(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
裏金上に焼結形成されるＣｕ合金から成る多孔質部から成り、該多孔質部に低融点合金が溶浸され、かつ多孔質部が摺動表面を構成する摺動材料であって、前記低融点合金が、Ｂｉを２０〜７０質量％含有するとともに、２００℃以下の液相線温度を有するＰｂフリーの低融点合金であることを特徴とする摺動材料。
【請求項２】
前記低融点合金が、Ｂｉ：２０〜７０質量％、残部Ｓｎからなることを特徴とする請求項１記載の摺動材料。
【請求項３】
前記低融点合金が、Ｂｉ：２０〜７０質量％、残部Ｉｎからなることを特徴とする請求項１記載の摺動材料。
【請求項４】
前記低融点合金には、液相線温度が200℃以下の範囲で第三元素が１種以上添加されていることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の摺動材料。
【請求項５】
前記低融点合金に添加する第三元素は、Ag、Cu、Fe、Mn、Co、Zn、P、Sn、Inからなる群から選ばれた１種または２種以上であることを特徴とする請求項４に記載の摺動材料。
【請求項６】
前記多孔質部が、Snが5〜20質量％含有されているCu-Sn系合金粉末を焼結して形成したものであることを特徴とする請求項１記載の摺動材料。
【請求項７】
(1)裏金上にCu合金粉を散布する合金粉の散布工程；
(2)Cu合金粉が散布された裏金をCu合金粉の液相線温度以下に加熱して裏金上にCu合金の多孔質部を形成する焼結工程；
(3)Biを20質量％以上含有するとともに、液相線温度が200℃以下のPbフリーの低融点合金粉とフラックスから成る低融点合金ペーストを前記多孔質部に載置するペースト載置工程；
(4)多孔質部に載置した低融点合金ペーストを低融点合金の液相線温度以上に加熱して溶融させ、溶融した低融点合金を多孔質部に溶浸させる溶浸工程；および
(5)低融点合金が溶浸した多孔質部を所定の厚さまで切削する切削工程；
から成ることを特徴とする摺動材料の製造方法。
【請求項８】
前記多孔質部への低融点合金ペーストの載置は、メッシュスクリーンやメタルマスクを用いた印刷法で行うことを特徴とする請求項７記載の摺動材料の製造方法。
【請求項９】
前記多孔質部への低融点合金ペーストの載置は、ディスペンサーを用いた吐出法で行うことを特徴とする請求項７記載の摺動材料の製造方法。
【請求項１０】
前記多孔質部への低融点合金ペーストの載置は、低融点合金ペーストが所定形状に塗布された板材を多孔質部に載置する間接載置法であることを特徴とする請求項７記載の摺動材料の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鉛フリーの摺動材料、特に高速回転する機械の摺動部に適した摺動材料およびその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車、産業機械等には、多数の回転部があり、回転部には必ず摺動部品が設置されている。例えば、自動車では回転シャフトを受ける部分に軸受のような摺動部品、油圧機械のギヤーポンプでは歯車の側面を押さえるサイドプレートのような摺動部品、そしてコンプレッサーでは斜板のような摺動部品が設置されている。【０００３】
ところで摺動部品を設置した機械が故障して修理に多大な費用がかかったり、古くなって使い勝手が悪くなったりした場合は廃棄されるが、省資源の関係から機械を構成する材料の多くは回収して再使用されている。しかしながら機械に設置された摺動部品は回収されることなく埋め立て処分されていた。なぜならば摺動部品の多くは裏金となる鋼板と摺動材料とを容易に分離できないからである。つまり摺動部品は、機械的強度を高めるため摺動材料と鋼板とが金属的な接合、即ち、摺動材料の金属と鋼板とが、それぞれの金属原子中に侵入した状態で金属的に接合されているため、摺動材料と鋼板を分離して回収することができない。従って、鉄の占める割合が多い摺動部品を溶解して鉄材として回収しようとしても、鉄中に他の成分が大量に混入されるため鉄材として使用できなくなる。このように摺動部品は再使用ができないことから、摺動部品の多くは産業廃棄物として埋め立て処分されていた。【０００４】
従来の摺動材料の多くは、Cu合金にPbが添加された鉛青銅（LBC3）であった。鉛青銅は、Cu-Sn合金のマトリックス中にPbが点在しているものであり、硬いCu-Sn合金のマトリックスが磨耗することなく相手側部材を保持し、Pbがマトリックスの表面に薄く延び広がって潤滑油の作用をすることにより摺動性を良好にする。この鉛青銅は安価で、しかも適度な摺動性を有することから、古くから各種の摺動部品に使用されてきたものである。【０００５】
このように摺動材料中にPbが点在すると、優れた摺動特性を奏することから、さらに摺動材料にPbを多く使用することが考えられ、そのような摺動部品の表面にPb合金をメッキするというオーバーレイも使われていた。オーバーレイとしては、摺動部品の表面にPb合金をメッキしたものと、銅合金粉末を焼結して多孔質部を形成し、該多孔質部に溶融したPb合金を含浸(impregnation)させたものがある。例えば、特開昭56−16603号公報および特開昭49−54211号公報参照。【０００６】
しかしながら、鉛青銅使用の摺動部品やPb合金をオーバーレイした摺動部品が埋め立て処分され、該摺動部品に酸性雨が接触すると、摺動材料中のPbが溶出して地下水を汚染するようになる。このPbを含んだ地下水を人間や家畜が長年月にわたって飲用するうちに、Pbが体内に蓄積されて、ついには、鉛中毒を起こすと云われている。そのため、現在は地球規模でPbの使用が規制されるようになってきており、摺動部品を使用する業界においてもPbを含まない摺動材料が強く要求されている。【０００７】
Pbを含まない摺動材料とは、Cuを主成分としてSn、Ag、Bi、Ni、Fe、Al、Mn、Co、Zn、Si、P等を添加したものであるが、近時はCu、Sn、Biからなる合金の銅系摺動材料が多数提案されている。特開平10−330868号公報、特開2001−81523号公報、特開2001−220630号公報、特開2002−285262号公報。【０００８】
従来のこれらの銅系摺動材料は、Cu-Sn-Bi合金やCu-Sn系合金粉末にBi粉末を混合して作った焼結合金であり、Biが従来の鉛青銅のPbと同様の作用、即ち、BiがCu-Sn合金のマトリックス表面を薄く覆って潤滑油の作用をし、摺動特性を良好にするようになっている。【０００９】
ところで従来のこの種の摺動材料（以下、Bi入り摺動材料という）は、図１に示すように、裏金１に形成されるCu-Sn-Bi合金の焼結合金層２からなるものである。従来のBi入り摺動材料の組織は、Cu合金相３の間にBi相４が点在している組織であり、このBi相は液相線温度が200℃以上であった。【００１０】
ここで摺動材料が使われる例としてコンプレッサー用の斜板について簡単に説明する。図２にその１部を示すようにコンプレッサー１０のシリンダー１１内にはピストン１２が矢印Aのように往復自在に設置されている。ピストン１２の中央には一対のシュー１３、１３が回動自在に配置されている。この一対のシュー１３、１３は斜板１４を傾斜した状態で挟み込んでいて、さらに斜板１４はシリンダー１１の近傍に設置された軸１５に傾斜した状態で取り付けられている。【００１１】
斜板１４の両面には摺動材料１６、１６が貼り付けられている。従って、軸１５が回転すると、斜板１４はピストン１２に対して左右に振れながら回転する。そして回転する斜板１４の両面の摺動材料１６、１６がピストン１２に配置されているシュー１３、１３に対して摺動し、ピストン１２は矢印Ａのように往復動する。このピストン１２の往復動により左右のピストン室にある冷媒ガスが圧縮されて図示しないコンデンサーに送り込まれるようになっている。【００１２】
図３は斜板の略式斜視図であり、斜板１４には、前述のように円板状の裏金１７の両面に摺動材料１６、１６が貼り付けられている。斜板１４は軸に傾斜して取り付けるため、中央に取り付け孔１８が穿設されており、該孔の周囲には軸に固定するための複数のネジ孔１９・・・が穿設されている。またネジ孔のところまで摺動材が存在するとネジによる軸への取り付けに支障をきたすようになるため、摺動材１６は、ネジ孔１９・・・の外側部分だけ、つまり中央を除いて環状に設けられてる。
【発明の開示】
【００１３】
従来のBi入り摺動材料は、高速回転する機械、例えば前述のコンプレッサーの斜板のようなものに使用されたときに焼き付きを起こすことがあった。また従来のBi入り摺動材料の製造方法、つまりCu-Sn-Bi合金やCu-Sn系合金粉末にBi粉末を混合して焼結する方法は、摺動特性に優れたBi成分が多孔質部の中に閉じ込められた状態となっていて表面に露出する量が少ないため、Biの持つ摺動特性が充分に発揮できなかった。
【００１４】
摺動材料の表面に摺動特性に優れた金属を大量に露出させる方法として前述の含浸法(impregnation)がある。しかし、従来の含浸法は、裏金に多孔質部が形成されたものを溶融金属中に浸漬する際に、裏金と多孔質部全体を溶融金属中に浸漬するため、不要箇所、例えば斜板のような摺動部品では側面や中央部に溶融金属が付着したり、或いは高価な溶融金属が必要以上に付着したりすることがあった。
【００１５】
高速回転する機械は摺動部が稼動時に摩擦熱で略200℃まで昇温するが、従来のBi入り摺動材料は、この温度では充分な摺動特性を発揮できなかった。つまり従来の摺動材料は、金属の固体潤滑剤が稼動時の温度で溶融状態になっていないため、充分な摺動特性が発揮できなかったのである。
【００１６】
摺動材料では、稼動時の温度で固体潤滑剤が溶融状態となっていると、これがあたかも潤滑油のような作用を呈して摺動特性を良好にする。ところが従来のBi入り摺動材料は機械の稼動時の温度が200℃では、前述のようにBi相が未だ溶融状態になっていないことから摺動特性が良好とならなかったわけである。そのため、高速回転する機械において、従来のBi入り摺動材料は200℃でBiが溶融状態とならないことが焼き付きを起こす原因となっていた。
【００１７】
そこで本発明者らは、Biを含有する合金が200℃以下で溶融状態になっていれば優れた摺動特性が発揮できることを見い出し本発明の摺動材料を完成させた。
ところで、従来の含浸法は、多孔質部にフラックスを塗布してから溶融金属中に浸漬して多孔質部に溶融金属を含浸させるものであったため、溶融金属が不要箇所に付着したり、必要以上に大量に付着したりするものであった。
【００１８】
本発明者らは、ソルダペーストによるはんだ付けに着目した。すなわち、電子部品のはんだ付けに用いるソルダペーストは、はんだ粉とフラックスが混ぜ合わされていることから、はんだ付け部にソルダペーストを塗布して加熱するだけで所定の箇所だけにはんだ付けができる。つまり加熱時、ソルダペーストはフラックスが先に流動してはんだ付け部の酸化物を還元除去し、清浄化する。その後、溶融したはんだが清浄化した部分に濡れ広がってはんだ付けがなされる。ソルダペーストは必要箇所だけに塗布されれば、はんだが不要箇所に付着せず、またソルダペーストの塗布量をコントロールするだけで所定量のはんだ、つまり低融点金属材料を付着させることができること、等に着目して本発明の摺動材料の製造方法を完成させた。
【００１９】
ここに、本発明は、高速回転する機械に設置しても優れた摺動特性を発揮することができる摺動材料であり、また摺動特性に優れた金属を必要箇所だけに、しかも適量を付着させることができる摺動材料の製造方法である。
【００２０】
より具体的には、本発明は、裏金上に形成されるCu合金の多孔質部に低融点合金が溶浸された摺動材料であって、該低融点合金が、少なくともBiを20質量％以上含有するとともに、200℃以下の液相線温度を有するPbフリーの低融点合金であることを特徴とする摺動材料である。
【００２１】
また別の面からは、本発明は、(1)裏金上にCu合金粉末を散布する合金粉の散布工程；
(2)Cu合金粉末が散布された裏金を当該Cu合金の液相線温度以下に加熱して裏金にCu合金の多孔質部を形成する焼結工程；
(3)Biを20質量％以上含有するとともに、液相線温度が200℃以下のPbフリーの低融点合金粉とフラックスから成る低融点合金ペーストを前記多孔質部に載置するペースト載置工程；
(4)多孔質部に載置した低融点合金ペーストを当該低融点合金の液相線温度以上に加熱して溶融させ、溶融した低融点合金を多孔質部に溶浸させる溶浸工程；および
(5)低融点合金が溶浸した多孔質部を所定の厚さまで切削する切削工程；
から成ることを特徴とする摺動材料の製造方法である。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】図１は、従来の摺動材料の断面組織の模式的説明図である。
【図２】図２は、コンプレッサーの一部の略式断面図である。
【図３】図３は、図２に示す斜板の斜視図である。
【図４】図４は、本発明にかかる摺動材料の断面組織の模式的説明図である。
【図５】図５Ａないし図５Ｄは、本発明にかかる摺動部材を製造する印刷法の各工程の略式説明図である。
【図６】図６Ａおよび図６Ｂは、本発明にかかる摺動材料を製造する吐出法の各工程のを略式説明図である。
【図７】図７は、同じく間接載置法の略式説明図である。
【図８】図８は、摩擦係数測定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】
【００２３】
本発明の摺動材料は、図４に示すように、裏金１の上にCu合金の多孔質部５が形成されており、多孔質部５にBi含有の低融点合金６が溶浸(infiltration）されている。従って、本発明の摺動材料は、比較的硬いCu合金の多孔質部５が摺動する摺動体、例えばコンプレッサーではシューを支える。この摺動体の摺動にともなって、多孔質部５に溶浸されていた低融点合金６が引き出され、多孔質部５の表面を覆う。そして摺動部の稼動が連続して行われるうちに、摩擦熱で摺動材料の温度が上昇し、表面を覆っていた低融点合金が溶融して潤滑油の役目をすることにより摺動特性を良好にする。
【００２４】
本発明にかかる摺動材料で使用する低融点摺動成分にはBiが少なくとも20質量％添加されている。即ち、Biは温度の上昇に伴って軟化するため、摺動材料の固体潤滑剤として適しているが、Biの摺動特性が充分に発揮されるのは、Biが溶融状態となったときである。従って、稼動時の摺動部の温度が300℃以上になるようなところでは、融点が271℃のBi単体でも使用できるが、高速回転する機械では稼動時の最高温度が略200℃であるため、Bi単体では使用できない。ところがBiとSn、BiとInを合金にすると液相線温度を200℃以下に下げることができるため、本発明ではBiの液相線温度を下げる金属と合金にする。しかしながら、液相線温度が200℃以下のBi含有の低融点合金であれば如何なる合金でも使用可能というわけではない。即ち、Biの摺動特性が表れるためには、Biは少なくとも20質量％以上とする。
【００２５】
BiとSnの合金ではBiが20〜81質量％の範囲で液相線温度が200℃以下となる。BiとInの合金ではBiが85質量％以下で液相線温度が200℃以下となるが、前述のようにBi-In系においてもBiは少なくとも20質量％とする。従って、本発明では、Bi-Sn二元合金であればBiの含有量は20〜81質量％であり、Bi-In二元合金であればBiの含有量は20〜85質量％となる。
【００２６】
本発明で多孔質層に溶浸するBi含有低融点合金で最も適した合金組成は、BiとSn、あるいはBiとInの共晶組成である。つまりこれらの共晶組成は、固相線温度と液相線温度の差がないため最も低い温度で溶融し、潤滑剤としての効果が著しくなる。また共晶組成は、Biともう一成分とが均一分散しているため、Bi合金の如何なる部分においても、常に一定の摺動特性が得られる。
【００２７】
また本発明に使用する低融点合金は、Bi20質量％以上が含有され、しかも液相線温度が200℃以下であれば、低融点合金の特性、例えば焼き付き、多孔質部との接合、多孔質部との濡れ、融点降下、等の特性を向上させる目的で第三元素を添加することもできる。低融点合金の摺動特性を向上させる第三元素としては、Ag、Cu、Fe、Mn、Co、Zn、P、Sn、Inであり、これらの群から選ばれた１種または２種以上を添加してもよい。
【００２８】
本発明に使用して好適な低融点合金を表１に示す。表１の本発明例では全てBiが20質量％以上含有され、しかも液相線温度が200℃以下のものである。一方、表１の比較例ではBiが20質量％未満であったり、液相線温度が200℃以上であったりするものであり、本発明の使用に適さないものである。
【００２９】
【表１】
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【００３０】
本発明に使用する多孔質部を形成する合金は、Cuを主成分とする合金が適している。つまりCuは適度な硬さと摺動性を有しており、また溶融状態の低融点合金が濡れやすいからである。本発明に使用するCu主成分の合金としては、Cu-Sn系合金が好適である。
【００３１】
本発明におけるかかる焼結Cu合金の多孔率は特に制限はないが、通常は60〜80vol％が好ましい。
なお、本発明で「系合金」とは、表記された元素の合金の他、第三元素を１種以上添加した合金も含まれる。例えばBi-Sn系合金とはBiとSnからなる合金と、さらにBi-Sn合金にAg、Cu、Fe、Mn、Co、Zn、P、Sn、Inのような第三元素を１種以上添加した合金等である。また本発明で言う「溶浸」とは、溶融した合金が毛細管現象で多孔質部に侵入するとともに、多孔質部に濡れて金属的な接合、即ち多孔質部に低融点合金がはんだ付けされている状態である。
【００３２】
ここで、本発明にかかる摺動材料の製造方法の各工程について説明すると、次の通りである。
(i)裏金上へのCu合金粉の散布工程:
コンプレッサー用の斜板の場合、通常は裏金は鋼板であるが、黄銅などの非鉄金属も用いてもよい。これは所定寸法に切断した板状のものであっても、あるいは摺動材料を連続的に製造する場合には、帯状のものであってもよい。これに所定厚さにまでCu合金粉を所定厚さまで散布して圧粉層を構成する。このときのCu合金としては、目的とする摺動材料の種類によって適宜選択すればよいが、本発明の場合、純Cu、Cu-Sn合金(Sn:５〜20％)、リン青銅などが例示される。
【００３３】
本発明において、粒径などについては焼結による従来の銅系摺動材料と同様であってもよく、所定の多孔質焼結層が形成できれば特に制限はない。
(ii)Cu合金焼結工程；
これは、裏金上に設けられたCu合金散布層が設けられた裏金を当該Cu合金粉の液相線温度以下に加熱して焼結を行う工程であって、これにより裏金上にCu合金の多孔質部を形成する。液相線温度以下の焼結温度に加熱されたCu合金散布層は、通常還元性雰囲気下において所定の多孔質度が達成されるまで焼結されるが、かかる処理はすでに慣用の条件を用いて行えばよく、本発明においても特に制限はない。
【００３４】
(iii)Bi含有低融点合金ペーストの載置工程:
これは、本発明において使用する前述のBiを20質量％以上含有するとともに、液相線温度が200℃以下のPbフリーの低融点合金粉とフラックスから成る低融点合金ペーストを前記多孔質部に載置する工程である。ペーストそれ自体は、すでにはんだ付けの技術分野で周知であり、本発明においてもそれを利用して上記低融点合金のはんだペーストを用意すればよい。すでに述べたように、本発明において用いる好適合金としては、Bi:20〜81％、残部SnおよびBi:20〜85％、残部Inが挙げられるが、それらの場合には、平均粒度：150μmアンダーのはんだ合金粉末樹脂をベースにするフラックスと混練して、ペーストを構成すればよい。
【００３５】
多孔質部上に上記ペーストを載置する方法には、後述するように、印刷法、吐出法、そして間接載置法が例示される。
本発明によれば、載置するペーストの位置および量を調整するだけで多孔質部内に溶浸する低融点合金の量を容易に調節可能であるため、摺動特性の調整も可能となるのである。しかも含浸法のように高温に溶融する必要はなく、また操作を大気下で行うことができ、雰囲気調整も不要である。
【００３６】
(iv) 溶浸工程:
これは、上述のように多孔質部に載置した低融点合金ペーストを低融点合金の液相線温度以上に加熱して溶融させ、溶融した低融点合金を多孔質部に溶浸させる工程である。
【００３７】
(v)切削工程:
これは低融点合金が溶浸した多孔質部を所定の厚さまで切削する工程である。
ここに、本発明の製造方法で低融点合金ペーストを載置する手段としては、印刷法、吐出法、間接載置法等がある。
【００３８】
印刷法とは、低融点合金ペーストを載置する部分のみ開口したメッシュスクリーンやメタルマスクを多孔質部に被せ、その上に低融点合金ペーストを載置してから、該低融点合金ペーストをスキージで掻き均し、開口にソルダペーストを充填して必要箇所に低融点合金ペーストを印刷塗布する方法である。印刷法に用いるメッシュスクリーンとは、細線の網を樹脂で板状にしたもので、印刷すべき部分の樹脂が除去されて開口となっている。
【００３９】
吐出法とは、例えばシリンジ形状のディスペンサー内に充填された低融点合金ペーストを圧縮空気で吐出させて多孔質部の必要箇所だけに塗布する方法である。
間接載置法とは、耐熱性板状材の上に低融点合金ペーストを印刷法や吐出法で多孔質部の必要箇所と同一形状に塗布しておき、該板状材の低融点合金ペーストが多孔質部の上になるようにして載置する方法である。
【００４０】
ここで低融点合金ペーストを多孔質部に載置する方法について簡単に説明する。図５A〜図５Dは、印刷法でコンプレッサーの斜板に低融点合金ペーストを載置する工程の模式的説明図である。
【００４１】
本発明の摺動材料の製造方法に使用するメッシュスクリーン２０には、斜板の多孔質部と略同一形状の環状の開口２１が形成されている。
図５A：裏金１７の両面に多孔質部１６、１６が形成されたものの上に開口２１と多孔質部１６が一致するようにして矢印のようにメッシュスクリーン２０を被せる。
【００４２】
図５B：メッシュスクリーン２０の開口２１の一端に低融点合金ペースト２２を置き、スキージ２３を矢印X方向に移動させて、低融点合金ペースト２２を掻き均す。
図５C：スキージ２３で低融点合金ペーストを掻き均すことにより、低融点合金ペースト２２が開口２１内に充填される。
【００４３】
図５D：メッシュスクリーン２０を持ち上げると、メッシュスクリーンの開口２１内に充填されていた低融点合金ペースト２２は多孔質部１６上に印刷塗布される。
斜板のように両面に多孔質部を有するものでは、片面に低融点合金ペーストを印刷塗布してから、加熱して多孔質部に低融点合金を溶浸させ、その後、もう一方の面に同様にして低融点合金ペーストを印刷塗布して加熱してもよいし、或いは一方の面に低融点合金ペーストを印刷塗布後にペーストが塗布されていない中央部を支えて、もう一方の面に低融点合金ペーストを印刷塗布してから両面を同時に加熱してもよい。
【００４４】
次に吐出法で斜板に低融点合金ペーストを載置する方法を図６Ａおよび図６Ｂで説明する。
吐出法では回転治具を用いる。図６Ａに示すように、回転治具２４は、上部が細径の挿入部２５、下部が太径の保持部２６となっている。挿入部２５は、斜板の孔１８を容易に挿通でき、保持部２６は環状の多孔質部１６よりも僅かに細径となっている。図６Ａのように両面に多孔質部１６、１６が形成された裏金１７の孔１８を回転治具２４の挿入部２５に挿入する。このとき下面は保持部２６の段部で保持されるが、保持部２６の直径が環状の多孔質部１６の内径よりも細径となっているため、保持部は多孔質部に接触しない。このようにして裏金を回転治具で保持したならば、ノズル幅が多孔質部１６の横幅と略同一となったディスペンサー２７を多孔質部１６から少し離した状態で設置する。そして回転治具２４を回転させながら、ディスペンサー２７から低融点合金ペースト２２を吐出する。すると図６Ｂに示すように低融点合金ペースト２２が多孔質部１６上に環状に塗布される。このようにして片面に低融点合金ペーストが塗布されたならば、すぐに低融点合金ペーストを加熱溶融して多孔質部に溶浸してもよいが、片面に低融点合金ペーストを塗布後に、裏金を引っくり返してもう一方の面に同様にして低融点合金ペーストを塗布してもよい。
【００４５】
次に、図７によって、間接載置法で斜板に低融点合金ペーストを載置する方法を説明する。耐熱性があって、しかも溶融した低融点合金が付着しない板材２８、例えばセラミック板、ステンレス板、耐熱性樹脂板等に印刷法で多孔質部と略同一形状に低融点合金ペースト２２を塗布しておく。このようにして低融点合金ペーストが塗布された板材２８を反転させ、塗布された低融点合金ペースト２２と多孔質部１６が一致するようにして重ね合わせる。その後、板材とともに低融点合金ペーストを加熱して低融点合金を溶融させ、多孔質部に溶浸する。
【００４６】
本発明の摺動材料は、摺動特性に優れたBi含有低融点合金が多孔質部に溶浸されているため、多孔質部のCu-Sn系合金が高荷重を支え、多孔質部に溶浸されたBi含有低融点合金が摺動する摺動体から引き出されて多孔質部表面を覆い、それが摩擦熱で溶融することにより、高速回転に対して焼き付きを起こさないようにする。
【００４７】
特に本発明の摺動材料は、Bi含有低融点合金の液相線温度が200℃以下となっているため、斜板が高速回転するコンプレッサーのように摺動部の稼動時の温度が200℃まで昇温しても、この温度で溶融したBi含有低融点合金が円滑な摺動特性を発揮して焼き付きを起こさないようになる。
【００４８】
さらにまた本発明の摺動材料は、Pbが全く含まれていないため、使用できなくなった摺動部を埋め立て処分しても地下水を汚染するという公害問題も発生させない。
本発明の摺動材料の製造方法は、低融点合金ペーストを用いて必要箇所だけに必要量だけの低融点合金ペーストを載置することができるため、従来の裏金に多孔質部が形成されたもの全体を溶融金属中に浸漬したときのように不要箇所に低融点合金が付着するようなことがないばかりでなく、高価な低融点合金が大量に付着するようなこともない。
【００４９】
以上、本発明をコンプレッサーの斜板を例にとって説明してきたが、回転軸受など摺動材料としても同様に利用できることはこれまでの発明からも当業者には明らかである。例えば、帯鋼に連続して多孔質の焼結層を形成し、その片面または両面に低融点合金ペーストを塗布し、片面ずつ、あるいは両面同時に加熱して低融点合金を多孔質部に溶浸させてもよい。
【００５０】
なお、本明細書において合金組成を示す「％」は特にことわりがない限り「質量％」である。
次に、実施例によって本発明の摺動材料の作用効果をさらに具体的に説明する。
【実施例１】
【００５１】
本例では、下記材料を用いて斜板用摺動材料を製造した。
○多孔質部用Cu-Sn系合金：Cu-10%Sn(Cu-10Snと記載する、以下同じ)合金粉末(粒径：粒度150μmアンダー)
○裏金：直径90mm、厚さ6mm、材質JIS S45C
○低融点合金ペースト：58Bi-Sn粉末(粒度60μmアンダー)と下記組成のはんだ付け用ペースト状フラックスの混合物。【００５２】
重合ロジン  50質量％
ジフェニールグアニジン臭化水素酸塩  ２質量％
水素添加ヒマシ油  ５質量％
アジピン酸  0.5質量％
ジエチレングリコールモノヘキシエーテル  42.5質量％。【００５３】
本例における斜板用摺動材料は次の各工程を経て製造した。
(1)合金粉の散布工程：裏金を水平に置いて裏金上にCu-10Sn合金粉を厚さ約0.5mmに散布する。【００５４】
(2)焼結工程：Cu-Sn合金粉が散布された裏金をアンモニア分解ガス雰囲気の焼結炉中800〜850℃で焼結して、裏金上に多孔質部を形成する。同様にして裏金のもう一方の面にも多孔質部を形成する。【００５５】
(3)ペーストの載置工程：多孔質部の必要箇所が開口したメッシュスクリーンを多孔質部に載置し、該開口に低融点合金ペーストを置いてから、低融点合金ペーストをスキージで掻き均して多孔質部に低融点合金ペーストを印刷塗布する。もう一方の面にも同様にして低融点合金ペーストを印刷塗布する。【００５６】
(4)溶浸工程：多孔質部に印刷塗布された低融点合金ペーストを加熱炉で200℃に加熱して低融点合金粉を溶融させる。溶融した低融点合金はフラックスで清浄化された多孔質部に毛細管現象で浸透して、金属的に付着する。【００５７】
(5)切削工程：裏金両面の多孔質部を切削加工して所定の厚さに仕上げる。
【実施例２】
【００５８】
本例では、下記材料を用いて斜板用摺動材料を製造した。
○多孔質部用Cu-Sn系合金：Cu-10Sn合金粉末(粒度150μmアンダー)
○裏金：直径90mm、厚さ6mm、材質JIS S45C
○低融点合金ペースト：Sn-2Ag-0.5Cu-20Bi粉末(粒度150μmアンダー)とはんだ付け用ペースト状フラックス(実施例１に同じ)の混合物。【００５９】
本例における斜板用摺動材料の製造は次の工程により行った。
(1)合金粉の散布工程：実施例１と同様。
(2)焼結工程：実施例１と同様。【００６０】
(3)ペーストの載置工程：回転治具の挿入部に裏金の孔を挿通するようにして裏金を置く。該裏金から少し離して多孔質部の巾と略同一巾のノズルを有するディスペンサーを載置し、回転治具を回転させながらディスペンサーから低融点合金ペーストを吐出塗布する。もう一方の面にも同様にして低融点合金ペーストを吐出塗布する。【００６１】
(4)含浸工程：多孔質部に印刷塗布された低融点合金ペーストを加熱炉で250℃に加熱して低融点合金粉を溶融させる。溶融した低融点合金はフラックスで清浄化された多孔質部に毛細管現象で浸透して、金属的に付着する。【００６２】
(5)切削工程：実施例１と同様。
[比較例１]
本例では下記材料を用いて斜板用摺動材料を製造した。
○多孔質部用Cu-Sn系合金：Cu-10Sn-15Bi合金粉末(粒度150μmアンダー)
○裏金：直径90mm、厚さ6mm、材質 JIS S45C
本例における斜板用摺動材料の製造工程は次の通りであった。【００６３】
(1)合金粉末の散布：実施例１と同様。
(2)焼結工程：Cu-10Sn-15Bi合金粉が散布された裏金をアンモニア分解ガス雰囲気の焼結炉中800〜850℃で焼結して、裏金上に摺動部を形成する。同様にして裏金のもう一方の面にも摺動部を形成する。【００６４】
(3)切削工程：実施例１と同様。
[比較例２]
本例では下記材料を用いて斜板用摺動材料を製造した。
○多孔質部用Cu-Sn系合金：Cu-10Sn合金粉末(粒度150μmアンダー)
○裏金：直径90mm、厚さ6mm、材質JIS S45C
○低融点合金：Bi
本例における斜板用の摺動材料は以下の工程により製造した。【００６５】
(1)散布工程：実施例１と同様。
(2)焼結工程：実施例１と同様。
(3)含浸工程：多孔質部にはんだ付け用のフラックス(実施例１に同じ)を塗布し、Biを溶融させた浴中に浸漬して多孔質部にBiを含浸する。【００６６】
(4)切削工程：実施例１と同様。
[比較例３]
本例では下記材料を用いて斜板用摺動材料を製造した。
○多孔質部用LBC3合金粉（Cu-10Sn-10Pb）(粒度180μmアンダー)
○裏金：直径90mm、厚さ6mm、材質JIS S45C
本例における斜板用の摺動材料は以下の工程によりを製造した。【００６７】
(1)合金粉の散布工程：実施例１と同様。
(2)焼結工程：LBC3合金粉が散布された裏金をアンモニア分解ガス雰囲気の焼結炉中800〜850℃で焼結して、裏金上に摺動部を形成する。同様にして裏金のもう一方の面にも摺動部を形成する。【００６８】
(3)切削工程：実施例１と同様。
上記実施例と比較例について摺動特性を測る試験を行った。試験条件は以下のとおりであった。【００６９】
(Ｉ)試験環境：無潤滑起動
(II)軸受面圧：約2MPa
(III)周速：約15m/sec
(IV)運転パターン：90sec/1サイクル。【００７０】
摩擦係数測定試験結果を図８に、また耐久回数試験結果と摩耗速度試験結果を表２に示す。
摩擦係数測定試験：スラスト摩擦試験機を用い、周速15m/sec到達後の摩擦係数を測定する。【００７１】
【表２】
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【００７２】
ここで耐久回数試験とは、試験材料の裏金に熱電対を挿入し、裏金の温度が200℃に達するまでのサイクル回数を測定するものである。また摩耗速度とは摩耗深さ（μｍ）をトータルの運転時間（上記サイクル試験において裏金温度が200℃に達するまでに要した運転時間（分）で除した値）である。【００７３】
図８の摩擦係数測定試験結果から分かるように、比較例１は9サイクル、比較例２は1サイクル、比較例３は４サイクルで温度が200℃に達したが、本発明の実施例１は18サイクル、実施例２は42サイクルであり、比較例との差が歴然としている。【００７４】
また耐久回数試験結果では、比較例１が8回、比較例２が0回、比較例３が3回に対して、実施例１では17回、実施例２では41回であった。そして摩耗速度試験では比較例１が1.27μm/min、比較例２が1.11μm/min、比較例３が2.4μm/minであり、実施例１が0.78μm/min、実施例２が0.70μm/minであった。
【産業上の利用の可能性】
【００７５】
実施例ではコンプレッサーの斜板について説明したが、本発明は斜板に限らず一般の軸受、油圧機械の摺動部、等如何なる摺動部品にも適用できるものである。
【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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【図７】
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【図８】
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