JPH0525687A - 摺動部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ［目的］ 優れた耐摩耗性を有する表面層を備えたすべ
り軸受を提供する。 ［構成］ 表面層３を、Ｐｂ合金の柱状晶４の集合体よ
り構成する。各柱状晶４の外周領域ａにおける合金元素
濃度を、その外周領域ａを除く内側領域ｂにおける合金
元素濃度よりも高くする。これにより外周領域ａにおい
ては金属組織が緻密になるので硬度が高められる。表面
層３の摩耗進行過程で、各柱状晶４の柱状本体５におけ
る端面により摺動面が形成されるようになると、摺動面
には各柱状晶４の外周領域ａによって形成された高硬度
な網目状部Ｃが分散する。

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、基板
と、その基板に形成されて相手部材との摺動面を持つ合
金製表面層と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
のすべり軸受の表面層は耐摩耗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
することにより、その表面層の耐摩耗性を向上させた前
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、基板と、その
基板に形成されて相手部材との摺動面を持つ合金製表面
層とを備えた摺動部材において、前記表面層は、前記基
板より延出する複数の柱状晶を有し、各柱状晶の外周領
域における合金元素濃度が、その外周領域を除く内側領
域における合金元素濃度よりも高くなっていることを特
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 ，
１₂ は同一構造を有し、基板２と、その基板２に形成さ
れて相手部材ｘとの摺動面３ａを持つ合金製表面層３と
を備えている。基板２は裏金２₁ と、その裏金２₁ の表
面に形成されて表面層３を支持するライニング層２₂ と
よりなる。裏金２₁ およびライニング層２₂ 間にはＣｕ
メッキ層が、またライニング層２₂および表面層３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３０
０μｍ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、２０μｍ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⁺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３〜１５Ａ／ｄ
ｍ² にそれぞれ設定される。

【００１２】図３は、摺動面３ａ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。図４
は、表面層３を縦断した場合のＰｂ合金の結晶構造を示
す電子顕微鏡写真（5,000 倍）であり、図５は、図４の
部分拡大電子顕微鏡写真に相当する。表面層３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３はＣｕ合金製ライニング層２₂ 上に
形成され、表面層３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６にも示すように、表面層３は、ライニ
ング層２₂ から延出するＰｂ合金の柱状晶４の集合体で
あり、各柱状晶４は柱状本体５と、その柱状本体５の先
端に連なる四角錐体状結晶６とよりなり、相隣る両柱状
晶４は互に密着するか、或は一方が他方に食込んだ状態
で成長している。

【００１４】図７に明示するように、各柱状晶４におい
て、柱状本体５の外周領域ａにおける合金元素濃度（Ｃ
ｕ、Ｓｎ濃度）は、その外周領域ａを除く内側領域ｂに
おける合金元素濃度よりも高くなっている。

【００１５】このような合金元素の濃度分布は、電気メ
ッキ処理中に生じる端部効果によって外周領域ａの電流
密度が内側領域ｂのそれよりも高くなり、Ｓｎが外周領
域ａに偏析することによって生じるものと思われる。

【００１６】その結果、外周領域ａにおいては金属組織
が緻密になるので硬度が高められ、したがって表面層３
の摩耗進行過程で柱状本体５の端面により摺動面３ａが
形成されるようになると、図７に示すように摺動面３ａ
には、各柱状晶４の外周領域ａによって形成された高硬
度な網目状部Ｃが分散することになるので、表面層３の
耐摩耗性が良好となる。

【００１７】図８は、表面層３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。

【００１８】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１００％に近ければ近いほど、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。

【００１９】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。

【００２０】

【表１】 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、その耐摩耗性が
向上する。

【００２２】表２は、各種すべり軸受において、その表
面層の組成、（ｈ００）面における配向指数Ｏｅ、合金
元素濃度等を比較したものである。

【００２３】

【表２】 本発明（１）は前記本発明におけるＰｂ合金（図３〜図
５）に該当する。両比較例（１），（２）の表面層は粒
状晶より形成される。

【００２４】図９は、本発明（１）〜（４）および比較
例（１），（２）の摩耗テスト結果を示す。

【００２５】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。

【００２６】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／cm² （軸
受投影面積：幅×直径）、摺動距離 ２．５×１０³ k
m、給油温度 １２０℃、給油圧力 ３kg／cm² 。

【００２７】図９から明らかなように、本発明（１）〜
（４）においては、各四角錐体状結晶６が摩耗した後
は、摺動面３ａには高硬度な網目状部Ｃが分散すること
になり、また（ｈ００）面における配向指数Ｏｅが１０
０％であることもあって、比較例（１），（２）に比べ
て表面層３が優れた耐摩耗性を発揮するものである。

【００２８】摺動初期においては、摺動面３ａが四角錐
体状結晶６より形成されていることから、その摺動面３
ａの表面積が拡大されて表面層３が十分な保油性を有
し、また四角錐体状結晶６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。これは焼
付き発生を回避する上で有効である。このような摺動特
性は、柱状晶４の先端が四角錐台状結晶より形成されて
いる場合にも得られる。

【００２９】柱状晶４が表面層３の一部を形成するもの
も本発明に包含される。この場合、摺動面３ａにおける
柱状晶４端面の面積率は５０％以上に設定される。

【００３０】前記のように優秀な摺動特性を得るために
は柱状晶４の傾きが問題となる。

【００３１】そこで、図６，図１０に示すように柱状晶
４に、摺動面３ａに沿う仮想面Ｆを規定し、また柱状晶
４の中心線、図示例では四角錐体状結晶６の頂点ｄと底
面中央部ｋを通る直線ｇが、底面中央部ｋを通り仮想面
Ｆに垂直な基準線ｈに対してなす傾き角をθと規定する
と、柱状晶４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の耐摩
耗性が低下する。

【００３２】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。

【００３３】

【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、その表面層の耐摩耗性を
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】摺動面におけるＰｂ合金の結晶構造を示す顕微
鏡写真である。

【図４】表面層を縦断した場合のＰｂ合金の結晶構造を
示す顕微鏡写真である。

【図５】図４の部分拡大顕微鏡写真である。

【図６】表面層の要部概略斜視図である。

【図７】図６の７−７線断面図である。

【図８】表面層におけるＰｂ合金結晶のＸ線回折図であ
る。

【図９】摩耗テスト結果を示すグラフである。

【図１０】柱状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（摺動部材） ２ 基板 ３ 表面層 ３ａ 摺動面 ４ 柱状晶 ａ 外周領域 ｂ 内側領域

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 【請求項１】 基板（２）と、その基板（２）に形成さ
   れて相手部材（ｘ）との摺動面（３ａ）を持つ合金製表
   面層（３）とを備えた摺動部材において、前記表面層
   （３）は、前記基板（２）より延出する複数の柱状晶
   （４）を有し、各柱状晶（４）の外周領域（ａ）におけ
   る合金元素濃度が、その外周領域（ａ）を除く内側領域
   （ｂ）における合金元素濃度よりも高くなっていること
   を特徴とする摺動部材。