JP6247989B2 - Sliding member and plain bearing - Google Patents

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Description

本発明は、オーバーレイを備える摺動部材およびすべり軸受に関する。   The present invention relates to a sliding member provided with an overlay and a plain bearing.

銅合金層上にオーバーレイ層をめっきする前に、銅合金層の表面に表出している第２相成分の除去処理を行う技術が知られている（特許文献１、参照）。第２相成分を除去することにより銅合金層の表面に凹部を形成し、当該凹部にオーバーレイ層を充填することができ、アンカー効果によってオーバーレイ層の接合力を高めることができる。   A technique for removing the second phase component exposed on the surface of the copper alloy layer before plating the overlay layer on the copper alloy layer is known (see Patent Document 1). By removing the second phase component, a concave portion can be formed on the surface of the copper alloy layer, and the concave layer can be filled with the overlay layer, and the bonding force of the overlay layer can be increased by an anchor effect.

特開２００９−２０３５０４号公報JP 2009-203504 A

しかしながら、銅合金層の凹部の内部にめっきされた第２相成分と銅合金との密着性が弱く、アンカー効果が不十分であった。そのため、オーバーレイ層が銅合金層から剥離し、なじみ性を持続できないという問題があった。
本発明は、前記課題にかんがみてなされたもので、オーバーレイのアンカー効果を高めることにより、なじみ性を持続できる技術を提供することを目的とする。 However, the adhesion between the second phase component plated inside the recess of the copper alloy layer and the copper alloy was weak, and the anchor effect was insufficient. Therefore, there was a problem that the overlay layer peeled off from the copper alloy layer, and the conformability could not be maintained.
The present invention has been made in view of the above problems, and an object of the present invention is to provide a technique capable of maintaining the familiarity by enhancing the anchor effect of the overlay.

前記の目的を達成するため、本発明の摺動部材およびすべり軸受は、マトリクス中に、マトリクスよりも軟らかい軟質材料の粒子である軟質粒子が析出した基層と、基層上に積層された軟質材料の軟質層と、を備える摺動部材である。さらに、基層と軟質層との境界のうち、軟質粒子と軟質層との境界は、マトリクスと軟質層との境界よりも、軟質層側に突出している。これにより、軟質層と基層との境界が一直線状ではなく、入り組んだ形状となるため、軟質層と基層との剥離が直線状に進行することを阻害し、密着性を向上させることができる。ここで、軟質粒子と軟質層とは、同一の軟質材料で形成されるため、軟質粒子と軟質層とを強固に接合できる。さらに、軟質粒子は、もともと基層にて析出した粒子であるため、軟質粒子は基層に強固に保持される。従って、軟質粒子が強いアンカー効果を発揮することにより、当該軟質粒子と結合している軟質層の基層に対する密着性を向上させることができる。従って、軟質層が基層から剥離することを防止し、なじみ性を持続できる。   In order to achieve the above-described object, the sliding member and the plain bearing of the present invention include a base layer in which soft particles, which are soft material particles softer than the matrix, are deposited in a matrix, and a soft material laminated on the base layer. And a soft layer. Furthermore, of the boundary between the base layer and the soft layer, the boundary between the soft particles and the soft layer protrudes closer to the soft layer than the boundary between the matrix and the soft layer. Thereby, since the boundary between the soft layer and the base layer is not a straight line but an intricate shape, it is possible to prevent the peeling between the soft layer and the base layer from proceeding linearly and to improve the adhesion. Here, since the soft particles and the soft layer are formed of the same soft material, the soft particles and the soft layer can be firmly joined. Furthermore, since the soft particles are particles originally deposited in the base layer, the soft particles are firmly held in the base layer. Therefore, when the soft particles exhibit a strong anchoring effect, the adhesion of the soft layer bonded to the soft particles to the base layer can be improved. Therefore, the soft layer can be prevented from peeling off from the base layer, and the conformability can be maintained.

また、基層は、マトリクスを構成する材料の粉末と、軟質材料の粉末とを焼結することにより形成されてもよい。これにより、軟質粒子を、マトリクスを構成する材料の粉末同士の隙間に入り込んだ形状とすることができ、軟質粒子のアンカー効果をより強固にすることができる。   The base layer may be formed by sintering a powder of a material constituting the matrix and a soft material powder. Thereby, a soft particle can be made into the shape which entered into the clearance gap between the powders of the material which comprises a matrix, and the anchor effect of a soft particle can be strengthened more.

また、基層と軟質層との境界のうち、軟質粒子と軟質層との境界では、軟質材料がエピタキシャル成長してもよい。これにより、軟質粒子と軟質層との間で状態の異なる結晶粒の界面が形成されることを防止し、当該界面にて剥離が生じることを防止できる。従って、軟質粒子と軟質層とを強固に接合することができ、軟質層の基層に対する密着性を向上させることができる。   Further, among the boundary between the base layer and the soft layer, the soft material may be epitaxially grown at the boundary between the soft particle and the soft layer. Thereby, it can prevent that the interface of the crystal grain from which a state differs between a soft particle and a soft layer is formed, and it can prevent that peeling arises in the said interface. Therefore, the soft particles and the soft layer can be firmly bonded, and the adhesion of the soft layer to the base layer can be improved.

さらに、マトリクスはＣｕ合金であり、軟質粒子はＢｉ粒子またはＰｂ粒子であってもよい。ＢｉとＰｂはＣｕ合金よりも軟らかいため、相手軸のなじみ性を確保できる。   Further, the matrix may be a Cu alloy, and the soft particles may be Bi particles or Pb particles. Since Bi and Pb are softer than the Cu alloy, the conformability of the counterpart shaft can be secured.

摺動部材の斜視図である。It is a perspective view of a sliding member. （２Ａ），（２Ｂ）は摺動部材の断面模式図である。(2A) and (2B) are schematic cross-sectional views of the sliding member. （３Ａ），（３Ｂ）は摺動面におけるアコースティックエミッションのグラフである。(3A) and (3B) are graphs of acoustic emission on the sliding surface.

ここでは、下記の順序に従って本発明の実施の形態について説明する。
（１）第１実施形態：
（１−１）摺動部材の構成：
（１−２）計測方法：
（１−３）摺動部材の製造方法：
（２）他の実施形態： Here, embodiments of the present invention will be described in the following order.
(1) First embodiment:
(1-1) Configuration of sliding member:
(1-2) Measuring method:
(1-3) Manufacturing method of sliding member:
(2) Other embodiments:

（１）第１実施形態：
（１−１）摺動部材の構成：
図１は、本発明の一実施形態にかかる摺動部材１の斜視図である。摺動部材１は、裏金１０とライニング１１とオーバーレイ１２とを含む。摺動部材１は、中空状の円筒を直径方向に２等分した半割形状の金属部材であり、断面が半円弧状となっている。２個の摺動部材１が円筒状になるように組み合わせることにより、すべり軸受Ａが形成される。すべり軸受Ａは内部に形成される中空部分にて円柱状の相手軸２（エンジンのクランクシャフト）を軸受けする。相手軸２の外径はすべり軸受Ａの内径よりもわずかに小さく形成されている。相手軸２の外周面と、すべり軸受Ａの内周面との間に形成される隙間に潤滑油（エンジンオイル）が供給される。その際に、すべり軸受Ａの内周面上を相手軸２の外周面が摺動する。 (1) First embodiment:
(1-1) Configuration of sliding member:
FIG. 1 is a perspective view of a sliding member 1 according to an embodiment of the present invention. The sliding member 1 includes a back metal 10, a lining 11, and an overlay 12. The sliding member 1 is a half-divided metal member obtained by dividing a hollow cylinder into two equal parts in the diameter direction and has a semicircular cross section. The sliding bearing A is formed by combining the two sliding members 1 into a cylindrical shape. The slide bearing A supports a cylindrical mating shaft 2 (engine crankshaft) in a hollow portion formed inside. The outer diameter of the mating shaft 2 is formed slightly smaller than the inner diameter of the slide bearing A. Lubricating oil (engine oil) is supplied to a gap formed between the outer peripheral surface of the counterpart shaft 2 and the inner peripheral surface of the slide bearing A. At that time, the outer peripheral surface of the mating shaft 2 slides on the inner peripheral surface of the slide bearing A.

摺動部材１は、曲率中心から遠い順に、裏金１０とライニング１１とオーバーレイ１２とが順に積層された構造を有する。従って、裏金１０が摺動部材１の最外層を構成し、オーバーレイ１２が摺動部材１の最内層を構成する。裏金１０とライニング１１とオーバーレイ１２とは、それぞれ円周方向において一定の厚みを有している。裏金１０の厚みは１．３ｍｍであり、ライニング１１の厚みは０．２ｍｍであり、オーバーレイ１２の厚みは１０μｍである。オーバーレイ１２の曲率中心側の表面の半径（摺動部材１の内径）４０ｍｍである。以下、内側とは摺動部材１の曲率中心側を意味し、外側とは摺動部材１の曲率中心と反対側を意味することとする。オーバーレイ１２の内側の表面は、相手軸２の摺動面を構成する。   The sliding member 1 has a structure in which a back metal 10, a lining 11, and an overlay 12 are stacked in order from the center of curvature. Therefore, the back metal 10 constitutes the outermost layer of the sliding member 1, and the overlay 12 constitutes the innermost layer of the sliding member 1. The back metal 10, the lining 11 and the overlay 12 each have a constant thickness in the circumferential direction. The thickness of the back metal 10 is 1.3 mm, the thickness of the lining 11 is 0.2 mm, and the thickness of the overlay 12 is 10 μm. The radius of the surface on the curvature center side of the overlay 12 (inner diameter of the sliding member 1) is 40 mm. Hereinafter, the inside means the center of curvature of the sliding member 1, and the outside means the side opposite to the center of curvature of the sliding member 1. The inner surface of the overlay 12 constitutes the sliding surface of the counterpart shaft 2.

裏金１０は、Ｃを０．１５ｗｔ％含有し、Ｍｎを０．０６ｗｔ％含有し、残部がＦｅからなる鋼で形成されている。なお、裏金１０は、ライニング１１とオーバーレイ１２とを介して相手軸２からの荷重を支持できる材料で形成されればよく、必ずしも鋼で形成されなくてもよい。   The back metal 10 is made of steel containing 0.15 wt% C, 0.06 wt% Mn, and the balance being Fe. In addition, the back metal 10 should just be formed with the material which can support the load from the other party shaft 2 via the lining 11 and the overlay 12, and does not necessarily need to be formed with steel.

ライニング１１は、裏金１０の内側に積層された層であり、本発明の基層を構成する。
ライニング１１は、Ｓｎを１０ｗｔ％含有し、Ｂｉを８ｗｔ％含有し、残部がＣｕと不可避不純物とからなる。ライニング１１の不可避不純物はＭｇ，Ｔｉ，Ｂ，Ｐｂ，Ｃｒ等であり、精錬もしくはスクラップにおいて混入する不純物である。不可避不純物の含有量は、全体で１．０ｗｔ％以下である。 The lining 11 is a layer laminated on the inner side of the back metal 10 and constitutes the base layer of the present invention.
The lining 11 contains 10 wt% of Sn, 8 wt% of Bi, and the balance consists of Cu and inevitable impurities. Inevitable impurities of the lining 11 are Mg, Ti, B, Pb, Cr and the like, and are impurities mixed in refining or scrap. The content of inevitable impurities is 1.0 wt% or less as a whole.

図２Ａは、摺動部材１の断面模式図である。なお、図２Ａにおいて、摺動部材１の曲率は無視することとする。ライニング１１において、Ｃｕ−Ｓｎ合金で構成されるマトリクス１１ａ中にＢｉ粒子１１ｂが析出している。Ｂｉ粒子１１ｂは、Ｃｕ−Ｓｎ合金よりも軟らかく、本発明の軟質粒子を構成する。また、Ｂｉは本発明の軟質材料を構成する。硬質のＣｕ−Ｓｎ合金をライニング１１のマトリクス１１ａとして採用することにより、摺動部材１の強度および耐摩耗性を向上させることができる。   FIG. 2A is a schematic cross-sectional view of the sliding member 1. In FIG. 2A, the curvature of the sliding member 1 is ignored. In the lining 11, Bi particles 11b are precipitated in a matrix 11a composed of a Cu—Sn alloy. The Bi particles 11b are softer than the Cu—Sn alloy and constitute the soft particles of the present invention. Bi constitutes the soft material of the present invention. By adopting a hard Cu—Sn alloy as the matrix 11 a of the lining 11, the strength and wear resistance of the sliding member 1 can be improved.

ライニング１１の断面におけるＢｉ粒子１１ｂの平均円相当径は１００μｍであった。すなわち、ライニング１１の断面におけるＢｉ粒子１１ｂの平均面積は２５００×πμｍ2であった。また、ライニング１１の断面におけるＢｉ粒子１１ｂの面積割合は１０％であった。ライニング１１におけるＢｉ粒子１１ｂの分布は、均一、かつ、方向依存性を有さないため、ライニング１１とオーバーレイ１２との境界ＸにおけるＢｉ粒子１１ｂの平均円相当径と平均面積と面積割合とは、任意の断面におけるＢｉ粒子１１ｂの平均円相当径と平均面積と面積割合と同じと見なすことができる。 The average equivalent circle diameter of the Bi particles 11b in the cross section of the lining 11 was 100 μm. That is, the average area of the Bi particles 11b in the cross section of the lining 11 was 2500 × π μm 2 . Further, the area ratio of the Bi particles 11b in the cross section of the lining 11 was 10%. Since the distribution of the Bi particles 11b in the lining 11 is uniform and does not have direction dependency, the average equivalent circle diameter, average area, and area ratio of the Bi particles 11b at the boundary X between the lining 11 and the overlay 12 are as follows: It can be considered that the average equivalent circle diameter, average area, and area ratio of the Bi particles 11b in an arbitrary cross section are the same.

ライニング１１とオーバーレイ１２との境界Ｘは、マトリクス１１ａとオーバーレイ１２との境界Ｘ１と、Ｂｉ粒子１１ｂとオーバーレイ１２との境界Ｘ２とを含む。そして、Ｂｉ粒子１１ｂとオーバーレイ１２との境界Ｘ２は、マトリクス１１ａとオーバーレイ１２との境界Ｘ１よりも、オーバーレイ１２側に突出している。   The boundary X between the lining 11 and the overlay 12 includes a boundary X1 between the matrix 11a and the overlay 12, and a boundary X2 between the Bi particles 11b and the overlay 12. The boundary X2 between the Bi particles 11b and the overlay 12 protrudes closer to the overlay 12 than the boundary X1 between the matrix 11a and the overlay 12.

オーバーレイ１２は、ライニング１１上に積層された層であり、本発明の軟質層を構成する。オーバーレイ１２は、Ｂｉと不可避不純物とからなる。オーバーレイ１２の不可避不純物はＳｎ，Ｆｅ，Ｐｂ等であり、オーバーレイ１２のめっき液等から混入する不純物である。不可避不純物の含有量は、全体で１．０ｗｔ％以下であり、Ｂｉの含有量は９９％以上である。オーバーレイ１２は、Ｂｉ粒子１１ｂと同一の軟質材料としてのＢｉで形成されており、Ｂｉ粒子１１ｂとオーバーレイ１２との境界Ｘ２ではＢｉがエピタキシャル成長している。なお、説明のためＢｉ粒子１１ｂとオーバーレイ１２との境界Ｘ２を図示しているが、境界Ｘ２においてはＢｉがエピタキシャル成長しているため、境界Ｘ２は明瞭に観察できない。例えば、境界Ｘ２は、Ｂｉにおける不純物元素の差（後述する焼結由来とめっき由来との差等）によって特定されてもよい。   The overlay 12 is a layer laminated on the lining 11 and constitutes the soft layer of the present invention. The overlay 12 is made of Bi and inevitable impurities. Inevitable impurities of the overlay 12 are Sn, Fe, Pb, and the like, and are impurities mixed from the plating solution of the overlay 12 or the like. The content of inevitable impurities is 1.0 wt% or less as a whole, and the content of Bi is 99% or more. The overlay 12 is made of Bi as the same soft material as the Bi particles 11b, and Bi is epitaxially grown at the boundary X2 between the Bi particles 11b and the overlay 12. For the sake of explanation, the boundary X2 between the Bi particles 11b and the overlay 12 is illustrated. However, since Bi is epitaxially grown at the boundary X2, the boundary X2 cannot be clearly observed. For example, the boundary X2 may be specified by a difference in impurity elements in Bi (a difference between sintering and plating, which will be described later).

図３Ａ，３Ｂは、摺動部材１の摺動面に摩擦力を作用させた場合のアコースティックエミッションの程度を示すグラフである。図３Ａ，３Ｂの横軸はオーバーレイ１２に作用させた垂直荷重を示し、第１縦軸（右側の軸）は摩擦力を示す。図３Ａ，３Ｂに示すように、摩擦力（破線）は垂直荷重に対して概ね比例する。図３Ａ，３Ｂの第２縦軸（左側の軸）はアコースティックエミッションの程度を示し、値が大きいほどアコースティックエミッションの程度が大きいことを示す。アコースティックエミッションの程度は、オーバーレイ１２に摩擦力を作用させた際に生じた音の音圧に対応する。   3A and 3B are graphs showing the degree of acoustic emission when a frictional force is applied to the sliding surface of the sliding member 1. 3A and 3B, the horizontal axis represents the vertical load applied to the overlay 12, and the first vertical axis (right axis) represents the frictional force. As shown in FIGS. 3A and 3B, the frictional force (broken line) is approximately proportional to the vertical load. The second vertical axis (left axis) in FIGS. 3A and 3B indicates the degree of acoustic emission, and the larger the value, the greater the degree of acoustic emission. The degree of acoustic emission corresponds to the sound pressure of sound generated when a frictional force is applied to the overlay 12.

図３Ａは本発明にかかる摺動部材１（実施形態）の摺動面に摩擦力を作用させた場合のアコースティックエミッションの程度を示し、図３Ｂは比較例にかかる摺動部材１の摺動面に摩擦力を作用させた場合のアコースティックエミッションの程度を示す。なお、Ｂｉ粒子１１ｂとオーバーレイ１２との境界Ｘ２が、マトリクス１１ａとオーバーレイ１２との境界Ｘ１と同一直線上にある摺動部材１を比較例とした。すなわち、比較例において、Ｂｉ粒子１１ｂとオーバーレイ１２との境界Ｘ２がオーバーレイ１２側に突出していない。また、Ｂｉ粒子１１ｂとオーバーレイ１２との境界Ｘ２においてＢｉがエピタキシャル成長していない摺動部材１を比較例とした。そのため、比較例においては、境界Ｘにおけるライニング１１とオーバーレイ１２ととの剥離が直線状に進行しやすい。   FIG. 3A shows the degree of acoustic emission when a frictional force is applied to the sliding surface of the sliding member 1 (embodiment) according to the present invention, and FIG. 3B shows the sliding surface of the sliding member 1 according to the comparative example. The degree of acoustic emission when frictional force is applied to is shown. The sliding member 1 in which the boundary X2 between the Bi particles 11b and the overlay 12 is on the same straight line as the boundary X1 between the matrix 11a and the overlay 12 was used as a comparative example. That is, in the comparative example, the boundary X2 between the Bi particles 11b and the overlay 12 does not protrude toward the overlay 12 side. The sliding member 1 in which Bi is not epitaxially grown at the boundary X2 between the Bi particles 11b and the overlay 12 was used as a comparative example. For this reason, in the comparative example, the separation between the lining 11 and the overlay 12 at the boundary X tends to proceed linearly.

アコースティックエミッションとは、摺動面に作用させた摩擦力によって生じた摺動部材１の内部の破壊が原因となって発せられた音波である。アコースティックエミッションの主要因となる摺動部材１の内部の破壊は、おもに、ライニング１１とオーバーレイ１２とが境界Ｘにて剥離する破壊であると考えられる。オーバーレイ１２を構成するＢｉは、ライニング１１のマトリクスを構成するＣｕに固溶せず、かつ、Ｃｕと化合物を形成しないため、オーバーレイ１２とライニング１１とが境界Ｘにおいて剥離しやすいからである。   The acoustic emission is a sound wave generated due to the destruction of the inside of the sliding member 1 caused by the frictional force applied to the sliding surface. The internal destruction of the sliding member 1 which is the main cause of acoustic emission is considered to be mainly the detachment where the lining 11 and the overlay 12 peel at the boundary X. This is because Bi constituting the overlay 12 does not dissolve in Cu constituting the matrix of the lining 11 and does not form a compound with Cu, so that the overlay 12 and the lining 11 are easily separated at the boundary X.

図３Ａ，３Ｂを比較すると、Ｂｉ粒子１１ｂとオーバーレイ１２との境界Ｘ２がオーバーレイ１２側に突出している図３Ａの摺動部材１においてはアコースティックエミッション（実線）がほぼ発生していないのに対して、Ｂｉ粒子１１ｂとオーバーレイ１２との境界Ｘ２がオーバーレイ１２側に突出していない図３Ｂの摺動部材１においてはアコースティックエミッションが発生していた。従って、Ｂｉ粒子１１ｂとオーバーレイ１２との境界Ｘ２がオーバーレイ１２側に突出している場合に、ライニング１１とオーバーレイ１２との剥離を防止し、オーバーレイ１２とライニング１１との密着性を良好とすることができる。すなわち、オーバーレイ１２とライニング１１との境界Ｘが一直線状ではなく、入り組んだ形状となるため、オーバーレイ１２とライニング１１との密着性を向上させることができる。   3A and 3B, when the boundary X2 between the Bi particles 11b and the overlay 12 protrudes toward the overlay 12, the acoustic emission (solid line) is hardly generated in the sliding member 1 of FIG. 3A. In the sliding member 1 of FIG. 3B in which the boundary X2 between the Bi particles 11b and the overlay 12 does not protrude toward the overlay 12, acoustic emission has occurred. Therefore, when the boundary X2 between the Bi particles 11b and the overlay 12 protrudes toward the overlay 12, the peeling between the lining 11 and the overlay 12 can be prevented, and the adhesion between the overlay 12 and the lining 11 can be improved. it can. That is, since the boundary X between the overlay 12 and the lining 11 is not a straight line but an intricate shape, the adhesion between the overlay 12 and the lining 11 can be improved.

ここで、Ｂｉ粒子１１ｂとオーバーレイ１２とは、同一の軟質材料であるＢｉで形成されるため、Ｂｉ粒子１１ｂとオーバーレイ１２とを強固に接合できる。さらに、Ｂｉ粒子１１ｂは、もともとライニング１１にて析出した粒子であるため、Ｂｉ粒子１１ｂはライニング１１に強固に保持される。従って、Ｂｉ粒子１１ｂが強いアンカー効果を発揮することにより、当該Ｂｉ粒子１１ｂと結合しているオーバーレイ１２のライニング１１に対する密着性を向上させることができる。従って、オーバーレイ１２がライニング１１から剥離することを防止し、なじみ性を持続できる。さらに、ライニング１１とオーバーレイ１２との境界Ｘのうち、Ｂｉ粒子１１ｂとオーバーレイ１２との境界Ｘ２では、Ｂｉがエピタキシャル成長している。これにより、Ｂｉ粒子１１ｂとオーバーレイ１２とを強固に接合することができ、オーバーレイ１２のライニング１１に対する密着性を向上させることができる。   Here, since the Bi particles 11b and the overlay 12 are formed of Bi, which is the same soft material, the Bi particles 11b and the overlay 12 can be firmly joined. Furthermore, since the Bi particles 11 b are particles that are originally precipitated by the lining 11, the Bi particles 11 b are firmly held by the lining 11. Therefore, when the Bi particles 11b exert a strong anchor effect, the adhesion of the overlay 12 coupled to the Bi particles 11b to the lining 11 can be improved. Therefore, it is possible to prevent the overlay 12 from peeling from the lining 11 and to maintain the conformability. Further, of the boundary X between the lining 11 and the overlay 12, Bi is epitaxially grown at the boundary X2 between the Bi particles 11b and the overlay 12. Thereby, the Bi particles 11b and the overlay 12 can be firmly bonded, and the adhesion of the overlay 12 to the lining 11 can be improved.

（１−２）計測方法：
上述した実施形態において示した各数値を以下の手法によって計測した。 摺動部材１の各層を構成する元素の質量は、ＩＣＰ発光分光分析装置（島津社製ＩＣＰＳ−８１００）によって計測した。 (1-2) Measuring method:
Each numerical value shown in the embodiment described above was measured by the following method. The mass of the elements constituting each layer of the sliding member 1 was measured with an ICP emission spectroscopic analyzer (ICPS-8100 manufactured by Shimadzu Corporation).

ライニング１１におけるＢｉ粒子１１ｂの平均円相当径を以下の手順によって計測した。まず、ライニング１１の任意の断面（相手軸２の回転軸方向に垂直な方向に限らない）を粒子径２μｍのアルミナ粒子で研磨した。ライニング１１の断面のうち面積が０．０２ｍｍ2となる任意の観察視野範囲（縦０．１ｍｍ×横０．２ｍｍの矩形範囲）を電子顕微鏡（日本電子製 ＪＳＭ−６６１０Ａ）によって５００倍で撮影することにより、観察画像（反射電子像）の画像データを得た。そして、観察画像を画像解析装置（ニレコ社製 ＬＵＺＥＸ＿ＡＰ）に入力し、観察画像に存在するＢｉ粒子１１ｂの像を抽出した。Ｂｉ粒子１１ｂの像の外縁にはエッジ（明度や彩度や色相角が所定値以上異なる境界）が存在する。そこで、画像解析装置によって、エッジによって閉じられた領域をＢｉ粒子１１ｂの像として観察画像から抽出した。 The average equivalent circle diameter of the Bi particles 11b in the lining 11 was measured by the following procedure. First, an arbitrary cross section of the lining 11 (not limited to a direction perpendicular to the rotation axis direction of the counterpart shaft 2) was polished with alumina particles having a particle diameter of 2 μm. An arbitrary observation visual field range (rectangular range of 0.1 mm length × 0.2 mm width) having an area of 0.02 mm 2 in the cross section of the lining 11 is photographed at 500 times with an electron microscope (JSM-6610A manufactured by JEOL Ltd.). As a result, image data of an observation image (reflection electron image) was obtained. Then, the observation image was input to an image analysis apparatus (LUZEX_AP manufactured by Nireco), and an image of Bi particles 11b existing in the observation image was extracted. Edges (boundaries that differ in brightness, saturation, and hue angle by a predetermined value or more) exist at the outer edge of the image of the Bi particles 11b. Therefore, the region closed by the edge is extracted from the observation image as an image of the Bi particles 11b by the image analysis device.

そして、Ｂｉ粒子１１ｂの像を観察画像から抽出し、画像解析装置によって、観察視野範囲に存在するすべてのＢｉ粒子１１ｂの像について投影面積円相当径（計測パラメータ：ＨＥＹＷＯＯＤ）を計測した。投影面積円相当径とは、Ｂｉ粒子１１ｂの断面積と等しい面積を有する円の直径であり、Ｂｉ粒子１１ｂの像の面積と等しい面積を有する円の直径を光学倍率に基づいて現実の長さに換算した直径である。さらに、すべてのＢｉ粒子１１ｂの投影面積円相当径の算術平均値（合計値／粒子数）を平均円相当径として計測した。さらに、Ｂｉ粒子１１ｂの平均円相当径と等しい直径を有する円の面積に、観察視野範囲に存在するＢｉ粒子１１ｂの個数を乗算することにより、ライニング１１の断面上に存在するＢｉ粒子１１ｂの総面積を算出した。そして、Ｂｉ粒子１１ｂの総面積を観察視野範囲の面積で除算することにより、Ｂｉ粒子１１ｂの面積割合を計測した。なお、投影面積円相当径が１．０μｍ未満の場合、投影面積円相当径の信頼度や物質の特定の信頼度が低くなるため、Ｂｉ粒子１１ｂの平均円相当径等を算出する際に考慮しないこととした。   Then, an image of the Bi particle 11b was extracted from the observation image, and the projected area circle equivalent diameter (measurement parameter: HEYWOOD) was measured for all the Bi particle 11b images existing in the observation visual field range by the image analysis apparatus. The projected area equivalent circle diameter is the diameter of a circle having an area equal to the cross-sectional area of the Bi particle 11b, and the actual diameter of the circle having an area equal to the area of the image of the Bi particle 11b based on the optical magnification. It is the diameter converted into. Furthermore, the arithmetic average value (total value / number of particles) of the projected area equivalent circle diameter of all the Bi particles 11b was measured as the average equivalent circle diameter. Further, by multiplying the area of a circle having a diameter equal to the average equivalent circle diameter of the Bi particles 11b by the number of Bi particles 11b existing in the observation visual field range, the total number of Bi particles 11b existing on the cross section of the lining 11 is obtained. The area was calculated. Then, the area ratio of the Bi particles 11b was measured by dividing the total area of the Bi particles 11b by the area of the observation visual field range. Note that when the projected area equivalent circle diameter is less than 1.0 μm, the reliability of the projected area equivalent circle diameter and the specific reliability of the substance are low, so it is considered when calculating the average equivalent circle diameter of the Bi particles 11b. I decided not to.

ライニング１１の内側の表面におけるＢｉ粒子１１ｂの濃度は以下の手順で計測した。ライニング１１の表面のうち面積が１ｍｍ2となる任意の観察視野範囲（縦１．２５ ｍｍ×横０．８ｍｍの矩形範囲）に対して、電子顕微鏡（日本電子製 ＪＳＭ−６６１０Ａ）によってエネルギー分散型Ｘ線分光法（ＥＤＸ）を実施し、Ｂｉが検出された領域の割合を濃度として計測した。 The concentration of Bi particles 11b on the inner surface of the lining 11 was measured by the following procedure. For an arbitrary observation visual field range (rectangular range of 1.25 mm length × 0.8 mm width) having an area of 1 mm 2 on the surface of the lining 11, an energy dispersive type is obtained by an electron microscope (JSM-6610A manufactured by JEOL Ltd.). X-ray spectroscopy (EDX) was performed, and the ratio of the area where Bi was detected was measured as the concentration.

（１−３）摺動部材の製造方法：
まず、裏金１０と同じ厚みを有する低炭素鋼の平面板を用意した。
次に、低炭素鋼で形成された平面板上に、ライニング１１を構成する材料の粉末を散布した。具体的に、上述したライニング１１における各成分の質量比となるように、Ｃｕの粉末とＢｉの粉末とＳｎの粉末とを低炭素鋼の平面板上に散布した。ライニング１１における各成分の質量比が満足できればよく、Ｃｕ−Ｂｉ，Ｃｕ−Ｓｎ等の合金粉末を低炭素鋼の平面板上に散布してもよい。粉末の粒径は、試験用ふるい（ＪＩＳ Ｚ８８０１）によって１５０μｍ以下に調整した。 (1-3) Manufacturing method of sliding member:
First, a flat plate of low carbon steel having the same thickness as the back metal 10 was prepared.
Next, the powder of the material which comprises the lining 11 was sprayed on the plane board formed with the low carbon steel. Specifically, Cu powder, Bi powder, and Sn powder were dispersed on a flat plate of low-carbon steel so that the mass ratio of each component in the lining 11 described above was obtained. As long as the mass ratio of each component in the lining 11 can be satisfied, alloy powders such as Cu-Bi and Cu-Sn may be dispersed on a flat plate of low carbon steel. The particle size of the powder was adjusted to 150 μm or less using a test sieve (JIS Z8801).

次に、低炭素鋼の平面板と、当該平面板上に散布した粉末とを焼結した。焼結温度を７００〜１０００℃に制御し、不活性雰囲気中で焼結した。焼結後、冷却した。これにより、ライニング１２において、Ｂｉ粒子１１ｂを、マトリクス１１ａを構成するＣｕの粉末同士の隙間に入り込んだ形状とすることができ、Ｂｉ粒子１１ｂのアンカー効果をより強固にすることができる。なお、焼結温度はＣｕの融点よりも低く、Ｂｉの融点よりも高いため、Ｂｉの液相がＣｕの粉末同士の隙間に入り込んだ状態でＢｉ粒子１１ｂが凝固することとなる。   Next, the flat plate of low carbon steel and the powder spread on the flat plate were sintered. Sintering temperature was controlled at 700-1000 degreeC, and it sintered in inert atmosphere. After sintering, it was cooled. Thereby, in lining 12, Bi particle 11b can be made into the shape which entered into the crevice between Cu powder which constitutes matrix 11a, and the anchor effect of Bi particle 11b can be strengthened more. Since the sintering temperature is lower than the melting point of Cu and higher than the melting point of Bi, the Bi particles 11b are solidified in a state where the liquid phase of Bi enters the gap between the Cu powders.

冷却が完了すると、低炭素鋼の平面板上にＣｕ合金層が形成される。このＣｕ合金層には、冷却中に析出した軟質のＢｉ粒子１１ｂが含まれることとなる。
次に、中空状の円筒を直径方向に２等分した形状となるように、Ｃｕ合金層が形成された低炭素鋼をプレス加工した。このとき、低炭素鋼の外径が摺動部材１の外径と一致するようにプレス加工した。 When cooling is completed, a Cu alloy layer is formed on the flat plate of low carbon steel. This Cu alloy layer contains soft Bi particles 11b that have precipitated during cooling.
Next, the low carbon steel on which the Cu alloy layer was formed was pressed so that the hollow cylinder was divided into two equal parts in the diameter direction. At this time, press working was performed so that the outer diameter of the low carbon steel coincided with the outer diameter of the sliding member 1.

次に、裏金１０上に形成されたＣｕ合金層の表面をエッチングした。すなわち、Ｃｕ合金層のうちマトリクスを選択的にエッチングすることにより、エッチングされなかったＢｉ粒子１１ｂを突出させる。エッチングの条件は以下の通りとした。３５％の過酸化水素水を５０ｍｌ／Ｌ含み、濃硫酸を８０ｍｌ／Ｌ含むエッチング液にてエッチングを行った。エッチング液の液温は２５℃とし、攪拌を行うことなく、１〜１０分だけＣｕ合金層の表面を５μｍだけエッチングした。   Next, the surface of the Cu alloy layer formed on the back metal 10 was etched. That is, by selectively etching the matrix of the Cu alloy layer, the Bi particles 11b that have not been etched are projected. Etching conditions were as follows. Etching was performed with an etching solution containing 35% hydrogen peroxide water at 50 ml / L and concentrated sulfuric acid at 80 ml / L. The liquid temperature of the etching solution was 25 ° C., and the surface of the Cu alloy layer was etched by 5 μm for 1 to 10 minutes without stirring.

図２Ｂはエッチング後のライニング１２を示す。図２Ｂに示すように、ライニング１２のエッチングを行うことにより、ライニング１１の表面を摺動部材１の外側（紙面下側）へ後退（Ｚ→Ｘ）させることにより、ライニング１１の表面から突出するＢｉ粒子１１ｂの突起Ｐを形成した。   FIG. 2B shows the lining 12 after etching. As shown in FIG. 2B, by etching the lining 12, the surface of the lining 11 protrudes from the surface of the lining 11 by retracting (Z → X) to the outside of the sliding member 1 (downward on the paper surface). Protrusions P of Bi particles 11b were formed.

次に、ライニング１１の表面上に軟質材料としてのＢｉを電気めっきによって１０μｍの厚みだけ積層することにより、オーバーレイ１２を形成した。電気めっきの手順は以下のとおりとした。まず、電解液中にてライニング１１の表面に直流電流を流すことにより、ライニング１１の表面を脱脂した。次に、ライニング１１の表面を水洗した。さらに、ライニング１１の表面を酸洗することにより、不要な酸化物を除去した。その後、ライニング１１の表面を、再度、水洗した。以上の前処理が完了すると、めっき浴に浸漬させたライニング１１に電流を供給することにより電気めっきを行った。Ｂｉ濃度：１０〜５０ｇ／Ｌ、有機スルホン酸：２５〜１００ｇ／Ｌ、添加剤：０．５〜５０ｇ／Ｌを含むめっき浴の浴組成とした。めっき浴の浴温度は、２５℃とした。さらに、ライニング１１に供給する電流は直流電流とし、その電流密度は０．５〜５．０Ａ／ｄｍ2とした。 Next, an overlay 12 was formed by laminating Bi as a soft material on the surface of the lining 11 to a thickness of 10 μm by electroplating. The electroplating procedure was as follows. First, the surface of the lining 11 was degreased by passing a direct current through the surface of the lining 11 in the electrolytic solution. Next, the surface of the lining 11 was washed with water. Furthermore, unnecessary oxides were removed by pickling the surface of the lining 11. Thereafter, the surface of the lining 11 was washed again with water. When the above pretreatment was completed, electroplating was performed by supplying current to the lining 11 immersed in the plating bath. The bath composition was a plating bath containing Bi concentration: 10 to 50 g / L, organic sulfonic acid: 25 to 100 g / L, and additive: 0.5 to 50 g / L. The bath temperature of the plating bath was 25 ° C. Furthermore, current supplied to the lining 11 is a DC current, the current density was set to 0.5~5.0A / dm 2.

以上のように電気めっきを行うことにより、ライニング１１とオーバーレイ１２との境界Ｘに存在するＢｉ粒子１１ｂからＢｉがエピタキシャル成長した。Ｂｉ粒子１１ｂの突起Ｐが形成された状態、すなわちＢｉ粒子１１ｂの表面積を増大させた状態でオーバーレイ１２のめっきを行ったため、Ｂｉ粒子１１ｂ上に析出核を多数形成することができ、Ｂｉのエピタキシャル成長を促進できた。以上のようにして、オーバーレイ１２の積層が完了した後に、水洗と乾燥を行うことにより、摺動部材１を完成させた。さらに２個の摺動部材１を円筒状に組み合わせることにより、すべり軸受Ａを形成した。   By performing electroplating as described above, Bi was epitaxially grown from Bi particles 11b existing at the boundary X between the lining 11 and the overlay 12. Since the overlay 12 was plated in a state in which the protrusions P of the Bi particles 11b were formed, that is, in a state in which the surface area of the Bi particles 11b was increased, a large number of precipitation nuclei could be formed on the Bi particles 11b. Could be promoted. As described above, after the overlay 12 was completed, the sliding member 1 was completed by washing with water and drying. Furthermore, the sliding bearing A was formed by combining two sliding members 1 in a cylindrical shape.

（２）他の実施形態：
前記実施形態においては、エンジンのクランクシャフトを軸受けするすべり軸受Ａを構成する摺動部材１を例示したが、本発明の摺動部材１によって他の用途のすべり軸受Ａを形成してもよい。例えば、本発明の摺動部材１によってトランスミッション用のギヤブシュやピストンピンブシュ・ボスブシュ等を形成してもよい。また、ライニング１１のマトリクスはＣｕ合金に限られず、相手軸２の硬さに応じてマトリクスの材料が選択されればよい。また、軟質材料はマトリクスよりも軟らかく、かつ、マトリクス中に析出可能な材料であればよく、例えばＰｂ，Ｓｎ，Ｉｎであってもよい。 (2) Other embodiments:
In the above-described embodiment, the sliding member 1 constituting the sliding bearing A for bearing the crankshaft of the engine has been illustrated. However, the sliding bearing 1 for other applications may be formed by the sliding member 1 of the present invention. For example, a transmission gear bush, a piston pin bush, a boss bush, or the like may be formed by the sliding member 1 of the present invention. Further, the matrix of the lining 11 is not limited to the Cu alloy, and a matrix material may be selected according to the hardness of the counterpart shaft 2. The soft material may be any material that is softer than the matrix and can be precipitated in the matrix, and may be, for example, Pb, Sn, or In.

また、オーバーレイ１２は、必ずしもＢｉ粒子１１ｂからＢｉをエピタキシャル成長させることにより形成されなくてもよい。例えば、ライニング１２のエッチング後にＢｉ粒子１１ｂの表面に陽極酸化膜を形成した上でオーバーレイ１２のめっきを行うことにより、Ｂｉ粒子１１ｂ上においてオーバーレイ１２を不連続に成長させてもよい。この場合でも、Ｂｉ粒子１１ｂとオーバーレイ１２との境界Ｘ２を、オーバーレイ１２側に突出させることができ、オーバーレイ１２がライニング１２から剥離することを防止できる。また、ライニング１２は、必ずしも焼結により形成されなくてもよく、連続鋳造や押出等によって形成されてもよい。連続鋳造や押出等によってライニング１２にてＢｉ粒子１１ｂを析出させた場合でも、ライニング１２表面の凹部にオーバーレイ１２をめっきすることによってアンカーを形成する場合よりも、高いアンカー効果を発揮できる。   The overlay 12 does not necessarily have to be formed by epitaxially growing Bi from the Bi particles 11b. For example, the overlay 12 may be discontinuously grown on the Bi particles 11b by forming an anodic oxide film on the surface of the Bi particles 11b after the lining 12 is etched and plating the overlay 12. Even in this case, the boundary X2 between the Bi particles 11b and the overlay 12 can be protruded toward the overlay 12, and the overlay 12 can be prevented from peeling off from the lining 12. Moreover, the lining 12 does not necessarily need to be formed by sintering, and may be formed by continuous casting, extrusion, or the like. Even when Bi particles 11b are deposited on the lining 12 by continuous casting, extrusion, or the like, a higher anchor effect can be exhibited than when anchors are formed by plating the overlay 12 on the concave portions of the lining 12 surface.

１…摺動部材、２…相手軸、１０…裏金、１１…ライニング、１１ａ…マトリクス、１１ｂ…Ｂｉ粒子、Ｐ…突起。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Sliding member, 2 ... Mating shaft, 10 ... Back metal, 11 ... Lining, 11a ... Matrix, 11b ... Bi particle, P ... Protrusion.

Claims (5)

マトリクス中に、前記マトリクスよりも軟らかい軟質材料の粒子である軟質粒子が析出した基層と、
前記基層上に積層された前記軟質材料の軟質層と、
を備える摺動部材であって、
前記基層と前記軟質層との境界のうち、同一の前記軟質材料同士が接合する前記軟質粒子と前記軟質層の境界は、前記マトリクスと前記軟質層との境界よりも、前記軟質層側に突出している、
摺動部材。 In the matrix, a base layer on which soft particles, which are soft material particles softer than the matrix, are deposited;
A soft layer of the soft material laminated on the base layer;
A sliding member comprising:
Of the boundary between the base layer and the soft layer, the boundary between the soft particles and the soft layer where the same soft material is bonded protrudes to the soft layer side than the boundary between the matrix and the soft layer. ing,
Sliding member. 前記軟質層と接合している前記軟質粒子の形状は、焼結において前記マトリクス中に析出した際の前記軟質粒子の形状である、
請求項１に記載の摺動部材。 The shape of the soft particles bonded to the soft layer is the shape of the soft particles when precipitated in the matrix during sintering.
The sliding member according to claim 1. 前記基層と前記軟質層との境界のうち、前記軟質粒子と前記軟質層との境界では、前記軟質材料がエピタキシャル成長している、
請求項１または請求項２のいずれかに記載の摺動部材。 Of the boundary between the base layer and the soft layer, the soft material is epitaxially grown at the boundary between the soft particles and the soft layer.
The sliding member according to claim 1 or 2. 前記マトリクスは銅合金であり、前記軟質材料はＢｉまたはＰｂである、
請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の摺動部材。 The matrix is a copper alloy and the soft material is Bi or Pb ;
The sliding member according to any one of claims 1 to 3. マトリクス中に、前記マトリクスよりも軟らかい軟質材料の粒子である軟質粒子が析出した基層と、
前記基層上に積層された前記軟質材料の軟質層と、
を備えるすべり軸受であって、
前記基層と前記軟質層との境界のうち、同一の前記軟質材料同士が接合する前記軟質粒子と前記軟質層の境界は、前記マトリクスと前記軟質層との境界よりも、前記軟質層側に突出している、
すべり軸受。 In the matrix, a base layer on which soft particles, which are soft material particles softer than the matrix, are deposited;
A soft layer of the soft material laminated on the base layer;
A plain bearing comprising:
Of the boundary between the base layer and the soft layer, the boundary between the soft particles and the soft layer where the same soft material is bonded protrudes to the soft layer side than the boundary between the matrix and the soft layer. ing,
Slide bearing.
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