JPH0823080B2 - 摺動部材 - Google Patents

摺動部材

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JPH0823080B2
JPH0823080B2 JP19743391A JP19743391A JPH0823080B2 JP H0823080 B2 JPH0823080 B2 JP H0823080B2 JP 19743391 A JP19743391 A JP 19743391A JP 19743391 A JP19743391 A JP 19743391A JP H0823080 B2 JPH0823080 B2 JP H0823080B2
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義和 藤沢
丈志 成重
譲 宮崎
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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金属製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
のすべり軸受は、耐摩耗性および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
特定することによりその表面層の耐摩耗性および耐焼付
き性を向上させることができるようにした前記摺動部材
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
摺動面を持つ金属製表面層を備えた摺動部材において、
前記表面層は、前記摺動面を形成する金属結晶群を有
し、前記金属結晶群は、稜線部の一部および斜面部の一
部の少なくとも一方が欠落した複数の不完全角錐体状結
晶を含み、各不完全角錐体状結晶とそれに隣接する結晶
とが、その不完全角錐体状結晶の欠落部にて嵌合状態に
あ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を持つ金属
製表面層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を添加す
る場合には、表面層4の硬さHmvが17〜20になる
ように、その含有量を調整するのが望ましい。
【0010】InおよびAgは、表面層4を軟化して初
期なじみ特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。I
n、Agを添加する場合には、表面層4の硬さHmvが
12〜15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+
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3は、表面層4における摺動面4aの
晶構造を示す電子顕微鏡写真(10,000倍)であり、本図
より表面層4が、摺動面4aを形成するPb合金結晶群
(金属結晶群)を有することが判る。表面層4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。その表面層4はCu合金製ライニング層3上に形
成され、表面層4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4(a)にも示すようにPb合金結晶群
は、頂点aを摺動面4a側に向け、且つ稜線部eの一部
および斜面部fの一部の少なくとも一方が欠落した複数
の不完全四角錐体状結晶(不完全角錐体状結晶)5を含
む。実施例ではPb合金結晶群における殆ど全部の結晶
が不完全四角錐体状結晶5である。そして、各不完全四
角錐体状結晶5とそれに隣接する結晶、実施例では不完
全四角錐体状結晶5とが、その不完全角錐体状結晶5の
欠落部gにて嵌合状態にある。
【0014】前記のような欠落のある不完全四角錐体状
結晶5は、その成長段階で、相隣る両Pb合金結晶の成
長方向が対向して正常な成長を互に妨げ合った結果生じ
たも のである。このような成長過程を経た不完全四角錐
体状結晶5には比較的大きな結晶歪が発生しており、そ
の結晶歪に起因して不完全四角錐体状結晶5の内部応力
が増すためその結晶5の高硬度化が図られる。この不完
全四角錐体状結晶5は、相隣る両結晶の一方が正常な成
長をなすと共にその一方の結晶が他方の結晶の正常な成
長を妨げた場合にも生じる。このような不完全四角錐体
状結晶5の高硬度化により表面層4の耐摩耗性を向上さ
せることができる。また不完全四角錐体状結晶5の存在
により、摺動面4aの表面積を拡大して表面層4に十分
なオイル保持性、つまり保油性を持たせ、さらに不完全
四角錐体状結晶5の頂点a側を優先的に摩耗させて表面
層4の初期なじみ性を向上させることができる。
【0015】図4(b)に明示するように、不完全四角
錐体状結晶5において、それが完全な四角錐体状に成長
したと仮定したときの結晶5 1 の底辺長さbは8μm以
下、好ましくは0.5〜6μmが適当である。また結
1 の底辺長さbと高さcとの関係c/bは0.2〜
1.0、好ましくは0.33〜0.8が適当である。不
完全四角錐体状結晶5の大きさは陰極電流密度に依存
し、その陰極電流密度が高くなると、その結晶5が大き
く成長する。このように不完全四角錐体状結晶5の形状
および大きさを設定することによって、表面層4に十分
な保油性と、良好な初期なじみ性を持たせることができ
る。
【0016】図5は、表面層4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】こゝで、結晶面の配向性を表わす指数とし
て配向指数Oeを、 Ihkl Oe=───────×100(%) ΣIhkl (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4の硬度が増してその耐摩耗性が向
上する。
【0022】図6は、従来例に係る摺動面の結晶構造を
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。
【0023】図7は、従来例に係る表面層の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6,図7および表2から明らかなよう
に、従来例におけるPb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(h00)面配向のPb合金に比べて低
くなる。
【0026】表3は、本発明および従来例すべり軸受の
表面層において、その組成、(h00)面における配向
指数Oe、結晶形状および各種特性を比較したものであ
る。
【0027】
【表3】
【0028】本発明における表面層は、図3に示したP
b合金結晶を有し、従来例における表面層は、図6に示
したPb合金結晶を有する。
【0029】摩耗テストは、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を、回転軸に同期
させた正弦全波波型の動的荷重とし、一定摺動距離につ
いて行われた。
【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
軸回転数 3000rpm 、最大負荷面圧 600kg/cm
2 (軸受投影面積:幅×直径)、摺動距離 2.5×1
3 km、給油温度 120℃、給油圧力 3kg/cm2
【0031】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、表3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。
【0032】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 。
【0033】表3から明らかなように、本発明は従来
に比べて優れた耐摩耗性および耐焼付き性を有するもの
である。
【0034】なお、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。
【0035】
【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、表面層の耐摩耗性および
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】摺動面の結晶構造を示す顕微鏡写真である。
【図4】(a)は表面層の要部概略平面図であり、
(b)はPb合金結晶の斜視図である。
【図5】表面層のX線回折図である。
【図6】従来例に係る摺動面の結晶構造を示す顕微鏡写
真である。
【図7】従来例に係る表面層のX線回折図である。
【符号の説明】
1 すべり軸受 4 表面層 4a 摺動面 5 不完全四角錐体状結晶(不完全角錐体状結晶)e 稜線部 f 斜面部 g 欠落部 x 相手部材

Claims (1)

    【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
    つ金属製表面層(4)を備えた摺動部材において、前記
    表面層(4)は、前記摺動面(4a)を形成する金属結
    晶群を有し、前記金属結晶群は、稜線部(e)の一部お
    よび斜面部(f)の一部の少なくとも一方が欠落した複
    数の不完全角錐体状結晶(5)を含み、各不完全角錐体
    状結晶(5)とそれに隣接する結晶とが、その不完全角
    錐体状結晶(5)の欠落部(g)にて嵌合状態にある
    とを特徴とする摺動部材。
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