(57)【要約】【課題】  従来の摺動部材用銅合金ではなじみ性を高めるために一般にＰｂを添加しており、Ｐｂを添加しない銅合金としてＡｇを添加したものがある。Ｐｂは環境汚染物質であり、またＡｇ添加合金は初期の摺動性能が十分ではない。【解決手段】  ０．５〜５重量％の黒鉛を含有し、残部が実質的にCu及び不可避的不純物からなるPbフリー銅系材料を、アルミニウム合金、銅合金、炭素含有量が０．６重量％未満の鋼材もしくは鋳鋼、あるいは樹脂からなる基材に溶射した摺動部材。銅系材料は、３５重量％以下のSn、0,01〜0.2重量%のP,0.5〜10重量%のAl,0.1〜3重量%のSi,0.5〜4重量%のMn,0.5〜3重量%のCr,0.5〜15重量%のNi,及び0.5〜25重量%のZnの1種又は2種以上を含有することができる。【選択図】  図５
2005113225.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
０．５〜５重量％の黒鉛を含有し、残部が実質的にCu及び不可避的不純物からなるPbフリー銅系材料を、アルミニウム合金、銅合金、炭素含有量が０．６重量％未満の鋼材もしくは鋳鋼、あるいは樹脂からなる基材に溶射したことを特徴とするなじみ性に優れたPbフリー銅系溶射摺動部材。
【請求項２】
前記銅系Pbフリー銅系材料がさらに３５重量％以下のSnを含有することを特徴とする請求項１記載のなじみ性に優れたPbフリー銅系溶射摺動部材。
【請求項３】
さらに、0.01〜0.2の重量%P,0.5〜10の重量%Al,0.1〜3重量%のSi,0.5〜4重量%のMn,0.5〜3重量%のCr,0.5〜15重量%のNi,及び0.5〜25重量%のZnの1種又は2種以上を含有することを特徴とする請求項1又は２記載のPbフリー銅系溶射摺動部材。
【請求項４】
１〜１０重量％のSn及び0.1〜３重量％のAgを含有し、残部が実質的にCu及び不可避的不純物からなるPbフリー銅系材料を、アルミニウム合金、銅合金、炭素含有量が０．６重量％未満の鋼材もしくは鋳鋼、あるいは樹脂からなる基材に溶射したことを特徴とするなじみ性に優れたPbフリー銅系溶射摺動部材。
【請求項５】
前記銅系Pbフリー銅系材料がさらに５重量％以下の黒鉛を含有することを特徴とする請求項４記載のなじみ性に優れたPbフリー銅系溶射摺動部材。
【請求項６】
さらに、0.01〜0.2重量%のP,0.5〜10重量%のAl,0.1〜3重量%のSi,0.5〜4重量%のMn,0.5〜3重量%のCr,0.5〜15重量%のNi,及び0.5〜25重量%のZnの1種又は2種以上を、総量で５重量％以下、含有することを特徴とする請求項４又は５記載のPbフリー銅系溶射摺動部材。
【請求項７】
前記溶射されたPbフリー銅系材料が厚さ５〜５００μmの摺動層を形成する請求項１から６までの何れか1項記載のなじみ性に優れたPbフリー銅系溶射摺動部材。
【請求項８】
前記摺動層の表面をMoS2又は黒鉛の少なくとも1種を含有する樹脂コーティングで被覆したことを特徴とする請求項７記載のなじみ性に優れたPbフリー銅系溶射摺動部材。
【請求項９】
前記摺動層の表面をSnめっきで被覆したことを特徴とする請求項７記載のなじみ性に優れたPbフリー銅系溶射摺動部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、斜板式コンプレッサーの斜板の摺動層、一般摺動部材、すべり軸受などなじみ性が重要な摺動部材に使用される銅系摺動材料に関するものであり、さらに詳しく述べるならば、Pbフリー銅系溶射摺動部材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１で提案されているターボチャージャーの軸受などのように高温特性が重要な軸受では、Pbを含まない焼結銅合金も軸受として使用されている。さらに、特許文献２で提案されている含油軸受は鉛を含まない銅合金でも十分な性能を発揮する。しかしながら、なじみ性が重要な銅合金では、含油構造などの特殊な構造としない限り、Pbは必須成分であった（JIS H 5115鉛青銅鋳物参照）。
【０００３】
本出願人の特許文献３に提案されている銅系溶射材料はCu-Sn-Pb系であり、従来の鋳造銅合金と同様にSnによる潤滑性とPbによるなじみ性を利用するものである。但し、Pbは低融点金属でありかつ溶射により粗大化し易いので、溶射粉末の一部を未溶解とすることにより、溶射層中に微細Pb相を形成することを提案したものである。
【０００４】
本出願人はCu-Sn-Ag系摺動材料に関して特許文献４及び特許文献５にて研究成果を発表した。これらの公報では、銅合金に固溶状態で含有されるAgは軸と摺接する表面において共晶、Ag3Snなどの化合物を生成して耐焼付き性を高める。
【０００５】
特許文献６では銅（合金）粉末と銅を被覆したフッ化銅粉末を溶射して、耐摩耗性、耐焼付き性、耐高温耐摩耗性皮膜を形成することが提案されている。
【０００６】
特許文献７では、歯車、ねじ、ウォームなどでは初期なじみのために従来浸硫処理が行われていたが、銅（合金）と、黒鉛などの固体潤滑剤を混合溶射することにより歯車などの表面に摺動層を形成することが提案されている。歯車などでは浸硫層全体あるいは炭素工具鋼より軟質な銅合金自体が相手歯車面となじむ（図９，１０参照）。ここで使用される歯車などは例えばSK7などの炭素工具鋼であるために、硬度が通常５００HV以上と硬い。このため、荷重が加えられたときの摺動層のみかけ上の硬さは本来の摺動層の硬さよりも高くなる。このような硬度上昇は歯車などでは問題を起こさないが斜板、すべり軸受などでは焼付きが起こり易くする。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
従来、いわゆる銅系すべり軸受用摺動材料では、銅だけではなじみ面が形成されないので、銅マトリックス中にPbが分散した表面層が相手軸により摩耗されなじむことが必須不可欠であるとの認識が行き亙っており、Pbに代わる物質の研究の端緒となったのは、本出願人の特許文献４，５である。
特許文献４，５の銅合金ではCu-Sn-Ag系銅合金は固溶組織となるように調製され、その後軸受使用中に共晶、六方晶などの耐焼付き性が優れた物質が生成されるために鉛の添加は不必要となる。しかしながら、これらの物質の早期・安定的形成の研究が望まれている。
【特許文献１】特許第２７４５６９６号
【特許文献２】特許第２６５２８６６号
【特許文献３】WO95/25224
【特許文献４】欧州特許公開公報EP0795693A2
【特許文献５】英国特許公開公報GB2312679
【特許文献６】特開昭６０−２５５９６３号公報
【特許文献７】特開平７−１２６８６４号公報
【非特許文献１】「まてりあ」Vol40(2001),No.4,小特集企画、「エネルギーならびに環境保全機器用耐食・耐摩耗コーティング性能の開発と利用」
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明者らは焼結銅合金や特許文献３の溶射銅合金に複合されていた黒鉛に注目した。
黒鉛が分散した焼結銅合金では、黒鉛粒子の大きさは原料の大きさとほとんど同じであり、黒鉛粒子のほとんどは銅合金粒子の粒界三重点に存在している。
特許文献３のCu-Sn-Pb系溶射銅合金の組織は、この文献の第５，7，１３図に示されているように、基材の板に沿った波状模様を呈する。これは鉛相が大きく流動して基材の板面に平行に流れ、その後凝固するために形成された模様である。
一方、鉛を含有しない銅合金の組織は特許文献３の第１図に見られるように原料粉末が基板に衝突して押し潰されている点では通常の鋳造合金の組織とは異なっているが、楕円形もしくは円形の粒状鋳造組織に近いものとなっている。
【０００９】
Pbフリー銅合金粉末と黒鉛粉末を混合して溶射すると、図１及び図２のような組織が得られた。この組織の特徴は次のとおりである。
(a)この組織は特許文献３の図１と、黒鉛分散の点を除いて、基本的に同じである。本発明において粒状組織とは次のようなものである。
(イ)粒界が現れるエッチング液、例えば、グラードあるいは過硫酸アンモニア溶液、でエッチングした組織を光学顕微鏡組織観察して閉じた粒界をもつ粒子が任意の視野に5個以上あること。
(ロ)(イ)の条件を満たす粒子の短径に対する長径の比率が3倍以下であること。
(ハ)(ロ)の条件を満たす粒子の面積割合が５％以上であること。
(ニ)最も大きな黒鉛粒子は原料粉末の粒度とほとんど同じであるが、原料粉末の粒度より微細化されているものが多い。本発明において、「微細黒鉛」とは具体的にいえば、平均粒径が１０μm以下、好ましくは５μm以下である。
(ホ)黒鉛は銅合金粒界に沿って、不連続ではあるが、粒界相状になっている。また、一部の黒鉛は銅合金粒子内に取り込まれている。本発明におけるかかる組織を定量的に表現するならば、全黒鉛粒子中粒内に存在する黒鉛の割合が0.5〜5面積％であり、粒界に片状の黒鉛が存在することである。
【００１０】
一方Pb含有銅合金粉末と黒鉛粉末を混合して溶射して得られた組織の特徴は次のとおりである。
(a)特許文献３の第５，7，１３図のように波状組織となる。
(b)黒鉛は原料粉末の粒度より微細化されているものが多い。最も大きな黒鉛粒子は原料粉末の粒度とほとんど同じである。
(c)黒鉛は波状組織に沿って配列されているものが多い。
【００１１】
Pb添加銅合金においては、鉛が黒鉛より優先的に摩耗するために、なじみ性は鉛による効果が大きく、黒鉛はなじみ性にあまり寄与しない。一方、前記(b),(c)のような形態の黒鉛は、そのすぐれた潤滑性を銅―黒鉛合金の全体で実現するために、摺動初期に焼付きが起こり難く、また低摩擦摺動がある程度継続している過程で銅―黒鉛合金全体が相手軸となじんでなじみ面が形成される。即ち、Pb相が存在しないために、低摩擦摺動中に銅−黒鉛合金全体でゆっくりと摩耗しなじみ面が形成される。従来の銅―黒鉛焼結合金は黒鉛粒子の分散が(b),(c)のようでなく大きい塊が離散散在しているので、十分ななじみ面を形成するためには、荷重を非常に小さくし、潤滑油を十分に供給しかつ極めて長時間摺動させる必要がある。
【００１２】
上述のようななじみ面が形成された後はPb含有銅系溶射合金と比べてPbフリー合金では摩耗は起こり難くなる。一方、焼付きは黒鉛分散組織により大きく影響され、焼付き面圧換算でPb含有銅系溶射合金の約１/2のレベルから２倍も高いレベルまで変動する。Pb含有銅系溶射合金では組成が特定されると、焼付き面圧の変動は非常に少ないから、この材料の焼付き特性は組成により左右され、一方本発明に係る銅―黒鉛系Pbフリー溶射材料の焼付き特性は組織に敏感である。これは一旦なじみ面が形成された後でも材料の組織にミクロ的凝着が起こると、Pb含有銅系溶射材料では多数分散したPb粒子が溶融して凝着を防止するが、本発明の黒鉛系Pbフリー溶射材料では銅マトリックス自体にはそのような働きはない。しかしながら、本発明の材料においてPb含有銅系溶射合金がより高い焼付き面圧を達成可能な原因は、鉛は層状に分布し強度が弱いので摩耗が進行するが、黒鉛の場合には層状分布ではないので摩耗進行を抑制できる上に、黒鉛の固体潤滑剤としての効果があるからである。
【００１３】
よって、本発明に係る銅系溶射摺動材料は、従来のPb含有銅系溶射合金に比べて耐摩耗性にすぐれており、かつ組織次第では優れた耐焼付き性を達成することができ、０．５〜５重量％の黒鉛を含有し、残部が実質的にCu及び不可避的不純物からなり、Pbを含有しないことを特徴とするものであり、これを後述の基材に被覆したのが本発明の摺動部材である。
上記摺動材料において、黒鉛が０．５重量％未満であると摺動特性が不足し、一方５重量％を超えると銅合金中の空孔の割合が多くなり、強度が低下する。好ましい黒鉛含有量は１〜４重量％である。
また、本発明においては、黒鉛は潤滑性となじみ性を発揮し、Snは補助の役目となる。黒鉛の添加により溶射層中に空孔が発生するが、好ましい空孔率は１２面積％以下、より好ましくは９面積％以下である。空孔率がこの範囲より大きくなると摺動特性に悪影響を及ぼす。
【００１４】
さらに、本発明に係るPbフリー銅系溶射材料は３５重量％以下のSnを銅合金の融点調節のために含有することができる。銅合金の融点が低下すると前記組織(b),(c)の形成が促進される。またSnは固溶する部分と、析出する部分があり、何れも銅合金を硬化することにより耐摩耗性に寄与する。Snの含有量が３５重量％を超えると、銅合金が脆くなりかつなじみ性が不足するので好ましくない。好ましいSn含有量は５〜１０重量％である。
【００１５】
本発明の銅−黒鉛系合金は任意成分として、0,01〜0.2重量%P,0.5〜10%重量Al,0.1〜3重量%Si,0.5〜4重量%Mn,0.5〜3重量%Cr,0.5〜15重量%Ni,0.5〜25重量%Znを含有することができる。これらの元素は主として銅合金を強化する。これらの任意成分を含有する銅合金中のCuの含有量は75重量％以上、特に85重量％以上であることが好ましい。
【００１６】
次に、Cu-Sn-Ag系圧延もしくは焼結合金では特許文献５に示されているように２重量％程度までのAgは溶体化処理により固溶し、Aｇ含有量が多くなると溶体化処理で固溶しないAgは析出して耐焼付き性を劣化する。同文献の第3図によると、Agは銅結晶粒の粒界に析出している。一方、Cu-Agニ元系状態図は共晶型であり、またCu側のAg固溶度は約0.06原子％である。この状態図を参照すると特許文献５の第3図のAgはCuとの共晶としてCuの粒界に析出したものと推定される。
また特許文献４，５に示されているように軸受の摺動温度に達するとAg3Snなどの化合物となって析出する。一方、溶射Cu-Sn-Ag系銅合金では溶射直後には微細Ag3Sn粒子として既に析出し、これが境界潤滑における摺動特性を高めていることが分かった。すなわち、Cu-Sn-Ag系溶射合金では、微細Ag3Sn粒子は境界潤滑特性に優れているので焼付きが起こり難いために、なじみ面の形成がゆっくり進む。一方、特許文献４，５のCu-Sn-Aｇ系材料は製造直後の表面は固溶状態であるので摺動初期には摺動特性が不良である。
【００１７】
Cu-Sn-Ag系焼結合金ではAgは固溶している。このCu-Sn-Ag系焼結合金と比較して本発明のCu-Sn-Ag系溶射合金の耐摩耗性及び耐焼付き性はほぼ同等であるが、これらの性能が安定している。すなわち、組成が決まっても前者では性能の変動が大きいが、後者では性能の変動が小さい。
したがって、本発明に係る銅系溶射摺動材料は、耐摩耗性及び耐焼付き性が安定した材料であり、１〜１０重量％のSn及び０．１〜３重量％のAgを含有し、残部が実質的にCu及び不可避的不純物からなり、Pbを含有しないことを特徴とするものであり、これを後述の基材に被覆したのが本発明の摺動部材である。
【００１８】
AgはSn溶質濃度が低いCuからは析出し難いために、Sn含有量が１重量％未満であると、Ag3Sn微粒子の形成が困難になる。一方、Sn含有量が１０重量％を超えると銅合金が脆くなる。好ましいSn含有量は0.1〜５重量％である。Aｇ含有量が０．１〜３重量％の範囲においてAg3Sn微粒子の形成が容易になる。好ましいAｇ含有量は0.1〜１重量％である。
【００１９】
本発明Cu-Sn-Ag系溶射合金においては、P,Al,Si,Mn,Cr,Ni,Znなどの添加元素はAg3Snの析出を困難にして、境界潤滑性が不良のAg化合物を析出するなど好ましくない影響をもたらすので、その総量は５重量％以下とすることが好ましい。
【００２０】
本発明に係るCu-Sn-Ag系溶射合金には黒鉛を分散させることができる。この合金ではAg3Sn微粒子と黒鉛の効果が重畳して発揮される。したがって、本発明に係る銅系溶射摺動材料は、０．１〜３重量％のAg、３０重量％以下のSｎ及び０．５〜５重量％の黒鉛を含有し、残部が実質的にCu及び不可避的不純物からなり、Pbを含有しないことを特徴とするものであり、これを後述の基材に被覆したのが本発明の摺動部材である。このAg組成限定理由は段落番号００１８で述べたとおりである。Sn含有量が３０重量％を超えると、黒鉛添加による摺動特性向上効果以上に脆化による摺動特性劣化が進行する。黒鉛含有量が０．５重量％未満であると、段落番号００１１，００１２で説明した作用効果が不充分となる。一方黒鉛含有量が５重量％を超えると、銅合金の強度が低下する。本発明Cu-Sn-Ag−黒鉛系溶射合金においては、P,Al,Si,Mn,Cr,Ni,Znなどの添加元素は境界潤滑性に優れるAg3Snの析出を困難にするので、その総量は５重量％以下とすることが好ましい。
【００２１】
本発明に係る銅−黒鉛系及びCu-Sn-Ag系溶射合金の溶射層中では、原料粉末の固体粒子が溶解しきらずに接着された組織と、原料粉末が飛散中にあるいは基板上で溶解して接着された組織がある。溶解組織の割合が多いと、上記した黒鉛の微細化、Ag3Sn粒子の析出が促進される。一方、未溶解率が高くなると、未溶解の原料粉末粒子が溶射層中で数珠状に連なった組織となる。この組織中に分散している黒鉛は微細化されていない。またAgを固溶した未溶解銅合金粒子中のAｇの形態は摺動特性を改善するものではない。さらに、未溶解組織は摩耗もしくはクラックが伝播する経路となり、好ましくない。したがって、溶射層中の未溶解率は５０面積％以下（縦０．１mm×横０．５mmの断面での分析による）、特に０〜２５面積％であることが好ましい。
【００２２】
本発明における溶射法は非特許文献１の第３２７頁で説明されている高速ガスフレーム溶射（HVOF）,プラズマ溶射あるいは高速ガスフレーム溶射と原理は同じであるが燃料として酸素を使わず、多量の圧縮空気のみで燃焼させる高速空気フレーム溶射法（HVAF）を好ましく使用することができる。しかし、空孔を少なくするためには粒子速度が速いHVOFが好ましく、HVAFがさらに好ましい。
【００２３】
本発明においては、溶射摺動層を形成する基材は銅合金、アルミニウム合金などの軟質材料である。さらに、本発明の基材となる鋼材は炭素量が０．６重量％未満、好ましくは０．０５〜０．２重量％以下の低炭素鋼（合金鋼も含む）、鋳鋼である。基材の鋼材の炭素含有量が０．６重量％を超えると摺動部材の実効的硬さが高くなるために、摺動層の耐焼付き性が低下する。また、基板と溶射層との間にNiAl，NiCr，AlSiなどの中間層を形成することができる。
【００２４】
本発明の対象となる軸受装置では、潤滑油の種類及び潤滑油供給法、鋼軸と銅合金系軸受摺動層の間のクリアランスにより高度のなじみ性が要求されるか否かが決定される。（イ）潤滑油種類が冷媒を混合した潤滑油での潤滑油下または、その噴霧式および無潤滑下、あるいは（ロ）潤滑油供給方式が潤滑油下、潤滑油滴下式あるいは無潤滑下、（ハ）軸と軸受のクリアランスが20〜100μm以下の何れかの条件を満たし、高度のなじみ性が要求される場合が本発明の好ましい対象となる。本発明の溶射銅合金が使用されるなじみ性が要求される摺動部材は例えば斜板式コンプレッサーの斜板あるいはシューであり、これは前記（イ）に該当し、摺動面において潤滑油が不足し、焼付きが起こり易い。次にプレス等のスライドプレートなどは（ロ）に該当する。メインベアリングあるいは、コンロッド大端部・小端部の内面、キャップブロック内面などは流体潤滑軸受で、潤滑条件は該して良好であるが、（ハ）に該当し、クリアランスが近年益々少なくなっているために、疲労あるいは焼付きが起こり易い。
【００２５】
続いて本発明の溶射銅合金の物性を説明する。
溶射銅合金の硬度は120〜250HVの範囲である（但し、溶射層断面の荷重３００ｇでの５点平均値）。
溶射を行う前処理として、基材表面の十点平均粗さを40〜60mmとすることにより、溶射層の密着性を確保することができる。
溶射層の厚さは１〜２mmでも摺動特性は変わらないが、５〜500μmであることが好ましい。
溶射層は溶射後研摩しあるいは研摩しないで摺動層として使用する。
溶射層には特許文献３第16頁第７〜１１行に記載されたピーニング処理を施すことができる。
さらに、溶射層の表面に、MoS2もしくは黒鉛−樹脂系被覆やSn系めっきを施すことができる。
【発明の効果】
【００２６】
なじみ性が要求される銅合金摺動材料をPbフリーにするために、請求項１においては黒鉛を溶射することにより銅合金の粒状、波状組織などの粒界もしくは粒内に微細に分散させた。この結果従来のPb添加銅合金溶射材よりも優れた性能が達成される。
請求項４においては、Cu-Sn-Ag系合金を溶射してAg3Sn微粒子を微細に析出させたために、焼結合金よりも組織が均一化されて摺動性能が組織によらず安定となった。
以下、実施例により本発明を詳しく説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下の実施例で使用した原料は次のとおりである。
(a)電解銅粉末―平均粒度６０μm
(b)青銅粉末−７重量％Sn含有粉末―平均粒度６３μm
(c)銅−銀粉末及び５重量％Sn−１重量％Ag含有銅合金粉末―平均粒度３７μm
(d)黒鉛粉末（但し表１のNo.6はCuめっき黒鉛）−平均粒度３０μm
(e)銅−鉛粉末及び１０重量％Pb−１０重量％Sn含有銅合金―平均粒度６５μm
これらの原料粉末を表１に示す組成となるように混合した。
【００２８】
溶射はメテコＤＪガンを使用してHVOF法で厚さが4.5mm以上の鋼板（SPCC,S45C,SCM材などの軟質材）上に厚さが300〜400μmの溶射層を形成した。溶射条件は次のとおりである。
(a) ガス圧：プロピレン＝１００PSI，酸素＝１５０PSI，空気＝７５PSI
(b) ガス量：プロピレン＝６１l/min，酸素＝３０９l/min，空気＝３６０l/min
(c) 粉末供給量：８０g/min（２５〜１００ｇ/minが可）
(d) 溶射距離：１８０mm（１５０〜２５０mmが可）
(e) 溶射時間：１３秒（１０〜６０秒が可）
(f) 成膜厚さ：３００〜４００μｍ（溶射時間が１３秒の場合）
【００２９】
【表１】
2005113225.tif 000003
【００３０】
表１のNo.８の二次電子像（倍率２００倍）及び組成像（倍率１０００倍）をそれぞれ図１及び図２に示す。段落番号０００９よりさらに細部を説明する。図２において、濃淡差がある組織で白色の素地はCuマトリックスで黒色は黒鉛である。したがってSnを固溶した銅合金マトリックスは周囲が部分的にあるいはほとんど全体が黒鉛で縁取られているものと、このような縁取りはなく、粒子形態が判然としないものがある。これらの判然したもしくはしない粒子内部に微小な黒点（黒鉛）が分散している。銅合金粒内の黒鉛は微細な点がある方向に並んで列状になっている。図２のほぼ中心から僅かに左上にずれた箇所にある大きな黒鉛粒子は大きさが約10μmであり、原料粉末の約１／３の大きさである。
【００３１】
表１のNo.4について、図１，２と同様の写真をそれぞれ図３，４に示す。また、No.4のX線回折チャートを図５に示す。図３及び図４はそれぞれ二次電子像（倍率２００倍）及び組成像（倍率５００倍）である。さらに細部を説明すると、図４において、濃淡差がある組織で淡灰色（白色）と濃灰色を対比すると、前者は後者よりＡｇ３Ｓｎが多く分散している。黒色は空孔である。したがって、Ａｇ３Ｓｎ（淡灰色）は溶射組織全体に層状で均一に分散している。また、図５において、ＳｎとＡｇの化合物Ａｇ３Ｓｎ及びCu2Oのピークが認められる。
【００３２】
続いて、各種摺動部材を想定して種々の試験を行った結果を以下説明する。
【００３３】
実施例１
この実施例では斜板式コンプレッサーにおける斜板とシューの摺動を想定して、冷媒下での焼付き試験を行った。試験条件は次のとおりであった。
試験機：高圧雰囲気試験機
回転数：7200rpm
荷  重：2MPa/15minステップアップ
油  種：冷凍機油＋冷媒の混合
潤  滑：潤滑噴霧式
相手軸：SUJ2
試験の結果を次表に示す。なお、複数個の試験片を試験し、最大値と最小値を表２に示し、ばらつきがない場合は1個の値を示す（以下の表において同じ）。
【００３４】
【表２】
2005113225.tif 000004
【００３５】
本発明のCu-Sn-Ag系溶射材料の実施例No.4はCu-Sn-Ag系焼結合金とほぼ同じ性能であるが、ばらつきが少ない。
本発明の銅―黒鉛系溶射材の実施例No.5〜11の焼付き面圧は、従来の焼結銅合金(No1、2)以上であり、鉛含有銅合金溶射材(No.3)に達する。Pbフリーにしても鉛含有銅合金溶射材(No.3)に達する焼付き面圧に達することに注目される。
【００３６】
実施例２
この実施例では斜板式コンプレッサーにおける斜板とシューの摺動を想定して、冷媒下での摺動部材向け摩耗試験を行った。試験条件は次のとおりであった。
【００３７】
試験機：高圧雰囲気試験機
回転数：700rpm
合計摺動距離：23200m
荷  重：16MPa
時  間：2時間
油  種：冷凍機油＋冷媒の混合
潤  滑：どぶづけ
相手軸：SUJ2
試験結果を次表に示す。
【００３８】
【表３】
2005113225.tif 000005
【００３９】
本発明のCu-Sn-Ag系溶射材料の実施例No.4はCu-Sn-Ag系焼結合金と一部性能が重複すが平均値は良好である。
Pbフリーにすることにより溶射銅合金（No.５〜11）の摩耗量が少なくなる傾向が認められる。
【００４０】
実施例３
この実施例では無潤滑条件で摺動される一般摺動部材を想定して、摺動部材向け平板―球摩耗試験を行った。試験条件は次のとおりであった。
試験機：往復摺動試験機
速  度：0.08m/s（2Hz,0±10mm）
合計摺動距離：288m
荷  重：0.6MPa
時  間：１時間
油  種：なし
潤  滑：なし
相手軸：SUJ2
試験結果を次表に示す。
【００４１】
【表４】
2005113225.tif 000006
【００４２】
本発明のCu-Sn-Ag系溶射材料の実施例No.4はCu-Sn-Ag系焼結合金とほぼ同じ性能であるが、ばらつきが少ない。
Pbフリーにすることにより溶射銅合金（No.５〜11）の摩耗量が少なくなる傾向が認められる。
【００４３】
実施例４
この実施例では一般摺動部材を想定して、平板―球摩耗試験を行った。試験条件は次のとおりであった。
試験機：往復摺動試験機
速  度：0.08m/s（2Hz,0±10mm）
摺動距離：6912m
時  間：24時間
荷  重：0.6MPa
油  種：一般切削油
潤  滑：どぶづけ
相手軸：SUJ2
試験結果を表５に示す。
【００４４】
【表５】
2005113225.tif 000007
【００４５】
本発明のCu-Sn-Ag系溶射材料の実施例No.4はCu-Sn-Ag系焼結合金とほぼ同じ性能であるが、ばらつきが少ない。
Pbフリーにすることにより溶射銅合金（No.5〜11）の摩耗量が少なくなる傾向が認められる。
【００４６】
実施例５
この実施例では内燃機関のすべり軸受の摺動層を想定して、高面圧軸受試験を次の条件で行った。
試験機：ジャーナル型焼付き試験機
回転数：1300rpm
荷  重：10MPa/45minステップアップ
油  温：140℃
油  種：５W-30
相手軸：S55C焼入れ
試験結果を次表に示す。
【００４７】
【表６】
2005113225.tif 000008
【００４８】
本発明のCu-Sn-Ag系溶射材料の実施例No.4はCu-Sn-Ag系焼結合金とほぼ同じ性能であるが、ばらつきが少ない。
Pbフリーにすることにより溶射銅合金（No.5〜11）の焼付き面圧は向上する傾向が認められる。但しSn含有量が多い（No.10,11）と従来材（No.3）と性能が同じレベルとなる。
【００４９】
実施例５
この実施例では内燃機関のすべり軸受の摺動層を想定して、往復荷重試験を次の条件で行った。
試験機：往復動荷重試験機
回転数：3000rpm
荷  重：14.3MPa/30minステップアップ→全7ステップ、１００MPaまでで疲労が起こらなかった場合は、100MPaの荷重で疲労発生まで試験を続行した。
油  温：160℃
油  種：10W-30
相手軸：S55C焼入れ
試験結果を次表に示す。
【００５０】
【表７】
2005113225.tif 000009
【００５１】
本発明のCu-Sn-Ag系溶射材料の実施例No.4はCu-Sn-Ag系焼結合金とほぼ同じ性能であるが、ばらつきが少ない。
Pbフリーにすることにより溶射銅合金（No.5〜11）の疲労が起こりにくくなる傾向が認められる。但しSn含有量が多い（No.10,11）と従来材（No.1〜3）と性能が同じレベルとなる。
【産業上の利用可能性】
【００５２】
以上説明したように、本発明はPbフリー銅系材料の開発をさらに一歩進めるものであり、性能の向上及び安定に寄与するとともに、溶射材料を鉛フリーとすることにより鉛蒸気の大気中への揮散も避けることができる。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】Cu-７重量%Sn-２重量%Gr組成の溶射層断面の顕微鏡写真（倍率200倍）である。
【図２】Cu-７重量%Sn-２重量%Gr組成の溶射層断面の顕微鏡写真（倍率1000倍）（図１の矢印部の拡大図）である。
【図３】Cu-５重量%Sn-１重量%Ag組成の溶射層断面の顕微鏡写真（倍率200倍）である。
【図４】Cu-５重量%Sn-１重量%Ag組成の溶射層断面の顕微鏡写真（倍率500倍）である。
【図５】Cu-５重量%Sn-１重量%Ag組成の溶射層のX線回折チャートである。
【図１】
2005113225.tif 000010
【図２】
2005113225.tif 000011
【図３】
2005113225.tif 000012
【図４】
2005113225.tif 000013
【図５】
2005113225.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成15年12月19日(2003.12.19)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２５
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２５】
続いて本発明の溶射銅合金の物性を説明する。
溶射銅合金の硬度は120〜250HVの範囲である（但し、溶射層断面の荷重３００ｇでの５点平均値）。
溶射を行う前処理として、基材表面の十点平均粗さを40〜60μmとすることにより、溶射層の密着性を確保することができる。
溶射層の厚さは１〜２mmでも摺動特性は変わらないが、５〜500μmであることが好ましい。
溶射層は溶射後研摩しあるいは研摩しないで摺動層として使用する。
溶射層には特許文献３第16頁第７〜１１行に記載されたピーニング処理を施すことができる。
さらに、溶射層の表面に、MoS2もしくは黒鉛−樹脂系被覆やSn系めっきを施すことができる。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００３１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００３１】
表1のNo.4について、図1,2と同様の写真をそれぞれ図3,4に示す。また、No.4のX線回折チャートを図5に示す。図3及び図4はそれぞれニ次電子像（倍率200倍）及び組成像（倍率500倍）である。さらに細部を説明すると、図4は、白色・淡灰色・濃灰色・黒色に分類される。濃淡差がある組織において白色はＳｎ析出部分であり、淡灰色と濃灰色を対比すると、前者は後者よりAg3Snが多く分散している。黒色は空孔である。したがって、Ag3Snは溶射組織全体に層状で均一に分散しているSn,Ag偏析部分である。また、図5において、SnとAgの化合物Ag3Sn及びCu2Oのピークが認められる。
【手続補正３】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図４
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図４】
2005113225.tif 000015