(57)【要約】【課題】耐摩耗性及び通電特性に優れ、製造工程が簡易であり、さらに、摩耗又は破損を生じた部位の修復を容易に行うことができる通電摺動部材を提供する。【解決手段】高伝導性金属部（高伝導性金属１０１）と、この高伝導性金属部に分散された潤滑粒子（耐摩耗・潤滑粒子１０２）とを含み、摺動面１１１を有する通電摺動部材１００において、摺動面１１１と平行する断面における潤滑粒子の占有面積のその平行する断面の全面積に対する割合を、摺動面１１１と直交する断面における潤滑粒子の占有面積のその直交する断面の全面積に対する割合よりも大きくする。【選択図】図１
2013194304.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
高伝導性金属部と、この高伝導性金属に分散された潤滑粒子とを含み、摺動面を有する通電摺動部材であって、前記摺動面と平行する断面における前記潤滑粒子の占有面積のその平行する断面の全面積に対する割合は、前記摺動面と直交する断面における前記潤滑粒子の占有面積のその直交する断面の全面積に対する割合よりも大きいことを特徴とする通電摺動部材。
【請求項２】
前記潤滑粒子は、前記摺動面と直交する断面における扁平度が前記摺動面と平行する断面における扁平度よりも大きいことを特徴とする請求項１記載の通電摺動部材。
【請求項３】
前記摺動面と直交する断面における前記高伝導性金属部の占有面積のその直交する断面の全面積に対する割合は、前記摺動面と平行する断面における前記高伝導性金属部の占有面積のその平行する断面の全面積に対する割合よりも大きいことを特徴とする請求項１又は２に記載の通電摺動部材。
【請求項４】
前記高伝導性金属部のCu含有量は50mass%以上であり、前記潤滑粒子のC含有量は50mass%以上であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の通電摺動部材。
【請求項５】
前記潤滑粒子は、前記高伝導性金属部の成分を含有することを特徴とする請求項１〜４のいずれか一項に記載の通電摺動部材。
【請求項６】
気孔率が5vol%未満であることを特徴とする請求項１〜５のいずれか一項に記載の通電摺動部材。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一項に記載の通電摺動部材を摺り板に用いたことを特徴とするパンタグラフ。
【請求項８】
高伝導性金属粒子と潤滑粒子とを含む原料粉末を混合する工程と、前記原料粉末を固相状態で噴射するコールドスプレーによって基材に前記原料粉末からなる被膜を形成する工程と、前記被膜のひずみを除去するための焼きなまし工程とを含むことを特徴とする通電摺動部材の製造方法。
【請求項９】
高伝導性金属粒子と潤滑粒子とを含む原料粉末を混合する工程と、前記原料粉末を固相状態で噴射するコールドスプレーによって通電摺動部材の損傷部分に前記原料粉末からなる被膜を形成する工程と、前記被膜のひずみを除去するための焼きなまし工程とを含むことを特徴とする通電摺動部材の修理方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、通電摺動部材及びこれを用いたパンタグラフ並びに当該通電摺動部材の製造方法及び修理方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
電車等のパンダグラフに適用されている通電摺動部材は、架線に接触し、摺動しながら、大電流を集電するものであり、架線の摩耗を抑制しつつ、当該部材の摩耗も少ないことが要求される。また、車両部材として機械的強度が高いこと、消耗部材として経済的であること及び破損・摩耗部の補修が容易であることが求められる。
【０００３】
実用化されているパンダグラフ用通電摺動部材の材料としては、銅系焼結合金、鉄系焼結合金、炭素系合金等が挙げられる。これらのうち、炭素系合金は、銅などの金属と複合化することにより、架線との摩耗を低減するものである。炭素系合金製の通電摺動部材は、各種原料粉末を混合し、成形し、焼成してなる焼結型と、銅などの溶融金属を炭素の焼結体へ浸透させてなる含浸型とがある。
【０００４】
特許文献１には、良導電性の金属粉と、窒化ほう素と、炭素粉とを所定の割合で混合し、所定の加圧成形条件で加圧成形し、その成形体を非酸化性雰囲気中において成形体中から金属が溶出しない範囲の高温で焼結する炭素系集電摺動材料の製造方法が開示されている。
【０００５】
特許文献２には、全長５ミリメートル以上の炭素繊維と炭素からなる炭素基材を所定の形状に形成して予形成部材を得るとともに予形成部材に常圧で、所定の比率のチタンを介在させつつ所定の銅含有率となる銅又は銅合金を含有させる予形成工程を行い、次いで予形成部材を加熱しつつ加圧する成型処理工程を行い、次いで炭化処理工程を行い、次いで必要に応じて黒鉛化処理工程を行う摺動集電用チタン銅炭素複合材料の製造方法が開示されている。
【０００６】
特許文献３には、金属マトリクス複合材料粉末を形成するために、マトリクス粉末と強化材粉末とを混合するステップと、基材を供給するステップと、金属マトリクス複合材料粉末が、強化材粉末を捕捉しつつ基材表面と衝突する際に、可塑的に変形して基材に接合し、金属マトリクス複合材料粉末どうしも接合するように、酸化作用のないキャリアガスを使用して、基材の表面に金属マトリクス粉末を堆積させるステップと、を含む金属マトリクス複合材料をコーティングする方法が開示されている。
【０００７】
特許文献４には、金属、合金、またはその混合体粒子と、セラミックまたはその混合体粒子とを含む混合粉末をコーティング用噴射ノズルに注入する工程と、ノズル内に流れる運搬ガスの流動によって混合粉末を非溶融状態で加速して母材の表面に混合粉末をコーティングする工程とを含む耐摩耗性金属マトリックス複合体コーティング層形成方法が開示されている。
【０００８】
特許文献５には、炭素骨材、バインダーピッチ等からなる炭素材原料に、樹枝形状の電解銅粉を所定の配合率で混合し、５００〜６００℃で加圧加熱成型した後、焼成する炭素・金属複合材の製造方法が開示されている。
【０００９】
特許文献６には、基材上に、マトリクス中に準結晶粒子を分散させた準結晶粒子分散合金を準結晶粒子の分解温度以下の温度で積層させることにより、準結晶粒子分散合金積層材を製造する方法が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開平５−２８７３１８号公報
【特許文献２】特許第３９８７６５６号公報
【特許文献３】特開２００８−１５５２０６号公報
【特許文献４】特表２００８−５３４７８８号公報
【特許文献５】特開平６−１７２０２９号公報
【特許文献６】特開２００８−２４８２７９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
焼結型材料は、含浸型材料に比べて摺動性及び耐摩耗性に劣るとされる。一方、含浸型材料は、溶融金属の炭素に対する濡れ性が低いことから、一般に、粗大な気孔が残存しやすく、その組織はむらになりやすい。組織が不均一になると、安定した通電特性や耐摩耗特性を得ることが難しい。また、気孔には、他部材との接触時に発生する摩耗屑が溜まりやすく、次第に摩擦係数が増加するため、耐摩耗性低下の要因となる。さらに、気孔を発端とした破損も起こりやすくなることから、気孔を極力低減することが望まれている。
【００１２】
特許文献１には、窒化ほう素粉末を添加することにより耐摩耗性を改善した焼結型材料が記載されている。しかし、窒化ほう素は、絶縁材料であるため、抵抗値が増加し、通電特性の低下を招くことが懸念される。
【００１３】
また、特許文献２には、炭素繊維強化複合材料にチタンを添加することにより、炭素に対する濡れ性を改善し、空孔に銅を含浸した含浸型材料が記載されている。しかし、炭素繊維やチタンは、消耗部材へ使用するには非常に高価であり、製造コストが高くなる。さらに、含浸型材料の場合、炭素の焼結体または繊維成形体の作製が必要であるなど、製作工程数が多いことも製造コストアップの要因となる。
【００１４】
特許文献３及び４には、コールドスプレー堆積法を用いて粒子が融解しない複合材料のコーティング方法が記載されている。しかし、これらの特許文献には、電気伝導性に関する記載はない。
【００１５】
特許文献５には、樹枝形状の電解銅粉を用いることにより、電気伝導性や耐アーク性が向上し、炭素質マトリックスとの結合が強固になることが記載されている。しかし、特許文献５に記載されている炭素・金属複合材は、加圧加熱成型し、焼成することにより製造されることから、上記の焼結型材料の摺動性及び耐摩耗性に劣るという問題点を有すると考えられる。
【００１６】
特許文献６に記載されている準結晶粒子分散合金積層材は、マトリクス中に準結晶粒子を分散させた準結晶粒子分散合金をコールドスプレー装置を用いて基材上に積層させることにより製造される。しかし、当該準結晶粒子分散合金積層材は、積層して形成した合金層内の異方性を考慮したものではない。
【００１７】
本発明の目的は、耐摩耗性及び通電特性に優れ、製造工程が簡易であり、さらに、摩耗又は破損を生じた部位の修復を容易に行うことができる通電摺動部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
本発明は、高伝導性金属部と、この高伝導性金属部に分散された潤滑粒子とを含み、摺動面を有する通電摺動部材において、摺動面と平行する断面における潤滑粒子の占有面積のその平行する断面の全面積に対する割合を、摺動面と直交する断面における潤滑粒子の占有面積のその直交する断面の全面積に対する割合よりも大きくしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、耐摩耗性に優れ、高い電気伝導性を有する通電摺動部材を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】通電摺動部材の摺動面に直交する断面の構成を示す模式図である。
【図２】通電摺動部材の摺動面を模式的に示す上面図である。
【図３Ａ】コールドスプレー装置を示す模式断面図である。
【図３Ｂ】コールドスプレー装置による被膜の形成過程を示す模式断面図である。
【図４】コールドスプレーによって基板に形成した通電摺動部材の摺動面に直交する断面の構成を示す模式図である。
【図５】実施例の通電摺動部材の製造工程を示すフローチャートである。
【図６】パンタグラフ（シングルアーム形）の構成を示す斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
本発明は、パンダグラフ用摺り板等に用いられる通電集電部材に関する。
【００２２】
以下、当該通電集電部材の特徴について説明する。
【００２３】
前記通電摺動部材は、高伝導性金属部と耐摩耗・潤滑粒子（以下、「潤滑粒子」とも呼ぶ。）とを含む摺動部を有するものであって、潤滑粒子のアスペクト比は、摺動面に平行な断面において1：1〜1：2であり、摺動面に垂直な断面において1：4〜1：10であり、且つ、摺動面に垂直な断面における潤滑粒子の粒径について、摺動面に垂直な方向よりも摺動面に平行な方向の方が大きい潤滑粒子は、潤滑粒子の全体のうち40〜100%を占めるものであることが望ましい。
【００２４】
この構成により、潤滑粒子は、扁平形状となり、摺動面に対してほぼ平行に配向される。このため、摺動面に露出する潤滑粒子の面積率が大きくなり、摺動性及び耐摩耗性を向上することが可能となる。
【００２５】
また、上記の構成により、摺動面に垂直な断面においては、潤滑粒子の面積率が小さく、高伝導性金属部の面積率が大きくなることから、高い通電特性を維持することができる。すなわち、摺動面における高い耐摩耗性と、摺動面に垂直な方向における高い通電特性とを両立することができる。
【００２６】
前記通電摺動部材は、摺動面に垂直な断面における潤滑粒子の粒径について、長軸方向の粒径が50〜150μmで、且つ、短軸方向の粒径が5〜40μmである潤滑粒子は、潤滑粒子の全体のうち40〜100%を占めることが望ましい。
【００２７】
この構成により、摺動面に露出する潤滑粒子の面積は、耐摩耗性を確保するのに十分な面積率となり、且つ、均一な組織となる。長軸方向の粒径が150μmよりも大きい粒子は、組織にむらが生じやすく、また、高伝導性金属がネットワーク状の組織を形成しにくくなるため、安定した通電特性を維持することが困難となる。また、潤滑粒子が40%よりも少ないと、摺動面に露出する潤滑粒子の面積が不十分となり、潤滑性が損なわれる。
【００２８】
前記通電摺動部材において、高伝導性金属部のCu含有量は50mass%以上であることが望ましく、潤滑粒子のC含有量は50mass%以上であることが望ましい。
【００２９】
前記通電摺動部材において、潤滑粒子は、高伝導性金属部の成分を含有することが望ましい。
【００３０】
前記通電摺動部材の気孔率は、5vol%未満であることが望ましい。
【００３１】
図１は、通電摺動部材の摺動面に直交する断面の構成を示す模式図である。
【００３２】
本図において、通電摺動部材１００は、高伝導性金属１０１（「高伝導性金属部」とも呼ぶ。）と耐摩耗・潤滑粒子１０２とで構成されている。図中の上辺は、摺動面１１１を表している。耐摩耗・潤滑粒子１０２は、摺動面１１１に直交する方向の寸法（厚さ）が小さい扁平形状となっている。すなわち、耐摩耗・潤滑粒子１０２は、扁平度が大きくなっている。ここで、「扁平度」とは、直交する２つの軸における粒子の寸法（粒径）が異なる度合いをいう。
【００３３】
図２は、通電摺動部材の摺動面を示す模式上面図である。
【００３４】
本図に示すように、通電摺動部材１００の耐摩耗・潤滑粒子１０２は、上面においては縦横の寸法の差があまりなく、扁平度が小さくなっている。
【００３５】
図１及び２から、摺動面１１１と平行する断面における耐摩耗・潤滑粒子１０２の占有面積のその平行する断面の全面積に対する割合は、摺動面１１１と直交する断面における耐摩耗・潤滑粒子１０２の占有面積のその直交する断面の全面積に対する割合よりも大きいことがわかる。
【００３６】
通電摺動部材１００は、コールドスプレープロセスを用いることで作製することが可能である。
【００３７】
図３Ａは、コールドスプレー装置を示す模式断面図である。
【００３８】
本図において、コールドスプレー装置３００は、原料粉末供給部３０１及び加熱ガス供給部３０２を備えたチャンバ３０３と、スロート部３０５を有するノズル３０４とで構成されている。ノズル３０４の流路は、チャンバ３０３の出口からスロート部３０５までの流路断面積が縮小する縮小流路と、スロート部３０５からノズル３０４の出口までの流路断面積が拡大する拡大流路とで構成されている。この構成により、ノズル３０４は、原料粉末を含むガスを超音速に加速することができるようになっている。
【００３９】
原料粉末は、原料粉末供給部３０１を通過する過程で加熱ガス供給部３０２から供給される加熱ガスによって加熱されるようになっている。原料粉末は、ガスとともにノズル３０４の出口から噴射され、基材３０７に衝突して被膜３０６を形成する。
【００４０】
図３Ｂは、コールドスプレー装置による被膜の形成過程を示す模式断面図である。
【００４１】
本図において、原料粉末が基材３０７に衝突して形成された被膜３０６は、高伝導性金属部３１１と耐摩耗・潤滑粒子３１２とを含む。被膜３０６の表面には、原料粉末が更に衝突し、耐摩耗・潤滑粒子３１２及び高伝導性金属粒子３１３が堆積する。高伝導性金属粒子３１３は、比較的軟らかく、衝突の際に変形して耐摩耗・潤滑粒子３１２の周辺の隙間を埋めていく。
【００４２】
図４は、コールドスプレーによって基板に形成した通電摺動部材の摺動面に直交する断面の構成を示す模式図である。
【００４３】
本図においては、基板１０３の表面にコールドスプレー装置から噴射された原料粉末が堆積して通電摺動部材１００を形成している。通電摺動部材１００は、高伝導性金属１０１と耐摩耗・潤滑粒子１０２とを含む。耐摩耗・潤滑粒子１０２は、衝突の衝撃のため、堆積方向の寸法（厚さ）が小さくなっている。
【００４４】
図５は、実施例の通電摺動部材の製造工程を示すフローチャートである。
【００４５】
本図に示すように、通電摺動部材は、原料粉末を混合する工程Ｓ５０１、コールドスプレーによる被膜形成工程Ｓ５０２、及び高伝導性金属のひずみを除去するための焼きなまし工程Ｓ５０３を経て製造される。ここで、焼きなましの条件は、減圧又はアルゴン雰囲気で６００℃、１時間とした。 
コールドスプレープロセスは、圧縮気体（窒素、ヘリウム等）を介して粉末を基材上に超音速で噴射し、堆積させるプロセスである。圧縮気体は数百℃まで加熱されるが、粉末自体の温度上昇は比較的小さく、粉末は、溶融することなく固相状態のままで機械的に堆積される。したがって、粉末の酸化を最小限に抑えることができ、高伝導性金属と潤滑粒子との濡れ性に関係なく、緻密な部材を形成することが可能である。
【００４６】
高伝導性金属としては、純銅又は銅合金が望ましく、潤滑粒子としては、炭素系の材料が望ましい。これらを用いることにより、一層優れた耐摩耗性及び通電特性を有する通電摺動部材を得ることができる。
【００４７】
銅は、電気伝導性に優れており、且つ、比較的容易に塑性変形を生じる金属である。コールドスプレープロセスにおいて銅のように塑性変形性の高い金属を用いると、比較的容易に基材に銅を堆積させることが可能である。
【００４８】
硬質の耐摩耗・潤滑粒子は、比較的堆積させ難い物質ではあるが、塑性変形が容易な物質とともに噴射することで、堆積させることが可能となる。また、塑性変形性の高い粒子は、硬質の耐摩耗・潤滑粒子同士の間を埋めるようにしながら堆積されるため、きわめて気孔率の低い部材を形成することが可能となる。このように、コールドスプレーにより堆積させた高伝導性金属がネットワーク状に形成されるため、通電摺動部材は、優れた通電特性を得る。
【００４９】
高伝導性金属は、低抵抗で、且つ、組成変形が容易な金属であれば、銅に限定されるものではなく、銀、鉛、アルミ等を用いても同様の通電摺動部材を形成することができる。
【００５０】
耐摩耗・潤滑粒子は、基板の表面に超音速で衝突することにより、破壊され、形状変化を生じ、そのアスペクト比が概ね1：4〜1：10の範囲となる。特に、微粒子が凝集してなるカーボンブラック、黒鉛などは、このような粉砕及び形状変化を起こしやすい。このため、衝突の際の衝撃によって粉砕して、微細化及び形状変化を伴いながら、堆積方向に対してほぼ垂直な方向（基板の表面に平行な方向）に配向する。
【００５１】
銅の含有量は、50〜95mass%とすることが望ましい。これより少ないと、十分な通電特性を維持することが困難となる。銅の含有量の増加に伴って通電特性は向上するが、銅の含有量が95mass%より多くなると、特に、摺動相手材が金属の場合、耐摩耗性が著しく低下する。また、通電摺動部材の重量が大きくなり、電車等に搭載した場合、パンダグラフばね機構への負荷が大きくなる。
【００５２】
炭素の含有量は、5〜50mass%が望ましい。5mass%未満では摺動面へ露出する炭素の面積率が小さくなり、十分な摺動特性を確保できない。炭素の含有量が増加するに従い、摩擦係数は小さくなり、耐摩耗性は向上する。しかし、炭素は、銅に比べると比重が小さく、炭素の含有量が50mass%を超えると、体積基準で80%以上を占めることとなるため、高伝導性金属によるネットワーク状組織を形成することが困難となる。ネットワーク形状の組織を維持できなくなると、通電特性は著しく低下する。
【００５３】
また、硬質粒子である炭素は、銅など塑性変形性の高い材質と比べるとコールドスプレーにより堆積させづらい材質であり、堆積率（堆積部における炭素の含有量／原料混合粉における炭素の含有量）が低い。高伝導性金属に対する炭素の割合が高くなるほど、投入混合粉に対する堆積量が低下し、炭素の含有量が50mass%を超えると、コールドスプレープロセスによる粒子の堆積そのものが困難となり、均一組織の部材を成形することができなくなる。
【００５４】
耐摩耗・潤滑粒子の一部には、高伝導性金属を含有する合金粒子を混合してもよい。合金粒子としては、メカニカルアロイングやメカニカルミリングなどによって機械的に合金化された粉末、めっき、蒸着などによって耐摩耗・潤滑粒子の表面を高伝導性金属でコーティングした粉末、高伝導性金属を含有する金属との造粒粉、樹脂を用いて耐摩耗・潤滑粒子及び高伝導性金属の粒子を造粒して１つの粒子としたもの等を用いることが可能である。特に、微粒子の集合体である造粒粉は、基材との衝突時に粉砕されやすく、部材中に分散されていくため、組織均一性が増す。
【００５５】
耐摩耗・潤滑粒子に合金粒子を混合することにより、コールドスプレー法による付着・堆積の際、合金粒子が高伝導性金属と耐摩耗・潤滑粒子との中間相として作用することから、密着性が増し、より気孔率が低く、強固な組織を有する摺動通電部材を形成することが可能となる。
【００５６】
図６は、シングルアーム形のパンタグラフの構成を示す斜視図である。
【００５７】
本図に示すパンタグラフ６００は、下枠６０１と、これに支持された上枠６０２と、これに支持された摺り板６０３と、これらを支持する台枠６０４とで構成されている。上枠６０２は、下枠６０１と上枠６０２との接続部を中心軸として回転可能であり、下枠６０１は、台枠６０４と下枠６０１との接続部を中心軸として回転可能である。摺り板６０３は、ばね等の弾性部材の力を利用して上方に押し上げられ、トロリ線と接触するようになっている。
【００５８】
本図においては、シングルアーム形のパンタグラフ６００を示したが、本発明の通電摺動部材は、これに限定されるものではなく、菱形、下枠交差形、翼形等のパンタグラフにも適用可能である。
【００５９】
以下、実施例及び比較例について説明する。なお、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。
【００６０】
表１は、焼結プロセス及びコールドスプレープロセスによって作製した実施例及び比較例の通電摺動部材を示したものである。
【００６１】
【表１】
2013194304.tif 000003
【００６２】
表中、C量は炭素の含有量である。気孔率は、通電摺動部材に含まれる気相の割合であり、断面の光学顕微鏡画像又はアルキメデス法による測定から算出した。また、IACSは、International Annealed Copper Standard（国際焼きなまし銅線標準）の略称であり、標準焼きなまし銅線（焼きなまし純銅）の導電率を100%とした場合の比較値である。摩擦特性については、後述する。
【００６３】
IACSを算出するための導電率は、渦電流式測定器（シグマテスタ）を用いて測定した。
【００６４】
No.1及びNo.2は、焼結体中心部に近い箇所から切り出し、No.3〜5は、基材部を切り落としたコールドスプレー堆積部のみから取出した。
【００６５】
摩擦特性については、下記の方法により測定した値である。
【００６６】
摩擦特性は、松原式摩耗試験機を用いて測定した。
【００６７】
No.1及びNo.2は焼結体の中心部、No.3〜No.5は基材部分を切断して除いたコールドスプレー堆積部（通電摺動部材）から角柱状に切り出した試験片を固定片として、Cu製のリング状可動片を接触した状態で、所定の負荷条件のもとで可動片を回転させて固定片に発生する回転トルクを検出することにより、摩擦係数を求めた。この摩擦係数を摩擦特性の値とした。摩擦特性は、比較例であるNo.2の摩擦係数を1とした相対値で表している。この値が低いほど、滑り性が良好で、摺動特性に優れるといえる。一般に、摩擦特性は、耐摩耗・潤滑粒子であるC粒子が多いほど、低い値となり、摺動特性が良好となる。
【００６８】
No.1及びNo.2は、比較例である焼結プロセスによって作製した通電摺動部材であり、No.3〜5は、実施例であるコールドスプレープロセスによって作製した通電摺動部材である。
【００６９】
（比較例１）
比較例であるNo.1及びNo.2の作製方法は、以下の通りである。
【００７０】
まず、平均粒径40μm以下のCu粉末（銅粉末）と、平均粒径75μm以下のC粉末（炭素粉末）とを表１に示すC量（炭素含有率）となるように配合し、V型混合器を用いて十分に混合して混合粉末とした。
【００７１】
つぎに、混合粉末を加圧成形し、その後、非酸素雰囲気下（アルゴン雰囲気中）で焼結し、直径約30mm、厚さ約10mmの焼結体を得た。
【００７２】
このようにして得られた焼結体の組織を観察したところ、C粒子は、どの部分でも同様の形態であり、ほぼ球状であった。また、大小の気孔が散在しており、その気孔率はそれぞれ、8%、12%であった。
【実施例】
【００７３】
実施例であるNo.3〜No.5の作製方法は、以下の通りである。
【００７４】
まず、平均粒径40μm以下の銅粉末（Cu粉末）と、平均粒径75μm以下の炭素粉末（C粉末）とを、V型混合器を用いて十分に混合した。ここで、銅粉末と炭素粉末との配合比はそれぞれ、コールドスプレー後の目標組成比が概ね5、25、50mass%となるように調整した。Cu粉末はアトマイズ粉を用い、C粉末はグラファイトを用いた。
【００７５】
得られた混合粉末は、大気中で30mm×30mmのCu製基材の表面にコールドスプレーにより噴射して堆積させた。これにより得られたCuとCとの混合層の厚さは、約4mmであった。コールドスプレーの条件は、ガス温度300〜800℃、ガス圧力1〜5MPa、走査速度100〜300m/sの間で調整した。
【００７６】
コールドスプレーにより作製したNo.3〜No.5においては、組織観察用の試験片を堆積部より切り出した。堆積方向に垂直な面における組織を観察したところ、原料であるC粒子よりも微細化した粒子と、扁平状に変形した粒子とが混在していた。扁平状に変形したC粒子は、堆積方向の粒径よりも、堆積方向に垂直な断面における粒径が大きくなっている粒子が多く確認された。C粒子のうち約30%以上のものは、堆積方向に垂直な方向の寸法が大きくなっていた。堆積方向に平行な方向の寸法と堆積方向に垂直な方向の寸法とのアスペクト比は、1：4〜1：10の範囲にあった。この範囲外のC粒子は、より微細化した状態で試験片内にほぼ均等に分散しており、全体的に均一な組織が形成されていた。また、これらのC粒子は、長軸方向の寸法が約50〜150μm、短軸方向の寸法が5〜40μmのものが約40%を占めていた。
【００７７】
気孔は、ほとんど観察されなかった。表１に示すように、No.3〜No.5のC量はそれぞれ、6%、21%、47%であり、C量の増加に伴って、気孔率がそれぞれ、1%、3%、5%と高くなったが、気孔の多いNo.5でも5%程度であり、焼結体に比べると、極めて緻密な組織となっていた。
【００７８】
実施例の通電摺動部材は、上記のような緻密な組織を有するため、摺動面と直交する断面における高伝導性金属部の占有面積のその直交する断面の全面積に対する割合が、摺動面と平行する断面における高伝導性金属部の占有面積のその平行する断面の全面積に対する割合よりも大きくなる。
【００７９】
高伝導性金属であるCu量が多く、C量の少ないNo.4は、IACSが30%であり、最も高い。すなわち、No.4は、電気伝導性に優れていることがわかる。
【００８０】
実施例であるNo.5は、比較例No.2とほぼ同等のC量であるが、摩擦特性は0.7と低い。同様に、実施例No.4は、比較例No.1よりも摩擦係数が低く、摺動特性に優れるといえる。
【００８１】
以上のように、表１から、実施例であるNo.3〜5は、緻密な組織を有し、同等量の耐摩耗・潤滑粒子を含有する焼結体と比べて、導電性が高く、摺動特性にも優れていることがわかる。
【００８２】
また、実施例の通電摺動部材は、摩耗や破損による欠損や変形が生じた場合にコールドスプレープロセスにより変形部周辺のみに部分的に混合粉末をスプレーし、堆積させて被膜を形成することが容易である。よって、欠損や変形等の損傷が生じた場合に通電摺動部材全体を作製しなおす必要がなく、損傷部分のみを修理することが可能であり、コストを低減することができる。なお、この修理は、図５に示す実施例の通電摺動部材の製造方法と同様の工程によって行うことができる。
【００８３】
（比較例２）
No.6は、C量の目標値を60mass%とした以外は、上記実施例と同様の方法でコールドスプレーにより基材に対して噴射した。しかし、この混合粉末は堆積率が悪く、基材表面に十分な厚さの銅と炭素との混合部材を作製することができなかった。このため、比較例として扱っている。
【００８４】
以上より、本発明によれば、炭素等で構成された耐摩耗・潤滑粒子が摺動面に広く露出して摩擦係数を低減するとともに、銅等で構成された高伝導性金属が摺動面に平行な方向に電流パスを形成して電気伝導性を確保することができるため、耐摩耗性に優れ、高い電気伝導性を有する通電摺動部材を得ることができる。
【符号の説明】
【００８５】
１００：通電摺動部材、１０１：高伝導性金属、１０２：耐摩耗・潤滑粒子、１０３：基材、１１１：摺動面、３００：コールドスプレー装置、３０１：原料粉末供給部、３０２：加熱ガス供給部、３０３：チャンバ、３０４：ノズル、３０５：スロート部、３０６：被膜、３０７：基材、３１１：高伝導性金属部、３１２：耐摩耗・潤滑粒子、３１３：高伝導性金属粒子、６００：パンタグラフ、６０１：下枠、６０２：上枠、６０３：摺り板、６０４：台枠。
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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