(57)【要約】【課題】  焼結軸受において、機械強度及び耐振動性を向上し、また、回転軸を傷つけることを防止する。【解決手段】  本発明に係る焼結軸受２０は、洋白（Ｃｕ−Ｎｉ−Ｚｎ）をベースとする焼結体により形成されている。ここで、焼結軸受２０では、焼結体において、Ｐが添加されていない。または、焼結体におけるＰの含有量が、全質量に対する質量比で、０．０５質量％未満となっている。これによって、焼結体を構成する結晶粒を微細化することができる。特に、焼結軸受２０では、焼結体を構成する結晶粒の平均結晶粒径が、２０μｍ以下となっている。これによって、機械強度及び耐振動性を向上し、また、回転軸を傷つけることを防止することが可能となる。【選択図】  図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
全質量に対する質量比で、１０質量％を超え、かつ、２０質量％未満のＮｉと、１３質量％を超え、かつ、２０質量％未満のＺｎと、０．５質量％を超え、かつ、３質量％未満のＳｎと、０．５質量％を超え、かつ、４質量％未満の固体潤滑剤と、を含有し、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる組成を有し、平均結晶粒径が２０μｍ以下の焼結体からなることを特徴とする焼結軸受。
【請求項２】
全質量に対する質量比で、１０質量％を超え、かつ、２０質量％未満のＮｉと、１３質量％を超え、かつ、２０質量％未満のＺｎと、０．５質量％を超え、かつ、３質量％未満のＳｎと、０．５質量％を超え、かつ、４質量％未満の固体潤滑剤と、０．０５質量％未満のＰと、を含有し、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる組成を有し、平均結晶粒径が２０μｍ以下の焼結体からなることを特徴とする焼結軸受。
【請求項３】
前記固体潤滑剤は、黒鉛、二硫化モリブデン及び窒化ホウ素のうち、少なくとも一のものを含有してなることを特徴とする請求項１又は２に記載の焼結軸受。
【請求項４】
前記焼結体に潤滑油が含浸されてなることを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか一項に記載の焼結軸受。
【請求項５】
液体ポンプのモータに用いられることを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか一項に記載の焼結軸受。
【請求項６】
複数種類の粉末を混合し、原料粉末を生成する工程と、
前記原料粉末を圧縮成形し、圧粉体を形成する工程と、
前記圧粉体を焼結し、焼結体を形成する工程と、
前記焼結体にサイジングを施す工程と、を含む焼結軸受の製造方法であって、
前記複数種類の粉末には、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｚｎ−Ｓｎ合金粉末と、固体潤滑剤と、が含まれ、
前記原料粉末は、全質量に対する質量比で、１０質量％を超え、かつ、２０質量％未満のＮｉと、１３質量％を超え、かつ、２０質量％未満のＺｎと、０．５質量％を超え、かつ、３質量％未満のＳｎと、０．５質量％を超え、かつ、４質量％未満の固体潤滑剤と、を含有し、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる組成を有し、
前記焼結体の平均結晶粒径は、２０μｍ以下であることを特徴とする焼結軸受の製造方法。
【請求項７】
複数種類の粉末を混合し、原料粉末を生成する工程と、
前記原料粉末を圧縮成形し、圧粉体を形成する工程と、
前記圧粉体を焼結し、焼結体を形成する工程と、
前記焼結体にサイジングを施す工程と、を含む焼結軸受の製造方法であって、
前記複数種類の粉末には、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｚｎ−Ｓｎ合金粉末と、固体潤滑剤と、Ｐ粉末と、が含まれ、
前記原料粉末は、全質量に対する質量比で、１０質量％を超え、かつ、２０質量％未満のＮｉと、１３質量％を超え、かつ、２０質量％未満のＺｎと、０．５質量％を超え、かつ、３質量％未満のＳｎと、０．５質量％を超え、かつ、４質量％未満の固体潤滑剤と、０．０５質量％未満のＰと、を含有し、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる組成を有し、
前記焼結体の平均結晶粒径は、２０μｍ以下であることを特徴とする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、焼結軸受及び焼結軸受の製造方法に関し、特に、液体ポンプのモータに適用することに適した焼結軸受、及び、この焼結軸受の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、液体輸送用のポンプ（以下、「液体ポンプ」とする）として、種々のポンプが知られている。
例えば、自動車に搭載される液体ポンプとして、エンジン冷却用の冷却水を循環させるためのウォーターポンプ、ウィンドーウォッシャー液を吐出するためのウォッシャー液ポンプ、油圧機構において油圧を発生させるためのオイルポンプ、エンジンオイルを圧送するためのオイルポンプ、燃料（ガソリン、軽油、アルコール等）を供給するための燃料ポンプ等が知られている。
近年、液体ポンプでは、吐出量（揚水量）の安定化の観点から、電気モータから動力を得る電動化が進んでいる。
例えば、従来のウォーターポンプでは、エンジンから動力を得ていたため、エンジン回転数の変化が冷却水の吐出量に影響し、冷却効率が不安定となる問題があった。そこで、近年のウォーターポンプでは、電気モータから動力を得ることにより、吐出量の安定化、ひいては、冷却効率の安定化を図っている。特に、ハイブリッド車、電気自動車、燃料電池車等に搭載されるウォーターポンプでは、エンジンから動力を得ることができない、又は、エンジンから安定した動力を得ることができないため、安定した吐出量を得るために、電気モータから動力を得る電動化が進んでいる。
特に、近年、液体ポンプの小型化かつ高出力化を図るために、電気モータの小型化かつ高出力化が進んでおり、これに伴い、電気モータが備える軸受に対する負荷が増加している。このため、液体ポンプに配設されている電気モータが備える軸受（以下、「液体ポンプ用の軸受」とする）については、耐荷重性の向上が求められる。さらに、液体ポンプ用の軸受は、液体中において使用されるため、耐荷重性の向上と同時に、耐水性・耐食性の向上が求められる。
従来、耐水性・耐食性に優れた軸受として、セラミック、カーボン又は樹脂からなる軸受が知られている。しかしながら、セラミック又はカーボンからなる軸受は、耐水性・耐食性に優れているものの、加工費が高いという問題がある。また、樹脂からなる軸受は、寸法精度の確保が難しく、また、耐荷重性が不足するという問題がある。
一方、耐荷重性に優れた軸受として、金属粉末を焼結してなる焼結軸受が知られている。しかしながら、焼結軸受は、耐水性・耐食性が低く、液体中における使用に向いていないという問題がある。特に、焼結軸受は、水中で使用される場合に、摺動性が不足するという問題がある。
そこで、近年、液体ポンプ用の軸受として、耐水性・耐食性に優れた材料である洋白（Ｃｕ−Ｎｉ−Ｚｎ合金）に、Ｐ（リン）と、固体潤滑剤と、を添加した素地（基材）からなる焼結軸受が開発されている（特許文献１参照）。
特許文献１に記載された焼結軸受では、素地のベースとして洋白を用いることにより、耐水性・耐食性を向上しつつ、素地に添加された黒鉛（固体潤滑剤）により、摺動性を向上している。
特に、特許文献１に記載された焼結軸受では、素地にＰを添加することにより、焼結時において、他の添加構成元素（Ｎｉ、Ｚｎ等）の拡散を促進し、焼結軸受において、耐水性・耐食性の低い部分が発生することを抑制している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−１８７３０７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、従来の焼結軸受では、機械強度及び耐振動性が低下する恐れがある。
すなわち、従来の焼結軸受では、素地にＰが添加されていることにより、焼結時において、素地を構成する結晶粒が粗大化し易くなる。そして、素地を構成する結晶粒が粗大化すると、機械強度及び耐振動性が低下する恐れがある。
また、従来の焼結軸受では、回転軸を傷つける恐れがある。
すなわち、従来の焼結軸受では、素地にＰが添加されていることにより、素地において、Ｎｉ−Ｓｎ−Ｐの合金層が析出し易くなる。ここで、Ｎｉ−Ｓｎ−Ｐの合金層は、素地の他の部分と比較して、硬度が非常に高くなる。したがって、素地において、Ｎｉ−Ｓｎ−Ｐの合金層が析出すると、軸回転時に、回転軸がＮｉ−Ｓｎ−Ｐの合金層に接触することにより、回転軸を傷つける恐れがある。
本発明の課題は、焼結軸受において、機械強度及び耐振動性を向上し、また、回転軸が傷つくことを防止することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記課題を解決するために、第一の発明に係る焼結軸受は、全質量に対する質量比で、１０質量％を超え、かつ、２０質量％未満のＮｉと、１３質量％を超え、かつ、２０質量％未満のＺｎと、０．５質量％を超え、かつ、３質量％未満のＳｎと、０．５質量％を超え、かつ、４質量％未満の固体潤滑剤と、を含有し、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる組成を有し、平均結晶粒径が２０μｍ以下の焼結体からなることを特徴とする。
また、第二の発明に係る焼結軸受は、全質量に対する質量比で、１０質量％を超え、かつ、２０質量％未満のＮｉと、１３質量％を超え、かつ、２０質量％未満のＺｎと、０．５質量％を超え、かつ、３質量％未満のＳｎと、０．５質量％を超え、かつ、４質量％未満の固体潤滑剤と、０．０５質量％未満のＰと、を含有し、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる組成を有し、平均結晶粒径が２０μｍ以下の焼結体からなることを特徴とする。
【０００６】
第一又は第二の発明に係る焼結軸受では、焼結体が、洋白（Ｃｕ−Ｎｉ−Ｚｎ）をベースとして形成されている。これによって、耐水性・耐食性を向上することが可能となる。
また、第一又は第二の発明に係る焼結軸受では、焼結体が、固体潤滑剤を含有している。これによって、摺動性を向上することが可能となる。
また、第一又は第二の発明に係る焼結軸受では、焼結体（圧粉体）において、Ｓｎが含有されている。これによって、焼結性が高まり、焼結強度を向上することが可能となる。その結果、固体潤滑剤の含有により低下する焼結強度を補うことが可能となる。また、焼結体において、Ｓｎが含有されていることによって、水中での脱亜鉛腐食の耐性を向上することが可能となる。
【０００７】
特に、第一の発明に係る焼結軸受では、焼結体において、Ｐが含有されていない。また、第二の発明に係る焼結軸受では、焼結体におけるＰの含有量が、全質量に対する質量比で、０．０５質量％未満となっている。
これによって、焼結体を構成する結晶粒を微細化することができ、その結果、機械強度及び耐振動性を向上することが可能となる。また、焼結体において、Ｎｉ−Ｓｎ−Ｐの合金層の析出が抑制され、軸回転時に回転軸を傷つけることを防止することが可能となる。
【０００８】
さらに、第一又は第二の発明に係る焼結軸受では、結晶構造の焼結体を構成する結晶粒の平均結晶粒径が、２０μｍ以下となっている。
ここで、焼結体を構成する結晶粒の平均結晶粒径が２０μｍを超えると、液体ポンプ（特に、自動車に搭載される液体ポンプ）のモータに配設される焼結軸受に要求される機械強度及び耐振動性を満たさない恐れがある。
そこで、焼結体を構成する結晶粒の平均結晶粒径を２０μｍ以下とすることにより、液体ポンプ（特に、自動車に搭載される液体ポンプ）のモータに配設される焼結軸受に要求される機械強度及び耐振動性を満たすことが可能となる。
以上により、第一又は第二の発明に係る焼結軸受によれば、機械強度及び耐振動性を向上し、また、回転軸を傷つけることを防止することが可能となる。
【０００９】
ここで、第一又は第二の発明に係る焼結軸受では、焼結体が、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｚｎ−Ｓｎ合金粉末を用いて形成されていることが好ましい。具体的には、焼結体が、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｚｎ−Ｓｎ合金粉末と、固体潤滑剤粉末と、を含む原料粉末を混合してなる原料粉末を用いて形成されていることが好ましい。
すなわち、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｚｎ−Ｓｎ合金粉末では、粉末を構成する各粒子において、Ｎｉ、Ｚｎ等の各構成要素（構成元素）が、均一に分散されている。したがって、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｚｎ−Ｓｎ合金粉末を用いて焼結体を形成することで、焼結体において、Ｎｉ、Ｚｎ等の各構成要素の濃度が不均一となることを防止でき、その結果、焼結体におけるＮｉ及びＺｎの濃度が低い部分が選択的に腐食される事態の発生を防止することが可能となる。
【００１０】
以下、焼結体（素地）を構成する各要素の作用・効果を詳細に説明する。
なお、本発明では、各要素の含有量を、焼結体全体における質量比（質量％）により特定している。
［Ｎｉ（ニッケル）につて］
焼結体においてＮｉが含有されていることによって、耐水性・耐食性を向上することが可能となる。
この際、焼結体におけるＮｉの含有量が１０質量％以下となると、耐水性・耐食性が不十分となる。一方、焼結体におけるＮｉの含有量が２０質量％以上となると、材料コストが増加する。
そこで、焼結体におけるＮｉの含有量を、１０質量％を超え、かつ、２０質量％未満とすることによって、材料コストの増加を抑制しつつ、耐水性・耐食性を向上することが可能となる。
［Ｚｎ（亜鉛）について］
焼結体においてＺｎが含有されていることによって、耐水性・耐食性を向上することが可能となる。
この際、焼結体におけるＺｎの含有量が１３質量％以下となると、耐水性・耐食性が不十分となる。一方、焼結体におけるＺｎの含有量が２０質量％以上となると、焼結時の亜鉛の蒸発により、生産性が低下し、また、脱亜鉛腐食のリスクが高くなる。
そこで、焼結体におけるＺｎの含有量を、１３質量％を超え、かつ、２０質量％未満とすることによって、生産性の低下を抑制しつつ、耐水性・耐食性を向上することが可能となる。
特に、Ｚｎは、Ｎｉと比較して安価な材料となっている。したがって、耐水性・耐食性を向上するにあたって、Ｎｉの含有量の増加を抑制しつつ、Ｚｎの含有量を増加することによって、材料コストの増加を抑制することが可能となる。
［Ｓｎ（錫）について］
焼結体（圧粉体）においてＳｎが含有されていることによって、焼結性を高めることができ、焼結強度を向上することが可能となる。また、少量の含有であっても、脱亜鉛腐食を抑制することが可能となる。
この際、焼結体におけるＳｎの含有量が０．５質量％以下となると、上記の効果が不十分となる。一方、焼結体におけるＳｎの含有量が３質量％以上となると、焼結時の寸法変化による歪みが生じ易くなる。
そこで、焼結体におけるＳｎの含有量を、０．５質量％を超え、かつ、３質量％未満とすることによって、歪の発生を抑制しつつ、焼結強度を向上することが可能となる。
［固体潤滑剤について］
焼結体において固体潤滑剤が含有されていることによって、潤滑性が高まり、摩擦係数を下げることができ、かつ、焼き付き性及び耐摩耗性を向上することが可能となる。
この際、焼結体における固体潤滑剤の含有量が０．５質量％以下となると、上記の効果が不十分となる。一方、焼結体における固体潤滑剤の含有量が４質量％以上となると、焼結強度が著しく低下する。
そこで、焼結体における固体潤滑剤の含有量を、０．５質量％を超え、かつ、４質量％未満とすることによって、焼結強度の低下を抑制しつつ、耐摩耗性を向上することが可能となる。
［Ｐ（リン）について］
焼結体においてＰが含有されていることによって、焼結体を組成する金属の酸化を防止することが可能となる。
すなわち、後述するように、焼結体を形成する原料粉末を生成するにあたっては、原料粉末として、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｚｎ−Ｓｎ合金粉末等の合金粉末が用いられることが好ましい。
ここで、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｚｎ−Ｓｎ合金粉末等の合金粉末は、アトマイズ法等により製造される。具体的には、目的とする合金粉末を組成する各種の原料金属を高温で溶かした溶湯を生成し、生成した溶湯を、噴霧・急冷凝固して、粉末化することによって、合金粉末が製造される。
この際、原料金属において、脱酸剤として、微量のＰを添加することによって、溶湯の酸化を防止することが可能となる。
ここで、原料金属におけるＰの含有量が０．０５質量％以上となると、焼結時において、焼結体を構成する結晶粒が粗大化し易くなり、また、焼結体において、Ｎｉ−Ｓｎ−Ｐの合金層が析出し易くなる。
そこで、原料金属（焼結体）におけるＰの含有量を、０．０５質量％未満とすることによって、焼結体を構成する結晶粒の粗大化及び焼結体におけるＮｉ−Ｓｎ−Ｐの合金層の析出を抑制しつつ、溶湯の酸化を防止することが可能となる。
［平均結晶粒径について］
結晶構造（微細組織）の焼結体を構成する結晶粒の平均結晶粒径が２０μｍを超えると、液体ポンプ（特に、自動車に搭載される液体ポンプ）のモータに配設される焼結軸受に要求される機械強度及び耐振動性を満たさない恐れがある。
そこで、結晶構造の焼結体を構成する結晶粒の平均結晶粒径を２０μｍ以下とすることにより、液体ポンプ（特に、自動車に搭載される液体ポンプ）のモータに配設される焼結軸受に要求される機械強度及び耐振動性を満たすことが可能となる。
［有効多孔率について］
ここで、第一又は第二の発明に係る焼結軸受では、焼結体において、有効多孔率が、８体積％以上、かつ、１８体積％以下とされることが好ましい。
すなわち、有効多孔率が８体積％未満となると、非常に高密度となり、圧粉成形時において必要となる圧力が大きくなり、生産性が低下する。一方、有効多孔率が１８体積％を超えると、圧粉体の強度が低下するため、焼結までのハンドリングが難しくなる。また、焼結強度が低下するため、軸受として必要となる最低限の強度が得られなくなる。
そこで、有効多孔率を、８体積％以上、かつ、１８体積％以下とすることによって、生産性の低下を抑制しつつ、焼結強度を向上することが可能となる。
【００１１】
第三の発明に係る焼結軸受は、第一又は第二の発明に係る焼結軸受において、前記固体潤滑剤は、黒鉛、二硫化モリブデン及び窒化ホウ素のうち、少なくとも一のものを含有してなることを特徴とする。
第二の発明に係る焼結軸受によれば、潤滑性を向上することが可能となる。
【００１２】
第四の発明に係る焼結軸受は、第一乃至第三のうちいずれか一の発明に係る焼結軸受において、前記焼結体に潤滑油が含浸されてなることを特徴とする。
第四の発明に係る焼結軸受によれば、軸受製造からモータ組立までの期間、さらにはモータ使用までの期間において、含浸された潤滑油によって軸受の錆発生を防止することができる。また、軸受部がシールされ、輸送液体の流路とは隔離されている場合においては、回転軸の回転に応じて、回転軸との間に油膜を形成することができ、回転軸との間に生じる摩擦抵抗を低減することが可能となる。さらに、軸受部がシールされずに輸送液体内で使用される場合においても、結果的には軸受体内に含浸されている潤滑油が輸送液体と置換されてしまうが、輸送液体より高粘度の潤滑油を用いることで運転初期の潤滑を助けることができる。
【００１３】
第五の発明に係る焼結軸受は、第一乃至第四のうちいずれか一の発明に係る焼結軸受において、液体ポンプのモータに用いられることを特徴とする。
第五の発明に係る焼結軸受によれば、液体ポンプの耐久性を向上することが可能となる。
【００１４】
第六の発明に係る焼結軸受の製造方法は、複数種類の粉末を混合し、原料粉末を生成する工程と、前記原料粉末を圧縮成形し、圧粉体を形成する工程と、前記圧粉体を焼結し、焼結体を形成する工程と、前記焼結体にサイジングを施す工程と、を含む焼結軸受の製造方法であって、前記複数種類の粉末には、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｚｎ−Ｓｎ合金粉末と、固体潤滑剤と、が含まれ、前記原料粉末は、全質量に対する質量比で、１０質量％を超え、かつ、２０質量％未満のＮｉと、１３質量％を超え、かつ、２０質量％未満のＺｎと、０．５質量％を超え、かつ、３質量％未満のＳｎと、０．５質量％を超え、かつ、４質量％未満の固体潤滑剤と、を含有し、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる組成を有し、前記焼結体の平均結晶粒径は、２０μｍ以下であることを特徴とする。
また、第七の発明に係る焼結軸受の製造方法は、複数種類の粉末を混合し、原料粉末を生成する工程と、前記原料粉末を圧縮成形し、圧粉体を形成する工程と、前記圧粉体を焼結し、焼結体を形成する工程と、前記焼結体にサイジングを施す工程と、を含む焼結軸受の製造方法であって、前記複数種類の粉末には、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｚｎ−Ｓｎ合金粉末と、固体潤滑剤と、Ｐ粉末と、が含まれ、前記原料粉末は、全質量に対する質量比で、１０質量％を超え、かつ、２０質量％未満のＮｉと、１３質量％を超え、かつ、２０質量％未満のＺｎと、０．５質量％を超え、かつ、３質量％未満のＳｎと、０．５質量％を超え、かつ、４質量％未満の固体潤滑剤と、０．０５質量％未満のＰと、を含有し、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる組成を有し、前記焼結体の平均結晶粒径は、２０μｍ以下であることを特徴とする。
【００１５】
第六又は第七の発明に係る焼結軸受の製造方法では、洋白（Ｃｕ−Ｎｉ−Ｚｎ）をベースとする原料粉末により、焼結軸受が形成される。これによって、焼結軸受の耐水性・耐食性を向上することが可能となる。
また、第六又は第七の発明に係る焼結軸受の製造方法では、原料粉末において、固体潤滑剤が添加されている。これによって、焼結軸受の摺動性を向上することが可能となる。
また、第六又は第七の発明に係る焼結軸受の製造方法では、原料粉末において、Ｓｎが添加されている。これによって、焼結時における焼結性が高まり、焼結軸受の焼結強度を向上することが可能となり、その結果、固体潤滑剤の添加により低下する焼結強度を補うことが可能となる。また、原料粉末において、Ｓｎが添加されていることによって、水中での脱亜鉛腐食の耐性を向上することが可能となる。
【００１６】
特に、第六の発明に係る焼結軸受の製造方法では、原料粉末において、Ｐが添加されていない。また、第七の発明に係る焼結軸受の製造方法では、原料粉末におけるＰの添加量が、全質量に対する質量比で、０．０５質量％未満となっている。
これによって、焼結体を構成する結晶粒を微細化することができ、その結果、機械強度及び耐振動性を向上することが可能となる。また、焼結体において、Ｎｉ−Ｓｎ−Ｐの合金層の析出が抑制され、軸回転時に回転軸を傷つけることを防止することが可能となる。
【００１７】
さらに、第六又は第七の発明に係る焼結軸受の製造方法では、結晶構造の焼結体を構成する結晶粒の平均結晶粒径が、２０μｍ以下となっている。
これによって、液体ポンプ（特に、自動車に搭載される液体ポンプ）のモータに配設される焼結軸受に要求される機械強度及び耐振動性を満たすことが可能となる。
【００１８】
さらに、第六又は第七の発明に係る焼結軸受の製造方法では、複数種類の粉末に、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｚｎ−Ｓｎ合金粉末が含まれている。
ここで、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｚｎ−Ｓｎ合金粉末では、粉末を構成する各粒子において、Ｎｉ、Ｚｎ等の各構成要素（構成元素）が、均一に分散されている。
これによって、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｚｎ−Ｓｎ合金粉末を用いて焼結体を形成することで、焼結体において、Ｎｉ、Ｚｎ等の各構成要素の濃度が不均一となることを防止でき、その結果、焼結体におけるＮｉ及びＺｎの濃度が低い部分が選択的に腐食される事態の発生を防止することが可能となる。
以上により、第六又は第七の発明に係る焼結軸受の製造方法によれば、機械強度及び耐振動性を向上し、また、回転軸を傷つけることを防止することが可能となる。
ここで、原料粉末を構成する各要素の作用・効果は、上記の第一又は第二の発明に係る焼結体を構成する各要素の作用・効果と同様である。
【発明の効果】
【００１９】
本発明に係る焼結軸受又は焼結軸受の製造方法によれば、機械強度及び耐振動性を向上し、また、回転軸を傷つけることを防止することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】ウォーターポンプ１の概略構成を示す断面図である。
【図２】焼結軸受２０の断面図である。
【図３】実施例１〜４に係る焼結軸受の原料粉末の調合内容と、比較例１〜４に係る焼結軸受の原料粉末の調合内容と、を比較する図である。
【図４】実施例１〜４に係る焼結軸受の原料粉末（焼結体）の組成と、比較例１〜４に係る焼結軸受の原料粉末（焼結体）の組成と、を比較する図である。
【図５】実施例に係る焼結軸受の金属組織の一例を示す図である。
【図６】比較例に係る焼結軸受の金属組織の一例を示す図である。
【図７】実施例４に係る焼結軸受の金属組織を示す図である。
【図８】焼結軸受の断面をＥＤＸにより分析した一例として、実施例１の結果を示している。
【図９】実施例１〜４に係る焼結軸受の特性と比較例１〜４に係る焼結軸受の特性とを比較する図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下、本発明の実施形態に係る焼結軸受２０について、図面を参照しながら説明する。
焼結軸受２０は、各種の液体ポンプの電気モータに適用することが可能である。
各種の液体ポンプとしては、エンジン冷却用の冷却水を循環させるためのウォーターポンプ、ウィンドーウォッシャー液を吐出するためのウォッシャー液ポンプ、油圧機構において油圧を発生させるためのオイルポンプ、エンジンオイルを圧送するためのオイルポンプ、燃料（ガソリン、軽油、アルコール等）を供給するための燃料ポンプ等が含まれる。
本実施形態では、焼結軸受２０を、ウォーターポンプ１の電気モータに適用している。
【００２２】
（ウォーターポンプ１の構成）
まず、ウォーターポンプ１の概略構成を説明する。
図１は、ウォーターポンプ１の概略構成を示す断面図である。図２は、焼結軸受２０の断面図である。
ウォーターポンプ１は、ラジエータにより冷却された冷却水（クーラント）を、エンジンが備えるウォータージャケット（水路）に対して供給するためのポンプとなっている。
図１に示すウォーターポンプ１は、ケーシング１０と、一対の焼結軸受２０と、モータ（電気モータ）３０と、インペラ４０と、を含んで構成されている。
ケーシング１０は、冷却水を吸入する吸入口１１と、冷却水を吐出する吐出口１２と、を有している。吸入口１１は、ホース（図示せず）を介して、ラジエータに接続されている。吐出口１２は、ホース（図示せず）を介して、ウォータージャケットに接続されている。
各焼結軸受２０は、ケーシング１０の内側に固定されている。図２に示すように、各焼結軸受２０は、略円筒状に形成されている。各焼結軸受２０は、後述するモータ３０の回転軸３２ａが挿通される軸受孔２１を有している。各焼結軸受２０では、その中心軸に沿って貫通するように、軸受孔２１が設けられている。そして、各焼結軸受２０は、軸受孔２１の内周面（以下、「軸受面２１ａ」とする）によって、回転軸３２ａを支持する。
モータ３０は、固定子３１と、回転子３２と、を有している。また、回転子３２は、回転軸３２ａを有している。回転軸３２ａは、各焼結軸受２０の軸受孔２１に挿通されている。すなわち、回転軸３２ａは、その一方側の端部が、一方の焼結軸受２０により支持され、その他方側の端部が、他方の焼結軸受２０により支持されている。これによって、回転軸３２ａは、一対の焼結軸受２０により、回転可能に支持されている。
インペラ４０は、回転軸３２ａの一方側の端部に固定されている。
ウォーターポンプ１では、モータ３０の駆動によりインペラ４０が回転すると、吸入口１１から冷却水が吸入されるとともに、吸入された冷却水が吐出口１２から吐出される。これによって、ウォーターポンプ１は、ラジエータとウォータージャケットとの間において、冷却水を循環させる。
【００２３】
（焼結軸受２０の構成）
次に、各焼結軸受２０の構成を詳細に説明する。
焼結軸受２０は、多孔質の焼結体（素地）と、焼結体に含浸された潤滑油と、を含んで構成されている。
焼結体は、焼結金属となっている。これによって、焼結体は、多孔質構造（多孔質組織）を有して構成されている（図５参照）。また、焼結体は、結晶構造（微細組織）を有して構成されている。特に、焼結体中には、固体潤滑剤が分散されている。
具体的には、焼結体は、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｚｎ−Ｓｎ合金からなる。
本実施形態では、焼結体は、焼結体の全質量に対する質量比で、１０質量％を超え、かつ、２０質量％未満のＮｉと、１３質量％を超え、かつ、２０質量％未満のＺｎと、０．５質量％を超え、かつ、３質量％未満のＳｎと、０．５質量％を超え、かつ、４質量％未満の固体潤滑剤と、を含有し、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる組成を有している。
ここで、焼結体において、微量のＰが含有されている構成としても構わない。すなわち、焼結体が、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｚｎ−Ｓｎ−Ｐ合金からなる構成としても構わない。
かかる構成とした場合には、焼結体におけるＰの含有量は、全質量に対する質量比で、０．０５質量％未満とし、好ましくは、０．０４質量％未満とする。
すなわち、焼結体について、焼結体の全質量に対する質量比で、１０質量％を超え、かつ、２０質量％未満のＮｉと、１３質量％を超え、かつ、２０質量％未満のＺｎと、０．５質量％を超え、かつ、３質量％未満のＳｎと、０．５質量％を超え、かつ、４質量％未満の固体潤滑剤と、０．０５質量％未満（好ましくは、０．０４質量％未満）のＰと、を含有し、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる組成とする。
【００２４】
固体潤滑剤としては、黒鉛、二硫化モリブデン及び窒化ホウ素のうち、一のものを用いることができる。または、固体潤滑剤としては、黒鉛、二硫化モリブデン及び窒化ホウ素のうち、二以上のものを混合して用いることができる。
特に、焼結体では、結晶粒の平均結晶粒径が、２０μｍ以下となっている。ここで、「平均結晶粒径」とは、焼結体に任意に設定された観察領域において顕在化した結晶粒の粒径の平均値をいう。
本実施形態では、平均結晶粒径を、以下のように算出している。すなわち、まず、焼結体を樹脂埋めした後、自動研磨機で焼結体の断面を研磨する。次に、研磨した焼結体の断面をエッチング液でエッチングし、マイクロスコープを用いて所定の倍率で撮像して得られた画像に対し、長さ２００μｍの線分を１０本引く。ここで、長さ２００μｍのうち、ポアの長さを差し引いた値を基準長さとする。次に、各基準長さを、当該線分上に存在する結晶粒の数で除算することにより、当該線分上に存在する結晶粒の粒径の平均値（以下、「個別平均値」とする）を算出する。さらに、各線分について算出した個別平均値を、１０本の線分について平均することにより、平均結晶粒径を算出している。
また、焼結体では、有効多孔率が８〜１８体積％となっている。ここで、「有効多孔率」とは、焼結体の全体積に対する焼結体の表面に連通している気孔の体積の比率をいう。
潤滑油としては、流動パラフィン、鉱物系潤滑油、合成炭化水素系潤滑油、シリコーン系潤滑油、フッ素系潤滑油等を用いることができる。なお、焼結軸受２０では、潤滑油が含浸されていない構成としても構わない。
【００２５】
（焼結軸受２０の作用・効果）
次に、焼結軸受２０の作用・効果を説明する。
焼結軸受２０では、洋白（Ｃｕ−Ｎｉ−Ｚｎ）をベースとする焼結体（素地）により形成されている。これによって、耐水性・耐食性を向上することが可能となる。
また、焼結軸受２０では、焼結体において、固体潤滑剤が含有されている。これによって、摺動性を向上することが可能となる。
また、焼結軸受２０では、焼結体（圧粉体）において、Ｓｎが含有されている。これによって、焼結性が高まり、焼結強度を向上することが可能となり、その結果、固体潤滑剤の添加により低下する焼結強度を補うことが可能となる。
また、焼結体において、Ｓｎが含有されていることによって、水中での脱亜鉛腐食の耐性を向上することが可能となる。
また、焼結軸受２０では、多孔質組織において潤滑油が含浸されている。これによって、軸受製造からモータ組立までの期間、さらにはモータ使用までの期間において、含浸された潤滑油によって軸受の錆発生を防止することができる。また、軸受部がシールされ、輸送液体の流路とは隔離されている場合においては、回転軸３２ａの回転に応じて、回転軸３２ａとの間に油膜を形成することができ、回転軸３２ａと軸受面２１ａとの間に生じる摩擦抵抗を低減することが可能となる。さらに、軸受部がシールされずに輸送液体内で使用される場合においても、結果的には軸受体内に含浸されている潤滑油が輸送液体と置換されてしまうが、輸送液体より高粘度の潤滑油を用いることで運転初期の潤滑を助けることができる。
【００２６】
特に、焼結軸受２０では、焼結体において、Ｐが含有されていない。または、焼結体におけるＰの含有量が、全質量に対する質量比で、０．０５質量％未満となっている。これによって、焼結体を構成する結晶粒を微細化することができ、その結果、機械強度及び耐振動性を向上することが可能となる。また、焼結体において、Ｎｉ−Ｓｎ−Ｐの合金層の析出が抑制され、軸回転時に回転軸３２ａを傷つけることを防止することが可能となる。
さらに、焼結軸受２０では、焼結体を構成する結晶粒の平均結晶粒径が、２０μｍ以下となっている。これによって、機械強度及び耐振動性が向上され、液体ポンプ（特に、自動車に搭載される液体ポンプ）のモータに配設される焼結軸受に要求される機械強度及び耐振動性を満たすことが可能となる。
以上のように、焼結軸受２０によれば、機械強度及び耐振動性を向上し、また、回転軸を傷つけることを防止することが可能となる。
【００２７】
以下、焼結軸受２０の焼結体を構成する各要素の作用・効果を詳細に説明する。
［Ｎｉ（ニッケル）につて］
焼結体においてＮｉが含有されていることによって、耐水性・耐食性を向上することが可能となる。
この際、焼結体におけるＮｉの含有量が１０質量％以下となると、耐水性・耐食性が不十分となる。一方、焼結体におけるＮｉの含有量が２０質量％以上となると、材料コストが増加する。
そこで、焼結体におけるＮｉの含有量を、１０質量％を超え、かつ、２０質量％未満とすることによって、材料コストの増加を抑制しつつ、耐水性・耐食性を向上することが可能となる。
［Ｚｎ（亜鉛）について］
焼結体においてＺｎが含有されていることによって、耐水性・耐食性を向上することが可能となる。
この際、焼結体におけるＺｎの含有量が１３質量％以下となると、耐水性・耐食性が不十分となる。一方、焼結体におけるＺｎの含有量が２０質量％以上となると、焼結時の亜鉛の蒸発により、生産性が低下し、また、脱亜鉛腐食のリスクが高くなる。
そこで、焼結体におけるＺｎの含有量を、１３質量％を超え、かつ、２０質量％未満とすることによって、生産性の低下を抑制しつつ、耐水性・耐食性を向上することが可能となる。
特に、Ｚｎは、Ｎｉと比較して安価な材料となっている。したがって、耐水性・耐食性を向上するにあたって、Ｎｉの含有量の増加を抑制しつつ、Ｚｎの含有量を増加することによって、材料コストの増加を抑制することが可能となる。
［Ｓｎ（錫）について］
焼結体（圧粉体）においてＳｎが含有されていることによって、焼結性を高めることができ、焼結強度を向上することが可能となる。また、少量の含有であっても、脱亜鉛腐食を抑制することが可能となる。
この際、焼結体におけるＳｎの含有量が０．５質量％以下となると、上記の効果が不十分となる。一方、焼結体におけるＳｎの含有量が３質量％以上となると、焼結時の寸法変化による歪みが生じ易くなる。
そこで、焼結体におけるＳｎの含有量を、０．５質量％を超え、かつ、３質量％未満とすることによって、歪の発生を抑制しつつ、焼結強度を向上することが可能となる。
［固体潤滑剤について］
焼結体において固体潤滑剤が含有されていることによって、潤滑性が高まり、摩擦係数を下げることができ、かつ、焼き付き性及び耐摩耗性を向上することが可能となる。
この際、焼結体における固体潤滑剤の含有量が０．５質量％以下となると、上記の効果が不十分となる。一方、焼結体における固体潤滑剤の含有量が４質量％以上となると、焼結強度が著しく低下する。
そこで、焼結体における固体潤滑剤の含有量を、０．５質量％を超え、かつ、４質量％未満とすることによって、焼結強度の低下を抑制しつつ、耐摩耗性を向上することが可能となる。
［Ｐ（リン）について］
焼結体においてＰが含有されていることによって、焼結体を組成する金属の酸化を防止することが可能となる。
すなわち、後述するように、焼結体を形成する原料粉末を生成するにあたっては、原料粉末として、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｚｎ−Ｓｎ合金粉末等の合金粉末が用いられることが好ましい。
ここで、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｚｎ−Ｓｎ合金粉末等の合金粉末は、アトマイズ法等により製造される。具体的には、目的とする合金粉末を組成する各種の原料金属を高温で溶かした溶湯を生成し、生成した溶湯を、噴霧・急冷凝固して、粉末化することによって、合金粉末が製造される。
この際、原料金属において、脱酸剤として、微量のＰを添加することによって、溶湯の酸化を防止することが可能となる。
ここで、原料金属におけるＰの含有量が０．０５質量％以上となると、焼結時において、焼結体を構成する結晶粒が粗大化し易くなり、また、焼結体において、Ｎｉ−Ｓｎ−Ｐの合金層が析出し易くなる。
そこで、原料金属（焼結体）におけるＰの含有量を、０．０５質量％未満とすることによって、焼結体を構成する結晶粒の粗大化及び焼結体におけるＮｉ−Ｓｎ−Ｐの合金層の析出を抑制しつつ、溶湯の酸化を防止することが可能となる。
［平均結晶粒径について］
焼結体を構成する結晶粒の平均結晶粒径が２０μｍを超えると、液体ポンプ（特に、自動車に搭載される液体ポンプ）のモータに配設される焼結軸受に要求される機械強度及び耐振動性を満たさない恐れがある。
そこで、焼結体を構成する結晶粒の平均結晶粒径を２０μｍ以下とすることにより、液体ポンプ（特に、自動車に搭載される液体ポンプ）のモータに配設される焼結軸受に要求される機械強度及び耐振動性を満たすことが可能となる。
［有効多孔率について］
有効多孔率が８体積％未満となると、非常に高密度となり、圧粉成形時において必要となる圧力が大きくなり、生産性が低下する。一方、有効多孔率が１８体積％を超えると、圧粉体の強度が低下するため、焼結までのハンドリングが難しくなる。また、焼結強度が低下するため、軸受として必要となる最低限の強度が得られなくなる。
そこで、有効多孔率を、８体積％以上、かつ、１８体積％以下とすることによって、生産性の低下を抑制しつつ、焼結強度を向上することが可能となる。
【００２８】
（焼結軸受２０の製造方法）
次に、焼結軸受２０の製造方法を説明する。
焼結軸受２０を製造するには、まず、原料粉末を生成する。
原料粉末は、複数種類の粉末（金属粉末、固体潤滑剤等）を攪拌混合することにより生成される。この際、原料粉末に金型潤滑剤が添加されても構わない。
原料粉末は、原料粉末の全質量に対する質量比で、１０質量％を超え、かつ、２０質量％未満のＮｉと、１３質量％を超え、かつ、２０質量％未満のＺｎと、０．５質量％を超え、かつ、３質量％未満のＳｎと、０．５質量％を超え、かつ、４質量％未満の固体潤滑剤と、を含有し、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる組成を有している。
または、原料粉末において、脱酸剤として、微量のＰが含有されていても構わない。この際、原料粉末におけるＰの含有量は、全質量に対する質量比で、０．０５質量％未満とし、好ましくは、０．０４質量％未満とする。
すなわち、原料粉末について、原料粉末の全質量に対する質量比で、１０質量％を超え、かつ、２０質量％未満のＮｉと、１３質量％を超え、かつ、２０質量％未満のＺｎと、０．５質量％を超え、かつ、３質量％未満のＳｎと、０．５質量％を超え、かつ、４質量％未満の固体潤滑剤と、０．０５質量％未満（好ましくは、０．０４質量％未満）のＰと、を含有し、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる組成とする。
【００２９】
原料粉末の生成には、Ｃｕ粉末（純金属粉末）、Ｎｉ粉末（純金属粉末）、Ｚｎ粉末（純金属粉末）、Ｓｎ粉末（純金属粉末）、Ｃｕ−Ｎｉ合金粉末、Ｃｕ−Ｚｎ合金粉末、Ｃｕ−Ｓｎ合金粉末、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｚｎ合金粉末、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｎ合金粉末、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｚｎ−Ｓｎ合金粉末、及び、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｚｎ−Ｓｎ−Ｐ合金粉末のうち、一種類又は複数種類の粉末を組み合わせて使用することができる。
例えば、Ｃｕ粉末と、Ｎｉ粉末と、Ｃｕ−Ｚｎ合金粉末と、Ｓｎ粉末と、を使用して原料粉末を生成することにより、上記の組成を満たすことができる。
ここで、原料粉末におけるＮｉ及びＺｎの拡散が不十分であると、焼結体において、Ｎｉ及びＺｎの濃度が不均一となる。その結果、焼結体におけるＮｉ及びＺｎの濃度が低い部分において、腐食が発生し易くなる。
このため、金属粉末（粉末を構成する各粒子）の状態で、上記の組成に含まれる金属のうち、より多くの金属が均一に合金化されていることが好ましい。
したがって、原料粉末を生成する際には、複数の金属が合金化された合金粉末を使用することで、使用する金属粉末の種類を減らすことが好ましい。これによって、原料粉末におけるＮｉ及びＺｎの拡散が不十分となることを抑制できる。
したがって、原料粉末の生成に使用する粉末において、少なくとも一種類の合金粉末が含まれていることが好ましい。または、原料粉末の生成に使用する粉末において、二種類以上の合金粉末が含まれていることが好ましい。特に、原料粉末の生成に使用する粉末において、純金属粉末が含まれず、合金粉末のみが含まれていることが好ましい。
例えば、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｚｎ合金粉末と、Ｃｕ−Ｓｎ合金粉末と、を使用して原料粉末を生成することにより、合金粉末の組み合わせにより、上記の組成を満たすことができる。
本実施形態では、原料粉末の生成に使用する合金粉末として、一種類の合金粉末、すなわち、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｚｎ−Ｓｎ合金粉末を使用する。具体的には、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｚｎ−Ｓｎ合金粉末と、固体潤滑剤と、を使用して、原料粉末を生成する。または、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｚｎ−Ｓｎ−Ｐ合金粉末と、固体潤滑剤と、を使用して、原料粉末を生成する。これによって、原料粉末におけるＮｉ及びＺｎの拡散が不十分となることを、より確実に抑制できる。
固体潤滑剤としては、黒鉛（グラファイト）粉末、二硫化モリブデン粉末及び窒化ホウ素粉末のうち、一又は複数の粉末を組み合わせて使用することができる。
金型潤滑剤としては、ステアリン酸亜鉛、ステアリン酸リチウム等に代表される金属石鹸の粉末や、エチレンビスステアリン酸アミド等の脂肪酸アミドの粉末、又は、ポリエチレン等のワックス系潤滑剤の粉末を使用することができる。なお、金型潤滑剤は、これらに限定したものではない。
【００３０】
次に、原料粉末を圧縮成形して、圧粉体を形成する。
具体的には、生成した原料粉末を、金型内に収容する。そして、金型内に収容された原料粉末を、１００〜５００ＭＰａの圧力でプレス成形して、圧粉体を形成する。
次に、圧粉体を焼結して、焼結体を形成する。
具体的には、形成された圧粉体を、所定の雰囲気中において、所定の焼結温度により焼結した後に、所定の冷却速度で冷却して、焼結体を形成する。圧粉体を焼結することにより、隣接する金属粒子が拡散接合され、金属粒子が結合して、多孔質構造の焼結体（焼結金属）が形成される。
所定の雰囲気は、真空中、還元性ガス中（アンモニア分解ガス、水素ガス、エンドサーミックガス等）、不活性ガス中（窒素ガス、アルゴンガス等）、これらの還元性ガスと不活性ガスとの混合ガス中等であり、原料粉末の組成に応じて、適宜、選択される。
焼結温度は、７００〜１０５０℃の範囲内で、原料粉末の組成に応じて、適宜、選択される。
所定の冷却速度は、１５℃／ｍｉｎ以上とし、原料粉末の組成に応じて、適宜、選択される。本実施形態では、冷却速度を、３０℃／ｍｉｎとしている。これによって、焼結体の平均結晶粒径を、２０μｍ以下とすることが可能となる。
次に、焼結体にサイジングを施す。
具体的には、形成した焼結体を、金型内に収容する。そして、金型内に収容された焼結体にサイジング（再圧縮）を施して、再圧縮体を形成する。焼結体にサイジングを施すことにより、寸法精度が向上され、また、表面粗さが改善される。
次に、再圧縮体を洗浄して、加工によって生じた金属屑、サイジング用潤滑油等の汚れを除去する。
次に、洗浄された再圧縮体に潤滑油を含浸させる。これによって、焼結軸受２０が完成する。なお、焼結軸受２０では、潤滑油が含浸されていない構成としても構わない。
【００３１】
（焼結軸受２０の製造方法の作用・効果）
焼結軸受２０の製造方法では、洋白（Ｃｕ−Ｎｉ−Ｚｎ）をベースとする原料粉末により、焼結軸受が形成される。これによって、焼結軸受２０の耐水性・耐食性を向上することが可能となる。
また、焼結軸受２０の製造方法では、原料粉末において、固体潤滑剤が添加されている。これによって、焼結軸受２０の摺動性を向上することが可能となる。
また、焼結軸受２０の製造方法では、原料粉末において、Ｓｎが添加されている。これによって、焼結時における焼結性が高まり、焼結軸受２０の焼結強度を向上することが可能となり、その結果、固体潤滑剤の添加により低下する焼結強度を補うことが可能となる。
また、原料粉末において、Ｓｎが添加されていることによって、水中での脱亜鉛腐食の耐性を向上することが可能となる。
【００３２】
特に、焼結軸受２０の製造方法では、原料粉末において、Ｐが添加されていない。または、原料粉末におけるＰの添加量が、全質量に対する質量比で、０．０５質量％未満となっている。
これによって、焼結体を構成する結晶粒を微細化することができ、その結果、機械強度及び耐振動性を向上することが可能となる。また、焼結体において、Ｎｉ−Ｓｎ−Ｐの合金層の析出が抑制され、軸回転時に回転軸を傷つけることを防止することが可能となる。
さらに、焼結軸受２０の製造方法では、焼結体を構成する結晶粒の平均結晶粒径が、２０μｍ以下となっている。これによって、機械強度及び耐振動性が向上され、液体ポンプ（特に、自動車に搭載される液体ポンプ）のモータに配設される焼結軸受に要求される機械強度及び耐振動性を満たすことが可能となる。
また、焼結軸受２０の製造方法では、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｚｎ−Ｓｎ合金粉末と、固体潤滑剤粉末と、を混合して原料粉末が生成される。または、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｚｎ−Ｓｎ−Ｐ合金粉末と、固体潤滑剤粉末と、を混合して原料粉末が生成される。これによって、焼結体において、Ｎｉ、Ｚｎ等の各構成要素の濃度が不均一となることを防止でき、その結果、焼結体におけるＮｉ及びＺｎの濃度が低い部分が選択的に腐食される事態の発生を防止することが可能となる。
以上のように、焼結軸受２０の製造方法によれば、機械強度及び耐振動性を向上し、また、回転軸を傷つけることを防止することが可能となる。
ここで、原料粉末を構成する各要素（各元素）の作用・効果は、上記の通りである。
【００３３】
（実施例）
次に、本発明の実施例を説明する。
本発明の実施例として、４種類の焼結軸受（実施例１〜４）を製造した。また、比較例として、４種類の焼結軸受（比較例１〜４）を製造した。
実施例１〜４に係る焼結軸受は、本発明に係る組成の原料粉末を用いて製造されている。これによって、実施例１〜４に係る焼結軸受の焼結体は、本発明に係る組成を有している。
すなわち、実施例１〜３に係る焼結軸受の焼結体は、原料粉末（焼結体）の全質量に対する質量比で、１０質量％を超え、かつ、２０質量％未満のＮｉと、１３質量％を超え、かつ、２０質量％未満のＺｎと、０．５質量％を超え、かつ、３質量％未満のＳｎと、０．５質量％を超え、かつ、４質量％未満の固体潤滑剤と、を含有し、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる組成を有している。
一方、実施例４に係る焼結軸受の焼結体は、原料粉末（焼結体）の全質量に対する質量比で、１０質量％を超え、かつ、２０質量％未満のＮｉと、１３質量％を超え、かつ、２０質量％未満のＺｎと、０．５質量％を超え、かつ、３質量％未満のＳｎと、０．５質量％を超え、かつ、４質量％未満の固体潤滑剤と、０．０５質量％未満のＰと、を含有し、残部がＣｕ及び不可避的不純物からなる組成を有している。
また、実施例１〜４に係る焼結軸受では、原料粉末の生成に用いる粉末の組み合わせが互いに異なっている。
一方、比較例１〜４に係る焼結軸受は、本発明に係る組成とは異なる組成の原料粉末を用いて製造されている。これによって、比較例１〜４に係る焼結軸受の焼結体は、本発明に係る組成とは異なる組成を有している。具体的には、比較例１〜４に係る焼結軸受の焼結体（原料粉末）は、焼結体（原料粉末）の全質量に対する質量比で、０．０５質量％以上のＰを含んで構成されている。
また、比較例１〜４に係る焼結軸受では、原料粉末の生成に用いる粉末の組み合わせが互いに異なっている。
ここで、実施例１〜４に係る焼結軸受及び比較例１〜４に係る焼結軸受は、互いに同一の製造条件（製造工程、圧粉体を形成する際の圧力、焼結体を形成する際の雰囲気・焼結温度・冷却速度等）により製造されている。
具体的には、金型内に収容された原料粉末を、１００〜５００ＭＰａの圧力でプレス成形して、圧粉体を形成している。また、圧粉体を、アンモニア分解ガス中において、８００〜９５０℃の焼結温度で焼結した後に、３０℃／ｍｉｎの冷却速度で冷却することにより、焼結体を形成している。
以下、実施例１〜４に係る焼結軸受と比較例１〜４に係る焼結軸受との比較結果を詳細に説明する。
【００３４】
（各焼結軸受の組成）
図３は、実施例１〜４に係る焼結軸受の原料粉末の調合内容と、比較例１〜４に係る焼結軸受の原料粉末の調合内容と、を比較する図である。
なお、図３に示す各数字は、原料粉末の全体質量に対する各粉末（合金粉末又は固体潤滑）の質量の比率を示している（単位：質量％）。
また、各原料粉末の組成も質量％で表している。例えば、Ｃｕ−１４Ｎｉ−１４Ｚｎ−２Ｓｎ合金粉末は、１４質量％のＮｉと、１４質量％のＺｎと、２質量％のＳｎと、を含み、残部がＣｕである合金粉末を意味している。その他の合金粉末も同様である。
実施例１〜３に係る焼結軸受の原料粉末は、Ｃｕ−１４Ｎｉ−１４Ｚｎ−２Ｓｎ合金粉末と、黒鉛粉末（固体潤滑剤）と、から生成されている。
実施例４に係る焼結軸受の原料粉末はＣｕ−１４Ｎｉ−１４Ｚｎ−２Ｓｎ−０．０３Ｐ合金粉末と、黒鉛粉末（固体潤滑剤）と、から生成されている。
一方、比較例１〜３に係る焼結軸受の原料粉末は、Ｃｕ−１８Ｎｉ−１８Ｚｎ合金粉末と、Ｃｕ−１１Ｓｎ合金粉末と、Ｃｕ−８Ｐ合金粉末と、黒鉛粉末（固体潤滑剤）と、から生成されている。
また、比較例４に係る焼結軸受の原料粉末は、Ｃｕ−１８Ｎｉ−１８Ｚｎ合金粉末と、Ｃｕ−８Ｐ合金粉末と、黒鉛粉末（固体潤滑剤）と、から生成されている。
具体的には、図３に示すように、実施例１に係る焼結軸受の原料粉末は、原料粉末（焼結体）の全質量に対する質量比で、９７．５質量％のＣｕ−１４Ｎｉ−１４Ｚｎ−２Ｓｎ合金粉末と、２．５質量％の黒鉛粉末と、を攪拌混合することにより生成されている。
実施例２に係る焼結軸受の原料粉末は、原料粉末（焼結体）の全質量に対する質量比で、９６．５質量％のＣｕ−１４Ｎｉ−１４Ｚｎ−２Ｓｎ合金粉末と、３．５質量％の黒鉛粉末と、を攪拌混合することにより生成されている。
実施例３に係る焼結軸受の原料粉末は、原料粉末（焼結体）の全質量に対する質量比で、９９．４質量％のＣｕ−１４Ｎｉ−１４Ｚｎ−２Ｓｎ合金粉末と、０．６質量％の黒鉛粉末と、を攪拌混合することにより生成されている。
実施例４に係る焼結軸受の原料粉末は、原料粉末（焼結体）の全質量に対する質量比で、９７．５質量％のＣｕ−１４Ｎｉ−１４Ｚｎ−２Ｓｎ−０．０３Ｐ合金粉末と、２．５質量％の黒鉛粉末と、を攪拌混合することにより生成されている。
比較例１に係る焼結軸受の原料粉末は、原料粉末（焼結体）の全質量に対する質量比で、７５．５質量％のＣｕ−１８Ｎｉ−１８Ｚｎ合金粉末と、２０．０質量％のＣｕ−１１Ｓｎ合金粉末と、２．０質量％のＣｕ−８Ｐ合金粉末と、２．５質量％の黒鉛粉末と、を攪拌混合することにより生成されている。
比較例２に係る焼結軸受の原料粉末は、原料粉末（焼結体）の全質量に対する質量比で、７３．５質量％のＣｕ−１８Ｎｉ−１８Ｚｎ合金粉末と、２０．０質量％のＣｕ−１１Ｓｎ合金粉末と、２．０質量％のＣｕ−８Ｐ合金粉末と、４．５質量％の黒鉛粉末と、を攪拌混合することにより生成されている。
比較例３に係る焼結軸受の原料粉末は、原料粉末（焼結体）の全質量に対する質量比で、５０．０質量％のＣｕ−１８Ｎｉ−１８Ｚｎ合金粉末と、４５．５質量％のＣｕ−１１Ｓｎ合金粉末と、２．０質量％のＣｕ−８Ｐ合金粉末と、２．５質量％の黒鉛粉末と、を攪拌混合することにより生成されている。
比較例4に係る焼結軸受の原料粉末は、原料粉末（焼結体）の全質量に対する質量比で、９３．５質量％のＣｕ−１８Ｎｉ−１８Ｚｎ合金粉末と、４．０質量％のＣｕ−８Ｐ合金粉末と、２．５質量％の黒鉛粉末と、を攪拌混合することにより生成されている。
【００３５】
図４は、実施例１〜４に係る焼結軸受の原料粉末（焼結体）の組成と、比較例１〜４に係る焼結軸受の原料粉末（焼結体）の組成と、を比較する図である。
なお、図４に示す各数字は、原料粉末（焼結体）の全体質量に対する各元素（合金粉末又は固体潤滑剤）の質量の比率を示している（単位：質量％）。
図４に示すように、実施例１に係る焼結軸受の原料粉末の組成は、原料粉末の全質量に対する質量比で、６８．３質量％のＣｕと、１３．７質量％のＮｉと、１３．７質量％のＺｎと、２．０質量％のＳｎと、２．５質量％のＣと、から構成されている。
実施例２に係る焼結軸受の原料粉末の組成は、原料粉末の全質量に対する質量比で、６７．６質量％のＣｕと、１３．５質量％のＮｉと、１３．５質量％のＺｎと、１．９質量％のＳｎと、３．５質量％のＣと、から構成されている。
実施例３に係る焼結軸受の原料粉末の組成は、原料粉末の全質量に対する質量比で、６９．６質量％のＣｕと、１３．９質量％のＮｉと、１３．９質量％のＺｎと、２．０質量％のＳｎと、０．６質量％のＣと、から構成されている。
実施例４に係る焼結軸受の原料粉末の組成は、原料粉末の全質量に対する質量比で、６８．３質量％のＣｕと、１３．７質量％のＮｉと、１３．７質量％のＺｎと、２．０質量％のＳｎと、０．０３質量％のＰと、２．５質量％のＣと、から構成されている。
比較例１に係る焼結軸受の原料粉末の組成は、原料粉末の全質量に対する質量比で、６８．０質量％のＣｕと、１３．６質量％のＮｉと、１３．６質量％のＺｎと、２．２質量％のＳｎと、０．２質量％のＰと、２．５質量％のＣと、から構成されている。
比較例２に係る焼結軸受の原料粉末の組成は、原料粉末の全質量に対する質量比で、６６．７質量％のＣｕと、１３．２質量％のＮｉと、１３．２質量％のＺｎと、２．２質量％のＳｎと、０．２質量％のＰと、４．５質量％のＣと、から構成されている。
比較例３に係る焼結軸受の原料粉末の組成は、原料粉末の全質量に対する質量比で、７４．３質量％のＣｕと、９．０質量％のＮｉと、９．０質量％のＺｎと、５．０質量％のＳｎと、０．２質量％のＰと、２．５質量％のＣと、から構成されている。
比較例４に係る焼結軸受の原料粉末の組成は、原料粉末の全質量に対する質量比で、６３．５質量％のＣｕと、１６．８質量％のＮｉと、１６．８質量％のＺｎと、０．３質量％のＰと、２．５質量％のＣと、から構成されている。
【００３６】
（各焼結軸受の金属組織）
図５は、実施例に係る焼結軸受の金属組織の一例を示す図である。図６は、比較例に係る焼結軸受の金属組織の一例を示す図である。
実施例１〜４及び比較例１〜４に係る各焼結軸受について、エッチング液に浸し、エッチング後の金属組織をマイクロスコープにより観察した。実施例の一例として、実施例１に係る焼結軸受の金属組織を図５に、比較例の一例として、比較例１に係る焼結軸受の金属組織を図６に示す。
図５は、エッチング後の実施例１に係る焼結軸受の金属組織を、マイクロスコープにより観察した写真を示している。
図６は、エッチング後の比較例１に係る焼結軸受の金属組織を、マイクロスコープにより観察した写真を示している。
また、図６では、Ｎｉ−Ｓｎ−Ｐ合金層を、符号「Ａ」により示している。図６に示すように、比較例１に係る焼結軸受の金属組織では、Ｎｉ−Ｓｎ−Ｐの合金層が析出していることが判る。これによって、比較例１に係る焼結軸受では、軸回転時において、回転軸を傷つける恐れがある。
一方、図５に示すように、実施例1に係る焼結軸受の金属組織では、Ｎｉ−Ｓｎ−Ｐの合金層が析出していないことが判る。これによって、実施例１に係る焼結軸受によれば、軸回転時に回転軸を傷つけることを防止することができる。
また、図７はエッチング後の実施例４に係る焼結軸受の金属組織を、マイクロスコープにより観察した写真を示している。図４に示すように、実施例４に係る焼結軸受の原料粉末の組成は、原料粉末の全質量に対する質量比で、０．０３質量％のＰを含有している。しかしながら、図７に示すように、実施例４に係る焼結軸受の金属組織では、Ｎｉ−Ｓｎ−Ｐの合金層が析出していないことが判る。これによって、実施例４に係る焼結軸受によれば、軸回転時に回転軸を傷つけることを防止することができる。
また、図５〜図７に示すように、実施例１，４に係る焼結軸受の平均結晶粒径は、比較例１に係る焼結軸受の平均結晶粒径と比較して小さいことが判る。
具体的には、実施例１に係る焼結軸受の平均結晶粒径は、８．１μｍであることが確認され、また、実施例２に係る焼結軸受の平均結晶粒径は、８．７μｍであることが確認された。実施例３に係る焼結軸受の平均結晶粒径は、８．５μｍであることが確認され、また、実施例４に係る焼結軸受の平均結晶粒径は、８．３μｍであることが確認された。
一方、比較例１に係る焼結軸受の平均結晶粒径は、２８．４μｍであることが確認され、また、比較例２に係る焼結軸受の平均結晶粒径は、２７．８μｍであることが確認された。
比較例３に係る焼結軸受の平均結晶粒径は、２８．６μｍであることが確認され、また、比較例４に係る焼結軸受の平均結晶粒径は、３３．４μｍであることが確認された。
このように、実施例１〜４に係る焼結軸受では、平均結晶粒径が、２０μｍ以下となっていることが判る。一方、比較例１〜４に係る焼結軸受では、平均結晶粒径が、２０μｍを超えていることが判る。
これによって、実施例１〜４に係る焼結軸受によれば、比較例１〜４に係る焼結軸受と比較して、機械強度及び耐振動性が高くなる。
【００３７】
（各元素の濃度分析の結果）
図８は、実施例１に係る焼結軸受の断面をＥＤＸ(Ｅｎｅｒｇｙ  Ｄｉｓｐｅｒｓｉｖｅ  Ｘ−ｒａｙ  ｓｐｅｃｔｒｏｍｅｔｒｙ）により分析した結果を示している。
図８では、実施例１に係る焼結軸受の断面における各構成元素（Ｃｕ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｓｎ）の分布がマッピングされている。特に、図８では、色彩の違い（色の濃淡の違い）により、実施例１に係る焼結軸受の断面における各構成元素（Ｃｕ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｓｎ）の濃度（質量濃度％）が示されている。なお、図８では、色が薄いほど、濃度が濃いことを示している。
図８（ｂ）は、図８（ａ）に示す断面におけるＣｕの分布を示す。図８（ｃ）は、図８（ａ）に示す断面におけるＮｉの分布を示す。図８（ｄ）は、図８（ａ）に示す断面におけるＺｎの分布を示す。図８（ｅ）は、図８（ａ）に示す断面におけるＳｎの分布を示す。
図８（ｂ），（ｃ），（ｄ），（ｅ）に示すように、実施例１に係る焼結軸受では、各構成元素（Ｃｕ，Ｎｉ，Ｚｎ，Ｓｎ）が、均一に分散されていることが判る。
これによって、実施例１に係る焼結軸受では、焼結体において、Ｎｉ及びＺｎの濃度が低い部分が発生することが抑制され、その結果、Ｎｉ及びＺｎの濃度が低い部分が選択的に腐食する事態の発生を防止することが可能となる。
【００３８】
(焼結軸受の各特性)
図９は、実施例１〜４に係る焼結軸受の特性と、比較例１〜４に係る焼結軸受の特性とを比較する図である。
なお、図９では各特性(耐食性、圧環強度、耐振動性、摩擦係数)の優劣を記号(「◎」、「○」、「△」、「×」)により示している。この際、各記号は「◎」、「○」、「△」、「×」の順に、特性が優れていることを示している。特に「×」が付されている特性については、液体ポンプ用の軸受として求められる基準を満たしていないことを示している。
図９に示すように、実施例１〜４に係る焼結軸受は、耐食性、圧環強度、耐振動性、摩擦係数の各特性について、液体ポンプ用の軸受として求められる基準を満たしていることが判る。
一方、図４に示すように、比較例１に係る焼結軸受の原料粉末では、全質量に対する質量比で、０．２質量％のＰが添加されていることにより、焼結体の平均結晶粒径が、２８．４μｍと大きく、図９に示すように、耐振動性が不足していることが判る。また、耐食性においては、Ｃｕ−１８Ｎｉ−１８Ｚｎ合金粉末と、Ｃｕ−１１Ｓｎ合金粉末と、を用いているため、ＮｉやＺｎの濃度の低い部分が選択的に腐食されることが確認された。
また、図４に示すように、比較例２に係る焼結軸受の原料粉末では、Ｃ（固体潤滑剤）の含有量が、全質量に対する質量比で、４質量％以上とされている。これによって、比較例２に係る焼結軸受では、焼結強度が低下する。その結果、図９に示すように、比較例２に係る焼結軸受では、圧環強度が不足していることが判る。
一方、図４に示すように、比較例３に係る焼結軸受の原料粉末では、Ｎｉの含有量が、全質量に対する質量比で、１０質量％未満とされ、また、Ｚｎの含有量が、全質量に対する質量比で、１３質量％未満とされている。これによって、図９に示すように、比較例３に係る焼結軸受では、耐食性が不足していることが判る。
また、図４に示すように、比較例３に係る焼結軸受の原料粉末では、Ｓｎの含有量が、全質量に対する質量比で、３質量％以上とされている。これによって、比較例３に係る焼結軸受では、焼結時の寸法変化による歪みが生じ易く、また、硬質となるＮｉ−Ｓｎ−Ｐの合金層の析出が助長される。その結果、図９に示すように、比較例３に係る焼結軸受では、摩擦係数が大きくなっていることが判る。
一方、図４に示すように、比較例４に係る焼結軸受では、比較例１〜３に係る焼結軸受と比較して、原料粉末におけるＰの含有量が多い。すなわち、比較例４に係る焼結軸受の原料粉末では、Ｐの含有量が、全質量に対する質量比で、０．３質量％とされている。これによって、焼結体の平均結晶粒径が、３３．４μｍと大きく、耐振動性が不足していることが判る。また、図４に示すように、比較例４に係る焼結軸受の原料粉末では、Ｓｎが含まれていない。これによって、比較例４に係る焼結軸受では焼結強度が低下する。その結果、図９に示すように、比較例４に係る焼結軸受では圧環強度が低下していることが判る。
特に、図４に示すように、実施例２に係る焼結軸受では、実施例１に係る焼結軸受と比較して、原料粉末におけるＣ（固体潤滑剤）の含有量が多い。これによって、図９に示すように、実施例２に係る焼結軸受では、実施例１に係る焼結軸受と比較して、摩擦係数が低くなっていることが判る。したがって、摩擦係数の低減を優先する場合には、本発明に係る組成において、Ｃ（固体潤滑剤）の含有量を、３質量％以上、特に３．５質量％以上とすることが好ましい。
また、図４に示すように、実施例３に係る焼結軸受では、実施例１に係る焼結軸受と比較して、原料粉末におけるＣ（固体潤滑剤）の含有量が少ない。これによって、図９に示すように、実施例３に係る焼結軸受では実施例１に係る焼結軸受と比較して、圧環強度が向上していることが判る。したがって、圧環強度の向上を優先する場合には、本発明に係る組成において、Ｃ（固体潤滑剤）の含有量を、１質量％以下とすることが好ましい。
【符号の説明】
【００３９】
１      ウォーターポンプ
１０    ケーシング
２０    焼結軸受
３０    モータ
４０    インペラ
【図１】
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【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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