(57)【要約】【課題】軸受材被覆摺動部材の製造方法及び軸受材被覆摺動部材において、耐焼き付き性等を向上させる成分であるＳｎ、Ｐｂ等を軸受を形成する軸受用被膜に分散させることである。【解決手段】摺動部材の摺動面に軸受材を被覆して製造される軸受材被覆摺動部材とその製造方法であって、軸受材を固相状態で、摺動面に衝突させて軸受材被覆層を形成する軸受材被覆工程（Ｓ１４）を有し、軸受材は、Ｓｎを含む合金粉末を有することを特徴とする。また、Ｓｎを含む合金粉末は、４質量％以上１６質量％以下のＳｎを含むＡｌ合金粉末または２質量％以上１０質量％以下のＳｎを含むＣｕ合金粉末であることが好ましい。さらに、Ｓｎを含む合金粉末は、８質量％以上１６質量％以下のＳｎを含むＡｌ合金粉末または５質量％以上１０質量％以下のＳｎを含むＣｕ合金粉末であることが好ましい。そして、軸受材は所定の硬質材を含むことが好ましい。【選択図】図１
2007016288.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
摺動部材の摺動面に軸受材を被覆して製造される軸受材被覆摺動部材の製造方法であって、
軸受材を固相状態で、摺動面に衝突させて軸受材被覆層を形成する軸受材被覆工程を有し、
軸受材は、
Ｓｎを含む合金粉末を有することを特徴とする軸受材被覆摺動部材の製造方法。
【請求項２】
請求項１に記載の軸受材被覆摺動部材の製造方法であって、
Ｓｎを含む合金粉末は、
４質量％以上１６質量％以下のＳｎを含むＡｌ合金粉末または２質量％以上１０質量％以下のＳｎを含むＣｕ合金粉末であることを特徴とする軸受材被覆摺動部材の製造方法。
【請求項３】
請求項２に記載の軸受材被覆摺動部材の製造方法であって、
Ｓｎを含む合金粉末は、
８質量％以上１６質量％以下のＳｎを含むＡｌ合金粉末または５質量％以上１０質量％以下のＳｎを含むＣｕ合金粉末であることを特徴とする軸受材被覆摺動部材の製造方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか１に記載の軸受材被覆摺動部材の製造方法であって、
軸受材は、
所定の硬質材を含むことを特徴とする軸受材被覆摺動部材の製造方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか１に記載の軸受材被覆摺動部材の製造方法により製造されることを特徴とする軸受材被覆摺動部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸受材被覆摺動部材の製造方法及び軸受材被覆摺動部材に係り、特に、摺動部材の摺動面に軸受材を被覆して製造される軸受材被覆摺動部材の製造方法及び軸受材被覆摺動部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用エンジンのコネクティングロッド等の摺動部材の摺動面には、回転軸である軸との摩擦を少なくし、潤滑性を高めて摺動性を向上させるため、滑り軸受等の軸受が使用される。軸受に使用される軸受材料としては、Ｓｎ−Ｓｂ−Ｃｕ系合金やＰｂ−Ｓｎ−Ｓｂ系合金等のいわゆるホワイトメタル、Ｃｕ−Ｐｂ系合金、スズ青銅や鉛青銅、アルミニウム合金等が用いられる。これらの合金は、一般的に、軟質性を有する合金であることから、軸との耐焼き付き性、なじみ性等を有している。軸受は、一般的に、これらの合金を鋳造または焼結等をすることにより製造され、摺動部材の摺動面にはめ込まれて使用される。
【０００３】
図１１は、鋳造した後、圧延して製造されたアルミニウム合金の例であるＡｌ−Ｓｎ−Ｓｉ系合金の軸受の金属組織を示す模式図である。Ａｌ−Ｓｎ−Ｓｉ系合金の金属組織は、基材であるＡｌにＳｎが微細に分散した組織を示している。このように、Ｓｎが微細に分散していることで、軸受の耐焼き付き性等が付与されている。また、Ａｌ−Ｓｎ−Ｓｉ系合金の金属組織は、Ｓｉがほぼ均一に析出した組織を示している。このほぼ均一に析出したＳｉが、相手材である軸を研磨することにより、軸受と軸との耐焼き付き性を強固なものにしながら、軸受の耐摩耗性を向上させている。
【０００４】
また、軸受の製造方法は、上述した鋳造や焼結だけでなく、摺動部材の摺動面に軸受用被膜を直接形成する方法も行われている。摺動部材の摺動面に直接、軸受を形成する方法としては、ＰＶＤ法や溶射法等がある。ＰＶＤ法は、金属材料またはセラミックス材料等を蒸発等させて物理的に基材に被覆する方法であり、イオンプレーティング法、スパッタリング法や真空蒸着法等がある。ＰＶＤ法は、摺動部材の摺動面に緻密な被膜を形成できるという利点はあるが、被膜を形成するための成膜速度が遅いため生産性が低く、一般的な大量生産には向いていない。また、ＰＶＤ法により形成された被膜は、一般的に、硬度が高く硬い被膜が形成される。そのため、ＰＶＤ法により形成された被膜を軸受として使用すると、被膜が硬いことによる耐焼き付き性等の低下が生じる場合がある。
【０００５】
溶射法は、金属材料またはセラミックス材料等の溶射材料を溶融させてから、溶融した溶射材料を高圧ガスで基材に噴き付けることにより被膜を形成する方法である。溶射法には、高温の燃焼ガス中で溶射材料を溶融させて溶射するフレーム溶射等のガス式溶射法とプラズマジェット中で溶射材料を溶融させて溶射するプラズマ溶射等の電気式溶射法とがある。溶射法は、金属材料やセラミックス材料等を溶融させて摺動部材の摺動面に軸受を形成するため、上述したＰＶＤ法よりも、成膜速度が速いという利点がある。そのため、摺動部材の摺動面に直接、軸受を形成する場合には、一般的に、溶射法が用いられている。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図１２は、Ａｌ−Ｓｎ−Ｓｉ系合金の軸受を溶射法により製造するために用いられる溶射材料であるＡｌ−Ｓｎ−Ｓｉ系合金粉末の金属組織を示す模式図である。Ｓｉは、Ａｌ中に固溶した組織を示している。そして、Ｓｎは、Ａｌ中にほとんど固溶しないため、Ａｌ−Ｓｉ固溶体中に微細に分散した組織を示している。図１３は、図１２に示すＡｌ−Ｓｎ−Ｓｉ系合金粉末を用いて溶射法により形成したＡｌ−Ｓｎ−Ｓｉ系合金の軸受用被膜の金属組織を示す模式図である。溶射によりＡｌ−Ｓｎ−Ｓｉ系合金粉末が溶融されてＳｎが偏析した部分が金属組織に認められる。また、Ａｌ−Ｓｎ−Ｓｉ系合金粉末が酸化されて生成した酸化物が組織中に認められる。これは、溶射が、一般的に、大気中で行われるからである。
【０００７】
このように溶射法で形成された軸受用被膜の場合は、溶射材料である合金粉末を溶融させて摺動部材の摺動面に被膜を形成させるので、溶融した合金粉末が摺動面に付着して凝固するとき、溶射前の合金粉末では微細に分散されていた低融点成分であるＳｎやＰｂ等が、偏析して連続した組織が形成される。これらの偏析した組織は、軟質性の金属材料であるＳｎやＰｂ等からなるため機械的強度が低く、軸受としての強度、特に繰り返し荷重を受ける際の疲労強度を低下させるという問題がある。また、溶射法は、上述したように、一般的に、大気中で行われるので、溶射材料が酸化されて酸化物を生成する場合がある。このように、溶射材料が酸化されて生成した酸化物が軸受中に存在すると、酸化物は硬いために疲労破壊の起点となることが多く、軸受の耐疲労性が低下するという問題がある。
【０００８】
そこで、本発明の目的は、耐焼き付き性等を向上させる成分であるＳｎ、Ｐｂ等を軸受を形成する軸受用被膜に分散させた軸受材被覆摺動部材の製造方法及び軸受材被覆摺動部材を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明に係る軸受材被覆摺動部材の製造方法は、摺動部材の摺動面に軸受材を被覆して製造される軸受材被覆摺動部材の製造方法であって、軸受材を固相状態で、摺動面に衝突させて軸受材被覆層を形成する軸受材被覆工程を有し、軸受材は、Ｓｎを含む合金粉末を有することを特徴とする。
【００１０】
また、Ｓｎを含む合金粉末は、４質量％以上１６質量％以下のＳｎを含むＡｌ合金粉末または２質量％以上１０質量％以下のＳｎを含むＣｕ合金粉末であることが好ましい。さらに、Ｓｎを含む合金粉末は、８質量％以上１６質量％以下のＳｎを含むＡｌ合金粉末または５質量％以上１０質量％以下のＳｎを含むＣｕ合金粉末であることが好ましい。そして、軸受材は所定の硬質材を含むことが好ましい。
【００１１】
本発明に係る軸受材被覆摺動部材は、摺動部材の摺動面に軸受材を被覆して製造される軸受材被覆摺動部材の製造方法であって、軸受材を固相状態で、摺動面に衝突させて軸受材被覆層を形成する軸受材被覆工程を有し、軸受材は、Ｓｎを含む合金粉末を有することを特徴とする軸受材被覆摺動部材の製造方法により製造されることを特徴とする。
【００１２】
また、Ｓｎを含む合金粉末は、４質量％以上１６質量％以下のＳｎを含むＡｌ合金粉末または２質量％以上１０質量％以下のＳｎを含むＣｕ合金粉末であることが好ましい。さらに、Ｓｎを含む合金粉末は、８質量％以上１６質量％以下のＳｎを含むＡｌ合金粉末または５質量％以上１０質量％以下のＳｎを含むＣｕ合金粉末であることが好ましい。そして、軸受材は所定の硬質材を含むことが好ましい。
【発明の効果】
【００１３】
上記の軸受材被覆摺動部材の製造方法及び軸受材被覆摺動部材によれば、耐焼き付き性等を向上させる成分であるＳｎ、Ｐｂ等を軸受を形成する軸受用被膜に分散させることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に図面を用いて本発明に係る実施の形態につき詳細に説明する。図１は、軸受材被覆摺動部材の製造方法の工程を示す図である。
【００１５】
軸受材準備工程（Ｓ１０）は、軸受材として使用する金属粉末等を準備する工程である。軸受材である金属粉末は、軸受と軸とが焼き付きを生じないように潤滑性を付与するための合金成分としてＳｎ，Ｐｂ，Ｂｉ等のうち少なくとも１つを含む合金粉末が用いられる。Ｓｎ，Ｐｂ，Ｂｉ等の合金成分は、軟質性を有する金属材料であり、軸受と軸とのなじみ性や耐疲労特性等を向上させることができる。
【００１６】
これらの合金粉末の製造方法には、ガスアトマイズ法が用いられる。ガスアトマイズ法により製造された合金粉末は、合金粉末中の酸化物含有量が少ないことが知られている。ガスアトマイズ法は、ノズルから噴射されるガスにより溶融金属を噴霧して合金粉末を製造する方法である。ここで、ノズルから噴射されるガスは、窒素ガスまたは空気や、不活性ガスであるヘリウムまたはアルゴン等が使用される。勿論、合金粉末の製造方法は、ガスアトマイズ法に限定されることはなく、粉砕等の機械的製造法、電気分解による製造法、酸化物の還元や熱分解等による化学的な製造法、高圧の水を噴射させることにより溶融金属から合金粉末を製造する水アトマイズ法等により製造してもよい。
【００１７】
Ｓｎ，Ｐｂ，Ｂｉ等のうち少なくとも１つの合金成分を含む合金粉末のなかで、Ｓｎを含む合金粉末は、Ｓｎを含むＡｌ合金粉末またはＳｎを含むＣｕ合金粉末が用いられる。これらの合金粉末は、耐摩耗性や耐食性等において優れていることが知られている。勿論、Ｓｎを含む合金粉末は、ＪＩＳやＳＡＥに定められる軸受合金に成分として含まれるＺｎ、Ｃｒ，Ａｇ、Ａｌ（Ｃｕ系軸受の場合）、Ｃｕ（Ａｌ系軸受の場合）等が含まれても良く、これらの合金粉末に限定されることはない。Ｓｎを含むＡｌ合金粉末またはＳｎを含むＣｕ合金粉末のＳｎの含有量は、軸受材を摺動部材の摺動面に被覆するときの成膜性や軸との耐焼き付き性等から定めることができる。Ｓｎを含むＡｌ合金粉末のＳｎの含有量は、好ましくは、４質量％以上１６質量％以下であり、さらに好ましくは８質量％以上１６質量％以下である。Ｓｎの含有量が４質量％未満だと、耐焼き付き性の効果が十分に得られない。そして、Ｓｎの含有量が１６質量％を超えると、耐焼き付き性が低下する。
【００１８】
Ｓｎを含むＣｕ合金粉末は、Ｓｎの含有量が好ましくは２質量％以上１０質量％以下であり、さらに好ましくは、５質量％以上１０質量％以下である。Ｓｎの含有量が２質量％未満だと耐焼き付き性の効果が十分に得られない。そして、Ｓｎの含有量が１０質量％を超えると、耐焼き付き性が低下する。
【００１９】
また、Ｓｎを含む合金粉末の粒径は、５３μｍ以下の粒径が好ましい。軸受材である合金粉末等を摺動部材の摺動面に被覆するときに、Ｓｎを含む合金粉末の粒径が大きいと被覆することが難しくなるからである。勿論、Ｓｎを含む合金粉末の粒径は、他の条件次第では、特に、この粒径の範囲に限定されることはない。
【００２０】
Ｐｂを含む合金粉末は、Ｐｂを含むＡｌ合金粉末またはＰｂを含むＣｕ合金粉末が用いられる。勿論、Ｐｂを含む合金粉末は、これらの合金粉末に限定されることはない。Ｐｂを含むＡｌ合金粉末またはＰｂを含むＣｕ合金粉末のＰｂの含有量は、軸受材である合金粉末等を摺動部材の摺動面に被覆する際の成膜性や軸との耐焼き付き性等から定めることができる。Ｐｂを含むＡｌ合金粉末は、Ｐｂの含有量が、好ましくは、４質量％以下であり、さらに好ましくは２質量％以下である。Ｐｂの含有量が４質量％以下としているのは、Ｐｂの含有量がこれより多いと、耐焼き付き性が低下するからである。
【００２１】
Ｐｂを含むＣｕ合金粉末は、Ｐｂの含有量が好ましくは２５質量％以下であり、さらに好ましくは、１５質量％以下である。Ｐｂの含有量が２５質量％以下としているのは、Ｐｂの含有量がこれより多いと、耐焼き付き性が低下するからである。
【００２２】
また、Ｐｂを含む合金粉末の粒径は、５３μｍ以下の粒径が好ましい。軸受材を摺動部材の摺動面に被覆する際に、Ｐｂを含む合金粉末の粒径が大きいと被覆することが難しくなるからである。勿論、Ｐｂを含む合金粉末の粒径は、他の条件次第では、特に、この粒径の範囲に限定されることはない。
【００２３】
さらに、軸受材として使用する合金粉末のなかに、軸受の耐疲労性の向上や軸との耐焼き付き性または耐摩耗性とを向上させるために、所定の硬質材としてＳｎを含む合金粉末またはＰｂを含む合金粉末より硬質の材料を添加することもできる。硬質材としては、Ａｌ２Ｏ３、ＳｉＣ、ＡｌＮ、Ｆｅ−Ｃ、Ｍｏ２Ｃ、Ｎｉ−Ｂ、Ｆｅ−Ｍｏ、Ｆｅ−Ｐ等の粉末を用いることができる。勿論、硬質材は、これらの材料に限定されることなく、他の酸化物、炭化物、硼化物、窒化物等のセラミックス材料や、金属間化合物または焼入処理されたＦｅ系合金等の金属材料を用いることができる。上述したセラミックス材料の粉末については、気相化学反応法等による気相から合成する方法、沈殿法等の液相から合成する方法、熱分解法等の固相から合成する方法等により製造することができる。また、金属間化合物等の粉末については、上述したガスアトマイズ法等により製造することができる。硬質材の粒径は、２μｍ以上３０μｍ以下が好ましい。勿論、硬質材の粒径は、他の条件次第では、特に、この粒径の範囲に限定されることはない。
【００２４】
軸受材として使用する合金粉末への硬質材の添加量は、軸受の耐疲労性や軸との耐焼き付き性または耐摩耗性とから定めることができる。硬質材の添加量としては、２質量％以上１０質量％以下が好ましい。硬質材の添加量を２質量％以上としているのは、それ以下であると十分な軸受としての耐疲労性や軸との耐焼き付き性または耐摩耗性が得られないからである。また、硬質材の添加量を１０質量％以下としているのは、硬質材の添加量が多いと硬質材が凝集することにより、凝集した硬質材の箇所から亀裂が生じやすくなり耐疲労性が低下するからである。また、硬質材の添加量が多いと相手材である軸との摩耗が大きくなり、摩耗により生じた摩耗粉で軸受自体も摩耗されることになり耐摩耗性が低下するからである。
【００２５】
表面処理工程（Ｓ１２）は、摺動部材の摺動面を粗面化することにより、軸受用被膜と摺動面との密着性を高めるための処理である。このような表面処理としては、例えば、ブラスト処理を用いることができる。ブラスト処理は、金属材料や非金属材料からなる研磨材を摺動面に噴き付けることにより粗面化する処理である。ここで、ブラスト処理に使用される研磨材としては、例えば、スチール等の金属材料や、アルミナ、炭化珪素等の非金属材料を用いることができる。勿論、研磨材は、特に、これらの材料に限定されることなく使用することができる。また、上述した硬質材を研磨材として用いてもよい。そして、ブラスト処理は、摺動面を粗面化するだけでなく、摺動面に付着している付着物等についても除去することができる。ブラスト処理としては、例えば、エアーブラスト処理やショットブラスト処理等を用いることができる。
【００２６】
軸受材被覆工程（Ｓ１４）は、軸受材を固相状態で、摺動面に衝突させて軸受材被覆層を形成する工程である。ここで、軸受材であるＳｎを含む合金粉末やＰｂを含む合金粉末を固相状態で被覆するのは、合金粉末を溶融させないで固相状態で供給して被覆することにより、合金粉末中に含有されている合金成分であるＳｎやＰｂの再析出による偏析等が生じないようにするためである。そして、軸受材である合金粉末を固相状態で被覆することにより、溶融状態で被覆するより低い温度で被覆できるので、合金粉末の酸化による酸化物の生成を抑えることができる。
【００２７】
また、軸受材を摺動面に衝突させて被覆するのは、軸受材を摺動面に高速で衝突させることで、衝撃力により軸受材である合金粉末を変形させて摺動面に対して密着性を高めて直接被覆するためである。ここで、軸受材である合金粉末を摺動面に衝突させる速度は、マッハ略１．５以上略３．０以下（５００ｍ／ｓｅｃ以上１０５０ｍ／ｓｅｃ以下）の速度で摺動面に衝突させることが、軸受材と摺動面との密着性を高める点から好ましい。勿論、軸受材である合金粉末を摺動面に衝突させる速度は、特に、この速度範囲に限定されることはない。
【００２８】
このような軸受材の被覆方法としては、例えば、コールドガスダイナミックスプレー（Ｃｏｌｄ  Ｇａｓ−Ｄｙｎａｍｉｃ  Ｓｐｒａｙ）法を用いることができる。コールドガスダイナミックスプレー法は、窒素ガス等の高圧ガスをヒーターで加熱して、粉末供給機から供給される軸受材である合金粉末等を摺動面に衝突させて、軸受材を摺動面に被覆する方法である。このような被覆方法としては、例えば、特開２００１−１１５２４８に開示されている被覆方法を用いることができる。
【００２９】
図２は、コールドガスダイナミックスプレー法による軸受材被覆装置の概要を示す図である。コールドガスダイナミックスプレー法による軸受材被覆装置は、高圧ガスを供給するガス供給装置と、高圧ガスを加熱するヒーターと、軸受材である合金粉末を供給する粉末供給機と、加熱された粉末を摺動面に噴き付けるノズルとを含んで構成される。使用するガスとしては、例えば、窒素ガスを用いることができる。また、ガスは、この他にもヘリウムやアルゴン等の不活性ガス、水素ガスまたは空気等を用いることができる。ガスの圧力は、合金粉末等をマッハ略１．５以上略３．０以下（５００ｍ／ｓｅｃ以上１０５０ｍ／ｓｅｃ以下）の速度で摺動面に衝突させることができるガス圧が好ましい。ガスの圧力は、例えば、０．５ＭＰａが用いられるが、特に、この圧力に限定されることはない。ガスの加熱温度は、例えば、４００℃であるが、特に、この温度に限定されることはない。但し、ガスの加熱温度は、軸受材である合金粉末が溶融しない加熱温度に設定される。軸受材である合金粉末は、粉末供給機から供給される。合金粉末に硬質材を添加して軸受材として使用する場合は、合金粉末と硬質材とを予め一般に使用されている混合機等で混合した混合粉を使用してもよいし、合金粉末と硬質材とを別々の粉末供給機から供給して、その後、上述した混合比となるように混合させて被覆してもよい。
【００３０】
また、他の被覆方法としては、爆発溶射を利用した爆射法により軸受材を摺動面に被覆することができる。図３は、爆射法による軸受材被覆装置の概要を示す図である。爆射法による軸受材被覆装置は、従来の爆発溶射装置と軸受材である合金粉末を加速させるピストンとを含んで構成される。ピストンは、燃焼ガスである、例えば、酸素ガスとアセチレンガスとをスパークプラグでスパークさせることにより押出される。そして、軸受材である合金粉末等は、押出されたピストンにより、例えば、マッハ略２．２（７６０ｍ／ｓｅｃ）に加速されて、高速で摺動面に衝突させることができる。また、合金粉末はピストンを挟んで燃焼ガスとは反対側に供給されるため熱が遮断され、軸受材である合金粉末を固相状態で摺動面に被覆させることができる。勿論、軸受材の被覆方法としては、軸受材を固相状態で、摺動面に衝突させて被覆できればよく、上述したコールドガスダイナミックスプレー法や爆射法に限定されることはなく、その他の方法により被覆してもよい。また、軸受材被覆層の膜厚さは、０．４ｍｍが好ましいが、特に、この膜厚に限定されることはない。
【００３１】
再び図１に戻り、機械加工工程（Ｓ１６）は、軸受材被覆工程（Ｓ１４）により軸受材である合金粉末を摺動面に被覆した後、軸受材被覆層の膜厚が所定の寸法になるように機械加工する工程である。機械加工は、一般的に使用されている機械加工装置を使用することができる。機械加工後の軸受材被覆層の膜厚は、０．３ｍｍが好ましいが、特に、この膜厚に限定されることはない。また、軸受材被覆層が加工硬化等により硬化している場合には、焼きなまし等の熱処理を行ってもよい。
【００３２】
図４は、本発明の実施形態である軸受材被覆摺動部材の製造方法により製造されたＡｌ−Ｓｎ系合金の軸受材被覆層の組織を示す模式図である。軸受材であるＡｌ−Ｓｎ系合金粉末が固相状態で溶融されることなく摺動面に被覆されているため、合金成分であるＳｎが偏析することなく被膜が形成されている。また、Ａｌ−Ｓｉ系合金粉末に添加された硬質材は、被膜中に分散された組織を示している。したがって、耐焼き付き性を付与するための合金成分であるＳｎが軸受材被覆層の形成後も分散されているため、被膜の耐焼き付き性が損なわれることがない。そして、Ｓｎが偏析していないことから、軸受の耐疲労性も向上する。さらに、硬質材が被膜中に分散されていることから軸受の耐疲労性や軸との耐焼き付き性または耐摩耗性がさらに向上する。また、溶射法よりも低い温度で軸受材被覆層を形成することができるので、疲労破壊の起点となる酸化物の生成を抑えることができる。
【００３３】
このように、摺動部材の摺動面に軸受材被覆層からなる軸受を直接形成することは、例えば、自動車用部品の部品点数が削減され、軸受を組付けるための組付け工数の低減を図ることができる。また、摺動部材の摺動面に軸受を直接形成することにより部品の軽量化が可能になる。例えば、自動車用コネクティングロッドの場合には、コネクティングロッドの大端部において、軸受の厚さが略１．５ｍｍから略０．３ｍｍに低減できコネクティングロッドの軽量化が可能となる。
【実施例１】
【００３４】
軸受材準備工程（Ｓ１０）により、Ｓｎを含むＣｕ合金粉末と、硬質材として用いるＦｅ−Ｐ粉末を準備した。Ｓｎを含むＣｕ合金粉末は、８質量％とのＳｎと１質量％のＡｇを含有するＣｕ−Ｓｎ−Ａｇ系合金粉末を用いた。Ｃｕ−Ｓｎ−Ａｇ系合金粉末は、窒素ガスによるガスアトマイズ法により製造され、合金粉末の粒径が１０μｍ以上４５μｍ以下となるように調製した。Ｆｅ−Ｐ粉末は、粉末の粒径が５μｍ以上２０μｍ以下となるように調製した。そして、９５質量％のＣｕ−Ｓｎ−Ａｇ系合金粉末と５質量％のＦｅ−Ｐ粉末を混合して軸受材として用いた。
【００３５】
摺動部材として、鋳造コネクティングロッドを使用した。鋳造コネクティングロッドの大端部の内径は４８ｍｍである。軸受材被覆工程（Ｓ１４）により、鋳造コネクティングロッドを１２個重ねて回転させながら摺動面に上述したコールドガスダイナミックスプレー法により軸受材の被覆を行った。コールドガスダイナミックスプレー法の条件は、高圧ガスとして圧縮窒素ガスを使用し、ガス圧力を０．５ＭＰａとした。そして、ヒーターによるガス加熱温度は４００℃とした。機械加工工程（Ｓ１６）により、機械加工前の軸受材被覆層の厚さ０．４ｍｍから機械加工後０．３ｍｍとなるように加工した。軸受材被覆層の硬さは、ビッカース硬度でＨＶ１００であった。
【実施例２】
【００３６】
軸受材準備工程（Ｓ１０）により、Ｓｎを含むＡｌ合金粉末と、硬質材として用いるＡｌ２Ｏ３粉末を準備した。Ｓｎを含むＡｌ合金粉末は、１２質量％とのＳｎを含有するＡｌ−Ｓｎ系合金粉末を用いた。Ａｌ−Ｓｎ系合金粉末は、窒素ガスを用いたガスアトマイズ法により製造され、粉末の粒径が１０μｍ以上４５μｍ以下となるように調製した。また、Ａｌ２Ｏ３粉末は、粉末の粒径が２μｍ以上５μｍ以下となるように調製した。そして、９５質量％のＡｌ−Ｓｎ合金粉末と５質量％のＡｌ２Ｏ３粉末を混合して軸受材として用いた。
【００３７】
摺動部材として、鋳造コネクティングロッドを使用した。鋳造コネクティングロッドの大端部の内径は４８ｍｍである。軸受材被覆工程（Ｓ１４）により、鋳造コネクティングロッドを１２個重ねて回転させながら摺動面に上述したコールドガスダイナミックスプレー法により軸受材の被覆を行った。コールドガスダイナミックスプレー法の条件は、高圧ガスとして圧縮窒素ガスを使用し、ガス圧力を０．５ＭＰａとした。そして、ヒーターによるガス加熱温度は４００℃とした。機械加工工程（Ｓ１６）により、機械加工前の軸受材被覆層の厚さ０．４ｍｍから機械加工後０．３ｍｍとなるように加工した。軸受材被覆層の硬さは、ビッカース硬度でＨＶ８０であった。
【実施例３】
【００３８】
実施例１と２で試作した鋳造コネクティングロッドの軸受部について、耐疲労特性を評価するため動荷重疲労試験を実施した。図５は、動荷重疲労試験の試験方法の概要を示す図である。鋳造コネクティングロッドに、相手材である軸を挿入し、軸回転数３０００ｒｐｍで軸を回転させた。軸が１回転する間に、鋳造コネクティングロッドを上下させて所定の面圧を軸受部に負荷させ、これを繰り返し数１回とした。相手材である軸の材質は、機械構造用炭素鋼Ｓ５５Ｃ焼入れ材を使用した。なお、試験は、油温１６０℃の油中で行った。また、比較材として、プラズマ溶射法により軸受を形成した鋳造コネクティングロッドとの比較を行った。プラズマ溶射法に使用した軸受用の合金粉末は、８質量％とのＳｎと１質量％のＡｇを含有するＣｕ−Ｓｎ−Ａｇ系合金粉末と、１２質量％とのＳｎと３質量％のＳｉを含有するＡｌ−Ｓｎ―Ｓｉ系合金粉末である。
【００３９】
図６は、動荷重疲労試験結果を示す図である。図６は、縦軸に疲労面圧、横軸に繰り返し数をとり、所定の面圧を負荷させて、疲労破壊したときの繰り返し数を図示したものである。また、図６の中の黒丸はＣｕ−Ｓｎ−Ａｇ系合金粉末のプラズマ溶射、白丸はＡｌ−Ｓｎ―Ｓｉ系合金粉末のプラズマ溶射、黒三角は実施例１、黒四角は実施例２、そして、破線は耐疲労特性の目標値を示している。実施例１と２で試作した鋳造コネクティングロッドの軸受は、プラズマ溶射法で軸受材を被覆した鋳造コネクティングロッドの軸受よりも優れた耐疲労特性を示した。さらに、実施例１と２で試作した鋳造コネクティングロッドの軸受は、いずれも目標値をクリアした。
【実施例４】
【００４０】
Ｓｎを含むＣｕ合金粉末とＳｎを含むＡｌ合金粉末とについて、耐焼き付き性を評価するため合金成分であるＳｎの含有量を変化させて焼き付き試験を行った。Ｓｎを含むＣｕ合金粉末は、１質量％のＡｇを含有した合金粉末を使用した。一方、Ｓｎを含むＡｌ合金粉末は、５質量％の硬質材であるＡｌ２Ｏ３粉末を添加した粉末を使用した。軸受材である合金粉末等は、軸受材被覆工程（Ｓ１４）により、上述したコールドガスダイナミックスプレー法により軸受材の被膜の形成を行った。
【００４１】
焼き付き試験は、機械試験所型焼き付き試験法により行った。図７は、機械試験所型焼き付き試験法の概要を示す図である。図７（ａ）に示す平板試験片は、材質が機械構造用炭素鋼Ｓ４５Ｃからなり、一方の面に軸受材である合金粉末等を被覆した試験片である。図７（ｂ）に示すリング試験片は、材質がＳＶｄｈ４５からなり高周波焼入れがなされている。機械試験所型焼き付き試験は、図７（ｃ）に示すように平板試験片のうち軸受材が被覆された面とリング試験片とをオイル油中で接触させて、リング試験片を回転数１０００ｒｐｍで回転させ、２分間ごとに２５０Ｎの荷重を負荷しながら、リング試験片と平板試験片とが焼き付きを生じる焼き付き荷重を測定する試験である。
【００４２】
図８は、機械試験所型焼き付き試験結果を示す図である。図８は、縦軸に焼き付き荷重、横軸に合金粉末中のＳｎ量をとり、合金成分であるＳｎの含有量を変化させたときの焼き付き荷重を図示したものである。また、図８の中の黒三角はＣｕ−Ｓｎ−１Ａｇ粉末、白丸はＡｌ−Ｓｎ−５Ａｌ２Ｏ３粉末、破線は耐焼き付き性の目標値を示す。Ｓｎを含むＣｕ合金粉末の場合は、Ｓｎの含有量が２質量％以上１０質量％以下の範囲で目標とする耐焼き付き性が得られた。さらに好ましくは、Ｓｎの含有量が５質量％以上１０質量％以下である範囲で優れた耐焼き付き性が得られた。Ｓｎを含むＡｌ合金粉末は、Ｓｎの含有量が４質量％以上１６質量％以下の範囲で目標とする耐焼き付き性が得られた。さらに好ましくは８質量％以上１６質量％以下の範囲で優れた耐焼き付き性が得られた。
【実施例５】
【００４３】
Ｓｎを含むＡｌ合金粉末に硬質材であるＡｌ２Ｏ３粉末を添加した軸受材について、硬質材であるＡｌ２Ｏ３粉末の添加量を変えた軸受材被膜を作製して動荷重疲労試験を実施した。試験は、鋳造コネクティングロッドを用いて、上述した動荷重疲労試験と同様な方法で実施した。疲労面圧強度は、動荷重疲労試験におけるＳ−Ｎ曲線から繰り返し数１０７回の疲労面圧強度を求めた。
【００４４】
図９は、Ａｌ２Ｏ３粉末の添加量と疲労強度との関係を示す図である。図９は、縦軸に繰り返し数１０７回の疲労面圧強度、横軸にＡｌ２Ｏ３粉末の添加量をとり、Ａｌ２Ｏ３粉末の添加量を変化させたときの繰り返し数１０７回疲労面圧強度を図示したものである。この試験結果より、Ａｌ２Ｏ３粉末を２質量％以上１５質量％以下の範囲で添加することで、耐疲労特性が向上する。さらに、Ａｌ２Ｏ３粉末は、３質量％以上７質量％以下の範囲で添加すると優れた耐疲労特性が得られる。なお、Ａｌ２Ｏ３粉末の添加量が多くなるとＡｌ２Ｏ３の凝集が生じるので亀裂が入りやすくなり耐疲労特性は低下する。
【実施例６】
【００４５】
Ｓｎを含むＡｌ合金粉末について、Ａｌ２Ｏ３粉末の添加量を変えて軸受摩耗量に及ぼす影響について試験を行った。試験は、上述した図７に示す機械試験所型焼き付き試験法により行った。軸受摩耗量は、軸受材である合金粉末等が被覆された平板試験片の焼き付き試験前後の重量を測定することにより算出した。したがって、軸受摩耗量は、試験前後で軸受がどの程度摩耗したかを示す指標である。
【００４６】
図１０は、Ａｌ２Ｏ３粉末の添加量と軸受摩耗量との関係を示す図である。図１０は、縦軸に軸受摩耗量、横軸にＡｌ２Ｏ３粉末の添加量をとり、Ａｌ２Ｏ３粉末の添加量を変化させたときの軸受摩耗量を図示したものである。軸受摩耗量は、Ａｌ２Ｏ３粉末の添加量が２質量％以上１０質量％以下で少なくなる。また、Ａｌ２Ｏ３粉末の添加量が１０質量％以上の場合は、相手材である軸まで摩耗が大きくなり、その摩耗粉により軸受自体も摩耗が大きくなることがわかった。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本発明に係る実施形態である軸受材被覆摺動部材の製造方法の工程を示す図である。
【図２】本発明に係る実施形態であるコールドガスダイナミックスプレー法による軸受材被覆装置の概要を示す図である。
【図３】本発明に係る実施形態である爆射法による軸受材被覆装置の概要を示す図である。
【図４】本発明に係る実施形態である軸受材被覆摺動部材の製造方法により製造されたＡｌ−Ｓｎ系合金の軸受材被覆層の組織を示す模式図である。
【図５】本発明に係る実施形態である動荷重疲労試験の試験方法の概要を示す図である。
【図６】本発明に係る実施形態である動荷重疲労試験結果を示す図である。
【図７】本発明に係る実施形態である機械試験所型焼き付き試験法の概要を示す図である。
【図８】本発明に係る実施形態である機械試験所型焼き付き試験結果を示す図である。
【図９】本発明に係る実施形態であるＡｌ２Ｏ３の添加量と疲労強度との関係を示す図である。
【図１０】本発明に係る実施形態であるＡｌ２Ｏ３の添加量と軸受摩耗量との関係を示す図である。
【図１１】鋳造した後、圧延して製造されたアルミニウム合金の例であるＡｌ−Ｓｎ−Ｓｉ系合金の軸受の金属組織を示す模式図である。
【図１２】Ａｌ−Ｓｎ−Ｓｉ系合金の軸受を溶射法により製造するために用いられる溶射材料であるＡｌ−Ｓｎ−Ｓｉ系合金粉末の金属組織を示す模式図である。
【図１３】図１２に示すＡｌ−Ｓｎ−Ｓｉ系合金粉末を用いて溶射法により形成したＡｌ−Ｓｎ−Ｓｉ系合金の軸受用被膜の金属組織を示す模式図である。
【符号の説明】
【００４８】
Ｓ１０  軸受材準備工程、Ｓ１２  表面処理工程、Ｓ１４  軸受材被覆工程、Ｓ１６  機械加工工程。
【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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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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