JP3274261B2 - 銅系摺動材料 - Google Patents
銅系摺動材料Info
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- JP3274261B2 JP3274261B2 JP29983293A JP29983293A JP3274261B2 JP 3274261 B2 JP3274261 B2 JP 3274261B2 JP 29983293 A JP29983293 A JP 29983293A JP 29983293 A JP29983293 A JP 29983293A JP 3274261 B2 JP3274261 B2 JP 3274261B2
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- Japan
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- copper
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- sliding material
- based sliding
- seizure
- Prior art date
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-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
- F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
- F16C2204/00—Metallic materials; Alloys
- F16C2204/10—Alloys based on copper
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- Sliding-Contact Bearings (AREA)
- Powder Metallurgy (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、銅系摺動材料に関する
ものであり、さらに詳しく述べるならば、特に従来のケ
ルメット材料に代替できる銅系摺動材料に関するもので
ある。
ものであり、さらに詳しく述べるならば、特に従来のケ
ルメット材料に代替できる銅系摺動材料に関するもので
ある。
【０００２】
【従来の技術】銅系摺動材料の代表であるケルメット
は、軟質金属又は樹脂からなるオーバレイを被着してエ
ンジン部品に使用されているが、オーバレイが消失する
と下地のケルメットが露出して焼付が起こり易くなる。
またオーバレイなしで使用されるブシュ用ケルメットで
は、油膜切れが生じた場合焼付を生じ易い。尤も、ケル
メットに含有されるＰｂ粒子が相手軸により引き伸ばさ
れて摺動面で軟質膜を作り、焼付を防止する作用をもつ
のであるが、近年ますます過酷になる摺動条件では、こ
の作用だけでは不十分であるのが実際である。
は、軟質金属又は樹脂からなるオーバレイを被着してエ
ンジン部品に使用されているが、オーバレイが消失する
と下地のケルメットが露出して焼付が起こり易くなる。
またオーバレイなしで使用されるブシュ用ケルメットで
は、油膜切れが生じた場合焼付を生じ易い。尤も、ケル
メットに含有されるＰｂ粒子が相手軸により引き伸ばさ
れて摺動面で軟質膜を作り、焼付を防止する作用をもつ
のであるが、近年ますます過酷になる摺動条件では、こ
の作用だけでは不十分であるのが実際である。
【０００３】したがって、従来のケルメットの耐焼付性
を向上させるために、Ｐ，ＡｌなどのＣｕマトリックス
を強化する元素を添加する、なじみ性が優れたＢｉなど
を添加する、グラファイトなどの耐焼付性向上成分を添
加する、アルミナなどの耐摩耗性成分を添加する、樹脂
を含浸させた樹脂含浸焼結材料とするなどの提案がなさ
れ、それなりの成果を達成している。
を向上させるために、Ｐ，ＡｌなどのＣｕマトリックス
を強化する元素を添加する、なじみ性が優れたＢｉなど
を添加する、グラファイトなどの耐焼付性向上成分を添
加する、アルミナなどの耐摩耗性成分を添加する、樹脂
を含浸させた樹脂含浸焼結材料とするなどの提案がなさ
れ、それなりの成果を達成している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】従来のケルメットは鉛
を約２０〜４０重量％の範囲で含有する合金であるの
で、溶解や焼結の際鉛公害の対策が重要になり製造には
通常の合金以上の注意が必要であった。また従来はこの
ように多量に鉛を含有させなければ銅金属が相手材に凝
着するのを防止できないと考えられており、少量の合金
元素の添加で実用上要求される耐焼付性を満足する銅系
摺動材料はなかった。したがって、本発明は第一に、摺
動部材として実用できる、添加元素が少ない銅系摺動材
料を提供することを目的とする。第二に、本発明は従来
の各種銅系摺動材料組成にも適用でき、凝着を抑制して
摺動性能をさらに高めることができる組成をもつ銅系摺
動材料を提供することを目的とする。
を約２０〜４０重量％の範囲で含有する合金であるの
で、溶解や焼結の際鉛公害の対策が重要になり製造には
通常の合金以上の注意が必要であった。また従来はこの
ように多量に鉛を含有させなければ銅金属が相手材に凝
着するのを防止できないと考えられており、少量の合金
元素の添加で実用上要求される耐焼付性を満足する銅系
摺動材料はなかった。したがって、本発明は第一に、摺
動部材として実用できる、添加元素が少ない銅系摺動材
料を提供することを目的とする。第二に、本発明は従来
の各種銅系摺動材料組成にも適用でき、凝着を抑制して
摺動性能をさらに高めることができる組成をもつ銅系摺
動材料を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、上述のような
観点から銅系摺動材料の耐焼付性を改良するための研究
を行い、少量のＡｇとＳが共存するとこれらが摺動材料
の表面に濃縮して耐焼付性を飛躍的に高めることを発見
して完成したものである。
観点から銅系摺動材料の耐焼付性を改良するための研究
を行い、少量のＡｇとＳが共存するとこれらが摺動材料
の表面に濃縮して耐焼付性を飛躍的に高めることを発見
して完成したものである。
【０００６】すなわち、本発明の第一は、重量百分率で
０．１〜５％（以下特記しない限り「％」は「重量％」
を意味するものとする）Ａｇ及び０．００１〜１％のＳ
を含有し、残部が実質的にＣｕ及び不可避的不純物から
なることを特徴とする純銅に近い組成の銅系摺動材料に
関するものであり、本発明の第二は、１０％以下のＳ
ｎ，０．５％以下のＰ，５％以下のＡｌ，１％以下のＳ
ｉ，５％以下のＭｎ，５％以下のＣｒ，５％以下のＮｉ
及び３０％以下のＺｎからなる群から選択されたＣｕマ
トリックス強化元素を１種又は２種以上を含有する銅系
摺動材料に関するものであり、本発明の第三は第一又は
第二の成分に加えて、それぞれ３０％以下のＰｂ及びＢ
ｉからなる群から選択された１種又は２種の凝着防止元
素を含有する銅系摺動材料に関し、本発明の第四は第一
から第三までのいずれかの成分に加えて、体積百分率
で、それぞれ２０％以下のグラファイト、ＭｏＳ2 及び
ＷＳ2 からなる群から選択された１種又は２種以上をさ
らに含有する銅系摺動材料に関し、本発明の第五は第一
から第四までのいずれかの成分に加えて、体積百分率で
総量で２０％以下のＡｌ2 Ｏ3 ，ＳｉＯ2 ，Ｓｉ3 Ｎ4
，Ｆｅ3 Ｐ，ＦｅＢ，ＮｉＢ，ＢＮ及びＳｉＣからな
る群から選択された１種又は２種以上をさらに含有する
銅系摺動材料に関し、本発明の第六は、上記何れかの組
成を有する材料が裏金に焼結された焼結材料であり、そ
の焼結空孔に樹脂が含浸された銅系摺動材料に関し、本
発明の第七は樹脂が焼結空孔に含浸されている他に焼結
材料の表面を被覆していることを特徴とする銅系摺動材
料に関する。
０．１〜５％（以下特記しない限り「％」は「重量％」
を意味するものとする）Ａｇ及び０．００１〜１％のＳ
を含有し、残部が実質的にＣｕ及び不可避的不純物から
なることを特徴とする純銅に近い組成の銅系摺動材料に
関するものであり、本発明の第二は、１０％以下のＳ
ｎ，０．５％以下のＰ，５％以下のＡｌ，１％以下のＳ
ｉ，５％以下のＭｎ，５％以下のＣｒ，５％以下のＮｉ
及び３０％以下のＺｎからなる群から選択されたＣｕマ
トリックス強化元素を１種又は２種以上を含有する銅系
摺動材料に関するものであり、本発明の第三は第一又は
第二の成分に加えて、それぞれ３０％以下のＰｂ及びＢ
ｉからなる群から選択された１種又は２種の凝着防止元
素を含有する銅系摺動材料に関し、本発明の第四は第一
から第三までのいずれかの成分に加えて、体積百分率
で、それぞれ２０％以下のグラファイト、ＭｏＳ2 及び
ＷＳ2 からなる群から選択された１種又は２種以上をさ
らに含有する銅系摺動材料に関し、本発明の第五は第一
から第四までのいずれかの成分に加えて、体積百分率で
総量で２０％以下のＡｌ2 Ｏ3 ，ＳｉＯ2 ，Ｓｉ3 Ｎ4
，Ｆｅ3 Ｐ，ＦｅＢ，ＮｉＢ，ＢＮ及びＳｉＣからな
る群から選択された１種又は２種以上をさらに含有する
銅系摺動材料に関し、本発明の第六は、上記何れかの組
成を有する材料が裏金に焼結された焼結材料であり、そ
の焼結空孔に樹脂が含浸された銅系摺動材料に関し、本
発明の第七は樹脂が焼結空孔に含浸されている他に焼結
材料の表面を被覆していることを特徴とする銅系摺動材
料に関する。
【０００７】以下本発明の構成を説明する。本発明の第
一から第七に共通する添加成分であるＡｇは一部は微細
な共晶組織を作り、一部はＣｕマトリックスに均一に固
溶している。一方ＳはＣｕにほとんど固溶せず硫化銅と
して存在している。すなわち、本発明材料の基本的組織
はＡｇを固溶したＣｕ相−Ａｇリッチ相−硫化銅の３相
組織である。このようにＡｇとＳが共存する摺動材料の
摺動条件が流体潤滑から境界潤滑に移行して焼付易い潤
滑状態となると、摩擦による熱によりＡｇとＳとの濃縮
層が摺動面に形成されることが分かった。
一から第七に共通する添加成分であるＡｇは一部は微細
な共晶組織を作り、一部はＣｕマトリックスに均一に固
溶している。一方ＳはＣｕにほとんど固溶せず硫化銅と
して存在している。すなわち、本発明材料の基本的組織
はＡｇを固溶したＣｕ相−Ａｇリッチ相−硫化銅の３相
組織である。このようにＡｇとＳが共存する摺動材料の
摺動条件が流体潤滑から境界潤滑に移行して焼付易い潤
滑状態となると、摩擦による熱によりＡｇとＳとの濃縮
層が摺動面に形成されることが分かった。
【０００８】図１は摺動後の本発明材料の表面をＳＩＭ
Ｓ（２次イオン質量分析SecondaryIon Mass Spectrosco
py ）法でＡｇを分析した写真をスケッチしたものであ
り、円形分析面の中でＡｇが濃縮している領域を斑点で
示してた図である。図２は図１と同じ表面をＳＩＭＳ法
で検出したＳ濃縮領域を斑点で示す図である。これらの
斑点領域はほぼ一致しておりＡｇとＳが供試材料の同じ
部位に濃縮していることが確認できた。
Ｓ（２次イオン質量分析SecondaryIon Mass Spectrosco
py ）法でＡｇを分析した写真をスケッチしたものであ
り、円形分析面の中でＡｇが濃縮している領域を斑点で
示してた図である。図２は図１と同じ表面をＳＩＭＳ法
で検出したＳ濃縮領域を斑点で示す図である。これらの
斑点領域はほぼ一致しておりＡｇとＳが供試材料の同じ
部位に濃縮していることが確認できた。
【０００９】このような濃縮層ではＡｇとＳがＣｕマト
リックス中よりも著しく高められて容易に分析により検
出可能である。この濃縮層は非常に薄いので物質の同定
が困難であるが、硫化銀が生成されていると考えられ
る。
リックス中よりも著しく高められて容易に分析により検
出可能である。この濃縮層は非常に薄いので物質の同定
が困難であるが、硫化銀が生成されていると考えられ
る。
【００１０】Ａｇ−Ｓ濃縮層は軸受と相手軸が油膜を介
さず直接ミクロ的に接触し摩擦が生じ、発熱が多い部位
ほど形成され易い。この部位は焼付が起こり易い場所で
あるので、Ａｇ−Ｓ濃縮層生成部位と焼付が起こり易い
摺動部位とは一致することになる。Ａｇ−Ｓ濃縮層は軸
受と軸が接触する部位に生成された後、軸と軸受との相
対運動により摺動面に薄く伸びた状態となる。この結果
軸受−軸の間の凝着が抑えられ耐焼付性が向上する。す
るとＡｇ−Ｓ濃縮層が形成された軸受の摺動面は凝着を
起こすことなく相手軸となじみ、その部位における潤滑
条件は境界潤滑から流体潤滑から移行する。引き続いて
その部位の温度が下がり、その後更なるＡｇ−Ｓ濃縮層
の形成は抑制される。もし、上述の部位と別の場所で焼
付が起こり易くなるとその部位でＡｇ−Ｓ濃縮層硫化銀
皮膜が形成される。このように硫化銀は焼付が起こり易
いところに任意の部位に局部的に生成し、焼付が起こら
ないような部位では生成し難い。なお、潤滑油が少ない
ドライに近い摺動条件においても上述したところと同様
にＡｇ−Ｓ濃縮層が生成し、焼付を防止することができ
るが、潤滑油がないドライ摺動条件では本発明の第六に
よる摺動材料を使用することが必要である。
さず直接ミクロ的に接触し摩擦が生じ、発熱が多い部位
ほど形成され易い。この部位は焼付が起こり易い場所で
あるので、Ａｇ−Ｓ濃縮層生成部位と焼付が起こり易い
摺動部位とは一致することになる。Ａｇ−Ｓ濃縮層は軸
受と軸が接触する部位に生成された後、軸と軸受との相
対運動により摺動面に薄く伸びた状態となる。この結果
軸受−軸の間の凝着が抑えられ耐焼付性が向上する。す
るとＡｇ−Ｓ濃縮層が形成された軸受の摺動面は凝着を
起こすことなく相手軸となじみ、その部位における潤滑
条件は境界潤滑から流体潤滑から移行する。引き続いて
その部位の温度が下がり、その後更なるＡｇ−Ｓ濃縮層
の形成は抑制される。もし、上述の部位と別の場所で焼
付が起こり易くなるとその部位でＡｇ−Ｓ濃縮層硫化銀
皮膜が形成される。このように硫化銀は焼付が起こり易
いところに任意の部位に局部的に生成し、焼付が起こら
ないような部位では生成し難い。なお、潤滑油が少ない
ドライに近い摺動条件においても上述したところと同様
にＡｇ−Ｓ濃縮層が生成し、焼付を防止することができ
るが、潤滑油がないドライ摺動条件では本発明の第六に
よる摺動材料を使用することが必要である。
【００１１】本発明の銅系摺動材料においてＡｇが０．
１重量％未満かつＳが０．００１重量％未満では境界潤
滑条件でＣｕが直接相手材と接触して摺動するので、凝
着が生じやすい。一方Ａｇが５重量％を超えると銅合金
が硬くなり摺動材料としては不適切となり、Ｓが１重量
％を超えると多量の硫化銅の生成により銅材料が脆くな
る。したがって、本発明においてはＡｇ及びＳは上記し
た範囲内とする必要がある。好ましいＡｇ含有量は０．
２〜３．０重量％であり、より好ましくは０．５〜１．
５重量％である。また、好ましいＳ含有量は０．０１〜
０．５重量％であり、より好ましくは０．０１〜０．１
０重量％である。上記組成の残部はＦｅ、Ｏなどの銅に
通常含まれる不純物である。銅の純度は竿銅、電気銅、
電解精製銅，ＯＦＨＣなどいずれであってもよい。
１重量％未満かつＳが０．００１重量％未満では境界潤
滑条件でＣｕが直接相手材と接触して摺動するので、凝
着が生じやすい。一方Ａｇが５重量％を超えると銅合金
が硬くなり摺動材料としては不適切となり、Ｓが１重量
％を超えると多量の硫化銅の生成により銅材料が脆くな
る。したがって、本発明においてはＡｇ及びＳは上記し
た範囲内とする必要がある。好ましいＡｇ含有量は０．
２〜３．０重量％であり、より好ましくは０．５〜１．
５重量％である。また、好ましいＳ含有量は０．０１〜
０．５重量％であり、より好ましくは０．０１〜０．１
０重量％である。上記組成の残部はＦｅ、Ｏなどの銅に
通常含まれる不純物である。銅の純度は竿銅、電気銅、
電解精製銅，ＯＦＨＣなどいずれであってもよい。
【００１２】本発明の第二において銅に添加されるＳ
ｎ，Ｐ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｎｉ及びＺｎはＣｕ
マトリックスを強化する元素であり、マトリックス強化
により耐焼付性及び耐摩耗性を向上させることができ
る。これらの元素が添加されていてもＡｇ−Ｓ濃縮層は
形成され耐焼付性が高められる。Ｓｎは２０％，Ｐは
０．５％、Ａｌは５％、Ｓｉは１％、Ｍｎは５％、Ｃｒ
は５％、Ｎｉは５％、Ｚｎは３０％を超えるとＣｕの延
性が損なわれるので、これらの値を添加量の上限とする
必要がある。好ましい含有量は、Ｓｎは１〜１０％，Ｐ
は０．２〜０．４％、Ａｌは１〜３％、Ｓｉは０．１〜
０．５％、Ｍｎは１〜３％、Ｃｒは１〜３％、Ｎｉは１
〜３％、Ｚｎは１５〜２０％である。
ｎ，Ｐ，Ａｌ，Ｓｉ，Ｍｎ，Ｃｒ，Ｎｉ及びＺｎはＣｕ
マトリックスを強化する元素であり、マトリックス強化
により耐焼付性及び耐摩耗性を向上させることができ
る。これらの元素が添加されていてもＡｇ−Ｓ濃縮層は
形成され耐焼付性が高められる。Ｓｎは２０％，Ｐは
０．５％、Ａｌは５％、Ｓｉは１％、Ｍｎは５％、Ｃｒ
は５％、Ｎｉは５％、Ｚｎは３０％を超えるとＣｕの延
性が損なわれるので、これらの値を添加量の上限とする
必要がある。好ましい含有量は、Ｓｎは１〜１０％，Ｐ
は０．２〜０．４％、Ａｌは１〜３％、Ｓｉは０．１〜
０．５％、Ｍｎは１〜３％、Ｃｒは１〜３％、Ｎｉは１
〜３％、Ｚｎは１５〜２０％である。
【００１３】本発明の第三に添加されるＰｂ及びＢｉは
なじみ性及び異物埋収性を高める元素である。これらの
元素はＣｕマトリックス中に二次相粒子として存在する
ので、オーバレイが局部的に消失し軸受が軸と接触する
と直ちにこれらの元素による効果が現れるが、凝着が起
こり易い部位に優先的に存在しているのではない。これ
に対して本発明のＡｇ−Ｓ濃縮層は摺動により温度がか
なり高まってから熱を駆動力とする反応により形成され
るので、直ちにその効果は現れないが凝着が生じ易い場
所に優先的に形成される。したがってＰｂ又はＢｉ，Ｓ
及びＡｇを共存させると軸受の使用初期から使用後かな
りの時間が経過したときまで優れた摺動性能が実現され
る。なお、Ａｇ−Ｐｂ及びＡｇ−Ｂｉ二元系合金はいず
れもＡｇ低濃度側に共晶点がある共晶系の状態図を作
る。Ａｇ添加量が約０．１重量％以上では実用合金でも
これらの共晶中にＡｇが存在するが、凝着が起こり易い
部位の分析をするとＡｇは共晶に濃縮していず、共晶組
織よりは著しく広い面積においてＳとともに濃縮されて
いる。
なじみ性及び異物埋収性を高める元素である。これらの
元素はＣｕマトリックス中に二次相粒子として存在する
ので、オーバレイが局部的に消失し軸受が軸と接触する
と直ちにこれらの元素による効果が現れるが、凝着が起
こり易い部位に優先的に存在しているのではない。これ
に対して本発明のＡｇ−Ｓ濃縮層は摺動により温度がか
なり高まってから熱を駆動力とする反応により形成され
るので、直ちにその効果は現れないが凝着が生じ易い場
所に優先的に形成される。したがってＰｂ又はＢｉ，Ｓ
及びＡｇを共存させると軸受の使用初期から使用後かな
りの時間が経過したときまで優れた摺動性能が実現され
る。なお、Ａｇ−Ｐｂ及びＡｇ−Ｂｉ二元系合金はいず
れもＡｇ低濃度側に共晶点がある共晶系の状態図を作
る。Ａｇ添加量が約０．１重量％以上では実用合金でも
これらの共晶中にＡｇが存在するが、凝着が起こり易い
部位の分析をするとＡｇは共晶に濃縮していず、共晶組
織よりは著しく広い面積においてＳとともに濃縮されて
いる。
【００１４】本発明の第四において添加されるグラファ
イトは固体潤滑剤であり、潤滑作用により焼付を防止す
るために、主として焼結銅合金に添加されるものであ
る。固体潤滑剤の作用とＡｇ−Ｓ濃縮層の作用により焼
付を防止するのが本発明の第四の特徴である。固体潤滑
剤の添加量は２０体積％を超えると焼結合金の強度が低
下する。好ましい添加量は１０〜１８体積％である。
イトは固体潤滑剤であり、潤滑作用により焼付を防止す
るために、主として焼結銅合金に添加されるものであ
る。固体潤滑剤の作用とＡｇ−Ｓ濃縮層の作用により焼
付を防止するのが本発明の第四の特徴である。固体潤滑
剤の添加量は２０体積％を超えると焼結合金の強度が低
下する。好ましい添加量は１０〜１８体積％である。
【００１５】本発明の第五において添加されるＡｌ2 Ｏ
3 ，ＳｉＯ2 ，Ｓｉ3 Ｎ4 ，Ｆｅ3Ｐ，ＦｅＢ，Ｎｉ
Ｂ，ＢＮ及び／又はＳｉＣは何れも硬質材料であり耐摩
耗性を高める。硬質材料による耐摩耗性の作用と硫化銀
皮膜の作用により焼付を防止するのが本発明の第五の特
徴である。硬質材料の添加量は２０体積％を超えると焼
結合金の強度が低下する。好ましい添加量は５〜１２体
積％である。
3 ，ＳｉＯ2 ，Ｓｉ3 Ｎ4 ，Ｆｅ3Ｐ，ＦｅＢ，Ｎｉ
Ｂ，ＢＮ及び／又はＳｉＣは何れも硬質材料であり耐摩
耗性を高める。硬質材料による耐摩耗性の作用と硫化銀
皮膜の作用により焼付を防止するのが本発明の第五の特
徴である。硬質材料の添加量は２０体積％を超えると焼
結合金の強度が低下する。好ましい添加量は５〜１２体
積％である。
【００１６】本発明の銅系摺動材料を焼結材料として使
用する場合は、焼結空孔に樹脂を含浸させることが好ま
しい。この含浸樹脂としては摺動材料として使用される
あらゆる樹脂を使用することができるが、ＰＩ，ＰＡ
Ｉ，ＰＥＩ，ＰＥＥＫ，芳香族ＰＡ，フェノール樹脂、
エポキシ樹脂、ＰＴＦＥ、及びフッ素系樹脂（ＰＦＡ、
ＥＴＦＥ，ＦＥＰ）などを好ましく使用することができ
る。樹脂の量は３０〜８０体積％であることが好まし
く、より好ましくは４０〜６０体積％である。焼結材料
の空孔率は８０〜３０体積％であることが好ましい。さ
らに、より好ましくは６０〜４０体積％である。含浸樹
脂中に固体潤滑剤、耐摩耗性添加剤等も混合することが
できる。これらは具体的には、グラファイト、ＰＴＦ
Ｅ、Ｐｂ，Ｐｂ−Ｓｎ合金、フッ化カーボン、フッ化Ｐ
ｂなどの固体潤滑剤、Ａｌ2 Ｏ3 ，ＳｉＯ2 ，Ｓｉ3 Ｎ
4 ，クレイ、タルク、ＴｉＯ2 ，ムライト、炭化カルシ
ウム、Ｚｎなどの耐摩耗性添加剤、ガラス繊維、カーボ
ン繊維、チタン酸カリウム繊維などの無機繊維、芳香族
ＰＡなどの有機繊維、ＳｉＣウィスカなどのウィスカ、
Ｃｕ繊維、ステンレス繊維などの金属繊維である。さら
に上記した含浸樹脂で焼結材料の表面を被覆したドライ
条件で使用される摺動材料をすることができる。このよ
うな表面被覆樹脂が消失し、焼結材料が露出した時にＡ
ｇ−Ｓ濃縮層が焼付防止の効果を発揮する。
用する場合は、焼結空孔に樹脂を含浸させることが好ま
しい。この含浸樹脂としては摺動材料として使用される
あらゆる樹脂を使用することができるが、ＰＩ，ＰＡ
Ｉ，ＰＥＩ，ＰＥＥＫ，芳香族ＰＡ，フェノール樹脂、
エポキシ樹脂、ＰＴＦＥ、及びフッ素系樹脂（ＰＦＡ、
ＥＴＦＥ，ＦＥＰ）などを好ましく使用することができ
る。樹脂の量は３０〜８０体積％であることが好まし
く、より好ましくは４０〜６０体積％である。焼結材料
の空孔率は８０〜３０体積％であることが好ましい。さ
らに、より好ましくは６０〜４０体積％である。含浸樹
脂中に固体潤滑剤、耐摩耗性添加剤等も混合することが
できる。これらは具体的には、グラファイト、ＰＴＦ
Ｅ、Ｐｂ，Ｐｂ−Ｓｎ合金、フッ化カーボン、フッ化Ｐ
ｂなどの固体潤滑剤、Ａｌ2 Ｏ3 ，ＳｉＯ2 ，Ｓｉ3 Ｎ
4 ，クレイ、タルク、ＴｉＯ2 ，ムライト、炭化カルシ
ウム、Ｚｎなどの耐摩耗性添加剤、ガラス繊維、カーボ
ン繊維、チタン酸カリウム繊維などの無機繊維、芳香族
ＰＡなどの有機繊維、ＳｉＣウィスカなどのウィスカ、
Ｃｕ繊維、ステンレス繊維などの金属繊維である。さら
に上記した含浸樹脂で焼結材料の表面を被覆したドライ
条件で使用される摺動材料をすることができる。このよ
うな表面被覆樹脂が消失し、焼結材料が露出した時にＡ
ｇ−Ｓ濃縮層が焼付防止の効果を発揮する。
【００１７】
【作用】以上説明したように、本発明摺動材料のＡｇ−
Ｓ濃縮層は焼付が起こり易い部位にかつ起こり易い時に
形成されるので、ＡｇとＳの含有量が非常に少ない純銅
に近い組成でも実用上の摺動性能を発揮することができ
るのである。また高負荷、高周速摺動条件では驚くべき
ことにはＣｕ−Ａｇ−Ｓ系合金はケルメットを凌ぐ耐焼
付性を発揮することが分かった。
Ｓ濃縮層は焼付が起こり易い部位にかつ起こり易い時に
形成されるので、ＡｇとＳの含有量が非常に少ない純銅
に近い組成でも実用上の摺動性能を発揮することができ
るのである。また高負荷、高周速摺動条件では驚くべき
ことにはＣｕ−Ａｇ−Ｓ系合金はケルメットを凌ぐ耐焼
付性を発揮することが分かった。
【００１８】上記三元系銅合金は耐摩耗性が不十分であ
るので、耐摩耗性向上の対策としては硬質物又はマトリ
ックス強化元素を添加する、Ｃｕマトリックスを強化す
るなどの対策が有効になる。さらに、低摩擦特性が重要
であるときはグラファイトなどを添加する対策が有効で
ある。さらにまた初期なじみ性が重要であるときはＰｂ
などを添加する対策が有効である。これらの対策は併用
することもできる。
るので、耐摩耗性向上の対策としては硬質物又はマトリ
ックス強化元素を添加する、Ｃｕマトリックスを強化す
るなどの対策が有効になる。さらに、低摩擦特性が重要
であるときはグラファイトなどを添加する対策が有効で
ある。さらにまた初期なじみ性が重要であるときはＰｂ
などを添加する対策が有効である。これらの対策は併用
することもできる。
【００１９】また樹脂を含浸した焼結軸受は潤滑油が少
ない条件で使われまた樹脂を被覆した焼結軸受は潤滑油
がない条件で使用されるので、露出焼結層の面積が摺動
中に僅かに増大すると一挙に焼付くことが多い。この対
策として本発明によるＡｇとＳ添加は非常に有効であ
る。この対策に加えて前段落で述べた耐摩耗性向上など
種々の対策も併用することが有効である。以下、実施例
により本発明をより詳しく説明する。
ない条件で使われまた樹脂を被覆した焼結軸受は潤滑油
がない条件で使用されるので、露出焼結層の面積が摺動
中に僅かに増大すると一挙に焼付くことが多い。この対
策として本発明によるＡｇとＳ添加は非常に有効であ
る。この対策に加えて前段落で述べた耐摩耗性向上など
種々の対策も併用することが有効である。以下、実施例
により本発明をより詳しく説明する。
【００２０】
実施例１ 表１に示す添加量となるようＡｇとＳを電気銅に添加し
た合金を高周波炉で溶製し試験片とし、下記条件で摩擦
係数の測定を行った。 試験機：バウデン・テーバー式スティックスリップ試験
機 すべり速度：０．０６ｍｍ／ｓ 潤滑：ベースオイル一層塗布 荷重：５００ｇ 油温：２２℃ 相手材：ＳＵＪ２（直径８ｍｍの球） また、摩擦試験後相手材に凝着したＣｕの面積（μｍ2
）を調べた。
た合金を高周波炉で溶製し試験片とし、下記条件で摩擦
係数の測定を行った。 試験機：バウデン・テーバー式スティックスリップ試験
機 すべり速度：０．０６ｍｍ／ｓ 潤滑：ベースオイル一層塗布 荷重：５００ｇ 油温：２２℃ 相手材：ＳＵＪ２（直径８ｍｍの球） また、摩擦試験後相手材に凝着したＣｕの面積（μｍ2
）を調べた。
【００２１】
【表１】 組成（％） 摩 擦 試 験 結 果 Ａｇ Ｓ Ｃｕ 摩擦係数 摩擦係数変動幅 Ｃｕ凝着面積 1* ０ ０ 残部 ０．５２ ０．０９ １７００ 2* ０．０３ ０．０１ 残部 ０．５０ ０．０７ ９００ 3 ０．１ ０．１ 残部 ０．５１ ０．０６ ０ 4 ０．５ ０．２ 残部 ０．５０ ０．０４ ０ 5 ３．０ ０．０８ 残部 ０．５２ ０．０５ ０ 6 ５．０ ０．１５ 残部 ０．５１ ０．０５ ０
【００２２】表中、１、２は比較例、３〜７は本発明の
実施例である。表１から、ＡｇとＳが共存するとＣｕの
凝着を抑制できること、Ａｇが０．１％以上でＣｕが凝
着しなくなることが分かる。また凝着が抑制されるにつ
れて摩擦係数変動幅が小さくなっている。
実施例である。表１から、ＡｇとＳが共存するとＣｕの
凝着を抑制できること、Ａｇが０．１％以上でＣｕが凝
着しなくなることが分かる。また凝着が抑制されるにつ
れて摩擦係数変動幅が小さくなっている。
【００２３】実施例２ 実施例１と同じ製法により図４の表に示す各種組成の試
験片を調製し、以下の条件で焼付試験を行った。 試験機：図３に示すもの すべり速度：１５ｍ／ｓ 荷重：荷重漸増（ステップ式）５０ｋｇｆ／１０ｍｉｎ 油種：ベースオイル 油温：室温 相手材：Ｓ５５Ｃ焼入れ（Ｈｖ５５０〜６５０）、粗
さ；０．５〜０．８μｍＲｚ 図３において、１は給油パッド、２は油圧シリンダー、
３はテストピース、４はディスク、５はバランスウェイ
ト、６はロードセルである。試験結果を図４の表に示
す。
験片を調製し、以下の条件で焼付試験を行った。 試験機：図３に示すもの すべり速度：１５ｍ／ｓ 荷重：荷重漸増（ステップ式）５０ｋｇｆ／１０ｍｉｎ 油種：ベースオイル 油温：室温 相手材：Ｓ５５Ｃ焼入れ（Ｈｖ５５０〜６５０）、粗
さ；０．５〜０．８μｍＲｚ 図３において、１は給油パッド、２は油圧シリンダー、
３はテストピース、４はディスク、５はバランスウェイ
ト、６はロードセルである。試験結果を図４の表に示
す。
【００２４】図４の表において比較例１１は純銅であ
り、焼付荷重が低い。比較例１２は従来の鉛青銅軸受
（ＪＩＳ ＬＢＣ−３相当）に相当する材料であり、焼
付荷重が非常に低い。比較例１３、１６は純銅にマトリ
ックス強化元素を添加しているが、焼付荷重は僅かに高
くなっているに過ぎない。比較例１４はＡｇのみを添加
したものであり、焼付荷重は比較例１３と同じ程度であ
る。比較例１５はＳのみを添加したものであり、焼付荷
重は非常に低い。比較例１６ではなじみ性向上元素を添
加しているが、焼付荷重は僅かに向上しているに過ぎな
い。 これに対してＡｇとＳを共存させた本発明実施例
材料１〜１０は焼付荷重が顕著に高くなっている。
り、焼付荷重が低い。比較例１２は従来の鉛青銅軸受
（ＪＩＳ ＬＢＣ−３相当）に相当する材料であり、焼
付荷重が非常に低い。比較例１３、１６は純銅にマトリ
ックス強化元素を添加しているが、焼付荷重は僅かに高
くなっているに過ぎない。比較例１４はＡｇのみを添加
したものであり、焼付荷重は比較例１３と同じ程度であ
る。比較例１５はＳのみを添加したものであり、焼付荷
重は非常に低い。比較例１６ではなじみ性向上元素を添
加しているが、焼付荷重は僅かに向上しているに過ぎな
い。 これに対してＡｇとＳを共存させた本発明実施例
材料１〜１０は焼付荷重が顕著に高くなっている。
【００２５】実施例３ 図４の表の実施例材料１０、比較例材料１２又は１６の
組成の銅合金を基材とし、これに図６の表３の各種添加
物を添加した混合粉を裏金（厚み１．５ｍｍの鋼板（Ｓ
ＰＣＣ））に散布した後７５０〜８５０℃で焼結した。
その後圧延し、再度焼結を行った。その後、実施例３で
説明した焼付試験及び下記条件の摩耗試験を行った。 試験機：図５に示すもの すべり距離：７５６ｍ 荷重：９８Ｎ 油種：ベースオイル 油温：３０℃ 相手材：Ｓ５５Ｃ焼入れ（Ｈｖ５５０〜６５０）、粗
さ；０．５〜０．８μｍＲｚ 図５において、１０は板バネ、１１はレバー、１２は熱
電対、１３は試験片、１４は相手材である試験軸、１５
は油浴である。試験結果を図６の表に示す。
組成の銅合金を基材とし、これに図６の表３の各種添加
物を添加した混合粉を裏金（厚み１．５ｍｍの鋼板（Ｓ
ＰＣＣ））に散布した後７５０〜８５０℃で焼結した。
その後圧延し、再度焼結を行った。その後、実施例３で
説明した焼付試験及び下記条件の摩耗試験を行った。 試験機：図５に示すもの すべり距離：７５６ｍ 荷重：９８Ｎ 油種：ベースオイル 油温：３０℃ 相手材：Ｓ５５Ｃ焼入れ（Ｈｖ５５０〜６５０）、粗
さ；０．５〜０．８μｍＲｚ 図５において、１０は板バネ、１１はレバー、１２は熱
電対、１３は試験片、１４は相手材である試験軸、１５
は油浴である。試験結果を図６の表に示す。
【００２６】図６の表より、ＡｇとＳが共存する銅系摺
動材料にグラファイト、Ａｌ2 Ｏ3，ＳｉＯ2 ，Ｓｉ3
Ｎ4 ，Ｆｅ3 Ｐ，ＦｅＢ，ＮｉＢ，ＢＮ及びＳｉＣを添
加することにより焼付荷重が向上することが明らかであ
る。また、本発明実施例の材料１８〜２６は耐摩耗性に
おいて良好な結果を得ているが、固体潤滑剤であるグラ
ファイトを多量に添加した比較例の材料２９、３０は摩
耗し易くなっている。
動材料にグラファイト、Ａｌ2 Ｏ3，ＳｉＯ2 ，Ｓｉ3
Ｎ4 ，Ｆｅ3 Ｐ，ＦｅＢ，ＮｉＢ，ＢＮ及びＳｉＣを添
加することにより焼付荷重が向上することが明らかであ
る。また、本発明実施例の材料１８〜２６は耐摩耗性に
おいて良好な結果を得ているが、固体潤滑剤であるグラ
ファイトを多量に添加した比較例の材料２９、３０は摩
耗し易くなっている。
【００２７】実施例４ 図４の表の実施例材料１０、比較例材料１２及び図６の
表の比較例材料２７を厚み１．５ｍｍの鋼板（ＳＰＣ
Ｃ）に散布した後７５０〜８５０℃で焼結し、その後表
３に示す樹脂を焼結空孔に含浸した。このようにして得
られた樹脂含浸軸受を実施例２の焼付試験及び実施例３
の摩耗試験を行った結果を表２、３に示す。
表の比較例材料２７を厚み１．５ｍｍの鋼板（ＳＰＣ
Ｃ）に散布した後７５０〜８５０℃で焼結し、その後表
３に示す樹脂を焼結空孔に含浸した。このようにして得
られた樹脂含浸軸受を実施例２の焼付試験及び実施例３
の摩耗試験を行った結果を表２、３に示す。
【００２８】
【表２】 No 基 材 樹脂への 摺 動 特 性 備 考 樹脂 添加物 焼付荷重 摩耗深さ （wt％）（kgf ／mm2 ）（μｍ） 32 実施例１０ PAI なし １１００ ２０ 実施例 33 実施例１０ PTFE なし １１５０ ２５ 実施例 34 実施例１０ PEEK なし １０５０ ２０ 実施例 35 実施例１０ PI なし １１００ ２０ 実施例 36 実施例１０ PAI 50 ％MoS2 １３００ １０ 実施例 37 実施例１０ PAI 30 ％MoS2 １２５０ １０ 実施例 38 実施例１０ PAI 10 ％MoS2 １２００ １５ 実施例 39 実施例１０ PAI 30 ％Gr １２００ １０ 実施例 40 実施例１０ PAI 20 ％SiO2 １１００ １５ 実施例 41 実施例１０ PAI 30 ％カーボン １０５０ １０ 実施例 繊維 42 実施例１０ PTFE 50 ％Pb １３５０ ２５ 実施例 43 実施例１０ PTFE 50 ％Pb−Sn １３５０ ２５ 実施例 合金 44 実施例１０ PTFE 20 ％ガラス １０５０ ２０ 実施例 繊維 45 実施例１０ PTFE 20 ％Al2O3 １１００ ２０ 実施例 46 実施例１０ PTFE 20 ％Zn １３００ １５ 実施例 47 実施例１０ PEEK 20 ％カーボン １１００ １５ 実施例 繊維
【００２９】
【表３】 No 基 材 樹脂への 摺 動 特 性 備 考 樹脂 添加物 焼付荷重 摩耗深さ （vol ％）（kgf ／mm2 ）（μｍ） 48 比較例１２ PAI なし ７００ ３５ 比較例 49 比較例１２ PTFE 50 ％Pb ９００ ３５ 比較例 50 比較例２７ PTFE なし ８５０ ４０ 比較例
【００３０】表２より、ＡｇとＳが共存する銅系摺動材
料に樹脂を含浸させた材料３２〜４７は焼付荷重が向上
することが明らかである。また、本発明実施例の材料３
２〜４７は耐摩耗性において良好な結果を得ている。
料に樹脂を含浸させた材料３２〜４７は焼付荷重が向上
することが明らかである。また、本発明実施例の材料３
２〜４７は耐摩耗性において良好な結果を得ている。
【００３１】
【発明の効果】以上説明したように本発明の銅系摺動材
料はオーバレイ付きあるいはオーバレイなしの何れの軸
受についても適用可能であり、従来組成の銅系摺動材料
の耐焼付性を向上させることができ、また従来組成の添
加成分がない銅の耐焼付性を従来材と同等以上に高める
ことができる画期的なものである。
料はオーバレイ付きあるいはオーバレイなしの何れの軸
受についても適用可能であり、従来組成の銅系摺動材料
の耐焼付性を向上させることができ、また従来組成の添
加成分がない銅の耐焼付性を従来材と同等以上に高める
ことができる画期的なものである。
【図１】 本発明の摺動材料を摺動した後の摺動面をＳ
ＩＭＳ分析して得られたＡｇ検出領域を斑点で示した図
（５０００倍に拡大）である。
ＩＭＳ分析して得られたＡｇ検出領域を斑点で示した図
（５０００倍に拡大）である。
【図２】 図１と同じ分析面をＳＩＭＳ分析して得られ
たＳ検出領域を斑点で示した図である。
たＳ検出領域を斑点で示した図である。
【図３】 焼付試験機の図である。
【図４】 焼付試験結果を示す表である。
【図５】 摩耗試験機の図である。
【図６】 焼付試験結果を示す表である。
【符号の説明】 １ 給油パッド ２ 油圧シリンダー ３ テストピース ４ ディスク ５ バランスウェイト ６ ロードセル １０ 板バネ １１ レバー １２ 熱電対 １３ 試験片 １４ 試験軸 １５ 油浴
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7，ＤＢ名) C22C 9/00 - 9/10 B22F 7/00
Claims (7)
- 【請求項１】 ０．１〜５重量％のＡｇ及び０．００１
〜１重量％のＳを含有し、残部が実質的にＣｕ及び不可
避的不純物からなることを特徴とする銅系摺動材料。 - 【請求項２】 ２０重量％以下のＳｎ，０．５重量％以
下のＰ，５重量％以下のＡｌ，１重量％以下のＳｉ，５
重量％以下のＭｎ，５重量％以下のＣｒ，５重量％以下
のＮｉ及び３０重量％以下のＺｎからなる群から選択さ
れた１種又は２種以上をさらに含有することを特徴とす
る請求項１に記載の銅系摺動材料。 - 【請求項３】 総量で３０重量％以下のＰｂ及びＢｉか
らなる群から選択された１種又は２種をさらに含有する
ことを特徴とする請求項１又は２記載の銅系摺動材料。 - 【請求項４】 それぞれ２０体積％以下のグラファイ
ト、ＭｏＳ2 及びＷＳ2 からなる群から選択された１種
又は２種以上をさらに含有することを特徴とする請求項
１から３までのいずれか１項記載の銅系摺動材料。 - 【請求項５】 総量で２０体積％以下のＡｌ2 Ｏ3 ，Ｓ
ｉＯ2 ，Ｓｉ3 Ｎ4，Ｆｅ3 Ｐ，ＦｅＢ，ＮｉＢ，ＢＮ
及びＳｉＣからなる群から選択された１種又は２種以上
をさらに含有することを特徴とする請求項１から４まで
のいずれか１項記載の銅系摺動材料。 - 【請求項６】 請求項１から５までのいずれか１項記載
の銅系摺動材料が裏金に焼結された焼結材料であり、そ
の焼結空孔に樹脂が含浸されたことを特徴とする銅系摺
動材料。 - 【請求項７】 前記樹脂で含浸された焼結材料の表面が
該樹脂で被覆されていることを特徴とする請求項６項記
載の銅系摺動材料。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29983293A JP3274261B2 (ja) | 1993-11-30 | 1993-11-30 | 銅系摺動材料 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP29983293A JP3274261B2 (ja) | 1993-11-30 | 1993-11-30 | 銅系摺動材料 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH07150273A JPH07150273A (ja) | 1995-06-13 |
| JP3274261B2 true JP3274261B2 (ja) | 2002-04-15 |
Family
ID=17877467
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP29983293A Expired - Lifetime JP3274261B2 (ja) | 1993-11-30 | 1993-11-30 | 銅系摺動材料 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP3274261B2 (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPH07166182A (ja) * | 1993-12-14 | 1995-06-27 | Taiho Kogyo Co Ltd | 摺動材料 |
| US6767644B2 (en) | 2000-04-03 | 2004-07-27 | Mitsubishi Shindoh Co., Ltd. | Metallized polyimide film |
| CN109182833A (zh) * | 2018-08-28 | 2019-01-11 | 合肥工业大学 | 一种以球形铬粉为强化相的铜基粉末冶金受电弓滑板材料及其制备方法 |
| DE112019006865T5 (de) | 2019-02-15 | 2021-11-04 | Taiho Kogyo Co., Ltd. | Aluminiumlegierung für ein gleitlager, und gleitlager |
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| DE69727331T2 (de) * | 1996-03-14 | 2004-10-21 | Taiho Kogyo Co Ltd | Kupferlegierung und Gleitlager mit verbessertem Festlaufwiderstand |
| KR100257792B1 (ko) * | 1997-04-24 | 2000-06-01 | 후쿠마 노부오 | 구리계 슬라이딩베어링재료 및 내연기관용 슬라이딩베어링 |
| US6136104A (en) * | 1998-07-08 | 2000-10-24 | Kobe Steel, Ltd. | Copper alloy for terminals and connectors and method for making same |
| US6379478B1 (en) * | 1998-08-21 | 2002-04-30 | The Miller Company | Copper based alloy featuring precipitation hardening and solid-solution hardening |
| JP3421724B2 (ja) * | 1999-09-13 | 2003-06-30 | 大同メタル工業株式会社 | 銅系摺動材料 |
| US6588934B2 (en) * | 2001-10-29 | 2003-07-08 | United Technologies Corporation | Silver-containing copper alloys for journal bearings |
| WO2007126006A1 (ja) * | 2006-04-28 | 2007-11-08 | Kaibara Corporation | 軸受性に優れた摺動材料用銅合金 |
| US8679641B2 (en) | 2007-01-05 | 2014-03-25 | David M. Saxton | Wear resistant lead free alloy bushing and method of making |
| JP5984633B2 (ja) * | 2012-11-16 | 2016-09-06 | 大同メタル工業株式会社 | 複層摺動部材 |
| JP5855774B2 (ja) * | 2015-01-07 | 2016-02-09 | Ntn株式会社 | 工作機械用樹脂摺動材 |
| JP6938086B2 (ja) * | 2017-09-14 | 2021-09-22 | 大同メタル工業株式会社 | 摺動部材 |
| KR102050429B1 (ko) * | 2017-12-12 | 2020-01-08 | 충남대학교산학협력단 | 연성상 분산 층상 구조의 마찰 기계 부재의 제조방법 |
| CN115492857A (zh) * | 2022-09-20 | 2022-12-20 | 苏州铂源航天航空新材料有限公司 | 飞机起落架内置连轴硅锰合金轴套 |
-
1993
- 1993-11-30 JP JP29983293A patent/JP3274261B2/ja not_active Expired - Lifetime
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| JPH07166182A (ja) * | 1993-12-14 | 1995-06-27 | Taiho Kogyo Co Ltd | 摺動材料 |
| JP3411353B2 (ja) | 1993-12-14 | 2003-05-26 | 大豊工業株式会社 | 摺動材料 |
| US6767644B2 (en) | 2000-04-03 | 2004-07-27 | Mitsubishi Shindoh Co., Ltd. | Metallized polyimide film |
| CN109182833A (zh) * | 2018-08-28 | 2019-01-11 | 合肥工业大学 | 一种以球形铬粉为强化相的铜基粉末冶金受电弓滑板材料及其制备方法 |
| DE112019006865T5 (de) | 2019-02-15 | 2021-11-04 | Taiho Kogyo Co., Ltd. | Aluminiumlegierung für ein gleitlager, und gleitlager |
| DE112019006865B4 (de) | 2019-02-15 | 2023-02-16 | Taiho Kogyo Co., Ltd. | Aluminiumlegierung für ein gleitlager, und gleitlager |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH07150273A (ja) | 1995-06-13 |
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