JP3397332B2

JP3397332B2 - 焼結摺動部材ならびにその製造方法

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Publication number: JP3397332B2
Application number: JP22465991A
Authority: JP
Inventors: 眞二山田; 康広白坂; 昭良菅藤
Original assignee: Oiles Corp
Current assignee: Oiles Corp
Priority date: 1991-08-10
Filing date: 1991-08-10
Publication date: 2003-04-14
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Also published as: JPH0543996A

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含有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（Ｆｅ_３Ｃ）を生成し、この遊離セメンタイ
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（１重量％以
下）とする、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必要とし、コスト高となること、
すべての黒鉛粒子にもれなく銅メッキを施すことは工
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は防ぎ難い、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
し一定割合のアルミニウム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
組織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、黒鉛粉
末３〜８重量％、アルミニウム粉末０．５〜５重量％、
残部鉄粉末からなる混合粉末の焼結体であって、素地の
組織がパーライト組織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ことを
特徴とす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】以下、焼結摺動部材を形成する成分組成に
ついて説明する。

【００１１】黒鉛（Ｇｒ）は組織中に分散含有されて固
体潤滑作用をなすものである。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、後述するアルミニウム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われるため、その配合割合は８重量
％が限度である。したがって、黒鉛成分の配合割合は３
〜８重量％、就中４〜６重量％が適当である。

【００１２】アルミニウム（Ａｌ）は焼結過程において
液相を生じて鉄成分に固溶し、前述した黒鉛の鉄成分へ
の拡散、還元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、その配合割合が０．５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％を超えて配合した場合、液相の量が多くなり焼
結性に悪影響を及ぼす。したがって、アルミニウム成分
の配合割合は０．５〜５重量％、就中１．５〜３重量％
が適当である。

【００１３】上述した黒鉛成分およびアルミニウム成分
に対し、一定割合の銅（Ｃｕ）成分あるいは銅成分およ
び錫（Ｓｎ）成分を配合することができる。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としての役割
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、銅成分の配合割合が１
０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％を超えて配合した場合には、液相の量が多く
なり、焼結性に悪影響を及ぼすば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、
銅成分の配合割合は１０〜３０重量％、就中１５〜２５
重量％が適当である。

【００１４】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としての役割を果
たすと共に焼結体を緻密化させて該焼結体の強度、靭性
および機械的強度の向上に寄与する。そして、錫成分の
配合割合が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％を超えて配合した場合には、焼結
性に悪影響を与える。したがって、錫成分の配合割合は
１〜１０重量％、就中３〜８重量％が適当である。

【００１５】つぎに、上記成分組成からなる焼結摺動部
材の製造方法について説明する。

【００１６】鉄粉末に対し、黒鉛粉末３〜８重量％およ
びアルミニウム粉末０．５〜５重量％を配合し、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％を配合し、混合して混
合粉末を形成する。

【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／ｃｍ^２の圧力下で圧縮
成形し、該混合粉末からな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１０５０〜１１００℃の温度で３０〜６
０分間焼結し、その後炉冷して炉から取り出し、所望の
寸法に機械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またはパーライトと一部フ
ェライトの共存組織を呈し、当該組織中に遊離セメンタ
イトの生成はない。また、黒鉛粉末は組織中に分散して
存在しており、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なる焼結体
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（ＪＩＳＧ３１０１）から
なる鋼板、あるいは一般構造用炭素鋼鋼管（ＪＩＳＧ３
４４４）からなる鋼製パイプが使用される。

【００２１】以下、各鋼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】＜鋼裏金に鋼板を使用した複層焼結摺動部
材の製造方法＞鋼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％配合し、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）、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Ｈ
ＰＣ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配合割合は混
合粉末に対して、０．１〜５．０重量％が好ましく、こ
れ以上の量を配合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隙間に依存している。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／ｃｍ^３、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、上記鋼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】この焼結工程において、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１．０〜４．０ｋｇｆ／ｃｍ^２、
好ましくは１．５〜３．０ｋｇｆ／ｃｍ^２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１０５０〜１１００℃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配合
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
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配合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、パーライト組織またはパーライ
トと一部フェライトの共存組織を呈し、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】＜鋼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／ｃｍ^２の範囲の圧力下で加圧し、円筒状圧
粉体を形成する。

【００３１】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、１０５０〜１１００℃の温度で３０〜
６０分間、該圧粉体の焼結と同時に該圧粉体の鋼製パイ
プの内面への拡散接合を行わせ、鋼製パイプの内面に焼
結層を一体に接合した複層焼結摺動部材を得る。

【００３２】この製造方法において、円筒状圧粉体の内
径が４０ｍｍ以上ある場合には、焼結時における圧粉体
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、これを外径側に向わせ、さら
に焼結後の冷却時にお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。

【００３３】上述した方法にお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、
Ａｌ_２Ｏ_３、ＳｉＯ_２、ＺｒＯ_２およびＭｇＯならびに
これらの複合酸化物等が挙げられる。

【００３４】また、圧粉体の内径がとくに大きい（約７
０ｍｍ以上）場合には、焼結時における圧粉体の膨張量
（外径側）が鋼製パイプの膨張量と比べてさらに小さく
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。

【００３５】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と一
部フェライトの共存組織を呈し、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。

【００３６】

【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おいて
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、本発明のように一定量のアルミニウム
粉末を配合することにより、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、アル
ミニウム成分と黒鉛成分とを含有する混合粉末の焼結時
において、鉄成分と親和性の高いアルミニウム成分が優
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。

【００３７】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。

【００３８】また、成分中に銅成分あるいは銅成分およ
び錫成分が配合された焼結摺動部材においては、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おいては、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。

【００３９】

【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。

【００４０】＜実施例１＞２４０メッシュの篩を通過する還元鉄粉末に対し、２５
０メッシュの篩を通過するアルミニウム粉末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％配合し、再度Ｖ型ミキ
サーで５分間混合し、混合粉末を得た（Ｆｅ：９３％、
Ａｌ：２％、黒鉛：５％）。

【００４１】ついで、この混合粉末を金型中に装填し、
成形圧力３トン／ｃｍ^２で内径１８ｍｍ、外径２５ｍ
ｍ、長さ１８ｍｍの円筒状の圧粉体を得た。この円筒状
の圧粉体をアンモニア分解ガス雰囲気に調整した加熱炉
内に置き、１１００℃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５．０１ｇ／ｃｍ^３であ
り、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、黒鉛粒子は分散して存在
していた。この焼結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。

【００４２】＜実施例２＞２４０メッシュの篩を通過する還元鉄粉末に対し、２５
０メッシュの篩を通過するアルミニウム粉末２重量％、
１５０メッシュの篩を通過する電解銅粉末を２０重量％
および２５０メッシュの篩を通過するアトマイズ錫粉末
３．３重量％を配合し、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
％配合し、再度Ｖ型ミキサーで５分間混合し、混合粉末
を得た（Ｆｅ：６９．７％、Ａｌ：２％、Ｃｕ：２０
％、Ｓｎ：３．３％、黒鉛：５％）。

【００４３】ついで、この混合粉末を金型中に装填し、
成形圧力３トン／ｃｍ^２で内径１８ｍｍ、外径２５ｍ
ｍ、長さ１８ｍｍの円筒状の圧粉体を得た。この円筒状
の圧粉体をアンモニア分解ガス雰囲気に調整した加熱炉
内に置き、１０５０℃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５．２７ｇ／ｃｍ^３であ
った。

【００４４】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存在しているのが確認
された。なお、図中の符号Ｂは銅錫合金である。つい
で、この焼結摺動部材に含油処理を施し、含油率２３容
量％の含油焼結摺動部材を得た。

【００４５】＜実施例３＞前記実施例２と同様の混合粉末を得た（Ｆｅ：６９．７
％、Ａｌ：２％、Ｃｕ：２０％、Ｓｎ：３．３％、黒
鉛：５％）。

【００４６】該混合粉末に、５重量％のヒドロキシプロ
ピルセルロース（ＨＰＣ）水溶液（ＨＰＣ１００ｇ、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％配合し、Ｖ型ミキサーで５
分間均一に混合して湿潤性をもった原料粉末を得た。

【００４７】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０．７ｍｍ、ロール
速度０．３ｍ／ｍｉｎの条件下で通し、密度６．２５ｇ
／ｃｍ^３、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６０
０ｍｍに切断し、幅１７０ｍｍ、長さ６００ｍｍ、厚さ
５ｍｍの一般構造用圧延鋼材（ＪＩＳＧ３１０１）の鋼
板上に２枚重ね合わせ、１０５０℃の温度で３０分間、
アンモニア分解ガス雰囲気に調整した加熱炉内に置き、
圧力３．０ｋｇｆ／ｃｍ^２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５．４７ｇ／ｃｍ^３であり、
該鋼板と焼結層との間の接合強度は５７０ｋｇ／ｃｍ^２
であった。

【００４８】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、該焼結摺動部材に含油処理を施し、含
油率２１容量％の含油焼結摺動部材を得た。

【００４９】＜実施例４＞前記実施例２と同様の混合粉末を得た（Ｆｅ：６９．７
％、Ａｌ：２％、Ｃｕ：２０％、Ｓｎ：３．３％、黒
鉛：５％）。

【００５０】この混合粉末を金型中に装填し、成形圧力
３トン／ｃｍ^２で内径１８ｍｍ、外径２４ｍｍ、長さ３
０ｍｍの円筒状の圧粉体を得た。この円筒状の圧粉体
を、別途用意した内径２４ｍｍ、外径３４ｍｍ、長さ３
０ｍｍの寸法を有する一般構造用炭素鋼鋼管（ＪＩＳＧ
３４４４）からな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に調整した加熱炉内に
置き、１０５０℃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の内径面との拡散・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５．３０ｇ／ｃｍ^３であり、鋼製パイ
プと焼結層との間の接合強度は５５０ｋｇ／ｃｍ^２であ
った。

【００５１】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、該焼結摺動部材に含油処理を施し、含
油率２３容量％の含油焼結摺動部材を得た。

【００５２】＜実施例５＞前記実施例２と同様の混合粉末を得た（Ｆｅ：６９．７
％、Ａｌ：２％、Ｃｕ：２０％、Ｓｎ：３．３％、黒
鉛：５％）。

【００５３】この混合粉末を金型中に装填し、成形圧力
３トン／ｃｍ^２で内径４２．５ｍｍ、外径４８．５ｍ
ｍ、長さ２５ｍｍ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４８．５ｍｍ、外径５５ｍ
ｍ、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。

【００５４】内径面に円筒状圧粉体を圧入嵌合した鋼製
パイプの該圧粉体内径面にセラミック粉末（Ａｌ
_２Ｏ_３：８３重量％とＳｉＯ_２：１７重量％の混合物、
３５〜１５０メッシュ）を充填したのち、アンモニア分
解ガス雰囲気に調整した加熱炉内に置き、１０５０℃の
温度で３０分間焼結し、該円筒状圧粉体の焼結と同時に
鋼製パイプの内径面との拡散・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
５．３０ｇ／ｃｍ^３であり、鋼製パイプと焼結層との間
の接合強度は５５０ｋｇ／ｃｍ^２であった。

【００５５】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、該焼結摺動部材に含油処理を施し、含
油率２３容量％の含油焼結摺動部材を得た。

【００５６】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。

【００５７】―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／ｃｍ^２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

【００５８】―実施例３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／ｃｍ^２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

【００５９】―実施例４および実施例５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／ｃｍ^２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

【００６０】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（ＪＩ
Ｓ）のＺ２５５０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。（以下余白）

【００６１】

【表１】

【００６２】表１に示す試験結果から、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。

【００６３】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
傷は認められなかった。

【００６４】上記試験結果から、本発明の焼結摺動部材
は、実施例１および実施例２の焼結単体からなる摺動部
材、実施例３ないし実施例５の複層からなる焼結摺動部
材と、その摺動部材の幅広い用途に対し適用可能であ
る。

【００６５】

【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。

【００６６】また、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。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号ＦＩＢ３２Ｂ 15/01 Ｂ３２Ｂ 15/01 ＺＣ２２Ｃ 33/02 Ｃ２２Ｃ 33/02 Ｂ 38/06 38/06

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】黒鉛粉末３〜８重量％、アルミニウム粉
末０．５〜５重量％、残部鉄粉末からなる混合粉末の焼
結体であって、素地の組織がパーライト組織またはパー
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
トの生成のないことを特徴とする焼結摺動部材。
【請求項２】黒鉛粉末３〜８重量％、アルミニウム粉
末０．５〜５重量％、残部鉄粉末からなる混合粉末を焼
結し、素地の組織がパーライト組織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
のない焼結層が鋼裏金に一体に接合されていることを特
徴とする焼結摺動部材。
【請求項３】混合粉末は、銅粉末が１０〜３０重量％
の割合で配合されたものである請求項１又は２に記載の
焼結摺動部材。
【請求項４】混合粉末は、錫粉末が１〜１０重量％の
割合で配合されたものである請求項３に記載の焼結摺動
部材。
【請求項５】鋼裏金は、鋼板からなり、該焼結層は該
鋼板の表面に一体に接合されている請求項２から４のい
ずれか一項に記載の焼結摺動部材。
【請求項６】鋼裏金は、鋼製パイプからなり、該焼結
層は鋼製パイプの内周面に一体に接合されている請求項
２から４のいずれか一項に記載の焼結摺動部材。
【請求項７】黒鉛粉末３〜８重量％と、アルミニウム
粉末０．５〜５重量％と、残部鉄粉末とからなる混合粉
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、この圧粉体を中性又は還元性雰囲気
に調整した加熱炉内で１０５０〜１１００℃の温度で３
０〜６０分間焼結し、素地の組織がパーライト組織また
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体を得ることを特徴とする焼
結摺動部材の製造方法。
【請求項８】黒鉛粉末３〜８重量％と、アルミニウム
粉末０．５〜５重量％と、残部鉄粉末とからなる混合粉
末を形成し、この混合粉末にヒドロキシプロピルセルロ
ース、ポリビニルアルコール、カルボキシメチルセルロ
ース、メチルセルロース、ゼラチン、アラビアゴム、ス
ターチから選択される粉末結合剤の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形成したのち、該圧延シー
トを鋼板からなる鋼裏金と重ね合わせ、これを中性また
は還元性雰囲気に調整した加熱炉内で１０５０〜１１０
０℃の温度で１．０〜４．０ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧力下で
３０〜６０分間焼結し、該圧延シートの焼結と該鋼裏金
への拡散接合を同時に行わしめ、素地の組織がパーライ
ト組織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層を鋼裏金の表面
に接合一体化させることを特徴とする焼結摺動部材の製
造方法。
【請求項９】黒鉛粉末３〜８重量％と、アルミニウム
粉末０．５〜５重量％と、残部鉄粉末とからなる混合粉
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なる鋼裏金の内
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１０５０〜１１００℃の温度で３０〜６０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、素地の組織がパーライト組織または
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層を鋼製パイプの内面に接合一
体化させることを特徴とする焼結摺動部材の製造方法。
【請求項１０】混合粉末は、銅粉末が１０〜３０重量
％の割合で配合されたものである請求項７から９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１１】混合粉末は、錫粉末が１〜１０重量％
の割合で配合されたものである請求項１０に記載の焼結
摺動部材の製造方法。
【請求項１２】圧粉体を鋼製パイプからなる鋼裏金の
内面に圧入したのち、該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、該鋼製パイプの内面に高い接
触圧力を生じせしめ、この接触圧力により該鋼製パイプ
の内面に圧粉体成分の拡散を生じせしめ、それによって
焼結層を該鋼製パイプの内面に接合一体化させることを
特徴とする請求項９から１１のいずれか一項に記載の焼
結摺動部材の製造方法。