JPH0526242A - 摺動部材 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 ［目的］ 優れた剥離強度を有する表面層を備えたすべ
り軸受を提供する。 ［構成］ バリヤ層４の接合面４ａが、頂点ａを接合面
４ａ側に向けたＮｉ結晶による四角錐体状突起６の集合
体より形成される。これにより接合面４ａの表面積が拡
大され、また相隣る両突起６間の谷部によるアンカ効果
が得られるので、接合面４ａに対して表面層５が強固に
接合される。

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、ライニ
ング層上に金属製バリヤ層を介して表面層を設けたもの
の改良に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、この種摺動部材として、例えばＣ
ｕ合金よりなるライニング層と、そのライニング層上に
形成されたＮｉよりなるバリヤ層と、そのバリヤ層上に
形成されたＰｂ−Ｓｎ合金よりなる表面層とより構成さ
れたすべり軸受が知られている。前記バリヤ層は、表面
層中のＳｎがライニング層内に拡散浸入して、そのライ
ニング層を脆化させる、といった不具合を回避するため
に用いられている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】前記バリヤ層は、一般
に電気メッキ法により形成されているが、その構成金属
であるＮｉの結晶形状が不定形状であることから粒状晶
より構成され、その結果、バリヤ層の表面層との接合面
はミクロ的に見ても平坦になる。

【０００４】一方、表面層もバリヤ層同様に電気メッキ
法により形成されているが、前記のようにバリヤ層の接
合面が平坦であって、その表面積が小さいために、バリ
ヤ層に対する表面層の剥離強度が低い、という問題があ
る。

【０００５】本発明は、前記に鑑み、バリヤ層の構造を
特定することにより、そのバリヤ層に対する表面層の剥
離強度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。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、ライニング層
上に金属製バリヤ層を介して表面層を設けた摺動部材に
おいて、前記バリヤ層は、前記ライニング層上に析出形
成されたものであって、前記表面層との接合面を形成す
べく、金属結晶による複数の突起を有することを特徴と
する。

【０００７】

【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、裏金２と、裏金２内周面に形成
されたライニング層３と、ライニング層３表面に電気メ
ッキ法により析出形成されたバリヤ層４と、バリヤ層４
の表面に電気メッキ法により析出形成されて相手部材ｘ
との摺動面５ａを持つ表面層５とを備えている。裏金２
およびライニング層３間には、必要に応じてＣｕメッキ
層が設けられる。

【０００８】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。バリヤ層４はＮｉ、Ｆｅ、Ｃｏ等の単体
またはそれらの合金より構成され、その厚さは０．１〜
５μｍ、通常は１〜２μｍ程度である。表面層５はＰｂ
合金より構成され、その厚さは５〜５０μｍ、通常は２
０μｍ程度である。

【０００９】バリヤ層４における合金元素としては、
Ｐ、Ｂ、Ｃｏ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ｗから選択される少なくと
も一種を挙げることができ、その合金元素の含有量は１
０重量％以下に設定される。

【００１０】表面層５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。

【００１１】Ｃｕ、Ｎｉ、Ｍｎは表面層５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５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。

【００１２】Ｉｎ、Ａｇ、Ｔｌ、Ｎｂ、Ｓｂ、Ｃｄ、Ｔ
ｅ、Ｂｉ、Ｃａ、Ｂａは、表面層５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５の強度が低下する。Ｉｎ等を添
加する場合には、表面層５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。

【００１３】バリヤ層４を析出形成するための電気メッ
キ処理用メッキ液としては、１リットル当り５０〜２０
０ｇのＮｉ²⁺および必要に応じて１リットル当り３０ｇ
以下の塩化アンモニウム、ホウ酸、有機系添加剤等を含
む硫酸系メッキ液が用いられる。またメッキ液のｐＨは
３〜６、メッキ液の温度は１０〜６０℃、陰極電流密度
は１２Ａ／ｄｍ² にそれぞれ設定される。

【００１４】図３（ａ）は、バリヤ層４表面、したがっ
て表面層５との接合面４ａにおけるＮｉの結晶構造を示
す電子顕微鏡写真（5,000 倍）であり、図３（ｂ）は、
同図（ａ）の概略図である。そのバリヤ層４はＣｕ合金
製ライニング層３上に析出形成され、バリヤ層４を形成
する際の電気メッキ処理における平均陰極電流密度は４
Ａ／ｄｍ² に設定された。

【００１５】図２〜図４に明示するように、バリヤ層４
は、接合面４ａを形成すべく、頂点ａを接合面４ａ側に
向けた複数の微細な金属結晶、したがってＮｉ結晶によ
る四角錐体状突起６を有する。各四角錐体状突起６はラ
イニング層３より延出する各柱状晶７の先端部を形成し
ている。バリヤ層４の厚さは１〜３μｍ、接合面４ａに
おける四角錐体状突起６の面積率は１００％である。

【００１６】このように接合面４ａを、微細な四角錐体
状突起６より形成すると、その接合面４ａの表面積が大
いに拡大され、また相隣る両四角錐体状突起６間の谷部
による大きなアンカ効果が得られるので、表面層５の剥
離強度を向上させることができる。

【００１７】図５は、バリヤ層４におけるＮｉ結晶のＸ
線回折図であり、ミラー指数で（２００）面および（４
００）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１
００％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】前記Ｎｉ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、Ｎｉ結晶の（ｈ００）面における配向指数Ｏ
ｅは１００％であり、したがってＮｉ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。これにより、接合面４
ａが、（ｈ００）面を接合面４ａ側に向けたＮｉ結晶、
したがって四角錐体状突起６の集合体より形成されてい
ることが判る。

【００２１】前記のように、結晶面を（ｈ００）面と直
交する方向に配向させると、Ｎｉ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、バリヤ層４の硬度が増してその強度が向上す
る。

【００２２】図６は、従来例バリヤ層の接合面における
Ｎｉの結晶構造を示す電子顕微鏡写真（10,000倍）であ
る。バリヤ層は電気メッキ処理によってＣｕ合金製ライ
ニング層上に形成されている。

【００２３】図７は、従来例バリヤ層におけるＮｉ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】 図６，図７および表２から明らかなように、従来例のＮ
ｉの結晶形状は結晶面がランダムに配向した不定形状で
あり、したがってバリヤ層は粒状晶の集合体より形成さ
れる。

【００２５】表面層５を析出形成するための電気メッキ
用メッキ液としては、１リットル当り４０〜１８０ｇの
Ｐｂ²⁺、１リットル当り１．５〜３５ｇのＳｎ²⁺、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／ｄｍ² にそ
れぞれ設定される。

【００２６】図８は、摺動面５ａ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）であり、図９
は表面層５を縦断した場合におけるＰｂ合金の結晶構造
を示す電子顕微鏡写真（5,000 倍）である。表面層５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５は、（ｈ００）面配向の前記
バリヤ層４上に析出形成され、表面層５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。

【００２７】図８〜図１０に明示するように、表面層５
は、摺動面５ａを形成すべく、頂点ｂを摺動面５ａ側に
向けた複数の金属結晶、したがってＰｂ合金結晶による
四角錐体状突起８を有する。各四角錐体状突起８はバリ
ヤ層４より延出する各柱状晶９の先端部を形成してい
る。

【００２８】このように摺動面５ａを複数の四角錐体状
突起８より形成すると、四角錐体状突起８の頂点ｂ側を
優先的に摩耗させて表面層５の初期なじみ性を良好にす
ることができ、また四角錐体状突起８により摺動面５ａ
の表面積を拡大して、その表面層５に十分な保油性を持
たせることができる。これにより表面層５は優れた耐焼
付き性を発揮する。

【００２９】四角錐体状突起８において、摺動開始初期
に頂点ｂ側の優先的摩耗が終了して平坦面（四角錐台の
上底面に相当する）が形成されると、その平坦面と相手
部材との間には常時油膜が存在するので、それ以後の摺
動面５ａの摩耗は極めて緩慢に行われる。

【００３０】図１１は、表面層５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。

【００３１】前記Ｐｂ合金結晶の（２００）面および
（４００）面における積分強度Ｉｈｋｌおよび配向指数
Ｏｅは表３の通りである。

【００３２】

【表３】 表３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。これにより、摺動
面５ａが、（ｈ００）面を摺動面側に向けたＰｂ合金結
晶、したがって四角錐体状突起８の集合体より形成され
ていることが判る。

【００３３】表面層５におけるＰｂ合金結晶の（ｈ０
０）面配向および表面層５のバリヤ層４に対する密着性
は、バリヤ層４におけるＮｉ結晶が同一の配向性を持つ
ことによって促進される。

【００３４】前記のように、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焼付き性
および耐摩耗性が向上する。

【００３５】バリヤ層４において、Ｎｉ結晶が前記のよ
うな（ｈ００）面配向を有する場合には、その四角錐体
状突起６の傾き角は所定の範囲内に収められる。

【００３６】即ち、図１２（ａ）に示すように、四角錐
体状突起６の底面側に、接合面４ａに沿う仮想面Ｓを規
定し、また四角錐体状突起６の頂点ａと底面中央部ｔを
通る直線ｕが、底面中央部ｔを通り仮想面Ｓに垂直な基
準線ｖに対してなす傾き角をθと規定すると、四角錐体
状突起６の傾き角θは０°≦θ≦３０°となる。

【００３７】本発明には、前記のような傾き角θを有す
る四角錐体状突起６だけでなく、図１２（ｂ）に示すよ
うに、傾き角θがθ≒５４°、したがって、（１１１）
面を接合面４ａ側に向けた四角錐体状突起６₁ も含まれ
る。

【００３８】表４は、接合面４ａにおける四角錐体状突
起６，６₁ の面積率と表面層５の剥離強度との関係を示
す。

【００３９】剥離強度は、剥離幅を測定することにより
判断されたもので、その剥離幅の測定は、図１３に示す
ように、表面層５に碁盤目状に切れ目ｗを入れる、１８
０℃にて６時間加熱した後水中で冷却し、これを１サイ
クルとして５サイクル繰返す、超音波キャビティション
を行う、といった各操作後、表面層５の切れ目ｗで囲ま
れた部分５ｂがバリヤ層４から剥離しているとき、切れ
目ｗから密着部ｙまでの距離を測定して、その最大距離
を剥離幅ｚとした。

【００４０】表４において、本発明（１）〜（４）はＮ
ｉ結晶が（ｈ００）面配向を有する場合に、また本発明
（５）〜（７）はＮｉ結晶が（１１１）面配向を有する
場合にそれぞれ該当する。

【００４１】

【表４】 表４から明らかなように、本発明（１）〜（７）におけ
る表面層は、比較例（１），（２）のものに比べて優れ
た剥離強度を有する。このような剥離強度を得るために
は、接合面４ａにおける四角錐体状突起６の面積率を１
５％以上に設定するのが良い（この場合、残部はＮｉ合
金の粒状晶である）。

【００４２】図１４は、他の実施例を示し、バリヤ層４
は、接合面４ａを形成すべく、上底面ｃを接合面４ａ側
に向けた複数の微細な金属結晶、したがってＮｉ結晶に
よる四角錐台状突起１０を有する。本発明には、バリヤ
層４が四角錐体状突起６，６₁ および四角錐台状突起１
０を有する場合も包含される。

【００４３】このように接合面４ａの少なくとも一部を
四角錐台状結晶１０の上底面ｃより形成すると、表面層
５の（ｈ００）面配向を促進させることができる、とい
った利点がある。

【００４４】表面層５において、それは、摺動面５ａを
形成すべく、上底面ｄを摺動面５ａ側に向けた複数の金
属結晶、したがってＰｂ合金結晶による四角錐台状突起
１１（図１６参照）を備えていてもよい。また表面層５
は、四角錐体状突起８および四角錐台状突起１１の両方
を備えていてもよい。

【００４５】このように構成すると、摺動面５ａの少な
くとも一部が四角錐台状突起１１の上底面ｄより形成さ
れることから、摺動開始初期より相手部材ｘと上底面ｄ
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、また前記同様に表面層５
に十分な保油性を持たせることができる。

【００４６】四角錐体状突起８および／または四角錐台
状突起１１は摺動面５ａの一部を形成していてもよい。
この場合、摺動面５ａにおける前記突起８，１１の面積
率は５０％以上に設定される（この場合、残部はＰｂ合
金の粒状晶である）。

【００４７】前記のように優秀な摺動特性を得るために
は四角錐体状突起８および四角錐台状突起１１の傾きが
問題となる。

【００４８】そこで、図１０，図１５に示すように四角
錐体状突起８の底面側に、その突起８を突出させて摺動
面５ａに沿う仮想面Ｅを規定し、また四角錐体状突起８
の頂点ｂ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Ｅ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、四角錐体状突起８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５の保油性および頂点ｂ側の優先的摩耗性が
低下する。

【００４９】四角錐台状突起１１の場合の傾き角θは、
図１６に示すように上底面中央部ｎおよび下底面中央部
ｐを通る直線ｒと下底面中央部ｐを通り仮想面Ｅ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。

【００５０】前記実施例では、バリヤ層および表面層を
電気メッキ法により析出形成したが、その他の形成方法
としては、ＰＶＤ、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。

【００５１】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。

【００５２】

【発明の効果】本発明によれば、バリヤ層の構造を前記
のように特定することによって、そのバリヤ層に対する
表面層の剥離強度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】（ａ）は接合面におけるＮｉの結晶構造を示す
顕微鏡写真であり、（ｂ）は（ａ）の概略図である。

【図４】バリヤ層の第１例を示す要部概略斜視図であ
る。

【図５】バリヤ層の第１例におけるＮｉ結晶のＸ線回折
図である。

【図６】従来例接合面におけるＮｉの結晶構造を示す顕
微鏡写真である。

【図７】従来例バリヤ層におけるＮｉ結晶のＸ線回折図
である。

【図８】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９】表面層を縦断した場合におけるＰｂ合金の結晶
構造を示す顕微鏡写真である。

【図１０】表面層の要部概略斜視図である。

【図１１】表面層におけるＰｂ合金結晶のＸ線回折図で
ある。

【図１２】バリヤ層における四角錐体状突起の種類を示
す説明図である。

【図１３】剥離テストの説明図である。

【図１４】バリヤ層の第２例を示す要部概略斜視図であ
る。

【図１５】表面層における四角錐体状突起の傾き角測定
法を示す説明図である。

【図１６】表面層における四角錐台状突起の傾き角測定
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） ４ バリヤ層 ４ａ 接合面 ５ 表面層 ５ａ 摺動面 ６，６₁ 四角錐体状突起 １０ 四角錐台状突起 ｘ 相手部材

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ライニング層（３）上に金属製バリヤ層
   （４）を介して表面層（５）を設けた摺動部材におい
   て、前記バリヤ層（４）は、前記ライニング層（３）上
   に析出形成されたものであって、前記表面層（５）との
   接合面（４ａ）を形成すべく、金属結晶による複数の突
   起（６，６₁ ，１０）を有することを特徴とする摺動部
   材。
2. 【請求項２】 ライニング層（３）上に金属製バリヤ層
   （４）を介して金属製表面層（５）を設けた摺動部材に
   おいて、前記バリヤ層（４）は、前記ライニング層
   （３）上に析出形成されたものであって、前記表面層
   （５）との接合面（４ａ）を形成すべく、ミラー指数で
   （ｈ００）面を接合面側に向けた複数の金属結晶による
   突起（６，６₁ ，１０）を有し、また前記表面層（５）
   は、前記ライニング層（３）上に析出形成されたもので
   あって、相手部材（ｘ）との摺動面（５ａ）を形成すべ
   く、ミラー指数で（ｈ００）面を摺動面側に向けた複数
   の金属結晶を有することを特徴とする摺動部材。