JPH04325697A - 複合めっき皮膜付き摺動部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車、船舶、航空機
、その他一般産業機械等の軸受、平軸受等として使用さ
れるの摺動部材に関する。

【０００２】

【従来の技術】この種の摺動部材としては、鋼製裏金層
の上に軸受用銅合金層あるいはアルミニウム合金層を重
ね、さらに中間めっき層を介して鉛合金表面層を形成し
た積層体が知られている。

【０００３】さらに、この積層体の鉛合金表面層の耐摩
耗性および耐疲労性を改善するため、米国特許第２，６
０５，１４９号明細書、同第３，１８０，００８号明細
書、特公昭３９−２２４９８号公報に開示されるように
、Ｐｂに対するＳｎ、Ｃｕ、Ｉｎ等の合金元素添加量を
種々変えたものが提案され、実用に供されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかるに、最近の自動
車エンジンでは、価格低減化に対する要請から、球状黒
鉛鋳鉄等の鋳鉄製軸受が使用されるようになり、この鋳
鉄製軸受においては軸表面における黒鉛の周辺に存在す
る突出部（ばり）等により、軸を支承する積層軸受の表
面層が早期に摩耗し、中間めっき層あるいは軸受合金層
が露出し、急速に焼付を起こすという問題点があった。

【０００５】また、一般に使用される鋼軸にあっても、
高速回転、高荷重の下で使用される傾向にあり、そのた
め表面層の摩耗の進行が早く、同様な問題が生じていた
。

【０００６】かかる問題点を解決するため、本発明者等
は先に出願した特願平２−４９１３２において、摺動部
材の複合めっき皮膜の発明を提案した。この発明は、Ｓ
ｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｃｕから選ばれた１種または２種以上
を合計で２〜３０重量％含有するＰｂ合金に無機物粒子
を０．３〜２５容量％分散共析させた摺動部材の複合め
っき皮膜であって、この表面の複合めっき皮膜層中の相
対的に硬い無機物粒子がマトリックスを保護し、摺動部
材の表面層の摩耗が防止される。

【０００７】しかしながら、複合めっき皮膜はめっき浴
中に浮遊している粉末粒子がめっき金属の電析に際して
共析包含されるものであるため、共析粒子の量が多くな
る程複合めっき皮膜の表面が粗くなることは良く知られ
ており、そのため前記提案においても無機物粒子の分散
量を増加すると、摺動部材の耐摩耗性は増加するものの
、相手軸の摩耗量が増加するという問題点がある。

【０００８】そこで、相手軸の摩耗量を低減するために
、無機物粒子の分散量を低減する必要があるが、分散さ
せる無機物粒子の量をあまり低減すると、今度は軸受材
である摺動部材の摩耗量が増加してしまう。最近の自動
車エンジンでは高速回転、高荷重下で使用されるため、
従来の軸受材では軸受自身の摩耗と相手シャフトの摩耗
を同時に少なくすることが困難であり、しかも高負荷条
件下において、初期焼付きがみられる。

【０００９】本発明は無機物粒子を分散させた鉛合金複
合めっき皮膜を表面に形成した摺動部材の前記のごとき
問題点を解決すべくなされたものであって、高速回転、
高荷重下で使用されても、初期焼付きが見られず、相手
シャフトの摩耗量と共に軸受材である摺動部材自身の摩
耗量の少ない摺動部材を提供することを目的とする。

【００１０】

【課題を解決するための手段】発明者等は、相手軸材料
の摩耗の原因が、鉛合金めっき皮膜内に無機物粒子を分
散させただけでは、その表面粗さが粗大となり、軸と軸
受の摩擦力が大きくなってしまうことにあることに鑑み
、運転開始時すなわち初期摩耗段階で摩擦係数を低減す
ることについて鋭意研究を重ねた。

【００１１】その結果、鉛合金複合めっき皮膜の表面層
の無機物粒子の分散量を極力低減し、運転開始の初期段
階での相手軸材料と摺動部材の馴染みを改善すると共に
、鉛合金複合めっき皮膜が深くなるに従って段階的にあ
るいは連続的に無機物粒子の分散量を増加し、爾後の摺
動材の耐摩耗性を確保することを着想して本発明を完成
した。

【００１２】本発明の複合めっき皮膜付き摺動部材は、
無機物粒子を共析させた鉛合金複合めっき皮膜を表面に
有する摺動部材において、前記無機物粒子の前記複合め
っき皮膜中に占める割合が全体として０．３〜２５容量
％であり、前記複合めっき皮膜の最表面層中の前記無機
物粒子の共析量を０とするか少なくとも内部より低減し
、前記複合めっき皮膜が深くなるにしたがって前記無機
物粒子の割合が増加する多層または連続構造であること
を要旨とする。

【００１３】鉛合金複合めっき皮膜は、摺動部材が自動
車内燃機関の構成部材であれば、一般に１０〜３０μｍ
の厚さにされる。この厚さは限定的なものではなく、例
えば船舶用内燃機関等の摺動部材のような低面圧で使用
される場合は、厚さ５０〜１００μｍの例もある。

【００１４】複合化粒子用無機物としては、ＢＮ、Ｔｉ
Ｎ、ＡｌＮ、Ｓｉ３Ｎ４等の窒化物、ＳｉＣ、ＴｉＣ、
Ｂ４Ｃ、ＴａＣ等の炭化物、（ＣＦ）ｎ、ＣａＦ２等の
ふっ化物、ＭｏＳ２、ＷＳ２等の硫化物の他、ＢａＳＯ
４、Ｗ、Ｍｏ等を挙げ得る。

【００１５】これらの無機物粒子は粒径１５μｍ以下の
ものに限定される。粒径が１５μｍを越えると、めっき
層の靱性が失われるので、摩耗の原因となる。故に、無
機物粒子径は最大１５μｍ、好ましくは１０μｍ以下と
する。

【００１６】鉛合金複合めっき皮膜中に含まれる無機物
粒子の量は、０．３〜２５容量％に限定される。無機物
粒子の量が０．３容量％未満では効果が少なく、２５容
量％を越えると、複合めっき皮膜の靱性が失われるから
である。最も好ましい量は０．５〜２０容量％である。

【００１７】摺動部材表面にオーバレイされる鉛合金複
合めっき皮膜中に分散共析される無機物粒子の分散量は
、めっき浴中に懸濁浮遊させる無機物粒子の量、電流密
度、液温等のめっき条件を適宜選択することにより、変
化させることができる。無機物粒子の分散量の変化は、
段階的に変化する多層構造でも良く、あるいは連続的に
変化する連続構造でも良い。

【００１８】鉛合金複合めっき皮膜の最表面における無
機物粒子の分散量は、図９の表面層の無機物粒子の分散
量と焼付発生までの時間との関係図に示したように、無
機物粒子分散量が５容量％を越えると初期の摩擦係数が
高く焼付きが発生しやすいことから、０〜３容量％とす
ることが好ましい。

【００１９】複合めっき皮膜中の鉛合金が、Ｓｎ、Ｉｎ
、Ｓｂ、Ｃｕの一種または二種以上を合計で２〜３０重
量％を含有するものである場合には、表面層の機械的強
度および潤滑油（とくに劣化油）に対する耐食性が向上
する。これら元素の含有量が２重量％未満では、機械的
強度が低く且つ長期間における耐食性が低下し、また含
有量が３０重量％を越えると、高温における機械的強度
が著しく低下する。従ってこれら元素の含有量は２〜３
０重量％とする。最も好ましいのは３〜２５重量％であ
る。

【００２０】本発明における摺動部材は、鋼製裏金層と
、軸受銅合金層あるいはアルミニウム合金層と、表面層
としての鉛合金複合めっき皮膜とからなる多層体として
提供される。表面層である複合めっき皮膜と軸受銅合金
またはアルミニウム合金層との間には、中間めっき層を
設けることが推奨される。

【００２１】この中間めっき層としては、Ｎｉ、Ｃｏ、
Ｆｅ、Ｃｕ、Ａｇよりなる群から選ばれたいずれか一つ
の金属または該金属を主成分とする合金が用いられる。 Ｎｉ、Ｃｏ、Ｆｅは、表面層として複合めっき皮膜中の
Ｓｎ、Ｉｎ、あるいはＳｂが、素地合金（すなわち軸受
銅合金）中に拡散してマトリックスの強度あるいは耐食
性が低下する現象を防ぐ作用を有しており、Ｃｕ、Ａｇ
はＩｎとの間の拡散合金の生成が摺動特性上好ましく、
またアルミニウム合金上へのめっきにより耐焼付性の向
上を図り得るという効果も有している。

【００２２】

【作用】本発明の摺動部材は、表面に形成した鉛合金複
合めっき皮膜の表面層の無機物粒子の分散量を０とする
か極力低減したので摩擦係数が小さく、運転開始時の初
期摩耗段階では相手部材との馴染みが良く、初期焼付き
が防止される。摺動部材と相手部材とが良く馴染んだ後
に正常摩耗に移行すると、複合めっき皮膜表面層下の無
機物粒子の分散量が次第に多くなる層が露出するので、
摺動部材の摩耗が防止される。そのため、摺動部材と相
手部材の摩耗が少なくなる。

【００２３】

【実施例】本発明の実施例を比較例と共に説明し、本発
明の効果を明らかにする。図１〜図３は本発明の実施例
の摺動部材の断面図、図４〜６は比較例の摺動部材の断
面図を示す。鋼製裏金４の片面に銅合金粉末（Ｃｕ−２
３Ｐｂ─３．５Ｓｎ）を焼結し、あるいは軸受用アルミ
ニウム合金薄板（Ａｌ−６Ｓｎ−１Ｃｕ−１Ｎｉ）を重
ねてロール圧延法により圧接し、銅合金層またはアルミ
ニウム合金層３を形成した。次にこれを切断後機械加工
して、図７に示すように３０ｍｍ平方の平板に仕上げた
。

【００２４】この平板試験片を通常の溶剤脱脂、電解脱
脂、酸洗いの順で前処理を行い、次いで銅合金面３に通
常のワットＮｉめっき浴で浴温５０℃にて陰極電圧６Ａ
／ｄｍ２で電解し、１．５μｍの厚さの中間めっき層２
を施した。なお、Ｎｏ．１０についてはこのＮｉ中間め
っき層２を省略した。

【００２５】続いて、通常の硼ふっ化鉛合金めっき浴に
無機物粒子としてＳｉＣ、Ｓｉ３Ｎ４またはＢＮの粉末
を１５〜２５ｇ／ｌめっき浴中に分散させて、浴温２５
℃で陰極電流密度３〜５Ａ／ｄｍ２にて共析分解させ無
機物粒子と鉛合金複合めっき皮膜１を得た。なお、鋼製
裏金の裏面にはそれぞれ防錆用Ｓｎめっき層５を設けた
。

【００２６】本発明の実施例の複合めっき皮膜１は、図
１に示すように無機物分散粒子の共析量を表面で０とし
表面から深くなるに従って共析量が直線的に増加する連
続構造とするか（Ｎｏ．４）、あるいは図２および図３
に示すように、比較的薄い表面層である第１層１ａと、
中間層である第２層１ｂおよび最深層である第３層１ｃ
の３層からなる多層構造とし、さらに第１層の無機物粒
子の共析量を０とするか（図２−Ｎｏ．２）、１％以下
とし（図３−Ｎｏ．１、３、５〜１０）、第２層および
第３層の無機物粒子の共析量を順次増加した。なお、各
層の厚さは第１層は５μｍ以下とし、第２層および第３
層は５〜１０μｍの範囲とした。

【００２７】一方、比較例の複合めっき皮膜１について
は、図６に示すように無機物粒子を全く共析させなかっ
たもの（Ｎｏ．１３）、あるいは無機物粒子の共析量の
変化を付けずに第１層〜第３層の共析量を均一にし、図
５に示すように無機物粒子の共析量の極端に少なかった
もの（Ｎｏ．１１）、図４に示すように無機物粒子の共
析量の多かったもの（Ｎｏ．１２、１４）について調製
した。

【００２８】なお、実施例および比較例の軸受合金層の
種類、中間めっき層、複合めっき皮膜の鉛合金の組成、
無機物粒子の種類、サイズ、第１層〜第３層の無機物粒
子共析量は表１にまとめて示した。

【００２９】

【表１】

【００３０】図７に示すように、表１に示したＮｏ．１
〜Ｎｏ．１４の各摺動部材により構成された平板試験片
６（３０ｍｍ角×厚さ２．５ｍｍ）とシャフト材（Ｓ４
５Ｃを高周波焼入しＨｖ６００としたもの）よりなる円
筒試験片７（内径２０ｍｍ×外径２５．６ｍｍ×厚さ１
７ｍｍ、摺動面積１．４ｃｍ２）を組み合わせて５Ｗ−
３０ベースオイル中で２０００ｒｐｍで回転させた平板
試験片６に円筒試験片７の端面を２７５ｋｇの荷重で押
しつけて６０分間の摩耗試験を行い摩耗量を測定して得
られた結果を図８に示した。

【００３１】図８から明らかなように、比較例であるＮ
ｏ．１１は複合めっき皮膜１中の無機物粒子共析量が表
面から深さ方向に変化がなくまた０．３％と少なかった
ため、摺動部材の摩耗が多くなっており、Ｎｏ．１２は
複合めっき皮膜中の無機物粒子共析量が表面から３０％
と多いため、摩耗試験初期に（所定の荷重にセット後直
ぐに）焼付きを発生し、摺動部材およびシャフト材とも
摩耗が多くなった。

【００３２】また、比較例のＮｏ．１３は無機物粒子を
分散させていないため、オーバレイしためっき層の摩耗
性がなく、オーバレイ層が摩滅し、若干下地の中間めっ
き層２および銅合金層３が露出し、シャフト材の摩耗も
多くなっている。さらに、無機物粒子を均一に１０％分
散させた比較例であるＮｏ．１４は、摩耗試験終了近く
（約５０分）で焼付きが発生し、摺動部材およびシャフ
ト材とも摩耗が多くなり、相手攻撃性の大きいことが分
かった。

【００３３】なお、比較例において無機物粒子の分散量
を０％から３０％まで変化させて、摩耗試験における焼
付き発生までの時間を測定したところ、図９に示すよう
な結果を得た。図９に示す結果より無機物粒子の分散量
が５％を越えると、試験初期の摩擦係数が高く、焼付き
が発生し易くなることが明らかになった。このことから
、本発明においては第１層の無機物粒子の分散量は３％
以下とすることが好ましいことが分かる。

【００３４】これに対して本発明の実施例であるＮｏ．
１〜Ｎｏ．１０では、焼付きの発生がなく、かつ摺動部
材およびシャフト材ともに摩耗量が少なく、本発明の効
果が確認された。

【００３５】

【発明の効果】本発明の摺動部材は、無機物粒子を共析
させた鉛合金複合めっき皮膜を表面に有する摺動部材に
おいて、無機物粒子が、複合めっき皮膜中に占める割合
を０．３〜２５容量％とすると共に、複合めっき皮膜の
最表面層中の無機物粒子の共析量を０とするか少なくと
も内部より低減し、複合めっき皮膜が深くなるにしたが
って無機物粒子の割合が増加する多層または連続構造と
したものであって、表面層の摩擦係数が少なく運転開始
時の初期摩耗段階では相手部材との馴染みが良いので、
初期焼付きが防止され、摺動部材と相手部材とが良く馴
染んだ後に正常摩耗に移行すると、複合めっき皮膜表面
層下の無機物粒子の分散量が次第に多くなる層が露出す
るので、摺動部材の摩耗が防止され、結果として高速高
負荷条件下において摺動部材自身と相手軸部材の摩耗を
同時に減少し、エンジンその他産業機械の耐久性と信頼
性を大幅に向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例の部分断面図である。

【図２】本発明の実施例の部分断面図である。

【図３】本発明の実施例の部分断面図である。

【図４】本発明の比較例の部分断面図である。

【図５】本発明の比較例の部分断面図である。

【図６】本発明の比較例の部分断面図である。

【図７】摩耗試験に用いた円筒試験片と平板試験片の斜
視図である。

【図８】摩耗試験における摺動部材と相手部材の摩耗量
を実施例と比較例について示す図である。

【図９】複合めっき皮膜の表面層の無機物粒子分散量（
容量％）と摩耗試験における焼付き発生までの時間の関
係を示す線図である。

【符号の説明】

１　　複合めっき層　　　　　　　　　　　　　　　　
　　１ａ　　複合めっき層の第１層 １ｂ　　複合めっき層の第２層　　　　　　　　１ｃ　
　複合めっき層の第３層 ２　　中間めっき層　　　　　　　　　　　　　　　　
　　３　　銅合金層またはアルミニウム合金層 ４　　鋼製裏金　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　５　　防錆Ｓｎめっき層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　無機物粒子を共析させた鉛合金複合め
   っき皮膜を表面に有する摺動部材において、前記無機物
   粒子の前記複合めっき皮膜中に占める割合が全体として
   ０．３〜２５容量％であり、前記複合めっき皮膜の最表
   面層中の前記無機物粒子の共析量を０とするか少なくと
   も内部より低減し、前記複合めっき皮膜が深くなるにし
   たがって前記無機物粒子の割合が増加する多層または連
   続構造であることを特徴とする複合めっき皮膜付き摺動
   部材。
2. 【請求項２】　　前記複合めっき皮膜の鉛合金が、Ｓｎ
   、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｃｕの一種または二種以上を合計で２〜
   ３０重量％を含有し、残部が実質的にＰｂであることを
   特徴とする請求項第１項に記載の複合めっき皮膜付き摺
   動部材。