JP2704800B2 - 摺動部材 - Google Patents

摺動部材

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JP2704800B2
JP2704800B2 JP3197431A JP19743191A JP2704800B2 JP 2704800 B2 JP2704800 B2 JP 2704800B2 JP 3197431 A JP3197431 A JP 3197431A JP 19743191 A JP19743191 A JP 19743191A JP 2704800 B2 JP2704800 B2 JP 2704800B2
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義和 藤沢
丈志 成重
誠 辻
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Honda Motor Co Ltd
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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
することによって、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Pb−Sn系合金より構成され、また前記摺動面
を形成すべく、上底面を摺動面側に向けた複数の角錐台
状結晶を有す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、裏金2と、その裏金2の内周面
に形成されたライニング層3と、そのライニング層3の
表面に形成されて相手部材xとの摺動面4aを持つ表面
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Cuメッキ層が、またライニング層3および表面層4
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。
【0007】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300μ
m程度である。表面層4はPb−Sn系合金(以下、単
にPb合金と言う)より構成され、その厚さは5〜50
μm、通常は20μm程度である。
【0008】表面層4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4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4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4の強度が低下する。In等を添
加する場合には、表面層4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4は、電気メッキ処理、それに次ぐ
2次加工を経て形成される。電気メッキ処理において、
メッキ液としては、1リットル当り40〜180gのP
2+、1リットル当り1.5〜35gのSn2+、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1
0〜35℃、陰極電流密度は3〜15A/dm2 にそれ
ぞれ設定される。2次加工としては、ホウフッ酸塩水溶
液中で陽極溶解を行う電気的溶解法、研摩布を用いる機
械的研摩法等が適用される。
【0012】図3は、メッキ処理により得られた基層表
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、また図4は、基層を縦断した場合
におけるPb合金の結晶構造を示す電子顕微鏡写真(1
0,000倍)である。基層は8重量%のSnと、2重量%
のCuとを含有するPb合金よりなる。その基層はCu
合金製ライニング層3上に形成され、基層を形成する際
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2〜図5に明示するように、基層5は、
頂点aを摺動面4a側に向けた複数のPb合金の四角錐
体状結晶6を有する。各四角錐体状結晶6はライニング
層3より延出する各柱状晶7の先端部を形成しており、
したがって基層5は柱状晶7の集合体よりなる。
【0014】表面層4は、基層5表面に、例えば機械的
研摩法を適用して頂点a側を削ることにより形成され
る。図6は、表面層4の摺動面4a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
6,図7から明らかなように、表面層4は、摺動面4a
を形成すべく、上底面bを摺動面4a側に向けた複数の
角錐台状結晶、図示例では四角錐台状結晶8を有する。
【0015】四角錐台状結晶8において、その下底面c
の面積Aは0.25μm2 ≦A≦64μm2 、上底面b
の面積Bは0.25×10-2μm2 ≦B≦52μm2
あり、したがって両面積の比B/Aは、0.01≦B/
A≦0.8に設定される。これは、下底面cの一辺の長
さyと、上底面bの一辺の長さzの比でいえば、0.1
≦z/y≦0.9となる。
【0016】図8は、表面層4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。
【0017】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。
【0018】前記Pb合金結晶の(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1の通りである。
【0019】
【表1】 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。
【0020】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4の硬度が増してその耐焼付き性が
向上する。
【0021】図9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Cu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。
【0022】図10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。
【0023】
【表2】 図9,図10および表2から明らかなように、従来例P
b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(h0
0)面配向のPb合金に比べて低くなる。
【0024】表3は、本発明および比較例すべり軸受に
おいて、その表面層の組成、(h00)面における配向
指数Oe、結晶構造等を比較したものである。
【0025】
【表3】 比較例(1)は、両面積の比B/Aが本発明における下
限値未満の場合に、また比較例(2)は、両面積の比B
/Aが本発明における上限値を超えている場合にそれぞ
れ該当する。比較例(3)は前記従来例におけるPb合
金(図9)に該当し、その結晶形状は不定形状である。
比較例(4)は本発明(4)と略同一の組成を有し、ま
た比較例(3)と略同様の結晶形状を有する。
【0026】図11は、本発明(1)〜(4)および比
較例(1)〜(4)の焼付きテスト結果を示す。
【0027】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11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。
【0028】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 。
【0029】図11から明らかなように、本発明(1)
〜(4)は、比較例(1)〜(4)に比べて優れた耐焼
付き性を有する。このような効果が得られる理由は、摺
動面4aが四角錐台状結晶8より形成されているので、
摺動開始初期より四角錐台状結晶8の上底面bと相手部
材xとの間に油膜を形成させて表面層4の初期なじみ性
を良好にすると共に安定化させることができるからであ
り、また四角錐台状結晶8により摺動面4aの表面積を
拡大して、表面層4に十分な保油性を持たせることがで
きるからである。
【0030】なお、両面積の比B/Aが、比較例(1)
のようにB/A<0.01になると、四角錐台状結晶8
における上底面bの面積が小さすぎて油膜形成能が低下
し、また局部面圧が増加する。一方、比較例(2)のよ
うにB/A>0.8になると、四角錐台状結晶8の高さ
が低くなるため、摺動面4aの表面積が減少して表面層
4の保油性が低下する。
【0031】四角錐台状結晶8が摺動面4a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4
aにおける四角錐台状結晶8の面積率は50%以上に設
定される。
【0032】前記のように優秀な摺動特性を得るために
は、四角錐台状結晶8の傾きが問題となる。
【0033】そこで、図7,図12に示すように四角錐
台状結晶8の下底面c側に、その結晶8を突出させて摺
動面4aに沿う仮想面Dを規定し、また四角錐台状結晶
8の上底面中央部eと下底面中央部fを通る直線gが、
下底面中央部fを通り仮想面Dに垂直な基準線hに対し
てなす傾き角をθと規定すると、四角錐台状結晶8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4の保油性および上底面bに
よる油膜形成能が低下する。
【0034】前記実施例では、基層を電気メッキ法によ
り形成したが、その他の基層形成方法としては、PV
D、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
【0035】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。
【0036】
【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】基層表面におけるPb合金の結晶構造を示す顕
微鏡写真である。
【図4】基層を縦断した場合におけるPb合金の結晶構
造を示す顕微鏡写真である。
【図5】基層の要部概略斜視図である。
【図6】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7】表面層の要部概略斜視図である。
【図8】表面層におけるPb合金結晶のX線回折図であ
る。
【図9】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10】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11】焼付きテスト結果を示すグラフである。
【図12】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) 4 表面層 4a 摺動面 8 四角錐台状結 b 上底面 c 下底面 x 相手部材
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 F16C 33/14 7123−3J F16C 33/14 Z

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 相手部材(x)との摺動面(4a)を持
    つ表面層(4)を備えた摺動部材において、前記表面層
    (4)はPb−Sn系合金より構成され、また前記摺動
    面(4a)を形成すべく、上底面(b)を摺動面側に向
    けた複数の角錐台状結晶(8)を有することを特徴とす
    る摺動部材
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JPH0517896A JPH0517896A (ja) 1993-01-26
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Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPH059789A (ja) * 1991-07-02 1993-01-19 Honda Motor Co Ltd 摺動部材

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPH059789A (ja) * 1991-07-02 1993-01-19 Honda Motor Co Ltd 摺動部材

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