(57)【要約】      （修正有）【課題】オートマチックトランミッション用銅合金製ブシュをPbフリーにする。【解決手段】摺動面においてPbを含有せず黒鉛を含有する銅合金からなり、摺動面に３面積％以上の黒鉛粒子が露出され、特に摺動面の表面粗さ（Ra)が1μｍ以下で使用される場合に良好な潤滑特性を発揮するオートマチックトランミッション用銅合金製ブシュ。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
Pbを含有せず黒鉛を含有する銅合金からなり、摺動面に３面積％以上の黒鉛粒子が露出されていることを特徴とするオートマチックトランスミッション用銅合金製ブシュ。
【請求項２】
摺動面の表面粗さ(Ra)が1μｍ以下で使用されることにより良好な軸受特性を発揮することを特徴とする請求項１記載のオートマチックトランスミッション用銅合金製ブシュ。
【請求項３】
前記銅合金は、さらに硬質粒子を1〜10wt%含有し、裏金に焼結し積層してなる請求項１又は２記載のオートマチックトランスミッション用銅合金製ブシュ。
【請求項４】
前記銅合金がさらに、重量％で、15%以下のSn, 5%以下のZn, 3%以下のP, 3%以下のNi, 10%以下のFeからなる群より選択された1種もしくは２種以上の元素を含有することを特徴とする請求項１から３までの何れか1項記載のオートマチックトランスミッション用銅合金製ブシュ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明はオートマチックトランスミッション（以下A/Tという）用銅合金製ブシュに関するものであり、さらに詳しく述べるならばPbを含有しない銅合金を使用したブシュに関するものである。
【０００２】
自動車のA/Tのブシュは、オーバードライブサンギヤリヤブシュ(over-drive sun gear rear bush)、オーバードライブサンギヤフロントブシュ(over-drive sun gear front bush) 、サンギヤリヤブシュ(sun gear rear bush)、サンギヤフロントブシュ(sun gear front bush)などとしてA/Tに組み込まれている。このブシュはGO-STOPが繰り返されて、油膜が形成されない状況が頻発するため、境界潤滑条件下での耐摩耗性や耐焼付性が重要である。
【０００３】
従来のA/Tに使用された銅合金は環境汚染物質であるPb を約10〜20%以上含有し、硬質粒子により耐摩耗性を付与するものであった。
【背景技術】
【０００４】
焼結銅合金に関する従来技術を説明する。
焼結含油軸受に関する特許文献１によると、Fe:20〜64wt%, Cu:27〜59wt%, Zn:6〜 24wt%, Sn: 0.06〜0.6wt%, Al: tr〜3wt%, Mn:0.1〜3wt%を含有し、前記Feの粒子を被覆率90%以上のCuで被覆した圧粉焼結材が開示され、またさらに、10〜150μｍであり、微粉をカットした黒鉛、Pbなどの固体潤滑剤を0.5〜5wt%添加した焼結材も開示されている。
この焼結材では、20wt%以上という多量のFeにより強化を図るとともに、CuによりFe粒子を被覆してなじみ性を高めたものである。この焼結材は含油軸受であるためにPbなどの軟質成分は必須でなく、強化となじみ性を重視しており、さらに含油させるために気孔率を15〜28vol%と高くしている。また、焼結後サイジングを行っている。
【０００５】
同様に焼結ベアリングに関する特許文献２によると、青銅母材に、好ましくは50μｍ以下の酸化アルミニウム又は窒化ケイ素粒子を埋め込んだ含油焼結ベアリングが開示されている。焼結後マンドレルを通すいわゆるサイジングを行いベアリングを製造している。
【０００６】
特許文献３には、10〜40%Pb, 0.1〜10%Sn, 10〜30%のMo,Co,Fe3P, FeB, Fe2B,Ni もしくはCo系自溶合金などの硬質粒子、残部Cuからなる焼結銅合金が開示されている。この焼結銅合金は多量に含有されたPb故に流体潤滑条件で腐食が起こり易いので、本出願人は特許文献４で、Pb含有量を10％未満に設定し、硬質粒子の大多数をCu粒子内、Cu粒子の粒界、Cu粒子とPb粒子の境界に分散させた摺動材料を提案した。この材料設計の考え方は、Pb量低減による耐摩耗性不足を硬質粒子分散箇所の特定により補っているところにある。
【特許文献１】特許第2617334号明細書
【特許文献２】特許第2697941号明細書
【特許文献３】特開昭57−50884号公報
【特許文献４】米国特許第5303617号明細書
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
冒頭で述べたように、現用のA/Tのブシュ用銅合金はPbを含有しており、Pbを完全にはなくすることはできなかった。前掲特許文献４は流体潤滑条件下の腐食に着目しており、境界潤滑条件下の耐焼付性を考慮していなかった。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明は、上述の問題を解決するために、Pbを含有せず黒鉛を含有する銅合金からなり、摺動面に３面積％以上の黒鉛粒子が露出され、特に摺動面の表面粗さ(Ra)が1μｍ以下で使用される場合に優れた性能を発揮することを特徴とするA/T用銅合金製ブシュを提供するものである。
【０００９】
本発明においては硬質粒子を含有することが好ましい。硬質粒子とはとは銅合金より実質的に硬い粒子であり、銅合金の耐摩耗性を高めるものである。硬質粒子は具体的にはFe2P,Fe3P, FeB, Fe2B,Mo,Fe-Cr, Fe-Mn, Fe-Ni, Fe-Si, Fe-W, Fe-Mo, Fe-V, Fe-Ti, Fe-Nb, CuP, Cr, SiC, TiC, WC, B4C, TiN, 立方晶BN, Si3N4, SiO2, ZrO2, Al2O3, Si-Mn, Cu-Si, FeS, Ni もしくはCo系自溶合金などである。さらに、好ましい硬質粒子はFe3Pである。
硬質粒子の量が1wt%未満であると耐摩耗性が低く、一方10wt%を超えると相手材の摩耗が多くなり、かつ焼結材の強度が低下する。
【００１０】
A/Tブシュなどの境界潤滑条件で使用される銅合金には従来Ｐｂが不可欠であった。これはＰｂ相が境界潤滑条件で自己潤滑性を発揮するが、黒鉛などの固体潤滑材はＰｂに匹敵する自己潤滑性をもたないからである。一方、黒鉛は自己潤滑性を有するが、なじみ性はPbに比べ不良であるために、固体接触状態は継続し、この状態では黒鉛の自己潤滑性により焼付を防止するためには所定面積以上黒鉛が露出する必要がある。本発明においては、摺動面に３面積％以上露出した黒鉛粒子は境界潤滑条件下での焼付を防止する。
【００１１】
本発明の銅合金は上記成分の他に、必要により、質量％で、15%以下のSn, 5％以下のZn, 3%以下のP, 3%以下のNi, 10%以下のFe などの1種もしくは２種以上を含有することができるが、Pbは腐食をもたらすので含有しない。
【００１２】
本発明に係る焼結銅合金の製造方法は特許文献４のカラム４、第５２〜６５行に説明された２段焼結法により製造することができる。使用時には、表面を削りとり所定の表面粗さ及び黒鉛露出面積を確保することが必要である。
【００１３】
表面粗さ(Ra)が１μｍ以上の場合、固体接触状態から流体潤滑へ移行する前に、黒鉛の上に銅合金がかぶさり、自己潤滑性が発揮できなくなる。表面粗さ(Ra)が１μｍ以下の場合、黒鉛の上に銅合金がかぶさることはなく、黒鉛が摺動面に露出し良好な潤滑性を発揮できるので、特に良好な性能が得られる。
従来のPb含有焼結銅合金ではPbのなじみ性が優れているから、摺動面粗さを小さくすることは耐焼付性の面で望ましいが、必須ではない。Pbは銅合金との結合性が良いため、多量に含有されることができる。これに対して、黒鉛は、銅合金との結合性が悪く脱落しやすく又、含有量を増やしすぎると、組織の強度も下がるため、Pbほど多量に含有させられない。少量でPbと同等の耐焼付性を確保させるためには、黒鉛の露出率及び好ましくは表面粗さをコントロールすることが必要である。
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】
【００１４】
図１はCuFe3P系焼結合金の黒鉛量（wt%）、粒径と黒鉛露出率（面積％）との関係を示すグラフである。なお、焼結合金の表面は粗さ(Ra)が1.0μｍとなるように仕上げた。
黒鉛露出率は黒鉛量とともに増加するが、同じ黒鉛量でも粒径が小さい方が黒鉛露出率が小さくなっている。
【００１５】
上記黒鉛露出率の差は、表面仕上げの際にCu合金が展伸され、黒鉛を被覆するために生じる。黒鉛粒径が小さければ被覆されやすく、粒径が大きい場合はすべては被覆されず、露出する部分が大きくなる。
【００１６】
図２は黒鉛露出率と焼付き荷重の関係を示すグラフである。
焼付き荷重の測定は３ピン/ディスク試験（周速：3m/s、潤滑方法：ATF(T-4)30mg塗布）により行った。負荷荷重印加方法は図３のとおりであった。
図２より焼付き荷重下限は黒鉛露出率により決定されることが分かる。以上のような結果から黒鉛露出率を３％以上に限定した。
【００１７】
図４はCuFe3P系焼結合金の表面粗さ(Ra)と焼付き荷重の関係を示すグラフである。焼付き荷重の測定法は前述の方法と同じである。表面粗さは黒鉛量とその粒径を変化させることにより、図４の横軸の範囲に設定した。図４より摺動面粗さが1μm以下とすることにより焼付き荷重が高くなることが分かる。
【００１８】
図５は、図４に関して言及した焼結合金の黒鉛量(wt%)と表面粗さ（Ra）の関係を黒鉛粒径をパラメータとし示したグラフである。このグラフより次のことが分かる。
・  表面粗さ(Ra)は黒鉛量(wt%)及び粒径が大きくなるにつれて粗くなる。
(b)黒鉛粒子が5μｍと微粒であると、表面粗さ(Ra)は黒鉛量(wt%)に拘わらずほぼ一定である。これは微粒黒鉛は、銅合金中から脱落しにくく、脱落した場合の空孔も小さいためである。
【００１９】
表面粗さの測定は次の方法で表面を仕上げた平板で測定した。
試験機：汎用旋盤
試験材：焼結板
チップ：0.8R
送り：0.105mm
回転数：500rpm
トラック径：12.5〜32.5mm
【産業上の利用可能性】
【００２０】
以上説明したように、本発明によるとPbを添加しなくともA/Tブシュとして十分な耐焼付性をもつ銅合金が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】黒鉛露出率と焼付き荷重の関係を示すグラフである。
【図２】焼付き荷重測定試験における荷重印加パターンを示すグラフである。
【図３】黒鉛量と黒鉛露出率の関係を示すグラフである。
【図４】摺動面粗さと焼付き荷重の関係を示すグラフである。
【図５】黒鉛量と表面粗さの関係を示すグラフである。
【図６】表１、No.1の材料の顕微鏡組織写真である。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年11月25日(2003.11.25)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２１】
【図１】黒鉛量と黒鉛露出率の関係を示すグラフである。
【図２】黒鉛露出率と焼付き荷重の関係を示すグラフである。
【図３】焼付き荷重測定試験における荷重印加パターンを示すグラフである。
【図４】摺動面粗さと焼付き荷重の関係を示すグラフである。
【図５】黒鉛量と表面粗さの関係を示すグラフである。
【図６】表１、No.1の材料の顕微鏡組織写真である。
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】全図
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１】
2005133736.tif 000009
【図２】
2005133736.tif 000010
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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