(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
裏金に接着されたもしくはされない軸受合金の軸との摺動面に、六方晶Ag3Snからなるオーバレイを電気めっき又はスパッタにより被着したことを特徴とするすべり軸受。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、すべり軸受に関するものであり、さらに詳しく述べるならば、銅系軸受合金よりなるライニングになじみ性を発揮させるオーバレイを被着した内燃機関用すべり軸受に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
代表的銅系軸受合金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被着して内燃機関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、油膜が軸と軸受の間に介在するので焼付が起こり難くなる。
従来オーバレイとしては以下の材料が使用されてきたが一長一短があり、性能は改善の余地があった。
【０００３】
（イ）Ｐｂ系オーバレイ（例えばドイツ特許ＤＥ３０００２７９明細書）
このオーバレイはＰｂの軟質性を利用してなじみ面を早期に作り出す利点があるが、潤滑油に対する耐食性が不十分である。さらにＰｂは環境汚染物質である。
（ロ）Ｓｎ系オーバレイ
Ｐｂ系オーバレイよりも耐食性は優れているが、融点が２３２℃であるために耐熱性が不足している。したがって潤滑油の温度が１４０℃程度に上昇する条件ではＳｎ系オーバレイは性能に不安がある。
（ハ）Ａｇ系オーバレイ
摩擦係数が高いために、軸の粗さと整合した摩耗が起こり難く、金属接触を招き焼付が起こり易い。
（ニ）樹脂系オーバレイ（例えば米国特許第５，５２５，４８６号明細書）
ポリアミドイミド（ＰＡＩ）樹脂などの熱硬化性樹脂中にＭｏＳ2 樹脂を分散した皮膜をライニング上に形成したものであり、金属系オーバレイよりも耐食性が優れており、またＭｏＳ2 のへき開によりなじみ面が作られる。しかしながら、樹脂はＭｏＳ2 のバインダであり、へき開による良好ななじみ作用を有していない。
【０００４】
ところで、本出願人の出願にかかる欧州特許公開０７９５６９３Ａ２号明細書においては、Ｃｕマトリックスに固溶しているＡｇとＳｎが、銅合金摺動面に向かって拡散し摺動特性が優れた化合物を形成することが解明された。すなわち、Ｃｕマトリックスに固溶しているＡｇとＳｎは摺動面での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、濃縮がある程度進行すると、h −Ag3 Sn（ε）、h −Ag−Sn（ζ）、Ag−Sn共晶が形成される。別の表現をすると、ＡｇとＳｎはこれらの化合物などを形成する傾向が非常に強いから、マトリックス中のＳｎとＡｇは発熱部に向かって拡散し、安定化する。これらの化合物の他にＡｇ2 Ｓ、ＳｎＯ，ＳｎＯ2 などが潤滑油と反応して摺動面上にて形成される。これらの物質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。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
上記した従来のオーバレイ（イ）〜（ニ）に内在する問題は、合金の組成調節や樹脂とＭｏＳ2 の配合調節などによっては解決できない。また金属系オーバレイのめっき組織を特定方向に配向させることも提案され（日本金属会報Vol 33(1993)No.4, Ｐ２４７〜２４９）、学会や産業界で評価されているが、配向を行っても組成に依存する性質の影響を大きく変えることはできない。したがって、これらのオーバレイは高面圧下の条件での長時間使用では十分に性能が発揮できず、焼付が起こるおそれがある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明者はＡｇ−Ｓｎ系材料、特にＡｇ−Ｓｎ系金属間化合物はライニングに被着されるオーバレイとして次の点で非常に優れていることを見出した。
（イ）Ａｇ−Ｓｎ合金は純金属よりも摩擦係数が著しく低下するので、摩擦摩耗による焼付が起こり難くなる。
（ロ）Ａｇ3 Ｓｎは六方晶構造を有し、Ｃ面がへき開することにより容易になじみ面を形成する。すなわちＰｂ系オーバレイよりもＡｇ−Ｓｎ系材料は硬質であり軸の粗さとなじみ難い面はあるが、へき開により良好ななじみ性が発揮される。
（ハ）ライニング全面にＡｇ−Ｓｎ系材料を最初から被着することにより、上記した性質を軸受の使用当初から上記性質が発揮させることができる。本出願人の前掲欧州特許公開公報で開示されたオーバレイなしすべり軸受でも、ある程度自動車の走行距離が進むと六方晶Ａｇ3 Ｓｎがライニング表面に生成され、この化合物は既に形成されたなじみ面に存在して主として耐焼付性を発揮する。別の表現をすると、この六方晶Ａｇ3 Ｓｎの低摩擦性やへき開性によるなじみの作用もあるが、この時期でのなじみ性は遅過ぎて発現したとも言える。すなわち、走行距離が少なく、銅合金自体が軸と摺動している初期の時期に良好ななじみ作用が存在していないと、軸受性能が不安定になり易い。
（ニ）Ａｇ−Ｓｎ系材料はライニングの銅合金と密着性が良好であるので、バインダーが不必要である。
【０００７】
上記知見（イ）〜（ニ）に基づいて完成した本発明は、裏金に接着されたもしくは軸受合金の軸との摺動面に、六方晶Ag3Snからなるオーバレイを電気めっき又はスパッタにより被着したことを特徴とするすべり軸受である。以下、本発明にかかるすべり軸受の裏金、軸受合金及びオーバレイにつき説明する。
【０００８】
裏金は、通常は厚さが０．５〜５ｍｍの低炭素鋼、合金鋼などの帯状材料であり、要するに、バイメタル型軸受においてすべり軸受合金を支持する基材である。すべり軸受合金と裏金の接合は圧接、焼結、鋳造などにより行う。
【０００９】
軸受合金は軸受として適する一般的銅合金やアルミニウム合金を使用することができる。
【００１０】
上記したすべり軸受合金の圧延材もしくは焼結材を裏金に接着してバイメタル状すべり軸受とすることができ、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。本発明に係る軸受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ことが多いが、軸受構造がこれらに限定されるものではない。
【００１１】
続いて、本発明が最も特長とするオーバレイを、図１に示すＡｇ−Ｓｎ二元系平衡状態図とスティックスリップ試験法（図３参照）で求められた摩擦係数（図２参照）を引用して説明する。
図３は、バウデン・テーバー式スティックスリップ試験機を示し、図中１１はピン、１２は試験片、１３はヒーターである。
試験条件は以下のとおりである。
すべり速度：０．０６ｍ／ｓ
荷重：５Ｎ
潤滑条件：無潤滑
相手材：ＳＵＪ２（直径８ｍｍ）
図１に示す状態図によると、Ａｇ側からＳｎ側に向かって順に、純Ａｇ，Ａｇ固溶体、六方晶ζ相、六方晶ε相（Ａｇ3 Ｓｎ）及び純Ｓｎが表れ、これら６個の相の中間ではこれらの相の混合相となっている。すなわち、Ａｇ−ζ包晶、ζ−ε包晶及びε−Ｓｎ共晶である。一方、スパッタ法で成膜したオーバレイ皮膜の摩擦係数（図２）を参照すると、摩擦係数は六方晶Ａｇ3 Ｓｎの組成で最も低くなっており、またこの六方晶Ａｇ3 Ｓｎが存在しない組成域でも純金属よりは摩擦係数が低くなっていることが分かる。
【００１２】
一方従来のオーバレイの摩擦係数をステッィクスリップ試験で測定した結果を以下に示す。
【００１３】
0004136056.tif 000002
【００１４】
表１のＮｏ．１は前掲従来技術（１）に該当し、同じくＮｏ．２は前掲従来技術（４）に該当する。本発明のＡｇ−Ｓｎ系材料の摩擦係数はＮｏ．１と比較すると極めて低い値である。本発明のＡｇ−Ｓｎ系材料の摩擦係数はＮｏ．２と比較すると同等もしくは低い値である。このような結果から上記した単一相もしくは混合相組織をもつＡｇ−Ｓｎ系材料は固体潤滑剤と同等の摩擦係数をもつ金属オーバレイである。
【００１５】
本発明に係るAg-Sn系材料はAg3SnからなるSn25.2 〜26.6重量％の組成となる。この組成の残部はPb,In,Sb,Cuなどの不純物である。
【００１６】
本発明に係るオーバレイ層の厚さを、Ａｇ3 Ｓｎ膜の厚さとピンディスク試験法で測定した焼付荷重の結果（図５）を参照して説明する。
Ｃｕ−５％Ｓｎよりなる組成をもつライニング上に形成したスパッタ膜をＸ線回折で分析したところＡｇ3 Ｓｎが検出された。これを供試材として図４に示すピンディスク試験機を行った。図４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。試験条件は次のとおりであった。
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
この試験条件で従来の上記した三元Ｐｂ系オーバレイを施したケルメット軸受で達成できる焼付荷重は７０ＭＰａであった。
【００１７】
図５に示すように厚さが０．０１〜３０μｍのＡｇ3 Ｓｎ膜は８０ＭＰａ以上を達成している。特に０．１〜１０μｍの範囲で高い焼付荷重が得られている。焼付いた軸受の表面を観察したところ、膜厚が薄い場合は下地のライニングが露出しており、ライニングと軸との金属接触の痕跡が検出され、厚い場合はＡｇ3 Ｓｎ膜が層内で剥離し、粗さが大きくなったためと推察された。
【００１８】
上記したＣｕ−Ｓｎ合金の代わりにＣｕ−１０％Ｓｎ−１０％Ｐｂよりなる組成のライニングを使用して同様の試験を行ったところ、０．０１〜３０μｍのＡｇ3 Ｓｎ膜厚範囲で８０ＭＰａ以上の焼付荷重が得られた。
【００１９】
続いてＡｇ−Ｓｎ系オーバレイ膜の形成方法を説明する。
電気めっきによる場合は、ヨウ化カリウム浴がめっき作業が容易である。この浴組成はメタスルホン酸銀が５５ｇ／Ｌ、ヨウ化カリウムが５００ｇ／Ｌ、メタスルホン酸錫が１０ｇ／Ｌ程度であり、ｐＨ＝３〜６、温度５０℃の条件で操業することができる。
次に、スパッタ法による場合は、Ａｇ−Ｓｎターゲットを陰極に正に帯電したアルゴンイオンを５００ｗのエネルギーで衝突させ、ターゲットに対向したライニング上にＡｇ−Ｓｎ膜を被着させる。
Ａｇ−Ｓｎ系オーバレイ膜と銅合金との接着性を良好にする目的で極薄くＳｎめっきなどを施すこともできる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以上説明したように、本発明は従来のオーバレイが直面していた諸問題を抜本的に解決するので、内燃機関用すべり軸受の各種ライニングにすぐれたなじみ性を付与することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】Ａｇ−Ｓｎ二元系平衡状態図である。
【図２】Ａｇ−Ｓｎ系材料の摩擦係数を示すグラフである。
【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】ピンオンディスク試験機の図である。
【図５】Ａｇ3 Ｓｎ膜の膜厚と焼付荷重を示すグラフである。
【符号の説明】
１  裏金
２  ライニング
２ａ  バルク
３  Ａｇめっき層
４  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】
0004136056.tif 000003
【図２】
0004136056.tif 000004
【図３】
0004136056.tif 000005
【図４】
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【図５】
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