JP3335223B2 - 高熱伝導性銅系焼結摺動部材 - Google Patents

高熱伝導性銅系焼結摺動部材

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JP3335223B2 JP20240093A JP20240093A JP3335223B2 JP 3335223 B2 JP3335223 B2 JP 3335223B2 JP 20240093 A JP20240093 A JP 20240093A JP 20240093 A JP20240093 A JP 20240093A JP 3335223 B2 JP3335223 B2 JP 3335223B2
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    • F16ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16CSHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C2204/00Metallic materials; Alloys
    • F16C2204/50Alloys based on zinc

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  • Sliding-Contact Bearings (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、熱伝導性と耐摩耗性に
優れた焼結合金に関し、例えば、各種の軸受や摺動体等
に利用することができる高熱伝導性銅系焼結摺動部材に
関するものである。
【0002】
【従来の技術】例えば、自動車用の内燃機関の場合、そ
の動弁機構に用いられるバルブガイドには、以前は、合
金鋳鉄が用いられていたが、現在は、鉄系の焼結合金が
主として用いられている。
【0003】一方、エンジンの高出力化に対応するた
め、最近では、高熱伝導性を有するバルブガイドも使用
されており、その素材としては高力黄銅の溶製材が適用
されている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかし、近年における
エンジンの高出力化指向のさらなる増大に伴って、エン
ジン構成部材の特性に対する要求が一段と厳しくなるに
つれ、バルブガイドの素材においても、熱伝導性,耐摩
耗性に優れた材料が求められるに至った。
【0005】
【発明の目的】本発明は、上述した従来の課題にかんが
みてなされたものであって、構造部材として必要な強度
が得られると共に、熱伝導性と耐摩耗性に優れ、例え
ば、エンジンの動弁機構におけるバルブガイド等の素材
としても十分適用可能である高熱伝導性銅系焼結摺動部
材を提供することを目的としている。
【0006】
【課題を解決するための手段】本発明に係わる高熱伝導
性銅系焼結摺動部材は、全体組成が、重量比で、Zn:
8.7〜29%、:0.5〜3%、Sn:0.5〜5
%、Cr:0.2〜1%、Mo:0.8〜3%、Si:
0.06〜0.3%、Co:1.7〜6.3%、残部:
実質的にCuよりなり、且つ、Zn:10〜30%、S
n:0.5〜5.18%、残部:実質的にCuの合金
基地中に、Cr:7.5〜9.5%、Mo:27〜30
%、Si:2.1〜2.7%、残部:実質的にCoの硬
質相:3〜10%、黒鉛:0.5〜3%が分散した組織
を呈するものであることを特徴としており、このような
高熱伝導性銅系焼結摺動部材に係わる発明の構成をもっ
て前述した従来の課題を解決するための手段としてい
る。
【0007】本発明に係わる高熱伝導性銅系焼結摺動部
材は、上述した構成としており、Zn:10〜30%、
Sn:0.5〜5.18%、残部:実質的にCuの合
金基地中に、Cr:7.5〜9.5%、Mo:27〜3
0%、Si:2.1〜2.7%、残部:実質的にCoの
硬質相:3〜10%、黒鉛:0.5〜3%が分散した組
織を呈するものであるようにしているが、この場合、C
u−Zn−Sn基地中のZn量を10〜30%としてい
るのは、図1に示すように、基地中のZn含有量が増加
するのにつれて曲げ強さ,耐摩耗性が良好となり、10
%以上とすることによって曲げ強さを増大させるのに有
効であると共に摩耗量を減少させるのに有効となるため
であるが、Zn含有量が30%を超えると熱伝導率が低
下することとなるため、バルブガイドとして要求される
高熱伝導特性が得がたくなるので30%以下とした。
【0008】また、Cu−Zn基地中に全体組成でS
n:0.5〜5%が固溶するようにしているのは、図4
に示すように、0.5%以上添加することによって所要
の曲げ強さを得ることができるようになるためである
が、5%を超えると曲げ強さが急激に低下すると共に摩
耗量が増加する傾向にあり、さらに熱伝導率が低下する
ため、5%以下としている。そして、残部をCuとして
いるのは高熱伝導率を得ることができるようにするため
である。
【0009】また、硬質層の分散量を3〜10%として
いるのは、図2に示すように、3%以上分散させること
によって摩耗量を著しく減少させることができるためで
あり、10%を超えると曲げ強さが低下すると共に熱伝
導率も低下するためである。
【0010】さらに、黒鉛の分散量を0.5〜3%とし
ているのは、図3に示すように、0.5%以上とするこ
とによって摩耗量を著しく減少させることができるため
であるが、黒鉛添加量が多くなると曲げ強さおよび熱伝
導率が低下するようになるので3%以下としている。
【0011】
【発明の作用】本発明に係わる高熱伝導性銅系焼結摺動
部材は、上述した構成を有するものであって、熱伝導性
の良好なCu−Zn基地中に強度および耐摩耗性を向上
させるためSnを固溶させ、耐摩耗性を向上させるため
高温下での耐摩耗性に優れたCo−Cr−Mo−Siか
らなる硬質粒子および高温下での潤滑特性に優れた黒鉛
を分散させるようにしたものであるから、構造部材とし
て必要な強度が保持されると共に、熱伝導性と耐摩耗性
にも優れた高熱伝導性銅系焼結摺動部材となり、例え
ば、エンジンの動弁機構におけるバルブガイドの素材と
しても有用なものとなる。
【0012】そして、先にも述べたように、Cu基地中
に含まれたZnは強度および耐摩耗性の向上に寄与する
作用を有するので、このような作用を得るために10%
以上としているが、30%を超えると熱伝導率が低下す
るので、10〜30%としており、また、SnはZnと
同様に、強度および耐摩耗性の向上に寄与する作用を有
するので0.5%以上としているが、5.18%を超
えると十分な作用を得ることができなくなり、また、熱
伝導率も低下するので、0.5〜5.18%としてい
る。さらに、硬質粒子は耐摩耗性の向上に寄与する作用
を有するので3%以上としているが、10%を超えると
強度,熱伝導率が低下するので3〜10%としており、
さらにまた、黒鉛も硬質粒子と同様に耐摩耗性の向上に
寄与する作用を有するので0.5%以上としているが、
3%を超えると強度および熱伝導率が低下するので0.
5〜3%としている。
【0013】
【実施例】以下、実施例について比較例と共に詳細に説
明する。
【0014】銅系焼結摺動部材の製造に際して用いた原
料粉は、Cu−20%Zn(品種M),Cu−35%Z
n(品種H)の各合金粉,Cu粉末,Sn粉末,黒鉛粉
末,硬質粒子(Co−Cr−Mo−Si)であり、硬質
粒子については、標準組成の粉末(品種M)として、C
o−8.5%Cr−28%Mo−2.4%Si粉末を用
い、粉末の製品規格の上限組成の粉末(品種H)とし
て、Co−9.5%Cr−30%Mo−2.7%Si粉
末を用い、粉末の製品規格の下限組成の粉末(品種L)
として、Co−7.5%Cr−27%Mo−2.1%S
i粉末を用いた。そして、表1,表2,表3,表4,表
5の原料粉の種類とその配合割合の欄に示す配合割合
で、試料番号1から試料番号35までの割合に配合し、
ステアリン酸Liを0.5重量%添加した混合粉を成形
密度7.15g/cmに圧縮成形し、温度550℃の
アンモニア分解ガス中で仮焼結した後、圧力5000f
/cmで再加圧し、その後、温度820℃のアンモニ
ア分解ガス中で焼結して各焼結体試料とした。
【0015】そして、各焼結体試料1〜35の密度,硬
さを表1,表2,表3,表4,表5に示し、各焼結体試
料1〜35の曲げ強さ,熱伝導率,摩耗量を表6,表
7,表8,表9,表10に示す。なお、試料36は、従
来用いられた高力黄銅の溶製材である。
【0016】ここで、この実施例において適用される高
熱伝導性バルブガイドに必要な特性について述べると、
従来材である高力黄銅の熱伝導率は0.19cal/c
m・sec・℃(600℃)であり、さらに、トルクの
向上,耐ノッキング性の向上をはかるためには、従来材
以上の熱伝導率は必要となる。また、バルブガイドをヘ
ッドに圧入するためには、相応の強度(曲げ強さ)が必
要となり、さらに、耐摩耗性は従来材と比較して優れて
いることが必要特性となっている。
【0017】そこで、今回の評価規準として、熱伝導率
は0.20cal/cm・sec・℃(600℃)以
上、強度は曲げ強さ20kgf/mm以上、摩耗量は
従来材の2割(10μm)以下とした。
【0018】表1に示す試料1〜9は、Zn量の影響を
みており、また、表6に示す熱伝導率,強度,摩耗量は
基地中のZn含有量が重要となるため、基地中のZn含
有量と熱伝導率,曲げ強さ,摩耗量の関係を調べた。こ
の結果を図1に示す。
【0019】表6および図1に示すように、曲げ強さ,
摩耗量はZn添加量が増加するとともに良好となり、そ
れぞれ10%添加で評価規準を満足している。しかし、
熱伝導率はZn添加量が増加するとともに低くなる傾向
にあり、32%添加で評価規準を確保できなくなること
から、Cu−Zn基地中のZn含有量は10〜30%と
した。
【0020】表2に示す試料10〜15は、硬質粒子の
影響をみており、図2に硬質粒子の添加量と熱伝導率,
曲げ強さ,摩耗量の関係を調べた結果を示している。表
7および図2に示すように、硬質粒子の添加量3%で著
しく摩耗量を減少させることができ、評価規準を満足し
ている。しかし、12%添加において、熱伝導率,曲げ
強さは評価規準を満足していないため、硬質粒子の添加
量は3〜10%とした。
【0021】また、表5に示す試料32〜35は、硬質
粒子の製品規格の上限の粉末(品種H)および下限の粉
末(品種L)を用い、添加量の上限・下限に設定したも
のである。表10に示すように、いずれの試料ともに熱
伝導率,曲げ強さ,摩耗量は評価規準を満足しているこ
とから、硬質粒子中の成分組成は、Cr:7.5〜9.
5%、Mo:27〜30%、Si:2.1〜2.7%、
残部:実質的にCoよりなるものとした。
【0022】表3に示す試料16〜22は、黒鉛添加量
の影響をみており、図3に黒鉛の添加量と熱伝導率,曲
げ強さ,摩耗量の関係を調べた結果を示している。表8
および図3に示すように、黒鉛添加量が増加すると摩耗
量は減少する傾向にあり、0.5%添加で評価規準を確
保している。しかし、添加量が増加するに従い曲げ強
さ,熱伝導率は低くなる傾向を示し、4%添加におい
て、それぞれ評価規準を満足しないことから、黒鉛添加
量は0.5〜3%とした。
【0023】表4に示す試料23〜31はSn添加量の
影響をみており、図4にSnの添加量と熱伝導率,曲げ
強さ,摩耗量の関係を調べた結果を示している。表9お
よび図4に示すように、Sn添加量が増加すると曲げ強
さが向上し、0.5%添加で評価規準を満足する。ま
た、5%添加で最高値を示し、その後急激に曲げ強さは
低下する。さらに、摩耗量は、添加量が増加すると減少
傾向にあるが、熱伝導率は6%添加で0.2cal/c
m・sec・℃を確保できないため、Sn添加量は0.
5〜5%とした。表5に示す試料36は従来材である高
力黄銅であるが、表10に示すように、本発明材は従来
材よりも優れた熱伝導性,耐摩耗性を示している。
【0024】
【表1】
【0025】
【表2】
【0026】
【表3】
【0027】
【表4】
【0028】
【表5】
【0029】
【表6】
【0030】
【表7】
【0031】
【表8】
【0032】
【表9】
【0033】
【表10】
【0034】
【発明の効果】以上説明したように、本発明に係わる銅
系焼結摺動部材は、熱伝導性の良好なCu−Zn基地中
に強度および耐摩耗性向上のためにSnを添加し、高温
下での耐摩耗性に優れたCo−Cr−Mo−Siからな
る硬質粒子および高温下での潤滑特性に優れた黒鉛が分
散した焼結合金であるから、従来材である高力黄銅の溶
製材よりも熱伝導性,耐摩耗性が優れているものとな
る。したがって、例えば、エンジンの動弁機構のバルブ
ガイドの素材として用いた場合に、従来材を使用した場
合に比べて燃焼室内の冷却性能を向上させることがで
き、出力および燃費を向上させることが可能となるとい
う著しく優れた効果がもたらされる。
【図面の簡単な説明】
【図1】Cu−Zn基地中のZn含有量による曲げ強
さ,摩耗量,熱伝導率への影響を調べた結果を示すグラ
フである。
【図2】硬質粒子添加量による曲げ強さ,摩耗量,熱伝
導率への影響を調べた結果を示すグラフである。
【図3】黒鉛添加量による曲げ強さ,摩耗量,熱伝導率
への影響を調べた結果を示すグラフである。
【図4】Sn添加量による曲げ強さ,摩耗量,熱伝導率
への影響を調べた結果を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き 審査官 寺本 光生 (56)参考文献 特開 平3−6342(JP,A) 特開 平5−43913(JP,A) 特開 平4−33796(JP,A) 特開 平4−340(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C22C 9/04 F16C 33/12

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 全体組成が、重量比で、Zn:8.7〜
    29%、:0.5〜3%、Sn:0.5〜5%、C
    r:0.2〜1%、Mo:0.8〜3%、Si:0.0
    6〜0.3%、Co:1.7〜6.3%、残部:実質的
    にCuよりなり、且つ、Zn:10〜30%、Sn:
    0.5〜5.18%、残部:実質的にCuの合金基地
    中に、Cr:7.5〜9.5%、Mo:27〜30%、
    Si:2.1〜2.7%、残部:実質的にCoの硬質
    相:3〜10%、黒鉛:0.5〜3%が分散した組織を
    呈することを特徴とする高熱伝導性銅系焼結摺動部材。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN106457401A (zh) * 2014-06-27 2017-02-22 株式会社理研 烧结阀座及其制造方法
CN106457401B (zh) * 2014-06-27 2019-04-23 株式会社理研 烧结阀座及其制造方法

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