(57)【要約】【課題】摺動部品において、摩擦抵抗の削減と耐久性の向上を効果的に図る。【解決手段】鉄系と銅系の原料粉末１，２を成形金型１１の充填部１６に充填し、この原料粉末１，２を加圧して圧粉体６を成形し、この圧粉体６を焼結して軸受５を製造する。銅系の原料粉末２が偏平粉２Ｂを含み、偏平粉２Ｂの最大投影面積の平均値が鉄系の原料粉末１の最大投影面積の平均値より大きい。振動などにより摺動面５１側に銅系の原料粉末２を偏析する。銅に覆われた摺動面５１に回転軸が摺動し、回転軸と摺動面５１との摩擦係数が低く、円滑な回転が可能となる。同時に鉄により所定の強度と耐久性を得ることができる。【選択図】　　　図７
2004084038.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄系と銅系の原料粉末を成形金型の充填部に充填し、この原料粉末を加圧して圧粉体を成形し、この圧粉体を焼結してなる摺動部品において、前記銅系の原料粉末は銅又は銅合金の偏平粉を含み、前記偏平粉の最大投影面積の平均値が前記鉄系の原料粉末の最大投影面積の平均値より大きく、表面側に銅が偏析していることを特徴とする摺動部品。
【請求項２】
摺動部の表面銅被覆率が６０％以上であることを特徴とする請求項１記載の摺動部品。
【請求項３】
鉄系と銅系の原料粉末とを成形金型の充填部に充填し、この原料粉末を加圧して圧粉体を成形し、この圧粉体を焼結してなる摺動部品の製造方法において、前記銅系の原料粉末は銅又は銅合金の偏平粉を含み、前記偏平粉の最大投影面積の平均値が前記鉄系の原料粉末の最大投影面積の平均値より大きく、前記充填部内の前記偏平粉を前記圧粉体の表面側に偏析することを特徴とする摺動部品の製造方法。
【請求項４】
前記偏平粉のアスペクト比が１０以上であることを特徴とする請求項３記載の摺動部品の製造方法。
【請求項５】
前記偏平粉の割合が全体の２０〜７０重量％であることを特徴とする請求項３又は４記載の摺動部品の製造方法。
【請求項６】
前記偏平粉の最大投影面積の平均値が前記鉄系の原料粉末の最大投影面積の平均値の３倍以上であることを特徴とする請求項３〜５のいずれか１項に記載の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、軸受などの摺動部品とその製造方法に関する。
【０００２】
【発明が解決しようとする課題】
この種の摺動部品として、回転軸を支承する軸受があり、この軸受の製法として、金属を主原料とする原料粉末を圧縮して圧粉体を形成した後、この圧粉体を焼結してなる焼結含油軸受が広く用いられている。
【０００３】
その焼結含油軸受では、鉄系や銅系の原料粉末を用いて成形され、鉄系の原料粉末を用いれば強度的に優れた軸受が得られるものの、一般に回転軸には鋼などの鉄系材料が用いられ、このように軸受及び回転軸に同種の材料を用いると、摩擦抵抗が大となり、溶着摩耗の発生を招き、耐久性が損われる。一方、銅系の原料粉末を用いれば、軸受と回転軸との摩擦抵抗が極めて小さくなるが、軸受側の摩耗が大となり、耐久性を損う。
【０００４】
このように焼結含浸軸受においても、一般の軸受と同様に、摩擦抵抗の削減と耐久性の向上が可能な製品の開発が進められ、例えば、銅又は銅合金によって鍍金された鉄粉を原料粉末に用いた焼結含油軸受が知られており、この軸受では銅と鉄が混合した構造により、従来に比べて、摩擦抵抗の削減と耐久性の向上とが図られる。
【０００５】
また、特公昭６３−２４０４１号公報には、焼結機械部品の製造に当たり、マトリックスを構成する原料粉に、第２相を形成する原料を、２ａ＜ｒの大きさの箔状粉の形で添加する焼結部品の製造法が提案され、この製造法によれば、焼結部品の表面を従来法より著しく少ない添加量の第２相成分で効率的に被覆することができ、鉄系の原料粉に銅を箔状粉で添加した場合、表面が銅に富む焼結品が得られる（特公昭６３−２４０４１号公報第１欄〜第２欄）。
【０００６】
しかし、軸受等において、近年、摩耗と寿命に関する要求に加えて、さらに、ノイズ発生に対する要求が高まり、例えば、−４０度といった低温状態で、始動時にノイズが発生しない性能が要求され、従来のものでは、この要求に対応することが難しかった。
【０００７】
そこで、本発明は、摩擦抵抗の削減と耐久性の向上を図ることができ、起動ノイズの発生を防止することができる摺動部品とその製造方法を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
請求項１の摺動部品は、前記目的を達成するために、鉄系と銅系の原料粉末を成形金型の充填部に充填し、この原料粉末を加圧して圧粉体を成形し、この圧粉体を焼結してなる摺動部品において、前記銅系の原料粉末は銅又は銅合金の偏平粉を含み、前記偏平粉の最大投影面積の平均値が前記鉄系の原料粉末の最大投影面積の平均値より大きく、表面側に銅が偏析しているものである。
【０００９】
銅又は銅合金の偏平粉を用い、この偏平粉と他の原料粉末とを充填部に充填し、振動・静電気・磁力などを用いて偏平粉を表面側に偏析することにより、得られた摺動部品は、表面側が銅に覆われ、表面側から内部に向って銅の割合が低くなると共に鉄の割合が高くなる濃度勾配をなす。
【００１０】
したがって、この摺動部品により軸受を構成した場合では、銅に覆われた表面側に回転体が摺動し、回転軸と表面側との摩擦係数が低く、円滑な回転が可能となり、同時に鉄により所定の強度と耐久性とが得られる。また、この構造では、回転体が摺動する表面側が摩耗しても、表面側の下には銅が所定の割合で含まれているから、摺動部分の耐久性に優れたものとなる。
【００１１】
また、請求項２の発明は、請求項１の摺動部品において、摺動部の表面銅被覆率が６０％以上である。
【００１２】
これにより摺動部の摩擦係数を極めて低く抑えることができる。
【００１３】
請求項３の摺動部品の製造方法は、前記目的を達成するために、鉄系と銅系の原料粉末とを成形金型の充填部に充填し、この原料粉末を加圧して圧粉体を成形し、この圧粉体を焼結してなる摺動部品の製造方法において、前記銅系の原料粉末は銅又は銅合金の偏平粉を含み、前記偏平粉の最大投影面積の平均値が前記鉄系の原料粉末の最大投影面積の平均値より大きく、前記充填部内の前記偏平粉を前記圧粉体の表面側に偏析する方法である。
【００１４】
銅又は銅合金の偏平粉を用い、この偏平粉と他の原料粉末とを充填部に充填し、振動・静電気・磁力などを用いて偏平粉を表面側に偏析することにより、得られた摺動部品は、表面側が銅に覆われ、表面側から内部に向って銅の割合が低くなると共に鉄の割合が高くなる濃度勾配をなし、摩擦係数が低く、耐久性に優れた摺動部品が得られる。
【００１５】
また、請求項４の発明は、請求項３の製造方法において、前記偏平粉のアスペクト比が１０以上である。
【００１６】
偏平紛のアスペクト比を１０以上とすることにより、振動を加えると、偏平粉が表面側に良好に偏析し、表面側の銅濃度の高い摺動部品が得られる。
【００１７】
また、請求項５の発明は、請求項３又は４の製造方法において、前記偏平紛の割合が全体の２０〜７０重量％である。
【００１８】
偏平紛の割合が２０重量％未満であると、表面側における銅の割合が低下し、摩擦抵抗が大きくなり、７０重量％を超えると、全体に示す銅系の割合が多くなり、強度的に不利となる。したがって、上記割合を採用することによって、摩擦抵抗を削減し、かつ強度的に優れた摺動部品を得ることができる。
【００１９】
また、請求項６の発明は、請求項３〜５の製造方法において、前記偏平粉の最大投影面積の平均値が前記鉄系の原料粉末の最大投影面積の平均値の３倍以上である。
【００２０】
最大投影面積の差が大きいから、偏析し易く、また、成形金型の充填部において、偏平粉の面が充填部を囲む面に添い易くなり、この状態で振動などを加えるから、充填部を囲む面に偏平粉が添って圧粉体の表面側に銅が偏析し易くなる。
【００２１】
【発明の実施形態】
以下、本発明の実施形態を添付図面を参照して説明する。図１〜図８は本発明の一実施形態を示す。
【００２２】
まず、本発明の製造方法につき説明すると、材料として鉄系の原料粉末１と銅系の原料粉末２とその他微量の原料粉末３を所定の割合で混合（Ｓ１）する。図２に示すように、鉄系の原料粉末１にはアトマイズ粉などの略球状の不規則形状粉を用いる。また、図２及び図３に示すように、銅系の原料粉末２には、原料粉末たる不規則形状粉２Ａと偏平粉２Ｂを用いる。
【００２３】
鉄系の原料粉末１には鉄又は鉄合金の粉末が用いられ、銅系の原料粉末２には銅又は銅合金の粉末が用いられる。また、その他の原料粉末３には、錫，炭素，リンや亜鉛の粉末が用いられる。
【００２４】
偏平粉２Ｂのアスペクト比（直径Ｄ／厚さＴ）は１０以上、好ましくは２０〜５０とする。また、偏平粉２Ｂの最大投影面積Ｍの平均値は、鉄系の原料粉末１の最大投影面積ｍの平均値より大きく、好ましくは偏平粉２Ｂの最大投影面積Ｍの平均値は鉄系の原料粉末１の最大投影面積ｍの平均値の３倍とする。尚、最大投影面積とは、平面上に投影した面積が最大となる面積である。また、材料全体における偏平粉２Ｂの割合は２０〜７０重量％で、好ましくは２０〜４０重量％する。
【００２５】
例えば、その好適な材料成分としては、銅の原料粉末２が４５〜５０重量％、錫の原料粉末３が１〜３重量％、炭素の原料粉末３が０．２〜０．７重量％、リンの原料粉末３が０．２〜０．６重量％、亜鉛の原料粉末３が１〜３重量％、残りが鉄の原料粉末１であり、全体の銅偏平粉２Ｂの割合は２０〜４０重量％である。尚、このように偏平粉２Ｂの割合が２０〜４０重量％である場合は、銅の不規則形状粉２Ａの割合は１５〜３０重量％となる。
【００２６】
図５に示すように、軸受５は略円筒形をなし、その中央には回転体たる回転軸（図示せず）が回転摺動するほぼ円筒状の摺動面５１が形成され、この摺動部たる摺動面５１の長さ方向両側には平行で平坦な端面５２，５３が設けられ、その外周面５４は円筒状に形成されている。
【００２７】
図６は成形金型１１の一例を示し、この成形金型１１は、上下方向を軸方向（プレス上下軸方向）としており、ダイ１２、コアロッド１３、下パンチ１４および上パンチ１５を備えている。ダイ１２はほぼ円筒形状で、このダイ１２内にほぼ円柱形状のコアロッド１３が同軸的に位置している。下パンチ１４は、ほぼ円筒形状で、ダイ１２およびコアロッド１３間に下方から上下動自在に嵌合している。上パンチ１５は、ほぼ円筒形状で、ダイ１２およびコアロッド１３間に上方から上下動自在にかつ挿脱自在に嵌合するものである。そして、ダイ１２とコアロッド１３と下パンチ１４との間に充填部１６が形成され、前記ダイ１２の内周面が前記外周面５４を形成し、前記下パンチ１４の上面が前記端面５３を形成し、前記上パンチ１５の下面が前記端面５２を形成し、コアロッド１３の外周面が前記摺動面５１を形成する。
【００２８】
図６に示すように、前記充填部１６に、混合（Ｓ１）した原料粉末１，２，３を充填し、これら原料粉末１，２に振動（Ｓ２）を与える。この場合、充填部１６の上部を上パンチ１５により塞ぎ、パンチ１４，１５により加圧することなく、充填部１６に０．０１〜３Ｇ程度の振動を与える。振動を受けると、偏平粉２Ｂが充填部１６内の外側に偏析し、厚さ方向に重なり合うと共に、厚さと交叉する方向を表面側の長さ方向に合わせるようにして集まり、この後、上，下パンチ１５，１４により充填部１６内の原料粉末１，２，３を加圧することにより圧粉体６を成形（Ｓ３）する。この圧粉体６は図７に示すように、表面側に偏平粉である銅系の偏平粉２Ｂが集まり、内部に向って鉄系の原料粉末１の割合が増加する。その圧粉体６を焼結（Ｓ４）することにより、焼結品である軸受５が形成される。
【００２９】
尚、振動以外でも、偏平粉２Ｂは略平坦な面が大きいから、充填部１６を囲む成形金型１１の面に静電気を発生させて充填部１６の外側に偏平粉２Ｂを偏析させたり、磁力を用いて充填部１６の外側に偏平粉２Ｂを偏析させたりするようにしてもよい。
【００３０】
そして、銅の原料粉末２が４８重量％、錫の原料粉末３が２重量％、炭素の原料粉末３が０．５重量％、リンの原料粉末３が０．４重量％、亜鉛の原料粉末３が２重量％、残りが鉄の原料粉末１で、全体の銅偏平粉２Ｂの割合を３０重量％とし、この原料成分の粉末１，２，３を充填部１６に充填し、０．０５〜０．１Ｇ程度の振動を０．５秒間加えた後、加圧して圧粉体６を形成し、これを焼結した軸受５において、表面銅被覆率を測定し、９０％以上の表面銅被覆率が得られた。
【００３１】
上記の表面銅被覆率は、表面をカラー写真撮影（倍率×１００）し、決められた２ｍｍ方眼のトレース用紙のフレームを写真上に重ね合わせ、銅部の面積比率を計算して算出される。その例を図８により説明すると、図８（Ａ）は軸受５の表面のカラー写真を図案化したものであり、表面には、銅又は銅合金の銅範囲１１と、鉄又は鉄合金の鉄範囲１２と、気孔の気孔範囲１３とが表れる。透明板などからなるフレーム２１の所定の範囲に、縦横に並んだ升目２２，２２…を形成し、図８では縦１０個×横１０個のものを例示している。そして、各升目２２において一番面積を締める範囲１１，１２，１３をその対応する範囲として数え、気孔範囲１３を除いた銅範囲１１の被覆率を算出する。説明のために、図８（Ｂ）は、升目２２を各範囲１１，１２，１３に塗り分けたものを示し、各升目２２の数は、銅範囲１１が８４個、鉄範囲１２が６個、気孔範囲１３が９個であり、気孔範囲１３を除いた表面の被覆率が表面銅被覆率であるから、表面銅被覆率は８４／９１×１００＝９２．３％となる。
【００３２】
そして、摺動面５１の表面銅被覆率が１００％で、摩擦抵抗が最低となり、−４０度の温度下で回転軸を始動する試験において、ノイズの発生は見られず、表面銅被覆率が９０％程度までは同様な効果が得られた。一方、表面銅被覆率が１００％であっても、銅系の原料粉末２の割合が７０重量％を超えると、強度が低下するため、銅系の原料粉末２の割合は原料全体の２０〜７０重量％とした。
【００３３】
このように本実施形態では、請求項１に対応して、鉄系と銅系の原料粉末１，２を成形金型１１の充填部１６に充填し、この原料粉末１，２を加圧して圧粉体６を成形し、この圧粉体６を焼結してなる摺動部品たる軸受５において、銅系の原料粉末２は銅又は銅合金の偏平粉２Ｂを含み、偏平粉２Ｂの最大投影面積Ｍの平均値が鉄系の原料粉末１の最大投影面積ｍの平均値より大きく、表面側に銅が偏析しているから、偏平粉２Ｂと他の原料粉末１とを充填部１６に充填し、振動・静電気・磁力などを用いて偏平粉２Ｂを表面側に偏析することにより、得られた軸受５は、表面側が銅に覆われ、表面側から内部に向って銅の割合が低くなると共に鉄の割合が高くなる濃度勾配をなす。
【００３４】
したがって、銅に覆われた表面たる摺動面５１に回転体が摺動し、回転軸と摺動面５１との摩擦係数が低く、円滑な回転が可能となり、同時に鉄により所定の強度と耐久性を得ることができる。また、この構造では、回転体が摺動する摺動面５１が摩耗しても、摺動面５１の下には所定の割合で銅が含まれているから、摺動面５１の耐久性に優れたものとなる。
【００３５】
また、このように本実施形態では、請求項２に対応して、摺動部たる摺動面５１の表面銅被覆率が６０％以上であるから、摺動面の摩擦係数を極めて低く抑えることができる。
【００３６】
このように本実施形態では、請求項３に対応して、鉄系と銅系の原料粉末１，２とを成形金型１１の充填部１６に充填し、この原料粉末１，２を加圧して圧粉体６を成形し、この圧粉体６を焼結してなる摺動部品たる軸受５の製造方法において、銅系の原料粉末２は銅又は銅合金の偏平粉２Ｂを含み、偏平粉２Ｂの最大投影面積Ｍの平均値が鉄系の原料粉末１の最大投影面積ｍの平均より大きく、充填部１６内の偏平粉２Ｂを前記圧粉体の表面側に偏析する製造方法であるから、その圧粉体５１を焼結する軸受５は、摩擦係数が低く、耐久性に優れたものとなる。
【００３７】
また、このように本実施形態では、請求項４に対応して、偏平粉２Ｂのアスペクト比が１０以上であるから、振動・静電気・磁力などを加えると、偏平粉２Ｂが表面側に良好に偏析し、表面側の銅濃度の高い軸受５を製造することができる。
【００３８】
また、このように本実施形態では、請求項５に対応して、偏平粉２Ｂの割合が全体の２０〜７０重量％であるから、低い摩擦抵抗と強度とを兼ね備えた軸受５を製造することができる。
【００３９】
また、このように本実施形態では、請求項６に対応して、偏平粉２Ｂの最大投影面積Ｍの平均値が鉄系の原料粉末１の最大投影面積ｍの平均値の３倍以上であるから、最大投影面積Ｍの差が大きいから、偏析し易く、また、成形金型の充填部１６において、偏平粉２Ｂの面に複数の原料粉末１が接する状態となり、偏平粉２Ｂの面が充填部１６を囲む面（充填部１６を形成するダイ１２とダイ１２とコアロッド１３とパンチ１４，１５の面）に添い易くなり、この状態で振動などを加えるから、充填部１６を囲む面に偏平粉２Ｂが添って圧粉体６の表面側に銅が偏析し易くなる。
【００４０】
なお、本発明は、前記実施形態に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。例えば、偏平粉には、棒状のものも含まれ、この場合は長さと直径の比がアスペクト比となり、また、偏平粉が方形平板状の場合は、対角線の長さと厚さの比がアスペクト比となる。
【００４１】
【発明の効果】
請求項１の摺動部品は、鉄系と銅系の原料粉末を成形金型の充填部に充填し、この原料粉末を加圧して圧粉体を成形し、この圧粉体を焼結してなる摺動部品において、前記銅系の原料粉末は銅又は銅合金の偏平粉を含み、前記偏平粉の最大投影面積の平均値が前記鉄系の原料粉末の最大投影面積の平均値より大きく、表面側に銅が偏析しているものであり、摩擦抵抗の削減と耐久性の向上を図ることができ摺動部品を提供することができる。
【００４２】
また、請求項２の摺動部品は、請求項１の効果に加えて、摺動部の表面銅被覆率が６０％以上であり、摺動部の摩擦係数を極めて低く抑えることができる。
【００４３】
請求項３の摺動部品の製造方法は、前記銅系の原料粉末は銅又は銅合金の偏平粉を含み、前記偏平粉の最大投影面積の平均値が前記鉄系の原料粉末の最大投影面積の平均値より大きく、前記充填部内の前記偏平粉を前記圧粉体の表面側に偏析するから、摩擦係数が低く、耐久性に優れた摺動部品を製造することができる。
【００４４】
また、請求項４の摺動部品の製造方法は、請求項３の効果に加えて、前記偏平粉のアスペクト比が１０以上であり、振動を加えると、偏平粉が表面側に良好に偏析し、表面側の銅濃度の高い摺動部品を製造することができる。
【００４５】
また、請求項５の摺動部品の製造方法は、請求項３又は４の効果に加えて、前記銅系の原料粉末の割合が全体の２０〜７０重量％であり、摩擦抵抗を削減し、かつ強度的に優れた摺動部品を製造することができる。
【００４６】
また、請求項６の摺動部品の製造方法は、請求項３〜５の効果に加えて、前記偏平粉の最大投影面積の平均値が前記鉄系の原料粉末の最大投影面積の平均値の３倍以上であり、摩擦係数が低く、耐久性に優れた摺動部品を製造することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す製造方法を説明するフローチャート図である。
【図２】同上、鉄系の原料粉末の正面図である。
【図３】同上、銅系の偏平粉を示し、図３（Ａ）は側面図、図３（Ｂ）は正面図である。
【図４】同上、最大投影面積を示す説明図である。
【図５】同上、軸受の斜視図である。
【図６】同上、成形金型の断面図である。
【図７】同上、圧粉体の断面図であり、一部を拡大表示している。
【図８】同上、表面銅被覆率の測定方法を説明する摺動部品の表面カラー写真を図案化した説明図であり、図８（Ａ）は測定状態、図８（Ｂ）は升目を塗り分けた状態を示す。
【符号の説明】
１　鉄系の原料粉末
２　銅系の原料粉末
２Ａ　不規則形状粉（原料粉末）
２Ｂ　偏平粉（原料粉末）
５　軸受
６　圧粉体
１１　成形金型
１６　充填部
５１　摺動面（摺動部）
【図１】
2004084038.tif 000003
【図２】
2004084038.tif 000004
【図３】
2004084038.tif 000005
【図４】
2004084038.tif 000006
【図５】
2004084038.tif 000007
【図６】
2004084038.tif 000008
【図７】
2004084038.tif 000009
【図８】
2004084038.tif 000010