(57)【要約】【課題】オーバレイ層として必要な非焼付性を備えたＢｉ系材料を発見し、摺動特性に優れた摺動部材を提供する【解決手段】ミラー指数で（２０２）面の配向指数が３０％以上で、且つその（２０２）面の配向指数が他の面のそれと比較して最大値となるＢｉ系材料では、緻密な組織となり、しかも表面が鏡面ではなく、三角錐もしくは四角錐形状の突起が集合した緻密な凹凸面となる。このため、油が保持され易くなることによって油濡れ性が向上し、この結果、非焼付性が向上する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
裏金層、この裏金層上に設けられた摺動合金層、この摺動合金層上に設けられたオーバレイ層を備えた摺動部材において、
前記オーバレイ層をＢｉまたはＢｉ合金から構成し、その結晶形態を、ミラー指数で（２０２）面の配向指数が３０％以上で、且つ当該（２０２）面のＸ線回折強度Ｒ（２０２）がその他の面のそれと比較したとき、最大値を示すことを特徴とした請求項１記載の摺動部材。
【請求項２】
前記ミラー指数（２０２）面の配向指数を４０％以上とし、且つミラー指数（０１２）面のＸ線回折強度Ｒ（０１２）が前記（２０２）面のＸ線回折強度Ｒ（２０２）の４５％以下とすることを特徴とした請求項１記載の摺動部材。
【請求項３】
前記オーバレイ層はその厚さが３〜１５μｍ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】
前記摺動合金層と前記オーバレイ層との間には、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｃｏ、またはＮｉ合金、Ｃｕ合金、Ａｇ合金、Ｃｏ合金のうちから選択された一種以上からなる中間層が設けられていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の摺動部材。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は摺動合金層の上にオーバレイ層を設けた摺動部材に係り、特にオーバレイ層をＢｉまたはＢｉ合金により形成したものに関する。
【０００２】
【従来の技術】
内燃機関のクランクシャフトの主軸、コンロッドの大端部などに使用されるすべり軸受（摺動部材）では、鋼裏金の内周面にＣｕ基またはＡｌ基の軸受合金（摺動合金）をライニングし、その軸受合金の表面に中間層を介して又は介さずにオーバレイ層をメッキなどによって被着した構成のものが一般的である。
【０００３】
オーバレイ層としては、従来から、主にＰｂ合金が使用され、一部にはＳｎ合金が使用されてきた。しかし、Ｐｂは環境汚染物質であるので、使用を避ける傾向にあり、その代替材料として特許文献１ではＢｉ又はＢｉ合金を提案している。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−２０９５５号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ＢｉはＰｂと同様に低融点金属であるが、Ｐｂに比べると硬く、親油性に劣るため、非焼付性が低い。Ｂｉ又はその合金をオーバレイ層に用いるに当たり、この非焼付性の改善が強く求められている。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、非焼付性に優れた摺動部材を提供するところにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者は、Ｂｉ又はＢｉ合金によりオーバレイ層を形成したすべり軸受を種々作製して特性試験を重ねた。その結果、非焼付性に優れたＢｉ系材料として、前述した特許文献１に開示されたものとは別の組織のＢｉ系材料を見出した。そして、このＢｉ系材料の結晶形態をＸ線回折強度によって測定したところ、ミラー指数で（２０２）面の配向指数が３０％以上で、且つ当該（２０２）面のＸ線回折強度Ｒ（２０２）がその他の面のそれと比較したとき、最大値を示すものについての非焼付性が特に優れていることが判明した。このＢｉ系材料では、表面が図１に示すような緻密な組織となり、しかもその緻密な表面は鏡面ではなく、三角錐もしくは四角錐形状の突起が集合した緻密な凹凸面となっていた。このような緻密な凹凸面であると、油が保持され易くなり、これによって油濡れ性が向上し、この結果、非焼付性が向上すると考えられる。
【０００７】
以上のことから、本発明の摺動材料は、裏金層、この裏金層上に設けられた摺動合金層、この摺動合金層上に設けられたオーバレイ層を備えた摺動部材において、前記オーバレイ層をＢｉまたはＢｉ合金から構成し、その結晶形態を、ミラー指数で（２０２）面の配向指数が３０％以上で、且つ当該（２０２）面のＸ線回折強度Ｒ（２０２）がその他の面のそれと比較したとき、最大値を示すようにしたものである。
【０００８】
ここで、配向性指数について説明する。まず、Ｂｉは三方晶であるので、そのミラー指数は（ｈ、ｋ、ｌ）の３桁で表される。本発明のＢｉ又はＢｉ合金は微粉末のように完全ランダム配向と単結晶のような特定の一方向配向との中間の配向を示すが、Ｂｉの各結晶面のうち、ミラー指数で（２０２）面が一方向に揃っている割合が高い。この或る結晶面が一方向に揃っている割合を配向指数で示す。
【０００９】
或る面の配向指数Ａｅとは、オーバレイ層のＢｉ又はその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、
Ａｅ＝Ｒ（ｈ，ｋ，ｌ）×１００÷ΣＲ（ｈ，ｋ，ｌ）
但し、上式において、分子のＲ（ｈ，ｋ，ｌ）は配向指数を求める面の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。
【００１０】
本発明では、ミラー指数（２０２）面の配向指数を４０％以上とし、且つミラー指数（０１２）面のＸ線回折強度Ｒ（０１２）が前記（２０２）面のＸ線回折強度Ｒ（２０２）の４５％以下とすることもできる。
【００１１】
このようにすれば、より一層優れた非焼付性を得ることができる。
【００１２】
本発明では、オーバレイ層の厚さを３〜１５μｍとすることができる。厚さが３μｍ未満では、オーバレイ層としての機能を果たせず、１５μｍを越えると、耐疲労性が低下する。
また、本発明では、摺動合金層とオーバレイ層との間に、Ｎｉ、Ｃｕ、Ａｇ、Ｃｏ、またはＮｉ合金、Ｃｕ合金、Ａｇ合金、Ｃｏ合金のうちから選択された一種以上からなる中間層を設けることができる。これにより、摺動合金層に対するオーバレイ層の接着強度を向上することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施例を説明する。
本発明の摺動部材は、裏金層の表面にＣｕ基或はＡｌ基の摺動合金をライニングし、この摺動合金の上に中間層を介して又は介さずにＢｉ又はＢｉ合金からなるオーバレイ層を被着したものである。この摺動部材は内燃機関のクランクシャフトの主軸、コンロッドの大端部などに使用されるすべり軸受とすることができる。
【００１４】
オーバレイ層は次のようなＢｉ電気メッキ条件を採用して電気メッキにより被着させた。
浴組成：酸化ビスマス；１０〜７０ｇ／リットル、メタンスルホン酸；３０〜１５０ｍｌ／リットル、ＨＳ−２２０Ｓ（商品名；荏原ユージライト株式会社製）；２０〜６０ｍｌ／リットル
浴温度：２５〜４０℃
電流密度：１〜６Ａ／ｄｍ２
【００１５】
ミラー指数で（２０２）面について４０％以上の配向指数を得るためには、ＰＲ電解法（Ｐｅｒｉｏｄ  Ｒｅｖｅｒｓｅ  Ｅｌｅｃｔｒｏｐｌａｔｉｎｇ；周期的逆電流メッキ）が有効である。このＰＲ電解法とは、陰極電流を定期的に陽極電流に切り替える方法で、一般に陰極電流時間に対して１０〜２０％程度の陽極電流時間で切り替える。陽極電流時間が長い程、メッキ表面が平滑になるが、メッキ速度が遅くなる。配向指数は陽極電流、陰極電流、その切り替え周期を調整することで変化させることができる。
【００１６】
このメッキ法によって次の表１に示す本発明品試料１〜８と比較例品試料１〜４とを得た。これら本発明品試料１〜８、比較例品試料１〜４について油濡れ性試験と非焼付性試験とを実施した。
【００１７】
【表１】
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【００１８】
油濡れ性試験は、平板上の本発明品試料１〜８、比較例品試料１〜４のオーバレイ層にＳＡＥ２０番相当の油を０．０２ｇ滴下し、２分後の油の広がり（面積）を評価した。評価は、油の広がり面積が３５０ｍｍ２以上をランクＡ、３００ｍｍ２以上をランクＢ、３００ｍｍ２未満をランクＣとした。
また、非焼付試験は、次の表２に示す条件にて実施した。
【表２】
2004308883.tif 000004
【００１９】
評価は、試料の背面温度が２００℃を超えるか又はトルク変動によって相手軸を回転させる軸駆動用ベルトがスリップしたときを焼付きと判定し、その焼付きと判定された直前の試験荷重を受圧面積で除した値を焼付かない最大面圧とした。
以上の油濡れ性試験及び非焼付試験の結果を表１に記載した。
【００２０】
表１から理解される通り、本発明品試料１〜８は油濡れ性についてはいずれもＡ或はＢランクであるのに対し、比較例品試料１〜４の油濡れ性はいずれもＣランクであり、本発明品試料１〜８が油濡れ性に優れていることを確認できた。そして、この良好なる油濡れ性の結果、本発明品試料１〜８は比較例品試料１〜４に比べて焼付かない最大面圧が大きく、非焼付性に優れたものとなる。
【００２１】
図１は本発明品のうち試料２のオーバレイ層の表面の顕微鏡写真を模式的に示した図、図３は比較例品のうち試料２のオーバレイ層の表面の顕微鏡写真を模式的に示した図である。この図１及び図３を比較して分かるように、本発明品試料２のオーバレイ層の表面は微小で均一な突起が集合した緻密な凹凸面となっている。この突起の形状は図１では分からないが、三角錐や四角錐状に近い形状をなしている。
【００２２】
これに対し、比較例品試料２のオーバレイ層の表面は比較的大きく且つ大きさの不揃いな凹凸からなる粗い面となっている。油濡れ性は小さな凹凸が緻密に存在する面の方が優れていると一般に言われているが、本発明品試料２のオーバレイ層の表面は正に、油濡れ性に優れているとされる緻密な凹凸面形態となっており、当該表面形態によっても油濡れ性に優れていることが確かめられた。
【００２３】
このような表面形態を有する本発明品試料１〜８及び比較例品試料１〜４について、夫々オーバレイ層の組織のＸ線回折像を撮る試験を行った。そのうち本発明品試料２のオーバレイ層のＸ線回折像を図２に、また比較例品試料２のオーバレイ層のＸ線回折像を図４に例示した。この図２及び図４から明らかなように、本発明品試料２では、ミラー指数で（２０２）面のＸ線回折強度が他の面のそれよりも格別に高いのに対して、比較例品試料２では、ミラー指数で（０１２）面のＸ線回折強度が他の面に比べて格別に高く、ミラー指数で（２０２）面のＸ線回折強度は低い。この本発明品試料２及び比較例品試料２について説明したミラー指数（２０２）面及び（０１２）面のＸ線回折強度の傾向は、他の本発明品試料１，３〜８及び比較例品試料１，３，４についても同様であった。
【００２４】
本発明品試料１〜８及び比較例品試料１〜４の夫々について、Ｘ線回折像からミラー指数（２０２）面と（０１２）面の配向指数及び両面の強度比を演算し、その結果を表１に示した。
【００２５】
これによれば、非焼付性に優れる本発明品試料１〜８では、ミラー指数（２０２）面の配向指数がいずれも３０％以上であり、且つその（２０２）面のＸ線回折強度がいずれも他の面のＸ線回折強度との比較で最大値を示し、対する比較例品試料１〜４のミラー指数（２０２）面の配向指数は３０％に満たないものである。
このことから、ミラー指数（２０２）面の配向指数が３０％以上で、且つその（２０２）面のＸ線回折強度が他の面のそれに比べて最大地を示すＢｉ又はＢｉ合金は、優れた非焼付性を呈する組織となるということができる。
【００２６】
また、本発明品試料１〜６においては、ミラー指数（２０２）面の配向指数が４０％以上で、且つミラー指数（０１２）面のＸ線回折強度Ｒ（０１２）がミラー指数（２０２）面のＸ線回折強度Ｒ（２０２）の４５％以下となっており、この条件を満たしていない本発明品７，８よりも更に非焼付性に優れる。
【００２７】
なお、本発明は上記し且つ図面に示す実施例に限定されるものではなく、以下のような拡張或は変更が可能である。
オーバレイ層を形成するためのメッキ法は前述したものに限られない。
オーバレイ層はメッキによって形成するものに限られない。
Ｂｉと合金を作る金属はＣｕに限られない。
オーバレイ層には特性の改善を図るために硬質物質、その他の物質を含有させても良い。
摺動部材はすべり軸受として使用されるだけに限らない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明品試料におけるオーバレイ層の表面の顕微鏡写真の模式図
【図２】同Ｘ線回折像の図
【図３】比較例品資料の図１相当図
【図４】同図２相当図
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【手続補正書】
【提出日】平成15年11月13日(2003.11.13)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】請求項１
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項１】
裏金層、この裏金層上に設けられた摺動合金層、この摺動合金層上に設けられたオーバレイ層を備えた摺動部材において、
前記オーバレイ層をＢｉまたはＢｉ合金から構成し、その結晶形態を、ミラー指数で（２０２）面の配向指数が３０％以上で、且つ当該（２０２）面のＸ線回折強度Ｒ(202)がその他の面のそれと比較したとき、最大値を示すことを特徴とした摺動部材。