JP2000120694A - 多層すべり軸受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 多層すべり軸受において、中間めっき層の厚
さを薄くしても、十分なダム効果を得る。 【解決手段】 銅基軸受合金層１３と、オーバレイ層１
５との間に設けられる中間めっき層をパラジウム、ロジ
ウム、ルテニウム、イリジウム、白金またはその合金に
より構成する。これにより、中間めっき層を０．０５〜
１．０μｍとしても、十分なダム効果を得ることがで
き、オーバレイ層１５中の錫やインジウム等が銅基軸受
合金層１３に拡散しないようにすることができた。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車、船舶、農
業機械等の内燃機関類の軸受として使用される多層すべ
り軸受に係り、特に非焼付特性に優れた多層すべり軸受
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、高負荷の内燃機関用すべり軸受と
しては、鋼裏金に設けられた銅基軸受合金層の表面に直
接または中間めっき層を介して鉛基合金系またはアルミ
ニウム基合金系からなるオーバレイ層を施した多層構造
のものが一般に用いられてきた。オーバレイ層はなじみ
性、埋収性、耐腐食性等を高めるために設けられるもの
である。また、中間めっき層の役割は、軸受合金層の表
面に直接オーバレイ層を電気めっきすると、エンジン油
温の上昇とともにオーバレイ層中の錫またはインジウム
が熱拡散により下地の銅基軸受合金中へ拡散するので、
これを防ぐためである。

【０００３】すなわち、鉛基合金系オーバレイ層は錫、
インジウムおよび銅を含み、アルミニウム基合金系オー
バレイ層は錫および銅を含むが、オーバレイ層中の錫ま
たはインジウムが銅基軸受合金層中へ拡散してしまう
と、鉛基合金系またはアルミニウム基合金系のオーバレ
イ層は、その耐腐食性および耐摩耗性を極端に低下して
しまう。また、特に、オーバレイ層中の錫は、軸受合金
層中の銅と銅−錫化合物を生成する。この銅−錫化合物
は、硬く、脆いため、軸受合金層に対するオーバレイ層
の接合力不足を生じ、オーバレイ層が剥がれ易くなる。
そこで、従来では、通常、ニッケル、コバルト、鉄等の
中間めっき層を、接着力の確保、拡散防止などの観点か
ら１．０〜３．０μｍ程度の厚さに電気めっきし、その
上にオーバレイを施している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】最近、特に乗用車等に
用いられるガソリンエンジンやディーゼルエンジンは、
高速回転となり、それゆえエンジン軸受は、より一層の
非焼付性、耐摩耗性、および耐疲労性の向上が要求され
ている。ところが、上記した従来のオーバレイ層付きの
多層すべり軸受では、特に、高速回転時に油温上昇によ
りオーバレイ層が軟化し早期の摩耗を生ずる。そして、
オーバレイ層が摩耗すると、そのオーバレイ層の摩耗部
分において中間めっき層が露出し、直接に中間めっき層
とシャフトとが接触する金属接触を生じ、焼付きを生ず
ることがしばしばあった。

【０００５】すなわち、図２に示すように、中間めっき
層１は、下地である軸受合金層２の凹凸に倣っている。
このため、オーバレイ層３が同図に二点鎖線Ａで示す程
度まで摩耗してくると、図３に示すように、中間めっき
層１が円形に露出するようになり、そして、図２に破線
Ｂで示す程度まで摩耗が進むと、図４に示すように、軸
受合金層２が露出し、その露出した軸受層２の周りを中
間めっき層１がリング状に囲む状態となる。更に、摩耗
が進んでオーバレイ層３および中間めっき層１がなくな
ると、軸受層２がシャフトと接するようになる。なお、
図２では、凹凸を誇張して描いている。

【０００６】このように、オーバレイ層３が摩耗する
と、中間めっき層１が多数箇所で露出するようになる
が、中間めっき層１は材質にもよるがその硬度がＨｖ
（ビッカース硬度）２００前後で、Ｈｖ１０程度のオー
バレイ層３、Ｈｖ５０〜６０程度の軸受合金層２に比べ
て非常に硬い。このため、特に、中間めっき層１にニッ
ケルを用いたものでは、ニッケル層の露出により、直接
にシャフトとニッケル層とが金属接触を生じた時点で、
かじり、焼付きが発生する。

【０００７】そして、上述のようにして露出する中間め
っき層１は、その厚さが厚ければ厚い程、図３および図
４のような摩耗過程での露出面積が大きくなってシャフ
トとの金属接触面積が大きくなり、焼付きを発生し易く
なる。このため、中間めっき層１としては、できるだけ
薄いことが望まれるが、従来のニッケル、コバルト、鉄
等からなる中間めっき層では、接着力の確保、拡散防止
などの観点から１．０〜３．０μｍ程度の厚さが必要で
あった。

【０００８】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、中間めっき層の厚さを薄くしても十分
なダム効果を得ることができる多層すべり軸受を提供す
ることにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明の多層すべり軸受は、鋼裏金層に接合され
た銅基軸受合金層と、この銅基軸受合金層に接合された
パラジウム、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、白金
またはその合金からなる中間めっき層と、この中間めっ
き層に接合された鉛基合金、またはアルミニウム基合金
からなるオーバレイ層とからなるものである。

【００１０】中間めっき層として、パラジウム、ロジウ
ム、ルテニウム、イリジウム、白金またはその合金を用
いたものでは、後で表１および２を参照して詳述するよ
うに、中間めっき層の厚さを薄くしても、そのダム効果
は大きい。このため、オーバレイ層の摩耗過程で中間め
っき層が露出しても、その露出面積を小さくでき、焼付
きを防止することができる。前記中間めっき層は、厚さ
が０．０５μｍではその効果がなく、１．０μｍを越え
ると、焼付きを起こし易くなるため、中間めっき層の厚
さは０．０５〜１．０μｍであることが好ましい。更
に、一層ダム効果を高め、且つ、一層焼付き難くするた
めのより好ましい範囲は、０．１〜０．５μｍである。

【００１１】本発明では、前記銅基軸受合金層を、錫、
ニッケル、亜鉛、重量で１５％以下の鉛のうち一種以上
を含有し、残部が銅および不可避不純物からなるものと
することができる。銅基軸受合金層に鉛を含ませる場
合、鉛は重量で１５％以下とする。鉛の含有量が重量で
１５％を越えると、軸受の使用時に受ける熱負荷によっ
て鉛と銅基軸受合金のマトリックスの熱膨張率の差から
厚さ０．０５〜１．０μｍの薄い中間めっき層が破壊さ
れ、オーバレイ中の拡散防止効果がなくなる。

【００１２】また、本発明では、前記オーバレイ層は、
重量で１５％以下のインジウム、１０％以下の錫のいず
れか一種、または、重量で１５％以下のインジウム、１
０％以下の錫、５％以下の銅のうちのいずれか二種以上
と、残部が鉛および不可避不純物とからなる鉛基合金に
より構成することができる。

【００１３】鉛基合金のオーバレイ層中のインジウム、
または錫は、重量で、インジウムが１５％、錫が１０％
を越えると、インジウムや錫の拡散量が多くなり、中間
めっき層と厚い化合物層を形成し易くなる。この化合物
は硬く、脆いため、接着力の低下とオーバレイ層の摩滅
後の焼付きを引き起こす。また、オーバレイ層中の銅
は、錫やインジウムの拡散を防止する効果があるが、重
量で５％を越えると、オーバレイ層の非焼付性が低下す
る。

【００１４】更に、本発明では、前記オーバレイ層は、
重量で３０％以下の錫、または、重量で３０％以下の錫
および１０％以下の銅と、残部がアルミニウムおよび不
可避不純物とからなるアルミニウム基合金により構成す
ることができる。アルミニウム基合金のオーバレイ層は
スパッタリングなどで形成されるが、その合金中の錫は
アルミニウムマトリックス中に微細に分散しており、且
つ、不連続に存在していることで、その拡散が抑えられ
る。しかし、錫は重量で３０％を越えると、下地の中間
めっき層とオーバレイ層中の錫との接触量が多くなり、
硬くて脆い化合物を生成するため、錫の量は重量で３０
％以下とすることが好ましい。また、オーバレイ層の厚
さは、従来通り３〜５０μｍとすることが好ましい。

【００１５】

【発明の実施の形態】本発明を図１に示す一実施例およ
び実験例によって説明する。多層すべり軸受１１は、図
１に示すように、鋼裏金層としての鋼板からなる裏金１
２と、この裏金１２に接合された銅基軸受合金層１３
と、この銅基軸受合金層１３に接合された中間めっき層
１４と、この中間めっき層１４に接合されたオーバレイ
層１５とからなる。

【００１６】このような多層すべり軸受１１の製造方法
は、まず、裏金１２に銅基合金の粉末を焼結−圧延法に
より接着することにより、裏金１２に銅基軸受合金層１
３を接合してなるバイメタルを製造する。ここで、銅基
軸受合金層１３を構成する銅基合金としては、錫、ニッ
ケル、亜鉛、重量で１５％以下の鉛のうち一種以上を含
有し、残部が銅および不可避不純物からなるものを用い
た。次に、バイメタルを半割り軸受形状にプレス加工
し、所定の寸法に切削加工して仕上げを行う。このと
き、裏金１２の厚さは１．５ｍｍ、銅基軸受合金層３の
厚さは０．２〜０．３ｍｍであった。

【００１７】この後、仕上げられた銅基軸受合金層１３
の内面に、溶剤脱脂、アルカリ電解脱脂、酸洗いの工程
を経て例えばパラジウムからなる中間めっき層１４を例
えば電気めっきにより形成する。この中間めっき層１４
の厚さは、０．０５〜１．０μｍとすることが好まし
く、より好ましくは、０．１〜０．５μｍである。

【００１８】中間めっき層１４を形成した後、該中間め
っき層１４にオーバレイ層１５を電気めっき、或いは、
スパッタリングにより形成する。このオーバレイ層１５
は、重量で１５％以下のインジウム、１０％以下の錫の
いずれか一種、または、重量で１５％以下のインジウ
ム、１０％以下の錫、５％以下の銅のうちのいずれか二
種以上と、残部が鉛および不可避不純物とからなる鉛基
合金により構成し、その厚さは、従来と同様に３〜５０
μｍに設定した。ここで、オーバレイ層１５としては、
重量で３０％以下の錫、または、重量で３０％以下の錫
および１０％以下の銅と、残部がアルミニウムおよび不
可避不純物とからなるアルミニウム基合金により構成し
ても良い。

【００１９】本発明の多層すべり軸受１１は以上によう
にして製造される。そして、本発明者は、この多層すべ
り軸受１１において、オーバレイ層が摩滅した時の中間
めっき層１４の非焼付性を確認するために、オーバレイ
層を施さない半割軸受を使用して焼付試験を行った。そ
の結果を次の表１に示す。

【００２０】なお、この焼付試験は、１００℃に予熱し
たＳＡＥ２０番の潤滑油を用い、シャフトの回転数２０
００ｒｐｍとし、１時間無負荷にてならし運転を行った
後、潤滑油を毎分２０ｃｃに絞り、１０ＭＰａの負荷を
与え、その後、１０分間毎に５ＭＰａずつ累積荷重をか
けて行き、軸受背面温度が２００℃を越えるか、また
は、電流値が１５アンペアを越えた時点で焼付きと判定
した。

【００２１】

【表１】

【００２２】この表１から、１．０μｍ以下の薄い中間
めっき層は、従来の１．０μｍを越えるニッケルの中間
めっき層に比べ非焼付性に優れていることが理解され
る。

【００２３】また、本発明者は、パラジウムからなる中
間めっき層１４が高いダム効果を発揮することを確認す
るために、オーバレイ層として鉛基合金、およびアルミ
ニウム基合金を用いた本発明品試料および比較品試料に
ついて、接着試験およびオーバレイ層の成分変化試験を
行い、表２に示す結果を得た。なお、接着試験は、試料
を１３０℃の雰囲気に１０００時間放置する熱処理を行
った後、はんだ合金を試料の表面に鋳込んで引張試験に
かけたものである。オーバレイ層の成分変化試験におい
ても上記と同様の熱処理を行った。

【００２４】

【表２】

【００２５】表２の試験結果を分析する。まず、中間め
っき層をパラジウムとした本発明品試料のうち、オーバ
レイ層を鉛基合金とした試料１および２では、中間めっ
き層の厚さが０．２μｍおよび０．４μｍと薄いが、熱
処理後の接着力は４．６Ｋｇ／ｍｍ^２、および４．５Ｋ
ｇ／ｍｍ^２と大きく、十分な接着力を得ることができ
た。また、熱処理前後のオーバレイ層の成分変化につい
ても、錫が約８％から約６％、インジウムが約１０％か
ら約７％に減少しているが、その減少量は僅かで、比較
品試料１と同程度である。従って、接着力が大きく、オ
ーバレイ層の錫およびインジウムの成分変化が少ない本
発明品試料１および２は、中間めっき層が薄くても、そ
のダム効果は高く、オーバレイ層の成分の拡散を効果的
に防止できたことを意味する。

【００２６】また、オーバレイ層をアルミニウム基合金
とした本発明品試料３についても、熱処理前後の接着力
は約６．０Ｋｇ／ｍｍ^２から５．２Ｋｇ／ｍｍ^２と変化
程度は小さく、熱処理前後の錫の成分変化も２０．２％
から１９．５％と僅かであり、パラジウムの中間めっき
層によってオーバレイ層の錫の拡散防止を効果的に行い
得ることが理解される。

【００２７】特に、本発明品試料３は中間めっき層の厚
さを０．７μｍとしており、この程度に厚くすると、オ
ーバレイ層の成分変化の程度はより少なく、ダム効果が
一層高くなることが分かる。ただ、前記表１の焼付試験
結果において、中間めっき層を厚さ１．２μｍのパラジ
ウムとした比較品では、満足する非焼付性を得ることが
できなかった。このような表１、表２の実験結果、およ
び別に行った実験結果などを総合して考えると、パラジ
ウムを中間めっき層とした場合、満足するダム効果が得
られる厚さの下限は０．０５μｍ、非焼付性を低下させ
ない厚さの上限は１．０μｍと考えられ、より好ましく
は０．１〜０．５μｍである。

【００２８】一方、比較品試料２は中間めっき層をパラ
ジウムとしたものではあるが、鉛基合金からなるオーバ
レイ層の成分のうち、錫が１５．５％と多く含まれてい
る。この比較品試料２では、熱処理後の接着力が２Ｋｇ
／ｍｍ^２と比較的低く、オーバレイ層の剥がれを発生す
るおそれがある。この接着力の低下は、オーバレイ層中
に多く含まれる錫が中間めっき層のパラジウムと化合物
を厚く生成し、この脆い化合物によって接着力の低下を
もたらしたものと思われる。

【００２９】なお、本発明品試料３では、そのオーバレ
イ層の錫は２０．２％と多いが、これは、アルミニウム
基合金であり、そのアルミニウム基合金中の錫は、重量
で３０％以下ならば、アルミニウムマトリックス中に微
細に分散し、且つ、不連続に存在するので、拡散が抑え
られ、接着力の低下をもたらさないものである。

【００３０】また、比較品試料３も中間めっき層をパラ
ジウムとしたものではあるが、銅基軸受合金の成分のう
ち、鉛が２３％と多く含まれている。この比較品試料３
も接着力が２．６Ｋｇ／ｍｍ^２と比較的低い。これは、
銅基軸受合金に多く含まれる鉛のために、マトリックス
中の銅と鉛の熱膨張率の差によって薄い中間めっき層が
破られ、接着力が低下したものと思われる。

【００３１】以上のような接着力の低下は、オーバレイ
中の錫を１０％以下としたとき、銅基軸受合金の鉛を１
５％以下としたときには生じなかったことが別の実験で
確認されており、従って、鉛基合金のオーバレイ層中の
錫は１０％以下、銅基軸受合金中の鉛は１５％以下とす
ることが好ましい。

【００３２】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、以下のような変更或いは
拡張が可能である。中間めっき層はパラジウムに限ら
ず、ロジウム、ルテニウム、イリジウム、白金であって
も良く、またパラジウムの合金、ロジウムの合金、ルテ
ニウムの合金、イリジウムの合金、白金の合金であって
も良い。これら貴金属類のめっき被膜は展延性に優れて
おり、１．０μｍ以下の薄い被膜で下地の銅基合金軸受
金属の表面を均一に被覆することができ、オーバレイ層
中の錫と銅基軸受合金の銅との脆い反応膜の形成を防止
できるので、薄くても、オーバレイ層成分の拡散防止効
果を高めることができるのである。

【００３３】多層すべり軸受としては、鋼板からなる裏
金１２に銅基軸受合金層１３、中間めっき層１４、オー
バレイ層１５を設けたものに限らず、鋼板からなる裏金
１２を省略して軸受ハウジングの円筒面に直接銅基軸受
合金層を設け、その上に中間めっき層、オーバレイ層を
設けたものであっても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示すすべり軸受の断面図

【図２】従来の問題点を説明するための図１相当図

【図３】図２のＡ−Ａ線に沿う断面図

【図４】図２のＢ−Ｂ線に沿う断面図

【符号の説明】

図中、１２は裏金（鋼裏金層）、１３は銅基軸受合金
層、１４は中間めっき層、１５はオーバレイ層である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石川 日出夫 名古屋市北区猿投町２番地 大同メタル工 業株式会社内 (72)発明者 柴山 隆之 名古屋市北区猿投町２番地 大同メタル工 業株式会社内 Ｆターム(参考） 3J011 AA20 BA20 DA01 KA02 QA03 SB03 SB04 SB05 SB15 3J033 AA05 AB03 GA01 GA07

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 鋼裏金層に接合された銅基軸受合金層
   と、 この銅基軸受合金層に接合されたパラジウム、ロジウ
   ム、ルテニウム、イリジウム、白金またはその合金から
   なる中間めっき層と、 この中間めっき層に接合された鉛基合金、またはアルミ
   ニウム基合金からなるオーバレイ層とからなる多層すべ
   り軸受。
2. 【請求項２】 前記中間めっき層は、０．０５〜１．０
   μｍの厚さを有することを特徴とする請求項１記載の多
   層すべり軸受。
3. 【請求項３】 前記銅基軸受合金層は、錫、ニッケル、
   亜鉛、重量で１５％以下の鉛のうち一種以上を含有し、
   残部が銅および不可避不純物からなることを特徴とする
   請求項１または２記載の多層すべり軸受。
4. 【請求項４】 前記オーバレイ層は、重量で１５％以下
   のインジウム、１０％以下の錫のいずれか一種、また
   は、重量で１５％以下のインジウム、１０％以下の錫、
   ５％以下の銅のうちのいずれか二種以上と、残部が鉛お
   よび不可避不純物とからなる鉛基合金により構成され、
   その厚さが３〜５０μｍに設定されていることを特徴と
   する請求項１ないし３のいずれかに記載の多層すべり軸
   受。
5. 【請求項５】 前記オーバレイ層は、重量で３０％以下
   の錫、または、重量で３０％以下の錫および１０％以下
   の銅と、残部がアルミニウムおよび不可避不純物とから
   なるアルミニウム基合金により構成され、その厚さが３
   〜５０μｍに設定されてい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多層すべり軸受。