JP3052008B2 - すべり軸受 - Google Patents

すべり軸受

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JP3052008B2
JP3052008B2 JP3165197A JP16519791A JP3052008B2 JP 3052008 B2 JP3052008 B2 JP 3052008B2 JP 3165197 A JP3165197 A JP 3165197A JP 16519791 A JP16519791 A JP 16519791A JP 3052008 B2 JP3052008 B2 JP 3052008B2
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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】本発明はすべり軸受、特に、相手
軸部材との摺動面を持つ表面層を備えたすべり軸受の改
良に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、この種すべり軸受として、前記表
面層をPb−Sn系合金より構成したものが知られてい
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、相手
軸部材が心振れを生じた場合、特に、摺動面の母線方向
両端部側に在って相手軸部材による摺動面圧が高くなる
周方向領域において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すべり軸受を提供
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、第1,第2半
体より環状に形成され、且つ相手軸部材との摺動面を持
つ表面層を備えたすべり軸受において、前記表面層は、
前記摺動面における両半体の相対向する中央部の母線方
向両端部側に在って前記相手軸部材の心振れによる摺動
面圧が高くなる周方向領域を形成すべく、複数の角錐体
状突起および複数の角錐台状突起の少なくとも一方を有
することを特徴とする。
【0006】
【実施例】図1,図2において、すべり軸受1は、エン
ジンにおける相手軸部材としてのクランクシャフトのジ
ャーナル部aに適用されるもので、ピストン側の第1半
体11 およびオイルパン側の第2半体12 より二つ割に
構成されている。両半体11 ,12 の両端面相互を衝合
することにより、外側に位置する環状基板2が形成さ
れ、またその基板2の内周面にはジャーナル部aとの摺
動面3aを持つ表面層3が形成される。基板2は裏金2
1 と、その裏金21 内周面に形成されて、表面層3を支
持するライニング層22 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2
2 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1,図2に明示するように、摺動面3a
において、ジャーナル部aが心振れを生じた場合、その
ジャーナル部aによる摺動面圧は、摺動面3aにおける
両半体1 1 ,1 2 の相対向する中央部bの母線方向両端
部側に在る周方向領域Bの方が、その領域Bを除く残部
領域Cに比べて高くなる。
【0013】このような摺動面圧の不均衡に対応するた
め、本発明においては、図2〜図4に明示するように、
表面層3が、各周方向領域Bを形成すべく、頂点dを摺
動面3a側に向けた複数の角錐体状突起、図示例では四
角錐体状結晶41 よりなる集合体を有するものである。
この四角錐体状結晶41 は、銅合金製ライニング層22
から延出する柱状晶5の先端部を形成する。この場合、
各周方向領域Bは、各半体11 ,12 の周長の略3分の
1の長さと、各半体11 ,12 の母線方向長さの略5分
の1の幅を有するが、各周方向領域Bは、各半体11
2 の全周に亘っていてもよい。また表面層3は、残部
領域Cを形成すべく、複数の粒状晶6よりなる集合体を
有し、それら粒状晶6の集合体表面より各四角錐体状結
晶41 の頂点dが突出している。このような二領域B,
Cの形成は、一方の領域BまたはCを電気メッキ処理に
より形成する際に、ライニング層22 の他方の領域Cま
たはBに対応する部位をマスキングする、といった手段
が採用される。その他の手段としては、極間距離を変え
る、スリットまたは遮蔽板を用いる等の電通制御法を挙
げることができる。
【0014】したがって、表面層3は多数の柱状晶5と
粒状晶6とより構成され、その表面層3の組成は、例え
ば8重量%Sn、2重量%Cu、残部Pbである。また
周方向領域B形成時の陰極電流密度は6A/dm2 に設
定され、一方、残部領域C形成時の陰極電流密度は3A
/dm2 に設定される。
【0015】図5は、周方向領域B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。
【0016】図6は、周方向領域B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】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。
【0019】
【表1】
【0020】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。
【0021】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。
【0022】図7は、残部領域C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。
【0023】図8は、残部領域C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。
【0024】
【表2】
【0025】図7および表2から明らかなように、Pb
合金結晶は、結晶面が特定の方向へ配向していないラン
ダム構造である。
【0026】表3は、各種すべり軸受において、その表
面層の組成、周方向領域Bの結晶構造等を比較したもの
である。比較例(1),(2)は、その表面層全体が前
記同様の粒状晶より構成されている。
【0027】
【表3】
【0028】本発明(1)は、図5に示した周方向領域
Bを有するすべり軸受に該当する。また本発明(2),
(3)は、本発明(1)に比べて陰極電流密度を上げた
場合に該当する。さらに本発明(4)は表面層の組成を
変えた場合である。比較例(1)は本発明(1)と同一
の組成を有し、比較例(2)は本発明(4)と略同一の
組成を有する。
【0029】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。
【0030】焼付きテストは、回転軸に各すべり軸受を
摺擦させ、その一方の周方向領域Bにおける負荷荷重を
漸次増加させることにより行われた。図9は、一方の周
方向領域Bが焼付きを発生したときの面圧を求めたもの
である。
【0031】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 。
【0032】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。これは、周方向領域Bが、四角錐体状結晶
1 の集合体より形成されていることからその領域Bの
表面積が拡大されて十分な保油性を有するからであり、
また四角錐体状結晶41 の頂点d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からである。
その上、結晶の(h00)面における配向指数Oeが1
00%であることによる四角錐体状結晶41 の硬度向上
も焼付き発生面圧を高める一因となっている。
【0033】このような効果を得るためには、四角錐体
状結晶41 として、底面積が1.5μm2 以上、15μ
2 以下、高さが1μm以上、3μm以下、といった大
きさのものを用いるのが良い。
【0034】図10は、表面層3が、各周方向領域Bを
形成すべく、前記と同様の比較的大形で複数の四角錐体
状結晶41 よりなる集合体を有し、また残部領域Cを形
成すべく、前記結晶41 よりも小形で、且つ頂点dを摺
動面3a側に向けた複数の角錐体状突起、図示例では四
角錐体状結晶42 よりなる集合体を有する場合を示す。
この場合、小形の四角錐体状結晶42 としては、底面積
が1.5μm2 未満、高さが1μm未満、といった大き
さのものが適当である。
【0035】このように残部領域Cを四角錐体状結晶4
2 の集合体より形成すると、その領域Cにも十分な保油
性をもたせることができる。
【0036】図11,図12(10,000倍の電子顕微鏡写
真)は、表面層3が、各周方向領域Bを形成すべく、上
底面eを摺動面3a側に向けた角錐台状突起、図示例で
は柱状晶5の先端部を形成する四角錐台状結晶7よりな
る集合体を有する場合を示す。その外に、表面層3が、
各周方向領域Bを形成すべく、複数の四角錐体状結晶4
1 および複数の四角錐台状結晶7よりなる集合体を有す
る場合も本発明に包含され、これらの場合にも前記同様
の摺動特性が得られる。これらの実施例においては、各
周方向領域Bの少なくとも一部が四角錐台状結晶7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。各実施
例において、残部領域Cも前記同様に四角錐台状結晶等
より形成してもよい。結晶の大、小関係は図10の例に
準じる。
【0037】四角錐体状結晶41 ,42 および/または
四角錐台状結晶7が、周方向領域Bおよび残部領域Cの
一部を形成する、即ち、四角錐体状結晶41 等が分散状
態で存在するものも本発明に包含される。この場合、各
領域B,Cにおける四角錐体状結晶41 等の面積率は5
0%以上に設定される。
【0038】前記のように優秀な摺動特性を得るために
は四角錐体状結晶41 ,42 および四角錐台状結晶7の
傾きが問題となる。
【0039】そこで、図4,図13に示すように、四角
錐体状結晶41 (または42 )の底面側に、摺動面3a
に沿う仮想面Fを規定し、また四角錐体状結晶41 (ま
たは42 )の頂点dと底面中央部gを通る直線hが、底
面中央部gを通り仮想面Fに垂直な基準線kに対してな
す傾き角をθと規定すると、四角錐体状結晶41 (また
は42)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の保油性お
よび頂点dの優先的摩耗性が低下する。
【0040】四角錐台状結晶7の場合の傾き角θは、図
11,図14に示すように上底面中央部mおよび下底面
中央部nを通る直線pと下底面中央部nを通り仮想面F
に垂直な基準線k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。
【0041】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
等の気相を介する形成方法を挙げることができる。また
摺動面における角錐体状突起等の形成に当っては、化学
エッチング、電気エッチング、気相エッチング(ボンバ
ード処理)等のエッチング法、転写、切削等の機械加工
等を適用することが可能である。
【0042】本発明は、クランクシャフトのジャーナル
部に限らず、コンロッドの大端部等他の軸部材にも適用
される。
【0043】
【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
を向上させたすべり軸受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】すべり軸受用半体の第1例の要部拡大概略展開
図である。
【図3】図2の3−3線断面図である。
【図4】周方向領域の第1例を示す要部概略斜視図であ
る。
【図5】周方向領域におけるPb合金の結晶構造を示す
顕微鏡写真である。
【図6】周方向領域におけるPb合金結晶のX線回折図
である。
【図7】残部領域におけるPb合金の結晶構造を示す顕
微鏡写真である。
【図8】残部領域における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】すべり軸受用半体の第2例の要部拡大概略展
開図である。
【図11】周方向領域の第2例を示す要部概略斜視図で
ある。
【図12】図11に対応するPb合金の結晶構造を示す
顕微鏡写真である。
【図13】四角錐体状結晶の傾き角測定法を示す説明図
である。
【図14】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 3 表面層 3a 摺動面 41 ,42 四角錐体状結晶(角錐体状突起) 7 四角錐台状結晶(角錐台状突起) a クランクシャフトのジャーナル部(相手軸部
材) B 周方向領域 C 残部領域 d 頂点 e 上底面
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−366020(JP,A) 特開 平4−366021(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) F16C 33/12 F16C 33/10 F16C 33/06

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 第1,第2半体(1 1 ,1 2 )より環状
    に形成され、且つ相手軸部材(a)との摺動面(3a)
    を持つ表面層(3)を備えたすべり軸受において、前記
    表面層(3)は、前記摺動面(3a)における両半体
    (1 1 ,1 2 )の相対向する中央部(b)の母線方向両
    端部側に在って前記相手軸部材(a)の心振れによる摺
    動面圧が高くなる周方向領域(B)を形成すべく、複数
    の角錐体状突起(41 )および複数の角錐台状突起
    (7)の少なくとも一方を有することを特徴とするすべ
    り軸受。
  2. 【請求項2】 第1,第2半体(1 1 ,1 2 )より環状
    に形成され、且つ相手軸部材(a)との摺動面(3a)
    を持つ表面層(3)を備えたすべり軸受において、前記
    表面層(3)は、前記摺動面(3a)を形成すべく、複
    数の角錐体状突起(41 ,42 )および複数の角錐台状
    突起(7)の少なくとも一方を有し、前記摺動面(3
    a)における両半体(1 1 ,1 2 )の相対向する中央部
    (b)の母線方向両端部側に在って前記相手軸部材
    (a)の心振れによる摺動面圧が高くなる周方向領域
    (B)には、前記突起のうち大形のものを配設し、前記
    摺動面(3a)の前記周方向領域(B)を除く残部領域
    (C)には、前記突起のうち小形のものを配設したこと
    を特徴とするすべり軸受。
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