JP2704799B2 - 摺動部材 - Google Patents
摺動部材Info
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Description
材との摺動面を持つ表面層を備えた摺動部材に関する。
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)。
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く、その上硬
度Hmvも7≦Hmv≦13といったように低いため耐
焼付き性および耐摩耗性が乏しいという問題がある。
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、さらに硬度Hm
vを向上させ、これにより表面層の耐焼付き性および耐
摩耗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。
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Pb合金より構成され、また前記摺動面に沿う仮
想面より突出して前記摺動面を形成する複数の角錐体状
結晶を有し、それら角錐体状結晶は配向方向(h00)
を持ち、前記摺動面における前記角錐体状結晶の面積率
AはA≧50%であり、また前記角錐体状結晶の頂点と
底面中央部を通る直線が、前記仮想面に垂直な基準線に
対してなす傾き角をθとしたとき、前記角錐体状結晶の
傾き角θは、0°≦θ≦30°であり、さらに前記角錐
体状結晶の硬度Hmvが15≦Hmv≦30であること
を特徴とする。
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、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Cuメ
ッキ層が、またライニング層22 および表面層3間には
Niメッキバリヤ層がそれぞれ必要に応じて設けられ
る。
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Cu、Cu系合金、Al、Al系合金等よ
り構成され、その厚さは50〜500μm、通常は30
0μm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20μm程度である。
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。
させる機能を有するが、その含有量が10重量%を上回
ると、硬度が高くなり過ぎて初期なじみ性が低下する。
この表面層3の硬度は、Cu等の含有量にのみ依存する
ものでなく、後述するようにPb合金結晶の結晶面の配
向状態によっても影響される。
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。
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+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3〜15A/d
m2 にそれぞれ設定される。
Pb合金の結晶構造を示す電子顕微鏡写真(10,000倍)
であり、本図より表面層3は、摺動面3aを形成する複
数の角錐体状結晶、図示例では四角錐体状結晶を有する
ことが判る。この場合、摺動面3aにおける四角錐体状
結晶の面積率Aは、A=100%である。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。
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。
する方向へ配向した結晶面の存在量を表わす配向指数O
e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の存在量が多いことになる。
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。
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。
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。
造を示す電子顕微鏡写真(5,000 倍)であり、図6は、
図5の部分拡大電子顕微鏡写真に相当する。図5,図6
より、表面層3はライニング層22 から延出する柱状晶
の集合体より構成されていることが判る。
きのPb合金の結晶構造を示す電子顕微鏡写真(10,000
倍)である。
記四角錐体状結晶5は、頂点aを摺動面3a側に向けて
柱状晶4の先端部を形成し、それら四角錐体状結晶5の
うち大部分のものは、真直ぐに成長しているが、残りの
僅かなものは若干傾いている。
体状結晶5の底面側に、摺動面3aに沿う仮想面B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B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、図3,図
5,図6に示した四角錐体状結晶5の全部(100%)
が傾き角θ≒0°、したがって各四角錐体状結晶5が略
真直ぐであることが判明した。
5より形成する理由は、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にある。
状結晶5の傾き角θの範囲が問題となる。そこで、全部
の四角錐体状結晶5の傾き角θが、θ≒0°,10°、
20°,30°,40°,50°,60°,70°であ
り、(h00)面における配向指数Oeが100%であ
るすべり軸受と、(h00)面における配向指数Oeが
50〜55%であるすべり軸受とを製作し、それらすべ
り軸受について焼付きテストを行ったところ、図10の
結果が得られた。図中、線eは前記配向指数Oeが10
0%の場合に、また線fは前記配向指数Oeが50〜5
5%の場合にそれぞれ該当する。この場合、摺動面3a
における四角錐体状結晶5の面積率Aは、A=100%
である。なお、傾き角θの変化は、基本的には陽極に対
する基板2の傾きを変化させることによって達成され
る。
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10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。
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 。
の(h00)面における配向指数Oeが100%で、且
つ傾き角θが0°≦θ≦30°であることによって、焼
付き発生面圧が高くなり、耐焼付き性が向上することが
判る。線fの場合は、前記配向指数Oeが低いことに起
因して耐焼付き性が乏しい。
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、その平坦面と回転
軸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。
における四角錐体状結晶5の傾き角θ、配向方向、摺動
面3aにおける面積率A、および硬度Hmvの関係を示
す。
は、(h00)面における配向指数Oeが100%であ
ることを意味し、また配向方向(111)には、(11
1)面のみでなく、(222)面、(220)面、(3
11)面等も含まれる。Pb合金結晶においては、(h
00)面における配向指数Oeが減少すると、(11
1)面における配向指数が増加する傾向にあり、また
(111)面における配向指数Oeの増加程度に比べれ
ば極めて増加程度は低いが、(220)面、(311)
面等における配向指数Oeも増加する。
る摺動面3aを斜め上方から見たときの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12
は、図11における四角錐体状結晶の傾きを示すもので
ある。四角錐体状結晶51 ,52 ,53 の傾き角θは、
それぞれθ≒0°、15°、30°である。
ある四角錐体状結晶の面積率と焼付き発生面圧との関係
を示す。焼付きテストは前記と同一方法および同一条件
にて行われた。図中、線gは、傾き角θが0°≦θ≦1
0°の四角錐体状結晶の場合に該当し、これには表2の
すべり軸受(1)〜(4)が含まれ、それらは点(1)
〜(4)で示されている。線hは、傾き角θが0°≦θ
≦20°の四角錐体状結晶の場合に該当し、これには表
3のすべり軸受(5)が含まれ、それは点(5)で示さ
れている。線kは、傾き角θが0°≦θ≦30°の四角
錐体状結晶の場合に該当し、これには表4のすべり軸受
(6)〜(8)が含まれ、それらは点(6)〜(8)で
示されている。
成されている比較例を示す。図14は、比較例の摺動面
を真上から見たときのPb合金の結晶構造を示す電子顕
微鏡写真(10,000倍)であり、結晶形態がランダムであ
ることが判る。図15は、比較例表面層を縦断した場合
のPb合金の結晶構造を示す電子顕微鏡写真(10,000
倍)であり、柱状晶の生成は見られない。
示す。同図において、各線(9)〜(12)に対応する
すべり軸受(9)〜(12)の四角錐体状結晶5の傾き
角θ、配向方向、摺動面3aにおける面積率Aは表5の
通りである。焼付きテストは前記と同一方法および同一
条件にて行われた。
かなように、四角錐体状結晶5において、配向方向(h
00)、したがって(h00)面における配向指数Oe
が100%で、且つ摺動面3aにおける四角錐体状結晶
5の面積率AがA≧50%であり、また四角錐体状結晶
5の傾き角θが0°≦θ≦30°であり、さらに四角錐
体状結晶5の硬度Hmvが15≦Hmv≦30であれ
ば、表面層3の耐焼付き性を大幅に向上させることがで
きる。また、この高硬度化に伴い表面層3の耐摩耗性も
向上させることができる。ただし、硬度Hmvが、Hm
v<15またはHmv>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傾向になる。
動面3aを形成する複数の角錐台状結晶、図示例ではP
b合金の四角錐台状結晶6を有する場合を示し、その四
角錐台状結晶6が、上底面7を摺動面3a側に向けて柱
状晶4の先端部を形成している。同図(b)は、10,000
倍の電子顕微鏡写真であり、同図(a)に対応する。こ
の場合の傾き角θは、図18に示すように、上底面中央
部nおよび下底面中央部pを通る直線rと、下底面中央
部pを通り仮想面Bに垂直な基準線dとがなす角度とし
て規定される。
錐台状結晶6を有する場合にも、摺動面3aにおける四
角錐台状結晶5等の面積率AはA≧50%に、また傾き
角θは0°≦θ≦30°に、さらに硬度Hmvは15≦
Hmv≦30にそれぞれ設定され、これにより前記同様
の摺動特性を得ることができる。この場合、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7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
7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。前記面積率Aは両結
晶5,6の面積の和と摺動面3aの面積とより求められ
る。
が傾く場合には、図9,図18に示すように相手部材の
摺動方向s前側に頂点aまたは上底面7が位置するよう
に傾くのが良い。これは相手部材と四角錐体状結晶5等
との摺動抵抗を小さくするためである。
により形成したが、その他の表面層形成方法としては、
PVD、イオンプレーティング、CVD、スパッタリン
グ等の気相を介する形成方法を挙げることができる。
然に適用される。
ように特定することによって、その表面層の耐焼付き性
および耐摩耗性を大幅に向上させた摺動部材を提供する
ことができる。
の結晶構造を示す顕微鏡写真である。
折図である。
金の結晶構造を示す顕微鏡写真である。
合金の結晶構造を示す顕微鏡写真である。
ある。
フである。
b合金の結晶構造を示す顕微鏡写真である。
る。
状結晶の面積率と焼付き発生面圧との関係を示すグラフ
である。
の結晶構造を示す顕微鏡写真である。
金の結晶構造を示す顕微鏡写真である。
である。
視図であり、(b)は、(a)に対応するPb合金の結
晶構造を示す顕微鏡写真である。
である。
Claims (2)
- 【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Pb合金より構成され、また前記摺動面(3
a)に沿う仮想面(B)より突出して前記摺動面(3
a)を形成する複数の角錐体状結晶(5)を有し、それ
ら角錐体状結晶(5)は配向方向(h00)を持ち、前
記摺動面(3a)における前記角錐体状結晶(5)の面
積率AはA≧50%であり、また前記角錐体状結晶
(5)の頂点(a)と底面中央部(b)を通る直線
(c)が、前記仮想面(B)に垂直な基準線(d)に対
してなす傾き角をθとしたとき、前記角錐体状結晶
(5)の傾き角θは、0°≦θ≦30°であり、さらに
前記角錐体状結晶(5)の硬度Hmvが15≦Hmv≦
30であることを特徴とする摺動部材。 - 【請求項2】 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Pb合金より構成され、また前記摺動面(3
a)に沿う仮想面(B)より突出して前記摺動面(3
a)を形成する複数の角錐体状結晶(5)および複数の
角錐台状結晶(6)を有し、それら角錐体状結晶(5)
および角錐台状結晶(6)は配向方向(h00)を持
ち、前記摺動面(3a)における前記角錐体状結晶
(5)および前記角錐台状結晶(6)の面積率AはA≧
50%であり、また前記角錐体状結晶(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(n)と下底面中央
部(p)を通る直線(r)が、前記仮想面(B)に垂直
な基準線(d)に対してなす傾き角をθとしたとき、前
記角錐体状結晶(5)および前記角錐台状結晶(6)の
傾き角θは、0°≦θ≦30°であり、さらに前記角錐
体状結晶(5)および角錐台状結晶(6)の硬度Hmv
が15≦Hmv≦30であることを特徴とする摺動部
材。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP18704791A JP2704799B2 (ja) | 1991-07-02 | 1991-07-02 | 摺動部材 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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JP18704791A JP2704799B2 (ja) | 1991-07-02 | 1991-07-02 | 摺動部材 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
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JPH059789A JPH059789A (ja) | 1993-01-19 |
JP2704799B2 true JP2704799B2 (ja) | 1998-01-26 |
Family
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Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP18704791A Expired - Lifetime JP2704799B2 (ja) | 1991-07-02 | 1991-07-02 | 摺動部材 |
Country Status (1)
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JP (1) | JP2704799B2 (ja) |
Families Citing this family (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
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JP2572000B2 (ja) * | 1992-12-03 | 1997-01-16 | 本田技研工業株式会社 | 摺動面構成体 |
JPH07252693A (ja) * | 1994-03-17 | 1995-10-03 | Daido Metal Co Ltd | 複合めっき皮膜を有するすべり軸受 |
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CN1295383C (zh) * | 2002-06-05 | 2007-01-17 | 江南机器厂 | 锡铅铋合金镀层 |
-
1991
- 1991-07-02 JP JP18704791A patent/JP2704799B2/ja not_active Expired - Lifetime
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Publication number | Publication date |
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JPH059789A (ja) | 1993-01-19 |
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