JP2607988B2 - 摺動部材 - Google Patents

摺動部材

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JP2607988B2
JP2607988B2 JP3165194A JP16519491A JP2607988B2 JP 2607988 B2 JP2607988 B2 JP 2607988B2 JP 3165194 A JP3165194 A JP 3165194A JP 16519491 A JP16519491 A JP 16519491A JP 2607988 B2 JP2607988 B2 JP 2607988B2
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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、基板
と、その基板に形成されて相手部材との摺動面を持つ合
金製表面層と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、潤滑能が低いため耐焼付き性
が乏しく、また摩耗し易い、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、表面層の耐焼付き性を向上させると共
にその摩耗を抑制することができるようにした前記摺動
部材を提供することを目的とする。
【0005】本発明は、基板と、その基板に形成されて
相手部材との摺動面を持つ合金製表面層とを備えた摺動
部材において、前記表面層は、メッキ法により形成され
たものであって、結晶面の配向を伴って成長させた複数
の柱状晶を有し、それら柱状晶は、相隣る両柱状晶間
に、摺動面に開口してオイル溜となる空洞部を形成すべ
く、前記基板から相互に近接して延出していることを特
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に形成さ
れて相手部材xとの摺動面3aを持つ合金製表面層3と
を備えている。基板2は裏金21 と、その裏金21 の表
面に形成されて表面層3を支持するライニング層22
よりなる。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。図4
は、表面層3を縦断した場合のPb合金の結晶構造を示
す電子顕微鏡写真(5,000 倍)であり、図5は、図4の
部分拡大顕微鏡写真に相当する。表面層3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3は銅合金製ライニング層22 上に形成
され、表面層3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4〜図6に明示するように、表面層3
は、結晶面の配向を伴って成長させたPb合金の柱状晶
4の集合体であり、それら柱状晶4は、ライニング層2
2 より相互に近接して延出する。各柱状晶4は柱状本体
5と、その柱状本体5の先端に連なる四角錐体状先端部
6とよりなり、相隣る両柱状晶4間には、摺動面3aに
開口してオイル溜となる空洞部7が形成されている。摺
動面3aにおいて、空洞部7の開口が占める面積率は
0.2%以上、10%以下が適当である。
【0014】図7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お
よび耐摩耗性が向上する。
【0020】表2は、本発明および比較例すべり軸受の
構成および性能を比較したものである。表面層の組成は
本発明および比較例において同じである。
【0021】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。表2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。
【0022】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 。
【0023】摩耗テストは、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を、回転軸に同期
させた正弦全波波型の動的荷重とし、一定摺動距離につ
いて行われた。
【0024】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
軸回転数 3000rpm 、最大負荷面圧600kg/cm2 (軸
受投影面積:幅×直径)、摺動距離 2.5×103 k
m、給油温度 120℃、給油圧力 3kg/cm2
【0025】図8,図9は摩耗テスト後の摺動面におけ
るPb合金の結晶構造を示す電子顕微鏡写真(10,000
倍)であり、図8が本発明に、図9が比較例にそれぞれ
該当する。図8より、本発明においては多くの空洞部7
が観察される。
【0026】
【表2】
【0027】表2および図8から明らかなように、本発
明においては、摺動面3aにオイル溜となる多数の空洞
部7が開口しているので、表面層3が優れた潤滑能を発
揮し、これにより表面層3の耐焼付き性を向上させるこ
とができる。また前記潤滑能および(h00)面におけ
る配向指数Oeが100%であることによる表面層3の
硬度向上効果によって、表面層3の摩耗を大幅に抑制す
ることができる。
【0028】図10に示すように、表面層3の摩耗が進
行する過程でも、摺動面3aには空洞部7が開口するの
で、前記同様の効果が得られる。
【0029】たゞし、摺動面3aにおいて、空洞部7の
開口が占める面積率が、0.2%未満では表面層3の潤
滑能が低く、一方、10%を超えると表面層3の強度が
低下する。
【0030】摺動初期においては、摺動面3aが四角錐
体状先端部6より形成されていることから、その摺動面
3aの表面積が拡大されて表面層3が十分な保油性を有
し、また四角錐体状先端部6の頂点a側を優先的に摩耗
させて初期なじみ性を良好にすることができる。これ
は、摺動初期における表面層3の焼付き発生を回避する
上で有効である。
【0031】このような摺動特性は、柱状晶4の先端が
四角錐台状先端部より形成されている場合にも得られ
る。図11は、摺動面3aが四角錐台状先端部より形成
される場合のPb合金の結晶構造を示す電子顕微鏡写真
である。
【0032】柱状晶4が表面層3の一部を形成するもの
も本発明に包含される。この場合、摺動面3aにおける
柱状晶4端面の面積率は50%以上に設定される。
【0033】前記のように優秀な摺動特性を得るために
は柱状晶4の傾きが問題となる。
【0034】そこで、図12に示すように柱状晶4に、
摺動面3aに沿う仮想面Bを規定し、また柱状晶4の中
心線、図示例では、四角錐体状先端部6の頂点aと底面
中央部cを通る直線dが、底面中央部cを通り仮想面B
に垂直な基準線eに対してなす傾き角をθと規定する
と、柱状晶4の傾き角θは0°≦θ≦30°に設定され
る。傾き角θが、θ>30°になると、表面層3の耐焼
付き性および耐摩耗性が低下する。
【0035】柱状晶4が四角錐台状先端部8を有する場
合の傾き角θは、図13に示すように上底面中央部fお
よび下底面中央部gを通る直線hと下底面中央部gを通
り仮想面Bに垂直な基準線e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。
【0036】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
【0037】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。
【0038】
【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、表面層の耐焼付き性を向
上させると共にその摩耗を抑制し得るようにした摺動部
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】摺動面の第1例におけるPb合金の結晶構造を
示す顕微鏡写真である。
【図4】表面層を縦断した場合のPb合金の結晶構造を
示す顕微鏡写真である。
【図5】図4の部分拡大顕微鏡写真である。
【図6】表面層の要部概略縦断面図である。
【図7】表面層におけるPb合金結晶のX線回折図であ
る。
【図8】摩耗テスト後の摺動面におけるPb合金の結晶
構造を示す顕微鏡写真である。
【図9】摩耗テスト後の比較例摺動面におけるPb合金
の結晶構造を示す顕微鏡写真である。
【図10】摩耗進行過程における表面層の要部概略縦断
面図である。
【図11】摺動面の第2例におけるPb合金の結晶構造
を示す顕微鏡写真である。
【図12】柱状晶の第1例の傾き角測定法を示す説明図
である。
【図13】柱状晶の第2例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 4 柱状晶 7 空洞部
───────────────────────────────────────────────────── 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59−185798(JP,A) 特開 平3−4025(JP,A)

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 基板(2)と、その基板(2)に形成さ
    れて相手部材(x)との摺動面(3a)を持つ合金製表
    面層(3)とを備えた摺動部材において、前記表面層
    (3)は、メッキ法により形成されたものであって、結
    晶面の配向を伴って成長させた複数の柱状晶(4)を有
    し、それら柱状晶(4)は、相隣る両柱状晶(4)間
    に、摺動面(3a)に開口してオイル溜となる空洞部
    (7)を形成すべく、前記基板(2)から相互に近接し
    て延出していることを特徴とする摺動部材。
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JPS59185798A (ja) * 1983-04-06 1984-10-22 Taiho Kogyo Co Ltd 摺動材料
JPH034025A (ja) * 1989-05-29 1991-01-10 Koyo Seiko Co Ltd 摺動部材

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