(57)【要約】【課題】  耐摩耗性、耐腐食性および高温ドライ環境下での摺動性を向上させると共に、コンパクト化、低コスト化を図ったＥＧＲバルブ用アルミニウム青銅系焼結軸受を提供すること、および生産性がよく、低コストで、多量生産に好適なＥＧＲバルブ用アルミニウム青銅系焼結軸受の製造方法を提供すること。【解決手段】  ９〜１２重量％のアルミニウムと０．１〜０．６重量％の燐と３〜１０重量％の黒鉛を含有し、残部の主成分を銅とし、不可避的不純物を含んだＥＧＲバルブ用焼結軸受１であって、この焼結軸受１は、アルミニウム−銅合金が焼結された組織を有し、分散して形成された気孔内に遊離黒鉛が分布していることを特徴とする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
９〜１２重量％のアルミニウムと０．１〜０．４重量％の燐と３〜１０重量％の黒鉛を含有し、残部の主成分を銅とし、不可避的不純物を含んだＥＧＲバルブ用焼結軸受であって、この焼結軸受は、アルミニウム−銅合金が焼結された組織を有し、分散して形成された気孔内に遊離黒鉛が分布していることを特徴とするＥＧＲバルブ用焼結軸受。
【請求項２】
前記アルミニウム−銅合金の組織は、α相を有することを特徴とする請求項１に記載のＥＧＲバルブ用焼結軸受。
【請求項３】
前記アルミニウム−銅合金の組織は、γ相とα相との比γ相／α相を、０≦γ相／α相≦０．１０としたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＥＧＲバルブ用焼結軸受。
【請求項４】
前記ＥＧＲバルブ用焼結軸受は、焼結助剤としての錫が添加されていないことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のＥＧＲバルブ用焼結軸受。
【請求項５】
９〜１２重量％のアルミニウムと０．１〜０．４重量％の燐と３〜１０重量％の黒鉛を含有し、残部の主成分を銅とし、不可避的不純物を含んだＥＧＲバルブ用焼結軸受の製造方法であって、この製造方法は、原料粉末としてアルミニウム−銅合金粉、電解銅粉、燐−銅合金粉および黒鉛粉を用い、少なくとも、原料粉末に焼結助剤が添加された圧粉体を成形する成形工程と、前記圧粉体からアルミニウム−銅合金組織を有する焼結体を得る焼結工程と、前記焼結体を寸法整形するサイジング工程とを含んでいることを特徴とするＥＧＲバルブ用焼結軸受の製造方法。
【請求項６】
前記焼結助剤として、前記アルミニウム−銅合金粉、電解銅粉、燐−銅合金粉、黒鉛粉からなる原料粉末の合計１００重量％に対して、フッ化アルミニウムおよびフッ化カルシウムが合計で０．０５〜０．２重量％添加されていることを特徴とする請求項５に記載のＥＧＲバルブ用焼結軸受の製造方法。
【請求項７】
前記アルミニウム−銅合金粉の平均粒径ｄ１と電解銅粉の平均粒径ｄ２との比ｄ２／ｄ１を２〜３としたことを特徴とする請求項５又は請求項６に記載のＥＧＲバルブ用焼結軸受の製造方法。
【請求項８】
前記電解銅粉は、粉末形状が異なるもので構成され、アスペクト比が２以上の電解銅粉の割合Ｗ１と２未満の電解銅粉の割合Ｗ２との比Ｗ２／Ｗ１を３〜９としたことを特徴とする請求項５〜７のいずれか一項に記載のＥＧＲバルブ用焼結軸受の製造方法。
【請求項９】
前記黒鉛粉は、天然黒鉛、又は人造黒鉛の微粉を樹脂バインダで造粒後粉砕し、粒径１４５メッシュ以下の黒鉛粉末にしたことを特徴とする請求項５〜８のいずれか一項に記載のＥＧＲバルブ用焼結軸受の製造方法。
【請求項１０】
９〜１２重量％のアルミニウムと０．１〜０．６重量％の燐と３〜１０重量％の黒鉛を含有し、残部の主成分を銅とし、不可避的不純物を含んだＥＧＲバルブ用焼結軸受の製造方法であって、この製造方法は、原料粉末として、銅単体の粉末を添加せず、アルミニウム−銅合金粉、燐−銅合金粉および黒鉛粉を用い、少なくとも、原料粉末に焼結助剤が添加された圧粉体を成形する成形工程と、前記圧粉体からアルミニウム−銅合金組織を有する焼結体を得る焼結工程と、前記焼結体を寸法整形するサイジング工程とを含んでいることを特徴とするＥＧＲバルブ用焼結軸受の製造方法。
【請求項１１】
前記原料粉末としてのアルミニウム−銅合金粉が、７〜１１重量％アルミニウム−銅合金粉末であることを特徴とする請求項１０に記載のＥＧＲバルブ用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、耐摩耗性、耐腐食性および高温ドライ環境下での摺動性に優れたＥＧＲバルブ用焼結軸受およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、自動車エンジンなどの内燃機関の排ガス対策の一環として、これらの内燃機関には、一度排出されたガスを再び吸入空気と混合させて、燃焼室内の空気の酸素濃度を低下させ燃焼温度を低下させることで、窒素酸化物（ＮＯｘ）の低減を図る排気ガス再循環装置（以下、ＥＧＲ装置ともいう）が広く採用されている。ＥＧＲとは、「Ｅｘｈａｕｓｔ  Ｇａｓ  Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ」の略称とされ、排気ガス再循環を意味する。このＥＧＲ装置では、排出される排気ガスの一部を再循環排ガス（以下、ＥＧＲガスともいう）として吸気側へ再循環させるが、そのＥＧＲガスの流量を調節するために、再循環排ガス流量制御弁（以下、ＥＧＲバルブともいう）が使用されている。
【０００３】
近年の内燃機関の高出力化や低燃費化はめざましく、かつ軽量化およびコンパクト化に対する要求も強く、ＥＧＲバルブもこれらの要求に答える必要がある。さらに、ＥＧＲバルブは、エンジンの燃焼室の近傍に配置されるようになってきた結果、高出力化に伴うエンジン発熱量の増大と相俟って、３００℃以上にも達する高温環境に曝される場合がある。このような使用条件、環境のため、ＥＧＲバルブの弁を作動させる往復動シャフトを摺動自在に支持する軸受には、耐摩耗性、耐腐食性および高温ドライ（無含油）環境下での摺動性が要求される。
【０００４】
このような用途に使用する焼結軸受として、例えば、特許文献１には、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎ−Ｃ−Ｐ系の焼結軸受が公開されている。
【０００５】
一方、機械的特性と耐食性に優れた焼結軸受として、アルミニウム青銅系の焼結軸受が知られている。この焼結軸受では、焼結時に昇温する過程で表面に酸化アルミニウム膜が生成しアルミニウムの拡散を阻害するために十分な耐腐食性と強度を有する焼結体を容易に得ることができないという問題がある。特許文献２には、前記問題を改良するために、焼結アルミニウム含有銅合金用混合粉末およびその製造方法に関する技術が公開されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００６−６３３９８号公報
【特許文献２】特開２００９−７６５０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
特許文献１に記載されたＣｕ−Ｎｉ−Ｓｎ−Ｃ−Ｐ系の焼結軸受では、強度や耐摩耗性は向上するが、耐食性の面では十分なものとはいえない。また、希少金属であるＮｉを含有するので、コスト面でも問題がある。
【０００８】
特許文献２に記載されたアルミニウム含有銅合金粉末は成形性および焼結性に優れたものであるが、当該アルミニウム含有銅合金粉末を用いたアルミニウム青銅系焼結軸受として、安定した耐腐食性、機械的特性、コンパクト化、低コスト化を満たす多量生産に適した製品を得るためには、更なる検討が必要である。
【０００９】
従来の問題に鑑み、本発明は、耐摩耗性、耐腐食性および高温ドライ環境下での摺動性を向上させると共に、コンパクト化、低コスト化を図ったＥＧＲバルブ用アルミニウム青銅系焼結軸受を提供すること、および生産性がよく、低コストで、多量生産に好適なＥＧＲバルブ用アルミニウム青銅系焼結軸受の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明者らは、アルミニウム青銅系焼結軸受およびその製造方法において、軸受機能の向上と共に、コンパクト化、低コスト化、生産性の向上を図るために、焼結による膨張を有効利用するという新規な着想を前提条件として、前述したような高温ドライ環境下にあるＥＧＲバルブ用焼結軸受おいて、耐摩耗性、耐腐食性および高温ドライ環境下での摺動性等の性能を確保するために、種々の検討と試験評価を行い、以下の知見を得たことにより本発明に至った。
（１）ＥＧＲバルブ用焼結軸受の高温ドライ環境下での摺動性については、初期なじみの問題がないので、アルミニウム青銅焼結軸受としての通常のアルミニウム配合量が適用できることに着目した。
（２）ドライ環境下において、黒鉛の添加量を増やすほど摩擦係数が低く、摺動性に優れることが分かった。反面、黒鉛の添加量を増量すると、アルミニウムの銅への拡散が阻害されるので、考慮が必要である。
（３）耐摩耗性については、黒鉛の添加量を増量すると耐摩耗性が向上するが、黒鉛添加量１０重量％から摩耗量が若干多くなり、材料強度の低下が原因と思われる。
（４）黒鉛の添加量を増量すると、有機酸腐食による重量変化率が少なく、長時間放置後も重量変化率がほとんど変化しない。
（５）アルミニウムの配合量とアルミニウム青銅組織の関係では、アルミニウムの配合量は多くなるほどβ相の割合が多くなる。β相は５６５℃で共析変態し、α相とγ相になり、アルミニウム配合量が多くなるほどγ相の割合が多くなる。γ相は、ＥＧＲバルブ用焼結軸受においては、耐有機酸腐食性を低下させるので、銅源として、アルミニウム−銅合金粉末を用い、銅単体の粉末を添加しない場合は、γ相とα相との比を、０≦γ相／α相≦０．１０とする。
（６）焼結温度と耐腐食性の関係では、焼結温度を高くするとアルミニウムの拡散が増進し耐腐食性が向上する。
（７）添加剤である燐は、焼結過程でのアルミニウムの拡散の促進で、アルミニウム量を減らすことができ耐腐食性を劣化するアルミニウム組織のγ相の析出を削減できることが考えられる。
【００１１】
前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、９〜１２重量％のアルミニウムと０．１〜０．６重量％の燐と３〜１０重量％の黒鉛を含有し、残部の主成分を銅とし、不可避的不純物を含んだＥＧＲバルブ用焼結軸受であって、この焼結軸受は、アルミニウム−銅合金が焼結された組織を有し、分散して形成された気孔内に遊離黒鉛が分布していることを特徴とする。これにより、耐摩耗性、耐腐食性および高温ドライ環境下での摺動性に優れ、コンパクト化、低コスト化を図ったＥＧＲバルブ用アルミニウム青銅系焼結軸受を実現できる。
【００１２】
また、ＥＧＲバルブ用焼結軸受の製造方法としての本発明は、９〜１２重量％のアルミニウムと０．１〜０．６重量％の燐と３〜１０重量％の黒鉛を含有し、残部の主成分を銅とし、不可避的不純物を含んだＥＧＲバルブ用焼結軸受の製造方法であって、この製造方法は、原料粉末としてアルミニウム−銅合金粉、電解銅粉、燐−銅合金粉および黒鉛粉を用い、少なくとも、原料粉末に焼結助剤が添加された圧粉体を成形する成形工程と、前記圧粉体からアルミニウム−銅合金組織を有する焼結体を得る焼結工程と、前記焼結体を寸法整形するサイジング工程とを含んでいることを特徴とする。これにより、生産性がよく、低コストで、多量生産に好適なＥＧＲバルブ用アルミニウム青銅系焼結軸受の製造方法を実現することができる。これに基づき製造されたＥＧＲバルブ用焼結軸受は、耐摩耗性、耐腐食性および高温ドライ環境下での摺動性に優れ、コンパクト化、低コスト化を図ることができる。
【００１３】
上記のアルミニウム−銅合金の組織は、α相を有していることが好ましい。α相は、耐有機酸腐食性に対して有効なものである。
【００１４】
上記のアルミニウム−銅合金の組織（以下、アルミニウム青銅組織ともいう）は、銅源として、アルミニウム−銅合金粉末を用い、銅単体の粉末を添加しない場合は、γ相とα相との比γ相／α相を、０≦γ相／α相≦０．１０とすることが好ましい。０≦γ相／α相≦０．１０の範囲であれば、耐有機酸腐食性に優れる。
【００１５】
上記のＥＧＲバルブ用焼結軸受には、焼結助剤としての錫を添加しないことが好ましい。錫はアルミニウムの拡散を妨げるので好ましくない。
【００１６】
上記のＥＧＲバルブ用焼結軸受の製造方法において、焼結助剤として、前記アルミニウム−銅合金粉、電解銅粉、燐−銅合金粉および黒鉛粉からなる原料粉末の合計１００重量％に対して、フッ化アルミニウムおよびフッ化カルシウムを合計で０．０５〜０．２重量％添加することが好ましい。０．０５重量％未満では、焼結助剤としての効果が不十分となり、緻密で適宜の強度を有する焼結体が得られない。一方、０．２重量％を超えると、それ以上添加しても焼結助剤としての効果は頭打ちとなり、コスト的な観点から０．２重量％以下に止めることが好ましい。
【００１７】
上記のアルミニウム−銅合金粉の平均粒径ｄ１と電解銅粉の平均粒径ｄ２との比ｄ２／ｄ１を２〜３とすることが好ましい。比ｄ２／ｄ１がこの範囲にあると、アルミニウムを銅に十分拡散させることができ、耐腐食性に優れる。
【００１８】
上記の電解銅粉は、粉末形状が異なるもので構成され、アスペクト比が２以上の電解銅粉の割合Ｗ１と２未満の電解銅粉の割合Ｗ２との比Ｗ２／Ｗ１を３〜９とすることが好ましい。アスペクト比が２以上の電解銅粉は、アルミニウムの拡散のためには有効であるが、成形性が悪い。比Ｗ２／Ｗ１が、３未満であると成形性の面から好ましくなく、一方、９を超えるとアルミニウムの拡散が不十分となるので好ましくない。ここで、アスペクト比とは、粉末の長軸長さを粉末の厚みで除した比を意味する。
【００１９】
上記の前記黒鉛粉は、天然黒鉛、又は人造黒鉛の微粉を樹脂バインダで造粒後粉砕し、粒径１４５メッシュ以下の黒鉛粉末にしたものが好ましい。一般的に黒鉛を４重量％以上添加すると成形することができないが、造粒黒鉛を使用することで成形を可能にした。
【００２０】
ＥＧＲバルブ用焼結軸受の製造方法としての第２の発明は、９〜１２重量％のアルミニウムと０．１〜０．６重量％の燐と３〜１０重量％の黒鉛を含有し、残部の主成分を銅とし、不可避的不純物を含んだＥＧＲバルブ用焼結軸受の製造方法であって、この製造方法は、原料粉末として、銅単体の粉末を添加せず、アルミニウム−銅合金粉、燐−銅合金粉および黒鉛粉を用い、少なくとも、原料粉末に焼結助剤が添加された圧粉体を成形する成形工程と、前記圧粉体からアルミニウム−銅合金組織を有する焼結体を得る焼結工程と、前記焼結体を寸法整形するサイジング工程とを含んでいることを特徴とする。ここで、原料粉末としての銅単体の粉末を添加せずとは、製造現場において不可避的に含まれる銅単体の粉末は許容する意味で用いる。
【００２１】
上記の製造方法としての第２の発明も、生産性がよく、低コストで、多量生産に好適なＥＧＲバルブ用アルミニウム青銅系焼結軸受の製造方法を実現することができる。また、これにより製造されたＥＧＲバルブ用焼結軸受は、耐摩耗性、耐腐食性および高温ドライ環境下での摺動性に優れ、コンパクト化、低コスト化を図ることができる。さらに、銅単体の粉末が添加されていないので、銅単体が偏った部分が略無くなり、この部分による腐食の発生が回避されると共に、アルミニウム−銅合金粉の粒一つ一つの耐腐食性が向上することにより、さらに厳しい使用環境に対しても耐腐食性を確保することができる。
【００２２】
上記の原料粉末としてのアルミニウム−銅合金粉が、７〜１１重量％アルミニウム−銅合金粉末であることが好ましく、例えば８〜１０重量％アルミニウム−銅合金粉末であることがより好ましい。これらの場合、アルミニウム−銅合金粉の粒一つ一つの耐腐食性が向上し、ＥＧＲバルブ用焼結軸受全体の耐腐食性が向上する。
【発明の効果】
【００２３】
本発明によるＥＧＲバルブ用焼結軸受は、耐摩耗性、耐腐食性および高温ドライ環境下での摺動性に優れ、コンパクト化、低コスト化を図ることができる。また、本発明によるＥＧＲバルブ用焼結軸受の製造方法は、生産性がよく、低コストで、多量生産に好適なＥＧＲバルブ用アルミニウム青銅系焼結軸受の製造方法を実現することができる。
【００２４】
さらに、銅単体の粉末を添加せず、アルミニウム−銅合金粉を用いた製造方法としての第２の発明によれば、銅単体が偏った部分が略無くなり、この部分による腐食の発生が回避されると共に、アルミニウム−銅合金粉の粒一つ一つの耐腐食性が向上することにより、さらに厳しい使用環境に対しても耐腐食性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るＥＧＲバルブ用焼結軸受が使用されるＥＧＲバルブの概要を示す縦断面図である。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るＥＧＲバルブ用焼結軸受および本発明の第１の実施形態に係る製造方法に基づくＥＧＲバルブ用焼結軸受の縦断面図である。
【図３】トルク試験の結果を示すグラフである。
【図４】トルク試験の結果を示すグラフである。
【図５】耐摩耗性の試験結果を示すグラフである。
【図６】耐腐食性の試験結果を示すグラフである。
【図７】耐腐食性の試験結果を示すグラフである。
【図８】図２のＥＧＲバルブ用焼結軸受の製造工程を説明する図である。
【図９】原料粉末の混合機の概要図である。
【図１０】メッシュベルト式連続炉の概要図である。
【図１１】サイジング工程を説明する図であり、（ａ）は焼結体をサイジング加工の金型にセットした状態を示し、（ｂ）はコアが下降した状態を示し、（ｃ）はサイジング加工が終了した状態を示す。
【発明を実施するための形態】
【００２６】
以下、本発明のＥＧＲバルブ用焼結軸受についての第１の実施形態およびその製造方法についての第１の実施形態を添付図面に基づいて説明する。ＥＧＲバルブ用焼結軸受についての第１の実施形態を図１〜７に示し、製造方法についての第１の実施形態を図８〜１１に示す。
【００２７】
図１は、本実施形態に係る焼結軸受が使用されるＥＧＲバルブの概要を示す縦断面図である。ＥＧＲ装置（図示省略）では、排出される排気ガスの一部をＥＧＲガスとして吸気系へ再循環させるが、そのＥＧＲガスの流量を調節するために、ＥＧＲバルブ３１が使用されている。
【００２８】
ＥＧＲバルブ３１は、ハウジング４３と、ハウジング４３に形成されたＥＧＲガス流路４４と、ＥＧＲガス流路４４の途中に設けられた弁座５０と、弁座５０に当接可能に設けられた弁体４５と、弁体４５と一体的に設けられ、弁体４５から延びるシャフト４６と、弁体４５と共にシャフト４６をその軸方向へ移動させるためのステップモータ３２とを備える。
【００２９】
ハウジング４３に形成されたＥＧＲガス流路４４の両端は、ＥＧＲガスが導入される入口４１と、ＥＧＲガスが導出される出口４２となっている。弁座５０は、ＥＧＲガス流路４４の途中に設けられ、ＥＧＲガス流路４４を連通する弁孔５０ａを有する。
【００３０】
シャフト４６は、ステップモータ３２と弁体４５との間に設けられ、ハウジング４３を図面上下方向に貫通して配置される。弁体４５は、シャフト４６の下端に固定され、円錐形状をなし、その円錐面が弁座５０に対して当接又は離間するようになっている。シャフト４６の上端には、ばね受け４８が固定されている。このばね受け４８とハウジング４３に設けたばね受け部４３ａとの間に圧縮コイルばね４９が装着されている。圧縮コイルばね４９は、弁４５が弁座５０に当接してＥＧＲ流路４４が閉じる方向に付勢する。
【００３１】
シャフト４６は、すべり軸受１により上下方向に摺動自在に支持されている。すべり軸受１は、ハウジング４３に設けられた内径孔に組み込まれ、シャフト４６の外径面と摺動自在に嵌合している。このすべり軸受１が本実施形態のＥＧＲバルブ用焼結軸受である。詳細は後述する。
【００３２】
ステップモータ３２は、励磁コイル３３をスロットに装着したステータ３４の内径側に円筒形のロータ３５を配置した構成であり、ロータ３５の外周には、Ｎ極とＳ極が交互に着磁された円筒形のマグネットが装着されている。ロータ３５は、上端部のピボット軸受３９と下端部のラジアル軸受４０とによって回転自在に支持されている。ロータ３５の内径には雌ねじ３６が形成されており、ロータ３５の内径側には雌ねじ３６と螺合する雄ねじ３８が形成された出力シャフト３７が設けられている。ロータ３５の回転運動が、雌ねじ３６、雄ねじ３８を介して出力シャフト３７の上下運動に変換されるように構成されている。ステップモータ３２のケーシング５１には、横へ突出したコネクタ５２が一体に形成され、励磁コイルから延びる端子５３が設けられている。
【００３３】
エンジン側の電子制御部がステップモータ３２に制御信号を送り、この制御信号に対応するステップモータ３２の作動量により、シャフト４６を圧縮コイルばね４９の付勢力に抗して下降させて弁体４５を開き、流量が調節されたＥＧＲガスがＥＧＲガス流路４４を通してエンジン側の吸気側に戻される（図示省略）。
【００３４】
ＥＧＲバルブ３１は、エンジンの燃焼室の近傍に配置され、高出力化に伴うエンジン発熱量の増大と相俟って、３００℃以上にも達する高温環境に曝される場合がある。このような使用条件、環境のため、シャフト４６を図面上下方向に摺動自在に支持する本実施形態のＥＧＲバルブ用焼結軸受１は、耐腐食性や耐摩耗性、高温ドライ環境下での摺動性が要求される。
【００３５】
本実施形態のＥＧＲバルブ用焼結軸受の縦断面図を図２に示す。ＥＧＲバルブ用焼結軸受（以下、単に焼結軸受ともいう）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の内周に弁体４５を有するシャフト４６（図１参照）を挿入する。高温ドライ環境下でシャフト４６が軸受１によって軸方向に摺動自在に支持される。
【００３６】
本実施形態のＥＧＲバルブ用焼結軸受１は、各種粉末を混合した原料粉末を金型に充填し、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。
【００３７】
原料粉末は、アルミニウム−銅合金粉末、銅粉末、燐−銅合金粉末、黒鉛粉末と焼結助剤としてのフッ化アルミニウムおよびフッ化カルシウムを混合した混合粉末である。各粉末の詳細を以下に述べる。
【００３８】
[アルミニウム−銅合金粉末]
４０〜６０重量％アルミニウム−銅合金粉末を粉砕し、粒度調整した。アルミニウム−銅合金粉末の粒径は１００μｍ以下で、平均粒径は３５μｍである。ここで、本明細書において、平均粒径とは、レーザ回析により測定した粒径の平均値を意味する。具体的には、（株）島津製作所製ＳＡＬＤ−３１００により、５０００粉末をレーザ回析で測定したときの粒径の平均値とする。
【００３９】
アルミニウム−銅合金粉末を用いることで、黒鉛、燐等の添加剤の効果を引き出し、焼結軸受材として耐腐食性、強度、摺動特性等に優れる。また、合金化されているので、比重の小さいアルミニウム単体粉体の飛散に伴う取り扱い上の問題はない。
【００４０】
アルミニウム青銅組織は、α相が最も硫化腐食、有機酸腐食に対する耐腐食性に優れる。４０〜６０重量％アルミニウム−銅合金粉末を用いることで、黒鉛が添加されても強度が得られ焼結軸受が製造可能となる。組織がγ相になると、耐摩耗性には優れるが、耐有機酸腐食性が劣化する。アルミニウム青銅組織は、γ相とα相との比γ相／α相を、０．１０≦γ相／α相≦０．２５とすることが好ましい。γ相／α相の比が０．１０未満では耐摩耗性が低下し好ましくなく、一方、０．２５を超えると耐有機酸腐食性が低下するので、好ましくない。
【００４１】
［銅粉末］
銅粉末は、アトマイズ粉、電解粉、粉砕粉があるが、銅にアルミニウムを十分に拡散させるには、樹枝状の電解粉が有効であり、成形性、焼結性、摺動特性に優れる。そのため、本実施形態では、銅粉として電解粉を用いた。また、アルミニウムを銅へ十分に拡散させるためには、粉末形状が異なる電解銅粉を２種類用い、アスペクト比が２以上の電解銅粉の割合Ｗ１と２未満の電解銅粉の割合Ｗ２との比Ｗ２／Ｗ１を３〜９とすることが好ましい。アスペクト比が２以上の電解銅粉は、アルミニウムの拡散のためには有効であるが、成形性が悪い。比Ｗ２／Ｗ１が、３未満であると成形性の面から好ましくなく、一方、９を超えるとアルミニウムの拡散が不十分となるので好ましくない。
【００４２】
本実施形態では、電解銅粉の平均粒径は８５μｍのものを用いた。前述したアルミニウム−銅合金粉の平均粒径ｄ１と電解銅粉の平均粒径ｄ２との比ｄ２／ｄ１を２〜３とすることが好ましい。比ｄ２／ｄ１がこの範囲にあると、アルミニウムを銅に十分拡散させることができ、耐腐食性に優れる。このため、本実施形態では、アルミニウム−銅合金粉の平均粒径ｄ１を３５μｍ、電解銅粉の平均粒径ｄ２を８５μｍとした。ただし、これに限ることなく、アルミニウム−銅合金粉末の平均粒径は２０〜６５μｍ程度のものが使用可能であり、電解銅粉の粒径は２００μｍ以下で、平均粒径は６０〜１２０μｍ程度のものが使用可能である。
【００４３】
[燐合金粉末]
燐合金粉末は、７〜１０重量％燐−銅合金粉末を用いた。燐は、焼結時の固液相間の濡れ性を高める効果がある。燐の配合量は、０．１〜０．６重量％、具体的には０．１〜０．４重量％が好ましい。０．１重量％未満では固液相間の焼結促進効果が乏しく、一方、０６重量％、好ましい値とされる０．４重量％を超えると、焼結が進み過ぎてアルミニウムが偏析しγ相の析出が増え焼結体が脆くなる。
【００４４】
［黒鉛粉末］
黒鉛は、主として素地に分散分布する気孔内に遊離黒鉛として存在し、焼結軸受に優れた潤滑性を付与し、耐摩耗性の向上に寄与する。黒鉛の配合量は３〜１０重量％が好ましく、６〜１０重量％がより好ましい。６重量％未満では、高温ドライ環境下となるＥＧＲバルブ用焼結軸受として、黒鉛添加による潤滑性、耐摩耗性の向上効果が得られ難くなる。３重量％未満では、高温ドライ環境下となるＥＧＲバルブ用焼結軸受として、黒鉛添加による潤滑性、耐摩耗性の向上効果が得られない。一方、１０重量％を超えると、材料強度が低下し、アルミニウムの銅への拡散を阻害するので好ましくない。一般的に黒鉛を４重量％以上添加すると成形することができないが、造粒黒鉛を使用することで成形を可能にした。本実施形態では、黒鉛粉末は、天然黒鉛、又は人造黒鉛の微粉を樹脂バインダで造粒後粉砕し、粒径１４５メッシュ以下の黒鉛粉末を用いた。
【００４５】
[フッ化アルミニウムおよびフッ化カルシウム]
アルミニウム−銅合金粉末は、焼結時にその表面に生成する酸化アルミニウムの皮膜が焼結を著しく阻害するが、焼結助剤としてのフッ化アルミニウムおよびフッ化カルシウムは、アルミニウム−銅合金粉末の焼結温度である８５０〜９００℃で溶融しながら徐々に蒸発し、アルミニウム−銅合金粉末の表面を保護して酸化アルミニウムの生成を抑制することにより、焼結を促進しアルミニウムの拡散を増進させる。フッ化アルミニウムおよびフッ化カルシウムは、焼結時に蒸発、揮散するので、焼結軸受の完成品には殆ど残らない。
【００４６】
焼結助剤としてのフッ化アルミニウムおよびフッ化カルシウムは、アルミニウム、燐、黒鉛、残部の主成分を銅とする原料粉末および不可避不純物の合計１００重量％に対して、合計で０．０５〜０．２重量％程度で添加することが好ましい。０．０５重量％未満では、焼結助剤としての効果が不十分となり、緻密で適宜の強度を有する焼結体が得られない。一方、０．２重量％を超えると、それ以上添加しても焼結助剤としての効果は頭打ちとなり、コスト的な観点から０．２重量％以下に止めることが好ましい。
【００４７】
本実施形態のＥＧＲバルブ用焼結軸受および後述する製造方法では、アルミニウム含有量が９〜１２重量％、燐が０．１〜０．４重量％、黒鉛が６〜１０重量％で、残部の主成分が銅となるような割合で、アルミニウム−銅合金粉末、電解銅粉末、燐合金粉末および黒鉛粉末を混合して原料粉末とした。この合計１００重量％に対して、焼結助剤として、フッ化アルミニウムおよびフッ化カルシウムを合計で０．０５〜０．２重量％、成形性を容易にするためにステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム等の潤滑剤を０．１〜１重量％添加した。
【００４８】
詳しく説明すると、例えば、本実施形態のＥＧＲバルブ用焼結軸受および後述する製造方法では、アルミニウム含有量が９〜１２重量部、燐が０．１〜０．４重量部、黒鉛が６〜１０重量部で、残部の主成分が銅となるような割合で、アルミニウム−銅合金粉末、電解銅粉末、燐合金粉末および黒鉛粉末を混合して原料粉末とした。この合計１００重量部に対して、焼結助剤として、フッ化アルミニウムおよびフッ化カルシウムを合計で０．０５〜０．２重量部、成形性を容易にするためにステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム等の潤滑剤を０．１〜１重量部添加した。
【００４９】
燐の配合量は、０．１〜０．６重量部、具体的には０．１〜０．４重量部が好ましい。０．１重量部未満では固液相間の焼結促進効果が乏しく、一方、０．６重量部、好ましい値とされる０．４重量部を超えると、焼結が進み過ぎてアルミニウムが偏析しγ相の析出が増え焼結体が脆くなる。
【００５０】
黒鉛の配合量は３〜１０重量部が好ましく、６〜１０重量部がより好ましい。６重量部未満では、高温ドライ環境下となるＥＧＲバルブ用焼結軸受として、黒鉛添加による潤滑性、耐摩耗性の向上効果が得られ難くなる。３重量部未満では、高温ドライ環境下となるＥＧＲバルブ用焼結軸受として、黒鉛添加による潤滑性、耐摩耗性の向上効果が得られない。一方、１０重量部を超えると、材料強度が低下し、アルミニウムの銅への拡散を阻害するので好ましくない。一般的に黒鉛を４重量部以上添加すると成形することができないが、造粒黒鉛を使用することで成形を可能にした。
【００５１】
焼結軸受１は、後述する製造方法において、焼結後に軸受の外径面１ｂと内径側の軸受面１ａの両方がサイジング加工されている。そのため、内径、外径は矯正させ精度向上する。また、内径面の面粗度が良くなり摺動性が向上する。
【００５２】
図２に焼結軸受１の表層の圧縮層をハッチングで示す。ハッチングは、軸受１の半径方向の上側半分にだけに付して、下側半分は図示を省略する。焼結軸受１の表層は圧縮層を有する。外径面１ｂ側の表層の圧縮層Ｐｏの密度比αｏおよび軸受面１ａ側の表層の圧縮層Ｐｂの密度比αｂは、いずれも内部の密度比αｉより高く、密度比αｏ、αｂのいずれもが８０％≦αｏおよびαｂ≦９５％の範囲に設定されている。密度比αｏおよびαｂが８０％未満では軸受強度が不十分となり、一方、９５％を超えると矯正による残留応力が大きくなり、高温で応力開放され歪が生じる可能性があるため好ましくない。
【００５３】
そして、外径面１ｂ側の表層の圧縮層Ｐｏの深さの平均値をＴｏ、軸受面１ａ側の表層の圧縮層Ｐｂの深さの平均値をＴｂとし、軸受面の内径寸法Ｄ１との比をそれぞれＴｏ／Ｄ１およびＴｂ／Ｄ１とすると、１／１００≦Ｔｏ／Ｄ１およびＴｂ／Ｄ１≦１／１５に設定することが好ましい。ここで、密度比αは次式で表される。
α（％）＝（ρ１／ρ０）×１００
ただし、ρ１：多孔質体の密度、ρ０：その多孔質体に細孔がないと仮定した場合の密度
Ｔｏ／Ｄ１およびＴｂ／Ｄ１が１／１００未満では気孔のつぶれが不十分となり、一方、１／１５を超えると気孔がつぶれ過ぎて好ましくない。
【００５４】
次に、本実施形態に至るまでの検証結果を図３〜７に基づいて説明する。図３〜７における従来の青銅系標準品および本実施形態に係る試作品１〜３の材料配合仕様を表１に示す。
【表１】
2019112719.tif 000003
【００５５】
図３および図４に青銅系標準品と試作品のトルク試験の結果を示す。図３はトルク試験（１）の結果を示し、図４はトルク試験（２）の結果を示す。トルク試験（１）、（２）は、いずれも無給油無含油（ドライ）の状態で行った。雰囲気温度は常温とした。ドライ環境で、ＥＧＲバルブの高温環境（３５０℃程度）における摺動特性と常温における摺動特性の傾向は同様とみなされる。また、ドライ環境での使用条件では、アルミニウム青銅焼結軸受として通常のアルミニウム配合量（９〜１１重量％）が適用できることに着目し、試作品１〜３ではアルミニウムの配合量を中央値の１０重量％に固定して、黒鉛の添加量を変化させて、各試験を行った。
【００５６】
[トルク試験（１）]
回転数を固定し、５分毎に荷重を追加した。具体的な試験条件は次のとおりである。
【表２】
2019112719.tif 000004
図３に示すトルク試験結果より、ドライ環境下において、試作品１〜３は、いずれも青銅系標準品よりも摩擦係数が低く、摺動性に優れている。また、黒鉛の添加量を増やすほど摩擦係数が低くなる傾向があることが分かった。
【００５７】
[トルク試験（２）]
トルク試験（２）は、前述したトルク試験（１）で荷重６０Ｎを負荷した後、その荷重および回転数のままで約９０分トルク試験を継続した。トルク試験（１）と同様、図４に示すように、試作品１〜３は、いずれも青銅系標準品よりも摩擦係数が低く、摺動性に優れている。特に、黒鉛の添加量を８重量％以上とした試作品１および試作品２は、試験時間が経過しても摩擦係数の上昇が抑えられていることが分かった。
【００５８】
[ブロックオンリング試験]
青銅系標準品および試作品１〜３の材料配合仕様でブロック状の試験片を製作し、ブロックオンリング試験機を用いて、耐摩耗性を評価した。
<試験条件>
・試験機：ブロックオンリング試験機〔（株）ＮＴＮ製〕
・荷重：１４．７Ｎ
・回転速度：４３０ｒｐｍ（５４．０ｍ／ｍｉｎ）
・試験時間：６０ｍｉｎ
・潤滑方法：無給油無含油（ドライ）
・相手材：材質：ＳＵＳ４２０Ｊ２  ずぶ焼入れ（硬度ＨＶ５５０〜６５０）、回転径（外径）と幅：外径φ４０ｍｍ×幅４ｍｍ、表面粗さ：０．０２μｍＲａ狙い
【００５９】
ブロックオンリング試験の結果を図５に示す。この試験も雰囲気温度は常温としたが、ＥＧＲバルブの高温ドライ環境における耐摩耗性と傾向は同様とみなされる。試験結果より、試作品１〜３は、いずれも青銅系標準品よりも摩耗が少なく、耐摩耗性に優れていることが分かった。黒鉛の添加量を８重量％とした試作品２が、最も耐摩耗性に優れている。黒鉛添加量を１０重量％とした試作品３の摩耗量が多くなったが、これは、黒鉛添加量が多いために、材料強度が若干低下し、削れ易かったものと思われる。この試験結果より、ＥＧＲバルブ用軸受として使用可能な黒鉛の添加量は３〜１０重量％、好ましくは６〜１０重量％であることが分かった。
【００６０】
[有機酸腐食試験]
青銅系標準品および試作品１〜３の材料配合仕様で試験片を製作し、有機酸腐食試験を行った。評価方法は、各試験片を腐食溶液に浸漬し、６０℃の高温槽で所定の時間放置する。放置後、各試験片を溶液から取り出し１時間乾燥させる。乾燥後、試験片の重量を測定し、測定値から算出した重量変化率を比較した。重量変化率の比較は、試験片５個の重量変化率の平均値と共に最大値、最小値も比較した。具体的な試験条件は次のとおりである。
<試験条件>
・試験片サイズ：内径φ６ｍｍ×外径φ１２ｍｍ×幅６ｍｍ
・試験片個数：５個
・腐食溶液：蟻酸１％＋酢酸１％の水溶液
・雰囲気温度：６０℃
【００６１】
図６に２４時間放置後の重量変化率を示す。試作品１〜３は、いずれも青銅系標準品よりの重量変化率が少なかった。特に黒鉛の添加量を１０重量％とした試作品３が、最も重量変化率が少なかった。
【００６２】
図７に７２時間放置後の重量変化率を示す。試作品１〜３は、いずれも青銅系標準品よりの重量変化率が少ない。黒鉛の添加量を１０重量％とした試作品３が、最も重量変化率が少なく、２４時間放置後の結果と比べるとほとんど変化がなかった。
【００６３】
図３〜７に示す試験結果より、高温ドライ環境下で使用されるＥＧＲバルブ用焼結軸受として黒鉛の添加量は３〜１０重量％、好ましくは６〜１０重量％が使用可能な範囲であることを確認した。また、黒鉛の添加量が１０重量％を超えると、アルミニウムの銅への拡散が阻害されるので、焼結面でも好ましくない。
【００６４】
前述したように、アルミニウムの配合量は９〜１１重量％に設定したが、ＥＧＲバルブ用焼結軸受として、図３〜７の試験結果と共に、黒鉛の増量によるアルミニウムの銅への拡散が阻害されることを総合的に考慮して、アルミニウムの配合量の上限は１２重量％が好ましいことが分かった。
【００６５】
表３に第１の実施形態におけるＥＧＲバルブ用焼結軸受の硬さを測定した結果を示す。表３に示す硬さの値は、試験荷重２５ｇにおけるビッカース硬さ（Ｈｖ：Ｖｉｃｋｅｒｓ  ｈａｒｄｎｅｓｓ）に基づいて評価した値である。以下、硬さの値については、ビッカース硬さ（Ｈｖ）に基づく値として説明する。また、比較として銅系焼結軸受の硬さを比較例１として併記した。
【表３】
2019112719.tif 000005
【００６６】
表３の如く、銅系焼結軸受の硬さが略７０〜８０であるのに対し、第１の実施形態におけるＥＧＲバルブ用焼結軸受の硬さは、例えば略１２０〜２２０であり、この結果から、第１の実施形態におけるＥＧＲバルブ用焼結軸受は、銅系焼結軸受よりも耐摩耗性に優れた焼結軸受であると判定できる。これは、柔らかい相であるα相の硬さが略１２０〜１４０であり、硬い相であるγ相の硬さが略２００〜２２０であり、第１の実施形態におけるＥＧＲバルブ用焼結軸受のいずれの相の硬さも、銅系焼結軸受の硬さより硬いことによる。
【００６７】
次に、ＥＧＲバルブ用焼結軸受の製造方法についての第１の実施形態を説明する。図８に示すような原料粉末準備工程Ｓ１、混合工程Ｓ２、成形工程Ｓ３、焼結工程Ｓ４、サイジング工程Ｓ５を経て製造される。
【００６８】
［原料粉末準備工程Ｓ１］
原料粉末準備工程Ｓ１では、焼結軸受１の原料粉末が準備・生成される。原料粉末は、４０〜６０重量％アルミニウム−銅合金粉末を１８〜２４重量％、７〜１０重量％燐−銅合金粉末を２〜４重量％、黒鉛粉末を６〜１０重量％、電解銅粉末を残重量％とする合計１００重量％に対して、焼結助剤として、フッ化アルミニウムおよびフッ化カルシウムを合計で０．０５〜０．２重量％、黒鉛粉末成形性を容易にするためにステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム等の潤滑剤を０．１〜１重量％添加した。潤滑剤を添加することにより、後述する圧粉体をスムーズに離型することができ、離型に伴う圧粉体の形状の崩れを回避することができる。
【００６９】
例えば、４０〜６０重量％アルミニウム−銅合金粉末を１８〜２４重量％、７〜１０重量％燐−銅合金粉末を２〜４重量％、黒鉛粉末を６〜１０重量％、電解銅粉末を残重量％とする合計１００重量％に対し、アルミニウムの含有量が、例えば８．５重量％以上１０重量％以下、具体的には９重量％以上９．５重量％以下となるようにする。
【００７０】
例えば、原料粉末は、４０〜６０重量％アルミニウム−銅合金粉末を１８〜２４重量部、７〜１０重量％燐−銅合金粉末を２〜４重量部、黒鉛粉末を３〜１０重量部、好ましくは６〜１０重量部、電解銅粉末を残重量部とする合計１００重量部に対して、焼結助剤として、フッ化アルミニウムおよびフッ化カルシウムを合計で０．０５〜０．２重量部、黒鉛粉末成形性を容易にするためにステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム等の潤滑剤を０．１〜１重量部添加したものが使用可能である。
【００７１】
例えば、４０〜６０重量％アルミニウム−銅合金粉末を１８〜２４重量部、７〜１０重量％燐−銅合金粉末を２〜４重量部、黒鉛粉末を６〜１０重量部、電解銅粉末を残重量部とする合計１００重量部に対し、アルミニウムの含有量が、例えば８．５重量部以上１０重量部以下、具体的には９重量部以上９．５重量部以下となるようにする。
【００７２】
[混合工程Ｓ２]
上記の原料粉末Ｍを、例えば、図９に示すＶ型混合機１０の缶体１１に投入し、缶体１１を回転させて均一に混合する。
【００７３】
［成形工程Ｓ３］
成形工程Ｓ３では、上記の原料粉末を圧粉することにより、焼結軸受１の形状をなした圧粉体を形成する。圧粉体は、焼結温度以上で加熱することにより形成される焼結体の密度比αが７０％以上で８０％以下となるように圧縮成形される。
【００７４】
具体的には、例えばサーボモータを駆動源としたＣＮＣプレス機に圧粉体形状に倣ったキャビティを画成してなる成形金型をセットし、キャビティ内に充填した上記の原料粉末を２００〜７００ＭＰａの加圧力で圧縮することにより圧粉体を成形する。圧粉体の成形時において、成形金型は７０℃以上に加温してもよい。
【００７５】
本実施形態のＥＧＲバルブ用焼結軸受１の製造方法では、アルミニウム源として、アルミニウム−銅合金粉末を用いることにより、流動性に起因する成形性の低下による圧粉体の強度不足の問題が改善され、比重の小さいアルミニウム単体粒子の飛散に伴う取り扱い上の問題はない。また、生産効率がよく多量生産に好適である。
【００７６】
[焼結工程Ｓ４]
焼結工程Ｓ４では、圧粉体を焼結温度で加熱し、隣接する原料粉末同士を焼結結合させることによって焼結体を形成する。図１０に示すメッシュベルト式連続炉１５を使用し、メッシュベルト１６に圧粉体１’を多量に投入し、焼結体を形成する。これにより、安定した品質、製造方法を実現することができる。
【００７７】
焼結工程において重要なことは、銅にアルミニウムを十分拡散させ耐腐食性を向上させることと、アルミニウム青銅組織をα相にすることで、耐腐食性と軸受性能を向上させることである。γ相になると硬くなり、耐摩耗性には優れるが、耐有機酸腐食性は低下する。そのため、できる限りγ相の析出は抑えるようにアルミニウム量を減らすことが必要であることが判明した。
【００７８】
さらに、アルミニウム組織は、γ相とα相との比γ相／α相を、０．１０≦γ相／α相≦０．２５とすることが好ましいことが判明した。γ相／α相の比が０．１０未満では耐摩耗性が低下し好ましくなく、一方、０．２５を超えると耐有機酸腐食性が低下するので、好ましくない。
【００７９】
上記を満足する焼結条件として、焼結温度は９００〜９５０℃が好ましく、さらに、９００〜９２０℃（例えば、９２０℃）が好ましい。また、雰囲気ガスは、水素ガス、窒素ガスあるいはこれらの混合ガスとし、焼結時間は、長くした方が耐腐食性に良く、ＥＧＲバルブ用焼結軸受では２０〜６０分（例えば、３０分）が好ましい。
【００８０】
アルミニウム−銅合金粉末は、共晶温度５４８℃以上になると様々な液相が発生する。液相が発生すると膨張し、発生した液相により焼結ネックが形成され、緻密化に至り、寸法が収縮していく。本実施形態では、メッシュベルト式連続炉１５で焼結することにより、焼結体の表面が酸化され、焼結が阻害されることにより緻密化に至らず、寸法が膨張したままとなる。ただし、焼結体の内部は、酸化されず焼結されるため、焼結体の強度は十分確保することができる。メッシュベルト式連続炉１５を使用したので、圧粉体１’の投入から取出しまで焼結時間を短く多量生産でき、コスト低減を図ることができる。また、焼結軸受の機能面では、強度は十分確保することができる。
【００８１】
上記の焼結工程においては、添加された燐合金粉末が効果を発揮することにより、良質の焼結体を形成することができる。燐により、焼結時の固液相間の濡れ性を高め、良好な焼結体が得られる。燐の配合量としては、０．１〜０．６重量％、具体的には０．１〜０．４重量％が好ましい。０．１重量％未満では固液相間の焼結促進効果が乏しく、一方、０．６重量％、好ましい値とされる０．４重量％を超えると、得られた焼結体が偏析し脆くなる。
【００８２】
さらに、黒鉛は、主として素地に分散分布する気孔内に遊離黒鉛として存在し、焼結軸受に優れた潤滑性を付与し、耐摩耗性の向上に寄与する。黒鉛の配合量は３〜１０重量％が好ましく、６〜１０重量％がより好ましい。６重量％未満では、高温ドライ環境下となるＥＧＲバルブ用焼結軸受として、黒鉛添加による潤滑性、耐摩耗性の向上効果が得られ難くなる。３重量％未満では、高温ドライ環境下となるＥＧＲバルブ用焼結軸受として、黒鉛添加による潤滑性、耐摩耗性の向上効果が得られない。一方、１０重量％を超えると、材料強度が低下し、アルミニウムの銅への拡散を阻害するので好ましくない。
【００８３】
［サイジング工程Ｓ５］
サイジング工程Ｓ５では、焼結により圧粉体と比較して膨張した焼結体を寸法整形する。図１１にサイジング工程Ｓ５の詳細を示す。サイジング加工の金型は、ダイス２０、上パンチ２１、下パンチ２２およびコア２３とからなる。図１１（ａ）に示すように、コア２３と上パンチ２１が上方に後退した状態で、下パンチ２２上に焼結体１”をセットする。図１１（ｂ）に示すように、最初にコア２３が焼結体１”の内径に入り、その後、図１１（ｃ）に示すように、上パンチ２１により焼結体１”がダイス２０に押し込まれ、上下パンチ２１、２２により圧縮される。これにより、焼結体１”の表面が寸法整形される。
【００８４】
上記のサイジング工程の金型をダイス２０、一対のパンチ２１、２２およびコア２３から構成し、パンチ２１、２２とダイス２０により焼結体１”の軸方向両側と外径側から圧縮することにより、焼結体１”の内径側をコア２３により整形することにより、アルミニウム青銅系焼結軸受の焼結による膨張を有効利用し、焼結軸受１の寸法整形と共に所望の気孔を形成することができる。気孔内には遊離黒鉛が分布しているので、摺動性に優れる。
【００８５】
以上のような工程で製造された本実施形態のＥＧＲバルブ用焼結軸受１は、耐摩耗性、耐腐食性および高温ドライ環境下での摺動性に優れ、コンパクト化、低コスト化を図ることができる。
【００８６】
次に、本発明に係るＥＧＲバルブ用焼結軸受についての第２の実施形態および製造方法についての第２の実施形態を説明する。第１の実施形態のＥＧＲバルブ用焼結軸受および製造方法では、アルミニウム源および銅源となる原料粉末として、アルミニウム−銅合金粉末と電解銅粉を用いたが、第２の実施形態では、銅単体の電解銅粉を添加せず、アルミニウム−銅合金粉末を用いた点が第１の実施形態と異なる。
【００８７】
さらに厳しい使用環境に対しては、銅単体の粉末を添加すると、銅単体が偏った部分が生じることにより、耐腐食性に問題があるという知見を得た。この知見を基に種々検討の結果、アルミニウム源および銅源となる原料粉末として、アルミニウム−銅合金粉末を用い、銅単体の粉末を添加しないという着想により、本実施形態に至った。
【００８８】
本実施形態のＲＧＲ用バルブ用焼結軸受および製造方法における、アルミニウム含有量が９〜１２重量％、燐が０．１〜０．４重量％、黒鉛が６〜１０重量％で、残部の主成分が銅とする組成は、第１の実施形態と同じである。しかし、原料粉末は次のように異なる。すなわち、銅単体の電解銅粉を添加せずに、前記組成になるような割合で、アルミニウム−銅合金粉末、燐合金粉末および黒鉛を混合し、この合計１００重量％に対して、焼結助剤として、フッ化アルミニウムおよびフッ化カルシウムを合計で０．０５〜０．２重量％、成形性を容易にするためにステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム等の潤滑剤を０．１〜１重量％添加した。
【００８９】
例えば、ＲＧＲ用バルブ用焼結軸受および製造方法における、アルミニウム含有量が９〜１２重量部、燐が０．１〜０．４重量部、黒鉛が６〜１０重量部で、残部の主成分が銅とする組成のものが使用可能である。この場合、例えば原料粉末は次のようになる。すなわち、銅単体の電解銅粉を添加せずに、前記組成になるような割合で、アルミニウム−銅合金粉末、燐合金粉末および黒鉛を混合し、この合計１００重量部に対して、焼結助剤として、フッ化アルミニウムおよびフッ化カルシウムを合計で０．０５〜０．２重量部、成形性を容易にするためにステアリン酸亜鉛、ステアリン酸カルシウム等の潤滑剤を０．１〜１重量部添加した。
【００９０】
燐の配合量に関する説明、黒鉛の配合量に関する説明については、第１の実施形態と同様であるので、ここでは重複説明を省略する。
【００９１】
また、本実施形態の焼結軸受１の表層の圧縮層の状態も、図２に示す第１の実施形態の焼結軸受と同様であるので、図２について前述した内容を準用し、重複説明を省略する。
【００９２】
また、図示は省略するが、耐有機酸腐食性については、第１の実施形態における焼結軸受よりも第２の実施形態における焼結軸受のほうに良好な結果が確認された。また、摩擦係数の関係については、第１の実施形態における焼結軸受の試験結果と、第２の実施形態における焼結軸受の試験結果とは、略同等の結果とされたことから、ここではその詳細な説明を省略する。
【００９３】
銅源として、アルミニウム−銅合金粉末を用い、銅単体の粉末を添加しない本実施形態のアルミニウム青銅組織は、γ相とα相との比γ相／α相を、０≦γ相／α相≦０．１０とすることが好ましい。０≦γ相／α相≦０．１０の範囲であれば、耐有機酸腐食性に優れる。
【００９４】
表４に第２の実施形態におけるＥＧＲバルブ用焼結軸受の硬さを測定した結果を示す。表４に示す硬さの評価の仕方等と表３に示す硬さの評価の仕方等とは同じとされていることから、ここではその詳細な説明を省略する。
【表４】
2019112719.tif 000006
【００９５】
表４の如く、銅系焼結軸受の硬さが略７０〜８０であるのに対し、第２の実施形態におけるＥＧＲバルブ用焼結軸受の硬さは、例えば略１００〜２４０であり、この結果から、第２の実施形態におけるＥＧＲバルブ用焼結軸受は、銅系焼結軸受よりも耐摩耗性に優れた焼結軸受であると判定できる。これは、柔らかい相であるα相の硬さが略１００〜１４０であり、硬い相であるγ相の硬さが略２００〜２４０であり、第２の実施形態におけるＥＧＲバルブ用焼結軸受のいずれの相の硬さも、銅系焼結軸受の硬さより硬いことによる。
【００９６】
本実施形態のＥＧＲバルブ用焼結軸受は、さらに厳しい使用環境に対しても耐腐食性を確保できる。
【００９７】
次に、製造方法についての第２の実施形態について説明する。この第２の実施形態の製造方法も、第１の実施形態の焼結軸受の製造方法と同様であるので、前述した内容を準用し、原料粉末準備工程Ｓ１および成形工程Ｓ２の相違するところのみを説明する。
【００９８】
[原料粉末準備工程Ｓ１]
原料粉末準備工程Ｓ１では、焼結軸受１の原料粉末が準備される。原料粉末は、７〜１１重量％アルミニウム−銅合金粉末、好ましくは８〜１０重量％アルミニウム−銅合金粉末）を８５〜９３重量％、７〜１０重量％燐−銅合金粉末を１〜５重量％、黒鉛粉末を６〜１０重量％とする合計１００重量％に対して、焼結助剤としてフッ化アルミニウムおよびフッ化カルシウムを合計で０．０５〜０．２重量％、成形性を容易にするための潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を０．１〜１重量％添加した。７〜１１重量％アルミニウム−銅合金粉末は、粉砕して粒度調整したものを用いた。第１の実施形態と同様、上記の原料粉末を、例えば、図９に示すＶ型混合器１０の缶体１１に投入し、缶体１１を回転させて均一に混合する。
【００９９】
例えば、７〜１１重量％アルミニウム−銅合金粉末を８５〜９３重量％、７〜１０重量％燐−銅合金粉末を１〜５重量％、黒鉛粉末を６〜１０重量％とする合計１００重量％を合計１００重量部とし、この合計１００重量部に対し、アルミニウムの含有量が、例えば８．５重量部以上１０重量部以下、具体的には９重量部以上９．５重量部以下となるようにする。
【０１００】
例えば、原料粉末は、７〜１１重量％アルミニウム−銅合金粉末、好ましくは８〜１０重量％アルミニウム−銅合金粉末を８５〜９３重量部、７〜１０重量％燐−銅合金粉末を１〜５重量部、黒鉛粉末を３〜１０重量部、好ましくは６〜１０重量部とする合計１００重量部に対して、焼結助剤としてフッ化アルミニウムおよびフッ化カルシウムを合計で０．０５〜０．２重量部、成形性を容易にするための潤滑剤としてステアリン酸亜鉛を０．１〜１重量部添加したものが使用可能である。
【０１０１】
本実施形態の焼結軸受は、例えば、ＥＧＲバルブの種類等により、潤滑油等の油類が含まれていないＥＧＲバルブ用焼結軸受、少量の潤滑油が含まれたＥＧＲバルブ用焼結軸受が使用可能である。
【０１０２】
本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々の形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。
【符号の説明】
【０１０３】
１        ＥＧＲバルブ用焼結軸受
１’      圧粉体
１”      焼結体
１ａ      軸受面
１ｂ      外径面
１ｃ      端面
１５      メッシュベルト式連続炉
２０      ダイス
２１      上パンチ
２２      下パンチ
２３      コア
３１      ＥＧＲバルブ
４６      シャフト
Ｄ１      軸受面の内径寸法
Ｔｉ      圧縮層
Ｔｏ      圧縮層
【図１】
2019112719.tif 000007
【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【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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【手続補正書】
【提出日】平成31年3月4日(2019.3.4)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
９〜１２重量％のアルミニウムと０．１〜０．４重量％の燐と３〜１０重量％の黒鉛を含有し、残部が銅と不可避的不純物からなるＥＧＲバルブ用焼結軸受であって、前記焼結軸受の全体に、アルミニウム−銅合金粉末が焼結された組織が分散しており、前記焼結軸受の全体に銅単体の偏った部分がなく、分散して形成された気孔内に遊離黒鉛が分布していることを特徴とするＥＧＲバルブ用焼結軸受。
【請求項２】
前記アルミニウム−銅合金の組織は、α相を有することを特徴とする請求項１に記載のＥＧＲバルブ用焼結軸受。
【請求項３】
前記アルミニウム−銅合金の組織は、γ相とα相との比γ相／α相を、０≦γ相／α相≦０．１０としたことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のＥＧＲバルブ用焼結軸受。
【請求項４】
前記ＥＧＲバルブ用焼結軸受は、焼結助剤としての錫が添加されていないことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のＥＧＲバルブ用焼結軸受。
【請求項５】
９〜１２重量％のアルミニウムと０．１〜０．４重量％の燐と３〜１０重量％の黒鉛を含有し、残部が、銅、フッ化アルミニウムおよびフッ化カルシウム、並びに不可避的不純物からなるＥＧＲバルブ用焼結軸受であって、前記焼結軸受の全体に、アルミニウム−銅合金粉末が焼結された組織が分散しており、前記焼結軸受の全体に銅単体の偏った部分がなく、分散して形成された気孔内に遊離黒鉛が分布していることを特徴とするＥＧＲバルブ用焼結軸受。
【手続補正３】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００１】
本発明は、耐摩耗性、耐腐食性および高温ドライ環境下での摺動性に優れたＥＧＲバルブ用焼結軸受に関する。
【手続補正４】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】０００９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【０００９】
従来の問題に鑑み、本発明は、耐摩耗性、耐腐食性および高温ドライ環境下での摺動性を向上させると共に、コンパクト化、低コスト化を図ったＥＧＲバルブ用アルミニウム青銅系焼結軸受を提供することを目的とする。
【手続補正５】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００１１】
前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、９〜１２重量％のアルミニウムと０．１〜０．４重量％の燐と３〜１０重量％の黒鉛を含有し、残部が銅と不可避的不純物からなるＥＧＲバルブ用焼結軸受であって、前記焼結軸受の全体に、アルミニウム−銅合金粉末が焼結された組織が分散しており、前記焼結軸受の全体に銅単体の偏った部分がなく、分散して形成された気孔内に遊離黒鉛が分布していることを特徴とする。また、９〜１２重量％のアルミニウムと０．１〜０．４重量％の燐と３〜１０重量％の黒鉛を含有し、残部が、銅、フッ化アルミニウムおよびフッ化カルシウム、並びに不可避的不純物からなるＥＧＲバルブ用焼結軸受であって、前記焼結軸受の全体に、アルミニウム−銅合金粉末が焼結された組織が分散しており、前記焼結軸受の全体に銅単体の偏った部分がなく、分散して形成された気孔内に遊離黒鉛が分布していることを特徴とする。これにより、耐摩耗性、耐腐食性および高温ドライ環境下での摺動性に優れ、コンパクト化、低コスト化を図ったＥＧＲバルブ用アルミニウム青銅系焼結軸受を実現できる。
【手続補正６】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００１２
【補正方法】削除
【補正の内容】
【手続補正７】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２０
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２０】
ＥＧＲバルブ用焼結軸受の製造方法としては、９〜１２重量％のアルミニウムと０．１〜０．６重量％の燐と３〜１０重量％の黒鉛を含有し、残部の主成分を銅とし、不可避的不純物を含んだＥＧＲバルブ用焼結軸受の製造方法であって、この製造方法は、原料粉末として、銅単体の粉末を添加せず、アルミニウム−銅合金粉、燐−銅合金粉および黒鉛粉を用い、少なくとも、原料粉末に焼結助剤が添加された圧粉体を成形する成形工程と、前記圧粉体からアルミニウム−銅合金組織を有する焼結体を得る焼結工程と、前記焼結体を寸法整形するサイジング工程とを含んでいることを特徴とする。ここで、原料粉末としての銅単体の粉末を添加せずとは、製造現場において不可避的に含まれる銅単体の粉末は許容する意味で用いる。
【手続補正８】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
上記の製造方法は、生産性がよく、低コストで、多量生産に好適なＥＧＲバルブ用アルミニウム青銅系焼結軸受の製造方法を実現することができる。また、これにより製造されたＥＧＲバルブ用焼結軸受は、耐摩耗性、耐腐食性および高温ドライ環境下での摺動性に優れ、コンパクト化、低コスト化を図ることができる。さらに、銅単体の粉末が添加されていないので、銅単体が偏った部分が略無くなり、この部分による腐食の発生が回避されると共に、アルミニウム−銅合金粉の粒一つ一つの耐腐食性が向上することにより、さらに厳しい使用環境に対しても耐腐食性を確保することができる。
【手続補正９】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
本発明によるＥＧＲバルブ用焼結軸受は、耐摩耗性、耐腐食性および高温ドライ環境下での摺動性に優れ、コンパクト化、低コスト化を図ることができる。
【手続補正１０】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２４】
さらに、銅単体の粉末を添加せず、アルミニウム−銅合金粉を用いた製造方法によれば、銅単体が偏った部分が略無くなり、この部分による腐食の発生が回避されると共に、アルミニウム−銅合金粉の粒一つ一つの耐腐食性が向上することにより、さらに厳しい使用環境に対しても耐腐食性を確保することができる。