JP2006207783A - 摺動部材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 高温かつ腐食性ガスが存在するエンジンの排気系環境において、ＥＧＲバルブを長期間に亘り高い精度で作動させるため、長期間安定した摺動面を維持できる摺動部材およびこの摺動部材の製造方法を提供すること。
【解決手段】 エンジンの排気ガスを吸気側に還流させる還流排気ガス流量を制御するＥＧＲバルブの軸部を支承するための摺動部材であって、焼結摺動層１０ａと焼結金属層１０ｂとが内外周に同心の筒状に形成され、前記焼結摺動層は、Ｃ：１．５（ｍａｓｓ％）以上７．０（ｍａｓｓ％）以下、固体潤滑剤：１．５（ｍａｓｓ％）以上７．０（ｍａｓｓ％）以下、残部がＮｉ−Ｃｕ−Ｓｎ系合金からなる組成、又はＣ：１．５（ｍａｓｓ％）以上７．０（ｍａｓｓ％）以下、残部がＮｉ−Ｃｕ−Ｓｎ系合金からなる組成とされるとともに、前記焼結金属層１０ｂはＣｕ−Ｎｉ系合金により構成されていることを特徴とする。
【選択図】 図１

Description

この発明は、軸状の部材を摺動可能に保持する筒状の摺動部材並びにこの摺動部材の製造方法に関するものである。

周知のように、自動車用エンジンをはじめとする内燃機関において、排気ガスに含まれる窒素酸化物（ＮＯＸ）を削減する方法として、ＥＧＲ（Ｅｘｈａｕｓｔ Ｇａｓ Ｒｅｃｉｒｃｕｌａｔｉｏｎ）システムが実用化されている（例えば、特許文献１参照。）。
特開平０７−２９３３５２号公報

ＥＧＲシステムは、排出ガスの一部を吸気に還流させることによって、エンジンに吸入される空気の量を抑制し、燃焼温度を下げることによってＮＯＸを削減するものであり、ＥＧＲガスの量は、吸気側に設けられたスロットルバルブと排気側に設けられたＥＧＲバルブによって制御されるようになっている。
図１３は、一般的なＥＧＲシステムの概略を示したものであり、符号１００はＥＧＲシステムを、符号１１０はスロットルバルブを、符号１４０はＥＧＲバルブを示しており、燃焼室１０３から排出された排気ガスは矢印Ｅｘの方向に排出されるが、その一部が矢印ＥＧＲの方向に分岐され、ＥＧＲバルブ１４０で流量制御され、その後、矢印Ｉｎで示されるスロットルバルブ１１０で流量制御された吸気に合流、再び燃焼室内に導入されるようになっている。
ＥＧＲシステムを長期間、高い信頼性を維持して運転させるためには、スロットルバルブ１１０やＥＧＲバルブ１４０を安定して作動させることが不可欠であり、これらバルブの軸部を支承する摺動部材には高い耐久性が必要とされる。

しかしながら、例えば自動車用エンジンでは、ＥＧＲバルブの使用環境は、１２０〜３５０℃前後まで温度が上昇するうえ、排気ガスに含まれる硫黄酸化物（ＳＯＸ）やＮＯＸ等の腐食性ガスや燃料に曝されるため、従来の軸受では、長期間の使用にあたって摺動面が腐食するなど、安定した摺動を長期間維持するのが困難であるという問題があった。

この発明は、このような事情を考慮してなされたもので、高温かつ腐食性ガスが存在するエンジンの排気系環境において、ＥＧＲバルブのバルブステムを長期間に亘り高い精度で作動させるため、長期間安定した摺動面を維持できる摺動部材と摺動部材の製造方法を提供することを目的とする。

このような課題を解決して、前記目的を達成するために、請求項１記載の摺動部材は、ＥＧＲバルブのバルブステムの軸部を支承するための摺動部材であって、それぞれ筒状の焼結摺動層と焼結金属層とが内外に形成され、焼結摺動層は、Ｃ：１．５（ｍａｓｓ％）以上７．０（ｍａｓｓ％）以下、残部がＮｉ−Ｃｕ−Ｓｎ系合金と不可避不純物とからなる組成とされるとともに、焼結金属層はＣｕ−Ｎｉ系の合金により構成されていることを特徴とする。

この発明によれば、ＥＧＲバルブのバルブステムの軸部と摺接する焼結摺動層が、Ｃ：１．５（ｍａｓｓ％）以上７．０（ｍａｓｓ％）以下、残部が主にＮｉ−Ｃｕ−Ｓｎ系合金からなる組成とされる。焼結摺動層は、Ｃの残部が、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｓｎ系合金とされており、Ｃの添加によって低下した焼結摺動層の強度を、Ｓｎを添加することによって、向上させることができる。また、焼結摺動層は、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｓｎ系合金にＣが固溶せず、ＣがＮｉ−Ｃｕ−Ｓｎ系合金から遊離した状態とされ、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｓｎ系合金の金属結合によって高い強度が確保される。また、Ｃとして黒鉛を用いると、遊離黒鉛の粒界にＳｎが析出して焼結摺動層のＮｉ−Ｃｕ−Ｓｎ系合金の表面がＳｎリッチとなり高い耐食性が確保できる。
また、回転摺動用としては、正逆回転でのＣの堆積を避けるため、Ｃ：１．５（ｍａｓｓ％）以上３．０（ｍａｓｓ％）以下が好適とされ、軸線方向摺動用としては、バルブステムの軸部の往復動でＣの介在を確保するため、Ｃ：３．０（ｍａｓｓ％）以上７．０（ｍａｓｓ％）以下が特に好適である。

また、外周は、Ｃ、固体潤滑剤を含まないＣｕ−Ｎｉ系合金の組成であるため、Ｃｕ−Ｎｉ系合金が、Ｃ、固体潤滑剤の影響による強度低下がなく、高い強度の焼結金属層とされる。
また、このＣｕ−Ｎｉ系合金は、耐食性を向上させるためにＳｎを添加してもよい。
その結果、嵌合又は圧入等によって容易かつ高精度に摺動部材を装置に組込み、固定をすることができ、押さえ部材や接着工程が不要となるため材料及び組立工数の低減に伴うコスト削減が可能となる。
また、焼結金属層がＣｕ−Ｎｉ系合金で構成され焼結摺動層より強度が高いので、焼結摺動層がしっかりと保持され、ＥＧＲバルブのバルブステムが使用される過酷な環境においても充分な耐久性が確保される。
また、前記焼結摺動層と前記焼結金属層とは互いに焼結結合により強固に接合されているので、摺動部材を構成する焼結摺動層と焼結金属層にいわゆる層間剥離が発生する虞がない。
このように、焼結摺動層と金属焼結層を２層に構成することによって、焼結摺動層にＣを含有させて高い潤滑性を確保するとともに、金属焼結層における充分な強度を確保して、潤滑性と強度の双方を兼ね備えた摺動部材を得ることができる。

さらに、摺動部材が、焼結摺動層と焼結金属層の２つの層により構成されているので、摺動部材の用途に応じて、２つの層の気孔率を異ならせることが可能になる。
その結果、焼結金属層の気孔率を大きくして、潤滑油の含浸量を多くすることにより、高い保油性を備えた摺動部材を得ることができる。また、焼結金属層の気孔率を小さくすることにより、焼結摺動層に含浸された潤滑油が焼結金属層から漏洩するのを抑制することができる。

請求項２記載の摺動部材は、エンジンの排気ガスを吸気側に還流させる還流排気ガス流量を制御するＥＧＲバルブのバルブステムの軸部を支承するための摺動部材であって、それぞれ筒状の焼結摺動層と焼結金属層とが内外に形成され、前記焼結摺動層は、Ｃ：１．５（ｍａｓｓ％）以上７．０（ｍａｓｓ％）以下、固体潤滑剤：１．５（ｍａｓｓ％）以上７．０（ｍａｓｓ％）以下、残部がＮｉ−Ｃｕ−Ｓｎ系合金と不可避不純物とからなる組成とされるとともに、焼結金属層はＣｕ−Ｎｉ系の合金により構成されていることを特徴とする。

この発明によれば、ＥＧＲバルブのバルブステムの軸部と摺接する焼結摺動層が、Ｃ：１．５（ｍａｓｓ％）以上７．０（ｍａｓｓ％）以下、固体潤滑剤：１．５（ｍａｓｓ％）以上７．０（ｍａｓｓ％）以下と、残部がＮｉ−Ｃｕ−Ｓｎ系合金から構成されており、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｓｎ系合金が８６．０（ｍａｓｓ％）以上であることから、ＥＧＲバルブのバルブステムが往復及び回転運動することによって発生する力に対して十分な機械的強度が確保され、Ｃと固体潤滑剤の自己潤滑性に基づいて、バルブステムが往復及び回転運動する際の摺動抵抗を小さく維持することができるため、非常に高い潤滑性が確保される。したがって、ＥＧＲバルブのバルブステムの回転摺動や軸線方向摺動のいずれに対しても安定した潤滑性が確保される。
また、焼結摺動層は、Ｃ、固体潤滑剤の残部が、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｓｎ系合金とされることで、Ｃ、固体潤滑剤の添加によって低下した焼結摺動層の強度が、Ｓｎを添加により向上されている。

請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２記載の摺動部材であって、前記焼結摺動層は気孔率が１％以上３５％以下とされ、前記焼結金属層は気孔率が１％以上１２％以下とされていることを特徴とする。

この発明によれば、焼結金属層の気孔率が１％以上１２％以下と小さく構成されているので、焼結金属層に含浸された潤滑油が焼結金属層の外方に移動するための通路が小さく、焼結金属層を経由して潤滑油が漏洩することが抑制される。
したがって、潤滑油が焼結摺動層に保持され潤滑性が向上するので好適である。
また、気孔率が小さいことから、焼結金属層が高密度、高強度となり、高負荷条件でも高い信頼性と耐久性を確保することができる。

請求項４に係る発明は、請求項１又は請求項２記載の摺動部材であって、前記焼結摺動層は気孔率が１％以上３５％以下とされ、前記焼結金属層は気孔率が１２％より大きく３５％以下とされていることを特徴とする。

この発明によれば、焼結金属層の気孔率の上限を３５％以下と大きくすることで、潤滑油を含浸させた場合には焼結金属層にも保油されることで、摺動部材に大量の潤滑油を保持させることができ、一方で、低密度にもかかわらず、嵌合や圧入に必要な強度を具備しているので、摺動部材を装置に組み込む際の組立コストを削減
することができる。

請求項５に記載の発明は、請求項１から４のいずれかに記載の摺動部材であって、前記焼結摺動層には、前記焼結金属層の軸方向の端面を覆うようにフランジ状部が形成されていることを特徴とする。

この発明によれば、摺動部材の内周面に加えて端面が摺動面とされているので、端面にてスラスト力に対する高い潤滑性を確保することができる。

請求項６に記載の発明は、請求項１から請求項５のいずれかに記載の摺動部材であって、前記摺動部材の軸方向における端面に凹部が形成されていることを特徴とする。

この発明によれば、摺動部材の軸方向における端面に凹部を形成されているので凹部に潤滑油を保持することができ、スラスト力が加えられた場合に端面における高い潤滑性を確保して摺動抵抗を小さくすることができる。

請求項７に記載の発明は、請求項１から請求項６のいずれかに記載の摺動部材であって、少なくとも前記焼結摺動層に潤滑油を含浸したことを特徴とする。

この発明によれば、焼結摺動層に潤滑油が含浸されているので、焼結摺動層のＣと相俟って、より安定した摺動を確保することができる。

請求項８記載の発明は、請求項１から請求項７のいずれかに記載の摺動部材の製造方法であって、貫通孔が形成されたダイと、前記貫通孔内に該貫通孔と同軸的に配設された仕切り筒、筒状の下パンチ、およびコアロッドと、前記ダイの上方に前記貫通孔と同軸的に配設された上パンチとを備えるとともに、前記下パンチは前記仕切り筒の内側および外側に前記焼結摺動層を形成する第１空間と前記焼結金属層を形成する第２空間に対応して各別に配設され、前記仕切り筒、前記下パンチおよび前記上パンチは、前記貫通孔の軸線方向に前記ダイに対して相対的に進退可能に支持され、前記貫通孔の内周面が前記圧粉体の外周面を形成し、前記コアロッドの外周面が前記圧粉体の内周面を形成する構成とされた粉末成形装置により、前記仕切り筒、およびその内側または外側のいずれか一方の前記下パンチを前進位置に配置するとともに、他方の前記下パンチを後退位置に配置して第２空間を形成し、該空間にＣｕ−Ｎｉ系合金からなる第２粉末を充填するとともに、前記一方の下パンチを後退移動させ第１空間を形成して、該空間に前記焼結摺動層を構成するための第１粉末を充填し、を充填し、その後、前記仕切り筒を後退移動させた後に、または前記仕切り筒を後退移動させながら、前記上パンチを前進移動し、前記第１、第２粉末を圧縮することによって圧粉体を成形し、該圧粉体を焼結させることを特徴とする。

請求項９記載の発明は、摺動部材の製造方法であって、請求項８記載の摺動部材の製造方法により摺動部材の焼結品を製造した後に、該焼結品に潤滑油を含浸させることを特徴とする。

請求項８及び請求項９に係る発明によれば、粉末成形工法を用いているため、請求項１から請求項７に記載の摺動部材の製造において、切削等の加工が困難にも関わらず複雑な形状を容易かつ低コストにできるので設計自由度が向上し、高生産性かつ高品質に製造することができる。

本発明によれば、高温かつ腐食性雰囲気の環境下においてＥＧＲシステムにおけるＥＧＲバルブ等をはじめとするエンジン給排気系の補器類に使用される摺動部材の摺動面を長期間安定して維持させることにより、エンジン給排気系の補器類を長期間に亘り高精度かつ高い信頼性で作動させることができる。また、かかる摺動部材を容易かつ安価に製造できる摺動部材の製造方法を提供することができる。

図１は、本発明に係る第１の実施形態を示す図であって、摺動部材を回転摺動用軸受として使用したものである。
軸受１０（摺動部材）は、焼結摺動層１０ａと焼結金属層１０ｂを備えており、軸受孔の内周面１０ｃが摺動面とされ、外周面１０ｄが内周面１０ｃと同軸（同心）とされた円筒形とされ、軸方向の一方の端面１０ｅには、焼結金属層１０ｂを覆うように焼結摺動層１０ａのフランジ状部１０ｆが形成されている。また、摺動部材１０のフランジ状部１０ｆの端面１０ｅには、潤滑油を保持するために複数の凹部１０ｇが形成されている。

焼結摺動層１０ａは、Ｃ：１．５（ｍａｓｓ％）以上７．０（ｍａｓｓ％）以下、固体潤滑剤：１．５（ｍａｓｓ％）以上７．０（ｍａｓｓ％）以下、残部がＮｉ−Ｃｕ−Ｓｎ系合金を主成分として構成され、外周面側の焼結金属層１０ｂは焼結摺動層１０ａより高強度のＮｉが１２〜４９（ｍａｓｓ％）、残部が主にＣｕからなるＣｕ−Ｎｉ系合金により構成されている。
ここで、焼結摺動層１０ａを構成するＮｉ−Ｃｕ−Ｓｎ系合金は、Ｎｉ：１２〜４０（ｍａｓｓ％）、Ｓｎ：５〜１８．５（ｍａｓｓ％）、残部がＣｕの組成とされている。
また、回転摺動用軸受としては、正逆回転でのＣの堆積を避けるため、黒鉛：１．５（ｍａｓｓ％）以上３．０（ｍａｓｓ％）以下が特に好適である。
また、焼結金属層１０ｂは、気孔率が１％以上１２％以下に構成され、焼結摺動層１０ａと互いに焼結結合されるとともに、焼結摺動層１０ａには潤滑油が含浸されている。

次に、以上のように構成された摺動部材１０を焼結により形成するための圧粉体を成形する粉末成形装置および圧粉体の製造方法の一実施形態について説明する。
図２から図８は、粉末成形装置２０の要部拡大断面図を示すものであって、貫通孔２１ａが形成されたダイ２１と、前記貫通孔２１ａ内に該貫通孔２１ａと同軸的に配設された仕切り筒２２、筒状の下パンチ２３、およびコアロッド２５と、前記ダイ２１の上方に前記貫通孔２１ａと同軸的に配設された上パンチ２６（図６）と、後述する第１、第２空間３１、３２に粉末を充填するシューボックス２９とを備えている。

下パンチ２３は、前記仕切り筒２２の内側および外側に各別に配設され、本実施形態では、第１下パンチ２３ａと、この第１下パンチ２３ａより内径および外径が大きくされた第２下パンチ２３ｂとを備え、第１下パンチ２３ａが仕切り筒２２の内側に配設され、第２下パンチ２３ｂが仕切り筒２２の外側に配設されている。そして、仕切り筒２２、下パンチ２３および上パンチ２６は、前記貫通孔２１ａの中心軸線方向にダイ２１に対して図示しないカム機構を介して進退可能に支持され、前記貫通孔２１ａの内周面が、形成する圧粉体の外周面を形成し、コアロッド２５の外周面が前記圧粉体の内周面を形成する構成とされている。

なお、第１下パンチ２３ａが進退移動する際、その内周面がコアロッド２５の外周面に摺接する一方、外周面が仕切り筒２２の内周面に摺接するようになっている。また、第２下パンチ２３ｂが進退移動する際、その内周面が仕切り筒２２の外周面に摺接する一方、外周面が前記貫通孔２１ａの内周面に摺接するようになっている。さらに、仕切り筒２２が進退移動する際、その内周面が第１下パンチ２３ａの外周面に摺接する一方、外周面が第２下パンチ２３ｂの内周面に摺接するようになっている。

以上の構成において、仕切り筒２２および下パンチ２３の先端面とコアロッド２５およびダイ２１の上面とが略面一となった状態から、第２下パンチ２３ｂが後退位置に配置されたときに、仕切り筒２２の外周面と前記貫通孔２１ａの内周面と第２下パンチ２３ｂの先端面とに画成された第２空間３２が形成されるようになっている。また、同様にして、第１下パンチ２３ａが後退位置に配置されたときに、仕切り筒２２の内周面とコアロッド２５の外周面と第１下パンチ２３ａの先端面とに画成された第１空間３１が形成されるようになっている。

シューボックス２９は、ダイ２１の上面に摺接しながら、この表面に沿って前記貫通孔２１ａに対して進退可能に支持され、この貫通孔２１ａに到達したときに、前記空間３１、３２に粉末を充填するようになっている。本実施形態では、シューボックス２９は、第１シューボックス２９ａと第２シューボックス２９ｂとを備えており、これら２９ａ、２９ｂには互いに材質の異なる粉末が装填され、第１空間３１には第１シューボックス２９ａにより、焼結摺動層１０ａを形成する第１粉末３３を充填し、第２空間３２には第２シューボックス２９ｂにより焼結金属層１０ｂを形成する第２粉末３４を充填するようになっている。
本実施形態では、図８に示すように、仕切り筒２２の外周面に、径方向外方へ凸とされた凸部２２ａが、前記軸線方向における全長に亙って延在し、周方向に所定の間隔をあけて複数形成されている。

次に、以上のように構成された粉末成形装置２０により、圧粉体を形成する方法について説明する。
まず、図２に示すように、仕切り筒２２、およびその内側に配設された第１下パンチ２３ａを前進位置に配置するとともに、外側に配設された第２下パンチ２３ｂを後退位置に配置して第２空間３２を形成する。その後、第２シューボックス２９ｂを前進移動させ、第２空間３２の上方に到達したときに、このシューボックス２９ｂにより第２空間３２に第２粉末３４を充填する（図９に示すＡ）。
次に、図３に示すように、第１下パンチ２３ａを後退移動させ、第１空間３１を形成した後に、図４に示すように、第１シューボックス２９ａを前進移動させ、第１空間３１の上方に到達したときに、このシューボックス２９ａにより第１空間３１に第１粉末３３を充填する（図９に示すＢ）。この際、第２空間３２に充填された第２粉末３４の上面にも第１粉末３３が堆積される。

ここで、第１粉末は、黒鉛：１．５（ｍａｓｓ％）以上７．０（ｍａｓｓ％）以下、二硫化モリブデンＭｏＳ_２：１．５（ｍａｓｓ％）以上７．０（ｍａｓｓ％）以下、残部がＮｉ−Ｃｕ−Ｓｎ系合金：約８６．０（ｍａｓｓ％）以上９７．０（ｍａｓｓ％）以下と不可避不純物とからなる組成とされる。ここで、黒鉛は、粉末を圧粉する際により安定した成形性を確保するため、約数μｍの天然又は人造黒鉛を材料として約５０μｍ〜２００μｍに造粒したものが好ましい。
また、第２粉末は、Ｎｉが１２〜４９（ｍａｓｓ％）、残部が主にＣｕの組成とされ、平均粒径約４５μｍ、上限が約１００μｍの粉末を使用することが好ましい。

その後、図５に示すように、仕切り筒２２を後退移動させた後に（図９に示すＣ）、図６に示すように、上パンチ２６を前進移動し、このパンチ２６の下面と、第１、第２下パンチ２３ａ、２３ｂおよび仕切り筒２２の上面とにより第１、第２粉末３３、３４を前記軸線方向に圧縮する。この際、上パンチ２６をその前進端位置に到達させた状態で、第１、第２下パンチ２３ａ、２３ｂ、および仕切り筒２２をダイ２１に対して漸次前進移動させ、第１、第２粉末３３、３４をさらに圧縮する（図９に示すＤ）。以上により、内周面側および軸方向における一方の端面（図示の例では上面）１０ｅが第１粉末３３により一体的に形成され、外周面側が第２粉末３４により形成された圧粉体３５を形成する。

そして、上パンチ２６をダイ２１に対して後退移動させるとともに、図７に示すように、第１、第２下パンチ２３ａ、２３ｂおよび仕切り筒２２をダイ２１に対して前進移動させることにより、第１、第２下パンチ２３ａ、２３ｂおよび仕切り筒２２の先端面を、コアロッド２５およびダイ２１の上面と略面一にし、圧粉体３５を前記空間３１、３２から取り出す（図９に示すＥ）。
次に、この圧粉体３５を焼結することにより、図１に示す摺動部材１０が形成される。
また、摺動部材１０を減圧雰囲気内に保持し、その後、潤滑油中に浸漬、加圧することによって、潤滑油を含浸させてもよい。

以上説明したように、本実施形態による摺動部材１０によれば、焼結摺動層１０ａが、黒鉛：１．５（ｍａｓｓ％）以上７．０（ｍａｓｓ％）以下、ＭｏＳ_２：１．５（ｍａｓｓ％）以上７．０（ｍａｓｓ％）以下、残部がＮｉ−Ｃｕ−Ｓｎ系合金から構成されており、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｓｎ系合金が、約８６．０（ｍａｓｓ％）以上であることから、ＥＧＲバルブ１４０のバルブステム１４２が往復及び回転運動することによって発生する力に対して十分な機械的強度が確保され、Ｃと固体潤滑剤の自己潤滑性に基づいて、バルブステム１４２が往復及び回転運動する際の摺動抵抗を小さく維持することができるため、非常に高い潤滑性が確保される。したがって、ＥＧＲバルブ１４０のバルブステム１４２の回転摺動や軸線方向摺動のいずれに対しても安定した潤滑性が確保される。
また、ＳＯＸやＮＯＸ等の腐食性ガスに対する耐食性が高く、焼結摺動層１０ａの変質が抑制され、安定した潤滑性が長期間に亘って維持される。

以上の組合せにおいて、焼結摺動層１０ａを構成する黒鉛と、ＭｏＳ_２と、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｓｎ系合金とから構成される第１粉末３３は、焼結による収縮率が焼結金属層１０ｂを構成するＣｕ−Ｎｉ系合金からなる第２粉末３４の収縮率より小さいため、収縮率が焼結摺動層１０ａより大きな金属焼結層１０ｂの圧縮力により焼結摺動層１０ａが安定して保持される。
また、焼結摺動層１０ａは気孔率が１％以上３５％以下とされ、焼結金属層１０ｂの気孔率は、焼結摺動層１０ａに含浸した潤滑油が摺動部材１０から漏洩するのを抑制する場合には気孔率を１％以上１２％以下とし、摺動部材１０に潤滑油をより多く保油させるためには気孔率を１２％より大きく３５％以下とすることが好適である。
また、焼結金属層１０ｂが、Ｃｕ−Ｎｉ系合金により形成され、Ｎｉが１２〜４９（ｍａｓｓ％）、残部がＣｕとされているので、高い耐食性と、高い強度を確保することができる。

また、金属焼結層１０ｂがＣｕ−Ｎｉ系合金で構成され強度が高いため、装置に対して嵌合又は圧入等によって固定させることが可能となり、摺動部材１０を容易に高い精度で組み込むことができ、高い品質、信頼性と組立工数を低減させることができる。
また、焼結金属層１０ｂが焼結摺動層１０ａより強度が高いＣｕ−Ｎｉ系合金で構成されるので、焼結摺動層１０ｂがしっかりと保持されＥＧＲバルブの使用環境における充分な耐久性が確保される。
また、粉末成形工法を用いているため、摺動部材１０の製造において、切削等の加工が困難にも関わらず複雑な形状を容易かつ低コストにできるので設計自由度が向上し、高生産性かつ高品質に製造することができる。

また、焼結摺動層１０ａと焼結金属層１０ｂとは互いに焼結結合により強固に接合されているので、いわゆる層間剥離が発生する虞がない。
また、焼結金属層１０ｂの気孔率が１％以上１２％以下に構成されているので、焼結摺動層１０ａに含浸した潤滑油が焼結金属層１０ｂを介して外部に漏洩し難いため、長期間に亘って潤滑油が保持され、安定した潤滑を確保することができる。
なお、焼結金属層１０ｂの気孔率に関しては、１２％より大きく３５％以下にすることにより、焼結金属層１０ｂの実用強度の範囲内で含浸する潤滑油の量を大きくして潤滑油の保油性を高めることにより、潤滑油の消耗に対応することも有効である。

さらに、軸受１０は、軸方向の一方の端面１０ｅに、焼結金属層１０ｂを覆うように焼結摺動層１０ａのフランジ状部１０ｆが形成され、フランジ状部１０ｆの端面１０ｅに、潤滑油を保持するための複数の凹部１０ｇが形成されているので１０ｅが摺動面とされ、スラスト方向の力を受けることが可能となる。

また、本実施形態では、仕切り筒２２の外周面に、その全周に亙って径方向外方へ凸とされた凸部２２ａが所定の間隔をあけて複数形成されているので、図５に示すように、仕切り筒２２を後退移動させた際、第１、第２粉末３３、３４のうち、仕切り筒２２と接触している側に位置する粉末３３、３４同士を混在させることが可能になる。従って、得られる圧粉体３５を焼結することによって、焼結摺動層１０ａと焼結金属層１０ｂとがアンカー効果により互いに強固に接合された摺動部材１０を形成することができる。

次に、この発明の第２の実施形態について説明する。
図１０は、本発明に係る第２の実施形態を示す図であって、摺動部材をＥＧＲバルブ１４０のバルブステム１４２の軸受（摺動部材）１５に用いる場合について説明する。
第２の実施の形態の軸受１５は、内周面１５ｃ側を構成する焼結摺動層１５ａと、外周面側を構成する焼結金属層１５ｂとを備えており、焼結金属層１５ｂは内周面１５を構成する孔と同軸の大径外周面１５ｄと、小径外周面１５ｅとを備えた二段円筒形とされている。

また、軸受１５は、焼結摺動層１５ａが、黒鉛：１．５（ｍａｓｓ％）以上７．０（ｍａｓｓ％）以下、残部が主にＮｉ−Ｃｕ−Ｓｎ系合金から構成され、Ｎｉ：１２〜４０（ｍａｓｓ％）、Ｓｎ：５〜１８．５（ｍａｓｓ％）、残部がＣｕの組成とされている。
また、ＥＧＲバルブ用としては、バルブステムの軸部が往復動する際にＣの介在を確保するために、黒鉛：３．０（ｍａｓｓ％）以上７．０（ｍａｓｓ％）以下が特に好適である。

また、焼結金属層１５ｂは、気孔率が１２％より大きく３５％以下に構成され、焼結摺動層１０ａと互いに焼結結合されている。
また、摺動部材１５には潤滑油を含油させていない。
また、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｓｎ系合金の粒径は、黒鉛の粒界に安定して保持されるように平均粒径約４０μｍとすることが好ましい。他の事項については、第１の実施の形態と同様である。

次に、以上のように構成された摺動部材１５をＥＧＲバルブ１４０のバルブステム１４２の軸受として使用する場合について説明する。
図１１は、図１２におけるＥＧＲバルブ１４０の要部拡大断面図を示したものである。
ＥＧＲバルブ１４０は、排気ガスの還流通路を有するＥＧＲバルブ本体１４１と、バルブステム１４２と、ＤＣモータ１４５と、ＤＣモータ１４５の回転をバルブステム１４２に伝達する駆動伝達部１４７と、駆動伝達部１４７をバルブステム１４２の軸方向に付勢してバルブステム１４２の位置を安定させるための２つのスプリング１４８、１４９とを備えている。

また、バルブステム１４２は、弁本体１４２ａと、軸部１４２ｂとを備えており、軸部１４２ｂは軸受１５により軸方向に摺動自在に支承されるとともに、ＥＧＲバルブ本体１４１に固定されている。
ＥＧＲバルブ１４０は、図示しない制御回路から送信された制御信号によってＤＣモータ１４５が駆動伝達部１４７のスクリュー１４７ａを回転させ、それに伴いスクリュー受部１４７ｂとバルブステム１４２がバルブステム１４２の軸方向に進退し、バルブステム１４２の弁本体１４２ａがＥＧＲバルブ本体１４１の排気ガス取入口の開口部の隙間を制御し、矢印方向に流れる排気ガスの取込量を制御するようになっている。

したがって、軸受（摺動部材）１５は、エンジンからの熱による高温環境のもと排気ガスに曝されつつ、バルブステム１４２の軸部１４２ｂを支承し、バルブステム１４２の回動に応じて軸部１４２ｂと摺動する。
本実施形態による摺動部材１５によれば、高温の腐食性ガス雰囲気においても、焼結摺動層１５ａの変質が抑制され、長期間に亘ってバルブステム１４２が安定した作動をすることによって、ＥＧＲバルブ１４０の安定した作動を確保することができる。

第２の実施の形態において、黒鉛はＮｉ−Ｃｕ−Ｓｎ系合金に固溶されずに、焼結摺動層１５ａは遊離した遊離黒鉛とＮｉ−Ｃｕ−Ｓｎ系合金から構成され、Ｎｉ−Ｃｕ−Ｓｎ系合金の金属結合によって高い強度が確保される。また、遊離黒鉛の粒界にＳｎが析出して焼結摺動層のＮｉ−Ｃｕ−Ｓｎ系合金の表面がＳｎリッチとなり高い耐食性が確保できる。
その結果、高い潤滑性と、耐食性を共に備えることができる。

なお、本発明の技術的範囲は前記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記第１の実施の形態においては、摺動部材１０の形態として、一方の端面１０ｅの全面に焼結摺動層１０ａが形成された場合について説明したが、焼結摺動層１０ａが端面１０ｅの一部に形成されていてもよい。

また、図１、図１０に示す摺動部材１０、１５に代えて、焼結摺動部１０ａ、１５ａと焼結金属部１０ｂ、１５ｂがともに同軸同径の円筒から構成されていてもよく、また、摺動部材１０の形状について、円筒形に限らず、外周にフランジ部や大径部が形成され、又は内周面１０ｃの孔が大径部と小径部により形成されていてもよい。
また、孔の内周を鼓状に形成してもよい。
また、摺動部材１０、１５の軸方向端面に形成される凹部１０ｇについては、放射状、渦巻状又は周方向の溝を少なくとも１以上形成し、又は複数の凹部１０ｇを水玉状に配置するなど形状、数及び配置を自在に選択することができる。
また、焼結金属層１０ｂの気孔率を１％以上１２％以下とするか、１２％より大きく３５％以下とするか、又潤滑油の含浸については、必要に応じて選択することができる。

また、摺動部材１０、１５における焼結摺動層１０ａ、１５ａを構成する組成に関しては、黒鉛と固体潤滑剤とＮｉ−Ｃｕ−Ｓｎ系合金とからなる組成と、黒鉛とＮｉ−Ｃｕ−Ｓｎ系合金からなる組成のいずれからの選択も可能である。
また、上記第１の実施の形態においては固体潤滑剤として、ＭｏＳ_２を使用した場合について説明したが、ＭｏＳ_２以外にもＷＳ_２、ＢＮ、ＣＦ、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＣａＦ_２、ＬｉＦ等の固体潤滑剤を用いることが可能である。
また、上記実施形態では、前記仕切り筒２２の外周面に形成された凸部２２ａとして、図８に示すような、断面平面視矩形状の構成を示したが、この凸部に代えて、例えば波形状や、のこぎり歯状であってもよい。さらにまた、前記凸部を仕切り筒２２の外周面に形成した構成を示したが、内周面に形成してもよく、内周面および外周面に形成してもよい。

また、上記実施形態では、第１、第２空間３１、３２に粉末３３、３４を充填し、その後、仕切り筒２２を後退移動させた後に、粉末３３、３４を圧縮する場合について説明したが、仕切り筒２２を後退移動させながら、粉末３３、３４を圧縮してもよく、この場合、サイクルタイムが短縮され、圧粉体３５を高効率に形成することができる。
さらに、上記実施形態では、第２空間３２に第２粉末３４を充填した後に、第１空間３１を形成し、この空間３１に第１粉末３３を充填したが、これとは逆に、第１空間３１に第１粉末３３を充填した後に、第２空間３２を形成し、この空間３２に第２粉末３４を充填してもよい。
また、上記実施の形態においては、バルブステム１４２がバルブステム１４２の軸方向に往復動して、弁本体１４２ａがＥＧＲガス流量を調整する場合について説明したが、バタフライ方式等、他の方式のＥＧＲバルブに対しても、摺動部材１０、１５を適用できることはいうまでもない。

使用条件に応じて潤滑油を含浸させて、腐食性ガスが存在する高温雰囲気下においても、安定した摺動を長期間保持することが可能な摺動部材及びこの摺動部材の製造方法を提供することができる。

本発明に係る第１実施形態として示した摺動部材の断面側面図である。 本発明に係る一実施形態として示した粉末成形装置の要部拡大断面図であって、圧粉体を製造する際の第１工程図である。 本発明に係る一実施形態として示した粉末成形装置の要部拡大断面図であって、圧粉体を製造する際の第２工程図である。 本発明に係る一実施形態として示した粉末成形装置の要部拡大断面図であって、圧粉体を製造する際の第３工程図である。 本発明に係る一実施形態として示した粉末成形装置の要部拡大断面図であって、圧粉体を製造する際の第４工程図である。 本発明に係る一実施形態として示した粉末成形装置の要部拡大断面図であって、圧粉体を製造する際の第５工程図である。 本発明に係る一実施形態として示した粉末成形装置の要部拡大断面図であって、圧粉体を製造する際の第６工程図である。 図２に示す粉末成形装置の断面平面図である。 図２から図７の第１から第６工程を示すカム線図である。 本発明に係る第２実施形態として示した摺動部材の断面側面図である。 本発明の第２実施形態に係る摺動部材をＥＧＲ装置に使用した場合の断面側面図である。 ＥＧＲシステムの概略を示す概念図である。

符号の説明

１０、１５ 軸受（摺動部材）
１０ａ、１５ａ 焼結摺動層
１０ｂ、１５ｂ 焼結金属層
１０ｃ、１５ｃ 内周面（摺動面）
１０ｄ、１５ｄ 外周面
１０ｅ 一方の端面（摺動面）
１０ｆ フランジ状部
１０ｇ 凹部
２０ 粉末成形装置
２１ ダイ
２１ａ 貫通孔
２２ 仕切り筒
２３ 下パンチ
２３ａ 第１下パンチ（一方の下パンチ）
２３ｂ 第２下パンチ（他方の下パンチ）
２５ コアロッド
２６ 上パンチ
３１ 第１空間
３２ 第２空間
３３ 第１粉末
３４ 第２粉末
３５ 圧粉体
１４０ ＥＧＲバルブ
１４２ バルブステム
１４２ｂ 軸部

Claims (9)

1. エンジンの排気ガスを吸気側に還流させる還流排気ガス流量を制御するＥＧＲバルブのバルブステムの軸部を支承するための摺動部材であって、
   それぞれ筒状の焼結摺動層と焼結金属層とが内外に形成され、
   前記焼結摺動層は、Ｃ：１．５（ｍａｓｓ％）以上７．０（ｍａｓｓ％）以下、残部がＮｉ−Ｃｕ−Ｓｎ系合金と不可避不純物とからなる組成とされるとともに、
   前記焼結金属層はＣｕ−Ｎｉ系の合金により構成されていることを特徴とする摺動部材。
2. エンジンの排気ガスを吸気側に還流させる還流排気ガス流量を制御するＥＧＲバルブのバルブステムの軸部を支承するための摺動部材であって、
   それぞれ筒状の焼結摺動層と焼結金属層とが内外に形成され、
   前記焼結摺動層は、Ｃ：１．５（ｍａｓｓ％）以上７．０（ｍａｓｓ％）以下、固体潤滑剤：１．５（ｍａｓｓ％）以上７．０（ｍａｓｓ％）以下、
   残部がＮｉ−Ｃｕ−Ｓｎ系合金と不可避不純物とからなる組成とされるとともに、
   前記焼結金属層はＣｕ−Ｎｉ系の合金により構成されていることを特徴とする摺動部材。
3. 請求項１又は請求項２記載の摺動部材であって、
   前記焼結摺動層は気孔率が１％以上３５％以下とされ、前記焼結金属層は気孔率が１％以上１２％以下とされていることを特徴とする摺動部材。
4. 請求項１又は請求項２記載の摺動部材であって、
   前記焼結摺動層は気孔率が１％以上３５％以下とされ、前記焼結金属層は気孔率が１２％より大きく３５％以下とされていることを特徴とする摺動部材。
5. 請求項１から請求項４のいずれかに記載の摺動部材であって、
   前記焼結摺動層には、前記焼結金属層の軸方向の端面を覆うようにフランジ状部が形成されていることを特徴とする摺動部材。
6. 請求項１から請求項５のいずれかに記載の摺動部材であって、
   前記摺動部材の軸方向における端面に凹部が形成されていることを特徴とする摺動部材。
7. 請求項１から請求項６のいずれかに記載の摺動部材であって、
   少なくとも前記焼結摺動層に潤滑油を含浸したことを特徴とする摺動部材。
8. 請求項１から請求項７のいずれかに記載の摺動部材の製造方法であって、
   貫通孔が形成されたダイと、前記貫通孔内に該貫通孔と同軸的に配設された仕切り筒、筒状の下パンチ、およびコアロッドと、前記ダイの上方に前記貫通孔と同軸的に配設された上パンチとを備えるとともに、前記下パンチは前記仕切り筒の内側および外側に前記焼結摺動層を形成する第１空間と前記焼結金属層を形成する第２空間に対応して各別に配設され、前記仕切り筒、前記下パンチおよび前記上パンチは、前記貫通孔の軸線方向に前記ダイに対して相対的に進退可能に支持され、前記貫通孔の内周面が圧粉体の外周面を形成し、前記コアロッドの外周面が前記圧粉体の内周面を形成する構成とされた粉末成形装置により、
   前記仕切り筒、およびその内側または外側のいずれか一方の前記下パンチを前進位置に配置するとともに、他方の前記下パンチを後退位置に配置して第２空間を形成し、該空間にＣｕ−Ｎｉ系合金からなる第２粉末を充填するとともに、前記一方の下パンチを後退移動させ第１空間を形成して、該空間に前記焼結摺動層を構成するための第１粉末を充填し、その後、前記仕切り筒を後退移動させた後に、または前記仕切り筒を後退移動させながら、前記上パンチを前進移動し、前記第１、第２粉末を圧縮することによって圧粉体を成形し、
   該圧粉体を焼結させることを特徴とする摺動部材の製造方法。
9. 請求項８記載の摺動部材の製造方法により摺動部材の焼結品を製造した後に、
   該焼結品に潤滑油を含浸させることを特徴とする摺動部材の製造方法。
   
   

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