(57)【要約】【課題】従来の鉛を含まない燐青銅や高力黄銅は瞬時に高荷重のかかるような摺動部分には対応できず、またＣｕメッキ固体潤滑剤を使用した軸受は、Ｃｕ粉、Ｓｎ粉、固体潤滑剤粉を単に混合して型で圧縮成形し、それを焼結したものであるため、機械的強度に問題があった。【解決手段】本発明の複層摺動部品は、Ｓｎ５〜２０質量％、残部ＣｕからなるＣｕ−Ｓｎ合金粉末１００体積部とＣｕメッキ固体潤滑剤１〜５０体積部を均一に混合し、それを仮焼結して焼結塊を作り、該焼結塊を粉砕した得た粉砕粉を鋼板に焼結したものである。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ｓｎが５〜２０質量％、残部ＣｕからなるＣｕ主成分の合金粉末１００体積部に対してＣｕメッキされた固体潤滑剤粉末１〜５０体積部が均一に分散混合しており、しかも該混合粉末が鋼板に焼結されているとともに、Ｃｕ主成分の合金粉末とＣｕメッキされた固体潤滑剤粉末とが金属的に接合していることを特徴とする複層摺動部品。
【請求項２】
前記Ｃｕメッキされた固体潤滑剤粉末は、黒鉛粉末、二硫化モリブデン粉末、或は黒鉛粉末と二硫化モリブデン粉末の混合粉末であることを特徴とする請求項１記載の複層摺動部品。
【請求項３】
（ａ）Ｓｎが５〜２０質量％、残部ＣｕからなるＣｕ主成分の合金粉末１００体積部とＣｕメッキされた固体潤滑剤粉末１〜５０体積部を混合した混合粉を得る混合工程、（ｂ）該混合粉を７５０〜８５０℃の還元雰囲気中で焼結を行って焼結塊を得る仮焼結工程、（ｃ）焼結塊を粉砕装置で３００μｍ以下の粉末に粉砕する粉砕工程、（ｄ）粉砕粉を鋼板上に均一に散布する散布工程、（ｅ）粉砕粉が散布された鋼板を８００〜８８０℃の還元雰囲気中で加熱して粉砕粉同士および粉砕粉と鋼板とを接合して軸受合金面と鋼板からなる複層材を得る焼結工程、（ｆ）前記複層材を押圧して軸受合金面を緻密化する一次押圧工程、（ｇ）軸受合金面が緻密化された複層材を８４０〜８８０℃の還元雰囲気中で加熱する焼鈍工程、（ｈ）焼鈍された複層材を再度押圧して所定の機械的強度の複層摺動部品を得る二次押圧工程、からなることを特徴とする複層摺動部品の製造方法。
【請求項４】
前記Ｃｕメッキされた固体潤滑剤粉末は、黒鉛粉末、二硫化モリブデン粉末、或は黒鉛粉末と二硫化モリブデン粉末の混合粉末であることを特徴とする請求項３記載の複層摺動部品の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、軸受合金が鋼板に接合されているブッシュや平軸受等のＰｂフリー複層摺動部品および該複層摺動部品の製造方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複層摺動部品のブッシュとは、鋼板に軸受合金が張り合わされた複層材を円筒状に形成したものである。ブッシュは機械的強度の高い鋼板を裏金として使用しているため、ボールベアリングやローラーベアリングに比べて高荷重に耐えられるという特長を有している。従って、ブッシュはブルドーザーやパワーシャベル等の建設機械における下転輪のように高荷重がかかる部分や、荷重がかかるとともに高速回転する自動車の動力部の軸受として多く使用されている。
【０００３】
また複層摺動部品の平軸受とは、鋼板を軸受合金が張り合わされた平板状に形成したもので、高荷重下で使用されている摺動部品である。従って、平軸受は、コンプレッサー、油圧機器において高荷重のかかる摺動部分として多く使用されている。
【０００４】
ブッシュや平軸受に用いられていた従来の軸受合金は、鉛青銅、燐青銅、高力黄銅等、Ｃｕ主成分の軸受合金であった。また従来から軸受特性を向上させる目的で、これらの軸受合金に黒鉛粉末や二硫化モリブデンのような固体潤滑材を混合したり、特開昭５５−１３４１０２号公報、同５５−４４１５号公報に提案されているようなＣｕメッキがなされた固体潤滑材を混合したりした複層摺動部品がある。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで鉛青銅の複層摺動部品は、地球環境問題に影響があることからその使用が規制されるようになってきた。つまり鉛青銅からなる複層摺動部品を組み込んだ自動車や建設機械が古くなって解体されたとき、鉄、アルミニューム、銅等の金属は回収されて再使用されるが、複層摺動部品は、軸受合金が鋼板と金属的に接合されていて、これらを分離できないため、埋め立て処分されていた。この埋め立て処分された複層摺動部品に、近時の酸性度の高くなった酸性雨が接触して複層摺動部品から鉛成分を溶出させ、地下水を汚染するようになる。こうして鉛で汚染された地下水を長年にわたって飲用すると、人体や家畜に鉛成分が蓄積されて鉛中毒をおこす恐れがあるとされている。
【０００６】
また燐青銅と高力黄銅は、コンプレッサーや油圧機械に使用する平軸受として機能を十分満足していなかった。なぜならばコンプレッサーや油圧機械では、稼動し始めるときに高荷重がかかることがあるが、燐青銅や高力黄銅ではこの瞬時にかかる高荷重に対応することができず、焼付をおこしてしまうからである。
【０００７】
従来の固体潤滑剤を混合した軸受合金は、高荷重がかかると、衝撃により亀裂が入り、根こそぎ取りさられたり、磨耗して焼き付けをおこしたりすることがあった。またＣｕメッキを施した固体潤滑剤では亀裂や剥離等はおこりにくいが、軸受特性がバラツクという問題があった。特開昭５５−１３４１０２号公報、同５５−４４１５号公報のＣｕメッキ潤滑剤含有の軸受は、圧粉焼結であるため、機械強度が弱く、高荷重のかかる建設機械のブッシュには到底使用できなかった。
【０００８】
本発明は、軸受特性向上に効果のある鉛を含有していないにもかかわらず、鉛青銅軸受と同等以上の軸受け特性を有し、しかも高速・高荷重のかかるコンプレッサーや油圧機械の平軸受にも使用できるばかりでなく、高荷重のかかる建設機械の軸受としても十分に使用できる複層摺動部品を提供することにある。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明者らが従来の軸受合金の問題点について鋭意研究を行ったところ次のようなことが分かった。燐青銅や高力黄銅が高荷重に対して焼付をおこすのは、潤滑性が悪いためである。つまりこれらの合金には潤滑性を良好にする固体潤滑剤が存在しないことが原因となっている。また固体潤滑剤を添加した従来の軸受が亀裂や剥離をおこすのは、鋼板との接合強度が十分でないからである。即ち、黒鉛や二硫化モリブデン等の固体潤滑剤は軸受合金や鋼板と金属的に接合しないため、この部分の接合強度が弱くなるわけである。
【００１０】
固体潤滑剤含有でも、Ｃｕメッキした固体潤滑剤であれば、Ｃｕメッキが軸受合金や鋼板と金属的に接合するため、Ｃｕメッキしない固体潤滑剤含有の軸受よりも接合強度は強い。しかしながら、このＣｕメッキ含有軸受は、軸受特性にバラツキが生じるという問題があった。これは、Ｃｕメッキ固体潤滑剤とＣｕ粉、Ｓｎ粉等を混合するときに、それぞれの粉末の比重が相違すること、および機械的な攪拌では偏りがあること、等が原因となっている。さらに従来のＣｕメッキ固体潤滑剤含有の軸受は、混合粉を型で圧粉成形して焼結したもの、つまり焼結による粉末同士の結合だけであるため、十分な機械的強度が得られない。
【００１１】
本発明は軸受合金の組織を均一にするとともに、さらに強度を持たせるようにしたものであって、具体的には、Ｓｎが５〜２０質量％、残部ＣｕからなるＣｕ主成分の合金粉末１００体積部に対してＣｕメッキされた固体潤滑剤粉末１〜５０体積部が均一に分散混合しており、しかも該混合粉末が鋼板に焼結しているとともに、Ｃｕ主成分の合金粉末とＣｕメッキされた固体潤滑剤粉末とが金属的に接合している複層摺動部品である。
【００１２】
また本発明の複層摺動部品を得る方法は、（ａ）Ｓｎが５〜２０質量％、残部ＣｕからなるＣｕ主成分の合金粉末１００体積部とＣｕメッキされた固体潤滑剤粉末１〜５０体積部を混合した混合粉を得る混合工程、（ｂ）該混合粉を７５０〜８５０℃の還元雰囲気中で焼結を行って焼結塊を得る仮焼結工程、（ｃ）焼結塊を粉砕装置で３００μｍ以下の粉末に粉砕する粉砕工程、（ｄ）粉砕粉を鋼板上に均一に散布する散布工程、（ｅ）粉砕粉が散布された鋼板を８００〜８８０℃の還元雰囲気中で加熱して粉砕粉同士および粉砕粉と鋼板とを接合して軸受合金面と鋼板からなる複層材を得る焼結工程、（ｆ）前記複層材を押圧して軸受合金面を緻密化する一次押圧工程、（ｇ）軸受合金面が緻密化された複層材を８４０〜８８０℃の還元雰囲気中で加熱する焼鈍工程、（ｈ）焼鈍された複層材を再度押圧して所定の機械的強度の複層摺動部品を得る二次押圧工程、からなっている。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の複層摺動部品は、従来のＣｕメッキ固体潤滑剤含有軸受のようにＣｕ粉末、Ｓｎ粉末の単体金属粉を混合したものではなく、ＣｕとＳｎを完全に合金にした合金粉末を使用し、該合金粉末と鋼板とを接合するものである。本発明では、Ｃｕ−Ｓｎ合金中のＳｎの含有量が５質量％よりも少ないと十分な硬さが得られず、しかるにＳｎの含有量が２０質量％を超えると脆くなる。
【００１４】
本発明の複層摺動部品に用いる固体潤滑剤はＣｕメッキされた黒鉛粉末、二硫化モリブデン粉末、或はこれらの混合物であり、固体潤滑剤の混合割合は、Ｃｕ−Ｓｎ合金粉末１００体積部に対して１〜５０体積部である。この混合割合が１体積部よりも少ないと十分な摩擦特性が得られず、早期に焼付が発生し、５０体積部を超えると、軸受合金の機械的強度が十分に得られなくなる。
【００１５】
本発明の複層摺動部品の製造方法における仮焼結工程での温度が７５０℃よりも低いと粉末同士間の接合強度が十分とならない。しかるに仮焼結温度が８５０℃よりも高くなると固体潤滑剤をメッキしたＣｕがＣｕ−Ｓｎ合金粉中に拡散して消失してしまい、Ｃｕ−Ｓｎ合金粉と固体潤滑剤が接合できなくなって分離してしまう。
【００１６】
この仮焼結で得られた焼結塊をミルのような粉砕装置で粉末状に粉砕する。Ｃｕメッキ固体潤滑剤とＳｎ−Ｃｕ合金粉とは比重が異なり、また機械で攪拌したぐらいではＣｕメッキ固体潤滑剤はＣｕ−Ｓｎ合金粉と均一に混ざらない。しかしながら混合粉を仮焼結してから粉砕すると、固体潤滑剤は全体に均一に存在するようになる。この粉砕粉の粒度は３００μｍ以下にする。該粉末粒度が３００μｍよりも大きいと、軸受の空隙が多くなって軸を保持する特性が弱くなってしまう。本発明に使用して好適な粉砕粉の大きさは、１００μｍ近辺のものである。
【００１７】
粉砕した粉末を鋼板上に散布してから行う焼結の温度が８００℃よりも低いと合金粉末同士および合金粉末と鋼板との接合強度が十分とならず、８８０℃を超えると鉄と銅との金属間化合物が生成して接合強度が低下する。
【００１８】
焼結で得られた複層材を一次押圧するが、これは軸受合金面を緻密化するためである。複層材への押圧力は１５０〜２５０トンが適している。
【００１９】
軸受合金面を緻密化した複層材を８４０℃〜８８０℃で焼鈍を行う。ここにおける焼鈍とは、一次押圧で加工硬化しすぎた複層材を適当な硬度まで下げるとともに、押圧で生じた剥離部分を再焼結して接合強度を上げることにある。焼鈍温度が８４０℃よりも低いと十分な焼鈍が行えず、しかるに８８０℃よりも高いと鋼板の硬度が下がって機械的強度が弱くなってしまう。
【００２０】
そして焼鈍後の複層材に対して二次押圧を行う。ここでの二次押圧は、焼鈍工程で下がりすぎた硬度を所定の硬度に上げて機械的強度を上げ、さらに所定の厚さ近くまで押圧して、その後の機械加工での工程をしやすくすることにある。
【００２１】
【実施例】
本発明の実施例、比較例の軸受合金の組成を表１に示す。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
次に本発明の複層摺動製品の製造方法について説明する。ここではカーエアコン用コンプレッサーの斜板に使用する平軸受の製造方法について説明する。斜板は表裏に軸受面を形成するため、片面に一次散布・焼結を行った後、もう一方の面にも二次焼結を行うが、二次散布・焼結は一時散布・焼結と同一作業であるため説明は省略する。
【００２４】
（ａ）混合工程：Ｓｎが１０質量％、残部Ｃｕからなる合金粉末１００体積部に対して、Ｃｕメッキされた黒鉛粉末を４体積部の割合で混合する。
（ｂ）仮焼結工程：前記混合工程で得られた混合粉を８００℃の還元雰囲気中で加熱して焼結塊を製造する。
（ｃ）粉砕工程：焼結塊をハンマーミルで粉砕して粒径が２００μｍ以下の粉末を製造する。
（ｄ）散布工程：厚さ５．０ｍｍ、直径８０ｍｍの鋼板上に粉砕した粉末を厚さ０．８ｍｍで均一に散布する。
（ｅ）焼結工程：粉砕粉が散布された鋼板を還元雰囲気の加熱炉中８６０℃で加熱して粉末同士、粉末と鋼板を接合して軸受合金面と鋼板からなる複層材を得る。
（ｆ）一次押圧工程：前記複層材をプレスにより２００トンで押圧し、焼結後の軸受面を緻密化する。
（ｇ）焼鈍工程：軸受面が緻密化された複層材を水素雰囲気の加熱炉中で８６０℃で１５分間加熱する。
（ｈ）二次押圧工程：焼鈍した複層材をプレスにより１８０トンで押圧し、所定の機械的強度を有する平軸受を得る。その後、精密旋盤で切削して平軸受を製造した。
【００２５】
本発明の平軸受および従来の平軸受の軸受特性を図１に示す。焼付荷重の測定は摩擦試験機を用い、ドライで行った。摩擦係数の測定は、軸受形状が平軸受であり、試験方法はスラスト試験機を用い、周速２．３１ｍ／ｓｅｃで行った。図１からも明らかなように本発明実施例の複層摺動部品は従来の複層摺動部品よりも軸受特性に優れていることが分かる。
【００２６】
【発明の効果】
本発明の複層摺動部品は、従来のＣｕ主成分の複層摺動部品よりも軸受特性に優れており、またＣｕメッキ粉が混合された摺動部品よりも機械的強度が強い。従って、コンプレッサーや油圧機械の平軸受、さらには非常に高荷重のかかる建設機械の下転輪ブッシュ等に用いても長期間安定した軸受特性を維持できるものである。そして本発明の摺動複層部品の製造方法は黒鉛粉末や二硫化モリブデン等の固体潤滑剤を軸受合金面に均一に存在させることができるため安定した品質の摺動複層部品を得ることができるという従来にない優れた効果を奏するものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例と比較例における軸受特性のグラフ
【図１】
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