JP2001020955A - すべり軸受 - Google Patents
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Abstract
要になる耐疲労性及びなじみ性を備えたBi系材料を提
供する。 【解決手段】ランダム配向となる粉末標準試料を構成す
るBi結晶の{hkl}面のX線回折強度Rp(hk
l)に対するオーバレイ層を構成するBi結晶の{hk
l}面のX線回折強度RO/L(hkl)の比率を、K
(hkl)=RO/L(hkl)/Rp(hkl)を表わ
し、{012}面でのX線回折強度の比率K(012)
に対する{hkl}面でのX線回折強度の比率K(hk
l)の相対X線回折強度I[h kl] ,すなわちI[hkl]=K
(hkl)/K(012)、が条件(a)および(b)
を充足する。 (a)0.2I[012]≦I[hkl]≦5I[012]である。 (b)0.5I[012]≦I[hkl]≦2I[hkl]を満足する
面(hkl)が3方位以上存在する。
Description
るものであり、さらに詳しく述べるならばケルメットや
アルミニウム合金などのライニングと称される軸受合金
層に、Niめっきなどのバリア層を介しまたは介さずに
軟質合金めっき層よりなり、なじみ性を発揮するオーバ
レイ層を形成したすべり軸受に関するものである。
のクランクシャフトのジャーナル部、コンロッド大端部
に使用され、また軟質合金として主としてPb合金が使
用され、一部にはSn合金が使用されている。Pb系合
金のオーバレイについては、本出願人の一名が組成の改
良(ドイツ特許公報3000379号)や結晶配向の改
良(特開平8−20893号)などの開発をして来た。
あるので、使用の廃止あるいは使用量の削減が求められ
ている。Pb使用の廃止のための開発としてはMoS2
などのトライボ材料を樹脂で結合した皮膜としてオーバ
レイとする方向の開発がある。また、本出願人の一名が
欧州特許公開公報0795693A2で提案したように
特にオーバレイを必要としないCu−Ag系合金があ
る。ところでBiはPbと同様に低融点金属であるが、
Pbより硬くかつ脆い。すなわち硬度に関してはPbは
Hv0.2=5であるが,BiはHv0.2=10である。オ
ーバレイで多用される電気めっきでは水素吸蔵等の影響
で、硬さはPbでHv0.2=10に対してBiではHv
0.2≒20となる。このような性質をもつためにBi
は、従来、低融点性質を利用したはんだ合金や鋳型の中
子、半導体材料、電子材料、光記録材料(例えば特開平
4−51742号)、磁石材料(Mn−Bi磁石)など
に使用されており、耐疲労性やなじみ性が要求される摺
動材料としては使用されていない。本発明者は、Biは
酸性溶液中での耐食性はPbよりすぐれており、またP
bのように毒性がないために、Pbの代替材料として使
用する方法につき鋭意研究を行った。すなわち、本発明
の目的は、オーバレイとして必要になる耐疲労性及びな
じみ性を備えたBi系材料を発見し、特性がすぐれたす
べり軸受を提供することを目的とする。
レイの硬くかつ脆いという性質はBi結晶の配向を制御
することにより問題にならない程度までに軽減できるこ
とを見出して、本発明を完成した。すなわち、本発明
は、ライニング上にバリア層を介し又は介さずにBi又
はBi合金層よりなるオーバレイ層を形成したすべり軸
受であって、ランダム配向となる粉末標準試料のBi結
晶の{hkl}面のX線回折強度Rp(hkl)に対す
る前記オーバレイ層のBi結晶の{hkl}面のX線回
折強度RO/L(hkl)の比率を、K(hkl)=RO/L
(hkl)/Rp(hkl)と表わし、{012}面で
のX線回折強度の比率K(012)に対する{hkl}
面でのX線回折強度の比率K(hkl)の相対X線回折
強度をI[hkl],すなわちI[hkl]=K(hkl)/K
(012)が下記条件(a)および(b)を充足するこ
とを特徴とするすべり軸受を提供するものである。 (a){012}面以外の結晶面の相対X線回折強度
(I[hkl])がI[012]の0.2〜5倍(0.2I[012]
≦I[hkl]≦5I[012])である。 (b){012}面以外の結晶面の相対X線回折強度
(I[hkl])がI[012]の0.5倍以上2倍以下(0.5
I[012]≦I[hkl]≦2I[hkl])を満足する面(hk
l)が3方位以上存在する。
は六方晶と等価な菱面体結晶である。一般に、六方晶の
ミラー指数は(h,k,i,l)の4けたで表される。
ここでh,k,iはそれぞれa1、a2、a 3軸の指数を
表わし、lはc軸の指数を表わす。但しh+k=−iの
関係がBi結晶では成立するので、iを省略し、(hk
l)の3けたで表わす。本発明のBiもしくはBi合金
層(これらの組成の説明以外では「Bi層」と総称す
る)は、微細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の配向の中間の配向を有する。
粉末のように、完全ランダム配向のBi結晶各面のX線
回折強度Rp(hkl)を求め、同じくオーバレイのB
i結晶各面のX線回折強度RO/L(hkl)を求め、こ
れらの比率K(hkl)=RO/L(hkl)/Rp(h
kl)を計算する。するとK(hkl)>1ならばオー
バレイのBi結晶の(hkl)面が配向しているとの知
見が得られる。次にK(hkl)を求めるBi結晶の格
子面を{012}面と、{012}面以外の(hkl)
面とし、この大小を比率I[hkl]=K(hkl)/K
(012)として計算すると、仮にI[hkl]≡0が得ら
れたならば{012}単結晶となり、I[hkl]>>0が
得られたならば(hkl)面に強く配向しているとの知
見が得られる。また、微細粉末試料のように、Bi結晶
がランダムであり完全に配向していない場合はK(01
2)=1、K(hkl)=1であるので、すべての(h
kl)面に関しI[hkl]が1になる。すなわち、幾つか
の面方位ではI[hkl]=1でも1以外となる面方位のあ
る場合は完全にランダム配向とはならず、特定の配向を
しており、全方位についてI[hkl]=1であるとランダ
ム配向になる。本発明ではI[hkl]≡0となる単結晶と
完全ランダム配向のオーバレイは特性がすぐれないので
除外し、さらに以下述べるように特定面への強い配向も
除外している。
(012)を比較している。これに対し、例えば条件K(h
kl)≧nを設定することによって、K(hkl)のみ
で配向を評価すると、トライボ特性上重要な{012}
面に対して他の面の配向程度を規制することが難しくな
る。そこで、条件(a)では、0.2I[012]≦I[hkl]
≦5I[012]と強度を{012}面を基準として一定範
囲に制限する。これに対してI[hkl]<0.2 I[012]
であると{012}面以外の面の配向が強くなり、また
I[hkl]>5I[012]であると[012]面の配向が強くな
り、何れの場合でもオーバレイとしての性能はすぐれな
い。好ましくは、0.5I[012]≦I[hkl]≦2I[012]
であり、上記(a)条件に加えて(b)条件のようにI
[012]に対して0.5倍以上2倍以下の強度で優先配向
する面方位の個数を三方位以上と規定することにより
{012}面以外にも三方位以上の過剰な配向を抑制す
るようにしている。このように(a)および(b)を充
足することによって、Biのもっている脆さを克服する
ことができる。
きで形成されるBi結晶層の方位につきX線による回折
強度を規制する面は、{104}、{110}及び{2
02}の三面とすることにより、ほぼ完全にBi結晶の
脆さ及び硬さを制御することができる。ここで、{10
4}、{110}及び{202}面は、他の面に比べX
線回折強度が高いのでこの三面を規制対象とすることで
制御できる。したがってI[hkl]は{104}、{11
0}及び{202}について求め上記(a)および
(b)の関係式を満足するようにする。
することにより、ほとんどの場合所望の性質を得ること
ができるが、{015},{113},{202},
{107},{116},{122},{214},
{300}についても上記関係式(a),(b)を満足
することにより一層確実に所望の性質を得ることができ
る。
ことが好ましく、より好ましくは5μm以下である。結
晶粒が10μmを超えると耐疲労性が低下し、オーバレ
イとして好ましくない。またオーバレイの厚さは好まし
くは2〜20μmであり、より好ましくは5〜12μm
である。
であってもよく、合金元素してはSn,In,Sbなど
を総量で5重量%以下含有させることができる。これら
の添加成分はPb系オーバレイの添加成分として公知で
あるが、Bi系合金においてはなじみ性と耐焼付性向上
に寄与する。但し、5重量%以上添加すると低融点化
し、性能が低下する。Cu系もしくはAl系すべり軸受
合金やNiバリアはそれ自身公知であり、本発明は特に
それを制約するものではなく広範囲のものを採用するこ
とができる。
えば以下のようなBi電気めっき条件を採用することが
好ましい。 メタンスルホン酸浴A 浴組成:メタンスルホン酸;50〜250ml/リット
ル、メタンスルホン酸ビスマス:50〜250ml/リ
ットル、β−ナフトール:0.5〜50g/リットル 浴温度:25℃ 電流密度:0.5〜5.0A/dm2 メタンスルホン酸溶B 浴組成:メタンスルホン酸;50〜200ml/リット
ル、メタンスルホン酸ビスマス:50〜250ml/リ
ットル、ポリオキシエチレンノニルフェニルエーテル:
0.5〜50g/リットル 浴温度:25℃ 電流密度:0.5〜5.0A/dm2 硫酸浴 浴組成:硫酸;50〜120ml/リットル、硝酸ビス
マス:5〜30g/リットル、ポリオキシエチレンノニ
ルフェニルエーテル:0.5〜50g/リットル、 浴温度:25℃ 電流密度:0.5〜5.0A/dm2 以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明する。
軸受は以下の構造のものである。 裏金:鋼板(SPCC,厚さ1mm) すべり軸受:Cu−Sn−Ag合金(欧州特許公開公報
0795693AL) Niバリア:使用しない オーバレイ:厚さ6μmの純Bi
は試験軸受、2はシャフト4を保持する軸受、3はコネ
クティングロッド、4は相手軸であるシャフト、4aは
給油路である。なお、試験軸受1とシャフト4は片当り
となるように装着した。この試験では、初期のなじみ性
が不良であると疲労が発生し、また初期なじみ性が良好
でもオーバレイ自体の材料特性が不良であると容易に焼
付に至るとの判定結果を得ることができる。
き層及びBi粉末をX線回折(Cukα線)して求めた
I[hkl]を図3(表1)に示す。したがって、(01
2)面と等価な(024)面の回折強度は前者に対する
比率で示されている。この場合結晶学的にはI[024]=
I[012]となるが、X線の侵入深さ等の影響で高次のミ
ラー指数面の回折強度は低く現れる傾向がある等のため
にI[024]≦I[012]となっている。これらの事実を念頭
において、表1の結果を検討すると次のようなことが分
かる。 (イ)実施例も比較例も完全ランダム方位ではなく、単
結晶でもない。 (ロ)比較例5は(104)方位が5.22と強く配向
しているが、実施例1〜3ではこのような強い配向はな
い。 (ハ)比較例4ではI[104],I[113],I[202],I
[116],I[122],及びI[21 4]が非常に小さくなっている
ために、{012}の配向が相対的に強くなっている。
比較例5ではI[104]とI[300]がI[012]に対して5倍
を超えているが、他の面の強度は低く、このめっき層は
{104}と{300}の二つの面方位に優先配向して
いる。 (ニ)実施例1〜3は上記条件(a)および(b)を満
足している。すなわち、特定の面への配向が非常に強く
ないので(a)が充足され、さらに(b)による優先配
向面の数も3以上と適切であり、特定方位の面だけが優
先配向していないことが分かる。なお、表1では{01
2}のうち(012)の強度を1として計算している
が、等価な(024)の強度を1として計算しても同様
の結果が得られる。
回折図(粉末強度を基準とする換算前の図)を図5に示
し、また比較例4のめっき表面組織を図6に、X線回折
図(粉末強度を基準とする換算前の図)を図7に示し、
また比較例6のめっき表面組織を図8に示した。めっき
層の結晶粒径は実施例1が2.8μm、比較例4が5.
8μm、比較例6が10.6μmであった。試験の結果
を図3(表1)及び図9に示す。なお、疲労発生率評価
の基準として常用のPb系オーバレイ(Sn10%,I
n10%の例を示す)の比較例を図9に示す。これらの
図より本発明の実施例1〜3は比較例4〜6より耐疲労
性及び耐焼付性がすぐれており、Pb系オーバレイと同
等の性能であることが明らかである。
iをオーバレイとして使用し、従来のPb系オーバレイ
を代替することが期待される。
フである。
面指数、結晶粒径及び軸受供試材の試験結果を示す図表
(表1)である。
る。
る。
る。
である。
Claims (6)
- 【請求項1】 ライニング上にバリア層を介し又は介さ
ずにBi又はBi合金層よりなるオーバレイ層を形成し
たすべり軸受であって、 ランダム配向となる粉末標準試料を構成するBi結晶の
{hkl}面のX線回折強度Rp(hkl)に対する前
記オーバレイ層を構成するBi結晶の{hkl}面のX
線回折強度RO/L(hkl)の比率を、K(hkl)=
RO/L(hkl)/Rp(hkl)と表わし、{01
2}面でのX線回折強度の比率K(012)に対する
{hkl}面でのX線回折強度の比率K(hkl)の相
対X線回折強度I[hkl],すなわちI[hkl]=K(hk
l)/K(012)、が下記条件(a)および(b)を
充足することを特徴とするすべり軸受。 (a){012}面以外の結晶面の相対X線回折強度
(I[hkl])がI[012]の0.2〜5倍(0.2I[012]
≦I[hkl]≦5I[012])である。 (b){012}面以外の結晶面の相対X線回折強度
(I[hkl])がI[012]の0.5倍以上2倍以下(0.5
I[012]≦I[hkl]≦2I[hkl])を満足する面(hk
l)が3方位以上存在する。 - 【請求項2】 前記{012}面以外の結晶面のミラー
指数が{104}、{110}及び{202}面である
請求項1記載のすべり軸受。 - 【請求項3】 前記{012}面以外の結晶面のミラー
指数がさらに{015}、{113}、{116}、
{107}、{122}、{214}及び{300}で
ある請求項2記載のすべり軸受。 - 【請求項4】 前記Bi又はBi合金層が電気めっき層
である請求項1から3までの何れか1項記載のすべり軸
受。 - 【請求項5】 前記Bi又はBi合金めっきの結晶粒の
大きさが10μm以下であることを特徴とする請求項4
記載のすべり軸受。 - 【請求項6】 前記オーバレイ層の厚さが2〜20μm
である請求項1から5までの何れか1項記載のすべり軸
受。
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