含有し残部がＣｕおよび不可避的不純物よりなる
   燐青銅粉を１８〜１４７重量部と黒鉛、二硫化モリブデ
   ンまたは鉛のような固形潤滑材の１種または２種以上を
   ０．５〜５．３重量部を添加混合した原料粉を圧粉成形
   してから焼結し、次いで気孔率１５〜２８ｖｏｌ％にサ
   イジングすることを特徴とする焼結合金材の製造法。 ５、原料粉を圧粉成形して得られた圧粉成形体を耐熱性
   容器に収容すると共に施蓋し、７５０〜９５０℃の還元
   性雰囲気で焼結する請求項３または４の何れか１つに記
   載の焼結合金材の製造法。