(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
Ａｇ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｉｎ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｂｉ，Ｚｎ，Ｎｉ及びＣｒからなる群より選択される少なくとも１種の元素（但しＡｇ及びＳｎのみの組合せを除く）をＣｕマトリックス中に固溶し、これらの元素からなるあるいはこれらの元素を含む二次相が実質的に形成されていないことを特徴とする耐焼付性にすぐれた銅合金。
【請求項２】
前記少なくとも１種の元素の総量が０．１ｗｔ％以上である請求項１記載の耐焼付性にすぐれた銅合金。
【請求項３】
前記少なくとも１種の元素が非平衡にＣｕマトリックス中に固溶していることを特徴とする請求項１又は２記載の耐焼付性にすぐれた銅合金。
【請求項４】
前記少なくとも１種の元素がＡｇと、Ａｇ及びＳｎ以外の２種以上である請求項１から３までの何れか１項に記載の耐焼付性にすぐれた銅合金。
【請求項５】
前記少なくとも１種の元素がさらにＳｎを含む２種以上である請求項４記載の耐焼付性にすぐれた銅合金。
【請求項６】
さらに０．０１〜０．５ｗｔ％のＰを含むことを特徴とする請求項１から５までの何れか１項記載の耐焼付性にすぐれた銅合金。
【請求項７】
請求項１から６までの何れか１項記載の銅合金を裏金に接着した  すべり軸受。
【請求項８】
請求項１から６までの何れか１項記載の銅合金を裏金に接着しないでソリッド形態で使用するすべり軸受。
【請求項９】
厚さが１〜２５μｍのオーバレイにより前記銅合金を被覆したことを特徴とする請求項７又は８記載のすべり軸受。
【請求項１０】
オーバレイの厚さが２〜８μｍである請求項９記載のすべり軸受。
【請求項１１】
オーバレイが前記銅合金に直接接着されていることを特徴とする請求項９又は１０記載のすべり軸受。
【請求項１２】
銅合金の表面をオーバレイで被覆してなるすべり軸受において、前記オーバレイが初期なじみにより部分的に摩滅して表出された前記銅合金の摺動面が、少なくとも部分的に、Ａｇ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｉｎ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｂｉ，Ｚｎ，Ｎｉ及びＣｒからなる群より選択された少なくとも１種の元素からなる成分を濃縮した銅合金表層よりなり、この銅合金表層に連続する銅合金バルク部は、少なくとも該銅合金表層との界面及びその近傍において前記少なくとも１種の元素を固溶しかつ該少なくとも１種の元素からなるもしくはこの元素を含む二次相が実質的に生成されていない銅合金固溶体からなることを特徴とするすべり軸受。
【請求項１３】
銅合金の表面をオーバレイで被覆してなるすべり軸受において、前記オーバレイが初期なじみにより部分的に摩滅して表出された前記銅合金の摺動面が、少なくとも部分的に、Ａｇ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｉｎ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｂｉ，Ｚｎ，Ｎｉ及びＣｒからなる群より選択された少なくとも１種の元素ならびにＯを濃縮した銅合金表層よりなり、この銅合金表層に連続する銅合金バルク部は、少なくとも該銅合金表層との界面及びその近傍において前記少なくとも１種の元素を固溶しかつ該少なくとも１種の元素からなるもしくはこの元素を含む二次相が実質的に生成されていない銅合金固溶体からなることを特徴とするすべり軸受。
【請求項１４】
前記銅合金表層がＯに加えてＳを濃縮したことを特徴とする請求項１３記載のすべり軸受。
【請求項１５】
前記少なくとも１種の元素の総量が０．１ｗｔ％以上である請求項１２から１４までの何れか１項記載のすべり軸受。
【請求項１６】
前記少なくとも１種の元素が前記バルク部においてＣｕマトリックス中に非平衡に固溶していることを特徴とする請求項１２から１５までの何れか１項記載のすべり軸受。
【請求項１７】
前記少なくとも１種の元素がＡｇとＡｇ以外の元素の２種以上である請求項１５又は１６記載のすべり軸受。
【請求項１８】
前記少なくとも１種の元素がさらにＳｎを含む２種以上である請求項１７記載のすべり軸受。
【請求項１９】
前記銅合金がさらに０．０１〜０．５ｗｔ％のＰを含むことを特徴とする請求項１２から１８までの何れか１項記載のすべり軸受。
【請求項２０】
前記オーバレイが直接銅合金に被着されていることを特徴とする請求項１２ら１９までの何れか１項記載のすべり軸受。
【請求項２１】
前記少なくとも１種の元素が前記銅合金のバルクの濃度に対して１．３倍以上銅合金表層に濃縮されている請求項１２から２０までの何れか１項記載のすべり軸受。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、すべり軸受用銅合金に関するものであり、さらに詳しく述べるならば、従来のケルメットよりも摺動特性がすぐれたすべり軸受用銅合金及びこの合金を使用するすべり軸受に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
銅系摺動材料の代表であるケルメットは、軟質金属又は樹脂からなるオーバレイを一般に１０〜２０μｍを被着してエンジン部品に使用されている。すべり軸受の使用初期にオーバレイは相手軸となじんで摩耗し軸と軸受の焼付を起こり難くする。このようにオーバレイの機能はなじみ性にある。
また、オーバレイの下地としてＮｉめっき（「Ｎｉバリヤー」と言われる）をケルメット（「ライニング」と言われる）に設けることも一般に行われている。
オーバレイが消失して下地のケルメットもしくはＮｉめっきが露出すると、焼付が起こり易くなるために、従来のすべり軸受はオーバレイをなじみに必要な厚さ以上に被着していた。
【０００３】
ケルメットに含有されるＰｂ粒子が相手軸により引き伸ばされて摺動面で軟質膜を作り、焼付を防止する作用をもつのであるが、近年ますます過酷になる摺動条件では、この作用だけでは不十分であるのが実際である。
したがって、従来のケルメットの耐焼付性を向上させるために、Ｐ，ＡｌなどのＣｕマトリックスを強化する元素を添加する、なじみ性が優れたＢｉなどを添加する、グラファイトなどの耐焼付性向上成分を添加する、アルミナなどの耐摩耗性成分を添加する、樹脂を含浸させた樹脂含浸焼結材料とするなどの提案がなされ、それなりの成果を達成している。
【０００４】
上記したすべり軸受と相手材の間を潤滑する潤滑油としては、エンジンオイル、トランスミッションオイル、ギヤオイル等があり、これらには硫黄系添加剤が添加されていることが多い。
【０００５】
まず、ガソリンエンジンオイルには、エンジンオイルの酸化劣化を防止するためのジアルキルモノサルファイド、エンジンオイルの酸化により発生するスラッジを洗浄するスルフォネート系もしくはフェネート系金属洗浄剤、低粘度エンジンオイルの泡立ちを防止するジチオフォスフェートモリブデン化合物、ジチオカーバメイトモリブデン化合物等が添加される。上記のジアルキルモノサルファイドは基油の酸化により生成するハイドロパーオキサイドをイオン的に分解すると考えられている。しかしながら、これらの添加剤の副作用も指摘されており、例えば、金属系洗浄剤は硫酸灰分スラッジを生成するために使用量が制限されている。また、泡立ち防止剤もすべり軸受の性能に悪影響を及ぼすこともあると言われている。
【０００６】
ディーゼルエンジンオイルにはすすによる摩耗対策としてＺｎＤＴＰ（ジアルキルジチオりん酸亜鉛）が添加される。ロータリーエンジンオイルには、硫黄系極圧添加剤としては、硫化オレフィン、硫化油脂等が、また有機金属系摩耗防止剤としてはチオりん酸亜鉛、硫化モリブデンジチオカルバメートがそれぞれ添加される。
【０００７】
トランスミッションオイル及びギアオイルには、硫黄系極圧添加剤として硫化オレフィン、硫化油脂等が、また有機金属系摩耗防止剤としてチオりん酸亜鉛、硫化モリブデンジチオカルバメート、及び／またはりん系摩耗防止剤としてりん酸エステルアミン塩などが添加されている。これらのオイル中のイオウ濃度は現在の市販油では０．３７〜１．７％であり、またこれらの添加剤の量が多いと銅の腐食が起こると言われている。
【０００８】
上記した各種潤滑油が劣化すると、銅系摺動材料は潤滑油による腐食の問題が起こることが知られており、その腐食対策として本出願人は次のような特許出願を行った。
【０００９】
米国特許第４８７８７６８号：ディーゼルエンジンに使用されるすべり軸受のＣｕ−Ｐｂ系焼結合金中のスケルトン内部の間隙に存在するＰｂ相が劣化油により腐食するのを防止するためにＩｎをＰｂ相に添加する。
【００１０】
特開平７−１１８７７７号：Ｚｎ−１５％を超え４０％以下、黒鉛−０．５〜６％、及びＡｌ２  Ｏ３  ，ＳｉＯ２  ，Ｆｅ３  Ｐの１種以上−０．５〜６％，残部Ｃｕからなる焼結銅合金系摺動部材。この出願では劣化トランスミッションオイルが銅合金表面にＣｕＳを形成することによる腐食を防止するために上記した量のＺｎを添加している。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
従来のライニングに使用されるケルメットのＰｂが劣化潤滑油により腐食して表面が粗れ易い；Ｐｂが潤滑油中に溶出してしまい、Ｐｂが存在した部分が空孔になり、ライニングの強度が低下して座屈するなどの理由によりケルメットは耐焼付性が低い。なお、硫黄系添加剤を添加した潤滑油を用いかつ実機の使用条件をほぼ再現する条件で銅系摺動材料の摺動試験を本発明者等が行ったところ、潤滑油の全酸価が次のように著しく増大することが認められ、これと並行して鉛の腐食が進行する。
【００１２】
0003560723.tif 000002
【００１３】
従来のすべり軸受では上述の理由によりオーバレイをなじみに必要な最小限の厚さで被着することはできなかった。
【００１４】
従来オーバレイの下地として使用されていたＮｉバリヤーはケルメット中のＳｎの拡散を阻止してケルメットの耐食性を良好に保つ役割を担っていた。しかし、その反面Ｎｉバリヤーが露出した時には、Ｎｉが耐焼付性が低いために焼付が起こり易くなるという問題がある。
【００１５】
ところで、最近金属材料表面が繰返し滑り摩擦によりアモルファス化することを利用して各種金属材料の表面の耐摩耗性を高めることができるとの研究が発表され（トライボロジスト、Ｖｏｌ．４１，Ｎｏ．２，  １９９６，ｐｐ１１５  〜１２０）ているので、今後かかる観点からの材料開発が活発になることが予測されるが、本発明者は夙に銅合金の特定添加元素により銅合金表面の摺動特性を高める研究を鋭意行ってきた。上述したような技術の現況に鑑み、本発明の第１の目的は耐焼付性がすぐれた銅合金及びすべり軸受を提供することにある。
本発明の第２の目的は、オーバレイの厚さを薄くしても耐焼付性を良好にすることができる銅系すべり軸受を提供することにある。
本発明の第３の目的は、Ｎｉバリヤーがなくても耐食性が良好に保たれる銅系すべり軸受を提供することにある。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明者等は、Ｃｕマトリックスに固溶している特定の元素を含む銅合金を使用したライニングの最表面に特定元素の濃縮層が形成されることにより上記第１〜第３の目的を達成することができることを解明した。
かかる新しい知見に基づいて為された本発明は、Ａｇ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｉｎ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｂｉ，Ｚｎ，Ｎｉ及びＣｒからなる群より選択される少なくとも１種の元素をＣｕマトリックス中に固溶し、これらの元素からなるあるいはこれらの元素を含む二次相が実質的に形成されていない銅合金及びこの銅合金を裏金に接着したすべり軸受もしくは接着しないソリッドすべり軸受に関する。
【００１７】
Ｃｕマトリックスに固溶している特定の添加元素は摩擦熱の発生やライニング表面組織の変化と並行してライニング表面に移動して、部分的に添加元素の濃縮層を形成し、これがさらに潤滑油中の硫黄系添加剤と反応して硫黄系化合物となり、また潤滑油中の酸素と添加元素が反応して酸素系化合物となる。これらの濃縮層及び硫黄系化合物などは固体潤滑作用が優れており、高面圧下でも摺動特性が優れており、かつ耐食性も良好である。
【００１８】
以下、濃縮層の耐焼付性を調べた基礎実験結果を説明する。
表１の組成をもつ合金板もしくは金属板を試験片（面積１ｃｍ２  ，粗さ１．０〜１．５μｍＲｚ）に加工し、これを次の条件の耐焼付試験に供した。
【００１９】
試験機：図２に示すピンオンディスク試験機
すべり速度：１５ｍ／ｓ
荷重：荷重漸増（ステップ式）５００Ｎ／１０ｍｉｎ
油種：１０Ｗ−３０
油温：室温
相手材：Ｓ５５Ｃ焼入れ（Ｈｖ５５０〜６５０）、粗さ；０．５〜０．８μｍＲｚ
【００２０】
図２において、５は給油パッド、６は油圧シリンダー、７は試験片、８はディスク、９はバランスウェイト、１０はロードセルである。
試験結果を表１に示す。
【００２１】
0003560723.tif 000003
【００２２】
この表よりＣｕ，Ａｇ，Ｓｎなどの純金属よりも▲１▼〜▲５▼の化合物もしくは共晶組成がおよそ１．５倍以上の耐焼付性をもつことがわかる。
【００２３】
さらに、表１と同様の組成につき摩擦係数及び凝着摩耗を測定する基礎試験を行なった。
試験機：図３に示すバウデン・テーバー式スティックスリップ試験機
すべり速度：０．０６ｍ／ｓ
荷重：５Ｎ
潤滑条件：オイル塗布
相手材：ＳＵＪ２（直径８ｍｍ）
図３において、１１はピン、１２は試験片、１３はヒーターである。
試験結果を表２に示す。
（以下余白）
【００２４】
0003560723.tif 000004
【００２５】
表２より酸化スズ相当組成をもつ▲５▼が最も凝着しがたいことが分かる。Ａｇ−Ｓｎ▲１▼はこれに次ぐ耐凝着性をもっている。純Ａｇ及びＣｕ−Ｓｎ▲３▼，▲４▼はやや良好な耐凝着性をもっており、純Ｃｕの耐凝着性は最も不良である。
以上の基礎実験により、上記の化合物もしくは化合物に相当する高濃度のＡｇ，Ｓｎなどをライニングの表面に形成することにより、ライニングの耐焼付性を高めることができるとの着想に到着した。
【００２６】
さらに研究を進めた結果、Ａｇ，Ｓｎなどは使用前のライニング中で一旦固溶していることが重要であり、上記添加元素は使用前に二次相を形成してはならないことが分かった。具体的には後述のＸ線回折条件で二次相が摺動に関係する合金の表面部位に認められてはならない。二次相が形成されているＣｕ合金のマトリックスでは添加元素が平衡状態で固溶しているかあるいは非平衡状態で固溶しているのいずれにせよ、摺動後のランニング表面に濃縮しない。
【００２７】
上記の添加元素に共通する特長は（イ）硫化物を形成し易い、（ロ）銅と合金され易くかつ銅を著しく硬化させない、（ハ）劣化潤滑油に対する耐食性が良好である、（ニ）ライニング表面に濃縮され易い，（ホ）濃縮物の摩擦係数、耐食性、非疑着性などの特性がすぐれている、（ヘ）固溶が可能である、（ト）析出し難いなどである。
上記添加元素以外のＣａ，Ｎａなどは（イ）は満足するが銅と合金されないので（ロ）を満足せず、Ｐｂは（ハ）の面で採用できず、Ｔｉ，ＶはＣｕ自体より硫化物を生成し難いから（イ）を満足しない。Ｗは質量が大きいために銅合金中を移動し難く（ニ）を満足しない。また、Ｐｂは鋳造中の重力偏析を解消する均一化が不可能であり、（ヘ）を満足しない。Ｍｇは（イ）を満足するが（ホ）を満足しない。
【００２８】
本発明においては添加元素が軸受として使用中の銅合金中にある程度の期間固溶状態を保っており、摩擦が進行する；軸とランニングの固体接触がひんぱんになるなどの状態に至ってから、添加元素がライニング摺動面で濃縮し、次に硫黄、酸素などと反応することが必要である。したがって、析出し易い添加元素は容易に二次相を形成するために濃縮物の供給源となる固溶元素が不足する不都合を招く。したがって（ト）の特徴も重要であり、公知の析出型合金の添加元素は本発明からは除外されている。なお、ＮｉはＳｉと共存すると析出することはよく知られているが、本発明ではＳｉは不純物であるので、Ｎｉは析出型元素とはならない。
本発明による上記添加元素はこれら（イ）〜（ヘ）を全て満足するが、特にＡｇは（ロ）〜（ホ）の性質が優れている。ＳｎはＡｇには総合的性能では及ばないが、（ホ）が良好である。したがって、本発明においてはＡｇを必須添加元素とし、その他の元素、特にＳｎを添加することが好ましい。
【００２９】
添加元素を摺動面に十分に濃縮させるためには総量で０．１ｗｔ％以上を含有させることが好ましい。
添加元素が固溶しているならば、その上限は特に数値的に限定されない。しかしながら、Ａｇ：０．１〜２ｗｔ％，Ｓｎ：１〜１０ｗｔ％，Ｃｄ：０．１〜５ｗｔ％，Ｍｎ：０．１〜５ｗｔ％，Ｆｅ：０．０１〜１０ｗｔ％，Ｂｉ：１〜３０ｗｔ％、Ｚｎ：１〜３０％，Ｎｉ：５〜５０％、及びＣｒ：１〜５％の範囲が好ましい。より好ましくは、Ａｇ：０．３〜１．０ｗｔ％，Ｓｎ：１〜７ｗｔ％，Ｃｄ：０．３〜３ｗｔ％，Ｍｎ：２０〜３０ｗｔ％，Ｆｅ：０．０１〜５ｗｔ％，Ｂｉ：１〜２０％、Ｚｎ：１５〜２０％，Ｎｉ：１〜３％、及びＣｒ：１〜３％である。
【００３０】
Ｎｉ，ＶなどのようなＣｕとの全率固溶元素を除いて添加元素はＣｕマトリックス中に非平衡に固溶させることが濃縮層形成の面で有利である。これは、添加元素が析出しようとするエネルギーなどが濃縮を促進するためと考えられるが、本発明者が発見した濃縮現象は一般的な析出現象では完全に説明できないことも言及する。
上記した元素の平衡固溶量は、二元系合金は状態図（Ｍ．  Ｈａｎｓｅｎ，  Ｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎ  ｏｆ  Ｂｉｎａｒｙ  Ａｌｌｏｙｓ，  Ｍｃｇｒａｗｈｉｌｌ  Ｂｏｏｋ  Ｃｏｍｐａｎｙ，  Ｎｅｗ  Ｙｏｒｋ，  １９６４  ）より定められる固溶量である。例えば、２００℃付近でＡｇは０．１ｗｔ％，Ｓｎは１．３ｗｔ％，Ｃｄは０．５ｗｔ％，Ｃｒは０．０５ｗｔ％である。また三元系合金では、上記元素の何れか１種が二元系合金の平衡固溶量を超えた組成の合金は非平衡固溶量の添加元素を含有しているものと実用的に扱ってよい。
【００３１】
本発明において添加元素を非平衡に固溶した銅合金の製造方法は鋳造法またはアトマイズ法によることが好ましい。鋳造法の場合は溶湯を１００℃／分以上の冷却速度で冷却することにより添加元素を強制的に固溶させる方法によることができる。その後の工程では添加元素が析出しないような条件で加工などを行うことができるが、細心の条件管理が必要になるので連続鋳造帯などをそのままライニングとして使用することが好ましい。
焼結法の場合は、アトマイズ粉は銅合金液体を高速冷却し、その後焼結を添加元素の固溶温度域で行いその後例えば５０℃／分の冷却速度で急速冷却を行う。
【００３２】
上記添加成分以外には０．０１〜０．５％のＰを脱酸剤もしくは焼結促進剤として添加することができる。
上記組成の残部はＣｕの他にＳｉ、Ｏなどの銅に通常含まれる不純物である。銅の純度は竿銅、電気銅、電解精製銅，ＯＦＨＣなどいずれであってもよい。なお、不純物として許容されるＳはＣｕに対して殆ど固溶度がないために、Ｃｕ−Ｓ系二次相として存在するが、Ｓ量が不純物程度であると添加成分の硫黄系化合物層の形成は妨げられない。
【００３３】
本発明の銅合金を焼結材料として使用する場合は、焼結空孔に樹脂を含浸させることができる。この含浸樹脂としては摺動材料として使用されるほとんどの樹脂を使用することができるが、ＰＩ，ＰＡＩ，ＰＥＩ，ＰＥＥＫ，芳香族ＰＡ，フェノール樹脂、エポキシ樹脂、ＰＴＦＥ、及び他のフッ素系樹脂（ＰＦＡ、ＥＴＦＥ，ＦＥＰ）などを好ましく使用することができる。樹脂の量は３０〜８０体積％であることが好ましく、より好ましくは４０〜６０体積％である。焼結材料の空孔率は７０〜２０体積％であることが好ましく、より好ましくは６０〜４０体積％である。
【００３４】
含浸樹脂中に固体潤滑剤、耐摩耗性添加剤等も混合することができる。これらは具体的には、グラファイト、ＰＴＦＥ、Ｐｂ，Ｐｂ−Ｓｎ合金、フッ化カーボン、フッ化Ｐｂなどの固体潤滑剤、Ａｌ２  Ｏ３  ，ＳｉＯ２  ，Ｓｉ３  Ｎ４  ，クレイ、タルク、ＴｉＯ２  ，ムライト、炭化カルシウム、Ｚｎ，ＡｌＮ，Ｆｅ３  Ｐ，Ｆｅ２  Ｂ，Ｎｉ２  Ｂ，ＦｅＢ，などの耐摩耗性添加剤、ガラス繊維、カーボン繊維、チタン酸カリウム繊維などの無機繊維、芳香族ＰＡなどの有機繊維、ＳｉＣウィスカなどのウィスカ、Ｃｕ繊維、ステンレス繊維などの金属繊維である。
【００３５】
上記したすべり軸受用銅合金の圧延材もしくは焼結材を裏金に接着してすべり軸受とすることができる、また裏金に接着しないソリッド軸受とすることもできる。
本発明に係る銅合金はブシュ用の場合はオーバレイを被着しないで使用され、エンジン各用種軸受、コンロッド軸受、その他の内燃機関用軸受の場合はオーバレイを被着してすべり軸受として使用される。
潤滑油中で高温下で摺動することによりオーバレイが初期なじみで摩耗し、下地ライニングが露出すると、あるいはオーバレイなしの銅合金が次第に摩耗すると添加元素が表面近傍に次第に移動し、部分的に薄膜に添加元素リッチ相を形成する。
【００３６】
摺動後のライニングの表面をＳＩＭＳ（２次イオン質量分析Ｓｅｃｏｎｄａｒｙ  Ｉｏｎ  Ｍａｓｓ  Ｓｐｅｃｔｒｏｓｃｏｐｙ  ）法で添加元素を分析すると、これらが濃縮している領域が認められる。このような濃縮層では添加元素が合金バルク中よりも例えば濃度比で１．３倍以上と高められており、容易に分析により検出可能である。この濃縮層は１μｍ以下と非常に薄いので物質の同定が困難であるが、化合物であると考えられる。
さらに摺動が進むと、濃縮層が潤滑油中の硫黄と反応して添加元素及び硫黄の濃縮層が形成される。
【００３７】
本発明に係るすべり軸受の潤滑に使用される潤滑油の基油及び添加剤は全く制限がない。添加剤として含有されることがある硫黄系添加剤は、（ポリ）サルファイド（スルフィド）、スルフォネート、スルフィネート、スルフェネート、フェネート系（図９参照），（ジ）チオフォスフェート化合物、チオケトン、チオアセタール、チオカルボン酸とその誘導体、スルホキシドとその誘導体、スルフォニル、スルフィニル、スルフェニル、ＺｎＤＴＰ等の化合物がある。すなわち、これらの有機硫黄化合物は何れもすべり軸受の摺動温度である１００〜１６０℃において反応性がある硫酸系酸に分解し、銅合金表面の濃縮物と反応する。
【００３８】
上記知見により完成した本発明に係るすべり軸受は裏金に接着されたもしくは接着されない銅合金の表面をオーバレイで被覆してなるすべり軸受において、オーバレイが初期なじみにより部分的に摩滅して表出された銅合金の摺動面が、少なくとも部分的に、Ａｇ，Ｓｎ，Ｓｂ，Ｉｎ，Ｍｎ，Ｆｅ，Ｂｉ，Ｚｎ，Ｎｉ及びＣｒからなる群より選択された少なくとも１種の元素ならびにＳ及びＯの１種又は２種を濃縮した銅合金表層あるいは少なくとも１種の元素に加えて酸素あるいは硫黄及び酸素を濃縮した銅合金表層よりなり、この銅合金表層に連続する銅合金バルク部は、少なくとも該銅合金表層との界面及びその近傍において少なくとも１種の元素を固溶しかつ該少なくとも１種の元素からなるもしくはこの元素を含む二次相が実質的に生成されていない銅合金固溶体からなることを特徴とするすべり軸受である。
【００３９】
図１には本発明に係る裏金付すべり軸受を模式的に示す。
１は鋼板などよりなる裏金であり、２は裏金に圧接、焼結などにより接合されたライニングであり、オーバレイは摩滅した結果ライニングの表面が露出されている。ライニング１の表面には１μｍ以下のＡｇ，Ｓｎ，Ｏなどの濃縮した層３、すなわち銅合金表層（以下「濃縮層」と言う）が形成されており、その一部に硫黄系化合物４が存在し、これが摺動方向に薄く伸ばされている。これらが耐焼付性、耐凝着性、耐摩耗性、耐食性などを従来のケルメットを大幅に上回るレベルまで向上させる。
裏金１は軟鋼板、合金鋼板あるいはその表面処理（ショットブラスト、酸洗、めっきなど）板である。
【００４０】
ライニング２は通常全体が本発明が特徴とする固溶体組織をもつ合金からなる。濃縮層３はバルク２ａから供給されたＡｇ，Ｓｎなどが濃縮したものであり、図１に示した状態よりさらにライニングが摩耗すると、より内部のバルク２ａから供給されるＡｇ，Ｓｎにより新しい濃縮層３が形成されるために、長期に亘ってすぐれた性能が発揮される。このような濃縮を可能にするためには固溶元素が濃縮層３との界面及び近傍に存在することが必要である。ここで近傍とはライニングの摩滅量とＡｇ，Ｓｎなどの移動距離に関連するが、自動車エンジン用軸受で前者を最大２０μｍとすると使用前ライニングの表面から約３０μｍ程度である。したがって、前記表面から３０μｍより深い部分２ｂではＡｇ，Ｓｎは一部析出していても本発明のすべり軸受の性能が低下することはない。
【００４１】
本発明のすべり軸受において初期なじみ性を確保するオーバレイは、ライニングの耐焼付性不足を補うように厚く被着する必要はない。すなわち、本発明の銅合金は耐焼付性が優秀であり、事実露出することにより上記の濃縮層が形成されるのでオーバレイを厚く被着する必要はない。したがって、オーバレイは初期なじみの目的のみに薄く形成することが、オーバレイによるコスト増大を抑える面からも好ましい。
オーバレイの厚さは１〜２５μｍが好ましく、より好ましくは２〜８μｍである。オーバレイとしてはＰｂ基、Ｓｎ基等の金属オーバレイ、あるいは樹脂系オーバレイを使用することができる。
以下、実施例により本発明をより詳しく説明する。
【００４２】
本発明の銅合金が潤滑油に長時間さらされた後合金表面に形成される添加元素の濃縮層は耐食性が優れているために、銅合金中のスズによりライニングの耐食性を高めることは必須ではない。したがって、ライニングの銅合金がスズを含有する場合でも従来のようにＮｉバリヤーをオーバレイとライニングの間に施す必要はない。このために、オーバレイが摩耗してＮｉバリヤーが露出した際の焼付のおそれがなくなる。但し、相手軸の加工精度が低い場合などには、オーバレイを厚くしたＮｉバリヤーを設けて、Ｓｎの拡散を防止することが好ましい。
以下、実施例により本発明をより詳しく説明する。
【００４３】
【実施例】
実施例１
表３に組成を示す銅合金アトマイズ粉末（粒径１５０μｍ以下）を板厚１．５ｍｍの鋼板（ＳＰＣＣ）に厚さが２ｍｍとなるように散布し、水素ガス雰囲気中で８５０℃、３５分の条件で焼結し、その後実施例については５０℃／ｍｉｎ以上の速度で急冷し、比較例については８℃／ｍｉｎの冷却速度で冷却し、その後圧延し（板厚減少率７％）、焼結層の厚さが０．３ｍｍのバイメタル状軸受素材を製造した。
【００４４】
0003560723.tif 000005
【００４５】
実施例の▲４▼及び比較例の▲７▼を焼付試験開始前にＸ線回折（条件：Ｃｕ管球、３０ＫＶ、１５０ｍＡ）を行った結果をそれぞれ図４（拡大図６）及び図５（拡大図７）にそれぞれ示す。比較例▲７▼の組織はＣｕのピークの他に、Ｃｕ−Ｓｎ金属間化合物Ａｇ及びＳｎのピークが認められる。したがって、この銅合金はＡｇ，Ｓｎを固溶したＣｕ固溶体と二次相としてのＣｕ−Ｓｎ金属間化合物Ａｇ及びＳｎから構成されていることが分かる。一方図４，６（本発明実施例▲４▼）にはＣｕのピークのみが認められる。
【００４６】
バイメタル素材を図２に関して説明した焼付試験の試験片に加工し、ピンオンディスク式焼付試験を行い、焼付荷重を求めまた焼付発生時の表面をオージェ分析して表層濃度を求めた結果を表３に示す。
【００４７】
図４〜７及び表３より固溶体組織の銅合金では摺動中に添加元素が表層に濃縮して耐焼付性を高めているが、一方固溶体と二次相の組織を有する銅合金では摺動中の添加元素の表層への濃縮が起こらないので耐焼付性が不良であることが分かる。
【００４８】
実施例２
実施例１の方法でバイメタルを製作し、その後ほうふっ化電気めっき浴によりＰｂ−Ｓｎ−Ｃｕめっき層を形成し、その後Ｉｎめっき層を電気めっきより形成し、続いて１５０℃で４０分間の拡散を行った。なお、予備実験によりこの熱処理では図８（表４）に示す実施例合金ではＡｇ，ＳｎはＣｕ固溶体中に留められており、二次相として分離しないことを確認しておいた。
銅合金の組成及びオーバーレイの組成、厚さは図８（表４）に示したものである。
表４に構成を示したすべり軸受を下記条件で実機試験を行った。
エンジン：Ｌ４−２リッターディーゼルエンジン（ターボチャージャー付き）
回転数：４０００ｒｐｍ
軸受面圧：７０ＭＰａ
潤滑油種：ＣＤ１０Ｗ−３０
油温：１２５℃
試験時間：４００ｈ
【００４９】
試験の結果を示す図８（表４）より本発明のすべり軸受はオーバレイの厚さが薄いにも拘らず摩耗量が少ない。比較例のすべり軸受は焼付が起こるかあるいは摩耗量が著しく多い。
【００５０】
【発明の実施の形態】
以上説明したように、本発明は従来のすべり軸受が直面していた諸問題を抜本的に解決するので、内燃機関用などの部品として従来のケルメットを代替することが期待される。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るすべり軸受の構造を示す概念図である。
【図２】ピンオンディスク試験機の図である。
【図３】バウデン・テーバー式スティックスリップ試験機の図である。
【図４】表３の銅合金▲４▼のＸ線回折像を示す図である。
【図５】表３の銅合金▲７▼のＸ線回折像を示す図である。
【図６】図４の拡大図である。
【図７】図５の拡大図である。
【図８】実施例２におけるすべり軸受の構造及び性能を示す図表（表４）である。
【図９】フェネート化合物の構造式を示す図である。
【符号の説明】
１  裏金
２  ライニング
２ａ  バルク
３  濃縮層
５  給油パッド
６  油圧シリンダー
７  試験片
８  ディスク
９  バランスウェイト
１０  ロードセル
１１  ピン
１２  試験片
１３  ヒーター
【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】
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【図８】
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【図９】
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