JP2002012960A

JP2002012960A - 摺動部材

Info

Publication number: JP2002012960A
Application number: JP2000194380A
Authority: JP
Inventors: Youichi Kaneyasu; 洋一兼康; Takaaki Nakano; 敬章中野; Nobuaki Takei; 宣明竹井
Original assignee: Aisin Seiki Co Ltd
Current assignee: Aisin Corp
Priority date: 2000-06-28
Filing date: 2000-06-28
Publication date: 2002-01-15

Abstract

(57)【要約】【課題】耐摩耗性及び耐焼付性を一層改善し、摺動環境
が厳しい場合であっても良好に使用することができる青
銅系の溶射摺動膜を有する摺動部材を提供する。【解決手段】金属を母材とする金属マトリックスを有す
る溶射摺動膜が基材に積層された摺動部材であって、溶
射摺動膜の金属マトリックスは、硬度がビッカース硬度
で４００以上の炭素鋼または合金鋼を母材とする鋼系溶
射粒子と、重量比で１５％以下のＳｎを含有する青銅を
母材とする青銅系溶射粒子とを含有しており、金属マト
リックスにおける面積比は、金属マトリックスを１００
％としたとき、鋼系溶射粒子が占める面積が３０〜７０
％であり、残部が実質的に青銅系溶射粒子が占める面積
に設定されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は粉末などの溶射材を
溶射処理することにより形成された溶射摺動膜を有する
摺動部材に関する。本発明は、自動車、産業用機械、船
舶等に搭載されるエンジンや変速機等に用いられる摺動
部材に適用できる。

【０００２】

【従来の技術】自動車や産業用機械等に搭載されるエン
ジンや変速機等に用いられる摺動部材には、耐焼付き
性、耐摩耗性に優れる青銅などの銅合金が多く採用され
ている。しかしながら青銅等の銅合金は、耐摩耗性に優
れているものの、材料単価が高いため、従来から必要部
のみに銅合金の溶射皮膜を形成して低コスト化を図るこ
とが良く行われている。更に、自己潤滑効果のある粒子
を銅合金のマトリックス中に存在させる方策、銅合金の
金属マトリックス自体の高強度化を図る方策などが開発
されている。

【０００３】例えば、特開平７ー２２４３７０号公報
（公開：１９９５年）によれば、重量比で鉛を２〜３０
％含有する青銅の溶射皮膜組織における固溶、析出を制
御して、溶射皮膜が有する強度と潤滑効果を両立させ、
潤滑油が十分に供給されない条件でも使用できる軸受材
料を開示している。

【０００４】また特開平７ー４８６６５号公報（公開：
１９９５年）によれば、Ｚｎ２０〜４５％を含有すると
共に、Ａｌ、Ｍｎ、Ｆｅ、Ｎｉ、Ｓｉ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｔ
ｉ、Ｎｂ、Ｖ、Ｚｒ、Ｍｏ、Ｐｂの少なくとも１種を
０．１〜１０％含有し、微細な金属間化合物を金属マト
リックス中に晶出させて耐焼付き性、耐摩耗性を改善し
た高力黄銅皮膜を形成した摺動部材を開示している。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、近年、エン
ジンや変速機等の高出力及び小型化に伴い、摺動環境が
一層高負荷化されつつある。このため、かなり高い面圧
が作用する摺動環境、潤滑油が十分供給されない摺動環
境であっても、良好に使用できる青銅系の溶射摺動膜が
求められている。

【０００６】本発明は上記した実情に鑑みてなされたも
のであり、耐摩耗性及び耐焼付性を一層改善し、摺動環
境が厳しい場合であっても良好に使用することができる
青銅系の溶射摺動膜を有する摺動部材を提供することを
課題とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明者は青銅系の溶射
摺動膜を有する摺動部材について鋭意開発を進めてい
る。そして本発明者は、溶射摺動膜を構成する青銅を母
材とする金属マトリックスは、摺動環境が過酷である
と、摺動の際に塑性流動が発生し易いものであるが、青
銅の塑性流動を抑制すれば、青銅系の溶射摺動膜の耐摩
耗性及び耐焼付き性を一層向上できることに着目した。
本発明者は、青銅系の溶射摺動膜を構成する青銅系溶射
粒子に硬質の鋼系溶射粒子を骨格として分散させ、金属
マトリックスにおける面積比として、金属マトリックス
を１００％としたとき、鋼系溶射粒子が占める面積が３
０〜７０％であり、残部が実質的に青銅系溶射粒子が占
める面積になるように設定すれば、青銅系溶射粒子を構
成している青銅の連続的な塑性流動を、骨格として機能
する硬質の鋼系溶射粒子で効果的に分断することがで
き、これにより溶射摺動膜を構成する青銅の連続的な塑
性流動を抑制し、以て厳しい摺動環境であっても、青銅
系の溶射摺動膜の耐摩耗性及び耐焼付き性を一層向上さ
せ得ることを知見し、試験で確認し、本発明を完成し
た。

【０００８】すなわち、本発明に係る溶射摺動膜は、金
属を母材とする金属マトリックスを有する溶射摺動膜が
基材に積層された摺動部材であって、溶射摺動膜の金属
マトリックスは、硬度がビッカース硬度で４００以上の
炭素鋼または合金鋼を母材とする鋼系溶射粒子と、重量
比で１５％以下のＳｎを含有する青銅を母材とする青銅
系溶射粒子とを含有しており、金属マトリックスにおけ
る面積比は、金属マトリックスを１００％としたとき、
鋼系溶射粒子が占める面積が３０〜７０％であり、残部
が実質的に青銅系溶射粒子が占める面積に設定されてい
ることを特徴とするものである。

【０００９】本発明に係る摺動部材の基材は、溶射摺動
膜を積層できるものであれば良く、鉄系、銅系等を問わ
ず、鋳造品、鍛造品、機械加工品を問わない。

【００１０】本発明に係る溶射摺動膜によれば、ビッカ
ース硬度で４００以上という高い硬度を有する炭素鋼ま
たは合金鋼を母材とする鋼系溶射粒子は、摺動の際に摩
擦熱が生じても、高温強度が維持され易い。このような
機能をもつ鋼系溶射粒子が金属マトリックスにおいて所
定の面積比で配置されて骨格として機能するため、摺動
の際に青銅の連続的な過剰な塑性流動を抑制することが
できる。これにより青銅系の溶射摺動膜の耐焼付き性が
改善され、溶射摺動膜の異常摩耗が抑制される。鋼系溶
射粒子により連続性が分断されている青銅系溶射粒子
は、微視的な塑性流動による潤滑効果を効果的に発現す
る。

【００１１】炭素鋼または合金鋼を母材とする鋼系溶射
粒子の硬度がビッカース４００未満では、骨格としての
機能が充分ではなく、青銅の連続的な塑性流動を分断し
て抑制する効果が十分に得られない。本明細書での硬度
は平均硬度を意味する。鋼系溶射粒子の硬度の上限とし
ては、必要に応じて、ビッカース９００以下、８００以
下、７００以下とすることができる。合金鋼は耐熱鋼の
組成を有するものを採用できる。炭素鋼はＦｅ−Ｃ系を
採用できる。Ｃは主として硬度、高温強度、耐熱性を高
めるのに有利である。この場合には炭素量は溶射摺動膜
の用途、溶射摺動膜の溶射条件などに応じて適宜選択で
きるものの、重量比で、例えば、０．１〜３．０％、
０．２〜２．８％とすることができる。但しこれに限定
されるものではない。

【００１２】合金鋼としては、Ｆｅ−Ｃ−Ｃｒ系、Ｆｅ
−Ｃ−Ｎｉ系、Ｆｅ−Ｃ−Ｃｒ−Ｎｉ系、Ｆｅ−Ｃ−Ｃ
ｒ−Ｎｉ−Ｍｏ系の少なくとも１種を採用できる。鋼系
溶射粒子はＳｉを含有しても含有せずともよい。Ｃは主
として高温強度、耐熱性を向上させるのに有利である。
Ｃｒ、Ｎｉは主として高温強度、耐熱性、耐食性を向上
させるのに有利である。Ｍｏは主として硬度を高めるの
に有利である。合金鋼の場合には、重量比で、Ｃは例え
ば０．１〜２．８％を採用でき、Ｃｒは例えば０．３〜
３０％を採用でき、Ｎｉは例えば０．３〜１８％を採用
でき、Ｍｏは例えば０．１〜８％を採用できる。但し、
合金元素はこれらの範囲に限定されるものではない。

【００１３】青銅はＣｕ−Ｓｎ系合金である。青銅中の
Ｓｎ（スズ）の含有量が重量比で１５％を越えると、青
銅系粒子中に脆弱な金属間化合物が出現し易く、強度の
低下、耐焼付きの低下、異常摩耗の発生等の不具合が発
生し易い。青銅中のＳｎ（スズ）の含有量は、重量比
で、例えば１３％以下、１２％以下、８％以下にするこ
とができるが、これらに限定されるものではない。青銅
は必要に応じてＳｎの他にＰｂ、Ｚｎ、Ｐの少なくとも
１種を含有していてもよい。

【００１４】炭素鋼または合金鋼と青銅との組合わせ
は、互いに固溶限が低い。このため、摺動の際に摩擦熱
により溶射摺動膜の摺動面の温度が上昇しても、変質相
が生成されにくく、骨格として機能できる鋼系溶射粒子
及び潤滑性を発揮する青銅系溶射粒子のそれぞれの機能
を維持するのに有利となる。

【００１５】本発明によれば、金属マトリックスを１０
０％としたとき、金属マトリックスにおける面積比は、
鋼系溶射粒子が占める面積が３０〜７０％であり、残部
が実質的に青銅系溶射粒子が占める面積に設定されてい
る。面積比の算定の基礎となる面積とは、溶射摺動膜の
金属マトリックスにおける相手材と摺動する側の面にお
ける２次元的面積つまり投影面積を意味する。

【００１６】なお、一般的には、溶射摺動膜の金属マト
リックスにおける相手材と摺動する側の面における鋼系
溶射粒子と青銅系溶射粒子との面積比は、溶射摺動膜の
堆積方向に沿って切断した切断面の金属マトリックスに
おける鋼系溶射粒子と青銅系溶射粒子との面積比と、相
応するものとなる。

【００１７】金属マトリックスにおいて、炭素鋼または
合金鋼を母材とする鋼系溶射粒子の割合が前記割合より
も少なすぎると、青銅の連続的な塑性流動が充分に抑制
されず、耐摩耗性及び耐焼付き性が低下する。また、炭
素鋼または合金鋼を母材とする鋼系溶射粒子の割合が前
記割合よりも多すぎると、青銅系溶射粒子の割合が相対
的に減少するため、溶射摺動膜の潤滑性が低下し、異常
摩耗、焼付きが発生し易くなる。上記した面積比によ
り、一層高強度で自己潤滑効果を有する摺動部材を形成
することができる。よって、従来より高面圧下で潤滑油
が十分供給されない条件であっても、良好に使用するこ
とができる摺動部材を提供できる。

【００１８】本発明によれば、金属マトリックスにおけ
る面積比で、鋼系溶射粒子の上限値及び下限値は３０〜
７０％の範囲内で適宜選択できる。下限値としては例え
ば３３％、３５％、３７％にすることができ、上限値と
して例えば６５％、６０％、５５％とすることができ
る。但しこれらに限定されるものではない。この場合に
も、金属マトリックスの残部が実質的に青銅系溶射粒子
となる。従って、金属マトリックスを１００％としたと
き、金属マトリックスにおける面積比で、鋼系溶射粒子
が占める面積が例えば３５〜６５％、３７〜６０％、４
０〜６０％、４５〜６０％にすることができ、残部が実
質的に青銅系溶射粒子が占める面積とすることができ
る。ただし、これらの範囲に限定されるものではない。

【００１９】本発明に係る溶射摺動膜によれば、次の
（１）〜（３）の堆積形態を採用することができる。説
明の便宜上、符号を付して説明する。

【００２０】（１）図１に模式的に示すように、溶射摺
動膜１が基材４に積層されている。そして、溶射摺動膜
１における青銅を母材とする青銅系溶射粒子２（図１に
おいてハッチングが付されていない粒子）の溶射摺動膜
１の堆積方向である矢印Ｂ方向における高さをｈ１とし
たとき、溶射摺動膜１における鋼または合金鋼を母材と
する鋼系溶射粒子３（図１においてハッチングを付した
粒子で形成された粒子）の溶射摺動膜１の堆積方向であ
る矢印Ｂ方向における高さｈ２は、実質的にｈ１に対応
する形態を採用することができる。これにより、炭素鋼
または合金鋼を母材とする鋼系溶射粒子３が骨格として
機能し易くなり、青銅の連続性を効果的に分断でき、青
銅系溶射粒子２における連続的な塑性流動の発生を効果
的に抑制することができる。従って、青銅が有する本来
の潤滑効果を高めることができる。なお、本明細書では
高さは複数の高さデータの平均値を意味する。

【００２１】『高さｈ２が実質的にｈ１に対応する』と
は、溶射摺動膜の堆積構造においてｈ２がｈ１と同じ程
度であることを意味し、具体的には、平均値として、ｈ
２が（ｈ１×０．６）〜（ｈ１×１．５）の範囲にある
ことを意味する。ｈ２が（ｈ１×０．８）〜（ｈ１×
１．２）の範囲にあれば、一層好ましい。なお、図１に
おいて、鋼系溶射粒子３及び青銅系溶射粒子２は、基材
４の表面の面方向に沿ってのびるように偏平化されてい
る。

【００２２】（２）図２に模式的に示すように、溶射摺
動膜１が基材４に積層されている。そして、溶射摺動膜
１における青銅を母材とする青銅系溶射粒子２の溶射摺
動膜１の堆積方向である矢印Ｂ方向における高さをｈ１
としたとき、溶射摺動膜１における鋼または合金鋼を母
材とする鋼系溶射粒子３の溶射摺動膜１の堆積方向であ
る矢印Ｂ方向における高さｈ２は、ｈ１の２倍以上で溶
射摺動膜１の厚み以下である形態を採用することができ
る。これにより、炭素鋼または合金鋼を母材とする鋼系
溶射粒子３の骨格性が一層向上するため、青銅を母材と
する青銅系溶射粒子２における連続的な塑性流動の発生
を一層効果的に抑制することができる。従って図２に示
す堆積形態は、青銅が有する本来の潤滑効果を一層高め
ることができる。

【００２３】溶射摺動膜１における鋼または合金鋼を母
材とする鋼系溶射粒子３の溶射摺動膜１の堆積方向にお
ける高さｈ２は、ｈ１の３倍以上であれば、前記した効
果が一層得られる。この場合には、溶射摺動膜１の厚み
や用途などもよるが、ｈ２はｈ１の３．５倍以上、ｈ１
の４倍以上にすることもできる。図２に示す形態におい
て、鋼系溶射粒子３の溶射摺動膜１の堆積方向における
高さｈ２は、溶射摺動膜１の平均厚み以下にできる。な
お、図２において、鋼系溶射粒子３及び青銅系溶射粒子
２は、基材４の表面の面方向に沿ってのびるように偏平
化されている。

【００２４】（３）図３に模式的に示すように、溶射摺
動膜１が基材４に積層されている。そして、溶射摺動膜
１における青銅を母材とする青銅系溶射粒子２の溶射摺
動膜１の堆積方向である矢印Ｂ方向における高さをｈ１
としたとき、溶射摺動膜１における鋼または合金鋼を母
材とする鋼系溶射粒子３は、溶射摺動膜１の堆積方向で
ある矢印Ｂ方向における高さｈ２ａがｈ１の２倍以上で
溶射摺動膜１の厚み以下である第１鋼系溶射粒子部分３
ａと、溶射摺動膜１の堆積方向における高さｈ２ｂが高
さｈ１に対応する第２鋼系溶射粒子部分３ｂとを有する
形態を採用することができる。

【００２５】この場合には、溶射摺動膜１の厚みや用途
などもよるが、第１鋼系溶射粒子部分３ａにおいて、溶
射摺動膜１の堆積方向である矢印Ｂ方向における高さｈ
２ａは、ｈ１の３．５倍以上、ｈ１の４倍以上にするこ
ともできる。なお、図３に示す形態において、第１鋼系
溶射粒子部分３ａの溶射摺動膜１の堆積方向である矢印
Ｂ方向における高さｈ２ａは、溶射摺動膜１の平均厚み
以下にできる。

【００２６】図３に示す形態を採用すれば、高さが高い
第１鋼系溶射粒子部分３ａによって、大きなレンジの青
銅の塑性流動を分断するとともに、高さが低い第２鋼系
溶射粒子部分３ｂによって、その領域内においてさらに
青銅の塑性流動を分断することができる。このため、塑
性流動が発生し易い青銅系溶射粒子２において、青銅の
塑性流動が効果的に分断されて微細化されるため、青銅
の潤滑効果が更に一層増す。また組織の微細化により、
金属マトリックスの強度も更に向上することができる。
なお、図３において、第１鋼系溶射粒子部分３ａ、第２
鋼系溶射粒子部分３ｂ及び青銅系溶射粒子２は、基材４
の表面の面方向に沿ってのびるように偏平化されてい
る。

【００２７】ところで、溶射摺動膜１における鋼系溶射
粒子３や青銅系溶射粒子２の高さの制御は、溶射処理の
特徴を利用すれば、比較的容易に行うことができる。す
なわち、一般的には、溶射摺動膜１は、溶融または半溶
融状態の溶射粒子が、溶射摺動面を形成する基材４の表
面に衝突して堆積されるため、前述したように溶射粒子
が偏平化し、このような偏平化された粒子が多数堆積し
た堆積組織を有する。したがって、鋼系溶射粒子３や青
銅系溶射粒子２の高さを大きくしたい場合には、その鋼
系溶射粒子３を形成する溶射前の状態の粒子、青銅系溶
射粒子２を形成する溶射前の状態の粒子の粒径サイズ自
体を大きくしたり、あるいは、溶射粒子が偏平化される
度合いを小さくしたりすればよい。具体的には、例えば
次の及びの方策により可能である。

【００２８】青銅系溶射粒子２を形成する溶射前の粉
末材料の粒子径よりも、炭素鋼または合金鋼を母材とす
る鋼系溶射粒子３を形成する溶射前の粉末材料の粒子径
を大きく設定し、これらの粉末材料を溶射する。これら
の粉末は共通の溶射ガンでまとめて溶射してもよいし、
あるいは、複数の溶射ガンで個別的に溶射してもよい。

【００２９】複数の溶射ガンを用い、それぞれの溶射
ガンへの入熱量を調整して溶射を行う。これにより、例
えば、鋼系溶射粒子３の高さを大きくしたい場合には、
鋼系溶射粒子３を形成する炭素鋼または合金鋼を溶射す
る溶射ガンへの入熱量を小さくする。これにより溶射温
度が低下し、鋼系溶射粒子３を形成する炭素鋼または合
金鋼を溶射する粒子の溶融度合いが減少する。よって、
溶射摺動面を形成する基材４の表面に溶融粒子または半
溶融粒子が衝突したとき、粒子の偏平度合いを小さくで
き、堆積方向における鋼系溶射粒子３の高さを確保でき
る。

【００３０】なお、青銅系溶射粒子を形成する粉末材
料、炭素鋼または合金鋼を母材とする鋼系溶射粒子を形
成する粉末材料は、粉砕粉末でも、アトマイズ粉末でも
よい。

【００３１】本発明によれば、溶射摺動膜の内部にセラ
ミックス粒子が含有されている形態を採用することもで
きる。セラミックス粒子としてはアルミナ、ジルコニ
ア、シリカの少なくとも１種を採用することができる。
前記セラミックス粒子は硬質（一般的にはＨｖ１０００
以上）であり、しかも化学的に安定しているため、溶射
摺動膜の耐摩耗性を一層高めることができる。なお、溶
射摺動膜の内部にセラミックス粒子が含有されている場
合には、前記した面積比が規定される金属マトリックス
の面積には、セラミックス粒子の面積部分は含まれな
い。

【００３２】セラミックス粒子の含有量が過剰であれ
ば、相手攻撃性が増し、相手材の摩耗量が異常に増加し
たり、かじりが発生したり、溶射摺動膜の強度が低下し
たりするおそれがある。溶射摺動面の面積を１００％と
したときには、セラミックス粒子の面積の割合は１０％
以下に設定することができる。この場合には、溶射摺動
面は、金属マトリックスとセラミックス粒子とで形成さ
れている。溶射摺動面の面積を１００％としたときに
は、セラミックス粒子の面積の割合は１０％以下に設定
することができる。８％以下、６％以下、４％以下でも
よい。セラミックス粒子が適度な割合であれば、相手材
を清浄化させる効果、摩擦係数を安定化させる効果を期
待できる。

【００３３】

【発明の実施の形態】発明の実施の形態について、図面
を参照しつつ実施例に基づいて説明する。

【００３４】本実施例では、複数種類の鋼系粉末と複数
種類の青銅系粉末とを用いた。表１は、溶射処理を行う
前の各鋼系粉末の組成、溶射処理を行う前の各青銅系粉
末の組成（重量比）を示す。なお表１等においてＢａ
ｌ．とはＢａｌａｎｃｅの略であり、残部を意味する。

【００３５】表１に示すように、Ｎｏ．１に係る鋼系粉
末はＦｅ−Ｃ−Ｃｒ−Ｎｉ−Ｍｏ系であり、Ｎｏ．２に
係る鋼系粉末はＦｅ−Ｃ−Ｃｒ系であり、Ｎｏ．３に係
る鋼系粉末はＦｅ−Ｃ系であり、Ｎｏ．４に係る鋼系粉
末はＦｅ−Ｃ−Ｃｒ−Ｎｉ−Ｍｏ系であり、Ｎｏ．５に
係る鋼系粉末はＦｅ−Ｃ−Ｃｒ系であり、Ｎｏ．６に係
る鋼系粉末はＦｅ−Ｃ−Ｃｒ系であり、Ｎｏ．７に係る
鋼系粉末はＦｅ−Ｃ−Ｃｒ−Ｎｉ−Ｍｏ系であり、Ｎ
ｏ．８に係る鋼系粉末はＦｅ−Ｃ−Ｃｒ−Ｎｉ−Ｍｏ系
である。比較例であるＮｏ．９に係る鋼系粉末はＦｅ−
Ｃ系であり、比較例であるＮｏ．１０に係る鋼系粉末は
Ｆｅ−Ｃ系である。

【００３６】また表１に示すように、Ｎｏ．１〜Ｎｏ．
７、Ｎｏ．９に係る青銅系粉末はＣｕ−Ｓｎ系である。
Ｎｏ．８及びＮｏ．１０に係る青銅系粉末はＣｕ−Ｓｎ
−Ｐｂ系である。

【００３７】前記した鋼系粉末と青銅系粉末とを所定の
混合比で混合した混合粉末を形成し、混合粉末をプラズ
マ溶射した。これにより実施例（Ｎｏ．１〜Ｎｏ．８）
に係る溶射摺動膜、比較例（Ｎｏ．９,Ｎｏ．１０）に
係る溶射摺動膜を形成した。

【００３８】表１に示すように、実施例に係るＮｏ．１
〜Ｎｏ．３では、溶射前の鋼系粉末の粒径サイズは−２
７０〜＋３５０（５３μｍ〜４５μｍ）であり、溶射前
の青銅系粉末の粒径サイズは−２７０〜＋３５０（５３
μｍ〜４５μｍ）である。即ち、実施例に係るＮｏ．１
〜Ｎｏ．３では、溶射前の鋼系粉末の粒径範囲と、溶射
前の青銅系粉末の粒径範囲とは実質的に同じ範囲となる
ように対応している。なお、−２７０〜＋３５０とは、
２７０メッシュの網目を通過したものの、３５０メッシ
ュの網目は通過していないという意味であり、従って粒
子の粒径が５３μｍ〜４５μｍの範囲であることを示
す。

【００３９】また表１に示すように、実施例に係るＮ
ｏ．４〜Ｎｏ．６、比較例に係るＮｏ．９及びＮｏ．１
０では、溶射前の鋼系粉末の粒径サイズは−１５０〜＋
２５０（１０４μｍ〜６１μｍ）であり、溶射前の青銅
系粉末の粒径サイズは−２７０〜＋３５０（５３μｍ〜
４５μｍ）である。即ち、実施例に係るＮｏ．４〜Ｎ
ｏ．６比較例に係るＮｏ．９及びＮｏ．１０では、溶射
前の鋼系粉末の粒径は、溶射前の青銅系粉末の粒径より
も大きく設定されており、具体的には約１．２〜２．５
倍に設定されている。

【００４０】また表１に示すように、実施例に係るＮ
ｏ．７及びＮｏ．８では、溶射前の鋼系粉末は、粒径サ
イズが−２７０〜＋３５０（５３μｍ〜４５μｍ）の第
１鋼系粉末と、粒径サイズが−１５０〜＋２５０（１０
４μｍ〜６１μｍ）の第２鋼系粉末とを用い、更に、青
銅系粉末の粒径サイズは−２７０〜＋３５０（５３μｍ
〜４５μｍ）とした。即ち、実施例に係るＮｏ．７及び
Ｎｏ．８では、溶射前の鋼系粉末は、青銅系粉末の粒径
範囲と対応して同程度のものと、青銅系粉末の粒径範囲
よりも大きい粒径範囲をもつものとが混合されている。

【００４１】実施例に係るＮｏ．８では、アルミナ粒子
を混合粉末に更に配合している。溶射前のアルミナ粒子
の粒径サイズは、−１５０〜＋２５０（１０４μｍ〜６
１μｍ）である。よって、実施例に係るＮｏ．１０で形
成した溶射摺動膜は、アルミナ粒子を含有している。金
属マトリックスの面積を１００％としたとき、１００％
に対して面積比５％を占めるアルミナ粒子が付加されて
いる。この場合、溶射摺動膜の摺動面の面積は、（金属
マトリックスの面積＋アルミナ粒子の面積=１００％＋
５％）という意味である。

【００４２】各溶射摺動膜の目標厚みは３００μｍとし
た。溶射摺動膜の摺動面を面粗度Ｒｚで１〜２μｍに仕
上げた。表２は前記したプラズマ溶射の条件を示す。

【００４３】Ｎｏ．１〜Ｎｏ．３では、前記したように
鋼系粉末の粒径範囲と青銅系粉末の粒径範囲とが対応し
ており、同じ程度であるため、溶射摺動膜の堆積構造は
基本的には図１に示す構造である。

【００４４】Ｎｏ．４〜Ｎｏ．６では、前記したように
鋼系粉末の粒径範囲が青銅系粉末の粒径範囲よりも大き
いため、溶射摺動膜の堆積構造は基本的には図２に示す
構造である。

【００４５】Ｎｏ．７及びＮｏ．８では、前記したよう
に鋼系粉末は、青銅系粉末の粒径範囲に対応する粒径範
囲をもつものと、青銅系粉末の粒径範囲よりも大きい粒
径範囲をもつものとが混在しているため、溶射摺動膜の
堆積構造は基本的には図３に示す構造である。これらの
構造は溶射摺動膜の断面の顕微鏡写真により確認されて
いる。

【００４６】実施例に係るＮｏ．１〜Ｎｏ．８に係る各
溶射摺動膜を構成する鋼系溶射粒子の硬度は、ビッカー
ス硬度（マイクロビッカース硬度：荷重０．０９８Ｎ=
１０ｇｆ）でいずれも４００以上であった。また、比較
例に係るＮｏ．９及びＮｏ．１０に係る各溶射摺動膜を
構成する鋼系溶射粒子の硬度は、ビッカース硬度（マイ
クロビッカース硬度）でいずれも４００以上であった。
各硬度は表３にそれぞれ示す。

【００４７】更に、金属マトリックスを１００％とした
とき、各溶射摺動膜を構成する鋼系溶射粒子及び青銅系
溶射粒子について金属マトリックスにおける面積比を、
画像解析装置に基づいて調べた。面積比の測定結果を表
３に示す。面積比は２次元的面積の比を意味する。

【００４８】別の比較例として、表４に示すように押出
し材、鋳造材により形成した銅系の試験片を用い、これ
の摺動面を面粗度Ｒｚ１〜２μｍに仕上げた。そして、
各実施例及び各比較例について、以下の条件で摩耗試験
及び焼付試験を同様に行った。（１）摩耗試験は、相手材としてＪＩＳ−Ｓ４５Ｃの調
質材で形成された回転体を用い、図４に示すように回転
体１００を矢印Ａ１方向つまり周方向に回転させつつ回
転体１００の外周面に試験片の溶射摺動膜を押し付けて
行ない、溶射摺動膜に発生した摩耗幅を調べた。回転速
度は１１８ｒｐｍとし、摺動速度を２１６ｍｍ／ｓｅｃ
とした。摩耗試験における試験条件を表５に示す。（２）焼付き試験は、相手材としてＪＩＳ−Ｓ４５Ｃの
調質材で形成された回転体３００を用い、図５に示すよ
うに、回転体３００を矢印Ａ２方向つまり周方向に回転
させつつ回転体３００の軸端面に試験片の溶射摺動膜を
押し付けて行った。そして９０秒毎に２４５Ｎづつ荷重
を増加して試験片の溶射摺動膜に焼付きが発生するまで
焼付き試験を実施し、焼付き荷重を調べた。焼付き試験
における試験条件を表６に示す。

【００４９】摩耗試験及び焼付き試験における試験結果
を表７に示す。表７に示すように、実施例に係るＮｏ．
１では、摩耗幅は３．５ｍｍ、焼付き荷重は１９６０Ｎ
であった。実施例に係るＮｏ．２では、摩耗幅は３．５
ｍｍ、焼付き荷重は１９６０Ｎであった。実施例に係る
Ｎｏ．３では、摩耗幅は３．７ｍｍ、焼付き荷重は１９
６０Ｎであった。実施例に係るＮｏ．４では、摩耗幅は
３．０ｍｍ、焼付き荷重は２２０５Ｎであった。実施例
に係るＮｏ．５では、摩耗幅は３．３ｍｍ、焼付き荷重
は１９６０Ｎであった。実施例に係るＮｏ．６では、摩
耗幅は３．２ｍｍ、焼付き荷重は２２０５Ｎであった。
実施例に係るＮｏ．７では、摩耗幅は２．７ｍｍ、焼付
き荷重は２４５０Ｎであった。実施例に係るＮｏ．８で
は、摩耗幅は２．９ｍｍ、焼付き荷重は２４５０Ｎであ
った。

【００５０】比較例に係るＮｏ．９では、摩耗幅は３．
４ｍｍ、焼付き荷重は１４７０Ｎであった。比較例に係
るＮｏ．１０では、摩耗幅は３．８ｍｍ、焼付き荷重は
１７１５Ｎであった。

【００５１】上記したように本発明に相当する実施例に
係るＮｏ．１〜Ｎｏ．８の溶射摺動膜は、摩耗幅が小さ
く、耐摩耗性が良好であり、焼付き荷重も大きく、耐焼
付き性も良好であった。金属マトリックスにおける青銅
系溶射粒子と鋼系溶射粒子との面積比が適切であるた
め、骨格として機能する鋼系溶射粒子で青銅系溶射粒子
の連続性が効果的に分断され、これにより青銅系溶射粒
子の連続的な過剰な塑性流動が鋼系溶射粒子により抑制
されるためと推察される。

【００５２】殊に、実施例に係るＮｏ．４〜Ｎｏ．６
は、摩耗幅が小さく、耐摩耗性が良好であり、焼付き荷
重も大きく、耐焼付き性も良好であった。その理由は、
図２に示すように、鋼系溶射粒子の高さｈ２を青銅系溶
射粒子の高さｈ１よりも大きくしているため、鋼系溶射
粒子が骨格として機能し易いものと推察される。

【００５３】更に、実施例に係るＮｏ．７及びＮｏ．８
は、摩耗幅が最も小さく、耐摩耗性が特に良好であり、
焼付き荷重も最も大きく、耐焼付き性も特に良好であっ
た。その理由は、図３に示すように、鋼系溶射粒子は、
青銅系溶射粒子の高さｈ１よりも大きい高さをもつ、即
ち高さが高い第１鋼系溶射粒子部分３ａと、青銅系溶射
粒子の高さｈ１に対応する高さをもつ、即ち高さが低い
第２鋼系溶射粒子部分３ｂとを併有しているためである
と推察される。即ち、青銅の大きなレンジの塑性流動は
高さの高い第１鋼系溶射粒子部分３ａによって抑制さ
れ、青銅の小さなレンジの塑性流動は高さの低い第２鋼
系溶射粒子部分３ｂによって抑制され、複合的な抑制効
果が期待される。

【００５４】これに対して表７に示すように、比較例に
係るＮｏ．９及びＮｏ．１０においては、鋼系溶射粒子
の硬度が４００以上と硬質であっても、摩耗幅が大きく
耐摩耗性は良好でなく、焼付き荷重も低く耐焼付き性も
良好ではなかった。溶射摺動膜の金属マトリックスにお
ける面積比が適切ではないためである。

【００５５】

【表１】

【００５６】

【表２】

【００５７】

【表３】

【００５８】

【表４】

【００５９】

【表５】

【００６０】

【表６】

【００６１】

【表７】

【００６２】図６〜図８は適用例を示す。図６は車両の
トランスミッションの軸受に適用した例を示す。この軸
受は、リング形状の基材５０（材質：炭素鋼）と、基材
５０の内周面に積層された溶射摺動膜５２とを有する。
図７は車両などに使用される摩擦材に適用した例を示
す。この摩擦材は、リング形状の基材６０（材質：炭素
鋼）と、基材６０のリング表面に積層された溶射摺動膜
６２とを有する。図８は車両のマニュアルトランスミッ
ションに搭載されるシフトフォークに適用した例を示
す。このシフトフォークは、フォーク形状の基材７０
（材質：炭素鋼）と、基材７０の係合面に積層された溶
射摺動膜７２とを有する。溶射摺動膜５２、６２、７２
は、本発明に係る溶射摺動膜で形成されており、図１に
示す堆積形態、図２に示す堆積形態、図３に示す堆積形
態のうちのいずれかで形成されている。

【００６３】本発明に係る請求項には、本明細書に記載
した各表に示す数値を上限値または下限値として限定で
きるものである。また実施例に表れる部材の形容は例示
であって、本発明はこれらの記載に限定されるものでは
ない。その他、本発明は上記した且つ図面に示した実施
例のみに限定されるものではなく、例えば、溶射前の粒
径サイズ、鋼系溶射粒子の組成及び青銅系溶射粒子の組
成、また、鋼系溶射粒子の溶射摺動膜の堆積方向におけ
る高さ及び青銅系溶射粒子の溶射摺動膜の堆積方向にお
ける高さは、上記した実施例のものに限定されるもので
はない等、要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施
できるものである。

【００６４】（付記）上記した記載及び図面から次の技
術的思想も把握できる。（付記項１）金属を母材とする金属マトリックスを有す
る溶射摺動膜を基材に積層して構成された軸受、摩擦材
またはシフトフォークであって、溶射摺動膜の金属マト
リックスは、硬度がビッカース硬度で４００以上の炭素
鋼または合金鋼を母材とする鋼系溶射粒子と、重量比で
１５％以下のＳｎを含有する青銅を母材とする青銅系溶
射粒子とを含有しており、金属マトリックスを１００％
としたとき、金属マトリックスにおける面積比で鋼系溶
射粒子が占める面積が３０〜７０％であり、残部が実質
的に青銅系溶射粒子が占める面積に設定されていること
を特徴とする溶射摺動膜を有する軸受、摩擦材またはシ
フトフォーク。（付記項２）付記項１において、青銅を母材とする青銅
系溶射粒子の溶射摺動膜の堆積方向における高さをｈ１
としたとき、鋼または合金鋼を母材とする鋼系溶射粒子
の溶射摺動膜の堆積方向における高さは、ｈ１の２倍以
上で溶射摺動膜の厚み以下であることを特徴とする溶射
摺動膜を有する軸受、摩擦材またはシフトフォーク。（付記項３）付記項１において、青銅を母材とする青銅
系溶射粒子の溶射摺動膜の堆積方向における高さをｈ１
としたとき、鋼または合金鋼を母材とする鋼系溶射粒子
は、溶射摺動膜の堆積方向における高さがｈ１の２倍以
上で溶射摺動膜の厚み以下である第１鋼系溶射粒子部分
と、溶射摺動膜の堆積方向における高さがｈ１に対応す
る第２鋼系溶射粒子部分とを有することを特徴とする溶
射摺動膜を有する軸受、摩擦材またはシフトフォーク。（付記項４）金属を母材とする金属マトリックスを有す
る溶射摺動膜であって、金属マトリックスは、硬度がビ
ッカース硬度で４００以上の炭素鋼または合金鋼を母材
とする鋼系溶射粒子と、重量比で１５％以下のＳｎを含
有する青銅を母材とする青銅系溶射粒子とを含有してお
り、金属マトリックスにおける面積比で鋼系溶射粒子が
占める面積が３０〜７０％であり、残部が実質的に青銅
系溶射粒子が占める面積に設定されていることを特徴と
する溶射摺動膜。（付記項５）付記項１〜４において、青銅系溶射粒子及
び鋼系溶射粒子は基材の表面に沿って偏平化されて堆積
されていることを特徴とする摺動部材、軸受、摩擦材、
シフトフォークまたは溶射摺動膜。

【００６５】

【発明の効果】本発明によれば、青銅系の溶射摺動膜に
おける耐摩耗性及び耐焼付性を一層改善することがで
き、高負荷または潤滑油切れの状態といった苛酷な摺動
環境であっても、良好に使用することができる摺動部材
を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】溶射摺動膜の堆積構造の一例を模式的に示す概
念図である。

【図２】溶射摺動膜の堆積構造の別例を模式的に示す概
念図である。

【図３】溶射摺動膜の堆積構造の他の別例を模式的に示
す概念図である。

【図４】摩耗試験を模式的に示す概念図である。

【図５】焼付き試験を模式的に示す概念図である。

【図６】車両のトランスミッションの軸受に適用した例
を模式的に示す斜視図である。

【図７】車両に使用される摩擦材に適用した例を模式的
に示す斜視図である。

【図８】車両のマニュアルトランスミッションに搭載さ
れるシフトフォークに適用した例を模式的に示す側面図
である。

【符号の説明】

図中、５２、６２、７２は溶射摺動膜を示す。

フロントページの続き (72)発明者竹井宣明愛知県刈谷市朝日町２丁目１番地アイシン精機株式会社内Ｆターム(参考） 4K031 AA02 AB05 AB08 CB11 CB12 CB22 CB23 CB28 CB35 DA04

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】金属を母材とする金属マトリックスを有す
る溶射摺動膜が基材に積層された摺動部材であって、前
記溶射摺動膜の金属マトリックスは、硬度がビッカース硬度で４００以上の炭素鋼または合金
鋼を母材とする鋼系溶射粒子と、重量比で１５％以下の
Ｓｎを含有する青銅を母材とする青銅系溶射粒子とを含
有しており、前記金属マトリックスにおける面積比は、前記金属マト
リックスを１００％としたとき、前記鋼系溶射粒子が占
める面積が３０〜７０％であり、残部が実質的に前記青
銅系溶射粒子が占める面積に設定されていることを特徴
とする摺動部材。
【請求項２】請求項１において、前記青銅系溶射粒子の
前記溶射摺動膜の堆積方向における高さをｈ１としたと
き、前記鋼系溶射粒子の前記溶射摺動膜の堆積方向にお
ける高さは、ｈ１の２倍以上で前記溶射摺動膜の厚み以
下であることを特徴とする摺動部材。
【請求項３】請求項１において、前記青銅系溶射粒子の
前記溶射摺動膜の堆積方向における高さをｈ１としたと
き、前記鋼系溶射粒子は、前記溶射摺動膜の堆積方向に
おける高さがｈ１の２倍以上で前記溶射摺動膜の厚み以
下である第１鋼系溶射粒子部分と、前記溶射摺動膜の堆
積方向における高さがｈ１に対応する第２鋼系溶射粒子
部分とを有することを特徴とする摺動部材。