JP2003148474A - 複合めっき被膜付き摺動部材 - Google Patents

複合めっき被膜付き摺動部材

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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 Ｃｕを含有する鉛合金に無機物粒子を分散さ
せてなる複合めっき被膜を有した摺動部材において、相
手材の摩耗量と共に摺動部材自身の摩耗量も少なく、耐
疲労性にも優れたものとする。 【解決手段】 無機物粒子の複合めっき被膜４中に占め
る割合が全体として０．３〜２５容量％、Ｃｕの複合め
っき被膜４中に占める割合が全体として０．１〜１０質
量％であり、その複合めっき被膜４の厚さの１０〜４０
％に当たる最表面層４ｂに無機物粒子およびＣｕを含有
しないようにする。また、鉛合金複合めっき被膜４の最
表面層部４ｂには、Ｃｕも含有されておらず、存在して
いても微量であるので、運転開始時における複合めっき
被膜４の初期馴染みが改善され、突発的な焼付きの問題
を解消できる。そして、良く馴染んだ後に正常摩耗に移
行すると、最表面層４ｂ下の無機物粒子およびＣｕを含
有した層が露出するので、摺動部材の摩耗が防止され、
また、疲労し難くなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、自動車、船舶、航
空機、その他一般産業機械などの軸受として使用される
摺動部材に関する。
【０００２】
【従来の技術】この種の摺動部材としては、鋼裏金の上
に銅合金やアルミニウム合金等の軸受合金を重ね、更に
軸受合金の表面に中間めっき層を介して鉛合金めっき被
膜を形成したものが知られている。
【０００３】ところで、最近の自動車エンジンでは、価
格低減化の要請から、球状黒鉛鋳鉄等の鋳鉄製シャフト
が使用されるようになり、この鋳鉄製シャフトにおいて
は、シャフト表面における黒鉛の周辺に存在するバリ等
により、シャフトを支承する軸受の表面層が早期に摩耗
し、その結果、中間めっき層或いは軸受合金層が露出
し、急速に焼付きを起こすという問題があった。また、
一般に使用されている鋼製シャフトにあっても、高速回
転、高荷重の下で使用される傾向にあり、そのため軸受
の表面層の摩耗の進行が早く、同様の問題を生じてい
た。
【０００４】かかる問題を解消するため、本発明者等
は、先に出願した特願平２−４９１３２号において、摺
動部材のオーバレイ層を複合めっき被膜とすることを提
案した。この発明は、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｃｕから選ば
れた一種または二種以上を合計で２〜３０質量％含有す
る鉛合金に無機物粒子を０．３〜２５容量％分散共析さ
せた複合めっき被膜であって、この複合めっき被膜を軸
受合金の表面に形成することによって、当該複合めっき
被膜中の相対的に硬い無機質物質がＰｂマトリックスを
保護し、摺動部材の表面層の摩耗を防止する、というも
のである。
【０００５】しかしながら、この複合めっき被膜では、
無機物粒子の存在によってめっき被膜の表面が粗くな
り、このために、摺動部材の耐摩耗性は向上するもの
の、相手軸の摩耗が増加するという問題があった。そこ
で、本発明者等は、鉛合金複合めっき被膜の表面層にお
ける無機物粒子の分散量を低減し、複合めっき被膜が深
くなるに従って段階的に或いは連続的に無機物粒子の分
散量を増加すると、運転開始の初期段階での相手軸と摺
動部材との馴染みを改善できると共に、爾後の摺動部材
の耐摩耗性を確保できることを着想し、新たに特願平３
−９７０９０号として出願した。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】特願平３−９７０９０
号のものでは、エンジンの高出力化に伴う高軸受面圧化
に対処するために、鉛合金複合めっき被膜にＣｕを含有
させている。Ｃｕを含有すると、その複合めっき被膜の
機械的強度は向上するが、Ｃｕは硬いため、馴染み性に
劣り、突発的な焼付きが起きるという問題を内在してい
た。
【０００７】従って、本発明の目的は、Ｃｕを含有する
鉛合金に無機物粒子を分散させてなる複合めっき被膜を
有した摺動部材において、高速回転および高荷重下で使
用されても、初期焼付きが生ぜず、相手材の摩耗量と共
に摺動部材自身の摩耗量も少なく、耐疲労性にも優れた
摺動部材を提供することにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明は、軸受合金上に、無機物粒子を共析させ
たＣｕを含む鉛合金複合めっき被膜を有する摺動部材に
おいて、前記無機物粒子の前記複合めっき被膜中に占め
る割合が全体として０．３〜２５容量％、前記Ｃｕの前
記複合めっき被膜中に占める割合が全体として０．１〜
１０質量％であり、その複合めっき被膜厚さの１０〜４
０％に当たる最表面層部に前記無機物粒子およびＣｕを
含有しないことを特徴とするものである。
【０００９】鉛合金複合めっき被膜の最表面層には、無
機物粒子が含有されていないので、運転開始時すなわち
初期摩耗段階で摩擦係数を低減でき、相手材の摩耗量が
低減されると共に、摺動部材自身の摩耗量も少なくな
る。また、鉛合金複合めっき被膜の最表面層には、Ｃｕ
も含有されておらず、存在していても微量であるので、
運転開始時における複合めっき被膜の初期馴染みが改善
され、突発的な焼付きの問題を解消できる。
【００１０】鉛合金複合めっき被膜は、摺動部材が自動
車用エンジンの構成部材である場合、一般に１０〜３０
μｍの厚さにされる。この厚さは限定的なものではな
く、例えば船舶用エンジン等の摺動部材のような低面圧
で使用される場合は、厚さ５０〜１００μｍの例もあ
る。そして、初期に摺動部材の相手部材とが良く馴染ん
だ後に正常摩耗に移行すると、最表面層下の無機物粒子
およびＣｕを含有した層が露出するので、摺動部材の摩
耗が防止され、また、疲労し難くなる。
【００１１】無機物粒子およびＣｕを含有しない最表面
層の厚さが複合めっき被膜厚さの１０未満では、初期馴
染み性に劣り、４０％を越えると、耐摩耗性および耐疲
労性の向上効果を期待することができない。
【００１２】複合めっき被膜のＰｂ合金は、Ｓｎ、Ｉｎ
の一つ以上を合計で２〜３０質量％含有することが好ま
しい。これらＳｎ、Ｉｎは複合めっき被膜の最表面層の
機械的強度および潤滑油に対する耐食性を高める。これ
らの元素が２質量％未満では、機械的強度が低く且つ長
時間における耐食性が低下し、また含有量が３０質量％
を越えると、高温での機械的強度が著しく低下する。従
って、これらの元素の含有量は２〜３０質量％とする。
好ましくは３〜２５質量％である。
【００１３】本発明における摺動部材は、鋼裏金と、軸
受銅合金層或いはアルミニウム合金層と、オーバレイ層
としての鉛合金複合めっき被膜とからなる多層体として
構成される。複合めっき被膜と軸受銅合金層或いはアル
ミニウム合金層との間には、中間めっき層を設けること
が好ましい。
【００１４】この中間めっき層としては、Ｎｉ、Ａｇ、
Ｃｕ、Ｃｏから選ばれたいずれか一つの金属または該金
属を主成分とする合金が用いられる。Ｎｉ、Ｃｏは表面
層として複合めっき被膜中のＳｎ、Ｉｎが素地合金（軸
受合金）中に拡散してマトリクスの強度或いは耐食性が
低下する現象を防ぐ作用を有しており、Ｃｕ、ＡｇはＩ
ｎとの間の拡散合金の生成が摺動特性上好ましく、また
アルミニウム合金上へのめっきにより耐焼付性の向上を
図り得るという効果も有している。
【００１５】
【発明の実施の形態】以下に本発明の実施例を説明し、
比較例品との比較により本発明の効果を明らかにする。
図１は本発明の摺動部材の断面図であり、鋼裏金１の片
面に軸受合金層２が形成され、この軸受合金層２上に中
間めっき層３を介して鉛合金複合めっき被膜４が施され
ている。この複合めっき被膜４は、Ｓｎ、Ｉｎを含む鉛
合金を主体とした上下２層からなり、下層４ａはＣｕを
含有し、Ｓｉ３Ｎ４などの無機物粒子を分散させてい
る。これに対し、上層である最表面層４ｂは、Ｃｕを含
有せず、無機物粒子も分散されていない。この鉛合金複
合めっき被膜４全体の厚さは、自動車エンジンの場合、
１０〜３０μｍとすることが好ましく、最表面層４ｂの
厚さは、複合めっき被膜４全体の厚さの１０〜４０％と
することが好ましい。
【００１６】このような摺動部材の製造方法は次の通り
である。まず、鋼裏金１の片面に銅合金粉末（例えばＣ
ｕ−２Ｐｂ−３．５Ｓｎ）を焼結し、或いは軸受用アル
ミニウム合金薄板（例えばＡｌ−６Ｓｎ−１Ｃｕ−１Ｎ
ｉ）を重ねてロール圧延法により圧延し、軸受合金層２
を形成する。次に、これを切断後、機械加工して軸受に
仕上げる。
【００１７】この軸受を通常の溶剤脱脂、電解脱脂、酸
洗いの順で前処理を行い、次いで軸受合金層２に、Ｎ
ｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｃｏ、或いはこれらの合金からなる厚
さ１．５μｍの中間めっき層３を施す。続いて、軸受を
通常の硼フッ化鉛合金めっき浴に無機物粒子としてＳｉ
３Ｎ４粉末（粒子径１μｍ以下）を１５〜２５ｇ／ｌだ
け分散させて、浴温２５℃で陰極電流密度３〜５Ａ／ｄ
ｍ２にて共析させることにより、無機物粒子を分散して
含むＰｂ−Ｓｎ−ＣｕのＰｂ合金層を中間めっき層３上
に形成し、更に、そのＰｂ合金層上にＩｎをめっきす
る。
【００１８】そして、最後に軸受を熱処理する。この熱
処理によってＰｂ鉛合金層のＰｂ、ＳｎがＩｎ層に拡散
（Ｃｕは拡散しない）し、Ｉｎ層のＩｎが下層のＰｂ合
金層に拡散する。これにより、下層４ａにはＣｕと無機
物粒子を含むが、最表面層４ｂにはそれらＣｕと無機物
粒子を含有しないＰｂ合金からなる複合めっき被膜４が
形成される。
【００１９】本発明者等は本発明による効果を確認する
ために、次の表１に示すＰｂ合金成分の複合めっき被膜
を持つ実施例品１〜８、比較例品１〜３を上記の方法に
よって製造し、焼付試験および疲労試験を行った。表１
では、「軸受合金」欄に軸受合金の種類がＣｕ系、Ａｌ
系の別だけで示されている。「鉛合金」欄には、下層お
よび最表面層のＣｕおよび無機物粒子を除いた成分が示
されている。「最表面層比率」には、最表面層の厚さの
複合めっき被膜全体の厚さに占める割合が示されてい
る。
【００２０】なお、実施例品２の複合めっき被膜はＳｎ
を含有していない。比較例品１は、軸受合金層の上に無
機物粒子を含有しないＰｂ合金を１層だけめっきしたも
のであり、従って比較例品１の場合は複合めっき被膜と
称することは適当でないので、オーバレイ層と称するこ
ととする。また、比較例品１、３のＰｂ合金中には、Ｉ
ｎは含有しておらず、比較例品２のＰｂ合金中にはＣｕ
は含有されていない。
【００２１】
【表１】
【００２２】焼付試験および疲労試験は、サファイア試
験機を用い、試験用軸受をハウジング中心から２ｍｍオ
フセットした状態で組み付け、次の表２に示す条件にて
試験を行った。焼付試験は、１０分毎に試験荷重を１０
ＭＰａずつ増加させ、焼付きを起こさない最大荷重で結
果を示した。疲労試験は交番荷重にて２０時間運転し、
目視によりクラックが確認できたものを疲労有りとし、
確認できなかったものを疲労無しと判定した。この焼付
試験の結果を図２に示し、疲労試験の結果を表３に示し
た。
【００２３】
【表２】
【００２４】
【表３】
【００２５】上記試験結果から、本発明品は、初期の馴
染み性に優れ、非焼付性が高く、また、耐疲労性に優れ
ていることが理解される。これに対し、比較例品１はオ
ーバレイ層にＣｕを含んでいるので、耐疲労性に優れる
が、Ｃｕはオーバレイ層の最表面層にも含まれているの
で、初期馴染み性が低く、非焼付性に劣る。比較例品２
は、複合めっき被膜の最表面層にＣｕを含まないが、下
層もＣｕを含んでいないので、非焼付性の向上は見られ
るが、耐疲労性は低い。また、比較例品３は、Ｃｕおよ
び無機物粒子を含まない最表面層の厚さが厚すぎるの
で、初期馴染み五に正常摩耗に移行しても、Ｃｕ、無機
物粒子を含む層が露出しないので、耐疲労性に劣る。
【００２６】なお、本発明は上記し且つ図面に示す実施
例に限定されるものではなく、以下のような拡張或いは
変更が可能である。複合めっき被覆の下層はＰｂ−Ｓｎ
−Ｃｕの合金と無機物粒子との複合めっきにより形成
し、最表面層はＰｂ−Ｓｎ−Ｉｎの合金のめっきにより
形成しても良い。複合めっき被膜の下層は複数層とし、
深い層程、Ｃｕ、無機物粒子の含有量が多くなるように
構成しても良い。また、下層は複数層とせず、Ｃｕ、無
機物粒子の含有量が連続的に多くなるように構成しても
良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す摺動部材の断面図
【図２】焼付試験の結果を示すグラフ
【符号の説明】 図中、１は鋼裏金、２は軸受合金層、３は中間めっき
層、４は複合めっき被膜、４ａは下層、４ｂは最表面層
である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｃ２５Ｄ 15/02 Ｃ２５Ｄ 15/02 Ｆ Ｊ // Ｃ２２Ｃ 9/02 Ｃ２２Ｃ 9/02 11/00 11/00 11/06 11/06 (72)発明者 坂本 雅昭 名古屋市北区猿投町２番地 大同メタル工 業株式会社内 Ｆターム(参考） 3J011 KA01 KA02 MA02 4K024 AA03 AA09 AA10 AA16 AA22 AB03 AB12 BA09 BB04 BC06 CA04 CA06 DB01 GA03 GA16

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 軸受合金上に、無機物粒子を共析させた
    Ｃｕを含む鉛合金複合めっき被膜を有する摺動部材にお
    いて、 前記無機物粒子の前記複合めっき被膜中に占める割合が
    全体として０．３〜２５容量％、前記Ｃｕの前記複合め
    っき被膜中に占める割合が全体として０．１〜１０質量
    ％であり、 その複合めっき被膜厚さの１０〜４０％に当たる最表面
    層部に前記無機物粒子およびＣｕを含有しないことを特
    徴とする複合めっき被膜付き摺動部材。
  2. 【請求項２】 前記複合めっき被膜のＰｂ合金は、Ｓ
    ｎ、Ｉｎの一つ以上を合計で２〜３０質量％含有するこ
    とを特徴とする請求項１記載の複合めっき被膜付き摺動
    部材。
  3. 【請求項３】 前記軸受合金と複合めっき被膜との間に
    は、Ｎｉ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃｏ、若しくはその合金からな
    る中間めっき層が形成されていることを特徴とする請求
    項１または２記載の複合めっき被膜付き摺動部材。
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