(57)【要約】    【課題】  硫黄やその化合物が混ざった燃料だけでなく、蟻酸や酢酸等の有機酸が混ざった燃料に対しても優れた寿命を有する軸受を提供する。    【解決手段】  硫黄やその化合物が混ざった燃料に対して極めて優れた耐食性を備えるＣｕ基焼結合金51で軸受５を構成する。前記焼結合金51の外面に四フッ化エチレン樹脂層53を設ける。耐食性を有する四フッ化エチレン樹脂層53によりＣｕ基焼結合金製軸受を覆うことにより、高い耐食性を有する軸受５を得ることができる。【選択図】      図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
質量％で、Ｚｎ：１０〜２５％、Ｎｉ：１０〜２５％、Ｐ：０．１〜０．９％、を含有し、さらに、Ｃ：０．５〜８％又は／及び二硫化モリブデン：０．５〜５％を含有し、残りがＣｕと不可避不純物からなる組成、並びに５〜２５％の気孔率を有するＣｕ基焼結合金で構成され、この焼結合金の外面に四フッ化エチレン樹脂層を設けたことを特徴とするモータ式燃料ポンプのＣｕ基焼結合金製軸受。
【請求項２】
前記四フッ化エチレン樹脂層の厚さが１〜４０μｍであることを特徴とする請求項１記載のモータ式燃料ポンプのＣｕ基焼結合金製軸受。
【請求項３】
請求項１の焼結合金からなる軸受を使用したことを特徴とするモータ式燃料ポンプ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータ式燃料ポンプのＣｕ基焼結合金製軸受及びそれを用いたモータ式燃料ポンプに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、ガソリンエンジン用モータ式燃料ポンプが図４に断面図で例示される構造を持つことが知られている。すなわち、図示される通り上記燃料ポンプ１は、ケーシング２内において、モータ３の両端部に固設した回転軸４が軸受５に支持され、前記回転軸４の一方端部にはインペラ６が挿入され、かつ前記インペラ６、モータ３（アーマチュア）の外周面、および軸受５と回転軸４との間の図示しない隙間に沿って狭い間隙のガソリン流通路（図示せず）が形成された構造を有し、前記モータ３の回転でインペラ６が回転し、このインペラ６の回転でガソリンがケーシング２内に取り込まれ、取り込まれたガソリンはインペラ６、モータ３の外周面、および軸受と回転軸との間の図示しない隙間に沿って形成されたガソリン流通路を通って送り出され、別設のガソリンエンジンに送り込まれるように作動するものである。なお、図４では両軸受５，５の外周部を微量の燃料が通過し、インペラ６で昇圧されたガソリンはケーシング２内のガソリン通路を通してモータ３の外周面のところまで到達する。
【０００３】
上記の燃料ポンプ１の構造部材である軸受５には、銅系の焼結合金が用いられ、この焼結合金の製造においては、銅を含有する原料粉末を圧縮して圧粉体を形成し、この圧粉体を焼結して焼結合金本体を形成し、この焼結合金本体に再圧縮であるサイジングを行い、所定寸法に仕上げるようにしている。
【０００４】
そして、前記軸受５は燃料に晒された環境で使用されるため、燃料に対する耐食性を考慮して、上記のように銅を含有する原料粉末を用いた銅系の焼結合金が用いられている。
【０００５】
その一例として、モータ式燃料ポンプでは、燃料ポンプの軸受を、Ｚｎ：１０〜２５％、Ｎｉ：１０〜２５％、Ｐ ：０．１〜０．９％、Ｃ ：１〜８％、を含有し、残りがＣｕと不可避不純物からなる組成、並びに５〜２５％の気孔率を有する黒鉛分散型Ｃｕ基焼結合金で構成すると、ガソリンの高圧高速流により軸受が受ける摩擦抵抗が軸受がもつ気孔によって緩和され、一方前記気孔を形成した分だけ耐摩耗性が低下するようになるが、この耐摩耗性の低下はＣｕ−Ｎｉ−Ｚｎ合金の固溶体相からなる素地に分散分布した硬質のＣｕ−Ｐ化合物と同じく素地に分散分布した潤滑性の高い黒鉛によって補われることから、この結果の黒鉛分散型Ｃｕ基焼結合金製軸受は、これの素地を形成するＣｕ−Ｎｉ−Ｚｎ合金のもつすぐれた強度および耐食性と相俟って、ガソリンの高圧高速流に曝された環境下ですぐれた耐摩耗性を発揮するようになり、また、この黒鉛分散型Ｃｕ基焼結合金製軸受を使用したモータ式燃料ポンプは硫黄又はその化合物を不純物に含む燃料に対してもすぐれた寿命を有することができる、という研究結果（例えば特許文献１）が開示されている。
【特許文献１】特開２００１−１９２７５４号公報の段落０００４段
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そして、前記Ｃｕ基焼結合金製軸受にあっては、硫黄やその化合物が混ざった燃料に対して極めて優れた耐食性を備えるが、これに比べて蟻酸や酢酸等の有機酸が混ざった燃料に対する耐食性に劣る面があり、有機酸が混ざった燃料を使用すると腐食により寿命が低下する問題がある。
【０００７】
本発明は、このような問題点を解決しようとするもので、硫黄やその化合物が混ざった燃料だけでなく、蟻酸や酢酸等の有機酸が混ざった燃料に対しても優れた寿命を有するモータ式燃料ポンプのＣｕ基焼結合金製軸受及びそれを用いたモータ式燃料ポンプ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】
【０００８】
請求項１のＣｕ基焼結合金製軸受は、前記目的を達成するために、質量％で、Ｚｎ：１０〜２５％、Ｎｉ：１０〜２５％、Ｐ：０．１〜０．９％、を含有し、さらに、Ｃ：０．５〜８％又は／及び二硫化モリブデン：０．５〜５％を含有し、残りがＣｕと不可避不純物からなる組成、並びに５〜２５％の気孔率を有するＣｕ基焼結合金で構成され、この焼結合金の外面に四フッ化エチレン樹脂層を設けたものである。
【０００９】
また、請求項２の発明は、請求項１のＣｕ基焼結合金製軸受において、前記四フッ化エチレン樹脂層の厚さが１〜４０μｍである。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１の焼結合金からなる軸受を使用したモータ式燃料ポンプである。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１の構成によれば、耐食性を有する四フッ化エチレン樹脂層によりＣｕ基焼結合金製軸受を覆うことにより、高い耐食性を有する軸受を得ることができる。特に、硫黄やその化合物に対する耐食性に優れたＣｕ基焼結合金製軸受に、さらに蟻酸や酢酸等の有機酸に対する耐食性を付与することができ、硫黄やその化合物に対する耐食性と蟻酸や酢酸等の有機酸に対する耐食性の両者を備えた軸受が得られる。
【００１２】
また、請求項２の構成によれば、硫黄やその化合物に対する耐食性と蟻酸や酢酸等の有機酸に対する耐食性の両者を備えた軸受が得られる。そして、四フッ化エチレン樹脂層の厚さが１μｍ未満になると有機酸に対する耐食性が低下し、一方、その厚さが４０μｍを超えると、寸法精度を保つことが難しくなるためである。
【００１３】
請求項３の構成によれば、モータ式燃料ポンプの軸受は、硫黄やその化合物、あるいは蟻酸や酢酸等の有機酸を含む燃料に対しても優れた寿命を有するものとなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明の実施例を添付図面を参照して説明する。
【実施例１】
【００１５】
図１〜図３は本発明の実施例を示す。尚、以下、焼結合金として前記軸受５を例に説明する。
【００１６】
図２及び図３に示すように、軸受５は、略円筒形の焼結合金本体51からなり、その中央には前記回転軸４が回転摺動する円筒状の摺動面52が形成され、さらに、その焼結合金本体51の露出した外面全てを覆う四フッ化エチレン樹脂層53を備える。尚、四フッ化エチレン樹脂として、例えばＰＴＦＥ（テフロン（登録商標））を用いることができる。
【００１７】
前記軸受５の焼結合金本体51には、第一例として、質量％で、Ｎｉ：１０〜２５％、Ｚｎ：１０〜２５％、Ｐ ：０．１〜０．９％、Ｃ ：１〜８％、を含有し、残りがＣｕと不可避不純物からなる組成、並びに５〜２５％の気孔率を有する黒鉛分散型Ｃｕ基焼結合金を用いることができ、また、それ以外の組成のＣｕ基焼結合金を用いることもできる。
【００１８】
その製造方法につき、図１を参照して説明すると、例えば、焼結合金本体51に用いる原料粉末として、いずれも水アトマイズ法により形成され、かつ４５μｍの平均粒径を有する５種類のＣｕ−Ｎｉ−Ｚｎ合金粉末、すなわちＣｕ−１５．８％Ｎｉ−１８．３％Ｚｎ合金粉末、Ｃｕ−１６．９％Ｎｉ−１８．０％Ｚｎ合金粉末、Ｃｕ−１８．８％Ｎｉ−１８．４％Ｚｎ合金粉末、Ｃｕ−１７．４％Ｎｉ−１６．４％Ｚｎ合金粉末、およびＣｕ−１７．３％Ｎｉ−１９．９％Ｚｎ合金粉末（以上５種類）、４５μｍの平均粒径を有する水アトマイズＣｕ−Ｐ合金（Ｐ：３３％含有）粉末、さらに７５μｍの平均粒径を有する黒鉛粉末を用意し、これら原料粉末を所定の配合組成に配合し、Ｖ型ミキサーで４０分間混合する混合（Ｓ１：ステップ１）処理を行った後、１５０〜３００ＭＰａの範囲内の所定の圧力でプレスにより所定形状の圧粉体に成形（Ｓ２）し、この圧粉体をアンモニア分解ガス雰囲気中、７５０〜９００℃の範囲内の所定の温度に４０分間保持の条件で焼結（Ｓ３）することにより、黒鉛分散型Ｃｕ基焼結合金で構成され軸受５を製造した。この結果得られた軸受５を光学顕微鏡（２００倍）を用いて観察したところ、いずれもＣｕ−Ｎｉ−Ｚｎ合金の固溶体相からなる素地にＣｕ−Ｐ合金と黒鉛が微細に分散分布し、かつ気孔も存在する組織を示した。このようにして得られた黒鉛分散型Ｃｕ基焼結合金製の軸受５は、これの素地を形成するＣｕ−Ｎｉ−Ｚｎ合金のもつ優れた強度および耐食性と相俟って、ガソリンの高圧高速流に曝された環境下ですぐれた耐摩耗性を発揮するようになり、また、この黒鉛分散型Ｃｕ基焼結合金製軸受を使用したモータ式燃料ポンプは硫黄又はその化合物を不純物に含む燃料に対してもすぐれた寿命を有するものとなる。そして、Ｃｕ基焼結合金製軸受は、通常の燃料ポンプの軸受としては勿論のこと、特に燃料ポンプの小型化および高駆動化に伴ってガソリンの高速流に曝され、かつ高面圧を受ける環境下で用いた場合でも、すぐれた耐摩耗性を発揮するものであるから、ガソリンエンジンの軽量化、並びに高性能化に十分満足に対応できるものである。
【００１９】
また、前記軸受５の焼結合金本体51には、第二例として、質量％で、Ｎｉ：１０〜２５％、Ｚｎ：１０〜２５％、Ｐ：０．１〜０．９％、Ｃ：０．５〜５％、二硫化モリブデン：０．５〜５％、を含有し、残りがＣｕと不可避不純物からなる組成、並びにＣｕ−Ｎｉ−Ｚｎ系合金の固溶体相からなる素地に、硬質のＣｕ−Ｐ化合物と、潤滑性の高い遊離黒鉛および二硫化モリブデンが分散分布した組織を有し、さらに５〜２５％の気孔率を有するＣｕ基焼結合金で構成したＣｕ基焼結合金を用いることもできる。前記軸受５の焼結合金本体51には、さらに第三例として、質量％で、Ｎｉ：１０〜２５％、Ｚｎ：１０〜２５％、Ｐ：０．１〜０．９％、二硫化モリブデン：０．５〜５％を含有し、残りがＣｕと不可避不純物からなる組成、並びにＣｕ−Ｎｉ−Ｚｎ系合金の固溶体相からなる素地に、硬質のＣｕ−Ｐ化合物と、高潤滑性を有する二硫化モリブデンが分散分布した組織を有し、さらに５〜２５％の気孔率を有するＣｕ基焼結合金で構成したＣｕ基焼結合金を用いることもできる。
【００２０】
焼結（Ｓ３）後、焼結合金本体51を再圧縮であるサイジング（Ｓ４）して所定寸法に仕上げる。さらに、本発明では、蟻酸や酢酸等の有機酸が混ざった燃料に対する耐食性向上を図るため、焼結（Ｓ３）後、焼結合金本体51に四フッ化エチレン樹脂層53を形成する表面被覆（Ｓ４）処理を行う。この表面被覆（Ｓ４）処理には、スプレーコーティングやタンブリングコーティングおよびディップコーティングなどの方法を用いることができる。
【００２１】
このようにして表面被覆（Ｓ４）を施した軸受５を複数形成し、これら軸受５は表１に示す異なる厚さの樹脂層53を有し、それぞれ試験を行った。尚、樹脂層53はＰＴＦＥ（テフロン（登録商標））とした。また、比較のため樹脂層を設けない「樹脂層なし」の軸受５についても試験を行った。
【００２２】
耐食性を比較するため、「硫黄」と「有機酸」に対して、Ｃｕ溶出量の試験を行った。「硫黄」では、硫黄５００ｐｐｍ、温度６０℃の試験溶液に、軸受５を３００時間含浸してそのＣｕ溶出量を測定した。「有機酸」では、蟻酸0.5vl％、酢酸0.5vl％の混合試験溶液に、軸受５を３００時間含浸してそのＣｕ溶出量を測定した。これらの結果を下記の表１に示す。
【００２３】
また、表１の各軸受５を、図４の燃料ポンプに組み込み、この燃料ポンプを有機酸を含むガソリンタンク内に設置し、インペラの回転数：４０００（最小回転数）〜１００００（最大回転数）ｒ．ｐ．ｍ．、ガソリンの流量：０．０５ｍ3／時（最小流量）〜０．１５ｍ3／時（最大流量）、軸受５がガソリンの流通により受ける圧力：最大３００ＫＰａ、試験時間：２００時間、の条件、すなわちガソリンが狭い間隙を高速で流通し、これによって軸受５が高圧を受け、かつ速い流速のガソリンに曝される条件で実機試験を行い、試験後の軸受面における最大摩耗深さを測定した。この測定結果を同じく表１に示した。
【００２４】
【表１】
2005240159.tif 000003
【００２５】
表１に示される結果から、Ｃｕ基焼結合金の外面に四フッ化エチレン樹脂層53を設けた本発明の軸受５は、有機酸に対して高い耐摩耗性が得られ、四フッ化エチレン樹脂層53の厚さが１５μｍでは、軸受５の最大摩耗深さが１〜２μｍで、実質ほとんど摩耗が生じず、有機酸に対する高い耐摩耗性が得らることがわかる。また、四フッ化エチレン樹脂層53の厚さが１μｍでは、「樹脂層なし」に比べて、最大摩耗深さが大幅に削減され、樹脂層53による対有機酸に対する耐摩耗性の向上が認められた。一方、四フッ化エチレン樹脂層53が０．５μｍでは、対有機酸に対する耐摩耗性の向上が十分には認められず、下限として必要な四フッ化エチレン樹脂層53の厚さは１μｍ以上であることがわかった。また、表１には示さなかったが、四フッ化エチレン樹脂層53が１５μｍを超えても、最大摩耗深さは２μｍ以下であり、製品としての軸受５の寸法精度を考慮すると、四フッ化エチレン樹脂層53の厚さは４０μｍ以下とすることが好ましい。特に、この種の軸受５において、数μｍの寸法精度を要求されるものもあり、このことからも厚さの好ましい上限を４０μｍとした。さらに、表１の試験結果を考慮すると、四フッ化エチレン樹脂層53の厚さは１〜１５μｍとすることが一層好ましい。
【００２６】
また、表１に示される結果から、Ｃｕ基焼結合金の外面に四フッ化エチレン樹脂層53を設けた本発明の軸受５は、有機酸に対して高い耐食性が得られ、四フッ化エチレン樹脂層53の厚さが１５μｍでは、Ｃｕの溶出量が２ｐｐｍで、実質ほとんど有機酸によりＣｕが溶出せず、有機酸に対する高い耐食性が得らることがわかる。また、四フッ化エチレン樹脂層53の厚さが１μｍでは、「樹脂層なし」に比べて、Ｃｕの溶出量が大幅に削減され、樹脂層53による対有機酸に対する耐食性の向上が認められた。一方、四フッ化エチレン樹脂層53が０．５μｍでは、対有機酸に対する耐食性の向上が十分には認められず、下限として必要な四フッ化エチレン樹脂層53の厚さは１μｍ以上であることがわかった。また、表１には示さなかったが、四フッ化エチレン樹脂層53が１５μｍを超えても、Ｃｕの溶出量は２ｐｐｍ以下であり、製品としての軸受５の寸法精度を考慮すると、四フッ化エチレン樹脂層53の厚さは４０μｍ以下とすることが好ましい。特に、この種の軸受５において、数μｍの寸法精度を要求されるものもあり、このことからも厚さの好ましい上限を４０μｍとした。さらに、表１の試験結果を考慮すると、四フッ化エチレン樹脂層53の厚さは１〜１５μｍとすることが一層好ましい。
【００２７】
このように本実施例では、請求項１に対応して、質量％で、Ｚｎ：１０〜２５％、Ｎｉ：１０〜２５％、Ｐ：０．１〜０．９％、を含有し、さらに、Ｃ：０．５〜８％又は／及び二硫化モリブデン：０．５〜５％を含有し、残りがＣｕと不可避不純物からなる組成、並びに５〜２５％の気孔率を有するＣｕ基焼結合金51で構成され、この焼結合金51の外面に四フッ化エチレン樹脂層53を設けたから、耐食性を有する四フッ化エチレン樹脂層53によりＣｕ基焼結合金製軸受を覆うことにより、高い耐食性を有する軸受５を得ることができる。特に、硫黄やその化合物に対する耐食性に優れたＣｕ基焼結合金製軸受に、さらに蟻酸や酢酸等の有機酸に対する耐食性を付与することができ、硫黄やその化合物に対する耐食性と蟻酸や酢酸等の有機酸に対する耐食性の両者を備えた軸受５を得ることができる。
【００２８】
また、このように本実施例では、請求項２に対応して、四フッ化エチレン樹脂層53の厚さが１〜４０μｍであるから、硫黄やその化合物に対する耐食性と蟻酸や酢酸等の有機酸に対する耐食性の両者を備えた軸受５が得られる。そして、四フッ化エチレン樹脂層53の厚さが１μｍ未満になると有機酸に対する耐食性が低下し、一方、その厚さが４０μｍを超えると、製品の寸法精度を保つことが難しくなるため、上記の範囲とすることが好ましい。
【００２９】
また、このように本実施例では、請求項３に対応して、請求項１の焼結合金からなる軸受５を使用したモータ式燃料ポンプであるから、このモータ式燃料ポンプの軸受５は、硫黄やその化合物、あるいは蟻酸や酢酸等の有機酸を含む燃料に対しても優れた寿命を有するものとなる。
【００３０】
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、軸受は、実施形態のものに限らず種々の形状のもの適用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施例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、焼結合金本体の斜視図である。
【図３】同上、一部を拡大した焼結合金の断面図である。
【図４】ガソリンエンジン用モータ式燃料ポンプの概略断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  軸受（焼結合金）
51  焼結合金本体
53  四フッ化エチレン樹脂層
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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