(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄粉、アスペクト比１３．３以上の扁平銅粉、通常銅粉、低融点金属粉、および黒鉛粉を含む原料粉を混合して金型に充填し、扁平銅粉を金型成形面に付着させた状態で圧粉体を成形し、圧紛体を焼結することにより形成され、銅の含有量が均一になったベース部と、ベース部の表面を覆い、ベース部よりも銅の含有量を大きくした表面層とを有し、表面層の軸受面に銅組織と鉄組織を形成し、軸受面における銅組織を面積比で６０％以上にした焼結軸受の製造方法であって、
前記原料粉における扁平銅粉および通常銅粉の割合を１８重量％以上、４０重量％以下とし、
圧粉体中の鉄を炭素と反応させることなく焼結することで、鉄組織をフェライト相で形成することを特徴とする焼結軸受の製造方法。
【請求項２】
焼結温度を７００℃〜８４０℃とする請求項１記載の焼結軸受の製造方法。
【請求項３】
炭素を含まない雰囲気で焼結する請求項２記載の焼結軸受の製造方法。
【請求項４】
鉄粉、アスペクト比１３．３以上の扁平銅粉、通常銅粉、低融点金属粉、および黒鉛粉を含む原料粉を混合して金型に充填し、扁平銅粉を金型成形面に付着させた状態で圧粉体を成形し、圧紛体を焼結することにより形成され、銅の含有量が均一になったベース部と、ベース部の表面を覆い、ベース部よりも銅の含有量を大きくした表面層とを有し、表面層の軸受面に銅組織と鉄組織を形成し、軸受面における銅組織を面積比で６０％以上にした焼結軸受の製造方法であって、
前記原料粉における扁平銅粉および通常銅粉の割合を１８重量％以上、４０重量％以下とし、
圧粉体中の鉄を炭素と反応するように焼結することで、鉄組織を、フェライト相と、フェライト相の粒界に存在するパーライト相とで形成し、鉄組織でのフェライト相に対するパーライト相の割合を面積比で５〜２０％とすることを特徴とする焼結軸受の製造方法。
【請求項５】
焼結温度を８２０℃〜９００℃とする請求項４記載の焼結軸受の製造方法。
【請求項６】
炭素を含む雰囲気で焼結する請求項５記載の焼結軸受の製造方法。
【請求項７】
前記混合前の扁平銅粉に流体潤滑剤を付着させる請求項１〜６何れか１項記載の焼結軸受の製造方法。
【請求項８】
前記混合前の扁平銅粉に、扁平銅粉に対する重量比で０．１〜０．８重量％の流体潤滑剤を付着させる請求項７記載の焼結軸受の製造方法。
【請求項９】
流体潤滑剤として脂肪酸を用いる請求項８記載の焼結軸受の製造方法。
【請求項１０】
扁平銅粉の見かけ密度を１．０ｇ／ｃｍ3以下、厚さを１．５μｍ以下、長さを２０μｍ以上８０μｍ以下とした請求項１〜９何れか１項に記載の焼結軸受の製造方法。
【請求項１１】
黒鉛粉として、鱗状黒鉛を使用する請求項１〜１０何れか１項に記載の焼結軸受の製造方法。
【請求項１２】
原料粉における扁平銅粉の割合を８重量％以上にする請求項１〜１１何れか１項に記載の焼結軸受の製造方法。
【請求項１３】
銅に対する低融点金属の割合を、重量比で１０％未満にする請求項１２記載の焼結軸受の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、焼結金属からなる焼結軸受の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えばハードディスクドライブ等の情報機器に搭載される精密小型モータ用の軸受として、静粛性に優れた焼結軸受を用いる場合がある。近年のモータの高性能化に伴い、この種の焼結軸受では、限界ＰＶ値をＰＶ＞２００ＭＰａ・ｍ／ｍｉｎまで向上させることが要請されている。また、トルク変動の削減（初期なじみ特性の向上）、耐久性の向上（耐焼付き性の向上）、静粛性の向上（音響特性の改善）等も併せて必要になっている。
【０００３】
焼結軸受として鉄系焼結軸受が公知であるが、鉄系では、耐久性には優れるものの、初期なじみ特性や静粛性に劣るというデメリットがある。そのため、精密小型モータ用の軸受として青銅系焼結軸受を使用する場合が多い。青銅系焼結含油軸受の一例として、例えば特開２００１−１０７１６２号公報（特許文献１）に、Ｓｎを６〜１１重量％、Ｆｅ及び／又はＮｉを１〜５重量％含有し、残部を銅としたものが開示されている（請求項１）。
【０００４】
また、特許第３８７３２７５号（特許文献２）には、鉄系と銅系の原料粉末を用い、銅系の原料粉末を扁平粉とし、表面側に銅を偏析させ、表面側から内部に向って銅の割合を低くすると共に鉄の割合を高くした摺動部品が開示されている（請求項１）。また、銅系の原料粉末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、銅系の扁平粉を表面側に偏析させ、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をなした軸受を得るようにしている（段落００２８）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００１−１０７１６２号公報
【特許文献２】特許第３８７３２７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
近年では銅価格が高騰しており、特許文献１に記載されたような多量の銅を含む青銅系焼結軸受では低コスト化の要求に対応できない。また、青銅系焼結軸受では耐荷重性や耐久性に難がある。
【０００７】
その一方、特許文献２に記載の構成では、扁平粉と銅粉からなる原料粉に振動を与えているため、成形工程が煩雑化する。また、「回転体が摺動する摺動面が摩耗しても、摺動面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」との記載（段落００２９等）から明らかなように、銅リッチな表面層が摩耗した後の相手材の摩耗を銅で抑制する構成である。この構成では、耐久性を向上させようとすると銅の使用量を増やさざるを得ず、耐久性と低コスト化を両立することが困難である。
【０００８】
そこで、本発明は、銅の使用量を削減して低コスト化を図ることができ、その一方で初期なじみ特性や静粛性が良好で、かつ高い耐久性を備える焼結軸受の製造方法を提供することを目的する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するため、本発明は、鉄粉、アスペクト比１３．３以上の扁平銅粉、通常銅粉、低融点金属粉、および黒鉛粉を含む原料粉を混合して金型に充填し、扁平銅粉を金型成形面に付着させた状態で圧粉体を成形し、圧紛体を焼結することにより形成され、銅の含有量が均一になったベース部と、ベース部の表面を覆い、ベース部よりも銅の含有量を大きくした表面層とを有し、表面層の軸受面に銅組織と鉄組織を形成し、軸受面における銅組織を面積比で６０％以上にした焼結軸受の製造方法であって、前記原料粉における扁平銅粉および通常銅粉の割合を１８重量％以上、４０重量％以下とし、圧粉体中の鉄を炭素と反応させることなく焼結することで、鉄組織をフェライト相で形成することを特徴とするものである。
【００１０】
原料粉を金型に充填し、扁平銅粉を金型成形面に付着させた状態で圧粉体を成形すれば、成形後の圧粉体では表層に多くの銅が含まれる一方、芯部では銅の含有量が少なくなる。従って、焼結後の焼結体には、銅の含有量の多い表面層と、これよりも銅の含有量が少ないベース部とが形成される。
【００１１】
このように表面層での銅の含有量を多くすることで、初期なじみ性および静粛性の向上を図ることができる。また、軸に対する攻撃性も低くなるので、耐久寿命が向上する。これらの作用効果は、表面層の表面に面積比で６０％以上の銅組織（銅を主成分とする組織）を形成することで、より顕著に得ることができる。また、圧粉体中の鉄を炭素と反応させることなく焼結して鉄組織をフェライト相で形成するので、表面層の摩耗により鉄組織（鉄を主成分とする組織）を多く含むベース部が露出した際にも、鉄組織がフェライト相であるため、銅の含有量が少なくても軸に対する攻撃性を弱くすることができ、耐久性が増す。
【００１２】
ベース部の鉄組織は、軟質なフェライト相となるが、鉄組織−銅組織、および銅組織同士が低融点金属で強固に結合されるため、ベース部は高強度を有する。従って、軸受全体の強度が増し、耐荷重性を向上させることができる。ベース部は軸受のほとんどの容積を占めるが、このベース部での銅の含有量を少なくできるため、軸受全体での銅の使用量を削減して低コスト化を図ることができる。
【００１３】
このように本発明方法によれば、軸受内における鉄と銅の分布を最適化することができ、これにより、軸受の耐久性の向上と低コスト化とを両立することができる。従って、本発明によれば、鉄系焼結軸受と銅系焼結軸受（鉄銅系焼結軸受も含む）の双方の利点を兼ね備えた焼結軸受を低コストに得ることができる。
【００１４】
圧粉体中の鉄を炭素と反応させることなく焼結するためには、焼結温度を７００℃〜８４０℃にするのが望ましい。この場合、炭素を含まない雰囲気で焼結するのがさらに望ましい。
【００１５】
その一方で、上記のように、鉄組織がフェライト相のみで形成されていると、表面層が摩耗してベース部が露出した際に軸受面の耐摩耗性が低下する場合がある。
【００１６】
また、本発明は、鉄粉、アスペクト比１３．３以上の扁平銅粉、通常銅粉、低融点金属粉、および黒鉛粉を含む原料粉を混合して金型に充填し、扁平銅粉を金型成形面に付着させた状態で圧粉体を成形し、圧紛体を焼結することにより形成され、銅の含有量が均一になったベース部と、ベース部の表面を覆い、ベース部よりも銅の含有量を大きくした表面層とを有し、表面層の軸受面に銅組織と鉄組織を形成し、軸受面における銅組織を面積比で６０％以上にした焼結軸受の製造方法であって、前記原料粉における扁平銅粉および通常銅粉の割合を１８重量％以上、４０重量％以下とし、圧粉体中の鉄を炭素と反応するように焼結することで、鉄組織を、フェライト相と、フェライト相の粒界に存在するパーライト相とで形成し、鉄組織でのフェライト相に対するパーライト相の割合を面積比で５〜２０％とすることを特徴とするものである。                                                                                    
【００１７】
これにより、鉄組織が、フェライト相とフェライト相の粒界に存在するパーライト相との二相組織となり、硬質のパーライト相がフェライト相の耐摩耗性を補うため、軸受面の摩耗を抑制することができる。その一方で炭素が拡散してパーライトの存在割合が過剰になると、軸に対する攻撃性が増して軸が摩耗しやすくなる。かかる観点から、パーライトは、フェライト相の粒界に存在（点在）する程度とする（図１２参照）。
【００１８】
圧粉体中の鉄を炭素と反応するように焼結し、鉄組織を、フェライト相と、フェライトの粒界に存在するパーライト相とで形成するためには、焼結温度を８２０℃〜９００℃とするのが望ましい。この場合、炭素を含む雰囲気で焼結するのがさらに望ましい。
【００１９】
前記混合前の扁平銅粉に流体潤滑剤を付着させれば、金型成形面に対する扁平銅粉の付着力がさらに高まる。この流体潤滑剤の扁平銅粉に対する割合が少なすぎると、金型に対する扁平銅粉の付着力が低下し、金型成形面上の扁平銅粉の付着量が不十分となる。また、多すぎると扁平銅粉同士が付着し、凝集する問題が生じる。本発明者らの検証によれば、扁平銅粉に対する重量比で０．１重量％〜０．８重量％、望ましくは０．２重量％〜０．７重量％の流体潤滑剤を配合すれば、以上の問題を解消できることが判明した。
【００２０】
流体潤滑剤としては、脂肪酸、特に直鎖の飽和脂肪酸が好ましい。この種の脂肪酸は、Ｃn-1Ｈ2n-1ＣＯＯＨの一般式で表される。本発明では、Ｃｎが１２〜２２の範囲のものを使用するのが望ましい。
【００２１】
扁平銅粉の見かけ密度を１．０ｇ／ｃｍ3以下、厚さを１．５μｍ以下、長さを２０μｍ以上８０μｍ以下とすれば、金型成形面に対する付着力がさらに高まり、銅の含有量の多い表面層を確実に形成することが可能となる。
【００２２】
原料粉に黒鉛を添加することで、軸受面の低摩擦化を図ることができる。この場合、鱗状黒鉛を使用すれば、原料粉の混合時に鱗状黒鉛と扁平銅粉が付着しやすくなり、扁平銅粉に付随して多くの黒鉛が金型成形面に付着する。この場合、圧粉体の表面では、銅だけでなく黒鉛の含有量も増えるので、軸受面の低摩擦化を図る上でより有効となる。
【００２３】
原料粉における扁平銅粉の割合を８重量％以上にすれば、金型成形面に十分な量の扁平銅粉を付着させることができる。
【００２４】
銅粉として扁平銅粉だけを使用したのでは、扁平銅粉の密度が小さいために、圧粉体の成形時に固まりにくくなる。そのため、通常銅粉を添加し、扁平銅粉と併せて使用することで、圧粉体の成形性を高めることができる。また、表面層が摩耗してベース部が露出した際の軸に対する攻撃性を低下させるためには、ベース部Ｓ２が少なくとも１０重量％以上の銅組織を有することが必要となる。よって、銅粉の配合割合は両者の合計である１８重量％以上とする。その一方で、銅粉の割合が４０重量％を超えると、ベース部における鉄組織の含有量が不足し、強度低下を招く。また、銅粉の使用量が過剰となり、扁平銅粉を使用することによるコストメリットが乏しくなる。以上から、原料粉における扁平銅粉と通常銅粉の割合は、合わせて１８重量％以上４０重量％以下にする。
【００２５】
一般に低融点金属の含有量が増えれば、それだけ軸受の強度が増す。その一方で、扁平銅粉は、Ｃｕ−Ｓｎの液相状態では表面張力により丸くなって球形化する。球形化した扁平銅が増えると、軸受表面における銅組織の占める面積が減少して発明の目的（初期なじみ性・静粛性の改善、相手材への攻撃性低減）を達成できない。以上の観点から、銅に対する低融点金属の割合は１０重量％未満とする。
【発明の効果】
【００２６】
本発明によれば、耐久性の向上と銅の使用量削減による低コスト化とを両立し、かつ初期なじみ特性や静粛性も良好な焼結軸受を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】焼結軸受の断面図である。
【図２】上段は扁平銅粉の側面図、下段は扁平銅粉の平面図である。
【図３】互いに付着した扁平銅粉と鱗状黒鉛を示す側面図である。
【図４】金型による圧粉体の成形工程を示す断面図である。
【図５】図４中の領域Ｑの拡大断面図である。
【図６】鋼中のパーライト組織を示す組織図である。
【図７】図１中の領域Ｐの拡大断面図である。
【図８】軸受の半径方向における銅の含有率を示す図である。
【図９】初期なじみ性の測定結果を示す図である。
【図１０】限界ＰＶ値の測定結果を示す図である。
【図１１】軸受運転後に軸受に生じる摩耗量の測定結果を示す図である。
【図１２】ベース部の粒界組織を示す組織図である。
【図１３】本発明にかかる焼結軸受の成分表である。
【図１４】本発明にかかる焼結軸受の製造方法を示すフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
【００２９】
図１に示すように、焼結軸受１は、内周に軸受面１ａを有する円筒状に形成される。焼結軸受１の内周にステンレス鋼等からなる軸２を挿入し、その状態で軸を回転させ、あるいは軸受１を回転させると、焼結軸受１の無数の空孔に保持された潤滑油が温度上昇に伴って軸受面１ａに滲み出す。この滲み出した潤滑油によって、軸の外周面と軸受面１ａの間の軸受隙間に油膜が形成され、軸２が軸受１によって相対回転可能に支持される。
【００３０】
本発明の軸受１は、各種粉末を混合した原料粉を金型に充填し、これを圧縮して圧粉体を成形した後、圧粉体を焼結することで形成される。
【００３１】
原料粉は、鉄粉、銅粉、低融点金属粉、および固体潤滑剤粉を主成分とする混合粉末である。この混合粉末には、必要に応じて各種成形助剤、例えば離型性向上のための潤滑剤（金属セッケン等）が添加される。以下、焼結軸受の第一の実施形態について、その原料粉末および製造手順を詳細に述べる。
【００３２】
［鉄粉］
鉄粉としては、還元鉄粉、水アトマイズ鉄粉等の公知の粉末が広く使用可能である。本実施形態では、含油性に優れた還元鉄粉を使用する。還元鉄粉は、略球形でありながら不規則形状でかつ多孔質状をなし、表面に微小な凹凸を有する海綿状となることから、海綿鉄粉とも呼ばれる。鉄粉としては、粒度４０μｍ〜１５０μｍ、見かけ密度２．０〜２．８ｇ／ｃｍ3程度のものを使用する。見かけ密度の定義は、JIS Z 8901の規定に準じる（以下、同じ）。なお、鉄粉に含まれる酸素量は０．２重量％以下とする。
【００３３】
［銅粉］
銅粉としては、箔状の扁平銅粉と通常銅粉の二種類が用いられる。
【００３４】
扁平銅粉は、水アトマイズ粉等からなる原料銅粉を搗砕（Stamping）することで扁平化させたものである。扁平銅粉としては、長さＬが２０μｍ〜８０μｍ、厚さｔが０．５μｍ〜１．５μｍ（アスペクト比Ｌ／ｔ＝１３．３〜１６０）のものが主に用いられる。ここでいう「長さ」および「厚さ」は、図２に示すように個々の扁平銅粉３の幾何学的な最大寸法をいう。扁平銅粉の見かけ密度は１．０ｇ／ｃｍ3以下とする。以上のサイズ、及び見かけ密度の扁平銅粉であれば、金型成形面に対する扁平銅粉の付着力が高まるため、金型成形面に多量の扁平銅粉を付着させることができる。
【００３５】
通常銅粉としては、焼結軸受用として汎用されている球状や樹枝状の銅粉が広く使用可能であり、例えば還元粉、電解粉、水アトマイズ粉等が用いられる。なお、これらの混合粉も使用可能である。通常銅粉の粒度は２０μｍ〜１００μｍ程度とし、見かけ密度は２．０〜３．３ｇ／ｃｍ3程度とする。銅粉として扁平銅粉だけを使用したのでは、扁平銅粉の密度が小さいために、圧粉体の成形時に固まりにくくなるが、通常銅粉と併せて使用することで、圧粉体の成形性を高めることができる。なお、特に問題がなければ通常銅粉を使用せず、扁平銅粉のみを使用することもできる。
【００３６】
［流体潤滑剤］
金型成形面に扁平銅粉を付着させるため、扁平銅粉には予め流体潤滑剤を付着させておく。この流体潤滑剤は、原料粉の金型充填前に扁平銅粉に付着させていればよく、好ましくは原料粉の混合前、さらに好ましくは原料銅粉を搗砕する段階で原料銅粉に付着させる。搗砕後、他の原料粉体と混合するまでの間に扁平銅粉に流体潤滑剤を供給し、攪拌する等の手段で扁平銅粉に流体潤滑剤を付着させてもよい。金型成形面上の扁平銅粉の付着量を確保するため、扁平銅粉に対する流体潤滑剤の配合割合は、重量比で０．１重量％以上とし、また扁平銅粉同士の付着による凝集を防止するため、配合割合は０．８重量％以下とする。望ましくは配合割合の下限は０．２重量％以上とし、上限は０．７重量％とする。流体潤滑剤としては、脂肪酸、特に直鎖飽和脂肪酸が好ましい。この種の脂肪酸は、Ｃn-1Ｈ2n-1ＣＯＯＨの一般式で表される。この脂肪酸としては、Ｃｎが１２〜２２の範囲のもので、具体例として例えばステアリン酸を使用することができる。
【００３７】
［低融点金属粉］
低融点金属粉は、焼結温度よりも低融点の金属粉であり、本発明では、融点が７００℃以下の金属粉、例えば錫、亜鉛、リン等の粉末が使用される。この中でも焼結時の蒸散が少ない錫が好ましい。これら低融点金属粉は銅に対して高いぬれ性を持つため、原料粉に配合することで、液相焼結が進行し、鉄組織と銅組織や銅組織同士の結合強度が強化される。低融点金属の配合量が増えるほど金属組織の強度は高まるが、本発明のように扁平銅粉を使用した場合、低融点金属の量が多すぎると、上記のとおり扁平銅粉が球形化し、軸受面での銅の面積が低下する不具合が生じる。従来の銅系焼結軸受や銅鉄系焼結軸受では、銅に対して１０重量％程度の低融点金属を配合するのが一般的であるが、本発明では、上記の理由から銅に対する低融点金属の割合を重量比で１０重量％未満（望ましくは８．０重量％以下）とする。
【００３８】
［固体潤滑剤粉］
固体潤滑剤粉は、軸２との摺動による金属接触時の摩擦低減のために添加され、例えば黒鉛が使用される。この時、黒鉛としては、扁平銅粉に対する付着性が得られるように、鱗状黒鉛を使用するのが望ましい。固体潤滑剤粉としては、黒鉛の他に二硫化モリブデン粉も使用することができる。二硫化モリブデン粉は層状結晶構造を有していて層状に剥離するため、鱗状黒鉛と同様に扁平銅粉に対する付着性が得られる。
【００３９】
［配合比］
上記各粉末を配合した原料粉は、銅粉を１８重量％以上４０重量％以下、低融点金属粉（例えば錫粉）を１重量％以上４重量％以下、固体潤滑剤粉（例えば黒鉛粉）を０．５〜２．５重量％配合し、残部を鉄粉とするのが望ましい。
【００４０】
本発明では、後述のように、原料粉の金型への充填時に扁平銅粉を金型に層状に付着させている。原料粉における扁平銅の配合割合が８重量％を下回ると、金型への扁平銅の付着量が不十分となって本願発明の作用効果が期待できない。また、本実施形態は、後述のように、銅リッチの表層部Ｓ１（後述する）が摩耗により消失した際に、軸受面となるベース部Ｓ２の表面をフェライト相αＦｅと銅組織とで構成することで、軸に対する攻撃性を低下させるものであるが、かかる効果を得るためにはベース部Ｓ２が少なくとも１０重量％以上の銅組織を有することが必要となる。よって、銅粉の配合割合は両者の合計である１８重量％以上とする。その一方で、銅粉の割合が４０重量％を超えると、ベース部における鉄組織の含有量が不足し、強度低下を招く。また、銅粉の使用量が過剰となり、扁平銅粉を使用することによるコストメリットが乏しくなる。以上から、原料粉における銅粉の配合量は１８重量％以上４０重量％以下とする。また、原料粉における扁平銅粉の配合量は８重量％以上４０重量％以下、望ましくは８重量％以上２０重量％以下とする。２０重量％以下が好ましい理由は、扁平銅粉の金型への付着量は２０重量％程度で飽和し、これ以上配合量を増しても、高コストの扁平銅粉を使用することによるコストアップが問題となるためである。
【００４１】
低融点金属粉の割合が１重量％を下回ると軸受の強度を確保できず、４重量％を超えると、上記のとおり扁平銅粉の球形化の問題が生じる。また、固体潤滑剤粉の割合が０．５重量％を下回ると、軸受面における摩擦低減効果が得られず、２．５重量％を超えると強度低下等を招く。以上から、低融点金属粉は１重量％以上４重量％以下、固体潤滑剤粉は０．５〜２．５重量％配合する。なお、上記のとおり銅粉に対する低融点金属粉の配合割合は１０重量％未満（望ましくは８重量％以下）とするのが望ましい。
【００４２】
上述した各種原料粉末の配合比で特に好ましいものを図１３に示す。図示のように、通常銅粉を８重量％以上１２重量％以下、扁平銅粉を１０重量％以上１５重量％以下、低融点金属粉を１．０重量％以上２．０重量％以下、固体潤滑剤粉を０．６重量％以上１．０重量％以下とするのが特に好ましい。
【００４３】
［混合］
以上に述べた各粉末の混合は、２回に分けて行うのが望ましい。先ず、一次混合として、鱗状黒鉛粉および予め流体潤滑剤を付着させた扁平銅粉を公知の混合機で混合する。次いで、二次混合として、一次混合粉に鉄粉、通常銅粉、および低融点金属粉を添加して混合し、さらに必要に応じて黒鉛粉も添加・混合する。扁平銅粉は、各種原料粉末の中でも見かけ密度が低いため、原料粉中に均一に分散させるのが難しいが、一次混合で見かけ密度が同レベルの扁平銅粉と黒鉛粉とを予め混合しておくと、扁平銅粉に付着した流体潤滑剤等により、図３に示すように、扁平銅粉３と黒鉛粉４が互いに付着して層状に重なり、扁平銅粉の見かけ密度が高まる。そのため、二次混合時に原料粉末中に扁平銅粉を均一に分散させることが可能となる。一次混合時に、別途潤滑剤を添加すれば、扁平銅粉と黒鉛粉の付着がさらに促進されるため、二次混合時に扁平銅粉をより均一に分散させることが可能となる。ここで添加する潤滑剤としては、上記流体潤滑剤と同種または異種の流体状潤滑剤の他、粉末状のものも使用可能である。例えば上述した金属セッケン等の成形助剤は一般に粉状でありながら、ある程度の付着力を有するので、扁平銅粉と黒鉛粉の付着より促進させることができる。
【００４４】
図３に示す扁平銅粉３と鱗状黒鉛粉４との付着状態は、二次混合後もある程度保持されるため、原料粉末を金型に充填した際には、金型表面に扁平銅粉と共に多くの黒鉛粉が付着することとなる。
【００４５】
［成形］
二次混合後の原料粉末は成形機の金型６に供給される。図４に示すように、金型６は、コア６ａ、ダイ６ｂ、上パンチ６ｃ、および下パンチ６ｄからなり、これらによって区画されたキャビティに原料粉末が充填される。上下パンチ６ｃ，６ｄを接近させて原料粉体を圧縮すると、原料粉末が、コア６ａの外周面、ダイ６ｂの内周面、上パンチ６ｃの端面、および下パンチ６ｄの端面からなる成形面によって成形され、円筒状の圧粉体９が得られる。
【００４６】
原料粉体における金属粉の中では、扁平銅粉３の見かけ密度が最も小さい。また、扁平銅粉３は、上記長さＬおよび厚さｔを有する箔状であり、単位重量あたりの幅広面の面積が大きい。そのため、扁平銅粉は、その表面に付着した流体潤滑剤による付着力、さらにはクーロン力等の影響を受けやすくなり、原料粉の金型６への充填後は、図５に拡大して示すように、扁平銅粉３がその幅広面を成形面６１に向け、かつ複数層（１層〜３層程度）重なった層状態となって成形面６１の全域に付着する。この際、扁平銅粉３に付着した鱗状黒鉛も扁平銅粉３に付随して金型の成形面６１に付着する（図５では黒鉛の図示を省略）。その一方で、扁平銅３の層状組織の内側領域（キャビティ中心側となる領域）では、鉄粉（Ｆｅ）、通常銅粉（Ｃｕ）、および低融点金属粉（Ｓｎ）が略均一に分散した状態となる。成形後の圧粉体９は、このような各粉末の分布状態をほぼそのまま保持している。
【００４７】
［焼結］
その後、圧粉体９は焼結炉にて焼結される。焼結条件は、黒鉛に含まれる炭素が鉄と反応しない（炭素が拡散しない）条件とする。鉄―炭素の平衡状態では、７２３℃に変態点があり、これを超える鉄と炭素の反応が始まって、図６に示すように鋼組織中にパーライト相γＦｅが生じるが、焼結では９００℃を超えてから炭素（黒鉛）と鉄の反応が始まり、パーライト相γＦｅが生じる。パーライト相γＦｅは硬い組織（ＨＶ３００以上）で相手材に対する攻撃性が強いため、過剰にパーライト相が析出すると軸２の摩耗を進行させるおそれがある。
【００４８】
また、従来の焼結軸受の製造工程では、焼結雰囲気として、液化石油ガス（ブタン、プロパン等）と空気を混合してＮｉ触媒で熱分解させた吸熱型ガス（ＲＸガス）を使用する場合が多い。しかしながら、吸熱型ガス（ＲＸガス）では炭素が拡散して表面を硬化させるおそれがあり、同様の問題を生じる。
【００４９】
以上の観点から、本発明では、焼結は９００℃以下の低温焼結、具体的には７００℃（望ましくは７６０℃）〜８４０℃の焼結温度とする。また、焼結雰囲気は、炭素を含有しないガス雰囲気（水素ガス、窒素ガス、アルゴンガス等）あるいは真空とする。これらの対策により、原料粉では炭素と鉄の反応が生じず、従って焼結後の鉄組織は全て軟らかいフェライト相αＦｅ（ＨＶ２００以下）となる。焼結に伴い、上記流体潤滑剤、その他の潤滑剤、各種成形助剤は焼結体内部から揮散する。
【００５０】
以上に述べた焼結工程を経ることで、多孔質の焼結体が得られる。この焼結体にサイジングを施し、さらに真空含浸等の手法で潤滑油を含浸させることにより、図示に示す焼結軸受１が完成する。上記のように、焼結時に炭素と鉄を反応させず、鉄組織を軟質のフェライト相にすることにより、サイジング時に焼結体が塑性流動を生じやすくなり、高精度のサイジングを行うことができる。なお、用途によっては、潤滑油の含浸工程を省略し、無給油下で使用する焼結軸受１とすることもできる。
【００５１】
以上の製作工程のフローは図１４に示すとおりである。この製作工程を経た焼結軸受１の表面付近（図１中の領域Ｐ）の金属組織を図７に概略図示する。なお、図７では銅組織にハッチングを付し、黒鉛に散点模様を付している。
【００５２】
図７に示すように、本発明の焼結軸受１では、金型成形面６１に扁平銅３を層状に付着させた状態で圧粉体９が成形され、この層状扁平銅３が焼結されていることに由来して、軸受１の軸受面１ａを含む表面全体に銅濃度の高い表面層Ｓ１が形成される。しかも、扁平銅３の幅広面が成形面６１に付着していたこともあり、表面層Ｓ１の銅組織の多くが扁平状で、かつその幅広面を表面に向けた状態に配向されている。表面層Ｓ１の厚さは金型成形面６１に層状に付着した扁平銅の厚さに相当し、概ね１μｍ〜６μｍ程度である。表面層Ｓ１の任意断面では、銅組織の面積は鉄組織の面積よりも大きく、具体的には６０％以上が銅組織となる。
【００５３】
表面層Ｓ１よりも内側のベース部Ｓ２は、基本的に表面層Ｓ１に覆われている。図８に示すように、ベース部Ｓ２における銅の含有量は、表面層Ｓ１での銅の含有量よりも少なく、表面層Ｓ１からベース部Ｓ２へ移行する際に銅の含有量が急激に低下している。また、ベース部Ｓ２の各部における銅の含有量（重量％）は各部で均一になっている。
【００５４】
以上の構成から、軸受面１ａを含む表面層Ｓ１の表面全体で、鉄組織に対する銅組織の面積比が６０％以上となる。そのため、焼結軸受１の初期なじみ性および静粛性を向上させることができる。また、軸受１に含まれる鉄組織が全てフェライト相αＦｅであるので、仮に表面層Ｓ１が摩耗してベース部Ｓ２の鉄組織が表面に現れていても、軸受面を軟質化することができ、軸２に対する攻撃性を弱めることができる。
【００５５】
その一方で、表面層Ｓ１の内側のベース部Ｓ２は、表面相Ｓ１に比べて銅の含有量が少なく、かつ鉄の含有量が多い硬質組織となっている。このように軸受１のほとんどの部分を占めるベース部Ｓ２で鉄の含有量が多くなっているので、軸受１全体での銅の使用量を削減することができ、銅系焼結軸受に比べて大幅な低コスト化を達成することができる。さらに、表面層Ｓ１が軸２との摺動で摩耗し、軸受面１ａに鉄組織を多く含むベース部Ｓ２が現れた際にも、鉄組織がフェライト相αＦｅであるため、銅の含有量を少なくした状態でも軸２に対する攻撃性を弱くすることができ、軸受としての耐久性を確保できる。この耐久性は、ベース部Ｓ２における銅組織の含有量が少なくとも１０重量％以上あれば十分に得られる。
【００５６】
このように本発明では、扁平銅粉を使用し、これを金型成形面６１に付着させた状態で圧粉体を成形することで、表面層Ｓ１での銅の含有量を高めると共に、表面層Ｓ１以外では鉄の含有量を高めることとし、銅組織と鉄組織の最適分布を実現させている。また、鉄組織を意図的にフェライト相αＦｅとすることで、銅リッチの表面層Ｓ１が摩耗した際の軸２の摩耗抑制も図っている。従って、耐久性の向上と銅の使用量削減による低コスト化とを両立することが可能となる。
【００５７】
加えて、軸受面１ａを含む表面全体に遊離黒鉛が析出しており、しかも扁平銅粉３に付随する形で金型成形面６１に鱗状黒鉛を付着させているため、表面層Ｓ１における遊離黒鉛の含有率も高い。そのため、軸受面１ａを低摩擦化することができ、軸受１の耐久性を増すことができる。また、表面層Ｓ１とベース部Ｓ２の双方で銅組織と鉄組織を低融点金属で結合させており、銅組織と鉄組織の間、および銅組織同士の間で高い結合強度が得られている。そのため、従来の青銅系焼結軸受に比べて、軸受１全体の強度が増し、かつ耐久性も向上する。さらに、限界ＰＶ値をＰＶ＞２００ＭＰａ・ｍ／ｍｉｎを達成することも可能で、そのような使用条件下でも低摩擦となり、今後見込まれるさらなる負荷容量の増大や高速回転化にも対応可能となる。従って、本発明によれば、青銅系軸受および鉄系焼結軸受（あるいは鉄銅焼結軸受）の双方のメリットのみを有する焼結軸受を得ることができる。
【００５８】
本発明が奏する上記作用効果を確認するため、初期なじみ性、限界ＰＶ値、および摩耗量のそれぞれについて、本発明品と従来の青銅系焼結軸受および銅鉄系焼結軸受との間で比較試験を行った。
【００５９】
比較試験における各軸受の組成（重量比）は以下のとおりとした。
本発明品…鉄：８０．２％、銅：１８．０％（扁平銅粉８％）、錫：１．０％、黒鉛０．８％
青銅系軸受…銅：８８．８％、錫：９．９％、黒鉛：１．３％
銅鉄系焼結軸受…鉄：７７．２％、銅：２０．０％、錫：２．０％、黒鉛０．８％
【００６０】
また、各試験条件は以下のとおりである。
【００６１】
［初期なじみ性測定試験］
・周速  ：３８ｍ／ｍｉｎ
・荷重  ：１．１ＭＰａ
・軸仕様：SUS420J2（ＨＲＣ５５）
・軸受サイズ：６×１２×６（順に、内径の直径寸法、外径の直径寸法、長さをミリ単位で表す。以下同じ。）
・運転隙間：０．０２０ｍｍ
・温度  ：常温
【００６２】
［限界ＰＶ値測定試験］
・軸仕様：SUS420J2（ＨＲＣ５５）
・軸受サイズ：６×１２×６
・運転隙間：０．０２０ｍｍ
・温度  ：常温
【００６３】
［摩耗量測定試験］
・周速  ：３８〜７５ｍ／ｍｉｎ
・荷重  ：０．７〜４．０ＭＰａ
・軸仕様：SUS420J2（ＨＲＣ５５）
・軸受サイズ：６×１２×６
・運転隙間：０．０２０ｍｍ
・温度  ：常温
・時間  ：８時間
【００６４】
図９に初期なじみ特性測定試験の結果、図１０に限界ＰＶ値測定試験の結果、図１１に摩耗量試験の結果をそれぞれ示す。
【００６５】
図９から、本発明品では、銅の配合割合を上記下限値とした場合でも、運転開始直後から低摩擦であり、銅鉄系に比べて良好で、青銅系軸受と同等もしくはそれ以上に良好な初期なじみ性を有することが判明した。また、図１０から、２００ＭＰａ・ｍ／ｍｉｎを超えるＰＶ値でも十分に低摩擦であり、５００ＭＰａ・ｍ／ｍｉｎ程度のＰＶ値まで実用可能であることが理解できる。さらに、図１１から本発明品の摩耗量は少なく、青銅系、さらには銅鉄系と同等以上の耐久性を有することが理解できる。
【００６６】
［他の実施形態］
以上に述べた第一の実施形態では、鉄組織を全てフェライト相で形成しているが、かかる構成では、軸受の使用条件（例えば高面圧で使用する場合）等により、表面層が摩耗してベース部が露出した際に軸受面の耐摩耗性が不十分となる場合がある。
【００６７】
この場合、鉄組織を、フェライト相とパーライト相の二相組織にすれば、硬質のパーライト相が耐摩耗性の向上に寄与し、高面圧下での軸受面の摩耗を抑制して軸受寿命を向上させることができる（第二の実施形態）。炭素が拡散することにより、図６に示すように、パーライトγＦｅの存在割合が過剰となり、フェライトαＦｅと同等レベルの割合になると、パーライトによる軸に対する攻撃性が著しく増して軸が摩耗しやすくなる。これを防止するため、図１２に示すように、パーライト相（γＦｅ）はフェライト相（αＦｅ）の粒界に存在（点在）する程度に抑える。ここでいう「粒界」は、フェライト相の間やフェライト相と他の粒子との間に形成される粒界の他、フェライト相（αＦｅ）中の結晶粒界１０の双方を意味する。図１２では、前者の粒界に存在するパーライト相をγＦｅ１で表し、後者の粒界に存在するパーライト相をγＦｅ２で表している。フェライト相αＦｅに対するパーライト相γＦｅ（γＦｅ１＋γＦｅ２）の割合は、ベース部Ｓ２の任意断面において、面積比で５〜２０％とするのが望ましい。
【００６８】
パーライトの成長速度は、主に焼結温度に依存する。従って、上記の態様でパーライト相をフェライト相の粒界に存在させるためには、第一の実施形態よりも焼結温度を上げて、８２０℃〜９００℃程度とし（図１４参照）、かつ炉内雰囲気として炭素を含むガス、例えば天然ガスや吸熱型ガス（ＲＸガス）を用いて焼結する。これにより、焼結時にはガスに含まれる炭素が鉄に拡散し、パーライト相γＦｅを形成することができる。なお、９００℃を越える温度で焼結すると、黒鉛粉中の炭素が鉄と反応する。これ以外の構成、例えば原料粉体の組成や製造手順等は、第一の実施形態と共通であるので、重複説明を省略する。
【００６９】
なお、以上の説明では、本発明を、軸受面１ａを真円形状とした真円軸受に適用する場合を例示したが、本発明は真円軸受に限らず、軸受面１ａや軸２の外周面にヘリングボーン溝、スパイラル溝等の動圧発生部を設けた流体動圧軸受にも同様に適用することができる。
【符号の説明】
【００７０】
１        軸受
１ａ      軸受面
２        軸
３        扁平銅粉
４        鱗状黒鉛
６        金型
９        圧粉体
１０      結晶粒界
６１      成形面
Ｌ        扁平粉の長さ
ｔ        扁平粉の厚さ
【図１】
0006038460.tif 000002
【図２】
0006038460.tif 000003
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
0006038460.tif 000007
【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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