(57)【要約】【課題】黒鉛や二硫化モリブデン等の固体潤滑剤を使用しないでも優れた摩擦摩耗特性を発揮する銅系含油焼結摺動部材を提供すること。【解決手段】銅系含油焼結摺動部材は、銅を主成分とする焼結マトリックス体に無機リン酸塩が分散含有されていると共にその空孔に潤滑油が含浸された銅系含油焼結摺動部材と相手材との摺動において、相手材表面に焼結マトリックス体に分散含有された無機リン酸塩の薄い被膜を形成でき、この被膜を介しての摺動に移行できる結果、空孔に含浸された潤滑油であって摺動面間に介在する潤滑油と相俟って優れた摩擦摩耗特性を発揮する。【選択図】なし【特許請求の範囲】
【請求項１】
銅系含油焼結摺動部材であって、銅を主成分とする焼結マトリックス体に無機リン酸塩が分散含有されていると共にその空孔に潤滑油が含浸されていることを特徴とする銅系含油焼結摺動部材。
【請求項２】
無機リン酸塩として、ピロリン酸マグネシウム、ピロリン酸カルシウム及び第三リン酸アルミニウムの少なくとも一つが分散含有されている請求項１に記載の銅系含油焼結摺動部材。
【請求項３】
無機リン酸塩は、焼結マトリックス体に０．５〜５重量％の割合で分散含有される請求項１又は２に記載の銅系含油焼結摺動部材。
【請求項４】
焼結マトリックス体は、錫０．５〜１５重量％と、残部銅からなる請求項１から３のいずれか一項に記載の銅系含油焼結摺動部材。
【請求項５】
焼結マトリックス体は、錫０．５〜１５重量％と、亜鉛、ニッケル、鉄、コバルト、マンガン、アルミニウム、珪素及び燐から選択される少なくとも一種０．１〜４５重量％と、残部銅とからなる請求項１から３のいずれか一項に記載の銅系含油焼結摺動部材。
【請求項６】
潤滑油は、焼結マトリックス体の空孔に、当該焼結マトリックス体の全容積に対して５〜３０容積％含浸されている請求項１から５のいずれか一項に記載の銅系含油焼結摺動部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、銅系含油焼結摺動部材、詳しくは黒鉛や二硫化モリブデン等の固体潤滑剤を使用しないでも摩擦摩耗特性に優れる銅系含油焼結摺動部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
【非特許文献１】日本工業規格ＪＩＳＺ２５５０（液体潤滑剤を含浸した軸受用材料）
【特許文献１】特開昭５５−１３４１４７号公報
【特許文献２】特公昭６０−４６１６１号公報
【０００３】
一般に、含油焼結軸受は、多孔質金属焼結マトリックス体の空孔（気孔）に潤滑油を含浸させたものからなり、代表的な含油焼結軸受は、ＪＩＳ規格にも規定されている錫（Ｓｎ）９〜１１重量％と黒鉛（Ｇｒ）０．５〜２．０重量％、その他２重量％以下、残部銅（Ｃｕ）からなるものが知られている（非特許文献１所載）。また、黒鉛に代わる固体潤滑剤として二硫化モリブデンを含有した銅系含油焼結軸受も提案されている（特許文献１所載）。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
固体潤滑剤として二硫化モリブデン（ＭｏＳ２）を使用し、これを金属粉末と共に混合して成形し焼結する方法では、７００℃を超える焼結温度で、焼結中にモリブデン（Ｍｏ）と硫黄（Ｓ）とに熱分解し、二硫化モリブデンが本来具有する層状構造による潤滑性が低下するという問題がある。この問題を解決する方法として、二硫化モリブデンの表面を銅等で被覆した被銅二硫化モリブデンを用いる試みも提案されているが、被銅二硫化モリブデンの粉末は高価であるという問題がある。また、他の解決方法として、燐（Ｐ）を配合することにより焼結温度を下げる試みも提案されているが、燐の配合は、金属焼結マトリックス体に脆い燐化合物の生成を余儀なくし、金属焼結マトリックス体の強度低下を惹起したり、摺動性能を低下させるなどの問題がある。
【０００５】
本発明は、上記諸点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、黒鉛や二硫化モリブデン等の固体潤滑剤を使用しないでも優れた摩擦摩耗特性を発揮する銅系含油焼結摺動部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の銅系含油焼結摺動部材は、銅を主成分とする焼結マトリックス体に無機リン酸塩が分散含有されていると共にその空孔に潤滑油が含浸されていることを特徴とする。
【０００７】
本発明の銅系含油焼結摺動部材によれば、銅を主成分とする焼結マトリックス体に分散含有された無機リン酸塩の作用により、該銅系含油焼結摺動部材と相手材との摺動において相手材表面に焼結マトリックス体に分散含有された無機リン酸塩の薄い被膜が形成され、摺動がこの被膜を介して行われる結果、空孔に含浸された潤滑油であって摺動面間に介在することになる潤滑油と相俟って優れた摩擦摩耗特性を発揮する。焼結によって得られる摺動部材ではその摺動面に完全な液体潤滑被膜は形成され難く金属接触を伴う境界潤滑であるから、相手材表面に被膜が形成されることはかじり又は焼付きを生じ難くする。
【０００８】
本発明では、無機リン酸塩の好ましい例として、ピロリン酸マグネシウム、ピロリン酸カルシウム及び第三リン酸アルミニウムの少なくとも一つが選択され、焼結マトリックス体に０．５〜５重量％の割合で分散含有されているとよい。
【０００９】
焼結マトリックス体は、錫０．５〜１５重量％と残部銅とからなるものがよい。
【００１０】
また、焼結マトリックス体としては、錫０．５〜１５重量％と、強化元素として亜鉛、ニッケル、鉄、コバルト、マンガン、アルミニウム、珪素及び燐から選択される少なくとも一種０．１〜４５重量％と、残部銅とからなるものであってもよい。これら亜鉛、ニッケル、鉄、コバルト、マンガン、アルミニウム、珪素及び燐は、錫と銅とからなる銅系焼結マトリックス体を強度、靭性、機械的強度及び耐摩耗性に関して強化する作用を発揮する。
【００１１】
焼結マトリックス体の空孔には、好ましくは、当該焼結マトリックス体の全容積に対して潤滑油が５〜３０容積％の割合で含浸されている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、銅を主成分とする焼結マトリックス体に無機リン酸塩が分散含有されていると共にその空孔に潤滑油が含浸された銅系含油焼結摺動部材と相手材との摺動において、相手材表面に焼結マトリックス体に分散含有された無機リン酸塩の薄い被膜を形成でき、この被膜を介しての摺動に移行できる結果、空孔に含浸された潤滑油であって摺動面間に介在する潤滑油と相俟って優れた摩擦摩耗特性を発揮する銅系含油焼結摺動部材を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
本発明の銅系含油焼結摺動部材は、銅を主成分とする焼結マトリックス体に無機リン酸塩が分散含有されていると共にその空孔に潤滑油が含浸されてなる。
【００１４】
斯かる銅系含油焼結摺動部材において、好ましい例では、銅を主成分とする焼結マトリックス体に分散含有される無機リン酸塩としては、ピロリン酸マグネシウム（Ｍｇ２Ｐ２Ｏ７）、ピロリン酸カルシウム（Ｃａ２Ｐ２Ｏ７）及び第三リン酸アルミニウム（Ａｌ３ＰＯ４）の少なくとも一つが選択されて使用される。
【００１５】
これら無機リン酸塩は、それ自体は黒鉛や二硫化モリブデンのような固体潤滑作用を示す物質ではないが、銅を主成分とする焼結マトリックス体に分散含有されることにより、相手材（軸）との摺動において、相手材表面に移着して薄い被膜を形成し、この被膜を介しての摺動に移行させることになり、摺動面間に介在する潤滑油と相俟って、焼結摺動部材に優れた摩擦摩耗特性を発揮させることができる。
【００１６】
無機リン酸塩の焼結マトリックス体に分散含有される割合は、０．５〜５重量％であるとよい。０．５重量％未満では、上記作用が充分発揮されず、また５重量％を超えると焼結マトリックス体の強度、靭性、機械的強度及び耐摩耗性に関しての強度低下をきたす。
【００１７】
焼結マトリックス体としては、錫成分０．５〜１５重量％と残部銅成分とからなる焼結マトリックス体が好ましい。錫成分は、主成分をなす銅成分と合金化して銅−錫合金を形成し、焼結マトリックス体の地の強度、靭性、機械的強度及び耐摩耗性の向上に寄与する。錫成分はその配合量が０．５重量％未満では上述した効果が充分発揮されず、また１５重量％を超えて配合すると焼結性に悪影響を及ぼす。錫成分は、銅成分に対し錫成分単体で配合してもよいが、例えば銅−２０％錫合金の形態で配合してもよい。
【００１８】
また、焼結マトリックス体としては、上記錫成分０．５〜１５重量％と残部銅成分とに対し、亜鉛成分、ニッケル成分、鉄成分、コバルト成分、マンガン成分、アルミニウム成分、珪素成分及び燐成分から選択される少なくとも一種のマトリックス強化成分を０．１〜４５重量％含有してもよい。マトリックス強化成分の配合量が０．１重量％未満では、マトリックス体の強度、靭性、機械的強度及び耐摩耗性の強化には充分でなく、また４５重量％超えて配合するとマトリックス体の硬度が高くなり過ぎて摺動部材として使用するには不適当となる。
【００１９】
これらマトリックス強化成分の亜鉛成分、ニッケル成分、鉄成分、コバルト成分、マンガン成分、アルミニウム成分、珪素成分及び燐成分は、各成分単体で配合してもよいが、銅と各成分との合金、例えば銅−３０％亜鉛合金、銅−３０％ニッケル合金、銅−３５％マンガン合金、銅−８％燐合金などの形態で配合してもよい。
【００２０】
上記マトリックス強化成分の中でも、とくに亜鉛成分及びニッケル成分は、主成分をなす銅及び銅−錫合金と合金化して銅−錫−亜鉛合金あるいは銅−錫−ニッケル合金を形成し、マトリックス体の地の強度、靭性及び機械的強度を向上させると共に耐摩耗性の向上に寄与する。
【００２１】
上記した成分組成からなる焼結マトリックス体の空孔には、潤滑油が当該焼結マトリックス体の全容積に対して５〜３０容積％の割合で含浸されている。
【００２２】
本発明の銅系含油焼結摺動部材は、次のようにして製造される。
【００２３】
（１）３５０メッシュの篩を通過するアトマイズ錫粉末０．５〜１５重量％、２００メッシュの篩を通過する無機リン酸塩０．５〜５重量％、ステアリン酸亜鉛などの滑材０．５重量％及び残部が１５０メッシュの篩を通過する電解銅粉末、（２）３５０メッシュを通過するアトマイズ錫粉末０．５〜１５重量％、２００〜３５０メッシュの篩を通過する亜鉛粉末、ニッケル粉末、鉄粉末、コバルト粉末、マンガン粉末、アルミニウム粉末、珪素粉末及び燐粉末から選択される少なくとも一種のマトリックス強化成分粉末０．１〜４５重量％、滑材としてステアリン酸亜鉛０．５重量％並びに残部が１５０メッシュの篩を通過する電解銅粉末、をそれぞれＶ型ミキサーに投入し、３０分間混合して混合粉末を得る。なお、ステアリン酸亜鉛は、後述する成形圧粉体を金型から取出す際の滑材としての役割を果たすものである。
【００２４】
混合粉末を所望の形状の中空部を備えた金型の中空部に装填し、成形圧力１．５〜４トン／ｃｍ２（１４７〜３９２ＭＰａ）で成形して成形圧粉体を作製したのち、この成形圧粉体を中性又は還元性雰囲気に調整された焼結炉において、７５０〜９００℃の温度で３０〜１２０分間焼結する。得られた焼結体にサイジング加工などの機械加工を施して所望の焼結摺動部材を作製したのち、減圧下で含油処理を施して潤滑油を含浸し、焼結体の空孔に潤滑油が５〜３０容積％の割合で含浸された銅系含油焼結摺動部材を作製する。
【実施例】
【００２５】
以下、実施例により本発明を詳細に説明するが、本発明はその要旨を超えない限り、以下の実施例に限定されるものではない。
【００２６】
実施例１〜３
３５０メッシュの篩を通過するアトマイズ錫粉末９重量％と、無機リン酸塩として２００メッシュの篩を通過するピロリン酸マグネシウム、ピロリン酸カルシウム、第三リン酸アルミニウムのいずれか一つの１．５重量％と、滑材としてステアリン酸亜鉛０．５重量％と、残部が１５０メッシュの篩を通過する電解銅粉末とをＶ型ミキサーに投入し、３０分間混合して混合粉末を得た（錫９重量％、無機リン酸塩１．５重量％、ステアリン酸亜鉛０．５重量％、銅８９．０重量％）。この混合粉末を、一辺の長さが３０．５ｍｍ、深さが４．５ｍｍの中空部を具備する金型の中空部に装填し、２トン／ｃｍ２の成形圧力で成形し、方形状の成形圧粉体を得た。この成形圧粉体を水素ガス雰囲気に調整した焼結炉において、７８０℃の温度で３０分間焼結し、焼結体を得た。ついで、焼結体にサイジングを施し、一辺が３０ｍｍ、厚さが４ｍｍの焼結摺動部材を得たのち、これに減圧下で含油処理を施し、１２容積％の潤滑油（タービン油）を含浸した銅系含油焼結摺動部材を得た。
【００２７】
実施例４〜５
３５０メッシュの篩を通過するアトマイズ錫粉末９重量％と、無機リン酸塩として２００メッシュの篩を通過するピロリン酸マグネシウム１．５重量％と、２４０メッシュの篩を通過する還元鉄粉末４．５重量％又は２５０メッシュの篩を通過する粉砕マンガン粉末４．５重量％と、滑材としてステアリン酸亜鉛０．５重量％と、残部が１５０メッシュを通過する電解銅粉末とをＶ型ミキサーに投入し、３０分間混合して混合粉末を得た（錫９重量％、無機リン酸塩１．５重量％、鉄又はマンガン４．５重量％、ステアリン酸亜鉛０．５重量％、銅８４．５重量％）。この混合粉末を前記実施例と同様の金型の中空部に装填し、２トン／ｃｍ２の成形圧力で成形し、方形状の成形圧粉体を得た。この成形圧粉体を水素ガス雰囲気に調整した焼結炉において、７８０℃の温度で３０分間焼結し、焼結体を得た。ついで、焼結体にサイジングを施し、一辺が３０ｍｍ、厚さが４ｍｍの焼結摺動部材を得たのち、これに減圧下で含油処理を施し、１２容積％の潤滑油（タービン油）を含浸した銅系含油焼結摺動部材を得た。
【００２８】
実施例６
３５０メッシュを通過するアトマイズ錫粉末７重量％と、無機リン酸塩として２００メッシュを通過するピロリン酸マグネシウム１．５重量％と、２００メッシュを通過するアトマイズ銅−３０％亜鉛合金粉末３０重量％と、滑材としてステアリン酸亜鉛０．５重量％と、残部が１５０メッシュを通過する電解銅粉末とをＶ型ミキサーに投入し、３０分間混合して混合粉末を得た（錫７重量％、無機リン酸塩１．５重量％、亜鉛９重量％、ステアリン酸亜鉛０．５重量％、銅８２重量％）。この混合粉末を、上記実施例と同様の方法で一辺が３０ｍｍ、厚さが４ｍｍの焼結摺動部材を得たのち、これに減圧下で含油処理を施し、１２容積％の潤滑油（タービン油）を含浸した銅系含油焼結摺動部材を得た。
【００２９】
実施例７
３５０メッシュを通過するアトマイズ錫粉末７重量％と、無機リン酸塩として２００メッシュを通過するピロリン酸マグネシウム１．５重量％と、２００メッシュを通過する銅−３０％ニッケル合金粉末３０重量％と、滑材としてステアリン酸亜鉛０．５重量％と、残部が１５０メッシュを通過する電解銅粉末とをＶ型ミキサーに投入し、３０分間混合して混合粉末を得た（錫７重量％、無機リン酸塩１．５重量％、ニッケル９重量％、ステアリン酸亜鉛０．５重量％、銅８２重量％）。この混合粉末を、一辺の長さが３０．５ｍｍ、深さが４．５ｍｍの中空部を具備する金型の中空部に装填し、２トン／ｃｍ２の成形圧力で成形し、方形状の成形圧粉体を得た。この成形圧粉体を水素ガス雰囲気に調整した焼結炉において、８５０℃の温度で６０分間焼結し、焼結体を得た。以下、上記実施例と同様の方法で一辺が３０ｍｍ、厚さが４ｍｍの焼結摺動部材を得たのち、これに減圧下で含油処理を施し、１２容積％の潤滑油（タービン油）を含浸した銅系含油焼結摺動部材を得た。
【００３０】
比較例１
３５０メッシュを通過するアトマイズ錫粉末９重量％と、平均粒径４０μｍの天然黒鉛粉末２重量％、滑材としてステアリン酸亜鉛０．５重量％と、残部が１５０メッシュを通過する電解銅粉末とをＶ型ミキサーに投入し、３０分間混合して混合粉末を得た。この混合粉末を、焼結温度７８０℃をもって上記実施例と同様の方法で一辺が３０ｍｍ、厚さが４ｍｍの焼結摺動部材を得たのち、これに減圧下で含油処理を施し、１０容積％の潤滑油（タービン油）を含浸した銅系含油焼結摺動部材を得た。
【００３１】
比較例２
３５０メッシュの篩を通過するアトマイズ錫粉末９重量％と、２５０メッシュの篩を通過する粉砕マンガン粉末６重量％と、平均粒径４０μｍの天然黒鉛粉末１重量％、滑材としてステアリン酸亜鉛０．５重量％と、残部が１５０メッシュを通過する電解銅粉末とをＶ型ミキサーに投入し、３０分間混合して混合粉末を得た。この混合粉末を、焼結温度７８０℃をもって上記実施例と同様の方法で一辺が３０ｍｍ、厚さが４ｍｍの焼結摺動部材を得たのち、これに減圧下で含油処理を施し、１０容積％の潤滑油（タービン油）を含浸した銅系含油焼結摺動部材を得た。
【００３２】
比較例３
３５０メッシュを通過するアトマイズ錫粉末７重量％と、２００メッシュを通過するアトマイズ銅−３０％亜鉛合金粉末３０重量％と、平均粒径４０μｍの天然黒鉛粉末２重量％と、滑材としてステアリン酸亜鉛０．５重量％と、残部が１５０メッシュを通過する電解銅粉末とをＶ型ミキサーに投入し、３０分間混合して混合粉末を得た（錫７重量％、亜鉛９重量％、黒鉛２重量％、ステアリン酸亜鉛０．５重量％、銅８１．５重量％）。この混合粉末を、焼結温度７８０℃をもって上記実施例と同様の方法で一辺が３０ｍｍ、厚さが４ｍｍの焼結摺動部材を得たのち、これに減圧下で含油処理を施し、１４容積％の潤滑油（タービン油）を含浸した銅系含油焼結摺動部材を得た。
【００３３】
上記した実施例１〜３及び比較例１の銅系含油焼結摺動部材について、表１に示す試験条件によって摩擦摩耗特性の試験を行った。
【００３４】
（表１）
（摩擦摩耗試験１）
荷重（面圧）    １．９６ＭＰａ（２０ｋｇｆ／ｃｍ２）
摺動速度        ２０ｍ／ｍｉｎ
試験時間        ２０時間
相手軸材        機械構造用炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）
運動形態        スラスト試験
【００３５】
上記した実施例４及び５の銅系含油焼結摺動部材及び比較例２の銅系含油焼結摺動部材について、表２に示す試験条件によって摩擦摩耗特性の試験を行った。
【００３６】
（表２）
（摩擦摩耗試験２）
荷重（面圧）    ４．９ＭＰａ（５０ｋｇｆ／ｃｍ２）
摺動速度        ２０ｍ／ｍｉｎ
試験時間        ２０時間
相手軸材        機械構造用炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）
運動形態        スラスト試験
【００３７】
上記した実施例６及び７の銅系含油焼結摺動部材及び比較例３の銅系含油焼結摺動部材について、表３に示す試験条件によって摩擦摩耗特性の試験を行った。
【００３８】
（表３）
（摩擦摩耗試験３）
荷重（面圧）    １４．７ＭＰａ（１５０ｋｇｆ／ｃｍ２）
摺動速度        ５ｍ／ｍｉｎ
試験時間        ２０時間
相手軸材        機械構造用炭素鋼（Ｓ４５Ｃ）
運動形態        スラスト試験
【００３９】
表１の試験条件による試験時間と摩擦係数との関係の試験結果を図１に示し、表２の試験条件による試験時間と摩擦係数との関係の試験結果を図２に示し、表３の試験条件による試験時間と摩擦係数との関係の試験結果を図３に示し、試験後の実施例及び比較例の銅系含油焼結摺動部材の摩耗量を図４に示す。
【００４０】
試験結果から、黒鉛などの固体潤滑剤を含まない実施例１〜３の銅系含油焼結摺動部材は、摩擦係数及び摩耗量において、固体潤滑剤としての黒鉛を含有した比較例１の銅系含油焼結摺動部材と同等ないしそれ以上の摩擦摩耗特性を示し、実施例４〜５の銅系含油焼結摺動部材は、比較例２の銅系含油焼結摺動部材よりも摩擦係数及び摩耗量において優れており、実施例６〜７の銅系含油焼結摺動部材は、比較例３の銅系含油焼結摺動部材よりも摩擦係数及び摩耗量において優れていることがわかる。なお、図２における比較例２の銅系含油焼結摺動部材は、試験時間８時間で摩擦係数が急激に上昇したので試験を中止し、また図３における比較例３の銅系含油焼結摺動部材は、試験時間１８時間で摩擦係数が急激に上昇したので試験を中止した。摩耗量はそれぞれ試験終了時の銅系含油焼結摺動部材の寸法変化量を示した。
【００４１】
実施例１〜７の銅系含油焼結摺動部材では、摩擦係数が摩擦初期においては高い値を示したが、試験時間の経過と共に低下し、非常に低い摩擦係数（０．０１〜０．０６）で安定した摺動を示した。これは、実施例１〜７の銅系含油焼結摺動部材の試験後の相手材表面に焼結マトリックス体に分散含有された無機リン酸塩の薄い被膜が形成されていることが確認され、この被膜を介しての摺動に移行したためと推察される。
【００４２】
以上のように、本発明の銅系含油焼結摺動部材は、黒鉛や二硫化モリブデンなどの固体潤滑剤を含有した銅系含油焼結摺動部材よりも優れた摩擦摩耗特性を発揮する。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】試験時間と摩擦係数の関係を示すグラフである。
【図２】試験時間と摩擦係数の関係を示すグラフである。
【図３】試験時間と摩擦係数の関係を示すグラフである。
【図４】試験後の銅系含油焼結摺動部材の摩耗量を示すグラフである。
【図１】
2008297361.tif 000002
【図２】
2008297361.tif 000003
【図３】
2008297361.tif 000004
【図４】
2008297361.tif 000005