JP2005105354A - 摺動部材 - Google Patents

Abstract

【課題】 良好な初期なじみ性と耐久性を有すると共に構成元素としてＰｂを含まない，公害防止促進上有益な表面層を備えたすべり軸受を提供する。
【解決手段】 すべり軸受１は，金属製支持板２と，その支持板２上に電気メッキ法により形成されて，相手部材３との摺動面４を持つ金属製表面層５とを備えている。金属製表面層５は，金属製支持板２から成長した複数の柱状晶６を有する第１の層構成部５₁ と，その第１の層構成部５₁ を覆い，且つ粒状晶８の集合体よりなる第２の層構成部５₂ とを有する。第１の層構成部５₁ はＣｕよりなる。第２の層構成部５₂ はＳｎおよびＩｎの一方よりなる。
【選択図】 図２

Description

本発明は摺動部材に関する。

従来，摺動部材であるすべり軸受として，金属製支持板と，その支持板上に電気メッキ法により形成されて，相手部材との摺動面を持つ金属製表面層とを備えたものが知られている（例えば，特許文献１参照）。
特開２００２−１９５２６４号公報

しかしながら従来のすべり軸受は，その表面層がＰｂ合金より構成されているので，公害防止を促進する上で好ましくない。

本発明は，良好な初期なじみ性と耐久性を有すると共に構成元素としてＰｂを含まない，公害防止促進上有益な表面層を備えた前記摺動部材を提供することを目的とする。

前記目的を達成するため本発明によれば，金属製支持板と，その支持板上に電気メッキ法により形成されて，相手部材との摺動面を持つ金属製表面層とを備え，前記金属製表面層は，前記金属製支持板から成長した複数の柱状晶を有する第１の層構成部と，その第１の層構成部を覆い，且つ粒状晶の集合体よりなる第２の層構成部とを有し，前記第１の層構成部はＣｕよりなり，前記第２の層構成部はＳｎおよびＩｎの一方よりなる摺動部材が提供される。

前記構成において，摺動部材使用開始時に相手部材と摺擦する第２の層構成部は，潤滑性を有するＳｎおよびＩｎの一方より形成され，また粒状晶は柱状晶に比べて硬さが低いので，良好な初期なじみ性を得ることができる。この場合，第１の層構成部はＣｕよりなり，しかもその結晶構造が複数の柱状晶を有することから良好な熱伝導性を備える。これにより，第２の層構成部の発生熱は第１の層構成部を通じて効率良く金属製支持板に逃がされるので，ＳｎおよびＩｎが低融点であるにも拘らず，第２の層構成部の溶融が防止される。

またＣｕが面心立方構造（ｆｃｃ構造）を有することから，その柱状晶は四角錐形先端部を有する。これにより第１の層構成部表面の第２の層構成部との接触面積が大となるので，その第２の層構成部の密着性が良好となる。

第２の層構成部の摩滅後は第１の層構成部が現出し，それは，Ｃｕが持つ潤滑性および熱伝導性を有し，また柱状晶が持つ比較的高い硬さを有することから相手部材との摺擦において優れた耐久性を発揮する。

さらに表面層はその構成元素としてＰｂを含まないので公害防止を促進する上で有益である。

本発明によれば，前記のように構成することによって，良好な初期なじみ性と耐久性を有すると共に構成元素としてＰｂを含まない，公害防止促進上有益な表面層を備えた摺動部材を提供することができる。

図１，２において，摺動部材としてのすべり軸受１はエンジンにおけるクランクシャフトのジャーナル部，コンロッドの大端部等に適用されるもので，第１および第２半体１₁ ，１₂ よりなる。両半体１₁ ，１₂ は同一構造を有し，金属製支持板２と，その支持板２上に電気メッキ法により形成されて，相手部材３との摺動面４を持つ金属製表面層５とを備えている。支持板２は，この実施例では，いわゆる裏金であって，圧延鋼板より構成され，その厚さはすべり軸受１の設定厚さにより決められる。表面層５は，支持板２から成長した複数の柱状晶６を有する第１の層構成部５₁ と，その第１の層構成部５₁ を覆い，且つ粒状晶８の集合体よりなる第２の層構成部５₂ とを有する。第１の層構成部５₁ はＣｕよりなる。第２の層構成部５₂ はＳｎおよびＩｎの一方よりなる。表面層５の厚さｔは１２μｍ≦ｔ≦３０μｍであって，第１の層構成部５₁ の厚さｔ₁ は１１．５μｍ≦ｔ₁ ≦２５μｍであり，また第２の層構成部５₂ の厚さｔ₂ は０．５μｍ≦ｔ₂ ≦５μｍである。

前記のように構成すると，すべり軸受１使用開始時に相手部材３と摺擦する第２の層構成部５₂ は，潤滑性を有するＳｎおよびＩｎの一方より形成され，また粒状晶は柱状晶６に比べて硬さが低いので，良好な初期なじみ性を得ることができる。この場合，第１の層構成部５₁ はＣｕよりなり，しかもその結晶構造が複数の柱状晶６を有することから良好な熱伝導性を備える。これにより，第２の層構成部５₂ の発生熱は第１の層構成部５₁ を通じて効率良く金属製支持板２に逃がされるので，ＳｎおよびＩｎが低融点であるにも拘らず，第２の層構成部５₂ の溶融が防止される。

またＣｕが面心立方構造（ｆｃｃ構造）を有することから柱状晶６の先端部７は四角錐形をなす。これにより第１の層構成部５₁ 表面の第２の層構成部５₂ との接触面積が大となるので，その第２の層構成部５₂ の密着性が良好となる。

第２の層構成部５₂ の摩滅後は第１の層構成部５₁ が現出し，それは，Ｃｕが持つ潤滑性および熱伝導性を有し，また柱状晶６が持つ比較的高い硬さを有することから相手部材３との摺擦において優れた耐久性を発揮する。

第１の層構成部５₁ の熱伝導性および耐久性ならびに第２の層構成部５₂ の密着性を良好にするためには，第１の層構成部５₁ における柱状晶６の存在率は，その第１の層構成部５₁ 表面において全部の四角錐形先端部７が占める面積の比率，つまり面積率Ａに変換して，Ａ≧２０％（１００％を含む）であることが好ましい。この面積率Ａは，顕微鏡写真において，所定の区域の面積をａとし，その区域内にて複数の四角錐形先端部７が占める面積をｂとしたとき，Ａ＝（ｂ／ａ）×１００（％）として求められる。

さらに表面層５はその構成元素としてＰｂを含まないので公害防止を促進する上で有益である。

Ｃｕよりなる第１の層構成部５₁ を形成する場合のメッキ浴条件は表１の通りである。

第１の層構成部５₁ を形成する電気メッキ法ではパルス電流法が適用される。そのパルス電流法においては，図３に示すように電流の立上り開始時から下降開始時までの通電時間Ｔ_ONは１ｍｓ≦Ｔ_ON≦４ｍｓに，先の立上り開始時から次の立上り開始時までを１サイクルとして，そのサイクル時間をＴ_c としたとき，時間比Ｔ_ON／Ｔ_c はＴ_ON／Ｔ_c ≦０．２にそれぞれ設定される。また最大陰極電流密度ＣＤｍａｘはＣＤｍａｘ≧１０Ａ／ｄｍ² に，平均陰極電流密度ＣＤｍはＣＤｍ≧４Ａ／ｄｍ² にそれぞれ設定される。

Ｓｎよりなる第２の層構成部５₂ を形成するためのメッキ浴条件は表２の通りである。

Ｉｎよりなる第２の層構成部５₂ を形成するためのメッキ浴条件は表３の通りである。

第２の層構成部５₂ を形成する電気メッキ法では直流法が適用され，陰極電流密度ＣＤは２Ａ／ｄｍ² ≦ＣＤ≦４Ａ／ｄｍ² に設定される。

［実施例］
すべり軸受１における第１，第２半体１₁ ，１₂ 用支持板２として，厚さ２．０mmの冷間圧延鋼板（ＪＩＳ ＳＰＣＣ）よりなり，且つ断面半円弧状に成形されたものを２つ用意し，それらの内周面に電気メッキ法により厚さｔが約１６μｍの表面層５を形成した。この場合，第１の層構成部５₁ はＣｕより構成されると共に複数の柱状晶を有し，その厚さｔ₁ は約１５μｍに設定された。一方，第２の層構成部５₂ はＳｎの粒状晶の集合体より構成され，その厚さｔ₂ は約１μｍに設定された。これを実施例とする。

第１の層構成部５₁ の形成にはパルス電流法を，一方，第２の層構成部５₂ の形成には直流法をそれぞれ適用した。表４は，第１の層構成部５₁ を形成するためのメッキ浴条件を，また表５は第２の層構成部５₂ を形成するためのメッキ浴条件をそれぞれ示す。さらにまた表６は第１，第２の層構成部５₁ ，５₂ の形成に関する通電条件を示す。

図４は，実施例における第１の層構成部５₁ 断面の結晶構造を示す顕微鏡写真の写図であり，複数のＣｕ柱状晶６が観察される。この場合，第１の層構成部５₁ 表面における複数の四角錐形先端部７の面積率ＡはＡ＝３０％であった。

比較のため，前記同様の２つの支持板２を用意し，これらに表４のメッキ浴を用い，また陰極電流密度ＣＤを１０Ａ／ｄｍ² に設定した直流法の適用下で，Ｃｕの粒状晶の集合体よりなる厚さ約１５μｍの第１の層構成部５₁ を形成し，次いでその第１の層構成部５₁ の上に，表５のメッキ浴を用い，また陰極電流密度ＣＤを，表６同様に４Ａ／ｄｍ² に設定した直流法の適用下で，Ｓｎの粒状晶の集合体よりなる厚さ約１μｍの第２の層構成部５₂ を形成した。これを比較例とする。

実施例および比較例について，次のような焼付きテストを行った。即ち，ＪＩＳ Ｓ５０Ｃよりなる回転軸の外周面に実施例等を押圧し，摺動速度２０ｍ／ｓ，給油温度１４０℃および給油圧力１０ＭＰａにて，その押圧荷重を増加量３ｋＮで段階的に上昇させ，押圧荷重が６０ｋＮに達したときテストを停止して，実施例等の摺動面を観察した。

実施例においては，Ｓｎよりなる第２の層構成部５₂ が摩耗していたが，その形態を維持していた。つまり，実施例においては，第２の層構成部５₂ の温度がＳｎの融点（２３２℃）未満に保たれて，焼付きの発生の無いことが判明した。比較例においては，第２の層構成部５₂ に流動が生じており，したがって焼付きの発生が認められた。

図５は本発明の他の実施例を示し，支持板２を，裏金２₁ と，その表面に形成されたライニング層２₂ とより構成したもので，表面層５はライニング層２₂ の表面に形成される。ライニング層２₂ はＣｕ，Ｃｕ合金，Ａｌ，Ａｌ合金等よりなり，構成元素としてＰｂを含まず，また焼結と圧延を行うことによって形成されたもので，その厚さは５０〜５００μｍ，通常は３００μｍ程度である。Ｃｕ合金にはＣｕ−６ｗｔ％Ｓｎ合金等が該当し，またＡｌ合金にはＡｌ−１２ｗｔ％Ｓｎ−３ｗｔ％Ｓｉ合金等が該当する。このすべり軸受１は高負荷用として好適である。

なお，本発明はすべり軸受に限らず他の摺動部材にも当然に適用される。

すべり軸受の実施例の斜視図である。 すべり軸受の実施例の断面図である。 電気メッキ用電源の出力波形図である。 実施例において，第１の層構成部断面の結晶構造を示す顕微鏡写真の写図である。 すべり軸受の他の実施例の断面図である。

符号の説明

１………すべり軸受（摺動部材）
２………金属製支持板
３………相手部材
４………摺動面
５………金属製表面層
５₁ ……第１の層構成部
５₂ ……第２の層構成部
６………柱状晶
８………粒状晶

Claims (1)

1. 金属製支持板（２）と，その支持板（２）上に電気メッキ法により形成されて，相手部材（３）との摺動面（４）を持つ金属製表面層（５）とを備え，前記金属製表面層（５）は，前記金属製支持板（２）から成長した複数の柱状晶（６）を有する第１の層構成部（５₁ ）と，その第１の層構成部（５₁ ）を覆い，且つ粒状晶（８）の集合体よりなる第２の層構成部（５₂ ）とを有し，前記第１の層構成部（５₁ ）はＣｕよりなり，前記第２の層構成部（５₂ ）はＳｎおよびＩｎの一方よりなることを特徴とする摺動部材。

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