JP2014196761A - Sliding member and slide bearing - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、摺動面にて相手軸が摺動する摺動部材およびすべり軸受に関する。 The present invention relates to a sliding member and a plain bearing in which a mating shaft slides on a sliding surface.
相手材が摺動するCu合金の摺動面におけるBiの面積を大きくすることにより、なじみ性を向上させる技術が知られている(特許文献1、参照。)。特許文献1において、Cu合金の摺動面に露出しているBi粒子を機械的に引き延ばすことにより、Cu合金の摺動面におけるBiの面積を大きくしている。 A technique for improving the conformability is known by increasing the area of Bi on the sliding surface of the Cu alloy on which the counterpart material slides (see Patent Document 1). In patent document 1, Bi area | region in the sliding surface of Cu alloy is enlarged by extending the Bi particle exposed to the sliding surface of Cu alloy mechanically.
しかしながら、Bi粒子を機械的に引き延ばすと、BiがCu合金から脱落しやすくなるという問題があった。すなわち、BiがCu合金から脱落することにより、なじみ性を持続できない問題があった。
本発明は、前記課題にかんがみてなされたもので、なじみ性を持続できる技術を提供することを目的とする。
However, when the Bi particles are mechanically stretched, there is a problem that Bi is easily dropped from the Cu alloy. In other words, there is a problem that the conformability cannot be sustained by the Bi falling off from the Cu alloy.
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a technique capable of maintaining the familiarity.
前記の目的を達成するため、本発明の摺動部材およびすべり軸受は、マトリクス中に、前記マトリクスよりも軟らかい軟質粒子が析出した基層を備える。この基層における相手材の摺動面から軟質粒子が突出する。このように、摺動面から軟質粒子が突出することにより、摺動面から軟質粒子の頂点までの高さの範囲において、相手材に追従するように軟質粒子が容易に変形・摩耗できる。従って、なじみ性を向上させることができる。また、基層にもともと分散していた軟質粒子の一部分が摺動面から突出するため、摺動面から突出している軟質粒子が基層から脱落することを防止できる。従って、なじみ性を持続できる。さらに、摺動面から軟質粒子の頂点までの高さの範囲において、潤滑油が保持される隙間を形成できる。従って、摩擦抵抗を効果的に軽減できる。 In order to achieve the above object, the sliding member and the plain bearing of the present invention include a base layer in which soft particles softer than the matrix are deposited in the matrix. Soft particles protrude from the sliding surface of the mating member in this base layer. As described above, the soft particles protrude from the sliding surface, so that the soft particles can be easily deformed and worn so as to follow the mating member in the height range from the sliding surface to the top of the soft particles. Therefore, the conformability can be improved. In addition, since some of the soft particles originally dispersed in the base layer protrude from the sliding surface, the soft particles protruding from the sliding surface can be prevented from falling off the base layer. Therefore, familiarity can be maintained. Furthermore, a gap for retaining the lubricating oil can be formed in the range of the height from the sliding surface to the top of the soft particles. Therefore, frictional resistance can be effectively reduced.
また、摺動面における軟質粒子の濃度は4%以上であってもよい。これにより、摺動面において軟質粒子が不足することによって、なじみ性が不足することを防止できる。
さらに、マトリクスはCu合金であり、軟質粒子はBi粒子またはPb粒子であってもよい。BiとPbはCu合金よりも軟らかいため、Bi粒子またはPb粒子が摺動面から突出することにより、Cu合金に対する相手材のなじみ性を確保できる。
Further, the concentration of the soft particles on the sliding surface may be 4% or more. Thereby, it is possible to prevent the conformability from being insufficient due to the lack of soft particles on the sliding surface.
Further, the matrix may be a Cu alloy, and the soft particles may be Bi particles or Pb particles. Since Bi and Pb are softer than the Cu alloy, the compatibility of the counterpart material to the Cu alloy can be ensured by the Bi particles or Pb particles protruding from the sliding surface.
ここでは、下記の順序に従って本発明の実施の形態について説明する。
(1)第1実施形態:
(1−1)摺動部材の構成:
(1−2)計測方法:
(1−3)摺動部材の製造方法:
(2)他の実施形態:
Here, embodiments of the present invention will be described in the following order.
(1) First embodiment:
(1-1) Configuration of sliding member:
(1-2) Measuring method:
(1-3) Manufacturing method of sliding member:
(2) Other embodiments:
(1)第1実施形態:
(1−1)摺動部材の構成:
図1は、本発明の一実施形態にかかる摺動部材1の斜視図である。摺動部材1は、裏金10とライニング11とを含む。摺動部材1は、中空状の円筒を直径方向に2等分した半割形状の金属部材であり、断面が半円弧状となっている。2個の摺動部材1が円筒状になるように組み合わせることにより、すべり軸受Aが形成される。すべり軸受Aは内部に形成される中空部分にて円柱状の相手軸2(エンジンのクランクシャフト)を軸受けする。相手軸2の外径はすべり軸受Aの内径よりもわずかに小さく形成されている。相手軸2の外周面と、すべり軸受Aの内周面との間に形成される隙間に潤滑油(エンジンオイル)が供給される。相手軸2は、すべり軸受Aの曲率中心と一致する回転軸を中心に回転する。その際に、すべり軸受Aの内周面上を相手軸2の外周面が摺動する。
(1) First embodiment:
(1-1) Configuration of sliding member:
FIG. 1 is a perspective view of a sliding member 1 according to an embodiment of the present invention. The sliding member 1 includes a
摺動部材1は、曲率中心から遠い順に、裏金10とライニング11とが順に積層された構造を有する。従って、裏金10が摺動部材1の最外層を構成し、ライニング11が摺動部材1の最内層を構成する。裏金10とライニング11とは、それぞれ円周方向において一定の厚みを有している。裏金10の厚みは1.3mmであり、ライニング11の厚みは0.2mmである。ライニング11の曲率中心側の表面の半径(摺動部材1の内径)は40mmである。以下、内側とは摺動部材1の曲率中心側を意味し、外側とは摺動部材1の曲率中心と反対側を意味することとする。ライニング11の内側の表面は、相手軸2の摺動面を構成する。
The sliding member 1 has a structure in which a
裏金10は、Cを0.15wt%含有し、Mnを0.06wt%含有し、残部がFeからなる鋼で形成されている。なお、裏金10は、ライニング11を介して相手軸2からの荷重を支持できる材料で形成されればよく、必ずしも鋼で形成されなくてもよい。
The
ライニング11は、裏金10の内側に積層された層であり、本発明の基層を構成する。ライニング11は、Snを10wt%含有し、Biを2wt%含有し、残部がCuと不可避不純物とからなる。ライニング11の不可避不純物はMg,Ti,B,Pb,Cr等であり、精錬もしくはスクラップにおいて混入する不純物である。不可避不純物の含有量は、全体で1.0wt%以下である。
The
図2Aは、摺動部材1の断面模式図である。なお、図2Aにおいて、摺動部材1の曲率は無視することとする。ライニング11において、Cu−Sn合金で構成されるマトリクス11a中にBi粒子11bが析出している。Bi粒子11bは、Cu−Sn合金よりも軟らかく、本発明の軟質粒子を構成する。また、Biは本発明の軟質材料を構成する。硬質のCu−Sn合金をライニング11のマトリクス11aとして採用することにより、摺動部材1の強度および耐摩耗性を向上させることができる。
FIG. 2A is a schematic cross-sectional view of the sliding member 1. In FIG. 2A, the curvature of the sliding member 1 is ignored. In the
相手軸2との摺動面を構成するライニング11の内側の表面からBi粒子11bの一部が突出することにより突起Pが形成されている。突起Pは、ライニング11の表面に近づくほど当該表面に平行な方向の断面積が大きくなる形状(錐状)となっている。突起Pの高さの平均値は4μmであった。
A protrusion P is formed by a part of the
図2Bは、摺動部材1に相手軸2が摺動する様子を示す断面模式図である。同図に示すように、ライニング11のマトリクス11aではなくBi粒子11bの突起Pが相手軸2に接触する。また、マトリクス11aの表面からBi粒子11bの突起Pが突出することにより、マトリクス11aの表面から突起Pの頂点までの高さの範囲において、相手軸2に追従するように突起Pが容易に変形・摩耗できる。従って、なじみ性を向上させることができる。また、ライニング11にもともと分散していたBi粒子11bの一部分が摺動面から突出するため、摺動面から突出している突起Pがライニング11から脱落することを防止できる。従って、なじみ性を持続できる。さらに、マトリクス11aの表面からBi粒子11bの突起Pの頂点までの高さの範囲において、潤滑油Oが保持される隙間を形成できる。従って、相手軸2との摺動面を良好な潤滑状態に保つことができ、摩擦抵抗を効果的に軽減できる。
FIG. 2B is a schematic cross-sectional view showing how the
相手軸2との摺動面を構成するライニング11の内側の表面におけるBi粒子11bの濃度は、4%であった。突起Pの高さの平均値は、4μmであった。ライニング11の断面におけるBi粒子11bの平均円相当径は50μmであった。すなわち、ライニング11の断面におけるBi粒子11bの平均面積は625×πμm2であった。また、ライニング11の任意の断面におけるBi粒子11bの面積割合は2.5%であった。また、突起Pは、錐状となっているため、突起Pがライニング11の表面に近い根本で破断することを防止できる。すなわち、突起Pを頂点側から徐々に摩耗させることができ、なじみ性を維持できる。
The concentration of
(1−2)計測方法:
上述した実施形態において示した各数値を以下の手法によって計測した。 摺動部材1の各層を構成する元素の質量は、ICP発光分光分析装置(島津社製ICPS−8100)によって計測した。
(1-2) Measuring method:
Each numerical value shown in the embodiment described above was measured by the following method. The mass of the elements constituting each layer of the sliding member 1 was measured with an ICP emission spectroscopic analyzer (ICPS-8100 manufactured by Shimadzu Corporation).
ライニング11におけるBi粒子11bの平均円相当径を以下の手順によって計測した。まず、ライニング11の任意の断面(相手軸2の回転軸方向に垂直な方向に限らない)を粒子径2μmのアルミナ粒子で研磨した。ライニング11の断面のうち面積が0.02mm2となる任意の観察視野範囲(縦0.1mm×横0.2mmの矩形範囲)を電子顕微鏡(日本電子製 JSM−6610A)によって500倍で撮影することにより、観察画像(反射電子像)の画像データを得た。そして、観察画像を画像解析装置(ニレコ社製 ルーゼックスII)に入力し、観察画像に存在するBi粒子11bの像を抽出した。Bi粒子11bの像の外縁にはエッジ(明度や彩度や色相角が所定値以上異なる境界)が存在する。そこで、画像解析装置によって、エッジによって閉じられた領域をBi粒子11bの像として観察画像から抽出した。
The average equivalent circle diameter of the
そして、Bi粒子11bの像を観察画像から抽出し、画像解析装置によって、観察視野範囲に存在するすべてのBi粒子11bの像について投影面積円相当径(計測パラメータ:HEYWOOD)を計測した。投影面積円相当径とは、Bi粒子11bの断面積と等しい面積を有する円の直径であり、Bi粒子11bの像の面積と等しい面積を有する円の直径を光学倍率に基づいて現実の長さに換算した直径である。さらに、すべてのBi粒子11bの投影面積円相当径の算術平均値(合計値/粒子数)を平均円相当径として計測した。さらに、Bi粒子11bの平均円相当径と等しい直径を有する円の面積に、観察視野範囲に存在するBi粒子11bの個数を乗算することにより、ライニング11の断面上に存在するBi粒子11bの総面積を算出した。そして、Bi粒子11bの総面積を観察視野範囲の面積で除算することにより、Bi粒子11bの面積割合を計測した。なお、投影面積円相当径が1.0μm未満の場合、投影面積円相当径の信頼度や物質の特定の信頼度が低くなるため、Bi粒子11bの平均円相当径等を算出する際に考慮しないこととした。
Then, an image of the
ライニング11の内側の表面におけるBi粒子11bの濃度は以下の手順で計測した。ライニング11の表面のうち面積が1mm2となる任意の観察視野範囲(縦1.25 mm×横0.8mmの矩形範囲)に対して、電子顕微鏡(日本電子製 JSM−6610A)によってエネルギー分散型X線分光法(EDX)を実施し、Biが検出された領域の割合を濃度として計測した。
The concentration of
Bi粒子11bの突起Pの頂点までの高さは、以下のように計測した。ライニング11の表面のうち面積が0.3mm2となる任意の観察視野範囲(縦0.5mm×横0.6mmの矩形範囲)に対してレーザー顕微鏡(キーエンス社製 UK−9500)で突起Pの頂点までの高さを計測した。
The height to the top of the protrusion P of the
(1−3)摺動部材の製造方法:
まず、裏金10と同じ厚みを有する低炭素鋼の平面板を用意した。
次に、低炭素鋼で形成された平面板上に、ライニング11を構成する材料の粉末を散布した。具体的に、上述したライニング11における各成分の質量比となるように、Cuの粉末とBiの粉末とSnの粉末とを低炭素鋼の平面板上に散布した。ライニング11における各成分の質量比が満足できればよく、Cu−Bi,Cu−Sn等の合金粉末を低炭素鋼の平面板上に散布してもよい。粉末の粒径は、試験用ふるい(JIS Z8801)によって150μm以下に調整した。
(1-3) Manufacturing method of sliding member:
First, a flat plate of low carbon steel having the same thickness as the
Next, the powder of the material which comprises the lining 11 was sprayed on the plane board formed with the low carbon steel. Specifically, Cu powder, Bi powder, and Sn powder were dispersed on a flat plate of low-carbon steel so that the mass ratio of each component in the lining 11 described above was obtained. As long as the mass ratio of each component in the lining 11 can be satisfied, alloy powders such as Cu-Bi and Cu-Sn may be dispersed on a flat plate of low carbon steel. The particle size of the powder was adjusted to 150 μm or less using a test sieve (JIS Z8801).
次に、低炭素鋼の平面板と、当該平面板上に散布した粉末とを焼結した。焼結温度を700〜1000℃に制御し、不活性雰囲気中で焼結した。焼結後、冷却した。 Next, the flat plate of low carbon steel and the powder spread on the flat plate were sintered. Sintering temperature was controlled at 700-1000 degreeC, and it sintered in inert atmosphere. After sintering, it was cooled.
冷却が完了すると、低炭素鋼の平面板上にCu合金層が形成される。このCu合金層には、冷却中に析出した軟質のBi粒子11bが含まれることとなる。
次に、中空状の円筒を直径方向に2等分した形状となるように、Cu合金層が形成された低炭素鋼をプレス加工した。このとき、低炭素鋼の外径が摺動部材1の外径と一致するようにプレス加工した。
When cooling is completed, a Cu alloy layer is formed on the flat plate of low carbon steel. This Cu alloy layer contains
Next, the low carbon steel on which the Cu alloy layer was formed was pressed so that the hollow cylinder was divided into two equal parts in the diameter direction. At this time, press working was performed so that the outer diameter of the low carbon steel coincided with the outer diameter of the sliding member 1.
次に、裏金10上に形成されたCu合金層の表面をエッチングした。すなわち、Cu合金層のうちマトリクスを選択的にエッチングすることにより、エッチングされなかったBi粒子11bを突出させる。エッチングの条件は以下の通りとした。35%の過酸化水素水を50ml/L含み、濃硫酸を80ml/L含むエッチング液にてエッチングを行った。エッチング液の液温は25℃とし、攪拌を行うことなく、1〜10分だけCu合金層の表面を5μmだけエッチングした。これにより、突起Pを錐状に形成できる。
Next, the surface of the Cu alloy layer formed on the
以上のようにエッチングを行うことにより、ライニング11の表面から突出するBi粒子11bの突起Pを形成できる。エッチングが完了した後に、水洗と乾燥を行うことにより、摺動部材1を完成させた。さらに2個の摺動部材1を円筒状に組み合わせることにより、すべり軸受Aを形成した。
By performing etching as described above, the protrusions P of the
(2)他の実施形態:
前記実施形態においては、エンジンのクランクシャフトを軸受けするすべり軸受Aを構成する摺動部材1を例示したが、本発明の摺動部材1によって他の用途のすべり軸受Aを形成してもよい。例えば、本発明の摺動部材1によってトランスミッション用のギヤブシュやピストンピンブシュ・ボスブシュ等を形成してもよい。また、ライニング11のマトリクスはCu合金に限られず、相手軸2の硬さに応じてマトリクスの材料が選択されればよい。また、軟質材料はマトリクスよりも軟らかく、かつ、マトリクス中に析出可能な材料であればよく、例えばPb,Sn,Inであってもよい。
(2) Other embodiments:
In the above-described embodiment, the sliding member 1 constituting the sliding bearing A for bearing the crankshaft of the engine has been illustrated. However, the sliding bearing 1 for other applications may be formed by the sliding member 1 of the present invention. For example, a transmission gear bush, a piston pin bush, a boss bush, or the like may be formed by the sliding member 1 of the present invention. Further, the matrix of the lining 11 is not limited to the Cu alloy, and a matrix material may be selected according to the hardness of the
1…摺動部材、2…相手軸、10…裏金、11…ライニング、11a…マトリクス、11b…Bi粒子、P…突起。 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Sliding member, 2 ... Mating shaft, 10 ... Back metal, 11 ... Lining, 11a ... Matrix, 11b ... Bi particle, P ... Protrusion.
Claims (6)
相手材が摺動する前記基層の摺動面から前記軟質粒子が突出する、
摺動部材。 A sliding member comprising a base layer in which soft particles softer than the matrix are deposited in the matrix,
The soft particles protrude from the sliding surface of the base layer on which the counterpart material slides.
Sliding member.
請求項1に記載の摺動部材。 The concentration of the soft particles on the sliding surface is 4% or more,
The sliding member according to claim 1.
請求項1または請求項2に記載の摺動部材。 The soft particles are Bi or Pb particles;
The sliding member according to claim 1 or 2.
相手材が摺動する前記基層の摺動面から前記軟質粒子が突出する、
すべり軸受。 A sliding member comprising a base layer in which soft particles softer than the matrix are deposited in the matrix,
The soft particles protrude from the sliding surface of the base layer on which the counterpart material slides.
Slide bearing.
請求項4に記載のすべり軸受。 The concentration of the soft particles on the sliding surface is 4% or more,
The plain bearing according to claim 4.
請求項4または請求項5に記載のすべり軸受。 The soft particles are Bi or Pb particles;
The plain bearing according to claim 4 or 5.
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JP2013072006A JP2014196761A (en) | 2013-03-29 | 2013-03-29 | Sliding member and slide bearing |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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WO2017065176A1 (en) * | 2015-10-16 | 2017-04-20 | Ntn株式会社 | Foil bearing |
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2013
- 2013-03-29 JP JP2013072006A patent/JP2014196761A/en active Pending
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WO2017065176A1 (en) * | 2015-10-16 | 2017-04-20 | Ntn株式会社 | Foil bearing |
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