JP2003342700A - 焼結摺動材料並びに焼結摺動部材およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 高面圧下での軸受の耐焼付き性および／また
は耐摩耗性の向上と、異音の発生防止と、給脂間隔の延
長とをねらいとした焼結摺動材料と、この焼結摺動材料
を裏金に一体化させた焼結摺動部材およびその製造方法
を提供する。 【解決手段】 摺動材料を、少なくとも０．１重量％の
Ａｌを不可避成分として含有するとともに、Ｃｕを１０
〜５０重量％含有してなる鉄系焼結摺動材料とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、高面圧下での軸受
の耐焼付き性および／または耐摩耗性の向上、異音の発
生防止、給脂間隔の延長をねらいとした摺動材料並びに
焼結摺動部材およびその製造方法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、建設機械の作業機ブッシュのよう
なより高面圧、低速の条件下で使用される軸受材とし
て、耐摩耗性を重視した浸炭もしくは高周波焼入れした
鋼製のブッシュがグリース潤滑下にて用いられている。
特に、この種の作業機では高面圧下で潤滑条件が厳しく
なることから、作業時に不快な異音が発生するのを防止
するために、前記鋼製ブッシュの摺動面に潤滑皮膜処理
を施したり、グリースの潤滑性を高めるために多数のグ
リース溝を形成することが行われている。

【０００３】また、前記グリースの給脂間隔を延ばすこ
とによるイージーメンテナンス化の関係から、例えばＦ
ｅ−Ｃ−Ｃｕを基本型とし、硬質なマルテンサイト基地
の鉄系焼結摺動材料の気孔に潤滑油を含浸させた含油焼
結軸受や、この鉄系焼結摺動材料に、より硬質な工具粉
末やセラミック粉末を添加した含油焼結軸受等も、軽負
荷の作業機部位において一部使用されている（「焼結機
械部品−その設計と製造−」、日本粉末冶金工業会偏
著、技術書院、昭和６２年発刊、Ｐ３３９参照）。

【０００４】また、銅系焼結軸受材についても、Ｃｕ−
Ｓｎ−Ｐｂ、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｐｂ−Ｃ等の青銅系軸受が奨
励されている。

【０００５】作業機などの軸受部への給脂間隔を延ばす
ために、高力黄銅製ブッシュに、摺動部面積の３０％前
後の面積の機械加工穴を設け、その穴を摺動方向におい
てオーバーラップするように配置し、この穴に固体潤滑
剤の（多孔質）黒鉛を埋め込んだ軸受材料（例えばオイ
レス工業社製、５００ＳＰ）や、固体潤滑剤を多量に添
加した金属焼結体（例えば東芝タンガロイ社製、ＳＬ合
金）が利用されている場合もある。

【０００６】また、高面圧条件下にて使用される複層焼
結摺動部材としては、鋼鉄裏金金属と、この鋼鉄裏金金
属に焼結と同時に接合される、銅１０〜３０重量部、黒
鉛０．１〜６．５重量部、二硫化モリブデン０．１〜７
重量部、残部が鉄からなる鉄系焼結合金層を含む滑りベ
アリングが、特開平１１−１１７９４０号公報において
開示されている。

【０００７】また、高面圧条件下で使用される銅系の複
層焼結摺動材としては、固体潤滑成分としての黒鉛が３
〜８重量％の範囲で分散含有された５〜１３重量％Ａ
ｌ、３〜６重量％Ｆｅ、０．１〜１．５ＴｉＨの組成範
囲のアルミ青銅系焼結摺動合金を燐合金板の接合層を介
して鋼板に一体接合してなる複層焼結摺動材およびその
製造方法が、特開平５−１５６３８８号公報において開
示されている。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前述の作業機ブッシュ
のように、高面圧下で、かつ極めて遅い速度で摺動する
ものにおいては、潤滑膜形成条件が極めて厳しくなる。
前記鋼製ブッシュでは硬さの点で高荷重に対してへたる
ことはないが、容易に焼付いたり、不快な異音が発生し
易いことが重要な問題となっており、給脂間隔を短くし
てそれらの問題が発生しないように管理することが必要
となっている。

【０００９】前記作業機ブッシュとして、マルテンサイ
ト基地の含油鉄系焼結摺動材を使用するものにおいて
は、へたりがなく、鋼製ブッシュに比べて焼付き性の点
でかなり改善されるものであるが、作業機のように極め
て低速、かつ高荷重下で使用される場合には、潤滑切れ
状態が容易に起こるために、耐焼付き性の向上および異
音発生の防止を十分に図ることができないという問題点
がある。

【００１０】さらに、焼結摺動材中の空隙に潤滑油を多
量に含油させて摺動時の潤滑条件を改善するものにおい
ては、焼結体中に空隙が多く存在することによって逆に
潤滑的な条件が悪くなり、耐焼付き性の向上および異音
の発生を期待するほどに改善できないという問題点があ
る。

【００１１】また、鋼製の作業機ピンと作業機ブッシュ
との間の耐焼付き性を高めるために、異種材のＣｕ−Ｓ
ｎ、Ｃｕ−Ｐｂなど青銅系材料を用いるものでは、高面
圧下でへたってしまうという問題点と、潤滑条件が厳し
いために極めて簡単に摩耗するという問題点がある。

【００１２】これに対し、作業機ブッシュに、より硬質
で、高強度の溶製された高力黄銅材を使用するもので
は、へたりはほぼなく、鋼製ブッシュに比べて異音の発
生がかなりの点で防止できるものの、前述のように潤滑
切れが容易に起こるために、耐焼付き性の向上および異
音発生の防止を十分に図ることができないという問題点
がある。

【００１３】また、より硬質で、高強度な溶製される高
力黄銅材に穴あけ加工を施し、この穴に自己潤滑性の高
い黒鉛を埋め込み、さらに黒鉛に潤滑油を含油させたブ
ッシュにおいても、前述のへたりに関する問題は解決さ
れるものの、黒鉛充填用の穴の面積率を通常２５〜３０
％に抑えて使用されるため、作業機のように揺動しなが
ら摺動する距離が短くなるに連れて潤滑の行き届かなく
なる個所ができ、局所的な焼付きが発生するとともに、
長時間にわたって十分な自己潤滑性が得られないという
問題点があり、また黒鉛埋め込み用の穴あけ加工と黒鉛
の充填等の工程がコストを顕著に引き上げるという問題
点がある。

【００１４】また、安価な作業機ブッシュとしてマルテ
ンサイト基地の含油鉄系焼結摺動材を使用するものにお
いては、へたりもなく、かつ前記鋼製ブッシュに比べて
耐焼付き性の点でかなり改善されるものの、まだ十分で
ないという問題点がある。

【００１５】一方、前記特開平１１−１１７９４０号公
報に開示されているものでは、多量の固体潤滑剤を分散
させていることから、耐焼付き性が改善されると考えら
れるが、多量の固体潤滑剤の分散および／または後述す
るその製造方法のために、鉄系焼結摺動材が極めて靭性
に乏しく、強度不足となってその耐摩耗性が問題とな
り、また例えば削岩作業中に容易に破損するといった問
題点がある。

【００１６】また、この特開平１１−１１７９４０号公
報に開示されている製造方法は、プレス金型中に鋼鉄製
裏金金属とその内周面に鉄系焼結材料の混合粉末を配し
て、この混合粉末を５０〜３００ｋｇｆ／ｃｍ^２の圧力
で加圧成形した後に、金型から取り出して焼結する方法
であるが、このような方法によれば、焼結密度が極めて
低く、焼結時においてその鉄系焼結体が大きく収縮し
て、極めて不安定な焼結接合となること、焼結体強度が
十分でないことといった問題点がある。

【００１７】さらに、特開平５−１５６３８８号公報に
開示されている技術のように、耐焼付き性を高めるため
に、３〜８重量％（約１２〜３６体積％）に及ぶ多量の
固体潤滑剤の黒鉛を高強度なアルミ青銅焼結材料中に含
有させたものにおいても、Ｃｕ−Ａｌ焼結合金が軟質な
α相組織であるために十分な耐焼付き性を示さず、その
耐焼付き性を補う黒鉛を多量に含有することによる強度
的な弱さから、十分な高面圧下での摺動特性が確保され
ず、また耐摩耗性においても十分でないという問題点が
ある。

【００１８】また、この従来技術では、固体潤滑剤を多
量に含有し、かつＳｎ等の液相発生成分を含有しないこ
とから、金属焼結体では焼結性が困難となり、実用的な
強度を得るためには焼結時に加圧処理を必要としてい
る。例えば前記３〜８重量％黒鉛、８〜１０重量％Ａ
ｌ、４〜６重量％Ｆｅ、０．２〜１．０重量％Ｔｉを適
量として含有するＡｌ青銅系焼結摺動材料を燐青銅板の
接合層を介して裏金に一体化した複層焼結摺動部材は、
焼結時において加圧処理を必要としており、少なくとも
一体化する工程におけるコスト高が避けられないという
問題点がある。

【００１９】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたもので、高面圧下での軸受の耐焼付き性および／ま
たは耐摩耗性の向上と、異音の発生防止と、給脂間隔の
延長とをねらいとした焼結摺動材料と、この焼結摺動材
料を裏金に一体化させた焼結摺動部材およびその製造方
法を提供することを目的とするものである。

【００２０】より詳細な目的は、Ａｌを含有するＦｅ
合金相とＣｕ合金相によって顕著な耐凝着性の改善を図
り、Ｆｅ合金相のマルテンサイト組織化による耐摩耗
性の向上を図り、摺動時の発熱をＦｅ合金相の二次変
態（規則−不規則変態および磁気変態）により吸熱して
潤滑面での昇温を遅らせ、硬質で、耐焼付き性に優れ
るＣｕ−Ａｌ系β相が、鉄系焼結摺動材料中に液相とし
て分散するＣｕ合金相および／または鉄合金相中に微細
に析出分散するＣｕ合金相となるようにし、気孔中へ
の潤滑油の含油と固体潤滑剤の分散による低速度の境界
潤滑でのスティック・スリップで発生し易い異音を防ぐ
ようにした鉄系焼結摺動材料を提供し、併せて、鉄系
焼結体を顕著に膨張させるＡｌと、収縮させるＣｕを含
有させ、円筒状または略円筒状鉄系材料の内径面に接合
させた複層焼結摺動部材およびその製造方法を提供する
ことにある。

【００２１】さらに、耐焼付き性、耐摩耗性に優れたＦ
ｅ合金相をＣｕ系焼結材料中に高濃度に分散させてなる
銅系焼結摺動材料並びに焼結摺動部材およびその製造方
法を提供することにある。

【００２２】

【課題を解決するための手段および作用・効果】低速
で、かつ高面圧下の潤滑切れが起こり易い摺動条件下で
使用される作業機軸受材料は、適度の硬さを有しなが
ら、耐焼付き性および／または耐摩耗性に優れた特性を
持つことが必要であり、この結果として、異音の発生防
止、給脂間隔の延長が達成されるものである。このよう
な観点から、本発明では、このような特性を持つ材料と
して、Ｆｅ系合金規則相を形成し易いＡｌをＦｅ相中に
含有するＦｅ−Ａｌ−Ｃｕ系、Ｆｅ−Ａｌ−Ｃｕ−Ｃ系
合金相が優れていることを明らかにした点に特徴があ
る。とりわけ、炭素を含有させたＦｅ−Ａｌ−Ｃｕ−Ｃ
系合金相は、容易に焼結後の冷却段階でマルテンサイト
および／またはベイナイト組織に焼入れ硬化することが
できることから、その耐摩耗性の改善に安価に対応する
ことができる。

【００２３】要するに、第１発明による焼結摺動材料
は、鉄系焼結摺動材料であって、少なくとも０．５重量
％以上のＡｌを不可避成分として含有するとともに、Ｃ
ｕを１０〜５０重量％含有してなることを特徴とするも
のである。

【００２４】ＨＡＮＳＥＮの状態図集を参照すれば、実
用的な軸受Ｆｅ系合金で規則相を示す系としては、Ｆｅ
−Ａｌ、Ｆｅ−Ｓｉ、Ｆｅ−Ｃｏ、Ｆｅ−Ｎｉが挙げら
れるが、コスト的な観点からは、Ｆｅ−Ａｌ系、Ｆｅ−
Ｓｉ系を主体に用いたものが極めて有効である。

【００２５】また、Ａｌ、Ｓｉはともに鉄系摺動材料表
面に酸化物層を形成し、耐食性、耐酸化性に優れる作用
があり、前述の過酷な摺動条件下では、これらの酸化物
層が金属同士の接触を防止して、その耐焼付き性を著し
く改善することも好都合である。

【００２６】なお、Ｆｅ−Ａｌ系、Ｆｅ−Ｓｉ系の規則
相としては、Ｆｅ_３Ａｌ、ＦｅＡｌ、Ｆｅ_３Ｓｉ、Ｆｅ
Ｓｉがある。これらの結晶はいずれもＢＣＣ構造であ
り、Ｆｅ原子とＡｌ原子および／またはＳｉ原子が極め
て強力に引き付け合いながら、規則正しくそれら原子同
士が最近接距離に配置されることから、この規則相の硬
さは、規則度が高まるとともに、金属間化合物に近い硬
さを示すことが良く知られている。しかも、Ｎｉ、Ｃｏ
を添加したＦｅ−Ａｌ系合金ではＦｅ−ＡｌとＮｉ−Ａ
ｌもしくはＣｏ−Ａｌの２種の規則相への二相分離反応
も関与することから、例えば６００℃での時効処理を施
すか、焼結後の冷却速度を遅くすることによって、顕著
に硬化させることができ、耐摩耗性の付与に極めて有効
である。しかし、これらの規則相硬さがビッカース硬さ
Ｈｖ８００を越えることはなく、摺動材料として用いた
場合においては、前述の相手摺動材となる作業機ピン表
面が熱処理で硬化されているので、ブッシュによるアタ
ックがなく、かつ摺動材自身が耐摩耗性に優れることは
好ましいことである。

【００２７】規則相が金属間化合物に近い硬さをもつこ
とから類推されるように、Ｆｅ原子とＡｌ原子および／
またはＳｉ原子が規則配列すると極めて安定である。そ
の逆に、凝着によってその原子的配列が乱されると極め
て不安定な状態になる。したがって、化学的な意味合い
からして、鋼製の作業機ピンの凝着性を低減させること
は摺動材料としての特性に好ましいのは明らかである。

【００２８】さらに、規則的な原子配列が不規則化する
段階においては、顕著な吸熱反応を伴うことから、本発
明による摺動材料が摺動面における発熱を抑える作用を
示すことはより好ましい。また、顕著な凝着によるので
はなくても、摺動面が摩擦熱によって昇温する場合にお
いても、規則相から不規則相への二次変態的な広い温度
範囲での吸熱作用を持つことを利用することによって、
結果的には耐凝着性を改善することが好ましいのは明ら
かである。

【００２９】さらに、これら規則・不規則変態と同様な
吸熱反応は、強磁性体から常磁性体に二次的変態する磁
気変態によっても顕著に引き起こされるので、例えば規
則・不規則変態温度と磁気変態温度とを調整することに
よって、更なる二次変態的な広い温度範囲での極めて顕
著な吸熱作用を引き起こさせるように設計することが可
能であり、耐凝着性の向上を図ることができることも本
発明に係る摺動材料の特徴である。

【００３０】Ｆｅ−Ａｌ系においては、ＨＡＮＳＥＮの
状態図を参照して、Ｆｅ_３Ａｌ規則相を発現する組成範
囲を推定すると、一般の鉄系材料の摺動面が１００℃で
焼付き性が始まるとすれば、前記第１発明において、前
記Ｆｅ系合金相中のＡｌは少なくとも２〜３５重量％含
有するのが適量である（第２発明）。同様に、Ｆｅ−Ｓ
ｉ系でも、ほぼ同範囲の添加量が適当である。さらに、
ＳｉとＡｌと適当に混ぜて使用することも好ましいが、
その際の鉄系焼結摺動材料中のＦｅ系合金相におけるＡ
ｌ＋Ｓｉの組成範囲は２〜３５重量％が適当であること
は明らかである（第３発明）。

【００３１】前記各発明においては、Ｆｅ合金相におい
て、Ｃｏ、Ｎｉの一種以上を５〜４０重量％含有し、Ｆ
ｅ系規則相の硬さをＨｖ３００〜８００に調整するのが
好ましい（第４発明）。

【００３２】なお、本発明のＡｌを高濃度に含有する鉄
系焼結摺動材料を製造する際において、金属Ａｌの素粉
末を添加する場合には極めて顕著な膨張性を示し、Ｆｅ
−Ａｌ系、Ｆｅ−Ａｌ−Ｃ系ではとても強度的な観点か
ら摺動材料としての使用に耐えられない問題がある。そ
こで、本発明では、燐（鉄）、Ｓｉ、Ｔｉの一種以上
を０．２５重量％以上添加し、還元性を高めると同時に
部分的な液相を出現させることによって焼結性を促進す
る、１０重量％以上のＣｕ粉末を添加して、焼結初期
においてＣｕ系の液相を発生させることによって焼結を
促進する、Ｃｕ粉末に固溶して融点を下げるＳｎ、Ｓ
ｉ、燐、Ｍｎ等の元素を１０重量％の範囲内で調整して
焼結性を促進する、という手段によって前述の顕著な膨
張性を制御することとし、Ｆｅ−Ａｌ系を主体とする規
則相焼結摺動材料および規則相がＣｕ系成分によって容
易に製造できるようにした。

【００３３】とりわけ、軟質なＦｅ粉末とＡｌ粉末の混
合粉末を利用することによるその難焼結性を解決し、よ
り安価な軸受を製造するために、Ｃｕ添加量を極力低減
し、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｐ、Ｓｉの一種以上を０．１〜５重量
％の範囲内で添加することによって焼結性を改善するこ
とが好ましい（第８発明）。

【００３４】また、１０〜５０重量％のＣｕの添加は、
比較的低温側の焼結によってその材料の焼結性を高める
が、５０重量％以上の添加では焼結時の液相量が多くな
り過ぎ、焼結体の保形性が悪くなるとともに、コストが
高くなる。

【００３５】また、炭素を添加した場合には鉄合金相へ
のＣｕの固溶度が少なくなることによって同一Ｃｕ添加
量同士で焼結時の液相量を比較した場合には液相量が多
くなるので、Ｃ添加によってＣｕ添加を少なくすること
ができることもコストを下げるのに良い。

【００３６】前述のＡｌの添加による膨張は、Ａｌ添加
量が多いほど大きくなるために、それを抑えるためのＣ
ｕ添加量も多くなる問題がある場合には、金属Ａｌ粉末
の添加量を抑え、Ｆｅ−Ａｌ合金粉末を利用することが
極めて有効である。あるいは、Ｆｅ−Ａｌ合金粉末、Ｃ
ｕ−Ａｌ合金粉末などを利用することが、Ａｌの合金添
加方法として好ましいこともある。

【００３７】さらに、前記鉄系焼結摺動材料を製造する
際において、その摺動材料中のＦｅ合金相組成に近いＦ
ｅ系合金粉末とＣｕ粉末を混合成形して焼結すること
が、成形性の困難さを避けるため、また顕著な焼結時の
膨張性を抑えるために好ましいことであるが、Ｆｅ系合
金粉末の入手性と粉末コストが高いことが問題である。

【００３８】前記Ｆｅ−Ａｌ−Ｃｕ−Ｃ系焼結摺動材料
における適正なＣ添加量は焼結後の冷却によって得られ
るＦｅ合金相硬さ（Ｈｖ＝２５０〜８５０）によって、
０．０５重量％以上が好ましく、その上限は、Ｆｅ合金
相中にセメンタイト粒子を分散させて耐摩耗性を向上さ
せる観点から１．５重量％とするのが好ましい（第５発
明）。ここで、前記Ｆｅ合金相は、マルテンサイト、ベ
イナイト、粒状セメンタイトの一種以上の組織からなっ
ているのが良い（第６発明）。

【００３９】なお、前記冷却によって鉄系焼結摺動材料
のＦｅ合金相がマルテンサイトおよび／またはベイナイ
ト組織となるようにＦｅ合金相の焼入れ硬化性および／
または時効硬化性を高めるためのＳｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃ
ｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｐ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｏの一種以上の合金元
素を各々０．１〜５重量％で含有されているのが好まし
い（第７発明）。とりわけ、Ｎｉの添加は含有するＡ
ｌ、Ｓｉ、Ｔｉと顕著な時効硬化性を示すので、耐摩耗
性の観点からは好ましいが、コスト的な観点から５重量
％以下に制限した。Ｎｉと同じ作用はＣｏの添加によっ
ても認められる。このＣｏ添加量の上限についても同じ
理由から５重量％とするのが良い。

【００４０】なお、前述のようにＣの添加によって鉄系
焼結摺動材料を焼入れ硬化する機能は、Ｃを含まない鉄
系焼結摺動材料に浸炭処理を施して焼入れ硬化すること
によって実現させても良いことは明らかである。とりわ
け、Ａｌを含有する本鉄系焼結摺動材料は、窒化、ガス
軟窒化によって顕著に硬化されるので、耐摩耗性の改善
には有効である。

【００４１】さらに、前述のように前記鉄系焼結摺動材
料のＦｅ合金相組成に近いＦｅ−Ａｌ系合金粉末とＣｕ
粉末を混合成形して焼結することが、焼結時の顕著な膨
張を抑える上で好ましい手段であるが、Ａｌを除いたＦ
ｅ−ＣやＦｅ−Ｃ−Ｃｕ系焼結材料用混合粉末、または
その混合粉末にＡｌ添加量を最小限に抑えた混合粉末を
２０００ｋｇｆ／ｃｍ^２以上で加圧したプレス成形体を
焼結すると同時に、Ｃｕ−Ａｌ系材料を溶融してその成
形体に溶浸するか、もしくは前記プレス成形体を一旦焼
結した後に、再度Ｃｕ−Ａｌ系材料を溶浸することによ
ってＦｅ−Ａｌ−Ｃｕ系、Ｆｅ−Ａｌ−Ｃｕ−Ｃ系焼結
摺動材料を製造することが好ましい（第９発明）。

【００４２】前記各発明において、前記焼結摺動材料の
粒界に分散する元液相のＣｕ合金相および／または前記
焼結摺動材料のＦｅ合金相中に析出する微粒子のＣｕ合
金相が、Ｃｕ−Ａｌ状態図中に記載されるβ相および／
またはその変態相を含んでいるのが好ましい（第１０発
明）。

【００４３】本発明では、Ｃｕ−Ａｌに固溶して融点を
下げるＳｎ、Ｓｉ、燐、Ｍｎ等の元素をＣｕに対して１
０重量％以下の範囲内で調整して溶浸温度を下げるとと
もに、顕著に膨張性を制御することとし、Ｆｅ−Ａｌ−
Ｃｕ−Ｃ系を主体とする鉄系焼結摺動材料を容易に製造
できるようにした。

【００４４】ＳｎとＡｌは反発し合う性質を持ち、焼結
時や溶浸後の冷却時においてＳｎが焼結体から排出され
易い（発汗し易い）ことから、本発明では、ＳｎをＣｕ
添加量に対して１０重量％以下の範囲で添加することに
よってその発汗を防止した。また、ＴｉはＡｌとも反応
して本発明の鉄系焼結摺動材料中に分散するＣｕ合金相
を強化する働きをする。さらに、ＳｎはＣｕ−Ａｌ合金
系のβ相（ＨＡＮＳＥＮの状態図を参照）を安定化する
ことから、Ｔｉの添加はＳｎの発汗を防止してβ相を出
現し易くする働きをし、さらにそのβ相の出現によって
摺動時の耐焼付き性を改善する（特開２００１−２７１
１２９号公報参照）。また、Ｓｎが焼結体中に多く存在
し得ることは、後述する裏金との接合性によっても好ま
しいことである。

【００４５】また、Ｔｉの添加によって鉄系材料との接
合性が顕著に改善されることは後述するように、本発明
の鉄系焼結摺動材料を円筒状または略円筒状鉄系材料の
内径面に焼結接合または加熱接合した複層の鉄系焼結摺
動部材の製造に極めて重要である。

【００４６】さらに、後述するように固体潤滑剤として
黒鉛を分散させた本発明の鉄系焼結摺動材料において
は、Ｃｕ−Ａｌ、Ｃｕ−Ｓｎ系合金液相と黒鉛の濡れ性
が悪い問題があるが、Ｔｉの添加によって黒鉛表面にＴ
ｉＣを形成させることによって濡れ性を顕著に改善する
ことができる。

【００４７】なお、後述するように、Ｆｅ−Ａｌ−Ｃｕ
系焼結摺動材料中の各相のＥＰＭＡ組成分析（Ｘ線マイ
クロアナライザー分析）を行った結果、Ａｌ、ＴｉはＣ
ｕ合金相よりもＦｅ規則相中へ濃化するのに対して、Ｓ
ｎはＣｕ系相へ濃化し、Ｐはほぼ均等に固溶することが
明らかとなっている。また、Ｆｅ合金相中へ固溶するＣ
ｕ濃度は約２５重量％、Ｃｕ合金相へ固溶するＦｅ濃度
は約５重量％にまで及ぶことが明らかとなっている。

【００４８】したがって、１０重量％以上のＣｕを含有
するＦｅ−Ａｌ−ＣｕおよびＦｅ−Ａｌ−Ｃｕ−Ｃ系焼
結摺動材料は、Ｆｅ合金相中には焼結時に最大でも約２
５重量％のＣｕを固溶しているため、焼結温度からの冷
却時や、低温度における時効処理によって、Ｆｅ合金相
内部に微細なＣｕ合金相が析出することが予想される。
とりわけ、析出するＣｕ合金相が前述の耐焼付き性に優
れ（特開２００１−２７１１２９号公報参照）、かつ高
硬度なβ相である場合には、Ｆｅ合金相自身の耐焼付き
性向上に寄与することは明らかである。

【００４９】また、Ｓｎは、Ｆｅ規則相へほとんど固溶
せずにＣｕ系相に濃化して、Ｃｕ合金相の摺動特性を高
めることが容易に理解できるが、本出願人が特開２００
１−２７１１２９号公報において開示しているように、
このＳｎは、Ｃｕ−Ａｌ系β相を顕著に安定化してβ相
を出現し易くすると同時に、Ｃｕ合金相の融点を下げて
易焼結性を高める働きをするが、Ａｌ共存下でＳｎが多
量に添加された場合には、金属間化合物を多量に析出し
て顕著に脆化するので、このＳｎの添加量をＣｕ添加量
の１０重量％以下とした。

【００５０】さらに、前記β相のＣｕ合金相の摺動特性
を高める、Ｓｎ、Ｔｉ、Ｎｉ、Ｍｎ、Ｓｉ、Ｐの一種以
上の元素が共存することが望ましいことは明らかであ
る。

【００５１】なお、前記鉄系焼結摺動材料中のＣｕ合金
相の分布や大きさ、後述する気孔の分散性や固体潤滑剤
の分散性はその摺動材料の摺動特性や強度に深く関係す
ることが良く知られており、鉄系焼結摺動材料に使用す
る鉄系粉末を６０μｍ（２５０メッシュ以下）で、より
好ましくは４５μｍ（３２５メッシュ以下）の微細なも
のにすることが好ましい（第１１発明）。

【００５２】前述のように、本発明の鉄系焼結摺動材料
の優れた摺動特性および耐摩耗性は、その摺動材料中の
Ｆｅ合金相にあることは明らかであることから、本発明
では、更に、Ｆｅ合金相成分範囲の粒子をＣｕ系合金マ
トリックスに分散させた銅系焼結摺動材料を開発した。

【００５３】要するに、第１２発明による焼結摺動材料
は、銅系焼結摺動材料であって、少なくとも２．０〜３
５重量％のＡｌを含有し、２５重量％以下のＣｕと、
０．０５〜１．５重量％のＣと、５〜４０重量％のＣｏ
と、５〜４０重量％のＮｉと、０．０５〜５．０重量％
のＳｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｔｉ、Ｐ、Ｃ
ｏ、Ｓｎの一種以上を含有する鉄合金相が、５〜５０重
量％分散されてなることを特徴とするものである。

【００５４】ここで、Ｃｕ合金相において、少なくとも
Ａｌ、Ｓｎ、Ｔｉの一種以上を含有し、Ｃｕ−Ａｌ状態
図中に記載されるβ相および／またはその変態相を含ん
でいるのが好ましい（第１３発明）。

【００５５】また、前記焼結摺動材料中に分散するＦｅ
合金相が、マルテンサイト、ベイナイト、粒状セメンタ
イトの一種以上の組織からなっており（第１４発明）、
硬さがＨｖ＝２５０〜８５０の銅系焼結摺動材料とする
のが好ましい。

【００５６】さらに、潤滑油の軸受摺動面への均一供給
を図る目的で、Ｆｅ系焼結摺動材料中に潤滑油を含有さ
せる気孔を分散させることは、軸受の耐焼付き性を高め
るだけでなく、軸受への給脂間隔を顕著に延長する効果
があるので、本発明では、前述の軸受用鉄系および／ま
たは銅系焼結摺動材料中の気孔を規定した。

【００５７】通常、鉄系および／または銅系焼結摺動材
料は、０．５〜３０体積％の気孔を含有しているが、摺
動材料としては気孔が通気孔である３体積％以上が望ま
しく、またその上限は焼結体強度の観点から３０体積％
を越えないことが望ましい（第１５発明）。

【００５８】また、気孔中に含油する潤滑油の粘性は、
使用条件によって種々変えることができる（例えばＩＳ
Ｏ粘度等級１００〜１５００）が、例えば作業機ブッシ
ュのような高面圧、低摺動特性で使用する場合にはより
高粘度な潤滑油を含浸することが好ましく、また耐熱性
の高い合成潤滑油やそれと２〜１０重量％のワックス類
を溶融させたもの等を含油しても良い。

【００５９】また、前記多量の気孔を含有させる場合に
おいては、潤滑性の優れたＰＡ（ポリアミド）等の樹脂
やワックスを含浸させることも効果的である。

【００６０】さらに、前記鉄系および／または銅系焼結
摺動材料において、その耐焼付き性と耐摩耗性を改善す
るために、従来から良く知られている固体潤滑性の高
い、黒鉛、ＭｏＳ_２、ＷＳ_２、ＭｎＳ、ＣａＦ_２等の固
体潤滑剤（３〜９重量％）を添加するのが好ましい（第
１６発明）。

【００６１】なお、固体潤滑剤である黒鉛を鉄系焼結摺
動材料中に分散させた場合には、０．０６〜１ｍｍの粒
径が主体となる黒鉛に対して、前述の４５μｍ以下の微
細な鉄系粉末を用いて黒鉛粒子を取り囲むことが好まし
い。また、固体潤滑剤となる黒鉛は造粒等の手段で粒状
に調整されることが好ましい。なお、銅系焼結摺動材料
においてもこれと同じことが言える。

【００６２】さらに、前記黒鉛粒子周辺に不定形な気孔
が多く存在すると、その位置での切欠き作用による強度
低下が著しくなるために、後述するような溶浸方法を用
い、その気孔を低減した鉄系焼結摺動材料が好ましく、
またより多量の黒鉛を含有する際の鉄系焼結摺動材料の
気孔率は、例えば０．１〜１０体積％のように、できる
だけ少ない方が強度的な観点から好ましい。

【００６３】また、黒鉛が鉄系マトリックス中に固溶し
ていき、黒鉛周辺にセメンタイトなどの大きな炭化物を
形成し、摺動時において相手材料を強烈に摩耗させる場
合が多く、またＭｏＳ_２、ＷＳ_２においても、反応して
硫化鉄や硫化銅を形成するので、固体潤滑材として、黒
鉛、ＭｏＳ_２、ＷＳ_２などを分散焼結する場合には、固
体潤滑材の表面に鉄との反応を防止するためのガラス系
材料をコーティングした状態にすることが望ましい（特
開平４−２５４５５６号公報参照）。なお、銅系焼結摺
動材料についても、ＭｏＳ_２、ＷＳ_２の分解、反応を防
止する観点からこれと同じことが言える。

【００６４】さらに、硬質分散粒子による耐焼付き性お
よび耐摩耗性を改善する手段として、Ｍｏ（０．２〜１
０重量％）、Ｗ等の金属粒子、酸化物、炭化物、窒化物
等のセラミックス、超硬（Ｃｏ−ＷＣ系）、サーメット
（Ｎｉ−ＴｉＣ系）、高速度鋼粉末等の炭化物、窒化物
を含有する硬質分散材、さらにはＦｅＣｏ、ＮｉＡｌ、
ＴｉＡｌ、ＮｉＳｉ、ＮｉＴｉ等の金属間化合物の一種
以上が含有されているのが好ましい（第１６発明）。

【００６５】前記第１６発明においては、少なくとも２
〜９重量％の造粒された黒鉛が分散され、さらに０．１
〜５重量％のＭｏＳ_２、ＷＳ_２、ＭｎＳが分散されてい
るのが良い（第１７発明）。

【００６６】次に、固体潤滑剤を多く含有する強度の弱
い本発明の鉄系焼結摺動材料を補強する目的、本発明の
鉄系焼結摺動材料の使用量を少なくする目的等のため
に、本発明では、前述の鉄系または銅系焼結摺動材料を
裏金に一体化して複層焼結摺動部材として利用すること
が好ましい。ここで、一体化方法としては、前記摺動材
料をロウ付け、接着の各種方法や、この摺動材料を焼結
する時に接合する焼結接合法による方法がある。

【００６７】とりわけ、前述の銅系焼結摺動材料を裏金
に焼結接合する方法としては、Ｃｕ−Ｓｎ、Ｃｕ−Ｓｎ
−Ｐｂ系焼結摺動材料を裏金鋼板に焼結接合する従来か
らの方法が簡便に適用される。この方法は、前記Ｆｅ合
金相成分の粉末を青銅系のＣｕ−Ｓｎ、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｐ
ｂ系粉末に混合した混合粉末や金属Ｃｕ、Ｓｎ、Ｐｂ粉
末やそれらの合金粉末で調整した粉末との混合粉末を裏
金となる鋼板上に散布し、７００℃以上の温度で一旦仮
焼結接合した後、圧延機などの機械的手段でその仮焼結
体を加圧成形して再度焼結して製造する方法であり、よ
り高密度な焼結層を得るには、加圧成形と焼結とを繰り
返すこととなる。

【００６８】円筒状もしくは略円筒状の焼結摺動部材を
得る場合には、焼結摺動材料を円筒状、略円筒状もしく
は板状に成形・加工し、鉄系材料よりなる裏金に一体化
するのが好ましい（第１８発明）。

【００６９】前記第１８発明において、前記裏金となる
鉄系材料の焼入れ性がＤＩ値＝２．０以下で、ガス急冷
もしくは油焼入れによってもフェライト、パーライト、
ベイナイトのいずれかの組織を示し、この裏金に焼結接
合する鉄系焼結摺動材料中のＦｅ合金相の一部以上をマ
ルテンサイト化することによって、この鉄系焼結摺動材
料に圧縮残留応力が働くようにするのが好ましい（第１
９発明）。この場合、前記裏金となる鉄系材料の気孔率
が３〜２０体積％に調整され、各気孔に潤滑油が含浸さ
れているのが良い（第２０発明）。

【００７０】また、円筒状もしくは略円筒状に成形され
て複層焼結ブッシュとされた複層焼結摺動部材において
は、両端面部の外周面の面取りが内周面の面取りよりも
小さくされているのが好ましい（第２１発明）。

【００７１】さらに、前記第１８発明〜第２１発明にお
いては、円筒状もしくは略円筒状に成形された複層焼結
摺動部材であって、スラスト荷重を受けて摺動するよう
に前記裏金に鍔部が設けられ、この鍔部摺動面に焼入れ
硬化処理が施されているか、もしくは耐摩耗材料および
／または摺動材料が配されているのが好ましい（第２２
発明）。ここで、前記耐摩耗材料もしくは摺動材料は、
超硬、ステライト、鉄系耐摩耗材料、セラミックス、Ｃ
ｕ系耐摩耗材料のうちの一種であり、これらが溶射、ロ
ウ付け、焼結接合、溶浸接合、接着のうちのいずれかの
手段で一体化されるのが良い（第２３発明）。

【００７２】さらに、前記各発明における焼結摺動材料
が前記鍔部摺動面において一体化されているのが好まし
い（第２４発明）。

【００７３】次に、円筒状もしくは略円筒状に成形され
た複層焼結摺動部材を製造するための製造方法は、予め
成分調整された鉄系焼結材料の成形体もしくは焼結体
を、円筒状もしくは略円筒状の鉄系材料よりなる裏金の
内径面に略内接するように配置し、前記鉄系焼結材料よ
り低融点に成分調整された銅系または銅アルミニウム系
材料を前記鉄系焼結材料の成形体もしくは焼結体に加熱
しながら溶浸することによってその鉄系焼結材料を膨張
させながら前記裏金に接合することを特徴とするもので
ある（第２５発明）。

【００７４】なお、前記銅系焼結摺動材料中のＦｅ合金
相を焼入れ硬化させるためには、少なくとも８５０℃以
上の温度から冷却する必要があるので、焼結温度は８５
０℃以上であって、焼結後の冷却速度によって焼入れ硬
化するように、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｎ、Ｍｏなどの合金元素
が調整されているのが好ましい。ただし、裏金鋼板は、
その冷却速度において焼入れ硬化しないような、例えば
ＳＰＣＣや炭素鋼鋼板ならなるのが好ましい。

【００７５】また、前述の鉄系焼結摺動材料を同様の方
法で複層焼結摺動部材とするには、Ｆｅ合金相粉末の添
加量をより増大させると良いので、前述の基本的な製造
方法は変わらない。

【００７６】前記複層の鉄系焼結摺動部材の製造方法に
おいては、円筒状もしくは略円筒状の鉄系材料の内径面
に、その内径とほぼ同じか僅かに小さい外径をもつとと
もに、Ａｌを除いたＦｅ−ＣやＦｅ−Ｃ−Ｃｕ系焼結材
料用混合粉末、またはその混合粉末にＡｌ添加量を最小
限に抑えた混合粉末を、２０００ｋｇｆ／ｃｍ^２以上で
加圧成形した成形体を配置し、この成形体を焼結すると
同時に、Ｃｕ−Ａｌ系材料を溶融してその成形体に溶浸
することによって、その成形体内での焼結とＡｌ成分の
拡散によって膨張が始まり、鉄系焼結摺動材料を鉄系材
料の内径面に押し付けながら接合することができる。

【００７７】なお、前記溶浸するＦｅ−ＣやＦｅ−Ｃ−
Ｃｕ系のプレス成形体は、一旦焼結した後に、鉄系材料
の内径面に配置して溶浸する方法であっても良いのは明
らかである。

【００７８】さらに、前記溶浸方法で作った鉄系摺動材
料においても、溶浸後に再加熱することによってＡｌの
合金化がより進行して更なる膨張性が出現することが容
易に想定されることから、溶浸法で作った鉄系焼結摺動
材料を鉄系材料内径面に配置して、再加熱して接合する
方法を用いるのが良く、また、接合面に予め適正なロウ
剤を配置し、その接合性を改善することも好ましい。

【００７９】円筒状および／または鍔付き円筒形状の鉄
系裏金材料の内径部に、前記鉄系焼結摺動材料を焼結接
合してなる複層焼結摺動部材の製造原理は、その前記鉄
系焼結摺動材料の焼結時に添加したＡｌが８００℃以上
の低温側において顕著に拡散し始めることによって大き
な膨張を引き起こし、その膨張によってその鉄系焼結摺
動材料を鉄系裏金材料の内径面に押し付けながら焼結接
合し、さらに昇温しながら８５０℃以上の温度で接合の
主体となるＣｕ合金成分が溶融してその焼結性を高め、
より高強度化させる点にある。

【００８０】円筒状もしくは略円筒状にした前記鉄系ま
たは銅系焼結摺動材料を円筒状もしくは略円筒状の鉄系
材料の内径面にロウ付けする方法として、円筒状もしく
は略円筒状に成形された複層焼結摺動部材の製造方法で
あって、鉄系または銅系焼結摺動材料を、円筒状もしく
は略円筒状の鉄系材料よりなる裏金の内径面に略内接す
るように配置するとともに、それら焼結摺動材料と裏金
との間にロウ剤を配置し、前記焼結摺動材料の内周面か
らの高周波加熱によってその焼結摺動材料を前記裏金に
押し付けながらロウ付けすることが好ましい（第２６発
明）。なお、前記ロウ付け後に前記鉄系または銅系焼結
摺動材料中のＦｅ合金相を焼入れ硬化させるには、ロウ
付け温度が８５０℃以上であるのが好ましい。

【００８１】前記鉄系焼結材料を焼入れ硬化させるため
に、炭素量はその必要硬さに応じて自在に調整される
が、通常は０．０５〜１．０重量％の範囲とするのが好
ましい。さらに、本発明では、焼結接合後の冷却過程に
おいて、マルテンサイトおよび／またはベイナイトの一
種以上が形成されて硬化するように、Ｎｉ、Ｍｏ、Ｃ
ｒ、Ｗ等の一種以上の元素によって焼入れ性が調整さ
れ、かつ裏金の鉄系材料が焼入れ硬化されないようにし
て、冷却完了時点では鉄系焼結体が焼入れ変態によって
膨張し、裏金によって圧縮応力が残留するように調整
し、焼入れ時の裏金との剥離や焼結層の割れが発生しな
いようにするのが好ましい。

【００８２】また、円筒形の軸方向への膨張収縮により
割れが発生する場合には、その防止手段として、鉄系焼
結材料の成形体を２つ以上多段積みに分けて焼結接合す
ることが好ましい。

【００８３】前記円筒状、略円筒状または板状の鉄系裏
金材料としては、鋼、鋳鉄、焼結材料等が適用できるこ
とは明らかである。前記鉄系または銅系焼結摺動材料を
一体化した複層の焼結摺動部材においては、より潤滑油
を多く含有し、より長時間の給脂間隔を達成するため
に、鉄系の焼結材料を裏金に利用し、この裏金中におい
ても潤滑油を多量に含有させることが好ましい。

【００８４】また、前記複層焼結摺動部材の製造方法
は、鉄系または銅系焼結材料を膨張させる金属であるＡ
ｌを添加する鉄系焼結体においては、Ａｌを少なくとも
０．１重量％以上含有することによって膨張性が顕著に
確認されるので、鉄系または銅系焼結材料を膨張させる
金属であるＡｌを少なくとも０．１重量％以上含有する
とともに、高温度側で液相を発生させて焼結体強度と焼
結接合性を確保するために、１０〜５０重量％のＣｕ、
０．１〜１０重量％のＳｎおよび０．１〜１０重量％の
Ｔｉのいずれか一種以上を含有してなり、円筒状もしく
は略円筒状の鉄系材料よりなる裏金の内径と略同じか、
または僅かに小さい外径を有する鉄系または銅系焼結材
料よりなる円筒状の成形体を、前記裏金の内径面に挿入
・配置し、（ａ）７００℃以上の温度で所定時間加熱す
ることによって、前記焼結材料を膨張させて前記裏金に
焼結接合させ、（ｂ）さらに昇温して８２０℃以上の温
度で加熱することによりＣｕ系合金液相を発生させるこ
とによって、前記焼結材料を緻密化させることを特徴と
するものである（第２７発明）。

【００８５】Ａｌの添加による膨張性は合金の拡散性が
活発になる８００℃以上の温度域で顕著に現れ始め、Ｃ
ｕが共存しない場合には１１００℃においても更に膨張
し続けるが、例えばＣｕを１５重量％以上添加した場合
には１０５０℃前後での液相の発生とともに収縮し始め
ることがわかる。

【００８６】また、炭素を添加することによって、Ｆｅ
合金相へのＣｕの固溶度を減じることになり、焼結時の
Ｃｕの液相量が多くなり、より焼結性が促進される。

【００８７】本発明では、Ｆｅ−Ａｌ−Ｃｕの膨張収縮
特性を利用して、８００℃以上で、かつ最大膨張を示す
１０５０℃以下の温度域において収縮性にあまり寄与し
ない第三の合金元素を添加して液相を発生させることに
よって接合性を確保し、１０５０℃以上の温度での加熱
によって鉄系焼結体の緻密化と焼結体強度の確保を図る
ようにした。なお、前記Ｆｅ−Ａｌ−Ｃｕ系焼結摺動材
料において、円筒状もしくは略円筒状の鉄系材料との焼
結接合性を改善するための第三元素としては、少なくと
もＳｎ、Ｐ、Ｔｉ、Ｓｉの一種以上が選ばれる。例えば
ＳｎやＴｉを添加した場合においては大きな膨張性が発
現されるが、Ｃｕと合金化されることによって、低融点
化される特性を持つものである。各々の添加量として
は、１〜１０重量％の範囲で調整されるが、作用効果と
コスト的な観点からは５重量％以下とするのが好まし
い。

【００８８】とりわけ、Ｔｉは微量添加によっても、炭
素を含む鉄相とＣｕ相の界面に炭化物を形成して、Ｃｕ
液相との濡れ性を顕著に改善するので、添加量としては
０．１重量％以上とするのが効果的である。

【００８９】また、Ｐは燐鉄として炭素を含有する鉄系
焼結体に添加した場合において膨張性を与えることは良
く知られている。また、Ｃｕとの合金化では強力な還元
作用を示し、内径面焼結接合技術においては極めて好ま
しい添加元素であり、燐鉄添加量としては、Ｆｅ−Ｃ固
溶体に対するＰの固溶度が約１．２重量％であるので、
Ｐ量として１．２重量％以下に抑えるのが好ましい。

【００９０】前記第２５発明〜第２７発明においては、
焼結接合後の冷却過程において、炭素を含有するＦｅ合
金相をマルテンサイト変態によって硬化させるとともに
膨張させ、同時に前記裏金は焼入れ硬化させないように
焼入れ性を調整することによって、前記焼結材料および
焼結接合を強化する圧縮残留応力を作用させるようにす
るのが好ましい（第２８発明）。

【００９１】次に、第２９発明に係る焼結摺動部材の製
造方法は、円筒状もしくは略円筒状に成形された複層焼
結摺動部材の製造方法であって、円筒状もしくは略円筒
状の鉄系材料よりなる裏金にスラスト荷重を受けて摺動
するように鍔部が設けられ、この裏金の内径面に鉄系ま
たは銅系焼結摺動材料を焼結接合すると同時に、前記鍔
部摺動面に耐摩耗材料および／または摺動材料を接合す
ることを特徴とするものである。

【００９２】ここで、前記耐摩耗材料および／または摺
動材料は、少なくとも炭素１．５〜３．５重量％、Ｃｒ
５〜１７重量％を含有する高炭素高Ｃｒ鉄合金焼結材料
であるのが良い（第３０発明）。

【００９３】また、本発明では、前記円筒状および／ま
たは鍔付き円筒形状複合焼結摺動部材において、焼結材
料と焼結接合する裏金面に潤滑油の溜り溝部を予め形成
しておき、前記方法によって内径面に焼結接合すること
によって潤滑油を貯蔵できるようにし、含油工程におい
て複合焼結摺動部材の含油量を増すようにした。また、
このような潤滑油溜りを持つ軸受では、焼結層自身に強
度を極端に低下させる気孔を、従来の含油軸受のように
１５体積％と多量に形成する必要がなく、潤滑油溜りに
ある潤滑油が焼結層中に気孔を通じて摺動面に供給され
る程度の開気孔率が保証されれば良いので、焼結層中の
開気孔率が十分に保証される気孔率である５体積％程度
にまで焼結層を緻密化できることになり、高強度な含油
焼結軸受が提供できるようになった。

【００９４】また、本発明では、衝撃力による高面圧だ
けでなく、スラスト荷重のかかる状態での回転および／
または揺動摺動時においても耐焼付き性に優れ、土砂の
侵入に対する耐摩耗性とシール機能を付加した鍔付き作
業機ブッシュを提供することができる。とりわけ、コス
ト的には前記鍔付き円筒形状の複層鉄系焼結部材の円筒
状内径面に鉄系焼結摺動材料を焼結接合する際に、鍔部
のスラスト部摺動環境に応じて、超硬、ステライト、鉄
系耐摩耗材料、セラミックス、Ｃｕ系耐摩耗材料等の各
種の摺動材料および耐摩耗材料を裏金になる鉄系材料に
ロウ付け、焼結接合、溶浸接合することが好ましい。

【００９５】なお、後述する実施例においては、Ｆｅ−
３重量％Ｃ−１５重量％Ｃｒ−２．３重量％Ｍｏ−２．
１重量％Ｎｉ−０．２重量％Ｐの高炭素高Ｃｒ鉄系耐摩
耗焼結材料を焼結接合したが、その焼結材料は建設機械
の下転輪ローラ部のフローティングシール用材料として
耐久性に優れた材料である。

【００９６】

【実施例】次に、本発明による焼結摺動材料並びに焼結
摺動部材およびその製造方法の具体的な実施例につい
て、図面を参照しつつ説明する。

【００９７】（実施例１）電解鉄（９９．９５重量％）
とＡｌ、Ｃｏとを用いて、各種組成の合金を真空雰囲気
下で溶解、製造し、鍛造後、小試験片に切り出し、それ
ら合金の磁気変態温度（キュリー点、℃）と、硬さと熱
処理との関係を調べた。

【００９８】図１（ａ）（ｂ）には、０〜４０原子％Ｃ
ｏ、０〜４０原子％Ａｌの組成のＦｅ−Ａｌ−Ｃｏ三元
合金を１２００℃に加熱後急冷したもの（ａ）と、この
急冷後に６００℃で１０時間時効処理したもの（ｂ）の
それぞれのビッカース硬さ分布が示されている。これら
の図から、急冷したもの（図１（ａ））においても２５
〜４０原子％Ａｌ、１５〜３０原子％Ｃｏの範囲におい
てわずかな硬化傾向が認められるが、６００℃で時効処
理したもの（図１（ｂ））では、１５〜４０原子％Ａ
ｌ、１０〜４０原子％Ｃｏの範囲において顕著に硬化す
る領域が存在することがわかる。

【００９９】次に、図２には、図１（ｂ）において、
０、１０、１５、２０、３０、４０原子％Ｃｏ断面にお
けるＡｌ濃度（原子％）と硬さとの関係が示されてい
る。この図から、次のことがわかる。すなわち、０原子
％Ｃｏ（Ｃｏを添加しない場合）においては、Ａｌ濃度
の増加に伴って硬化している。この硬化割合は、急冷合
金で観察された増加の程度にほぼ等しいため、６００℃
での時効硬化現象がほとんど観察されていない。これに
対して、１０原子％Ｃｏにおいては、１５原子％Ａｌ
（約８重量％Ａｌ）において顕著に硬化し、２０原子％
Ａｌにて最大硬さ（Ｈｖ＝６２０）に達した後、３０原
子％Ａｌで時効硬化性が消失する。また、２０原子％Ｃ
ｏでのＡｌ添加の影響は、１０原子％Ａｌから時効硬化
性が確認され、３０原子％Ａｌで最大硬さ（Ｈｖ＝７７
０）に達した後、４０原子％Ａｌでほぼ時効硬化性が消
失する。さらに、３０原子％Ｃｏにおいては、４０原子
％Ａｌまで時効硬化性が確認されるが、４０原子％Ａｌ
に至ると顕著な時効硬化性はなくなる。

【０１００】上述の結果からすれば、Ｃｏ添加による時
効硬化性を効率的に発揮するには、１０〜３０原子％Ｃ
ｏおよび１０〜５０原子％Ａｌの範囲で調整されるのが
好ましく、より低温度側での時効硬化性はさらに、例え
ば５原子％程度の低Ａｌ、低Ｃｏ濃度側においても現れ
ることは明らかである。なお、上述のようなＣｏの添加
による顕著な時効硬化現象は、Ｆｅ系規則相の二相分離
反応に由来することは明らかであり、同様の現象はＦｅ
−Ａｌ−Ｎｉ系合金においても確認されている。さら
に、同様の現象がＡｌの代わりにＳｉおよびＣｏ、Ｎｉ
の代わりにＭｎの合金元素を用いることにより得られる
のは、熱力学的に予測される。

【０１０１】図３には、１０原子％Ｃｏを添加したＦｅ
−Ａｌ−Ｃｏ三元合金を、５℃／ｍｉｎの昇温、降温速
度で測定した磁化曲線から求めた磁気変態温度（キュリ
ー温度）とＡｌ原子％濃度との関係が示されている。な
お、図中には、ＨＡＮＳＥＮの状態図に記載のＦｅ_３Ａ
ｌの規則不規則変態温度を熱分析、比熱、電気抵抗およ
び磁気変態法等の測定方法によって調査した結果が併せ
て示されている。一般に、磁気変態測定からの規則不規
則変態温度の測定方法は感度が低いものであるが、その
他の測定方法による結果を総合すると、Ｆｅ−Ａｌ合金
系におけるＦｅ _３Ａｌの規則不規則変態が５００℃で起
こるＡｌ濃度限界は１０原子％（約５重量％）であり、
前述のように室温においても規則不規則変態が起こるこ
と、および摺動面温度が１００〜２００℃にすぐに達成
することを考え合わせると、図３中の破線で示されるよ
うに、規則不規則変態が生じるＡｌ濃度限界は約４原子
％（約２重量％）であることが明らかである。したがっ
て、明確な規則不規則変態性を有効に利用するために
は、少なくとも４重量％以上の添加が好ましいことが分
かる。

【０１０２】さらに、Ｆｅ−１０原子％Ｃｏ−１５原子
％Ａｌでは、複数の磁気変態点が出現し、Ｆｅ−１０原
子％Ｃｏ−２０原子％Ａｌ合金では三段の磁気変態温度
が確認される。このことから、不規則状態、Ｆｅ_３Ａｌ
型およびＦｅＡｌ型の３種類の原子配列が存在している
ことが確認されるとともに、規則相による複数の磁気変
態点出現域が、より高温度側とＡｌのより低濃度側に推
移して発現されることから、１０原子％Ｃｏの添加によ
ってＦｅ−Ａｌ系の規則相がより安定化され、この場合
の前述のＡｌ添加の適正量は１重量％以上で、さらなる
Ｃｏの添加（〜４０原子％）によって、Ａｌ添加の適正
量は０．５重量％にさがることが明らかである。

【０１０３】（実施例２）本実施例では、Ｆｅ規則相単
味の耐摩耗性を評価するために、表１に示される組成の
溶製材料よりなる直径１０ｍｍ、長さ５０ｍｍの円柱状
試験片を用いて、５００℃と６００℃での前記時効処理
時間を調整することによって各種の硬さを調整した後、
油潤滑下で、ＳｉＣを２０重量％含有したポルトランド
セメント円盤に摺動材料を押し付けたときの土砂摩耗性
を評価した。

【０１０４】

【表１】

【０１０５】図４には、試験装置の概念図と試験条件と
が示されている。この試験においては、ビッカース硬さ
がＨｖ＝５００となるように焼入れ焼戻しされたＳ４５
基準材を試験材と同時に装置に取り付けて、試験材の摩
耗性を基準材の摩耗量に対する摩耗量の比で評価した。
図５に、本発明によるＦｅ系規則相材料の硬さを、比較
材とともに示す試験結果が示されている。この図から明
らかに、Ｆｅ系規則相の耐摩耗性が硬さの割に極めて優
れていることがわかる。これらの結果は、各合金を０．
１体積％以上の気孔率を含有する焼結材料として製造し
た場合においても同じであることは明らかである。

【０１０６】（実施例３）本実施例では、表２に示され
る合金を真空溶解して、１０００〜１１５０℃での熱間
鍛造、熱間圧延で板状に加工した後、切断・丸曲げし、
図６に示される形状に機械加工したブッシュを摺動試験
片とし、６００℃での前記時効処理時間を調整すること
によって各種の硬さになるように調整した。比較材とし
ては、ＳＣＭ４２０肌焼き鋼に表面炭素濃度を約０．８
重量％に調整した浸炭処理ブッシュ（比較材１）、Ｓ４
３Ｃ焼入れ焼戻しブッシュ（比較材２）および高力黄銅
４種材（Ｃｕ−２５重量％Ｚｎ−５重量％Ａｌ−３重量
％Ｍｎ−２．５重量％Ｆｅ）（比較材３）を用いた。

【０１０７】

【表２】

【０１０８】図７には、摺動試験装置の概念図と試験条
件が示されている。この摺動試験においては、供試ブッ
シュの投影面積に対して１０００ｋｇ／ｃｍ^２まで１０
０ｋｇ／ｃｍ^２毎に１００００回の往復摺動を行いなが
ら摺動面圧を段階的に高めて行き、焼付いて摩擦係数が
急増したり、急進的な摩耗や異音が発生した時点で試験
を中断して評価を行った。

【０１０９】図８には摺動摩擦係数の推移、図９には摺
動摩耗量の推移がそれぞれ示されている。これらの試験
結果から、本発明材が比較材に比べて極めて良好な耐焼
付き性を発揮するとともに、Ｆｅ規則相を時効硬化させ
た場合において耐摩耗性が改善されるのが明らかであ
る。この結果は、気孔率を極力少なくした高密度焼結摺
動材料においても適用されることは明らかである。

【０１１０】（実施例４）３００メッシュ以下のＦｅア
トマイズ粉末、Ｆｅ１０重量％Ａｌ、Ｆｅ１７重量％Ａ
ｌアトマイズ粉末、Ａｌアトマイズ粉末、Ｓｎアトマイ
ズ粉末、Ｎｉ１０Ｐアトマイズ粉末、Ｃｕ８Ｐアトマイ
ズ粉末、３００メッシュ以下のＴｉＨ粉末、燐鉄（２５
重量％Ｐ）、Ｓｉ粉末、Ｍｎ粉末、５μｍのカーボニル
Ｎｉ粉末、平均粒径６μｍの黒鉛等を用いて、表３、表
４に示される配合成分の混合粉末を作成し、図１０に示
される引張試験片（形状ブッシュ摺動試験片）を成形圧
力４ｔｏｎ／ｃｍ^２で成形した。なお、これら成形体
は、１０^−１ｔｏｒｒ以下の真空状態にて９５０〜１２
５０℃の範囲で１０分〜１ｈｒ焼結して、６００ｔｏｒ
ｒのＮ_２ガス冷却後にそれらの寸法、組織を調査した。

【０１１１】

【表３】

【表４】

【０１１２】図１１〜図１３は、１１４０℃、１２００
℃、１２５０℃で各１ｈｒ真空焼結した時の前記引張試
験片長さを示したものである。なお、その他の詳細な寸
法測定結果は表３、表４中に合わせて示した。この結果
から明らかなように、図中に破線にて示される成形体長
さ（約９６．５５ｍｍ）に対して、Ｆｅ−Ａｌ二元系焼
結合金において、ＦｅとＡｌの素粉末を配合した焼結合
金では、１２５０℃までの高温度においても焼結収縮す
ることはなく、従来からの報告（例えばＤ．Ｊ．ＬＥＥ
ＡＮＤ Ｒ．Ｍ．Ｇｅｒｍａｎ、Ａｍｅｒｉｃａｎ
Ｐｏｗｅｒ Ｍｅｔａｌｌｕｒｇｙ Ｉｎｓｔｉｔｕｔ
ｅ，２１（１９８５．９））の通りに、顕著な膨張性を
示すことがわかった。また、Ａｌに対して熱力学的反発
性を有するＳｉ、Ｓｎ、Ｃを単独に添加した焼結合金に
おいても、顕著な膨張性を抑えることはなく、燐鉄（Ｆ
ｅ２５重量％Ｐ）を単独に添加した場合においてのみ１
２５０℃において焼結収縮性が認められた。したがっ
て、緻密なＦｅ−Ａｌ二元系焼結合金を得るためにはＦ
ｅ−Ａｌ二元合金粉末や二元合金粉末に少量のＡｌ素粉
末を添加することが望ましいのは明らかである（表３、
表４のＮｏ．３２参照）。

【０１１３】しかし、素粉末を用いたＦｅ−Ａｌ焼結合
金の難焼結性を改善するためのＣｕ添加の影響を調査し
た結果、Ｃｕ単独の添加では１０重量％未満では焼結収
縮性の改善がほとんどないが、１０重量％以上の添加に
よって焼結収縮性が認められるようになり、好ましくは
約２０重量％Ｃｕによって十分な焼結収縮性が確保され
ることがわかった。この原因は、図１４に示されるＦｅ
−１２重量％Ａｌ−２０重量％Ｃｕ焼結合金の組織観察
写真からわかるように、Ｆｅ−Ａｌ合金相中にＣｕを多
量に固溶して、Ｆｅ−Ａｌ合金相粒子間にＣｕ−Ａｌ系
合金が液相として残留する量が少なくなるためである。
したがって、Ｆｅ−Ａｌ系焼結合金の焼結性を高めるた
めには、１０重量％以上のＣｕの添加が必要であり、よ
り好ましくは２０重量％以上であることがわかった。

【０１１４】さらに、ＣｕとともにＳｉ，Ｓｎ，Ｐ，Ｔ
ｉ等のＣｕ合金の融点を下げる合金元素を複合添加する
ことによって、その焼結収縮性はさらに改善され、より
低温度側からの焼結収縮性が確保されることがわかる。
また、炭素を固溶させた焼結合金においては、より焼結
性が高められているが、これはＦｅ合金相へのＣｕの固
溶度が減じることによって、液相を発生させるＣｕが多
くなったためである。

【０１１５】表５は、表３、表４中のＮｏ．２３〜２７
の焼結合金を１２００℃で０．５ｈｒ真空焼結・ガス冷
却したＦｅ−Ａｌ系規則相およびＦｅ−Ａｌ規則相を繋
ぐＣｕ−Ａｌ系相の化学組成をＸ線マイクロアナライザ
ー（ＥＰＭＡ分析）によって調べた結果を示したもので
ある。

【０１１６】

【表５】

【０１１７】この表５から明らかなように、Ａｌ、Ｔｉ
はＣｕ−Ａｌ相よりもＦｅ−Ａｌ規則相中に顕著に濃縮
して存在しており、ＳｎはＣｕ−Ａｌ相中に濃縮すると
ともに、Ｆｅが３〜５重量％程度固溶することがわかっ
た。また、ＨＡＮＳＥＮの状態図を参考にした場合、Ｃ
ｕ−Ａｌ相には約９重量％のＡｌが含有され、さらにＳ
ｎ，Ｆｅなどのβ相を安定化する元素が含有されている
ことから、Ｃｕ−Ａｌ相がほぼβ相に相当すると考えら
れることがわかった。

【０１１８】さらに、Ｆｅ−Ａｌ合金相には焼結温度に
よって最大２５重量％のＣｕも固溶しており、焼結後の
冷却過程や焼結温度以下の低温側での再加熱によってＦ
ｅ−Ａｌ合金相中においてもβ相に相当する微細なＣｕ
合金相が析出することは明らかである。

【０１１９】このことは、本出願人が既に特開２００１
−２７１１２９号公報において開示しているように、β
相Ｃｕ−Ａｌ合金が高面圧、低摺動速度の極めて厳しい
油潤滑条件下で使用する合金として優れた摺動特性と耐
摩耗性を発揮することから、極めて好ましいことである
ことは明らかである。

【０１２０】なお、前記特開２００１−２７１１２９号
公報においても既に開示しているように、Ｓｉ，Ｓｎ，
Ｔｉの添加はβ相Ｃｕ−Ａｌ合金の焼結性をも顕著に高
めると同時に、顕著に硬化させるために、その添加量は
Ｃｕ添加量に対して１０重量％以下に抑えて使用するこ
とが好ましい。

【０１２１】図１５は、Ｆｅ，Ａｌ素粉末を用いたＦｅ
−Ａｌ系焼結合金の焼結収縮性に対するＳｉ，Ｃｏ，Ｎ
ｉの影響を示したものである。この図から、前記時効硬
化性を顕著にするＮｉ，Ｃｏの添加によっても十分な焼
結収縮性が得られること、およびＳｉの添加によって焼
結収縮性がより改善されることがわかる。ＳｉはＡｌと
同結晶構造のＦｅ−Ｓｉ系規則相を形成する元素である
ことから、Ａｌとの複合添加は規則相を形成させる観点
から極めて望ましい元素である。

【０１２２】さらに、図１５中にはＦｅ１０重量％Ａｌ
合金粉末を利用して、Ａｌ素粉末添加量を抑えた規則相
焼結合金（表３、表４中のＮｏ．３２）の焼結収縮性が
示されているが、素粉末だけの焼結合金に比べ、良好な
収縮性を示すとともに、例えばＦｅ−Ａｌ、Ｆｅ−Ｃｏ
−Ａｌ、Ｆｅ−Ｎｉ−Ａｌ、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ等の合金
粉末の入手性が良い場合には、これらの合金粉末にＣｕ
もしくはＣｕ合金粉末を添加配合することによって焼結
収縮性の良い各種Ｆｅ−Ａｌ系焼結合金が得られること
が明らかである。

【０１２３】（実施例５）本実施例は、実施例４に示さ
れる表３、表４中の代表的なＦｅ−Ａｌ焼結合金と、表
６に示されるようなＣｕ合金マトリックスに＃１００メ
ッシュ以下のＦｅ１５Ａｌ、Ｆｅ１０Ａｌ１０Ｃｏ、Ｆ
ｅ０．６Ｃ４Ａｌ０．７４Ｍｎ１．５１Ｃｒ０．３８Ｍ
ｏ合金粉を分散させるように焼結した材料の摺動特性の
調査を行ったものである。なお、比較材として、高力黄
銅４種材（Ｃｕ−２５重量％Ｚｎ−５重量％Ａｌ−３重
量％Ｍｎ−２．５重量％Ｆｅ）および表６中のＮｏ．５
３組成の鉄系含油軸受を用いた。

【０１２４】

【表６】

【０１２５】プレス成形体は、外径６６ｍｍ、内径４７
ｍｍ、高さ３５ｍｍの円筒体を４ｔｏｎ／ｃｍ^２の加圧
力で成形した後に、気孔率が１０体積％、２０体積％程
度になるように真空焼結、Ｎ_２ガス冷却したものを前述
の図６に示される形状にブッシュ加工したもの、および
６００℃で１ｈｒの加熱処理を行ったものに＃３０の潤
滑オイルを含浸させて摺動試験に供した。また、摺動試
験装置およびその試験条件は前述の図７に示されている
とおりである。摺動面圧は供試ブッシュの投影面積に対
して１０００ｋｇ／ｃｍ^２まで５０ｋｇ／ｃｍ^２毎に１
００００回の往復摺動を行いながら面圧を段階的に高
め、焼付いて摩擦係数が急増したり、急進的な摩耗や異
音が発生した時点で試験を中断して評価した。

【０１２６】図１６には、気孔率を約１０体積％に調整
した場合の試験結果が示されている。この結果から明ら
かなように、本発明材の多くが高力黄銅材に比べて明ら
かに高い耐焼付き面圧を示していることがわかる。とり
わけ、Ｃｏ，Ｎｉ等を含有しないＦｅ−Ａｌ−Ｃｕ、Ｆ
ｅ−Ｃ−Ａｌ−Ｃｕにおいて、前記図８に示されるもの
に比べて優れた耐焼付き性を有している。この原因は、
焼結体中に含浸させた潤滑油に起因することは明らかで
あり、少なくとも開気孔性が維持される５体積％以上の
気孔率が望ましいことは明らかである。また、Ｎｏ．４
７〜５７の結果からは、Ｆｅ−Ａｌ規則相をＣｕマトリ
ックス中に分散させた摺動材料においてもその耐焼付き
性は顕著に改善され、Ｆｅ系規則相がほぼ５重量％以上
でその改善効果が認められるが、１０重量％以上（近似
的には１０体積％以上）含有されるのが望ましいことが
わかる。

【０１２７】また、Ｎｏ．５３〜５５のＦｅ−Ｃ−Ａｌ
規則相合金は、Ａｌ濃度が４重量％と低いが、焼結後の
ガス冷却で焼入れ硬化され、その硬さがＨｖ４５０以上
になっていることによって、耐焼付き性が改善されてい
ることがわかる。

【０１２８】さらに、Ｎｏ．５７は、銅焼結マトリック
ス組成をβ相Ｃｕ−Ａｌ合金になるようにしたものであ
るが、極めて優れた摺動特性を示すことがわかる。

【０１２９】また、図１７には気孔率を約２０体積％に
調整した場合の摺動試験結果が示されているが、耐焼付
き性がより改善されていることがわかる。現実的には２
５体積％以上の気孔率を維持した場合には、軸受材料と
しての強度不足が問題になるものと考えられる。

【０１３０】以上の実施例の結果から、Ｆｅ合金相自身
に極めて優れた耐焼付き性および耐摩耗性等の摺動、耐
摩耗特性が備わっていることが明らかになったが、Ｆｅ
系焼結合金にようにＣｕを多量に添加して、Ｆｅ規則相
をＣｕ相で繋ぐような組織や、Ｃｕ量をより多くしてＣ
ｕ相中にＦｅ合金相が分散するような組織を持つ銅系焼
結摺動材料を開発することが可能である。この場合、銅
系焼結摺動材料中に分散させるＦｅ−Ａｌ系合金相の量
は、１０体積％以上であると考えられるが、より好まし
くは２０体積％以上で５０体積％以下であることは明ら
かである。

【０１３１】（実施例６）表７には本実施例で使用した
Ｆｅ系規則相焼結合金組成が示されている。混合粉末の
成形は、外径５３ｍｍ、内径４７ｍｍ、高さ３５ｍｍの
円筒体を２ｔｏｎ／ｃｍ^２の加圧力で成形した後に、外
径６６ｍｍ、内径５３ｍｍ、高さ４０ｍｍの鋼管（Ｓ４
５Ｃ）の内径部にセットして１１５０℃、１ｈｒ真空焼
結した後、Ｎ_２ガス冷却した。

【０１３２】

【表７】

【０１３３】なお、表７中には、超音波検査装置にて評
価した鋼管と焼結層との接合率が合わせて示されてい
る。この表から明らかなように、内径焼結接合にとって
もＳｎの添加が極めて効果的であり、０．２重量％以
上、好ましくは０．５重量％以上の添加が必要であるこ
とがわかる。また、燐鉄，Ｔｉ，Ｃｒ，Ｎｉの添加によ
って接合率が顕著に改善されているのがわかる。これ
は、これらの元素が焼結の際に発生する液相と外接する
鋼管表面の濡れ性を改善するためであることは明らかで
ある。また、黒鉛の単独添加による接合率の低下が大き
く認められなかったのは、黒鉛とＳｎを多量に含有する
液相が濡れにくいことから、焼結体内に発生する液相が
鋼管との接合界面に排出され易くなるためと考えられる
が、黒鉛と、Ｔｉ，Ｃｒ等の黒鉛との反応性に富んだ合
金元素とを複合添加した場合には、低融点のＳｎに対す
る黒鉛の影響が先行して作用し、さらにＴｉ，Ｃｒの作
用が重複することによって、接合性がより改善されるこ
とがわかった。

【０１３４】また、Ｂ１２，１３，１４，１５には、固
体潤滑用として水ガラスでＳＧＯ黒鉛を直径０．０５〜
０．８５ｍｍに造粒した黒鉛粒子を添加した鉄系焼結合
金の焼結接合を実施したが、Ａｌの添加が顕著な焼結接
合性を高めている。この原因は、Ａｌ添加による焼結膨
張性にあることは明らかである。

【０１３５】さらに、接合する鋼管の内径面に予めスパ
イラル状の深さ約１ｍｍ、幅５ｍｍの油溝を機械加工で
形成したものに対しても、前述されたのと略同じように
内径面に接合焼結することができることがわかる。ま
た、この溝加工部を適宜工夫し、この溝部に潤滑油を含
有させることによって、より長時間の無給脂軸受に適し
ていることがわかる。

【０１３６】（実施例７）本実施例では、２５０メッシ
ュ以下のＣｕアトマイズ粉末、Ｓｎアトマイズ粉末、１
００メッシュ以下のＦｅ１５Ａｌ、Ｆｅ１０Ａｌ１０Ｎ
ｉ、Ｆｅ０．６Ｃ４Ａｌ０．７４Ｍｎ１．５１Ｃｒ０．
３８Ｍｏアトマイズ粉末を用いて、前記実施例５の表６
に示される混合粉末を調整し、４００番の研磨紙で表面
を荒し、アセトンで良く洗浄した軟鋼板（ＳＳ４００、
厚さ３．５ｍｍ、幅９０ｍｍ、長さ３００ｍｍ）への接
合焼結実験を実施した。

【０１３７】この実験においては、表６中の混合粉末を
前記軟鋼板上に３ｍｍの高さで散布して、露点−３８℃
のアンモニア分解ガス雰囲気炉で、８５０℃で２０分間
加熱されるように接合焼結した後に、圧延機で焼結層が
１．７ｍｍになるように圧延し、さらに圧延した散布材
を再度前述と同じ条件で焼結した。なお、Ｎｏ．５３〜
５５は、焼結温度を９５０℃として製造し、さらにＮ
ｏ．５７は金属Ａｌ素粉末を使うと、散布方式では顕著
な膨張が起こり製造できないので、３００メッシュ以下
のＣｕ２０Ａｌ合金粉末を、Ａｌ濃度と同量に調整した
混合粉末を使い、９００℃で焼結することによって製造
した。この焼結後にその焼結層を内側にして直系４５ｍ
ｍの円筒上に丸曲げ加工を施し、その時の鋼鈑からの焼
結層の剥離状況を観察した。この結果、曲げ加工時にお
ける割れ、剥離の発生はなかった。

【０１３８】（実施例８）本実施例では、１００メッシ
ュ以下のＦｅアトマイズ粉末、２５０メッシュ以下のＣ
ｕアトマイズ粉末、Ｓｎアトマイズ粉末、１００メッシ
ュ以下のＦｅ１５Ａｌ、Ｆｅ１０Ａｌ１０Ｎｉアトマイ
ズ粉末を用いて表８に示される混合粉末を調整し、実施
例７と同じ鋼鈑への接合焼結実験を実施した。なお、焼
結温度は９００℃として丸曲げ加工後の焼結層の剥離状
況を観察した。この観察において剥離の発生はなかっ
た。

【０１３９】

【表８】

【０１４０】次に、図１８に示される定速摩擦摩耗試験
機と試験条件、図１９に示される摺動試験片を用いて、
摺動特性を調査した。なお、比較材としては、鋼鈑に接
合焼結されたＣｕ−１０重量％Ｓｎ−１０重量％Ｐｂの
鉛青銅焼結材料（ＬＢＣ）を用いた。図２０には、異常
摩耗および異常な摩擦係数の増大が発生する時点でのＰ
Ｖ値（限界ＰＶ値）を調査した結果が示されている。こ
の結果から、５重量％以上のＦｅ１５Ａｌ規則相合金粉
末の添加によって摺動特性が改善されるが、１０重量％
以上の添加がより好ましいことは明らかである。

【０１４１】（実施例９）本実施例では、溶浸方法によ
る焼結材料の製造と鋼管内径部への接合に関して試験を
行った。本実施例では、表９に示される鉄系焼結材料の
混合粉末を先の実施例６と同じ条件でプレス成形体と
し、これにＣｕ、Ｃｕ２０Ｓｎ、Ｃｕ２０Ｓｎ２２Ａｌ
２Ｔｉの組成になるように調整した混合粉末成形体を準
備し、１１５０℃の真空雰囲気中で焼結と同時に溶浸し
た。

【０１４２】

【表９】

【０１４３】溶浸後の鉄系焼結材料の寸法変化率と気孔
率が表９に示されているが、いずれの場合も顕著な膨張
を示し、気孔率は焼結体強度の観点からは十分密度の高
いものが得られることがわかる。特に、先の実施例５と
同様の方法で固体潤滑用の造粒黒鉛を添加した材料にと
っては好ましい摺動材料になることは明らかである。

【０１４４】また、実施例６と同じ裏金に鉄系焼結材料
のプレス成形体を配置して、溶浸処理を行った場合にお
いては、容易に想像されるように、その裏金内径部に接
合されることがわかった。

【０１４５】（実施例１０）実施例６で製造したＢ１２
〜１５および実施例９で製造したＤ４，９，１１，１２
を用いて、実施例３と同じ方法で含油処理した後に、摺
動試験を実施した。本実施例に供する試験片はすべて、
焼結または溶浸後に急冷して焼入れ硬化するように調整
し、Ｈｖ４５０以上の硬さに調整したものである。

【０１４６】さらに、予備テストの結果、Ｂ１２〜１５
の試験片の端面部が面圧５００ｋｇｆ／ｃｍ^２以上にお
いて欠ける場合のあることがわかったので、本実施例に
供する試験片は、内周面の油溝加工を止めるとともに、
両端面内周面に端面から３ｍｍ位置から３０°の面取り
を施したものとした。

【０１４７】図２１に摺動試験の結果が示されている。
Ａｌ添加量の少ないＢ１２，Ｂ１３，Ｄ１２は比較的低
面圧で焼付くが、先の図１６の結果と比較すると明らか
に黒鉛潤滑剤を分散させたことによる耐焼付き性の改善
が認められる。さらに、４重量％以上のＡｌを添加した
Ｂ１４，Ｂ１５，Ｄ４，Ｄ９，Ｄ１１の耐焼付き性改善
が顕著であることも明らかである。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（ａ）は、Ｆｅ−Ａｌ−Ｃｏ三元合金を１
２００℃に加熱後急冷したもののビッカース硬さ分布を
示す図、図１（ｂ）は、この急冷後に６００℃で１０時
間時効処理したもののビッカース硬さ分布を示す図であ
る。

【図２】図２は、図１（ｂ）における０，１０，１５，
２０，３０，４０原子％Ｃｏ断面におけるＡｌ濃度（原
子％）と硬さとの関係を示すグラフである。

【図３】図３は、Ｆｅ−Ａｌ系合金相の規則不規則変態
領域を示すグラフである。

【図４】図４は、摩耗試験の試験装置の概念図と試験条
件を示す図である。

【図５】図５は、Ｆｅ系規則相材料の硬さと摩耗比との
関係を示すグラフである。

【図６】図６は、摺動試験に供した試験片形状を示す断
面図である。

【図７】図７は、摺動試験装置の概念図（ａ）と試験条
件（ｂ）を示す図である。

【図８】図８は、Ｆｅ系規則相材の摺動摩擦係数の推移
を示すグラフである。

【図９】図９は、Ｆｅ系規則相材の摺動摩耗量の推移を
示すグラフである。

【図１０】図１０は、引張試験片の形状を示す図であ
る。

【図１１】図１１は、ＦｅＡｌＣｕ系焼結特性（１１４
０℃）を示すグラフである。

【図１２】図１２は、ＦｅＡｌＣｕ系焼結特性（１２０
０℃）を示すグラフである。

【図１３】図１３は、ＦｅＡｌＣｕ系焼結特性（１２５
０℃）を示すグラフである。

【図１４】図１４は、各種Ｆｅ系規則相焼結合金の焼結
組織（金属組織）を示す写真である。

【図１５】図１５は、Ｆｅ−Ａｌ系規則相焼結合金の焼
結収縮性に対するＳｉ，Ｃｏ，Ｎｉの影響を示すグラフ
である。

【図１６】図１６は、Ｆ系規則相焼結合金の耐焼付き性
（気孔率約１０体積％）を示すグラフである。

【図１７】図１７は、Ｆ系規則相焼結合金の耐焼付き性
（気孔率約２０体積％）を示すグラフである。

【図１８】図１８は、定速摩擦摩耗試験機と試験条件を
示す図である。

【図１９】図１９は、定速摩擦摩耗試験用の摺動試験片
形状を示す図である。

【図２０】図２０は、Ｆｅ系焼結材料の摺動特性を示す
グラフである。

【図２１】図２１は、黒鉛分散摺動材料の耐焼付き性を
示すグラフである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｆ１６Ｃ 33/12 Ｆ１６Ｃ 33/12 Ａ 33/14 33/14 Ｚ (72)発明者 大西 哲雄 大阪府枚方市上野３丁目１−１ 株式会社 小松製作所生産技術開発センタ内 Ｆターム(参考） 3J011 AA01 BA02 BA06 DA01 DA02 QA03 SB02 SB03 SB04 SB12 SB13 SB14 SB15 4K018 AA29 AA31 AB01 AB02 AB03 AB05 AB07 BA02 BA04 BA08 BA19 BC19 BD08 CA07 FA36 FA42 GA03 HA07 JA02 JA10 JA24 KA03 KA22

Claims (30)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鉄系焼結摺動材料であって、少なくとも
   ０．５重量％以上のＡｌを不可避成分として含有すると
   ともに、Ｃｕを１０〜５０重量％含有してなることを特
   徴とする焼結摺動材料。
2. 【請求項２】 Ｆｅ合金相において、少なくともＡｌを
   ２〜３５重量％含有する請求項１に記載の焼結摺動材
   料。
3. 【請求項３】 Ｆｅ合金相において、Ａｌ＋Ｓｉを２〜
   ３５重量％含有する請求項１または２に記載の焼結摺動
   材料。
4. 【請求項４】 Ｆｅ合金相において、Ｃｏ、Ｎｉの一種
   以上を５〜４０重量％含有し、Ｆｅ系規則相の硬さをＨ
   ｖ３００〜８００に調整する請求項１〜３のいずれかに
   記載の焼結摺動材料。
5. 【請求項５】 Ｆｅ合金相において、炭素を０．０５〜
   １．５重量％含有する請求項１〜４のいずれかに記載の
   焼結摺動材料。
6. 【請求項６】 前記Ｆｅ合金相が、マルテンサイト、ベ
   イナイト、粒状セメンタイトの一種以上の組織からなっ
   ている請求項５に記載の焼結摺動材料。
7. 【請求項７】 Ｆｅ合金相の焼入れ硬化性および／また
   は時効硬化性を高めるためのＳｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、
   Ｍｏ、Ｖ、Ｐ、Ｔｉ、Ｗ、Ｃｏの一種以上の合金元素を
   各々０．１〜５重量％で含有する請求項１〜６のいずれ
   かに記載の焼結摺動材料。
8. 【請求項８】 焼結性を改善するためのＳｎ、Ｔｉ、
   Ｐ、Ｓｉの一種以上を０．１〜５重量％で含有する請求
   項１〜７のいずれかに記載の焼結摺動材料。
9. 【請求項９】 予め成分調整されたＡｌを含まないかも
   しくは最小限に含んだ鉄系焼結材料に、その鉄系焼結材
   料より低融点に成分調整された銅系および／または銅ア
   ルミニウム系材料を前記鉄系焼結材料の焼結時に溶浸す
   るか、もしくは一旦焼結した鉄系焼結材料に溶浸してな
   る請求項１〜８のいずれかに記載の焼結摺動材料。
10. 【請求項１０】 前記焼結摺動材料の粒界に分散する元
    液相のＣｕ合金相および／または前記焼結摺動材料のＦ
    ｅ合金相中に析出する微粒子のＣｕ合金相が、Ｃｕ−Ａ
    ｌ状態図中に記載されるβ相および／またはその変態相
    を含んでいる請求項１〜９のいずれかに記載の焼結摺動
    材料。
11. 【請求項１１】 使用する鉄および／または鉄合金粉末
    が６０μｍ以下の微粉末である請求項１〜１０のいずれ
    かに記載の焼結摺動材料。
12. 【請求項１２】 銅系焼結摺動材料であって、少なくと
    も２．０〜３５重量％のＡｌを含有し、２５重量％以下
    のＣｕと、０．０５〜１．５重量％のＣと、５〜４０重
    量％のＣｏと、５〜４０重量％のＮｉと、０．０５〜
    ５．０重量％のＳｉ、Ｍｎ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｖ、Ｔ
    ｉ、Ｐ、Ｃｏ、Ｓｎの一種以上を含有する鉄合金相が、
    ５〜５０重量％分散されてなることを特徴とする焼結摺
    動材料。
13. 【請求項１３】 Ｃｕ合金相において、少なくともＡ
    ｌ、Ｓｎ、Ｔｉの一種以上を含有し、Ｃｕ−Ａｌ状態図
    中に記載されるβ相および／またはその変態相を含んで
    いる請求項１２に記載の焼結摺動材料。
14. 【請求項１４】 前記焼結摺動材料中に分散するＦｅ合
    金相が、マルテンサイト、ベイナイト、粒状セメンタイ
    トの一種以上の組織からなっている請求項１２または１
    ３に記載の焼結摺動材料。
15. 【請求項１５】 鉄系焼結体の気孔率が３〜３０体積％
    に調整され、各気孔に潤滑油が含浸されている請求項１
    〜１４のいずれかに記載の焼結摺動材料。
16. 【請求項１６】 黒鉛、ＭｏＳ_２、ＷＳ_２、ＭｎＳ、Ｃ
    ａＦ_２等の固体潤滑剤および／またはＭｏ、Ｗ等の金属
    粒子、酸化物、炭化物、窒化物等のセラミックス、超
    硬、サーメット、高速度鋼粉末等の炭化物、窒化物を含
    有する硬質分散材、さらにはＦｅＣｏ、ＮｉＡｌ、Ｔｉ
    Ａｌ、ＮｉＳｉ、ＮｉＴｉ等の金属間化合物の一種以上
    が含有されている請求項１〜１５のいずれかに記載の焼
    結摺動材料。
17. 【請求項１７】 少なくとも２〜９重量％の造粒された
    黒鉛が分散され、さらに０．１〜５重量％のＭｏＳ_２、
    ＷＳ_２、ＭｎＳが分散されている請求項１６に記載の焼
    結摺動材料。
18. 【請求項１８】 請求項１〜１７のいずれかに記載の焼
    結摺動材料を円筒状、略円筒状もしくは板状に成形・加
    工し、鉄系材料よりなる裏金に一体化してなることを特
    徴とする焼結摺動部材。
19. 【請求項１９】 前記裏金となる鉄系材料の焼入れ性が
    ＤＩ値＝２．０以下で、ガス急冷もしくは油焼入れによ
    ってもフェライト、パーライト、ベイナイトのいずれか
    の組織を示し、この裏金に焼結接合する鉄系焼結摺動材
    料中のＦｅ合金相の一部以上をマルテンサイト化するこ
    とによって、この鉄系焼結摺動材料に圧縮残留応力が働
    くようにする請求項１８に記載の焼結摺動部材。
20. 【請求項２０】 前記裏金となる鉄系材料の気孔率が３
    〜２０体積％に調整され、各気孔に潤滑油が含浸されて
    いる請求項１８または１９に記載の焼結摺動部材。
21. 【請求項２１】 円筒状もしくは略円筒状に成形されて
    複層焼結ブッシュとされた複層焼結摺動部材であって、
    両端面部の外周面の面取りが内周面の面取りよりも小さ
    くされている請求項１８〜２０のいずれかに記載の焼結
    摺動部材。
22. 【請求項２２】 円筒状もしくは略円筒状に成形された
    複層焼結摺動部材であって、スラスト荷重を受けて摺動
    するように前記裏金に鍔部が設けられ、この鍔部摺動面
    に焼入れ硬化処理が施されているか、もしくは耐摩耗材
    料および／または摺動材料が配されている請求項１８〜
    ２１のいずれかに記載の焼結摺動部材。
23. 【請求項２３】 前記耐摩耗材料もしくは摺動材料が、
    超硬、ステライト、鉄系耐摩耗材料、セラミックス、Ｃ
    ｕ系耐摩耗材料のうちの一種であり、これらが溶射、ロ
    ウ付け、焼結接合、溶浸接合、接着のうちのいずれかの
    手段で一体化される請求項２２に記載の焼結摺動部材。
24. 【請求項２４】 請求項１〜１７のいずれかに記載の焼
    結摺動材料が前記鍔部摺動面において一体化されている
    請求項２２に記載の焼結摺動部材。
25. 【請求項２５】 円筒状もしくは略円筒状に成形された
    複層焼結摺動部材の製造方法であって、予め成分調整さ
    れた鉄系焼結材料の成形体もしくは焼結体を、円筒状も
    しくは略円筒状の鉄系材料よりなる裏金の内径面に略内
    接するように配置し、前記鉄系焼結材料より低融点に成
    分調整された銅系または銅アルミニウム系材料を前記鉄
    系焼結材料の成形体もしくは焼結体に加熱しながら溶浸
    することによってその鉄系焼結材料を膨張させながら前
    記裏金に接合することを特徴とする焼結摺動部材の製造
    方法。
26. 【請求項２６】 円筒状もしくは略円筒状に成形された
    複層焼結摺動部材の製造方法であって、鉄系または銅系
    焼結摺動材料を、円筒状もしくは略円筒状の鉄系材料よ
    りなる裏金の内径面に略内接するように配置するととも
    に、それら焼結摺動材料と裏金との間にロウ剤を配置
    し、前記焼結摺動材料の内周面からの高周波加熱によっ
    てその焼結摺動材料を前記裏金に押し付けながらロウ付
    けすることを特徴とする焼結摺動部材の製造方法。
27. 【請求項２７】 円筒状もしくは略円筒状に成形された
    複層焼結摺動部材の製造方法であって、鉄系または銅系
    焼結材料を膨張させる金属であるＡｌを少なくとも０．
    １重量％以上含有するとともに、高温度側で液相を発生
    させて焼結体強度と焼結接合性を確保するために、１０
    〜５０重量％のＣｕ、０．１〜１０重量％のＳｎおよび
    ０．１〜１０重量％のＴｉのいずれか一種以上を含有し
    てなり、円筒状もしくは略円筒状の鉄系材料よりなる裏
    金の内径と略同じか、または僅かに小さい外径を有する
    鉄系または銅系焼結材料よりなる円筒状の成形体を、前
    記裏金の内径面に挿入・配置し、（ａ）７００℃以上の
    温度で所定時間加熱することによって、前記焼結材料を
    膨張させて前記裏金に焼結接合させ、（ｂ）さらに昇温
    して８２０℃以上の温度で加熱することによりＣｕ系合
    金液相を発生させることによって、前記焼結材料を緻密
    化させることを特徴とする焼結摺動部材の製造方法。
28. 【請求項２８】 焼結接合後の冷却過程において、炭素
    を含有するＦｅ合金相をマルテンサイト変態によって硬
    化させるとともに膨張させ、同時に前記裏金は焼入れ硬
    化させないように焼入れ性を調整することによって、前
    記焼結材料および焼結接合を強化する圧縮残留応力を作
    用させるようにした請求項２５〜２７のいずれかに記載
    の焼結摺動部材の製造方法。
29. 【請求項２９】 円筒状もしくは略円筒状に成形された
    複層焼結摺動部材の製造方法であって、円筒状もしくは
    略円筒状の鉄系材料よりなる裏金にスラスト荷重を受け
    て摺動するように鍔部が設けられ、この裏金の内径面に
    鉄系または銅系焼結摺動材料を焼結接合すると同時に、
    前記鍔部摺動面に耐摩耗材料および／または摺動材料を
    接合することを特徴とする焼結摺動部材の製造方法。
30. 【請求項３０】 前記耐摩耗材料および／または摺動材
    料は、少なくとも炭素１．５〜３．５重量％、Ｃｒ５〜
    １７重量％を含有する高炭素高Ｃｒ鉄合金焼結材料であ
    る請求項２９に記載の焼結摺動部材の製造方法。