(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受合金層上に中間層を介して錫−銅系の錫基オーバレイ層を設けてなる複層摺動材料において、
前記錫基オーバレイ層は銅の含有量が異なる複数層からなり、
その複数層のうち、前記中間層に接する最下層は、銅を５〜２０質量％含有し、厚さが１〜３μｍであることを特徴とする複層摺動材料。
【請求項２】
前記錫基オーバレイ層の最上層の銅含有量は、０．５〜１０質量％であることを特徴とする請求項１記載の複層摺動材料。
【請求項３】
前記錫基オーバレイ層の最上層には、亜鉛、インジウム、アンチモン、銀のうち、１種または２種以上を総量で５質量％以下含むことを特徴とする請求項１または２記載の複層摺動材料。
【請求項４】
前記中間層は、ニッケル、鉄、コバルトのいずれかにより構成され、その厚さは、０．５〜３μｍであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載の複層摺動材料。
【請求項５】
前記軸受合金層は、銅系合金またはアルミニウム系合金からなることを特徴とする請求項１ないし４のいずれかに記載の複層摺動材料。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、銅系またはアルミニウム系の軸受合金層上に中間層を介して錫−銅系の錫基オーバレイ層を設けてなる複層摺動材料に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車、農業機械、産業機械の分野では、鋼裏金上に銅系またはアルミニウム系の軸受合金を設けたすべり軸受が多く用いられている。この銅系またはアルミニウム系の軸受合金を用いたすべり軸受では、なじみ性や異物埋収性の向上を図るために、軸受合金層の表面にオーバレイ層を設けることが行なわれている。
【０００３】
上記オーバレイ層としては、従来より、鉛基合金が知られているが、最近では、地球環境上の問題および耐食性向上のため、錫基合金が良く用いられる。この錫基オーバレイ層を設けたすべり軸受では、軸受合金層とオーバレイ層との間に、中間層として例えばニッケルめっき層が形成されている。ニッケルめっき層は、軸受合金がアルミニウム系の場合、錫基オーバレイ層の接着性を高めるために設けられ、銅系の場合には、錫基オーバレイ層中の錫が軸受合金中に拡散することを防止するために設けられる。
【０００４】
ところが、オーバレイ層が錫−銅系の錫基合金である場合、高温で長時間使用されると、熱的影響によってオーバレイ層中の銅がニッケルめっき層中に拡散してオーバレイ層中の銅が減少し、耐疲労性、非焼付性が低下する。オーバレイ層中の銅がニッケルめっき層に拡散することを防止するために、特開２０００−６４０８５には、中間層を、１〜３μｍ厚さのニッケル層およびその上に析出される２〜１０μｍ厚さのニッケル−錫層により構成することが開示されている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特開２０００−６４０８５に開示された構成では、中間層のうち、下層であるニッケル層は硬く、上層であるニッケル−錫層は更に硬い。そして、相当期間の使用によりオーバレイ層が摩耗すると、硬いニッケル−錫層やニッケル層が表面に露出する。これらニッケル−錫層やニッケル層は、厚さが合計で３〜１３μｍと相当厚く、しかも硬くて摩耗し難いので、なじみ性が悪くなり、焼付きを生ずるおそれがある。
【０００６】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的は、錫基オーバレイ層と軸受合金との間に形成される中間層の厚さを厚くしなくとも、錫基オーバレイ層の表層中の銅が拡散によって減少することを極力防止できる複層摺動材料を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、軸受合金層上に中間層を介して錫−銅系の錫基オーバレイ層を設けてなる複層摺動材料において、前記錫基オーバレイ層は銅の含有量が異なる複数層からなり、その複数層のうち、前記中間層に接する最下層は、銅を５〜２０質量％含有し、厚さが１〜３μｍであることを特徴とする（請求項１）。
【０００８】
軸受合金層は、銅系合金またはアルミニウム系合金とすることができる（請求項５）。銅系やアルミニウム系の軸受合金は、高荷重、高速回転に対して優れた軸受特性を呈し、自動車、農業機械、産業機械などの、特にエンジン用のすべり軸受として適する。銅系合金としては、青銅系および鉛青銅系のいずれも使用することができる。アルミニウム系合金としては、軟質相形成のために亜鉛、錫、鉛などを１種以上含ませたものを用いることができ、強化元素として銅、マグネシウムなど、疲労強度向上のためのクロム、珪素などを含有させることもできる。
【０００９】
上記のような銅系またはアルミニウム系の軸受合金層と錫−銅系の錫基オーバレイ層との間には、錫基オーバレイ層中の錫が軸受合金層中に拡散することを防止するため、或いは軸受合金層に対する錫基オーバレイ層の接着性を向上させるために中間層が設けられる。この中間層は、ニッケル、鉄、コバルトのいずれかにより構成することができる。その厚さは、０．５〜３μｍであることが好ましい（請求項４）。
摺動材料が高温で使用されると、錫基オーバレイ層中の銅が中間層へ拡散する。本発明によれば、錫基オーバレイ層の最下層は銅の含有量が比較的多いので、錫基オーバレイ層から中間層への銅の拡散は、錫基オーバレイ層の最下層から進む。このため、相手材と接する錫基オーバレイ層の最上層については銅の減少程度は少ない。従って、中間層の厚さとしては、それ程厚くしなくても済み、錫基オーバレイ層が摩耗して中間層に露出するようになった場合でも、なじみ性を失わず、優れた非焼付性を維持する。
【００１０】
上記錫基オーバレイ層の最上層の銅含有量は、０．５〜１０質量％とすることが好ましい（請求項２）。
この錫基オーバレイ層の最上層には、亜鉛、インジウム、アンチモン、銀のうち、１種または２種以上を総量で５質量％以下含ませることができる（請求項３）。
ここで、上述のような成分割合にしたことの理由を説明する。
（１）錫基オーバレイ層の最下層の銅：５〜２０質量％
銅が５質量％未満では、最上層の銅の拡散防止効果が低下し、２０質量％を越えると、耐疲労性が低下する。
この錫基オーバレイ層の最下層の厚さは、１〜３μｍが好ましい。１μｍ未満であると、最上層の銅の拡散防止効果が得られず、３μｍを越えると、耐疲労性が低下する。
【００１１】
（２）錫基オーバレイ層の最上層の銅：０．５〜１０質量％
錫マトリックスは耐食性、なじみ性、異物埋収性を担うが、銅は錫マトリックスの強度を高め、非焼付性、耐疲労性、耐摩耗性を向上させる。０．５質量％未満ではその効果が低く、１０質量％を越えると、非焼付性、耐疲労性が低下する。
錫基オーバレイ層の最上層の厚さは、１０〜４０μｍが好ましい。１０μｍ未満であると、なじみ性、異物埋収性が低下し、４０μｍを越えると、耐疲労性が低下する。
【００１２】
（３）錫基オーバレイ層の最上層の亜鉛、インジウム、アンチモン、銀：総量で５質量％以下
これらの元素は、錫基オーバレイ層の最上層の非焼付性、耐摩耗性を向上させる。５質量％を越えると、最上層が硬くなり過ぎ、なじみ性、異物埋収性を低下させる。
【００１３】
（５）中間層：ニッケル、鉄、コバルトのいずれか
ニッケル、鉄、コバルトは、錫基オーバレイ層中の錫が軸受合金層へ拡散することを防止し（銅系軸受合金の場合）、或いは軸受合金層への錫基オーバレイ層の接着性を高める（アルミニウム系軸受合金の場合）。
中間層の厚さは、０．５〜３μｍが好ましい。中間層の厚さが０．５μｍ未満では、ダム効果や接着強度が得られず、３μｍを越えると、錫基オーバレイが摩耗した後の非焼付性を低下させる。
【００１４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を実施例により図面を参照して説明する。
鋼板上に、鉛：２３質量％、錫：３．５質量％、残り銅からなる銅系軸受合金用粉末を焼結、圧延して軸受用素材としてのバイメタルを製造した。このバイメタルをプレス成形して厚さ１．５ｍｍの半割軸受にし、更に、この半割軸受を機械加工して所定寸法に仕上げた。その後、半割軸受の内面に電気めっきによって厚さ１．５μｍのニッケル層を形成し、その上に、比較例品１〜４を除き表１の下層に示す成分の錫基合金を電気めっきし、更に下層の上に表１の上層に示す成分の錫基合金を電気めっきした。比較例品１〜４については、ニッケル層の上に表１の上層に示した成分の錫基合金を１層だけ１５μｍの厚さに電気めっきした。
【００１５】
以上により、図１に示すように、鋼裏金層１上に銅系軸受合金層２を形成し、この軸受合金層２上にニッケルめっき層からなる中間層３を形成し、更に、中間層３上に銅の含有量の異なる下層４および上層５の２層からなる錫基オーバレイ層６を設けた構造の実施例品１〜１０、比較例品５〜７を得た。また、図示はしないが、鋼裏金上に銅系軸受合金層を形成し、この軸受合金層上にニッケルめっき層からなる中間層を介して単層の錫基オーバレイ層を設けた構造の比較例品１〜４を得た。
【００１６】
【表１】
0003754315.tif 000002
【００１７】
上記の実施例品１〜１０および比較例品１〜７について、熱拡散試験、焼付試験、疲労試験を行なった。
熱拡散試験は、１３０℃に加熱した状態を３００時間保持した後、および１０００時間保持した後のそれぞれについて、錫基オーバレイ層の上層中の銅の含有量を調べたものである。
【００１８】
焼付試験は、１００℃に予熱したＶＧ２２の潤滑油を用い、相手材をモータによって３６００ｒｐｍで回転させ、１時間無負荷でならし運転を行なった後、潤滑油を毎分１５０ｃｃに絞って面圧１０ＭＰａの負荷を与え、その後、面圧を５ＭＰａずつ高めながら、各面圧毎に１０分間運転し、軸受の背面が２００℃を越えるか、または相手材を駆動するモータの駆動電流が所定値を越えたとき、その時点の軸受面圧を焼付面圧とした。この焼付試験は、上記の熱拡散を行なわないものと、１３０℃で１０００時間の熱拡散を行なったものについてそれぞれ２回ずつ実施した。
【００１９】
疲労試験は、１００℃に予熱したＳＡＥ２０の潤滑油を用い、相手材を３２５０ｒｐｍで回転させ、３０分間無負荷でならし運転を行なった後、面圧５０ＭＰａの荷重を加えて２０時間運転したときの疲労度合いを評価した。評価は次の５つの疲労評価ランクで示す。この疲労試験は、焼付試験と同様に、熱拡散を行なわないものと、１３０℃で１０００時間の熱拡散を行なったものについてそれぞれ２回ずつ実施した。
５：クラックなし。
４：評価４は目視でクラックが確認できず顕微鏡検査が確認できる。
３：目視でクラックが確認できるが見分けにくい。
２：目視でクラックが確認できる。
１：目視で軸受投影面積の５０％以上のクラックが確認できる。
【００２０】
上記の熱拡散試験について、実施例品１、３、９、１０および比較例品２、３、５の結果が図２にグラフで示されている。また、焼付試験および疲労試験の結果はそれぞれ図３および図４にグラフ示されている。なお、図３および図４において、白抜きは２回の試験結果のばらつきを示す。
【００２１】
図２〜図４から明らかなように、錫基オーバレイ層を上下２層にし、下層の銅含有量を５〜２０質量％にした実施例品１〜１０は、下層を設けない比較例品１〜４に比べ、錫基オーバレイ層の表面部分について、銅の熱拡散による減少量が少ない。このため、実施例品１〜１０は１３０℃、１０００時間の熱拡散試験を行なった後においても、優れた非焼付性および耐疲労性を示している。
【００２２】
比較例品５〜７は、錫基オーバレイ層が上下２層から構成されている。しかし、比較例品７は、錫基オーバレイ層の下層における熱拡散試験前の銅含有量が２３．５質量％と多いため、耐疲労性が低い。錫基オーバレイ層の下層の銅含有量は、少ないと上層に対する銅の拡散防止効果が低下し、多いと耐疲労性に悪影響を及ぼす。錫基オーバレイ層の下層の好ましい銅含有量は、５〜２０質量％である。
【００２３】
また、比較例品５は、錫基オーバレイ層の下層の厚さが０．５μｍと薄い。このため、上層に対する銅拡散防止効果が低く、上層の銅が当初４．１質量％あったところ、熱拡散試験３００時間経過後では２．１質量％、１０００時間経過後では０．９質量％に大きく減少しており、その結果、熱拡散試験１０００時間経過後は非焼付性および耐疲労性が低下している。一方、比較例品６は、錫基オーバレイ層の下層の厚さが５μｍと厚いため、熱拡散試験前のものであっても、耐疲労性に劣る。このことから、錫基オーバレイ層の下層の厚さは、薄い場合には、上層に対する銅の拡散防止効果が低下し、厚い場合には、耐疲労性を低下させることが理解される。錫基オーバレイ層の下層の好ましい厚さは、１〜３μｍである。
【００２４】
このように錫基オーバレイ層を上下２層にし、下層の銅含有量を５〜２０質量％で、厚さを１〜３μｍにすることにより、上層の銅の減少を抑えることができるので、中間層であるニッケルめっき層の厚さを薄くできる（実施例品１〜１０では１．５μｍ）。このため、オーバレイ層が摩耗して中間層が表面に露出した場合、その中間層は比較的早く摩滅するようになり、硬いニッケルからなる中間層に相手材が接することによる焼付きの機会を少なくすることができる。
【００２５】
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いは変更が可能である。
中間層は、ニッケルに限らず、ニッケル、鉄、コバルトであっても良い。
錫基オーバレイ層６の上層５の銅含有量は、下層４のそれよりも多くても良い。
錫基オーバレイ層６は２層からなるものに限られず、３層或いはそれ以上の層からなるものであっても良い。この場合、最下層から最上層に向って銅含有量を少なくすることが好ましいが、最下層の銅含有量が５〜２０質量％にあれば、それよりも上の層の銅含有量は最下層のそれよりも多くても、少なくても良い。
錫基オーバレイ層の最上層には、耐摩耗性向上のために、無機質粒子を５質量％以下含有させても良い。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す断面図
【図２】熱拡散試験の結果を示すグラフ
【図３】焼付試験の結果を示すグラフ
【図４】疲労試験の結果を示すグラフ
【符号の説明】
１は鋼裏金層、２は銅系軸受合金層、３は中間層、４は下層、５は上層、６は錫基オーバレイ層である。
【図１】
0003754315.tif 000003
【図２】
0003754315.tif 000004
【図３】
0003754315.tif 000005
【図４】
0003754315.tif 000006