(57)【要約】【課題】中間層を備える摺動部材において、軸受合金層とオーバレイ層との間の密着性を高め、オーバレイ層の剥離を低減する摺動部材を提供する。【解決手段】本実施形態の摺動部材１０は、軸受合金層１１と、軸受合金層１１の摺動面１４側に設けられているオーバレイ層１２と、軸受合金層１１とオーバレイ層１２との間に設けられている中間層１３と、を備える。軸受合金層１１は、摺動面１４側に、窪んだ凹部１５、および凹部１５以外の非凹部１６を有する。任意の視野における軸受合金層１１と中間層１３との界面において、この界面の全長を界面全長Ｌ１とし、軸受合金層１１と中間層１３とが密着していない非密着部分の全長を非密着長Ｌ２としたとき、Ｌ２／Ｌ１は、Ｌ２／Ｌ１≦０．５％である。【選択図】図２
2020002391.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受合金層と、
前記軸受合金層の摺動面側に設けられているオーバレイ層と、
前記軸受合金層と前記オーバレイ層との間に設けられている中間層と、を備える摺動部材において、
前記軸受合金層は、前記摺動面側に、窪んだ凹部、および前記凹部以外の非凹部を有し、
任意の視野における前記軸受合金層と前記中間層との界面において、前記界面の全長を界面全長Ｌ１とし、前記軸受合金層と前記中間層とが密着していない非密着部分の全長を非密着長Ｌ２としたとき、
Ｌ２／Ｌ１≦０．５％
である摺動部材。
【請求項２】
前記界面全長Ｌ１、および前記非密着長Ｌ２は、
Ｌ２／Ｌ１≦０．１％
である請求項１記載の摺動部材。
【請求項３】
前記凹部における前記中間層の膜厚の平均値を第一膜厚Ｔ１とし、前記非凹部における前記中間層の膜厚の平均値を第二膜厚Ｔ２としたとき、
Ｔ１／Ｔ２≧０．１０
である請求項１または２記載の摺動部材。
【請求項４】
前記凹部における前記中間層の膜厚の平均値を第一膜厚Ｔ１とし、前記非凹部における前記中間層の膜厚の平均値を第二膜厚Ｔ２としたとき、
０．１８≦Ｔ１／Ｔ２≦１．４９
である請求項１または２記載の摺動部材。
【請求項５】
前記凹部における前記中間層の膜厚の平均値を第一膜厚Ｔ１とし、前記非凹部における前記中間層の膜厚の平均値を第二膜厚Ｔ２としたとき、
０．３３≦Ｔ１／Ｔ２≦０．９６
である請求項１または２記載の摺動部材。
【請求項６】
一方の端面側に、窪んだ凹部、および前記凹部以外の非凹部を有する軸受合金層と、
前記軸受合金層の摺動面側に設けられているオーバレイ層と、
前記軸受合金層と前記オーバレイ層との間に設けられている中間層と、を備える摺動部材の製造方法において、
前記軸受合金層に前記中間層を形成するとき、前記軸受合金層が形成されている基材を、前記中間層の形成方向に対して垂直な軸を中心に往復回転する工程を含む摺動部材の製造方法。
【請求項７】
前記軸受合金層に前記中間層を形成は、
前記基材に前記中間層をめっきする複数の工程の間に、前記軸受合金層に対して前記非凹部における前記中間層の形成を遅らせるレベリング剤を提供する工程を含む請求項６記載の摺動部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摺動部材および摺動部材の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、軸受装置に用いられる摺動部材は、軸受合金層と、軸受合金層の摺動面側に設けられているオーバレイ層とを備えている。また、摺動部材は、軸受合金層とオーバレイ層との密着性を高めるために、軸受合金層とオーバレイ層との間に中間層を備えるものも周知である（特許文献１参照）。
【０００３】
このような摺動部材は、軸受合金層としてＡｌ合金及びＣｕ合金が広く用いられている。軸受合金層は、合金のマトリクス内に硬さの異なる硬質相及び軟質相が存在する。そのため、オーバレイ層を形成するための前処理としてエッチング処理を施すと、これら硬質相及び軟質相の周囲においてマトリクスが脱落した部分に凹部が形成される。この凹部は、軸受合金層とオーバレイ層との密着力を高めるアンカー効果に寄与するのに対し、中間層の形成を不均一化させ、場合によっては非密着領域が存在するような厚さの不均一さが発生する原因となる。
【０００４】
ここで、稼働頻度の低い機器の軸受装置に用いられる摺動部材は、機器が停止している間に、周囲の機器から微振動が加わる環境に晒される。例えば車両の冷房用の電源ユニットなどの場合、稼働状態が常時でないのに対し、常時稼働する車両の内燃機関などの振動に晒される。このように稼働頻度の低い機器の軸受装置が微振動に晒されると、回転をともなわない摺動部材と相手部材との接触が繰り返される。その結果、接触によって生じる応力は、オーバレイ層の厚さが不均一となる部分に集中しやすく、オーバレイ層の剥離につながるという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１５６０４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
そこで、本発明の目的は、中間層を備える摺動部材において、軸受合金層とオーバレイ層との間の密着性を高め、オーバレイ層の剥離を低減する摺動部材を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、軸受合金層とオーバレイ層との間の密着性が向上する摺動部材の製造方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記の課題を解決するために本実施形態では、摺動部材は、軸受合金層と、前記軸受合金層の摺動面側に設けられているオーバレイ層と、前記軸受合金層と前記オーバレイ層との間に設けられている中間層と、を備える。
前記軸受合金層は、前記摺動面側に、窪んだ凹部、および前記凹部以外の非凹部を有し、
任意の視野における前記軸受合金層と前記中間層との界面において、前記界面の全長を界面全長Ｌ１とし、前記軸受合金層と前記中間層とが密着していない非密着部分の全長を非密着長Ｌ２としたとき、
Ｌ２／Ｌ１≦０．５％である。
【０００８】
このように、界面全長Ｌ１と非密着長Ｌ２との割合を、Ｌ２／Ｌ１≦０．５％に設定することにより、軸受合金層と中間層との間に形成される非密着部分が低減される。すなわち、軸受合金層と中間層との界面に形成される微小な非密着部分は低減される。そのため、軸受合金層に形成される中間層は、均一性が向上する。その結果、中間層を挟んだ軸受合金層とオーバレイ層との間の密着性が向上する。これにより、微小な振動に晒されても軸受合金層と中間層との剥離が低減され、結果として軸受合金層とオーバレイ層との間の密着性が高められる。したがって、オーバレイ層の剥離を低減することができる。
【０００９】
また、本実施形態では、前記界面全長Ｌ１、および前記非密着長Ｌ２は、Ｌ２／Ｌ１≦０．１％である。
これにより、軸受合金層とオーバレイ層との間の密着性がさらに高められる。したがって、オーバレイ層の剥離をより低減することができる。
【００１０】
また、本実施形態では、前記凹部における前記中間層の膜厚の平均値を第一膜厚Ｔ１とし、前記非凹部における前記中間層の膜厚の平均値を第二膜厚Ｔ２としたとき、Ｔ１／Ｔ２≧０．１０である。
これにより、中間層は、膜厚も均一性が向上する。そのため、中間層は、オーバレイ層に接する表面における結晶粒の寸法差が小さくなる。その結果、中間層とオーバレイ層との界面が均質化し、微小な振動による応力が分散されやすくなる。したがって、オーバレイ層と中間層との間の剥離が低減され、オーバレイ層の剥離を低減することができる。
【００１１】
また、前記凹部における前記中間層の膜厚の平均値を第一膜厚Ｔ１とし、前記非凹部における前記中間層の膜厚の平均値を第二膜厚Ｔ２としたとき、０．１８≦Ｔ１／Ｔ２≦１．４９であるであることが好ましい。
さらに、前記凹部における前記中間層の膜厚の平均値を第一膜厚Ｔ１とし、前記非凹部における前記中間層の膜厚の平均値を第二膜厚Ｔ２としたとき、０．３３≦Ｔ１／Ｔ２≦０．９６であることがより好ましい。
【００１２】
上記の課題を解決するために本実施形態は、一方の端面側に、窪んだ凹部、および前記凹部以外の非凹部を有する軸受合金層と、前記軸受合金層の摺動面側に設けられているオーバレイ層と、前記軸受合金層と前記オーバレイ層との間に設けられている中間層と、を備える摺動部材の製造方法である。
そして、本実施形態は、前記軸受合金層に前記中間層を形成するとき、前記軸受合金層が形成されている基材を、前記中間層の形成方向に対して垂直な軸を中心に往復回転する工程を含む。
【００１３】
これにより、中間層の材料は、基材の表面において拡散層が効果的に破壊される。つまり、中間層の材料となる金属イオンは、拡散層に阻害されることなく基材の表面に供給される。そのため、中間層の材料となる金属イオンは、基材の表面に高い均一性で供給される。したがって、中間層を軸受合金層により均一に形成することができ、中間層を挟んだ軸受合金層とオーバレイ層との間の密着性を向上することができる。
【００１４】
また、本実施形態の製造方法では、前記軸受合金層に前記中間層を形成は、前記基材に前記中間層をめっきする複数の工程の間に、前記軸受合金層に対して前記非凹部における前記中間層の形成を遅らせるレベリング剤を提供する工程を含む。
レベリング剤は、電子が密な非凹部では電気的な分解が進行するのに対し、電子が疎な凹部での電気的な分解が進行しにくい。すなわち、レベリング剤の電気的な分解によって電気エネルギーが消費されることによって、めっき液に含まれる金属イオンの金属としての析出は遅延する。すなわち、非凹部における金属の析出速度に対して、凹部における金属の析出速度は相対的に向上する。そのため、めっき工程の間にレベリング剤を提供する工程を含めることにより、非凹部に比較して中間層が形成されにくい凹部において中間層の形成が促される。その結果、中間層は、凹部と非凹部との間における膜厚の差が小さくなり、均一化される。したがって、中間層を軸受合金層により均一に形成することができ、中間層を挟んだ軸受合金層とオーバレイ層との間の密着性を向上することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】一実施形態による摺動部材の構成を示す模式図
【図２】一実施形態による摺動部材の摺動面に垂直な断面を模式的に示す断面図
【図３】一実施形態による摺動部材の軸受合金層に形成される凹部及び非凹部を示す模式図
【図４】周知の製造方法によって摺動部材に形成される中間層の例を示す模式図
【図５】一実施形態による摺動部材において膜厚ｔ１を示す模式図
【図６】一実施形態による摺動部材において膜厚ｔ２を示す模式図
【図７】一実施形態による摺動部材において膜厚ｔ２を示す模式図
【図８】一実施形態による摺動部材の製造方法において、微細往復運動を説明するための模式図
【図９】一実施形態による摺動部材の製造方法において、基材における電子の分布を示す模式図
【図１０】一実施形態による摺動部材の製造方法の流れを示す模式図
【図１１】一実施形態による摺動部材の製造方法の流れを示す模式図
【図１２】一実施形態による摺動部材の製造方法の流れを示す模式図
【図１３】一実施形態による摺動部材の製造方法の流れを示す模式図
【図１４】一実施形態による摺動部材の評価するための試験条件を示す概略図
【図１５】一実施形態による摺動部材の実施例及び比較例の評価結果を示す概略図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、一実施形態による摺動部材を図面に基づいて説明する。
（摺動部材）
図２に示すように摺動部材１０は、軸受合金層１１、オーバレイ層１２および中間層１３を備えている。オーバレイ層１２は、軸受合金層１１の摺動面１４側、すなわち軸受合金層１１の相手部材との摺動側に設けられている。中間層１３は、軸受合金層１１とオーバレイ層１２との間に設けられている。中間層１３は、軸受合金層１１とオーバレイ層１２との間の密着性および接着性を高める。このように、摺動部材１０は、軸受合金層１１、中間層１３およびオーバレイ層１２が順に積層されている。軸受合金層１１は、例えばＡｌを主成分とするＡｌ基合金、Ｃｕを主成分とするＣｕ基合金で形成されている。オーバレイ層１２は、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｍｏ、Ｓｂ、Ｍｎ、Ａｇのうち少なくとも一種類以上を含む金属または合金で形成されている。中間層１３は、Ｂｉ、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｉｎ、Ｃｏ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｍｏ、Ｓｂ、Ｍｎ、Ａｇのうち少なくとも一種類以上を含む金属または合金で形成されている。オーバレイ層１２の膜厚は、３．０μｍ〜２０μｍ程度に設定することが好ましい。また、中間層１３の膜厚は、０．１μｍ〜８．０μｍ程度に設定することが好ましい。なお、摺動部材１０は、軸受合金層１１のオーバレイ層１２とは反対側に例えばＦｅや鋼などで形成される図示しない裏金層を備えていてもよい。
【００１７】
摺動部材１０の軸受合金層１１は、ミクロ的に表面を観察すると、図３に示すように複数の凹部１５を有している。軸受合金層１１を形成する合金のマトリクスは、周囲と硬さが異なる軟質相や硬質相を含んでいる。この軟質相や硬質相は、オーバレイ層１２を形成する前処理であるエッチングを施す際に、マトリクスの本体から脱落しやすいという性質を有している。そのため、軸受合金層１１は、オーバレイ層１２の形成に先立ってエッチングを施すことにより、摺動面１４側に軟質相や硬質相が脱落した凹部１５が形成される。このように、軸受合金層１１は、オーバレイ層１２が形成される摺動面１４側に、凹部１５と、この凹部１５以外の非凹部１６を有している。
【００１８】
本実施形態の摺動部材１０は、図２に示すようにこの凹部１５および非凹部１６を含む軸受合金層１１の摺動面１４側に中間層１３およびオーバレイ層１２が積層されている。軸受合金層１１の凹部１５および非凹部１６は、その複雑な表面形状によって積層されるオーバレイ層１２に対してアンカー効果を発揮し、オーバレイ層１２との間の密着性の向上に寄与する。
【００１９】
本実施形態の場合、軸受合金層１１に形成される凹部１５は、次のように定義している。
軸受合金層１１を含む摺動部材１０は、摺動方向に対して垂直に切断した断面の組織を観察する。このとき、凹部１５は、軸受合金層１１において周囲よりも窪んでいる部分、すなわち摺動する相手部材から遠ざかる方向へ窪んでいる部分である。本実施形態では、凹部１５は、軸受合金層１１の周囲よりも０．５μｍ以上窪んでいる部分と定義している。図１に示すように軸受合金層１１の表面においてその表面形状が非線形に変化する２つの点は、起点Ｐ１および起点Ｐ２とする。この場合、これら起点Ｐ１と起点Ｐ２との間には、軸受合金層１１が存在しない。そして、２つの起点Ｐ１と起点Ｐ２とを結ぶ仮想的な線分Ｐ１−Ｐ２を摺動面とは反対側、つまり凹部１５の底側へ平行移動したとき、凹部１５の輪郭との接点が１点となる部分は凹部１５の底Ｐ３と定義する。凹部１５の深さＤは、起点Ｐ１および起点Ｐ２を通る線分Ｐ１−Ｐ２と、線分Ｐ１−Ｐ２に平行であって凹部１５の底Ｐ３を線分との間の距離に相当する。摺動部材１０の軸受合金層１１において、凹部１５以外の部分は非凹部１６である。
【００２０】
本実施形態の摺動部材１０は、軸受合金層１１と中間層１３との界面において、界面の全長Ｌ１と、軸受合金層１１と中間層１３とが密着していない非密着部分の全長Ｌ２とを次のように設定している。すなわち、界面の全長Ｌ１に対する非密着部分の全長Ｌ２の割合は、Ｌ２／Ｌ１≦０．５％である。特に、本実施形態の場合、このＬ２／Ｌ１は、Ｌ２／Ｌ１≦０．１％であることが好ましい。ここで、界面の全長Ｌ１は、凹部１５および非凹部１６を含む観察対象とする視野の全体における軸受合金層１１と中間層１３との界面の全長である。
【００２１】
軸受合金層１１の表面にめっきによって中間層１３を形成する場合、凹部１５は、非凹部１６に比較して電子が疎となる傾向にある。つまり、中間層１３を電気的なめっきによって形成する場合、電子は非凹部１６に集中しやすい傾向にある。そのため、通常の電気的なめっきによって中間層１３を形成すると、図４に示すように凹部１５の底Ｐ３にかけて中間層１３の厚みが小さくなる傾向にあり、軸受合金層１１と中間層１３とが密着していない非密着部分が形成されやすい。本実施形態の場合、上述のようにこの軸受合金層１１と中間層１３との界面において、界面の全長Ｌ１に対する非密着部分の全長Ｌ２はＬ２／Ｌ１≦０．５％に、好ましくはＬ２／Ｌ１≦０．１％に設定している。このことから、本実施形態の摺動部材１０は、軸受合金層１１と中間層１３との間に形成される非密着部分は、極めて小さくなる。
【００２２】
本実施形態では、全長Ｌ１に対する全長Ｌ２の割合Ｌ２／Ｌ１は、次のように測定している。
軸受合金層１１を含む摺動部材１０は、摺動方向に対して垂直に切断した断面の組織を観察する。この断面の組織は、電子顕微鏡で１００，０００倍に拡大した任意の視野において観察する。この任意の観察視野において凹部１５を抽出し、この凹部１５における軸受合金層１１と中間層１３との間の界面の全長をｌ１として測定する。同様に、この観察視野に含まれる凹部１５おいて、軸受合金層１１と中間層１３と間の非密着部分の全長をｌ２として測定する。本実施形態では、５つ以上の凹部１５を観察し、観察したすべての凹部１５におけるｌ１の総和を総和Ａ、およびｌ２の総和を総和Ｂとする。そして、得られた総和Ａおよび総和Ｂから、Ｂ／Ａ＝Ｌ２／Ｌ１として、Ｌ２／Ｌ１を測定している。
【００２３】
また、本実施形態の摺動部材１０は、凹部１５における中間層１３の膜厚の平均値である第一膜厚Ｔ１と、非凹部１６における中間層１３の膜厚の平均値である第二膜厚Ｔ２とを次のように設定している。すなわち、非凹部１６における膜厚の平均値である第二膜厚Ｔ２に対する凹部１５における膜厚の平均値である第一膜厚Ｔ１の割合は、Ｔ１／Ｔ２≧０．１０である。特に、本実施形態の場合、このＴ１／Ｔ２は、０．１８≦Ｔ１／Ｔ２≦１．４９であることが好ましく、０．３３≦Ｔ１／Ｔ２≦０．９６であることがさらに好ましい。
【００２４】
上述のように軸受合金層１１の表面にめっきによって中間層１３を形成する場合、凹部１５は非凹部１６に比較して中間層１３の膜厚が小さくなる傾向にある。本実施形態では、これら凹部１５における中間層１３の膜厚の平均値である第一膜厚Ｔ１と、非凹部１６における中間層１３の膜厚の平均値である第二膜厚Ｔ２との割合は、Ｔ１／Ｔ２≧０．１０に、好ましくは０．１８≦Ｔ１／Ｔ２≦１．４９に、より好ましくは０．３３≦Ｔ１／Ｔ２≦０．９６に設定している。これにより、本実施形態の摺動部材１０は、軸受合金層１１に積層される中間層１３は、凹部１５と非凹部１６との間における膜厚の差が小さくなる。
【００２５】
本実施形態では、第一膜厚Ｔ１および第二膜厚Ｔ２は、次のように測定している。
軸受合金層１１を含む摺動部材１０は、上述の全長Ｌ１および全長Ｌ２と同様に、摺動方向に対して垂直に切断した組織の断面を１００，０００倍に拡大した任意の視野において観察する。この任意の観察視野において凹部１５を抽出し、図５に示すようにこの凹部１５の底Ｐ３における中間層１３の膜厚をｔ１として測定する。本実施形態では、５つ以上の凹部１５を観察し、観察したすべての凹部１５における中間層１３の膜厚ｔ１の平均値を第一膜厚Ｔ１とする。
【００２６】
一方、任意の観察視野において非凹部１６を抽出し、この非凹部１６における中間層１３の膜厚を測定する。具体的には、図６に示すように隣り合う凹部１５の間に非凹部１６が位置する場合、この隣り合う凹部１５の間の非凹部１６の間の長さを４等分する。そして、この４等分したことで設定される凹部１５間の３つの位置における中間層の膜厚をｔ２として測定する。また、任意の観察視野において図７に示すように非凹部１６が観察視野から出てしまう場合、凹部１５から観察視野の端部までの長さを４等分する。そして、この４等分したことで設定される３つの位置における中間層１３の膜厚をｔ２として測定する。本実施形態では、５つ以上の観察視野を観察し、観察したすべての非凹部１６における中間層１３の膜厚ｔ２の平均値を第二膜厚Ｔ２とする。
【００２７】
なお、本実施形態では、非凹部１６の観察において４等分して３つの位置で中間層１３の膜厚を測定する例について説明したが、上記の例は一例であり、膜厚を測定する位置の数など任意に設定することができる。
【００２８】
（摺動部材の製造方法）
次に、上述の摺動部材１０の製造方法について説明する。
本実施形態による摺動部材１０は、図８に示すように基材２１となる軸受合金層１１に中間層１３およびオーバレイ層１２を順に積層する。基材２１となる軸受合金層１１は、電気的なめっきによって中間層１３が形成される。すなわち、中間層１３およびオーバレイ層１２となる材料は陽極であり、基材２１となる軸受合金層１１は陰極である。中間層１３およびオーバレイ層１２は、基材２１の板厚方向に成長しつつ成膜される。
【００２９】
本実施形態では、基材２１となる軸受合金層１１に中間層１３を形成するとき、陰極となる基材２１は、めっき液に浸漬された状態で微小に往復駆動される。すなわち、基材２１は、極めて小さな距離の範囲で往復駆動される。このとき、基材２１は、中間層１３の形成方向に対して垂直な軸Ａを中心に微小な角度範囲で往復回転するように駆動される。以下、上記の駆動によって基材２１に加える運動は、微細往復円運動という。
【００３０】
従来のように中間層１３を一般的なめっきによって形成する場合、基材２１となる軸受合金層１１の表面に拡散層が形成される。この拡散層は、物質の移動、つまり中間層１３を形成する金属イオンの移動を阻害する。そのため、一般的な電気めっきを用いて中間層１３を形成すると、基材２１である軸受合金層１１の表面に形成される中間層１３は拡散層によって不均一となりやすい。この拡散層の破壊のために、従来、ＰＲ電解めっきや基材２１に超音波による振動を付加することが提案されている。しかし、ＰＲ電解めっきおよび超音波による振動の付加は、いずれも均一性をもった中間層１３の形成が困難である。特に、全長Ｌ１に対する全長Ｌ２の割合Ｌ２／Ｌ１は、いずれの手法でも改善が困難である。
【００３１】
そこで、本実施形態では、基材２１となる軸受合金層１１は、微細往復円運動が加えられる。微細往復円運動の速度は３０〜６０ｍｍ／ｓ、その距離は１．０〜６．０ｍｍが好ましい。これにより、基材２１の表面における拡散層の破壊が促され、中間層１３は基材２１である軸受合金層１１の表面に均一性をもって形成される。そのため、全長Ｌ１に対する全長Ｌ２の割合Ｌ２／Ｌ１は、Ｌ２／Ｌ１≦０．５％とすることができる。
【００３２】
また、本実施形態では、中間層１３を形成するとき、複数のめっき工程を含むとともに、この複数のめっき工程の間にレベリング剤を提供する工程を含んでいる。レベリング剤は、対象となる基材２１にめっき層を均一に形成するために添加され、一般にめっき液に添加されている。そのため、基材２１の表面では、金属イオンの析出、ならびにレベリング剤の吸着および電気的な破壊という２つの電気化学反応が競争的に生じている。この場合、めっき液にレベリング剤を添加しただけでは、中間層１３の形成は、２つの電気化学反応の優劣に支配され、レベリング剤の添加の効果は限定的となる。特に、電子が疎となることから中間層１３が形成されにくい凹部１５の底Ｐ３の近傍では、レベリング剤を添加しただけでは均一な中間層１３の形成が困難である。
【００３３】
図９に示すように陰極となる基材２１は、非凹部１６に電子が集中して密となるのに対し、凹部１５において電子が疎となる。そのため、めっき液に含まれている中間層１３となる金属イオン２２は、電子が密な非凹部１６に集中する。その結果、図４に示すように中間層１３は、非凹部１６において膜厚が大きくなるのに対し、凹部１５において膜厚が小さくなる。めっき液にレベリング剤を添加することにより、レベリング剤の電解も電子が密な非凹部１６において優勢となることから、電気的なエネルギーの消費は非凹部１６において上昇する。これにより、凹部１５における金属イオン２２を由来とする金属の析出速度は、相対的に上昇する。しかし、上述のように成膜速度は、２つの電気化学反応の優劣に支配され、その効果は限定的である。
【００３４】
そこで、本実施形態では、複数のめっき工程の間にレベリング剤を提供する工程を含んでいる。具体的には、図１０に示すように、軸受合金層１１となる基材２１は、まず中間層１３となる金属イオン２２を含むめっき液を用いてめっきされる。このとき、上述のように中間層１３となる金属膜２３は、図１１に示すように基材２１における電子の密度によって生成速度に差が生じ、不均一に形成される。第一段階の中間層１３のめっきが完了すると、図１１に示すように基材２１は、レベリング剤２４が提供される。すなわち、基材２１は、レベリング剤２４が溶解された溶液に浸漬されるとともに、陰極として通電される。これにより、レベリング剤２４は、金属イオン２２と電子の奪い合いを生じることなく、図１２に示すように基材２１に形成された中間層１３となる金属膜２３の表面に吸着される。なお、レベリング剤２４は、金属膜２３との親和性が良好であり、かつ金属膜２３との親和性が基材２１との親和性に比べて良好であれば、通電させなくても金属膜２３の表面に選択的に吸着させることができる。
【００３５】
そして、図１２に示すようにレベリング剤２４が吸着された基材２１を再びめっき液を用いてめっきすることにより、金属膜２３の表面に吸着されたレベリング剤２４は電気的に分解される。すなわち、金属膜２３の表面ではレベリング剤２４の電解が生じることにより電子が消費される。そのため、めっき液に含まれる金属イオン２２は、基材２１となる軸受合金層１１の表面に優先的に積層される。このようにめっきによる金属膜２３の形成とレベリング剤２４の提供とを繰り返すことにより、図１３に示すように軸受合金層１１となる基材２１の表面には中間層１３となる金属膜２３が均一に形成される。その結果、第一膜厚Ｔ１と第二膜厚Ｔ２との割合は、Ｔ１／Ｔ２≧０．１０とすることができる。この場合、めっき工程とレベリング剤２４の吸着工程との相互の間では、基材２１を水で洗浄することが好ましい。
【００３６】
また、レベリング剤２４は、中間層１３となる材料との親和性が軸受合金層１１となる材料との親和性よりも高いことが好ましい。このように中間層１３となる材料との親和性が高いレベリング剤２４を用いることにより、レベリング剤２４は既に形成された中間層１３となる金属膜２３、つまり非凹部１６に優先的に吸着する。そのため、形成される中間層１３のより高い均一性を得ることができる。例えば、軸受合金層１１をＡｌ系の合金、および中間層１３をＡｇ系の合金を用いる場合、Ａｌに比較してＡｇとの親和性が高いチオール類、ジスルフィド類、チオ尿素類などのように分子構造中にＳを含むレベリング剤２４を用いることが好ましい。
【００３７】
（実施例の検証）
上記の実施形態で得られる摺動部材１０を用いた実施例および比較例について、図１４に示す試験条件によって、微小振動にともなうオーバレイ層１２の剥離耐性について検証した。実施例および比較例による摺動部材１０は、エンジンにおいて相手部材としてのシャフトを回転可能に支持する軸受装置に用いている。これらシャフトおよび摺動部材１０を備える軸受装置は、ハウジングに組み付けてエンジンを構成している。このハウジングを振動させることにより、シャフトと軸受装置の摺動部材１０との間の接触を繰り返す。そして、試験条件による試験の結果、摺動部材１０においてオーバレイ層１２が軸受合金層から剥離しない振動加速度の上限を評価している。検証結果は、図１５に示す。
【００３８】
実施例１〜実施例１２は、いずれも中間層１３を形成するめっき時に、拡散層を破壊するために陰極となる基材２１を微細に往復駆動する微細往復円運動を施している。これに対し、比較例１は、拡散層を破壊するための処置を施していない。また、比較例２は拡散層を破壊するためにＰＲ電解めっきを施し、比較例３は基材２１に超音波振動を施し、比較例４は基材２１に回転運動を施している。また、実施例１〜実施例１２のうち、実施例１、実施例２、実施例１０および実施例１１は、いずれもレベリング剤２４の吸着工程を実施していない。また、比較例１〜比較例４も、レベリング剤２４の吸着工程を実施していない。
【００３９】
実施例１〜実施例１２と比較例１〜比較例４との対比からわかるように、Ｌ２／Ｌ１が０．５以下となる実施例１〜実施例１２は、オーバレイ層１２の剥離が生じる振動加速度がいずれも１０Ｇ以上となっている。このことから、Ｌ２／Ｌ１が０．５以下となる本実施形態は、軸受合金層１１とオーバレイ層１２との密着性が高まり、オーバレイ層１２の剥離が低減されることがわかる。これは、Ｌ２／Ｌ１≦０．５となることにより、軸受合金層１１と中間層１３とが密着していない部分が低減され、結果として軸受合金層１１とオーバレイ層１２との密着性が向上したためと考えられる。
【００４０】
また、Ｌ２／Ｌ１が０．１以下となる実施例２〜実施例９および実施例１２は、Ｌ２／Ｌ１が０．５となる実施例１、実施例１０および実施例１１と比較して、剥離が生じる振動加速度が向上している。このことから、Ｌ２／Ｌ１が０．１以下となることにより、軸受合金層１１とオーバレイ層１２との密着性がさらに高まり、オーバレイ層１２の剥離が効果的に低減されることがわかる。これは、Ｌ２／Ｌ１≦０．１となることにより、軸受合金層１１と中間層１３とが密着していない部分がさらに低減され、結果として軸受合金層１１とオーバレイ層１２との密着性が向上したためと考えられる。
【００４１】
さらに、実施例１〜実施例１２のうち、Ｔ１／Ｔ２が０．１０以上となる実施例３〜実施例９および実施例１２は、残る実施例と比較して、剥離が生じる振動加速度が向上している。このことから、Ｔ１／Ｔ２が０．１以下となることにより、軸受合金層１１とオーバレイ層１２との密着性がさらに高まり、オーバレイ層１２の剥離が効果的に低減されることがわかる。これは、Ｔ１／Ｔ２≧０．１０となることにより、中間層の１３膜厚が均一に近くなることによると考えられる。すなわち、中間層１３の膜厚が均一に近くなることにより、オーバレイ層１２に接する中間層１３の表面における結晶粒の寸法差が小さくなる。そのため、オーバレイ層１２と中間層１３との界面が均質化し、微小な振動に晒された際の応力が分散されやすくなると考えられる。
【００４２】
中でも、Ｔ１／Ｔ２が０．１８≦Ｔ１／Ｔ２≦１．４９となる実施例４〜実施例８、実施例１２は、他の実施例と比較して、さらに剥離が生じる振動加速度が向上している。特に、Ｔ１／Ｔ２が０．３３≦Ｔ１／Ｔ２≦０．９６となる実施例５、実施例６および実施例７は、他の実施例と比較して剥離が生じる振動加速度が極めて向上していることがわかる。これらにより、Ｔ１／Ｔ２は、オーバレイ層１２の剥離に対する耐性に影響を及ぼしていることがわかる。
【００４３】
実施例１２は、オーバレイ層１２および中間層１３の材質が他の実施例と異なっている。実施例１２からこれらオーバレイ層１２および中間層１３の材質を変更しても、Ｌ２／Ｌ１およびＴ１／Ｔ２を本実施形態の範囲に設定することにより、オーバレイ層１２の剥離に対する耐性に影響を及ぼさないことがわかる。
【００４４】
ところで、実施例１〜実施例１２と比較例１〜比較例４とを比較すると、めっき時に微細往復円運動を施している実施例１〜実施例１２は、Ｌ２／Ｌ１が０．５以下となっている。すなわち、めっき時に微細往復円運動によって拡散層を破壊している実施例１〜実施例１２は、その他の手法で拡散層を破壊する比較例１〜比較例４と比較して、軸受合金層１１と中間層１３との密着性が高いことがわかる。すなわち、実施例１〜実施例１２は、軸受合金層１１と中間層１３とが密着していない非密着部分が低減されることを示している。したがって、微細往復円運動によって拡散層を破壊することにより、非密着部分が低減されるとともに、オーバレイ層１２の剥離に対する耐性が高められることが明らかになった。
【００４５】
また、実施例３〜実施例９および実施例１２と他の実施例とを比較すると、めっき時におけるレベリング剤２４の吸着工程はＴ１／Ｔ２に影響を与えることがわかる。すなわち、めっき時にレベリング剤２４の吸着工程を実施することにより、凹部１５と非凹部１６における中間層１３の膜厚の差は小さくなることがわかる。したがって、レベリング剤２４の吸着工程を実施することにより、軸受合金層１１の凹部１５と非凹部１６における中間層１３の膜厚の差が低減されるとともに、オーバレイ層１２の剥離に対する耐性を高めることができる。
【００４６】
以上説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
【符号の説明】
【００４７】
図面中、１０は摺動部材、１１は軸受合金層、１２はオーバレイ層、１３は中間層、１４は摺動面、１５は凹部、１６は非凹部、２１は基材を示す。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
2020002391.tif 000009
【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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