JP6440297B2 - Ｃｕ基焼結軸受 - Google Patents

Description

本発明は、Ｃｕ基焼結軸受に関する。

従来から自動車の内燃機関には、様々な組成の焼結部材からなる軸受が採用されている。
特に、気孔に潤滑油を取り入れて潤滑させる焼結含油軸受では、低い摩擦係数を得るためにはＣｕ基材料が有用であることが知られている。特に、Ｆｅ系合金からなる回転軸の支持に、Ｃｕ基焼結部材からなる軸受（Ｃｕ基焼結軸受）を用いることで焼き付けを抑制できる。

一方で、負荷や振動などによる高い面圧が作用する用途の軸受には、高い面圧に耐えるために、鉄系や鉄銅系の焼結部材が使用されていた。しかしながら、鉄系や鉄銅系の焼結部材は、摩擦係数が高く、高精度な制御が必要である用途、例えばスロットル弁のブッシュ等に使用することが適しておらず、ボールベアリングが採用されるために、コストが高くなっていた。

近年、コスト削減など理由に、Ｃｕ基焼結部材をこれらの高精度な制御が必要な軸受として採用することが望まれている。
Ｃｕ基焼結部材としては、青銅系材やリン青銅系材、銅ニッケル系材がある。これらのうち、青銅系やリン青銅系材は、そもそもの材料強度が低く、高い面圧が加わる条件では使用することが出来ない。一方銅ニッケル系のＣｕ基焼結部材は、Ｎｉを多く配合することで強度が高められており、高い面圧が必要でしかも高精度な制御が必要な部分に適用できる焼結部材として期待されている。
Ｃｕ−Ｎｉ系のＣｕ基焼結部材としては、特許文献１、特許文献２に開示されたものがある。

特開２００６−１９９９７７号公報 特開２００６−６３３９８号公報

しかしながら、銅ニッケル系の焼結部材は、青銅系材やリン青銅系材と比較すると高強度ではあるものの、高面圧用途では軸受として受ける負荷を支えきれず摩耗進行の懸念があった。
本発明者らは鋭意検討により、銅ニッケル系の焼結部材からＣ量を低減させることで、材料強度が高まることを見出した。しかしながら、Ｃ量を低減させ過ぎると焼結時の寸法変化並びに変形が大きくなり、後工程のサイジングで寸法精度が規格内に収まらず製品歩留まりが悪く、生産性低下を招き、コストも高くなるという問題が生じた。

本発明は、上記の課題に鑑みなされたものであって、高面圧下で使用可能であり、焼結における寸法変化が小さく生産性の高いＣｕ基焼結軸受の提供を目的とする。

本発明のＣｕ基焼結軸受は、Ｎｉ：１５質量％以上３６質量％以下と、Ｓｎ：３質量％以上１３質量％以下と、Ｐ：０．０５質量％以上０．５５質量％以下と、Ｃ：０．０２質量％以上４質量％以下とを含み、残部がＣｕ及び不可避不純物からなり、Ｃｕ−Ｎｉ系主相粒内にＣを０．０２質量％以上０．１０質量％以下含む。

また、上記のＣｕ基焼結軸受は、気孔率が８％以上２５％以下であっても良い。

上記のＣｕ基焼結軸受に係る製造方法は、Ｎｉ：１５質量％以上３６質量％以下と、Ｓｎ：３質量％以上１３質量％以下と、Ｐ：０．０５質量％以上０．５５質量％以下と、Ｃ：０．０２質量％以上０．１０質量％以下と、残部としてＣｕ及び不可避不純物と、を含む１種又は２種以上の原料粉末を混合し、プレス成形した後に焼結する。

また、上記のＣｕ基焼結軸受の製造方法は、前記原料粉末に加えて、黒鉛粉末を混合し、前記原料粉末に含まれるＣと前記黒鉛粉末に由来するＣとの総和が、０．０２質量％以上４質量％以下としても良い。

また、上記のＣｕ基焼結軸受の製造方法は、前記原料粉末が、Ｃｕ−Ｎｉ合金粉末、Ｓｎ粉末、Ｃｕ−Ｐ合金粉末であっても良い。

本発明によれば、材料に含まれる合金組成を、Ｎｉ：１５質量％以上３６質量％以下と、Ｓｎ：３質量％以上１３質量％以下と、Ｐ：０．０５質量％以上０．５５質量％以下と、Ｃ：０．０２質量％以上０．１０質量％以下とすることで、強度及び耐摩耗性が高いＣｕ基焼結軸受を提供できる。

また、本発明のＣｕ基焼結軸受によれば、素地と合金化しているＣ（Ｃｕ−Ｎｉ系主相粒内のＣ）と、合金中に遊離黒鉛として存在しているＣと、がある。
素地と合金化しているＣは、原料のＣｕ−Ｎｉ合金粉末中に含有されるＣに由来するものである。素地と合金化しているＣを０．０２質量％以上０．１０質量％以下とすることで、焼結時の寸法変化率を安定させることができる。
一方、素地と合金化せず遊離黒鉛として素地中に分散分布しているＣは、潤滑油と共に優れた潤滑性を付与し、耐摩耗性を向上させる効果がある。

実施形態に係るＣｕ基焼結軸受の一例を示す斜視図。 実施形態に係るＣｕ基焼結軸受を構成するＣｕ基焼結部材の拡大組織図。

以下に本発明の一実施形態について説明するが、本発明は以下に説明する実施形態に限定されるものではない。なお、以下の説明で用いる図面は、特徴をわかりやすくするために、便宜上特徴となる部分を拡大して示している場合があり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らない。

図１は、本実施形態のＣｕ基焼結部材１０からなるリング状の軸受（Ｃｕ基焼結軸受）１を示す。また、軸受１が支持する軸２は、例えばステンレス鋼等のＦｅ系合金が用いられる。軸２は、軸受１に対して回転摺動、又は直線摺動する。
本実施形態の軸受１は、例えば、自動車の内燃機関のスロットルや動弁系等の制御モーターに用いられる。このような用途において、軸受１に加わる負荷はエンジン等からの振動も加わり、面圧１５ＭＰａ〜２５ＭＰａ、回転数は、１０００ｒｐｍ〜８０００ｒｐｍとなる場合がある。このような高負荷、高回転数の用途において、従来のＣｕ基焼結軸受は、強度が十分でなく、異常摩耗が起こる場合があり、信頼性が十分でなかった。本実施形態のＣｕ基焼結軸受１は、強度が高く自動車の内燃機関のスロットルや動弁系等の制御用モーターに使用可能である。

図２は、本実施形態のＣｕ基焼結軸受１を構成するＣｕ基焼結部材１０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。なお、図２は、あくまで模式図であり、特徴となる部分を拡大して示したものである。

図２に示すように、Ｃｕ基焼結部材１０は、複数の粒子（Ｃｕ−Ｎｉ系主相粒）１１が粒界部分に気孔１２（内在気孔１２ａ及び開気孔１２ｂ）を介し焼結により一体化され、気孔１２の内部に遊離黒鉛（Ｃ（Ｆｒｅｅ））１３が分散された構造を有している。
また、Ｃｕ基焼結部材１０は、内部及び表面にＳｎを３０質量％以上含有するＳｎ高濃度合金層１４を有している。

Ｃｕ−Ｎｉ系主相粒である粒子１１は、Ｓｎ、Ｐ、Ｃを含むＣｕ−Ｎｉ合金粒からなり、複数の粒子１１が焼結されてＣｕ基焼結部材１０の素地を構成している。
Ｃｕ基焼結部材１０は、素地を構成する粒子１１が、Ｃｕ−Ｎｉ系主相粒であることによって優れた耐摩耗性が確保される。
また、Ｃｕ基焼結部材１０に分散分布された気孔１２内に分布する潤滑性の高い遊離黒鉛１３の潤滑作用により高い潤滑性能が得られる。加えて、Ｃｕ基焼結部材１０の気孔１２に含浸された潤滑油によって、耐摩耗性の一段の向上が図られる。

Ｃｕ基焼結部材１０は、上述した遊離黒鉛１３の他に、粒子１１内に合金化した状態で含まれるＣを含む。このＣは、原料のＣｕ−Ｎｉ合金粉末中に含有されるＣに由来するものである。粒子１１内にＣを適度に含有させることで、焼結前後の焼結体の寸法変化を安定させることができる。

Ｓｎ高濃度合金層１４は、Ｃｕ基焼結部材１０に内在する内在気孔１２ａの内面、Ｃｕ基焼結部材１０の表面に開放されて形成されている開気孔１２ｂの内面、並びに開気孔１２ｂの開口部近傍に形成されている。Ｓｎ高濃度合金層１４は、Ｃｕ基焼結部材１０の有機酸に対する耐食性を高めることができる。
なお、図２に示すように、開気孔１２ｂ同士の生成間隔が広い部分ではＳｎ高濃度合金層１４が形成されず粒子１１が露出する露出部１５が形成される。しかしながら、このような露出部１５は、開気孔１２ｂに形成されることはなく、粒子１１の粒界に有機酸が浸入することがない。したがって、露出部１５が形成されていても、有機酸に対する耐食性を十分に高めることができる。

Ｃｕ基焼結軸受１の製造方法は後に詳述するが、一例として、Ｃｕ−Ｎｉ合金粉末、Ｓｎ粉末、並びにＣｕ−Ｐ合金粉末からなる原料粉末と、黒鉛粉末を所定量均一混合してプレス成形し、得られた成形体を８６０℃〜９７０℃で焼結することにより得られる。

Ｃｕ基焼結軸受１は、Ｎｉ：１５質量％以上３６質量％以下と、Ｓｎ：３質量％以上１３質量％以下と、Ｐ：０．０５質量％以上０．５５質量％以下と、Ｃ：０．０２質量％以上４質量％以下とを含み、残部がＣｕ及び不可避不純物からなることが好ましい。また、粒子１１内には、０．０２質量％以上０．１０質量％以下のＣを含むことが好ましい。また、Ｃｕ基焼結軸受１は、気孔率が８％以上２５％以下であることが好ましい。
以下に、Ｃｕ基焼結軸受１を構成するＣｕ基焼結部材１０の各組成比及び気孔率の好ましい範囲の理由について説明する。

＜Ｎｉ：１５質量％以上３６質量％以下＞
Ｎｉは、粒子１１において、Ｃｕ、Ｓｎ及びＰと素地の固溶体を形成し、Ｃｕ基焼結部材１０の強度ならびに耐摩耗性を向上させる効果がある。
所望の強度ならびに耐摩耗性を得るために、Ｎｉの含有量は、１５質量％以上とすることが好ましい。
また、Ｎｉの含有量が３６質量％を超えると焼結性が急激に低下し、強度並びに耐摩耗性の低下が避けられなくなる。したがって、Ｎｉは、３６質量％以下とすることが好ましい。

＜Ｓｎ：３質量％以上１３質量％以下＞
Ｓｎは、粒子１１において、Ｃｕ、Ｎｉ及びＰと固溶体を形成し、Ｃｕ基焼結部材１０の強度ならびに耐摩耗性を向上させる効果がある。
所望の強度ならびに耐摩耗性を得るために、Ｓｎの含有量は、３質量％以上とすることが好ましい。
また、Ｓｎの含有量が１３質量％を超えると、焼結時の寸法変化が大きくなり、寸法精度が低下する。したがって、Ｓｎは、１３質量％以下とすることが好ましい。
また、Ｓｎは、Ｃｕ基焼結部材１０において、内在気孔１２ａ及び開気孔１２ｂの内面、並びに開気孔１２ｂ開口部周辺に、Ｓｎ高濃度合金層を形成させる。Ｓｎ高濃度合金層は、Ｃｕ基焼結部材１０の耐食性を向上させる効果がある。

＜Ｐ：０．０５質量％以上０．５５質量％以下＞
Ｐは、主に粒子１１の粒界において、ＮｉあるいはＣｕ、Ｎｉ及びＳｎと固溶体を形成し、Ｃｕ基焼結部材１０の強度ならびに耐摩耗性を向上させる効果がある。
所望の強度並びに耐摩耗性を得るために、Ｐの含有量は、０．０５質量％以上とすることが好ましい。
また、Ｐの含有量が０．５５質量％を超えると、焼結時の寸法変化が大きくなり、寸法精度が低下する。したがって、Ｓｎは、０．５５質量％以下とすることが好ましい。

＜Ｃの含有量＞
Ｃは、粒子１１に内在し素地と合金化しているＣと、合金中に遊離黒鉛１３として存在しているＣと、があり、それぞれ作用が異なる。
Ｃｕ基焼結部材１０は、素地と合金化しているＣと、遊離黒鉛１３としてのＣと、その総和として、０．０２質量％以上４質量％以下とのＣを含んでいる。

＜素地と合金化しているＣ（Ｃｏｍｂｉｎｅｄ）：０．０２質量％以上０．１０質量％以下＞
粒子１１に内在し素地と合金化しているＣ（Ｃｏｍｂｉｎｅｄ）は、原料のＣｕ−Ｎｉ合金粉末中に含有されるＣに由来するものである。原料粉末の一つであるＣｕ−Ｎｉ合金粉末中に所定量含有させることで、Ｃｕ−Ｎｉ合金粉末、Ｓｎ粉末、Ｃｕ−Ｐ合金粉末、黒鉛粉末からなる圧粉体の焼結時の寸法変化を安定させることができる。

Ｃｕ−Ｎｉ原料粉末中に含有されるＣは、原料粉末同士の焼結を抑制する効果がある。
Ｃｕ−Ｎｉ原料粉末中に含まれるＣの含有量が０．０２質量％未満であると、原料粉末同士の焼結を抑制するものがないために焼結が促進され、焼結によって寸法が縮みすぎてしまう。したがって、原料粉末中に含まれるＣの含有量は、０．０２質量％以上とすることが好ましい。また、これにより、粒子１１に内在するＣの含有量も、０．０２質量％以上となっていることが好ましい。
また、原料粉末中に含まれるＣの含有量が０．１０質量％を超えると、原料粉末同士の焼結がいっそう進みにくくなり、焼結による寸法の拡大が大きくなる。したがって、原料粉末中に含まれるＣの含有量は、０．１０質量％以下とすることが好ましい。また、これにより、粒子１１に内在するＣの含有量も、０．１０質量％以下となっていることが好ましい。
素地と合金化しているＣの含有量を０．０２質量％以上０．１０質量％以下とすることで、焼結前後における寸法の変化率を−２％以上０％以下とすることができる。

＜遊離黒鉛としてのＣ（Ｆｒｅｅ）：４質量％以下＞
遊離黒鉛１３として含まれるＣは、原料粉末と共に混合する黒鉛粉末に由来する。遊離黒鉛１３として含まれるＣは、潤滑油と共にＣｕ基焼結部材１０に優れた潤滑性を付与し、耐摩耗性を向上させる。しかしながら、遊離黒鉛１３として含まれるＣは、粒子１１の粒界に介在するため、粒子１１同士の結合を阻害して、Ｃｕ基焼結部材１０の強度を低下させる虞がある。したがって、潤滑油のみで十分な潤滑性が得られる場合には、遊離黒鉛１３を形成しなくても良い。この場合は、原料粉末の混合時に黒鉛粉末を付与しない。
また、遊離黒鉛１３として含まれるＣは、４質量％以下とすることでＣｕ基焼結部材１０の強度及び耐摩耗性の低下を最低限度に抑制しつつ、潤滑性を高めることができる。

＜残部Ｃｕ＞
Ｃｕ基焼結部材１０は、Ｆｅ系合金の軸を摺動させる軸受として好適に用いられる。
Ｆｅ系合金からなる軸２は、軸受１の材質（例えばＦｅ系合金を採用した場合等）によっては、焼き付きが起こりやすくなる。軸受１は、Ｆｅ系合金を相手材として摺動した場合であっても、焼き付きが起こりにくいものであることが望まれる。
軸受１として、Ｃｕが支配的な組成であるＣｕ基焼結部材１０を用いることで、Ｆｅ系合金からなる軸との焼き付きが生じにくくなる。

＜気孔率：８％〜２５％＞
気孔１２は、潤滑油を含浸、貯留し、軸受１が相手部材（例えば図１に示す軸２）と摺動する際に潤滑油を供給することで軸受１の耐摩耗性を高める作用がある。また、気孔１２は、軸受１に受ける強い衝撃等を緩和し、軸受１の摩耗を著しく抑制する作用がある。
所望の耐摩耗性を得るために必要な気孔率は８％以上である。
また、気孔率が２５％を超えると強度が低下し耐摩耗性が低下するため、気孔率は２５％以下とすることが好ましい。

軸受１の気孔率は、日本粉末冶金工業会の焼結金属材料の解放気孔率試験方法（ＪＰＭＡ Ｍ 02-1992）により測定する事が出来る。

＜Ｃｕ基焼結軸受の製造手順＞
以下に、本実施形態のＣｕ基焼結軸受１の製造手順を説明する。
まず、出発材料として１０μｍ〜１００μｍ程度の範囲内の所定の平均粒径を有するＣｕ−Ｎｉ合金粉末あるいはＮｉ−Ｃｕ合金粉末、Ｃｕ−Ｐ合金粉末、Ｓｎ粉末、黒鉛粉末を用意する。また、Ｃｕ及びＮｉの成分組成を調整するために、さらにＣｕ粉末、Ｎｉ粉末を用意しても良い。

次に、これらの各粉末を最終目的の組成比となるように混合した後、ステアリン酸亜鉛などの潤滑剤を０．１％〜１．０％、例えば０．５％程度添加し、混合機で数１０分程度均一混合し、混合粉末を得る。混合に際しては、ダブルコーン型混合機、Ｖ型混合器等を用いて均一に分散させることが好ましい。

次いで、混合粉末を金型に格納し、１００ＭＰａ〜７００ＭＰａの圧力を加えプレス成形し、目的の形状、例えばリング状の圧粉体を得る。
この圧粉体に対し、例えば、天然ガスと空気を混合し、加熱した触媒に通すことで分解変性させたエンドサーミックガス（endothermic gas）雰囲気中において、８６０℃〜９７０℃の範囲内の所定の温度で焼結し、さらにサイジングを行うことで、目的の形状の軸受１を得ることができる。

焼結時、低融点であるＳｎ（融点約２３２℃）やＣｕ−Ｐ（融点約７１８℃）は、焼結時に溶融し、ＳｎやＰはＣｕ−Ｎｉ合金粉末からなる粒子あるいはＮｉ−Ｃｕ合金粉末からなる粒子と反応する。このため、焼結後は、Ｃｕ−Ｎｉ合金粉末からなる粒子あるいはＮｉ−Ｃｕ合金粉末からなる粒子による焼結がなされ、焼結後の粒子１１の粒界の気孔部分に遊離黒鉛１３が存在する図２に示す組織が得られる。

なお、Ｃｕ−Ｎｉ合金粉末あるいはＮｉ−Ｃｕ合金粉末を製造する場合、合金溶湯から急冷して粉末化するアトマイズ法を用いるが、るつぼ内に合金溶湯を収容してノズルから外部に噴射して急冷する場合、脱酸等の目的でＣを混合することがあるが、ここではＣの不純物としての影響が大きいので、脱酸用に添加するＣ量を調節することで、これらの合金粉末に含まれるＣ量を制御できる。

以下、実施例を示して本発明をさらに詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

＜試料の作製＞
まず、原料粉末として、Ｃｕ−Ｎｉ合金粉末（粒径−１００メッシュ）、Ｃｕ−Ｐ合金粉末（粒径−２００メッシュの）、黒鉛粉末（粒径−１５０メッシュ）、Ｓｎ粉末（粒径−２５０メッシュ）、並びにＮｉ粉末（平均粒径４μｍ）を用意する。なお、Ｃｕ−Ｎｉ合金粉末中のＮｉの含有割合、及びＣｕ−Ｐ合金粉末中のＰの含有割合は、質量％として表１に示す。

次に、原料粉末を、表１に示す比率で配合し、さらにステアリン酸亜鉛０．５％を加えてＶ型混合機で２０分間混合し混合粉末を生成した。

次に、混合粉末を金型に格納し、１００ＭＰａ〜７００ＭＰａ範囲内の所定の圧力でプレス成形して圧粉体を形成した。
次に、この圧粉体を天然ガスと空気を混合し、加熱した触媒に通すことで分解変成させたエンドサーミックガス（吸熱型ガス）雰囲気中で焼結した。各試料の焼結温度は表１に示す。
次に、得られた焼結体を金型に格納し、２００ＭＰａ〜７００ＭＰａ範囲内の所定の圧力を加えてサイジングを行った。
次に、焼結体を潤滑用の合成油に含浸させ、真空浸油処理にて焼結体内に潤滑用の合成油を含浸させた。

以上の工程により、外径：１８ｍｍ×内径：８ｍｍ×高さ：４ｍｍの寸法を有する実施例１〜実施例１９、並びに比較例１〜比較例８のリング状のＣｕ基焼結軸受を作製した。
下段の表１に、各試料の作製時における各種パラメータをまとめた。

次に、各試料の成分組成、気孔率、圧環試験の結果としての圧環強さ、焼結前後の寸法変化率、歩留まり、並びに摩耗試験結果としての最大摩耗深さを測定した下段の表２にまとめた。なお、表２の成分組成において、Ｃ（Ｆｒｅｅ）の列は、遊離黒鉛として粒界に介在するＣの質量％を表す。また、Ｃ（Ｃｏｍｂｉｎｅｄ）の列は、粒子の内部に合金化して含まれるＣの質量％を表す。さらに、Ｃ（総量）とは、Ｃ（Ｆｒｅｅ）及びＣ（Ｃｏｍｂｉｎｅｄ）として試料に含まれるＣの質量％の総量を表す。
各測定方法について、以下に説明する。

＜成分組成＞
成分組成は、原料粉末に含まれる金属の含有量から求めた。
また、各試料に含まれるＣの総量のうち、遊離黒鉛として粒界に介在するＣ（Ｆｒｅｅ）と、粒子の内部に合金化して含まれるＣ（Ｃｏｍｂｉｎｅｄ）と、の比率は、以下の方法で求めた。
まず、試料の焼結軸受に含まれるＣの総量をガス分析法により測定した。次いで、遊離黒鉛として含まれるＣ（Ｆｒｅｅ）の含有量の分析をＪＩＳ１２１１−１９９５の方法に準じて行った。粒子の内部に合金化して含まれるＣ（Ｃｏｍｂｉｎｅｄ）は、Ｃの総量から遊離黒鉛の含有量を差し引いて求めた。

＜気孔率＞
気孔率は、焼結金属材料の解放気孔率試験方法ＪＰＭＡ Ｍ 02-1992に準じて測定した。

＜圧環試験＞
リング形状を有する試料に半径方向から荷重を加え、試料が破壊した時の試験荷重を圧環強さとした。
圧環強さは２５０ＭＰａ以上であることが好ましい。

＜寸法変化率＞
成形体（圧粉体）の外径寸法を焼結前にあらかじめ測定し、焼結を実施する。焼結後の焼結体（焼結摺動材）の寸法を測定し、焼結前後での寸法変化率を計算にて求めた。
寸法変化率は、−２％以上０％以下とすることが好ましい。

＜歩留まり＞
同一条件で作製した５０個の試料に対し、サイジング後の内径寸法が所定の寸法公差内外で歩留まりを判定した。公差巾を０．００６ｍｍとして、公差内の内径寸法製品を合格品とした。さらに、全体に対する合格品の割合に基づき、◎、○、△、×の評価を行った。評価基準を以下に示す。
◎：合格品が９５％以上。
○：合格品が９０％以上、９５％未満。
△：合格品が８０％以上、９０％未満。
×：合格品が８０％未満。

＜耐摩耗試験＞
まず、リング形状を有する各試料に、Ｓ４５Ｃからなりφ８ｍｍのシャフト（軸）を挿入した。さらに、シャフトの軸方向に対して直角方向に一定の荷重を加えて、試料の半径方向に面圧１５ＭＰａの負荷を与えた。この状態で、シャフトを３０ｍ／ｍｉｎ．で１００時間回転させる耐摩耗試験を行った。試験終了後に、試験片を取り出し、シャフトとの摺動面における最大摩耗深さを測定した。
なお、この摩耗試験は、焼結軸受を高面圧で高速回転させることを想定したものである。
最大摩耗深さは１０μｍ以下であることが好ましい。

＜考察＞
表２から、実施例１〜実施例１９の試料は、圧環強さ、寸法変化率、歩留まり、最大摩耗深さ、ともに好ましい範囲となった。

これに対して、比較例１の試料は、圧環強さが低く、最大摩耗深さが大きくなっている。比較例１の試料は、Ｎｉの含有量が１５質量％未満である。Ｎｉは、Ｃｕ基焼結部材の強度を高める成分である。このため、比較例１は、強度が不足したものと考えられる。また、比較例１の試料は、寸法変化率及び歩留まりから、寸法の安定性が低いことが確認された。

比較例２の試料は、圧環強さが低く、最大摩耗深さが大きくなっている。比較例２の試料は、Ｎｉの含有量が３６質量％を超えている。Ｎｉは、その含有量が３６質量％を超えると焼結性が急激に低下し、強度並びに耐摩耗性の低下が避けられなくなる。このため、比較例２は、強度が不足したと考えられる。

比較例３の試料は、圧環強さが低く、最大摩耗深さが大きくなっている。比較例３の試料は、Ｓｎの含有量が３質量％未満である。Ｓｎは、Ｎｉ等と共に固溶体を形成してＣｕ基焼結部材の強度を高める成分である。このため、比較例３は、固溶体が十分に形成されず強度が不足したものと考えられる。また、比較例３の試料は、寸法変化率及び歩留まりから、寸法の安定性が低いことが確認された。

比較例４の試料は、寸法変化率及び歩留まりから寸法の安定性が低い。比較例４の試料は、Ｓｎの含有量が１３質量％を超えている。Ｓｎの含有量が１３質量％を超えると、焼結時の寸法変化が大きくなり、寸法精度が低下する。比較例４は、Ｓｎの含有量が多すぎるために、寸法精度が低下したものと考えられる。

比較例５の試料は、圧環強さが低く、最大摩耗深さが大きくなっている。比較例５の試料は、Ｐが含まれていない。Ｐは、Ｎｉ等と共に固溶体を形成してＣｕ基焼結部材の強度を高める成分である。このため、比較例５は、強度が不足したものと考えられる。

比較例６の試料は、寸法変化率及び歩留まりから寸法の安定性が低い。比較例６の試料は、Ｐの含有量が０．５５質量％を超えている。Ｓｎの含有量が０．５５質量％を超えると、焼結時の寸法変化が大きくなり、寸法精度が低下する。比較例６は、Ｓｎの含有量が多すぎるために、寸法精度が低下したものと考えられる。

比較例７の試料は、寸法が小さくなりすぎて、歩留まりが悪いという結果となった。比較例７の試料は、粒子の内部に合金化して含まれるＣ（Ｃｏｍｂｉｎｅｄ）が、０．０２質量％より少ない。Ｃ（Ｃｏｍｂｉｎｅｄ）が、０．０２質量％未満であると、原料粉末同士の焼結を阻害するものがないために焼結が促進され、焼結によって寸法が縮みすぎてしまう。このため比較例７の試料は、歩留まりが悪いという結果となったと考えられる。

比較例８の試料は、寸法変化率が正の値となっている。即ち、焼結によって焼結部材が膨張したことが分かった。比較例８の試料は、粒子の内部に合金化して含まれるＣ（Ｃｏｍｂｉｎｅｄ）が、０．１質量％より多い。この結果から、Ｃ（Ｃｏｍｂｉｎｅｄ）が、０．１質量％を超えていると、焼結によって寸法が大きくなってしまうことが確認された。また、比較例８の試料は、圧環強さが低く、最大摩耗深さが大きくなっている。これは、遊離黒鉛として粒界に介在するＣ（Ｆｒｅｅ）の含有量が多いため、粒子同士の結合力が低下したためと考えられる。

以上に、本発明の実施形態及び実施例を説明したが、実施形態及び実施例における各構成及びそれらの組み合わせ等は一例であり、本発明の趣旨から逸脱しない範囲内で、構成の付加、省略、置換、及びその他の変更が可能である。また、本発明は実施形態及び実施例によって限定されることはない。

１…軸受（Ｃｕ基焼結軸受）、２…軸、１０…Ｃｕ基焼結部材、１１…粒子（Ｃｕ−Ｎｉ系主相粒）、１２…気孔、１２ａ…内在気孔、１２ｂ…開気孔、１３…遊離黒鉛、１４…Ｓｎ高濃度合金層、１５…露出部

Claims (2)

1. Ｎｉ：１５質量％以上３６質量％以下と、Ｓｎ：３質量％以上１３質量％以下と、Ｐ：０．０５質量％以上０．５５質量％以下と、Ｃ：０．０２質量％以上４質量％以下とを含み、残部がＣｕ及び不可避不純物からなり、
   Ｃｕ−Ｎｉ系主相粒内にＣを０．０２質量％以上０．１０質量％以下含むＣｕ基焼結軸受。
2. 気孔率が８％以上２５％以下である請求項１に記載のＣｕ基焼結軸受。

Images