JPH08319583A

JPH08319583A - 摺動部材の製造方法及び２層部材の製造方法

Info

Publication number: JPH08319583A
Application number: JP7121696A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Okajima; 博司岡島; Akira Manabe; 明真鍋
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1995-05-19
Filing date: 1995-05-19
Publication date: 1996-12-03
Anticipated expiration: 2013-06-18
Also published as: EP0743117A1; DE69604011T2; US5761592A; DE69604011D1; EP0743117B1; JP2765512B2

Abstract

(57)【要約】【目的】基材１の被覆面１ｋ側の気孔を早期に封孔し、
摺動層として機能する被覆材２を基材１の被覆面１ｋに
残留させる摺動部材の製造方法を提供する。【構成】シンクロナイザーリング等となる鉄系圧粉体か
らなる基材１を用い、基材１の被覆面１ｋの上にＣｕ−
Ｎｉ−Ｍｎ系の粉末状の被覆材２を載置する。その状態
で基材１の焼結温度域に加熱保持して基材１を焼結す
る。焼結の際に被覆材２は融液化する。積極的に冷却せ
ず焼結温度域に加熱保持している場合であっても、その
融液は基材１との反応により固相線温度が次第に上昇
し、自然に凝固する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は摺動部材の製造方法及び
２層部材の製造方法に関する。本発明方法は例えば摺動
部材として機能できるシンクロナイザーリング、カム、
ロッカーアーム、タペット等に適用できる。

【０００２】

【従来の技術】２層部材の製造方法として、２層の接合
強度を向上させるべく、従来より種々の方法が提案され
ている。特開昭６１−９６０１０号公報には、融液を利
用して粉末合金シートを鉄系部材へ焼結接合する方法が
開示されている。この方法によれば、鋳鉄等の鉄系部材
と、Ｃ、Ｍｏを含む共晶合金粉末と樹脂とからなる粉末
合金シートとを用い、鉄系部材の被覆面に粉末合金シー
トを載せる工程と、鋳鉄等の鉄系部材の被覆面と粉末合
金シートとの界面に融液を生じる温度に鉄系部材を加熱
する工程と、融液が生じた後に速やかに温度を下げて融
液を固相化する固相化工程と、固相化した部位を高融点
化する工程と、粉末合金シートを半液相焼結する本焼結
工程とを順に実施することにしている。この方法によれ
ば、融液の固化により冶金的接合を図り、接合強度を確
保することにしている。

【０００３】また特開昭６３−１３０７０５号公報に
は、トランスミッションなどの摩擦結合部材の製造方法
が開示されている。この方法によれば、円錐面状の内周
面を備えた同期リングを用い、その内周面に２つの層を
積層した状態で型締めし、型締めした状態で焼結し、焼
結時における２つの層の熱膨張により圧縮力を発生さ
せ、圧縮力を利用して２つの層の接合強度を高めること
にしている。

【０００４】また特開昭５８−３９０２号公報には、焼
結に伴う収縮量が２％以上の焼結合金材料からなる予備
焼結体を選択し、その予備焼結体を軸の外周部に取付
け、この状態で焼結することにより、焼結に伴う収縮力
と液相接合とにより接合強度を高めたカムシャフトの製
造方法が開示されている。また特開昭６４−５６８５１
号公報には、Ｃ、Ｃｒ、Ｓｉ、Ｍｎ、Ｂ、Ｚｒ、Ｈｆ等
を含む鉄基粉末と、Ｐｂ等を含む銅系の溶浸材粉末とを
用い、鉄基粉末と溶浸材粉末とを２層に圧粉成形して２
層圧粉体を形成し、２層圧粉体のうち鉄基粉末領域を焼
結すると共に、その気孔に溶浸材粉末の融液を積極的に
溶浸させる耐熱耐摩耗性鉄基焼結合金の製造方法が開示
されている。

【０００５】上記した各公報技術によれば、層の接合強
度は必ずしも満足できるものではなく、改善の余地があ
る。また重量比でＮｉが１５〜３０％、Ｍｎが５〜１５
％、Ｓｉが０．５〜３％、Ｂが０．５〜１．５％含まれ
た残部実質的にＣｕの組成をもつＣｕ基ろう合金を用
い、ろう合金を２個の鉄系圧粉体の境界に介在させ、ろ
う接合する技術（特開平１−９５８９４号公報）が本出
願人により近年開発されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで溶浸の場合に
は、そのままの温度に保持しておくと、溶浸材が基材の
気孔に過剰に浸透してしまう。この場合には基材の被覆
面上に被覆材は残留しにくく、全て浸透してしまえば、
基材の被覆面に溶浸材は実質的に残留しなくなる。更に
基材の気孔への浸透量が多量となるため、基材が膨張し
がちであり、基材の寸法精度の低下、変形が誘発され易
い。そのため過剰溶浸を防止して基材上に溶浸材を残留
させるには、所要量の溶浸を行った後に積極的に冷却し
て、融液状の溶浸材の凝固を強制的に行う必要がある。

【０００７】また前記した特開昭６１−９６０１０号公
報に係る技術においても、鉄系部材の被覆面と粉末合金
シートとの界面に融液が生じた後に、温度を積極的に低
下させて融液を凝固することにしている。しかしながら
鉄系部材の被覆面と粉末合金シートとの界面に融液が生
じた後に、温度を積極的に低下させることは、あまり現
実的ではない。例えば連続焼結処理には不利である。

【０００８】また上記した本出願人による特開平１−９
５８９４号公報に係る合金は、２個の鉄系圧粉体の境界
に介在して２個の鉄系圧粉体を一体的にろう接合するろ
う付け合金であり、表面に露出して耐摺動性を確保する
摺動材料を意図するものではない。本発明は上記した実
情に鑑みなされたものであり、請求項１の課題は、摺動
部材を対象とするものであり、生成した融液の固相線温
度を上昇させることにより、融液の凝固を促し、これに
より基材の被覆面側の気孔を早期に封孔でき、被覆材が
基材側に過剰に浸透することを抑制し、従って摺動面を
形成する被覆材を基材に残留させるのに有利で、摺動性
の確保に有利な摺動部材の製造方法を提供することにあ
る。

【０００９】請求項２の課題は、摺動部材を含む２層部
材を対象とするものであり、基材の被覆面を縦方向に沿
わせることにより、融液の流下を促し、融液が凝固した
融液凝固層の均厚化、薄肉化に有利な２層部材の製造方
法を提供することにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】

○本発明者は上記した課題のもとに開発を進め、基材の
構成成分と反応して反応に伴い固相線温度が上昇する融
液を生成する性質を備えた構成成分を含む被覆材を用い
れば、上記課題を達成できることに着目し、試験で確認
し、本発明方法を完成させたものである。

【００１１】本発明方法のメカニズムは次の様に推察さ
れる。即ち、図２０（Ａ）に示す状態図を例にとって説
明する。図２０（Ａ）において基材の組成をａとし、被
覆材の組成をｂとする。この図において組成が矢印Ｘ１
に向かうにつれてａの濃度は高くなり、矢印Ｘ２方向に
向かうにつれてａの濃度は低くなる。ここで基材と被覆
材とを接触させた状態で温度Ｔ１から昇温して温度Ｔ３
（例えば基材の目標焼結温度）で保持する。この際温度
Ｔ１からの昇温に伴い固相線温度Ｔ２に到達すると、ｂ
組成の金属から融液が生成し始める。ここで固相線温度
Ｔ２においては、融液の組成は液相線におけるＬ１で示
されており、融液中のａ金属の濃度は低い。

【００１２】しかし基材と被覆材とが高温状態において
接触しているため、基材を構成するａ組成の金属と融液
との間における拡散が速やかに進行し、これによりａ組
成の金属と融液とが速やかに反応して、融液中のａ金属
の濃度が矢印Ｘ１方向に次第に増加する。このことは、
ａ組成の金属と融液との反応に伴い、融液の固相線温度
が上昇することを意味する。そのため積極的に冷却せず
とも、仮に温度Ｔ３に等温状態に保持している場合であ
っても、融液は凝固する。基材と被覆材との反応は、拡
散に基づき、両者の界面において最も進行し易いと推察
されるため、上記の様な融液の固相線温度の上昇は、界
面において発生し易い。なお融液の固相線温度の上昇の
メカニズムは、被覆材全部が融液状でも或いはは固液共
存状態でも得られるものである。 ○即ち、請求項１に係る摺動部材の製造方法は、少なく
とも被覆面側に気孔を備えた基材と、基材の構成成分と
反応して反応に伴い固相線温度が上昇する融液を生成す
る性質を備えた構成成分を含む被覆材とを用い、基材の
被覆面の少なくとも一部と被覆材とを接触させた状態
で、融液が生じ得る温度領域に昇温して加熱保持するこ
とにより、基材の構成成分と被覆材の構成成分とを反応
させ、反応に伴い固相線温度が上昇する融液を生成する
と共に、固相線温度の上昇に伴い融液を凝固させて、基
材の表面側の気孔を早期に封孔し、摺動面を形成する被
覆材を基材の被覆面に残留させ、残留した被覆材で摺動
面を形成する様にしたことを特徴とするものである。 ○請求項２に係る２層部材の製造方法は、請求項１に係
る方法と主要部を共通するものであり、縦方向に沿う被
覆面を備えた基材と、基材の構成成分と反応して反応に
伴い固相線温度が上昇する融液を生成する性質を備えた
構成成分を含む被覆材とを用い、基材の被覆面の少なく
とも一部と被覆材とを接触させた状態で、融液が生じ得
る温度領域に昇温して加熱保持することにより、基材の
構成成分と被覆材の構成成分とを反応させ、反応に伴い
固相線温度が上昇する融液を生成し、融液を被覆面に沿
って流下させると共に、固相線温度の上昇に伴い融液を
凝固させる様にしたことを特徴とするものである。

【００１３】

【作用】請求項１に係る方法によれば、融液が生じ得る
温度領域に加熱保持することにより、基材の構成成分と
被覆材の構成成分とを反応させて固相線温度が上昇する
融液を生成する。この様に融液の固相線温度が次第に上
昇していくので、積極的に冷却せずとも、仮に等温に保
持するだけの場合であっても、融液は速やかに凝固す
る。

【００１４】請求項１に係る方法によれば、上記した反
応は基材と被覆材との界面において進行し易いと考えら
れるため、界面において最も融液が凝固し易いと考えら
れる。生成した融液は、固相線温度の上昇に伴い速やか
に凝固するので、界面に生成した融液の凝固により、基
材の被覆面側の気孔は早期に封孔される。この様に早期
に封孔されれば、被覆材の融液が基材へ過剰浸透するこ
とは抑制される。そのため摺動部材となる被覆材が基材
の被覆面に残留し易い。しかも被覆材は融液生成過程を
経るため、摺動面となる被覆材の表出面の平坦化促進を
図り得る。

【００１５】請求項２に係る方法によれば、生成した融
液が流下する様に基材の被覆面は縦方向に沿っている。
縦方向とは、重力により融液が流下する方向を意味し、
鉛直方向や鉛直方向に対して傾斜している方向を含む。
この様な請求項２に係る方法によれば、生成した融液は
基材の被覆面にそって流下する。融液のうち、基材の被
覆面に直接接触している融液部分は、基材と反応し易い
ため、固相線温度が早期に上昇し易い。従って所定温度
に加熱保持しておくだけであっても、基材の被覆面に直
接接触している融液部分は、固相線温度が自然に上昇し
て速やかに凝固する。

【００１６】しかし基材の被覆面に直接接触していない
融液部分は、基材との反応が遅れ、従って固相線温度の
上昇が遅れ、融液は凝固せずに更に流下する。しかしそ
の融液部分が基材の被覆面に直接接触すれば、基材との
反応性が向上するため、固相線温度が上昇し、従ってそ
の融液部分は速やかに凝固する。

【００１７】

【実施例】以下、本発明方法の各実施例を説明する。（実施例１）図１は実施例１を示す。この例では、金属
系の第１原料粉末を圧縮成形した圧粉体からなる基材１
と、金属系の第２原料粉末の集合体からなる被覆材２と
を用いる。基材１を成形する際の加圧力は適宜選択でき
るが、例えば６４０ＭＰａにできる。基材１の密度比は
適宜選択できるものの、例えば８０〜９５％程度にで
き、従って基材１には開放気孔が存在している。

【００１８】そして基材１の上側の被覆面１ｋに粉末状
の被覆材２を適量載せる。その状態で基材１の焼結温度
域を目標温度として昇温し、その温度域に加熱保持し
て、基材１を焼結して焼結金属とする。焼結時間は基材
１の種類に応じて適宜選択できるが、例えば１５〜３０
分程度にできる。焼結雰囲気は非酸化性雰囲気（例えば
窒素ガス雰囲気）が好ましい。焼結温度域では、被覆材
２は全て融液化するか、或いは固液共存状態となる。

【００１９】焼結の際に、基材１の金属成分と被覆材２
の金属成分とが両者の界面において反応して、前述した
様に生成した融液の固相線温度が上昇する。そのため焼
結温度域に等温保持しておくだけでも、即ち積極的に冷
却せずとも、界面側つまり基材１の被覆面１ｋ側の融液
部分は、早期に凝固する。これにより基材１のうち被覆
面１ｋ側の気孔は、融液凝固のため早期に封孔される。

【００２０】この様に基材１のうち被覆面１ｋ側の気孔
は早期に封孔されるので、融液となった被覆材２の大部
分は、基材１の被覆面１ｋに載せられたままとなる。よ
って融液となった被覆材２のほとんとが基材１の気孔に
過剰浸透してしまうといった不具合を防止するのに有利
である。従って、摺動面を形成する被覆材２を基材１の
被覆面１ｋに残留させるのに有利である。

【００２１】しかも焼結工程の際に被覆材２は、全部融
液となる状態または固液共存状態を経るので、被覆材２
の上面の平坦化が促進される。よって残留した凝固体で
ある被覆材２の上面を、表面平滑性が要請される摺動面
として用いるのにも有利である。この様な意味からし
て、摺動材料として適する様に被覆材２の組成を設定す
ることが好ましい。また上記の様に被覆材２を粉末の集
合体とすれば、被覆材２の量、被覆箇所を適宜変更する
のに有利である。

【００２２】（実施例２）図２は実施例を示す。この例
は基本的には実施例１と同様の構成である。この例で
は、第１原料粉末を圧縮成形した圧粉体からなる基材１
と、第２原料粉末を圧縮成形した圧粉体からなる被覆材
２とを用い、基材１の上側の被覆面１ｋに被覆材２を載
せる。その状態で基材１の焼結温度域を目標温度として
昇温し、その温度域に加熱保持して、基材１の焼結を行
う。焼結の際には被覆材２は全て融液となるか、または
固液共存状態となる。この例においても生成した融液の
固相線温度の上昇が得られ、焼結温度域に加熱保持して
いるだけであっても、固相線が上昇した融液が自然に凝
固する。従って基材１の被覆面１ｋ側の早期封孔を達成
でき、実施例１と基本的には同様の作用効果が得られ
る。この例の様に被覆材２を固形状の圧粉体とすれば、
被覆材２の量の均一化、バラツキ回避に有利である。

【００２３】（実施例３）図３は実施例を示す。この例
は基本的には実施例１と同様の構成である。この例で
は、第１原料粉末を圧縮成形した基材１と、第２原料粉
末の集合体からなる被覆材２と、載置部材として機能す
るトレー３とを用いる。トレー３の表面は平坦状とされ
ている。

【００２４】そして第２原料粉末の集合体からなる被覆
材２をトレー３に載せる。次に被覆材２の上に基材１の
被覆面１ｋを載せる。その状態で基材１の焼結温度域を
目標温度として昇温し、その温度域に加熱保持して基材
１の焼結を行う。焼結の際には被覆材２は全て融液化す
るか、固液共存状態となる。この例では基材１の質量が
融液部分に作用するので、融液化した被覆材２がトレー
３に押しつけられる。基材１を焼結した後の冷却によ
り、このままの状態で被覆材３は凝固するので、凝固後
の被覆材２のうち摺動面となる表面２ｗ（トレー３に対
面している面）を矯正でき、摺動面となる表面２ｗの表
面粗さを小さくするのに有利である。

【００２５】この例においても融液の固相線温度の上昇
が得られ、早期封孔を達成でき、実施例１と基本的には
同様の作用効果が得られる。しかも被覆材２の上方に基
材１が配置されているので、表面張力による融液の基材
１への浸透を規制するのに有利であり、この意味でも基
材１への過剰浸透を抑制できる。試験によれば、被覆材
２の上面を図１に示す形態の様に自由表面とした場合に
は、Ｒｍａｘが１９３μｍ程度であった。融液が凝固す
る際のデンドライト生成等による影響と推察される。し
かし図３の様に基材１の質量を融液に作用させた場合に
は、同様の焼結条件において被覆材２の表面２ｘの表面
粗さは８５μｍ程度と小さかった。

【００２６】（実施例４）図４は実施例を示す。この例
は基本的には実施例１と同様の構成である。この例で
は、第１原料粉末で形成した圧粉体からなる基材１と、
第２原料粉末の集合体からなる被覆材２と、トレー３と
を用いる。そしてトレー３に載せた圧粉体からなる基材
１のうち縦方向にのびる被覆面１ｋに、被覆材２を接触
させる。その状態で基材１の焼結温度域に加熱保持して
基材１の焼結を行う。この例においても融液の固相線温
度の上昇が得られ、早期封孔を達成でき、実施例１と基
本的には同様の作用効果が得られる。

【００２７】（実施例５）図５は実施例を示す。この例
は基本的には実施例４と同様の構成である。この例で
は、第１原料粉末を圧縮成形した圧粉体からなる基材１
と、第２原料粉末を圧縮成形した圧粉体からなる被覆材
２と、トレー３とを用いる。そしてトレー３に載せた基
材１のうち縦方向にのびる被覆面１ｋに、圧粉体からな
る被覆材２を接触させる。その状態で基材１の焼結温度
域に加熱保持して、基材１の焼結を行う。この例におい
ても融液の固相線温度の上昇が得られ、早期封孔を達成
でき、実施例１と基本的には同様の作用効果が得られ
る。

【００２８】（実施例６）図６は実施例を示す。この例
は基本的には実施例２と同様の構成である。この例で
は、圧粉成形の際に、成形型のキャビティの底部に、基
材１を構成する第１原料粉末を装填する。次に、被覆材
２を構成する第２原料粉末を第１原料粉末の上に載せ
る。この状態で圧縮成形する。従って、基材１と被覆材
２との２層構造の圧粉体が得られる。その後、２層構造
の圧粉体を基材１の焼結温度域に加熱保持して、基材１
の焼結を行う。この例においても融液の固相線温度の上
昇が得られ、早期封孔を達成でき、実施例１と基本的に
は同様の作用効果が得られる。

【００２９】（実施例７）図７は実施例７を示す。この
例は基本的には実施例６と同様の構成である。この例で
は、焼結の際に、基材１の被覆面１ｋを縦向きに方向転
換し、基材１と被覆材２との界面が縦向きとなる様にす
る。この状態で基材１の焼結温度域に加熱保持して、基
材１の焼結を行う。この例においても融液の固相線温度
の上昇が得られ、早期封孔を達成でき、実施例１と基本
的には同様の作用効果が得られる。

【００３０】（実施例８）図８は実施例８を示す。この
例は基本的には実施例７と同様の構成である。但しこの
例では、第１原料粉末と第２原料粉末とを同軸的に圧縮
成形して、被覆材２と基材１とを一体的に圧粉成形した
２層構造つまり内層・外層構造を備えたリング状の圧粉
体を得る。その状態で基材１の焼結温度域に加熱保持し
て、基材１の焼結を行う。この例では被覆材２を基材１
の内周部に形成しているが、被覆材２を基材１の外周部
に形成することもでき、あるいは、基材１の内周部及び
外周部の双方に形成することもできる。この例において
も融液の固相線温度の上昇が得られ、早期封孔を達成で
き、実施例１と基本的には同様の作用効果が得られる。
この例の場合には、被覆面１ｋが縦向きのため、生成し
た融液は被覆面１ｋに沿って流下し、そして流下しつつ
凝固する。

【００３１】（実施例９）図９は実施例９を示す。この
例は基本的には実施例８と同様の構成であり、同様の作
用効果を奏する。この例では、第１原料粉末を圧縮成形
した圧粉体からなるリング状の基材１を成形する。基材
１の被覆面としての内周面１ｒは、下方に向かうにつれ
て内径が縮径する円錐面状をなしている。内周面１ｒの
上端に係止凹部１ｈが連設されている。そして第２原料
粉末を圧縮成形した圧粉体からなるリング状の被覆材２
を用い、被覆材２を係止凹部１ｈに保持する。

【００３２】次にその状態で基材１の焼結温度域を目標
温度として昇温し、その温度域に加熱保持して、基材１
の焼結を行う。この結果、被覆材２が溶融して融液が内
周面１ｒに沿って流下する。流下する融液と基材１の内
周面１ｒとが反応するので、この例においても融液の固
相線温度の上昇が得られる。従ってその融液は流下しつ
つ凝固する。よって焼結温度域に等温保持しているにも
係わらず、早期封孔を達成でき、実施例１と基本的には
同様の作用効果が得られる。

【００３３】（実施例１０）図１０は実施例１０を示
す。この例は基本的には実施例９と同様の構成である。
リング状をなす基材１の内周面１ｒは、下方に向かうに
つれて内径が縮径する円錐面状であるため、焼結前にお
ける固体塊状態のリング状をなす被覆材２を内周面１ｒ
で係止でき、従って被覆材２の落下は防止される。この
例においても生成した融液は内周面１ｒに沿って流下す
ると共に、流下する融液と基材１の内周面１ｒとが反応
するので、融液の固相線温度の上昇が得られ、早期封孔
を達成でき、実施例１と基本的には同様の作用効果が得
られる。

【００３４】（実施例１１）図１１及び図１２は実施例
１１を示す。図１２は図１１のＳ１−Ｓ１線に沿う断面
を示す。この例は基本的には実施例９と同様の構成であ
り、同様の作用効果を奏する。この例では、第１原料粉
末を圧縮成形した圧粉体からなるリング状をなす基材１
を用いる。基材１は、下方に向かうにつれて内径が縮径
する円錐面状の内周面１ｒを備えている。そして第２原
料粉末を圧縮成形したリング状をなす圧粉体からなる被
覆材２を基材１の係止凹部１ｈに係止させて保持する。

【００３５】更に図１２に示す様に基材１の被覆面とし
ての内周面１ｒには凹凸部１ｍが周方向にわたり連設さ
れている。凹凸部１ｍは、基材１の内周面１ｒの表面積
を確保するためのものである。この例でも基材１の焼結
温度域に加熱保持して、基材１の焼結を行う。焼結の際
に被覆材２が融液化して内周面１ｒに沿って流下する。
このとき流下する融液と基材１とが反応して融液凝固層
を形成する。この例においても融液の固相線温度の上昇
が得られ、早期封孔を達成でき、実施例１と基本的には
同様の作用効果が得られる。

【００３６】この例では界面となる被覆面としての内周
面１ｒに凹凸部１ｍが形成されているので、基材１の内
周面１ｒと融液との反応面積が増大し、従って基材１と
融液との拡散性ひいては反応性が向上し、融液の固相線
温度を早期に上昇させるのに有利である。しかも凹凸部
１ｍは上下方向にのびているため、融液の流下に対して
支障とならない。

【００３７】（実施例１２）図１３は実施例１２を示
す。この例は基本的には実施例９と同様の構成である。
この例では、第１原料粉末を圧縮成形した圧粉体からな
る基材１を用いる。更に、基材１の円錐面状の内周面１
ｒと整合する傾きを備えた外周面４ｒをもつ押圧治具４
を用いる。そして圧粉体からなる被覆材２を基材１の係
止凹部１ｈに係止して保持する。

【００３８】次にその状態で基材１の焼結温度域に加熱
保持して、基材１の焼結を行う。焼結の際に被覆材２の
融液が内周面１ｒに沿って流下する。この様に融液が流
下している際に、押圧治具４を基材１の内周面１ｒに向
けて矢印Ｅ１方向に移動させれば、押圧治具４の押圧面
４ｒが融液を押圧するので、融液の形態は矯正される。
従って、融液が凝固した融液凝固層の表面粗さ、平滑
性、寸法精度が向上する。押圧治具４は、融液と反応し
にくい材質、例えば黒鉛、セラミックス等で形成するこ
とが好ましい。

【００３９】（融液の流下）ところで上記した各実施例
においては基材１の被覆面１ｋや内周面１ｒが縦方向に
沿っている形態がある。この場合の作用効果について、
模式図である図１４を例にとって説明を加える。基材１
の焼結の際には被覆材２は完全融液状態のまま或いは固
液共存状態に維持されているため、重力に起因して融液
は基材１の被覆面１ｋにそって流下する傾向となる。図
１４（Ａ）は、重力により融液Ｐが矢印Ｙ１方向に流下
している形態を示す。流下している融液Ｐのうち、基材
１の被覆面１ｋに直接接触している融液部分Ｐ₁は、基
材１との直接接触により反応し易いため、固相線温度が
速やかに上昇し易い。従って基材１の被覆面１ｋに直接
接触している融液部分Ｐ₁は、その固相線温度が上昇し
て速やかに凝固し、図１４（Ｂ）に示す融液凝固層Ｓ₁
となる。しかし基材１の被覆面１ｋに直接接触していな
い融液部分Ｐ₂は、基材１との反応が遅れるので、その
固相線温度の上昇が遅れ、融液部分Ｐ₂は凝固せずに図
１４（Ｃ）に模式的に示す様に、更に下方に流下する。

【００４０】しかし図１４（Ｃ）に示す様にその融液部
分Ｐ₂が基材１の被覆面１ｋに直接接触すれば、基材１
との反応性が確保されるため、その融液部分Ｐ₂の固相
線温度が上昇し、従ってその融液部分Ｐ₂は速やかに凝
固して融液凝固層Ｓ₂となる。この際、基材１の焼結温
度域に加熱保持されている関係上、被覆材２の溶融は続
くので、図１４（Ｄ）に模式的に示す様に、被覆材２が
溶融した融液部分Ｐ₃が更に流下してくるが、基材１と
は直接接触しないため、固相線温度の上昇が遅れ、凝固
せずにそのまま流下する。しかし図１４（Ｅ）に示す様
にその融液部分Ｐ₃が基材１の被覆面１ｋに直接接触す
れば、基材１との反応性が確保されるため、その固相線
温度が上昇し、従ってその融液部分Ｐ₃は速やかに凝固
して融液凝固層となる。

【００４１】この様に基材１の被覆面１ｋを縦方向に沿
わせて配置しておけば、生成した融液が凝固した融液凝
固層は、基材１の被覆面ｋののびる方向において、つま
り縦方向において均一厚みで薄く生成し易い。故に融液
凝固層の厚みの均一化や薄肉化に有利である。この様な
作用効果は、基材１と被覆材２との界面つまり被覆面１
ｋ、内周面１ｒが縦方向に向いている実施例において実
現される。従って図９に示す例、図１０に示す例、図１
１に示す例に適用される。更には、図８に示す例、図７
に示す例、図４に示す例、図５に示す例にも適用され
る。

【００４２】（適用例）基材１はコストや強度等を考慮
すると鉄系が好ましい。被覆材２を構成する第２原料粉
末の組成は、基材１の焼結温度域を考慮して、基材１の
焼結温度域において適切な融液が生成する様に調整され
ることが好ましい。被覆材２の表出面を摺動面として用
いる場合には、被覆材２を構成する第２原料粉末の組成
は、耐摩耗性、耐焼付性、摩擦係数等の摺動特性を考慮
して調整されていることが好ましい。

【００４３】この様な事情を考慮して、被覆材２を構成
する第２原料粉末の組成は、Ｃｕ基合金、例えばＣｕ−
Ｍｎ−Ｎｉ系を採用できる。即ち、重量比でＭｎが５〜
３０％、Ｎｉが３０〜５０％、残部実質的にＣｕの組成
のものを採用できる。更にＢが０．０１〜２％、Ｓｉが
０．０１〜４％含有されていても良い。なお用途によっ
てはＢやＳｉは省略しても良い。

【００４４】組成の限定理由について説明を加える。即
ちＣｕは相手材（材質：Ｆｅ系）に対する焼付性の向上
に寄与する。Ｍｎは被覆材２の固相線温度の低下、基材
１への浸食防止に寄与する。Ｎｉは使用環境下における
耐食性の向上、被覆材の固相線温度を高めるため、摩擦
係数の調整のために寄与する。ＢやＳｉは、固相線温度
を低下すると共に、基材１を構成するＦｅに対する濡れ
性の向上に寄与する。

【００４５】被覆材２が粉末粒子の集合体、粉末粒子を
圧縮成形した圧粉体であるときには、被覆材２を構成す
る粉末粒子の粒径は、例えば１０〜２００μｍ程度にで
きる。被覆材２を構成する粉末粒子の粒径が微細な方
が、被覆材２の均一組成化に有利である。図１５は、連
続焼結炉５０を用いて、コンベヤ装置５１に基材１を載
せた状態で、コンベヤ装置５１を駆動させ、基材１を矢
印Ｆ１方向に搬送して連続焼結炉５０で連続的に焼結す
る形態を示す。前述した様に上記した各実施例によれ
ば、基材１との反応に伴い融液の固相線温度が上昇する
ため、積極的に冷却せずとも、生成した融液を速やかに
凝固させ得る。この様に冷却せずとも融液が凝固するこ
とから、連続焼結炉５０で基材１を焼結させるのに有利
である。

【００４６】この点特開昭６１−９６０１０号公報に係
る技術の様に、温度を積極的に低下させる方式を採用す
れば、連続焼結炉の使用は不利である。図１６は本発明
方法を、車両の駆動機構における同期装置の構成要素で
あるシンクロナイザーリングに適用した例を示す。シン
クロナイザーリングは、リング状の基材１と、基材１の
内周面にリング状に被覆された薄層状の被覆材２とで形
成されている。被覆材２の内周面が相手材と摺動する摺
動面となる。このシンクロナイザーリングは、図８に示
す形態同様の形態を経て製造されている。被覆材２は前
述した様にＣｕ基合金、例えば上記した組成を備えたＣ
ｕ−Ｍｎ−Ｎｉ系で形成されている。

【００４７】（試験例）上記した実施例１に係る方法で
製造された摺動部材について試験を行った。この試験で
は、基材１を構成する第１原料粉末は、重量比で黒鉛粉
末０．５％と、潤滑剤としてステアリン酸亜鉛０．８％
と、残部実質的にＦｅ系合金粉末（粒径：２０〜２５０
μｍ）とを混合したものである。Ｆｅ系合金粉末は、重
量比で４％Ｎｉ−１．５％Ｃｕ−０．５％Ｍｏ、不可避
の不純物、残部実質的にＦｅの組成である。

【００４８】この試験では、被覆材２を構成する第２原
料粉末は、Ｃｕ系粉末（粒径：５０〜３００μｍ）と純
鉄粉末（粒径：２０〜２５０μｍ）とを混合した混合粉
末である。混合粉末を１００％としたとき純鉄粉末は２
０％である。Ｃｕ系粉末の組成はＣｕ−Ｍｎ−Ｎｉ系で
あり、具体的には重量比で４０％Ｎｉ−２０％Ｍｎ−２
％Ｓｉ−１％Ｂ、不可避の不純物、残部実質的にＣｕで
ある。

【００４９】この試験では、基材１を焼結する焼結条件
は、窒素雰囲気において、所定加熱速度で７００℃まで
加熱して所定時間加熱保持し、その後１１２０℃で３０
分間保持し、その後冷却して行った。そして実施例１で
製造された摺動部材について、摺動試験として焼付試
験、摩耗試験を実施した。

【００５０】更に比較例として、シンクロナイザーリン
グ用として従来より用いられてるＣｕ合金（バルク状の
溶製材）を用い、同様に焼付試験、摩耗試験を実施し
た。た。なお比較例に係るＣｕ合金は、重量比でＣｕ−
４．８％Ａｌ−２．５％Ｎｉ−１．６％Ｔｉ、３０％Ｚ
ｎの組成を備えている。焼付試験の条件は、シンクロナ
イザーリングを考慮して次の様とした。即ち、相手材を
鉄系のＳＣＭ４２０浸炭材とし、摺動速度を７ｍ／ｓと
し、ギヤオイル中にて焼付荷重を測定した。焼付限界荷
重は、実施例１に係る摺動部材によれば２１３ｋｇであ
り、比較例に係る摺動部材によれば２００ｋｇであっ
た。

【００５１】摩耗試験の条件は次の様である。即ち、相
手材をＳＣＭ４２０浸炭材とし、摺動速度を５ｍ／ｓと
し、ギヤオイル中にて荷重２７．２ｋｇで３０分間摺動
して摩耗量及び摩擦係数を測定した。摩耗量は、実施例
１に係る摺動部材によれば１２．２μｍであり、比較例
に係る摺動部材によれば３２．３μｍであった。摩擦係
数は、実施例１に係る摺動部材によれば０．０８１であ
り、比較例に係る摺動部材によれば０．０８４であっ
た。

【００５２】この試験結果から理解できる様に、実施例
１によれば、従来より使用されている比較例に係る銅合
金以上の優れた耐焼付性と耐摩耗性が得られることがわ
かる。更にシンクロナイザーリングに必要とされる摩擦
係数も従来合金と遜色がないことがわかる。更に実施例
１に係る摺動部材は、Ｎｉ含有量が多いＣｕ−Ｍｎ−Ｎ
ｉ系被覆材２が利用されているものの、摺動部材の基体
を構成する鉄系焼結体である基材１にその被覆材２を積
層している構造であるため、Ｃｕ−Ｍｎ−Ｎｉ系被覆材
２の消費量を節約でき、比較例に係る摺動部材に比較し
て、全体としてみると価格の低廉化に有利である。

【００５３】更に、上記した試験を行った実施例１に係
る金属組織の顕微鏡写真を図１７に示す。図３に示す実
施例３に係る金属組織の顕微鏡写真を図１８に示す。図
４に示す実施例４に係る金属組織の顕微鏡写真を図１９
に示す。なお各写真の組織は、上記した試験例に係る組
成条件や焼結条件に基づくものである。各写真はナイタ
ル腐食の状態を示す。

【００５４】図１７〜図１９において、基材１の上に被
覆材２が積層されている状態が示されており、上部の黒
一色部分は試料作製の際の埋め込み樹脂を示す。図１７
から理解できる様に基材１の被覆面の微小な凹凸部分に
も被覆材２が含浸していることから、一旦融液が生成
し、その融液が界面に浸透して速やかに凝固して冶金的
な接合が行われたことが推察できる。各写真によれば、
基材１を焼結した後の被覆材２の内部には微細な針状の
硬質粒子が分散していることが確認される。硬質粒子は
Ｆｅ系硼化物（ＥＰＭＡ分析及びＸ線分析により確認）
である。

【００５５】Ｆｅ系硼化物は、一般的に硬度がＨｖ１８
００〜２２００程度、特にＨｖ２０００程度であり、平
均粒径が３０〜１００μｍ程度である。またこの写真だ
けでは明瞭に観察できないが、ＮｉとＭｎの複合珪化物
系の硬質相も、基材１を焼結した後の被覆材２に分散し
ていることが走査型電子顕微鏡観察及びＥＰＭＡ分析に
より確認されている。この複合珪化物系は一般的に硬度
がＨｖ８００〜１２００程度、特にＨｖ１０００程度で
あり、網目状の微細組織である。

【００５６】この様に基材１を焼結した後の被覆材２に
は微細な硬質粒子や硬質相が分散しているので、被覆材
２の耐摩耗性が向上し、基材１を焼結した後の被覆材２
の表出面を、摺動面として用いるのに適する。図１８は
前述した様に図３に示す実施例、即ち基材１の質量が融
液に作用する実施例に係るものであり、基材１の質量に
より融液がトレー３の底面に押圧されるので、図１８か
ら理解できる様に被覆材２の表面の平坦度が向上してい
ることがわかる。

【００５７】（状態図）本発明方法が適用できる形態の
状態図を図２０（Ａ）〜（Ｆ）に示す。図２０（Ａ）に
おいて、前述した様に基材１の組成はａで示され、被覆
材２の組成はｂで示されている。ここで前述した様に被
覆材２を構成する第２原料粉末は、Ｃｕ系粉末に純鉄粉
末を混合したものである。Ｃｕ系粉末だけでは、図２０
（Ａ）に示すｃの組成程度にしかならない。この場合に
は固相線温度を上昇させるべく、ｃの組成からａ’の組
成に向かうためには、かなりの拡散量が生じる反応が進
行しなければならず、反応に長い時間を要する。

【００５８】しかしこの様に反応時間が長く、固相線温
度の上昇に長時間要すると、基材１の表面側の封孔が遅
れ、生成した融液の全部が基材１の気孔に浸透してしま
うおそれがある。この場合には基材１の寸法精度の低
下、基材１の変形等が誘発され、更には過剰浸透により
被覆材２も消失してしまい、基材１上に残留せず、被覆
材２によって摺動層を形成できない不具合が生じる。

【００５９】この点上記した試験例の様にＣｕ系粉末に
純鉄粉末を混合して被覆材２の原料粉末を形成すれば、
被覆材２はｃ組成ではなく、Ｆｅの割合が増加したｂ組
成とされている。故にａ’の組成にするまでの拡散時
間、ひいては反応時間はかなり短縮化され、固相線温度
の上昇を速やかに促進でき、早期封孔を図り得る利点が
得られる。

【００６０】図２０（Ａ）に示すタイプの状態図を呈す
る形態（Ｎｉ−Ｃｕ系、Ｐｔ−Ａｕ系）、図１８（Ｂ）
に示すタイプの状態図を呈する形態（Ｍｎ−Ｃｕ系、Ｚ
ｒ−Ｔｉ系、Ｎｂ−Ｚｒ系）、図１８（Ｃ）に示すタイ
プの状態図を呈する形態（Ｐｂ−Ｓｎ系、Ａｇ−Ｃｕ
系）、図１８（Ｄ）示すタイプの状態図を呈する形態
（Ｔｉ−Ａｌ系、Ｃｕ−Ｚｎ系、Ｐｔ−Ａｇ系、Ａｇ−
Ｚｎ系）、図１８（Ｅ）に示すタイプの状態図を呈する
形態（Ｍｇ−Ｃｕ系、Ｃｒ−Ｚｒ系、Ｃｒ−Ｓｉ系）、
図１８（Ｆ）に示すタイプの状態図を呈する形態（Ｎｂ
−Ｃｕ系、Ｎｉ−Ｍｇ系、Ａｕ−Ｐｂ系）でも良い。

【００６１】図２０（Ａ）〜（Ｆ）に示す状態図におい
ても、基材１をａ組成とし、被覆材２をｂ組成とする。
そして、昇温により被覆材２ｂが溶融して融液が生成す
れば、その融液と基材１とが反応して融液におけるａ濃
度が矢印Ｘ１方向に向かう。故に各図に示す矢印の様に
固相線温度が上昇する。（他の例）上記した各実施例では、基材１は被覆面側に
気孔を有するものであり、具体的には圧粉体としてお
り、この基材１を焼結する温度に加熱して被覆材２を溶
融して融液を生成しているが、これに限らず基材１は気
孔を備えた焼結体、予備焼結体でも良い。基材１が予備
焼結体である場合には、上記した焼結温度は本焼結温度
を意味する。

【００６２】更に請求項２に係る方法は、融液の流下が
主眼であり、気孔の早期封孔を主眼としないため、請求
項２に係る基材１は、気孔を備えた圧粉体や焼結体や予
備焼結体の他に、被覆面側に気孔を実質的に有しない鋳
造品や鍛造品やプレス成形品であっても良いものであ
る。

【００６３】被覆材２は上記した各実施例では粉末の集
合体、粉末を圧縮成形した圧粉体ととしているが、これ
に限らず圧延シート等の薄板、或いは鋳造品や鍛造品等
のバルク体でも良いものである。（付記）上記した各実施例から次の技術的思想も把握で
きる。 ○被覆材が被覆される基材の被覆面は、基材と被覆材と
の反応面積を増大させるべく凹及び凸の少なくとも一方
が形成されている請求項１、２に記載の方法。 ○請求項１、２に係る基材はシンクロナイザーリング基
材を構成するシンクロナイザーリング。またはシンクロ
ナイザーリングの製造方法。 ○請求項１または２に係る鉄系の基材と、基材の被覆面
に積層された請求項１または２に係る被覆材とからな
り、被覆材は、重量比でＭｎが５〜３０％、Ｎｉが３０
〜５０％、不可避の不純物、残部実質的にＣｕの組成を
もち、摺動特性が優れた摺動部材。

【００６４】上記被覆材は、Ｂが０．０１〜２％、Ｓｉ
が０．０１〜４％含むことができ、更に硬質粒子を含む
ことができる。

【００６５】

【発明の効果】請求項１に係る方法によれば、融液の固
相線温度が次第に上昇していくので、積極的に冷却せず
とも、融液は凝固する。その温度領域に等温保持するだ
けの場合であっても、融液の固相線温度が次第に上昇し
ていくので、融液は凝固する。そのため融液が凝固した
部分により、基材の被覆面側の気孔は速やかに封孔され
る。そのため被覆材が多量に基材の気孔に過剰浸透する
ことを軽減、回避でき、基材の寸法精度の確保、基材の
変形防止に有利である。

【００６６】更に上記の様に過剰浸透を軽減、回避でき
る請求項１に係る方法によれば、被覆材の消失が抑えら
れるので、摺動面を形成する被覆材が基材の被覆面に残
留する。そのため被覆材の表出面を摺動面として使用す
ることに有利である。しかも摺動面を形成する被覆材
は、融液状態または固液共存の状態を経るので、被覆材
の平坦化、ひいては被覆材における摺動面の平坦化にも
有利である。更に被覆材の組織を摺動材に適する様に調
整することにより、基材の焼結工程において同時に摺動
層を形成することができる。

【００６７】請求項２に係る方法によれば、生成した融
液が基材の被覆面にそって流下し易い。融液のうち、基
材の被覆面に直接接触している融液部分は、基材と反応
して固相線温度が上昇して速やかに凝固する。更に基材
の被覆面に直接接触していない融液部分は、基材との反
応が遅れて固相線温度の上昇が遅れるので、凝固せずに
更に流下する。しかしその融液部分が基材の被覆面に直
接接触すれば、基材との反応性が確保されるため、固相
線温度が上昇して速やかに凝固する。そのため融液が凝
固した融液凝固層の厚みの均一化、薄肉化に有利であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１に係る製造過程を示す構成図である。

【図２】実施例２に係る製造過程を示す構成図である。

【図３】実施例３に係る製造過程を示す構成図である。

【図４】実施例４に係る製造過程を示す構成図である。

【図５】実施例５に係る製造過程を示す構成図である。

【図６】実施例６に係る製造過程を示す構成図である。

【図７】実施例７に係る製造過程を示す構成図である。

【図８】実施例８に係る製造過程を示す構成図である。

【図９】実施例９に係る製造過程を示す構成図である。

【図１０】実施例１０に係る製造過程を示す構成図であ
る。

【図１１】実施例１１に係る製造過程を示す構成図であ
る。

【図１２】実施例１１に係る基材の要部の断面図であ
る。

【図１３】実施例１２に係る製造過程を示す構成図であ
る。

【図１４】融液が流下して融液凝固層を形成する過程を
模式的に示す構成図である。

【図１５】連続焼結炉で焼結する状態を模式的に示す構
成図である。

【図１６】シンクロナイザーリング付近の斜視図であ
る。

【図１７】実施例１に係る基材と被覆材との界面付近の
金属組織を示す顕微鏡写真である。

【図１８】実施例３に係る基材と被覆材との界面付近の
金属組織を示す顕微鏡写真である。

【図１９】実施例４に係る基材と被覆材との界面付近の
金属組織を示す顕微鏡写真である。

【図２０】固相線温度が上昇する形態を示す各状態図で
ある。

【符号の説明】

図中、１は基材、１ｋは被覆面、１ｒは内周面（被覆
面）、２は被覆材、３はトレーを示す。

─────────────────────────────────────────────────────

【手続補正書】

【提出日】平成７年５月２３日

【手続補正１】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１７

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１７】

【手続補正２】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１８

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１８】

【手続補正３】

【補正対象書類名】図面

【補正対象項目名】図１９

【補正方法】変更

【補正内容】

【図１９】

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも被覆面側に気孔を備えた基材
と、該基材の構成成分と反応して反応に伴い固相線温度
が上昇する融液を生成する性質を備えた構成成分を含む
被覆材とを用い、該基材の被覆面の少なくとも一部と該被覆材とを接触さ
せた状態で、該融液が生じ得る温度領域に昇温して加熱保持すること
により、該基材の構成成分と該被覆材の構成成分とを反
応させ、反応に伴い該固相線温度が上昇する融液を生成
すると共に、該固相線温度の上昇に伴い該融液を凝固さ
せて、該基材の被覆面側の該気孔を早期に封孔し、該被覆材を該基材の被覆面に残留させ、残留した該被覆
材で摺動面を形成する様にしたことを特徴とする摺動部
材の製造方法。
【請求項２】縦方向に沿う被覆面を備えた基材と、該基
材の構成成分と反応して反応に伴い固相線温度が上昇す
る融液を生成する性質を備えた構成成分を含む被覆材と
を用い、該基材の被覆面の少なくとも一部と該被覆材とを接触さ
せた状態で、該融液が生じ得る温度領域に昇温して加熱保持すること
により、該基材の構成成分と該被覆材の構成成分とを反
応させ、反応に伴い該固相線温度が上昇する融液を生成
し、該融液を該被覆面に沿って流下させると共に、該固
相線温度の上昇に伴い該融液を凝固させる様にしたこと
を特徴とする２層部材の製造方法。