JP2519557B2

JP2519557B2 - 摺動部材

Info

Publication number: JP2519557B2
Application number: JP2010120A
Authority: JP
Inventors: 義和藤沢; 丈志成重; 譲宮崎
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 1990-01-19
Filing date: 1990-01-19
Publication date: 1996-07-31
Anticipated expiration: 2011-07-31
Also published as: JPH03215695A

Description

【発明の詳細な説明】 A.発明の目的（１）産業上の利用分野本発明は摺動部材、特に、相手部材との摺動面側に、
メッキ処理により形成されたPb合金製表面層を備えた摺
動部材に関する。

（２）従来の技術従来、この種摺動部材として、前記表面層をPb−Sn系
合金より構成したすべり軸受が知られている（特開昭56
−96088号公報参照）。

（３）発明が解決しようとする課題この種すべり軸受は、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
ているが、エンジンが高速、且つ高出力化の傾向にある
現在の状況下では、従来のすべり軸受は、その表面層の
耐焼付き性が乏しいという問題がある。これは、表面層
を構成するPb−Sn系合金の結晶形態に起因するもので、
その結晶形態は結晶面がランダムに配向したものであ
る。

本発明は前記に鑑み、Pbに対するSnの配合量を特定す
る共にPb合金の結晶形態を特定することにより、表面層
の耐焼付き性を向上させた前記摺動部材を提供すること
を目的とする。

B.発明の構成（１）課題を解決するための手段本発明は、相手部材との摺動面側に、メッキ処理によ
り形成されたPb合金製表面層を有する摺動部材におい
て、前記Pb合金は３重量％、20重量％以下のSnを含有
し、前記メッキ処理による前記Pb合金の結晶形態を、単
一方向に50％以上配向した結晶面を持つ形態にして、前
記摺動面に多数の角錐状Pb合金結晶を存在させたことを
特徴とする。

（２）作用 Pb合金において、Snの含有量を前記のように特定する
と、表面層の耐疲労性を向上させることができる。また
Pb合金の結晶形態を前記のように特定して、摺動面に多
数の角錐状Pb合金結晶を存在させると、それら角錐状Pb
合金結晶間に複雑な溝が形成され、その溝がオイルの流
出を抑制するので、摺動面が良好な保油性を発揮し、こ
れにより表面層の耐焼付き性を大いに向上させることが
できる。

さらに、角錐状Pb合金結晶は特定の結晶面が一方向に
揃って成長したものであるから、その表面層の硬さは、
それと同一組成において、平滑な表面を持つ、つまり粒
状晶よりなる表面層の硬さに比べて高い。したがって前
記構成の表面層は優れた耐摩耗性を有する。

たゞし、Snの含有量が３重量％未満であると、表面層
の耐疲労性が低下し、一方、20重量％を上回ると、表面
層の耐焼付き性が低下する。また結晶面の単一方向への
配向が50％未満になると表面層の耐焼付き性およびう耐
摩耗性が低下する。

（３）実施例第1,第２図において、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、裏金２と、その裏金２の相手部材との摺動面側に
形成されたライニング層３と、そのライニング層３の表
面に形成された表面層４とを備えている。裏金２および
ライニング層３間には銅メッキ層が、またライニング層
３および表面層４間にはニッケルメッキバリヤ層がそれ
ぞれ必要に応じて設けられる。

裏金２は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。ライニング層３は
銅、銅系合金、アルミニウム、アルミニウム系合金等よ
り構成され、その厚さは50〜500μｍ、通常は300μｍ程
度である。

表面層４はPb合金より構成され、その厚さは５〜50μ
ｍ、通常は20μｍ程度である。表面４を構成するPb合金
は、80〜90重量％のPbと３〜20重量％のSnとを含有し、
必要に応じてCu、In、Agから選択される少なくとも一種
を10重量％以下含有する。

Cuは表面層４の硬さを向上させる機能を有するが、そ
の含有量が10重量％を上回ると、硬さが高くなり過ぎて
相手部材の摩耗量が増加する。Cuを添加する場合には、
表面層４の硬さHmvが17〜20になるように、その含有量
を調整するのが望ましい。

InおよびAgは、表面層４を軟化して初期なじみ特性を
改善する機能を有するが、その含有量が10重量％を上回
ると、表面層４の強度が低下する。In、Agを添加する場
合には、表面層４の硬さHmvが12〜15になるように、そ
の含有量を調整するのが望ましい。

表面層４は、電気メッキ処理により形成されるもの
で、そのメッキ処理によりPb合金の結晶形態が決められ
る。メッキ液としては、40〜180g/のPb²⁺、1.5〜35g/
のSn²⁺、必要に応じて15g/以下のCu²⁺を含むホウフ
ッ化系メッキ液が用いられる。またメッキ液の温度は10
〜35℃、陰極電流密度は２〜15A/dm²にそれぞれ設定さ
れる。

第３図は表面層４の摺動面4aにおける結晶構造を示す
電子顕微鏡写真（10,000倍）である。この表面層４は８
重量％のSnと、２重量％のCuとを含有するPb合金よりな
る。その表面層４は銅合金製ライニング層３上に形成さ
れ、表面層４を形成する際の電気メッキ処理における陰
極電流密度は8A/dm²に設定された。

摺動面4aにおける多数のPb合金結晶は、頂点を摺動面
4aに向けた四角錐体をなし、その４つの斜面はミラー指
数で（111）面に平行な面に属する。

第４図は前記Pb合金のＸ線回折図であり、ミラー指数
で（200）面および（400）面の回折ピークのみが認めら
れる。

こゝで、結晶面の配向性を表わす指数として配向指数
Oeを、（但し、hklはミラー指数、 Ihklは（hkl）面の積分強度、 ΣhklはIhklの総和）と定義すると、或（hkl）面において、その配向指数Oe
が100％に近ければ近い程、その（hkl）面と直交する方
向へ配向した結晶面が多いことになる。

前記Pb合金の（200）面および（400）面における積分
強度Ihklおよび配向指数Oeは表Ｉの通りである。

表Ｉより、前記Pb合金の（h00）面における配向指数O
eは100％であり、したがってPb合金は結晶軸a,b,cにお
いて各軸方向に配向した結晶面、即ち（h00）面を持つ
ことになる。

第５図は従来例表面層の摺動面における結晶構造を示
す電子顕微鏡写真（10,000倍）である。この表面層は、
前記実施例同様に、８重量％のSnと、２重量％のCuとを
含有するPb合金よりなり、表面層は電気メッキ処理によ
り銅合金製ライニング層上に形成されたもので、エンジ
ン用クランクシャフトのジャーナル部に適用される。

第６図は従来例Pb合金のＸ線回折図である。本図から
は特定の結晶面への配向は認められない。種々の（hk
l）面における積分強度Ihklおよび配向指数Oeは表IIの
通りである。

第５図および表IIから明らかなように、従来例Pb合金
は、その結晶形態がランダムに配向した結晶面を持つ形
態であり、従って粒状晶よりなる。

表IIIは、各種すべり軸受において、その表面層の組
成、結晶配向性、したがって配向指数Oe等を比較したも
のである。

本発明Ｉは前記本発明におけるPb合金（第３図）に該
当する。

本発明IIは、本発明Ｉに比べて陰極電流密度を10A/dm
²に変えたもので、それに伴い表面層の組成が異なる。
ただし、Pb合金の結晶形態は、Oe＝100％であることか
ら本発明Ｉと同じである。硬さは本発明Ｉに比べて向上
している。

本発明IIIは、銅合金製ライニング層上にPb−Sn合金
メッキを行い、次いでInメッキを行い、その後熱拡散に
よりPb−Sn−In合金を形成したものである。熱拡散温度
は150℃で、処理時間は１時間である。この場合、Pb−S
n−In合金の結晶形態は、Oe＝100％であることから本発
明Ｉと同じである。またPb−Sn合金に対するInの拡散に
よってはPb−Sn合金の結晶形態は変化しないから、その
Pb−Sn合金の結晶形態とPb−Sn−In合金のそれとは同じ
である。

比較例Ｉは前記従来例におけるPb合金（第５図）に該
当する。

比較例IIは本発明IIIと同一の組成を有するが、その
結晶形態は比較例Ｉと略同じである。

比較例IIIは表面層を備えておらず、アルミニウム合
金製ランニング層が摺動面を形成している。そのアルミ
ニウム合金は、1.7重量％のPbと、12重量％のSnと、0.7
重量％のCuと、0.3重量％のSbと、2.5重量％のSiとを含
有する。

表IIIから明らかなように、角錐状Pb合金結晶は、結
晶面である（h00）面が一方向に揃って成長したもので
あるから、本発明I,IIIの硬さは、それと同一組成を有
する比較例I,IIの平滑な表面を持つ、つまり粒状晶より
なる表面層の硬さに比べて高い。したがって本発明I,II
Iは比較例I,IIに比べて優れた耐摩耗性を有する。

第７図は本発明Ｉ〜IIIおよび比較例Ｉ〜IIIの焼付き
テスト結果を示す。

焼付きテストは、回転軸に各すべり軸受を摺擦させ、
そのすべり軸受に対する負荷荷重を漸次増加させること
により行われ、第７図は各すべり軸受の表面層（比較例
IIIではライニング層）が焼付きを発生したときの面圧
を求めたものである。

テスト条件は次の通りである。回転軸の材質JIS S48
C材に窒化処理を施したもの、回転軸の回転数6000rpm、
給油温度120℃、給油圧力3kg/cm²、負荷荷重1kg/sec。

第７図から明らかなように、本発明Ｉ〜IIIは比較例
I,IIに比べて優れた耐焼付き性を有する。

これは、表面層におけるPb合金の結晶形態に起因す
る。即ち、本発明Ｉ〜IIIにおいては、Pb合金の結晶形
態が、表IIIから明らかなように（h00）面における配向
指数Oeが100％、したがって、単一方向に100％配向した
結晶面を持つ形態であって、摺動面に多数の四角錐状Pb
合金結晶が存在するが、比較例I,IIにおいてはPb合金の
結晶形態がランダム配向した結晶面を持つ形態であっ
て、摺動面が平坦であるからである。

第８図は本発明における表面層の他の例を示し、その
Pb合金の組成は本発明Ｉと同一であるが、陰極電流密度
を10A/dm²に設定して、本発明Ｉの場合よりも高くした
ものである。

この電子顕微鏡写真の倍率は第３図と同じ10,000倍で
あるが、陰極電流密度を高くしたことに伴い第３図に比
べて四角錐体が大きく成長していることが判る。

このPb合金の結晶配向性は、（h00）面における配向
指数Oeが97.5％、（111）面における配向指数Oeが1.3％
であり、その結晶形態は単一方向に97.5％配向した結晶
面を持つ形態である。

表面層４の耐焼付き性を向上させるためには、（h0
0）面における配向指数Oeは50〜100％、好ましくは60％
以上に設定される。特に、苛酷な状況下において、耐焼
付き性を要求されるときには、（h00）面における配向
指数Oeは97％以上に設定される。

なお、表面層にAgを含有させる場合には、Pb、Snイオ
ンを含み、Agイオンを添加したメッキ液を用いる電気メ
ッキ処理、といった手法が採用される。また本発明にお
ける結晶面の配向方向は（h00）面に限定されるもので
はなく、例えば（111）面、（220）面等に平行な結晶面
でもよい。さらに本発明はすべり軸受に限らず、他の摺
動部材にも適用される。

C.発明の効果本発明によれば、表面層を構成するPb金の組成、その
結晶形態および摺動面における結晶形状を前記のように
特定することによって、表面層の耐焼付き性、耐摩耗性
および耐疲労性を向上させた摺動部材を提供することが
できる。

【図面の簡単な説明】

第1,第２図はすべり軸受を示し、第１図は分解平面図、
第２図は第１図II−II線断面図、第３図は本発明に係る
表面層の摺動面における結晶構造を示す顕微鏡写真、第
４図は本発明に係る表面層を構成するPb合金のＸ線回折
図、第５図は従来例に係る表面層の摺動面における結晶
構造を示す顕微鏡写真、第６図は従来例に係る表面層を
構成するPb合金のＸ線回折図、第７図は焼付きテスト結
果を示すグラフ、第８図は本発明に係る他の表面層の摺
動面における結晶構造を示す顕微鏡写真である。１……すべり軸受（摺動部材）、４……表面層、4a……
摺動面

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】相手部材との摺動面側に、メッキ処理によ
り形成されたPb合金製表面層を有する摺動部材におい
て、前記Pb合金は３重量％、20重量％以下のSnを含有
し、前記メッキ処理による前記Pb合金の結晶形態を、単
一方向に50％以上配向した結晶面を持つ形態にして、前
記摺動面に多数の角錐状Pb合金結晶を存在させたことを
特徴とする摺動部材。
【請求項２】前記Pb合金は、Cu、In、Agから選択される
少なくとも一種を10重量％以下含有している、第（１）
項記載の摺動部材。