JP2007270254A

JP2007270254A - 強度、耐摩擦摩耗性および耐焼付き性に優れた四輪自動車のスタータ用軸受

Info

Publication number: JP2007270254A
Application number: JP2006097228A
Authority: JP
Inventors: Toshiro Harakawa; 俊郎原川; Teruo Shimizu; 輝夫清水; Tsuneo Maruyama; 恒夫丸山; Takahiro Nosu; 敬弘野須; Yoichi Murakami; 洋一村上; Shigehiko Inayoshi; 成彦稲吉
Original assignee: Denso Corp; Diamet Corp
Current assignee: Denso Corp; Diamet Corp
Priority date: 2006-03-31
Filing date: 2006-03-31
Publication date: 2007-10-18

Abstract

【課題】Ｃｕ−Ｓｎ系銅基焼結合金からなる強度、耐摩擦摩耗性および耐焼付き性に優れた四輪自動車のスタータ用軸受を提供する。

【解決手段】質量％で、Ｓｎ：８〜１０％、Ｃ：０．５〜１％、Ｂｉ：０．５〜１．５％、Ｐ：０．１〜０．３％、フッ化カルシウム：０．３〜２％を含有し、残部：Ｃｕおよび不可避不純物からなる成分組成のＣｕ−Ｓｎ系銅基焼結合金からなる強度、耐摩擦摩耗性および耐焼付き性に優れた四輪自動車のスタータ用軸受。
【選択図】なし

Description

この発明は、Ｃｕ−Ｓｎ系銅基焼結合金からなる強度、耐摩擦摩耗性および耐焼付き性に優れた四輪自動車のスタータ用軸受に関するものである。

従来から軸受の材料としてＣｕ−Ｓｎ系銅基焼結合金が使用されており、このＣｕ−Ｓｎ系銅基焼結合金からなる軸受は相手攻撃性が少なく潤滑性に優れており、しかも価格が安いところから電気または機械部品などの回転軸受として広く使用されている。このＣｕ−Ｓｎ系銅基焼結合金からなる軸受はＪＩＳ規格でも規定されており、このＪＩＳ規格によると、Ｃｕ−Ｓｎ系銅基焼結合金からなる軸受はＳｎ：８〜１１質量％、Ｃ：３質量％以下、その他:０．５質量％以下を含有し、残部がＣｕからなる組成を有し、含油率：１８容量％以上、圧環強度：１５ｋｇ／ｍｍ２以上と規定されている。さらに、上記従来のＣｕ−Ｓｎ系銅基焼結合金にＰ：０．２〜１．７質量％を含有させて一層強度を向上させたＣｕ−Ｓｎ系銅基焼結合金からなる軸受も知られている。しかし、これら従来のＣｕ−Ｓｎ系銅基焼結合金で作製した軸受は運転条件が過酷になると摩擦係数が大きくなって摩擦摩耗が進行し、満足な寿命を示さないことがある。
そこで、運転時の摩擦係数を下げる目的で上記従来のＣｕ−Ｓｎ系銅基焼結合金にさらに二硫化モリブデン、Ｐｂなどの潤滑成分を０．５〜２０質量％含有させたＣｕ−Ｓｎ系銅基焼結合金からなる軸受が使用されている（例えば特許文献１参照）。
特公昭６２−５４１７５号公報

前記従来のＣｕ−Ｓｎ系銅基焼結合金の内でもＰｂを含むＣｕ−Ｓｎ系銅基焼結合金（例えば、質量％でＣｕ−９％Ｓｎ−１．５％Ｐｂ−０．５％ＣからなるＣｕ−Ｓｎ系銅基焼結合金）からなる軸受はその特性が最も優れているところから、最も広く使用されていた。しかし、Ｐｂは有害物質の一つであるために、その使用が制限または禁止されようとしているところから、Ｐｂに換えて二硫化モリブデンなどの潤滑成分が使用されている。

その一方で、近年、特に四輪自動車のスタータにおいては、シャフトが回転を始めてから高速回転に至るまでの時間が短くなって回転加速度がますます大きくなり、さらに高速回転と一時停止の繰り返し回数がますます多くなっている。かかるシャフトの回転加速度が大きくなりかつシャフトの高速回転と一時停止の繰り返し回数が多くなると焼付きが発生しやすく、また摩擦摩耗が一層激しくなって寿命が短くなる。かかるシャフトの高速回転と一時停止の繰り返し回数の多い一層過酷な条件で使用しても長寿命を保持することが出来る青銅系焼結合金からなる軸受が求められていた。

そこで、本発明者らは、かかる要求を満たすことのできる青銅系焼結合金からなる軸受を得るべく研究を行った。その結果、

（イ）潤滑成分としてフッ化カルシウムを含有せしめ、さらにＢｉおよびＰを含有せしめて焼結性を一層向上させて素地の強度を向上せしめるとともに耐摩擦摩耗性を改善したＣｕ−Ｓｎ系銅基焼結合金からなる軸受は、Ｐｂを全く使用しなくても前述のごとき一層過酷な条件に対して十分に耐えることができ、従来の二硫化モリブデンを含むＣｕ−Ｓｎ系銅基焼結合金からなる軸受に比べて耐摩擦摩耗性および耐焼付き性が大幅に改善される、
（ロ）このＣｕ−Ｓｎ系銅基焼結合金からなる軸受は、質量％で（以下、％は質量％を示す）、Ｓｎ：８〜１０％、Ｃ：０．５〜１％、Ｂｉ：０．２〜２．５％、Ｐ：０．１〜０．３％、フッ化カルシウム：０．３〜２％を含有し、残部：Ｃｕおよび不可避不純物からなる成分組成を有するように調整することが好ましい、などの研究結果が得られたのである。

この発明は、かかる研究結果に基づいてなされたものであって、

Ｓｎ：８〜１０％、Ｃ：０．５〜１％、Ｂｉ：０．２〜２．５％、Ｐ：０．１〜０．３％、フッ化カルシウム：０．３〜２％を含有し、残部：Ｃｕおよび不可避不純物からなる成分組成を有するＣｕ−Ｓｎ系銅基焼結合金からなる強度、耐摩擦摩耗性および耐焼付き性に優れた四輪自動車のスタータ用軸受、に特徴を有するものである。

この発明の強度、耐摩擦摩耗性および耐焼付き性に優れた四輪自動車のスタータ用軸受を製造するには、原料粉末として、Ｃｕ粉末、Ｃｕ−Ｓｎ合金粉末、Ｃｕ−Ｐ合金粉末、Ｓｎ粉末、Ｂｉ粉末、黒鉛粉末およびフッ化カルシウム粉末を用意し、これら原料粉末を、Ｓｎ：８〜１０％、Ｃ：０．５〜１％、Ｂｉ：０．２〜２．５％、Ｐ：０．１〜０．３％、フッ化カルシウム：０．３〜２％を含有し、残部：Ｃｕおよび不可避不純物からなる成分組成を有するように配合し混合して混合粉末を作製し、この混合粉末を圧縮成形して得られた圧粉体を温度：７００〜７５０℃で燒結した後、得られた焼結体をただちに冷却速度：１５℃／分以上で急冷することにより得られる。
このようにして得られたＣｕ−Ｓｎ系銅基焼結合金からなる強度、耐摩擦摩耗性および耐焼付き性に優れた四輪自動車のスタータ用軸受は、素地に気孔率：１８〜２４％の割合で気孔が分散分布し、さらに素地中にフッ化カルシウム粒子が分散分布している組織を有する。

つぎに、この発明の強度、耐摩擦摩耗性および耐焼付き性に優れた四輪自動車のスタータ用軸受を構成する軸受の成分組成を上記の通りに限定した理由を説明する。

（ａ）Ｓｎ
Ｓｎは、Ｃｕと共に素地を形成し、素地の強化と耐凝集性を改善する作用を有するが、８％未満では所望の効果が得られず、一方、１０％を越えて含有すると、脆くなって靭性が低下するとともに耐熱性の低下に伴う耐焼付き性が低下するようになるので好ましくない。したがって、Ｓｎの含有量を８〜１０％と定めた。

（ｂ）Ｃ
Ｃは、主として素地に分散分布する気孔内に遊離黒鉛として存在し、潤滑性を付与し、もって耐摩耗性向上に寄与する作用を有するが、その含有割合が０．５％未満では所望の向上効果が得られず、一方その含有割合が１％を越えると強度が急激に低下するようになることから、その含有割合を０．５〜１％と定めた。

（ｃ）Ｂｉ

Ｂｉは、焼結性を促進させ、さらに耐焼付き性を向上させる作用があるが、その含有量は０．５％未満では所望の効果が得られず、一方、1．５％を越えて含有すると強度が低下し耐摩擦摩耗性が低下するので好ましくない。したがって、Ｂｉの含有量を０．５〜１．５％に定めた。

（ｄ）Ｐ

Ｐ成分には、焼結時にＣｕ−Ｓｎ系銅合金の焼結性を向上させ、もってＣｕ−Ｎｉ系銅合金素地の強度を向上させる作用があるが、Ｐを０．１％未満含有しても十分な焼結性を発揮させることができず、一方、Ｐが０．３％を越えて含有するとＣｕ−Ｓｎ系銅合金粒境界部の強度が急激に低下するようになることから、その含有割合を０．１〜０．３％と定めた。

（ｅ）フッ化カルシウム
フッ化カルシウムは耐焼付き性を著しく向上させる作用があるが、その含有量が０．３％未満では所望の効果が得られず、一方、３％を越えて含有すると、強度が低下し、さらに耐摩擦摩耗性が低下するようになるので好ましくない。したがって、フッ化カルシウムの含有量を０．３〜３％に定めた。

この発明の青銅焼結合金からなる強度、耐摩擦摩耗性および耐焼付き性に優れた四輪自動車のスタータ用軸受は、Ｐｂを含まなくても含油軸受材としてすぐれた特性を発揮する。

この発明の強度、耐摩擦摩耗性および耐焼付き性に優れた四輪自動車のスタータ用軸受を実施例により具体的に説明する。

原料粉末として、平均粒径：８０μｍのＣｕ粉末、平均粒径：３０μｍのＳｎ粉末、平均粒径：５０μｍのＢｉ粉末、平均粒径：５０μｍのＣａＦ_２粉末、平均粒径：５０μｍのＣｕ−Ｐ合金（Ｃｕ−８．４％Ｐ共晶合金）粉末、平均粒径：２０μｍの黒鉛粉末、平均粒径：３０μｍのＭｏＳ_２粉末を用意し、これら原料粉末を表１に示される最終成分組成となるように配合し、ステアリン酸を１％加えてＶ型混合機で２０分間混合した後、プレス成形して圧粉体を作製し、この圧粉体をアンモニア分解ガス雰囲気中、温度：７００〜７５０℃の範囲内の所定の温度で焼結することによりいずれも外径:９ｍｍ×内径：５ｍｍ×高さ：６ｍｍの寸法を有し、表１に示される成分組成および気孔率を有する本発明Ｃｕ−Ｓｎ系銅基焼結合金製軸受（以下、本発明軸受という）１〜２０、比較Ｃｕ−Ｓｎ系銅基焼結合金製軸受（以下、比較軸受という）１〜６および従来Ｃｕ−Ｓｎ系銅基焼結合金製軸受（以下、従来軸受という）を作製した。

得られた上記の本発明軸受１〜２０、比較軸受１〜６および従来軸受に合成油を含浸せしめ、この合成油を含浸せしめた本発明軸受１〜２０、比較軸受１〜６および従来軸受を用いて下記の試験を行った。

圧壊試験：
合成油を含浸せしめた本発明軸受１〜２０、比較軸受１〜６および従来軸受に半径方向から荷重をかけ、軸受が破壊したときの圧壊荷重を測定し、その結果を表２に示すことにより強度及び靭性を評価した。

耐摩耗性試験：
合成油を含浸せしめた本発明軸受１〜２０、比較軸受１〜６および従来軸受からなるリング状試験片にＪＩＳ規格Ｓ４５Ｃ熱処理成し６Ｓ仕上げのシャフトを挿入し、本発明軸受１〜２０、比較軸受１〜６および従来軸受からなるリング状試験片の半径方向（シャフトの軸方向に対して直角方向）の荷重：０．１ＭＰａを前記リング状試験片の外側からかけながら前記シャフトが回転を始めてから回転数:１００００ｒｐｍの高速回転に至るまでの時間が１秒である回転加速度で回転数:１００００ｒｐｍに至らしめ、この回転数:１００００ｒｐｍを１０秒加えたのち５秒間停止し、これを１サイクルとして６万サイクル繰り返す試験を実施し、試験後の試験片の内径の最大摩耗深さを測定し、その結果を表２に示すことにより耐摩擦摩耗性を評価した。

耐焼付き性試験：

合成油を含浸せしめた本発明軸受１〜２０、比較軸受１〜６および従来軸受からなるリング状試験片にＪＩＳ規格Ｓ４５Ｃ熱処理成し６Ｓ仕上げのシャフトを挿入し、前記シャフトを回転数:４０００ｒｐｍの回転を１０秒加えながら本発明軸受１〜２０、比較軸受１〜６および従来軸受の半径方向（シャフトの軸方向に対して直角方向）の荷重を増加させながら加え続け、焼付きが発生したときの荷重を焼付き荷重として測定し、その結果を表２に示すことにより耐焼付き性を評価した。

表１〜２に示される結果から、本発明軸受１〜２０はいずれも従来軸受に比べて優れた圧壊荷重が大きいところから高強度を有し、さらに最大摩耗深さおよび焼付き荷重が小さいことから優れた耐摩擦摩耗性および耐焼付き性を有することが分かる。しかし、この発明の範囲から外れた成分組成を有する比較軸受１〜６は高強度、耐摩擦摩耗性および耐焼付き性のうちの少なくともいずれかの特性が劣ることが分かる。

Claims

質量％で、Ｓｎ：８〜１０％、Ｃ：０．５〜１％、Ｂｉ：０．５〜１．５％、Ｐ：０．１〜０．３％、フッ化カルシウム：０．３〜２％を含有し、残部：Ｃｕおよび不可避不純物からなる成分組成のＣｕ−Ｓｎ系銅基焼結合金からなる強度、耐摩擦摩耗性および耐焼付き性に優れた四輪自動車のスタータ用軸受。