JPS6254175B2

JPS6254175B2 -

Info

Publication number: JPS6254175B2
Application number: JP56116468A
Authority: JP
Inventors: Yoshio Nishino; Tooru Kono; Hiroshi Sawaguchi
Original assignee: Mitsubishi Metal Corp
Current assignee: Mitsubishi Metal Corp
Priority date: 1981-07-27
Filing date: 1981-07-27
Publication date: 1987-11-13
Also published as: JPS5819413A

Description

【発明の詳細な説明】

この発明は、粉末冶金法によつて製造され、か
つ高荷重領域ですぐれた性能を発揮する高強度高
含油率銅系焼結軸受に関するものである。一般に、焼結軸受は、多孔質焼結体の組織内に
存在する空孔に油を含浸させて使用するものであ
り、無給油状態で使用されるものであるため、特
にその使用条件が苛酷であつたり、長時間運転に
供される場合には、油が次第に酸化消耗し、やが
ては軸受性能が低下して焼付きを起して使用不能
となる。このため、焼結軸受の油含浸量、すなわ
ち含油率は大きければ大きいほど良いことになる
が、あまり含油率を大きくすると圧環強度が低下
するようになつて望ましくなく、そこでJIS規格
でも含油率と圧環強度の最低値が規定されてい
る。従来、このような焼結軸受として青銅系焼結軸
受が知られており、JIS規格にも規定されている
（組成−Sn：８〜11％、Ｃ：３％以下、その他：
0.5％以下、Cu：残り、含油率：18容量％以上、
圧環強度：15Kg／mm²以上と規定されている。）
が、従来のこのような青銅系焼結軸受は、JISの
規定を満足する含油率および圧環強度をもつが、
これを苛酷な運転条件下で使用した場合に、含油
率不足により満足な軸受寿命を示さないものであ
つた。そこで、運転時の境界潤滑面での摩擦係数
を下げる目的で上記従来青銅系焼結軸受に、黒
鉛、二硫化モリブデン、Pb、およびPb合金など
の潤滑成分を0.5〜20％含有させて苛酷な運転条
件にも耐えるようにした青銅系焼結軸受が開発さ
れたが、この青銅系焼結軸受の場合、黒鉛や二硫
化モリブデンなどを多量に含有させるとマトリツ
クスが分断されて強度低下をきたし、この強度低
下を補うために圧粉体成形時の圧力を高めると含
油軸受に必須の含油率が低下し、また同様に焼結
温度を高くすると前記の潤滑成分が分解・飛散す
るようになり、さらにPbおよびPb合金などが含
有される場合は焼結温度を高くすると、液相焼結
現象が活発になつて密度上昇や封孔現象（含油孔
となる開孔が減少する現象）が起り、含油率の低
下をまねくなどの問題があつた。そこで、同一出願人は、先に特願昭53−38820
号（特開昭54−131528号：以下先行発明という）
として、上述のような青銅系焼結軸受における寿
命向上をはかり、苛酷な条件下においても長時間
の使用に耐えるように、Snを８〜11％（以下％
は重量％とする）含有する従来の青銅系焼結軸受
にＰ：0.2〜1.7％を含有させることからなる焼結
含油軸受を提案した。このように、従来の青銅系
焼結軸受にＰを含有させると、その製造工程にお
ける焼結に際して、CuマトリツクスへのSnの合
金化が促進されるようになる一方、Cuマトリツ
クス中にSnと共に固溶したＰにはCuへのSnの固
溶度を減少させる効果があり、強靭なCu−Sn−
Ｐ合金が形成されるようになり、また液相量も相
対的に増大するようになるので、マトリツクスが
膨張するようになると共に“Sn流出孔”も粗大
となることから、空孔率（含油率）の高いものと
なつて、すぐれた圧環強度と高含油率を兼ね備え
た焼結軸受を得ることができたのである。このように前記先行発明の焼結含油軸受では、
従来の青銅含油軸受と比較してより苛酷な条件下
での使用を可能ならしめることができるが、例え
ば面圧が20Kg／cm²程度以上の高荷重で運転すると
いう点から考慮すると、充分に満足できる軸受性
能が得られないという若干の問題点を有している
ことがわかつた。本発明者等は、上述のような観点から、先行発
明におけるCu−Sn−Ｐ系含油軸受の、高荷重領
域での軸受性能をより改善すべく研究を重ねた結
果、以下(a)〜(c)に示すとおりの知見を得るに至つ
たのである。すなわち、 (a) 先行発明におけるCu−Sn−Ｐ系含油軸受を
高荷重領域で運転した場合に充分に満足できる
軸受性能を発揮するのが困難な理由は、摺動面
が塑性流動して含油軸受に必須の気孔を潰して
しまうためであること。 (b) 先行発明のCu−Sn−Ｐ系含油軸受材料に、
所定量のFe成分を含有させると、マトリツク
スと比較してより硬いFe粒子が摺動面の塑性
流動を防止して、特に高荷重領域ですぐれた軸
受性能を有する焼結軸受が得られること。 (c) 上記軸受材料中に、さらに、黒鉛、二硫化モ
リブデン、Pb、およびPb合金などの潤滑成分
のうちの１種以上を含有せしめると、軸受性能
がさらに向上すること。したがつて、この発明は上記知見にもとづいて
なされたもので、焼結軸受を、 Sn：４〜11％、Ｐ：0.2〜1.0％、 Fe：５〜20％、を含有し、さらに必要に応じて潤滑成分のうちの
１種以上：通常の含有量である１〜10％含有し、 Cuおよび不可避不純物：残り、からなる成分組成で構成することにより、高荷重
領域ですぐれた軸受性能を発揮する高強度高含油
率のものとしたことに特徴を有するものである。なお、この発明の焼結軸受における構成成分た
る潤滑成分としては、上述のように、黒鉛、二硫
化モリブデン、Pb、Pb合金等、従来この種の潤
滑成分として使用されていたものであればいずれ
も採用することができ、その添加量は、従来この
種軸受に使用されていた程度の量、すなわち１〜
10％で十分である。また、軸受の焼結は、従来一般に採用されてい
る粉末冶金法における条件で十分目的が達せられ
る。この発明の焼結軸受において、Sn含有量を４
〜11％と限定したのは、JIS規格の青銅系焼結含
油軸受のSn含有量の８〜11％に準じたもので、
その下限値を４％と低い方へ広げた理由は、Fe
成分の添加により強度を補うことができるからで
ある。また、Ｐ含有量を0.2〜1.0％と限定したの
は、0.2％未満の含有では、強度および含油率に
所望の改善効果が得られず、一方1.0％を越えて
含有させるとFe成分と反応して、非常に硬くて
脆いFe₃P化合物を形成し、軸受特性を損うから
である。さらに、Fe含有量を５〜20％と限定し
たのは、５％未満の含有量では軸受摺動面の塑性
流動を防止して高荷重領域ですぐれた軸受性能を
発揮するという所望の改善効果が得られず、一方
20％を越えると摺動面におけるFe粒子の割合が
増えすぎ、それが回転軸を傷つけるため、やはり
所望の改善効果が得られなくなるためである。ついで、この発明の焼結軸受を実施例により説
明する。実施例粒度：100mesh以下の電解Cu粉末、粒度：
350mesh以下のアトマイズSn粉末、および粒
度：350mesh以下のアトマイズCu−Ｐ合金（Cu
−8.4％Ｐ共晶合金）粉末、および平均粒径約５
μｍのカルボニルFe粉末、さらに粒度：
200mesh以下の黒鉛粉末、粒度：200mesh以下の
MoS₂粉末、粒度：350mesh以下のPb粉末、およ
び粒度：350mesh以下のPb−Sn合金（Sn：30％
含有）粉末を原料粉末として用意し、これらの原
料粉末をそれぞれ第１表に示される最終成分組成
をもつように配合し、混合し、この結果得られた
混合粉末より圧力：２〜3ton／cm²で圧粉体を成形
し、前記圧粉体を水素雰囲気中、温度：700〜800
℃に30分保持して焼結することによつて、本発明
焼結含油軸受（以下本発明軸受という）１〜16、
先行発明の焼結含油軸受（以下先行軸受という）
およびＰ、Sn、およびFe含有量のいずれかが本
発明範囲から高い方または低い方に外れた組成
（第１表に※印を付した成分含有量が本発明範囲
から外れたもの）をもつ比較焼結含油軸受（以下
比較軸受という）１〜６をそれぞれ製造した。ついで、この結果得られた本発明軸受１〜16、
先行軸受、および比較軸受１〜６の軸受性能試験
を行なつた。試験にあたつては、A465番の油を
含浸させたが、この油の特性は、25℃での比重：
0.91、動粘度（cst）は、98.8℃で12.2、37.8℃で
63.0、−40.0℃で32500を示すものであつた。試験のための運転は、Cu系含油軸受としては
比較的苛酷と思われる荷重Ｐ：20Kg／cm²、回転数
Ｎ：4000r.p.m.（周速度Ｖ：100ｍ／min、

【表】

【表】 PV：2000Kg／cm²・ｍ／min）の条件で５時間行
ない、摩擦係数を測定した。また試験後の軸受の
摺動面の気孔の潰れ具合および回転軸の傷の程度
を観察した。なお、回転軸は硬さ約HRB90の炭
素鋼を用いた。この測定結果を第１表に併せて示
した。第１表には、軸受摺動面の状態および回転
軸の傷の状態をそれぞれ４段階で評価し、最良を
◎印、良好を〇印、やや不良を△印、不良を×印
で示した。第１表に示した結果からも明らかなように、本
発明軸受は先行軸受に所定量のFeを含有させた
ものであるが、前述のような苛酷な高荷重下の運
転においてもほとんど摺動面の目潰れが認められ
ず、回転軸の傷の状態も極めて良好であつた。そ
のため、摩擦係数が0.04以下の範囲であり、すぐ
れた性能が実証された。しかしながら、比較軸受
１、３、および５は、Sn、Ｐ、またはFeの含有
量が少なく、摺動面の塑性流動（比較軸受５は、
その中では比較的気孔が残つていた）が生じた。
そのため、回転軸を傷つける度合は少ないもの
の、摩擦係数が大きくなつた。逆に、比較軸受２、４、および６は、Sn、
Ｐ、またはFeの含有量が多過ぎ、摺動面の塑性
流動は比較的少ないものの、硬質層（Cu−Snの
δ相すなわちCu₁₀Sn₃や、Fe₃Pや、Fe₂P、および
Fe粒子自体）により回転軸が深く傷つき、摩擦
係数がやはり大きくなつた。上述のように、この発明の軸受は、高荷重領域
においてすぐれた性能を発揮する特性を備えてい
るのである。

Claims

【特許請求の範囲】１ Sn：４〜11％、Ｐ：0.2〜1.0％、 Fe：５〜20％、を含有し、 Cuおよび不可避不純物：残り、（以上重量％）からなる組成を有することを特徴
とする高荷重領域ですぐれた性能を発揮する高強
度高含油率銅系焼結軸受。２ Sn：４〜11％、Ｐ：0.2〜1.0％、 Fe：５〜20％、を含有し、さらに、潤滑成分のうちの１種以上１〜10％を含有し、 Cuおよび不可避不純物：残り、（以上重量％）からなる組成を有することを特徴
とする高荷重領域ですぐれた性能を発揮する高強
度高含油率銅系焼結軸受。