JPH0543997A

JPH0543997A - 焼結摺動部材ならびにその製造方法

Info

Publication number: JPH0543997A
Application number: JP3224660A
Authority: JP
Inventors: Shinji Yamada; 眞二山田; Yasuhiro Shirasaka; 康広白坂; Akiyoshi Sugafuji; 昭良菅藤
Original assignee: Oiles Industry Co Ltd
Current assignee: Oiles Industry Co Ltd
Priority date: 1991-08-10
Filing date: 1991-08-10
Publication date: 1993-02-23
Anticipated expiration: 2018-04-14
Also published as: JP3397333B2

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は鉄を主成分とする焼結摺動部材にお
いて、焼結組織中に黒鉛が分散して存在すると共に遊離
セメンタイトの存在しない摺動特性に優れた焼結摺動部
材ならびにその製造方法を提供することにある。【構成】黒鉛３〜８重量％、アルミニウム0.5 〜５重
量％、高速度工具鋼およびまたは炭素工具鋼10〜30重量
％、残部鉄から成る焼結摺動部材、あるいはこの焼結層
を鋼裏金に一体に接合させた複層から成る焼結摺動部材
で、焼結組織中に黒鉛および高速度工具鋼およびまたは
炭素工具鋼粒子が分散して存在しかつ遊離セメンタイト
の存在しない、優れた摺動特性を発揮する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は鉄を主成分とする焼結摺
動部材ならびにその製造方法、具体的には素地の組織が
パーライトまたはパーライトと一部フェライトの共存組
織を呈し、該組織中に黒鉛が分散して存在すると共に組
織中に遊離セメンタイトの存在しない鉄系の焼結摺動部
材ならびにその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、黒鉛の固体潤滑作用を利用
し、組織中に黒鉛を分散させた鉄系焼結摺動部材は数多
く提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする問題点】しかしながら、基材
が鉄を主成分とする焼結摺動部材においては、鉄粉末と
黒鉛粉末が焼結過程で反応して組織中に高硬度の遊離セ
メンタイト (Fe₃ C)を生成し、このセメンタイトが相手
材との摺動において当該相手材を損傷させるという、摺
動部材においては極力避けなければならない欠点が現れ
る。

【０００４】この遊離セメンタイトの生成を防止する方
法として、例えば黒鉛の配合割合を少量とする（１重
量％以下）、遊離セメンタイトを生成し得ない低温度
（1000℃以下）で焼結する、ことにより一応の解決は見
られるが、上記の方法では配合した黒鉛の固体潤滑作
用を期待することができず、またの方法では摺動部材
としての機械的強度が低く、いずれの方法によっても得
られた摺動部材は実用に供し難いという問題点を残す。

【０００５】さらに、別の方法として、黒鉛粉末に銅メ
ッキを施した、所謂被銅黒鉛粉末を使用することにより
遊離セメンタイトの生成のない鉄系焼結摺動部材を得る
ことができるが、この方法においては黒鉛粉末に予め
銅メッキを施す工程を要しコスト高となること、すべ
ての黒鉛粒子をもれなく銅メッキすることは工業的に困
難であること、上記の結果として遊離セメンタイト
の生成を完全に防ぎ難い、などの問題がある。

【０００６】

【問題点を解決するための手段】本発明者らは、上述し
た問題点に鑑み鋭意研究の結果、鉄粉末と黒鉛粉末に対
し一定割合の珪素粉末を配合することにより、鉄系焼結
摺動部材として好ましい組織であるパーライトまたはパ
ーライトと一部フェライトの共存組織を呈し、かつ組織
中に黒鉛が分散して存在するばかりでなく遊離セメンタ
イトの生成のない焼結摺動部材が得られることを見出
し、本発明をなすに至ったものである。

【０００７】すなわち、本発明の第一の目的は、黒鉛３
〜８重量％、アルミニウム0.5 〜５重量％、高速度工具
鋼およびまたは炭素工具鋼10〜30重量％、残部鉄、ある
いはこれら成分組成にさらに銅10〜30重量％または銅10
〜30重量％および錫１〜10重量％が含有されて成る焼結
摺動部材ならびにその製造方法を提供することにある。

【０００８】また、本発明の第二の目的は、上記成分組
成からなる焼結層を鋼裏金に一体に接合して複層化した
複層焼結摺動部材ならびにその製造方法を提供すること
にある。

【０００９】さらに、本発明の焼結摺動部材はその使用
目的、用途に応じて含油処理を施すことにより、含油焼
結摺動部材としての適用が可能である。

【００１０】上述した成分組成において、黒鉛(Gr)は組
織中に分散して存在して固体潤滑作用をなすもので、固
体潤滑作用を発揮させるためには少なくとも３重量％の
配合量が必要とされる。また、後述するアルミニウム成
分の存在により該黒鉛と鉄成分との反応に起因する遊離
セメンタイトの生成を生じないため、８重量％もの多量
の配合が可能となる。しかし、８重量％を超えて配合す
ると摺動部材としての機械的強度が損なわれるため、そ
の添加割合は８重量％が限度である。したがって、黒鉛
成分の添加割合は３〜８重量％、就中４〜６重量％が適
当である。

【００１１】アルミニウム（Ａｌ）は焼結過程において
液相を生じて鉄成分に固溶し、前述した黒鉛の鉄成分へ
の拡散、換言すれば鉄成分と黒鉛との反応を抑制する働
きをなし、結果として遊離セメンタイトの生成を阻止す
る。そして、その添加割合が0.5 重量％以下では遊離セ
メンタイトの生成を阻止する働きが認められず、また５
重量％を超えて添加した場合、液相を生じる量が多くな
り、焼結性に悪影響を与える。したがって、アルミニウ
ム成分の添加割合は0.5 〜５重量％、就中1.5〜３重量
％が適当である。

【００１２】高速度工具鋼（ＳＫＨ）または炭素工具鋼
（ＳＫ）はそれ自体に微細な金属間化合物や炭化物が存
在するので、これが焼結体中に分散して硬質相としての
役割を果たすと共に焼結時に高速度工具鋼または炭素工
具鋼から合金元素が拡散し素地の強化をもたらし（所謂
分散強化）、焼結体の耐摩耗性を改善する。そして、そ
の添加割合が10重量％以下では上述した効果が認められ
ず、また30重量％を越えて添加した場合、硬質相の分散
する量が多くなり、返って耐摩耗性の低下を来す。した
がって、高速度鋼成分の添加割合は10〜30重量％、就中
15〜25重量％が適当である。

【００１３】上述した黒鉛成分、アルミニウム成分およ
び高速度鋼成分に対し、一定の割合で銅(Cu)成分あるい
は銅成分および錫(Sn)成分を添加することができる。銅
成分は焼結過程において主成分をなす鉄成分にその一部
組成が拡散固溶し、他組成が液相を生じて結合材の役割
を果たし、焼結体を緻密化させて強度を向上させ、さら
にパーライト組織を緻密化してパーライト組織の硬度を
高める効果を発揮する。そして、銅成分の添加割合が10
重量％以下では上述した効果が十分発揮されず、また30
重量％を超えて添加した場合には、液相の量が多くな
り、焼結性に悪影響を及ぼすがかりでなく摺動部材の寸
法安定性に不具合を生ずる結果となる。したがって、
銅成分の添加割合は10〜30重量％、就中15〜25重量％が
適当である。

【００１４】錫成分は焼結過程における232 ℃の温度か
ら液相を生じ、上述した銅成分に固溶し合金化して青銅
を形成し、上記銅成分と同様結合材の役割を果たすと共
に焼結体を緻密化させて該焼結体の強度、靱性および機
械的強度の向上に寄与する。そして、錫成分の添加割合
が１重量％以下では上述した効果が十分発揮されず、ま
た10重量％を超えて添加した場合には、焼結性に悪影響
を与える。したがって、錫成分の添加割合は１〜10重量
％、就中３〜８重量％が適当である。

【００１５】つぎに、上記成分組成から成る焼結摺動部
材の製造方法について説明する。

【００１６】鉄粉末に対し、黒鉛粉末３〜８重量％、ア
ルミニウム粉末0.5〜５重量％および高速度工具鋼およ
びまたは炭素工具鋼粉末10〜30重量％を添加混合して混
合粉末を形成するか、あるいはこの混合粉末にさらに銅
粉末10〜30重量％あるいは銅粉末10〜30重量％および錫
粉末１〜10重量％を添加混合して混合粉末を形成する。

【００１７】上記成分中の高速度工具鋼粉末は日本工業
規格(JIS) のG-4403に規定されている高速度工具鋼鋼材
の粉末で、例えばMo系のSKH 51乃至SKH 59の粉末の使用
が、また炭素工具鋼粉末は日本工業規格のG-4401に規定
されている炭素工具鋼の粉末の使用が推奨される。

【００１８】ついで、この混合粉末を所要の形状を有す
る金型内に装填し、２〜7トン/cm² の圧力下で圧縮成形
し、該混合粉末から成る圧粉体を形成する。このように
して得た圧粉体を中性もしくは還元性雰囲気に調整した
加熱炉内で1050〜1100℃の温度で30〜60分間焼結し、そ
の後炉冷して炉から取り出し、機械加工により所望の寸
法に加工して焼結摺動部材を得る。ここで、中性もしく
は還元性雰囲気としては、アンモニア分解ガスまたは吸
熱ガスなどが使用される。

【００１９】このようにして得た焼結摺動部材はその素
地の組織がパーライト組織あるいはパーライト組織に一
部フェライト組織が共存する組織を呈し、当該組織中に
遊離セメンタイトの生成はない。また黒鉛および高速度
工具鋼およびまたは炭素工具鋼粒子は組織中に分散して
おり、焼結摺動部材と相手材との摺動において、該黒鉛
の固体潤滑作用が十分発揮されると共に高速度工具鋼お
よびまたは炭素工具鋼粒子の硬質相の分散による耐摩耗
性の向上が図られる。さらに、この焼結摺動部材はその
使用目的、用途に応じて含油処理を施し、含油焼結摺動
部材としての適用が可能である。この含油焼結摺動部材
においては、焼結体中の黒鉛による固体潤滑作用と潤滑
油による液体潤滑作用の相乗作用が発揮される。

【００２０】つぎに、上述した成分組成から成る焼結体
を鋼裏金に焼結層として一体に接合して複層とした複層
焼結摺動部材の製造方法について説明する。

【００２１】この複層焼結摺動部材を形成する鋼裏金と
しては、一般構造用圧延鋼材(JIS G-3101)から成る鋼
板、表面に複数個の独立した突出部あるいは表面に連続
した突出部と該突出部によって形成された複数個の凹部
を備えた鋼板、一般構造用炭素鋼鋼管(JIS G-3444)から
成る鋼製パイプが使用される。

【００２２】以下、上記各裏金を使用した複層焼結摺動
部材の製造方法について説明する。

【００２３】〔裏金に鋼板を使用した複層焼結摺動部材
の製造方法〕裏金に鋼板を使用する場合は、その製造方
法として粉末圧延法を利用することが好ましく、この粉
末圧延法を利用した製造方法について説明する。上述し
た混合粉末と同様の混合粉末を形成し、この混合粉末に
粉末結合剤の１〜15重量％水溶液を該混合粉末に対し0.
1 〜5.0 重量％添加し、均一に混合して該混合粉末に湿
潤性を与えた原料粉末を形成する。

【００２４】粉末結合剤として使用できるものとして
は、ヒドロキシプロピルセルロース（ＨＰＣ）、ポリビ
ニルアルコール（ＰＶＡ）、カルボキシメチルセルロー
ス（ＣＭＣ）、ヒドロキシプロピルセルロース（ＨＥ
Ｃ）、メチルセルロース（ＭＣ）、ゼラチン、アラビア
ゴムおよびスターチなどが挙げられ、中でもＨＰＣの使
用が好ましい。粉末結合剤の溶媒としては水あるいは水
以外にエチルアルコール等の親水性化合物の５〜20重量
％の水溶液を使用することもできる。粉末結合剤は上記
溶媒に対して１〜15重量％加えて水溶液とするのが好ま
しい。該粉末結合剤水溶液の添加割合は混合粉末に対し
て、0.1 〜5.0 重量％が好ましく、これ以上の量を添加
すると焼結体組織中に制御できないポア（孔）が増加
し、得られる焼結層の強度および耐摩耗性を低下させ
る。

【００２５】上記湿潤性が与えられた原料粉末は、つい
でコンベアおよびホッパーによって圧延ロールに供給さ
れ、該圧延ロールによって該原料粉末は圧延シート（圧
粉体シート）に形成される。原料粉末の圧延は、双ロー
ルを有する横型圧延機が使用される。圧延シートの密度
および厚さは、圧延荷重によって調節でき、一方圧延荷
重はロール速度およびロール間隔に依存している。した
がって、ロール速度およびロール間隔を変えることで圧
延シートの密度および厚さを調節することが可能であ
る。例えば、ロール速度を0.1 〜1.0m/minとし、ロール
間隔を0.4 〜1.0mm とすると密度5.5 〜6.7g／cm³ 、厚
さ1.38〜1.83mmの圧延シートが得られる。このようにし
て得た圧延シートは上記裏金としての鋼板の寸法に対応
した寸法に切断機等を用いて切断し、切断された圧延シ
ートを鋼板上に重ね合わせる。

【００２６】ついで、鋼板と該鋼板上に重ね合わされた
圧延シートとを、中性もしくは還元性雰囲気に調整した
加熱炉内に置き、圧力下で該圧延シートの焼結と同時に
該圧延シートの鋼板上への拡散・接合を行わせ、鋼板上
に焼結層を一体に接合した複層焼結摺動部材を得る。

【００２７】この焼結工程に於いて、焼結時の圧力は焼
結組織の密度を増加させ、鋼板との接合強度を向上させ
るもので、本発明では1.0 〜4.0kgf／cm²、好ましくは
2.0〜3.0kgf／cm²である。

【００２８】焼結温度は焼結組織に敏感に影響を及ぼす
もので、とくに温度管理には注意を必要とする。本発明
では1050〜1100℃の範囲で行われる。圧延シートの成分
中に銅成分あるいは銅成分および錫成分が添加される場
合は、圧延シートの焼結時に液相を生成して焼結が進行
し、焼結温度を上げると液相の量が増加し焼結全体とし
ての密度は上昇するが、前記圧力の上昇に伴い、焼結中
に生じた液相が上下からの単純圧力により焼結体外部に
排出され、次第に液相量の少ない特異な組織を呈するよ
うになる。したがって、成分中に銅成分あるいは銅成分
および錫成分が添加された場合の焼結温度は上記温度範
囲の下限側が使用される。

【００２９】焼結時間は、焼結温度ほど敏感に焼結組織
に影響を及ぼさないが、焼結層の機械的強度に影響を及
ぼす。本発明では焼結時間が30〜60分間の範囲で良い結
果が得られる。

【００３０】このようにして得られた複層焼結摺動部材
は、加圧焼結時に圧延シートの焼結と同時に圧延シート
の成分中の鉄成分が鋼板内部に拡散して一体に接合さ
れ、複層化されるもので、焼結層の組織は前述した焼結
摺動部材の組織と同様パーライト組織あるいはパーライ
ト組織に一部フェライト組織が共存した組織を呈し、組
織中に遊離セメンタイトの生成はなく、黒鉛および高速
度工具鋼およびまたは炭素工具鋼粒子は組織中に分散し
て存在する。この複層焼結摺動部材はその使用目的、用
途に応じて含油処理を施し、含油複層焼結摺動部材とし
ての適用が可能である。

【００３１】また、鋼板として表面に複数個の独立した
突出部あるいは表面に連続した突出部と該突出部によっ
て形成された複数個の独立した凹部を備えた鋼板を使用
した場合には、該鋼板上に一体に接合された焼結層に高
密度領域と低密度領域が分散して形成され、このものは
摺動部材として耐荷重性を大幅に向上させる利点を有す
る。また、この複層焼結摺動部材に含油処理を施したも
のにおいては、低密度領域に高含油率、高密度領域に低
含油率の含油領域が分散して存在し、焼結層中の黒鉛に
よる固体潤滑作用と潤滑油による液体潤滑作用の相乗作
用が発揮される。

【００３２】〔裏金に鋼製パイプを使用した複層焼結摺
動部材の製造方法〕前述した焼結摺動部材の製造方法に
おける混合粉末と同様の混合粉末を形成し、この混合粉
末を所要の金型内で２〜7トン/cm²の範囲の圧力下で加圧
成形し、円筒状圧粉体を形成する。

【００３３】この円筒状圧粉体を鋼製パイプの内面に圧
入嵌合したのち、中性もしくは還元性雰囲気に調整した
加熱炉内に置き、1050〜1100℃の温度で30〜60分間、圧
粉体の焼結と同時に該圧粉体の鋼製パイプへの拡散接合
を行わせ、鋼製パイプ内面に焼結層を一体に接合した複
層焼結摺動部材を得る。

【００３４】この製造方法に於いて、円筒状圧粉体の内
径が40mm以上ある場合には、焼結時に於ける圧粉体の膨
張量（外径側）が鋼製パイプの膨張量より小さいので、
圧粉体内面にセラミック粉末を充填して圧粉体の内径側
への膨張量を拘束し、これを外径側に向かわせ、さらに
焼結後の冷却時に於ける圧粉体の内径側への収縮量を拘
束しこれを外径側に向かわせることにより、鋼製パイプ
と圧粉体との間に強固な接合を得る。

【００３５】上述した方法に於いて使用するセラミック
粉末としては、焼結温度範囲内で溶融しないものであ
り、圧粉体の配合組成各成分に対して中性もしくは還元
性雰囲気中で非反応性のものであれば任意のもので良
い。例えば、Al₂Ｏ₃、SiＯ₂、ZrＯ₂およびMgO なら
びにこれらの複合酸化物等が挙げられる。

【００３６】また、圧粉体の内径がとくに大きい（約70
mm以上）場合には、焼結時に於ける圧粉体の膨張量（外
径側）が鋼製パイプの膨張量と較べてさらに小さくなる
ので、上記セラミック粉末充填による上記の効果に加え
て、さらに圧粉体内径面に中子を挿入してその膨張力を
利用することにより、鋼製パイプと圧粉体との間により
強固な接合が得られる。中子としては熱膨張係数が大き
く耐用性のあるもの、例えばオーステナイト系ステンレ
ス鋼（熱膨張係数約1.5 ×10^-5/ ℃）が好適なものであ
る。

【００３７】このようにして得られた複層焼結摺動部材
は、焼結時に圧粉体の焼結と同時に圧粉体の成分中の鉄
成分が鋼製パイプ内部に拡散して一体に接合され、複層
化されるもので、焼結層の組織は前述した焼結摺動部材
の組織と同様パーライト組織あるいはパーライト組織に
一部フェライト組織が共存した組織を呈し、組織中に遊
離セメンタイトの生成はなく、黒鉛および高速度工具鋼
およびまたは炭素工具鋼粒子は組織中に分散して存在す
る。この複層焼結摺動部材はその使用目的、用途に応じ
て含油処理を施し、含油複層焼結摺動部材としての適用
が可能である。

【００３８】

【作用】一般に、鉄粉末に固体潤滑作用を発揮させるに
足る多量の黒鉛を含有した鉄系焼結摺動部材に於いて
は、焼結組織中に高硬度の遊離セメンタイトの生成が余
儀なくされるが、本発明の如くこれに一定量のアルミニ
ウム粉末を含有することにより、組織中に遊離セメンタ
イトを生成することなく多量の黒鉛を含有させることが
可能となる。その理由は必ずしも詳らかではないが、そ
の一つとして鉄成分への他元素の固溶限は一定であり、
アルミニウム成分と黒鉛成分とを含有する混合粉末の焼
結時に於いて、アルミニウム成分が優先的に鉄成分に固
溶して固溶限に達し、黒鉛成分の鉄成分への固溶を阻止
するためであると本発明者らは推察する。

【００３９】かくして得られた焼結摺動部材は、組織中
に高硬度の遊離セメンタイトの生成がなく、多量の黒鉛
を含有しかつ高速度工具鋼およびまたは炭素工具鋼粒子
の硬質相の分散により、相手材との摺動において組織中
の遊離セメンタイトの存在に起因する相手材を損傷させ
るという摺動部材においては極力避けなければならない
欠点が完全に取り除かれ、摺動特性が向上される。

【００４０】また、成分中に銅成分あるいは銅成分およ
び錫成分が添加された焼結摺動部材に於いては、これら
成分が焼結時に液相を生じるため、焼結体の緻密化が図
れ、該焼結体の強度を向上させる。さらに、焼結層が裏
金に一体に接合された複層焼結摺動部材に於いては、摺
動部材としての耐荷重性を大幅に向上させるものであ
る。

【００４１】

【実施例】以下、本発明の焼結摺動部材をその実施例に
基づき詳細に説明する。

【００４２】＜実施例：１＞240 メッシュを通過する還
元鉄粉末に対し、250 メッシュを通過するアルミニウム
粉末２重量％および200 メッシュを通過する高速度工具
鋼(SKH51）粉末15重量％をＶ型ミキサーで20分間混合し
たのち、48〜250 メッシュの天然黒鉛粉末を５重量％添
加し、再度Ｖ型ミキサーで５分間混合し、混合粉末を得
た（Fe：78％、Al：２％、高速度工具鋼：15％、黒鉛：
５％）。

【００４３】ついで、この混合粉末を金型中に装填し、
成形圧力３トン／cm²で内径18mm、外径25mm、長さ18mmの
円筒状の圧粉体を得た。この円筒状圧粉体をアンモニア
分解ガス雰囲気の加熱炉内に置き、1100℃の温度で60分
間焼結したのち、機械加工により所望の寸法に加工し焼
結摺動部材を得た。この焼結摺動部材の密度は5.00g/cm
³であった。

【００４４】この焼結摺動部材の組織はパーライト組織
を呈するとともに組織中に遊離セメンタイトの生成はな
く、黒鉛および高速度工具鋼粒子は分散して存在してい
た。ついで、該摺動部材に含油処理を施し、含油率26容
量％の含油焼結摺動部材を得た。

【００４５】＜実施例：２＞240 メッシュを通過する還
元鉄粉末に対し、250 メッシュを通過するアルミニウム
粉末２重量％、200 メッシュを通過する高速度工具鋼(S
KH51）粉末15重量％、150 メッシュを通過する電解銅粉
末20重量％および250 メッシュを通過するアトマイズ錫
粉末3.3 重量％を添加し、Ｖ型ミキサーで20分間混合し
たのち、48〜250 メッシュの天然黒鉛粉末を５重量％添
加し、再度Ｖ型ミキサーで５分間混合し、混合粉末を得
た（Fe：54.7％、Al：２％、高速度工具鋼：15％、Cu：
20％、Sn：3.3 ％、黒鉛：５％）。

【００４６】ついで、この混合粉末を金型中に装填し、
成形圧力3トン/cm²で内径18mm、外径25mm、長さ18mmの円
筒状の圧粉体を得た。この円筒状圧粉体をアンモニア分
解ガス雰囲気の加熱炉内に置き、1050℃の温度で30分間
焼結したのち、機械加工により所望の寸法に加工し焼結
摺動部材を得た。この焼結摺動部材の密度は5.20g/cm³
であった。

【００４７】この焼結摺動部材の組織はパーライト組織
を呈するとともに組織中に遊離セメンタイトの生成はな
く、黒鉛および高速度工具鋼粒子は組織中に分散してい
るのが確認された。ついで、該摺動部材に含油処理を施
し、含油率24容量％の含油焼結摺動部材を得た。

【００４８】＜実施例：３＞240 メッシュを通過する還
元鉄粉末に対し、250 メッシュを通過するアルミニウム
粉末２重量％、200 メッシュを通過する高速度工具鋼(S
KH51）粉末15重量％、150 メッシュを通過する電解銅粉
末20重量％および250 メッシュを通過するアトマイズ錫
粉末3.3 重量％を添加し、Ｖ型ミキサーで20分間混合し
たのち、48〜250 メッシュの天然黒鉛粉末を５重量％添
加し、再度Ｖ型ミキサーで５分間混合し、混合粉末を得
た（Fe：54.7％、Al：２％、高速度工具鋼：15％、Cu：
20％、Sn：3.3 ％、黒鉛：５％）。

【００４９】該混合粉末に、５重量％のHPC 水溶液(HPC
100g、エチルアルコール120 mlおよび水1780ml）を混合
粉末重量に対して0.5 ％添加し５分間Ｖ型ミキサーで均
一に混合し、湿潤性をもった原料粉末を得た。

【００５０】該原料粉末を直径603mm の双ロールをもっ
た横型圧延ロールにロール間隔0.1mm、ロール速度0.3m/
minの条件下で通し、密度6.25g/cm³、厚さ1.48mmから
なる圧延シート（圧粉体シート）を成形した。これを幅
170mm、長さ600mmに切断し、幅170mm 、長さ600mm 、厚
さ５mmの一般構造用圧延鋼材(JIS G-3101)の鋼板上に２
枚重ね合わせ、アンモニア分解ガス雰囲気の加熱炉内に
置き、1050℃の温度で30分間、圧力3.0kgf／cm²をかけ
ながら、圧延シートの焼結と同時に鋼板との拡散・接合
を行わしめたのち、機械加工により所望の寸法に加工し
鋼板上に焼結層を一体に接合した複層からなる焼結摺動
部材を得た。この焼結摺動部材の焼結層の密度は5.40g/
cm³であり、該鋼板と焼結層との間の接合強度は530kg/
cm²であった。

【００５１】この複層焼結摺動部材の焼結層の組織はパ
ーライト組織を呈し、組織中に遊離セメンタイトの生成
はなく、黒鉛および高速度工具鋼粒子は組織中に分散し
て存在しているのが確認された。ついで、該摺動部材に
含油処理を施し、含油率22容量％の含油焼結摺動部材を
得た。

【００５２】＜実施例：４＞上記実施例３と同様の方法
にて、厚さ1.48mmの圧延シートを成形した。裏金とし
て、表面に平面形状が長方形をなす複数個の独立した突
出部が互いに直交する方向に配列され、かつ該突出部の
表面が平坦面に、周縁部が該突出部表面から裏金表面に
かけて下り勾配の傾斜面に形成された幅150mm 、長さ26
0mm 、裏金までの厚さ8mm 、突出部の高さ1.695mm の方
形状鋼板（圧延鋼板SS41）を使用した。上記圧延シート
を幅150mm 、長さ260mm に切断し、該方形状鋼板上に２
枚重ね合わせ、アンモニア分解ガス雰囲気の加熱炉内に
置き、1050℃の温度で30分間、圧力3.0kgf／cm²をかけ
ながら、圧延シートの焼結と同時に鋼板との拡散・接合
を行わしめたのち、機械加工により所望の寸法に加工
し、鋼板上に焼結層を一体に接合した複層からなる焼結
摺動部材を得た。

【００５３】この焼結摺動部材の焼結層は突出部表面上
に0.8mm 、鋼板表面上に2.5mm の厚さに形成され、該突
出部表面上の焼結層の密度は6.3g／cm³、鋼板表面上の
焼結層の密度は5.1g／cm²であり、該鋼板と焼結層との
間の接合強度は570kg/cm² であった。

【００５４】この複層焼結摺動部材の焼結層の組織はパ
ーライト組織を呈し、組織中に遊離セメンタイトの生成
はなく、黒鉛および高速度工具鋼粒子は組織中に分散し
て存在しているのが確認された。ついで、該摺動部材に
含油処理を施し、該突出部表面上の高密度領域の焼結層
に13容量％、鋼板表面上の低密度領域の焼結層に25容量
％の含油焼結摺動部材を得た。

【００５５】＜実施例：５＞240 メッシュを通過する還
元鉄粉末に対し、250 メッシュを通過するアルミニウム
粉末２重量％、200 メッシュを通過する高速度工具鋼(S
KH51）粉末15重量％、150 メッシュを通過する電解銅粉
末20重量％、250 メッシュを通過するアトマイズ錫粉末
を3.3 重量％添加し、Ｖ型ミキサーで20分間混合したの
ち、48〜250メッシュの天然黒鉛粉末を５重量％添加
し、再度Ｖ型ミキサーで５分間混合し、混合粉末を得た
（Fe：54.7％、Al：２％、高速度工具鋼：15％、Cu：20
％、Sn:3.3％、黒鉛：５％）。

【００５６】この混合粉末を金型中に装填し、成形圧力
３トン/cm²で内径18mm、外径24mm、長さ30mmの円筒状の圧
粉体を得た。この円筒状圧粉体を、別途用意した内径24
mm、外径34mm、長さ30mmの寸法を有する一般構造用炭素
鋼鋼管(JIS G-3444)から成る鋼製パイプの内径面に圧入
嵌合し、これをアンモニア分解ガス雰囲気の加熱炉内に
置き、1070℃の温度で30分間焼結し、該円筒状圧粉体の
焼結と同時に鋼製パイプ内径面との拡散・接合を行わし
めたのち、機械加工により所望の寸法に加工して複層か
らなる焼結摺動部材を得た。この焼結摺動部材の焼結層
の密度は5.2g／cm³であり、鋼製パイプと焼結層との間
の接合強度は486kg/cm²であった。

【００５７】この複層焼結摺動部材の焼結層の組織はパ
ーライト組織を呈し、組織中に遊離セメンタイトの生成
はなく、黒鉛および高速度工具鋼粒子は組織中に分散し
て存在しているのが確認された。ついで、該摺動部材に
含油処理を施し、含油率24容量％の含油焼結摺動部材を
得た。

【００５８】＜実施例：６＞240 メッシュを通過する還
元鉄粉末に対し、250 メッシュを通過するアルミニウム
粉末２重量％、200 メッシュを通過する高速度工具鋼(S
KH51）粉末15重量％、150 メッシュを通過する電解銅粉
末20重量％および250 メッシュを通過するアトマイズ錫
粉末3.3重量％添加し、Ｖ型ミキサーで20分間混合した
のち、48〜250メッシュの天然黒鉛粉末を５重量％添加
し、再度Ｖ型ミキサーで５分間混合し、混合粉末を得た
（Fe：54.7％、Al：２％、高速度工具鋼：15％、Cu：20
％、Sn:3.3％、黒鉛：５％）。

【００５９】該混合粉末を金型中に装填し、成形圧力3ト
ン/cm²で内径42.5mm、外径48.5mm、長さ25mmの円筒状の
圧粉体を得た。この円筒状圧分体を、別途用意した内径
48.5mm、外径55mm、長さ50mmの寸法を有する鋼製パイプ
の内径面にその軸方向に２個圧入嵌合した。

【００６０】内径面に円筒状圧粉体を圧入嵌合した鋼製
パイプの該圧分体内径面にセラミック粉末（Al₂Ｏ₃:8
3 重量％とSiＯ₂：17重量％の混合物、35〜150 メッシ
ュ）粒子を充填したのち、アンモニア分解ガス雰囲気中
で、1050℃の温度で30分間焼結し、該円筒状圧粉体の焼
結と同時に鋼製パイプ内径面との拡散・接合を行わしめ
たのち、機械加工により所望の寸法に加工して複層から
なる焼結摺動部材を得た。この焼結摺動部材の焼結層の
密度は5.20g/cm³であり、鋼製パイフと焼結層との間の
接合強度は486kg/cm² であった。

【００６１】この複層焼結摺動部材の焼結層の組織はパ
ーライト組織を呈し、組織中に遊離セメンタイトの生成
はなく、黒鉛および高速度工具鋼粒子は組織中に分散し
て存在しているのが確認された。ついで、該摺動部材に
含油処理を施し、含油率24容量％の含油焼結摺動部材を
得た。

【００６２】なお、上述した実施例においては、高速度
工具鋼粉末を使用した例について示したが、高速度工具
鋼粉末の代わりに炭素工具鋼粉末を単独で、あるいは高
速度工具鋼粉末と炭素工具鋼粉末とを同時に添加して使
用することができる。

【００６３】つぎに、上述した各実施例で得た焼結摺動
部材の摺動特性について、下記の試験条件で試験した結
果について説明する。

【００６４】─実施例１および実施例２の焼結摺動部材
に対する試験条件─ 耐久試験摩擦速度５m/min 荷重 20kgf/cm² ストローク 200mm 試験ストローク 10万サイクル（160mm/サイクル) 摺動距離 40,000m 相手材機械構造用炭素鋼(S45C) 試験機直線往復動試験機

【００６５】─実施例３および実施例４の焼結摺動部材
に対する試験条件─ 耐久試験摩擦速度７m/min 荷重 120kgf/cm² ストローク 80mm 試験ストローク 10万サイクル（160mm/サイクル) 摺動距離 16,000m 相手材機械構造用炭素鋼(S45C) 試験機平面往復動試験機

【００６６】─実施例５および実施例６の焼結摺動部材
に対する試験条件─ 耐久試験摩擦速度 40m/min 荷重 10kgf/cm² ストローク 200mm 試験ストローク 10万サイクル（400mm/サイクル) 摺動距離 40,000m 相手材機械構造用炭素鋼(S45C) 試験機直線往復動試験機

【００６７】上記耐久試験において、各焼結摺動部材の
摩擦係数および摩耗量を測定した。その結果を表１に示
す。なお、表１中における比較例は日本工業規格（JIS)
のZ-2550に規定されている鉄−炭素−銅系含油焼結材料
（ＳＭＦ４種）を使用し、上記実施例１および実施例２
の試験条件で試験した結果を示している。

【００６８】

【表１】

【００６９】表１の試験結果から、本発明の焼結摺動部
材は試験開始直後においては摩擦係数が若干高い値を示
したが、試験経過とともに除々に低下し、安定した値で
推移した。とくに含油処理を施した焼結摺動部材は比較
例との対比からも判るように、摩擦係数および摩耗量と
もに大幅な向上が認められた。

【００７０】試験後の相手材表面の状態を観察したとこ
ろ、相手材表面に黒鉛の薄い被膜が形成されており、損
傷は何ら認められなかった。

【００７１】また、本発明の焼結摺動部材は実施例１乃
至実施例２の焼結単体からなる摺動部材、実施例３乃至
実施例６の複層からなる摺動部材と、その摺動部材の幅
広い用途に対し適用可能である。

【００７２】

【発明の効果】本発明の焼結摺動部材は組織中に高硬度
の遊離セメンタイトの生成がないため、摺動部材におい
ては極めて重要な要素である、相手材との摺動において
相手材表面を損傷させることがないという効果を有す
る。

【００７３】また、焼結摺動部材には高速度工具鋼およ
びまたは炭素工具鋼粒子からなる硬質相が分散して存在
しているため、焼結体の素地の強度が高められると共に
耐摩耗性の向上が図れる。

【００７４】さらに、本発明の焼結摺動部材は鋼裏金に
一体に接合した複層化が可能となるため、摺動部材とし
ての適用範囲が大幅に増大する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の複層から成る焼結摺動部材に使用され
る鋼裏金の一例を示す平面図である。

【図２】図１のイ−イ線断面図である。

【図３】図１の裏金を使用した複層から成る焼結摺動部
材を示す断面図である。

【符号の説明】

１鋼板２突出部４焼結層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｂ３２Ｂ 15/01 Ｚ 7148−4ＦＣ２２Ｃ 33/02 Ｂ 7619−4Ｋ 38/06

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】黒鉛３〜８重量％、アルミニウム0.5 〜
５重量％、高速度工具鋼およびまたは炭素工具鋼10〜30
重量％、残部鉄から成る焼結摺動部材。
【請求項２】銅が10〜30重量％の割合で含有される請
求項１に記載の焼結摺動部材。
【請求項３】錫が１〜10重量％の割合で含有される請
求項２に記載の焼結摺動部材。
【請求項４】鉄粉末に黒鉛粉末３〜８重量％、アルミ
ニウム粉末0.5 〜５重量％および高速度工具鋼およびま
たは炭素工具鋼粉末10〜30重量％を添加混合して混合粉
末を形成し、この混合粉末を所要の形状に成形して圧粉
体を形成したのち、この圧粉体を中性または還元性雰囲
気に調整した加熱炉内で1050〜1100℃の温度で30分〜60
分間焼結することを特徴とする焼結摺動部材の製造方
法。
【請求項５】混合粉末に銅粉末が10〜30重量％の割合
で添加される請求項４に記載の焼結摺動部材の製造方
法。
【請求項６】混合粉末に錫粉末が１〜10重量％の割合
で添加される請求項５に記載の焼結摺動部材の製造方
法。
【請求項７】黒鉛３〜８重量％、アルミニウム0.5 〜
５重量％、高速度鋼10〜30重量％、残部鉄から成る焼結
層が鋼裏金に接合一体化されて成る焼結摺動部材。
【請求項８】焼結層に銅が10〜30重量％の割合で含有
される請求項７に記載の焼結摺動部材。
【請求項９】焼結層に錫が１〜10重量％の割合で含有
される請求項８に記載の焼結摺動部材。
【請求項10】鋼裏金は鋼板から成る請求項７乃至請求
項９のいずれか一項に記載の焼結摺動部材。
【請求項11】鋼裏金はその表面に複数個の独立した突
出部を備えた鋼板から成る請求項７乃至請求項９のいず
れか一項に記載の焼結摺動部材。
【請求項12】鋼裏金はその表面に連続した突出部と該
突出部によって形成された複数個の独立した凹部を備え
た鋼板から成る請求項７乃至請求項９のいずれか一項に
記載の焼結摺動部材。
【請求項13】鋼板から成る裏金上に一体に接合された
焼結層には低密度領域と高密度領域が分散して形成され
て成る請求項11又は請求項12に記載の焼結摺動部材。
【請求項14】鋼裏金は鋼製パイプから成る請求項７乃
至請求項９のいずれか一項に記載の焼結摺動部材。
【請求項15】鉄粉末に黒鉛粉末３〜８重量％、アルミ
ニウム粉末0.5 〜５重量％および高速度工具鋼およびま
たは炭素工具鋼粉末10〜30重量％を添加混合して混合粉
末を形成し、この混合粉末に粉末結合剤の１〜15重量％
水溶液を該混合粉末に対し0.1 〜5.0 重量％添加し均一
に混合してこれを原料粉末とし、該原料粉末を圧延ロー
ルに供給して圧延シートを成形したのち、該圧延シート
を鋼板から成る裏金と重ね合わせ、これを中性または還
元性雰囲気に調整した加熱炉内で1050〜1100℃の温度で
1.0 〜4.0kgf／cm²の圧力下で30分〜60分間焼結し、該
圧延シートの焼結と該裏金への拡散接合を同時に行わし
めることを特徴とする請求項10乃至請求項12のいずれか
一項に記載の焼結摺動部材の製造方法。
【請求項16】混合粉末に銅粉末が10〜30重量％の割合
で添加される請求項15に記載の焼結摺動部材の製造方
法。
【請求項17】混合粉末に錫粉末が１〜10重量％の割合
で添加される請求項16に記載の焼結摺動部材の製造方
法。
【請求項18】表面に複数個の独立した突出部あるいは
表面に連続した突出部と該突出部によって形成された複
数個の独立した凹部を備えた鋼板から成る裏金上に一体
に接合された焼結層に低密度領域と高密度領域を分散し
て形成させたことを特徴とする請求項15乃至請求項17の
いずれか一項に記載の焼結摺動部材の製造方法。
【請求項19】鉄粉末に黒鉛粉末３〜８重量％、アルミ
ニウム粉末0.5 〜５重量％および高速度工具鋼およびま
たは炭素工具鋼粉末10〜30重量％を添加混合して混合粉
末を形成し、この混合粉末を加圧成形して円筒状の圧粉
体を製造し、該圧粉体を鋼製パイプから成る裏金の内面
に圧入し、これを中性または還元性雰囲気に調整した加
熱炉内で1050〜1100℃の温度で30分〜60分間焼結し、該
圧粉体の焼結と該鋼製パイプへの拡散接合を同時に行わ
しめることを特徴とする請求項14に記載の焼結摺動部材
の製造方法。
【請求項20】混合粉末に銅粉末が10〜30重量％の割合
で添加される請求項19に記載の焼結摺動部材の製造方
法。
【請求項21】混合粉末に錫粉末が１〜10重量％の割合
で添加される請求項20に記載の焼結摺動部材の製造方
法。
【請求項22】圧粉体の内面にセラミック粉末を充填
し、該セラミック粉末により該圧粉体の焼結時における
内径側への膨張量および焼結後の冷却時における内径側
への収縮量を拘束し、該膨張量および収縮量を外径側に
向けることにより、該裏金内面に高い接触圧力を生じせ
しめ、この接触圧力により該裏金内面へ圧粉体成分の拡
散を生じせしめ、それによって焼結層を該裏金内面に接
合一体化させることを特徴とする請求項19乃至請求項21
のいずれか一項に記載の焼結摺動部材の製造方法。