CN101970892A - 轴承 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种轴承，该轴承具备：由Cu合金构成的基台；在所述基台上形成的凹凸部；镀敷层，由强磁性金属或者强磁性金属的合金构成，在所述基台上以覆盖所述凹凸部的方式形成；及在所述镀敷层上形成的Sn合金层，所述Sn合金层的表面构成支承对象物的滑动面。

Description

轴承
技术领域
本发明涉及一种轴承，在Cu合金的基台上形成有由以白合金为主的Sn合金层构成的滑动面，其中，能够抑制Cu和Sn的金属间化合物的产生，可以延长寿命。
本申请对日本特愿2008-74546号主张优先权，在此引用其内容。
背景技术
众所周知，在汽轮机、离心压缩机这样的旋转机械中，为了支承转子的径向方向及推力方向的力，广泛使用滑动轴承。
滑动轴承的构成通常是在由碳素钢构成的基台上形成由以白合金为主的Sn合金层构成的滑动面，但为了提高作为轴承的热传导性，有时使用Cu合金的基台。
这样，在由Cu合金构成的基台上形成有由Sn合金层构成的滑动面的轴承存在如下问题，当由于使用中的温度上升而轴承达到50～60℃时，基台所含有的Cu和Sn合金层中的Sn发生反应而形成由Cu-Sn构成的柱状的金属间化合物，当附加外力时，该金属间化合物成为起点而Sn合金层容易剥离。
于是，关于抑制由Cu-Sn构成的金属间化合物的形成且具备由Cu合金构成的基台和由Sn合金层构成的滑动面的轴承，公开有一种用于提高耐剥离性的技术(例如参照下述的专利文献1)。
专利文献1：(日本)特开平8-135660号公报
但是，根据上述公开的技术，为了提高耐剥离性，在Sn合金层的内部埋设形成网状的镀Sn铜线、Al线或者Al合金线等时，存在需要将基台和网状的线焊接，焊接需要大量工时之类的问题。
发明内容
本发明是鉴于以上情况而做出的，其目的在于提供一种轴承，在由Cu合金构成的基台上具备由Sn合金层构成的滑动面，其中，抑制由Cu-Sn构成的金属间化合物的形成，在基台上以充分的剥离强度保持Sn合金层。
本发明的轴承，具备：由Cu合金构成的基台；在所述基台上形成的凹凸部；镀敷层，由强磁性金属或者强磁性金属的合金构成，以覆盖所述凹凸部的方式形成在所述基台上；及在所述镀敷层上形成的Sn合金层，所述Sn合金层的表面构成支承对象物的滑动面。
根据本发明的轴承，在由Cu合金构成的基台上形成以白合金为主的Sn合金层的情况下，在基台的滑动面侧形成凹凸部，在基台上以覆盖凹凸部的方式形成由Ni(镍)、Fe(铁)、Co(钴)等强磁性金属或者强磁性金属的合金构成的镀敷层之后，在所述镀敷层上形成Sn合金层。
其结果是，抑制了基台所含有的Cu和滑动面所含有的Sn之间的接触，难于形成Cu-Sn金属间化合物。进而，由于镀敷层通过凹凸部以充分的强度被保持在基台上，因此Sn合金层的剥离强度提高。
本发明中的凹凸部是指，从构成该凹凸部的凹部的底至凸部的顶的高度比Sn合金层的厚度小的凹凸。例如，将形成有凹凸部的区域的表面积设定为没有形成凹凸部的情况的1.5倍以上，对镀敷层赋予由于接触面积增大带来的保持力的增大。
在本发明的轴承中，从构成所述凹凸部的凹部的底至凸部的顶的高度H也可以为0.1mm以上。另外，构成所述凹凸部的凸部彼此的间隔W也可以为1.5H以上。
根据本发明的轴承，由于从构成凹凸部的凹部的底至凸部的顶的高度H为0.1mm以上，因此接触面积增大带来的固定效果提高。另外，由于构成所述凹凸部的凸部彼此的间隔W为1.5H以上，凸部彼此的顶间距离大，因此不易产生从某个凸部的顶至另一个凸部的顶的镀敷层的剪断。
在本发明的轴承中，所述镀敷层的厚度t也可以为1μm以上且300μm以下。为了更合适，厚度t也可以为10μm以上且100μm以下。
根据本发明的轴承，由于镀敷层的厚度t为1μm以上，因此难于形成贯通镀敷层的镀敷缺陷。另外，由于镀敷层的厚度t为300μm以下，因此抑制由于镀敷层的残余应力引起的抗剪强度的降低。
进而，当镀敷层的厚度t为10μm以上且100μm以下时，由于因凸部引起的镀敷层的保持力增大的效果提高，因此容易稳定地形成镀敷层，能够充分地抑制基台所含有的Cu和滑动面的Sn的反应。
在本发明的轴承中，所述凹凸部也可以包括在所述滑动面上的与所述支承对象物的滑动方向正交的方向上形成的凹槽。
根据本发明的轴承，由于凹槽在与对象物的滑动方向正交的方向上形成，因此相对于对象物的滑动能够确保相对较大的抗剪强度，能够抑制Sn合金层的剥离。
在本发明的轴承中，构成所述凹凸部的凸部或凹部也可以散布在所述基台上。
根据本发明的轴承，由于构成凹凸部的凸部或凹部散布在基台上，因此接触面积增大带来的效果变大，并且不会偏向特定的方向而确保较大的抗剪强度。其结果是，能够更有效地抑制Sn合金层的剥离。
根据本发明的轴承，由于抑制由Cu-Sn构成的金属间化合物的形成，并且镀敷层及Sn合金层被可靠地保持在基台上，因此能够抑制Sn合金层的剥离而延长轴承寿命，并且能够提高轴承的可靠性。
附图说明
图1是表示本发明的轴承的第一实施方式的立体图；
图2是表示在构成第一实施方式的轴承的基台上形成的凹凸部的平面图；
图3是表示构成上述基台的凹凸部的凹部及凸部的剖面图；
图4是表示含有在基台上形成的凹凸部的轴承的滑动面的剖面图；
图5是表示本发明的轴承的第二实施方式的图，特别是表示在构成轴承的基台上形成的凹凸部的平面图；
图6是表示本发明的轴承的第三实施方式的图，特别是表示在构成轴承的基台上形成的凹凸部的平面图；
图7是表示本发明的轴承的第四实施方式的图，特别是表示在构成轴承的基台上形成的凹凸部的平面图；
图8是表示本发明的轴承的第五实施方式的图，特别是表示含有轴承的轴承装置的立体图；
图9是表示含有在第五实施方式的基台上形成的凹凸部的轴承的滑动面的剖面图；
图10是表示本发明的轴承的第六实施方式的图，特别是表示在构成轴承的基台上形成的凹凸部的平面图；
图11是表示本发明的轴承的第七实施方式的图，特别是表示在构成轴承的基台上形成的凹凸部的平面图；
图12是用于说明本发明的轴承的实施例的图，表示在试验片上形成的凹槽的剖面图；
图13是用于说明在本发明的轴承的实施例中基于凹槽的高度H的效果的曲线图；
图14是用于说明在本发明的轴承的实施例中基于槽宽W/高度H的效果的曲线图。
标号说明
1、2、3、4…径向轴承(轴承)
5、6、7…推力轴承(轴承)
10、30…滑动面
11、21…基台
12…Ni镀敷层
13…白合金层
15、16、17、18、25、26、27…凹凸部
具体实施方式
下面，参照图1至图4，对本发明的第一实施方式进行说明。
如图1所示，轴承1为将两个分割体1A、1A组合而构成的筒形。成为具有规定的长度且内周及外周形成为大致半圆状的形式，轴承1的内周面成为旋转自如地支承未图示的旋转轴的滑动面10。
构成轴承1的分割体1A具备基台11、作为强磁性金属或者其合金的Ni镀敷层12、作为Sn合金的白合金层13。Ni镀敷层12在相当于轴承1的滑动面10的基台11的内周面形成，白合金层13在Ni镀敷层12上形成。在基台11的内周面形成有凹凸部15。另外，在基台11的内周面的长度方向的大致中央形成有在周方向具有规定长度的油槽14。
基台11由Cu合金形成，在其内周面遍及整个面形成有多个凹槽15a。如图2所示，凹槽15a沿轴承1的长度方向即沿被滑动面10支承的转动轴(未图示)的轴线方向，使用例如砂轮工具等形成。
通过在基台11的内周面形成多个凹槽15a，在相邻的凹槽15a、15a之间形成凸部15b。凹槽15a及凸部15b在基台11的内周面交替配置。由此，在基台11的内周面形成凹凸部15。如图3所示，从凹槽15a的底至凸部15b的顶的高度H为0.1mm以上，相邻的凸部15b、15b彼此的间隔，即槽宽W为1.5H以上。
另外，与轴承1的长度方向正交的凹槽15a的截面形状选择为例如图4所示的波形、梯形、矩形等。
镀敷层12例如由Ni(镍)构成，覆盖形成于基台11上的凹凸部15。白合金层13形成于Ni镀敷层12上。Ni镀敷层12优选其厚度t为1μm以上且300μm以下，更优选厚度t为10μm以上且100μm以下。
另外，关于Ni镀敷，可以使用根据添加物中的S(硫磺)成分的共析状态分类的(1)纯Ni/半光泽、(2)纯Ni/光泽、(3)纯Ni/无光泽中的任一种，也可以代替Ni镀敷而使用由其它的强磁性金属或者其合金构成的组成的镀敷，例如，Ni-Fe镀敷(Ni-5～50mass％Fe)、Ni-W(钨)镀敷(Ni-5～50mass％W)、Ni-P(磷)镀敷(Ni-1～15mass％P)、Ni-B镀敷(Ni-1～10mass％B)、纯Fe镀敷等。
白合金层13形成于Ni镀敷层12的表面，白合金层13的表面成为轴承1的滑动面10。在基台11上形成Ni镀敷层12后，例如通过在基台11上铸造白合金而形成白合金层13。
另外，作为白合金，虽然可使用例如JIS H 5401的白合金的第一种(1)、第二种(JW2)至第十种白合金，但也可以将确保滑动性能作为条件，使用其它的Sn合金。
根据第一实施方式的轴承1，由于在基台11和白合金层13之间形成有Ni镀敷层12，因此能够抑制Cu-Sn金属间化合物的形成。另外，由于Ni镀敷层12通过凹凸部15以充分的强度被保持在基台11上，因此对白合金层13能够确保充分的剥离强度。
另外，由于Ni镀敷层12的厚度t为1μm以上，因此难于形成贯通Ni镀敷层12的镀敷缺陷。另外，由于Ni镀敷层12的厚度t为300μm以下，因此抑制由于Ni镀敷层12的残余应力引起的抗剪强度的降低。
另外，由于从凹槽15a的底部至凸部15b的顶的高度H为0.1mm以上，槽宽W为1.5H以上，因此确保较大的抗剪强度。另外，由于构成凹凸部15的凹槽15a及凸部15b在与对象物的滑动方向正交的方向上形成，因此能够相对于滑动引起的作用力确保较大的抗剪强度，从而抑制白合金层13的剥离。
其结果是，能够延长轴承1的寿命，并且能够提高可靠性。
下面，参照图5对本发明的轴承的第二实施方式进行说明。
在第二实施方式的轴承2中，在基台11的内周面上，沿轴承2的周方向即未图示的旋转轴的滑动方向形成有多个凹槽16a，相邻的凹槽16a间形成有凸部16b。由此，在基台11的内周面设置有本发明的凹凸部16。由于其它是一样的，因此省略说明。
根据第二实施方式的轴承2，制造轴承2时，可一边使基台11沿周方向旋转一边形成凹槽16a。即，由于加工简便，因而降低制造成本。进而，能够廉价地提供滑动面的作用力小的轴承2。
下面，参照图6对本发明的轴承的第三实施方式进行说明。
在第三实施方式的轴承3中，在基台11的内周面上，沿着与轴承3的周方向及长度方向都相交差的方向、即沿着与长度方向倾斜地交差的方向形成有多个凹槽17a，在相邻的凹槽17a间形成有凸部17b。由此，在基台11的内周面上设置有本发明的凹凸部17。由于其它是一样的，因此省略说明。
根据第三实施方式的轴承3，由于对于作用在径向方向及推力方向中任一方向上的负荷，都能够确保较大的抗剪强度，因此作为能够负担径向方向、推力方向中任一方向的负荷的轴承，可有效地使用。另外，和第二实施方式的轴承2相同，可实现制造成本的降低。
下面，参照图7对本发明的轴承的第四实施方式进行说明。
在第四实施方式的轴承4中，在基台11的内周面上，互相隔开大致等间隔地散布有多个凸部18a。由此，在基台11的内周面上设置本发明的凹凸部18。由于其它是一样的，因此省略说明。
凸部18a例如通过喷丸、基于模具的形状成形等形成。另外，不仅可以采用如图7所示通过在基台11的内周面形成多个凸部18a，而在基台11的内周面形成凹凸部18的方式，还可以采用通过在基台11的内周面形成多个凹部，而在基台11的内周面形成凹凸部的方式。进而，也可以采用将上述的两种方式组合的方式。
根据第四实施方式的轴承4，通过在基台11的内周面设置凹凸部，较大地确保与Ni镀敷层12的接触面积。进而，由于凸部18的排列没有方向性，因此即使相对于作用于径向方向、推力方向中任一方向的力，也能够对凸部18确保较大的抗剪强度。
下面，参照图8及图9，对本发明的轴承的第五实施方式进行说明。
图8表示使用了后述的轴承5(或者轴承6、7)的轴承装置100。在轴承装置100中，轴承5例如由通过中心的线被沿周方向分割为八份，各个分割体5a固定在构成轴承装置100的圆板20上。轴承装置100成为用于接受旋转轴产生的推力的推力轴承。另外，对轴承5是不分割而直接使用还是进行任何的分割是任意的。
轴承5具备由Cu合金构成的圆形平板状的基台21。在基台21的中央形成有圆形孔。与图4所示的第一实施方式相同，在基台21的表面形成有Ni镀敷层12，在Ni镀敷层12上形成有白合金层13。
图9是表示在构成轴承5的基台21上形成的凹凸部25。在基台21的一侧面，从内周朝向外周逐渐扩径，并且遍及整面地形成旋转的螺旋状的凹槽25a，在沿径方向相邻的凹槽25a间形成有凸部25b。由此，在基台21的侧面设置有本发明的凹凸部25。由于镀敷层12、白合金(Sn合金)层13与轴承1相同，因此省略说明。另外，轴承5也可以如图8所示被分割之后固定在圆板20上，也可以不分割而直接使用。
根据第五实施方式的轴承5，由于在与因滑动而作用的力平行的方向上形成有凹槽25a，相对于推力可确保较大的抗剪强度而抑制白合金层13的剥离，能够延长轴承5的寿命，并且能够提高可靠性。
另外，由于凹槽25a形成为螺旋状，因此可通过车床等容易地进行加工。
下面，参照图10，对本发明的轴承的第六实施方式的轴承6进行说明。
图10表示在构成轴承6的基台21上形成的凹凸部26。在本实施方式中，在基台21的一侧面形成朝向基台21的径方向外侧成放射状延伸的多个凹槽26a，在沿周方向相邻的凹槽26a间形成有凸部26b。由此，在基台21的侧面设置有本发明的凹凸部26。由于其它和轴承5相同，因此省略说明。另外，轴承6可以和第五实施方式的轴承5同样地在被分割之后固定在圆板20上，也可以不分割而直接使用。
根据第六实施方式的轴承6，由于在与因滑动作用的力正交的方向上形成有凹槽26a，所以可确保较大的抗剪强度而抑制白合金层13的剥离，能够延长轴承6的寿命，并且能够提高可靠性。
下面，参照图11，对本发明的轴承的第七实施方式的轴承7进行说明。
图11表示在轴承7的基台21上形成的凹凸部27。在基台21的一侧面，互相隔开等间隔地散布有多个凸部27a。由此，在基台21的侧面设置有本发明的凹凸部27。由于其它和第五实施方式的轴承5相同，因此省略说明。另外，轴承7可以和第五实施方式的轴承5同样地在被分割之后固定在圆板20上，也可以不分割而直接使用。
凸部27a和第四实施方式的凸部18a相同，例如通过喷丸、基于模具的形状成形等形成。另外，不仅可以采用通过在基台21上形成多个凸部27a而在基台21的侧面形成凹凸部27的方式，还可以采用通过在基台21上形成多个凹部而在基台21侧面形成凹凸部的方式。进而，也可以采用将上述的两种方式组合的方式。
根据第七实施方式的轴承7，通过在基台21的一侧面设置凹凸，较大地确保与Ni镀敷层12的接触面积。进而，由于凸部27a的排列没有方向性，因此即使对于作用于径向方向、推力方向中任一方向的力，也能够对凸部27a确保较大的抗剪强度。其结果，可抑制白合金层13的剥离，延长轴承7的寿命，并且能够提高可靠性。
实施例
下面，参照图12至图14，对于在基台上设置的凹凸部给予抗剪强度的影响进行说明。
在试验片上，在Cr(含有铬的Cu合金)上形成凹槽，以覆盖凹槽的方式形成厚度为20μm的Ni镀敷层，在形成镀敷层后形成白合金(JW2)层。
然后，将试验片加热至120℃，在120℃下保持225小时，其后冷却至160℃，在160℃下保持100小时，根据JISG0601(2002)测定抗剪强度。
另外，对于凹槽，构成凹槽的凸部为如图12所示的梯形。
图13是表示从凹槽的底至凸部的顶的高度H(mm)和抗剪强度(MPa)之间的关系的图，已确认：虽然在凹槽的高度H约为不到0.1(mm)的情况下，从构成凹槽的两侧的凸部的角部E朝向角部E容易产生由于剪切造成的断裂，但是在大约0.1(mm)以上时，抗剪强度大幅地提高。
图14是表示凹部的W/H(槽宽/高度)和抗剪强度(MPa)之间的关系的图，已确认：虽然在W/H的值不到1.5的情况下，从构成凹槽的两侧的凸部的角部E朝向角部E容易产生由于剪切造成的断裂，但是在1.5倍以上时，抗剪强度大幅地提高。
由以上的情况可确认，设高度H≥0.1mm、槽宽W≥1.5H是有效的。
另外，本发明不限定于上述的实施方式，在不脱离发明的主旨的范围内可进行各种变更。
例如，在上述实施方式中，虽然对从凹槽的底至凸部的顶的高度H为0.1mm以上、相邻的凸部之间的间隔即槽宽W为1.5H以上的情况进行了说明，但是当然，例如其中的任何一方或双方不满足上述条件也可以。
另外，在上述实施方式中，对在基台上形成有Ni镀敷层，并且该镀敷层的厚度为1μm以上且300μm以下的情况进行了说明。但是，也可以使用Ni合金、Ni以外的金属或者它们的合金形成镀敷层，该镀敷层的厚度可以不到1μm，也可以比300μm大。
另外，在上述实施方式中，对通过在基台的表面上形成多个凹槽而在基材上形成凹凸部的情况、及通过在基台的表面上形成多个凸部而在基材上形成凹凸部的情况进行了说明，但是也可以在基台上形成这以外的形态的凹凸部。
另外，在上述实施方式中，对在相当于轴承1的滑动面的基台11的内周面或者一侧面上遍及整个面形成有凹凸部的情况进行了说明。但是，例如也可以只在轴承的滑动方向的端部附近等、易作用滑动力而容易成为剥离的起点的一部分的区域形成凹凸部。
另外，在上述实施方式中，虽然对通过机械加工等形成凹凸部的情况进行了说明，但是也可以通过以电子束为主的物理加工手段、或者以蚀刻为主的化学加工手段形成凹凸部。

Claims (7)

1.一种轴承，具备：
由Cu合金构成的基台；
在所述基台上形成的凹凸部；
镀敷层，由强磁性金属或者强磁性金属的合金构成，以覆盖所述凹凸部的方式形成在所述基台上；及
在所述镀敷层上形成的Sn合金层，
所述Sn合金层的表面构成支承对象物的滑动面。
2.如权利要求1所述的轴承，其中，
从构成所述凹凸部的凹部的底至凸部的顶的高度H为0.1mm以上。
3.如权利要求1或2所述的轴承，其中，
构成所述凹凸部的凸部彼此的间隔W为1.5H以上。
4.如权利要求1～3中任一项所述的轴承，其中，
所述镀敷层的厚度t为1μm以上且300μm以下。
5.如权利要求4所述的轴承，其中，
所述镀敷层的厚度t为10μm以上且100μm以下。
6.如权利要求1～5中任一项所述的轴承，其中，
所述凹凸部包括在所述滑动面上的与所述支承对象物的滑动方向正交的方向上所形成的凹槽。
7.如权利要求1～5中任一项所述的轴承，其中，
构成所述凹凸部的凸部或凹部散布在所述基台上。
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