JPH10330805A

JPH10330805A - 円筒状複合材料の製造方法およびそれにより得られる円筒状複合部材

Info

Publication number: JPH10330805A
Application number: JP13832797A
Authority: JP
Inventors: Takemori Takayama; 武盛高山; Yoshikiyo Tanaka; 義清田中
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1997-05-28
Filing date: 1997-05-28
Publication date: 1998-12-15

Abstract

(57)【要約】【課題】焼結材料成分に対する複雑な合金設計をでき
るだけ簡便なものにして、またプレスや内径治具等によ
る外圧力を使わずに、加熱だけで焼結材料を裏金に焼結
接合させ、かつ安価で生産性の高い円筒状複合材料の製
造方法を得る。【解決手段】円筒状金属材料部材の内径部にその円筒
状金属材料部材の内径と略同じかもしくは僅かに小さい
外径を有する円筒状焼結系材料の成形体を挿入，接触さ
せ、３５℃／ｍｉｎ以上の昇温速度で両者を加熱するこ
とによって、焼結系材料中の各種合金元素の拡散に起因
する体積膨張および／または熱膨張を利用して、焼結系
材料中に発生する液相成分を介して焼結接合する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、円筒状金属材料部
材の内径部に対して各種焼結摺動材料もしくは耐摩耗性
焼結材料よりなる円筒状焼結系材料の成形体を焼結接合
する円筒状複合材料の製造方法およびその製造方法によ
り得られる円筒状複合部材に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば鉄系裏金に銅系焼結摺動材
料を焼結接合する軸受け部材のように、円筒状の鉄系材
料の内径部に銅系焼結材料を接合する方法として、裏金
鋼板に一旦焼結材料粉末を散布して１次焼結した後に、
１次圧延して密度を高め、さらに２次焼結を施して曲げ
加工を行い、溶接もしくはクリンチ法で円筒状軸受け部
材として内外径部などを後加工する方法が知られてい
る。

【０００３】また、直接的に円筒状裏金に焼結材料を焼
結接合する方法については、例えば特開平５−４３９９
４号公報もしくは特開平５−４３９９６号公報に開示さ
れている方法がある。これら公報のものでは、円筒状鉄
系材料の内径部に鉄系焼結摺動材料成形体を圧入嵌合さ
せて加熱するとき、焼結材が円筒状鉄系材料よりも少な
い膨張をするため、成形体内径部から圧縮力が働くよう
に外圧を付加させて焼結接合するように構成されてい
る。また、特開昭５７−１０１６０３号公報において
は、円筒状鉄系材料に黒鉛を多量に含有させた銅系焼結
摺動材料の成形体を接触させて加熱することにより、銅
系焼結摺動材料を円筒状鉄系材料よりも大きく膨張させ
て焼結接合する方法が開示されている。さらに、本発明
者らの提案になる特開平８−２９１３０６号公報におい
ては、黒鉛を含有させない銅系焼結材料の加熱時の膨張
量を、各種金属および／または半金属合金元素を添加す
ることにより制御して接合性を確保し、以後の加熱によ
って銅系焼結材料を緻密化する方法について開示されて
いる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、前述の
銅板に焼結材を散布焼結した後に、丸曲げ加工を施す方
法では、製品に至る工程が多くコスト高になることや、
また例えば耐摩耗材料などの硬度が高くなったり、脆い
特性の焼結材料を接合する場合には、焼結体自身の破壊
や丸曲げ時に裏金からの剥離等が発生するため、適用で
きる焼結材料系が制限されるなど多くの問題点がある。
また、この方法は、Ｃｕ系軸受け部材の大量生産には適
した方法であるが、多品種少量生産には対応しにくいと
いった問題点もある。

【０００５】一方、特開平５−４３９９４号公報もしく
は特開平５−４３９９６号公報に開示されたものでは、
円筒状焼結体の内径側からの外力を付加する必要がある
ために、焼結接合時の生産性を下げ、コスト高になると
いう問題点がある。

【０００６】また、特開昭５７−１０１６０３号公報に
開示されたものでは、黒鉛の添加が必要条件となり、焼
結材料成分に対する自由度が小さく、極めて限定した範
囲にしか適用できないという問題点があるとともに、黒
鉛添加によって得られる焼結密度を緻密化することがで
きないという問題点がある。

【０００７】さらに、特開平８−２９１３０６号公報に
開示されている接合方法においては、銅系焼結材料に対
しては前述の問題点を解決しているが、鉄系やその他の
焼結材料系に対しては原理的指針を与えたにすぎず、さ
らに多様な材料系に対する適用性については多くの材料
成分的な検討を必要とするなどの問題点がある。

【０００８】本発明は、このような問題点を解消するた
めになされたもので、焼結材料成分に対する複雑な合金
設計をできるだけ簡便なものにして、またプレスや内径
治具等による外圧力を使わずに、加熱だけで焼結材料を
裏金に焼結接合させ、かつ安価で生産性の高い円筒状複
合材料の製造方法およびそれにより得られる円筒状複合
部材を提供することを目的とするものである。

【０００９】

【課題を解決するための手段および作用・効果】前述さ
れた目的を達成するために、第１発明による円筒状複合
材料の製造方法は、円筒状金属材料部材の内径部に対し
て円筒状焼結系材料の成形体を焼結接合する円筒状複合
材料の製造方法であって、前記円筒状金属材料部材の内
径部にその円筒状金属材料部材の内径と略同じかもしく
は僅かに小さい外径を有する前記円筒状焼結系材料の成
形体を挿入，接触させ、３５℃／ｍｉｎ以上の昇温速度
で両者を加熱することによって、焼結系材料中の各種合
金元素の拡散に起因する体積膨張および／または熱膨張
を利用して、焼結系材料中に発生する液相成分を介して
焼結接合することを特徴とするものである。

【００１０】ここで、前記円筒状金属材料部材の内径部
へ前記円筒状焼結系材料の成形体を挿入，接触させた後
の加熱は、前記成形体の内径部から優先的に行われるの
が好ましい。

【００１１】本発明の製造方法によれば、内径からの円
筒状焼結系材料（例えば銅系焼結材料成形体）への優先
加熱によって従来の焼結温度８００〜９００℃に加熱さ
れ、外周に配置された円筒状金属材料部材（例えば円筒
状鉄系裏金）がその１／３の２００〜３００℃に加熱さ
れるとして計算した場合には、銅系焼結材料の成形体が
鉄系裏金よりも約１．１〜１．４％多く膨張することが
分かる。この膨張量の差はφ１５ｍｍの小さな円筒系を
想定しても、成形体外径と鉄系裏金内径との直径差を成
形体の自動化挿入を可能な０．１ｍｍ以上にしても、裏
金に対して熱膨張による押し代を十分に残しており、接
合時に効果を発揮することが可能な量であることが理解
される。しかし、加熱と共に焼結材の成形体は焼結反応
の進行による収縮が熱膨張に加わり、収縮量が裏金地と
の熱膨張量の差以上になった場合には剥離し始める。こ
れを防止するため、本発明ではまず、加熱速度を急速な
ものとして、焼結昇温過程での収縮量を極力小さくし
た。さらに、この状態での銅系焼結体の焼結状態が固相
状態である場合には、円筒状鉄系裏金との冶金学的な接
合状態を得るには温度がかなり低すぎる条件と考えられ
るため、本発明では、加熱中の銅系焼結体において液相
成分が発生しやすい成分、例えばＳｎ，Ｃｕ−３３％Ｓ
ｎ粉末を混合してなるようにし、さらなる加熱によって
発生する液相による液相焼結による収縮速度を越えた昇
温速度（３５℃／ｍｉｎ以上，好ましくは５０℃／ｍｉ
ｎ以上）で急速に加熱するようにして接合性を高め、最
終の焼結温度での所定時間保持中における焼結体の収縮
に対しても接合状態を維持しながら、成形体の肉厚を減
じる方向で緻密化するように図った。特に、Ｃｕ−Ｓｎ
系での銅系焼結体では包晶温度でのＳｎ添加方法として
Ｓｎ素金属粉末やＣｕ−３３％Ｓｎ母合金粉末を使用し
た鴇合には、β相と液相が関係する膨張現象が顕著に発
生することが知られており、昇温速度を速くすることに
よる上述の作用がより効果的に働き、より強固な接合を
達成できるようにした。

【００１２】例えばＣｕ−Ｓｎ焼結材料において、Ｃｕ
とＳｎの素金属粉末の混合粉末を使用する場合、コロナ
社発行、「改訂増補粉末冶金学」のＰ８２〜８３に示さ
れている加熱時の示差熱分析結果から推測されるよう
に、β相の包晶反応が関係する膨張が現れ、加熱速度の
低下によってこの膨張量が減少することが報告されてい
る。また、その膨張の開始は加熱速度によって影響され
ず、約８２０℃を頂点として以後の加熱によって急速に
収縮することが報告されている。これらの実験データに
基づいて上述の接合メカニズムを検討する。

【００１３】図１はこれらのデータから求めた昇温速度
と包晶温度直下（７９５℃）での収縮量および包晶温度
直上（約８２０℃）での膨張量を示したものである。こ
の図１から明らかに、昇温速度が速くなるに従って焼結
収縮量が低減し、かつ膨張量が増大しており、約３５℃
／ｍｉｎで収縮量と膨張量が相殺し合い、それ以上の昇
温速度においては膨張量が収縮量を上回り、液相を含ん
だ状態で円筒状裏金に対して押付け圧力が働くようにな
ることが分かる。

【００１４】したがって、本発明では特にＣｕ−Ｓｎ焼
結材料系において、上記成形体を３５℃／ｍｉｎ以
上、より好ましくは５０℃／ｍｉｎ以上で急速加熱する
ことによって膨張温度以前の低温度における焼結収縮代
を低減させる効果によって、約８００℃で始まるこの
膨張効果をより顕在化させ、円筒状裏金に対して押付け
圧力が働くようになるまで膨張させ、液相の関与した強
固な焼結接合が出来るようにしたものである。

【００１５】また、現実的な生産性を考慮した場合にお
いて、昇温速度が速いことが望ましく、昇温速度として
は、焼結後の材料に膨れ等の欠陥が発生しない最大の速
度を選定することが必要である。また、膨れ原因の多く
が液相発生時の急激な合金化と急激なガス放出にあるこ
とを考え合わせると、特に液相発生時点で焼結材料が収
縮せず、緻密化しないで放出されるガスが焼結体内に溜
まらないようにすることが肝心であり、本発明のよう
に、液相発生までの焼結収縮を抑制することは望ましい
ことである。また、Ｔｉ，Ｂ，Ａｌ，Ｓｉのような酸素
などと反応してガス発生を抑える元素を含有させること
も効果的である。さらに、包晶温度以下の焼結収縮を抑
制するために少量のセラミックス粉末等の焼結阻害元素
を添加することも効果的であることが理解される。

【００１６】さらに、高周波加熱による３００〜８００
℃／ｍｉｎの急速加熱を想定した場合には、前述の液相
発生時の発泡ガスが焼結層内に取り込まれる危険が多
く、このような場合には、焼結材料を回転させることに
よる遠心力を付加させ、図２に図示したような発泡ガス
と液相とに分離力（Ｍ・Ｇ，ρ・Ｖ・Ｇ）を働かせて発
生ガスの放出性を助長することによってガス欠陥の発生
を防止した。

【００１７】なお、Ｃｕ−Ｓｎ系に認められる膨張現象
はＣｕにＺｎやＡｌを添加したＣｕ−Ｚｎ系、Ｃｕ−Ａ
ｌ系においても認められることが報告されていることか
ら、一般にＣｕよりも融点の低い金属を混合し、焼結過
程において融液を発生しながら、かつ金属間化合物をＣ
ｕ粉末表面に形成させる銅系焼結材料に対して本発明は
等しく適用される。さらに、Ｐｂおよび／またはＰｂ−
Ｓｎ，Ｐｂ−Ｃｕのような低温度において液相を発生さ
せる成分を添加することも効果的であることが分かる。

【００１８】さらにまた、特開平８−２９１３０６号公
報において開示した前述の膨張元素が１種以上含有され
ていることは、現実的な製造方法としては望ましいこと
である。なお、Ｆｅ系の液相焼結材料系を用いる場合に
おいてはＣｕ−Ｓｎ系に認められる顕著な上述の膨張性
が無いことから、液相の発生する温度近傍においては上
述よりもより昇温速度を高めることで、液相焼結による
収縮を抑制することが必要である。また、上述のＣｕ系
焼結材と同様に低融点成分を発生しやすく膨張に寄与す
る燐鉄母合金粉末や焼結性を阻害するセラミックス粉末
（例えばＡ１２０３，Ｃｒ２０３，Ｃｒ炭化物等）の積
極的な添加は効果的である。また後述するように、焼結
体と裏金を回転させ、焼結体に遠心力を付加することは
より効果的である。

【００１９】なお、加熱方法としては高周波加熱、抵抗
発熱体による加熱、レーザ加熱等の各種方法が成形体の
内径からの加熱方法として使うことができる。

【００２０】ところで、上述の内径からの加熱方法であ
る場合には、内径の小さい円筒状に対しては実施できな
いことが多いことから、本発明ではさらに、径の小さい
円筒状のものに対しても容易に適用することができる裏
金の外側からの加熱方式による接合方法についても提案
した。

【００２１】すなわち、第２発明による円筒状複合材料
の製造方法は、円筒状金属材料部材の内径部に対して円
筒状焼結系材料の成形体を焼結接合する円筒状複合材料
の製造方法であって、前記円筒状金属材料部材を、その
内径が室温に対して０．１ｍｍ以上熱膨張する温度に予
備加熱した状態にし、この円筒状金属材料部材の内径部
にその円筒状金属材料部材の内径と略同じかもしくは僅
かに小さい外径を有する前記円筒状焼結系材料の成形体
を挿入，接触させ、最終焼結温度まで加熱される温度差
を制御することによって、前記成形体の熱膨張量の差に
起因する膨張力を前記円筒状金属材料部材に作用させて
焼結接合することを特徴とするものである。

【００２２】この接合原理は図３に模式的に示されてい
るように、例えば約８２０℃に前もって鉄系裏金を加熱
し、次に、この加熱された鉄系裏金の内径寸法にあわせ
た上述の銅系焼結材料の成形体を挿入し、続いて、焼結
体を加熱することによって、両者がほぼ同じ温度になる
焼結温度においても、円筒状鉄系材料の熱膨張による剥
離傾向をほぼ無くすことができ、さらに、焼結材料の熱
膨張とβ相に関係する膨張効果の両者を最大限に利用す
ることが可能となる。この原理は第１発明の急速加熱の
効果に基づく焼結材の焼結挙動を利用した焼結接合方法
である。

【００２３】また、第３発明による円筒状複合材料の製
造方法は、円筒状金属材料部材の内径部に対して円筒状
焼結系材料の成形体を焼結接合する円筒状複合材料の製
造方法であって、前記円筒状金属材料部材の内径部にそ
の円筒状金属材料部材の内径と略同じかもしくは僅かに
小さい外径を有する前記円筒状焼結系材料の成形体を挿
入，接触させ、これら円筒状金属材料部材と円筒状焼結
系材料の成形体とを円筒中心において回転させて遠心力
を作用させるとともに、３５℃／ｍｉｎ以上の昇温速度
で両者を加熱することによって、焼結系材料中の各種合
金元素の拡散に起因する体積膨張および／または熱膨張
を利用して、焼結系材料中に発生する液相成分を介して
焼結接合することを特徴とするものである。

【００２４】この第３発明の方法は、３５℃／ｍｉｎ以
上（好ましくは５０℃／ｍｉｎ以上）の昇温速度で両者
を加熱する間に、前記円筒状裏金のほぼ円筒中心軸を中
心にして回転させながら、加熱時の焼結系部材において
遠心力を作用させることを特徴とする焼結接合方法であ
る。このように、３５℃／ｍｉｎ以上（好ましくは５０
℃／ｍｉｎ以上）の昇温速度で両者を加熱する間に、前
記円筒状裏金のほば円筒中心軸を中心にして回転させな
がら、加熱時の焼結系部材において遠心力を作用させる
ことは、発生する液相を円筒状裏金との接合反応に優先
的に作用させる効果と遠心力による焼結体の拡張力とし
て利用する効果とが発揮され、前述のような成分的な制
約を解消することが出来る。例えばＣｕ−１０重量％Ｓ
ｎ合金粉末を成形して利用する場合においては、固／液
相共存領域に直接急速加熱することによって円筒状裏金
に焼結接合することができ、焼結材料の緻密化による収
縮力は遠心力による拡張力によって容易に相殺されてし
まうことが分かる。従って上述の昇温過程での液相発生
を促進するための母合金，素金属粉末および／またはＰ
ｂなどの低融点金属成分の添加が不可欠な成分要因とな
らないことが分かる。

【００２５】さらに、第４発明による円筒状複合材料の
製造方法は、円筒状金属材料部材の内径部に対して円筒
状焼結系材料の成形体を焼結接合する円筒状複合材料の
製造方法であって、前記円筒状金属材料部材を、その内
径が室温に対して０．１ｍｍ以上熱膨張する温度に予備
加熱した状態にし、この円筒状金属材料部材の内径部に
その円筒状金属材料部材の内径と略同じかもしくは僅か
に小さい外径を有する前記円筒状焼結系材料の成形体を
挿入，接触させ、これら円筒状金属材料部材と円筒状焼
結系材料の成形体とを円筒中心において回転させて遠心
力を作用させるとともに、最終焼結温度まで加熱される
温度差を制御することによって、前記成形体の熱膨張量
の差に起因する膨張力を前記円筒状金属材料部材に作用
させて焼結接合することを特徴とするものである。

【００２６】このように、前述の遠心力を付加しながら
の加熱方法は、成形体内径部からの加熱に特定する必要
が無く、第２発明の方法にも適用することができ、これ
によって小径の軸受け材料等に適用する場合の加熱の難
しさや設備の複雑さを解消する有効な手段となり得る。

【００２７】以上の原理的関係から、本発明の主旨は前
述の円筒状鉄系裏金に対する銅系焼結材料だけでに適用
されるものでは無く、例えば円筒状鉄系材料に対する鉄
系耐摩耗焼結材料（例えばＦｅ−Ｃ−Ｃｒ−Ｍｏ−Ｖ−
Ｐ）、鉄系自己潤滑摺動材料（例えばＦｅ−Ｃｕ−１０
重量％Ｇｒ）等やＡｌ系焼結材料（例えばＡｌ−Ｓｉ−
Ｎｉ−Ｓｎ）等の各組み合わせに適用できるものであ
り、適用制限としては、焼結材料の融点が裏金材料のそ
れよりも低いことおよび／または焼結合金系においては
共晶，包晶，偏晶等の液相の発生と関係する各種の合金
反応系を有する材料系であることである。

【００２８】さらに、第５発明は、前述の第１発明乃至
第４発明のうちのいずれかに記載の製造方法によって製
造されてなる円筒状複合部材に関するものである。

【００２９】

【実施例】次に、本発明による円筒状複合材料の製造方
法およびそれにより得られる円筒状複合部材の具体的実
施例について説明する。

【００３０】（１）実施試料の準備電解Ｃｕ粉末（ＣＥ１５），Ｓｎアトマイズ粉末，Ｃｕ
３３Ｓｎアトマイズ粉末，ＮｉＡｌ，ＴｉＨ，Ｃｕ−１
０Ｓｎ−１０Ｐｂアトマイズ粉末，Ｆｅ−１５．１Ｃｒ
−２．５Ｍｏ−１．７５Ｖ，黒鉛（ＫＳ６），燐鉄合金
（２５重量％Ｐ）を用いて、表１に示される配合にて混
合粉末を調整した。また、これらの混合粉末に、成形の
潤滑剤としてアクラワックスを０．５重量％添加混合し
た後に、銅系粉末材料は成形圧力２．５ｔｏｎ／ｃ
ｍ²、鉄系粉末材料は成形圧力５．０ｔｏｎ／ｃｍ²
で、図４に示されるように、外径２５．０（＋０．０、
−０．０５）ｍｍ，内径２０ｍｍ，高さ２０ｍｍと、外
径５０．０（＋０．０５、−０．０）ｍｍ，内径４４ｍ
ｍ，高さ２０ｍｍの２種類の円筒形状の成形体１に成形
した。また、円筒状裏金材料としては、Ｓ３０Ｃの鋼材
を使用して、内径は各実施例に合わせて設定し、外径６
０ｍｍ，高さ２０ｍｍの２種類の形状に加工した円筒体
を使用した。

【００３１】

【表１】

【００３２】（２）成形体内径部からの加熱による接合図５に示されるように、使用する円筒状裏金２の内径寸
法を５０．０（＋０．２，＋０．１）として、表１中の
Ｎｏ．１，Ｎｏ．２，Ｎｏ．３の各成分よりなる上記外
径５０ｍｍの成形体１を挿入した後、外径３５ｍｍの高
周波加熱コイル３を用いて誘導加熱装置（３ｋＨｚ）に
より、０．５ｍｉｎ，１ｍｉｎ，３ｍｉｎ，５ｍｉｎ，
１０ｍｉｎおよび２０ｍｉｎで焼結体の温度が８５０℃
になるように加熱昇温させた後、１ｍｉｎ保持し、冷却
するようにして焼結接合実験を実施した。また、鉄系焼
結材料Ｎｏ．４については１１９０℃までの加熱時間を
１ｍｉｎ，３ｍｉｎ，５ｍｉｎおよび１０ｍｉｎとし
て、１ｍｉｎ間保持した後に冷却するような焼結接合実
験を実施した。

【００３３】この焼結接合実験の結果、外観的には冷却
時において円筒状裏金からの剥離はなく、一見した限り
においては良好であったが、細かな膨れの発生が一部認
められた。また、図６に示されているように、円筒状裏
金２の内径部に段付きになるように焼結材４が形成され
てなる剪断試験片５を作成して、剪断パンチ６にて焼結
層と裏金界面での剪断強度を測定した。この測定結果が
表２に示されている。なお、この表２には先の膨れ発生
の有無も併せて示されている。以上の結果から、内径に
位置する焼結成形体を優先的に加熱することによって焼
結接合性が得られることが分る。また表２中の（）内
の数値は一旦焼結接合した試料を焼結炉を用いて８５０
℃，１１９０℃でそれぞれ３０ｍｉｎ間再焼結したとき
の剪断強度であるが、再焼結によって顕著な接合強度の
改善が図られており、上述の高周波加熱による手段だけ
では、本来の接合強度を達成できず、より接合界面での
液相関与による接合性改善ができることが分かる。

【００３４】

【表２】

【００３５】本実施例の接合メカニズムが図７に示され
ている。この図７から、内径部に設置した焼結材料の成
形体を優先的に加熱することによってその焼結体を優先
的に熱膨張させ、円筒状裏金の内径部に密着させなが
ら、かつ液相の発生する焼結接合温度まで急速に加熱す
ることによって、強力な接合強度が得られることが分か
る。さらに、Ｃｕ−Ｓｎ系の銅系焼結材料では上述のよ
うに成形体の急速加熱による緻密化を防止しながら、Ｃ
ｕ−Ｓｎ系のβ→α＋液相の包晶反応と関係する膨張を
有効に利用して焼結接合している。このような焼結接合
は、同様の銅系材料であるＣｕ−Ａｌ，Ｃｕ−Ｚｎ系に
も適用可能であると考えられる。

【００３６】なお、鉄系材料Ｎｏ．４の焼結材料は、真
空焼結炉を用いて、焼結温度１１６０〜１１７０℃にお
いてほぼ真密度に到達する材料系であることは前もって
調べており、０．４重量％の燐を添加するための燐鉄合
金と黒鉛の添加によって少なくとも１０５０℃以上にお
いて部分的に液相が発生し始め、局部的に接合が開始
し、かつ０．５〜１．０％の膨張を示し、さらに１１５
０℃近傍でも黒鉛と鉄との反応による液相を発生するこ
とから接合が急速に進行することが分かっている。

【００３７】（３）裏金外径からの加熱による接合本実施例は、内径２５．０（一０．１５，−０．３０）
ｍｍの円筒状裏金を用いて行った。実施手順は図３に示
されるように、使用する円筒状裏金７の内径が、成形体
８の外径２５．０（０．０，−０．０５）ｍｍよりも
０．１ｍｍ以上に大きい内径になる温度に加熱コイル
（例えば高周波加熱コイル）９により加熱した後に、成
形体８を挿入して焼結温度にまでさらに昇温することと
した。Ｓ３０Ｃの線膨張係数を１．５×１０^-5とすると
約４００〜８００℃以上に円筒状裏金７を先行して加熱
しておくことが必要と計算されるので、本実施例では６
００℃と８２０℃に加熱した段階で成形体８を挿入し
た。この成形体８の挿入後に一旦裏金温度は冷却する
が、続けて高周波加熱を継続して銅系焼結材料に対して
は８５０℃に１ｍｉｎで、鉄系焼結材料に対しては１１
９０℃に２ｍｉｎで加熱した後、１ｍｉｎ間保持後冷却
して焼結接合を実施した。この結果、外観上の剥離欠陥
は認められず良好であり、表３に膨れの発生状況と剪断
強度の結果が示されているが、実用に充分と考えられる
接合強度が得られた。

【００３８】

【表３】

【００３９】この実施例での結果は先の（２）の結果よ
りも、より強固な接合強度が得られているが、これは低
温から液相が発生する焼結温度においても安定した裏金
に対する押付け力が作用していることによるものと考え
られる。本方式は小径の円筒状複合材料の製造方法とし
て優れていることは明らかである。

【００４０】（４）遠心力を付加した接合本実施例は前記（３）の実施方法に円筒状裏金の内径が
５０．０（−０．０５，−０．１５）ｍｍである試験試
料を用い、円筒状裏金を約３５０℃に予備加熱した後
に、焼結材料の成形体を挿入して遠心力を与えながら、
上述と同じ条件で８５０℃，１１９０℃にそれぞれ加熱
し、１ｍｉｎ間保持した後に冷却して焼結接合させた。
回転数は加速度が１Ｇ，２Ｇ，５Ｇ，１０Ｇ，２０Ｇに
及ぶように１９０〜６００ｒｐｍの間で調整した。この
結果、外観上の剥離欠陥は認められず良好であった。表
４には膨れの発生状況と剪断強度の測定結果が示されて
いるが、前記（２），（３）で得られたものよりもより
強固な接合強度が確認できた。

【００４１】

【表４】

【００４２】この結果から、発生する液相が遠心力によ
って優先的に接合界面に集まることと、遠心力による加
圧効果がより強力に接合強度を高めていることが分か
る。また表４の結果から遠心力による加速度が１Ｇにお
いても接合強度に効果的に作用しており、設備的には、
２〜５Ｇレベルの加速度が発生する回転が得られると十
分である。また、Ｐｂ等の重力偏析しやすい低融点成分
を含有する場合にはむやみに加速度を上げると接合界面
部に偏析して接合強度が著しく低下するため、１Ｇから
３Ｇレベルで調整することが望ましい。また、Ｔｉ等の
添加によって偏析を防止することも効果的である。ま
た、回転を加えるときには成形体の外径と円筒状裏金の
内径が密着していることが望ましいが、本発明では、円
筒状裏金を予備加熱した後に室温の成形体を挿入した段
階から、両者の均熱化がすばやく起こり、両者が密着化
して回転時の成形体偏心による振動がないようにしたこ
とは特徴的である。

【００４３】前述の（３）のメカニズムをベースとし
て、さらに遠心力を付加することによって焼結材成形体
に拡張力を与えると共に、発生する液相を効果的に接合
界面部に供給して接合性の改善を図り、さらに、遠心力
による焼結密度の改善を図ったものである。なお、遠心
力の付与は上述（２）の内径部からの加熱による接合例
においても同様に効果的に作用するものであることは明
らかである。

【００４４】以上のように本発明の主旨は円筒状裏金に
焼結材料を焼結接合するにあたって、焼結材料としては
焼結加熱途中において液相を発生する成分を含有するも
のを利用して、焼結材料を内径から優先的に急速加熱す
ることによる大きな熱膨張と急速加熱による焼結材の収
縮防止効果を使って裏金との密着性を図ること、また、
先に円筒状裏金を加熱した状態において焼結材の成形体
を挿入して、最終的に両者が同じ焼結温度になるまでの
昇温幅を設けることによる大きな熱膨張差と急速加熱に
よる焼結材の収縮防止効果を使って裏金との密着性を図
ること、さらに、これらに遠心力を付加することによっ
て、焼結材成形体に拡張力を与えると共に、発生する液
相を効果的に接合界面部に供給して接合性の改善を図
り、さらに、遠心力による焼結密度の改善を図ること等
の手法を組み合わせることによってより合理的な円筒状
複合材料を製造するものである。

【００４５】なお、本発明の接合方法は円筒状軸受け、
耐摩耗部材や円筒形状から加工されて使われる軸受け、
耐摩耗部材に適用することができる。また、円筒状部材
でなくとも、例えば油圧ポンプ，モータに使われるシリ
ンダブロックのボア穴部の内径接合などに適用される。
また角材の穴部内径への接合にも適用される。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、Ｃｕ−１０Ｓｎ焼結材の包晶温度直下
における収縮量と包晶温度直上における膨張量に対する
昇温速度の影響を示すグラフである。

【図２】図２は、発砲ガスの放出助長を説明する図であ
る。

【図３】図３は、予熱裏金を使用した接合法の説明図で
ある。

【図４】図４は、成形体の形状を示す断面図である。

【図５】図５は、成形体の内径からの加熱による接合法
の説明図である。

【図６】図６は、剪断試験片の形状および剪断試験の説
明図である。

【図７】図７は、成形体内径部からの優先的急速加熱に
よる接合法を説明するグラフである。

【符号の説明】

１成形体２円筒状裏金３高周波加熱コイル４焼結材５剪断試験片６剪断パンチ７円筒状裏金８成形体９加熱コイル（例えば高周波加熱コイル）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円筒状金属材料部材の内径部に対して円
筒状焼結系材料の成形体を焼結接合する円筒状複合材料
の製造方法であって、前記円筒状金属材料部材の内径部にその円筒状金属材料
部材の内径と略同じかもしくは僅かに小さい外径を有す
る前記円筒状焼結系材料の成形体を挿入，接触させ、３
５℃／ｍｉｎ以上の昇温速度で両者を加熱することによ
って、焼結系材料中の各種合金元素の拡散に起因する体
積膨張および／または熱膨張を利用して、焼結系材料中
に発生する液相成分を介して焼結接合することを特徴と
する円筒状複合材料の製造方法。
【請求項２】前記円筒状金属材料部材の内径部へ前記
円筒状焼結系材料の成形体を挿入，接触させた後の加熱
は、前記成形体の内径部から優先的に行われることを特
徴とする請求項１に記載の円筒状複合材料の製造方法。
【請求項３】円筒状金属材料部材の内径部に対して円
筒状焼結系材料の成形体を焼結接合する円筒状複合材料
の製造方法であって、前記円筒状金属材料部材を、その内径が室温に対して
０．１ｍｍ以上熱膨張する温度に予備加熱した状態に
し、この円筒状金属材料部材の内径部にその円筒状金属
材料部材の内径と略同じかもしくは僅かに小さい外径を
有する前記円筒状焼結系材料の成形体を挿入，接触さ
せ、最終焼結温度まで加熱される温度差を制御すること
によって、前記成形体の熱膨張量の差に起因する膨張力
を前記円筒状金属材料部材に作用させて焼結接合するこ
とを特徴とする円筒状複合材料の製造方法。
【請求項４】円筒状金属材料部材の内径部に対して円
筒状焼結系材料の成形体を焼結接合する円筒状複合材料
の製造方法であって、前記円筒状金属材料部材の内径部にその円筒状金属材料
部材の内径と略同じかもしくは僅かに小さい外径を有す
る前記円筒状焼結系材料の成形体を挿入，接触させ、こ
れら円筒状金属材料部材と円筒状焼結系材料の成形体と
を円筒中心において回転させて遠心力を作用させるとと
もに、３５℃／ｍｉｎ以上の昇温速度で両者を加熱する
ことによって、焼結系材料中の各種合金元素の拡散に起
因する体積膨張および／または熱膨張を利用して、焼結
系材料中に発生する液相成分を介して焼結接合すること
を特徴とする円筒状複合材料の製造方法。
【請求項５】円筒状金属材料部材の内径部に対して円
筒状焼結系材料の成形体を焼結接合する円筒状複合材料
の製造方法であって、前記円筒状金属材料部材を、その内径が室温に対して
０．１ｍｍ以上熱膨張する温度に予備加熱した状態に
し、この円筒状金属材料部材の内径部にその円筒状金属
材料部材の内径と略同じかもしくは僅かに小さい外径を
有する前記円筒状焼結系材料の成形体を挿入，接触さ
せ、これら円筒状金属材料部材と円筒状焼結系材料の成
形体とを円筒中心において回転させて遠心力を作用させ
るとともに、最終焼結温度まで加熱される温度差を制御
することによって、前記成形体の熱膨張量の差に起因す
る膨張力を前記円筒状金属材料部材に作用させて焼結接
合することを特徴とする円筒状複合材料の製造方法。
【請求項６】前記金属系材料部材が鉄系材料からな
り、前記焼結系材料が鉄系，銅系，アルミニウム系，Ｎ
ｉ系，Ｃｏ系で、前記鉄系材料の融点よりも低い温度に
おいて液相焼結が可能な材料系であることを特徴とする
請求項１〜５のうちのいずれかに記載の円筒状複合材料
の製造方法。
【請求項７】高周波加熱もしくはそれに準じる加熱方
法によって加熱が行われることを特徴とする請求項１〜
６のうちのいずれかに記載の円筒状複合材料の製造方
法。
【請求項８】前記請求項１〜７のうちのいずれかに記
載の製造方法によって製造されてなることを特徴とする
円筒状複合部材。