(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
支持要素及び無鉛滑り層、これら両者の間に介在する軸受メタル層を有し、滑り層がビスマスまたはビスマス合金から形成され、滑り層のビスマスまたはビスマス合金の結晶子の配向が、該結晶子の格子面(012)のミラー指数で表される好ましい方向をなし、該結晶子の格子面(012)のX線回折強度が該結晶子の他の格子面のX線回折強度と比較して最大である滑り部材、特に滑り軸受において、
2番目に大きいX線回折強度を有する該結晶子の格子面のX線回折強度が該結晶子の格子面(012)のX線回折強度の10%を最大限とすることを特徴とする滑り部材。
【請求項２】
2番目に大きいX線回折強度を有する格子面がミラー指数(024)を有する格子面であることを特徴とする請求項1に記載の滑り部材。
【請求項３】
格子面(012)とは異なるすべての格子面のX線回折強度の合計が格子面(012)のX線回折強度の25%を最大限とすることを特徴とする請求項1または請求項2に記載の滑り部材。
【請求項４】
滑り層が、15HVを下限とし40HVを上限とする範囲から選択されるビッカーズ硬さを有することを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の滑り部材。
【請求項５】
滑り層が、5 μmを下限とし40 μmを上限とする範囲から選択される層厚を有することを特徴とする請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載の滑り部材。 
【請求項６】
少なくとも支持要素、軸受メタル層及び滑り層を含み、必要なら支持要素上に結合層を介在させて軸受メタル層を配置し、必要なら軸受メタル層上に結合層を介在させて滑り層を配置し、ビスマス塩のメタンスルホン酸溶液から軸受メタル層または結合層に滑り層を電解析出させる滑り部材の製造方法において、
請求項1から請求項5までに記載の滑り層の構成に従って滑り層を形成することを特徴とする滑り部材の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は支持要素、滑り層及びこれら両者の間に介在する軸受メタルから成り、滑り層がビスマスまたはビスマス合金から成り、ビスマスまたはビスマス合金の結晶子が滑り層においてその方位に関して、格子面(012)のミラー指数で表される好ましい方向を取り、格子面(012)のX線回折強度が他の格子面のX線回折強度と比較して最も大きい滑り部材、及びその製法に係わる。
【背景技術】
【０００２】
軸支される要素、例えばシャフトと適合するとともに、異物粒子を確実に包み込むことができるように、何よりも先ず、滑り軸受は比較的軟質の滑り層を有することが条件である。この摩擦学的特性を満たすため、公知技術では従来、錫または鉛を含有する滑り層が主流であった。しかし、鉛はその毒性の点で望ましくなく、最近になって鉛を排除する解決が模索されるようになった。
【０００３】
その1例として、独国特許出願公開第100 32 624号明細書には、軸受メタルと、この軸受メタル上に形成されたビスマスまたはビスマス合金を含み、ビスマスまたはビスマス合金から成る滑り層の、後述のように定義されるX線回折強度相対比率I[hkl]が下記条件(a)及び(b)を満たす滑り軸受が開示されている：
(a)｛012｝以外の面のX線回折強度相対比率I[hkl]がX線回折強度比率I[012]の0.2〜5倍、即ち、0.2 I[012]≦I[hkl]≦5 I[012]；
(b)｛012｝以外の3つ以上の面のX線回折強度相対比率I[hkl]がX線回折強度相対比率I[012]の0.5〜2倍、即ち、0.5 I[012]≦I[hkl]≦I[012],
但し、ランダム方位を有する標準粉末試料ビスマス結晶の｛hkl｝面はX線回折強度Rp(hkl)を示す；ビスマスまたはビスマス合金から成る滑り層のビスマス結晶の｛hkl｝はX線回折強度RO/L(hkl)を示す；これら2つの強度の比はK(hkl)=RO,L(hkl)/Rp(hkl)で表される;K(012)とK(hkl)の比はI[hkl]=K（hkl）/K（012）で表される。
【０００４】
また、裏側メタル層、裏側メタル層上に存在する滑り合金層、及び滑り合金層上に存在する被覆層を含む滑り部材は独国特許出願公開第10 2004 015 827号明細書から公知であり、この公知例において、被覆層はビスマスまたはビスマス合金から成り、ミラー指数（202）で示される面の結晶格子において30%を下回ることのない配向度を有し、（202）面のX線回折強度R(202)は他の面と比較して最大値を有する。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明の目的は鉛を含有しない滑り層を有する滑り部材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的は2番目に大きいX線回折強度を有する格子面のX線回折強度が格子面(012)のX線回折強度の最大限10%である頭書の滑り部材、もしくはこれとは独立に、この特徴に合致する滑り層の製法によって達成される。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
上記のようなビスマスもしくはビスマス合金の結晶子配向を主張する独国特許出願公開第10 2004 015 827号明細書の見解に反して、ビスマスもしくはビスマス合金から成る本発明の滑り層が独国特許出願公開第10 2004 015 827号明細書に記載されている滑り層に少なくとも匹敵する特性を示すという予想外の所見が得られた。この結果は好ましい配向が少数の限られた面に限定されない場合にのみ、このようなビスマス滑り層が有用であるとする独国特許出願公開第100 32 624号明細書に照らしても意外である。本発明では好ましい配向が限定されるからである。
【０００８】
鉛を含有しないことと共に、本発明の滑り層の特筆すべき長所は滑り層を簡単に製造できることにある。(012）面の強い配向は例えば電気的分離によって達成される。例えば、独国特許出願公開第10 2004 015 827号明細書において提案しているように所定の切換えサイクルで周期を反転させる必要はない。本発明の滑り部材は結晶子の配向が強いから、耐摩耗性にも優れている。
【０００９】
1つの実施態様では、2番目に大きいX線回折強度を有する格子面がミラー指数(024)を有する格子面である。従って、滑り層における結晶子の高い配向が達成され、上記特性が一段と高められる。
【００１０】
格子面(012)とは異なるすべての格子面のX線回折強度の合計が格子面(012)のX線回折強度の最大限25%の値を占めるから、このことも高い配向の実現に寄与する。
【００１１】
滑り層が、15HVを下限とし40HVを上限とする範囲から選択されるビッカーズ硬さを有する場合、耐摩耗性が高められるという利点が得られる。例えば、滑り層は20HVまたは25HVまたは30HVまたは35HVの硬さを有することができる。
【００１２】
滑り層が、5 μmを下限とし40 μmを上限とする範囲から選択される層厚を有することで、滑り部材の優れた耐焼付き性が達成される。例えば、滑り層は10 μmまたは15 μmまたは20 μmまたは25 μmまたは30 μmまたは35 μmの層厚を有することができる。
【実施例】
【００１３】
本発明の詳細を添付の図面を参照して以下に説明する。
【００１４】
尚、明細書中で選択されている位置記述、例えば、上、下、横などは以下に述べる実施例に関連する記述であり、このことは新しい位置への位置変化の場合も同様である。また、以下に述べる種々の実施例からの個別の特徴または特徴組み合わせはそれぞれ独立した、発明に基づく解決策を表す。
【００１５】
本発明の滑り部材は、それ自体は公知のように、例えば鋼製支持シェルのような支持要素、これに重なる軸受メタル層、及び軸受メタル層に重なるビスマスまたはビスマス合金から成る本発明の滑り層で構成されている。
【００１６】
軸受メタル層は、例えば、アルミニウム-錫-合金、銅-合金、アルミニウム-合金などのような公知の軸受けメタル層であればよい。
【００１７】
軸受メタルの例としては、下記の軸受メタルが挙げられる。
【００１８】
1．アルミニウム系軸受メタル（DIN ISO 4381もしくは4383に準拠）
AlSn6CuNi、AlSn20Cu、ALSi4Cd、AlCd3CuNi、AlSi11Cu、AlSn6Cu、
AlSn40、AlSn25CuMn、AlSi11CuMgNi
2．銅系軸受メタル（DIN ISO 4383に準拠）
CuSn10、CuAl10Fe5Ni5、CuZn31Si1、CuPb24Sn2、CuSn8Bi10;
3．錫系軸受メタル
SnSb8Cu4、SnSb12Cu6Pb.
上記以外のアルミニウム系、銅系、または錫系の軸受メタルも使用できることは云うまでもない。
【００１９】
既に述べたように、滑り層は本発明の場合ビスマスまたはビスマス合金を含む層であり、ビスマスとの合金パートナーとしては、最大限10重量%の、主として銅、銀、錫、アンチモン及びインジウムを含む群から選択される少なくとも１つの元素である。少なくとも１つの元素の量は1重量%を下限とし、9重量%を上限とする、もしくは3重量%を下限とし、7重量%を上限とする範囲から選択することができる。例えば、ビスマスを、2または4または6または8重量%の上記合金パートナーの少なくとも1つと合金化することができる。好ましい実施例では、合金パートナー元素の合計含有率は最大限10重量%である。例えば、3重量%のSn及び2重量%のSbまたは4重量%のSn及び2重量%のInを合金パートナーとすることができる。結晶子の方位に関する上記条件が満たされる限り、上記範囲内で他の合金組成も可能である。
【００２０】
滑り部材の構成は3層構成に限らず、多層構成も可能である。例えば、支持要素と軸受メタル層の間に、及び/または、軸受メタル層と滑り層の間に、拡散防止層及び/または結合層を介在させる場合もある。このような層としては、例えば、Al、Mn、Ni、Fe、Cr、Co、Cu、Ag、Mo、Pd及びNiSn-もしくはCuSn-合金が考えられる。
【００２１】
本発明において滑り部材という場合、各種の滑り軸受、例えばブシュ、スラスト・リング、例えばコネクティング・ロッド用、ガイド用などの駆動系のベアリングなどの形態を取る滑り軸受、例えば、滑り軸受の半殻体（ハーフシェル）または全殻体（フルシェル）を意味する。
【００２２】
但し、本発明の滑り層を対応の要素に直接コーティングすること、いわゆる直接コーティングも可能であり、滑り軸受のための補足的な構成部分は不要となる。この方式は例えばコネクティング・ロッドにおいて可能である。
【００２３】
本発明の滑り層を電解析出により製造した。その際、浴は下記の組成を有し、被覆は下記のパラメータで実施された。
【００２４】
〔実施例１〕
＜電解析出のための浴組成＞
メタンスルホン酸塩として50 g/ＬのBi
導電性を高めるための80 g/Ｌのメタンスルホン酸
滑剤及び少なくとも1種類の界面活性剤の添加
＜作業データ＞
室温
電流密度：5 A/dm2（図1）もしくは10 A/dm2（図2）もしくは15 A/dm2（図3）
〔実施例２〕
＜電解のための浴組成＞
メタンスルホン酸塩として70 g/ＬのBi
導電性を高めるための50 g/Ｌのメタンスルホン酸
濡れ性を高めるための1 g/Ｌの市販の界面活性剤
0.5 g/Ｌの層平滑化剤（“平滑化剤”）
＜作業データ＞
室温
電流密度：5 A/dm2
製造された滑り層について、図1〜図3に示すX線回折ダイヤグラムを作成した。図1に対応する強度を表1に示す。
【００２５】
【表１】
0004620702.tif 000002
【００２６】
測定チャートは標準的な測定チャートであり、横軸には回折角2θ（°）、縦軸には回折強度（カウント数）が示されている。各測定チャートはカメラによって生成されたものであり、CuKα線を用いた。
【００２７】
図1から図3までの3つのダイヤグラムの比較から明らかなように、析出の過程で電流密度が高まるに従って012面が鮮明になる。すなわち、電流密度の上昇によって層の配向が高まる。
【００２８】
本発明の材料、すなわち本発明のビスマス層は、この実施例の場合、公知技術としての前記文献から公知の滑り層とは対照的であった。6つの滑り層サンプルのうち、5つは純粋なビスマスから、1つは3重量%の錫を含むビスマス合金から成り、それぞれシャフトにいわゆる焼付きが起こるまでの表面圧を測定した。6つのサンプルにおける測定の結果は95 MPa〜110 MPa、即ち、独国特許出願公開第100 32 624号明細書に開示されている範囲内であった。独国特許出願公開第10 2004 015 827号明細書に開示されている軸受と比較して、本発明の軸受は明らかに優れていることが判明した。測定には独国特許出願公開第100 32 624号明細書に記載の方法を採用した。滑り層の厚さはそれぞれ10 μmとした。
【００２９】
本発明のBi滑り層の硬さは17 UMHV 2g、BiCu10滑り層の硬さは30 UMHV 5gであった。UMHV 2gは負荷2gでのウルトラマイクロ・ビッカース硬さ、UMHV 5gは負荷5gでのウルトラマイクロ・ビッカース硬さを表す。
【００３０】
最後に図4は8重量%の錫を含むビスマス合金から成る本発明の滑り層の実施例を示す。この実施例においても、(012)面における滑り層の配向が明瞭に認められた。
【００３１】
本明細書に記述する数値範囲は任意の部分範囲をも含む。例えば、1から10までという場合、下限1及び上限10からのすべての部分範囲を含む。即ち、下限1以上から始まり、上限10以下に終わるすべての部分範囲、例えば、1から1.7まで、または3.2から8.1まで、または5.5から10までなどを含む。
【００３２】
以上に記述した実施例は滑り部材の可能な実施態様であり、本発明はここに述べた特定の実施態様そのものに限定されるものではない。
【００３３】
本発明による個々の解決策の根底にある目的は明細書から明らかになるであろう。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】図1は5 A/dm2の電流密度(ASD)においてBiから成る本発明の滑り層の表面が電解の過程で呈するX線回折チャートである。
【図２】図2は10 A/dm2の電流密度(ASD)においてBiから成る本発明の滑り層の表面が電解の過程で呈するX線回折チャートである。
【図３】図3は15 A/dm2の電流密度(ASD)においてBiから成る本発明の滑り層の表面が電解の過程で呈するX線回折チャートである。
【図４】図4は8重量%のSnを含むBi-合金から成る本発明の滑り層の表面が呈するX-回折チャートである。
【図１】
0004620702.tif 000003
【図２】
0004620702.tif 000004
【図３】
0004620702.tif 000005
【図４】
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