JP3873275B2 - 摺動部品とその製造方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸受などの摺動部品とその製造方法に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
この種の摺動部品として、回転軸を支承する軸受があり、この軸受の製法として、金属を主原料とする原料粉末を圧縮して圧粉体を形成した後、この圧粉体を焼結してなる焼結含油軸受が広く用いられている。
【０００３】
その焼結含油軸受では、鉄系や銅系の原料粉末を用いて成形され、鉄系の原料粉末を用いれば強度的に優れた軸受が得られるものの、一般に回転軸には鋼などの鉄系材料が用いられ、このように軸受及び回転軸に同種の材料を用いると、摩擦抵抗が大となり、溶着摩耗の発生を招き、耐久性が損われる。一方、銅系の原料粉末を用いれば、軸受と回転軸との摩擦抵抗が極めて小さくなるが、軸受側の摩耗が大となり、耐久性を損う。
【０００４】
このように焼結含浸軸受においても、一般の軸受と同様に、摩擦抵抗の削減と耐久性の向上が可能な製品の開発が進められ、例えば、銅又は銅合金によって鍍金された鉄粉を原料粉末に用いた焼結含油軸受が知られており、この軸受では銅と鉄が混合した構造により、従来に比べて、摩擦抵抗の削減と耐久性の向上とが図られる。
【０００５】
しかし、軸受等において、近年、摩耗と寿命に関する要求に加えて、さらに、ノイズ発生に対する要求が高まり、例えば、−４０度といった低温状態で、始動時にノイズが発生しない性能が要求され、従来のものでは、この要求に対応することが難しかった。
【０００６】
そこで、本発明は、摩擦抵抗の削減と耐久性の向上を図ることができ、ノイズの発生を防止することができる摺動部品とその製造方法を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
請求項１の摺動部品は、前記目的を達成するために、鉄系と銅系の原料粉末を成形金型の充填部に充填し、この原料粉末を加圧して圧粉体を成形し、この圧粉体を焼結してなる摺動部品において、前記銅系の原料粉末が前記鉄系の原料粉末よりアスペクト比が大きな偏平粉であり、表面側に銅が偏析し、表面側から内部に向って銅の割合が低くなると共に鉄の割合が高くなるものである。
【０００８】
銅系原料粉末に偏平粉を用い、この偏平粉と鉄系の原料粉末とを充填部に充填して振動を加えることにより、銅系の偏平粉が表面側に偏析し、得られた摺動部品は、表面側が銅に覆われ、表面側から内部に向って銅の割合が低くなると共に鉄の割合が高くなる濃度勾配をなす。
【０００９】
したがって、この摺動部品により軸受を構成した場合では、銅に覆われた表面側に回転体が摺動し、回転軸と表面側との摩擦係数が低く、円滑な回転が可能となり、同時に鉄により所定の強度と耐久性とが得られる。また、この構造では、回転体が摺動する表面側が摩耗しても、表面側の下には銅が所定の割合で含まれているから、摺動部分の耐久性に優れたものとなる。
【００１０】
また、請求項２の発明は、請求項１の摺動部品において、摺動部の表面銅被覆率が６０％以上である。
【００１１】
これにより摺動部の摩擦係数を極めて低く抑えることができる。
【００１２】
また、請求項３の発明は、請求項１又は２の摺動部品において、前記偏平粉のアスペクト比が１０以上である。
【００１３】
偏平紛のアスペクト比を１０以上とすることにより、振動を加えると、偏平粉が表面側に良好に偏析し、表面側の銅濃度の高い摺動部品が得られる。
【００１４】
また、請求項４の発明は、請求項２の摺動部品において、前記銅系の原料粉末の割合が全体の２０〜７０重量％である。
【００１５】
銅系の原料粉末の割合が２０重量％未満であると、表面側における銅の割合が低下し、摩擦抵抗が大きくなり、７０重量％を超えると、全体に示す銅系の割合が多くなり、強度的に不利となる。したがって、上記割合を採用することによって、摩擦抵抗を削減し、かつ強度的に優れた摺動部品を得ることができる。
【００１６】
請求項５の摺動部品の製造方法は、前記目的を達成するために、鉄系と銅系の原料粉末とを成形金型の充填部に充填し、この原料粉末を加圧して圧粉体を成形し、この圧粉体を焼結してなる摺動部品の製造方法において、前記銅系の原料粉末に前記鉄系の原料粉末よりアスペクト比が大きな偏平粉を用い、振動により前記充填部内の銅系の原料粉末を前記圧粉体の表面側に偏析する方法である。
【００１７】
この方法を用いることにより、摩擦係数が低く、耐久性に優れた摺動部品が得られる。
【００１８】
【発明の実施形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して説明する。図１〜図７は本発明の一実施形態を示す。
【００１９】
まず、本発明の製造方法につき説明すると、鉄系の原料粉末１と銅系の原料粉末２とを所定の割合で混合（Ｓ１）する。図２に示すように、鉄系の原料粉末１にはアトマイズ粉などの略球状の不規則形状粉を用いる。一方、図３に示すように、銅系の原料粉末２には偏平粉を用い、この偏平粉のアスペクト比（直径Ｄ／厚さＴ）は１０以上、好ましくは２０〜４０とする。また、銅系の原料粉末２には、銅粉末を主体とし、錫粉末を２〜３０重量％混合したものを用いることができる。
【００２０】
図４に示すように、軸受５は略円筒形をなし、その中央には回転体たる回転軸（図示せず）が回転摺動するほぼ円筒状の摺動面51が形成され、この摺動部たる摺動面51の長さ方向両側には平行で平坦な端面52，53が設けられ、その外周面54は円筒状に形成されている。
【００２１】
混合（Ｓ１）した鉄系と銅系の原料粉末１，２を成形金型11の充填部16に充填する。
【００２２】
図５は成形金型11の一例を示し、この成形金型11は、上下方向を軸方向（プレス上下軸方向）としており、ダイ12、コアロッド13、下パンチ14および上パンチ15を備えている。ダイ12はほぼ円筒形状で、このダイ12内にほぼ円柱形状のコアロッド13が同軸的に位置している。下パンチ14は、ほぼ円筒形状で、ダイ12およびコアロッド13間に下方から上下動自在に嵌合している。上パンチ15は、ほぼ円筒形状で、ダイ12およびコアロッド13間に上方から上下動自在にかつ挿脱自在に嵌合するものである。そして、ダイ12とコアロッド13と下パンチ14との間に充填部16が形成され、前記ダイ12の内周面が前記外周面54を形成し、前記下パンチ14の上面が前記端面53を形成し、前記上パンチ15の下面が前記端面52を形成し、コアロッド13の外周面が前記摺動面51を形成する。
【００２３】
図５に示すように、前記充填部16に、混合した鉄系と銅系の原料粉末１，２を充填し、これら原料粉末１，２に振動（Ｓ２）を与える。この場合、充填部16の上部を上パンチ15により塞ぎ、パンチ14，15により加圧することなく、充填部16に加速度０．０１〜３Ｇ程度の振動を与える。振動を受けると、偏平粉である銅系の原材粉末２が充填部16内の外側に偏析し、厚さ方向に重なり合うと共に、厚さと交叉する方向を表面側の長さ方向に合わせるようにして集まり、この後、上，下パンチ15，14により充填部16内の原料粉末１，２を加圧することにより圧粉体６を成形（Ｓ３）する。この圧粉体６は図６に示すように、表面側に偏平粉である銅系の原料粉末２が集まり、内部に向って鉄系の原料粉末１の割合が増加する。その圧粉体を焼結（Ｓ４）することにより、焼結品である軸受５が形成される。
【００２４】
一例として、原料粉末２にアスペクト比２０〜４０の偏平粉を用い、鉄系の原料粉末１と銅系の原料粉末２との割合を４０対６０（重量割合）とし、充填部16において、０．０５〜０．１Ｇ程度の振動を０．５秒間加えた後、加圧して圧粉体６を形成し、これを焼結した軸受５において、表面側から銅の濃度を測定した。図７に示すように、軸受５の摺動面51と外周面54の銅濃度を測定すると共に、それら摺動面51と外周面54との間の等間隔をなす７箇所で銅濃度を測定した。なお、図７では測定箇所に×印を付し、各測定箇所の銅濃度を図示上のグラフに示した。このように銅系の原料粉末２の偏平粉を６０重量％以上用いることにより、表面側を銅１００％とすることができることが分かった。この場合の摺動面51及び外周面54の表面銅被覆率はほぼ１００％となる。
【００２５】
上記の表面銅被覆率は、表面をカラー写真撮影（倍率×１００）し、決められた２ｍｍ方眼のトレース用紙のフレームを写真上に重ね合わせ、銅部の面積比率を計算して算出される。
【００２６】
また、鉄系の原料粉末１と銅系の原料粉末２との割合を変え、５０対５０では表面銅被覆率が約９０％、６０対４０では表面銅被覆率が８０％、７０対３０では表面銅被覆率が７０％、８０対２０では表面銅被覆率が６０％となった。
【００２７】
摺動面51の表面銅被覆率が１００％で、摩擦抵抗が最低となり、−４０度の温度下で回転軸を始動する試験において、ノイズの発生は見られず、表面銅被覆率が９０％程度までは同様な効果が得られた。一方、表面銅被覆率が１００％であっても、銅系の原料粉末２の割合が７０重量％を超えると、強度が低下するため、銅系の原材料粉末の割合は原料全体の２０〜７０重量％とした。
【００２８】
このように本実施形態では、請求項１に対応して、鉄系と銅系の原料粉末１，２を成形金型11の充填部16に充填し、この原料粉末１，２を加圧して圧粉体６を成形し、この圧粉体６を焼結してなる摺動部品たる軸受５において、銅系の原料粉末２が鉄系の原料粉末１よりアスペクト比が大きな偏平粉であり、表面たる摺動面51側に銅が偏析し、表面側から内部に向って銅の割合が低くなると共に鉄の割合が高くなるから、この偏平粉である銅系の原料粉末２と鉄系の原料粉末１とを充填部16に充填して振動を加えることにより、銅系の偏平粉が表面側に偏析し、得られた軸受５は、表面側が銅に覆われ、表面側から内部に向って銅より鉄の割合が高くなる濃度勾配なす。
【００２９】
したがって、銅に覆われた表面たる摺動面51に回転体が摺動し、回転軸と摺動面51との摩擦係数が低く、円滑な回転が可能となり、同時に鉄により所定の強度と耐久性を得ることができる。また、この構造では、回転体が摺動する摺動面51が摩耗しても、摺動面51の下には所定の割合で銅が含まれているから、摺動部分の耐久性に優れたものとなる。
【００３０】
また、このように本実施形態では、請求項２に対応して、摺動部たる摺動面51の表面銅被覆率が６０％以上であるから、摺動面の摩擦係数を極めて低く抑えることができる。
【００３１】
また、このように本実施形態では、請求項３に対応して、偏平粉のアスペクト比が１０以上であるから、振動を加えると、偏平粉が表面側に良好に偏析し、表面側の銅濃度の高い軸受５を得ることができる。
【００３２】
また、このように本実施形態では、請求項４に対応して、銅系の原料粉末２の割合が全体の２０〜７０重量％であるから、低い摩擦抵抗と強度とを兼ね備えた軸受５を得ることができる。
【００３３】
このように本実施形態では、請求項５に対応して、鉄系と銅系の原料粉末１，２とを成形金型11の充填部16に充填し、この原料粉末１，２を加圧して圧粉体６を成形し、この圧粉体６を焼結してなる摺動部品たる軸受５の製造方法において、銅系の原料粉末２に前記鉄系の原料粉末１よりアスペクト比が大きな偏平粉を用い、振動により充填部16内の銅系の原料粉末２を圧粉体51の表面側に偏析するから、その圧粉体51を焼結する軸受５は、摩擦係数が低く、耐久性に優れたものとなる。
【００３４】
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。例えば、偏平粉には、棒状のものも含まれ、この場合は長さと直径の比がアスペクト比となる。
【００３５】
【発明の効果】
請求項１の摺動部品は、鉄系と銅系の原料粉末を成形金型の充填部に充填し、この原料粉末を加圧して圧粉体を成形し、この圧粉体を焼結してなる摺動部品において、前記銅系の原料粉末が前記鉄系の原料粉末よりアスペクト比が大きな偏平粉であり、表面側に銅が偏析し、表面側から内部に向って銅の割合が低くなると共に鉄の割合が高くなるものであり、摩擦抵抗の削減と耐久性の向上を図ることができ摺動部品を提供することができる。
【００３６】
また、請求項２の発明は、請求項１の効果に加えて、摺動部の表面銅被覆率が６０％以上であり、摺動部の摩擦係数を極めて低く抑えることができる。
【００３７】
また、請求項３の発明は、請求項１又は２の効果に加えて、前記偏平粉のアスペクト比が１０以上であり、振動を加えると、偏平粉が表面側に良好に偏析し、表面側の銅濃度の高い摺動部品が得られる。
【００３８】
また、請求項４の発明は、請求項２の効果に加えて、前記銅系の原料粉末の割合が全体の２０〜７０重量％であり、摩擦抵抗を削減し、かつ強度的に優れた摺動部品を得ることができる。
【００３９】
請求項５の摺動部品の製造方法は、鉄系と銅系の原料粉末とを成形金型の充填部に充填し、この原料粉末を加圧して圧粉体を成形し、この圧粉体を焼結してなる摺動部品の製造方法において、前記銅系の原料粉末に前記鉄系の原料粉末よりアスペクト比が大きな偏平粉を用い、振動により前記充填部内の銅系の原料粉末を前記圧粉体の表面側に偏析する方法であり、摩擦係数が低く、耐久性に優れた摺動部品が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す製造方法を説明するフローチャート図である。
【図２】同上、鉄系の原料粉末の正面図である。
【図３】同上、銅系の原料粉末を示し、図３（Ａ）は側面図、図３（Ｂ）は正面図である。
【図４】同上、軸受の斜視図である。
【図５】同上、成形金型の断面図である。
【図６】同上、圧粉体の断面図であり、一部を拡大表示している。
【図７】同上、軸受の断面説明図と銅の濃度を示すグラフである。
【符号の説明】
１ 鉄系の原料粉末
２ 銅系の原料粉末（偏平粉）
５ 軸受
６ 圧粉体
11 成形金型
16 充填部
51 摺動面（摺動部）

Claims (5)

1. 鉄系と銅系の原料粉末を成形金型の充填部に充填し、この原料粉末を加圧して圧粉体を成形し、この圧粉体を焼結してなる摺動部品において、前記銅系の原料粉末が前記鉄系の原料粉末よりアスペクト比が大きな偏平粉であり、表面側に銅が偏析し、表面側から内部に向って銅の割合が低くなると共に鉄の割合が高くなることを特徴とする摺動部品。
2. 摺動部の表面銅被覆率が６０％以上であることを特徴とする請求項１記載の摺動部品。
3. 前記偏平粉のアスペクト比が１０以上であることを特徴とする請求項１又は２記載の摺動部品。
4. 前記銅系の原料粉末の割合が全体の２０〜７０重量％であることを特徴とする請求項２記載の摺動部品。
5. 鉄系と銅系の原料粉末とを成形金型の充填部に充填し、この原料粉末を加圧して圧粉体を成形し、この圧粉体を焼結してなる摺動部品の製造方法において、前記銅系の原料粉末に前記鉄系の原料粉末よりアスペクト比が大きな偏平粉を用い、振動により前記充填部内の銅系の原料粉末を前記圧粉体の表面側に偏析することを特徴とする摺動部品の製造方法。

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