JP2704801B2 - 摺動部材 - Google Patents

摺動部材

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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、表面層の結晶構造を
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
面層をPb合金結晶の集合体より構成し、前記表面層に
対するX線回折法の適用下、ミラー指数で(h00)面
を摺動面側に向けた第1配向結晶の積分強度をI(a) と
し、またミラー指数で(111)面および(222)面
を摺動面側に向けた第2配向結晶の積分強度をI(b) と
したとき、 0.6≦I(a) /ΣI(ab)≦1.0 (ただし、ΣI(ab)=I(a) +I(b) であり、また、I
(b) =0を含む) の関係を成立させたことを特徴とする。
【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合金結晶の集合体より構
成され、その厚さは5〜50μm、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+
よび添加剤を含むホウフッ化系メッキ液が用いられる。
添加剤としては、有機系添加剤が用いられ、その有機系
添加剤には、ハイドロキノン、カテコール等のキノン系
化合物、ゼラチン、ペプトン等のアミノ酸系化合物、ベ
ンズアルデヒド、バニリン等のアルデヒド類から選択さ
れる少なくとも一種が該当する。この有機系添加剤の添
加量は、総和として、1リットル当り1.5〜18gで
ある。メッキ液には、必要に応じて通電時の液抵抗調整
のためにホウフッ酸およびホウ酸が添加される。またメ
ッキ液の温度は5〜35℃、陰極電流密度は3〜15A
/dm2 にそれぞれ設定される。
【0012】表面層4は、摺動面4aを形成すべく、ミ
ラー指数で(h00)面を摺動面側に向けた第1配向結
晶を有する。この第1配向結晶は表面層4の摺動特性を
向上させる機能を備えている。また表面層4は第1配向
結晶の外に、ミラー指数で(111)面および(22
2)面を摺動面側に向けた第2配向結晶を有することも
ある。
【0013】Pb合金結晶においては、(h00)面
と、(111)面〔(222)面を含む〕とは一方が増
加すれば、他方が減少する関係にあり、したがって表面
層4が第1配向結晶のみから構成される場合を除いて、
第1配向結晶と第2配向結晶とを相関させて考察しなけ
ればならない。
【0014】この点を考慮して、表面層4における第1
配向結晶の存在率は次のように設定される。
【0015】即ち、表面層4に対するX線回折法の適用
下、ミラー指数で(h00)面を摺動面側に向けた第1
配向結晶の積分強度をI(a) とし、またミラー指数で
(111)面および(222)面を摺動面側に向けた第
2配向結晶の積分強度をI(b)としたとき、 0.6≦I(a) /ΣI(ab)≦1.0 (ただし、ΣI(ab)=I(a) +I(b) であり、またI
(b) =0を含む) の関係を成立させるものである。ここで、I(a) /ΣI
(ab)は第1配向結晶の存在率R1 である。
【0016】図3,図4に示すように、(h00)面を
摺動面側に向けた第1配向結晶51 は、ライニング層3
から延出する柱状晶であって、摺動面4aを形成する四
角錐体状先端部6を有する。
【0017】このような第1配向結晶51 の存在率R1
を前記のように設定すると、四角錐体状先端部6の頂点
a側を優先的に摩耗させて表面層4の初期なじみ性を良
好にすることができ、また四角錐体状先端部6により摺
動面4aの表面積を拡大して、その表面層4に十分な保
油性を持たせることができる。これにより表面層4の耐
焼付き性を向上させることができる。
【0018】また(h00)面配向に伴い、第1配向結
晶51 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の硬度が増すと共
に前記保油性を得て、表面層4の耐摩耗性を向上させる
ことができる。図3,図4において、52 は第2配向結
晶であり、粒状晶を呈する。
【0019】前記のように優秀な摺動特性を得るために
は、第1配向結晶51 の傾きが問題となる。
【0020】そこで、図5に示すように四角錐体状先端
部6の底面側に、その先端部6を突出させて摺動面4a
に沿う仮想面Bを規定し、また四角錐体状先端部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、第1配向結晶51 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の保油性および頂点a側の優先的摩耗性が低下
して表面層4の耐焼付き性および耐摩耗性が低下する。
【0021】以下、具体例について説明する。
【0022】Cu合金製ライニング層3上に電気メッキ
処理を施してPb合金結晶の集合体よりなる表面層4を
形成した。
【0023】電気メッキ処理条件は次の通りである。メ
ッキ液:1リットル当り100gのPb2+、1リットル
当り10gのSn2+および1リットル当り3gのCu2+
を含むホウフッ化メッキ液;添加剤:有機系添加剤;メ
ッキ液温度:25℃;電流密度:8A/dm2
【0024】図6は、表面層4におけるPb合金結晶の
X線回折図であり、ピークf1 が(200)面を、また
ピークf2 が(400)面をそれぞれ示し、したがっ
て、両面は(h00)面に属する。本図より、表面層4
は、第1配向結晶51 のみによって構成されていること
が確認された。この場合、全積分強度ΣI(ab)は、ΣI
(ab)=679,996 (ただし、I(b) =0)であり、第1配
向結晶51 の積分強度I(a) に等しい。したがって、第
1配向結晶51 の存在率R1 は、R1 =1.0である。
【0025】図7は、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)であり、図8
は、表面層4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(5,000 倍)である。図7,図8よ
り、表面層4は第1配向結晶51 、したがって柱状晶よ
り構成され、また摺動面4aが四角錐体状先端部6より
形成されていることが判る。第1配向結晶51 の傾き角
θは、0°≦θ≦10°である。またPb合金は8重量
%のSnと2重量%のCuとを含有する。
【0026】図9は、他の摺動面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。
本図においては四角錐体状先端部6の外に、第2配向結
晶52 である粒状晶が観察される。
【0027】図9において、第1配向結晶51 の積分強
度I(a)は、I(a) =37,172であり、また第2配向結晶
2 の積分強度I(b) は、I(b) =24,781である。した
がって、第1配向結晶51 の存在率R1 は、R1=0.
6である。また第1配向結晶51 の傾き角θは0°≦θ
≦10°である。
【0028】図10は、各種すべり軸受1の表面層4に
おいて、第1配向結晶51 の存在率R1 と焼付き発生面
圧との関係を示す。図中、線g1 は第1配向結晶51
傾き角θが0°≦θ≦10°の場合に、線g2 は第1配
向結晶51 の傾き角θが0°≦θ≦20°の場合に、線
3 は第1配向結晶51 の傾き角θが0°≦θ≦30°
の場合にそれぞれ該当する。
【0029】焼付きテストは、回転軸に各すべり軸受1
を摺擦させ、そのすべり軸受1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
1の表面層4が焼付きを発生したときの面圧を求めたも
のである。
【0030】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 。
【0031】図10から明らかなように、第1配向結晶
1 の存在率R1 をR1 ≧0.6に設定することによっ
て表面層4の耐焼付き性を向上させることができる。第
1配向結晶51 の存在率R1 の好ましい範囲は0.8≦
1 ≦1.0である。なお、R1 =1.0の場合が、最
も優れた耐焼付き性を示す。
【0032】表面層4においては、(h00)面、(1
11)面、(222)面以外の結晶面を摺動面側に向け
た第3配向結晶が析出することがあり、その結晶面に
は、ミラー指数で(220)面、(311)面、(33
1)面および(420)面が含まれる。第3配向結晶は
表面層4の耐焼付き性に悪影響を与えるので、その存在
率を抑制することが必要である。
【0033】これらの点を考慮して、表面層4における
第3配向結晶の存在率は次のように設定される。
【0034】即ち、表面層4に対するX線回折法の適用
下、ミラー指数で(h00)面を摺動面側に向けた第1
配向結晶51 の積分強度をI(a)とし、またミラー指数
で(111)面および(222)面を摺動面側に向けた
第2配向結晶52 の積分強度をI(b) とし、さらに(h
00)面、(111)面および(222)面以外の結晶
面を摺動面側に向けた第3配向結晶の積分強度をI(c)
としたとき、 I(c) /ΣI(abc) ≦0.2 (ただし、ΣI(abc) =I(a) +I(b) +I(c) であ
り、また、I(b) =0を含む)の関係を成立させるもの
である。ここで、I(c) /ΣI(abc) は第3配向結晶の
存在率R2 である。
【0035】図11は、各種すべり軸受1の表面層4に
おいて、第3配向結晶の存在率R2 と焼付き発生面圧と
の関係を示す。図中、線h1 は、第1配向結晶51 の存
在率R1 が、R1 =1.0、したがってI(b) =0であ
って表面層4は第1および第3配向結晶より構成され
る。また線h2 は、第1配向結晶51 の存在率R1 が、
1 =0.8であって表面層4は第1,第2,第3配向
結晶より構成される。なお、焼付きテストは前記と同一
方法および同一条件下で行われた。
【0036】図11から明らかなように、第3配向結晶
の存在率R2 を、R2 ≦0.2に設定することによって
表面層4の耐焼付き性を向上させることができる。第3
配向結晶の存在率R2 は、好ましくは、R2 ≦0.1で
ある。なお、R2 =0は、表面層4に第3配向結晶が存
在しない場合である。
【0037】表面層4の最適状態は、第1配向結晶51
の傾き角θが、0°≦θ≦10°であり、またその存在
率R 1 が、 R 1 =I(a) /ΣI(abc) ≧0.8 のときである。
【0038】なお、本発明はすべり軸受以外の摺動部材
にも適用される。
【0039】
【発明の効果】本発明によれば、表面層の結晶構造を前
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】摺動面の要部概略図である。
【図4】表面層の要部概略縦断面図である。
【図5】第1配向結晶の傾き角測定法を示す説明図であ
る。
【図6】表面層におけるPb合金結晶のX線回折図であ
る。
【図7】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】表面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9】他の摺動面におけるPb合金の結晶構造を示す
顕微鏡写真である。
【図10】第1配向結晶の存在率と焼付き発生面圧との
関係を示すグラフである。
【図11】第3配向結晶の存在率と焼付き発生面圧との
関係を示すグラフである。
【符号の説明】
1 すべり軸受(摺動部材) 4 表面層 4a 摺動面 51 第1配向結晶 52 第2配向結晶 x 相手部材

Claims (2)

    (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)をPb合金結晶の集合体より構成し、前記表面層
    (4)に対するX線回折法の適用下、ミラー指数で(h
    00)面を摺動面側に向けた第1配向結晶(51 )の積
    分強度をI(a) とし、またミラー指数で(111)面お
    よび(222)面を摺動面側に向けた第2配向結晶(5
    2 )の積分強度をI(b) としたとき、 0.6≦I(a) /ΣI(ab)≦1.0 (ただし、ΣI(ab)=I(a) +I(b) であり、また、I
    (b) =0を含む) の関係を成立させたことを特徴とする摺動部材。
  2. 【請求項2】 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)をPb合金結晶の集合体より構成し、前記表面層
    (4)に対するX線回折法の適用下、ミラー指数で(h
    00)面を摺動面側に向けた第1配向結晶(51 )の積
    分強度をI(a) とし、またミラー指数で(111)面お
    よび(222)面を摺動面側に向けた第2配向結晶(5
    2 )の積分強度をI(b) とし、さらに(h00)面、
    (111)面および(222)面以外の結晶面を摺動面
    側に向けた第3配向結晶の積分強度をI(c) としたと
    き、 I(c) /ΣI(abc) ≦0.2 (ただし、ΣI(abc) =I(a) +I(b) +I(c) であ
    り、また、I(b) =0を含む) の関係を成立させたことを特徴とする摺動部材。
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