WO2015037668A1 - Ｅｇｒバルブ用焼結軸受およびその製造方法 - Google Patents

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容敬 伊藤
大春 永田
智行 瀬戸
隆宏 後藤
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Definitions

  • the present invention relates to a sintered bearing for an EGR valve having excellent wear resistance, corrosion resistance, and slidability in a high temperature dry environment, and a method for producing the same.
  • EGR devices exhaust gas recirculation devices
  • NOx nitrogen oxides
  • EGR exhaust gas recirculation devices
  • EGR gas a part of the exhaust gas exhausted is recirculated to the intake side as recirculated exhaust gas (hereinafter also referred to as EGR gas).
  • EGR gas recirculated exhaust gas
  • a valve hereinafter also referred to as an EGR valve
  • Patent Document 1 discloses a Cu—Ni—Sn—C—P based sintered bearing as a sintered bearing used for such applications.
  • Patent Document 2 discloses a technique relating to a mixed powder for a sintered aluminum-containing copper alloy and a method for producing the same in order to improve the above problem.
  • Patent Document 1 The Cu—Ni—Sn—C—P based sintered bearing described in Patent Document 1 improves strength and wear resistance, but is not sufficient in terms of corrosion resistance. Further, since Ni which is a rare metal is contained, there is a problem in terms of cost.
  • the aluminum-containing copper alloy powder described in Patent Document 2 is excellent in formability and sinterability, but as an aluminum bronze-based sintered bearing using the aluminum-containing copper alloy powder, stable corrosion resistance, Further studies are necessary to obtain a product suitable for mass production that satisfies the mechanical properties, compactness, and cost reduction.
  • the present invention improves wear resistance, corrosion resistance, and slidability in a high-temperature dry environment, and is compact and low-cost aluminum bronze-based sintered bearing for EGR valves. It is an object of the present invention to provide a method for producing an aluminum bronze sintered bearing for an EGR valve that is good in productivity, low in cost, and suitable for mass production.
  • the present inventors have proposed a novel method in which expansion due to sintering is effectively used in order to improve the bearing function and to reduce the size, cost, and productivity.
  • performance such as wear resistance, corrosion resistance and slidability in high temperature dry environment in sintered bearings for EGR valve in high temperature dry environment as described above
  • various investigations and test evaluations were performed, and the present invention was obtained by obtaining the following findings. (1) Regarding the slidability of the sintered bearing for EGR valve in a high temperature dry environment, since there is no problem of initial familiarity, attention was paid to the fact that a normal aluminum blending amount as an aluminum bronze sintered bearing can be applied.
  • the proportion of ⁇ phase increases as the blending amount of aluminum increases.
  • the ⁇ phase undergoes eutectoid transformation at 565 ° C., becomes an ⁇ phase and a ⁇ phase, and the proportion of the ⁇ phase increases as the aluminum content increases.
  • the ⁇ phase reduces the resistance to organic acid corrosion in sintered bearings for EGR valves. Therefore, if an aluminum-copper alloy powder is used as the copper source and no single copper powder is added, the ⁇ phase and the ⁇ phase are used. The ratio is 0 ⁇ ⁇ phase / ⁇ phase ⁇ 0.10.
  • the present invention contains 9 to 12% by weight of aluminum, 0.1 to 0.6% by weight of phosphorus and 3 to 10% by weight of graphite, and the balance.
  • the sintered bearing has a structure in which an aluminum-copper alloy is sintered and is formed in a dispersed pore. It is characterized in that free graphite is distributed.
  • an aluminum bronze sintered bearing for an EGR valve that is excellent in wear resistance, corrosion resistance, and slidability in a high temperature dry environment, and is compact and low in cost.
  • the present invention as a method for producing a sintered bearing for an EGR valve contains 9 to 12% by weight of aluminum, 0.1 to 0.6% by weight of phosphorus and 3 to 10% by weight of graphite, with the balance being
  • a method for producing a sintered bearing for an EGR valve containing copper as a main component and containing inevitable impurities comprising producing a raw material powder of aluminum-copper alloy powder, electrolytic copper powder, phosphorus-copper alloy powder and graphite Using a powder, at least a forming step of forming a green compact in which a sintering aid is added to the raw material powder, a sintering step of obtaining a sintered body having an aluminum-copper alloy structure from the green compact, And a sizing step for dimensioning the sintered body.
  • the manufacturing method of the aluminum bronze-type sintered bearing for EGR valves suitable for mass production can be realized with good productivity and low cost.
  • the sintered bearing for EGR valve manufactured based on this is excellent in wear resistance, corrosion resistance and slidability in a high temperature dry environment, and can be made compact and low in cost.
  • the structure of the aluminum-copper alloy preferably has an ⁇ phase.
  • the ⁇ phase is effective for resistance to organic acid corrosion.
  • the above aluminum-copper alloy structure (hereinafter also referred to as aluminum bronze structure) uses an aluminum-copper alloy powder as a copper source, and the ratio of the ⁇ phase to the ⁇ phase is ⁇ when no powder of copper is added.
  • the phase / ⁇ phase is preferably 0 ⁇ ⁇ phase / ⁇ phase ⁇ 0.10. When it is in the range of 0 ⁇ ⁇ phase / ⁇ phase ⁇ 0.10, the organic acid corrosion resistance is excellent.
  • Tin is not preferred because it prevents the diffusion of aluminum.
  • a sintering aid a total of 100% by weight of the raw material powder composed of the aluminum-copper alloy powder, electrolytic copper powder, phosphorus-copper alloy powder and graphite powder is used. It is preferable to add 0.05 to 0.2% by weight of aluminum fluoride and calcium fluoride in total. If it is less than 0.05% by weight, the effect as a sintering aid is insufficient, and a dense sintered body having an appropriate strength cannot be obtained. On the other hand, if it exceeds 0.2% by weight, the effect as a sintering aid will reach its peak even if it is added more, and it is preferable to keep it to 0.2% by weight or less from the viewpoint of cost.
  • the ratio d2 / d1 between the average particle diameter d1 of the aluminum-copper alloy powder and the average particle diameter d2 of the electrolytic copper powder is preferably 2 to 3.
  • the ratio d2 / d1 is within this range, aluminum can be sufficiently diffused into copper, and the corrosion resistance is excellent.
  • the electrolytic copper powder is composed of powders having different shapes, and the ratio W2 / W1 between the ratio W1 of the electrolytic copper powder having an aspect ratio of 2 or more and the ratio W2 of the electrolytic copper powder having an aspect ratio of less than 2 is set to 3 to 9. It is preferable. Electrolytic copper powder having an aspect ratio of 2 or more is effective for diffusion of aluminum, but has poor formability. If the ratio W2 / W1 is less than 3, it is not preferable from the viewpoint of moldability, and if it exceeds 9, the aluminum diffusion becomes insufficient, which is not preferable.
  • the aspect ratio means a ratio obtained by dividing the major axis length of the powder by the thickness of the powder.
  • the above graphite powder is preferably a graphite powder having a particle size of 145 mesh or less by granulating natural graphite or artificial graphite fine powder with a resin binder.
  • a graphite powder having a particle size of 145 mesh or less by granulating natural graphite or artificial graphite fine powder with a resin binder In general, when 4% by weight or more of graphite is added, molding cannot be performed, but molding is enabled by using granulated graphite.
  • the second invention as a method for producing a sintered bearing for an EGR valve contains 9 to 12% by weight of aluminum, 0.1 to 0.6% by weight of phosphorus and 3 to 10% by weight of graphite, and the balance A method of manufacturing a sintered bearing for an EGR valve containing copper as a main component and containing unavoidable impurities.
  • the manufacturing method does not add a powder of copper as a raw material powder, but includes aluminum-copper alloy powder, phosphorus -Using a copper alloy powder and graphite powder, at least forming a green compact in which a sintering aid is added to the raw material powder, and obtaining a sintered body having an aluminum-copper alloy structure from the green compact It includes a sintering step and a sizing step for dimensioning the sintered body.
  • the phrase “without adding copper powder as a raw material powder” is used in the sense that the powder of copper unavoidably contained at the manufacturing site is allowed.
  • the second invention as the above manufacturing method can also realize a manufacturing method of an aluminum bronze sintered bearing for an EGR valve suitable for mass production with good productivity and low cost.
  • the sintered bearing for EGR valve manufactured thereby has excellent wear resistance, corrosion resistance, and slidability in a high temperature dry environment, and can be made compact and low in cost.
  • no powder of copper is added, the portion where the copper is uneven is almost eliminated, and the occurrence of corrosion due to this portion is avoided, and the corrosion resistance of each particle of the aluminum-copper alloy powder is reduced. By improving, corrosion resistance can be ensured even in a more severe use environment.
  • the aluminum-copper alloy powder as the raw material powder is preferably 7 to 11% by weight aluminum-copper alloy powder, more preferably 8 to 10% by weight aluminum-copper alloy powder. In these cases, the corrosion resistance of each particle of the aluminum-copper alloy powder is improved, and the corrosion resistance of the entire sintered bearing for the EGR valve is improved.
  • the sintered bearing for an EGR valve according to the present invention is excellent in wear resistance, corrosion resistance and slidability in a high temperature dry environment, and can be made compact and low in cost. Moreover, the manufacturing method of the sintered bearing for EGR valves by this invention can implement
  • the portion where the copper simple substance is biased is substantially eliminated, and the occurrence of corrosion due to this portion is avoided.
  • the corrosion resistance of each of the aluminum-copper alloy powder particles can be ensured even in a more severe use environment.
  • FIG. 1 It is a figure explaining the manufacturing process of the sintered bearing for EGR valves of FIG. It is a schematic diagram of the raw material powder mixer. It is a schematic diagram of a mesh belt type continuous furnace. It is a figure which shows the state which set the sintered compact to the metal mold
  • FIGS. 8 to 11 show a first embodiment of a manufacturing method.
  • FIG. 1 is a longitudinal sectional view showing an outline of an EGR valve in which a sintered bearing according to this embodiment is used.
  • the EGR device (not shown), a part of the exhaust gas discharged is recirculated as an EGR gas to the intake system, and the EGR valve 31 is used to adjust the flow rate of the EGR gas.
  • the EGR valve 31 includes a housing 43, an EGR gas passage 44 formed in the housing 43, a valve seat 50 provided in the middle of the EGR gas passage 44, and a valve provided so as to come into contact with the valve seat 50.
  • a body 45, a shaft 46 provided integrally with the valve body 45 and extending from the valve body 45, and a step motor 32 for moving the shaft 46 in the axial direction together with the valve body 45 are provided.
  • Both ends of the EGR gas flow path 44 formed in the housing 43 are an inlet 41 through which EGR gas is introduced and an outlet 42 through which EGR gas is led out.
  • the valve seat 50 is provided in the middle of the EGR gas flow path 44 and has a valve hole 50 a communicating with the EGR gas flow path 44.
  • the shaft 46 is provided between the step motor 32 and the valve body 45, and is disposed through the housing 43 in the vertical direction of the drawing.
  • the valve body 45 is fixed to the lower end of the shaft 46, has a conical shape, and its conical surface comes into contact with or separates from the valve seat 50.
  • a spring receiver 48 is fixed to the upper end of the shaft 46.
  • a compression coil spring 49 is mounted between the spring receiver 48 and a spring receiver 43 a provided in the housing 43. The compression coil spring 49 biases the valve 45 in contact with the valve seat 50 and closes the EGR flow path 44.
  • the shaft 46 is supported by the slide bearing 1 so as to be slidable in the vertical direction.
  • the slide bearing 1 is incorporated in an inner diameter hole provided in the housing 43 and is slidably fitted to the outer diameter surface of the shaft 46.
  • This slide bearing 1 is a sintered bearing for an EGR valve of this embodiment. Details will be described later.
  • the step motor 32 has a configuration in which a cylindrical rotor 35 is disposed on the inner diameter side of a stator 34 in which an exciting coil 33 is mounted in a slot, and N and S poles are alternately magnetized on the outer periphery of the rotor 35.
  • a cylindrical magnet is attached.
  • the rotor 35 is rotatably supported by a pivot bearing 39 at the upper end and a radial bearing 40 at the lower end.
  • a female thread 36 is formed on the inner diameter of the rotor 35, and an output shaft 37 is formed on the inner diameter side of the rotor 35.
  • the output shaft 37 is formed with a male thread 38 that is screwed with the female thread 36.
  • the rotational movement of the rotor 35 is configured to be converted into the vertical movement of the output shaft 37 via the female screw 36 and the male screw 38.
  • the casing 51 of the step motor 32 is integrally formed with a connector 52 protruding laterally, and a terminal 53 extending from the exciting coil is provided.
  • An electronic control unit on the engine side sends a control signal to the step motor 32, and the shaft 46 is lowered against the urging force of the compression coil spring 49 by the operation amount of the step motor 32 corresponding to this control signal, and the valve body 45.
  • the EGR gas whose flow rate is adjusted is returned to the intake side on the engine side through the EGR gas flow path 44 (not shown).
  • the EGR valve 31 is disposed in the vicinity of the combustion chamber of the engine, and may be exposed to a high temperature environment reaching 300 ° C. or more in combination with an increase in the amount of heat generated by the engine as the output increases. Due to such usage conditions and environment, the sintered bearing 1 for the EGR valve of the present embodiment that supports the shaft 46 so as to be slidable in the vertical direction of the drawing is resistant to corrosion, wear, and high temperature in a dry environment. Slidability is required.
  • FIG. 2 shows a longitudinal sectional view of the sintered bearing for the EGR valve of the present embodiment.
  • a sintered bearing for EGR valve (hereinafter also simply referred to as a sintered bearing) 1 is formed in a cylindrical shape having a bearing surface 1a on the inner periphery.
  • a shaft 46 (see FIG. 1) having a valve body 45 is inserted into the inner periphery of the sintered bearing 1.
  • the shaft 46 is slidably supported in the axial direction by the bearing 1 in a high temperature dry environment.
  • the sintered bearing 1 for EGR valve of the present embodiment is formed by filling raw material powder mixed with various powders into a mold, compressing this to form a green compact, and then sintering the green compact. Is done.
  • the raw material powder is an aluminum-copper alloy powder, copper powder, phosphorus-copper alloy powder, graphite powder, and mixed powder obtained by mixing aluminum fluoride and calcium fluoride as sintering aids. Details of each powder are described below.
  • Al-copper alloy powder 40-60% by weight aluminum-copper alloy powder was pulverized to adjust the particle size.
  • the particle size of the aluminum-copper alloy powder is 100 ⁇ m or less, and the average particle size is 35 ⁇ m.
  • an average particle diameter means the average value of the particle diameter measured by laser diffraction. Specifically, the average value of the particle diameters when 5000 powders are measured by laser diffraction with SALD-3100 manufactured by Shimadzu Corporation.
  • the aluminum bronze structure is most excellent in corrosion resistance to sulfidation corrosion and organic acid corrosion in the ⁇ phase.
  • 40-60 wt% aluminum-copper alloy powder strength can be obtained even when graphite is added, and a sintered bearing can be manufactured.
  • the structure is a ⁇ phase, the wear resistance is excellent, but the organic acid corrosion resistance is deteriorated.
  • the ratio ⁇ phase / ⁇ phase between the ⁇ phase and the ⁇ phase is preferably 0.10 ⁇ ⁇ phase / ⁇ phase ⁇ 0.25. If the ratio of ⁇ phase / ⁇ phase is less than 0.10, the wear resistance decreases, which is not preferable. On the other hand, if it exceeds 0.25, the organic acid corrosion resistance decreases, which is not preferable.
  • Copper powder includes atomized powder, electrolytic powder, and pulverized powder. Dendritic electrolytic powder is effective for sufficiently diffusing aluminum in copper, and is excellent in moldability, sinterability, and sliding characteristics. Therefore, in this embodiment, electrolytic powder was used as copper powder. Further, in order to sufficiently diffuse aluminum into copper, two types of electrolytic copper powders having different powder shapes are used, and the ratio W1 of the electrolytic copper powder having an aspect ratio of 2 or more and the ratio W2 of the electrolytic copper powder of less than 2 The ratio W2 / W1 is preferably 3-9. Electrolytic copper powder having an aspect ratio of 2 or more is effective for diffusion of aluminum, but has poor formability. If the ratio W2 / W1 is less than 3, it is not preferable from the viewpoint of moldability, and if it exceeds 9, the aluminum diffusion becomes insufficient, which is not preferable.
  • the average particle diameter of the electrolytic copper powder is 85 ⁇ m.
  • the ratio d2 / d1 between the average particle diameter d1 of the aluminum-copper alloy powder and the average particle diameter d2 of the electrolytic copper powder is preferably set to 2 to 3.
  • the average particle diameter d1 of the aluminum-copper alloy powder is set to 35 ⁇ m
  • the average particle diameter d2 of the electrolytic copper powder is set to 85 ⁇ m.
  • the present invention is not limited to this, and an aluminum-copper alloy powder having an average particle size of about 20 to 65 ⁇ m can be used.
  • An electrolytic copper powder has a particle size of 200 ⁇ m or less and an average particle size of about 60 to 120 ⁇ m Things can be used.
  • Phosphor alloy powder As the phosphorus alloy powder, 7 to 10% by weight phosphorus-copper alloy powder was used. Phosphorus has the effect of increasing the wettability between the solid and liquid phases during sintering.
  • the amount of phosphorus blended is preferably 0.1 to 0.6% by weight, specifically 0.1 to 0.4% by weight. If the amount is less than 0.1% by weight, the effect of promoting the sintering between the solid and liquid phases is poor. On the other hand, if the amount exceeds 0.4% by weight, which is the preferred value, the sintering proceeds too much and the aluminum segregates and ⁇ Phase precipitation increases and the sintered body becomes brittle.
  • Graphite powder Graphite exists mainly as free graphite in pores dispersed and distributed in the base material, imparts excellent lubricity to the sintered bearing, and contributes to improvement of wear resistance.
  • the amount of graphite is preferably 3 to 10% by weight, more preferably 6 to 10% by weight. If it is less than 6% by weight, it becomes difficult to obtain an effect of improving lubricity and wear resistance by adding graphite as a sintered bearing for an EGR valve in a high temperature dry environment. If it is less than 3% by weight, the effect of improving lubricity and wear resistance by adding graphite cannot be obtained as a sintered bearing for an EGR valve in a high temperature dry environment.
  • the graphite powder used is a graphite powder having a particle size of 145 mesh or less, which is obtained by granulating natural graphite or artificial graphite fine powder with a resin binder.
  • Aluminum fluoride and calcium fluoride In the case of aluminum-copper alloy powder, the aluminum oxide film formed on the surface during sintering significantly inhibits the sintering.
  • aluminum fluoride and calcium fluoride as sintering aids are used in the sintering of aluminum-copper alloy powder.
  • a sintering temperature of 850 to 900 ° C. By gradually evaporating while melting at a sintering temperature of 850 to 900 ° C., the surface of the aluminum-copper alloy powder is protected and the formation of aluminum oxide is suppressed, thereby promoting the sintering and enhancing the diffusion of aluminum.
  • Aluminum fluoride and calcium fluoride evaporate and volatilize during sintering, and therefore hardly remain in the finished product of the sintered bearing.
  • Aluminum fluoride and calcium fluoride as sintering aids are 0.05 to 0 in total with respect to a total of 100% by weight of aluminum, phosphorus, graphite, raw material powder having copper as the main component and the inevitable impurities. It is preferable to add at about 2% by weight. If it is less than 0.05% by weight, the effect as a sintering aid is insufficient, and a dense sintered body having an appropriate strength cannot be obtained. On the other hand, if it exceeds 0.2% by weight, the effect as a sintering aid will reach its peak even if it is added more, and it is preferable to keep it to 0.2% by weight or less from the viewpoint of cost.
  • the aluminum content is 9 to 12% by weight
  • phosphorus is 0.1 to 0.4% by weight
  • graphite is 6 to 10% by weight
  • Aluminum-copper alloy powder, electrolytic copper powder, phosphorus alloy powder, and graphite powder were mixed to obtain a raw material powder in such a ratio that the main component was copper.
  • 0.05 to 0.2% by weight in total of aluminum fluoride and calcium fluoride as sintering aids, zinc stearate, calcium stearate, etc. to facilitate moldability 0.1 to 1% by weight of a lubricant was added.
  • the aluminum content is 9 to 12 parts by weight
  • phosphorus is 0.1 to 0.4 parts by weight
  • graphite is 6 to 10 parts.
  • Aluminum-copper alloy powder, electrolytic copper powder, phosphorus alloy powder, and graphite powder were mixed to obtain a raw material powder in such a ratio that the main component of the balance was copper by weight.
  • a total of 0.05 to 0.2 parts by weight of aluminum fluoride and calcium fluoride as sintering aids, zinc stearate, calcium stearate, etc. to facilitate moldability 0.1 to 1 part by weight of a lubricant was added.
  • the amount of phosphorus added is preferably 0.1 to 0.6 parts by weight, specifically 0.1 to 0.4 parts by weight. If the amount is less than 0.1 parts by weight, the effect of promoting the sintering between the solid and liquid phases is poor. On the other hand, if the amount exceeds 0.6 parts by weight, which is the preferred value, 0.4 parts by weight, the sintering proceeds too much and segregates aluminum. Then, precipitation of the ⁇ phase increases and the sintered body becomes brittle.
  • the blending amount of graphite is preferably 3 to 10 parts by weight, and more preferably 6 to 10 parts by weight. If it is less than 6 parts by weight, it becomes difficult to obtain an effect of improving lubricity and wear resistance by adding graphite as a sintered bearing for an EGR valve in a high temperature dry environment. If it is less than 3 parts by weight, the effect of improving lubricity and wear resistance by adding graphite cannot be obtained as a sintered bearing for an EGR valve in a high temperature dry environment. On the other hand, if it exceeds 10 parts by weight, the material strength is lowered, and the diffusion of aluminum into copper is hindered. In general, when 4 parts by weight or more of graphite is added, molding cannot be performed, but molding is made possible by using granulated graphite.
  • the sintered bearing 1 is subjected to sizing on both the outer diameter surface 1b and the inner bearing surface 1a after sintering. Therefore, the inner diameter and outer diameter are corrected to improve accuracy. Further, the surface roughness of the inner diameter surface is improved and the slidability is improved.
  • FIG. 2 shows the surface compression layer of the sintered bearing 1 by hatching. Hatching is given only to the upper half of the bearing 1 in the radial direction, and the lower half is not shown.
  • the surface layer of the sintered bearing 1 has a compression layer.
  • the density ratio ⁇ o of the outer compression surface Po on the outer diameter surface 1b side and the density ratio ⁇ b of the outer compression layer Pb on the bearing surface 1a side are both higher than the internal density ratio ⁇ i, and both density ratios ⁇ o and ⁇ b are present.
  • ⁇ i the density ratios ⁇ o and ⁇ b are present.
  • the average value of the depth of the compression layer Po of the surface layer on the outer diameter surface 1b side is To
  • the average value of the depth of the compression layer Pb of the surface layer on the bearing surface 1a side is Tb
  • the inner diameter dimension D1 of the bearing surface When the ratios are To / D1 and Tb / D1, respectively, it is preferable to set 1/100 ⁇ To / D1 and Tb / D1 ⁇ 1/15.
  • the density ratio ⁇ is expressed by the following equation.
  • ⁇ (%) ( ⁇ 1 / ⁇ 0) ⁇ 100
  • ⁇ 1 the density of the porous body
  • ⁇ 0 the density To / D1 and Tb / D1 when the porous body is assumed to have no pores are less than 1/100, the collapse of the pores is insufficient, If it exceeds 1/15, the pores are too crushed, which is not preferable.
  • Table 1 shows the material composition specifications of the conventional bronze standard products in FIGS. 3 to 7 and prototypes 1 to 3 according to this embodiment.
  • FIG. 3 and Fig. 4 show the results of the torque test of the bronze standard product and the prototype.
  • FIG. 3 shows the results of the torque test (1)
  • FIG. 4 shows the results of the torque test (2).
  • the torque tests (1) and (2) were both conducted without oil and without oil (dry).
  • the ambient temperature was room temperature. In a dry environment, the tendency of the sliding characteristics of the EGR valve in a high temperature environment (about 350 ° C.) and the sliding characteristics at room temperature is considered to be the same.
  • the prototypes 1 to 3 have a median aluminum blending amount of 10
  • Each test was carried out by fixing the weight% and changing the amount of graphite added.
  • Block-on-ring test Block-shaped test pieces were manufactured with the material composition specifications of bronze standard products and prototypes 1 to 3, and the wear resistance was evaluated using a block-on-ring tester. ⁇ Test conditions> ⁇ Tester: Block-on-ring tester [manufactured by NTN Corporation] ⁇ Load: 14.7N ⁇ Rotational speed: 430 rpm (54.0 m / min) ⁇ Test time: 60 min ⁇ Lubrication method: Oil-free and oil-free (dry) ⁇ Partner material: Material: SUS420J2 Submerged quenching (hardness HV550-650), rotation diameter (outer diameter) and width: outer diameter ⁇ 40 mm ⁇ width 4 mm, surface roughness: aiming at 0.02 ⁇ mRa
  • Figure 5 shows the results of the block-on-ring test.
  • the ambient temperature was set to room temperature, but the wear resistance and tendency of the EGR valve in a high temperature dry environment are considered to be the same. From the test results, it was found that the prototypes 1 to 3 all had less wear and superior wear resistance than the bronze standard products.
  • Prototype 2 in which the amount of graphite added is 8% by weight has the highest wear resistance.
  • the amount of wear of the prototype 3 in which the amount of graphite added was 10% by weight increased, but this is considered to be because the material strength was slightly reduced due to the amount of graphite added and it was easy to cut. From this test result, it was found that the amount of graphite that can be used as a bearing for an EGR valve was 3 to 10% by weight, preferably 6 to 10% by weight.
  • Test piece size Inner diameter ⁇ 6mm x Outer diameter ⁇ 12mm x Width 6mm ⁇ Number of test pieces: 5 ⁇
  • Corrosive solution aqueous solution of 1% formic acid + 1% acetic acid ⁇ Atmospheric temperature: 60 ° C
  • Fig. 6 shows the weight change rate after standing for 24 hours.
  • Prototypes 1 to 3 all had a smaller weight change rate than the bronze standard products.
  • prototype 3 in which the amount of graphite added was 10% by weight had the smallest weight change rate.
  • Fig. 7 shows the rate of change in weight after standing for 72 hours.
  • Prototypes 1 to 3 all have less weight change rate than standard bronze products.
  • Prototype 3 in which the amount of graphite added was 10% by weight had the smallest weight change rate, and there was almost no change compared to the result after standing for 24 hours.
  • the addition amount of graphite is 3 to 10% by weight, preferably 6 to 10% by weight as a sintered bearing for EGR valve used in a high temperature dry environment. It was confirmed. On the other hand, if the amount of graphite exceeds 10% by weight, diffusion of aluminum into copper is hindered, which is not preferable on the sintered surface.
  • the amount of aluminum was set to 9 to 11% by weight.
  • the upper limit of the amount of aluminum is preferably 12% by weight.
  • Table 3 shows the results of measuring the hardness of the sintered bearing for the EGR valve in the first embodiment.
  • the hardness values shown in Table 3 are values evaluated based on Vickers hardness (Hv: Vickers hardness) at a test load of 25 g.
  • Hv Vickers hardness
  • the hardness value will be described as a value based on the Vickers hardness (Hv).
  • the hardness of the copper-based sintered bearing is also shown as Comparative Example 1.
  • the hardness of the copper-based sintered bearing is approximately 70 to 80, whereas the hardness of the sintered bearing for the EGR valve in the first embodiment is approximately 120 to 220, for example. From the results, it can be determined that the sintered bearing for the EGR valve in the first embodiment is a sintered bearing that is more excellent in wear resistance than the copper-based sintered bearing. This is because the hardness of the ⁇ phase, which is a soft phase, is approximately 120 to 140, and the hardness of the ⁇ phase, which is a hard phase, is approximately 200 to 220, and the sintered bearing for the EGR valve in the first embodiment. The hardness of any phase is due to being harder than the hardness of the copper-based sintered bearing.
  • the raw material powder preparation step S1 In the raw material powder preparation step S1, the raw material powder of the sintered bearing 1 is prepared and generated.
  • the raw material powder is 40 to 60 wt% aluminum-copper alloy powder 18 to 24 wt%, 7 to 10 wt% phosphorus-copper alloy powder 2 to 4 wt%, graphite powder 6 to 10 wt%, electrolytic copper powder
  • the total amount of aluminum fluoride and calcium fluoride is 0.05 to 0.2% by weight as a sintering aid with respect to a total of 100% by weight of the remaining weight%.
  • a lubricant such as zinc stearate and calcium stearate was added in an amount of 0.1 to 1% by weight. By adding the lubricant, it is possible to smoothly release the green compact described later, and to avoid the collapse of the shape of the green compact accompanying the release.
  • aluminum-copper alloy powder is 18 to 24% by weight
  • 7 to 10% by weight phosphorus-copper alloy powder is 2 to 4% by weight
  • graphite powder is 6 to 10% by weight
  • electrolytic copper powder is left.
  • the aluminum content is, for example, not less than 8.5% by weight and not more than 10% by weight, specifically, not less than 9% by weight and not more than 9.5% by weight with respect to the total of 100% by weight.
  • the raw material powder is 18 to 24 parts by weight of 40 to 60% by weight aluminum-copper alloy powder, 2 to 4 parts by weight of 7 to 10% by weight phosphorus-copper alloy powder, and 3 to 10 parts by weight of graphite powder, preferably 6 to 10 parts by weight, and a total of 100 parts by weight with the electrolytic copper powder as the remaining part by weight, and 0.05 to 0.2 parts by weight of aluminum fluoride and calcium fluoride as a sintering aid,
  • a material added with 0.1 to 1 part by weight of a lubricant such as zinc stearate or calcium stearate.
  • the aluminum content is, for example, not less than 8.5 parts by weight and not more than 10 parts by weight, specifically, not less than 9 parts by weight and not more than 9.5 parts by weight with respect to 100 parts by weight as a total.
  • Mating step S2 For example, the raw material powder M is put into a can body 11 of a V-type mixer 10 shown in FIG. 9, and the can body 11 is rotated and mixed uniformly.
  • the green compact having the shape of the sintered bearing 1 is formed by compacting the raw material powder.
  • the green compact is compression molded so that the density ratio ⁇ of the sintered body formed by heating at a sintering temperature or higher is 70% or more and 80% or less.
  • a molding die that defines a cavity that follows the shape of a green compact is set in a CNC press using a servo motor as a drive source, and the above-mentioned raw material powder filled in the cavity is added to 200 to A green compact is formed by compressing at a pressure of 700 MPa.
  • the molding die may be heated to 70 ° C. or higher.
  • the problem of insufficient strength of the green compact due to a decrease in formability due to fluidity is improved by using aluminum-copper alloy powder as the aluminum source.
  • aluminum-copper alloy powder as the aluminum source.
  • it has good production efficiency and is suitable for mass production.
  • What is important in the sintering process is to improve the corrosion resistance and bearing performance by sufficiently diffusing aluminum into copper to improve the corrosion resistance and making the aluminum bronze structure an ⁇ phase.
  • it becomes the ⁇ phase it becomes hard and has excellent wear resistance, but the organic acid corrosion resistance decreases. Therefore, it has been found that it is necessary to reduce the amount of aluminum so as to suppress the precipitation of the ⁇ phase as much as possible.
  • the aluminum structure preferably has a ratio ⁇ phase / ⁇ phase of ⁇ phase to ⁇ phase of 0.10 ⁇ ⁇ phase / ⁇ phase ⁇ 0.25. If the ratio of ⁇ phase / ⁇ phase is less than 0.10, the wear resistance decreases, which is not preferable. On the other hand, if it exceeds 0.25, the organic acid corrosion resistance decreases, which is not preferable.
  • the sintering temperature is preferably 900 to 950 ° C., more preferably 900 to 920 ° C. (eg, 920 ° C.).
  • the atmosphere gas is hydrogen gas, nitrogen gas or a mixed gas thereof, and the longer the sintering time, the better the corrosion resistance.
  • 20 to 60 minutes for example, 30 minutes Is preferred.
  • Aluminum-copper alloy powder generates various liquid phases when the eutectic temperature is 548 ° C or higher.
  • the liquid phase expands, and a sintered neck is formed by the generated liquid phase, leading to densification and shrinking of dimensions.
  • the surface of the sintered body is oxidized, and sintering is hindered so that densification does not occur and the dimensions remain expanded.
  • the strength of the sintered body can be sufficiently ensured.
  • the mesh belt type continuous furnace 15 Since the mesh belt type continuous furnace 15 is used, the sintering time can be shortened and mass-produced from the loading to taking-out of the green compact 1 ', and the cost can be reduced. Moreover, sufficient strength can be secured in terms of the function of the sintered bearing.
  • a high-quality sintered body can be formed by the effect of the added phosphorus alloy powder.
  • Phosphorous improves the wettability between the solid and liquid phases during sintering, and a good sintered body can be obtained.
  • the amount of phosphorus is preferably 0.1 to 0.6% by weight, specifically 0.1 to 0.4% by weight. If it is less than 0.1% by weight, the effect of promoting the sintering between the solid and liquid phases is poor. On the other hand, if it exceeds 0.6% by weight, which is the preferred value of 0.4% by weight, the obtained sintered body segregates. It becomes brittle.
  • graphite is present as free graphite mainly in the pores distributed and distributed in the base material, imparts excellent lubricity to the sintered bearing, and contributes to improvement of wear resistance.
  • the amount of graphite is preferably 3 to 10% by weight, more preferably 6 to 10% by weight. If it is less than 6% by weight, it becomes difficult to obtain an effect of improving lubricity and wear resistance by adding graphite as a sintered bearing for an EGR valve in a high temperature dry environment. If it is less than 3% by weight, the effect of improving lubricity and wear resistance by adding graphite cannot be obtained as a sintered bearing for an EGR valve in a high temperature dry environment. On the other hand, if it exceeds 10% by weight, the material strength is lowered and the diffusion of aluminum into copper is hindered.
  • FIG. 11 shows details of the sizing step S5.
  • the die for sizing processing includes a die 20, an upper punch 21, a lower punch 22, and a core 23.
  • the sintered body 1 ′′ is set on the lower punch 22 with the core 23 and the upper punch 21 retracted upward.
  • FIG. 11c the sintered body 1 ′′ is pushed into the die 20 by the upper punch 21 and compressed by the upper and lower punches 21 and 22. As a result, the sintered body 1 ′′ is obtained.
  • the surface of is sized.
  • a die for the above sizing process is composed of a die 20, a pair of punches 21, 22 and a core 23, and is compressed from both sides in the axial direction and the outer diameter side of the sintered body 1 '' by the punches 21, 22 and the die 20.
  • the sintered bearing 1 for an EGR valve of the present embodiment manufactured by the process as described above is excellent in wear resistance, corrosion resistance, and slidability in a high temperature dry environment, and is downsized and reduced in cost. be able to.
  • the sintered bearing for EGR valve and the manufacturing method of the first embodiment the aluminum-copper alloy powder and the electrolytic copper powder are used as the raw material powder to be the aluminum source and the copper source, but in the second embodiment, copper is used.
  • the difference from the first embodiment is that an aluminum-copper alloy powder is used without adding a single electrolytic copper powder.
  • the aluminum content is 9 to 12% by weight
  • phosphorus is 0.1 to 0.4% by weight
  • graphite is 6 to 10% by weight
  • the composition of copper as the component is the same as in the first embodiment.
  • the raw material powders are different as follows. That is, aluminum-copper alloy powder, phosphorus alloy powder and graphite are mixed in such a ratio that the above composition is obtained without adding electrolytic copper powder of a single element of copper, and sintering aid is added to the total of 100% by weight. Addition of 0.05 to 0.2% by weight of aluminum fluoride and calcium fluoride as additives, and 0.1 to 1% by weight of lubricants such as zinc stearate and calcium stearate to facilitate moldability did.
  • the aluminum content is 9 to 12 parts by weight
  • phosphorus is 0.1 to 0.4 parts by weight
  • graphite is 6 to 10 parts by weight
  • the remaining main component is A copper composition
  • the raw material powder is as follows. That is, aluminum-copper alloy powder, phosphorus alloy powder, and graphite are mixed in such a ratio that the above composition is obtained without adding electrolytic copper powder of copper alone. Addition of 0.05 to 0.2 parts by weight of aluminum fluoride and calcium fluoride, and 0.1 to 1 parts by weight of lubricant such as zinc stearate and calcium stearate to facilitate moldability did.
  • the aluminum bronze structure of the present embodiment using an aluminum-copper alloy powder as a copper source and not adding a powder of copper alone has a ratio ⁇ phase / ⁇ phase ⁇ phase / ⁇ phase, 0 ⁇ ⁇ phase / ⁇ phase. It is preferable that ⁇ 0.10. When it is in the range of 0 ⁇ ⁇ phase / ⁇ phase ⁇ 0.10, the organic acid corrosion resistance is excellent.
  • Table 4 shows the results of measuring the hardness of the sintered bearing for the EGR valve in the second embodiment. Since the hardness evaluation method shown in Table 4 and the hardness evaluation method shown in Table 3 are the same, detailed description thereof is omitted here.
  • the hardness of the copper-based sintered bearing is approximately 70 to 80, whereas the hardness of the EGR valve sintered bearing in the second embodiment is approximately 100 to 240, for example. From the results, it can be determined that the sintered bearing for EGR valve in the second embodiment is a sintered bearing having higher wear resistance than the copper-based sintered bearing. This is because the hardness of the ⁇ phase, which is a soft phase, is approximately 100 to 140, and the hardness of the ⁇ phase, which is a hard phase, is approximately 200 to 240, and the sintered bearing for the EGR valve in the second embodiment. The hardness of any phase is due to being harder than the hardness of the copper-based sintered bearing.
  • the sintered bearing for the EGR valve of this embodiment can ensure corrosion resistance even in a more severe usage environment.
  • the raw material powder preparation step S1 In the raw material powder preparation step S1, the raw material powder of the sintered bearing 1 is prepared.
  • the raw material powder is 7 to 11 wt% aluminum-copper alloy powder, preferably 8 to 10 wt% aluminum-copper alloy powder), 85 to 93 wt%, and 7 to 10 wt% phosphorus-copper alloy powder is 1 to 5 wt%.
  • Graphite powder is 6 to 10% by weight, total 100% by weight
  • sintering aid is aluminum fluoride and calcium fluoride in total 0.05 to 0.2% by weight, easy to form As a lubricant, 0.1 to 1% by weight of zinc stearate was added.
  • the 7 to 11 wt% aluminum-copper alloy powder was pulverized and adjusted in particle size.
  • the raw material powder is charged into, for example, the can body 11 of the V-type mixer 10 shown in FIG. 9, and the can body 11 is rotated and mixed uniformly.
  • the total aluminum content is, for example, not less than 8.5 parts by weight and not more than 10 parts by weight, specifically, not less than 9 parts by weight and not more than 9.5 parts by weight.
  • the raw material powder is 7 to 11 wt% aluminum-copper alloy powder, preferably 85 to 93 parts by weight of 8 to 10 wt% aluminum-copper alloy powder, and 1 to 5 7 to 10 wt% phosphorus-copper alloy powder.
  • the total amount of aluminum fluoride and calcium fluoride as sintering aids is 0.05 to 0.005 parts by weight with respect to 100 parts by weight of 3 parts by weight and 3 to 10 parts by weight, preferably 6 to 10 parts by weight of graphite powder. 2 parts by weight and a lubricant added with 0.1 to 1 part by weight of zinc stearate as a lubricant for facilitating moldability can be used.
  • the sintered bearing of the present embodiment includes, for example, a sintered bearing for EGR valve that does not contain oils such as lubricating oil, and a sintered bearing for EGR valve that contains a small amount of lubricating oil depending on the type of EGR valve. Can be used.

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Abstract

　９～１２重量％のアルミニウムと０．１～０．６重量％の燐と３～１０重量％の黒鉛を含有し、残部の主成分を銅とし、不可避的不純物を含んだＥＧＲバルブ用焼結軸受１であって、この焼結軸受１は、アルミニウム－銅合金が焼結された組織を有し、分散して形成された気孔内に遊離黒鉛が分布していることを特徴とする。

Description

ＥＧＲバルブ用焼結軸受およびその製造方法
　本発明は、耐摩耗性、耐腐食性および高温ドライ環境下での摺動性に優れたＥＧＲバルブ用焼結軸受およびその製造方法に関する。
　一般に、自動車エンジンなどの内燃機関の排ガス対策の一環として、これらの内燃機関には、一度排出されたガスを再び吸入空気と混合させて、燃焼室内の空気の酸素濃度を低下させ燃焼温度を低下させることで、窒素酸化物（ＮＯｘ）の低減を図る排気ガス再循環装置（以下、ＥＧＲ装置ともいう）が広く採用されている。ＥＧＲとは、「Ｅｘｈａｕｓｔ　Ｇａｓ　Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ」の略称とされ、排気ガス再循環を意味する。このＥＧＲ装置では、排出される排気ガスの一部を再循環排ガス（以下、ＥＧＲガスともいう）として吸気側へ再循環させるが、そのＥＧＲガスの流量を調節するために、再循環排ガス流量制御弁（以下、ＥＧＲバルブともいう）が使用されている。
　近年の内燃機関の高出力化や低燃費化はめざましく、かつ軽量化およびコンパクト化に対する要求も強く、ＥＧＲバルブもこれらの要求に答える必要がある。さらに、ＥＧＲバルブは、エンジンの燃焼室の近傍に配置されるようになってきた結果、高出力化に伴うエンジン発熱量の増大と相俟って、３００℃以上にも達する高温環境に曝される場合がある。このような使用条件、環境のため、ＥＧＲバルブの弁を作動させる往復動シャフトを摺動自在に支持する軸受には、耐摩耗性、耐腐食性および高温ドライ（無含油）環境下での摺動性が要求される。
　このような用途に使用する焼結軸受として、例えば、特許文献１には、Ｃｕ－Ｎｉ－Ｓｎ－Ｃ－Ｐ系の焼結軸受が公開されている。
　一方、機械的特性と耐食性に優れた焼結軸受として、アルミニウム青銅系の焼結軸受が知られている。この焼結軸受では、焼結時に昇温する過程で表面に酸化アルミニウム膜が生成しアルミニウムの拡散を阻害するために十分な耐腐食性と強度を有する焼結体を容易に得ることができないという問題がある。特許文献２には、前記問題を改良するために、焼結アルミニウム含有銅合金用混合粉末およびその製造方法に関する技術が公開されている。
特開２００６－６３３９８号公報 特開２００９－７６５０号公報
　特許文献１に記載されたＣｕ－Ｎｉ－Ｓｎ－Ｃ－Ｐ系の焼結軸受では、強度や耐摩耗性は向上するが、耐食性の面では十分なものとはいえない。また、希少金属であるＮｉを含有するので、コスト面でも問題がある。
　特許文献２に記載されたアルミニウム含有銅合金粉末は成形性および焼結性に優れたものであるが、当該アルミニウム含有銅合金粉末を用いたアルミニウム青銅系焼結軸受として、安定した耐腐食性、機械的特性、コンパクト化、低コスト化を満たす多量生産に適した製品を得るためには、更なる検討が必要である。
　従来の問題に鑑み、本発明は、耐摩耗性、耐腐食性および高温ドライ環境下での摺動性を向上させると共に、コンパクト化、低コスト化を図ったＥＧＲバルブ用アルミニウム青銅系焼結軸受を提供すること、および生産性がよく、低コストで、多量生産に好適なＥＧＲバルブ用アルミニウム青銅系焼結軸受の製造方法を提供することを目的とする。
　本発明者らは、アルミニウム青銅系焼結軸受およびその製造方法において、軸受機能の向上と共に、コンパクト化、低コスト化、生産性の向上を図るために、焼結による膨張を有効利用するという新規な着想を前提条件として、前述したような高温ドライ環境下にあるＥＧＲバルブ用焼結軸受おいて、耐摩耗性、耐腐食性および高温ドライ環境下での摺動性等の性能を確保するために、種々の検討と試験評価を行い、以下の知見を得たことにより本発明に至った。
（１）ＥＧＲバルブ用焼結軸受の高温ドライ環境下での摺動性については、初期なじみの問題がないので、アルミニウム青銅焼結軸受としての通常のアルミニウム配合量が適用できることに着目した。
（２）ドライ環境下において、黒鉛の添加量を増やすほど摩擦係数が低く、摺動性に優れることが分かった。反面、黒鉛の添加量を増量すると、アルミニウムの銅への拡散が阻害されるので、考慮が必要である。
（３）耐摩耗性については、黒鉛の添加量を増量すると耐摩耗性が向上するが、黒鉛添加量１０重量％から摩耗量が若干多くなり、材料強度の低下が原因と思われる。
（４）黒鉛の添加量を増量すると、有機酸腐食による重量変化率が少なく、長時間放置後も重量変化率がほとんど変化しない。
（５）アルミニウムの配合量とアルミニウム青銅組織の関係では、アルミニウムの配合量は多くなるほどβ相の割合が多くなる。β相は５６５℃で共析変態し、α相とγ相になり、アルミニウム配合量が多くなるほどγ相の割合が多くなる。γ相は、ＥＧＲバルブ用焼結軸受においては、耐有機酸腐食性を低下させるので、銅源として、アルミニウム－銅合金粉末を用い、銅単体の粉末を添加しない場合は、γ相とα相との比を、０≦γ相／α相≦０．１０とする。
（６）焼結温度と耐腐食性の関係では、焼結温度を高くするとアルミニウムの拡散が増進し耐腐食性が向上する。
（７）添加剤である燐は、焼結過程でのアルミニウムの拡散の促進で、アルミニウム量を減らすことができ耐腐食性を劣化するアルミニウム組織のγ相の析出を削減できることが考えられる。
　前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、９～１２重量％のアルミニウムと０．１～０．６重量％の燐と３～１０重量％の黒鉛を含有し、残部の主成分を銅とし、不可避的不純物を含んだＥＧＲバルブ用焼結軸受であって、この焼結軸受は、アルミニウム－銅合金が焼結された組織を有し、分散して形成された気孔内に遊離黒鉛が分布していることを特徴とする。これにより、耐摩耗性、耐腐食性および高温ドライ環境下での摺動性に優れ、コンパクト化、低コスト化を図ったＥＧＲバルブ用アルミニウム青銅系焼結軸受を実現できる。
　また、ＥＧＲバルブ用焼結軸受の製造方法としての本発明は、９～１２重量％のアルミニウムと０．１～０．６重量％の燐と３～１０重量％の黒鉛を含有し、残部の主成分を銅とし、不可避的不純物を含んだＥＧＲバルブ用焼結軸受の製造方法であって、この製造方法は、原料粉末としてアルミニウム－銅合金粉、電解銅粉、燐－銅合金粉および黒鉛粉を用い、少なくとも、原料粉末に焼結助剤が添加された圧粉体を成形する成形工程と、前記圧粉体からアルミニウム－銅合金組織を有する焼結体を得る焼結工程と、前記焼結体を寸法整形するサイジング工程とを含んでいることを特徴とする。これにより、生産性がよく、低コストで、多量生産に好適なＥＧＲバルブ用アルミニウム青銅系焼結軸受の製造方法を実現することができる。これに基づき製造されたＥＧＲバルブ用焼結軸受は、耐摩耗性、耐腐食性および高温ドライ環境下での摺動性に優れ、コンパクト化、低コスト化を図ることができる。
　上記のアルミニウム－銅合金の組織は、α相を有していることが好ましい。α相は、耐有機酸腐食性に対して有効なものである。
　上記のアルミニウム－銅合金の組織（以下、アルミニウム青銅組織ともいう）は、銅源として、アルミニウム－銅合金粉末を用い、銅単体の粉末を添加しない場合は、γ相とα相との比γ相／α相を、０≦γ相／α相≦０．１０とすることが好ましい。０≦γ相／α相≦０．１０の範囲であれば、耐有機酸腐食性に優れる。
　上記のＥＧＲバルブ用焼結軸受には、焼結助剤としての錫を添加しないことが好ましい。錫はアルミニウムの拡散を妨げるので好ましくない。
　上記のＥＧＲバルブ用焼結軸受の製造方法において、焼結助剤として、前記アルミニウム－銅合金粉、電解銅粉、燐－銅合金粉および黒鉛粉からなる原料粉末の合計１００重量％に対して、フッ化アルミニウムおよびフッ化カルシウムを合計で０．０５～０．２重量％添加することが好ましい。０．０５重量％未満では、焼結助剤としての効果が不十分となり、緻密で適宜の強度を有する焼結体が得られない。一方、０．２重量％を超えると、それ以上添加しても焼結助剤としての効果は頭打ちとなり、コスト的な観点から０．２重量％以下に止めることが好ましい。
　上記のアルミニウム－銅合金粉の平均粒径ｄ１と電解銅粉の平均粒径ｄ２との比ｄ２／ｄ１を２～３とすることが好ましい。比ｄ２／ｄ１がこの範囲にあると、アルミニウムを銅に十分拡散させることができ、耐腐食性に優れる。
　上記の電解銅粉は、粉末形状が異なるもので構成され、アスペクト比が２以上の電解銅粉の割合Ｗ１と２未満の電解銅粉の割合Ｗ２との比Ｗ２／Ｗ１を３～９とすることが好ましい。アスペクト比が２以上の電解銅粉は、アルミニウムの拡散のためには有効であるが、成形性が悪い。比Ｗ２／Ｗ１が、３未満であると成形性の面から好ましくなく、一方、９を超えるとアルミニウムの拡散が不十分となるので好ましくない。ここで、アスペクト比とは、粉末の長軸長さを粉末の厚みで除した比を意味する。
　上記の前記黒鉛粉は、天然黒鉛、又は人造黒鉛の微粉を樹脂バインダで造粒後粉砕し、粒径１４５メッシュ以下の黒鉛粉末にしたものが好ましい。一般的に黒鉛を４重量％以上添加すると成形することができないが、造粒黒鉛を使用することで成形を可能にした。
　ＥＧＲバルブ用焼結軸受の製造方法としての第２の発明は、９～１２重量％のアルミニウムと０．１～０．６重量％の燐と３～１０重量％の黒鉛を含有し、残部の主成分を銅とし、不可避的不純物を含んだＥＧＲバルブ用焼結軸受の製造方法であって、この製造方法は、原料粉末として、銅単体の粉末を添加せず、アルミニウム－銅合金粉、燐－銅合金粉および黒鉛粉を用い、少なくとも、原料粉末に焼結助剤が添加された圧粉体を成形する成形工程と、前記圧粉体からアルミニウム－銅合金組織を有する焼結体を得る焼結工程と、前記焼結体を寸法整形するサイジング工程とを含んでいることを特徴とする。ここで、原料粉末としての銅単体の粉末を添加せずとは、製造現場において不可避的に含まれる銅単体の粉末は許容する意味で用いる。
　上記の製造方法としての第２の発明も、生産性がよく、低コストで、多量生産に好適なＥＧＲバルブ用アルミニウム青銅系焼結軸受の製造方法を実現することができる。また、これにより製造されたＥＧＲバルブ用焼結軸受は、耐摩耗性、耐腐食性および高温ドライ環境下での摺動性に優れ、コンパクト化、低コスト化を図ることができる。さらに、銅単体の粉末が添加されていないので、銅単体が偏った部分が略無くなり、この部分による腐食の発生が回避されると共に、アルミニウム－銅合金粉の粒一つ一つの耐腐食性が向上することにより、さらに厳しい使用環境に対しても耐腐食性を確保することができる。
　上記の原料粉末としてのアルミニウム－銅合金粉が、７～１１重量％アルミニウム－銅合金粉末であることが好ましく、例えば８～１０重量％アルミニウム－銅合金粉末であることがより好ましい。これらの場合、アルミニウム－銅合金粉の粒一つ一つの耐腐食性が向上し、ＥＧＲバルブ用焼結軸受全体の耐腐食性が向上する。
　本発明によるＥＧＲバルブ用焼結軸受は、耐摩耗性、耐腐食性および高温ドライ環境下での摺動性に優れ、コンパクト化、低コスト化を図ることができる。また、本発明によるＥＧＲバルブ用焼結軸受の製造方法は、生産性がよく、低コストで、多量生産に好適なＥＧＲバルブ用アルミニウム青銅系焼結軸受の製造方法を実現することができる。
　さらに、銅単体の粉末を添加せず、アルミニウム－銅合金粉を用いた製造方法としての第２の発明によれば、銅単体が偏った部分が略無くなり、この部分による腐食の発生が回避されると共に、アルミニウム－銅合金粉の粒一つ一つの耐腐食性が向上することにより、さらに厳しい使用環境に対しても耐腐食性を確保することができる。
本発明の第１の実施形態に係るＥＧＲバルブ用焼結軸受が使用されるＥＧＲバルブの概要を示す縦断面図である。 本発明の第１の実施形態に係るＥＧＲバルブ用焼結軸受および本発明の第１の実施形態に係る製造方法に基づくＥＧＲバルブ用焼結軸受の縦断面図である。 トルク試験の結果を示すグラフである。 トルク試験の結果を示すグラフである。 耐摩耗性の試験結果を示すグラフである。 耐腐食性の試験結果を示すグラフである。 耐腐食性の試験結果を示すグラフである。 図２のＥＧＲバルブ用焼結軸受の製造工程を説明する図である。 原料粉末の混合機の概要図である。 メッシュベルト式連続炉の概要図である。 焼結体をサイジング加工の金型にセットした状態を示す図である。 コアが下降した状態を示す図である。 サイジング加工が終了した状態を示す図である。
　以下、本発明のＥＧＲバルブ用焼結軸受についての第１の実施形態およびその製造方法についての第１の実施形態を添付図面に基づいて説明する。ＥＧＲバルブ用焼結軸受についての第１の実施形態を図１～７に示し、製造方法についての第１の実施形態を図８～１１に示す。
　図１は、本実施形態に係る焼結軸受が使用されるＥＧＲバルブの概要を示す縦断面図である。ＥＧＲ装置（図示省略）では、排出される排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気系へ再循環させるが、そのＥＧＲガスの流量を調節するために、ＥＧＲバルブ３１が使用されている。
　ＥＧＲバルブ３１は、ハウジング４３と、ハウジング４３に形成されたＥＧＲガス流路４４と、ＥＧＲガス流路４４の途中に設けられた弁座５０と、弁座５０に当接可能に設けられた弁体４５と、弁体４５と一体的に設けられ、弁体４５から延びるシャフト４６と、弁体４５と共にシャフト４６をその軸方向へ移動させるためのステップモータ３２とを備える。
　ハウジング４３に形成されたＥＧＲガス流路４４の両端は、ＥＧＲガスが導入される入口４１と、ＥＧＲガスが導出される出口４２となっている。弁座５０は、ＥＧＲガス流路４４の途中に設けられ、ＥＧＲガス流路４４を連通する弁孔５０ａを有する。
　シャフト４６は、ステップモータ３２と弁体４５との間に設けられ、ハウジング４３を図面上下方向に貫通して配置される。弁体４５は、シャフト４６の下端に固定され、円錐形状をなし、その円錐面が弁座５０に対して当接又は離間するようになっている。シャフト４６の上端には、ばね受け４８が固定されている。このばね受け４８とハウジング４３に設けたばね受け部４３ａとの間に圧縮コイルばね４９が装着されている。圧縮コイルばね４９は、弁４５が弁座５０に当接してＥＧＲ流路４４が閉じる方向に付勢する。
　シャフト４６は、すべり軸受１により上下方向に摺動自在に支持されている。すべり軸受１は、ハウジング４３に設けられた内径孔に組み込まれ、シャフト４６の外径面と摺動自在に嵌合している。このすべり軸受１が本実施形態のＥＧＲバルブ用焼結軸受である。詳細は後述する。
　ステップモータ３２は、励磁コイル３３をスロットに装着したステータ３４の内径側に円筒形のロータ３５を配置した構成であり、ロータ３５の外周には、Ｎ極とＳ極が交互に着磁された円筒形のマグネットが装着されている。ロータ３５は、上端部のピボット軸受３９と下端部のラジアル軸受４０とによって回転自在に支持されている。ロータ３５の内径には雌ねじ３６が形成されており、ロータ３５の内径側には雌ねじ３６と螺合する雄ねじ３８が形成された出力シャフト３７が設けられている。ロータ３５の回転運動が、雌ねじ３６、雄ねじ３８を介して出力シャフト３７の上下運動に変換されるように構成されている。ステップモータ３２のケーシング５１には、横へ突出したコネクタ５２が一体に形成され、励磁コイルから延びる端子５３が設けられている。
　エンジン側の電子制御部がステップモータ３２に制御信号を送り、この制御信号に対応するステップモータ３２の作動量により、シャフト４６を圧縮コイルばね４９の付勢力に抗して下降させて弁体４５を開き、流量が調節されたＥＧＲガスがＥＧＲガス流路４４を通してエンジン側の吸気側に戻される（図示省略）。
　ＥＧＲバルブ３１は、エンジンの燃焼室の近傍に配置され、高出力化に伴うエンジン発熱量の増大と相俟って、３００℃以上にも達する高温環境に曝される場合がある。このような使用条件、環境のため、シャフト４６を図面上下方向に摺動自在に支持する本実施形態のＥＧＲバルブ用焼結軸受１は、耐腐食性や耐摩耗性、高温ドライ環境下での摺動性が要求される。
　本実施形態のＥＧＲバルブ用焼結軸受の縦断面図を図２に示す。ＥＧＲバルブ用焼結軸受（以下、単に焼結軸受ともいう）１は、内周に軸受面１ａを有する円筒状に形成される。焼結軸受１の内周に弁体４５を有するシャフト４６（図１参照）を挿入する。高温ドライ環境下でシャフト４６が軸受１によって軸方向に摺動自在に支持される。
　本実施形態のＥＧＲバルブ用焼結軸受１は、各種粉末を混合した原料粉末を金型に充填し、これを圧縮して圧粉体を成形した後、圧粉体を焼結することで形成される。
　原料粉末は、アルミニウム－銅合金粉末、銅粉末、燐－銅合金粉末、黒鉛粉末と焼結助剤としてのフッ化アルミニウムおよびフッ化カルシウムを混合した混合粉末である。各粉末の詳細を以下に述べる。
　[アルミニウム－銅合金粉末]
　４０～６０重量％アルミニウム－銅合金粉末を粉砕し、粒度調整した。アルミニウム－銅合金粉末の粒径は１００μｍ以下で、平均粒径は３５μｍである。ここで、本明細書において、平均粒径とは、レーザ回析により測定した粒径の平均値を意味する。具体的には、（株）島津製作所製ＳＡＬＤ－３１００により、５０００粉末をレーザ回析で測定したときの粒径の平均値とする。
　アルミニウム－銅合金粉末を用いることで、黒鉛、燐等の添加剤の効果を引き出し、焼結軸受材として耐腐食性、強度、摺動特性等に優れる。また、合金化されているので、比重の小さいアルミニウム単体粉体の飛散に伴う取り扱い上の問題はない。
　アルミニウム青銅組織は、α相が最も硫化腐食、有機酸腐食に対する耐腐食性に優れる。４０～６０重量％アルミニウム－銅合金粉末を用いることで、黒鉛が添加されても強度が得られ焼結軸受が製造可能となる。組織がγ相になると、耐摩耗性には優れるが、耐有機酸腐食性が劣化する。アルミニウム青銅組織は、γ相とα相との比γ相／α相を、０．１０≦γ相／α相≦０．２５とすることが好ましい。γ相／α相の比が０．１０未満では耐摩耗性が低下し好ましくなく、一方、０．２５を超えると耐有機酸腐食性が低下するので、好ましくない。
　［銅粉末］
　銅粉末は、アトマイズ粉、電解粉、粉砕粉があるが、銅にアルミニウムを十分に拡散させるには、樹枝状の電解粉が有効であり、成形性、焼結性、摺動特性に優れる。そのため、本実施形態では、銅粉として電解粉を用いた。また、アルミニウムを銅へ十分に拡散させるためには、粉末形状が異なる電解銅粉を２種類用い、アスペクト比が２以上の電解銅粉の割合Ｗ１と２未満の電解銅粉の割合Ｗ２との比Ｗ２／Ｗ１を３～９とすることが好ましい。アスペクト比が２以上の電解銅粉は、アルミニウムの拡散のためには有効であるが、成形性が悪い。比Ｗ２／Ｗ１が、３未満であると成形性の面から好ましくなく、一方、９を超えるとアルミニウムの拡散が不十分となるので好ましくない。
　本実施形態では、電解銅粉の平均粒径は８５μｍのものを用いた。前述したアルミニウム－銅合金粉の平均粒径ｄ１と電解銅粉の平均粒径ｄ２との比ｄ２／ｄ１を２～３とすることが好ましい。比ｄ２／ｄ１がこの範囲にあると、アルミニウムを銅に十分拡散させることができ、耐腐食性に優れる。このため、本実施形態では、アルミニウム－銅合金粉の平均粒径ｄ１を３５μｍ、電解銅粉の平均粒径ｄ２を８５μｍとした。ただし、これに限ることなく、アルミニウム－銅合金粉末の平均粒径は２０～６５μｍ程度のものが使用可能であり、電解銅粉の粒径は２００μｍ以下で、平均粒径は６０～１２０μｍ程度のものが使用可能である。
　[燐合金粉末]
　燐合金粉末は、７～１０重量％燐－銅合金粉末を用いた。燐は、焼結時の固液相間の濡れ性を高める効果がある。燐の配合量は、０．１～０．６重量％、具体的には０．１～０．４重量％が好ましい。０．１重量％未満では固液相間の焼結促進効果が乏しく、一方、０６重量％、好ましい値とされる０．４重量％を超えると、焼結が進み過ぎてアルミニウムが偏析しγ相の析出が増え焼結体が脆くなる。
　［黒鉛粉末］
　黒鉛は、主として素地に分散分布する気孔内に遊離黒鉛として存在し、焼結軸受に優れた潤滑性を付与し、耐摩耗性の向上に寄与する。黒鉛の配合量は３～１０重量％が好ましく、６～１０重量％がより好ましい。６重量％未満では、高温ドライ環境下となるＥＧＲバルブ用焼結軸受として、黒鉛添加による潤滑性、耐摩耗性の向上効果が得られ難くなる。３重量％未満では、高温ドライ環境下となるＥＧＲバルブ用焼結軸受として、黒鉛添加による潤滑性、耐摩耗性の向上効果が得られない。一方、１０重量％を超えると、材料強度が低下し、アルミニウムの銅への拡散を阻害するので好ましくない。一般的に黒鉛を４重量％以上添加すると成形することができないが、造粒黒鉛を使用することで成形を可能にした。本実施形態では、黒鉛粉末は、天然黒鉛、又は人造黒鉛の微粉を樹脂バインダで造粒後粉砕し、粒径１４５メッシュ以下の黒鉛粉末を用いた。
　[フッ化アルミニウムおよびフッ化カルシウム]
　アルミニウム－銅合金粉末は、焼結時にその表面に生成する酸化アルミニウムの皮膜が焼結を著しく阻害するが、焼結助剤としてのフッ化アルミニウムおよびフッ化カルシウムは、アルミニウム－銅合金粉末の焼結温度である８５０～９００℃で溶融しながら徐々に蒸発し、アルミニウム－銅合金粉末の表面を保護して酸化アルミニウムの生成を抑制することにより、焼結を促進しアルミニウムの拡散を増進させる。フッ化アルミニウムおよびフッ化カルシウムは、焼結時に蒸発、揮散するので、焼結軸受の完成品には殆ど残らない。
　焼結助剤としてのフッ化アルミニウムおよびフッ化カルシウムは、アルミニウム、燐、黒鉛、残部の主成分を銅とする原料粉末および不可避不純物の合計１００重量％に対して、合計で０．０５～０．２重量％程度で添加することが好ましい。０．０５重量％未満では、焼結助剤としての効果が不十分となり、緻密で適宜の強度を有する焼結体が得られない。一方、０．２重量％を超えると、それ以上添加しても焼結助剤としての効果は頭打ちとなり、コスト的な観点から０．２重量％以下に止めることが好ましい。
　本実施形態のＥＧＲバルブ用焼結軸受および後述する製造方法では、アルミニウム含有量が９～１２重量％、燐が０．１～０．４重量％、黒鉛が６～１０重量％で、残部の主成分が銅となるような割合で、アルミニウム－銅合金粉末、電解銅粉末、燐合金粉末および黒鉛粉末を混合して原料粉末とした。この合計１００重量％に対して、焼結助剤として、フッ化アルミニウムおよびフッ化カルシウムを合計で０．０５～０．２重量％、成形性を容易にするためにステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム等の潤滑剤を０．１～１重量％添加した。
　詳しく説明すると、例えば、本実施形態のＥＧＲバルブ用焼結軸受および後述する製造方法では、アルミニウム含有量が９～１２重量部、燐が０．１～０．４重量部、黒鉛が６～１０重量部で、残部の主成分が銅となるような割合で、アルミニウム－銅合金粉末、電解銅粉末、燐合金粉末および黒鉛粉末を混合して原料粉末とした。この合計１００重量部に対して、焼結助剤として、フッ化アルミニウムおよびフッ化カルシウムを合計で０．０５～０．２重量部、成形性を容易にするためにステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム等の潤滑剤を０．１～１重量部添加した。
　燐の配合量は、０．１～０．６重量部、具体的には０．１～０．４重量部が好ましい。０．１重量部未満では固液相間の焼結促進効果が乏しく、一方、０．６重量部、好ましい値とされる０．４重量部を超えると、焼結が進み過ぎてアルミニウムが偏析しγ相の析出が増え焼結体が脆くなる。
　黒鉛の配合量は３～１０重量部が好ましく、６～１０重量部がより好ましい。６重量部未満では、高温ドライ環境下となるＥＧＲバルブ用焼結軸受として、黒鉛添加による潤滑性、耐摩耗性の向上効果が得られ難くなる。３重量部未満では、高温ドライ環境下となるＥＧＲバルブ用焼結軸受として、黒鉛添加による潤滑性、耐摩耗性の向上効果が得られない。一方、１０重量部を超えると、材料強度が低下し、アルミニウムの銅への拡散を阻害するので好ましくない。一般的に黒鉛を４重量部以上添加すると成形することができないが、造粒黒鉛を使用することで成形を可能にした。
　焼結軸受１は、後述する製造方法において、焼結後に軸受の外径面１ｂと内径側の軸受面１ａの両方がサイジング加工されている。そのため、内径、外径は矯正させ精度向上する。また、内径面の面粗度が良くなり摺動性が向上する。
　図２に焼結軸受１の表層の圧縮層をハッチングで示す。ハッチングは、軸受１の半径方向の上側半分にだけに付して、下側半分は図示を省略する。焼結軸受１の表層は圧縮層を有する。外径面１ｂ側の表層の圧縮層Ｐｏの密度比αｏおよび軸受面１ａ側の表層の圧縮層Ｐｂの密度比αｂは、いずれも内部の密度比αｉより高く、密度比αｏ、αｂのいずれもが８０％≦αｏおよびαｂ≦９５％の範囲に設定されている。密度比αｏおよびαｂが８０％未満では軸受強度が不十分となり、一方、９５％を超えると矯正による残留応力が大きくなり、高温で応力開放され歪が生じる可能性があるため好ましくない。
　そして、外径面１ｂ側の表層の圧縮層Ｐｏの深さの平均値をＴｏ、軸受面１ａ側の表層の圧縮層Ｐｂの深さの平均値をＴｂとし、軸受面の内径寸法Ｄ１との比をそれぞれＴｏ／Ｄ１およびＴｂ／Ｄ１とすると、１／１００≦Ｔｏ／Ｄ１およびＴｂ／Ｄ１≦１／１５に設定することが好ましい。ここで、密度比αは次式で表される。
α（％）＝（ρ１／ρ０）×１００
ただし、ρ１：多孔質体の密度、ρ０：その多孔質体に細孔がないと仮定した場合の密度Ｔｏ／Ｄ１およびＴｂ／Ｄ１が１／１００未満では気孔のつぶれが不十分となり、一方、１／１５を超えると気孔がつぶれ過ぎて好ましくない。
　次に、本実施形態に至るまでの検証結果を図３～７に基づいて説明する。図３～７における従来の青銅系標準品および本実施形態に係る試作品１～３の材料配合仕様を表１に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
　図３および図４に青銅系標準品と試作品のトルク試験の結果を示す。図３はトルク試験（１）の結果を示し、図４はトルク試験（２）の結果を示す。トルク試験（１）、（２）は、いずれも無給油無含油（ドライ）の状態で行った。雰囲気温度は常温とした。ドライ環境で、ＥＧＲバルブの高温環境（３５０℃程度）における摺動特性と常温における摺動特性の傾向は同様とみなされる。また、ドライ環境での使用条件では、アルミニウム青銅焼結軸受として通常のアルミニウム配合量（９～１１重量％）が適用できることに着目し、試作品１～３ではアルミニウムの配合量を中央値の１０重量％に固定して、黒鉛の添加量を変化させて、各試験を行った。
[トルク試験（１）]
　回転数を固定し、５分毎に荷重を追加した。具体的な試験条件は次のとおりである。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
 　図３に示すトルク試験結果より、ドライ環境下において、試作品１～３は、いずれも青銅系標準品よりも摩擦係数が低く、摺動性に優れている。また、黒鉛の添加量を増やすほど摩擦係数が低くなる傾向があることが分かった。
[トルク試験（２）]
　トルク試験（２）は、前述したトルク試験（１）で荷重６０Ｎを負荷した後、その荷重および回転数のままで約９０分トルク試験を継続した。トルク試験（１）と同様、図４に示すように、試作品１～３は、いずれも青銅系標準品よりも摩擦係数が低く、摺動性に優れている。特に、黒鉛の添加量を８重量％以上とした試作品１および試作品２は、試験時間が経過しても摩擦係数の上昇が抑えられていることが分かった。
[ブロックオンリング試験]
　青銅系標準品および試作品１～３の材料配合仕様でブロック状の試験片を製作し、ブロックオンリング試験機を用いて、耐摩耗性を評価した。
<試験条件>
・試験機：ブロックオンリング試験機〔（株）ＮＴＮ製〕
・荷重：１４．７Ｎ
・回転速度：４３０ｒｐｍ（５４．０ｍ／ｍｉｎ）
・試験時間：６０ｍｉｎ
・潤滑方法：無給油無含油（ドライ）
・相手材：材質：ＳＵＳ４２０Ｊ２　ずぶ焼入れ（硬度ＨＶ５５０～６５０）、回転径（外径）と幅：外径φ４０ｍｍ×幅４ｍｍ、表面粗さ：０．０２μｍＲａ狙い
　ブロックオンリング試験の結果を図５に示す。この試験も雰囲気温度は常温としたが、ＥＧＲバルブの高温ドライ環境における耐摩耗性と傾向は同様とみなされる。試験結果より、試作品１～３は、いずれも青銅系標準品よりも摩耗が少なく、耐摩耗性に優れていることが分かった。黒鉛の添加量を８重量％とした試作品２が、最も耐摩耗性に優れている。黒鉛添加量を１０重量％とした試作品３の摩耗量が多くなったが、これは、黒鉛添加量が多いために、材料強度が若干低下し、削れ易かったものと思われる。この試験結果より、ＥＧＲバルブ用軸受として使用可能な黒鉛の添加量は３～１０重量％、好ましくは６～１０重量％であることが分かった。
　[有機酸腐食試験]
　青銅系標準品および試作品１～３の材料配合仕様で試験片を製作し、有機酸腐食試験を行った。評価方法は、各試験片を腐食溶液に浸漬し、６０℃の高温槽で所定の時間放置する。放置後、各試験片を溶液から取り出し１時間乾燥させる。乾燥後、試験片の重量を測定し、測定値から算出した重量変化率を比較した。重量変化率の比較は、試験片５個の重量変化率の平均値と共に最大値、最小値も比較した。具体的な試験条件は次のとおりである。
<試験条件>
・試験片サイズ：内径φ６ｍｍ×外径φ１２ｍｍ×幅６ｍｍ
・試験片個数：５個
・腐食溶液：蟻酸１％＋酢酸１％の水溶液
・雰囲気温度：６０℃
　図６に２４時間放置後の重量変化率を示す。試作品１～３は、いずれも青銅系標準品よりの重量変化率が少なかった。特に黒鉛の添加量を１０重量％とした試作品３が、最も重量変化率が少なかった。
　図７に７２時間放置後の重量変化率を示す。試作品１～３は、いずれも青銅系標準品よりの重量変化率が少ない。黒鉛の添加量を１０重量％とした試作品３が、最も重量変化率が少なく、２４時間放置後の結果と比べるとほとんど変化がなかった。
　図３～７に示す試験結果より、高温ドライ環境下で使用されるＥＧＲバルブ用焼結軸受として黒鉛の添加量は３～１０重量％、好ましくは６～１０重量％が使用可能な範囲であることを確認した。また、黒鉛の添加量が１０重量％を超えると、アルミニウムの銅への拡散が阻害されるので、焼結面でも好ましくない。
　前述したように、アルミニウムの配合量は９～１１重量％に設定したが、ＥＧＲバルブ用焼結軸受として、図３～７の試験結果と共に、黒鉛の増量によるアルミニウムの銅への拡散が阻害されることを総合的に考慮して、アルミニウムの配合量の上限は１２重量％が好ましいことが分かった。
　表３に第１の実施形態におけるＥＧＲバルブ用焼結軸受の硬さを測定した結果を示す。表３に示す硬さの値は、試験荷重２５ｇにおけるビッカース硬さ（Ｈｖ：Ｖｉｃｋｅｒｓ　ｈａｒｄｎｅｓｓ）に基づいて評価した値である。以下、硬さの値については、ビッカース硬さ（Ｈｖ）に基づく値として説明する。また、比較として銅系焼結軸受の硬さを比較例１として併記した。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000003
　表３の如く、銅系焼結軸受の硬さが略７０～８０であるのに対し、第１の実施形態におけるＥＧＲバルブ用焼結軸受の硬さは、例えば略１２０～２２０であり、この結果から、第１の実施形態におけるＥＧＲバルブ用焼結軸受は、銅系焼結軸受よりも耐摩耗性に優れた焼結軸受であると判定できる。これは、柔らかい相であるα相の硬さが略１２０～１４０であり、硬い相であるγ相の硬さが略２００～２２０であり、第１の実施形態におけるＥＧＲバルブ用焼結軸受のいずれの相の硬さも、銅系焼結軸受の硬さより硬いことによる。
　次に、ＥＧＲバルブ用焼結軸受の製造方法についての第１の実施形態を説明する。図８に示すような原料粉末準備工程Ｓ１、混合工程Ｓ２、成形工程Ｓ３、焼結工程Ｓ４、サイジング工程Ｓ５を経て製造される。
　［原料粉末準備工程Ｓ１］
　原料粉末準備工程Ｓ１では、焼結軸受１の原料粉末が準備・生成される。原料粉末は、４０～６０重量％アルミニウム－銅合金粉末を１８～２４重量％、７～１０重量％燐－銅合金粉末を２～４重量％、黒鉛粉末を６～１０重量％、電解銅粉末を残重量％とする合計１００重量％に対して、焼結助剤として、フッ化アルミニウムおよびフッ化カルシウムを合計で０．０５～０．２重量％、黒鉛粉末成形性を容易にするためにステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム等の潤滑剤を０．１～１重量％添加した。潤滑剤を添加することにより、後述する圧粉体をスムーズに離型することができ、離型に伴う圧粉体の形状の崩れを回避することができる。
　例えば、４０～６０重量％アルミニウム－銅合金粉末を１８～２４重量％、７～１０重量％燐－銅合金粉末を２～４重量％、黒鉛粉末を６～１０重量％、電解銅粉末を残重量％とする合計１００重量％に対し、アルミニウムの含有量が、例えば８．５重量％以上１０重量％以下、具体的には９重量％以上９．５重量％以下となるようにする。
　例えば、原料粉末は、４０～６０重量％アルミニウム－銅合金粉末を１８～２４重量部、７～１０重量％燐－銅合金粉末を２～４重量部、黒鉛粉末を３～１０重量部、好ましくは６～１０重量部、電解銅粉末を残重量部とする合計１００重量部に対して、焼結助剤として、フッ化アルミニウムおよびフッ化カルシウムを合計で０．０５～０．２重量部、黒鉛粉末成形性を容易にするためにステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム等の潤滑剤を０．１～１重量部添加したものが使用可能である。
　例えば、４０～６０重量％アルミニウム－銅合金粉末を１８～２４重量部、７～１０重量％燐－銅合金粉末を２～４重量部、黒鉛粉末を６～１０重量部、電解銅粉末を残重量部とする合計１００重量部に対し、アルミニウムの含有量が、例えば８．５重量部以上１０重量部以下、具体的には９重量部以上９．５重量部以下となるようにする。
　[混合工程Ｓ２]
　上記の原料粉末Ｍを、例えば、図９に示すＶ型混合機１０の缶体１１に投入し、缶体１１を回転させて均一に混合する。
　［成形工程Ｓ３］
　成形工程Ｓ３では、上記の原料粉末を圧粉することにより、焼結軸受１の形状をなした圧粉体を形成する。圧粉体は、焼結温度以上で加熱することにより形成される焼結体の密度比αが７０％以上で８０％以下となるように圧縮成形される。
　具体的には、例えばサーボモータを駆動源としたＣＮＣプレス機に圧粉体形状に倣ったキャビティを画成してなる成形金型をセットし、キャビティ内に充填した上記の原料粉末を２００～７００ＭＰａの加圧力で圧縮することにより圧粉体を成形する。圧粉体の成形時において、成形金型は７０℃以上に加温してもよい。
　本実施形態のＥＧＲバルブ用焼結軸受１の製造方法では、アルミニウム源として、アルミニウム－銅合金粉末を用いることにより、流動性に起因する成形性の低下による圧粉体の強度不足の問題が改善され、比重の小さいアルミニウム単体粒子の飛散に伴う取り扱い上の問題はない。また、生産効率がよく多量生産に好適である。
　[焼結工程Ｓ４]
　焼結工程Ｓ４では、圧粉体を焼結温度で加熱し、隣接する原料粉末同士を焼結結合させることによって焼結体を形成する。図１０に示すメッシュベルト式連続炉１５を使用し、メッシュベルト１６に圧粉体１’を多量に投入し、焼結体を形成する。これにより、安定した品質、製造方法を実現することができる。
　焼結工程において重要なことは、銅にアルミニウムを十分拡散させ耐腐食性を向上させることと、アルミニウム青銅組織をα相にすることで、耐腐食性と軸受性能を向上させることである。γ相になると硬くなり、耐摩耗性には優れるが、耐有機酸腐食性は低下する。そのため、できる限りγ相の析出は抑えるようにアルミニウム量を減らすことが必要であることが判明した。
　さらに、アルミニウム組織は、γ相とα相との比γ相／α相を、０．１０≦γ相／α相≦０．２５とすることが好ましいことが判明した。γ相／α相の比が０．１０未満では耐摩耗性が低下し好ましくなく、一方、０．２５を超えると耐有機酸腐食性が低下するので、好ましくない。
　上記を満足する焼結条件として、焼結温度は９００～９５０℃が好ましく、さらに、９００～９２０℃（例えば、９２０℃）が好ましい。また、雰囲気ガスは、水素ガス、窒素ガスあるいはこれらの混合ガスとし、焼結時間は、長くした方が耐腐食性に良く、ＥＧＲバルブ用焼結軸受では２０～６０分（例えば、３０分）が好ましい。
　アルミニウム－銅合金粉末は、共晶温度５４８℃以上になると様々な液相が発生する。液相が発生すると膨張し、発生した液相により焼結ネックが形成され、緻密化に至り、寸法が収縮していく。本実施形態では、メッシュベルト式連続炉１５で焼結することにより、焼結体の表面が酸化され、焼結が阻害されることにより緻密化に至らず、寸法が膨張したままとなる。ただし、焼結体の内部は、酸化されず焼結されるため、焼結体の強度は十分確保することができる。メッシュベルト式連続炉１５を使用したので、圧粉体１’の投入から取出しまで焼結時間を短く多量生産でき、コスト低減を図ることができる。また、焼結軸受の機能面では、強度は十分確保することができる。
　上記の焼結工程においては、添加された燐合金粉末が効果を発揮することにより、良質の焼結体を形成することができる。燐により、焼結時の固液相間の濡れ性を高め、良好な焼結体が得られる。燐の配合量としては、０．１～０．６重量％、具体的には０．１～０．４重量％が好ましい。０．１重量％未満では固液相間の焼結促進効果が乏しく、一方、０．６重量％、好ましい値とされる０．４重量％を超えると、得られた焼結体が偏析し脆くなる。
　さらに、黒鉛は、主として素地に分散分布する気孔内に遊離黒鉛として存在し、焼結軸受に優れた潤滑性を付与し、耐摩耗性の向上に寄与する。黒鉛の配合量は３～１０重量％が好ましく、６～１０重量％がより好ましい。６重量％未満では、高温ドライ環境下となるＥＧＲバルブ用焼結軸受として、黒鉛添加による潤滑性、耐摩耗性の向上効果が得られ難くなる。３重量％未満では、高温ドライ環境下となるＥＧＲバルブ用焼結軸受として、黒鉛添加による潤滑性、耐摩耗性の向上効果が得られない。一方、１０重量％を超えると、材料強度が低下し、アルミニウムの銅への拡散を阻害するので好ましくない。
　［サイジング工程Ｓ５］
　サイジング工程Ｓ５では、焼結により圧粉体と比較して膨張した焼結体を寸法整形する。図１１にサイジング工程Ｓ５の詳細を示す。サイジング加工の金型は、ダイス２０、上パンチ２１、下パンチ２２およびコア２３とからなる。図１１ａに示すように、コア２３と上パンチ２１が上方に後退した状態で、下パンチ２２上に焼結体１”をセットする。図１１ｂに示すように、最初にコア２３が焼結体１”の内径に入り、その後、図１１ｃに示すように、上パンチ２１により焼結体１”がダイス２０に押し込まれ、上下パンチ２１、２２により圧縮される。これにより、焼結体１”の表面が寸法整形される。
　上記のサイジング工程の金型をダイス２０、一対のパンチ２１、２２およびコア２３から構成し、パンチ２１、２２とダイス２０により焼結体１”の軸方向両側と外径側から圧縮することにより、焼結体１”の内径側をコア２３により整形することにより、アルミニウム青銅系焼結軸受の焼結による膨張を有効利用し、焼結軸受１の寸法整形と共に所望の気孔を形成することができる。気孔内には遊離黒鉛が分布しているので、摺動性に優れる。
　以上のような工程で製造された本実施形態のＥＧＲバルブ用焼結軸受１は、耐摩耗性、耐腐食性および高温ドライ環境下での摺動性に優れ、コンパクト化、低コスト化を図ることができる。
　次に、本発明に係るＥＧＲバルブ用焼結軸受についての第２の実施形態および製造方法についての第２の実施形態を説明する。第１の実施形態のＥＧＲバルブ用焼結軸受および製造方法では、アルミニウム源および銅源となる原料粉末として、アルミニウム－銅合金粉末と電解銅粉を用いたが、第２の実施形態では、銅単体の電解銅粉を添加せず、アルミニウム－銅合金粉末を用いた点が第１の実施形態と異なる。
　さらに厳しい使用環境に対しては、銅単体の粉末を添加すると、銅単体が偏った部分が生じることにより、耐腐食性に問題があるという知見を得た。この知見を基に種々検討の結果、アルミニウム源および銅源となる原料粉末として、アルミニウム－銅合金粉末を用い、銅単体の粉末を添加しないという着想により、本実施形態に至った。
　本実施形態のＲＧＲ用バルブ用焼結軸受および製造方法における、アルミニウム含有量が９～１２重量％、燐が０．１～０．４重量％、黒鉛が６～１０重量％で、残部の主成分が銅とする組成は、第１の実施形態と同じである。しかし、原料粉末は次のように異なる。すなわち、銅単体の電解銅粉を添加せずに、前記組成になるような割合で、アルミニウム－銅合金粉末、燐合金粉末および黒鉛を混合し、この合計１００重量％に対して、焼結助剤として、フッ化アルミニウムおよびフッ化カルシウムを合計で０．０５～０．２重量％、成形性を容易にするためにステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム等の潤滑剤を０．１～１重量％添加した。
　例えば、ＲＧＲ用バルブ用焼結軸受および製造方法における、アルミニウム含有量が９～１２重量部、燐が０．１～０．４重量部、黒鉛が６～１０重量部で、残部の主成分が銅とする組成のものが使用可能である。この場合、例えば原料粉末は次のようになる。すなわち、銅単体の電解銅粉を添加せずに、前記組成になるような割合で、アルミニウム－銅合金粉末、燐合金粉末および黒鉛を混合し、この合計１００重量部に対して、焼結助剤として、フッ化アルミニウムおよびフッ化カルシウムを合計で０．０５～０．２重量部、成形性を容易にするためにステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム等の潤滑剤を０．１～１重量部添加した。
　燐の配合量に関する説明、黒鉛の配合量に関する説明については、第１の実施形態と同様であるので、ここでは重複説明を省略する。
　また、本実施形態の焼結軸受１の表層の圧縮層の状態も、図２に示す第１の実施形態の焼結軸受と同様であるので、図２について前述した内容を準用し、重複説明を省略する。
　また、図示は省略するが、耐有機酸腐食性については、第１の実施形態における焼結軸受よりも第２の実施形態における焼結軸受のほうに良好な結果が確認された。また、摩擦係数の関係については、第１の実施形態における焼結軸受の試験結果と、第２の実施形態における焼結軸受の試験結果とは、略同等の結果とされたことから、ここではその詳細な説明を省略する。
　銅源として、アルミニウム－銅合金粉末を用い、銅単体の粉末を添加しない本実施形態のアルミニウム青銅組織は、γ相とα相との比γ相／α相を、０≦γ相／α相≦０．１０とすることが好ましい。０≦γ相／α相≦０．１０の範囲であれば、耐有機酸腐食性に優れる。
　表４に第２の実施形態におけるＥＧＲバルブ用焼結軸受の硬さを測定した結果を示す。表４に示す硬さの評価の仕方等と表３に示す硬さの評価の仕方等とは同じとされていることから、ここではその詳細な説明を省略する。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000004
　表４の如く、銅系焼結軸受の硬さが略７０～８０であるのに対し、第２の実施形態におけるＥＧＲバルブ用焼結軸受の硬さは、例えば略１００～２４０であり、この結果から、第２の実施形態におけるＥＧＲバルブ用焼結軸受は、銅系焼結軸受よりも耐摩耗性に優れた焼結軸受であると判定できる。これは、柔らかい相であるα相の硬さが略１００～１４０であり、硬い相であるγ相の硬さが略２００～２４０であり、第２の実施形態におけるＥＧＲバルブ用焼結軸受のいずれの相の硬さも、銅系焼結軸受の硬さより硬いことによる。
　本実施形態のＥＧＲバルブ用焼結軸受は、さらに厳しい使用環境に対しても耐腐食性を確保できる。
　次に、製造方法についての第２の実施形態について説明する。この第２の実施形態の製造方法も、第１の実施形態の焼結軸受の製造方法と同様であるので、前述した内容を準用し、原料粉末準備工程Ｓ１および成形工程Ｓ２の相違するところのみを説明する。
　[原料粉末準備工程Ｓ１]
　原料粉末準備工程Ｓ１では、焼結軸受１の原料粉末が準備される。原料粉末は、７～１１重量％アルミニウム－銅合金粉末、好ましくは８～１０重量％アルミニウム－銅合金粉末）を８５～９３重量％、７～１０重量％燐－銅合金粉末を１～５重量％、黒鉛粉末を６～１０重量％とする合計１００重量％に対して、焼結助剤としてフッ化アルミニウムおよびフッ化カルシウムを合計で０．０５～０．２重量％、成形性を容易にするための潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を０．１～１重量％添加した。７～１１重量％アルミニウム－銅合金粉末は、粉砕して粒度調整したものを用いた。第１の実施形態と同様、上記の原料粉末を、例えば、図９に示すＶ型混合器１０の缶体１１に投入し、缶体１１を回転させて均一に混合する。
　例えば、７～１１重量％アルミニウム－銅合金粉末を８５～９３重量％、７～１０重量％燐－銅合金粉末を１～５重量％、黒鉛粉末を６～１０重量％とする合計１００重量％を合計１００重量部とし、この合計１００重量部に対し、アルミニウムの含有量が、例えば８．５重量部以上１０重量部以下、具体的には９重量部以上９．５重量部以下となるようにする。
　例えば、原料粉末は、７～１１重量％アルミニウム－銅合金粉末、好ましくは８～１０重量％アルミニウム－銅合金粉末を８５～９３重量部、７～１０重量％燐－銅合金粉末を１～５重量部、黒鉛粉末を３～１０重量部、好ましくは６～１０重量部とする合計１００重量部に対して、焼結助剤としてフッ化アルミニウムおよびフッ化カルシウムを合計で０．０５～０．２重量部、成形性を容易にするための潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を０．１～１重量部添加したものが使用可能である。
　本実施形態の焼結軸受は、例えば、ＥＧＲバルブの種類等により、潤滑油等の油類が含まれていないＥＧＲバルブ用焼結軸受、少量の潤滑油が含まれたＥＧＲバルブ用焼結軸受が使用可能である。
　本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々の形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。
１　　　　ＥＧＲバルブ用焼結軸受
１’　　　圧粉体
１”　　　焼結体
１ａ　　　軸受面
１ｂ　　　外径面
１ｃ　　　端面
１５　　　メッシュベルト式連続炉
２０　　　ダイス
２１　　　上パンチ
２２　　　下パンチ
２３　　　コア
３１　　　ＥＧＲバルブ
４６　　　シャフト
Ｄ１　　　軸受面の内径寸法
Ｔｉ　　　圧縮層
Ｔｏ　　　圧縮層

Claims (11)

  1. 　９～１２重量％のアルミニウムと０．１～０．４重量％の燐と３～１０重量％の黒鉛を含有し、残部の主成分を銅とし、不可避的不純物を含んだＥＧＲバルブ用焼結軸受であって、この焼結軸受は、アルミニウム－銅合金が焼結された組織を有し、分散して形成された気孔内に遊離黒鉛が分布していることを特徴とするＥＧＲバルブ用焼結軸受。
  2. 　前記アルミニウム－銅合金の組織は、α相を有することを特徴とする請求項１に記載のＥＧＲバルブ用焼結軸受。
  3. 　前記アルミニウム－銅合金の組織は、γ相とα相との比γ相／α相を、０≦γ相／α相≦０．１０としたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＥＧＲバルブ用焼結軸受。
  4. 　前記ＥＧＲバルブ用焼結軸受は、焼結助剤としての錫が添加されていないことを特徴とする請求項１～３のいずれか一項に記載のＥＧＲバルブ用焼結軸受。
  5. 　９～１２重量％のアルミニウムと０．１～０．４重量％の燐と３～１０重量％の黒鉛を含有し、残部の主成分を銅とし、不可避的不純物を含んだＥＧＲバルブ用焼結軸受の製造方法であって、この製造方法は、原料粉末としてアルミニウム－銅合金粉、電解銅粉、燐－銅合金粉および黒鉛粉を用い、少なくとも、原料粉末に焼結助剤が添加された圧粉体を成形する成形工程と、前記圧粉体からアルミニウム－銅合金組織を有する焼結体を得る焼結工程と、前記焼結体を寸法整形するサイジング工程とを含んでいることを特徴とするＥＧＲバルブ用焼結軸受の製造方法。
  6. 　前記焼結助剤として、前記アルミニウム－銅合金粉、電解銅粉、燐－銅合金粉、黒鉛粉からなる原料粉末の合計１００重量％に対して、フッ化アルミニウムおよびフッ化カルシウムが合計で０．０５～０．２重量％添加されていることを特徴とする請求項５に記載のＥＧＲバルブ用焼結軸受の製造方法。
  7. 　前記アルミニウム－銅合金粉の平均粒径ｄ１と電解銅粉の平均粒径ｄ２との比ｄ２／ｄ１を２～３としたことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載のＥＧＲバルブ用焼結軸受の製造方法。
  8. 　前記電解銅粉は、粉末形状が異なるもので構成され、アスペクト比が２以上の電解銅粉の割合Ｗ１と２未満の電解銅粉の割合Ｗ２との比Ｗ２／Ｗ１を３～９としたことを特徴とする請求項５～７のいずれか一項に記載のＥＧＲバルブ用焼結軸受の製造方法。
  9. 　前記黒鉛粉は、天然黒鉛、又は人造黒鉛の微粉を樹脂バインダで造粒後粉砕し、粒径１４５メッシュ以下の黒鉛粉末にしたことを特徴とする請求項５～８のいずれか一項に記載のＥＧＲバルブ用焼結軸受の製造方法。
  10. 　９～１２重量％のアルミニウムと０．１～０．６重量％の燐と３～１０重量％の黒鉛を含有し、残部の主成分を銅とし、不可避的不純物を含んだＥＧＲバルブ用焼結軸受の製造方法であって、この製造方法は、原料粉末として、銅単体の粉末を添加せず、アルミニウム－銅合金粉、燐－銅合金粉および黒鉛粉を用い、少なくとも、原料粉末に焼結助剤が添加された圧粉体を成形する成形工程と、前記圧粉体からアルミニウム－銅合金組織を有する焼結体を得る焼結工程と、前記焼結体を寸法整形するサイジング工程とを含んでいることを特徴とするＥＧＲバルブ用焼結軸受の製造方法。
  11. 　前記原料粉末としてのアルミニウム－銅合金粉が、７～１１重量％アルミニウム－銅合金粉末であることを特徴とする請求項１０に記載のＥＧＲバルブ用焼結軸受の製造方法。
     
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