特許 6858807 焼結軸受

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6858807

(24)【登録日】2021年3月26日

(45)【発行日】2021年4月14日

(54)【発明の名称】焼結軸受

(51)【国際特許分類】

   B22F 5/00 20060101AFI20210405BHJP

   F16C 33/12 20060101ALI20210405BHJP

   C22C 9/01 20060101ALI20210405BHJP

   C22C 1/10 20060101ALI20210405BHJP

   F16C 17/02 20060101ALI20210405BHJP

【ＦＩ】

   B22F5/00 C

   F16C33/12 B

   C22C9/01

   C22C1/10 E

   F16C17/02 Z

【請求項の数】9

【全頁数】13

(21)【出願番号】特願2019-85368(P2019-85368)

(22)【出願日】2019年4月26日

(62)【分割の表示】特願2014-265247(P2014-265247)の分割

【原出願日】2014年12月26日

(65)【公開番号】特開2019-173970(P2019-173970A)

(43)【公開日】2019年10月10日

【審査請求日】2019年5月24日

(73)【特許権者】

【識別番号】000102692

【氏名又は名称】ＮＴＮ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100107423

【弁理士】

【氏名又は名称】城村 邦彦

(74)【代理人】

【識別番号】100120949

【弁理士】

【氏名又は名称】熊野 剛

(74)【代理人】

【識別番号】100155457

【弁理士】

【氏名又は名称】野口 祐輔

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 容敬

(72)【発明者】

【氏名】大橋 勇太

【審査官】 池ノ谷 秀行

(56)【参考文献】

【文献】 特開２０１３−２１６９７２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００５−０４８２８５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０４−１３１３３９（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１３−０２３７３２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００９−００７６５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 Norbert Ponweiser et. al，New investigation of phase equilibria in the system Al-Cu-Si，Journal of Alloys and Compounds，ELSEVIER，２０１２年，512，p.252-263，doi:10.1016/j.jallcom.2011.09.076

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２２Ｆ ５／００

Ｆ１６Ｃ ３３／００−３３／２８

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

Ｃｕを主成分としてＡｌ及びＳｉを含み、Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉ合金組織同士が焼結されたアルミ青銅系の焼結金属で形成された焼結軸受であって、
前記Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉ合金組織には、Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉマトリクス相及びＡｌ−Ｓｉ化合物相が析出し、Ａｌ−Ｃｕ化合物相は析出しておらず、
前記焼結金属が純銅組織を含まない焼結軸受。

【請求項2】

Ａｌを７〜１１質量％、Ｓｉを１〜６質量％含み、残部の主成分をＣｕとした請求項１記載の焼結軸受。

【請求項3】

Ａｌ、Ｃｕ、及びＺｎを含み、Ａｌ−Ｃｕ−Ｚｎ合金組織同士が焼結されたアルミ青銅系の焼結金属で形成された焼結軸受であって、
前記Ａｌ−Ｃｕ−Ｚｎ合金組織には、Ａｌ−Ｃｕ−Ｚｎマトリクス相及びＡｌ−Ｚｎ化合物相が析出し、Ａｌ−Ｃｕ化合物相が析出しておらず、
前記焼結金属が純銅組織を含まない焼結軸受。

【請求項4】

Ａｌを７〜１１質量％、Ｚｎを１〜５質量％含み、残部の主成分をＣｕとした請求項３記載の焼結軸受。

【請求項5】

軸受面に遊離黒鉛を露出させた請求項１〜４の何れかに記載の焼結軸受。

【請求項6】

請求項１〜５の何れかに記載の焼結軸受と、前記焼結軸受の内周に挿入され、回転自在に支持される軸と、前記軸に固定されたポンプインペラとを備えた燃料ポンプ。

【請求項7】

請求項１〜５の何れかに記載の焼結軸受と、前記焼結軸受の内周に挿入され、軸方向移動自在に支持される軸を有するバルブとを備えたＥＧＲバルブ。

【請求項8】

Ｃｕを主成分としてＡｌ及びＳｉを含み、Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉ合金組織同士が焼結されたアルミ青銅系の焼結軸受の製造方法であって、
前記Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉ合金組織に、Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉマトリクス相及びＡｌ−Ｓｉ化合物相が析出し、Ａｌ−Ｃｕ化合物相は析出しないように、原料粉末の成分及び配合比を設定し、
前記原料粉末が純銅粉末を含まない焼結軸受の製造方法。

【請求項9】

Ｃｕを主成分としてＡｌ及びＺｎを含み、Ａｌ−Ｃｕ−Ｚｎ合金組織同士が焼結されたアルミ青銅系の焼結軸受の製造方法であって、
前記Ａｌ−Ｃｕ−Ｚｎ合金組織に、Ａｌ−Ｃｕ−Ｚｎマトリクス相及びＡｌ−Ｚｎ化合物相が析出し、Ａｌ−Ｃｕ化合物相は析出しないように、原料粉末の成分及び配合比を設定し、
前記原料粉末が純銅粉末を含まない焼結軸受の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、焼結軸受に関し、特に、Ａｌ及びＣｕを含むアルミ青銅系の焼結軸受に関する。

【背景技術】

【0002】

エンジンの燃料として用いられるガソリンや軽油等の品質は、世界の各地域で異なっており、粗悪な燃料（ガソリンや軽油等）やバイオ燃料等が使用されることもある。このような燃料と接触し得る箇所（例えば電動燃料ポンプやＥＧＲバルブ）に設けられる軸受には、粗悪燃料やバイオ燃料に含まれる硫化物や有機酸に対する耐腐食性が求められる。

【0003】

一方、エンジンの小型化及び軽量化に伴って、電動燃料ポンプ等にも小型化及び軽量化が求められ、これらに組み込まれる軸受にも小型化が求められる。例えば電動燃料ポンプでは、吐出性能を確保しつつ小型化を図るために、回転数を高める必要がある。このような高速回転する軸を支持する軸受には、小型化と共に耐腐食性、耐摩耗性（低摩擦特性）が要求される。

【0004】

例えば、耐摩耗性に優れた軸受として、銅系焼結軸受が知られている。しかし、銅系焼結軸受は、粗悪燃料やバイオ燃料に含まれる硫化物や有機酸と接触することにより、銅が腐食されやすい。例えば、銅系焼結軸受に硫化物が接触すると、表面（特に軸受面）に硫化銅が生成することで、軸受面と軸との間の隙間が減少し、回転トルクの上昇を招く恐れがある。また、銅系焼結軸受に有機酸が接触すると、銅が溶出するため、耐摩耗性が低下して製品寿命が短くなる恐れがある。以上のように、銅系焼結軸受は、耐摩耗性には優れているが、耐腐食性に劣るため、粗悪燃料やバイオ燃料と接触する用途には向いていない。

【0005】

例えば特許文献１には、アルミ青銅系の焼結軸受が示されている。アルミ青銅系の焼結軸受は、摺動性に優れると共に、表面に酸化アルミニウム膜が生成されるため耐腐食性にも優れている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００９−７６５０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上記特許文献１には、アルミ青銅系の焼結軸受の各成分の配合比を調整する技術が示されている。しかし、このような技術を適用しても、耐腐食性が十分に高められるとは言えず、さらなる検討が求められている

【0008】

以上の事情に鑑み、本発明は、アルミ青銅系の焼結軸受の耐腐食性を高めることを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記の目的を達成するために、本発明は、Ａｌ、Ｃｕ、及びＮｉを含み、Ａｌ−Ｃｕ−Ｎｉ合金組織同士が焼結された焼結軸受であって、前記Ａｌ−Ｃｕ−Ｎｉ合金組織には、Ａｌ−Ｃｕ−Ｎｉマトリクス相及びＡｌ−Ｎｉ化合物相が析出し、Ａｌ−Ｃｕ化合物相は析出していない焼結軸受を提供する。

【0010】

このように、Ａｌ及びＣｕを含むアルミ青銅系の焼結軸受にＮｉを配合し、合金組織にＡｌ−Ｃｕ−Ｎｉマトリクス相（固溶体合金相）を析出させることで、耐腐食性が向上する。このとき、Ａｌ−Ｃｕ−Ｎｉ合金組織には、通常、マトリクス相だけでなく、マトリクス相よりも耐腐食性の低い化合物相が析出する。具体的に、Ａｌ−Ｃｕ化合物相は耐腐食性が特に低く、Ａｌ−Ｎｉ化合物相は、Ａｌ−Ｃｕ化合物相よりは耐腐食性が高い。従って、Ａｌ−Ｃｕ−Ｎｉ合金組織において、耐腐食性が特に劣るＡｌ−Ｃｕ化合物相が析出せずに、耐腐食性が比較的優れたＡｌ−Ｎｉ化合物相が析出するように、原料粉末の成分や配合比を調整すれば、非常に優れた耐腐食性を有する焼結軸受を得ることができる。

【0011】

上記の焼結軸受の組成は、例えば、Ａｌを７〜１１質量％、Ｎｉを１〜６質量％含み、残部の主成分をＣｕとされる。

【0012】

また、上記の焼結軸受において、Ｎｉの代わりにＳｉを配合しても、上記と同様の効果を得ることができる。すなわち、上記の目的は、Ａｌ、Ｃｕ、及びＳｉを含み、Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉ合金組織同士が焼結された焼結軸受であって、前記Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉ合金組織には、Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉマトリクス相及びＡｌ−Ｓｉ化合物相が析出し、Ａｌ−Ｃｕ化合物相は析出していない焼結軸受により達成することができる。この焼結軸受の組成は、例えば、Ａｌを７〜１１質量％、Ｓｉを１〜６質量％含み、残部の主成分をＣｕとされる。

【0013】

さらに、上記の焼結軸受において、Ｎｉの代わりにＺｎを配合しても、上記と同様の効果を得ることができる。すなわち、上記の目的は、Ａｌ、Ｃｕ、及びＺｎを含み、Ａｌ−Ｃｕ−Ｚｎ合金組織同士が焼結された焼結軸受であって、前記Ａｌ−Ｃｕ−Ｚｎ合金組織には、Ａｌ−Ｃｕ−Ｚｎマトリクス相及びＡｌ−Ｚｎ化合物相が析出し、Ａｌ−Ｃｕ化合物相が析出していない焼結軸受により達成することができる。この焼結軸受の組成は、例えば、Ａｌを７〜１１質量％、Ｚｎを１〜５質量％含み、残部の主成分をＣｕとされる。

【0014】

ところで、純銅は硫化物が付着しやすいため、焼結軸受に純銅組織（Ｃｕ相）が存在すると、Ｃｕ相に硫化物が付着するため硫化腐食が生じやすい。このため、焼結軸受の原料に純銅粉末が含まれる場合は、Ｃｕ相にＡｌを拡散させて合金化する必要があり、焼結工程のコストが高くなる。従って、上記の焼結軸受の原料粉末は、純銅粉末を含まないことが好ましい。

【0015】

上記のような焼結軸受の軸受面に遊離黒鉛を露出させると、遊離黒鉛の自己潤滑性により、潤滑性及び耐摩耗性を向上させることができる。

【0016】

燃料ポンプに設けられた軸の回転を支持する軸受や、ＥＧＲバルブに設けられたバルブの軸方向の往復動を支持する軸受は、燃料等に含まれる硫化物や有機酸と接触し、優れた耐腐食性が求められる。このような用途で使用される軸受として、上記の焼結軸受が好適に使用できる。

【発明の効果】

【0017】

以上のように、本発明によれば、アルミ青銅系の焼結軸受の耐腐食性を高めることができる。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の実施形態に係る焼結軸受の断面図である。

【図2】上記焼結軸受の拡大断面図である。

【図3】上記焼結軸受のＡｌ−Ｃｕ−Ｎｉ合金組織の拡大図である。

【図4】他の実施形態に係る焼結軸受のＡｌ−Ｃｕ−Ｓｉ合金組織の拡大図である。

【図5】他の実施形態に係る焼結軸受のＡｌ−Ｃｕ−Ｚｎ合金組織の拡大図である。

【図6】燃料ポンプの断面図である。

【図7】ＥＧＲバルブの断面図である。

【図8】比較例に係る試験片のＡｌ−Ｃｕ合金組織の拡大図である。

【図9】腐食試験の結果を示すグラフである。

【発明を実施するための形態】

【0019】

本発明の一実施形態に係る焼結軸受１は、図１に示すように円筒状を成し、内周に軸２が挿入される。焼結軸受１の内周面１ａは円筒面であり、軸２の外周面を摺動支持する軸受面として機能する。焼結軸受１の外周面１ｂは円筒面であり、他部材に取り付けられる取付面として機能する。

【0020】

焼結軸受１は、焼結金属、特にアルミ青銅系の焼結金属で形成され、本実施形態では、Ａｌ，Ｃｕ，及びＮｉを含む焼結金属で形成される。具体的に、焼結軸受１は、例えば、Ａｌを７〜１１質量％、Ｎｉを１〜６質量％含み、残部の主成分がＣｕとされる。本実施形態では、上記の他、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉの合計１００質量％に対し、３〜６質量％の黒鉛（遊離黒鉛）と、０．１〜０．４質量％のＰを含む。本実施形態では、焼結軸受１が、Ａｌを８．５質量％、Ｎｉを５質量％含み、残部の主成分がＣｕとされる。

【0021】

焼結軸受１は、図２に拡大して示すように、Ａｌ−Ｃｕ−Ｎｉ合金組織３を有し、隣接するＡｌ−Ｃｕ−Ｎｉ合金組織３同士が焼結結合されている。Ａｌ−Ｃｕ−Ｎｉ合金組織３の間には、無数の内部空孔４が設けられる。内部空孔４は、焼結軸受１の表面に連通している。Ａｌ−Ｃｕ−Ｎｉ合金組織３の表面、すなわち、内周面１ａ（軸受面）を含む焼結軸受１の表面や、焼結軸受１の内部空孔４の周りには、酸化アルミニウム被膜５が形成されている。この酸化アルミニウム被膜５によりＡｌ−Ｃｕ−Ｎｉ合金組織３が保護されるため、耐腐食性及び耐摩耗性が高められる。焼結軸受１の表面及び内部には遊離黒鉛６が分布している。この遊離黒鉛６の一部が、焼結軸受１の軸受面（内周面１ａ）に露出している。Ａｌ−Ｃｕ−Ｎｉ合金組織３の粒界部には、Ｐ（燐）が存在している（図示省略）。

【0022】

図３に、Ａｌ−Ｃｕ−Ｎｉ合金組織３をさらに拡大して示す。同図に示すように、Ａｌ−Ｃｕ−Ｎｉ合金組織３には、Ａｌ−Ｃｕ−Ｎｉマトリクス相（α相）と、Ａｌ−Ｎｉ化合物相（κ相）とが析出している一方で、Ａｌ−Ｃｕ化合物相（γ相）は析出していない。このように、耐腐食性が非常に高いＡｌ−Ｃｕ−Ｎｉマトリクス相を析出させることで、焼結軸受１に優れた耐腐食性を付与することができる。また、焼結軸受１にＡｌ−Ｃｕ−Ｎｉ合金組織３を生成する際、耐食性に劣る化合物相の析出は現実的に避けられないが、上記のように耐腐食性が特に低いＡｌ−Ｃｕ化合物相を析出させずに、耐腐食性が比較的高いＡｌ−Ｎｉ化合物相を析出させることで、焼結軸受１の耐腐食性がさらに高められる。このとき、Ａｌ−Ｃｕ−Ｎｉ合金組織３におけるＡｌ−Ｃｕ−Ｎｉマトリクス相の割合は高い方が好ましく、例えば面積比で５０％以上、好ましくは７０％以上とされ、図示例ではおよそ８５％程度となっている。

【0023】

焼結軸受１の密度比は、８０〜９５％の範囲とされる。焼結軸受１の密度比が８０％未満では強度が不十分となり、密度比が９５％を超えると含油量が不足するため、好ましくない。焼結軸受１の表層の密度比は、内部の密度比よりも高くなっている。すなわち、焼結軸受１の表面における空孔率（表面開口率）が、焼結軸受１の内部における空孔率よりも小さくなっている。また、焼結軸受１の外周面１ｂ側の表層の密度比は、内周面１ａ側の表層の密度比よりも高くなっている。すなわち、焼結軸受１の外周面１ｂにおける表面開口率が、焼結軸受１の内周面１ａにおける表面開口率よりも小さくなっている。尚、密度比αは次式で表される。
α（％）＝（ρ１／ρ０）×１００
ただし、ρ１：多孔質体の密度、ρ０：その多孔質体に空孔がないと仮定した場合の密度また、焼結軸受１の表層とは、焼結軸受１の表面から、焼結軸受１の内径の１／１００〜１／１５の深さまでの領域とする。

【0024】

焼結軸受１の内部空孔には、潤滑油が含浸されている。潤滑油としては鉱油、ポリαオレフィン（ＰＡＯ）、エステル、液状グリース等を使用することができる。ただし、軸受の使用用途にとっては、必ずしも潤滑油を含浸する必要はない。

【0025】

焼結軸受１の内周に挿入された軸２が回転又は軸方向移動、あるいはこれらの双方の運動をし、焼結軸受１の内周面１ａと軸２の外周面が摺動すると、焼結軸受１の内部空孔に保持された潤滑油が温度上昇に伴って内周面１ａに滲み出す。この内周面１ａに滲み出した潤滑油によって、焼結軸受１の内周面１ａと軸２の外周面との間の軸受隙間に油膜が形成され、軸２が焼結軸受１によって支持される。

【0026】

次に、上記の焼結軸受１の製造方法を説明する。

【0027】

焼結軸受１は、各種粉末を混合して原料粉末を得る混合工程と、原料粉末を金型で圧縮して圧粉体を得る圧粉工程と、圧粉体を焼結して焼結体を得る焼結工程と、焼結体を金型で圧縮して整形するサイジング工程とを経て形成される。以下、各工程を詳しく説明する。

【0028】

［混合工程］
混合工程では、各種粉末を混合機で混合することで、原料粉末が生成される。原料粉末は、Ａｌ源、Ｃｕ源、Ｎｉ源、Ｐ源、及び固体潤滑剤となる粉末を含む。原料粉末には、純Ｃｕ粉末や純Ａｌ粉末は含まれない。原料粉末には、必要に応じて、さらに、焼結助剤としてのフッ化アルミニウム及びフッ化カルシウム粉末や、離型用潤滑剤としてのステアリン酸亜鉛又はステアリン酸カルシウムが混合される。以下、各粉末について詳しく説明する。

【0029】

Ａｌ及びＣｕ源としては、例えばＡｌ−Ｃｕ−Ｎｉ合金粉末やＡｌ−Ｃｕ合金粉末を使用できる。Ｎｉ源としては、例えばＡｌ−Ｃｕ−Ｎｉ合金粉末やＣｕ−Ｎｉ合金粉末を使用できる。本実施形態では、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉ源として、Ａｌ−Ｃｕ−Ｎｉ合金粉末が用いられる。Ａｌ−Ｃｕ−Ｎｉ合金粉末は、７〜１１質量％のＡｌを含む。Ａｌ−Ｃｕ−Ｎｉ合金粉末は、例えばアトマイズ法により製造したものが使用できる。Ａｌ−Ｃｕ−Ｎｉ合金粉末の粒径は１０６μｍ以下で、平均粒径は２０〜５０μｍである。尚、平均粒径とは、レーザ回析により測定した粒径の平均値を意味する。具体的には、（株）島津製作所製ＳＡＬＤ−３１００により、５０００粉末をレーザ回析で測定したときの粒径の平均値とする（以下同様）。

【0030】

Ｐ源としては、Ｐ合金粉末を使用できる。Ｐ合金粉末は、例えばＰ−Ｃｕ合金粉末を使用することができ、本実施形態では７〜１０質量％Ｐ−Ｃｕ合金粉末を用いた。Ｐは、焼結時の固液相間の濡れ性を高める効果がある。Ｐ成分が少なすぎると、固液相間の焼結促進効果が乏しい。一方、Ｐ成分が多すぎると、焼結が進み過ぎてＡｌが偏析しやすくなる。従って、Ｐ合金粉末の配合量は、例えば、原料粉末中のＰ成分が、Ａｌ、Ｃｕ、及びＮｉの合計１００質量％に対して０．１〜０．６質量％、好ましくは０．１〜０．４質量％となるように設定される。

【0031】

固体潤滑剤としては、例えば黒鉛粉末を使用できる。黒鉛粉末は、主として焼結軸受１の空孔内や表面に遊離黒鉛として存在する。特に、軸受面（内周面１ａ）に露出した黒鉛粉末は、焼結軸受１に優れた潤滑性を付与し、耐摩耗性の向上に寄与する。黒鉛粉末の配合量は、例えば、原料粉末中のＡｌ、Ｃｕ、Ｎｉの合計１００質量％に対して、３〜６質量％とされる。黒鉛の配合量が３質量％未満では、黒鉛添加による潤滑性、耐摩耗性の向上効果が得られない。一方、黒鉛の配合量が６質量％を超えると、例えばＡｌのＣｕへの拡散が阻害され始めることが懸念される。黒鉛の配合量が１０質量％を超えると、材料強度が低下し、ＡｌのＣｕへの拡散を阻害するので好ましくない。尚、一般的には、原料粉末の主成分に対して黒鉛を４質量％以上添加すると成形することが困難となるが、黒鉛粉末として造粒黒鉛を使用することで、成形が可能となる。本実施形態では、黒鉛粉末は、天然黒鉛又は人造黒鉛の微粉を樹脂バインダで造粒後粉砕し、粒径１４５メッシュ以下の黒鉛粉末を用いた。

【0032】

フッ化アルミニウム及びフッ化カルシウムは、焼結助剤として機能する。具体的に、フッ化アルミニウム及びフッ化カルシウムは、Ａｌ−Ｃｕ−Ｎｉ合金粉末の焼結温度である８５０〜９００℃で溶融しながら徐々に蒸発し、Ａｌ−Ｃｕ−Ｎｉ合金粉末の表面を保護して酸化アルミニウムの生成を抑制することにより、焼結を促進しアルミニウムの拡散を増進させる。フッ化アルミニウムおよびフッ化カルシウムは、焼結時に蒸発、揮散するので、焼結軸受１の完成品には殆ど残らない。フッ化アルミニウムおよびフッ化カルシウムは、原料粉末中のＡｌ、Ｃｕ、Ｎｉの合計１００質量％に対して、合計で０．０５〜０．２質量％程度で添加することが好ましい。０．０５質量％未満では、焼結助剤としての効果が不十分となり、緻密で適宜の強度を有する焼結体が得られない。一方、０．２質量％を超えると、それ以上添加しても焼結助剤としての効果は頭打ちとなるため、コスト的な観点から０．２質量％以下に止めることが好ましい。

【0033】

尚、特に必要がなければ、Ｐ合金粉末やフッ化アルミニウム及びフッ化カルシウム等の焼結助剤や、黒鉛粉末等の固体潤滑剤、ステアリン酸亜鉛等の離型用潤滑剤の何れかあるいは全てを、原料粉末に配合しなくてもよい。

【0034】

［圧粉工程］
圧粉工程では、上記の原料粉末を圧粉金型に充填して圧縮することにより、焼結軸受１と略同じ形状をなした圧粉体を形成する。本実施形態では、圧粉金型に充填した原料粉末を２００〜７００ＭＰａの加圧力で圧縮することにより圧粉体を成形する。尚、圧粉金型を７０℃以上に加温した状態で、圧粉体を成形してもよい。

【0035】

本実施形態の焼結軸受１では、Ａｌ源がＡｌ−Ｃｕ−Ｎｉ合金粉末のみで構成されており、原料粉末に純Ａｌ粉末は含まれない。これにより、比重の小さい純Ａｌ粉末に起因した原料粉末の流動性の悪化や、純Ａｌ粒子の飛散に伴う取り扱い上の問題が解消される。これにより、圧粉金型への原料粉末の充填性が高められるため、成形性の低下や圧粉体の強度不足を回避できる。

【0036】

［焼結工程］
焼結工程では、圧粉体を所定の焼結温度で加熱し、隣接する原料粉末同士を焼結結合させることによって焼結体を形成する。焼結工程は、例えば、メッシュベルト式連続炉を用いて行われる。圧粉体を加熱することで、隣接するＡｌ−Ｎｉ−Ｃｕ合金粉末（Ａｌ−Ｃｕ−Ｎｉ合金組織）同士が焼結結合（拡散接合）し、焼結体が形成される。このとき、原料粉末に含まれるＰ成分により、Ａｌ−Ｃｕ−Ｎｉ合金組織同士の焼結が促進され、焼結体の強度が高められる。また、原料粉末中の黒鉛粉末は、焼結体の内部及び表面に遊離黒鉛として残存する。

【0037】

こうして得られた焼結体のＡｌ−Ｃｕ−Ｎｉ合金組織には、Ａｌ−Ｃｕ−Ｎｉマトリクス相（α相）と、Ａｌ−Ｎｉ化合粒相（κ相）が析出している一方で、Ａｌ−Ｃｕ化合物相（γ相）は析出していない（図２参照）。このような合金組織が得られるように、原料粉末の成分や配合比を設定することで、非常に優れた耐腐食性が得られる。具体的には、例えば、予め当該焼結温度におけるＡｌ−Ｃｕ−Ｎｉの三元状態図を取得し、この三元状態図から上記のような組織が得られる成分及びその配合比を設定することで、上記のような焼結体を得ることができる。

【0038】

焼結温度は９００〜９５０℃が好ましく、９００〜９２０℃がさらに好ましい。また、雰囲気ガスは、水素ガス、窒素ガスあるいはこれらの混合ガスを使用できる。焼結時間は、長くするほど耐腐食性が向上し、例えば燃料ポンプに用いられる焼結軸受１では２０〜６０分（例えば３０分）が好ましい。

【0039】

Ａｌ−Ｃｕ−Ｎｉ合金粉末は、共晶温度５４８℃以上になると様々な液相が発生する。液相が発生すると圧粉体が膨張し、発生した液相により焼結ネックが形成された後、緻密化に至って収縮することで焼結体が得られる。このとき、焼結体の表層では、Ａｌ−Ｃｕ−Ｎｉ合金組織が酸化されて焼結が阻害されることにより、緻密化に至らず寸法が膨張したままとなるため、焼結体の強度不足が懸念される。しかし、焼結体の内部では、Ａｌ−Ｃｕ−Ｎｉ合金組織は酸化されにくく、十分に焼結されるため、焼結体の強度を十分確保することができる。

【0040】

［サイジング工程］
サイジング工程では、焼結により膨張した焼結体を圧縮して寸法整形する。具体的には、焼結体の内周にコアロッドを挿入すると共に、上下パンチで焼結体の軸方向幅を所定寸法に規定した状態で、これらを一体的にダイの内周に圧入する。これにより、焼結体の外周面がダイで圧迫されて成形されると共に、焼結体の内周面がコアロッドの外周面に押し付けられて成形される。このサイジング工程により、膨張した焼結体の表層が圧縮され、表層の密度が内部の密度よりも大きくなる。また、焼結体の外周面側の表層は、内周面側の表層よりも圧縮量が大きくなるため、外周面側の表層の密度が内周面側の密度よりも大きくなる。尚、サイジング工程の後、焼結体の内周面１ａにさらに回転サイジングすることで、内周面１ａ（軸受面）に開口した空孔をさらに小さくしてもよい。

【0041】

［含油工程］
含油工程では、上記の焼結体の内部空孔に潤滑油が含浸される。具体的には、減圧環境下で焼結体を潤滑油中に浸漬した後、常圧に戻すことで、焼結体の内部空孔に潤滑油が含浸される。以上により、焼結軸受１が完成する。

【0042】

本発明は上記の実施形態に限られない。例えば、焼結軸受１の組成は上記に限らず、例えば、上記の実施形態のＮｉに代えて、Ｓｉを配合してもよい。具体的には、例えば焼結軸受の組成を、Ａｌを７〜１１質量％、Ｓｉを１〜６質量％含み、残部の主成分をＣｕとすることができる。図４に、Ａｌを８．５質量％、Ｓｉを２質量％含み、残部の主成分をＣｕとした焼結軸受のＡｌ−Ｃｕ−Ｓｉ合金組織を示す。このＡｌ−Ｃｕ−Ｓｉ合金組織には、Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉマトリクス相（α相）と、Ａｌ−Ｓｉ化合物相（κ相）とが析出しているが、Ａｌ−Ｃｕ化合物相（γ相）は析出していない。Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉ合金組織におけるＡｌ−Ｃｕ−Ｓｉマトリクス相の割合は、例えば面積比で５０％以上、好ましくは７０％以上とされ、図示例ではおよそ７５％程度となっている。その他の成分や製法等は、上記の実施形態と同様であるため、説明を省略する。

【0043】

また、上記の実施形態のＮｉに代えて、Ｚｎを配合してもよい。具体的には、例えば焼結軸受１の組成を、Ａｌを７〜１１質量％、Ｚｎを１〜５質量％含み、残部の主成分をＣｕとすることができる。図５に、Ａｌを８．５質量％、Ｚｎを３質量％含み、残部の主成分をＣｕとした焼結軸受のＡｌ−Ｃｕ−Ｚｎ合金組織を有する。このＡｌ−Ｃｕ−Ｚｎ合金組織には、Ａｌ−Ｃｕ−Ｚｎマトリクス相（α相）と、Ａｌ−Ｚｎ化合物相（δ相）とが析出しているが、Ａｌ−Ｃｕ化合物相（γ相）は析出していない。Ａｌ−Ｃｕ−Ｚｎ合金組織におけるＡｌ−Ｃｕ−Ｚｎマトリクス相の割合は、例えば面積比で５０％以上、好ましくは７０％以上とされ、図示例ではおよそ８０％程度となっている。その他の成分や製法等は、上記の実施形態と同様であるため、説明を省略する。

【0044】

また、上記の実施形態のＮｉに加えて、Ｓｉ又はＺｎ、あるいはこれらの双方を配合してもよい。また、上記の実施形態のＮｉに代えて、Ｓｉ及びＮｉを配合してもよい。

【0045】

上記の焼結軸受１は、例えば、図６に示す燃料ポンプ（電動燃料ポンプ１０）に組み込まれる。電動燃料ポンプ１０は、略円筒状の金属製のハウジング１１と、ハウジング１１の上端部に固定された合成樹脂製のモータカバー１２と、ハウジング１１の下端部に固定された金属製のポンプカバー１３及びポンプボデー１４とを有する。

【0046】

ハウジング１１の内部には、モータのアーマチュア１５が配置されている。アーマチュア１５に設けられた軸２の軸方向両端部は、モータカバー１２とポンプカバー１３に取り付けられた焼結軸受１により回転自在に支持されている。焼結軸受１の内部空孔には、予め潤滑油が含浸されている。ハウジング１１に内周面にはマグネット１６が固定され、このマグネット１６とアーマチュア１５とが所定間隔で半径方向に対向している。モータカバー１２には、燃料噴射弁に通じる燃料供給パイプ（図示省略）に接続される吐出口１７が設けられている。この吐出口１７には、燃料の逆流を阻止するチェックバルブ１８が設けられる。チェックバルブ１８は、スプリング１９により閉止方向に付勢されている。

【0047】

軸２の端部（図中下端）には、ポンプインペラ２０が固定される。図示例では、２つのポンプインペラ２０が軸方向に離隔した２箇所に設けられる。ポンプボデー１４には吸入口２１が設けられている。アーマチュア１５及び８ポンプインペラ２０を一体回転させると、燃料タンク内の燃料が吸入口２１より汲み上げられ、ハウジング１１の内部を通過して、吐出口１７から吐出される。アーマチュア１５の軸２を回転自在に支持する焼結軸受１は、燃料（例えば、ガソリン）と常に接触する環境下にある。

【0048】

また、上記の焼結軸受１は、図７に示すＥＧＲバルブ３０に組み込んでもよい。ＥＧＲバルブ３０は、ハウジング３１と、ハウジング３１の内部に配されたバルブ３２と、バルブ３２を閉じる方向に付勢するスプリング３３と、バルブ３２を開く方向に駆動する駆動部３４（例えばステップモータ）とを備える。ハウジング３１の内部にはガス流路３５が形成され、ガス流路３５の途中に弁座３６が設けられる。バルブ３２のシャフト３２ａは、ハウジング３１に固定された焼結軸受１により軸方向に摺動自在に支持されている。この焼結軸受１は、内部空孔に潤滑油が含浸されておらず、ドライ状態で使用される。

【0049】

駆動部３４を停止した状態では、バルブ３２がスプリング３３の付勢力により弁座３６に押し付けられ、これによりガス流路３５が閉じた状態となる。一方、駆動部３４を駆動してバルブ３２を下方に移動させると、バルブ３２が弁座３６から離反してガス流路３５が開いた状態となり、エンジンから排出された排ガスがエンジンの吸気側に戻される。

【0050】

次に、組成の異なる焼結金属からなる複数の試験片（実施例１〜４、比較例１〜４）を作製し、これらに対して腐食試験を施した。各試験片は、下記の表１に示す組成を有し、上記に示した製法で作製されたものである。以下、各試験片について詳しく説明する。

【表1】

【0051】

Ａｌ−Ｃｕ−Ｎｉ系アルミ青銅焼結体（実施例１、実施例２）
７〜１１質量％Ａｌを含むＡｌ−Ｃｕ−Ｎｉ合金粉を含む原料粉末を用いて作成した焼結体からなり、Ａｌを８．５質量％、Ｎｉを３．０質量％（実施例１）あるいは５．０質量％（実施例２）含み、残部の主成分がＣｕである。この焼結体に生成されたＡｌ−Ｃｕ−Ｎｉ合金組織には、Ａｌ−Ｃｕ−Ｎｉマトリクス相（α相）と、Ａｌ−Ｎｉ化合物相（κ相）の析出が確認された（図３参照）。また、Ａｌ−Ｃｕ化合物相（γ相）の析出は確認されなかった。

【0052】

Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉ系アルミ青銅焼結体（実施例３）
７〜１１質量％Ａｌを含むＡｌ−Ｃｕ−Ｓｉ合金粉を含む原料粉末を用いて作成した焼結体からなり、Ａｌを８．５質量％、Ｓｉを２．０質量％含み、残部の主成分がＣｕである。この焼結体に生成されたＡｌ−Ｃｕ−Ｓｉ合金組織には、Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｉマトリクス相（α相）と、Ａｌ−Ｓｉ化合物相（δ相，κ相）の析出が確認された（図４参照）。また、Ａｌ−Ｃｕ化合物相（γ相）の析出は確認されなかった。

【0053】

Ａｌ−Ｃｕ−Ｚｎ系アルミ青銅焼結体（実施例４、比較例１）
７〜１１質量％Ａｌを含むＡｌ−Ｃｕ−Ｚｎ合金粉を含む原料粉末を用いて作成した焼結体からなり、Ａｌを８．５質量％、Ｚｎを３．０質量％（実施例３）あるいは５．０質量％（比較例１）含み、残部の主成分がＣｕである。この焼結体に生成されたＡｌ−Ｃｕ−Ｎｉ合金組織には、Ａｌ−Ｃｕ−Ｚｎマトリクス相（α相）と、Ａｌ−Ｚｎ化合物相（δ相）の析出が確認された（図５参照）。また、Ａｌ−Ｃｕ化合物相（γ相）の析出は確認されなかった。

【0054】

白銅系焼結体（比較例２）
Ｃｕ粉末及びＮｉ粉末を主に含む原料粉末を用いて作成した焼結体からなり、Ｎｉを３０〜３５質量％含む。

【0055】

Ａｌ−Ｃｕ系アルミ青銅焼結体（比較例３）
７〜１１質量％Ａｌを含むＡｌ−Ｃｕ合金粉を含む原料粉末を用いて作成した焼結体からなり、Ａｌを８．５質量％含み、残部の主成分がＣｕである。この焼結体に生成されたＡｌ−Ｃｕ合金組織には、Ａｌ−Ｃｕマトリクス相（α相）とＡｌ−Ｃｕ化合物相（γ相）の析出が確認された（図８参照）。

【0056】

Ａｌ−Ｃｕ−Ｓｎ系アルミ青銅焼結体（比較例４）
７〜１１質量％Ａｌを含むＡｌ−Ｃｕ合金粉と、Ｓｎ粉末とを含む原料粉末を用いて作成した焼結体からなり、Ａｌを８．５質量％、Ｓｎを３．０質量％含み、残部の主成分がＣｕである。この焼結体に生成されたＡｌ−Ｃｕ−Ｓｎ合金組織には、Ａｌ−Ｃｕ−Ｚｎマトリクス相（α相）とＡｌ−Ｃｕ化合物相（γ相）の析出が確認された。

【0057】

上記各試験片を、硫化物及び有機酸を含む溶液中に所定時間浸漬し、浸漬前後の重量変化率を測定した。その結果、図９に示すように、実施例１〜４は、浸漬前後で重量がほとんど変化しなかったのに対し、比較例１〜４は浸漬前後で重量が大きく変化した。具体的に、比較例１、２、４は、上記の浸漬処理により重量が大幅に減少した（比較例１：−４５．１３％、比較例２：−８．２５％、比較例４：−２８．４９％）。これは、溶液中の有機酸により、焼結体中のＡｌ成分が溶け出したためと考えられる。また、比較例３は、上記の浸漬処理により重量が大幅に増大した（＋１０．２１％）。これは、焼結体に硫化物が付着したためと考えられる。これに対し、実施例１〜４は、何れも上記の浸漬処理による重量変化率がごく僅か（およそ０．５％未満）に抑えられた。これらの結果から、Ｃｕ−Ａｌアルミ青銅系焼結体に、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｚｎの何れかを適量添加した実施例１〜４は優れた耐腐食性を有し、特に、Ａｌ−Ｃｕ−Ｎｉ合金組織を有する実施例１及び２が非常に優れた耐腐食性を有することが確認された。

【符号の説明】

【0058】

１ 焼結軸受
２ 軸
３ Ａｌ−Ｃｕ−Ｎｉ合金組織
４ 内部空孔
５ 酸化アルミニウム被膜
６ 遊離黒鉛
１０ 電動燃料ポンプ
３０ ＥＧＲバルブ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】