JPH0262422A - 耐摩耗性焼結軸受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、内燃機関のバルブガイドあるいは真空中で
使用される滑り軸受等に好適であり、摺動面に固体潤滑
剤の緻密な被膜を強固に圧着してなる焼結軸受に関する
。

（従来の技術） 真空処理装置や食料の混練機、あるいは内燃機関の動弁
機構等に用いられるいわゆるドライ軸受は、油潤滑が全
くできないかまたは十分にすることができず、高負荷で
耐摩耗性が要求される。

このような軸受は、鉄系または銅系合金基地中に黒鉛、
二硫化モリブデン、二硫化タングステン等の固体潤滑剤
を分散させた焼結複合材料が一般に用いられており、ま
た軸受の内径側約半分の円筒を上記焼結複合材料とし、
外径側を簡単な組成で構成した複層軸受等も用いられて
いる。

さらに、使用の際に摺動部へ固体潤滑剤を塗布すること
もよく行なわれている。

（発明が解決しようとする問題点） しかしながら、複合焼結合金の軸受は、多量の固体潤滑
剤を添加すると材料強度が低くなるため、摺動面を十分
に覆うだけの固体潤滑剤は添加できず、合金基地の露出
が多く摩擦が大きいために軸受寿命の引き伸しに限界が
あった。

また、このような軸受は、耐摩耗性を必要とする相手部
材との摺動面および許容できる摩耗量の部分以外は、適
宜の機械強度あるいは耐蝕性をもっていればよく、こう
した意味で複合焼結合金の軸受は、合金の添加元素およ
び固体潤滑剤に無駄があった。

そして、上記のように改良された複層軸受は、製造の際
に粉末を押型に充填する特別な工夫を要し、２つの材料
は十分に焼結されるような同質材料に限られるという制
約があり、また薄い層は形成しにくい等の欠点を有して
いる。

一方、固体潤滑剤を要所に塗布する方法によれば、初期
摩耗が防げるものの、塗膜が単に付着しているだけのた
め、簡単に基地が露出してしまって潤滑寿命がさほど長
くはならず、頻繁に装置を停止して塗布を繰り返さなけ
ればならなかった。

本願発明は、上記のような問題点に鑑みてなされたもの
であり、その目的とするところは、基材は適宜の焼結合
金を採用し、摺動する要部だけに丈夫な固体潤滑剤の被
膜を形成し、潤滑寿命の長い焼結軸受を低コストに提供
することを目的とするものである。

（課題を解決するための手段） 本願発明は、上記の目的を達成するために、空孔がある
通常の焼結合金からなる軸受部材の少なくとも内径面に
、平均厚さが２〜１０μｍで焼結体表面に露出する空孔
を充填しており、緻密で表面が平滑な固体潤滑剤の被膜
を形成させたことを要旨とする。

したがって、この軸受は、筒状焼結体の表面に固体潤滑
剤粉末が分散した液を塗布および乾燥した後、押型で加
圧変形して焼結体のサイジング、および固体潤滑剤塗布
膜を圧縮するという方法により製造される。

（作用） 基材焼結体は、通常の鉄系または青銅系合金組成でもよ
いが、使用される環境によって硬さの高い材料、耐熱耐
蝕性材料等が適宜選択される。

例えば、内燃機関のバルブガイドの場合は、高炭素の鉄
系合金やリン青銅系合金、また、高温で用いられる軸受
の場合は、ステンレス鋼系やハイス系等の適用が望まし
い。

基材焼結体表面の空孔および凹凸は、後述する固体潤滑
剤被膜を保持する作用がある。

固体潤滑剤の塗布膜は、水や有機溶剤等の揮発性分散媒
に沈降や凝集を防ぐ分散剤等と約２０％程度の固体潤滑
剤粉末を添加した塗料を塗布した後、乾燥して得られる
。

この塗布膜の厚さは、塗料が流れ集まると不均一になる
が、仕上がり被膜厚さの２〜３倍に設定される。

塗膜が不均一でもこの塗膜は粗であり、後述の圧縮工程
で厚さは均一になる。

内径や端面等必要部分に乾燥塗膜を施した軸受素材は、
粉末冶金で通常用いられると同様な押型でサイジングす
る。

この押型は、軸受素材を押型に挿入する際、塗布膜を削
り取ることがないように、コアの場合には軸受素材の内
径寸法より細くしておく。

押型内で軸方向に圧縮すると、軸受素材は塑性変形およ
び密度上昇し、ついには素材の内径がコアに密着し、塗
膜を圧縮するとともに内径がサイジングされる。

圧縮された固体潤滑剤の塗布膜は緻密となり、焼結体の
表面空孔に侵入して素材と強固に接合されて、内径表面
は光沢がある平滑な面を形成する。

この被膜状態は、真空蒸着やスパッタリング等で得られ
る強固な被膜には及ばないが、塗布または擦り付は方法
では得ることができない。

なお、真空蒸着、イオンブレーティング、スパッタリン
グは、外面には形成できるが内径面には形成できない。

サイジングは押出し法によっても可能であり、押出し法
の場合には、内燃機関のバルブガイドのように長物の軸
受に適しており、押型は小さいダイス角のグイと、塗膜
の内径寸法より細くテーパのないコアを用い、焼結体の
外径を圧縮するように押出すことにより、前述したと同
じ塗膜状態を形成することができる。

塗膜の厚さは、焼結体の表面が凹凸のため画然としてい
るわけではないが、表面の空孔を含まない平均的な面か
ら塗膜表面までの厚さで表わすと、その平均厚さは２〜
１０μｍである。

そして、塗膜の厚さは余り厚すぎると、摺動の初期段階
で摩耗し相手部材との隙間を大き（し好ましくないが、
一方薄すぎると、初期摩耗に耐えても基地が現われて潤
滑寿命が短くなるため２μｍ以上は必要である。

このように、通常の焼結軸受の製造工程に潤滑剤の塗布
を追加しただけの簡単な工程で、本発明に係る軸受が得
られる。

また、任意な焼結軸受材料の必要部分だけに、厚くて強
固な固体潤滑剤被膜を設けたため、原材料に無駄がなく
、優れた耐摩耗性で潤滑寿命が長い軸受が得られる。

（実施例） 以下、本発明に係る軸受を一実施例により詳細に説明す
る。

第１図は本発明に係る軸受を自動車エンジン用バルブガ
イドに適用した場合を示す断面図であり、バルブガイド
１の内径面に、二硫化モリブデンの被膜２が施されてい
る。次に、従来のバルブガイドと耐摩耗性を比較する。

まず、準備した焼結体は、組成が１．５％銅、および結
合炭素量０７％で、密度は６．６５ｇ／ｃ／、寸法がφ
６×φ１２Ｘ５２ｍｍであり、鉄粉と銅粉と黒鉛粉およ
びステアリング酸亜鉛の混合粉を、通常の押型で成形し
、温度１１３０℃の還元性ガス中で焼結したものである
。

次に、固体潤滑剤の塗料は、シンナーに二硫化モリブデ
ン粉を２０重量％、および分散剤を添加混合したもので
、この塗料を前記焼結体の内径面に塗布した後乾燥し、
塗布膜の厚さを約１５μｍに設定した。

サイジングは押出し法を採用した。

用いた押型は、塗布膜を施した焼結体内径寸法より２５
μｍ細い寸法のコアと、焼結体外径寸法よりＱ３ｍｍ細
い内径寸法でダイス角が５度のグイと、押出しパンチか
らなり、焼結体の内径にコアを差し込んでから押出した
。

焼結体の断面減少率は１３％で、押出し後の軸方向長さ
は７％伸びており、密度は７．１ｇ／ＣｒＩに上昇した
。

二硫化モリブデン被膜の表面は、鏡面のようで鉄筆で引
っ掻いても剥がれることはなく、被膜厚さは６μｍであ
った。

比較の焼結バルブガイドとして、固体潤滑剤を塗布しな
い上記焼結体を前記同様に押出しして試料とした。

また、ＦＣ２０鋳鉄製のバルブガイドも準備した。

各試料は外径を所定の寸法に切削加工した後、内径にマ
ンドレルを差し込んで、エンジンと同じ構造をした摩耗
試験機に圧入した。

相手弁は、耐熱鋼製でバルブガイドとのクリアランスを
２０μｍとし、弁ロッドの端部に軸と直角方向に７ｋｇ
の荷重を加え、バルブ側をプロパンガス燃焼炎で加熱し
ながら弁を往復動させ、２５時間運転後のバルブガイド
内径摩耗状態を調べた。

試験条件は次の通りである。

バルブ側温度＝５００°Ｃ 弁の作動数：３０００ストロ一ク／分 冷却水温＝３０〜４０℃ 給　　　　油二３滴／分 試験後のバルブガイド内径摩耗量は、固体潤滑剤被膜を
設けた本発明品が８μｍ、比較の鋳鉄製ガイドは２９μ
ｍであった。

（発明の効果） 本願発明は、上記したように、真空処理装置や食料の混
練機、あるいは内燃機関の動弁機構等に用いるいわゆる
ドライ軸受として、軸受基月が空孔のある焼結合金から
なり、その軸受表面に露出する空孔を充填し平均厚さが
２〜１０μｍで表面が平滑な固体潤滑剤被膜を形成する
ように構成したので、摺動する要部だけに緻密な固体潤
滑剤被膜を強固に設けることができ、耐摩耗性を極めて
良好とすることができる。

また、摩耗特性の割に低コストな軸受であり、軸受性能
のレベルアップに加えて、経済的な効果も大とすること
ができる。

【図面の簡単な説明】

図面は本発明の一実施例を示す自動車用バルブガイドの
断面図および一部拡大図である。 １・・・自動車エンジン用バルブガイド２・・・固体潤
滑剤被膜 特許出願人　　日立粉末冶金株式会社 代 理 人

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、軸受基材が空孔のある焼結合金からなり、その軸受
   表面に露出する空孔を充填し平均厚さが２〜１０μｍで
   表面が平滑な固体潤滑剤被膜を形成させたことを特徴と
   する耐摩耗性焼結軸受。