JPH0543994A

JPH0543994A - 焼結摺動部材ならびにその製造方法

Info

Publication number: JPH0543994A
Application number: JP22465791A
Authority: JP
Inventors: Shinji Yamada; 眞二山田; Yasuhiro Shirasaka; 康広白坂; Akiyoshi Sugafuji; 昭良菅藤
Original assignee: Oiles Industry Co Ltd
Current assignee: Oiles Industry Co Ltd
Priority date: 1991-08-10
Filing date: 1991-08-10
Publication date: 1993-02-23

Abstract

(57)【要約】【目的】本発明は鉄を主成分とする焼結摺動部材にお
いて、焼結組織中に黒鉛が分散して存在すると共に遊離
セメンタイトの存在しない摺動特性に優れた焼結摺動部
材ならびにその製造方法を提供することにある。【構成】黒鉛３〜８重量％、珪素１〜５重量％、残部
鉄から成る焼結摺動部材、あるいはこの焼結層を鋼裏金
に一体に接合させた複層から成る焼結摺動部材で、焼結
組織中に黒鉛が分散して存在し、かつ遊離セメンタイト
が存在せず、優れた摺動特性を発揮する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は鉄を主成分とする焼結摺
動部材ならびにその製造方法、具体的には素地の組織が
パーライトまたはパーライトと一部フェライトの共存組
織を呈し、該組織中に黒鉛が分散して存在すると共に組
織中に遊離セメンタイトの存在しない鉄系の焼結摺動部
材ならびにその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、黒鉛の固体潤滑作用を利用
し、組織中に黒鉛を分散させた鉄系焼結摺動部材は数多
く提案されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする問題点】しかしながら、基材
が鉄を主成分とする焼結摺動部材においては、鉄粉末と
黒鉛粉末が焼結過程で反応して組織中に高硬度の遊離セ
メンタイト（Fe₃C)を生成し、このセメンタイトが相手
材との摺動において当該相手材を損傷させるという、摺
動部材においては極力避けなければならない欠点が現れ
る。

【０００４】この遊離セメンタイトの生成を防止する方
法として、例えば黒鉛の配合割合を少量とする（１重
量％以下）、遊離セメンタイトを生成し得ない低温度
（1000℃以下）で焼結する、ことにより一応の解決は見
られるが、上記の方法では配合した黒鉛の固体潤滑作
用を期待することができず、またの方法では摺動部材
としての機械的強度が低く、いずれの方法によっても得
られた摺動部材は実用に供し難いという問題点を残す。

【０００５】さらに、別の方法として、黒鉛粉末に銅メ
ッキを施した、所謂被銅黒鉛粉末を使用することにより
遊離セメンタイトの生成のない鉄系焼結摺動部材を得る
ことができるが、この方法においては黒鉛粉末に予め
銅メッキを施す工程を要しコスト高となること、すべ
ての黒鉛粒子をもれなく銅メッキすることは工業的に困
難であること、上記の結果として遊離セメンタイト
の生成を完全に防ぎ難い、などの問題がある。

【０００６】

【問題点を解決するための手段】本発明者らは、上述し
た問題点に鑑み鋭意研究の結果、鉄粉末と黒鉛粉末に対
し一定割合の珪素粉末を配合することにより、鉄系焼結
摺動部材として好ましい組織であるパーライトまたはパ
ーライトと一部フェライトの共存組織を呈し、かつ組織
中に黒鉛が分散して存在するばかりでなく遊離セメンタ
イトの生成のない焼結摺動部材が得られることを見出
し、本発明をなすに至ったものである。

【０００７】すなわち、本発明の第一の目的は、黒鉛３
〜８重量％、珪素１〜５重量％、残部鉄、あるいはこれ
ら成分組成にさらに銅10〜30重量％または銅10〜30重量
％および錫１〜10重量％が含有されて成る焼結摺動部材
ならびにその製造方法を提供することにある。

【０００８】また、本発明の第二の目的は、上記成分組
成からなる焼結層を鋼裏金に一体に接合して複層化した
複層焼結摺動部材ならびにその製造方法を提供すること
にある。

【０００９】さらに、本発明の焼結摺動部材はその使用
目的、用途に応じて含油処理を施すことにより、含油焼
結摺動部材としての適用が可能である。

【００１０】上述した成分組成において、黒鉛(Gr)は組
織中に分散して存在して固体潤滑作用をなすもので、固
体潤滑作用を発揮させるためには少なくとも３重量％の
配合量が必要とされる。また、後述する珪素成分の存在
により該黒鉛と鉄成分との反応に起因する遊離セメンタ
イトの生成を生じないため、８重量％もの多量の配合が
可能となる。しかし、８重量％を超えて配合すると摺動
部材としての機械的強度が損なわれるため、その添加割
合は８重量％が限度である。したがって、黒鉛成分の添
加割合は３〜８重量％、就中４〜６重量％が適当であ
る。

【００１１】珪素(Si)は主成分をなす鉄成分と親和性が
良好な元素で、焼結過程において鉄成分に固溶し、前述
した黒鉛の鉄成分への拡散、換言すれば鉄成分と黒鉛と
の反応を抑制する働きをなし、結果として遊離セメンタ
イトの生成を阻止する。そして、その添加割合が１重量
％以下では遊離セメンタイトの生成を阻止する働きが認
められず、また５重量％を超えて添加した場合、素地の
組織がフェライト組織に支配され、素地の硬度低下を来
す。したがって、珪素成分の添加割合は１〜５重量％、
就中 1.5〜３重量％が適当である。

【００１２】上述した黒鉛成分および珪素成分に対し、
一定の割合で銅(Cu)成分あるいは銅成分および錫(Sn)成
分を添加することができる。銅成分は焼結過程において
主成分をなす鉄成分にその一部組成が拡散固溶し、他組
成が液相を生じて結合材の役割を果たし、焼結体を緻密
化させて強度を向上させ、さらにパーライト組織を緻密
化してパーライト組織の硬度を高める効果を発揮する。
そして、銅成分の添加割合が10重量％以下では上述した
効果が十分発揮されず、また30重量％を超えて添加した
場合には、液相の量が多くなり、焼結性に悪影響を及ぼ
すがかりでなく摺動部材の寸法安定性に不具合を生ずる
結果となる。したがって、銅成分の添加割合は10〜30
重量％、就中15〜25重量％が適当である。

【００１３】錫成分は焼結過程における232 ℃の温度か
ら液相を生じ、上述した銅成分に固溶し合金化して青銅
を形成し、上記銅成分と同様結合材の役割を果たすと共
に焼結体を緻密化させて該焼結体の強度、靱性および機
械的強度の向上に寄与する。そして、錫成分の添加割合
が１重量％以下では上述した効果が十分発揮されず、ま
た10重量％を超えて添加した場合には、焼結性に悪影響
を与える。したがって、錫成分の添加割合は１〜10重量
％、就中３〜８重量％が適当である。

【００１４】つぎに、上記成分組成から成る焼結摺動部
材の製造方法について説明する。

【００１５】鉄粉末に対し、黒鉛粉末３〜８重量％およ
び珪素粉末または珪素鉄合金粉末の珪素成分として１〜
５重量％を添加混合して混合粉末を形成するか、あるい
はこの混合粉末にさらに銅粉末10〜30重量％あるいは銅
粉末10〜30重量％および錫粉末１〜10重量％を添加混合
して混合粉末を形成する。

【００１６】上記成分中の珪素粉末は、珪素単体粉末あ
るいは珪素鉄合金粉末、例えば日本工業規格(JIS)のG-2
302に規定されている珪素鉄合金、すなわちフェロシリ
コン１号-Si:88〜93％、C:0.２％以下、P:0.05％以下、
S:0.02％以下、Fe：残、フェロシリコン２号-Si:75〜80
％、C:0.２％以下、P:0.05％以下、S:0.02％以下、Fe：
残、の粉末を珪素成分として１〜５重量％となるように
添加して使用することができ、実用的にはこの珪素鉄合
金粉末の使用が推奨される。

【００１７】ついで、この混合粉末を所要の形状を有す
る金型内に装填し、２〜7トン/cm² の圧力下で圧縮成形
し、該混合粉末から成る圧粉体を形成する。このように
して得た圧粉体を中性もしくは還元性雰囲気に調整した
加熱炉内で1100〜1150℃の温度で30〜60分間焼結し、そ
の後炉冷して炉から取り出し、機械加工により所望の寸
法に加工して焼結摺動部材を得る。ここで、中性もしく
は還元性雰囲気としては、アンモニア分解ガス、窒素ガ
ス、吸熱ガスなどが使用される。

【００１８】このようにして得た焼結摺動部材はその素
地の組織がパーライト組織あるいはパーライト組織に一
部フェライト組織が共存する組織を呈し、当該組織中に
遊離セメンタイトの生成はない。また黒鉛は組織中に分
散しており、焼結摺動部材と相手材との摺動において、
該黒鉛の固体潤滑作用が十分発揮される。さらに、この
焼結摺動部材はその使用目的、用途に応じて含油処理を
施し、含油焼結摺動部材としての適用が可能である。こ
の含油焼結摺動部材においては、焼結体中の黒鉛による
固体潤滑作用と潤滑油による液体潤滑作用の相乗作用が
発揮される。

【００１９】つぎに、上述した成分組成から成る焼結体
を鋼裏金に焼結層として一体に接合して複層とした複層
焼結摺動部材の製造方法について説明する。

【００２０】この複層焼結摺動部材を形成する鋼裏金と
しては、一般構造用圧延鋼材(JIS G-3101)から成る鋼
板、表面に複数個の独立した突出部あるいは表面に連続
した突出部と該突出部によって形成された複数個の凹部
を備えた鋼板、一般構造用炭素鋼鋼管(JIS G-3444)から
成る鋼製パイプが使用される。

【００２１】以下、上記各裏金を使用した複層焼結摺動
部材の製造方法について説明する。

【００２２】〔裏金に鋼板を使用した複層焼結摺動部材
の製造方法〕裏金に鋼板を使用する場合は、その製造方
法として粉末圧延法を利用することが好ましく、この粉
末圧延法を利用した製造方法について説明する。上述し
た混合粉末と同様の混合粉末を形成し、この混合粉末に
粉末結合剤の１〜15重量％水溶液を該混合粉末に対し
0.1〜5.0 重量％添加し、均一に混合して該混合粉末に
湿潤性を与えた原料粉末を形成する。

【００２３】粉末結合剤として使用できるものとして
は、ヒドロキシプロピルセルロース（ＨＰＣ）、ポリビ
ニルアルコール（ＰＶＡ）、カルボキシメチルセルロー
ス（ＣＭＣ）、ヒドロキシプロピルセルロース（ＨＥ
Ｃ）、メチルセルロース（ＭＣ）、ゼラチン、アラビア
ゴムおよびスターチなどが挙げられ、中でもＨＰＣの使
用が好ましい。粉末結合剤の溶媒としては水あるいは水
以外にエチルアルコール等の親水性化合物の５〜20重量
％の水溶液を使用することもできる。粉末結合剤は上記
溶媒に対して１〜15重量％加えて水溶液とするのが好ま
しい。該粉末結合剤水溶液の添加割合は混合粉末に対し
て、 0.1〜5.0 重量％が好ましく、これ以上の量を添加
すると焼結体組織中に制御できないポア（孔）が増加
し、得られる焼結層の強度および耐摩耗性を低下させ
る。

【００２４】上記湿潤性が与えられた原料粉末は、つい
でコンベアおよびホッパーによって圧延ロールに供給さ
れ、該圧延ロールによって該原料粉末は圧延シート（圧
粉体シート）に形成される。原料粉末の圧延は、双ロー
ルを有する横型圧延機が使用される。圧延シートの密度
および厚さは、圧延荷重によって調節でき、一方圧延荷
重はロール速度およびロール間隔に依存している。した
がって、ロール速度およびロール間隔を変えることで圧
延シートの密度および厚さを調節することが可能であ
る。例えば、ロール速度を 0.1〜1.0m/minとし、ロール
間隔を 0.4〜1.0mm とすると密度 5.5〜6.7g/cm³ 、厚
さ1.38〜1.83mmの圧延シートが得られる。このようにし
て得た圧延シートは上記裏金としての鋼板の寸法に対応
した寸法に切断機等を用いて切断し、切断された圧延シ
ートを鋼板上に重ね合わせる。

【００２５】ついで、鋼板と該鋼板上に重ね合わされた
圧延シートとを、中性もしくは還元性雰囲気に調整した
加熱炉内に置き、圧力下で該圧延シートの焼結と同時に
該圧延シートの鋼板上への拡散・接合を行わせ、鋼板上
に焼結層を一体に接合した複層焼結摺動部材を得る。

【００２６】この焼結工程に於いて、焼結時の圧力は焼
結組織の密度を増加させ、鋼板との接合強度を向上させ
るもので、本発明では 0.1〜5.0kgf／cm²、好ましくは
0.3〜3.0kgf／cm²である。

【００２７】焼結温度は焼結組織に敏感に影響を及ぼす
もので、とくに温度管理には注意を必要とする。本発明
では1100〜1150℃の範囲で行われる。圧延シートの成分
中に銅成分あるいは銅成分および錫成分が添加される場
合は、圧延シートの焼結時に液相を生成して焼結が進行
し、焼結温度を上げると液相の量が増加し焼結全体とし
ての密度は上昇するが、前記圧力の上昇に伴い、焼結中
に生じた液相が上下からの単純圧力により焼結体外部に
排出され、次第に液相量の少ない特異な組織を呈するよ
うになる。したがって、成分中に銅成分あるいは銅成分
および錫成分が添加された場合の焼結温度は上記温度範
囲の下限側が使用される。

【００２８】焼結時間は、焼結温度ほど敏感に焼結組織
に影響を及ぼさないが、焼結層の機械的強度に影響を及
ぼす。本発明では焼結時間が30〜60分間の範囲で良い結
果が得られる。

【００２９】このようにして得られた複層焼結摺動部材
は、加圧焼結時に圧延シートの焼結と同時に圧延シート
の成分中の鉄成分が鋼板内部に拡散して一体に接合さ
れ、複層化されるもので、焼結層の組織は前述した焼結
摺動部材の組織と同様パーライト組織あるいはパーライ
ト組織に一部フェライト組織が共存した組織を呈し、組
織中に遊離セメンタイトの生成はなく、黒鉛は組織中に
分散して存在する。この複層焼結摺動部材はその使用目
的、用途に応じて含油処理を施し、含油複層焼結摺動部
材としての適用が可能である。

【００３０】また、鋼板として表面に複数個の独立した
突出部あるいは表面に連続した突出部と該突出部によっ
て形成された複数個の独立した凹部を備えた鋼板を使用
した場合には、該鋼板上に一体に接合された焼結層に高
密度領域と低密度領域が分散して形成され、このものは
摺動部材として耐荷重性を大幅に向上させる利点を有す
る。また、この複層焼結摺動部材に含油処理を施したも
のにおいては、低密度領域に高含油率、高密度領域に低
含油率の含油領域が分散して存在し、焼結層中の黒鉛に
よる固体潤滑作用と潤滑油による液体潤滑作用の相乗作
用が発揮される。

【００３１】〔裏金に鋼製パイプを使用した複層焼結摺
動部材の製造方法〕前述した焼結摺動部材の製造方法に
おける混合粉末と同様の混合粉末を形成し、この混合粉
末を所要の金型内で２〜7トン/cm² の範囲の圧力下で加圧
成形し、円筒状圧粉体を形成する。

【００３２】この円筒状圧粉体を鋼製パイプの内面に圧
入嵌合したのち、中性もしくは還元性雰囲気に調整した
加熱炉内に置き、1100〜1150℃の温度で30〜60分間、圧
粉体の焼結と同時に該圧粉体の鋼製パイプへの拡散接合
を行わせ、鋼製パイプ内面に焼結層を一体に接合した複
層焼結摺動部材を得る。

【００３３】この製造方法に於いて、円筒状圧粉体の内
径が40mm以上ある場合には、焼結時に於ける圧粉体の膨
張量（外径側）が鋼製パイプの膨張量より小さいので、
圧粉体内面にセラミック粉末を充填して圧粉体の内径側
への膨張量を拘束し、これを外径側に向かわせ、さらに
焼結後の冷却時に於ける圧粉体の内径側への収縮量を拘
束しこれを外径側に向かわせることにより、鋼製パイプ
と圧粉体との間に強固な接合を得る。

【００３４】上述した方法に於いて使用するセラミック
粉末としては、焼結温度範囲内で溶融しないものであ
り、圧粉体の配合組成各成分に対して中性もしくは還元
性雰囲気中で非反応性のものであれば任意のもので良
い。例えば、Al₂Ｏ₃、SiＯ₂、ZrＯ₂およびMgO なら
びにこれらの複合酸化物等が挙げられる。

【００３５】また、圧粉体の内径がとくに大きい（約70
mm以上）場合には、焼結時に於ける圧粉体の膨張量（外
径側）が鋼製パイプの膨張量と較べてさらに小さくなる
ので、上記セラミック粉末充填による上記の効果に加え
て、さらに圧粉体内径面に中子を挿入してその膨張力を
利用することにより、鋼製パイプと圧粉体との間により
強固な接合が得られる。中子としては熱膨張係数が大き
く耐用性のあるもの、例えばオーステナイト系ステンレ
ス鋼（熱膨張係数約 1.5×10^-5／℃）が好適なものであ
る。

【００３６】このようにして得られた複層焼結摺動部材
は、焼結時に圧粉体の焼結と同時に圧粉体の成分中の鉄
成分が鋼製パイプ内部に拡散して一体に接合され、複層
化されるもので、焼結層の組織は前述した焼結摺動部材
の組織と同様パーライト組織あるいはパーライト組織に
一部フェライト組織が共存した組織を呈し、組織中に遊
離セメンタイトの生成はなく、黒鉛は組織中に分散して
存在する。この複層焼結摺動部材はその使用目的、用途
に応じて含油処理を施し、含油複層焼結摺動部材として
の適用が可能である。

【００３７】

【作用】一般に、鉄粉末に固体潤滑作用を発揮させるに
足る多量の黒鉛を含有した鉄系焼結摺動部材に於いて
は、焼結組織中に高硬度の遊離セメンタイトの生成が余
儀なくされるが、本発明の如くこれに一定量の珪素粉末
を含有することにより、組織中に遊離セメンタイトを生
成することなく多量の黒鉛を含有させることが可能とな
る。その理由は必ずしも詳らかではないが、その一つと
して鉄成分への他元素の固溶限は一定であり、珪素成分
と黒鉛成分とを含有する混合粉末の焼結時に於いて、鉄
成分と親和性の高い珪素成分が優先的に鉄成分に固溶し
て固溶限に達し、黒鉛成分の鉄成分への固溶を阻止する
ためであると本発明者らは推察する。

【００３８】かくして得られた焼結摺動部材は、組織中
に高硬度の遊離セメンタイトの生成がなく、多量の黒鉛
を含有しており、相手材との摺動において組織中の遊離
セメンタイトの存在に起因する相手材を損傷させるとい
う摺動部材においては極力避けなければならない欠点が
完全に取り除かれる。

【００３９】また、成分中に銅成分あるいは銅成分およ
び錫成分が添加された焼結摺動部材に於いては、これら
成分が焼結時に液相を生じるため、焼結体の緻密化が図
れ、該焼結体の強度を向上させる。さらに、焼結層が裏
金に一体に接合された複層焼結摺動部材に於いては、摺
動部材としての耐荷重性を大幅に向上させるものであ
る。

【００４０】

【実施例】以下、本発明の焼結摺動部材をその実施例に
基づき詳細に説明する。

【００４１】＜実施例：１＞240 メッシュを通過する還
元鉄粉末に対し、325 メッシュを通過する珪素鉄合金
（Fe-75Si)粉末を２重量％をＶ型ミキサーで20分間混合
したのち、48〜250 メッシュの天然黒鉛粉末を５重量％
添加し、再度Ｖ型ミキサーで５分間混合し、混合粉末を
得た（Fe:93.5 ％、Si：1.5 ％、黒鉛：５％）。

【００４２】ついで、この混合粉末を金型中に装填し、
成形圧力3トン/cm² で内径18mm、外径25mm、長さ18mmの円
筒状の圧粉体を得た。この円筒状圧粉体をアンモニア分
解ガス雰囲気の加熱炉内に置き、1150℃の温度で60分間
焼結したのち、機械加工により所望の寸法に加工し焼結
摺動部材を得た。この焼結摺動部材の密度は5.54g/cm³
であった。

【００４３】この焼結摺動部材の組織はパーライト組織
を呈するとともに組織中に遊離セメンタイトの生成はな
く、黒鉛は分散して存在していた。ついで、該摺動部材
に含油処理を施し、含油率25容量％の含油焼結摺動部材
を得た。

【００４４】＜実施例：２＞240 メッシュを通過する還
元鉄粉末に対し、325 メッシュを通過する珪素鉄合金
（Fe-75Si)粉末を２重量％、150 メッシュを通過する電
解銅粉末を20重量％、250 メッシュを通過するアトマイ
ズ錫粉末を3.3重量％添加し、Ｖ型ミキサーで20分間混
合したのち、48〜250 メッシュの天然黒鉛粉末を５重量
％添加し、再度Ｖ型ミキサーで５分間混合し、混合粉末
を得た（Fe:70.2 ％、Si：1.5 ％、Cu：20％、Sn:3.3
％、黒鉛：５％）。

【００４５】ついで、この混合粉末を金型中に装填し、
成形圧力3トン/cm² で内径18mm、外径25mm、長さ18mmの円
筒状の圧粉体を得た。この円筒状圧粉体をアンモニア分
解ガス雰囲気の加熱炉内に置き、1100℃の温度で30分間
焼結したのち、機械加工により所望の寸法に加工し焼結
摺動部材を得た。この焼結摺動部材の密度は5.79g/cm³
であった。

【００４６】この焼結摺動部材の組織は図１の顕微鏡写
真（倍率１７０倍）に示すように、素地がパーライト組
織を呈するとともに組織中に遊離セメンタイトの生成は
なく、黒鉛Ａは組織中に分散しているのが確認された。
なお、図中の符号Ｂは銅錫合金である。ついで、該摺動
部材に含油処理を施し、含油率20容量％の含油焼結摺動
部材を得た。

【００４７】＜実施例：３＞240 メッシュを通過する還
元鉄粉末に対し、325 メッシュを通過する珪素鉄合金
（Fe-75Si)粉末を２重量％、150メッシュを通過する電
解銅粉末を20重量％、250 メッシュを通過するアトマイ
ズ錫粉末を3.3 重量％添加し、Ｖ型ミキサーで20分間混
合したのち、48〜250 メッシュの天然黒鉛粉末を５重量
％添加し、再度Ｖ型ミキサーで５分間混合し、混合粉末
を得た（Fe:70.2 ％、Si：1.5 ％、Cu：20％、Sn:3.3
％、黒鉛：５％）。

【００４８】該混合粉末に、5.26重量％のHPC 水溶液(H
PC100g、エチルアルコール 120mlおよび水1780ml) を混
合粉末重量に対して0.5 ％添加し５分間Ｖ型ミキサーで
均一に混合し、湿潤性をもった原料粉末を得た。

【００４９】該原料粉末を直径603mm の双ロールをもっ
た横型圧延ロールにロール間隔0.1mm、ロール速度0.3m/
minの条件下で通し、密度6.25g/cm³、厚さ1.48mmから
なる圧延シート（圧粉体シート）を成形した。これを幅
170mm 、長さ600mm に切断し、幅170mm 、長さ600mm 、
厚さ５mmの一般構造用圧延鋼材(JIS G-3101)の鋼板上に
２枚重ね合わせ1100℃、30分間、アンモニア分解ガス雰
囲気の加熱炉内に置き、圧力0.5kgf／cm²をかけなが
ら、圧延シートの焼結と同時に鋼板との拡散・接合を行
わしめたのち、機械加工により所望の寸法に加工し鋼板
上に焼結層を一体に接合した複層からなる焼結摺動部材
を得た。この焼結摺動部材の焼結層の密度は5.90g/cm³
であり、該鋼板と焼結層との間の接合強度は1000kg／cm
² であった。

【００５０】この複層焼結摺動部材の焼結層の組織はパ
ーライト組織を呈し、組織中に遊離セメンタイトの生成
はなく、黒鉛は組織中に分散して存在しているのが確認
された。ついで、該摺動部材に含油処理を施し、含油率
18容量％の含油焼結摺動部材を得た。

【００５１】＜実施例：４＞上記実施例３と同様の方法
にて、厚さ1.48mmの圧延シートを成形した。裏金として
図２および図３に示すように、表面に平面形状が長方形
をなす複数個の独立した突出部２が互いに直交する方向
に配列され、かつ該突出部２の表面が平坦面に、周縁部
が該突出部２表面から裏金表面にかけて下り勾配の傾斜
面３に形成された幅150mm 、長さ260mm 、裏金までの厚
さ８mm、突出部の高さ 1.695mmの方形状鋼板（圧延鋼板
SS41）１を使用した。上記圧延シートを幅150mm 、長さ
260mm に切断し、該方形状鋼板上に２枚重ね合わせ、11
00℃、30分間、アンモニア分解ガス雰囲気の加熱炉内に
置き、圧力0.5kgf／cm²をかけながら、圧延シートの焼
結と同時に鋼板１との拡散・接合を行わしめたのち、機
械加工により所望の寸法に加工し、鋼板１上に焼結層４
を一体に接合した複層からなる焼結摺動部材（図４）を
得た。

【００５２】この焼結摺動部材の焼結層４は突出部２表
面上に0.8mm、鋼板１表面上に 2.5mmの厚さに形成さ
れ、該突出部２表面上の焼結層4aの密度は6.5g／cm²、
鋼板１表面上の焼結層4bの密度は5.4g／cm² であり、該
鋼板と焼結層との間の接合強度は1100kg／cm² であっ
た。

【００５３】この複層焼結摺動部材の焼結層の組織はパ
ーライト組織を呈し、組織中に遊離セメンタイトの生成
はなく、黒鉛は組織中に分散して存在しているのが確認
された。ついで、該摺動部材に含油処理を施し、該突出
部表面上の高密度領域の焼結層に13容量％、鋼板表面上
の低密度領域の焼結層に25容量％の含油焼結摺動部材を
得た。

【００５４】＜実施例：５＞240 メッシュを通過する還
元鉄粉末に対し、325 メッシュを通過する珪素鉄合金
（Fe-75Si)粉末を２重量％、150 メッシュを通過する電
解銅粉末を20重量％、250 メッシュを通過するアトマイ
ズ錫粉末を3.3 重量％添加し、Ｖ型ミキサーで20分間混
合したのち、48〜250 メッシュの天然黒鉛粉末を５重量
％添加し、再度Ｖ型ミキサーで５分間混合し、混合粉末
を得た（Fe:70.2 ％、Si：1.5 ％、Cu：20％、Sn:3.3
％、黒鉛：５％）。

【００５５】この混合粉末を金型中に装填し、成形圧力
3トン/cm²で内径18mm、外径24mm、0さ30mmの円筒状の圧粉
体を得た。この円筒状圧粉体を、別途用意した内径24m
m、外径34mm、長さ30mmの寸法を有する一般構造用炭素
鋼鋼管(JIS G-3444)から成る鋼製パイプの内径面に圧入
嵌合し、これをアンモニア分解ガス雰囲気の加熱炉内に
置き、1100℃の温度で30分間焼結し、該円筒状圧粉体の
焼結と同時に鋼製パイプ内径面との拡散・接合を行わし
めたのち、機械加工により所望の寸法に加工して複層か
らなる焼結摺動部材を得た。この焼結摺動部材の焼結層
の密度は5.82g/cm³であり、鋼製パイプと焼結層との間
の接合強度は780kg/cm²であった。

【００５６】この複層焼結摺動部材の焼結層の組織はパ
ーライト組織を呈し、組織中に遊離セメンタイトの生成
はなく、黒鉛は組織中に分散して存在しているのが確認
された。ついで、該摺動部材に含油処理を施し、含油率
19容量％の含油焼結摺動部材を得た。

【００５７】＜実施例：６＞240 メッシュを通過する還
元鉄粉末に対し、325 メッシュを通過する珪素鉄合金(F
e-75Si）粉末を２重量％、150 メッシュを通過する電解
銅粉末を20重量％、250 メッシュを通過するアトマイズ
錫粉末を3.3 重量％添加し、Ｖ型ミキサーで20分間混合
したのち、48〜250 メッシュの天然黒鉛粉末を５重量％
添加し、再度Ｖ型ミキサーで５分間混合し、混合粉末を
得た（Fe:70.2 ％、Si：1.5 ％、Cu：20％、Sn:3.3％、
黒鉛：５％）。

【００５８】該混合粉末を金型中に装填し、成形圧力3ト
ン/cm² で内径42.5mm、外径48.5mm、長さ25mmの円筒状の
圧粉体を得た。この円筒状圧分体を、別途用意した内径
48.5mm、外径55mm、長さ50mmの寸法を有する鋼製パイプ
の内径面にその軸方向に２個圧入嵌合した。

【００５９】内径面に円筒状圧粉体を圧入嵌合した鋼製
パイプの該圧分体内径面にセラミック粉末（Al₂Ｏ₃:8
3 重量％とSiＯ₂:17 重量％の混合物、35〜150 メッシ
ュ）粒子を充填したのち、アンモニア分解ガス雰囲気中
で、1100℃、30分間焼結し、該円筒状圧粉体の焼結と同
時に鋼製パイプ内径面との拡散・接合を行わしめたの
ち、機械加工により所望の寸法に加工して複層からなる
焼結摺動部材を得た。この焼結摺動部材の焼結層の密度
は5.82g/cm³であり、鋼製パイフと焼結層との間の接合
強度は780kg/cm² であった。

【００６０】この複層焼結摺動部材の焼結層の組織はパ
ーライト組織を呈し、組織中に遊離セメンタイトの生成
はなく、黒鉛は組織中に分散して存在しているのが確認
された。ついで、該摺動部材に含油処理を施し、含油率
19容量％の含油焼結摺動部材を得た。

【００６１】つぎに、上述した各実施例で得た焼結摺動
部材の摺動特性について、下記の試験条件で試験した結
果について説明する。

【００６２】─実施例１および実施例２の焼結摺動部材
に対する試験条件─ 耐久試験摩擦速度５m/min 荷重 20kgf/cm² ストローク 200mm 試験ストローク 10万サイクル（400mm/サイクル) 摺動距離 40,000m 相手材機械構造用炭素鋼(S45C) 試験機直線往復動試験機

【００６３】─実施例３および実施例４の焼結摺動部材
に対する試験条件─ 耐久試験摩擦速度７m/min 荷重 120kgf/cm² ストローク 80mm 試験ストローク 10万サイクル（160mm/サイクル) 摺動距離 16,000m 相手材機械構造用炭素鋼(S45C) 試験機平面往復動試験機

【００６４】─実施例５および実施例６の焼結摺動部材
に対する試験条件─ 耐久試験摩擦速度 40m/min 荷重 10kgf/cm² ストローク 200mm 試験ストローク 10万サイクル（400mm/サイクル) 摺動距離 40,000m 相手材機械構造用炭素鋼(S45C) 試験機直線往復動試験機

【００６５】上記耐久試験において、各焼結摺動部材の
摩擦係数および摩耗量を測定した。その結果を表１に示
す。なお、表１中における比較例は日本工業規格（JIS)
のZ-2550に規定されている鉄−炭素−銅系含油焼結材料
（ＳＭＦ４種）を使用し、上記実施例１および実施例２
の試験条件で試験した結果を示している。

【００６６】

【表１】

【００６７】表１の試験結果から、本発明の焼結摺動部
材は試験開始直後において摩擦係数が若干高い値を示し
たが、試験経過とともに除々に低下し、安定した値で推
移した。とくに含油処理を施した焼結摺動部材は比較例
との対比からも判るように、摩擦係数および摩耗量とも
に大幅な向上が認められた。

【００６８】試験後の相手材表面の状態を観察したとこ
ろ、相手材表面に黒鉛の薄い被膜が形成されており、損
傷は何ら認められなかった。

【００６９】また、本発明の焼結摺動部材は実施例１乃
至実施例２の焼結単体からなる摺動部材、実施例３乃至
実施例６の複層からなる摺動部材と、その摺動部材の幅
広い用途に対し適用可能である。

【００７０】

【発明の効果】本発明の焼結摺動部材は組織中に高硬度
の遊離セメンタイトの生成がないため、摺動部材におい
ては極めて重要な要素である相手材との摺動において、
相手材表面を損傷させることがないという効果を有す
る。

【００７１】また、本発明の焼結摺動部材は焼結層を鋼
裏金に一体に接合した複層化が可能となるため、摺動部
材としての適用範囲が大幅に増大する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の焼結摺動部材の焼結組織を示す顕微鏡
写真（倍率１７０倍）である。

【図２】本発明の複層から成る焼結摺動部材に使用され
る裏金の一例を示す平面図である。

【図３】図２のイ−イ線断面図である。

【図４】図２に示す裏金を使用した複層から成る焼結摺
動部材を示す断面図である。

【符号の説明】

１裏金２突出部４焼結層

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁵ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｂ３２Ｂ 15/01 Ｚ 7148−4ＦＣ２２Ｃ 33/02 Ｂ 7619−4Ｋ 38/02

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】黒鉛３〜８重量％、珪素１〜５重量％、
残部鉄から成る焼結摺動部材。
【請求項２】銅が10〜30重量％の割合で含有される請
求項１に記載の焼結摺動部材。
【請求項３】錫が１〜10重量％の割合で含有される請
求項２に記載の焼結摺動部材。
【請求項４】鉄粉末に黒鉛粉末３〜８重量％と珪素粉
末１〜５重量％または珪素鉄合金粉末の珪素成分として
１〜５重量％を添加混合して混合粉末を形成し、この混
合粉末を所要の形状に成形して圧粉体を形成したのち、
この圧粉体を中性または還元性雰囲気に調整した加熱炉
内で1100〜1150℃の温度で30分〜60分間焼結することを
特徴とする焼結摺動部材の製造方法。
【請求項５】混合粉末に銅粉末が10〜30重量％の割合
で添加される請求項４に記載の焼結摺動部材の製造方
法。
【請求項６】混合粉末に錫粉末が１〜10重量％の割合
で添加される請求項５に記載の焼結摺動部材の製造方
法。
【請求項７】黒鉛３〜８重量％、珪素１〜５重量％、
残部鉄から成る焼結層が鋼裏金に接合一体化されて成る
焼結摺動部材。
【請求項８】焼結層に銅が10〜30重量％の割合で含有
される請求項７に記載の焼結摺動部材。
【請求項９】焼結層に錫が１〜10重量％の割合で含有
される請求項８に記載の焼結摺動部材。
【請求項10】鋼裏金は鋼板から成る請求項７乃至請求
項９のいずれか一項に記載の焼結摺動部材。
【請求項11】鋼裏金はその表面に複数個の独立した突
出部を備えた鋼板から成る請求項７乃至請求項９のいず
れか一項に記載の焼結摺動部材。
【請求項12】鋼裏金はその表面に連続した突出部と該
突出部によって形成された複数個の独立した凹部を備え
た鋼板から成る請求項７乃至請求項９のいずれか一項に
記載の焼結摺動部材。
【請求項13】鋼板から成る裏金上に一体に接合された
焼結層には低密度領域と高密度領域が分散して形成され
て成る請求項11又は請求項12に記載の焼結摺動部材。
【請求項14】鋼裏金は鋼製パイプから成る請求項７乃
至請求項９のいずれか一項に記載の焼結摺動部材。
【請求項15】鉄粉末に黒鉛粉末３〜８重量％と珪素粉
末１〜５重量％または珪素鉄合金粉末の珪素成分として
１〜５重量％を添加混合して混合粉末を形成し、この混
合粉末に粉末結合剤の１〜15重量％水溶液を該混合粉末
に対し0.1 〜5.0 重量％添加し均一に混合してこれを原
料粉末とし、該原料粉末を圧延ロールに供給して圧延シ
ートを成形したのち、該圧延シートを鋼板から成る裏金
と重ね合わせ、これを中性または還元性雰囲気に調整し
た加熱炉内で1100〜1150℃の温度で0.1 〜5.0kgf／cm²
の圧力下で30分〜60分間焼結し、該圧延シートの焼結と
該裏金への拡散接合を同時に行わしめることを特徴とす
る請求項10乃至請求項12のいずれか一項に記載の焼結摺
動部材の製造方法。
【請求項16】混合粉末に銅粉末が10〜30重量％の割合
で添加される請求項15に記載の焼結摺動部材の製造方
法。
【請求項17】混合粉末に錫粉末が１〜10重量％の割合
で添加される請求項16に記載の焼結摺動部材の製造方
法。
【請求項18】表面に複数個の独立した突出部あるいは
表面に連続した突出部と該突出部によって形成された複
数個の独立した凹部を備えた鋼板から成る裏金上に一体
に接合された焼結層に低密度領域と高密度領域を分散し
て形成させたことを特徴とする請求項15乃至請求項17の
いずれか一項に記載の焼結摺動部材の製造方法。
【請求項19】鉄粉末に黒鉛粉末３〜８重量％と珪素粉
末１〜５重量％または珪素鉄合金粉末の珪素成分として
１〜５重量％を添加混合して混合粉末を形成し、この混
合粉末を加圧成形して円筒状の圧粉体を製造し、該圧粉
体を鋼製パイプから成る裏金の内面に圧入し、これを中
性または還元性雰囲気に調整した加熱炉内で1100〜1150
℃の温度で30分〜60分間焼結し、該圧粉体の焼結と該鋼
製パイプへの拡散接合を同時に行わしめることを特徴と
する請求項14に記載の焼結摺動部材の製造方法。
【請求項20】混合粉末に銅粉末が10〜30重量％の割合
で添加される請求項19に記載の焼結摺動部材の製造方
法。
【請求項21】混合粉末に錫粉末が１〜10重量％の割合
で添加される請求項20に記載の焼結摺動部材の製造方
法。
【請求項22】圧粉体の内面にセラミック粉末を充填
し、該セラミック粉末により該圧粉体の焼結時における
内径側への膨張量および焼結後の冷却時における内径側
への収縮量を拘束し、該膨張量および収縮量を外径側に
向けることにより、該裏金内面に高い接触圧力を生じせ
しめ、この接触圧力により該裏金内面へ圧粉体成分の拡
散を生じせしめ、それによって焼結層を該裏金内面に接
合一体化させることを特徴とする請求項19乃至請求項21
のいずれか一項に記載の焼結摺動部材の製造方法。