(57)【要約】【課題】複合めっきを施すことなくＳｎ基オーバレイに硬質粒子を含ませるすべり軸受の製造方法、並びに耐摩耗性および耐焼付性を高めるすべり軸受の製造方法およびすべり軸受のＳｎ基オーバレイを提供する。【解決手段】陰極となるすべり軸受１０に対向する陽極は、電流密部および電流粗部を有している。そのため、すべり軸受１０の表面には不均一な電流分布が生じる。これにより、すべり軸受１０の表面のＳｎ基オーバレイ層１２では、ＡｇとＳｎとの化合物が析出して成長しやすい部分と、ＡｇとＳｎとの化合物が析出しにくい部分とが形成される。その結果、すべり軸受１０の表面のＳｎ基オーバレイ層１２には、粒径が小さなＡｇとＳｎとの化合物が分散して存在する。【選択図】図１
2014081040.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
２５質量％以下のＳｂ、２．５％質量以下のＣｕ、およびＡｇを含むＳｎ基オーバレイを基材に接して備えるすべり軸受において、前記基材を陰極にして前記基材の表面に前記オーバレイをめっきにより形成するすべり軸受の製造方法であって、
陰極となる前記基材と対向する陽極は、表面に電流の放出密度が大きな電流密部、および前記電流密部よりも電流の放出密度が小さな電流粗部を有し、
前記陽極を用いて前記陰極に電流密度の粗密を形成してめっきするすべり軸受の製造方法。
【請求項２】
前記陽極は、投影面積の１０〜４０％が前記電流粗部である請求項１記載のすべり軸受の製造方法。
【請求項３】
前記電流粗部は、前記陽極を板厚方向へ延びる穴部の部位である請求項１または２記載のすべり軸受の製造方法。
【請求項４】
前記電流粗部は、前記陽極の表面を覆うマスキングの部位である請求項１または２記載のすべり軸受の製造方法。
【請求項５】
２５質量％以下のＳｂ、２．５質量％以下のＣｕ、およびＡｇを含有する、すべり軸受のＳｎ基オーバレイであって、
ＡｇとＳｎとを含む化合物粒子を含み、
前記化合物粒子は、
任意の断面の組織観察において、
平均粒径が０．２〜２．０μｍであり、
平均アスペクト比が２．０以下で分散して析出している、すべり軸受のＳｎ基オーバレイ。
【請求項６】
０．５〜１０質量％のＡｇを含む請求項５記載のＳｎ基オーバレイ。
【請求項７】
２０質量％以下のＳｂを含む請求項５または６記載のＳｎ基オーバレイ。
【請求項８】
０．１質量％以下のＣｕを含む請求項５、６または７記載のＳｎ基オーバレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、すべり軸受の製造方法、およびすべり軸受のＳｎ基オーバレイに関する。
【背景技術】
【０００２】
すべり軸受に用いられるＳｎ基オーバレイは、Ｐｂ基オーバレイに比較して耐食性が高い。また、Ｓｎ基オーバレイは、環境負荷の大きなＰｂを用いないという利点がある（特許文献１参照）。一方、Ｓｎ基オーバレイは、一般的にＰｂ基オーバレイに比較して、耐焼付性および耐疲労性が劣るという問題がある。
【０００３】
特許文献１は、他の金属成分としてＡｇを添加することにより、Ｓｎ基オーバレイの機械的強度を高め、耐疲労性および耐焼付性を高めることを開示している。また、特許文献１は、耐摩耗性を高めるために、窒化物や炭化物などの硬質粒子を添加して複合めっきを行なうことを示唆している。しかしながら、以下の理由により硬質粒子を含むＳｎ基オーバレイは、量産が困難であるという問題がある。Ｓｎ基オーバレイをめっきで形成する場合、めっき液は、２価のＳｎイオンおよび４価のＳｎイオンを含んでいる。このうち、オーバレイとなる被膜を形成するのは、めっき液に溶解する２価のＳｎイオンだけである。一方の４価のＳｎイオンは、めっき液に溶解せず、めっき液中に沈殿物を形成する。仮に４価のＳｎイオンの生成を抑制する薬品を添加したとしても、その効果の持続には限界があり、沈殿物の形成を完全に排除することは難しい。このような沈殿物は、撹拌されているめっき液中を浮遊する。沈殿物の粒径はオーバレイの厚さに対して無視できない大きさを有しているため、沈殿物を取り込んだオーバレイの表面は凹凸を形成する。その結果、オーバレイは、表面の粗さが大きくなる。ここで、４価のＳｎイオンが形成した沈殿物をろ過によって除去すると、結果として耐摩耗性を高めるための硬質粒子もあわせて除去される。したがって、硬質粒子を含有するＳｎ基オーバレイは、量産が困難であるということになる。
【０００４】
沈殿物の形成を低減するためにシアンを含むアルカリ性のめっき液を用いることも考えられる。しかし、毒性の高いシアンを用いることは、Ｐｂの使用を排除したＳｎ基オーバレイの利点を損なうという問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−３４５２５８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、複合めっきを施すことなくＳｎ基オーバレイに硬質粒子を含ませるすべり軸受の製造方法を提供することにある。
また、本発明の他の目的は、耐摩耗性および耐焼付性を高めるすべり軸受の製造方法およびすべり軸受のＳｎ基オーバレイを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本実施形態のすべり軸受の製造方法は、２５質量％以下のＳｂ、２．５％以下のＣｕ、およびＡｇを含むＳｎ基オーバレイを基材に接して備えるすべり軸受において、前記基材を陰極にして前記基材の表面に前記オーバレイをめっきにより形成するすべり軸受の製造方法であって、陰極となる前記基材と対向する陽極は、表面に電流の放出密度が大きな電流密部、および前記電流密部よりも電流の放出密度が小さな電流粗部を有し、前記陽極を用いて前記陰極に電流密度の粗密を形成してめっきする。
【０００８】
陰極となる基材に対向する陽極は、電流密部および電流粗部を有している。そのため、陰極となる基材には、電流密度の粗密が形成される。この電流密度の粗密は、基材の表面に不均一な電流分布を生じさせる。本発明者は、これにより、基材の表面に形成されるＳｎ基オーバレイでは、ＡｇとＳｎとを含む化合物が析出して成長しやすい部分と、ＡｇとＳｎとを含む化合物が析出しにくい部分とが形成されることを、解明した。また、ＳｂおよびＣｕの存在が、Ｓｎ基オーバレイにおけるＡｇとＳｎとを含む化合物の形状に影響を与えることも、解明した。その結果、Ａｇを含み、Ｓｂを２５質量％以下かつＣｕを２．５質量％以下にするすべり軸受の表面のＳｎ基オーバレイには、所定形態のＡｇとＳｎとを含む化合物が分散して存在する。すなわち、本実施形態では、硬質粒子を複合めっきによって含有させることなく、基材の表面に電流分布を形成することによってＳｎ基オーバレイに硬質粒子となるＡｇとＳｎとを含む化合物を析出させている。したがって、複合めっきを施すことなくＳｎ基オーバレイに硬質粒子を含ませることができる。
【０００９】
本実施形態のすべり軸受の製造方法では、前記陽極は、投影面積の１０〜４０％が前記電流粗部であることが好ましい。
このように陽極の投影面積のうち１０〜４０％を電流粗部とすることにより、ＡｇとＳｎとを含む化合物の粒径を制御することができる。すなわち、陽極における電流粗部の投影面積が過小になると、陰極である基材の表面における電流分布は均一化する。そのため、ＡｇとＳｎとを含む化合物の成長は妨げられる。一方、陽極における電流粗部が過大になると、陰極である基材との間での電流の流れが阻害され、めっきの形成が困難になる。そこで、陽極の投影面積のうち１０〜４０％を電流粗部に設定することにより、ＡｇとＳｎとを含む化合物を含むＳｎ基オーバレイを安定して形成することができる。
【００１０】
本実施形態のすべり軸受の製造方法では、前記電流粗部は、前記陽極を板厚方向へ延びる穴部、または前記陽極の表面を覆うマスキングの部位である。
これにより、陽極の構造の複雑化を招くことなく、簡単な構成で陰極である基材の表面に電流分布を形成することができる。また、穴部またはマスキングを用いることにより、電流密部および電流粗部の割合を容易に制御することができる。
本願における穴部には、有底形状のみならず貫通孔形状も含まれる。また、穴部は、板厚方向に垂直な方向へ延びる溝的形状であってもよい。穴部およびマスキングを複数用いる場合、互いが同形状であっても異形状であってもよい。
【００１１】
本実施形態のすべり軸受のＳｎ基オーバレイは、２５質量％以下のＳｂ、２．５質量％以下のＣｕ、およびＡｇを含有する、すべり軸受のＳｎ基オーバレイであって、ＡｇとＳｎとを含む化合物粒子を含み、前記化合物粒子は、任意の断面の組織観察において、平均粒径が０．２〜２．０μｍであり、平均アスペクト比が２．０以下で分散して析出している。
【００１２】
Ｓｎ基オーバレイは、Ａｇを添加することによって機械的強度が向上する。これとともに、添加されたＡｇは、Ｓｎ基オーバレイのマトリクスであるＳｎとの間に例えばＡｇ３Ｓｎ１などの化合物を生成する。生成したＡｇとＳｎとを含む化合物は、マトリクスであるＳｎよりも硬い化合物粒子を形成する。ここで、本実施形態における化合物粒子は、Ｓｎ基オーバレイに分散して析出している。この化合物粒子は、平均粒径が０．２〜２．０μｍ以下であり、平均アスペクト比が２．０以下である。この化合物粒子は、硬質粒子として相手部材を実質的に損傷させることなく相手部材となる軸に凝着したＳｎを掻き落とす。これにより、すべり軸受の相手部材となる軸では凝着したＳｎの成長が妨げられ、耐焼付性が向上する。このように、本実施形態のＳｂを０以上２５質量％以下、Ｃｕを０以上２．５質量％以下としたＳｎ基オーバレイは、Ａｇの添加によって、機械的強度が向上するだけでなく、有効な硬質粒子も含有することになる。したがって、Ｓｎ基オーバレイの機械的強度だけでなく、耐摩耗性および耐焼付性を高めることができる。
【００１３】
また、本実施形態のすべり軸受のＳｎ基オーバレイは、０．５〜１０質量％のＡｇを含むことが好ましい。これにより、Ｓｎ基オーバレイに適量のＡｇとＳｎとを含む化合物を含ませることができる。
本実施形態のすべり軸受のＳｎ基オーバレイは、２０質量％以下のＳｂを含むことが好ましい。Ｓｂは、Ｓｎ基オーバレイにおけるマトリクスの融点を上昇させる。したがって、Ｓｎ基オーバレイの高温時における機械的強度の低下を抑えることができ、耐疲労性を高めることができる。また、Ｓｎ基オーバレイにおけるマトリクスの融点が上昇することにより、相手部材との間の摩擦熱によるＳｎ基オーバレイの溶融、相手部材への凝着、および凝着にともなう焼付が低減される。したがって、耐焼付性をより高めることができる。また、Ｓｎ基オーバレイは、５〜１５質量％のＳｂを含むことがさらに好ましい。
【００１４】
本実施形態のすべり軸受のＳｎ基オーバレイは、０．１質量％以下のＣｕを含むことが好ましい。このように、本実施形態のすべり軸受のＳｎ基オーバレイは、Ｃｕの含有量を可能な限り低下させている。本実施形態のＳｎ基オーバレイにおけるＣｕは、Ａｇ３Ｓｎ１の生成を促す。一方、Ｃｕは、化合物粒子のアスペクト比の増大を招くという作用がある。そのため、Ｃｕの含有量が大きくなると、化合物粒子による相手部材への攻撃性が増して、相手部材の摺動面の表面粗さを粗くしてしまう傾向がある。その結果、Ｃｕの過剰な含有は、耐摩耗性の向上や耐焼付性の向上を妨げることになる。また、Ｃｕは、自身が拡散移動を生じやすいだけでなく、Ｓｎ基オーバレイに生成した化合物粒子の拡散移動も促す。そのため、Ｃｕの含有量が大きくなると、化合物粒子の硬質粒子としての機能の低下を招く傾向がある。したがって、Ｃｕの含有量を制限することにより、化合物粒子の機能を維持し、高い耐摩耗性および耐焼付性の維持を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】実施形態によるすべり軸受の概略的な構成を示す断面図
【図２】実施形態によるすべり軸受のオーバレイ層を示す模式図
【図３】実施形態によるすべり軸受の化合物粒子の粒径を示す説明図
【図４】実施形態による陽極を示す模式的な斜視図
【図５】実施形態による陽極を示す模式的な斜視図
【図６】実施形態によるめっき工程における陽極と陰極との位置関係を示す模式図
【図７】実施形態による実施例および比較例の実験結果を示す図
【図８】耐焼付性試験の条件を示す図
【図９】耐疲労性試験の条件を示す図
【図１０】摩耗試験の条件を示す図
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、Ｓｎ基オーバレイを備えるすべり軸受およびその製造方法の実施形態を図面に基づいて説明する。
（すべり軸受）
まず、本実施形態におけるすべり軸受について説明する。
図１に示すように、すべり軸受１０は、基材１１およびオーバレイ層１２を備えている。基材１１は、裏金層１３および軸受合金層１４を有している。裏金層１３は、鋼で形成されている。軸受合金層１４は、例えばＣｕ基またはＡｌ基の合金で形成されている。これにより、基材１１は、鋼の裏金層１３および軸受合金層１４からなるいわゆるバイメタルである。なお、軸受合金層１４とオーバレイ層１２との間には、必要に応じてＮｉ、Ａｇ、Ｃｕ、Ｃｒなどからなる第一中間層を設けてもよい。同様に、裏金層１３と軸受合金層１４との間に、Ａｌ、Ｃｕ、Ｎｉ、Ｓｎ、Ｚｎなどからなる第二中間層を設けてもよい。さらには、オーバレイ層１２の摺動面側に樹脂層を設けてもよい。
【００１７】
オーバレイ層１２は、特許請求の範囲におけるオーバレイに相当する。オーバレイ層１２は、Ｓｂを０以上２５質量％以下、Ｃｕを０以上２．５質量％以下としてＡｇを含有するＳｎ基のオーバレイである。そのため、オーバレイ層１２は、図２に示すようにＡｇとＳｎとからなる化合物粒子１６を含んでいる。なお、オーバレイ層１２には、耐摩耗性および耐焼付性に影響しない程度の不可避不純物が含まれる場合がある。
【００１８】
オーバレイ層１２に含まれる化合物粒子１６は、任意の断面における組織観察において、平均粒径が０．２〜２．０μｍである。また、この化合物粒子１６は、平均アスペクト比が２．０以下である。化合物粒子１６の平均粒径は、次のように定義した。具体的には、化合物粒子１６の粒径は、倍率を２０００倍以上に設定したＳＥＭ（走査型電子顕微鏡）の断面観察によって、２次像または反射電子像から化合物粒子１６を観察して得た。そして、図３に示すように観察した化合物粒子１６の仮想的な長軸Ｌ１を抽出し、抽出した長軸Ｌ１の全長を化合物粒子１６の粒径すなわち長軸径Ｄ１と定義した。
【００１９】
化合物粒子１６の平均粒径は、次のように定義した。具体的には、横軸を長軸径Ｄ１とし、縦軸を当該粒子の投影面積として度数分布表を作成し、統計処理を行なった。そして、中位となる粒子径を粒子径の平均値すなわち化合物粒子１６の平均粒径と定義した。
化合物粒子１６の平均アスペクト比は、次のように定義した。具体的には、化合物粒子１６の平均粒径の算出で抽出した仮想的な長軸Ｌ１を垂直に二等分する仮想的な短軸Ｌ２を設定した。この仮想的な短軸Ｌ２の全長を、化合物粒子の短軸径Ｄ２とした。アスペクト比は、得られた化合物粒子１６の長軸径Ｄ１と短軸径Ｄ２とから、アスペクト比＝Ｄ１／Ｄ２として算出した。
【００２０】
（すべり軸受の製造方法）
本実施形態のすべり軸受１０は、オーバレイ層１２の形成前の段階まで従来の製造方法と同一である。具体的には、裏金層１３および軸受合金層１４から形成された基材１１は、すべり軸受１０として半円筒状または円筒状に成形した。成形した基材１１には、軸受合金層１４の表面に例えばボーリング加工などの表面加工を施した。表面加工が施された基材１１は、電解脱脂および酸により表面を洗浄した。このように本実施形態のすべり軸受１０は、基材１１の表面を洗浄した後、オーバレイ層１２を形成することにより作製された。
【００２１】
オーバレイ層１２は、次のようにめっきによって形成した。本願の発明者は、陰極であるすべり軸受１０となる基材１１と陽極との間の距離を部分的に変化させることにより、オーバレイ層１２に含まれるＳｎとＡｇとの化合物粒子１６が硬質粒子として粒子状に成長することを見出した。すなわち、ＳｎとＡｇとの化合物粒子１６は、陰極である基材１１の表面に電流密度が粗となる部分と密となる部分とが形成されると、オーバレイ層１２とともに粒状に成長することがわかった。
【００２２】
従来のめっきは、陰極である基材１１の表面に可能な限り均一な電流分布の形成を目指している。これは、基材１１の表面にオーバレイ層１２の添加元素が緻密かつ均質に分布した被膜を形成するためである。すなわち、従来のめっきの場合、電流分布を均一化させることにより、オーバレイ層１２の組織の均質化が図られている。一方、本実施形態の場合、陰極である基材１１の表面の電流分布は、従来とは逆に、意図的に不均質化させている。本実施形態のすべり軸受１０の場合、このように電流分布を不均一化することにより、オーバレイ層１２には、マトリクス元素であるＳｎと添加元素であるＡｇとの化合物粒子１６が、成長しやすい部分と成長しにくい部分とが形成される。
【００２３】
ここで、本実施形態では、陰極となる基材１１と対向する陽極に加工を施すことにより、陰極となる基材１１の表面に電流密度の不均一な分布を形成している。すなわち、従来のような均質な組織を形成させる陽極に代えて、本実施形態の陽極には陰極となる基材と対向する表面に加工が施されている。具体的には、図４に示すように本実施形態の陽極２０は、例えばＳｎやＣで形成され、穴２１のように例えば板厚方向へ貫く孔を有している。これにより、陽極２０は、通電したとき、表面に電流の放出密度が大きな電流密部と、この電流密部よりも電流の放出密度が小さな電流粗部を有することになる。詳細には、陽極２０のうち穴２１に相当する部位は、電流の放出密度が小さな電流粗部３１に相当する。一方、陽極２０は、穴２１以外の部位が電流粗部３１よりも電流の放出密度が大きな電流密部３２に相当する。このように、陽極２０に電流の放出密度が異なる電流粗部３１および電流密部３２を形成することにより、この陽極２０と対向する陰極となる基材１１の表面には不均一な電流分布が形成される。その結果、図２に示すようにオーバレイ層１２は、マトリクスとなるＳｎに硬質粒子となるＳｎとＡｇとの化合物粒子１６が分布したものとなる。
【００２４】
陽極２０の電流粗部３１となる穴２１は、陽極２０の投影面積のうち１０〜４０％を占めるように設定されている。陽極２０の投影面積は、陰極であるすべり軸受１０との対向面積に相当する大きさである。陽極２０に占める電流粗部３１の割合が大きくなるほど、陰極である基材１１の表面における電流分布を不均一にしやすい。すなわち、基材１１の表面に電流密度の濃淡の揺らぎ分布を形成しやすい。しかし、陽極２０に占める電流粗部３１の割合が過大になると、陰極である基材１１との間での電流の流れが阻害され、めっきによるオーバレイ層１２の形成が困難になる。また、陽極２０に占める電流粗部３１の割合が１０％未満のように過小になると、陰極である基材１１の表面における電流分布の不均一化が困難になる。そこで、オーバレイ層１２におけるＡｇとＳｎとの化合物粒子１６の成長を促進させるために、本実施形態では、陽極２０は、投影面積の１０〜４０％を占める電流粗部３１の設定とした。
【００２５】
また、陽極２０の穴２１の内径は、めっきの対象となる基材１１の直径に対し、２〜２０％に設定されている。陽極２０の穴２１の内径が基材１１の直径に対し２０％より大きくなると、陰極である基材１１との間での電流の流れが阻害される傾向にあり、めっきによるオーバレイ層１２の形成が困難になる。また、陽極２０の穴２１の内径が基材１１の直径に対し２％より小さくなると、陰極である基材１１の表面における電流分布が均一になりやすかった。そこで、オーバレイ層１２におけるＡｇとＳｎとの化合物粒子１６の成長を促進させるために、陽極２０の穴２１の内径は、基材１１の直径に対し２〜２０％に設定した。
【００２６】
陽極２０の電流粗部３１は、図４に示すような穴２１に代えて、図５に示すようなマスキング４０で形成してもよい。このマスキング４０は、陽極２０の表面を覆っている。これにより、陽極２０の表面のうちマスキング４０が施されている部分は、電流の放出密度が小さな電流粗部３１を形成する。そして、陽極２０の表面のうちマスキング４０で覆われていない部分は、電流粗部３１よりも電流の放出密度が大きな電流密部３２を形成する。また、陽極２０の電流粗部３１となる穴２１は、図６に示すように陽極２０の板厚方向へ貫くのに代えて、板厚方向の途中まで形成されていてもよい。また、陽極２０の穴２１は、その位置に例えば樹脂などのように導電性が低い物質が存在してもよい。
【００２７】
このように、表面における電流の放出密度に差が形成された陽極２０は、図６に示すように陰極である基材１１と対向してめっき液に浸される。めっきの条件は、次の通りである。めっき液は、５０ｍｏｌ／リットルのスルホン酸の水溶液に、オーバレイ層１２のマトリクス元素となるＳｎを７０ｇ／リットル、オーバレイ層１２の添加元素となるＡｇを５ｇ／リットル、Ａｇ鎖化剤を５０ｇ／リットル、および非イオン界面活性剤を１０ｇ／リットル加えた。非イオン界面活性剤は、例えばポリオキシエチレンイソデジルエーテルを主成分とするものを用いた。このめっき液に浸した陽極２０と陰極となる基材１１との間には、平均１．５Ａ／ｄｍ２の密度となる電流を流した。このとき、陽極２０と陰極である基材１１との間の距離Ａは、１０〜５０ｍｍと比較的小さく設定した。陽極２０と陰極である基材１１との間の距離Ａが大きくなると、陽極２０の表面で不均一な電流分布を形成しても、基材１１の表面における電流分布は均一化しやすくなる。そのため、陽極２０と陰極である基材１１との間の距離は、通常のめっきよりも接近させている。なお、上述のめっき液をはじめとするめっきの条件は、一例であり、対象とするすべり軸受や陽極に応じて任意に変更することができる。
【００２８】
次に、上述したオーバレイ層１２を備えるすべり軸受１０の特性について図７に基づいて検証する。
図７に示す試料１〜１２は、上述の実施形態によるオーバレイ層１２を備える実施例である。一方、試料１３〜１７は、比較例である。実施例である試料１〜１２は、本実施形態の陽極２０を用いてオーバレイ層１２を形成した。また、比較例のうち試料１５〜１７は、本実施形態の陽極２０を用いてオーバレイ層１２を形成した。一方、比較例のうち試料１３および１４は、従来の表面の電流密度の分布が均一な陽極を用いてオーバレイ層１２を形成した。
【００２９】
（耐焼付性試験）
耐焼付性試験は、図８に示す条件により行なった。具体的には、オーバレイ層１２を適用したすべり軸受１０の試料は、内径を４８ｍｍ、軸受幅を１８ｍｍに設定した。そして、周速を１３ｍ／秒に設定し、潤滑油としてＶＧ２２を１００ｍｌ／分を供給した。これらの条件において、試験荷重を１０分毎に５ＭＰａずつ加えていき、すべり軸受１０の背面の温度が１８０℃を超えたとき、またはトルク変動による相手軸駆動用のベルトにすべりが生じたときに焼付と判定した。
【００３０】
（耐疲労性試験）
耐疲労性試験は、図９に示す条件により行なった。すべり軸受１０の試料および潤滑油は、耐焼付性試験と同様である。耐疲労性試験では、すべり軸受１０の試料と相手軸との回転数を３５００ｒｐｍに設定した。相手軸の材質は、Ｓ５５Ｃを用いた。これらの条件において、試験を２０時間実行し、クラックが発生しない最大の面圧を測定した。
【００３１】
（摩耗試験）
摩耗試験は、図１０に示す条件により行なった。すべり軸受１０の試料および潤滑油は、上記の耐焼付性試験および耐疲労性試験と同様である。摩耗試験では、周速を２ｍ／秒に設定し、４ＭＰａに設定した荷重を加えた。潤滑油は、１ｍｌ／分で供給した。運転モードを起動停止モードに設定して試験を４時間実行し、このときの摩耗量を測定した。
【００３２】
（検証結果）
試料１〜１２の実施例は、試料１３〜１７の比較例と対比すると、いずれも耐焼付性が向上するとともに、耐疲労性が同等または向上しており、摩耗量が減少した。これらのことから、試料１〜１２の実施例は、すべり軸受１０としての要求される特性が明らかに向上していることがわかる。これは、オーバレイ層１２に含まれる化合物粒子１６の平均粒径およびアスペクト比が影響しているからと考えられる。
【００３３】
まず、本実施形態の陽極２０が化合物粒子１６の平均粒径に与える影響、およびすべり軸受１０に要求される特性に与える影響について検証する。実施例である試料２と比較例である試料１３とを比較すると、オーバレイ層１２に含まれるＡｇの量は同一である。また、実施例である試料６と比較例である試料１４とを比較しても、オーバレイ層１２に含まれるＡｇの量は同一である。しかし、実施例である試料２は化合物粒子１６の平均粒径が０．３μｍであったのに対し、比較例である試料１３は化合物粒子１６の平均粒径が０．１μｍであった。同様に、実施例である試料６は化合物粒子１６の平均粒径が１．３μｍであったのに対し、比較例である試料１４は化合物粒子１６の平均粒径が０．１μｍであった。これは、従来の陽極を用いた比較例である試料１３および試料１４は、陽極における電流密度が均一化し、陰極であるすべり軸受１０においても電流密度の差が小さくなったからと考えられる。これに対し、実施例である試料２および試料６は、表面の電流密度の差が大きな陽極２０を用いることにより、陰極であるすべり軸受１０の表面においても電流密度の差が大きくなったからと考えられる。これにより、実施例である試料２および試料６は、オーバレイ層１２のマトリクス元素であるＳｎと添加元素であるＡｇとを含む化合物が化合物粒子１６としてオーバレイ層１２に成長しつつ分散したと考えられる。その結果、実施例である試料２および試料６は、耐焼付性および耐摩耗性が改善したと考えられる。
【００３４】
このように、実施例である試料２および試料６は、電流密度の差が大きな本実施形態の陽極２０を用いてオーバレイ層１２を形成することにより、ＳｎとＡｇとを含む化合物粒子が硬質粒子としてオーバレイ層１２に取り込まれた。オーバレイ層１２に生成した化合物粒子１６は、硬質粒子として相手部材に凝着したＳｎを掻き落とし、相手部材における凝着成分の成長を妨げる。したがって、耐焼付性を向上することができ、摩耗も低減することができる。
【００３５】
実施例である試料８〜１１は、オーバレイ層１２へのＳｂの添加の影響を示している。試料８〜１１によると、オーバレイ層１２へＡｇに加えてＳｂを添加することにより、耐焼付性および耐疲労性が向上するとともに、摩耗量が減少した。これは、Ｓｂは、オーバレイ層１２のＳｎ基マトリクスの融点を上昇させるためと考えられる。すなわち、Ｓｂの添加によってオーバレイ層１２の融点が上昇すると、オーバレイ層１２の高温時における機械的な強度の低下が抑えられる。そのため、Ｓｂの添加は、耐疲労性の向上に寄与すると考えられる。また、Ｓｂの添加によってオーバレイ層１２の融点が上昇することにより、相手部材との摺動による摩擦熱が発生しても、オーバレイ層１２の溶融にともなう相手部材への凝着、およびこれにともなう焼付が低減される。したがって、Ｓｂを添加することにより、すべり軸受１０に要求される性能をいずれも向上することができる。
【００３６】
ここで、オーバレイ層１２に添加するＳｂは、２５質量％以下に設定している。実施例である試料９と比較例である試料１７とを比較すると、比較例である試料１７は焼付かない最大面圧および摩耗量が実施例である試料９に劣っている。ところで、Ｓｂは、オーバレイ層１２のＳｎに９質量％まで固溶する。このようにＳｂの添加量が９質量％未満のとき、オーバレイ層１２は、Ｓｂを添加しても、ＳｎとＡｇとを含む化合物粒子１６の平均粒径および平均アスペクト比は変化しない。このとき、オーバレイ層１２において硬質粒子となる、ＡｇとＳｎとを含む化合物粒子１６は、Ａｇ３Ｓｎ１が主となる。一方、Ｓｂの添加量を９質量％以上にすると、オーバレイ層１２には、このＡｇ３Ｓｎ１に加え、Ｓｎ−Ａｇ−Ｓｂ化合物およびＳｎ−Ｓｂ化合物も生成する。生成する化合物のうち、ＡｇとＳｎとを含む化合物粒子１６であるＳｎ−Ａｇ−Ｓｂ化合物は、Ａｇ３Ｓｎ１と類似の形態を有する。これらの化合物粒子１６から平均粒径および平均アスペクト比を導出する。一方、生成する化合物のうち、Ｓｎ−Ｓｂ化合物は、化合物粒子１６であるＡｇ３Ｓｎ１の平均粒径および平均アスペクト比に影響を与える。すなわち、Ｓｎ−Ｓｂ化合物は、所望の平均粒径および平均アスペクト比にあるＡｇ３Ｓｎ１の生成を阻害する方向に作用する。このＳｎ−Ｓｂ化合物は、オーバレイ層１２へのＳｂの添加量に依存して増加する。そのため、Ｓｎ−Ｓｂ化合物の生成を抑えるためには、Ｓｂの添加量を制御する必要がある。そこで、オーバレイ層１２に添加するＳｂは、２５質量％以下に設定した。これは、上述のように実施例である試料９と比較例である試料１７との比較からも明らかである。
【００３７】
また、実施例である試料１１および試料１２は、オーバレイ層１２へのＺｎの添加の影響を示している。これによると、試料１１のようにオーバレイ層１２にＳｂに加えてさらにＺｎを添加した場合、および試料１２のようにオーバレイ層１２にＺｎのみを添加した場合のいずれも、耐摩耗性および耐焼付性への影響は小さい。したがって、オーバレイ層１２にＺｎを添加してもよいことが明らかになった。これは、実施例である試料５と試料１２との比較からも明らかである。
【００３８】
実施例である試料１と比較例である試料１５との比較から、オーバレイ層１２へのＣｕの添加の影響が明らかである。オーバレイ層１２へＣｕを２．５質量％を超えて添加すると、焼付かない最大面圧および疲労しない最大面圧が大きく低下するとともに、摩耗量が増加した。これは、Ｃｕの過剰な添加によって試料１５の化合物粒子１６の平均粒径および平均アスペクト比が大きくなったことが原因である。このように、化合物粒子１６の平均粒径および平均アスペクト比がそれぞれ２．０μｍ、２．０より大きいと、化合物粒子による相手部材への攻撃性が増大して、相手部材の摺動面の表面粗さを粗くしてしまう。その結果、化合物粒子１６は、硬質粒子としての耐摩耗性や耐焼付性への寄与が小さくなる。また、Ｃｕを添加すると、オーバレイ層１２の熱安定性も低下する。Ｃｕは、すべり軸受１０の軸受合金層１４側へ拡散による移動を生じやすい。そして、オーバレイ層１２に含まれる化合物粒子１６は、Ｃｕにともなって拡散による移動を生じやすい。そのため、オーバレイ層１２に含まれるＣｕが軸受合金層１４側へ拡散するとき、化合物粒子１６もＣｕとともに軸受合金層１４側へ移動する。その結果、オーバレイ層１２における化合物粒子１６は、硬質粒子としての機能が低下する。したがって、Ｃｕの含有量は２．５％質量以下にする必要があり、オーバレイ層１２へのＣｕの添加をゼロまたは少量にしておくことが好ましく、Ｃｕの含有量を化合物粒子１６の拡散に影響を及ぼさない０．１質量％以下に設定することが好ましい。
【００３９】
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】
【００４０】
図面中、１０はすべり軸受、１２はオーバレイ層（オーバレイ）、１６は化合物粒子、２０は陽極、２１は穴、３１は電流粗部、３２は電流密部、４０はマスキングを示す。
【図１】
2014081040.tif 000003
【図２】
2014081040.tif 000004
【図３】
2014081040.tif 000005
【図４】
2014081040.tif 000006
【図５】
2014081040.tif 000007
【図６】
2014081040.tif 000008
【図７】
2014081040.tif 000009
【図８】
2014081040.tif 000010
【図９】
2014081040.tif 000011
【図１０】
2014081040.tif 000012