(57)【要約】【課題】なじみ性を持続できる技術を提供する。【解決手段】本発明の摺動部材およびすべり軸受は、マトリクス中に、前記マトリクスよりも軟らかい軟質粒子が析出した基層を備える摺動部材であって、相手材が摺動する前記基層の摺動面から前記軟質粒子が突出する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
マトリクス中に、前記マトリクスよりも軟らかい軟質粒子が析出した基層を備える摺動部材であって、
相手材が摺動する前記基層の摺動面から前記軟質粒子が突出する、
摺動部材。
【請求項２】
前記摺動面における前記軟質粒子の濃度が４％以上である、
請求項１に記載の摺動部材。
【請求項３】
前記軟質粒子はＢｉまたはＰｂの粒子である、
請求項１または請求項２に記載の摺動部材。
【請求項４】
マトリクス中に、前記マトリクスよりも軟らかい軟質粒子が析出した基層を備える摺動部材であって、
相手材が摺動する前記基層の摺動面から前記軟質粒子が突出する、
すべり軸受。
【請求項５】
前記摺動面における前記軟質粒子の濃度が４％以上である、
請求項４に記載のすべり軸受。
【請求項６】
前記軟質粒子はＢｉまたはＰｂの粒子である、
請求項４または請求項５に記載のすべり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、摺動面にて相手軸が摺動する摺動部材およびすべり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
相手材が摺動するＣｕ合金の摺動面におけるＢｉの面積を大きくすることにより、なじみ性を向上させる技術が知られている（特許文献１、参照。）。特許文献１において、Ｃｕ合金の摺動面に露出しているＢｉ粒子を機械的に引き延ばすことにより、Ｃｕ合金の摺動面におけるＢｉの面積を大きくしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】国際公開ＪＰ／ＷＯ２０１０／０３００３１号パンフレット
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、Ｂｉ粒子を機械的に引き延ばすと、ＢｉがＣｕ合金から脱落しやすくなるという問題があった。すなわち、ＢｉがＣｕ合金から脱落することにより、なじみ性を持続できない問題があった。
本発明は、前記課題にかんがみてなされたもので、なじみ性を持続できる技術を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記の目的を達成するため、本発明の摺動部材およびすべり軸受は、マトリクス中に、前記マトリクスよりも軟らかい軟質粒子が析出した基層を備える。この基層における相手材の摺動面から軟質粒子が突出する。このように、摺動面から軟質粒子が突出することにより、摺動面から軟質粒子の頂点までの高さの範囲において、相手材に追従するように軟質粒子が容易に変形・摩耗できる。従って、なじみ性を向上させることができる。また、基層にもともと分散していた軟質粒子の一部分が摺動面から突出するため、摺動面から突出している軟質粒子が基層から脱落することを防止できる。従って、なじみ性を持続できる。さらに、摺動面から軟質粒子の頂点までの高さの範囲において、潤滑油が保持される隙間を形成できる。従って、摩擦抵抗を効果的に軽減できる。
【０００６】
また、摺動面における軟質粒子の濃度は４％以上であってもよい。これにより、摺動面において軟質粒子が不足することによって、なじみ性が不足することを防止できる。
さらに、マトリクスはＣｕ合金であり、軟質粒子はＢｉ粒子またはＰｂ粒子であってもよい。ＢｉとＰｂはＣｕ合金よりも軟らかいため、Ｂｉ粒子またはＰｂ粒子が摺動面から突出することにより、Ｃｕ合金に対する相手材のなじみ性を確保できる。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
【図１】摺動部材の斜視図である。
【図２】（２Ａ），（２Ｂ）は摺動部材の断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【０００８】
ここでは、下記の順序に従って本発明の実施の形態について説明する。
（１）第１実施形態：
（１−１）摺動部材の構成：
（１−２）計測方法：
（１−３）摺動部材の製造方法：
（２）他の実施形態：
【０００９】
（１）第１実施形態：
（１−１）摺動部材の構成：
図１は、本発明の一実施形態にかかる摺動部材１の斜視図である。摺動部材１は、裏金１０とライニング１１とを含む。摺動部材１は、中空状の円筒を直径方向に２等分した半割形状の金属部材であり、断面が半円弧状となっている。２個の摺動部材１が円筒状になるように組み合わせることにより、すべり軸受Ａが形成される。すべり軸受Ａは内部に形成される中空部分にて円柱状の相手軸２（エンジンのクランクシャフト）を軸受けする。相手軸２の外径はすべり軸受Ａの内径よりもわずかに小さく形成されている。相手軸２の外周面と、すべり軸受Ａの内周面との間に形成される隙間に潤滑油（エンジンオイル）が供給される。相手軸２は、すべり軸受Ａの曲率中心と一致する回転軸を中心に回転する。その際に、すべり軸受Ａの内周面上を相手軸２の外周面が摺動する。
【００１０】
摺動部材１は、曲率中心から遠い順に、裏金１０とライニング１１とが順に積層された構造を有する。従って、裏金１０が摺動部材１の最外層を構成し、ライニング１１が摺動部材１の最内層を構成する。裏金１０とライニング１１とは、それぞれ円周方向において一定の厚みを有している。裏金１０の厚みは１．３ｍｍであり、ライニング１１の厚みは０．２ｍｍである。ライニング１１の曲率中心側の表面の半径（摺動部材１の内径）は４０ｍｍである。以下、内側とは摺動部材１の曲率中心側を意味し、外側とは摺動部材１の曲率中心と反対側を意味することとする。ライニング１１の内側の表面は、相手軸２の摺動面を構成する。
【００１１】
裏金１０は、Ｃを０．１５ｗｔ％含有し、Ｍｎを０．０６ｗｔ％含有し、残部がＦｅからなる鋼で形成されている。なお、裏金１０は、ライニング１１を介して相手軸２からの荷重を支持できる材料で形成されればよく、必ずしも鋼で形成されなくてもよい。
【００１２】
ライニング１１は、裏金１０の内側に積層された層であり、本発明の基層を構成する。ライニング１１は、Ｓｎを１０ｗｔ％含有し、Ｂｉを２ｗｔ％含有し、残部がＣｕと不可避不純物とからなる。ライニング１１の不可避不純物はＭｇ，Ｔｉ，Ｂ，Ｐｂ，Ｃｒ等であり、精錬もしくはスクラップにおいて混入する不純物である。不可避不純物の含有量は、全体で１．０ｗｔ％以下である。
【００１３】
図２Ａは、摺動部材１の断面模式図である。なお、図２Ａにおいて、摺動部材１の曲率は無視することとする。ライニング１１において、Ｃｕ−Ｓｎ合金で構成されるマトリクス１１ａ中にＢｉ粒子１１ｂが析出している。Ｂｉ粒子１１ｂは、Ｃｕ−Ｓｎ合金よりも軟らかく、本発明の軟質粒子を構成する。また、Ｂｉは本発明の軟質材料を構成する。硬質のＣｕ−Ｓｎ合金をライニング１１のマトリクス１１ａとして採用することにより、摺動部材１の強度および耐摩耗性を向上させることができる。
【００１４】
相手軸２との摺動面を構成するライニング１１の内側の表面からＢｉ粒子１１ｂの一部が突出することにより突起Ｐが形成されている。突起Ｐは、ライニング１１の表面に近づくほど当該表面に平行な方向の断面積が大きくなる形状（錐状）となっている。突起Ｐの高さの平均値は４μｍであった。
【００１５】
図２Ｂは、摺動部材１に相手軸２が摺動する様子を示す断面模式図である。同図に示すように、ライニング１１のマトリクス１１ａではなくＢｉ粒子１１ｂの突起Ｐが相手軸２に接触する。また、マトリクス１１ａの表面からＢｉ粒子１１ｂの突起Ｐが突出することにより、マトリクス１１ａの表面から突起Ｐの頂点までの高さの範囲において、相手軸２に追従するように突起Ｐが容易に変形・摩耗できる。従って、なじみ性を向上させることができる。また、ライニング１１にもともと分散していたＢｉ粒子１１ｂの一部分が摺動面から突出するため、摺動面から突出している突起Ｐがライニング１１から脱落することを防止できる。従って、なじみ性を持続できる。さらに、マトリクス１１ａの表面からＢｉ粒子１１ｂの突起Ｐの頂点までの高さの範囲において、潤滑油Ｏが保持される隙間を形成できる。従って、相手軸２との摺動面を良好な潤滑状態に保つことができ、摩擦抵抗を効果的に軽減できる。
【００１６】
相手軸２との摺動面を構成するライニング１１の内側の表面におけるＢｉ粒子１１ｂの濃度は、４％であった。突起Ｐの高さの平均値は、４μｍであった。ライニング１１の断面におけるＢｉ粒子１１ｂの平均円相当径は５０μｍであった。すなわち、ライニング１１の断面におけるＢｉ粒子１１ｂの平均面積は６２５×πμｍ2であった。また、ライニング１１の任意の断面におけるＢｉ粒子１１ｂの面積割合は２．５％であった。また、突起Ｐは、錐状となっているため、突起Ｐがライニング１１の表面に近い根本で破断することを防止できる。すなわち、突起Ｐを頂点側から徐々に摩耗させることができ、なじみ性を維持できる。
【００１７】
（１−２）計測方法：
上述した実施形態において示した各数値を以下の手法によって計測した。  摺動部材１の各層を構成する元素の質量は、ＩＣＰ発光分光分析装置（島津社製ＩＣＰＳ−８１００）によって計測した。
【００１８】
ライニング１１におけるＢｉ粒子１１ｂの平均円相当径を以下の手順によって計測した。まず、ライニング１１の任意の断面（相手軸２の回転軸方向に垂直な方向に限らない）を粒子径２μｍのアルミナ粒子で研磨した。ライニング１１の断面のうち面積が０．０２ｍｍ2となる任意の観察視野範囲（縦０．１ｍｍ×横０．２ｍｍの矩形範囲）を電子顕微鏡（日本電子製  ＪＳＭ−６６１０Ａ）によって５００倍で撮影することにより、観察画像（反射電子像）の画像データを得た。そして、観察画像を画像解析装置（ニレコ社製  ルーゼックスII）に入力し、観察画像に存在するＢｉ粒子１１ｂの像を抽出した。Ｂｉ粒子１１ｂの像の外縁にはエッジ（明度や彩度や色相角が所定値以上異なる境界）が存在する。そこで、画像解析装置によって、エッジによって閉じられた領域をＢｉ粒子１１ｂの像として観察画像から抽出した。
【００１９】
そして、Ｂｉ粒子１１ｂの像を観察画像から抽出し、画像解析装置によって、観察視野範囲に存在するすべてのＢｉ粒子１１ｂの像について投影面積円相当径（計測パラメータ：ＨＥＹＷＯＯＤ）を計測した。投影面積円相当径とは、Ｂｉ粒子１１ｂの断面積と等しい面積を有する円の直径であり、Ｂｉ粒子１１ｂの像の面積と等しい面積を有する円の直径を光学倍率に基づいて現実の長さに換算した直径である。さらに、すべてのＢｉ粒子１１ｂの投影面積円相当径の算術平均値（合計値／粒子数）を平均円相当径として計測した。さらに、Ｂｉ粒子１１ｂの平均円相当径と等しい直径を有する円の面積に、観察視野範囲に存在するＢｉ粒子１１ｂの個数を乗算することにより、ライニング１１の断面上に存在するＢｉ粒子１１ｂの総面積を算出した。そして、Ｂｉ粒子１１ｂの総面積を観察視野範囲の面積で除算することにより、Ｂｉ粒子１１ｂの面積割合を計測した。なお、投影面積円相当径が１．０μｍ未満の場合、投影面積円相当径の信頼度や物質の特定の信頼度が低くなるため、Ｂｉ粒子１１ｂの平均円相当径等を算出する際に考慮しないこととした。
【００２０】
ライニング１１の内側の表面におけるＢｉ粒子１１ｂの濃度は以下の手順で計測した。ライニング１１の表面のうち面積が１ｍｍ2となる任意の観察視野範囲（縦１．２５  ｍｍ×横０．８ｍｍの矩形範囲）に対して、電子顕微鏡（日本電子製  ＪＳＭ−６６１０Ａ）によってエネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ）を実施し、Ｂｉが検出された領域の割合を濃度として計測した。
【００２１】
Ｂｉ粒子１１ｂの突起Ｐの頂点までの高さは、以下のように計測した。ライニング１１の表面のうち面積が０．３ｍｍ2となる任意の観察視野範囲（縦０．５ｍｍ×横０．６ｍｍの矩形範囲）に対してレーザー顕微鏡（キーエンス社製  ＵＫ−９５００）で突起Ｐの頂点までの高さを計測した。
【００２２】
（１−３）摺動部材の製造方法：
まず、裏金１０と同じ厚みを有する低炭素鋼の平面板を用意した。
次に、低炭素鋼で形成された平面板上に、ライニング１１を構成する材料の粉末を散布した。具体的に、上述したライニング１１における各成分の質量比となるように、Ｃｕの粉末とＢｉの粉末とＳｎの粉末とを低炭素鋼の平面板上に散布した。ライニング１１における各成分の質量比が満足できればよく、Ｃｕ−Ｂｉ，Ｃｕ−Ｓｎ等の合金粉末を低炭素鋼の平面板上に散布してもよい。粉末の粒径は、試験用ふるい（ＪＩＳ  Ｚ８８０１）によって１５０μｍ以下に調整した。
【００２３】
次に、低炭素鋼の平面板と、当該平面板上に散布した粉末とを焼結した。焼結温度を７００〜１０００℃に制御し、不活性雰囲気中で焼結した。焼結後、冷却した。
【００２４】
冷却が完了すると、低炭素鋼の平面板上にＣｕ合金層が形成される。このＣｕ合金層には、冷却中に析出した軟質のＢｉ粒子１１ｂが含まれることとなる。
次に、中空状の円筒を直径方向に２等分した形状となるように、Ｃｕ合金層が形成された低炭素鋼をプレス加工した。このとき、低炭素鋼の外径が摺動部材１の外径と一致するようにプレス加工した。
【００２５】
次に、裏金１０上に形成されたＣｕ合金層の表面をエッチングした。すなわち、Ｃｕ合金層のうちマトリクスを選択的にエッチングすることにより、エッチングされなかったＢｉ粒子１１ｂを突出させる。エッチングの条件は以下の通りとした。３５％の過酸化水素水を５０ｍｌ／Ｌ含み、濃硫酸を８０ｍｌ／Ｌ含むエッチング液にてエッチングを行った。エッチング液の液温は２５℃とし、攪拌を行うことなく、１〜１０分だけＣｕ合金層の表面を５μｍだけエッチングした。これにより、突起Ｐを錐状に形成できる。
【００２６】
以上のようにエッチングを行うことにより、ライニング１１の表面から突出するＢｉ粒子１１ｂの突起Ｐを形成できる。エッチングが完了した後に、水洗と乾燥を行うことにより、摺動部材１を完成させた。さらに２個の摺動部材１を円筒状に組み合わせることにより、すべり軸受Ａを形成した。
【００２７】
（２）他の実施形態：
前記実施形態においては、エンジンのクランクシャフトを軸受けするすべり軸受Ａを構成する摺動部材１を例示したが、本発明の摺動部材１によって他の用途のすべり軸受Ａを形成してもよい。例えば、本発明の摺動部材１によってトランスミッション用のギヤブシュやピストンピンブシュ・ボスブシュ等を形成してもよい。また、ライニング１１のマトリクスはＣｕ合金に限られず、相手軸２の硬さに応じてマトリクスの材料が選択されればよい。また、軟質材料はマトリクスよりも軟らかく、かつ、マトリクス中に析出可能な材料であればよく、例えばＰｂ，Ｓｎ，Ｉｎであってもよい。
【符号の説明】
【００２８】
１…摺動部材、２…相手軸、１０…裏金、１１…ライニング、１１ａ…マトリクス、１１ｂ…Ｂｉ粒子、Ｐ…突起。
【図１】
2014196761.tif 000003
【図２】
2014196761.tif 000004