JPH04366020A - すべり軸受 - 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、特に
、摺動面の相手軸部材による摺動面圧が高くなる母線方
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、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、前記摺動面の前記相手軸部材による摺動面
圧が高くなる母線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４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２１　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２
１　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２２　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５０〜５００
μｍ、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２０
μｍ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、Ｎｉ
、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Ｓ
ｎ２＋、必要に応じて１リットル当り１５ｇ以下のＣｕ
２＋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３〜１５
Ａ／ｄｍ２　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、ピストンの往復動に伴うジャーナル部ａによ
る摺動面圧は、両半体１１　，２２の相対向する中央部
ｂの母線方向領域Ｂの方が、その領域Ｂを除くその他の
領域、したがって領域Ｂの両側に存する端部ｃの母線方
向領域Ｃよりも高くなる。

【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、中央部ｂの母線方向領域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、中央部ｂの母線方向領域Ｂは、各半体１１，
２２　の母線方向全長に等しい長さと、各半体１１　，
１２　の周長の略３分の１の幅を有する。また表面層３
は、端部ｃの母線方向領域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側が突出してい
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
中央部ｂの母線方向領域Ｂ形成時の陰極電流密度は１０
Ａ／ｄｍ２に設定され、一方、端部ｃの母線方向領域Ｃ
形成時の陰極電流密度は６Ａ／ｄｍ２　に設定される。

【００１５】図５は、中央部ｂの母線方向領域Ｂにおけ
るＰｂ合金の結晶構造を示す電子顕微鏡写真（１０，０
００倍）である。

【００１６】図６は、中央部ｂの母線方向領域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（２
００）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、端部ｃの母線方向領域Ｃにおける
Ｐｂ合金の結晶構造を示す電子顕微鏡写真（１０，００
０倍）である。

【００２３】図８は、端部ｃの母線方向領域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、中央部ｂの母線方向領域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（３）は、図５に示した母線方向領
域Ｂを有するすべり軸受に該当する。本発明（１），（
２）は、本発明（３）に比べて陰極電流密度を下げた場
合に該当する。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。　　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。

【００２９】焼付きテストは、回転軸に各すべり軸受を
摺擦させ、その中央部ｂの母線方向領域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、各
母線方向領域Ｂが焼付きを発生したときの面圧を求めた
ものである。

【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　　１
２０℃、給油圧力　　３ｋｇ／ｃｍ２　、負荷荷重　　
１ｋｇ／ｓｅｃ　。

【００３１】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、中央部ｂの母線方向領域Ｂが、四
角錐体状結晶４１　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１００％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。

【００３２】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、１
５μｍ２　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。

【００３３】図１０は、表面層３が、中央部ｂの母線方
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、また端
部ｃの母線方向領域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。

【００３４】このように端部ｃの母線方向領域Ｃを四角
錐体状結晶４２　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。

【００３５】図１１，図１２（１０，０００倍の電子顕
微鏡写真）は、表面層３が、中央部ｂの母線方向領域Ｂ
を形成すべく、上底面ｅを摺動面３ａ側に向けた複数の
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、中央部ｂの母線方向領域Ｂを形
成すべく、複数の四角錐体状結晶４１　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、中央部ｂの母線方向領域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、
端部ｃの母線方向領域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。

【００３６】四角錐体状結晶４１　，４２　および／ま
たは四角錐台状結晶７が、中央部ｂの母線方向領域Ｂお
よび端部ｃの母線方向領域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５０％以上に設定され
る。

【００３７】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。

【００３８】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４
１　（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。

【００３９】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
。

【００４０】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。

【００４１】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。

【００４２】

【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】中央部母線方向領域の第１例を示す概略斜視図
である。

【図５】中央部母線方向領域におけるＰｂ合金の結晶構
造を示す顕微鏡写真である。

【図６】中央部母線方向領域におけるＰｂ合金結晶のＸ
線回折図である。

【図７】端部母線方向領域におけるＰｂ合金の結晶構造
を示す顕微鏡写真である。

【図８】端部母線方向領域における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】中央部母線方向領域の第２例を示す概略斜視
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　　　　　　　　中央部 Ｂ　　　　　　　　母線方向領域 ｃ　　　　　　　　端部 Ｃ　　　　　　　　母線方向領域 ｄ　　　　　　　　頂点 ｅ　　　　　　　　上底面

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　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）の前記相手軸部材
   （ａ）による摺動面圧が高くなる母線方向領域（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】　　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（
   ３ａ）の前記相手軸部材（ａ）による摺動面圧が高くな
   る母線方向領域（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）の前記母線方向領域（Ｂ）
   を除くその他の領域（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。