(57)【要約】【課題】オイルレス環境下でも優れた摺動特性を発揮し得る焼結金属製軸受を低コストで製造する。【解決手段】Ｍｎ粉末２とＳ粉末３を、Ｆｅ系金属粉末５に混合した混合粉末６を圧粉成形する。圧粉成形により得られた圧粉成形体７を焼結することで、焼結時の熱を利用してＭｎ粉末２と前記Ｓ粉末３を反応させて、Ｆｅ系焼結金属中にＭｎＳを含有したＦｅ系焼結金属製軸受１を製造する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｆｅ系焼結金属中にＭｎＳを含有するＦｅ系焼結金属製軸受であって、Ｆｅ系金属粉末に、Ｍｎ粉末とＳ粉末を混合した混合粉末の圧粉成形体を焼結することにより、該焼結時の熱で前記Ｍｎ粉末と前記Ｓ粉末を反応させ、Ｆｅ系焼結金属中にＭｎＳを含有させたことを特徴とするＦｅ系焼結金属製軸受。
【請求項２】
前記混合粉末は、モル比で、前記Ｍｎ粉末が前記Ｓ粉末以上配合されている請求項１に記載のＦｅ系焼結金属製軸受。
【請求項３】
前記混合粉末は、前記Ｍｎ粉末と前記Ｓ粉末とが１：１のモル比で、かつ、全体の１〜１０重量％配合されている請求項２に記載のＦｅ系焼結金属製軸受。
【請求項４】
Ｆｅ系焼結金属中にＭｎＳを含有するＦｅ系焼結金属製軸受の製造方法において、
Ｆｅ系金属粉末に、Ｍｎ粉末とＳ粉末を混合した混合粉末を圧粉成形した後、該混合粉末の圧粉成形体を焼結することにより、該焼結時の熱で前記Ｍｎ粉末と前記Ｓ粉末を反応させ、Ｆｅ系焼結金属中にＭｎＳを含有させることを特徴とするＦｅ系焼結金属製軸受の製造方法。
【請求項５】
前記混合粉末は、モル比で、前記Ｍｎ粉末が前記Ｓ粉末以上配合されている請求項４に記載のＦｅ系焼結金属製軸受の製造方法。
【請求項６】
前記混合粉末は、前記Ｍｎ粉末と前記Ｓ粉末とが１：１のモル比で、かつ、全体の１〜１０重量％配合されている請求項５に記載のＦｅ系焼結金属製軸受の製造方法。
【請求項７】
前記混合粉末を、前記Ｍｎ粉末と前記Ｓ粉末を予め混合させたものを前記Ｆｅ系金属粉末と混合することにより得る請求項４〜６のいずれか一項に記載のＦｅ系焼結金属製軸受の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、Ｆｅ系焼結金属製軸受およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
焼結金属製軸受は、高い成形自由度を有しかつ安価に製造可能であることから、例えば情報機器用や自動車部品用など、種々の分野にわたって広く用いられている。
【０００３】
また、この種の焼結金属製軸受は、その構造上、内部に多数の空孔を有することから、潤滑油等の液状潤滑剤を内部空孔に含浸させた、いわゆる焼結含油軸受として使用される場合も多い。
【０００４】
一方で、この種の焼結金属製軸受を、無給油の状態で使用する場合、主成分となる金属粉末に、黒鉛や二硫化モリブデン等の固体潤滑剤を加えたものを成形、焼結することで摺動性を改善した焼結金属製軸受が提案されている（例えば、特許文献１，２）。
【０００５】
ところで、最近では、この種の焼結金属製軸受に対しても低コスト化の要求が高まってきており、比較的安価なＦｅ系金属粉末を主成分として、焼結金属製軸受が製造される場合も多くなっているのが実情である。
【０００６】
この場合、潤滑油等が使用できるのであれば、特に問題はないが、上述の通り、この種の焼結金属製軸受は種々の分野、用途にわたって広範に用いられているものであるから、中には、例えば燃料ポンプ用の軸受など、潤滑油等の使用が制限される用途に用いられる場合がある。このように、オイルレス環境下での使用が求められる用途に関しては、摺動性に優れた材料を選択、使用するだけでは足りず、個体潤滑剤の使用が必須となる。
【０００７】
しかしながら、ＳＵＳ系金属粉末のように１１００℃以上の高温で焼結する場合には、固体潤滑剤として黒鉛を配合すると、黒鉛がＳＵＳ中のＣｒと化合し炭化物を生成するため、製造された焼結金属製軸受の性能面で不具合を来たすことになる。
【０００８】
また、固体潤滑剤として二酸化モリブデンを配合すると、分解温度が低い二酸化モリブデンは８００℃以上の高温の焼結温度で熱分解し、Ｃｒと化合して硫化物を生成するため、固体潤滑剤としての潤滑性能を発揮できなくなる。
【０００９】
そこで、下記の特許文献３には、Ｆｅ系金属粉末であるステンレス鋼粉末に、固体潤滑剤としてＭｎＳ粉末を混合したものを成形、焼結することで、焼結金属製軸受を製造することが提案されている。このようにすれば、ＭｎＳ粉末は、Ｆｅ系金属中に固溶することがなく、また焼結温度でも熱分解しないため、焼結金属製軸受の良好な摺動特性を実現することができる。
【特許文献１】実開平５−５２３４７号公報
【特許文献２】特開２００１−３１２３号公報
【特許文献３】特開２００６−２４２２２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、ＭｎＳ粉末は材料コストが高いため、たとえＦｅ系金属粉末を使用したとしても、焼結金属製軸受の低コスト化を図る上では依然として不十分である。
【００１１】
本発明は、上記実情に鑑み、オイルレス環境下でも優れた摺動特性を発揮し得る焼結金属製軸受を低コストで製造することを技術的課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記課題を解決するために創案された本発明に係るＦｅ系焼結金属製軸受は、Ｆｅ系焼結金属中にＭｎＳを含有するＦｅ系焼結金属製軸受であって、Ｆｅ系金属粉末に、Ｍｎ粉末とＳ粉末を混合した混合粉末の圧粉成形体を焼結することにより、該焼結時の熱で前記Ｍｎ粉末と前記Ｓ粉末を反応させ、Ｆｅ系焼結金属中にＭｎＳを含有させたことを特徴とする。なお、ここでいうＦｅ系金属粉末は、純鉄に限らず、ステンレス鋼等のＦｅ系合金からなる粉末を含む（以下、同様）。
【００１３】
このような構成によれば、安価なＭｎ粉末とＳ粉末を使用して、Ｆｅ系焼結金属中にＭｎＳを含有させることができ、しかもＭｎ粉末とＳ粉末の反応には焼結時の熱がそのまま利用される。したがって、高価なＭｎＳ粉末を使用する場合に比べて、焼結金属製軸受の製造コストを確実に低減することが可能となる。また、このように製造された焼結金属製軸受であれば、ＭｎＳ粉末を使用した場合と同様に、最終的にＦｅ系焼結金属中にＭｎＳが含有されることになるので、潤滑油等の使用が制限される環境下でも非常に優れた摺動特性を発揮することが可能となる。
【００１４】
上記の構成において、前記混合粉末は、モル比で、前記Ｍｎ粉末が前記Ｓ粉末以上配合されていることが好ましい。
【００１５】
Ｍｎ粉末とＳ粉末を反応させてＦｅ系焼結金属中にＭｎＳを含有させる場合、Ｍｎ粉末とＳ粉末は１：１のモル比で反応する。そのため、仮に、モル比で、Ｓ粉末がＭｎ粉末よりも多く配合されている場合には、Ｆｅ系焼結金属中にＳが単独で残留するおそれがあり、相手部材を腐食させる可能性がある。その一方で、Ｆｅ系焼結金属中にＭｎが単独で残留していても、特に問題となることはない。したがって、Ｍｎ粉末は、Ｓ粉末と同じモル比か、或いはＳ粉末以上のモル比で配合されていることが好ましい。なお、Ｆｅ系焼結金属中にＳが単独で残留するのを防止する観点からは、モル比で、Ｍｎ粉末をＳ粉末よりも多く配合することがより好ましい。このようにすれば、Ｆｅ系焼結金属中にＭｎが残留するものの、Ｓが残留する可能性を可及的に低減することができる。
【００１６】
上記の構成において、前記混合粉末は、前記Ｍｎ粉末と前記Ｓ粉末とが１：１のモル比で、かつ、全体の１〜１０重量％配合されていることが好ましい。
【００１７】
すなわち、Ｍｎ粉末とＳ粉末をモル比１：１で配合した場合、その配合量が混合粉末全体に対して１重量％未満であると、焼結時の熱でＭｎ粉末とＳ粉末を反応させ、Ｆｅ系焼結金属中にＭｎＳを含有させたときに、ＭｎＳの含有量が不十分となって良好な摺動特性が得られないことがある。一方、モル比１：１で配合されたＭｎ粉末とＳ粉末を、混合粉末全体に対して１０重量％を超える割合で配合したとしても、摩擦係数のそれ以上の顕著な低下はみられず、配合したＭｎ粉末やＳ粉末に無駄が生じてしまう。したがって、Ｍｎ粉末とＳ粉末をモル比１：１で配合した場合には、Ｍｎ粉末とＳ粉末が混合粉末全体に対して上記数値範囲内の重量％で配合されていることが好ましい。
【００１８】
上記課題を解決するために創案された本発明に係るＦｅ系焼結金属製軸受の製造方法は、Ｆｅ系焼結金属中にＭｎＳを含有するＦｅ系焼結金属製軸受の製造方法において、Ｆｅ系金属粉末に、Ｍｎ粉末とＳ粉末を混合した混合粉末を圧粉成形した後、該混合粉末の圧粉成形体を焼結することにより、該焼結時の熱で前記Ｍｎ粉末と前記Ｓ粉末を反応させ、Ｆｅ系焼結金属中にＭｎＳを含有させることを特徴とする。
【００１９】
このような方法によれば、既に述べた段落［００１３］に記載した事項と同様の作用効果を享受することができる。
【００２０】
上記の方法において、前記混合粉末は、モル比で、前記Ｍｎ粉末を前記Ｓ粉末以上配合されていることが好ましい。
【００２１】
このようにすれば、既に述べた段落［００１５］に記載した事項と同様の作用効果を享受することができる。
【００２２】
上記の方法において、前記混合粉末は、前記Ｍｎ粉末と前記Ｓ粉末とが１：１のモル比で、かつ、全体の１〜１０重量％配合されていることが好ましい。
【００２３】
このようにすれば、既に述べた段落［００１７］に記載した事項と同様の作用効果を享受することができる。
【００２４】
上記の方法において、前記混合粉末を、前記Ｍｎ粉末と前記Ｓ粉末を予め混合させたものを前記Ｆｅ系金属粉末と混合することにより得ることが好ましい。
【００２５】
このようにすれば、予めＭｎ粉末とＳ粉末がファンデルワールス力や静電気力等によってある程度密着した状態で、Ｆｅ系金属粉末と混合されるので、焼結時の加熱過程におけるＭｎ粉末とＳ粉末との反応性が増し、Ｆｅ系焼結金属中にＭｎＳを効率よく含有させることが可能となる。
【発明の効果】
【００２６】
以上のように、本発明によれば、オイルレス環境下でも優れた摺動特性を発揮し得る焼結金属製軸受を低コストで製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２８】
図１は、本発明の一実施形態に係るＦｅ系焼結金属製軸受１の縦断面図を示している。同図に示すように、この焼結金属製軸受１は略円筒状をなし、焼結金属の多孔質体で形成されている。
【００２９】
この焼結金属製軸受１は、焼結時の熱でＭｎ粉末とＳ粉末を反応させて形成したＭｎＳを含有している（詳細は後述する）。そのため、この焼結金属製軸受１は、ＭｎＳの固体潤滑剤としての機能によって、内周側に配設される軸との間に良好な摺動特性を確保しながら軸を相対回転自在に支持することが可能となっている。
【００３０】
なお、本実施形態に係る焼結金属製軸受１は、略円筒状の形状をなすため、ラジアル荷重を負荷することができ、例えば、家庭電化製品、音響・映像機器、自動車電装品、事務機、農業機械などに広く利用することができる。
【００３１】
次に、上述した焼結金属製軸受１の製造方法を説明する。図２は、この焼結金属製軸受１の製造方法を模式的に示すフロー図である。同図に示すように、当該焼結金属製軸受１の製造方法は、原料となるＦｅ系金属粉末とＭｎ粉末とＳ粉末とを混合する粉末混合工程（Ｓ１）と、混合粉末を成形金型内に充填し、圧粉成形する圧粉成形工程（Ｓ２）と、圧粉成形体を焼結する焼結工程（Ｓ３）とを含む。以下、各工程を順に説明する。
【００３２】
粉末混合工程Ｓ１では、Ｍｎ粉末２とＳ粉末３とを混合した後、この第１混合粉末４をＳＵＳ粉末等のＦｅ系金属粉末５と混合して第２混合粉末６を得る。このように２段階に分けて粉末を混合するのは、予めＭｎ粉末２とＳ粉末３とをファンデルワールス力や静電気力等によってある程度密着させてから、主成分であるＦｅ系金属粉末５と混合するためである。この際、第１混合粉末４は、モル比で、Ｍｎ粉末２がＳ粉末３以上になるように配合する。なお、この実施形態では、Ｍｎ粉末２とＳ粉末３を、モル比で１：１で混合する。そして、この第１混合粉末４が、第２混合粉末６全体の１〜１０重量％（好ましくは１．５〜２．５重量％）になるような配合割合で、Ｆｅ系金属粉末５と混合する。
【００３３】
圧粉成形工程Ｓ２では、粉末混合工程Ｓ１で得られた第２混合粉末６を、成形金型内部に充填し、これを圧粉成形することで圧粉成形体７を得る。成形金型は、図示例では、第２混合粉末６の充填空間を形成するダイ８と、コアピン９と、下パンチ１０と、ダイ８とコアピン９、および下パンチ１０に対して相対的に上下動が可能な上パンチ１１とで構成される。ダイ８、コアピン９、および下パンチ１０で区画形成される空間に第２混合粉末６を充填し、当該空間に充填された第２混合粉末６を上パンチ１１により圧縮することで、成形金型の区画空間に倣った形状の圧粉成形体７が成形される。ここで、図示例ではダイ８、コアピン９、および上下パンチ１０，１１とで形成される区画空間は円筒状をなすため、当該空間に倣った円筒状の圧粉成形体７が成形される。この際、ダイ８およびコアピン９に対する下パンチ１０の相対位置を調整することで、第２混合粉末６の充填量が設定でき、また、下パンチ１０に対する上パンチ１１の近接量を調整することで、圧粉成形体７の圧縮比を適宜設定することが可能である。もちろん、圧粉成形体７の形状は円筒状に限るものではなく、上記金型８〜１１の形状、構成を変更することで適宜調整可能である。
【００３４】
焼結工程Ｓ３では、焼結炉１２内で上述の圧粉成形工程Ｓ２で得られた圧粉成形体７を、Ｆｅ系金属粉末５の焼結温度（例えば、１２００℃）まで加熱することで焼結する。この際、圧粉成形体７の表面を酸化させないように、ＡＸガスや水素ガス雰囲気などの還元性雰囲気で段階的に加熱することが好ましい。
【００３５】
このようにして、圧粉成形体７をＦｅ系金属粉末５の焼結温度まで加熱することで、その加熱過程で、圧粉成形体７に含まれるＭｎ粉末２とＳ粉末３とが反応してＭｎＳが生成される。したがって、焼結後のＦｅ系焼結金属中には、ＭｎＳが分散した状態で含有されることになるので、潤滑油等の使用が制限される環境下でも非常に優れた摺動特性を発揮することが可能となる。そして、安価なＭｎ粉末２とＳ粉末３を使用してＦｅ系焼結金属中にＭｎＳを含有させることができるので、高価なＭｎＳ粉末を使用する場合に比べて、焼結金属製軸受１の製造コストを確実に低減することが可能となる。
【００３６】
なお、焼結工程Ｓ３の後に、サイジング工程を設け、当該工程で焼結工程Ｓ３で得られた焼結金属製軸受１にサイジング（プレス）加工を施して、形状及び寸法を矯正するようにしてよい。
【００３７】
以上のようにして製造された焼結金属製軸受１は、その表面開孔率が５〜５０％であることが好ましく、またその密度が５．５〜７．５ｇ／ｃｍ３であることが好ましい。
【００３８】
また、製造された焼結金属製軸受１の中には、ＭｎＳの他にも、上述したＭｎ粉末２に由来するＭｎが単独成分で残留するようにしてもよい。これは、Ｍｎ粉末２とＳ粉末３とが焼結時の熱で反応する際に、焼結温度よりも蒸発温度の高いＭｎ粉末２のうちＳ粉末３と反応しなかったものは単体のＭｎとして残留し、焼結温度よりも蒸発温度の低いＳ粉末３のうちＭｎ粉末２と反応しなかったものは全て蒸発・飛散する場合があるためである。なお、焼結金属製軸受１にＭｎが単独成分で含有されているか否かは、例えば、ＳＥＭで観察された範囲内の元素分析（面分析）を行うことにより判断することができる。すなわち、Ｍｎ成分を示す分布の中に、Ｍｎ成分を示す分布と重複していない領域がある場合には、Ｍｎが単独成分で存在していると判断することができる。なお、このとき、Ｍｎ成分を示す分布と、Ｓ成分を示す分布が重複している領域については、ＭｎＳが存在していると判断することができる。
【００３９】
さらに、上記の実施形態では、焼結金属製軸受の材料として、Ｆｅ系金属粉末５に、Ｍｎ粉末２とＳ粉末３とを混合したものを使用したが、もちろん、バインダや離型剤など、他の材料を更に配合することも可能である。例えば、Ｃｕ粉末などが、Ｆｅ系金属粉末５のバインダとして使用可能である。
【００４０】
また、上記実施形態では、焼結金属製軸受に、潤滑油等が含浸されていない場合を説明したが、潤滑油等の使用が制限されない通常の環境下で使用する場合には、焼結金属製軸受に潤滑油や液体グリースを含浸させて、いわゆる焼結含油軸受として使用することも、もちろん可能である。この場合、含油率は、５〜２５体積％とすることが好ましい。
【００４１】
なお、上記の実施形態では、焼結金属製軸受１として略円筒状のものを説明したが、これに限定されるものではなく、種々のタイプの焼結金属製軸受に対しても勿論適用することができる。具体的には、例えば図３に示すように、外周面にフランジ部１ａを有する焼結金属製軸受１であってもよく、このようにすれば、ラジアル荷重とアキシアル荷重が負荷できると共に、フランジ部１ａでの位置決めが可能となる。また、例えば図４に示すように、外周面が略球面をなすスフェリカル形の焼結金属製軸受１であってもよく、このようにすれば、ラジアル荷重が負荷できると共に、機器に取り付ける際の調心機能も確保することが可能となる。
【実施例】
【００４２】
本発明の有用性を実証するために以下の確認試験を行った。
【００４３】
まず、Ｍｎ粉末とＳ粉末をモル比１：１で混合して第１混合粉末を製作した。その後、この第１混合粉末を、Ｆｅ系金属粉末であるＳＵＳ４１０Ｌ粉末と混合して第２混合粉末を製作した。このとき、第１混合粉末は、第２混合粉末全体に対して３０％になるように配合した。その後、このようにして製作された第２混合粉末を６ｔｏｎ／ｃｍ３程度の圧力で圧粉成形した後、この圧粉成形体を１１００℃程度の温度で約８時間にわたって焼結することで焼結金属製軸受を製造した。なお、上記の第１混合粉末としては、Ｍｎ粉末とＳ粉末とを１．８ｋｓ間単純に攪拌しながら混合したもの（ｍｉｘ）と、Ｍｎ粉末とＳ粉末とを０．３〜３．６ｋｓ間メカニカルアロイニングすることにより混合したもの（ＭＡ）を使用した。
【００４４】
そして、以上のように製造された焼結金属製軸受の中にＭｎＳが含有されているかを確認するために、Ｘ線回折パターンを測定した。また、比較のためにＭｎＳ粉末を使用して焼結金属中にＭｎＳを含有させた焼結金属製軸受のＸ線回折パターンも測定した。これらの結果を図５に示す。
【００４５】
同図に示すように、ＭｎＳ粉末を使用して製造された焼結金属製軸受と同様に、Ｍｎ粉末とＳ粉末を使用して製造した実施例に係る焼結金属製軸受においても、ＭｎＳの存在を示す２９度，３４度，４９度の回折角においてピークが現われていることが確認できる。したがって、この結果からも、焼結時の熱によりＭｎ粉末とＳ粉末が反応して、焼結金属中にＭｎＳが含有した焼結金属製軸受が製造されていると言える。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の一実施形態に係るＦｅ系焼結金属製軸受を模式的に示す縦断面図である。
【図２】本実施形態に係るＦｅ系焼結金属製軸受の製造方法を模式的に示すフロー図である。
【図３】本実施形態に係るＦｅ系焼結金属製軸受の変形例を示す縦断面図である。
【図４】本実施形態に係るＦｅ系焼結金属製軸受の変形例を示す縦断面図である。
【図５】本発明の実施例に係るＦｅ系焼結金属製軸受のＸ線回折パターンを示す図である。
【符号の説明】
【００４７】
１      Ｆｅ系焼結金属製軸受
２      Ｍｎ粉末
３      Ｓ粉末
４      第１混合粉末
５      Ｆｅ系金属粉末
６      第２混合粉末
７      圧粉成形体
８      ダイ
９      コアピン
１０    下パンチ
１１    上パンチ
１２    焼結炉
Ｓ１    粉末混合工程
Ｓ２    圧粉成形工程
Ｓ３    焼結工程
【図１】
2010001514.tif 000003
【図２】
2010001514.tif 000004
【図３】
2010001514.tif 000005
【図４】
2010001514.tif 000006
【図５】
2010001514.tif 000007