(57)【要約】【課題】優れた摺動特性と耐摩耗性をガス軟窒化処理を行わずに確保できるオルダムリングを提供する。【解決手段】パーライトとフェライトが混在した基地中に、組織の断面積比で７〜１４％のセメンタイトが平均的に島状に析出し、かつ、重量比で０．３〜１％の遊離黒鉛が平均的に分散している炭素含有鉄基焼結合金でオルダムリング１を形成した。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
パーライトとフェライトが混在した基地中に、組織の断面積比で７〜１４％のセメンタイトが平均的に島状に析出し、かつ、重量比で０．３〜１％の遊離黒鉛が平均的に分散している炭素含有鉄基焼結合金で形成されたオルダムリング。
【請求項２】
重量比でＣ：１．５〜３％、Ｃｕ：１．５〜６％、Ｓｎ：０．１５〜１％、Ｐ：０．１〜０．５％、残部Ｆｅの組成の鉄基焼結合金で形成された請求項１に記載のオルダムリング。
【請求項３】
重量比でＣ：１．５〜３％、Ｃｕ：１．５〜６％、Ｓｎ：０．１５〜１％、Ｐ：０．１〜０．５％、ＣａＦ2 ：０．３〜１％、残部Ｆｅの鉄基焼結合金で形成された請求項１に記載のオルダムリング。
【請求項４】
重量比でＣ：１．５〜３％、Ｃｕ：１．５〜６％、Ｓｎ：０．１５〜１％、Ｐ：０．１〜０．５％、残部Ｆｅ、または、Ｃ：１．５〜３％、Ｃｕ：１．５〜６％、Ｓｎ：０．１５〜１％、Ｐ：０．１〜０．５％、ＣａＦ2 ：０．３〜１％、残部Ｆｅの組成の粉末を混合して原料粉末を準備する工程と、
その原料粉末を圧粉成形して成形体を得る工程と、
その成形体を、体積比で２０〜６０％の浸炭性ガスと残部の不活性ガスとを混合した混合ガス雰囲気下において、１０００〜１１００℃の温度で焼結する工程を有するオルダムリングの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、スクロールコンプレッサなどに採用されるオルダムリングとそのオルダムリングの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、スクロールコンプレッサの旋回スクロールとケーシングとの間に摺動可能に配置されるオルダムリング（可動継手）は、旋回スクロールの自転防止を目的として採用される部品である。このオルダムリングの中には、旋回スクロールからスラスト荷重を受けるスラスト受けを兼用するものがあり、このようなものに対しては特に、摺動相手部品との焼き付きが起こり難いこと及び耐摩耗性に優れることが要求される。
【０００３】
この要求を満たすために、下記特許文献１は、ＪＩＳ  ＳＵＳ４３０相当の特殊鋼で形成したオルダムリングに窒化処理を施し、これと、焼き入れした粉末ハイス鋼（ＪＩＳＳＫＨ５６相当の高速度鋼）に樹脂封孔処理を施したオルダム受けとを組み合わせることを述べている。
【０００４】
また、オルダムリングを窒化珪素セラミックスで形成し、これと、ＪＩＳ  Ｓ４５Ｃ相当の炭素鋼に窒化処理を施したオルダム受けとを組み合わせることも述べている。
【０００５】
焼結機械部品に蒸気封孔処理を施した後に、摺動相手部品に係合させる凸部を機械加工し、その後さらにガス軟窒化処理を施すものもある。
【０００６】
しかしながら、特殊鋼や焼結機械部品を窒化処理したものはガス軟窒化による精度低下が考えられ、さらに、窒化の工程が必須であるためコスト面でも不利になる。
【０００７】
また、窒化珪素セラミックスで形成したオルダムリングは、材料費が高くつき、引っ張り強度などにも改善の余地がある。
【特許文献１】特開平８−２６１１８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
この発明は、精度確保などに関して不利な窒化処理を施さずに摺動相手部品との焼き付き防止、耐摩耗性向上の要求を満たすことができる、安価で信頼性にも優れたオルダムリングを提供することを課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するため、この発明においては、パーライトとフェライトが混在した基地中に、組織の断面積比で７〜１４％のセメンタイトが平均的に島状に析出し、かつ、重量比で０．３〜１％の遊離黒鉛が平均的に分散している炭素含有鉄基焼結合金で形成されたオルダムリングを提供する。
【００１０】
材料の鉄基焼結合金は、重量比でＣ：１．５〜３％、Ｃｕ：１．５〜６％、Ｓｎ：０．１５〜１％、Ｐ：０．１〜０．５％、残部Ｆｅ、または、
重量比でＣ：１．５〜３％、Ｃｕ：１．５〜６％、Ｓｎ：０．１５〜１％、Ｐ：０．１〜０．５％、ＣａＦ2 ：０．３〜１％、残部Ｆｅであるものが更に好ましい。
【００１１】
また、この発明のオルダムリングは、重量比でＣ：１．５〜３％、Ｃｕ：１．５〜６％、Ｓｎ：０．１５〜１％、Ｐ：０．１〜０．５％、残部Ｆｅ、またはＣ：１．５〜３％、Ｃｕ：１．５〜６％、Ｓｎ：０．１５〜１％、Ｐ：０．１〜０．５％、ＣａＦ2 ：０．３〜１％、残部Ｆｅの組成の粉末を混合して原料粉末を準備する工程と、その原料粉末を圧粉成形して成形体を得る工程と、その成形体を体積比で２０〜６０％の浸炭性ガスと残部の不活性ガスとを混合した混合ガス雰囲気下において、１０００〜１１００℃の温度で焼結して製造する工程を有することが好ましく、この発明においては、かかる製造方法も併せて提供する。
【００１２】
なお、鉄基焼結合金に含ませる遊離黒鉛は、その量が０．３％以上で良好な摺動特性が得られる。また、１％未満にすれば、合金が脆くなったり、被削性が低下したりするのが抑えられる。
【００１３】
また、鉄基焼結合金中のセメンタイト析出量は、７％以上とすることで耐摩耗性を確保できる。一方、その量を１４％以下とすることでセメンタイトの析出量が過剰になり摺動抵抗の低下や合金の被削性の低下が起こることを防止できる。
【００１４】
次に、材料の鉄基焼結合金は、上記の組成のものが好ましい。その合金の元素含有量は、以下の理由から上記の範囲に制限するのがよい。
【００１５】
Ｃ：その含有量を１．５〜３％とすることで、強度を確保し、かつ、遊離黒鉛量を０．３〜１％することができる。
【００１６】
Ｃｕ：鉄に固溶して合金の強度を向上させる。その量は、１．５％以上とすることで強度向上の効果が得られ、また、６％以下とすることで、コスト上昇を抑制できる。
【００１７】
Ｓｎ：焼結時の昇温過程において、８００〜１０００℃の範囲でＣｕと反応して液相を発生させ、焼結を促進して合金の強度を向上させる。その量は０．１５％以上で強度向上の効果が得られ、１％以下で合金が脆くなるのを防止できる。
【００１８】
Ｐ：鉄に固溶して合金の強度を向上させる。その量を０．１％以上とすることで強度向上の効果が得られ、０．５％以下とすることで合金を脆くすることを防止できる。
【００１９】
ＣａＦ2 ：摺動特性と被削性の向上の効果をもたらす。その量を０．３％以上とすることで効果が得られ、１％以下とすることで合金の強度低下が抑制できる。
【００２０】
このほか、製造方法における焼結時の雰囲気ガスは、セメンタイトの析出量を７〜１４％の範囲にコントロールし易くするために、浸炭性ガスを体積比で２０〜６０％含ませる。また、焼結温度が１０００℃以上とすることで、基地がフェライト主体の組織となって強度及び耐摩耗性が向上し、１１００℃以下とすることで、ネットワーク状につながったセメンタイトが析出せず、良好な摺動特性や被削性が得られるので、焼結温度は１０００〜１１００℃の範囲とする。
【発明の効果】
【００２１】
この発明で用いる炭素含有鉄基焼結合金は、セメンタイトの析出量を従来の同種の焼結合金に比べて増加させ、さらに、そのセメンタイトを組織中に平均的に島状に析出させており、特殊鋼や焼結機械部品を窒化処理したものと同等以上の耐摩耗性をガス軟窒化処理なしで確保することができる。
【００２２】
また、この鉄基焼結合金は、重量比で０．３〜１％の遊離黒鉛を含んでおり、この遊離黒鉛による固体潤滑効果により、ガス軟窒化処理をせずに焼き付き防止に必要な良好な摺動特性を確保することができる。従って、この発明によれば、ガス軟窒化処理を省くことができ、工程増によるコスト上昇、ガス軟窒化処理によるオルダムリングの精度低下を無くすことが可能になる。
【００２３】
鉄基焼結合金は材料費も安価である。窒化珪素セラミックスに比べて引っ張り強度などにも勝り、従って、安価で強度面での信頼性も高いオルダムリングを提供することが可能になる。
【００２４】
また、この発明の製造方法によれば、焼結時の雰囲気ガスに含まれる浸炭性ガスの割合を変化させてセメンタイトの析出量をコントロールすることができ、また、焼結温度を１０００〜１１００℃とすることにより、パーライトとフェライトが混在する基地にセメンタイトを島状に点在させて析出させることができ、耐摩耗性と摺動特性に優れるオルダムリングを製造することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、この発明の実施の形態を説明する。図１は、スクロールコンプレッサ用のオルダムリングである。このオルダムリング１には、旋回スクロール２とケーシング（図示せず）とにそれぞれ径方向摺動自在に係合させて両者の間に配置するもの、即ち、旋回スクロール２からのスラスト受けを兼用するものと、旋回スクロール２とスラスト受け（これも図示せず）との間に配置して旋回スクロール２の自転防止のみを行うものとがある。
【００２６】
このオルダムリング１は、パーライトとフェライトが混在した基地中に、組織の断面積比で７〜１４％のセメンタイトが平均的に島状に析出し、かつ、重量比で０．３〜１％の遊離黒鉛が平均的に分散している炭素含有鉄基焼結合金で形成されている。このオルダムリング１の蒸気封孔処理した後の表層部と内部の２００倍拡大断面組織写真と、４００倍拡大断面組織写真を図２に示す。
【００２７】
セメンタイトの断面積測定は、図４の方法で行った。この図４の方法は、断面組織写真に格子をあて、格子の線に重なったセメンタイト相の長さを積算し、格子の全格子長さで除して面積率を計算するものである。
【００２８】
また、遊離黒鉛の比率は、切粉を脱脂後、硝酸で溶解して遊離黒鉛をアルミナで濾過し、次いでこれを燃焼させ、ＣＯ2 ガスを分析してガス中のＣの重量を求め、基の切粉重量で除して重量比を計算する方法で行った。
【００２９】
材料の鉄基焼結合金の組成は、重量比でＣ：１．５〜３％、Ｃｕ：１．５〜６％、Ｓｎ：０．１５〜１％、Ｐ：０．１〜０．５％、残部Ｆｅ、または、重量比でＣ：１．５〜３％、Ｃｕ：１．５〜６％、Ｓｎ：０．１５〜１％、Ｐ：０．１〜０．５％、ＣａＦ2 ：０．３〜１％、残部Ｆｅである。
【００３０】
かかる組成の原料粉末を圧粉成形して所望形状の成形体を得る。そして、その成形体を、浸炭性ガスと不活性ガスからなる混合ガス雰囲気下で焼結してオルダムリングを製造する。このようにして得られるこの発明のオルダムリングは、機械加工後にガス軟窒化処理を施さずに要求される摺動特性と耐摩耗性を確保することができる。
【実施例】
【００３１】
以下に実施例を挙げる。
【００３２】
通常の焼結合金の製造方法と同じ方法でまず原料粉末の混合及び成形を行った。原料粉末としては、純鉄粉、Ｃｕ−Ｓｎ合金粉（青銅粉）、Ｆｅ−Ｐ合金粉、黒鉛粉及びＣａＦ2 粉を使用した。これらの原料粉末に０．８ｗｔ％の潤滑剤を加えて表１の各実施例の組成となるように混合した後、図１の形状のオルダムリングに成形した。このときの成形圧は、成形体の密度が６．４ｇ／cm3 以上で必要な焼結後強度が得られ、また、成形体の密度を７．１ｇ／cm3 以下にすることで成形圧が高くならず生産効率が悪くなったり、焼結時の反応が遅くなったりすることを防止できる。従って、成形体の密度が６．４〜７．１ｇ／cm3 となるように調整した。
【００３３】
そして、この成形体を、表１に示す焼結条件（雰囲気および温度）で焼結した。焼結時の雰囲気ガスは、浸炭性ガスとしてブタン変成ガスを使用したが、天然ガス等でもよい。また、残部の不活性ガスは窒素ガスとしたが、アルゴンガス等でもよい。
【００３４】
表１に示す比較例の合金から成るオルダムリングも製造した。比較例１〜６は、合金の元素や遊離黒鉛の量がこの発明で好ましいとした範囲から外れたもの、或いはこの発明の製造方法の条件から外れる条件で製造されたものである。また、比較例７は、ＪＩＳ  ＳＭＦ４０４０の焼結合金製のオルダムリングに焼結後に蒸気封孔処理を施し、凸部を機械加工した後にガス軟窒化処理を施したものである。
【００３５】
表１の各実施例と各比較例の鉄基焼結合金で形成したオルダムリングを旋回スクロールとケーシングとの間に組み込んでスクロールコンプレッサを完成させ、そのスクロールコンプレッサを１０００時間運転する耐久性試験を行い、試験後のオルダムリングの摩耗量を測定した。
【００３６】
その結果と、試験に用いた合金のセメンタイト析出量と遊離黒鉛の含有量を表１に併せて示す。また、この試験結果から判明したセメンタイトの析出量と摩耗量の関係を図３に示す。
【００３７】
表１から、各実施例は、いずれも炭素含有量を１．５〜３％として合金中の遊離黒鉛量を０．３％以上確保したことにより良好な摺動特性が確保されていること、および、セメンタイトの析出量が組織の断面積比で７〜１４％の範囲にあって優れた耐摩耗性が確保されていることがわかる。
【００３８】
これに対し、各比較例は、遊離黒鉛量とセメンタイト析出量の少なくとも一方が実施例よりも低レベルにとどまり、摩耗量が実施例に比べて極端に大きくなっている。
【００３９】
なお、比較例４、６は、セメンタイト析出量が多くなる条件であるが、セメンタイトがネットワーク状に析出して性能や被削性に劣ることが明らかなため、析出量と摩耗量の測定は行わなかった。
【００４０】
【表１】
2005256059.tif 000003
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】この発明のオルダムリングの一例を示す斜視図
【図２】図１のオルダムリングの表層部と内部の断面組織写真
【図３】セメンタイト析出量と摩耗量の関係を示す図
【図４】初析セメンタイト面積比の測定方法を示す図
【符号の説明】
【００４２】
１    オルダムリング
２    旋回スクロール
【図１】
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【図３】
2005256059.tif 000005
【図４】
2005256059.tif 000006
【図２】
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