(57)【要約】      （修正有）【課題】潤滑油の継続的な供給機構を必要としていた環境において、潤滑油の供給を受けずとも利用できる摺動部材を提供する。【解決手段】硫化物を含み、かつ黒鉛粒子が分散され、摺動面となる表面に存在する空隙に潤滑油が含浸されている銅合金摺動部材とする。銅合金はＦeを0.3質量％以上6％以下、Ｓｎを3％以上16％以下、Ｓを0.3％以上3％以下、残部がＣｕと不純物からなる。摺銅部材はクランクプレスのスライダである銅合金ライナからなる。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅合金の摺動面を備えた銅合金摺動部材であって、
前記銅合金は硫化物を含み、かつ前記銅合金には黒鉛粒子が分散され、摺動面となる表面に存在する空隙に潤滑油が含浸されていることを特徴とする銅合金摺動部材。
【請求項２】
上記銅合金は、鉄を０．３質量％以上６．０質量％以下、スズを３．０質量％以上１６．０質量％以下、硫黄を０．３質量％以上３．０質量％以下含有し、残分が銅と残余成分であり、上記黒鉛粒子の質量が上記銅合金との合計質量の内、０．５％以上、１０％以下である、請求項１に記載の銅合金摺動部材。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の上記銅合金摺動部材である摺動部材がクランクプレスのスライドを支持するライナである、銅合金ライナ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、銅合金製の摺動部材に関する。特に、回転するクランク軸によりスライドを昇降させるクランクプレスのスライドが摺動するギブライナを始めとする銅合金ライナに関する。
【背景技術】
【０００２】
摺動面を有する摺動部材には、種々の銅合金が用いられている。銅合金は鉄に較べて比較的柔らかく摺動部材に向いているが、高速、高圧環境での摺動に長時間耐えるためには、継続的な潤滑油の供給を必要とする場合が多い。
【０００３】
例えば、特許文献１に記載されたクランクプレスでは、図２において昇降するスライド（８）は、実際にはスライド（８）を高精度な位置でワークをプレスさせるために、周囲に設けられたガイドによって案内されるが、当然にスライドとガイドとが摺動するため、ガイドに銅合金製のギブライナを取り付けて、焼き付きを防いでいる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１２−６０５７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、クランクプレスの高精度で高速かつ連続的な運転環境を維持するためには、そのギブライナから潤滑油を補充し続けなければならなかった。また、クランクプレスに限らず、潤滑油の供給を必要とする摺動部材は多々あるものの、潤滑油の供給及び回収経路を設けるために機械が複雑化し、製造時の歩留まりを下げたり、加工の際の工数を上げると言った問題があった。
【０００６】
そこでこの発明は、従来であれば潤滑油の継続的な供給機構を必要としていた環境において、潤滑油の供給を受けずとも利用できる摺動部材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】
【０００７】
この発明は、硫化物を含み、かつ黒鉛粒子が分散され、摺動面となる表面に存在する空隙に潤滑油が含浸されている銅合金摺動部材により上記の課題を解決したのである。
【０００８】
銅合金を焼結させる際に硫化物を含み、これが表面に露出していると固体潤滑剤として働く。また、焼結させる際の材料中に黒鉛粒子が含まれていると、銅合金を構成する成分と固溶せずに、組織の内部で分散することになる。この組織内で分散した黒鉛粒子は摺動されるにつれて組織内の領域から周囲に拡散していき、やはり固体潤滑剤として働く。さらにこれに加えて、表面空隙に潤滑油が含浸される。
【０００９】
このようにして潤滑油を含浸させた摺動部材は、組織の表面に分散して存在する硫化物と黒鉛粒子によって固体潤滑されるとともに、それらの析出部分を含む表面空隙から徐々に潤滑油が滲み出てくることによって、外部からの潤滑油の供給が無くても、良好な潤滑性能を維持することができる。
【発明の効果】
【００１０】
この発明にかかる銅合金摺動部材により、クランクプレスなどの摺動面を保持しなければならない機械において、潤滑油の供給機構を設けなくても、摺動面を保持することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明に係る銅合金摺動部材の例であるクランクプレスの一実施形態の概略縦断面図
【図２】図１のII−II線断面図
【図３】実施例で得られた黒鉛粒子分散型銅合金材料の表面写真
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、この発明について詳細に説明する。この発明は、硫化物を含み、黒鉛粒子が分散され、表面に存在する空隙に潤滑油が含浸された銅合金系摺動部材である。この摺動部材を構成する黒鉛粒子分散銅合金は、一般的な銅合金の製造と同じく材料を焼結して製造する際に、銅合金を構成する元素の材料とともに、所定量の黒鉛粒子を混合させた上で焼結することにより得ることができる。
【００１３】
本発明は硫化物が銅合金の組織内で少なくとも一部が特定の領域に偏在して析出していることが必要である。硫化物自体は合金中のどの元素との硫化物でもある程度効果がある。このような硫化物を析出させるため、本発明にかかる銅合金摺動部材の材料には所定量の硫黄が含まれている必要がある。この硫黄の量の最適な範囲は、銅合金に含まれる他の元素との組み合わせにより上限下限ともに前後すると考えられるが、少なくとも銅合金のうち０．２質量％以上を占めていなければ、析出される硫化物が少なすぎて固体潤滑性の向上効果が見込みにくいため、０．２質量％以上であると好ましい。一方で５．０質量％を越えると銅合金との相性上、銅合金の強度を低下させすぎてしまう恐れがあるため、５．０質量％以下であることが好ましい。
【００１４】
一方、この発明にかかる銅合金摺動部材には、黒鉛粒子が分散している必要がある。生成時に焼結させるため、ここで用いる黒鉛粒子の材料は、粉末冶金用黒鉛を用いることが望ましい。耐熱性が無いと加熱時に変性して固体潤滑性能を十分に発揮できなくなるおそれがあるためである。
【００１５】
この銅合金摺動部材に対して分散させる黒鉛粒子の量は、銅合金との合計質量の内、０．５％以上１０％以下であると好ましい。０．５％より少なすぎると固体潤滑性能がほとんど発揮されなくなってしまう。一方で１０％を越えると黒鉛粒子が多すぎて、摺動部材の強度が保てなくなるおそれが生じる。
【００１６】
この銅合金摺動部材に対して分散させる黒鉛粒子の粒径は、２μｍ以上２００μｍ以下であると好ましい。小さすぎると摺動性の向上効果が十分に発揮されない。一方で大きすぎると銅合金の組織を脆弱化させてしまう。
【００１７】
この発明にかかる銅合金摺動部材は、体積に占める空隙が５％以上あると好ましい。空隙が少なすぎると、内部に潤滑油を蓄えられる容積も少なすぎて長時間の摺動を維持できなくなる。また、空隙が少ないことで、含浸させにくく、摺動中における滲み出しの効率も悪くなってしまう。一方で、空隙が２０％を越えると、銅合金自体の強度不足のために、摺動部材が破損しやすくなってしまう。このため、空隙が占める体積は銅合金部分の２０％以下であることが好ましい。
【００１８】
このような空隙率を達成するために、この発明にかかる摺動部材に用いる銅合金を調製する際には、内部に空隙を有する粉末の混合体を焼結することが望ましい。粉体の間に存在する空隙が焼結時に変形しながらも残存することで、表面空隙から合金組織の内部の隙間まで潤滑油が通るルートが残ることになる。
【００１９】
本発明の実施形態の一つとして、単独でも摺動性が高い硫黄含有銅合金と黒鉛粒子との分散混合材料について説明する。以下の合金の構成はあくまで一例であり、本発明はこれに限られる物ではない。この実施形態で合金部分に用いる銅合金は、スズ、鉄、硫黄を所定量含有し、残分が銅と不純物とからなる銅合金である。
【００２０】
本実施形態にかかる上記銅合金は、スズを３．０質量％以上含むと好ましい。スズは銅合金のマトリックス強度を向上させ、耐摩耗性と耐食性を向上させ、かつ、摺動特性を良好に保つ効果があるが、３．０質量％未満であると、これらの効果が不十分となるおそれがある。一方で、スズの含有量は１６．０質量％以下であると好ましい。１６．０質量％を超えると、相手材を著しく摩耗させてしまい、良好な摺動特性が得られない可能性がある。
【００２１】
本実施形態にかかる上記銅合金は、鉄を０．３質量％以上含むと好ましい。鉄は、後述する硫黄とともに、上記銅合金の摺動性を向上させるＦｅ−Ｓ系化合物を形成する。必要な摺動性を確保するために必要な量のＦｅ−Ｓ系化合物が形成されるには、鉄が０．３質量％以上含むと好ましいからである。一方で、鉄の含有量は６．０質量％以下であると好ましい。鉄の含有量が６．０質量％を超えると、上記銅合金の硬度が上がりすぎてしまい、摺動部材として用いたときに、相手材を攻撃して摩耗させてしまうおそれが高くなるためである。
【００２２】
本実施形態にかかる上記銅合金は、硫黄を０．３質量％以上含むと好ましい。硫黄は銅、鉄、又はそれらの両方と反応して上記の硫化物を形成する。この硫化物は、グラファイトや二硫化モリブデンと同様に固体潤滑性を有しており、摩擦係数を低下させ、なじみを良好にし、摺動状態において良好な摺動特性を付与するものとなる。また、これらの硫化物があることにより、上記銅合金は切削の際に切り屑が寸断された短い切粉となるので、切削に用いる刃物に巻き付いたりするといったことが起こりにくく、切削性を向上させることもできる。硫黄が０．３質量％未満であると、これらの効果が得られないか、又は不十分となるおそれがある。一方で、３．０質量％を超えると硫黄が強度を低下させるおそれが高くなってしまうので、３．０質量％以下であると好ましい。さらに、Ｃｕ−Ｓの金属状態図から、十分な摺動性能を発揮させるためには、１．５質量％以下であるとより好ましい。
【００２３】
本実施形態にかかる上記銅合金は、上記の元素と残分である銅以外に、その他の残余成分を含んでいても良い。この残余成分としては、微少成分ながら上記銅合金の有効な性質を阻害することなくさらに有益な効果を付与するために意図的に含めても良い成分や、不可避的に含まれてしまう不純物であって、上記銅合金の特性を阻害しない程度に含まれるものなどがある。
【００２４】
本実施形態にかかる上記銅合金は、上記残余成分として、リンを０．０１質量％以上含んでいてもよい。リンは、脱酸剤として作用し、ガス欠陥等の発生を抑制し、銅合金の健全性を高める効果がある。ただし、０．０１質量％未満であるとその効果が不十分になってしまう。一方で、リンの含有量は０．３質量％以下であると好ましい。０．３質量％を超えてリンが存在すると、鉄との間にＦｅ−Ｐ化合物を形成して、銅合金全体の硬度が増加しすぎてしまい、耐焼き付き性が低下してしまうためである。
【００２５】
上記の不純物は、環境に配慮してリサイクル材料を用いる場合や、上記銅合金の調製や摺動部材の鋳造において設備を共有する場合に、不可避的に含まれてしまう成分である。もちろん、物性上はこの不純物の含有量は少ないほど好ましく、無いことがより好ましいが、ゼロにすることは困難である。
【００２６】
上記不純物として本実施形態にかかる上記銅合金に含まれる鉛の量は、０．２５質量％以下であると好ましい。鉛は人体に与える影響が無視できない場合があるので、上記銅合金に含まれる鉛の量は少ないほど好ましく、検出限界未満であるとより好ましい。０．２５質量％を超えると、摺動部材を切削する際に出る切削分の処理や、上記銅合金を再利用するにあたっても、鉛の存在を無視できなくなるおそれがある。
【００２７】
また、上記不純物として本実施形態にかかる上記銅合金に含まれるモリブデンの量は、０．０１質量％以下であると好ましく、検出限界未満であるとより好ましい。モリブデンが上記銅合金に硫黄と結合した二硫化モリブデンとして含まれていると、上記銅合金の調製時や、摺動部材の製造時、及び摺動部材の使用時に、二硫化モリブデンが酸化されて意図せぬ硫黄分が生じてしまい、上記銅合金を侵すおそれがあるためである。
【００２８】
この他、上記不純物として本実施形態にかかる上記銅合金に含まれうる元素としては、ニッケル、銀、炭素、ジルコニウム、マンガン、ビスマス、インジウム、セレン、アルミニウム、酸素、ホウ素、タングステン、亜鉛、アンチモン、シリコンなどが挙げられるが、これらの含有量はいずれも０．０１質量％未満であると好ましく、検出限界未満であるとより好ましい。これらの中でも特に、ニッケルが多いと上記銅合金の硬度が上がってしまい、銀が多いと上記銅合金だけでは固体潤滑剤として不十分で潤滑油と併用する必要が生じてしまい、炭素が多いと上記銅合金から脱落するおそれがある。
【００２９】
なお、ここで記載した本実施形態にかかる上記銅合金の成分量は、製造段階での原料の混合比ではなく、原料を溶融して得られる銅合金部分のうち、黒鉛の重量を省いた質量混合比である。また、黒鉛粒子と上記の元素を除いた残分は銅である。
【００３０】
この発明にかかる摺動部材は、一般的な鋳造法や粉末冶金法において、材料に黒鉛粒子を含有させることより加熱溶融、焼結等することにより製造することができる。焼結温度は８００℃以上であると好ましい。８００℃未満だと組織の生成が不十分であり、摺動性能が発揮されきらないだけでなく、強度も低下してしまうおそれが高い。一方で１１００℃を越えると、黒鉛粒子を含むいくつかの元素が変性して合金中から離脱したり、その他予期せぬ変性を起こすおそれもあるため、１１００℃以下で焼結するのが好ましい。また、黒鉛粒子が酸化して二酸化炭素になることをできるだけ防ぐために、還元雰囲気下で焼結させるのが好ましい。焼結形態としては特に限定するものではなく、例えば、鋼の板上に粉末を載せて焼結させたバイメタルとし、焼結された部分を研磨するとよい。
【００３１】
また、この発明にかかる摺動部材は、焼結後に表面をやすり、サンドペーパーその他の素材で研磨して、表面の表面空隙以外の凹凸を出来るだけ減らして平坦にしておくことが摺動性向上の点から望ましい。
【００３２】
さらに、この発明にかかる摺動部材は、上記の焼結後、又はその研磨後に、潤滑油に接触させて上記の空隙から内部の隙間に潤滑油を含浸させることが必要である。また、潤滑油の粘度は、ＩＳＯ粘度グレードで、１０ｃＳｔ以上５００ｃＳｔ以下（４０°Ｃ）であると好ましい。なお、この際潤滑油が含浸される範囲は表面のみでその効果を発揮するが、銅合金全体に含浸させるものとしても良い。
粘度が高すぎると上記の空隙から合金組織の隙間に入っていかなくなってしまう。一方で粘度が低すぎると摺動時に速やかに漏出して摺動性能の維持が難しくなってしまう。
【００３３】
この発明にかかる銅合金摺動部材として具体的に用いる機械用部材としては、例えば図１及び図２に記載のクランクプレスＰのギブライナ１０が挙げられる。
【００３４】
この実施形態のクランクプレスＰも、従来と同様に、平面視四角形の四角に立設された支柱１内にスライド２を昇降自在に設けている。このスライド２はクランク軸５にコンロッド６及び支軸７を介して連結されており、クランク軸５の回転に伴い、図１の鎖線状態と実線状態の間を上下に昇降する。このため、スライド２のボルスタ３ａ下面と支柱１下部のボルスタ３ｂ上面に所要の金型を取付け、その金型間にワークを設置すれば、スライド２の昇降によって金型を介してワークがプレス成形される。
【００３５】
そのスライド２の昇降する範囲に対応する支柱１表面にガイド４がボルト（ビス）止めされている。そのガイド４のスライド２との摺動面にこの発明に係る銅合金摺動部材であるギブライナ１０、１０’がボルト止めによって取付けられている。図中、８は上下方向のタイロッドである。
【００３６】
平面視四角形の四角に立設された支柱１内にスライド２を昇降自在に設け、そのスライド２下面と支柱１下部の両ボルスタ３ａ、３ｂに所要の金型（図示せず）を取付け、その金型間にワークを設置し、スライド２の昇降（図１の実線と鎖線状態）によって金型を介してワークをプレス成形するものである。
【００３７】
従来の潤滑油供給形のクランクプレスＰでは、このギブライナ１０には潤滑油の流通溝を形成させて随時潤滑油を導入しておくだけでなく、油溜まりや飛散防止機構などを設けておく必要があったが、この発明にかかる銅合金摺動部材を用いることにより、潤滑油の供給にかかるそれらの機構を省くことができる。
【実施例】
【００３８】
以下、この発明を具体的に実施した例について説明する。次の表１に記載の質量％だけそれぞれの元素を含む銅合金と黒鉛粒子を、黒鉛粒子が銅合金との合計質量の内、０．５％以上１０％以下となるように材料を混合し、約１０００℃の温度で焼結した。黒鉛粒子を混合させる前の材料粉末の見掛け密度は２．５Ｍｇ／ｍ３であった。
【００３９】
【表１】
2015021176.tif 000002
【００４０】
このようにして得られた黒鉛粒子分散型銅合金材料の表面写真を図３に示す。この銅合金材料に潤滑油を十分に含浸させた。
【符号の説明】
【００４１】
Ｐ  クランクプレス
１  支柱
２  スライド
３ａ，３ｂ  ボルスタ
４  スライドのガイド
５  クランク軸
６  コンロッド
８  タイロッド
１０  ギブライナ
【図１】
2015021176.tif 000003
【図２】
2015021176.tif 000004
【図３】
2015021176.tif 000005