JP2003156045A

JP2003156045A - 摺動部材

Info

Publication number: JP2003156045A
Application number: JP2002162950A
Authority: JP
Inventors: Toshiaki Kawachi; 利明川地; Hideo Ishikawa; 日出夫石川; Masaaki Sakamoto; 雅昭坂本
Original assignee: Daido Metal Co Ltd
Current assignee: Daido Metal Co Ltd
Priority date: 2001-09-10
Filing date: 2002-06-04
Publication date: 2003-05-30

Abstract

(57)【要約】【課題】Ｂｉの脆いという性質を軽減し、オーバレイ
層の材料にＢｉを用いることができるようにする。【解決手段】軸受合金層上にＢｉからなるオーバレイ
層を形成したすべり軸受において、オーバレイ層におけ
るＢｉの析出粒子密度が５０〜３００個／１００μｍ^２
とする。このようにＢｉの析出粒子を細かくすると、Ｂ
ｉの脆いという性質が軽減される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明はオーバレイ層をＢｉ
またはＢｉ基合金から構成した摺動部材に関する。

【０００２】

【発明が解決しようとする課題】自動車などの内燃機関
には、Ｃｕ系或いはＡｌ系の軸受合金を用いたすべり軸
受が使用され、通常、その表面には、なじみ性を向上さ
せるために、オーバレイ層が形成される。このオーバレ
イ層としては、従来、軟質なＰｂ合金が使用され、一部
にはＳｎ合金が用いられている。Ｐｂは環境汚染物質で
あるので、できれば使用を止めることが好ましい。この
ために、従来より種々の研究開発が行われており、その
一例として、例えば特開２００１−２０９５５には、Ｐ
ｂに代えてＢｉを用いることが提案されている。

【０００３】しかしながら、Ｂｉは脆く、非焼付性が悪
いため、耐疲労性やなじみ性が要求されるオーバレイ層
の材料には不向きである。従って、Ｂｉをオーバレイ層
の材料として使用するには、Ｂｉの脆く非焼付性が悪い
という性質を改善し、実用に供することが必要である。
そこで、本発明の目的は、Ｂｉの脆く非焼付性が悪いと
いう性質を改善し、オーバレイ層の材料にＢｉを用いる
ことができる摺動部材を提供するにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
の本発明の一の手段は、軸受合金層上にＢｉからなるオ
ーバレイ層を形成した摺動部材において、オーバレイ層
におけるＢｉの析出粒子密度が５０〜３００個／１００
μｍ^２としたことを特徴とするものである（請求項
１）。

【０００５】本発明者は純Ｂｉをオーバレイ層の形成材
料とする場合、Ｂｉの析出粒子密度を１００μｍ^２中に
５０〜３００個とすることで、耐疲労性およびなじみ性
に優れたオーバレイ層を形成できることを究明した。

【０００６】Ｂｉ析出粒子数が５０個／１００μｍ^２未
満であると、粗大粒子の影響で油膜形成に問題を生じ、
結果として非焼付性、耐疲労性に欠けることとなる。ま
た、３００個／１００μｍ^２を越えると、比表面積が少
なくなり、保油性が低下し、非焼付性に欠けることとな
る。なじみ性を向上させるには、５０〜３００個／１０
０μｍ^２が最適である。上記のＢｉ析出粒子密度を得る
ためのオーバレイ層の形成法として、ＰＲ電解法による
メッキ（periodic reverse electroplating ；周期的逆
電流メッキ）が挙げられる。このＰＲ電解法とは、陰極
電流を定期的に陽極電流に切り換える方法で、一般に陰
極電流時間に対して１０〜２０％程度の陽極電流時間で
切り換える。陽極電流時間が長い程レベリング効果は良
いが、陽極電流期間はＢｉメッキが溶け出るわけである
から、メッキ速度は遅くなる。Ｂｉの析出粒子の密度
（大きさ）は、陰極電流、陽極電流、その切り換え周期
を調整することによって変化させることができる。

【０００７】ＰＲ電解法によりＢｉをメッキすると、図
１に示すように、四面体状のＢｉ結晶Ｃが密に析出す
る。このため、Ｂｉオーバレイ層の表面は、細かい凹凸
が無数に存在する形態となり、比表面積および濡れ性が
良くなってオーバレイ層表面に多量の潤滑油を蓄積する
ことができるようになる。摺動面に潤滑油が十分に存在
すると、高面圧での使用においても良好な非焼付性を呈
する。

【０００８】上記目的を達成するための本発明の他の手
段は、Ｃｕを０．１〜１０質量％含有したＢｉ合金によ
ってオーバレイ層を形成したことを特徴とするものであ
る（請求項２）。

【０００９】本発明者は、Ｂｉを合金化して結晶組織を
緻密化することにより、Ｂｉの脆く非焼付性が悪いとい
う性質を軽減できることを見出した。ところで、Ｂｉを
合金化するに際し、添加元素としては種々考えられる。
しかしながら、金属は一般に合金化すると、その融点が
下がる。例えばＩｎやＳｎなどを添加すると、Ｂｉの融
点は低下し、オーバレイ層の非焼付性が著しく低下して
しまう。本発明者は鋭意実験を重ね、ＣｕをＢｉに添加
することによって、Ｂｉの融点を低下させることなく、
結晶組織を緻密化できることを究明した。また、実験の
結果、Ｃｕの添加量が０．１質量％未満では結晶組織の
緻密化の効果が得られず、１０質量％を越えると硬くな
り過ぎて、更に脆くなることが判明した。

【００１０】この場合、Ｂｉ−Ｃｕのオーバレイ層の表
面に、析出粒子密度が５０〜３００個／１００μｍ^２の
Ｂｉからなるなじみ層を設けることができる（請求項
３）。

【００１１】オーバレイ層を構成するＢｉ−Ｃｕの合金
は、比較的硬い（Ｈｖ３０程度）。これに対し、純Ｂｉ
はＨｖ１５程度と比較的柔らかである。このため、純Ｂ
ｉからなるなじみ層をオーバレイ層の表面に設けること
により、耐焼付性、なじみ性を向上させることができ
る。なじみ層の厚さは、０．１〜５μｍが好ましい。

【００１２】上記の目的を達成するための更に異なる他
の手段は、オーバレイ層を構成するＢｉ合金を、Ｂｉと
Ａｇとの合金とし、当該オーバレイ層の表面には、析出
粒子密度が５０〜３００個／１００μｍ^２のＢｉからな
るなじみ層を設けることを特徴とするものである。

【００１３】本発明者は、ＢｉにＡｇを添加しても、Ｂ
ｉの融点を低下させることなく、結晶組織を緻密化し、
Ｂｉの脆く非焼付性に劣るという性質を軽減できること
を見出した。Ａｇの添加料は下限を０．１質量％とし、
上限は１０質量％とすることが好ましい。Ａｇの添加量
が０．１質量％未満では結晶組織の緻密化が見られず、
１０質量％を超えると硬くなり過ぎて、更に脆くなるか
らである。しかし、オーバレイ層の表面には、軟質の純
Ｂｉからなるなじみ層が設けられているので、Ａｇは１
０質量％を超えて含有させても支障はない。

【００１４】オーバレイ層は軸受合金層との接着強度を
高めるために、軸受合金層上に中間層を介して形成する
ことが好ましく、その中間層はＮｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ａ
ｇ、Ｃｕの中から選択された１種または当該金属を主成
分とする合金から形成することが好ましい（請求項
５）。中間層の厚さは０．５〜８μｍ、オーバレイ層の
厚さは５〜１５μｍ、好ましくは１５μｍ程度である。
なじみ層を設ける場合、その厚さは０．１〜５μｍとす
ることが好ましい。

【００１５】中間層をＳｎ、Ｓｎ合金などで構成した場
合、ＳｎはＢｉ中に拡散して拡散化合物を形成するとい
う拡散結合により接着性を得る。しかしながら、拡散結
合の場合には、高面圧での使用によって軸受面の温度が
百数十度といった高温度になると、拡散化合物の結晶が
成長し、融点が低下するため、オーバレイ層が剥れたり
するという不具合を生ずる。

【００１６】これに対し、特に、Ａｇ、ＣｕはＢｉと原
子結合し、その原子結合によって接着性を得るため、高
温度での使用によるオーバレイ層の剥れという問題を生
じ難く、接着性に優れ、その結果、オーバレイ層の耐疲
労性を向上させるのである。中間層をＮｉ、Ｃｏ、Ｆｅ
或いはその合金から形成しても、オーバレイ層の接着力
はＡｇ、Ｃｕ、その合金と同等のものが得られた。な
お、本発明にあっては、軸受合金はＣｕ合金、Ａｌ合金
のいずれであっても良い。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を説明す
る。

【００１８】図２に示すように、鋼板からなる裏金層１
上にＣｕ合金またはＡｌ合金からなる軸受合金層２を設
け、この軸受合金層２上に中間層３をメッキによって形
成し、更にこの中間層３の上にメッキによってオーバレ
イ層４を形成して下記の表１に示す発明品試料１〜５お
よび比較品試料１〜３を得た。また、上記と同様に裏金
１上に設けられた軸受合金層２に中間層３を介してオー
バレイ層４を形成した後、更にオーバレイ層４の表面に
純Ｂｉからなるなじみ層（図示せず）をメッキにより形
成して発明品試料６，７を得た。なお、表１において、
元素記号の前の数字はその元素の含有量（質量％）であ
り、発明品試料６，７のＢｉ析出粒子数の欄の数字はな
じみ層の析出粒子数である。

【００１９】ここで、オーバレイ層４およびなじみ層の
メッキはＰＲ電解法によるもので、そのメッキ条件を種
々変化させてＢｉの析出粒子数を調整した。析出粒子数
とは、走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）の二次電子線像の倍
率５０００倍で面積１００μｍ^２に析出している粒子数
を言う。

【００２０】そして、このようにして得た各試料につい
て疲労試験を行い、その結果を表１に示した。疲労試験
はサファイア試験機を用いて行った。試験条件は次の通
りである。軸受内径５３ｍｍ軸受幅１６ｍｍ回転数３６５０ｒｐｍ軸材質Ｓ５５Ｃ潤滑油ＶＧ２２試験時間２０時間

【００２１】

【表１】

【００２２】上記の表１から、比較品試料１〜３では、
疲労しない最大面圧が７０ＭＰａ以下であるのに対し、
発明品試料１〜７の疲労しない最大面圧は８５ＭＰａ以
上で、発明品試料の方が比較品試料より耐疲労性に優れ
ていることが理解される。

【００２３】すなわち、本発明品１，４および比較品試
料１は、オーバレイ層が純Ｂｉであるが、オーバレイ層
のＢｉの析出粒子数が３５個／１００μｍ^２である比較
例品試料１に比べ、オーバレイ層のＢｉの析出粒子数が
５０個／１００μｍ^２および１８０個／１００μｍ^２で
ある本発明品試料１および４は耐疲労性において優れ
る。

【００２４】また、本発明品試料２，３，５および比較
例品資料２は、なじみ層がＣｕを含有したＢｉ合金から
なるが、Ｃｕを１５質量％含む比較例品試料２に比べ、
Ｃｕの含有量が５質量％、０．５質量％および１質量％
である本発明品試料２，３および５は耐疲労性に優れて
いる。

【００２５】更に、ＣｕまたはＡｇを含有するＢｉ合金
でオーバレイ層を形成し、そのオーバレイ層の表面に純
Ｂｉのなじみ層を形成した本発明品資料６，７は、なじ
み層のＢｉの析出粒子数が１５０個／１００μｍ^２であ
るから、耐疲労性に優れたものとなっている。

【００２６】以上のように、オーバレイ層を、Ｃｕを
０．５〜１０質量％含有するＢｉ合金とするか、オーバ
レイ層が純Ｂｉのとき当該Ｂｉの析出粒子数を５０〜３
００個／１００μｍ^２にするか、或はオーバレイ層を、
Ａｇを含有するＢｉ合金とする場合には、オーバレイ層
の表面に析出粒子数が５０〜３００個／１００μｍ^２の
純Ｂｉからなるなじみ層を設け化することにより、なじ
み性および耐焼付性に優れた性質となり、耐疲労性が向
上するものである。

【００２７】なお、本発明による摺動部材は内燃機関の
すべり軸受に好適するが、用途はこれに限られない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のオーバレイ層の顕微鏡写真の模式図

【図２】摺動部材の断面図

【符号の説明】

１は裏金層、２は軸受合金層、３は中間層、４はオーバ
レイ層である。

フロントページの続き (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 QA03 SB02 SB03 SB15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】軸受合金層上にＢｉからなるオーバレイ
層を形成した摺動部材において、前記オーバレイ層におけるＢｉの析出粒子密度が５０〜
３００個／１００μｍ ^２であることを特徴とする摺動部
材。
【請求項２】軸受合金上にＢｉ合金からなるオーバレ
イ層を形成した摺動部材において、前記オーバレイ層を構成するＢｉ合金は、Ｃｕを０．１
〜１０質量％含有し、残りＢｉからなることを特徴とす
る摺動部材。
【請求項３】前記オーバレイ層の表面には、析出粒子
密度が５０〜３００個／１００μｍ^２のＢｉからなるな
じみ層が設けられていることを特徴とする請求項２また
は３記載の摺動部材。
【請求項４】軸受合金上にＢｉ合金からなるオーバレ
イ層を形成した摺動部材において、前記オーバレイ層を構成するＢｉ合金は、０．１質量％
以上のＡｇ、残りＢｉからなる合金で、当該オーバレイ
層の表面には、析出粒子密度が５０〜３００個／１００
μｍ^２のＢｉからなるなじみ層が設けられていることを
特徴とする摺動部材。
【請求項５】前記オーバレイ層は軸受合金上に中間層
を介して形成され、その中間層はＮｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ａ
ｇ、Ｃｕの中から選択された１種または当該金属を主成
分とする合金であることを特徴とする請求項１ないし４
のいずれかに記載の摺動部材。