(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
裏金の一側面に銅又は銅合金からなる銅系焼結層を固着してなる銅系軸受材料において、
前記裏金は、１７〜２６質量％のニッケルと、６〜１３質量％のコバルトと、２〜１０質量％のモリブデンと、０．１〜２．５質量％のアルミニウム及び／又はチタンと、残部が鉄及び不可避不純物と、からなる鉄系合金で構成されることを特徴とする銅系軸受材料。
【請求項２】
前記銅系焼結層は、前記鉄系合金から拡散したニッケル、アルミニウム及び／又はチタンを含むことを特徴とする請求項１記載の銅系軸受材料。
【請求項３】
前記銅系焼結層は、前記鉄系合金から拡散したニッケル、アルミニウム及び／又はチタンを含み、その一部がニッケル−アルミニウム系化合物及び／又はニッケル−チタン系化合物を形成していることを特徴とする請求項１記載の銅系軸受材料。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、裏金の一側面に銅又は銅合金からなる銅系焼結層を固着してなる銅系軸受材料に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、自動車あるいは一般産業用に用いられる軸受用摺動部材は、軸受に締め代をもたせてハウジングに組み付けた後、軸受半径方向に一定以上の応力を発生させることによりハウジングに固定し、軸との供回りやハウジングから抜け出ることを防いでいた。この時軸受には周方向にも応力が発生するが、軸受はこの応力で座屈しないように弾性限以下となるよう軸受肉厚及び幅が設計されており、裏金付銅系軸受材料の裏金材質として、例えば、特開平６−１５９３６７号公報に示されるように炭素含有量が０．２０％以下の低炭素鋼が一般的に広く用いられていた。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−１５９３６７号公報（段落００１４）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、近年は軸受構造を有する摺動部材の小型化及び軽量化が進み、軸受に用いる軸受材料には、薄肉化及び幅狭化し、且つ、ハウジングに組みつけても座屈しないような従来の低炭素鋼裏金付軸受より強度の高いものが要求されている。このような要求を満たすために、中炭素鋼、構造用合金鋼、ステンレス鋼、耐熱鋼、ばね鋼、工具鋼等が考えられる。これらマルテンサイト鋼系の鋼は焼入れ性を高めるために炭素を多く含有しており、焼入れ又は焼き戻しを行った後半割形状あるいは円筒形状に軸受成形加工するには靭性が十分でなくなるため、軸受成形後に熱処理を行わなければならない。しかし、熱処理時の加熱温度が８００度以上もの高温を必要とするため、熱処理時の熱影響により成形品の変形が大きくなってしまうという欠点がある。また銅系焼結層は、その強度を高めるため予めロールでの冷間圧延で強度を高められているが、軸受成形後の熱処理により銅系焼結金属中の加工歪が完全に消失し軟化してしまう。更に、軸受成形を行った後に銅系焼結層に再び加工歪を与えることは困難であるため、軸受成形後に熱処理を行うことは現実的でない。したがって、銅系軸受材料の裏金材料としてマルテンサイト鋼系の鋼を使用することは適当ではないと考えられる。本発明は、上記した事情に鑑みなされたもので、その目的とするところは、軸受成形加工が可能で強度が高く、大幅に薄肉化及び幅狭化が可能な銅系軸受材料を提供することにある。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
上記した目標を達成するために、請求項１に係る発明においては、裏金の一側面に銅又は銅合金からなる銅系焼結層を固着してなる銅系軸受材料において、前記裏金は、１７〜２６質量％のニッケルと、６〜１３質量％のコバルトと、２〜１０質量％のモリブデンと、０．１〜２．５質量％のアルミニウム及び／又はチタンと、残部が鉄及び不可避不純物と、からなる鉄系合金で構成されることを特徴とする。このように構成することにより、高強度と靭性を合わせ持つので軸受成形加工することも可能な材料が得られる。ゆえに、従来の低炭素鋼裏金付銅系焼結軸受材料からなる軸受に対して大幅に薄肉化及び幅狭化が可能となる。
【０００６】
ここで、裏金は、１７〜２６質量％のニッケル（Ｎｉ）と、６〜１３質量％のコバルト（Ｃｏ）と、２〜１０質量％のモリブデン（Ｍｏ）と、０．１〜２．５質量％のアルミニウム（Ａｌ）及び／又はチタン（Ｔｉ）と、残部が鉄（Ｆｅ）及び不可避不純物（例えば、炭素（Ｃ）、リン（Ｐ）、硫黄（Ｓ）等）と、からなるＦｅ系合金（マルエージング鋼）である。本発明の裏金は前記Ｆｅ系合金を溶体化処理することにより得られる。
【０００７】
本発明の裏金は、更に所定の温度及び条件で時効処理を施すことにより得られる。ここで、Ｆｅ系合金（マルエージング鋼）の含有成分について説明する。
【０００８】
最も多く含まれる成分であるＮｉは、Ｆｅ合金の靭性を高める効果があり、含有量が１７質量％未満であるとＦｅ合金の靭性が不十分となり、逆に含有量が２６質量％を超えるとＦｅ合金の強度が低くなる。
【０００９】
Ｃｏは、Ｆｅに固溶しＦｅ合金の強度を上げる効果がある。また、Ｆｅ合金にＮｉ−Ｍｏ、Ｎｉ−Ａｌ、Ｎｉ−Ｔｉ系金属間化合物を析出しやすくする。Ｃｏの含有量が６質量％未満であるとＦｅへの固溶強化、Ｆｅ合金のＮｉ−Ｍｏ、Ｎｉ−Ａｌ、Ｎｉ−Ｔｉ系金属間化合物の析出強化が不十分となる。逆にＣｏの含有量が１３質量％を超えるとＦｅ合金が脆くなる。
【００１０】
Ｍｏは、Ｆｅに固溶しＦｅ合金の強度を上げる効果がある。また、Ｎｉと反応し金属間化合物となりＦｅ合金を析出強化する。Ｍｏの含有量が２質量％未満であるとＦｅへの固溶強化、Ｆｅ合金のＮｉ−Ｍｏ系金属間化合物の析出強化が不十分となる。逆にＭｏの含有量が１０質量％を超えるとＦｅ合金が脆くなる。
【００１１】
Ａｌ及び／又はＴｉは、Ｆｅ合金中でＮｉと反応し金属間化合物となりＦｅ合金を析出強化する効果がある。Ａｌ及び／又はＴｉの含有量が０．１質量％未満であると析出強化が起こり難くなり、逆にＡｌ及び／又はＴｉの含有量が２．５質量％を超えるとＦｅ合金が脆くなる。
【００１２】
上記の成分を含有するマルエージング鋼はＣをほとんど含まないため高強度を有し、且つ、Ｎｉを多く含むため靭性を持つ材料であることが知られている。
【００１３】
また、請求項２に係る発明においては、前記銅系焼結層は、前記Ｆｅ系合金から拡散したＮｉ、Ａｌ及び／又はＴｉを含むことを特徴とする。このように構成することにより、Ｆｅ系合金からＣｕ系焼結層にＮｉ、Ａｌ及び／又はＴｉが拡散し析出硬化を生じるため、Ｃｕ系焼結層のＣｕ合金の強度を高めることができ、幅狭化・薄肉化が可能となる。Ｃｕ系焼結層へのＮｉ、Ａｌ及び／又はＴｉの拡散は、裏金にＣｕ系合金粉末を焼結する工程時にＣｕ合金中に拡散し、Ｎｉ、Ａｌ及び／又はＴｉの化合物を析出させてＣｕ合金の強度を高めるものである。
【００１４】
また、請求項３に係る発明においては、前記Ｃｕ系焼結層は、前記Ｆｅ系合金層から拡散したＮｉ、Ａｌ、Ｔｉを含み、その一部がＮｉ−Ａｌ系化合物及び／又はＮｉ−Ｔｉ系化合物を形成していることを特徴とする。このように構成することにより、Ｆｅ系合金層からＣｕ系焼結層にＮｉ、Ａｌ及び／又はＴｉが拡散し、更にその一部がＮｉ−Ａｌ系化合物及び／又はＮｉ−Ｔｉ系化合物を形成することから、析出硬化がより進みＣｕ系焼結層のＣｕ合金の強度を高めることができ、幅狭化・薄肉化が可能となる。より多くのＮｉ−Ａｌ系化合物及び／又はＮｉ−Ｔｉ系化合物を形成させるためには、所定の条件下での時効処理を行うことにより達成することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について図面及び表を参照して説明する。図１は、実施形態に係る銅系軸受材料１の断面の模式図であり、表１は、本実施形態に用いた裏金３の組成及び銅系軸受材料１の試験結果である。
【００１６】
【表１】
0003632924.tif 000002
【００１７】
図１において、銅系軸受材料１は、Ｃｕ又はＣｕ合金からなるＣｕ系焼結層２、裏金３と、からなる。本実施形態に用いたＣｕ系焼結層２は、Ｃｕ−１０質量％Ｓｎ組成のＣｕ合金である。
【００１８】
本実施形態に係る銅系軸受材料１は以下の方法で製造した。まず、実施例Ｎｏ１及び２の試料は、裏金３として表１に示す組成で溶体化処理を行い、厚さが１．３５ｍｍのマルエージング鋼からなる裏金３の上に、Ｃｕ系焼結層２としてアトマイズ法による上記組成の青銅粉体を０．８ｍｍの厚さに散布し、還元性雰囲気を有する焼結炉にて温度８５０度で２０分焼結を行った。焼結後、ロールで冷間圧延を施し、再び温度８５０度で２０分焼結を行った後、ロールで５％の冷間圧延を施し、厚さが１．５ｍｍの銅系軸受材料１を得た。
【００１９】
また、実施例Ｎｏ３及び４の試料は、実施例Ｎｏ１及び２の試料を作製後、更にマルエージング鋼の強度を高めるために、還元性を有する焼却炉にて温度４８０度で１時間保持する時効処理を行い銅系軸受材料１を得た。
【００２０】
また、比較例Ｎｏ１の試料は、裏金３に表１に示す従来の銅系軸受材料１で一般的なＳ１０Ｃ相当の鋼を用いた以外は実施例Ｎｏ１及び２と同じ条件で製造した。
【００２１】
比較例Ｎｏ２は裏金３に表１に示すニッケルクロム鋼（ＪＩＳのＳＮＣ８３６）を用い、実施例Ｎｏ１及び２と同じ条件で製造後、鋼の強度を上げるため、８５０度焼入れ及び７００度焼戻しを行った。
【００２２】
上記の方法により得られた実施例Ｎｏ１〜４及び比較例Ｎｏ１及び２の銅系軸受材料１はＪＩＳ５号引張試験片の形状に加工し、引張試験機にて測定を行った。また、ビッカース硬さ計を用い銅合金側から銅合金硬さを測定した。これらの試験の結果を表１に示す。
【００２３】
表１に示した弾性限及び銅合金硬さに関する試験結果から以下のことが判明した。裏金３にマルエージング鋼を用いた場合（実施例Ｎｏ１乃至４）とそれ以外の場合（比較例Ｎｏ１及び２）の比較をすると、裏金３にマルエージング鋼を用いた実施例Ｎｏ１〜４では、弾性限が４７０〜８６０Ｎ／ｍｍ２、銅合金硬さが１２５〜１７０Ｈｖの範囲の値であるのに対し、裏金３にマルエージング鋼を用いていない比較例Ｎｏ１及び２では、弾性限が２４０〜４６０Ｎ／ｍｍ２、銅合金硬さが９０〜１１０Ｈｖの範囲となった。このように、裏金にマルエージング鋼を用いることにより、弾性限及び銅合金硬さのいずれも向上させることができた。
【００２４】
これらを個別に見ると、同じ条件で作製した実施例Ｎｏ１及び２と比較例Ｎｏ１とを比較すると、裏金３にマルエージング鋼を用いた実施例Ｎｏ１及び２の銅系軸受材料１の弾性限は、裏金３に一般的なＳ１０Ｃ相当の鋼を用いた比較例Ｎｏ１に比べて２倍程度以上高くなっている。そのため、裏金３の断面積を約半分以下にすることが可能となる。さらに実施例Ｎｏ１及び２と比較例Ｎｏ１は、同じ条件で作製しているにもかかわらず実施例Ｎｏ１及び２の銅合金硬さが比較例Ｎｏ１に比べて高くなっていることがわかる。これは、焼結工程中に鉄系合金層としての裏金３からマルエージング鋼の成分であるＮｉ、Ａｌ、Ｔｉが銅系焼結層２に拡散し析出硬化を生じたためであり、銅系焼結層２の銅合金の強度を高めることができる。
【００２５】
また、裏金３に用いたマルエージング鋼を強化するために実施例Ｎｏ１及び２の試料を更に時効処理を行った実施例Ｎｏ３及び４の試料においては、実施例Ｎｏ１及び２の試料に比べ銅合金硬さが更に向上していることがわかる。銅系焼結層２は、青銅粉体を裏金３に散布して焼結した後、通常の冷間圧延などを行うことにより形成され加工硬化を生じているが、このようにして形成された銅系焼結層２は、通常マルエージング鋼の時効処理相当の加熱条件（例えば、４８０度）にて加工歪が完全に消失し、軟化する。
【００２６】
しかし、実施例Ｎｏ１及び２の試料において明らかなようにマルエージング鋼を裏金３に用いた銅系軸受材料１は、焼結工程中に裏金３から銅系焼結層２にＮｉ，Ａｌ及び／又はＴｉが拡散し強化される。更にＮｏ３及び４の試料においてマルエージング鋼の強度を高める時効処理を行うことで、裏金３から銅系焼結層２に拡散したＮｉ、Ａｌ、Ｔｉの一部がＮｉ−Ａｌ系化合物やＮｉ−Ｔｉ系化合物を形成し析出硬化が起こり、銅系焼結層２がより高強度となる。また、時効処理により裏金３も強化されるため、高強度の銅系軸受材料１が得られる。
【００２７】
また、比較例Ｎｏ２の試料は、裏金３にニッケルクロム鋼（ＪＩＳのＳＮＣ８３６）を用いており、焼入れにより強度を高めることが可能であるが、脆すぎるため必ず焼戻しを必要とする。ところが、焼入れ及び焼戻しを行うことで銅合金の軟化が起こり表１に示すように銅合金硬さが低下する。
【００２８】
裏金３にマルエージング鋼を用いて時効処理を行った実施例Ｎｏ３及び４の試料と裏金３にニッケルクロム鋼（ＪＩＳのＳＮＣ８３６）を用いた比較例Ｎｏ２の試料を比較すると、比較例Ｎｏ２の試料は焼入れ及び焼戻しを行うことで銅合金硬さの低下が起こっているにも拘らず、実施例Ｎｏ３及び４はマルエージング鋼の強度を上げるための時効処理を行っても銅合金硬さを上げることができる。
【００２９】
以上、実施形態に係る銅系軸受材料１の構造及び作用について説明してきたが、本実施形態によれば、銅系軸受材料１における裏金３として、１７〜２６質量％のＮｉと、６〜１３質量％のＣｏと、２〜１０質量％のＭｏと、０．１〜２．５質量％のＡｌ及び／又はＴｉと、残部がＦｅ及び不可避不純物と、からなるＦｅ系合金であって、該Ｆｅ系合金を溶体化処理することにより得られるマルエージング鋼を使用することにより、高強度と靭性を合わせ持つので軸受成形加工することも可能な材料が得られる。ゆえに、従来の低炭素鋼裏金付軸受材料からなる軸受に対して大幅に薄肉化及び幅狭化が可能となる。
【００３０】
また、前記銅系焼結層２の焼結時に裏金３から銅系焼結層２にＮｉ、Ａｌ、Ｔｉが拡散し析出硬化を生じるため、銅系焼結層２の銅合金の強度を高めることができ、幅狭化・薄肉化が可能となる。
【００３１】
更に、時効処理を施すことにより、銅系焼結層２にＮｉ−Ａｌ系化合物、Ｎｉ−Ｔｉ系化合物がより多く形成されるため、析出硬化がより進み銅系焼結層２の銅合金の強度を高めることができ、さらなる幅狭化・薄肉化が可能となる。
【００３２】
なお、本実施形態における銅系軸受材料１は、銅系焼結層２と、裏金３と、からなるバイメタルタイプとなっているが、これに限らず、例えば銅系焼結層２の表面にオーバレイ層を設けたものであってもよい。
【００３３】
【発明の効果】
以上、説明したところから明らかなように、請求項１に係る発明においては、高強度と靭性を合わせ持つので軸受成形加工することも可能な材料が得られる。ゆえに、従来の低炭素鋼裏金付軸受材料からなる軸受に対して大幅に薄肉化及び幅狭化が可能となる。
【００３４】
また、請求項２に係る発明においては、Ｆｅ系合金からＣｕ系焼結層にＮｉ、Ａｌ及び／又はＴｉが拡散し析出硬化を生じるため、Ｃｕ系焼結層のＣｕ合金の強度を高めることができ、幅狭化・薄肉化が可能となる。
【００３５】
また、請求項３に係る発明においては、Ｆｅ系合金層からＣｕ系焼結層にＮｉ、Ａｌ及び／又はＴｉが拡散し、更にその一部がＮｉ−Ａｌ系化合物及び／又はＮｉ−Ｔｉ系化合物を形成することから、析出硬化がより進みＣｕ系焼結層のＣｕ合金の強度を高めることができ、幅狭化・薄肉化が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態にかかる銅系軸受材料の断面の模式図である。
【符号の説明】
１  銅系軸受材料
２  銅系焼結層
３  裏金
【図１】
0003632924.tif 000003