WO2006077826A1 - モータ式燃料ポンプの軸受 - Google Patents

モータ式燃料ポンプの軸受 Download PDF

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    • Y10T428/12903—Cu-base component

Definitions

  • the present invention relates to a motor type fuel pump bearing made of a Cu_Ni-based sintered alloy.
  • an engine using liquid fuel such as gasoline or light oil as a fuel is generally provided with a motor type fuel pump.
  • a motor-type fuel pump 20 shown in a schematic cross-sectional view in FIG. 2 is known for a gasoline engine.
  • a rotating shaft 23 fixed to both ends of a motor 22 is supported by bearings 24 in a casing 21, and an impeller 25 is inserted into one end of the rotating shaft 23.
  • a narrow gasoline flow passage 26 is formed along the outer peripheral surface of the impeller 25 and the motor (armature) 22 and a gap between the bearing 24 and the rotary shaft 23.
  • a fuel passage (not shown) is formed in the casing 21.
  • Patent Document 1 JP 54-26206 A
  • Patent Document 2 Japanese Patent Application Laid-Open No. 55-119144
  • Patent Document 3 Japanese Patent Publication No.57-16175
  • the pores are distributed in the matrix at a rate of 8-18%, and the P component is the most contained in the grain boundaries. Furthermore, a bearing made of a Cu—Ni sintered alloy in which free graphite is distributed along the inner surface of the open pores can be obtained. A Sn high-concentration alloy layer containing Sn: 50% by mass or more is formed on the inner surface of the open pores of the bearing and around the opening of the open pores.
  • the porosity is expressed as a percentage obtained by subtracting the sintered density from the true density of the material having the same composition as the sintered body and ordering this by the true density. That is, assuming that the porosity is P , the density of the sintered body is D, and the true density of a substance having the same composition as the sintered body is D, the porosity p is expressed as follows.
  • the bonding strength between the Cu_Ni alloy grains improves the sinterability between the alloy grains by matching between the Cu-Ni alloy grains during sintering.
  • the bearing itself has high strength because it is extremely high due to the action of the P component.
  • the periphery of an opening of the open pores of the inner surface and open pores of the bearing made of the Cu_Ni based sintered alloys, 3 1 1: Sn-rich alloy layer containing 50 wt% or above are formed. For this reason, corrosion of the inner surface of the open pores and the periphery of the opening portion of the open pores, which are most easily corroded by impurities such as organic acid contained in the liquid fuel, is prevented.
  • Bearings made of a Cu-Ni sintered alloy with such a high Sn alloy layer formed show excellent corrosion resistance against liquid fuels rich in organic acids.
  • the Sn high-concentration alloy layer has a Sn content that decreases as it approaches the Cu—Ni alloy grain having the highest Sn concentration in the outermost surface layer.
  • the Sn high-concentration alloy layer contains, on average, Cu: 5 to 27%, Ni: 5 to 22%, P: 0.:! To 0.6%, the balance: Sn and inevitable impurities.
  • Sn Made of Sn-Cu-Ni-based Sn-based alloy with 50 mass% or more.
  • the present invention is a bearing of a motor type fuel pump having corrosion resistance and wear resistance based on such research results, and is made of a Cu_Ni-based sintered alloy, and the Cu_Ni-based sintered alloy is Ni : 21 to 35%, Sn: 5 to: 12%, C: 3 to 7%, P: 0 .:! To 0.8%, balance: Cu and inevitable impurities, porosity in the matrix : 8 to 18% of the pores are formed, the grain boundary part contains the most P component, free graphite is distributed along the inner surface of the pores, and is open to the surface. 3 on the inner surface and the periphery of an opening of the open pores of which open pores 1 1: Sn-rich alloy layer containing more than 50 wt% is formed.
  • the Sn high-concentration alloy layer is preferably made of Cu: 5 to 27%, Ni: 5 to 22%, P: 0.:! To 0.6%, and the balance: Sn and inevitable impurities.
  • the bearing of the present invention is excellent not only for an engine motor fuel pump in which ordinary liquid fuel is used, but also when liquid fuel such as poor gasoline containing an organic acid is used. It exhibits corrosion resistance, wear resistance and high strength. Therefore, it is possible to provide an engine that can maintain sufficiently high performance for a long period of time even when using poor liquid fuel.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a structure obtained by observing a cross section close to the surface of a bearing according to the present invention with an optical microscope.
  • FIG. 2 is a schematic cross-sectional view of a motor-type fuel pump for a gasoline engine.
  • FIG. 1 is a schematic diagram of a cross-sectional structure when a surface cut by a plane passing through the central axis of the bearing is observed with an optical microscope at a bearing surface portion.
  • open pores 12 are distributed in a matrix 11 made of Cu—Ni alloy particles 10 with a porosity of 8 to 18%.
  • the P component and the free graphite 13 are distributed along the inner surface of the open pores 12 at the grain boundary portions of the Cu_Ni alloy grains 10.
  • a Sn high-concentration alloy layer 14 containing Sn: 50 mass% or more is formed on the inner surface of the open pores 12 and around the opening of the open pores 12 (bearing surface).
  • the Sn high-concentration alloy layer 14 covers most of the bearing surface. However, as shown in FIG. 1, the Sn high-concentration alloy layer 14 is not covered with the Cu high-concentration alloy layer 14 in the portion where the open pores 12 are widely formed.
  • Ni alloy grain 10 Exposed part 15 exposed may be formed. However, even if a small amount of exposed part is formed, it is not around the opening that is susceptible to corrosion, so the influence of the exposed part on corrosion by organic acids is very small.
  • Ni provides excellent strength, wear resistance and corrosion resistance, and forms a sintered body 11 made of Cu_Ni alloy grains 10 to provide the bearing itself with excellent strength, wear resistance and corrosion resistance. There is an action to prepare. If the Ni content in the Cu—Ni alloy is less than 21%, excellent strength, wear resistance, and corrosion resistance cannot be ensured. If it exceeds 35%, the sinterability decreases drastically and the strength increases. A decline is inevitable. Therefore, the Ni content is determined to be 21-35%.
  • the P component has an effect of improving the sinterability between the Cu_Ni alloy grains 10 during sintering and improving the strength of the substrate 11 composed of the Cu_Ni alloy grains 10, that is, the bearing strength. If the P content is less than 0.1%, sufficient sinterability cannot be achieved, and if it exceeds 0.8%, the strength of the Cu_Ni alloy grain 10 boundary portion decreases rapidly. Therefore, the content ratio of P is set to 0.:! To 0.8%.
  • Graphite exists as free graphite 13 mainly along the inner surface of the open pores 12 distributed in the substrate 11, and has an effect of imparting excellent lubricity to the bearing and contributing to improvement of the wear resistance of the bearing. If the graphite content is less than 3%, the desired effect of improving wear resistance cannot be obtained, and if it exceeds 7%, the strength decreases rapidly. Therefore, the graphite content is determined to be 3-7%.
  • Sn is, Cu- the inner surface and the periphery of an opening of the open pores 12 of the open pores 12 of the Ni-based sintered alloy bearing, 3 1 1: 311 containing more than 50% by weight to form a high density alloy layer 14 bearing Add to improve the corrosion resistance. If the Sn content is less than 5%, a sufficiently thick Sn high-concentration alloy layer 14 will not be formed. Therefore, if the content exceeds 12%, a Sn-high concentration alloy layer 14 is also present at the grain boundary of the Cu—Ni alloy grains. Is generated and the strength is significantly reduced. Therefore, the Sn content is set to 5 to 12%.
  • the open pores 12 distributed in the bearing substrate 11 have the effect of relieving the strong friction and high surface pressure that the bearing receives under the high-pressure and high-speed flow of the liquid fuel and significantly reducing the wear of the bearing. If the porosity is less than 8%, the ratio of the open pores 12 distributed in the substrate 11 becomes too small to fully exhibit the above-mentioned effect, and if it exceeds 18%, the strength of the bearing rapidly decreases. To do. Therefore, the porosity was determined as 8 to 18%. [0016] (3) Component composition of Sn high concentration alloy layer 14
  • the Sn high-concentration alloy layer 14 is obtained by rapidly cooling a sintered body bearing obtained by sintering at a cooling rate of 15 ° C./min or more.
  • the Sn content of the Sn high-concentration alloy layer 14 decreases as it approaches the highest alloy grain 10 in the outermost surface layer.
  • the average component composition of the Sn high-concentration alloy layer 14 is Cu: 5-27%, Ni: 5-22%, P: 0.:!-0.6%, the balance: Sn and inevitable impurities.
  • Cu _Ni alloy Ni content ratio is shown in Table 1
  • Cu_P alloy P content ratio is shown in Table 1
  • Powder, graphite powder, Sn powder and Cu powder were prepared. These raw material powders were blended so as to have the composition shown in Tables 1 and 2, and 1% of stearic acid was added and mixed for 20 minutes with a V-type mixer. Thereafter, the green compact was press-molded at a predetermined pressure in the range of 200 to 700 MPa. The green compact was sintered at each temperature shown in Table 1 in an ammonia decomposition gas atmosphere.
  • the present invention is composed of a Cu-Ni-based sintered alloy or a Cu-based sintered gold having a porosity shown in Table 2 by sizing treatment at a predetermined pressure within a range of 200 to 700 MPa.
  • Bearings 1 to 12 Comparative bearing 1 and conventional bearing 1 were manufactured. All of these bearings had an outer diameter of 9 mm, an inner diameter of 5 mm, and a height of 6 mm.
  • the comparative bearing 1 has pores distributed at the porosity shown in Table 2 on the Cu_Ni alloy bearing substrate, and the free graphite along the inner surface of the P component and open pores at the grain boundary part of the Cu-Ni alloy grain.
  • the Sn high-concentration alloy layer was not formed.
  • the conventional bearing 1 has pores distributed in the ratio of the porosity shown in Table 2 in the Cu-based alloy bearing substrate, and is free along the inner surface of the open pores. Graphite was distributed.
  • the above-mentioned bearings 1 to 12 of the present invention, the comparative bearing 1 and the conventional bearing 1 were incorporated into a fuel pump having an external dimension of 110 mm in length and 40 mm in diameter. This fuel pump was installed in a gasoline tank and tested under the following conditions.
  • Impeller speed 5000 (minimum speed) to 15000 (maximum speed) rpm
  • Gasoline flow rate 50 liters Z (minimum flow rate) to 250 liters Z (maximum flow rate)
  • Pressure applied to the bearing from the high-speed rotating shaft Maximum 500 KPa
  • the comparative bearing 1 and the conventional bearing 1 a carboxylic acid represented by RCOH (R is a hydrogen atom or hydrocarbon group) is added to gasoline.
  • RCOH a carboxylic acid represented by RCOH (R is a hydrogen atom or hydrocarbon group)
  • the organic acid test solution that was prepared in the above-described manner was simulated at 60 ° C., and was immersed in the heated organic acid test solution for the bearings 1 to 12 of the present invention, the comparative bearing 1 and the conventional bearing 1 for 100 hours. .
  • the amount of change in the mass of each bearing before and after immersion in the organic acid test solution was measured, and the results are shown in Table 2.
  • the bearings 1 to 12 of the present invention all have wear resistance, and the sinterability of the P component distributed in the grain boundary portion of the Cu-Ni alloy grain 10 It had high strength due to the improvement effect and excellent corrosion resistance against organic acid test solutions.
  • the conventional bearing 1 made of Cu-based sintered alloy has the same high strength, but it is found that the corrosion resistance against the organic acid test solution, where the wear progresses relatively quickly, is inferior. It can be seen that the comparative bearing 1 in which the Sn high-concentration alloy layer is not formed is inferior in corrosion resistance to the organic acid test solution.
  • the bearing of the present invention is excellent not only for an engine motor fuel pump using an ordinary liquid fuel, but also when a liquid fuel such as poor gasoline containing an organic acid is used. It exhibits corrosion resistance, wear resistance and high strength. Therefore, it is possible to provide an engine that can maintain sufficiently high performance for a long time even when poor liquid fuel is used.

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Abstract

　このモータ式燃料ポンプの軸受は、Ｎｉ：２１～３５％、Ｓｎ：５～１２％、Ｃ：３～７％、Ｐ：０．１～０．８％、残部：Ｃｕおよび不可避不純物からなるＣｕ－Ｎｉ系焼結合金からなる。軸受の素地は、気孔率：８～１８％で気孔が形成されており、粒界部にＰ成分が最も多く含まれており、軸受の表面に開放し前記軸受内部に延在している開気孔の内面に遊離黒鉛が分布している。この軸受は、前記開気孔の内面および前記開気孔の開口部周辺に、Ｓｎ：５０質量％以上を含有するＳｎ高濃度合金層が形成されている。

Description

明 細 書
モータ式燃料ポンプの軸受
技術分野
[0001] この発明は、 Cu_Ni系焼結合金で構成されたモータ式燃料ポンプの軸受に関す るものである。
本願は、 2005年 1月 18日に出願された特願 2005— 009989号に基づき優先権 を主張し、その内容をここに援用する。
背景技術
[0002] 従来、燃料としてガソリンや軽油などの液体燃料を用いるエンジンには、一般にモ ータ式燃料ポンプが備えられている。例えばガソリンエンジン用として、図 2に概略横 断面図で示されるモータ式燃料ポンプ 20が知られている。
図 2に示されるモータ式燃料ポンプ 20は、ケーシング 21内において、モータ 22の 両端部に固定された回転軸 23が軸受 24に支持され、前記回転軸 23の一方端部に はインペラ 25が挿入されている。前記インペラ 25およびモータ（ァーマチュア） 22の 外周面と、軸受 24と回転軸 23との間の隙間にそって、狭いガソリン流通路 26が形成 されている。さらに、ケーシング 21には、図示しない燃料通路が形成されている。前 記モータ 22の回転によってインペラ 25が回転すると、インペラ 25によってガソリン (燃 料） 27がケーシング 21内に取り込まれて昇圧され、前記ガソリン流通路 26および燃 料通路を通つてケーシング 21から送り出され、別に設けられてレ、るガソリンエンジン に送り込まれる。
このようなモータ式燃料ポンプ 20では、前記軸受 24として、各種の高強度 Cu系焼 結合金が用いられている（例えば特許文献 1， 2および 3参照）。
特許文献 1 :特開昭 54— 26206号公報
特許文献 2：特開昭 55— 119144号公報
特許文献 3 :特公昭 57— 16175号公報
発明の開示
発明が解決しょうとする課題 [0003] 近年、ガソリンや軽油などの液体燃料を用いるモータ式燃料ポンプを備えたェンジ ンは、世界各地で広く使用されている。し力しながら、使用される液体燃料の品質は 世界の各地域で異なっており、粗悪ガソリンが用いられている地域も多い。粗悪ガソ リンと言われるガソリンの 1種として、有機酸を含む粗悪ガソリンが知られている。この ような有機酸を含む粗悪ガソリンが用いられると、有機酸により Cu系焼結合金からな るモータ式燃料ポンプ 20の軸受 24が腐食する。このような軸受 24の腐食は、軸受 2 4の表面に開放し、軸受の内部に延在している気孔（以下、開気孔という）の開口部 周辺および前記開気孔の内面などに進入して軸受 24の強度を低下させ、軸受 24の 寿命を短くする。
さらに、近年、 自動車などのエンジンの小型化および軽量ィ匕はめざましぐこれに伴 つて、エンジンに用いられる燃料ポンプにも小型化および軽量ィ匕が強く求められ、そ の構造部材である軸受にも小型化および薄肉化が求められる。しかし前記の構造の モータ式燃料ポンプ 20の場合、吐出性能を確保しつつ小型化するには、高い回転 数が必要である。その場合、燃料ポンプ 20内に取り込まれた液体燃料 27は、小型化 のため一段と狭くなつた間隙の流通路 26を高圧かつ高速で通り抜ける。このような条 件下では、特に軸受 24には、小型化および薄肉化により一段の高強度と耐摩耗性 が要求される。し力 ながら従来の Cu系焼結合金製軸受は、いずれも高強度を有す るものの、十分な耐摩耗性を具備するものでないため、軸受の摩耗進行が速ぐ短時 間で使用寿命に至るのが現状である。
課題を解決するための手段
[0004] そこで、本発明者らは、優れた強度および耐摩耗性を維持しつつ、有機酸を含む ガソリンに対する耐食性に優れたモータ式燃料ポンプ用軸受を開発すべく研究を行 レ、、以下のような結果を得た。
(i) Cu— Ni合金粉末、 Cu— P合金粉末、 Sn粉末および黒鉛粉末を原料粉末として 、質量％ (以下、％は質量％を示す）で、成分組成が Ni: 21〜35%、 Sn : 5〜： 12%、 C : 3〜7%、P : 0. ：!〜 0. 8%、残部： Cuおよび不可避不純物となるように配合し、混 合して混合粉末を作製する。この混合粉末を圧縮成形して得られた圧粉体を、温度： 800〜950°Cで焼結する。焼結により得られた焼結体を冷却速度： 15°C/分以上で 急冷すると、図 1の断面組織の模式図に示されるように、素地 (matrix)に気孔率： 8〜 18%の割合で気孔が分布し、粒界部に P成分が最も多く含まれており、さらに開気 孔の内面に沿って遊離黒鉛が分布している Cu— Ni系焼結合金からなる軸受が得ら れる。この軸受の開気孔の内面および前記開気孔の開口部周辺には、 Sn: 50質量 %以上を含有する Sn高濃度合金層が形成される。
なお、気孔率は、焼結体と同一組成の物質の真の密度から焼結密度を引き、これ を真の密度で序した百分率で表す。すなわち、気孔率を P、焼結体の密度を D、焼結 体と同一組成の物質の真の密度を Dとすると、気孔率 pは以下のように表される。
p= (D -D) /D X 100
(ii)前記 Sn高濃度合金層が形成されている軸受は、 Cu_Ni合金粒相互間の接合 強度が、焼結時に Cu - Ni合金粒相互間にあつて合金粒間の焼結性を向上させる P 成分の作用により著しく高いので、軸受自体が高強度をもつ。この Cu_Ni系焼結合 金からなる軸受の開気孔の内面および開気孔の開口部周辺には、 311: 50質量％以 上を含有する Sn高濃度合金層が形成されている。このため、液体燃料に含まれる有 機酸などの不純物により最も腐食され易い開気孔の内面および開気孔の開口部周 辺部の腐食が防止される。このような Sn高濃度合金層が形成された Cu— Ni系焼結 合金からなる軸受は、有機酸を多く含む液体燃料に対して優れた耐食性を示す。
(iii)前記 Sn高濃度合金層は、その最表面層において Sn濃度が最も高ぐ Cu— Ni 合金粒に近づくほど Sn含有量が少なくなる。また、前記 Sn高濃度合金層は、平均す ると Cu : 5〜27%、 Ni : 5〜22%、 P : 0.：!〜 0. 6%、残部： Snおよび不可避不純物 を含有する、 Sn: 50質量％以上の Sn— Cu— Ni系 Sn基合金からなる。
この発明は、このような研究結果に基づいて成された耐食性および耐摩耗性を有 するモータ式燃料ポンプの軸受であって、 Cu_Ni系焼結合金からなり、前記 Cu_ Ni系焼結合金は Ni : 21〜35%、 Sn : 5〜： 12%、 C : 3〜7%、 P : 0.：!〜 0. 8%、残 部： Cuおよび不可避不純物からなり、素地 (matrix)に気孔率： 8〜： 18%の割合で気 孔が形成されており、粒界部に P成分が最も多く含まれており、前記気孔内面に沿つ て遊離黒鉛が分布しており、表面に開放している開気孔の内面および前記開気孔の 開口部周辺に 311 : 50質量％以上を含有する Sn高濃度合金層が形成されている。 この軸受において、前記 Sn高濃度合金層は、 Cu : 5〜27%、 Ni: 5〜22%、 P : 0. ：!〜 0. 6%、残部： Snおよび不可避不純物からなることが好ましい。
発明の効果
[0006] この発明の軸受は、通常の液体燃料が用いられるエンジンのモータ式燃料ポンプ 用としては勿論のこと、有機酸などを含有する粗悪なガソリンなどの液体燃料が用い られる場合でも、優れた耐食性、耐摩耗性および高強度を発揮する。したがって、粗 悪な液体燃料を用いても十分に高性能を長期間維持できるエンジンを提供できる。 図面の簡単な説明
[0007] [図 1]本発明に係る軸受の表面に近い断面を光学顕微鏡により観察した組織の模式 図である。
[図 2]ガソリンエンジン用モータ式燃料ポンプの概略横断面図である。
符号の説明
[0008] 10 Cu— Ni合金粒
11 素地 (matrix)
12 開 5¾十し
13 遊離黒鉛
14 Sn高濃度合金層
15 露出部分
20 モータ式燃料ポンプ
21 ケーシング
22 モータ（ァーマチュア)
23 回転軸
24 軸受
25 インペラ
26 ガソリン流通路
27 ガソリン (燃料）
発明を実施するための最良の形態 [0009] この発明の軸受を、図 1に基づいて説明する。図 1は、前記軸受の中心軸を通る面 で切断した面を軸受表面部分において光学顕微鏡により観察したときの断面組織の 模式図である。この軸受では、 Cu— Ni合金粒 10からなる軸受の素地（matrix) 11に 気孔率：8〜： 18%で開気孔 12が分布している。さらに、前記 Cu_Ni合金粒 10の粒 界部に P成分、前記開気孔 12の内面に沿つて遊離黒鉛 13がそれぞれ分布してレ、る 。このような Cu_Ni系焼結合金で軸受が構成されると、素地 11を構成する Cu_Ni 合金粒 10によって優れた耐摩耗性が確保される。さらに、開気孔 12の内面に遊離し た潤滑性の高い遊離黒鉛 13の作用と、軸受内に存在する開気孔 12を介して軸受外 周面から軸受内周面に供給される液体燃料によって形成される流体潤滑膜の作用と によって、液体燃料の高圧高速流を生起せしめるモータの高速回転により軸受が受 ける摩擦抵抗が低減され、耐摩耗性の一段の向上が図られる。し力、も前記 Cu_Ni 合金粒 10間の接合強度が、焼結時に Cu_Ni合金粒 10間にあって粒同士の焼結 性を向上させる P成分の作用で著しく高いので、軸受自体が高強度をもつ。したがつ て、前記 Cu— Ni系焼結合金で構成された軸受は、小型化および薄肉化が可能であ り、液体燃料の高圧高速流に曝された環境下で優れた耐摩耗性を発揮する。
[0010] 前記開気孔 12の内面および前記開気孔 12の開口部周辺（軸受表面）に、 Sn : 50 質量％以上を含有する Sn高濃度合金層 14が形成されている。 Sn高濃度合金層 14 は軸受表面の大部分を被覆しているが、図 1に示されるように、開気孔 12の生成間 隔が広い部分では、 Sn高濃度合金層 14に被覆されず Cu— Ni合金粒 10素地が露 出している露出部分 15が生成されることがある。しかし、少量の露出部分が形成され たとしても、腐食を受けやすい開口部周辺ではないので、有機酸による腐食に対す る露出部分の影響は極めて少ない。
[0011] 次に、この発明のモータ式燃料ポンプの軸受において、 Cu_Ni系焼結合金の配 合組成および気孔率を前記のように限定した理由を説明する。
(1)成分組成
(a) Ni
Niは、優れた強度、耐摩耗性および耐食性を付与し、 Cu_Ni合金粒 10からなる 焼結後の素地 11を形成して、軸受自体に優れた強度、耐摩耗性および耐食性を具 備せしめる作用がある。 Cu— Ni合金中の Niの含有割合が 21 %未満では軸受に優 れた強度、耐摩耗性および耐食性を確保することができず、 35%を越えると焼結性 が急激に低下し、強度低下が避けられない。したがって、 Niの含有割合を 21〜35% と定めた。
[0012] (b) P
P成分には、焼結時に Cu_Ni合金粒 10間にあって焼結性を向上させ、 Cu_Ni 合金粒 10で構成される素地 11の強度、すなわち軸受の強度を向上させる作用があ る。 Pの含有割合が 0. 1 %未満では十分な焼結性を発揮させることができず、 0. 8% を越えると Cu_Ni合金粒 10境界部の強度が急激に低下する。したがって、 Pの含 有割合を 0.：!〜 0. 8%と定めた。
[0013] (c)黒鉛
黒鉛は、主として素地 11に分布する開気孔 12内面に沿って、遊離黒鉛 13として存 在し、軸受に優れた潤滑性を付与し、軸受の耐摩耗性向上に寄与する作用がある。 黒鉛の含有割合が 3%未満では所望の耐摩耗性向上効果が得られず、 7%を越える と強度が急激に低下する。したがって、黒鉛の含有割合を 3〜7%と定めた。
[0014] (d) Sn
Snは、 Cu— Ni系焼結合金軸受の開気孔 12の内面および前記開気孔 12の開口 部周辺に、 311: 50質量％以上を含有する311高濃度合金層14を形成させて軸受の 耐食性を向上させるために添加する。 Snの含有量が 5%未満では十分な厚さの Sn 高濃度合金層 14が形成されないので好ましくなぐ 12%を越えて含有すると、 Cu— Ni合金粒の粒界にも Sn高濃度合金層 14が生成し、強度が著しく低下するので好ま しくなレ、。したがって、 Sn含有量を 5〜： 12%に定めた。
[0015] (2)気孔率
軸受素地 11に分布する開気孔 12には、前記の通り液体燃料の高圧高速流通下で 軸受が受ける強い摩擦および高い面圧を緩和し、軸受の摩耗を著しく抑制する作用 がある。気孔率が 8%未満では、素地 11中に分布する開気孔 12の割合が少なくなり 過ぎて前記作用を十分満足に発揮することができず、 18%を越えると、軸受の強度 が急激に低下する。したがって、気孔率を 8〜： 18%と定めた。 [0016] (3) Sn高濃度合金層 14の成分組成
Sn高濃度合金層 14は、焼結して得られた焼結体軸受を冷却速度： 15°C/分以上 で急冷することにより得られる。 Sn高濃度合金層 14の Sn濃度は最表面層において 最も高ぐ合金粒 10に近づくほど Sn含有量が少なくなる。前記 Sn高濃度合金層 14 の平均の成分組成は、 Cu : 5〜27%、 Ni: 5〜22%、 P : 0. ：!〜 0. 6%、残部： Snお よび不可避不純物である。
[0017] 〈実施例〉
この発明のモータ式燃料ポンプの軸受を、実施例により具体的に説明する。
原料粉末として、いずれも 30〜： 100 μ mの範囲内の所定の平均粒径を有する Cu _Ni合金 (Ni含有割合は表 1に表示)粉末、 Cu_P合金 (P含有割合は表 1に表示） 粉末、黒鉛粉末、 Sn粉末および Cu粉末を用意した。これら原料粉末を表 1 , 2に示さ れる各成分組成になるように配合し、ステアリン酸を 1%加えて V型混合機で 20分間 混合した。その後、 200〜700MPaの範囲内の所定の圧力で圧粉体にプレス成形し た。この圧粉体を、アンモニア分解ガス雰囲気中、表 1に示される各温度で焼結した 。さらに最終的に 200〜700MPaの範囲内の所定の圧力でサイジング処理すること により、それぞれ表 2に示される気孔率を有する Cu— Ni系焼結合金または Cu系焼 結合金で構成された本発明軸受 1〜： 12、比較軸受 1および従来軸受 1を製造した。 これらの軸受はいずれも外径 9mm、内径 5mm、高さ 6mmとした。
得られた本発明軸受 1〜12、比較軸受 1および従来軸受 1について、任意断面を 光学顕微鏡（200倍）で観察した。本発明軸受 1〜： 12は、いずれも Cu— Ni合金の軸 受素地 11に表 2に示される各気孔率の割合で気孔が分布し、 Cu— Ni合金粒 10の 粒界部に P成分、前記開気孔 12の内面に沿って遊離黒鉛 13がそれぞれ分布し、軸 受表面に開放している開気孔 12の内面および前記開気孔 12の開口部周辺に Sn : 5 0質量％以上を含有する Sn高濃度合金層 14が形成されていた。一方、比較軸受 1 は Cu_Ni合金の軸受素地に表 2に示される気孔率の割合で気孔が分布し、 Cu-N i合金粒の粒界部に P成分、開気孔の内面に沿って遊離黒鉛がそれぞれ分布してい たが、 Sn高濃度合金層は形成されていなかった。従来軸受 1は、 Cu系合金の軸受 素地に表 2に示される気孔率の割合で気孔が分布し、開気孔の内面に沿って遊離 黒鉛が分布していた。
[0018] 次に、前記の本発明軸受 1〜12、比較軸受 1および従来軸受 1を用いて下記の試 験を行った。
前記の本発明軸受 1〜： 12、比較軸受 1および従来軸受 1を、長さ 110mm、直径 40 mmの外形寸法を有する燃料ポンプに組み込んだ。この燃料ポンプをガソリンタンク 内に設置し、以下の条件で試験を行った。
インペラの回転数： 5000 (最小回転数）〜 15000 (最大回転数) rpm
ガソリンの流量： 50リットル Z時 (最小流量）〜250リットル Z時 (最大流量） 軸受が高速回転軸より受ける圧力：最大 500KPa、
試験時間： 500時間
すなわち、モータの高速回転によってガソリンを狭い間隙に高速で流通させること により、軸受が高圧を受け、速い流速のガソリンに曝される条件で実機試験を行い、 試験後の軸受面における最大摩耗深さを測定した。この測定結果を表 2に示した。 さらに、前記本発明軸受 1〜： 12、比較軸受 1および従来軸受 1の強度を評価する目 的で、それぞれの軸受について圧壊試験を行レ、、圧壊強度を測定した。この結果を 表 2に示した。
さらに、前記本発明軸受 1〜： 12、比較軸受 1および従来軸受 1の耐食性を評価する 目的で、ガソリンに RC〇OH (Rは水素原子または炭化水素基）で表されるカルボン 酸を添加して作成した、擬似粗悪ガソリンを想定した有機酸試験液を 60°Cに加熱し 、前記本発明軸受 1〜： 12、比較軸受 1および従来軸受 1を加熱した有機酸試験液に 100時間浸漬した。有機酸試験液に浸漬する前と浸漬後の各軸受の質量の変化量 を測定し、その結果を表 2に示した。
[0019] [表 1] 原料粉末の配合組成 （質量％) 焼結 焼結体の 軸受 温度 冷却速度 黒口 «7未 Cu— P粉末 Sn粉末 Cu— N i粉末 Cu粉末
( ） (t:z分）
1 5.0 C υ-6%Ρ ： 5.0 5.8 C u -25%N i ： 84.2 ― 950 20
2 6.7 C u— 6%Ρ ： 5.0 6.1 C υ -27%Ν i ： 82.2 900 35
3 4,9 C u-6%P ： 5.0 9.1 C u -27%N i ： 81.1 一 920 40
4 5.2 Cu-6%P ： 5.0 11.1 C υ -28%N i ： 78.7 ― 950 50
5 4.8 C u -5%P ： 10.0 8.9 Cu-37%N i ： 76.3 ― 920 35 本 6 5.0 C υ -5%Ρ ： 10.0 9.0 C u -38%N i ： 76.0 ― 910 20 発
7 4.9 C u-5%P ： 10.0 9.3 C u-37%N i ： 75.8 ― 890 15 明
8 3.5 C u— 6%P ： 5.0 5.3 C u -35%N i ： 86.2 ― 970 45
9 4.7 C u-5%P ： 10.0 6.6 C u— 44%N i ： 78.7 ― 970 50
10 6.5 C u— 7%P ： 10.0 9.5 C u— 45%N i ： 74.0 ― 900 50
11 3.2 Cu-7%? ： 10.0 10.7 C u -44%N i ： 76.1 ― 970 60
12 6.8 Cu-7%? ： 10.0 11.9 C u -48%N i ： 71.3 ― 890 40 比較 1 3.0 ― 10.0 ― 87.0 770 10 従来 1 3.0 ― 3,0 C u -25%N i ： 76.0 18.0 800 10
//: O ϊ¾00ε900ί1£ 9SAV 0 _■
K¾星0
成分組成 （質量％) S n高濃 最大摩耗 腐食試験によ 気孔率 圧壊強度
軸受 度合金層 深さ る質量変化
N i S n P C C u (½) (N/mm2)
の有無 ( u m)
1 21.1 5.8 0.3 5.0 残部 有 14.8 235 3.1 9.8
2 22.2 6.1 0.3 6.7 残部 有 11.2 231 4.5 7.5
3 21.9 9.1 0.3 4.9 残部 有 12.1 293 1.8 6.9
4 22.0 11.1 0,3 5.2 残部 有 9.2 334 2.4 6.3
5 28.2 8.9 0.5 4.8 残部 有 10.2 316 1.1 8.1 本 6 28.9 9.0 0.5 5.0 残部 有 13.0 260 1.0 5.2 発
明 7 28.0 9.3 0.5 4.9 残部 有 17.8 222 1.2 7.1
8 30.2 5.3 0.3 3.5 残部 有 10.5 358 1.1 4.6
9 34.6 6.6 0.5 4.7 残部 有 9.8 370 1.3 3.3
10 33.3 9.5 0.7 6.5 残部 有 12,2 310 1.1 2.3
11 33.5 10.7 0.7 3.2 残部 有 8.5 443 0.8 1.1
12 34.2 11.9 0.7 6.8 残部 有 10.6 355 1.0 2.8 比較 1 0 10.0 0 3.0 残部 無 13.5 196 14.0 150 従来 1 19.0 3.0 0 3.0 残部 無 13.1 158 12.0 50.8
[0021] 表 1 , 2に示される結果から、本発明軸受 1〜： 12はいずれも耐摩耗性を有し、前記 Cu— Ni合金粒 10の粒界部に分布する P成分の焼結性向上効果による高強度を有 し、かつ有機酸試験液に対する耐食性に優れていた。これに対して Cu系焼結合金 力 なる従来軸受 1は、同等の高強度を有するものの、摩耗の進行が相対的に速ぐ 有機酸試験液に対する耐食性が劣ることが分かる。 Sn高濃度合金層が形成されて いない比較軸受 1は、有機酸試験液に対する耐食性が劣ることが分かる。
[0022] 以上、本発明の好ましい実施例を説明したが、本発明はこれら実施例に限定される ことはなレ、。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、構成の付加、省略、置換、およびそ の他の変更が可能である。本発明は前述した説明によって限定されることはなぐ添 付のクレームの範囲によってのみ限定される。
産業上の利用可能性
[0023] この発明の軸受は、通常の液体燃料を用いるエンジンのモータ式燃料ポンプ用とし ては勿論のこと、有機酸などを含有する粗悪なガソリンなどの液体燃料が用いられる 場合でも、優れた耐食性、耐摩耗性および高強度を発揮する。したがって、粗悪な 液体燃料が用いられても十分に高性能を長期間維持できるエンジンを提供できる。

Claims

請求の範囲
モータ式燃料ポンプの軸受であって、 Cu_Ni系焼結合金からなり、
前記 Cu_Ni系焼結合金は Ni:21〜35。/o、 Sn:5〜： 12%、 C:3〜7%、 P:0.：!〜
0.8%、残部： Cuおよび不可避不純物からなり、
前記軸受が、
素地に気孔率： 8〜： 18%の割合で形成された気孔と；
主に粒界部に含まれた P成分と；
前記軸受の表面に開放し前記軸受内部に延在している開気孔の内面に沿って分 布した遊離黒鉛と；
前記開気孔の内面および前記開気孔の開口部周辺に形成され、 311:50質量％以 上を含有する Sn高濃度合金層と；
を含むモータ式燃料ポンプの軸受。
請求項 1記載のモータ式燃料ポンプの軸受であって、
前記 Sn高濃度合金層は、 Cu:5〜27%、 Ni:5〜22%、 P:0.：!〜 0.6%、残部：
Snおよび不可避不純物からなる軸受。
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