JP2015148340A - 多層滑り軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】重油で作動させる高速回転と中速回転の（大型）エンジン、特に４行程ディーゼル・エンジンのための滑り軸受を提供する。
【解決手段】錫系合金製の滑り層（５）を備え、錫系合金には、Ｓｂが１重量％〜８重量％と、Ｃｕが８重量％〜２０重量％と、必要に応じてＳｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚｎ、Ａｇ、Ｆｅから少なくとも１種類の元素が０．１重量％〜２重量％含まれ、これら合金元素すべてを合計した含有量は最大で３０重量％であり、残部はＳｎで構成され、Ｃｕの少なくとも一部とＳｎが、錫マトリックス中に銅が豊富な堆積物として最大粒径５０ｎｍで存在し、及び／又はＡｌ、Ｂｉ、Ｎｉの各元素について０．１重量％〜５重量％であり、ナノ粒子の粒径が５０ｎｍを超えるときにはＰＶＤ法によって堆積される。多層滑り軸受（１）。
【選択図】図１

Description

本発明は、支持層及び滑り層と、必要に応じて支持層の上に配置される軸受金属層と、必要に応じて滑り層と支持層の間で特に軸受金属層の上に配置される少なくとも１つの中間層とを備えていて、滑り層が、錫マトリックスを有していて、錫に加え、アンチモン及び銅と、必要に応じてケイ素、クロム、チタン、亜鉛、銀、鉄からなる第１のグループから少なくとも１種類の元素を含む錫系合金からなり、アンチモンの割合は１重量％〜８重量％であり、銅の割合は８重量％〜２０重量％であり、ケイ素、クロム、チタン、亜鉛、銀、及び鉄それぞれの元素の割合は０．１重量％〜２重量％であり、これらの合金元素すべてを合計した含有量は最大で３０重量％であって、残部は錫及び製造に関連する不純物からなり、銅の少なくとも一部と錫が、銅リッチの硬質相を形成していて、その相が錫マトリックス中に堆積物として存在する、多層滑り軸受に関する。

大型エンジンでは点火圧の上昇が将来予想されるため、これまで使用されていた材料で造られた公知の滑り軸受よりも、疲労する傾向が少ない滑り軸受を提供する必要がある。それと同時に、疲労強度を改善するとともに重油燃料で作動させることに伴う焼付きと腐食に対する感受性を小さくする必要がある。また、滑り層をダートパーティクルに適合させるとともに、シャフトの製造誤差と調整する必要もある。

滑り軸受の滑り層に錫系合金を使用することは、既に先行技術文献に記載されている。

例えば、特許文献１には、不可避不純物となる場合は除き、カドミウムも鉛もヒ素もクロムも含まず、主要な合金元素としてのアンチモンを４〜３０重量％と、銅を１〜１０重量％含むとともに、コバルト、マンガン、スカンジウム、及びゲルマニウムを含む元素群からの少なくとも１種類の元素を、この群から選ばれる元素に関して合計で０．２〜２．６重量％と、マグネシウム、ニッケル、ジルコニウム、及びチタンを含む元素群からの少なくとも１種類の元素を、この群で選ばれる元素に関して合計で０．０５〜１．７重量％を含み、アンチモンと銅の合計量は最大で３５重量％であって、アンチモンの含有量は銅の含有量の少なくとも３倍に対応する錫系ホワイトメタルからなる滑り軸受用鋳造合金が記載されている。このホワイトメタルは、アルミニウムの割合を０．０５〜２．５重量％とすることができる。

特許文献２には、少なくとも１つの支持金属層及び１つの滑り層と、必要に応じて滑り層と支持金属層の間に配置される軸受金属層とを有する多層滑り軸受が記載されている。軸受金属層と滑り層の間には、めっきで堆積させるか拡散によって形成した１つ以上の部分層からなる中間層を配置することができる。それら部分層それぞれは、クロム、ニッケル、鉄、コバルト、銅、及び錫からなるグループの１種類以上の元素を含んでいる。めっきで堆積させる滑り層は錫系合金からなり、錫以外に、主な合金元素として、アンチモンと銅からなるグループからの少なくとも１種類の追加元素を含むとともに、可能であれば、ジルコニウム、ケイ素、亜鉛、ニッケル、及び銀を含むグループからの少なくとも１種類の元素と、これらの元素からなる物質の製造に起因する不可避な不純物を含んでいる。ただし、アンチモンの割合は最大で２０重量％、銅の割合は最大で１０重量％、鉛とビスマスの合計は最大で１．５重量％、銅とアンチモンの合計は少なくとも２重量％、ジルコニウム、ケイ素、亜鉛、ニッケル、及び銀の合計は最大で３重量％であり、錫は金属間化合物相を形成して結合しており、β錫粒子を有する錫相とは別に存在している。なお、β錫粒子は、式：Ｋ＝Ａ／（Ｓ＋３×Ｃ＋Ｏ）に従って計算した平均粒径が１μｍ以上の値を有する。Ｋは平均粒径（単位はμｍ）であり、Ａは１つの因子であり、Ｓは合金中のアンチモンの量（単位は重量％）であり、Ｃは、合金中の銅、銀、及びニッケルの合計量であり、Ｏは、合金中の鉛、ビスマス、亜鉛、これら以外の合金元素、及び非金属粒子の合計量（単位は重量％）である。因子Ａは、値が５０、特に７０、好ましくは１００である。平均粒径は数値の算術平均であり、各粒子について、断面で見た粒子の最大直径と最小直径の幾何学平均として計算される。平均値を得るため、平均値を得るために用いる粒子の断面積の合計が、あらゆるβ錫粒子の全断面積の８０％に達するまで、断面において同定できる最大の粒子から、それより小さい粒子までを採用する。それぞれの場合において、錫系合金であってβ錫組織を有する錫粒子の平均粒径は、２．５μｍ以上である。軸受金属層は銅−錫合金とすることができる。支持金属層のための材料としては、鋼が選ばれる。

国際公開第２００９／１０８９７５号（ＷＯ２００９／１０８９７５Ａ１） 欧州特許出願公開第２３３３１２９号明細書（ＥＰ２３３３１２９Ａ１）

本発明の目的は、重油で作動させる高速回転と中速回転の（大型）エンジン、特に４行程ディーゼル・エンジンのための滑り軸受を製造することである。

ここで、大型エンジンとは、直径が少なくとも２００ｍｍの滑り軸受を備えるエンジンのことである。通常、この直径は、例えば、２００ｍｍ〜４００ｍｍの範囲とすることができる。

「高速回転」又は「中速回転」という用語は、４行程ディーゼル・エンジンにおいて回転速度の範囲が、７５０〜１０００ｒｐｍ又は５００〜７５０ｒｐｍと定義されることが典型的である。

「重油で作動させる」という用語は、燃料として重油を用いるエンジンに関するものである。

本発明の目的は、上記の多層滑り軸受によって達成される。この多層滑り軸受においては、銅リッチの硬質相は、最大粒径が５０ｎｍのナノ粒子の形態で存在する、及び／又は錫系合金は、錫に加え、アンチモン及び銅と、必要に応じて第１のグループの少なくとも１種類の元素と、アルミニウム、ビスマス、及びニッケルからなる第２のグループからの少なくとも１種類の追加元素を含み、その少なくとも１種類の追加元素の割合は、アルミニウム、ビスマス、及びニッケルの各元素について０．１重量％〜５重量％であり、第２のグループのこれら元素のうちの少なくとも１種類を含む滑り層（５）は、ナノ粒子の粒径が５０ｎｍよりも大きいときにはＰＶＤ法で堆積される。

錫マトリックス中の銅リッチの錫相の硬質ナノ粒子は拡散を弱める効果を有しており、粒径の成長を阻止することが１つの利点である。さらに、亀裂の拡大がより難しくなる。そのため、軟らかい錫マトリックスの硬度と安定性が増大することで、高い疲労強度が実現すると同時に、材料の延性が維持される。

その代わりに、又はそれに加えて、堆積法だけで所望の粒径にならない場合には、追加元素であるアルミニウム、ビスマス、及びニッケルのうちの少なくとも１種類を添加して粒子を細かくすることができる。このようにして、滑り軸受を使用しているときの滑り層の硬度の低下をなくすこと、又は実質的になくすことが可能になる。このようにして、滑り層の耐荷重性を向上させることができる。

銅リッチの硬質ナノ粒子と、アルミニウム及び／又はビスマス及び／又はニッケルの両方が滑り層に埋め込まれていると有利である。しかし、銅リッチの硬質ナノ粒子と、アルミニウム及び／又はビスマス及び／又はニッケルのどちらかが滑り層に含まれている場合には、（大型）エンジン用の滑り軸受に関する上記の条件をより効果的に実現することもできる。

本発明の一実施態様によれば、錫に添加される合金元素すべてを合計した含有量は１０重量％〜２５重量％である。このようにして、滑り層の上記の特性をさらに向上させることができる。

軸受金属層は、青銅でできていることが好ましい。その青銅は、好ましい一実施態様によれば、ＣｕＰｂ_４Ｓｎ_４Ｚｎ_４、ＣｕＰｂ_５Ｓｎ_５Ｚｎ_５、ＣｕＰｂ_７Ｓｎ_７Ｚｎ_４、ＣｕＰｂ_９Ｓｎ_５、ＣｕＰｂ_１０Ｓｎ_１０、ＣｕＰｂ_１５Ｓｎ_７、ＣｕＰｂ_２２Ｓｎ_２、ＣｕＰｂ_２０Ｓｎ_４、ＣｕＰｂ_２２Ｓｎ_８、ＣｕＰｂ_２４Ｓｎ_２、ＣｕＰｂ_２４Ｓｎ、ＣｕＰｂ_２４Ｓｎ_４、ＣｕＳｎ_５Ｚｎ、ＣｕＡｌ_１０Ｎｉ、ＣｕＳｎ_１０からなる。（提示したすべての合金の組成に関し、５％までが許容誤差範囲である。例えばＣｕＰｂ_４±２．５％Ｓｎ_４±２．５％Ｚｎ_４±２．５％）。特に、本発明の滑り層を有する多層滑り軸受において青銅でできた軸受金属層を用いると、ダートパーティクルに対する滑り層の適応性を向上させることができ、そのような軸受金属層はそれに対応して有効な緊急走行特性も有する。

滑り層は、層の厚さが、軸受金属層を有する多層滑り軸受では１０μｍ〜６０μｍの範囲であり、軸受金属層のない多層滑り軸受では１５０μｍ〜１０００μｍの範囲であることが好ましい。このようにして、滑り層が、疲労によって破損しやすくなることを回避しつつ、使用中に出現する可能性のあるダートパーティクルに関する優れた埋め込み特性を有することが実現される。

滑り層の適応特性に関し、この層のビッカース硬さが１５ＨＶ（０．００１）〜７０ＨＶ（０．００１）であることが有利である。このようにすると、滑り層へのダートパーティクルの埋め込みを改善すると同時に自発的な破損を回避することができる。

中間層及び／又は滑り層は、軸受金属層の上に気相から堆積させることが好ましい。このようにすると粒子の拡散が遅くなるか阻止されるため、沈殿物の凝集を減らすこと、又は阻止することができ、これにより、熱力学的平衡を外れた組織が生成される。

半分に割った形態の多層滑り軸受を側面から見た概略図である。

本発明をよりよく理解するため、以下の図面を参照して本発明をより詳しく説明する。

図１は、半分に割った形態の多層滑り軸受を側面から見た概略図である。

最初に、明細書で用いる位置（例えば頂部、底部、側部など）に関する詳細は、現在図示して説明している図面に関するものであり、位置が変化する場合には、それに応じて新たな位置に合わせねばならないことに注意すべきである。

図１は、滑り軸受を半分に割った形態としたときの多層滑り軸受１の側面図である。この多層滑り軸受１の好ましい実施態様、すなわち支持層２と、その支持層２の上に直接配置された軸受金属層３と、その軸受金属層３の上に直接配置された中間層４と、その中間層４の上に直接配置された滑り層５からなる４層滑り軸受が示されている。

例えば、自動車に見られるこのような４層軸受のこの主要構造は、先行技術で公知であるため、ここでこれ以上説明する必要はない。しかし、追加層（例えば、軸受金属層３と支持金属層２の間の接着層、又は滑り層５の上のなじみ層）を設けてもよいことは述べておくべきである。同様に、浸食防止層を支持層２の裏側に配置することができる。

本発明の範囲で多層滑り軸受１を異なる設計にすることもできる。例えば、図１に破線で示した軸受ブッシュとして設計することができる。同様に、例えば、スラスト・リング、軸方向に延びるスライド・シューなどの実施態様が可能である。それに加え、１８０°以外の角度範囲をカバーする多層滑り軸受１が可能である。そのため多層滑り軸受１を半分に割った形態とする設計にする必要はないが、それが好ましい実施態様である。

支持金属層２は、多層滑り軸受１に必要な構造強度を与える材料、例えば、黄銅又は青銅で製造される。しかし、多層滑り軸受１の好ましい実施態様では、多層滑り軸受１は鋼で製造される。

軸受金属層３では多数の異なる合金を使用できる。その例は、アルミニウム系の軸受金属、例えば、ＡｌＳｎ_６ＣｕＮｉ、ＡｌＳｎ_２０Ｃｕ、ＡｌＳｉ_４Ｃｄ、ＡｌＣｄ_３ＣｕＮｉ、ＡｌＳｉ_１１Ｃｕ、ＡｌＳｎ_６Ｃｕ、ＡｌＳｎ_４０、ＡｌＳｎ_２５ＣｕＭｎ、ＡｌＳｉ_１１ＣｕＭｇＮｉ、ＡｌＺｎ_４Ｓｉである。しかし、多層滑り軸受１の好ましい実施態様では、軸受金属層３は、疲労強度がより高いという理由により、青銅で製造される。特に、軸受金属層３は青銅から製造され、その青銅は、銅に加え、２重量％〜３０重量％の量の鉛、及び／又は１重量％〜１５重量％の錫、及び／又は１重量％〜８重量％の亜鉛、及び／又は１重量％〜４重量％のアルミニウム、及び／又は１重量％〜４重量％のニッケルを含んでいる。例えば、軸受金属層３は、ＣｕＰｂ_４Ｓｎ_４Ｚｎ_４、ＣｕＰｂ_５Ｓｎ_５Ｚｎ_５、ＣｕＰｂ_７Ｓｎ_７Ｚｎ_４、ＣｕＰｂ_９Ｓｎ_５、ＣｕＰｂ_１０Ｓｎ_１０、ＣｕＰｂ_１５Ｓｎ_７、ＣｕＰｂ_２２Ｓｎ_２、ＣｕＰｂ_２０Ｓｎ_４、ＣｕＰｂ_２２Ｓｎ_８、ＣｕＰｂ_２４Ｓｎ_２、ＣｕＰｂ_２４Ｓｎ、ＣｕＰｂ_２４Ｓｎ_４、ＣｕＳｎ_５Ｚｎ、ＣｕＡｌ_１０Ｎｉ、ＣｕＳｎ_１０で形成することができる。例示したすべての合金の組成は、すでに上で説明したように、５％までが許容誤差範囲である。

軸受金属層３は、銅に加え、１７重量％〜２７重量％の鉛と、０．５重量％〜８．５重量％の錫を含む青銅で製造されるか、銅に加え、３．５重量％〜７．０重量％の錫と、０．５重量％〜２．５重量％の亜鉛を含む無鉛（鉛が０．０５重量％未満）の青銅で製造されることが好ましい。

軸受金属層３は、滑り軸受の技術で公知である従来法によって支持層の上に堆積されるか、配置されてもよい。例えば、支持層２と軸受金属層３からなるバイメタルを、圧延によって、軸受金属層３の上に生成することができる。同様に、軸受金属層３を、支持層２の上に鋳造することができる。必要な場合には、工作機械で、そのバイメタルを、再成形及び／又は処理する。

中間層４は、好ましくは陰極スパッタリング法又は電子ビーム蒸着法により、特に気相から軸受金属層３（又は、必要な場合には支持層２）の上に堆積される。これらの方法は原則として先行技術で公知であるため、繰り返しを避けるため先行技術を参照されたい。

中間層４は、ニッケルかニッケル合金、又は鉄か鉄合金（例えばステンレス鋼）で製造されることが好ましい。特に、中間層４は、層の厚さを少なくとも０．５μｍ、好ましくは少なくとも０．８μｍ、かつ最大で３μｍ、好ましくは最大で２．１μｍにして堆積される。

中間層４は、最大で滑り層５の１０倍の硬さに対応する硬さを持つことも好ましい。もちろん、硬さの測定には同じ方法を適用してこの関係を求める。

軸受金属層３と滑り層５の間に複数の中間層４を設けることも可能である。そのため、例えば、ステンレス鋼製の中間層４を設け、ニッケル製の追加の中間層４をその上に配置すると有利である可能性がある。この場合、ステンレス鋼製の中間層４は、層の厚さを１μｍ〜２μｍにすることができ、ニッケル製の追加の中間層４は、層の厚さを０．１μｍ〜０．５μｍにすることができる。

滑り層５は、錫に加えてアンチモンと銅も含む錫系合金で製造される。必要な場合には、滑り層５は、ケイ素、クロム、チタン、亜鉛、銀、及び鉄からなる第１のグループの少なくとも１種類の元素を含むことができる。さらに、滑り層５は、アルミニウム、ビスマス、及びニッケルからなる第２のグループからの別の元素を含むことが好ましい。

アンチモンの割合は、１重量％〜８重量％、特に１重量％〜５重量％である。量が１重量％未満であると、滑り層は軟らかくなりすぎるため、疲労強度が低下する。しかし、８重量％を超える量であると、滑り層は硬くなりすぎる。そりにより、なじみ相における滑り層５の適応性が不十分になる。

銅の割合は、８重量％〜２０重量％、特に９重量％〜１５重量％である。量が８重量％未満であると、ナノ粒子を形成する量が少なくなりすぎるため、滑り層５のプロファイルに関する上記の条件に合わなくなる。しかし、銅の量が２０重量％を超えると、銅リッチ硬質相で粗い粒子の堆積がより多くなるため、やはり所望の特性が得られない。

ケイ素、クロム、チタン、亜鉛、銀、及び鉄の各元素の割合は、０．１重量％〜２重量％、特に、０．２５重量％〜１．５重量％とすることができる。

ケイ素を添加して疲労強度を改善するとともに、拡散効果を遅くすることができる。そうすることで、その層を軟らかくすることが可能になる。

クロムを添加して粒界拡散を遅くすることができる。

チタンと鉄を錫と組み合わせて硬質相を形成し、滑り層５の疲労強度を向上させることができる。

亜鉛又は銀を添加すると組織の粒子が細かくなるため、使用中の硬度低下がなくなる一方で、滑り層５の疲労強度と耐荷重性が改善される。

これら元素の割合が上記の制限範囲外であると、滑り層５の特性プロファイルが上記の条件を満たさなくなる。

追加元素であるアルミニウム、ビスマス、及びニッケルそれぞれの量は、０．１重量％〜５重量％、特に、０．１重量％〜３．１重量％である。

アルミニウムは、組織の粒子を粗大化を抑制し、滑り層５の疲労強度も向上させることができる。

ニッケルの添加によって組織の粒径を小さくできるため、拡散が抑制されて使用中の硬度低下がなくなる一方で、滑り層５の疲労強度と耐荷重性が向上する。

ビスマスを添加すると組織が細かくなり、温度による粒界拡散がおこりにくくなる。

アルミニウム、ビスマス、及びニッケルの量が上記の量の範囲外であると、所望の結果にならないことが見出された。

錫以外の合金元素すべてを合計した含有量は、最大で３０重量％、好ましくは１０重量％〜２５重量％に制限される。合計含有量がこの範囲を超えると、滑り層５が脆くなり、この範囲未満であると、滑り層５の硬さが低下し過ぎ、疲労強度が低くなる。

錫と通常の製造に関連する不純物が、１００重量％に対する残部である。

多層滑り軸受１の上記の好ましい４層構造に加え、本発明の範囲で、滑り層５を支持層２の上に直接堆積させることもできる。この場合、支持層２は、必要な場合には接続ロッドになることもでき、滑り層５は接続ロッドの中心に堆積される。

さらに、多層滑り軸受１は、支持層２の上に軸受金属層３が直接配置され、滑り層５がその軸受金属層３の上に直接配置された構造にすることができる。

滑り層５は、中間層４の上に気相から堆積されることが好ましい。気相堆積は、特に、陰極スパッタリング法又は電子ビーム蒸着法で実施される。その場合、層の厚さは、軸受金属層３が設けられている限り、少なくとも１０μｍ、好ましくは少なくとも１５μｍかつ最大で６０μｍ、好ましくは最大で５０μｍとする。軸受金属層３がない場合には、層の厚さは、少なくとも１５０μｍ、好ましくは少なくとも２００μｍ、かつ最大で１０００μｍ、好ましくは最大で７５０μｍとする。

スパッタリング法による堆積では、以下のパラメータを用いることができる：
基板上の電圧：−１５０Ｖ〜０Ｖ
雰囲気：アルゴン
圧力：７×１０^−４〜６×１０^−３ミリバール
温度：８０〜１６０℃
ターゲット上の電圧：−４５０Ｖ〜−８００Ｖ。

ＰＶＤ法による堆積が好ましい。なぜなら、堆積は、熱力学的平衡外で起こるからである。そのため、粒子の拡散と堆積物の凝集を阻止することができる。

滑り層５を堆積させている間に銅リッチの硬質相が形成される。この相はη青銅（Ｃｕ_６Ｓｎ_５）からなる。堆積条件が理由でη青銅は最大粒径が５０ｎｍである。そのナノ粒子の粒径は１０ｎｍ〜４０ｎｍであることが好ましい。

堆積後の錫系合金は、ビッカース硬さが１５ＨＶ（０．００１）〜７０ＨＶ（０．００１）、特に、３５ＨＶ（０．００１）〜６０ＨＶ（０．００１）であることが好ましい。

次の滑り層５をＰＶＤ法によって作製した。この場合、鋼製の支持層２と、軸受金属層３としての鉛含有青銅とからなる滑り軸受半シェルが、電磁的に生成させた金属蒸気の中に挿入されて、厚さ約１５μｍの滑り層５が付着される。滑り層５は、単一の供給源から生成され得るし、複数の供給源から同時に生成され得る。そして、複数の供給源は、組成が同一の場合もあるし、異なる場合もある。

（実施例１）
滑り層５として、個別のスパッタリングターゲットのマグネトロン・スパッタリングによって層を堆積し、組成がＳｎＣｕ_１１Ｓｂ_３である層を生成した（基板温度を１１０℃、平均被覆速度を０．１９μｍ／分、プロセス・ガスを圧力が０．７Ｐａのアルゴン、基板上の電圧を−５０Ｖ、ターゲット上の電圧を４８０Ｖ、ターゲットの組成をＳｎＣｕ_１１Ｓｂ_３とした）。この滑り層５は、層の厚さが１μｍのニッケル製中間層４の上に堆積された。

滑り層５は、錫相の中にＣｕ_６Ｓｎ_５のナノ堆積物が細かく分布している（ナノ堆積物の最小／平均／最大サイズは、１０／２５／３７ｎｍ）。この層は、硬さが４２ＨＶ（０．００１）である。

（実施例２）
滑り層５として、化学組成が同じ２つのスパッタリングターゲットのマグネトロン・スパッタリングにより、ＳｎＣｕ_１２Ｓｂ_４という組成の層をステンレス鋼（Ｘ_５ＣｒＮｉ_{１８−１０}）製中間層４の上に堆積させた（基板温度を１３５℃、平均被覆速度を１．４μｍ／分、プロセス・ガスを圧力が３．８Ｐａのアルゴン、基板上の電圧を０Ｖ、各ターゲット上の電圧を６９０Ｖとした）。中間層４は、層の厚さが１．５μｍであった。

滑り層５は、錫相の中にＣｕ_６Ｓｎ_５のナノ堆積物が細かく分布している（ナノ堆積物の最小／平均／最大サイズは、１４／３４／４５ｎｍ）。この層は、硬さが４７ＨＶ（０．００１）である。

（実施例３）
滑り層５として、化学組成が異なる２つのスパッタリングターゲット（ターゲット１：ＳｎＳｂ_３、ターゲット２：ＣｕＮｉ_８）のマグネトロン・スパッタリングにより、組成がＳｎＣｕ_１３Ｓｂ_２Ｎｉ_１の層をニッケル製中間層４の上に堆積させた（基板温度を９０℃、平均被覆速度を０．５２μｍ／分、プロセス・ガスを圧力が１．５Ｐａのアルゴン、基板上の電圧を０Ｖ、ターゲット１上の電圧を１８２５Ｖ、ターゲット２上の電圧を２４６７Ｖとした）。中間層４は、層の厚さが２μｍであった。

滑り層５は、錫相の中にＣｕ_６Ｓｎ_５のナノ堆積物が細かく分布している（ナノ堆積物の最小／平均／最大サイズは、１２／２１／３８ｎｍ）。この層は、硬さが５０ＨＶ（０．００１）である。

中間層４は、個別の合金ターゲットのマグネトロン・スパッタリングによって生成した（基板温度とプロセス・ガスの圧力に関しては、それぞれの実施例を参照。ターゲット上の電圧を６４０Ｖ、平均被覆速度を０．５μｍ／分とした）。

（実施例４）
滑り層５として、２つの供給源からの電子ビーム蒸発で、組成がＳｎＣｕ_１０Ｓｂ_４Ｎｉ_１の層を帯鋼の上に作製した（中間層と軸受金属層３なしの直接被覆）（供給源１：純アンチモンを入れたグラファイト製るつぼ、温度：７２０℃、電子ビームのパワー：５．５ｋＷ、供給源２：ＳｎＣｕ_２５Ｎｉ_１０を入れた水冷式の銅製るつぼ、温度：１４００℃、電子ビームのパワー：８０ｋＷ）。帯鋼の供給速度を０．２ｍｍ／秒にして厚さ８００μｍの層を付着させた。滑り軸受を成形して小さな穴を開けた後は、層の厚さが６５０μｍであった。

滑り層５は、錫相の中にＣｕ_６Ｓｎ_５のナノ堆積物が細かく分布している（ナノ堆積物の最小／平均／最大サイズは、１１／２９／４３ｎｍ）。この層は、硬さが５７ＨＶ（０．００１）である。

それぞれの滑り層５を有する実施例１〜４の滑り軸受半シェルの汚れ許容度と疲労強度を試験機で試験し、先行技術での材料と比較した。先行技術での材料として、以下の組成のものを作製した。

（比較例Ａ）
鉛含有青銅ＣｕＰｂ_２２Ｓｎ_３の上に厚さ１５μｍのＰｂＳｎ_１８Ｃｕ_２製滑り層をめっきした（フルオロホウ化物電解質からの堆積。参考として、Ｄｅｔｔｎｅｒ Ｈｅｉｎ Ｗ．、Ｅｌｚｅ Ｊｏａｎｎｅｓ；『めっき技術のハンドブック、第ＩＩ巻』、ミュンヘン：Ｃａｒｌ Ｈａｎｓａ Ｖｅｒｌａｇ社、１９６６年；８６３ページ以降）。この滑り層は、経験から、汚れ許容度と疲労強度が優れていることがわかっている。

この層は、硬さが１４ＨＶ（０．００１）である。

（比較例Ｂ）
鉛含有青銅ＣｕＰｂ_２２Ｓｎ_３の上にＡｌＳｎ_２０Ｃｕ_１製滑り層をスパッタリングする。

堆積条件：基板温度を１４０℃、平均被覆速度を０．７μｍ／分、プロセス・ガスを圧力が１．５Ｐａのアルゴン、基板上の電圧を０Ｖ、ターゲット上の電圧を６３０Ｖとした。ニッケルターゲットのマグネトロン・スパッタリングによる中間層（基板温度とプロセス・ガスの圧力は滑り層と同様、ターゲット上の電圧は６４０Ｖ、平均被覆速度は０．５μｍ／分）とした。

この層は、硬さが８４ＨＶ（０．００１）である。

比較例Ａと比較例Ｂのどちらにも、最大粒径が５０ｎｍのナノ堆積物を硬質相に見出すことはできなかった。

さらに、ここに説明した合金を鋳造で製造してもナノ堆積物の形成には至らない。

経験から、その滑り層は、汚れ許容度が平均的で、疲労強度が優れていることがわかっている。

ナノ堆積物の粒径を求めるための測定法：各サンプルについてＲＥＭ−ＦＩＢ画像（倍率は５０ｋ、区画は２．４×２．４μｍ。）の統計的画像評価を実施して硬質相の中のナノ堆積物の粒径を求めた。

７５ＭＰａという特定の負荷振幅にした振動負荷のもとで汚れ許容度試験を実施している間、油が硬質粒子で次々と汚染されていくため、軸受シェルが自発的に破損した時点で汚れの量を測定した。このようにして、滑り層５の品質と汚れ許容度が優れていることを判断できる。

膨張負荷と、７５ＭＰａという特定の負荷振幅とで、滑り速度を１２ｍ／秒にして、疲労強度の試験を３００万回の負荷サイクルにわたって実施した。試験後、半シェルを測定し、滑り層５の摩耗を求めた。滑り層５の疲労強度を目視で評価した。１点〜５点での目視評価は、非常によい（１：ランニング・マーク）から非常に悪い（５：疲労による広くて深刻な破損）まである。

結果を、表１にまとめた。

表１には、４回の試験を平均した結果を示してある。非常に優れた汚れ許容度が実施例１〜４の滑り層５で実現されたことがわかる。それと同時に実施例１〜４では、連続負荷試験後の滑り層５には、独立した複数の割れ目しかなく、なじみ条件を超える摩耗はない。この組み合わせは、先行技術のどの材料にも見られない。

上記の実施例に加え、表２に示した別の組成の滑り層を生成した。以下の表２に示した組成の数値はすべて、重量％を単位とする。錫は、それぞれの場合に１００重量％の残部である。略号ＺＳとＥＳは、中間層（ＺＳ）全般、又はステンレス鋼Ｘ_５ＣｒＮｉ_{１８−１０}製の中間層４（ＥＳ）を表わす。

これらの実施例は、合金元素の量を上記の範囲にした滑り層５の組成を代表している。

実施例１４〜２２の滑り層５は、上記のＰＶＤ法のうちの１つに従って堆積させた。

これらの合金はすべて、鋼製の支持層２と、ＣｕＰｂ_２２Ｓｎ_３製の軸受金属層３（実施例５では、ＣｕＺｎ_５Ｓｎ製の軸受金属層３の上にも堆積させた−変形例ｂ）と、表２に記載したそれぞれの中間層４とからなる複合材料の上に堆積させた。堆積は、上記のパラメータに従い、スパッタリングによって実施した。

表３に、提示した実施例の試験結果をまとめた。硬さはＨＶ（０．００１）で定義される。ナノ粒子の粒径の値は、最小／平均／最大粒径として定義される。

実施例１４〜２２では、粒径が明確にならなかった。これらの実施例は、銅リッチの硬質相の中に最大粒径が５０ｎｍのナノ粒子がない滑り層５の実施態様を代表している。

これら実施例は、滑り層５又は多層滑り軸受１の可能な態様を示している。

形式的な事柄として、多層滑り軸受１の構造をよりよく理解するため、多層滑り軸受とその構成要素の一部を縮尺通りには表示せず、及び／又はサイズを拡大して、及び／又はサイズを縮小して表示したことに注意されたい。

１ 多層滑り軸受
２ 支持層
３ 軸受金属層
４ 中間層
５ 滑り層

Claims (7)

1. 支持層（２）及び滑り層（５）と、前記支持層（２）の上に必要に応じて配置される軸受金属層（３）と、前記滑り層（５）と前記支持層（２）の間で必要に応じて特に軸受金属層（３）の上に配置される少なくとも１つの中間層（４）とを備えていて、前記滑り層（５）が、錫マトリックスを有していて、錫に加え、アンチモン及び銅と、必要に応じてケイ素、クロム、チタン、亜鉛、銀、及び鉄からなる第１のグループからの少なくとも１種類の元素も含む錫系合金からなり、アンチモンの割合は１重量％〜８重量％であり、銅の割合は８重量％〜２０重量％であり、ケイ素、クロム、チタン、亜鉛、銀、及び鉄の各元素の割合は０．１重量％〜２重量％であり、これら合金元素すべてを合計した含有量は最大で３０重量％であって、残部は錫及び製造に関連する不純物からなり、銅の少なくとも一部と錫が、銅リッチの硬質相を形成していて、その相は錫マトリックス中の堆積物の形態であり、銅リッチの前記硬質相は、最大粒径が５０ｎｍのナノ粒子の形態であり、及び／又は、アルミニウム、ビスマス、及びニッケルからなる第２のグループからの少なくとも１種類の追加元素をさらに含み、その少なくとも１種類の追加元素の割合は、アルミニウム、ビスマス、及びニッケルの各元素について０．１重量％〜５重量％であり、前記滑り層（５）は、第２の元素グループのこれら元素のうちの少なくとも１種類を含んでいて、ナノ粒子の粒径が５０ｎｍを超えるときにはＰＶＤ法によって堆積される、多層滑り軸受（１）。
2. 錫に添加される合金元素すべてを合計した含有量が１０重量％〜２５重量％である、請求項１に記載の多層滑り軸受（１）。
3. 前記軸受金属層（３）が青銅からなる、請求項１又は２に記載の多層滑り軸受（１）。
4. 前記青銅が、ＣｕＰｂ_４Ｓｎ_４Ｚｎ_４、ＣｕＰｂ_５Ｓｎ_５Ｚｎ_５、ＣｕＰｂ_７Ｓｎ_７Ｚｎ_４、ＣｕＰｂ_９Ｓｎ_５、ＣｕＰｂ_１０Ｓｎ_１０、ＣｕＰｂ_１５Ｓｎ_７、ＣｕＰｂ_２２Ｓｎ_２、ＣｕＰｂ_２０Ｓｎ_４、ＣｕＰｂ_２２Ｓｎ_８、ＣｕＰｂ_２４Ｓｎ_２、ＣｕＰｂ_２４Ｓｎ、ＣｕＰｂ_２４Ｓｎ_４、ＣｕＳｎ_５Ｚｎ、ＣｕＡｌ_１０Ｎｉ、ＣｕＳｎ_１０からなる、請求項３に記載の多層滑り軸受（１）。
5. 前記滑り層（５）の層の厚さが、軸受金属層（３）を有する多層滑り軸受（１）の中では少なくとも１０μｍかつ最大で６０μｍであり、軸受金属層（３）のない多層滑り軸受（１）の中では少なくとも１５０μｍかつ最大で１０００μｍである、請求項１〜４のいずれか１項に記載の多層滑り軸受（１）。
6. 前記滑り層（５）のビッカース硬さが１５ＨＶ（０．００１）〜７０ＨＶ（０．００１）である、請求項１〜５のいずれか１項に記載の多層滑り軸受（１）。
7. 前記中間層（４）及び／又は前記滑り層（５）が気相から前記軸受金属層（３）の上に堆積される、請求項１〜６のいずれか１項に記載の多層滑り軸受（１）。

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