(57)【要約】【課題】基材にＡｇ又はＡｇ合金から形成したオーバレイ層を被着した摺動部材において、優れたなじみ性を得ることができる摺動部材を提供する。【解決手段】基材２にＡｇ又はＡｇ合金から形成したオーバレイ層３を被着する。オーバレイ層のＸ線回折の強度が、１％≦（２００）／｛（２００）＋（１１１）＋（２２０）＋（３１１）＋（２２２）｝≦２０％、且つ、１％≦（２００）／（１１１）≦３０％を満たすように形成する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
基材にオーバレイ層を被着した摺動部材において、
前記オーバレイ層を、Ａｇ又はＡｇ合金から形成し、
前記オーバレイ層のＸ線回折の強度は、
１％≦（２００）／｛（２００）＋（１１１）＋（２２０）＋（３１１）＋（２２２）｝≦２０％、
且つ、
１％≦（２００）／（１１１）≦３０％
であることを特徴とする摺動部材。
【請求項２】
前記オーバレイ層を構成する結晶粒において、所定面積観察視野において相対的に外接円が大きい１０個の結晶粒のうち５個以上の結晶粒は、該結晶粒の外周に接する最小の前記外接円の直径が内周に接する最大の内接円の直径の４倍以下の粒状晶であることを特徴とする請求項１記載の摺動部材。
【請求項３】
前記オーバレイ層のＸ線回折の強度は、ミラー指数（２００）面の強度比の値が、５％以上、且つ、１５％以下であることを特徴とする請求項１又は２記載の摺動部材。
【請求項４】
前記オーバレイ層上に該オーバレイ層よりも硬さが低い被覆層を被着したことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の摺動部材。
【請求項５】
前記被覆層を、Ｂｉ又はＢｉ合金から形成したことを特徴とする請求項４記載の摺動部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、基材にＡｇ又はＡｇ合金から形成したオーバレイ層を被着した摺動部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
摺動部材、例えば自動車や一般産業機械の内燃機関用として使用されるすべり軸受には、優れた非焼付性、なじみ性、耐疲労性、耐摩耗性が要求されている。この内燃機関用のすべり軸受には、裏金層上にアルミニウム合金をライニングしたアルミニウム基軸受、裏金層上に銅合金をライニングした銅基軸受、更に、これらの合金層の表面上にオーバレイ層を設けた軸受があり、使用環境に応じて使い分けをしている。
【０００３】
このオーバレイ層としては、例えば特許文献１のものや特許文献２のものがある。特許文献１のオーバレイ層は、非焼付性の向上を図るために、Ａｇを主成分にして形成している。又、この特許文献１には、Ａｇに、Ｃｕ，Ｉｎ，Ｓｂ，Ａｌ及びＳｎからなる群の少なくとも１種類を総量で５％以下含有させたオーバレイ層も開示されている。特許文献２のオーバレイ層は、非焼付性、耐疲労性及び耐摩耗性の向上を図るために、オーバレイ層の主成分となるＡｇに、粒径１μｍ以下の易硫化金属粒子と粒径０．５μｍ以下の固体潤滑性硬質粒子とを含有させて形成している。又、この特許文献２には、Ａｇに、易硫化金属粒子、固体潤滑性硬質粒子及び炭化物硬質粒子を含有させてなるオーバレイ層も開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開平１１−２６９５８０号公報
【特許文献２】特開２００４−３０７９６０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
最近の内燃機関は、高速高出力化及び軽量化の傾向がある。しかし、内燃機関の高速高出力化行われると、油膜が薄くなり、焼付が生じ易くなる。又、軽量化が行われると、軸受ハウジングは変形し易く、疲労が生じ易くなる。そのため、特許文献１及び特許文献２に示すように、耐疲労性及び耐摩耗性に優れるＡｇ又はＡｇ合金からなるオーバレイ層を基材に被着させることが考えられる。
しかしながら、Ａｇ又はＡｇ合金からなるオーバレイ層は、例えばＳｎからなるオーバレイ層と比較して、硬く、なじみ性に劣る。
【０００６】
本発明は上記した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、基材にＡｇ又はＡｇ合金から形成したオーバレイ層を被着した摺動部材において、優れたなじみ性を得ることができる摺動部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者は、Ａｇ又はＡｇ合金から形成したオーバレイ層のミラー指数に着目して鋭意実験を重ねた。その結果、発明者は、Ａｇ基オーバレイ層において、ミラー指数（２００）面と（１１１）と（２２０）と（３１１）と（２２２）との合計に占める（２００）の割合によって、オーバレイ層のなじみ性の優劣が変わることを解明した。即ち、Ｘ線回折強度において（２００）と（１１１）と（２２０）と（３１１）と（２２２）との合計に占める（２００）の割合が一定範囲内であると、Ａｇ基オーバレイ層は軟らかくなり、なじみ性が良好になることを、本発明者は解明した。又、（２００）のＸ線回折強度が（１１１）の一定割合の大きさであると、Ａｇ基オーバレイ層は軟らかくなり、なじみ性が良好になることも、本発明者は解明した。尚、本明細書では、「ミラー指数（２００）面」等の表現を単に「（２００）」等で示す。
本発明者は、このような事情を基にして、基材にオーバレイ層を被着した摺動部材において、優れたなじみ性を得ることができる摺動部材の本発明をなすに至った。
【０００８】
請求項１の発明では、基材にオーバレイ層を被着した摺動部材において、オーバレイ層を、Ａｇ又はＡｇ合金から形成し、オーバレイ層のＸ線回折の強度は、ミラー指数を用いたとき、１％≦（２００）／｛（２００）＋（１１１）＋（２２０）＋（３１１）＋（２２２）｝≦２０％、且つ、１％≦（２００）／（１１１）≦３０％の強度比の値であることを特徴とするものである。
【０００９】
本発明の摺動部材の基本形態の断面の例を、図１に示す。図１に示す摺動部材１は、例えば基材２にオーバレイ層３を被着して構成されている。本発明に言う基材２とは、オーバレイ層３を被着する部材であり、例えばアルミニウム基軸受合金層、銅基軸受合金層、その他の軸受合金層、軸受合金層を設けずに裏金層に相当する部材で相手材を支持する場合には当該裏金層相当部材、又は、軸受合金層若しくは裏金層上に設けた層（部材）である。図１に示す基材２は、鋼裏金層２１に銅基軸受合金層２２を設けて形成されている。オーバレイ層３は、Ａｇ又はＡｇ合金から形成されている。Ａｇ合金としては、Ａｇ−Ｓｎ、Ａｇ−Ｉｎ、Ａｇ−Ｚｎ、Ａｇ−Ｃ等がある。オーバレイ層３には、その他に不可避な不純物が含有されていても良い。
【００１０】
本発明のオーバレイ層３は、Ｘ線回折の強度を、１％≦（２００）／｛（２００）＋（１１１）＋（２２０）＋（３１１）＋（２２２）｝≦２０％、且つ、１％≦（２００）／（１１１）≦３０％に設定している。この条件を満たすオーバレイ層３は、なじみ性が良好であることを本発明者は解明している。
【００１１】
（２２０）と（１１１）と（２００）と（３１１）と（２２２）との合計に占める（２００）の割合（強度比の値）が０．２０以下（２０％以下）であり、かつ、（１１１）に占める（２００）の割合が０．３０以下（３０％以下）の場合に、オーバレイ層のなじみ性が優れていた。そして、（２００）の存在する割合の下限値として、（２２０）と（１１１）と（２００）と（３１１）と（２２２）の合計に占める（２００）の割合が０．０１以上（１％以上）、かつ、（１１１）に占める（２００）の割合が０．０１以上（１％以上）の場合に、なじみ性が優れていた。
【００１２】
（２２０）と（１１１）と（２００）と（３１１）と（２２２）との合計に占める（２００）の割合を０．１５以下（１５％以下）、（１１１）に占める（２００）の割合を０．２０以下（２０％以下）、（２２０）と（１１１）と（２００）と（３１１）と（２２２）の合計に占める（２００）の割合を０．０７以上（７％以上）、かつ、（１１１）に占める（２００）の割合を０．１０以上（１０％以上）とすると、特に優れたなじみ性の摺動部材とすることができた。
【００１３】
図２は、図１のオーバレイ層３の断面を顕微鏡（透過型電子顕微鏡、走査型電子顕微鏡、イオン顕微鏡等）で観察し得られる画像に基づいて図示したものの例である。図２に示すように、本発明のＡｇの結晶粒の形状は、粒状（等軸晶）に近く、柱状の結晶粒、いわゆる柱状晶の割合は少ない。
【００１４】
請求項２の発明では、オーバレイ層を構成する結晶粒において、所定面積観察視野において相対的に外接円が大きい１０個の結晶粒のうち５個以上の結晶粒は、結晶粒の外周に接する最小の前記外接円の直径が内周に接する最大の内接円の直径の４倍以下の粒状晶であることを特徴とするものである。
【００１５】
ここで、所定面積観察視野とは、結晶粒が１０個以上入るような面積を持つ視野をいう。例えば、オーバレイ層の厚さ方向略中央位置を中心にした２５μｍ２の顕微鏡写真から上記を測定することができる。
【００１６】
結晶粒の外周に接する最小の外接円の直径が内周に接する最大の内接円について、図３を参照して説明する。図３は、オーバレイ層３中に存在するＡｇの結晶粒の例を示している。本発明では、結晶粒の内周に接する最大の内接円の直径をＲ１と定義し、結晶粒の外周に接する最小の外接円の直径をＲ２と定義する。この直径Ｒ１と直径Ｒ２を用いて結晶粒の形状を定義した場合、直径Ｒ１と直径Ｒ２との差が小さいほど、結晶粒は粒状であることを示している。特に、結晶粒の直径Ｒ２が直径Ｒ１の４倍以下である場合、この結晶粒は比較的粒状をなしている。一方、本明細書でいう柱状晶とは、基材２の表面側から、ほぼ垂直方向に成長した結晶のことをいい、直径Ｒ２が直径Ｒ１の４倍超えのものをいう。
【００１７】
柱状晶の割合が少ないオーバレイ層３、即ち直径Ｒ２が直径Ｒ１の４倍以下である粒状の結晶粒、いわゆる粒状晶が多いオーバレイ層３において、オーバレイ層３の上面から荷重が加えられると、この荷重は粒状の結晶粒によって受けられる。結晶粒が粒状であるので、これらの結晶粒は、加えられた荷重によって下方向及び左右方向に移動し易い。そのため、本発明のオーバレイ層３は、オーバレイ層３の上面に加えられた荷重によって変形し易い。よって、オーバレイ層３は、なじみ性に優れる。特に、所定面積観察視野内における相対的に外接円が大きい１０個の結晶粒のうち、直径Ｒ２が直径Ｒ１の４倍以下である粒状晶が５個以上存在すると、なじみ性に有利である。
【００１８】
直径Ｒ２が直径Ｒ１の４倍以下である粒状の結晶粒が７個以上存在することが好ましい。又、直径Ｒ２が直径Ｒ１の２倍以下である粒状の結晶粒が５個以上存在することが好ましい。
【００１９】
尚、オーバレイ層中に存在する柱状晶の割合が多い場合、オーバレイ層中に縦方向に長い柱状晶が配置している確率も高くなる。この場合、オーバレイ層の上面に荷重が加えられると、荷重は多くの柱状晶の上端面で受けられる。そのため、柱状晶の上端面から縦方向（平面に対して垂直方向）に荷重が加わると、柱状晶は縦方向において縮まろうとする。しかし、柱状晶はその縦方向に強度を有しているので、縦方向に変形し難い。
【００２０】
請求項３の発明では、オーバレイ層のＸ線回折の強度は、ミラー指数（２００）面の強度比の値が、５％以上、且つ、１５％以下であることを特徴としている。
（２００）の強度比の値とは、全ミラー指数の各面のＸ線回折強度の値の合計に占める（２００）のＸ線回折強度の値の割合の値である。即ち、オーバレイ層３のＡｇ又はＡｇ合金の結晶の各面のＸ線回折強度をＲ（ｈ，ｋ，ｌ）としたとき、強度比の値はＲ（ｈ，ｋ，ｌ）÷ΣＲ（ｈ，ｋ，ｌ）で表される。分子のＲ（ｈ、ｋ、ｌ）は強度比の値を求める面のＸ線回折強度であり、ΣＲ（ｈ，ｋ，ｌ）は、各面のＸ線回折強度の総和である。尚、上記式で得られた強度比の値は、百分率で表すこともある。
【００２１】
この（２００）の強度比の値が、０．０５以上（５％以上）、且つ、０．１５以下（１５％以下）であるときに、より良好ななじみ性を得ることができる。
オーバレイ層３中の（２００）の割合は、例えばオーバレイ層３の形成に行われるめっきのめっき条件によって変わる。このめっき条件において、沃素及びシアンを実質含ませないめっき液を用いることによって、オーバレイ層３中の（２００）の割合を少なくした。
摺動部材１のなじみ性を更に向上させる方法として、オーバレイ層３になじみ性に優れる被覆層を被着することが考えられる。
【００２２】
請求項４の発明では、オーバレイ層に該オーバレイ層よりも硬さが低い被覆層を被着したことを特徴とするとするものである。
図４に、オーバレイ層３に被着層４を被着した摺動部材１の例を示す。被覆層４は、Ａｇよりも硬さが低い材料、例えばＢｉ、Ｂｉ合金、Ｓｎ、Ｓｎ合金等で形成されている。オーバレイ層３に、このオーバレイ層３よりも硬さが低い被覆層４を被着した場合、被覆層４の上面に加えられた荷重は、被覆層４及びオーバレイ層３で受けられる。オーバレイ層３及び被覆層４は、硬さが低いので、容易に変形する。これによって、なじみ性が更に向上する。
【００２３】
請求項５の発明では、被覆層を、Ｂｉ又はＢｉ合金から形成したことを特徴とするとするものである。
Ｂｉ又はＢｉ合金から形成された被覆層は、Ａｇ又はＡｇ合金から形成されたオーバレイ層との接着性を高くすることができ、優れたなじみ性を有する内燃機関用すべり軸受として用いる場合に非常に好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】本発明の摺動部材の断面図
【図２】図１中のオーバレイ層を拡大して示す図
【図３】オーバレイ層中の結晶粒を示す図
【図４】摺動部材のオーバレイ層に被覆層を被着した断面図
【図５】なじみ試験（シム噛み試験）に用いられる試料片を示す図
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態を説明する。
本発明の実施形態の摺動部材１は、図１に示すように鋼からなる裏金層２１上に銅基軸受合金層２２が設けられ、この銅基軸受合金層２２上にＡｇからなるオーバレイ層３が設けられた構造である。オーバレイ層３上には、図４に示すようにＢｉ基からなる被覆層４或いはＳｎ基からなる被覆層４が設けられる場合もある。そして、本発明のオーバレイ層３の効果を確認するために、表１に示す試料（実施例１〜１１及び比較例１〜６）を製作し、なじみ性及び接着性を確認する試験を行った。
【００２６】
【表１】
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【００２７】
試料の製法を述べると、まず、鋼裏金上に銅合金層をライニングしてバイメタルを製造し、このバイメタルを半円筒状又は円筒状に成形した後、軸受合金層の表面をボーリング加工して表面仕上げした。次に、半円筒状の成形物を電界脱脂及び酸による表面洗浄を行った。
【００２８】
その後、実施例１〜実施例１１では、表２に示すＡｇめっき工程１を実行し、Ａｇ単体金属からなるオーバレイ層を形成した。
実施例６〜１０では、Ａｇめっき工程１後、表６に示すＢｉめっき工程を実行し、オーバレイ層上にＢｉ単体金属（実施例６〜９）及び２質量％のＳｎを含むＢｉ合金（実施例１０）からなる被覆層を形成した。
実施例１１は、Ａｇめっき工程１後、表７に示すＳｎめっき行程を実行し、オーバレイ層上にＳｎ単体金属からなる被覆層を形成した。
【００２９】
比較例１及び比較例４では、半円筒状の成形物を電界脱脂及び酸による表面洗浄を行った後、表３に示すＡｇめっき工程２を実行し、Ａｇ単体金属からなるオーバレイ層を形成した。比較例４では、Ａｇめっき工程２後、表６に示すＢｉめっき工程を実行し、オーバレイ層上にＢｉ単体金属からなる被覆層を形成した。
【００３０】
比較例２及び比較例５では、半円筒状の成形物を電界脱脂及び酸による表面洗浄を行った後、表４に示すＡｇめっき工程３を実行し、Ａｇ単体金属からなるオーバレイ層を形成した。比較例５では、Ａｇめっき工程３後、表６に示すＢｉめっき工程を実行し、オーバレイ層上にＢｉ単体金属からなる被覆層を形成した。
【００３１】
比較例３及び比較例６では、半円筒状の成形物を電界脱脂及び酸による表面洗浄を行った後、表５に示すＡｇめっき工程４を実行し、Ａｇ単体金属からなるオーバレイ層を形成した。比較例６では、Ａｇめっき工程４後、表６に示すＢｉめっき工程を実行し、オーバレイ層上にＢｉ単体金属からなる被覆層を形成した。
【００３２】
【表２】
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【００３３】
【表３】
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【００３４】
【表４】
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【００３５】
【表５】
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【００３６】
【表６】
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【００３７】
【表７】
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【００３８】
このようにして得た試料（実施例１〜１１及び比較例１〜６）のオーバレイ層について、Ｘ線回折を行い、ミラー指数の各面の強度を得た。表１中の「強度比の値」の「Ａ」は、（２００）／｛（２００）＋（１１１）＋（２２０）＋（３１１）＋（２２２）｝の値を、百分率で表している。表１中の「Ｂ」は、（２００）／（１１１）の値を、百分率で表している。表１中の「Ｃ」は、全ミラー指数の各面のＸ線回折強度の値の合計に占める（２００）のＸ線回折強度の値の割合の値を、百分率で表している。
【００３９】
得られた試料のオーバレイ層は、顕微鏡、例えば透過型電子顕微鏡、走査型電子顕微鏡、ＦＩＢ−ＳＩＭ（Ｆｏｕｃｓ  Ｉｏｎ  Ｂｅａｍ−走査イオン顕微鏡）、又はＥＢＳＰ（電子後方散乱解析像法）等で観察できる。本実施の形態では、結晶粒の大きさは、オーバレイ層の周方向及び厚さ方向略中央位置近辺での５μｍ×５μｍの顕微鏡写真を測定した。表１中の「層厚」は、得られた試料の断面を上記の顕微鏡で撮影し、撮影した断面の画像から層の厚さを測定した。
【００４０】
（１）なじみ性試験（シム噛み試験）
以上のようにして得た実施例１〜１１及び比較例１〜６に対して行ったなじみ性を確認するために、シム噛み試験を行った。シム噛み試験の試験条件を表８に示し、試料の形状を図５に示す。シム噛み試験では、各試料（実施例１〜１１及び比較例１〜６）の外周面の中央に図５に示すように２ｍｍ２×所定のシム厚（１０μｍ及び３０μｍ）の金属製の板（シム）を取付け、シム噛み試験用試料を製作した。そして、各シム噛み試験用試料を回転荷重試験機の台に取付けた。シム噛み試験用試料を台に取付けると、シム噛み試験用試料の内周面のうちシムが取付けられている部分に対応する領域が内周側に突出する。突出する量は、シム厚に比例する。そして、表８に示す試験条件で回転荷重試験機の試験軸を回転させ、このときのシム噛み試験用試料の外周面でシムの中心から２０°周方向にずれた位置の温度を測定した。本実施形態のシム噛み試験では、３０ＭＰａ、７０００ｒｐｍまで荷重と回転数を上げ、その時点（試験開始）から試料背面温度の変動が２℃／秒を超えるようになる時点（試験終了）までの時間を測定している。
【００４１】
このシム噛み試験では、シムを取付けた部分に対応する領域が内周側に突出するので、突出している部分が試験軸に接触し易くなる。なじみ性が良好な試料であれば、シム噛み試験用試料の表面が試験軸の表面に倣って変形する。そのため、シム噛み試験用試料の表面に供給されたオイルはシム噛み試験用試料の表面に広がり易くなる。これにより、シム噛み試験用試料と試験軸との接触による摩擦熱の発生は抑制され、シム噛み試験用試料の外周面の温度は上昇し難くなる。
【００４２】
【表８】
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【００４３】
（２）接着性試験
接着性試験では、まず、各試料（実施例６〜１１及び比較例４〜６）と同一の構成であり、且つ大きさを２０ｍｍ×５０ｍｍにした試料片を用意した。次に、エポキシ樹脂系接着剤で試験片の被覆層表面と円柱状の鉄棒（直径８〜１０ｍｍ）とを接着し、硬化させる。硬化後、接着部からはみ出た接着剤を除去し、この後、５ｍｍ／ｍｉｎで引っ張り試験を行う。この剥がれた時の引っ張り力を、円柱状鉄棒の断面積で割る。これにより、被覆層とオーバレイ層との接着性の効果を確認した。
【００４４】
表１から理解されるように、実施例１〜１１は、比較例１〜６に比べ、なじみ性に優れると共に、良好な接着性を有している。
まず、なじみ性試験（シム噛み試験）の結果について説明する。
【００４５】
実施例１〜１１は、「強度比の値」の「Ａ」の値が１〜２０％内の５．０〜１９．５％であり、かつ、「Ｂ」の値が１〜３０％内の７．５〜２８．７％であることから判るように、オーバレイ層中の（２００）の割合が適切であることが理解される。その結果、実施例１〜１１のオーバレイ層は、なじみ性に優れていた。尚、被覆層を被着させていないオーバレイ層について更に観察したところ、実施例２〜５は、直径Ｒ２が直径Ｒ１の２倍以下である粒状の結晶粒が５個以上存在していた。オーバレイ層よりも硬さが低い被覆層をオーバレイ層上に被着した実施例６〜１１は、なじみ性に特に優れていた。
【００４６】
これに対し、比較例２，３，５，６は、「強度比の値」の「Ａ」「Ｂ」「Ｃ」の値が大きいことから判るように、オーバレイ層中の（２００）の割合が多いことが理解される。その結果、比較例２，３，５，６のオーバレイ層は、なじみ性に劣る結果となった。
実施例１と比較例１との比較から、又、実施例６と比較例４との比較から、オーバレイ層中に（２００）が１％以上存在するとき、なじみ性が良好であることが判る。
【００４７】
次に、接着性試験の結果について説明する。
実施例６〜実施例１０と実施例１１との比較から、Ｓｎ基被覆層よりもＢｉ基被覆層の方が接着性が高いことが理解される。
本実施形態ではＡｇ単体金属からなるオーバレイ層での試験結果を示したが、例えばＳｎを含むＡｇ合金からなるオーバレイ層でも同様の結果を得ることができた。
【００４８】
本発明の適用は、自動車用エンジンのすべり軸受に限られず、摺動部材に広く適用できる。
【符号の説明】
【００４９】
図面中、１は摺動部材、２は基材、３はオーバレイ層、４は被覆層を示す。
【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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