JP2607986B2 - 摺動部材 - Google Patents

摺動部材

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JP2607986B2
JP2607986B2 JP3159408A JP15940891A JP2607986B2 JP 2607986 B2 JP2607986 B2 JP 2607986B2 JP 3159408 A JP3159408 A JP 3159408A JP 15940891 A JP15940891 A JP 15940891A JP 2607986 B2 JP2607986 B2 JP 2607986B2
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義和 藤沢
誠 辻
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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は摺動部材、特に、相手部
材との摺動面を持つ表面層を備えた摺動部材に関する。
【0002】
【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)。
【0003】
【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
のすべり軸受の表面層は、そのオイル保持性、つまり保
油性が十分でなく、また初期なじみ性も悪いため耐焼付
き性が乏しいという問題がある。
【0004】本発明は前記に鑑み、表面層の構造を特定
することにより、その表面層に十分な保油性を持たせ、
また表面層の初期なじみ性を良好にし、これにより表面
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。
【0005】
【課題を解決するための手段】本発明は、相手部材との
摺動面を持つ表面層を備えた摺動部材において、前記表
面層は、前記摺動面を形成すべく、頂点摺動面側に向
くように、結晶面の配向を伴って成長させた複数の角錐
体状結晶および上底面摺動面側に向くように、結晶面
の配向を伴って成長させた複数の角錐台状結晶の少なく
とも一方の結晶を有し、その結晶の存在量は2×104
個/mm2 以上、5×106 個/mm2 以下に設定されてい
ることを特徴とする。
【0006】
【実施例】図1,図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
2 は同一構造を有し、基板2と、その基板2の内周面
側に形成されて相手部材xとの摺動面3aを持つ表面層
3とを備えている。基板2は裏金21 と、その裏金21
に形成されて表面層3を支持するライニング層22 とを
有する。裏金21 およびライニング層22 間には銅メッ
キ層が、またライニング層22 および表面層3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。
【0007】裏金21 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22 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50〜500μ
m、通常は300μm程度である。表面層3はPb合金
より構成され、その厚さは5〜50μm、通常は20μ
m程度である。
【0008】表面層3を構成するPb合金は、80〜9
0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、Tl、Nb、Sb、N
i、Cd、Te、Bi、Mn、Ca、Baから選択され
る少なくとも一種を10重量%以下含有する。
【0009】Cu、Ni、Mnは表面層3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初期なじみ性が低下する。
Cu等を添加する場合には、表面層3の硬さHmvが1
5〜25になるように、その含有量を調整するのが望ま
しい。
【0010】In、Ag、Tl、Nb、Sb、Cd、T
e、Bi、Ca、Baは、表面層3を軟化して初期なじ
み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3の強度が低下する。In等を添
加する場合には、表面層3の硬さHmvが8〜15にな
るように、その含有量を調整するのが望ましい。
【0011】表面層3は、電気メッキ法により形成され
るもので、メッキ液としては、1リットル当り40〜1
80gのPb2+、1リットル当り1.5〜35gのSn
2+、必要に応じて1リットル当り15g以下のCu2+
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3〜15A/d
2 にそれぞれ設定される。
【0012】図3は、摺動面3aにおけるPb合金の結
晶構造を示す電子顕微鏡写真(10,000倍)である。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6A/dm2 に設定され
た。
【0013】図3,図4に明示するように、表面層3
は、摺動面3aを形成すべく、頂点a摺動面3a側に
くように、結晶面の配向を伴って成長させた複数の角
錐体状結晶、図示例ではPb合金の四角錐体状結晶5を
有する。各四角錐体状結晶5はライニング層22 より延
出する柱状晶4の先端部を形成する。
【0014】図5は、表面層3におけるPb合金結晶の
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。
【0015】ここで、結晶面の配向性を表わす指数とし
て配向指数Oeを、 (ただし、hklはミラー指数、Ihklは(hkl)
面の積分強度、ΣIhkl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1
00%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。
【0016】Pb合金結晶の(200)面および(40
0)面における積分強度Ihklおよび配向指数Oeは
表1の通りである。
【0017】
【表1】
【0018】表1より、Pb合金結晶の(h00)面に
おける配向指数Oeは100%であり、したがってPb
合金結晶は、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。
【0019】このように、結晶面を(h00)面と直交
する方向に配向させると、Pb合金の結晶構造が面心立
方構造であることから、配向方向における原子密度が高
くなるので、表面層3の硬度が増してその耐焼付き性が
向上する。
【0020】図3においては、摺動面3a全体が四角錐
体状結晶5より形成されているが、摺動面3aの一部が
粒状のPb合金結晶より構成されていてもよく、本発明
では、摺動面3aにおける四角錐体状結晶5の存在量は
2×104個/mm2 以上、5×106 個/mm2 以下に設
定される。
【0021】このように結晶形状および存在量を特定す
ると、摺動面3aの表面積を拡大して表面層3に十分な
保油性を持たせ、また四角錐体状結晶5の頂点a側を優
先的に摩耗させて表面層3の初期なじみ性を向上させる
ことができる。
【0022】ただし、前記存在量が2×104 個/mm2
未満では前記効果を得ることができず、一方、5×10
6 個/mm2 を超えると、四角錐体状結晶5が極微細化す
るため同様に前記効果を得ることができない。
【0023】なお、四角錐体状結晶5において、摺動開
始初期に頂点a側の優先的摩耗が終了して平坦面(四角
錐台の上底面に相当する)が形成されると、その平坦面
と相手部材との間には常時油膜が存在するので、それ以
後の摺動面3aの摩耗は極めて緩慢に行われる。
【0024】四角錐体状結晶5のなかには、柱状晶4の
成長方向に起因して傾いたものが存在することがあり、
したがって前記効果を得るためには、四角錐体状結晶4
の傾き角が問題となる。
【0025】そこで、図4,図6に示すように、四角錐
体状結晶5の底面側に摺動面3aに沿う仮想面Aを規定
し、また四角錐体状結晶5の頂点aと底面中央部bを通
る直線cが、底面中央部bを通り仮想面Aに垂直な基準
線dに対してなす傾き角をθと規定すると、四角錐体状
結晶5の傾き角θは、0°≦θ≦30°に設定される。
【0026】このように傾き角θを設定することによっ
て、前記効果を得ることができる。ただし、傾き角θ
が、θ>30°になると、表面層3の保油性、初期なじ
み性および頂点a側の優先的摩耗性が低下する。
【0027】摺動面3aにおける四角錐体状結晶5の面
積率は、前記効果を得るためには50%以上に設定され
る。
【0028】図7は、従来例表面層の摺動面におけるP
b合金の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。
【0029】図8は、従来例表面層におけるPb合金結
晶の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(hkl)面における積分強
度Ihklおよび配向指数Oeは表2の通りである。
【0030】
【表2】
【0031】図7および表2から明らかなように、従来
例Pb合金の結晶形状は結晶面がランダムに配向した不
定形状である。これに起因してPb合金の硬度は前記
(h00)面配向のPb合金に比べて低くなる。
【0032】表3は、各種すべり軸受において、その表
面層の組成、(h00)面における配向指数Oe、結晶
形状等を比較したものである。
【0033】
【表3】
【0034】本発明(1)は前記本発明におけるPb合
金(図3)に該当する。本発明(2),(3)は、本発
明(1)に比べて陰極電流密度を上げた場合に、また本
発明(4)は下げた場合にそれぞれ該当する。
【0035】比較例(1)は前記従来例におけるPb合
金(図7)に該当し、その結晶形状は不定形状である。
比較例(2)は本発明(4)と略同一の組成を有し、ま
た比較例(1)と略同様の結晶形状を有する。比較例
(1),(2)の陰極電流密度は不明である。
【0036】図9は、本発明(1)〜(4)および比較
例(1),(2)の焼付きテスト結果を示す。
【0037】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た。図9は、各すべり軸受の表
面層が焼付きを発生したときの面圧を求めたものであ
る。
【0038】テスト条件は次の通りである。回転軸の材
質 JIS S48C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 。
【0039】図9から明らかなように、本発明(1)〜
(4)は、比較例(1),(2)に比べて優れた耐焼付
き性を有することが判る。
【0040】図10に示すように、本発明には、表面層
3が摺動面3aを形成すべく、上底面e摺動面3a
側に向くように、結晶面の配向を伴って成長させた複数
の角錐台状結晶、図示例では四角錐台状結晶6のみを有
する場合ならびに四角錐体状結晶5および四角錐台状
結晶6を有する場合も包含され、これらの場合にも前記
同様の摺動特性が得られる。この構成においては、摺動
面3aの少なくとも一部が四角錐台状結晶6の上底面e
より形成されることから、摺動開始初期より相手部材と
上底面eとの間に油膜を形成させて初期なじみ性を良好
にすると共に安定化させることができる。
【0041】図11は、四角錐台状結晶6の傾き角θの
測定法を示すもので、傾き角θは、上底面中央部fと下
底面中央部gを通る直線hと、下底面中央部gを通り下
底面側に規定される仮想面Aに垂直な基準線dとがなす
角度として規定される。この場合にも、傾き角θは、0
°≦θ≦30°に設定される。
【0042】前記実施例では、表面層を電気メッキ法に
より形成したが、その他の表面層形成方法としては、P
VD、イオンプレーティング、CVD、スパッタリング
等の気相メッキ法を挙げることができる
【0043】なお、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。
【0044】
【発明の効果】本発明によれば、表面層の構造を前記の
ように特定することによって、その表面層の耐焼付き性
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】
【図1】すべり軸受の分解平面図である。
【図2】図1の2−2線断面図である。
【図3】摺動面におけるPb合金の結晶構造を示す顕微
鏡写真である。
【図4】表面層の第1例を示す要部概略斜視図である。
【図5】表面層の第1例におけるPb合金結晶のX線回
折図である。
【図6】四角錐体状結晶の傾き角測定法を示す説明図で
ある。
【図7】従来例摺動面におけるPb合金の結晶構造を示
す顕微鏡写真である。
【図8】従来例表面層におけるPb合金結晶のX線回折
図である。
【図9】焼付きテスト結果を示すグラフである。
【図10】表面層の第2例を示す要部概略斜視図であ
る。
【図11】四角錐台状結晶の傾き角測定法を示す説明図
である。
【符号の説明】
1 すべり軸受(摺動部材) 2 基板 3 表面層 3a 摺動面 5 四角錐体状結晶(角錐体状結晶) 6 四角錐台状結晶(角錐台状結晶) A 仮想面 a 頂点 b 底面中央部 c,h 直線 d 基準線 e 上底面 f 上底面中央部 g 下底面中央部 x 相手部材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭56−47589(JP,A) 特開 昭56−51589(JP,A) 特開 昭56−96088(JP,A)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 相手部材(x)との摺動面(3a)を持
    つ表面層(3)を備えた摺動部材において、前記表面層
    (3)は、前記摺動面(3a)を形成すべく、頂点
    (a)摺動面(3a)側に向くように、結晶面の配向
    を伴って成長させた複数の角錐体状結晶(5)および上
    底面(e)摺動面(3a)側に向くように、結晶面の
    配向を伴って成長させた複数の角錐台状結晶(6)の少
    なくとも一方の結晶(5,6)を有し、その結晶(5,
    6)の存在量は2×104 個/mm2以上、5×106
    /mm2 以下に設定されていることを特徴とする摺動部
    材。
  2. 【請求項2】 前記角錐体状結晶(5)の底面側または
    角錐台状結晶(6)の下底面側に前記摺動面(3a)に
    沿う仮想面(A)を規定したとき、前記角錐体状結晶
    (5)の頂点(a)と底面中央部(b)を通る直線
    (c)および前記角錐台状結晶(6)の上底面中央部
    (f)と下底面中央部(g)を通る直線(h)の少なく
    とも一方が、前記仮想面(A)に垂直な基準線(d)に
    対してなす傾き角θを、0°≦θ≦30°に設定した、
    請求項1記載の摺動部材。
  3. 【請求項3】 前記摺動面(3a)における、前記角錐
    体状結晶(5)および角錐台状結晶(6)の少なくとも
    一方の面積率が50%以上に設定されている、請求項1
    または2記載の摺動部材。
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JPS5651589A (en) * 1979-09-28 1981-05-09 Taiho Kogyo Co Ltd Bearing for internal combustion engine and its production
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