JPS62146995A - 単一および複合摺動部材の製造方法 - 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】 Ａ１発明の目的 （１１産業上の利用分野 本発明は、プレス機のウェアプレート等に用いられる単
一および複合摺動部材、特に自己潤滑性焼結銅合金より
構成される単一摺動部材および前記銅合金とそれを溶着
したベース材とより構成される複合摺動部材の製造方法
に関する。

（２）従来の技術 従来、この種複合摺動部材の製造方法として、ニッケル
、スズ、リンおよび黒鉛を含む銅系原料粉末を焼結して
自己潤滑性焼結銅合金を得、その焼結時焼結銅合金をベ
ース材に溶着する手法が知られている（特公昭５Ｂ−５
２５４７号公報参照）。

（３）発明が解決しようとする問題点 前記黒鉛は潤滑材として機能するもので、その機能を十
分に発揮させるため前記従来法においては多量の黒鉛粉
末が用いられている。

その結果、焼結銅合金の圧縮強さが低下し、また前記化
学成分に起因して焼結銅合金の靭性、したがって耐衝撃
性が低いという問題がある。

さらに前記原料粉末は粉末状態のまま使用されるので、
その取扱性が悪く、複合摺動部材の生産能率に支障を来
たすといった問題もある。

本発明は上記に鑑み、黒鉛の含有量を減らし、また黒鉛
の減量骨を潤滑性を有し耐摩耗性向上に寄与すると共に
靭性向上効果を発揮するモリブデンによって補い、これ
により優れた耐摩耗性および高圧縮強さを持つ自己潤滑
性焼結銅合金より構成される前記単一摺動部材および前
記自己潤滑性焼結銅合金を備えた前記複合摺動部材を得
ることのできる前記製造方法を提供することを目的とす
る。

Ｂ０発明の構成 （１）問題点を解決するための手段 本発明に係る単一摺動部材の製造方法は、ニッケル、ス
ズおよびリンを含有する銅合金粉末に、潤滑性粉末とし
てモリブデン粉末および黒鉛粉末を添加してなる原料粉
末と合成樹脂バインダとを混合して混合物を得る工程と
；該混合物の上面全体に５〜１８０ｇ／ｃｍ”の加圧力
を加え、この加圧下で前記混合物中の前記合成樹脂バイ
ンダを熱分解し、また前記原料粉末を半液相状態で焼結
して前記自己潤滑性焼結銅合金を得る工程と；を用いる
ことを特徴とする。

また本発明に係る複合摺動部材の製造方法は、ニッケル
、スズおよびリンを含有する銅合金粉末に、潤滑性粉末
としてモリブデン粉末および黒鉛粉末を添加してなる原
料粉末と合成樹脂バインダとを混合して混合物を得る工
程と；該混合物を前記ベース材の上面に貼着し、該混合
物の上面全体に５〜１８０ｇ／ｃｎ＋の加圧力を加え、
この加圧下で前記混合物中の前記合成樹脂バインダを熱
分解し、また前記原料粉末を半液相状態で焼結して前記
自己潤滑性焼結銅合金を得、該焼結銅合金をその焼結時
に前記ベース材に溶着する工程と；を用いることを特徴
とする。

（２）作　用 潤滑性粉末として、モリブデン粉末と黒鉛粉末の混合粉
末を用いるので、モリブデンの含有量に応して黒鉛の含
有量を減少し、これにより焼結銅合金の圧縮強さおよび
靭性を向上させることが可能となる。

また原料粉末を、それと合成樹脂バインダとを混合して
得られた混合物の形態で用いるので、原料粉末の取扱性
が良好となる。

さらに５〜１８０ｇ／ｃＪの加圧下において原料粉末を
固相と液相が共存する半液相状態で焼結するので液相に
より固相間の気孔を埋めて、焼結銅合金の密度および硬
さを向上させ、また前記加圧力により焼結銅合金の水平
面内における収縮を抑制すると共にニッケルのろう材と
しての機能により焼結銅合金をベース材に確実に溶着さ
せることができる。

さらにまた合成樹脂バインダの熱分解により生じた分解
ガスは、原料粉末の構成粉末間より排出されるので、焼
結銅合金における残留ガスに起因した巣の発生、有害ガ
ス成分の侵入等の不具合を確実に回避することができる
。

なお、前記加圧力が５ｇ／ｃｄｔを下回ると、焼結銅合
金の焼結強度が低く、摺動部材として使用することがで
きない。一方、１８０　ｇ／ｃｔＡを上回ると、液相が
滲出して焼結銅合金の形状精度が悪化する。

（３）実施例 第１図は複合摺動部材１を示し、その複合摺動部材１は
ベース材２と、その−面に溶着された自己潤滑性焼結銅
合金３とよりなる。焼結銅合金３はその焼結時にベース
材２に溶着されたものである。

焼結銅合金３は原料粉末と合成樹脂バインダとの混合物
より得られた原料シートを用いて製造される。

原料粉末としては、ニッケル　５〜３０重量％、スズ　
７〜１３重量％およびリン　０．３〜２重景重量含有す
る銅合金粉末に、それに対し潤滑性粉末としてモリブデ
ン粉末　１〜５重量％および黒鉛粉末　１〜２．５重量
％を添加したものが該当する。

この原料粉末において、各化学成分の配合量を前記のよ
うに限定した理由および各化学成分の役割は以下の通り
である。

ニッケルはろう材として機能し、原料粉末の焼結性、ベ
ース材に対する焼結銅合金の溶着性および銅マトリック
スの強度を向上させる効果を発揮するが、その配合量が
５重量％を下回ると前記効果が得られず、また３０重量
％を上回っても前記効果の向上は望めず、その上コスト
高となる。

スズは銅と合金化して銅マトリックスの強度および耐摩
耗性を向上させる効果を発揮するが、その配合量が７重
量％を下回ると前記効果が得られず、また１３重量％を
上回ると銅合金の融点が低下して焼結銅合金の形状維持
性が悪化する。

リンは銅マトリックスに析出してその強度および耐摩耗
性を向上させる効果を発揮するが、その配合量が０．３
重量％を下回ると銅合金の融点が高くなって原料粉末の
焼結性が悪化し、また２重量％を上回ると銅合金の融点
が低下して焼結銅合金の形状維持性が悪化する。

モリブデンは銅合金と強固に結合して焼結銅合金の靭性
、耐摩耗性および潤滑性を向上させる効果を発揮するが
、その配合量が１重量％を下回ると前記効果が得られず
、また５重量％を上回ると原料シートの成形が困難とな
り、また焼結銅合金の焼結強度および密度が低下する。

黒鉛は焼結銅合金の潤滑性を向上させる効果を発揮する
が、その配合量が１重量％を下回ると前記効果が得られ
ず、また２、５重量％を上回ると焼結銅合金の圧縮強さ
が低下する。

合成樹脂バインダとしては熱可塑性合成樹脂エマルジョ
ンが該当し、その合成樹脂バインダは原料粉末に対して
１〜４重量重量合される。その理由は合成樹脂バインダ
の配合量が１重量％を下回ると原料シートの保形性が悪
く、また原料粉末間の結合力が弱くなってその粉末の脱
落を発生し、一方４重量％を上回ると焼結銅合金の気孔
率が高くなって密度の低下、形状精度の悪化等を招来し
、また残留炭素が多くなって焼結性の阻害、ベース材に
対する焼結銅合金の溶着不良等を招来するからである。

次に第２、第３図を参照しながら前記複合摺動部材１の
製造方法について説明する。

ｉ、原料シートの製造 噴霧法により得られた、ニッケル　２５重量％、スズ　
１０重量％、リン　１．１重量％および残部銅からなり
、標準篩１１０メツシユを通過し得る粒度の銅合金粉末
　９２重量％、 機械的粉砕法により得られた、標準篩２７０メツシユを
通過し得る粒度のモリブデン粉末　２．５重量％、およ
び 機械的粉砕法により得られた、標準篩２８メツシユを通
過し得るが、６５メソシユを通過し得ない粒度の人造黒
鉛粉末　２．５重量％ よりなる原料粉末と、 四フッ化エチレン樹脂とアクリル樹脂を１：１に混合し
、その混合樹脂にそれに対し５０重量％の水を添加して
エマルジョン化した合成樹脂バインダ　３重量％と を、第２図（ａ）に示すようにニーダ４に投入し、それ
らを３分間混合して原料粉末を合成樹脂バインダ中に均
一に分散させた混合物Ｍを得る。

第２図（ｂｌに示すように、混合物Ｍをヒータ５上に移
し、それを８０〜１５０℃に加熱して水分を藤発し乾燥
する。

第２図（Ｃ１に示すように、加熱状態に在る混合物Ｍを
ロール機６に数回通し、厚さ２〜３１の原料シートＳを
得る。

第２図（ｄｌに示すように、原料シートＳをヒータ５上
に移し、それを８０〜１２０℃で３０分間加熱し、ロー
ル成形時の歪を除去する。

原料シートＳの密度は４．８　ｇ　／ｃｍ３で、第２図
（ｅ）に示すようにロール状に巻いて保存される。

ｉｉ　、複合摺動部材の製造 第２１Ｄ（ｆ）に示すように、原料シートＳから縦２０
０ｔｍ、横２００韮の原料板Ｐを裁断し、その原料板Ｐ
を縦２００ｍ、横２００ｆｉ、厚さ１９削のＪＩＳ　　
３３４１で表わされる鋼板製ベース材２の上面にアクリ
ル系接着剤を用いて貼着し、その上面を縦２１０ｆｉ、
横２１０ｉｎ、厚さ２鶴のセラミック繊維、実施例はシ
リカアルミナ繊維（商品名カオウール）よりなり通気性
を有するガス抜き用シート６を用いて覆い、さらにシー
ト６の上面に縦２００ｍ、横２０００、厚さ３８ｔｍの
前記と同材質の鋼板よりなる加圧体７を載置する。この
加圧体７により原料板Ｐの上面全体が略３０ｇ／ｄの加
圧力を以て加圧される。

加圧体７は、焼結時において原料粉末を加圧し焼結銅合
金３の密度を向上させるために用いられるものであるが
、この加圧体７を直接原料板Ｐ上に載せると、合成樹脂
バインダ等より生じる分解ガスのガス抜き性が悪く、ま
た原料板Ｐにおける外周部の、結合力を失った原料粉末
が分解ガスの噴出圧により飛散する。そこで加圧体７と
原料板Ｐとの間に原料板Ｐよりも大きな前記シート６を
介在させ、その通気性を利用してガス排出路を形成し、
また原料粉末の飛散を防止する。このような使用目的を
十分に達成するためには、原料板Ｐの大きさとシート６
の厚さとの間に相関関係がある。例えば、原料板Ｐの厚
さ２鶴において、その大きさが縦８０鶴、横８０鶴では
シート６の厚さは１籠、縦２００■、横２００ｍではシ
ート６の厚さは２１ｍとなる。なお、前記厚さを有する
原料板Ｐの大きさが縦６０ｍ、横６０ｍ以下である場合
、合成樹脂バインダ等の熱分解が極めて遅い場合等にお
いてはシート６が無くても分解ガスのガス抜きが容易に
行われ、また原料粉末の飛散は生じない。

ガス抜き用シート６は、原料粉末の焼結温度でその粉末
および加圧体７に対して非融着性をもつことが必要であ
る。この要件を満たす材料としては前記セラミック繊維
の外にアスベスト、ロックウール等が該当する。

シート６を用いない場合には、原料粉末に対する加圧体
７の融着を防止すべく、加圧体７に離型剤を塗布する、
アルミナ等のセラミック体を原料板Ｐと加圧体７間に介
在させる等の手段を採用する。

前記積層物を真空焼結炉８内に設置して第３図に示す加
熱条件で合成樹脂バインダおよびアクリル系接着剤の熱
分解、原料粉末の焼結およびベース材に対する焼結銅合
金の溶着を行う。キャリアガスとしては窒素ガスが用い
られ、真空度はＩＴ　ｏ　ｒ　ｒである。

（ａ）　　第１加熱ゾーン（第３図ＡＩ）この加熱ゾー
ンＡＩは常温から６００°Ｃまでである。常温からの昇
温速度は２０℃／分で、炉内は６００℃にて６０分間恒
温状態に保持される。

この加熱ゾーンＡ１では、先ず、積層物の水分が蒸発し
、次いで５６０〜６００℃の範囲で合成樹脂バインダ中
の四フッ化エチレン樹脂およびアクリル樹脂並びにアク
リル系接着剤が熱分解されてガス化する。分解ガスは原
料粉末の構成粉末間よりシート６を通じて排出される。

ベース材２の外周部に在る結合力を失った原料粉末の飛
散はシート６により防止される。

（ｂ）　　第２加熱ゾーン（第３図Ａ２）この加熱ゾー
ンＡ２は略９００℃である。第１加熱ゾーンＡＩからの
昇温速度は２０℃／分で、炉内は略９００℃にて３０分
間恒温状態に保持される。この加熱ゾーンＡ２では原料
粉末およびベース材２の均熱化が図られる。

（Ｃ）　　第３加熱ゾーン（第３図Ａ３）この加熱ゾー
ンＡ３は略１０２０℃である。第２加熱ゾーンＡ２から
の昇温速度は１０℃／分で、炉内は略１０２０℃にて３
０分間恒温状態に保持される。この加熱ゾーンＡ３は、
原料粉末において固相と液相が共存する半環相温度域で
あり、液相により面相関の気孔が埋められ、また加圧体
７の加圧力により液相の流動が増進されて焼結が進行し
、密度の高い焼結銅合金３が得られる。同時に焼結銅合
金３がベース材２に溶着する。この場合、前記加圧力に
より焼結銅合金３の水平面内における収縮が抑制される
と共にニッケルがリンと合金化しろう材として機能する
ので、焼結銅合金３がベース材２に確実に溶着される。

この加熱ゾーンＡ３では、原料粉末における液相の流動
が緩慢であるから黒鉛の浮遊、偏析が発生せず、したが
って焼結銅合金の潤滑性はその全体に亘って均等となる
。

（ｄ）　　冷却ゾーン（第３図Ｂ） 真空焼結炉８内に、その内部気圧が５００ｍＨｇとなる
まで窒素ガスを導入し、冷却ファンにより窒素ガスを循
環させて焼結銅合金３、ベース材２等を冷却する。

上記加熱冷却工程を経て第１図に示す複合摺動部材ｌが
得られる。

焼結銅合金３は密度　６．３ｇ／ｃｍ’、ロックウェル
硬さＨＩＢ３５以上、気孔率　１３％であり、その外周
部の欠落も生じていなかった。

前記複合摺動部材１を、それに機械加工および含油処理
を施した後プレス機のウェアプレートとして用い、機能
テストを行ったところ表■の結果が得られた。表中、Ａ
は本発明により得られた複合摺動部材に、Ｂは比較例と
しての鋳鉄に黒鉛を埋め込んだ複合摺動部材にそれぞれ
該当する。また相手材において鋳鉄＋黒鉛は比較例Ｂと
同一の構成を有する。

表　　　　Ｉ 表Ｉから明らかなように複合摺動部材Ａは比較例Ｂと略
同等の耐摩耗性を備え、優れた摺動特性を有する。

表■は、ニッケル　２８．７重量％、スズ　８．５重量
％、リン　０．６３重量％を含有する銅合金粉末に対し
モリブデン粉末（Ｍｏ）および黒鉛粉末（Ｇ）の配合量
を種々変更した原料粉末を用いて前記同様に原料シート
を製造し、その原料シートから裁断された原料板を１０
４０℃、２０分間加熱の焼結条件下で真空焼結して得ら
れた焼結銅合金、したがって単一摺動部材のロックウェ
ル硬さＨＲＢを示す。

表　　　■ 表■から明らかなように、黒鉛含有量の減少に伴い焼結
銅合金の硬さが向上し、また同一黒鉛含有量においてモ
リブデン含有量の増加に伴い硬さが向上する。これによ
り焼結銅合金の耐摩耗性の向上が図られる。

第４図は焼結銅合金の圧縮強さを示し、この圧縮強さは
モリブデンの含有量とは関係がなく、黒鉛含有量の増加
に伴い減少することが明らかである。プレス機のウェア
プレート等の複合摺動部材に要求される圧縮強さは１７
〜２５ｋｇ／ｍｍ”であり、これを満足するためには黒
鉛含有量を１〜２゜５重量％に設定する必要がある。

第５図は前記原料粉末の焼結温度と加圧体７による限界
加圧力の関係を示し、原料粉末の焼結温度は９００〜１
０５０℃が適当であり、したがって加圧力の下限は５ｇ
／ａｎｔに、またその上限は１８０ｇ／ａ＋１に限定さ
れる。

表■は原料板を加圧力無しの状態で焼結した場合の形状
変化を示す。原料板、ベース材の構成および焼結条件は
前記複合摺動部材の製造例と同じである。

表　　　■ ［ 表■から明らかなように原料板を加圧力無しで焼結する
と、焼結銅合金の収縮率が大きくなって焼結銅合金がベ
ース材よりずれ、また焼結銅合金とベース材間に多数の
気孔が発生し、そのためベース材に対する焼結銅合金の
溶着性が悪化する。

その上焼結銅合金の密度および硬さが低く、ロックウェ
ル硬さ試験機による硬さ測定（Ｈ，Ｂ）を行うことがで
きなかった。

したがって、加圧力無しで得られたものは複合摺動部材
として不適当である。

Ｃ０発明の効果 本発明によれば、潤滑性粉末としてモリブデン粉末と黒
鉛粉末との混合粉末を用いるので、モリブデンの含有量
に応じて黒鉛の含有量を減少させることができ、これに
より黒鉛含有量の減少に基づいて優れた圧縮強さを有し
、またモリブデンの添加に基づいて靭性、したがって耐
衝撃特性を向上させた耐摩耗性の良好な自己潤滑性焼結
銅合金を備えた単一および複合摺動部材を得ることがで
きる。

また原料粉末を、それと合成樹脂バインダとを混合して
得られた混合物の形態で用いるので、原料粉末の取扱性
が良好で前記摺動部材の生産能率を向上させることがで
きる。

さらに５〜１８０　ｇ／ｃｓＭの加圧力下で原料粉末を
同相と液相が共存する半液相状態で焼結するので、液相
により固相間の気孔を埋めて焼結銅合金の密度および硬
さを向上させることができる。その上前記加圧力により
焼結銅合金の水平面内における収縮を抑制すると共にニ
ッケルのろう材としての機能により、焼結銅合金をベー
ス材に確実に溶着させることができる。また前記加圧力
により焼結銅合金の形状精度および表面性状を向上させ
ることができる。

さらにまた合成樹脂バインダの熱分解により、生じた分
解ガスは、原料粉末の構成粉末間より排出されるので、
焼結銅合金における残留ガスに起因した巣の発生、有害
ガス成分の侵入等の不具合を確実に回避することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は複合摺動部材の斜視図、第２図は複合摺動部材
の製造工程説明図、第３図は焼結工程における時間と温
度の関係を示すグラフ、第４図は焼結銅合金における黒
鉛含有量と圧縮強さの関係を示すグラフ、第５図は焼結
温度と限界加圧力の関係を示すグラフである。 Ｍ・・・混合物、Ｐ・・・原料板、Ｓ・・・原料シート
、１・・・複合摺動部材、２・・・ベース材、３・・・
焼結銅合金、７・・・加圧体 特　許　出　願　人　　本田技研工業株式会社第２図 （ａ）　　　　　　　　　　　　（ｂ）（ｆ） ■ （ｄ） 第３図 第４図 駕鉛合有量（重量％） 第５図 焼結温度（°Ｃ）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）自己潤滑性焼結銅合金より構成される単一摺動部
   材を製造するに当り、ニッケル、スズおよびリンを含有
   する銅合金粉末に、潤滑性粉末としてモリブデン粉末お
   よび黒鉛粉末を添加してなる原料粉末と合成樹脂バイン
   ダとを混合して混合物を得る工程と；該混合物の上面全
   体に５〜１８０ｇ／ｃｍ＾２の加圧力を加え、この加圧
   下で前記混合物中の前記合成樹脂バインダを熱分解し、
   また前記原料粉末を半液相状態で焼結して前記自己潤滑
   性焼結銅合金を得る工程と；を用いることを特徴とする
   単一摺動部材の製造方法。
2. （２）自己潤滑性焼結銅合金と、該焼結銅合金を溶着し
   たベース材とより構成される複合摺動部材を製造するに
   当り、ニッケル、スズおよびリンを含有する銅合金粉末
   に、潤滑性粉末としてモリブデン粉末および黒鉛粉末を
   添加してなる原料粉末と合成樹脂バインダとを混合して
   混合物を得る工程と；該混合物を前記ベース材の上面に
   貼着し、該混合物の上面全体に５〜１８０ｇ／ｃｍ＾２
   の加圧力を加え、この加圧下で前記混合物中の前記合成
   樹脂バインダを熱分解し、また前記原料粉末を半液相状
   態で焼結して前記自己潤滑性焼結銅合金を得、該焼結銅
   合金をその焼結時に前記ベース材に溶着する工程と；を
   用いることを特徴とする複合摺動部材の製造方法。