JPH11293305A

JPH11293305A - 摺動材料および複層焼結摺動部材

Info

Publication number: JPH11293305A
Application number: JP11278998A
Authority: JP
Inventors: Takemori Takayama; 武盛高山; Yoshikiyo Tanaka; 義清田中
Original assignee: Komatsu Ltd
Current assignee: Komatsu Ltd
Priority date: 1998-04-07
Filing date: 1998-04-07
Publication date: 1999-10-26

Abstract

(57)【要約】【課題】Ｂｉ金属間化合物を分散・析出させた銅系お
よび／または鉄系摺動材料においてＰｂレス化を達成す
るとともに、Ｂｉ系金属間化合物の固体潤滑作用により
焼き付き性を改善する。【解決手段】摺動材料中に１種以上のＢｉ系金属間化
合物を分散・析出させてなり、このＢｉ系金属間化合物
を形成させる相手金属元素を、周期律表の１Ａ〜４Ａ
族，Ｍｎ，Ｎｉ，６Ｂ族およびランタニド，アクチニド
族のうちの１種以上の金属元素とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、より高面圧下での
耐摩耗性の向上、異音の発生防止などを狙いとした摺動
材料および、鉄系裏金部材に銅系焼結材料が設けられて
なる複層焼結摺動部材に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、銅系摺動材料としては、例えばＣ
ｕ−Ｓｎ−Ｐｂ等の鉛青銅系や燐青銅系など各種のＳｎ
を含有する材料が多く用いられ、かつ鉄系裏金部材と一
体化された複層焼結摺動部材もよく知られており、潤滑
油を充分に供給しながら、建設機械分野においても足回
りの転輪ローラ部において利用され、さらに一般的には
エンジンコンロッド部のエンジンメタルとして多く利用
されている。

【０００３】また、建設機械の作業機ブッシュのような
より高面圧、低速の条件下で使用される軸受け材として
耐摩耗性を重視した浸炭や高周波焼き入れを施した鋼製
のブッシュが使われている。他方、作業機では高面圧下
で潤滑条件が厳しくなり、作業時に不快な異音が発生す
るのを防止するために、高力黄銅製のブッシュや前述の
鋼製ブッシュにさらに潤滑皮膜処理を施したものが使用
されている。特に、高力黄銅製ブッシュは馴染み性に優
れることから注目されている。さらに、作業機などの軸
受け部への給脂時間間隔を延ばすために、高力黄銅製ブ
ッシュに機械加工穴を設け、その穴部に多孔質黒鉛を埋
め込んで含油させた軸受け材料（例えばオイレス工業社
製、５００ＳＰ等）や固体潤滑剤を多量に添加した金属
焼結体（例えば東芝タンガロイ社製、ＳＬ合金）が利用
されている場合がある。

【０００４】また、高面圧下での条件で使用する複層焼
結摺動部材としては、固体潤滑成分としての黒鉛が３〜
８重量％の範囲で分散含有されたアルミ青銅系焼結摺動
合金を、接合層を介して銅板に一体接合してなる複層焼
結摺動部材およびその製造方法が、特開平５−１５６３
８８号公報に開示されている。

【０００５】さらに、特開平３−２３２９０５号公報に
おいては、表面に複数個の独立した突出部を備えた鋼板
からなる裏金や表面に連続した突出部と各突出部によっ
て形成された複数個の独立した凹部を備えた鋼板からな
る裏金の表面の突出部を覆って一体に被着形成された潤
滑牲成分として少なくとも３重量％の黒鉛を含有分散す
る銅系焼結合金層とからなり、その焼結合金層には低密
度高含油合金層と高密度低含油合金層が形成されている
複層焼結摺動部材が高荷重、耐衝撃性に優れていること
が開示されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】複層焼結摺動部材で摺
動焼結層が鉛青銅焼結系のものは、軽負荷・高速で潤滑
条件が良い状態では、馴染み性に優れた摺動材料として
活用できるためにエンジンメタル等として非常に汎用的
に利用されているが、近年の環境問題を考慮した場合に
は含有されるＰｂ量の低減もしくは廃止が重要な問題と
なっている。

【０００７】また、鉛青銅系摺動材料では、作業機ブッ
シュのような摺動条件が高面圧化したり、潤滑油が十分
に供給できない厳しい条件下では、極めて簡単に焼き付
き、摩耗することや硬度が充分に高くないことから容易
にへたることが問題となる。

【０００８】また、前述の鋼製ブッシュでは、作業機ブ
ッシュに適用した場合にへたることはないが、焼き付き
や不愉快な異音が発生しやすいことが問題となる。

【０００９】さらに、溶製される高力黄銅系摺動材料で
はへたりはほば無くなり、潤滑切れ状態が鋼に較べて改
善されるようであるが、完全に潤滑切れを防止すること
が出来ないことから、異音の発生がかなりの点で防止さ
れるものの、それでも作業機のように極めて低速で、且
つ高荷重下で使用される場合には異音の発生を完全に防
止できない問題があり、潤滑切れが起こり始める時点か
らの摩耗が急速に起こるという問題がある。

【００１０】一般的に高力黄銅系摺動材料を焼結摺動合
金として製造する場合においては、含有されるＺｎの蒸
気圧が極めて高いことによって高密度に焼結することが
困難であるため、高力黄銅系複層焼結摺動材とする場合
には加圧条件下での焼結が必要となって製造コストの低
廉化ができない問題がある。

【００１１】また、潤滑皮膜処理を施した鋼製ブッシュ
を使用する場合には、潤滑膜は一般に厚く形成すること
が困難で、かつ高価な処理となるため、潤滑膜が摩耗除
去されると前述の鋼製ブッシュと同じ異音発生と焼き付
さが問題となることは明らかである。

【００１２】さらに、前述の黒鉛埋め込み型の高力黄銅
ブッシュ（例えばオイレス５００ＳＰ）のように、高い
自己潤滑性を得るために、黒鉛埋め込み用の穴あけ加工
と黒鉛の充填などの工程がコストを顕著に引き上げる問
題があり、このため黒鉛充填用の穴部面積率を通常２５
〜３０面積％に抑えて使用されることが多いため、長時
間にわたって充分な自己潤滑性が得られないという問題
がある。

【００１３】また、黒鉛、ＢＮ，ＭｏＳ₂等の既知の固
体潤滑剤を多量に含有する金属焼結体では焼結性が困難
となり、高密度化を図るためにホットプレス等の加圧焼
結手段が必要となり、より高価なものになることや高密
度化された金属焼結体においても脆弱性が高いなどの問
題がある。

【００１４】さらに、前述の表面に複数個の独立したも
しくは連続した突出部のある鋼板を裏金として用いて製
造され、少なくとも３重量％の黒鉛を含有する銅系焼結
摺動合金を一体化した複層焼結摺動部材は、所定の形状
に成形された鋼板の入手コストに問題があることと、例
えば円筒状のブッシュとして曲げ加工を施す際には、鋼
板の突出部において曲げ応力が集中して被着した前述の
銅系焼結摺動材との接合界面での剥離を起こし易いこ
と、および曲げ加工時の変形抵抗が鋼板において不均質
に分布するようになるため円筒状に均質に曲げ加工する
ことが困難になり、円筒状ブッシュとしての加工量が増
大することや最終部品での裏金との接合品質の検査費用
が高価になるなどの問題がある。

【００１５】本発明は、前述のような問題点を解消する
ためになされたもので、Ｂｉ金属間化合物を分散・析出
させた銅系および／または鉄系摺動材料においてＰｂレ
ス化を達成するとともに、Ｂｉ系金属間化合物の固体潤
滑作用により焼き付き性を改善し、かつこれら摺動材料
を鉄系裏金材料に一体化させ含油性および潤滑性を改善
した複層焼結摺動部材を提供することを目的とするもの
である。

【００１６】

【課題を解決するための手段および作用・効果】前述し
た目的を達成するために、本発明では次の技術的手段を
採ることとした。まず本発明の構成は、従来の摺動材料
に分散されていたＰｂに代えて、Ｂｉ系金属間化合物を
分散させる発想に基づいて、例えば馴染み牲に優れた銅
系材料に分散させることによって焼き付き性能を高めた
銅系摺動材料としての機能を発現させたことである。

【００１７】すなわち、本発明による摺動材料は、銅系
および／または鉄系摺動材料であって、１種以上のＢｉ
系金属間化合物を分散・析出させてなることを特徴とす
るものである。

【００１８】図１に示したハンセンのＣｕ−Ｂｉ二元系
状態図によると、Ｂｉは固体状態のＣｕに対してはほと
んど固溶せず、ほぼＢｉ純金属の状態で分散析出し、ほ
ぼＣｕ−Ｐｂ二元系状態図とほぼ同じ特性を有すること
が予測できる。また、Ｂｉの融点はＰｂの融点に対して
約５０℃低いことから、摺動条件が少し過酷になると融
解して異常摩耗を起こしやすいことが予測される。

【００１９】本発明では、Ｂｉを後述の金属元素との複
合添加によりＢｉ系金属間化合物として析出させること
によって融点を高め、過酷な摺動条件での摺動面におい
ては、固体潤滑材料的な作用を発現させることによっ
て、特に厳しい潤滑条件下で使用する摺動材料の焼き付
き特性などの画期的な摺動特性の改善を図った。

【００２０】なお、ＭｎＢｉなどに見られるように、形
成される金属間化合物は従来の黒鉛やＭｏＳ₂，ＢＮな
どのような軟質な物質でないことから摺動材料の強度的
な観点からの脆弱性がなく、より多量の添加を可能とし
ていることは非常に好ましいことである。

【００２１】より詳しくは、Ｂｉとの金属間化合物を形
成する金属元素としては、例えばハンセンの状態図集に
記載される２元系Ｂｉ−Ｘ合金での金属間化合物の存在
の有無を確認して、少なくとも図２に示した周期律表に
記載した相手金属元素の１種以上をＢｉと複合添加する
摺動材料を発明した。また、相手金属元素としては、コ
スト、入手性の観点からは、１Ａ〜４Ａ族、Ｍｎ，Ｎ
ｉ，Ａｕ，Ｓｅ，Ｔｅが実用的であることが推定できる
が、とりわけＴｉ，Ｍｇ，Ｌｉ，Ｍｎ，Ｎｉ，Ｓｅ，Ｔ
ｅが好ましいと考えられる。

【００２２】Ｂｉ系金属間化合物の適用が非常に有効で
あるとする前述の考え方は、Ｐｂ系金属間化合物に対し
ても展開できることは容易に想定できることであり、ま
た図３に示したようにＰｂ系金属間化合物の相手金属元
素となる関係が前述の図１の関係に極めて類似している
ことからも明らかである。したがって、摺動作用に対す
るＰｂ系金属間化合物の有効性が予測できることから、
摺動材料中においてはＢｉ金属間化合物とＰｂ系金属間
化合物が分散していることも摺動材料の焼き付き特性な
どの摺動特性の改善に対して好ましいことが明らかであ
り、摺動材料中にはＢｉ以外にＰｂを含有しても摺動特
性の改善作用が有効に作用することがわかる。

【００２３】特に、Ｔｉ，ＭｇはＢｉ，Ｐｂの両方の金
属間化合物の強力な形成元素として共通することから極
めて好ましい金属元素であることがわかる。さらに、Ｂ
ｉ，Ｐｂ系等の金属間化合物が摺動特性に有効に作用す
ることは、周期律表の化学的な規則性からＩｎ，Ｔｅな
どに対しても同じ考え方が適用できる可能性が有ること
を示唆すると考えられる（図４参照）。

【００２４】さらに、本発明は、焼結によって少なくと
もＢｉとの金属間化合物を析出させるＴｉ，Ｍｇ，Ｍ
ｎ，Ｎｉなどを含有させることによって、耐焼き付き性
に優れ、かつ耐摩耗性にも優れた高力黄銅材に代わるＣ
ｕ−Ｂｉ−Ｔｉ，−Ｍｇ，−Ｍｎ，−Ｎｉ系焼結摺動材
料を特徴とするものである。

【００２５】なお、銅系摺動材料としてＢｉ系金属間化
合物が硬質分散粒子として耐焼き付き性などに作用する
添加量は、０．５体積％から顕著に作用することが従来
から知られていること、および／または固体潤滑剤とし
て利用する場合には潤滑面から３０体積％以上において
は作用が飽和することが知られていることから、Ｂｉ系
金属間化合物としてＴｉ₄ＢｉやＮｉＢｉ₃を想定すると
Ｂｉ添加量の組成範囲が算出されるべきものであるが、
Ｂｉの含有量としては少なくとも０．５〜５５重量％の
範囲で調整されて使用できると考えられる。さらに、Ｂ
ｉ系金属間化合物の相手金属元素の添加量はＢｉ添加量
との関係を考慮して添加されるべきものであるが、通常
はＢｉ添加量の先の関係以上に添加しておくことが好ま
しい。なお、摺動材料が脆弱化しない範囲内での使用が
もっとも好ましいこととすれば、Ｂｉの添加の上限量を
３０重量％以下に抑えて使用することがより好ましい。

【００２６】特に、銅系摺動材料として使用する場合に
おいては、Ｂｉ系金属間化合物を形成させる金属成分以
外の合金成分については、鉛青銅，燐青銅，Ａｌ青銅等
やさらに高力黄銅で汎用的に使用される、例えば鉛，Ｓ
ｎ，Ｚｎ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｆｅ，Ｃｒ，Ａｇ，Ｂｅ，Ｐ等
が添加されるのが好ましいことは明らかである。

【００２７】さらに、前述の強度的な改善と摺動特性の
改善を図った摺動部材のコスト低減的な観点からは、前
述の焼結摺動材料の使用量を減じることが効果的である
が、本発明では、前述の摺動材料の裏金への接合性を確
保するためと焼結性を容易にするために、前述の焼結摺
動材料にＳｎを２〜１２重量％の範囲で含有させた銅系
および／または鉄系複層焼結接合摺動部材を開発した。

【００２８】本発明のＢｉ金属間化合物形成能の強い金
属元素の添加はＣｕ系焼結合金組織の微細化や結果的で
あるが均一なＢｉの分散を可能にして、極めて優れた摺
動性を発揮することにも寄与していることは明らかであ
る。

【００２９】なお、前述の作業機ブッシュ等のように高
面圧下でかつ潤滑条件が過酷な場所で使用する高力黄銅
材の改善を図る目的には、高力黄銅の硬度実演（Ｈｖ＝
１５０以上）から勘案した耐摩耗性を付与することが必
要と考えられるので、銅系摺動材料において時効硬化性
の高いＴｉ，Ｓｉ，Ａｌ，Ｎｉ，Ｍｎ，Ｆｅなどの組合
わせを考えて、銅系摺動材料の硬度を高めることが重要
である。

【００３０】なおさらに、Ｂｉ系金属間化合物を多量に
分散・析出させたり前述のような時効硬化性を付与させ
る組成配合をした摺動材料を鉄系の裏金に焼結接合する
場合には、裏金との界面において各種の金属間化合物を
形成させることが多く、円筒状ブッシュのように曲げ加
工を施して使用する複層焼結摺動部材においては焼結摺
動層が剥離する危険が多いために、本発明では前述の焼
結摺動材料と鉄系裏金とを焼結インサート層を介して一
体化する複層焼結接合摺動部材を提案した。

【００３１】なお、前述のＢｉ系金属間化合物の有効利
用方法としては、鉄系焼結体に溶浸する方法が考えられ
る。例えば集電材料として鉄系焼結体にＰｂを溶浸する
方法が知られているが、やはりＰｂレス化に対応する方
法としても本発明は非常に有効であり、かつ前述のよう
にＢｉ系金属間化合物の自己潤滑性を利用する意味合い
からすれば、従来の黒鉛、ＭｏＳ₂、ＷＳ₂ＢＮ等の自己
潤滑剤が溶浸手段をとれないことと比較して、例えば高
強度でかつ高硬度な耐摩耗性に優れた鉄系焼結体に溶浸
できるようにしたことは、例えば前述の作業機ブッシュ
のような円筒状軸受け材料や、エンジンバルブガイド、
エンジンバルブシートなどをその代表的な部品として、
その利用性を非常に広げることができると期待される。
特にＰｂやＢｉ単体に較べ、Ｂｉ系金属間化合物として
融点を高めたことは、摺動部材の耐熱牲を高めることに
繋がることが期待される。

【００３２】前述のようにＢｉ系固体潤滑剤が含有され
る摺動材料であっても、潤滑油と併用することによって
長期間の安定した摺動特性を得るのに有効であることは
明らかなことであり、前述のオイレス５００ＳＰのよう
な高力黄銅に黒鉛を埋め込んだ軸受け材料においても含
油させて使用することでも明らかである。本発明では、
これらの潤滑油との併用効果によって更なる摺動特性の
改善を図るとともに、より安価な鉄系摺動材料を適用で
きるように図った。

【００３３】すなわち、第１に、強度に優れた鋼製の裏
金に複数個の独立する突出した前述の摺動材料部が相対
密度で９０％以上に高密度化され、焼結層内での空隙が
ほぼ独立した閉空孔となるようにして、摺動面積の８０
〜３０面積％の範囲になるように設けて、荷重を受け
て、かつ突出部によって形成された連続する凹部の面積
率を従来からの標準油溝面積率（約１０％）の少なくと
も２倍以上の２０〜７０面積％以上に高めることによっ
て、潤滑油が突出部摺動面の発熱を十分に冷却させると
共に潤滑油を効率的に供給させ、さらに突出部摺動面で
発生する摩耗粉を効果的に摺動面から排除されやすい複
層焼結摺動部材構造を採ることによって、結果的にはよ
り高荷重で、より焼き付き性、耐摩耗性そして異音発生
のない複層焼結摺動部材を発明したことである。

【００３４】とりわけ、連続する凹部による潤滑性を画
期的に高めることによって、Ｂｉ系金属間化合物の添加
量を低減することができると共に、より安価な鉄系焼結
材料が摺動材料として適用できる範囲を広げることがで
きるのは明らかである。

【００３５】また、独立する複数個の突出部を設ける場
合には、独立した突出部の配列は、例えば円柱状の場合
には千鳥に配列させて、かつ荷重を支える荷重線が摺動
方向に移動する際に、連続する凹部に位置することのな
いようにして、荷重線と平行な方向の突出部の軌跡が他
の突出部のそれとオーバーラップするように配列し、で
きるだけ多くの突出部が均一に荷重を支えることができ
るようにすることが望ましいことは明らかである。とり
わけ、突出部が荷重方向において常にオーバーラップし
て配列されるようにすることが好ましいことは明らかで
ある（図５を参照）。

【００３６】また、第２に、前述の連続する凹部を単な
る油溜まりとするだけでなく、前述の複層焼結摺動部材
の製造方法において、突出部の焼結接合状態および／ま
たは突出部を最終厚さになる前の各種厚さに圧延加工し
た状態の連続した凹部に、焼結時において膨張する銅合
金焼結粉末を充填し、この後に圧延一焼結または焼結一
圧延の工程により突出部の最終厚さになるようにして、
突出部と焼結接合させ、気孔率が２０〜７０体積％の範
囲になるように任意に制御し、含油性の優れた多孔質焼
結部を形成させたり、さらに黒鉛やＢｉ系、Ｐｂ系金属
間化合物などを多く含有するＣｕ系自己潤滑焼結摺動材
部を形成させることなどによって突出部でのＢｉ系金属
間化合物量を最小限にとどめて、突出部の強度をより高
強度にして、潤滑条件のきわめて厳しい作業機ブッシュ
などで使用できる複層焼結摺動部材とその安価な製造方
法を発明した。

【００３７】とりわけ、本発明の複層焼結摺動部材にお
いては、焼結層厚さが一体焼結体の摺動材料に較べて薄
く設定されることから、前述の多孔質における含有量が
少なくなることを改善するために気孔率を顕著に高めて
いるが、さらに多孔質部を摺動面において全て連続させ
ることによって、作業機ブッシュのように常にほぼ一定
の摺動面部において往復摺動するような潤滑条件の厳し
い円筒状ブッシュにおいても接触部位に他の部位からの
潤滑油の供給を可能とし、長時間の給脂間隔を達成する
ことを可能とした。

【００３８】前述の多孔質銅系焼結材料を散布して焼結
する際において、多孔質銅系焼結材料が収縮する場合に
は突出部や裏金との接合性が確保できない問題が発生す
るので、特開平８−２９１３０６号公報で開示したよう
に少なくともＡｌ，Ｓｉ，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｆｅの１
種以上の膨張成分が含有されるか、またはＳｉＯ₂、Ａ
１₂Ｏ₃，黒鉛などの収縮防止成分との組み合わせによっ
て実施されるのが好ましい（特開平８−２９１３０６公
報の図３，６，７，１４，１５，２２等を参照）。

【００３９】さらに、より低コスト化を図る場合には鉄
相が主体となるようにすることが可能であり、例えば後
述のＣｕを１５〜５０重量％含有するＦｅ系焼結インサ
ート層材料成分を多孔質焼結材料とすることも好ましい
ことである。気孔率を高めるためには穴部に充填する合
金混合粉末として電解銅粉末や還元鉄粉末を用いた混合
粉末を使用することが好ましい。

【００４０】黒鉛が固体潤滑剤として有効なことは周知
のことであり、また、ＳｉＯ₂などの硬質粒子が凝着防
止に有効なこともすでに開示されており、本摺動部材に
は積極的に添加されて良い成分系と考えられる。

【００４１】さらに、第３に、前記のＢｉ系金属間化合
物を分散含有する銅系および／または鉄系摺動材料にお
いて、面積率で１０〜７０面積％の範囲において穴があ
けられ、かつ穴部に少なくともＢｉとの反応性がないＡ
ｌ，Ｓｉを素金属および／または合金粉末の状態で添加
させ、焼結時に寸法膨張を示す銅系焼結材料粉末を充填
した後に焼結して、穴部に多孔質焼結体を焼結接合させ
ることを特徴とする摺動部材および／または複層焼結摺
動部材においても、前述と同様に潤滑油の潤滑作用が有
効に作用して、長期間の安定した摺動特性を得るのに効
果的であることは明らかである。

【００４２】

【実施例】次に、本発明による摺動材料および複層焼結
摺動部材の具体的な実施例について、図面を参照しつつ
説明する。

【００４３】摺動実験に用いた合金組成が表１に示され
ている。これらの摺動材料は、ＬＢＣ（Ｃｕ−１０Ｓｎ
−１０Ｐｂ）アトマイズ粉末、電解銅粉末（ＣＥ１
５）、Ｂｉアトマイズ粉末（三井金属鉱業）、Ｍｇアト
マイズ粉末、水素化チタン（ＴｉＨ）、Ｍｎアトマイズ
粉末、カーボニルＮｉ粉末、Ａ１アトマイズ粉末、Ｓｂ
アトマイズ粉末、還元鉄粉末（ＫＩＰ２５５Ｍ）、Ｐｂ
アトマイズ粉末を用いて混合し、組成調整したものであ
る。

【００４４】

【表１】

【００４５】供試ブッシュは、Ｓ４５Ｃで、板厚さ５ｍ
ｍ、幅１５０ｍｍ、長さ１０００ｍｍの凹凸の無い鋼板
を裏金として用いて、この裏金上に先の焼結摺動材料の
混合粉末を６ｍｍの厚さで散布し、露点が−４０℃のＡ
Ｘガス雰囲気焼結炉を使って７８０〜８７０℃の各温度
で一次焼結して裏金への接合を行った。その後に、焼結
層厚さが約１．５ｍｍになるように圧延して、ほば同じ
温度で二次焼結して、複層焼結摺動部材を製作した。な
お、Ｎｏ．２，３，５，６を摺動材料に用いる複層焼結
摺動部材は、裏金にＮｏ．９の混合粉末を約２ｍｍに散
布した後に先のＡＸガス雰囲気焼結炉を使って８５０℃
で一次焼結し、焼結層が約１．０ｍｍになるように圧延
したものを使用して、焼結層を介して裏金に一体化した
複層焼結摺動部材を製作した。なお、図６には、Ｎｏ．
３の複層焼結摺動部材の金属組織を示す顕微鏡写真が示
されている。

【００４６】こうして製作された複層焼結摺動部材を更
に、図７（ａ）に示される定速摩擦摩耗試験機用供試片
に機械加工したものと、図７（ｂ）に示される摺動試験
用円筒状ブッシュに曲げ加工、ＴＩＧ溶接、後機械加工
したものとに仕上げた。比較材３として利用した高力黄
銅ブッシュは溶製材料から機械加工によって削り出した
ものである。また、表１中のＮｏ．１０，１１は鉄系焼
結材料に対する溶浸材料であり、比較材３は、図７
（ｂ）の形状に成形した後に、１１２０℃で真空焼結し
た鉄系焼結材料（相対密度８５％）に８５０℃で溶浸し
たものである。Ｂｉ含有量に換算すると３０重量％程度
になる。これら各試験片は機械加工によって仕上げた。

【００４７】定速摩擦摩耗試験機はＳＵＪ２の焼入れ材
ディスクに摺動試験片を押し付けるピン・オンディスク
試験法であり、周速を２ｍ／ｓｅｃとし、潤滑油にエン
ジンオイル＃１０を８０℃に加熱したものを使って、面
圧５０ｋｇ／ｃｍ²毎に昇圧しながら５分間運転して、
焼き付きや（摩擦係数が０．２以上）、異常摩耗の開始
にいたる面圧から限界面圧値（ｋｇ／ｃｍ²）でその特
性を評価した。

【００４８】また、図８には、ブッシュ摺動試験装置の
概念図が、図９には試験条件がそれぞれ示されている。
ブッシュの摺動試験は、試験中には潤滑油を使用せず
に、グリース充填後は供試ブッシュの投影面圧が８００
ｋｇ／ｃｍ²になるまで１００ｋｇ／ｃｍ²毎に１０００
０回の往復摺動をさせながら、摩耗量と異音の発生を観
察評価した。表２と図１０にそれらの測定結果が示され
ている。

【００４９】

【表２】

【００５０】表２に示される定速摩擦摩耗試験結果にお
いて、Ｎｏ．１では、Ｂｉ系金属間化合物の分散効果が
確認され、Ｎｏ．２〜Ｎｏ．６ではＢｉ系金属間化合物
の固体潤滑剤的な作用による限界面圧の顕著な向上が確
認され、またＮｏ．７からはＢｉに対するＳｂの部分的
な代替が可能であることがわかり、さらにＮｏ．８〜１
１からは、鉄系焼結材料に対するＢｉ系金属間化合物の
分散効果が顕著に確認することができた。

【００５１】また、図１０のブッシュ摺動試験の結果か
らは、傾向的には表２の結果と類似するが、Ｂｉ系金属
間化合物の役割は低速摺動で潤滑条件の厳しい場合ほど
その効果を良く発揮しやすいことが分かる。なお、比較
材２，３の鉄系焼結材料と高力黄銅材料においては面圧
変更のたびにグリースの再充填を実施したが、それぞれ
２００ｋｇ／ｃｍ²，４００ｋｇ／ｃｍ²において異音を
発生して急速な摩耗量の増大が認められた。

【００５２】（実施例２）本実施例では、実施例１の焼
結摺動材料を散布する際に、図５に示される配置におい
て、穴径Ｄ＝１０ｍｍで穴面積率Ｓ＝約５３面積％とな
る６０°千鳥配列のＳＵＳ３０４製のパンチングメタル
を用いて、表１に示したＮｏ．３，８の摺動合金粉末を
散布して二次焼結を実施した後に圧延での最終厚さの圧
下量の１／２にまで圧延し、この後にＮｏ．１２の混合
粉末を擦り切り散布して凹部に充填し、さらに最終厚さ
にまで圧延して三次焼結した複層焼結摺動材料を使っ
て、図７（ｂ）に示される供試ブッシュを作成して、前
述と同じ摺動試験を実施した。

【００５３】この摺動試験結果が図１１に示されてい
る。図１０の結果と比べて、凹部に充填し、焼結接合し
た多孔質焼結体に含油させた潤滑油によって摩擦係数が
低下すると共に耐久性の顕著な向上が認められる。また
このことから、形状的に凹部に相当する場所を形成させ
て、これらに例えば含油プラスチックや固体潤滑剤（Ｂ
ｉ系金属間化合物やＰｂ系金属間化合物を含む）を充填
することによっても安定した耐久性が得られることは容
易に想像できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は、ハンセンのＣｕ−Ｂｉ二元系状態図
（ａ）およびＣｕ−Ｐｂ二元系状態図（ｂ）である。

【図２】図２は、Ｂｉ系金属間化合物を形成する相手金
属元素と周期律表との関係図である。

【図３】図３は、Ｐｂ系金属間化合物を形成する相手金
属元素と周期律表との関係図である。

【図４】図４は、Ｉｎ系金属間化合物を形成する相手金
属元素と周期律表との関係図である。

【図５】図５は、独立する複数の突出部の配置例を示す
図である。

【図６】図６は、Ｎｏ．３の複層焼結摺動部材の金属組
織を示す顕微鏡写真である。

【図７】図７は、定速摩擦摩耗試験機用供試片（ａ）お
よび摺動試験用円筒状ブッシュ（ｂ）を示す図である。

【図８】図８は、摺動試験装置の概念図である。

【図９】図９は、試験条件を示す図である。

【図１０】図１０は、ブッシュの摺動試験結果（１）を
示す図である。

【図１１】図１１は、ブッシュの摺動試験結果（２）を
示す図である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号ＦＩＣ２２Ｃ 38/00 ３０４Ｃ２２Ｃ 38/00 ３０４

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】銅系および／または鉄系摺動材料であっ
て、１種以上のＢｉ系金属間化合物を分散・析出させて
なることを特徴とする摺動材料。
【請求項２】前記Ｂｉ系金属間化合物を形成させる相
手金属元素が、周期律表の１Ａ〜４Ａ族，Ｍｎ，Ｎｉ，
６Ｂ族およびランタニド，アクチニド族のうちの１種以
上の金属元素であることを特徴とする請求項１に記載の
摺動材料。
【請求項３】少なくともＢｉが０．５〜３０重量％の
範囲で含有され、かつ少なくともＢｉとの金属間化合物
を形成しやすいＴｉ，Ｍｇ，Ｃａ，Ｂａ，Ｚｒ，Ｌａ，
Ｌｉ，Ｓｅ，Ｔｅ，Ｎｉ，Ｍｎの１種以上が０．５〜２
０重量％含有されていることを特徴とする請求項２に記
載の摺動材料。
【請求項４】銅系摺動材料であって、Ｂｉ系金属間化
合物を形成する成分を除く他の成分として、Ｐｂ系金属
間化合物および／または鉛青銅，燐青銅，Ａｌ青銅など
の青銅系および／または各種黄銅系などで使用されるＳ
ｎ，Ｐｂ，Ｚｎ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｐ，Ｆｅ，Ｂｅ，Ａｇ，
Ｃｒ等の元素が含有されていることを特徴とする請求項
１〜３のうちのいずれかに記載の摺動材料。
【請求項５】鉄系摺動材料であって、鉄系焼結材料に
Ｂｉ系金属間化合物および／またはＢｉ金属間化合物を
形成させる銅系合金もしくは銅系溶浸材料を溶浸させた
ことを特徴とする請求項１〜３のうちのいずれかに記載
の摺動材料。
【請求項６】鉄系摺動材料であって、鉄を主体とし
て、少なくともＣuが１５〜６０重量％、Ｓｎが２〜７
重量％含有されていることを特徴とする請求項１〜３の
うちのいずれかに記載の摺動材料。
【請求項７】請求項４または５に記載の摺動材料にお
いて、Ｓｎが１〜１２重量％の範囲において含有される
とともに、鉄系裏金部材と一体化されてなることを特徴
とする複層焼結摺動部材。
【請求項８】前記摺動材料と鉄系裏金部材との間に焼
結インサート層を介在させて一体化させたことを特徴と
する請求項７に記載の複層焼結摺動部材。
【請求項９】請求項４〜６のうちのいずれかに記載の
摺動材料により形成される複層焼結摺動部材であって、
面積率で１０〜７０面積％の範囲において設けられた穴
部に、少なくともＢｉとの反応性がないＡｌ，Ｓｉを素
金属および／または合金粉末の状態で添加させ、焼結時
に寸法膨張を示す銅系焼結材料粉末を充填した後に焼結
して、穴部に多孔質焼結体を焼結接合させることを特徴
とする複層焼結摺動部材。
【請求項１０】摺動面において突出部が８０〜３０面
積％の範囲において形成され、この突出部によって連続
した凹部が潤滑剤の溜まりの機能を果たすようにされて
いることを特徴とする請求項９に記載の複層焼結摺動部
材。
【請求項１１】前記凹部に２０〜７０体積％の気孔率
を有する多孔質銅系焼結体を接合焼結することによっ
て、含油性を高めたことを特徴とする請求項１０に記載
の複層焼結摺動部材。
【請求項１２】前記凹部に含油プラスチック，固体潤
滑剤，Ｂｉ系金属間化合物もしくはＰｂ系金属間化合物
等の潤滑特性を示す物質を埋収させたことを特徴とする
請求項１０または１１に記載の複層焼結摺動部材。