JP2001124084A - 軸受及びその製造方法 - Google Patents
軸受及びその製造方法Info
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- F16C33/02—Parts of sliding-contact bearings
- F16C33/04—Brasses; Bushes; Linings
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- F16C2360/23—Gas turbine engines
- F16C2360/24—Turbochargers
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- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 製造コストが低く、さらに品質と寸法精度に
優れた軸受及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 基材2の表面に、Cu−Pb系軸受合金
から成る軸受部材4を接合して成る軸受10であって、
軸受部材4は基材2にろう付接合され、かつ、軸受部材
4のうち基材2に対向する面には、ろう材の拡散防止層
8が形成されている。
優れた軸受及びその製造方法を提供する。 【解決手段】 基材2の表面に、Cu−Pb系軸受合金
から成る軸受部材4を接合して成る軸受10であって、
軸受部材4は基材2にろう付接合され、かつ、軸受部材
4のうち基材2に対向する面には、ろう材の拡散防止層
8が形成されている。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、軸受及びその製造
方法に関し、特にスラスト軸受に好適に用いられる軸受
及びその製造方法に関する。
方法に関し、特にスラスト軸受に好適に用いられる軸受
及びその製造方法に関する。
【0002】
【従来の技術】過給機やタービン等の回転軸の軸受とし
て、例えばスラスト軸受が用いられている。このスラス
ト軸受は上記回転軸の軸方向の揺動を受け止めるように
なっていて、例えば断面図8に示すように、ドーナツ状
の基材100aの表面に軸受部材100bが設けられて
スラスト軸受100を構成し、このスラスト軸受100
は適宜バックリングやケーシング等に固定された状態で
回転軸110を貫通している。そして、回転軸110が
軸方向に揺動した際、軸上のスラストカラー110aが
軸受部材100bの表面で摺動することによって、両者
間の摩擦の低減が図られるようになっている。
て、例えばスラスト軸受が用いられている。このスラス
ト軸受は上記回転軸の軸方向の揺動を受け止めるように
なっていて、例えば断面図8に示すように、ドーナツ状
の基材100aの表面に軸受部材100bが設けられて
スラスト軸受100を構成し、このスラスト軸受100
は適宜バックリングやケーシング等に固定された状態で
回転軸110を貫通している。そして、回転軸110が
軸方向に揺動した際、軸上のスラストカラー110aが
軸受部材100bの表面で摺動することによって、両者
間の摩擦の低減が図られるようになっている。
【0003】なお、軸受部材100bの表面には潤滑油
を供給する油穴が穿設され、この油穴を通して軸受部材
100bとスラストカラー110aの間に油膜が形成さ
れている。従って、通常は、軸受部材100bとスラス
トカラー110aが接触することは少ないが、油膜中に
混入したスラッジ等が軸受に接触・摺動することもある
ので、上述の如く軸受の表面に潤滑性に優れた軸受部材
を設ける必要がある。そして、前記油膜を介して軸受部
材100bの表面(摺動面)に所定の面圧が負荷される
ので、この面圧に応じた強度特性を有する軸受合金が軸
受部材の材料として適宜選択される。
を供給する油穴が穿設され、この油穴を通して軸受部材
100bとスラストカラー110aの間に油膜が形成さ
れている。従って、通常は、軸受部材100bとスラス
トカラー110aが接触することは少ないが、油膜中に
混入したスラッジ等が軸受に接触・摺動することもある
ので、上述の如く軸受の表面に潤滑性に優れた軸受部材
を設ける必要がある。そして、前記油膜を介して軸受部
材100bの表面(摺動面)に所定の面圧が負荷される
ので、この面圧に応じた強度特性を有する軸受合金が軸
受部材の材料として適宜選択される。
【0004】このようなスラスト軸受100は、例えば
図9に示す過給機に配設されて使用される。ここで、回
転軸110の左端には羽根車130が取り付けられ、回
転軸110の右端にはタービン動翼120が取り付けら
れている。そして、過給機の右方から導入された排気ガ
ス300によってタービン動翼120が回転し、これを
介して羽根車130が回転することにより、過給機の左
側から導入された空気200が圧縮されるようになって
いる。
図9に示す過給機に配設されて使用される。ここで、回
転軸110の左端には羽根車130が取り付けられ、回
転軸110の右端にはタービン動翼120が取り付けら
れている。そして、過給機の右方から導入された排気ガ
ス300によってタービン動翼120が回転し、これを
介して羽根車130が回転することにより、過給機の左
側から導入された空気200が圧縮されるようになって
いる。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】ところで、過給機やタ
ービン等が大型化、高回転化するのに伴い、これら過給
機等に用いる軸受部材の摺動面に負荷される面圧は高く
なり、それに応じて強度の高い軸受合金を用いることが
必要となる。例えば、面圧が0.49MPa程度であれ
ば、軸受合金としてホワイトメタル(Sn−Sb−Cu
系合金、JIS規格のWJ1、WJ2等)を使用するこ
とができるが、面圧が約0.78MPaを超えた場合
は、ホワイトメタルに比べて強度の高いAl−Sn焼結
合金を用いる必要がある。さらに、面圧が約1.96M
Paを超えた場合には、Pb青銅(Cu−Pb系軸受合
金)を用いることが必要になってくる。
ービン等が大型化、高回転化するのに伴い、これら過給
機等に用いる軸受部材の摺動面に負荷される面圧は高く
なり、それに応じて強度の高い軸受合金を用いることが
必要となる。例えば、面圧が0.49MPa程度であれ
ば、軸受合金としてホワイトメタル(Sn−Sb−Cu
系合金、JIS規格のWJ1、WJ2等)を使用するこ
とができるが、面圧が約0.78MPaを超えた場合
は、ホワイトメタルに比べて強度の高いAl−Sn焼結
合金を用いる必要がある。さらに、面圧が約1.96M
Paを超えた場合には、Pb青銅(Cu−Pb系軸受合
金)を用いることが必要になってくる。
【0006】そして、このPb青銅を基材の表面に形成
させる技術として、図10に示すように、Pb青銅10
0bの粉末を板状の基材100aの表面に堆積させ、両
者を1対の圧延ロール150間に装入し、熱間加工域で
粉末圧延を行う技術が知られている。この場合、Pb青
銅が基材表面に形成された積層板100cを適宜機械加
工することにより、最終形状の軸受を製造することがで
きる。
させる技術として、図10に示すように、Pb青銅10
0bの粉末を板状の基材100aの表面に堆積させ、両
者を1対の圧延ロール150間に装入し、熱間加工域で
粉末圧延を行う技術が知られている。この場合、Pb青
銅が基材表面に形成された積層板100cを適宜機械加
工することにより、最終形状の軸受を製造することがで
きる。
【0007】しかしながら、この技術の場合、専用の粉
末圧延ラインを設ける必要があり、設備コストが上昇す
るとともに、生産効率が低いという問題がある。さら
に、Pb青銅の粉末のコストが高いために、軸受の製造
コストも高くなる。又、基材の表面にPb青銅を直接鋳
込む方法もあるが、この場合、基材とPb青銅の密着性
は良好であるが、基材が熱変形して軸受自体の寸法精度
が低下する虞がある。特に、軸受の寸法が大きくなる
程、かかる熱変形の影響が大きくなるという問題があ
る。
末圧延ラインを設ける必要があり、設備コストが上昇す
るとともに、生産効率が低いという問題がある。さら
に、Pb青銅の粉末のコストが高いために、軸受の製造
コストも高くなる。又、基材の表面にPb青銅を直接鋳
込む方法もあるが、この場合、基材とPb青銅の密着性
は良好であるが、基材が熱変形して軸受自体の寸法精度
が低下する虞がある。特に、軸受の寸法が大きくなる
程、かかる熱変形の影響が大きくなるという問題があ
る。
【0008】一方、従来から基材の表面に対象物を肉盛
溶接する技術が知られている。しかしながら、Pb青銅
を基材に肉盛溶接した場合、蒸気圧の低いPbが選択的
に蒸発してブローホールが顕著に生じ、軸受部材である
Pb青銅の品質(摺動性や強度)が低下するという問題
がある。
溶接する技術が知られている。しかしながら、Pb青銅
を基材に肉盛溶接した場合、蒸気圧の低いPbが選択的
に蒸発してブローホールが顕著に生じ、軸受部材である
Pb青銅の品質(摺動性や強度)が低下するという問題
がある。
【0009】このように、Pb青銅を基材表面に形成さ
せて軸受を製造する従来技術は、いずれも、製造コスト
の低減、及び軸受の品質や寸法精度の向上を同時に図る
ことができないのが現状である。
せて軸受を製造する従来技術は、いずれも、製造コスト
の低減、及び軸受の品質や寸法精度の向上を同時に図る
ことができないのが現状である。
【0010】本発明は、Cu−Pb系軸受合金を軸受部
材として用いた軸受における上記した問題を解決し、製
造コストが低く、さらに品質と寸法精度に優れた軸受及
びその製造方法の提供を目的とする。
材として用いた軸受における上記した問題を解決し、製
造コストが低く、さらに品質と寸法精度に優れた軸受及
びその製造方法の提供を目的とする。
【0011】
【課題を解決するための手段】上記した目的を達成する
ために、本発明の第1の発明である請求項1に係る軸受
は、基材の表面にCu−Pb系軸受合金から成る軸受部
材をろう付接合して成り、該軸受部材のうち前記基材に
対向する面には、ろう材の拡散防止層が形成された構成
を備える。このような構成によれば、軸受部材にろう材
の拡散防止層が形成されているので、ろう付時の加熱に
よって軸受部材中のPb成分が溶融し、この部分にろう
材の融液が拡散して基材との接合面のろう材が不足する
こと(ろう切れ)が防止されるので、基材に軸受部材を
容易かつ確実に接合させることができる。
ために、本発明の第1の発明である請求項1に係る軸受
は、基材の表面にCu−Pb系軸受合金から成る軸受部
材をろう付接合して成り、該軸受部材のうち前記基材に
対向する面には、ろう材の拡散防止層が形成された構成
を備える。このような構成によれば、軸受部材にろう材
の拡散防止層が形成されているので、ろう付時の加熱に
よって軸受部材中のPb成分が溶融し、この部分にろう
材の融液が拡散して基材との接合面のろう材が不足する
こと(ろう切れ)が防止されるので、基材に軸受部材を
容易かつ確実に接合させることができる。
【0012】この発明においては、前記ろう付接合には
銀ろうが用いられていることが好ましい(請求項2)。
又、前記拡散防止層はCuまたはCu合金から成るめっ
き層であることが好ましい(請求項3)。
銀ろうが用いられていることが好ましい(請求項2)。
又、前記拡散防止層はCuまたはCu合金から成るめっ
き層であることが好ましい(請求項3)。
【0013】そして、本発明の第2の発明である請求項
4に係る軸受は、基材の表面に、真空下での熱間圧延に
よりCu−Pb系軸受合金から成る軸受部材を接合した
構成を備える。このような構成によれば、熱間接合時に
軸受部材中のPb成分が酸化して接合性を低下させるこ
とがないので、基材に軸受部材を容易かつ確実に接合さ
せることができる。
4に係る軸受は、基材の表面に、真空下での熱間圧延に
よりCu−Pb系軸受合金から成る軸受部材を接合した
構成を備える。このような構成によれば、熱間接合時に
軸受部材中のPb成分が酸化して接合性を低下させるこ
とがないので、基材に軸受部材を容易かつ確実に接合さ
せることができる。
【0014】本発明の第3の発明である請求項5に係る
軸受は、基材の表面に、加圧下での高周波抵抗加熱によ
りCu−Pb系軸受合金から成る軸受部材を接合した構
成を備える。このような構成によれば、高周波の抵抗加
熱によって基材と軸受部材の界面が短時間で溶融して両
者が接合されるので、軸受部材中のPb成分が酸化して
接合性を低下させることがなく、基材に軸受部材を容易
かつ確実に接合させることができる。又、抵抗加熱の
際、基材と軸受部材が加圧されているので、接合強度が
さらに向上する。
軸受は、基材の表面に、加圧下での高周波抵抗加熱によ
りCu−Pb系軸受合金から成る軸受部材を接合した構
成を備える。このような構成によれば、高周波の抵抗加
熱によって基材と軸受部材の界面が短時間で溶融して両
者が接合されるので、軸受部材中のPb成分が酸化して
接合性を低下させることがなく、基材に軸受部材を容易
かつ確実に接合させることができる。又、抵抗加熱の
際、基材と軸受部材が加圧されているので、接合強度が
さらに向上する。
【0015】さらに、上記した本発明の第1ないし第3
の発明において、前記軸受部材のうち、前記基材との接
合面と反対の面には、PbまたはPb合金から成る含浸
層が形成されていることが好ましい(請求項6)。又、
本発明に係る軸受は、スラスト軸受に用いられることが
好ましい(請求項7)。
の発明において、前記軸受部材のうち、前記基材との接
合面と反対の面には、PbまたはPb合金から成る含浸
層が形成されていることが好ましい(請求項6)。又、
本発明に係る軸受は、スラスト軸受に用いられることが
好ましい(請求項7)。
【0016】本発明の請求項8に係る軸受の製造方法
は、第1の発明の軸受を製造するための方法であり、基
材の表面に、Cu−Pb系軸受合金から成る軸受部材を
接合して行われ、前記軸受部材の一方の面にろう材の拡
散防止層を予め形成し、この軸受部材の当該一方の面を
所定のろう材を介して前記基材の表面に対向配置する第
1工程と、前記軸受部材と前記基材との対向面方向に加
圧した状態で、前記軸受部材と前記基材とを前記ろう材
の融点より高い温度に加熱してろう付を行う第2工程と
を有することを特徴とする。このような構成によれば、
ろう材の拡散防止層によりろう切れを防止するととも
に、ろう付の際に前記軸受部材と前記基材がその対向面
方向に加圧されているので、接合強度をさらに向上させ
ることができる。
は、第1の発明の軸受を製造するための方法であり、基
材の表面に、Cu−Pb系軸受合金から成る軸受部材を
接合して行われ、前記軸受部材の一方の面にろう材の拡
散防止層を予め形成し、この軸受部材の当該一方の面を
所定のろう材を介して前記基材の表面に対向配置する第
1工程と、前記軸受部材と前記基材との対向面方向に加
圧した状態で、前記軸受部材と前記基材とを前記ろう材
の融点より高い温度に加熱してろう付を行う第2工程と
を有することを特徴とする。このような構成によれば、
ろう材の拡散防止層によりろう切れを防止するととも
に、ろう付の際に前記軸受部材と前記基材がその対向面
方向に加圧されているので、接合強度をさらに向上させ
ることができる。
【0017】本発明の請求項9に係る軸受の製造方法
は、第2の発明の軸受を製造するための方法であり、基
材の表面に、Cu−Pb系軸受合金から成る軸受部材を
真空下で熱間圧延して接合することを特徴とする。本発
明の請求項10に係る軸受の製造方法は、第3の発明の
軸受を製造するための方法であり、基材の表面に、Cu
−Pb系軸受合金から成る軸受部材を接合して行われ、
前記軸受部材と前記基材とを一対の抵抗加熱ローラ間に
装入してその対向面方向に加圧した状態で、該抵抗加熱
ローラ間に高周波電流を流すことを特徴とする。さら
に、上記した請求項8ないし10に係る軸受の製造方法
において、前記軸受部材を前記基材に接合した後、該軸
受部材のうち前記基材との接合面と反対の面に、Pbま
たはPb合金から成る含浸層を形成することが好ましい
(請求項11)。
は、第2の発明の軸受を製造するための方法であり、基
材の表面に、Cu−Pb系軸受合金から成る軸受部材を
真空下で熱間圧延して接合することを特徴とする。本発
明の請求項10に係る軸受の製造方法は、第3の発明の
軸受を製造するための方法であり、基材の表面に、Cu
−Pb系軸受合金から成る軸受部材を接合して行われ、
前記軸受部材と前記基材とを一対の抵抗加熱ローラ間に
装入してその対向面方向に加圧した状態で、該抵抗加熱
ローラ間に高周波電流を流すことを特徴とする。さら
に、上記した請求項8ないし10に係る軸受の製造方法
において、前記軸受部材を前記基材に接合した後、該軸
受部材のうち前記基材との接合面と反対の面に、Pbま
たはPb合金から成る含浸層を形成することが好ましい
(請求項11)。
【0018】
【発明の実施の形態】まず、本発明の第1の発明に係る
軸受について、図1〜図3に基づいて説明する。図1に
おいて、軸受10は、段付リング状の基材2(例えば外
径約310mm、厚み約28.7mm)の内周部分の上
面に、リング状のCu−Pb系軸受合金から成る軸受部
材4(例えば外径約219mm、厚み約0.5mm)を
同心にろう付接合して成り、軸受10の中心部には所定
の軸穴が形成されている。軸受部材4の表面(摺動面)
には放射状に長円形の溝4aが複数個刻設され、溝4a
の内周側における底面には、潤滑油を供給する孔4bが
軸受部材4の下側の基材2を貫通して穿設されている。
又、溝4aの長辺のうち、軸の回転方向側における端面
は面取りされ、油逃げを形成している。さらに、軸受部
材4の外側における基材2の表面には、軸受10を所定
のバックリングに固定するための取付け孔が穿設されて
いる。この軸受10の断面図は、図2に示すようになっ
ている。
軸受について、図1〜図3に基づいて説明する。図1に
おいて、軸受10は、段付リング状の基材2(例えば外
径約310mm、厚み約28.7mm)の内周部分の上
面に、リング状のCu−Pb系軸受合金から成る軸受部
材4(例えば外径約219mm、厚み約0.5mm)を
同心にろう付接合して成り、軸受10の中心部には所定
の軸穴が形成されている。軸受部材4の表面(摺動面)
には放射状に長円形の溝4aが複数個刻設され、溝4a
の内周側における底面には、潤滑油を供給する孔4bが
軸受部材4の下側の基材2を貫通して穿設されている。
又、溝4aの長辺のうち、軸の回転方向側における端面
は面取りされ、油逃げを形成している。さらに、軸受部
材4の外側における基材2の表面には、軸受10を所定
のバックリングに固定するための取付け孔が穿設されて
いる。この軸受10の断面図は、図2に示すようになっ
ている。
【0019】図2において、基材2の周方向には所定の
段部が形成され、段部より外周側が高くなったカップ状
をなしている。そして、段部より内周側における基材2
の上面に、この内周部よりわずかに小径の軸受部材4が
基材2の外周側上面とほぼ面一に接合されている。な
お、この実施形態においては、基材2の内周側における
上面を基材の表面と称することとするが、以下に述べる
本発明における基材の表面はこれに限られることなく、
基材の断面形状に応じて規定されるものである。
段部が形成され、段部より外周側が高くなったカップ状
をなしている。そして、段部より内周側における基材2
の上面に、この内周部よりわずかに小径の軸受部材4が
基材2の外周側上面とほぼ面一に接合されている。な
お、この実施形態においては、基材2の内周側における
上面を基材の表面と称することとするが、以下に述べる
本発明における基材の表面はこれに限られることなく、
基材の断面形状に応じて規定されるものである。
【0020】基材2は、特に制限されることなく、例え
ば炭素鋼(JIS規格のS15C、S25C等)を用い
ることができる。軸受部材4は、Cu−Pb系軸受合金
から成り、これは一般にはPb青銅と称されるものであ
る。そして、詳しくは後述するが、このCu−Pb系合
金は、マトリクス中の空洞にPb成分が充填された組織
になっていて、このようにして分散したPbが潤滑作用
を呈している。具体的なCu−Pb系軸受合金の組成と
しては、例えばJIS規格に規定するLBC3(80%C
u−10%Sn−10%Pb)やLBC4等を挙げることが
できる。軸受部材4としては、上記成分から成る焼結材
を用いてもよく、又、溶製材を用いてもよいが、溶製材
の方が空孔が少なく、品質や強度に優れているので好ま
しい。
ば炭素鋼(JIS規格のS15C、S25C等)を用い
ることができる。軸受部材4は、Cu−Pb系軸受合金
から成り、これは一般にはPb青銅と称されるものであ
る。そして、詳しくは後述するが、このCu−Pb系合
金は、マトリクス中の空洞にPb成分が充填された組織
になっていて、このようにして分散したPbが潤滑作用
を呈している。具体的なCu−Pb系軸受合金の組成と
しては、例えばJIS規格に規定するLBC3(80%C
u−10%Sn−10%Pb)やLBC4等を挙げることが
できる。軸受部材4としては、上記成分から成る焼結材
を用いてもよく、又、溶製材を用いてもよいが、溶製材
の方が空孔が少なく、品質や強度に優れているので好ま
しい。
【0021】ろう付接合に用いるろう材としては、特に
制限はなく、軸受部材に用いるCu−Pb系軸受合金の
融点より低い融点を有する金属や合金を用いることがで
きる。この場合、軸受を実際に使用した際に軸受部材の
表面温度は約250〜300℃に達するが、軸受部材と
基材の接合界面は100℃程度であると考えられるの
で、100℃より高い融点の金属や合金を用いればよ
い。このようなものとしては、例えば、Sn、Pb−S
n合金(軟ろう)、Cu−Zn合金(黄銅ろう)、Ag
−Cu−Zn合金(銀ろう、例えばJISに規格するB
Ag−1)等が挙げられる。特に、銀ろうはそれ自体の
強度が高く、そのため、ろう付け後の接合強度を向上さ
せることができるので、銀ろうを用いることが好まし
い。又、Snを用いる場合、接合強度はそれ程高くない
ものの、比較的低温でろう付けを行うことができるの
で、ろう付けの際に軸受部材からPbが蒸発する度合を
大幅に低減させることができる。
制限はなく、軸受部材に用いるCu−Pb系軸受合金の
融点より低い融点を有する金属や合金を用いることがで
きる。この場合、軸受を実際に使用した際に軸受部材の
表面温度は約250〜300℃に達するが、軸受部材と
基材の接合界面は100℃程度であると考えられるの
で、100℃より高い融点の金属や合金を用いればよ
い。このようなものとしては、例えば、Sn、Pb−S
n合金(軟ろう)、Cu−Zn合金(黄銅ろう)、Ag
−Cu−Zn合金(銀ろう、例えばJISに規格するB
Ag−1)等が挙げられる。特に、銀ろうはそれ自体の
強度が高く、そのため、ろう付け後の接合強度を向上さ
せることができるので、銀ろうを用いることが好まし
い。又、Snを用いる場合、接合強度はそれ程高くない
ものの、比較的低温でろう付けを行うことができるの
で、ろう付けの際に軸受部材からPbが蒸発する度合を
大幅に低減させることができる。
【0022】この軸受10において、軸受部材4の下面
には、ろう材の拡散防止層8が形成され、この拡散防止
層8を介して軸受部材4と基材2がろう付接合され、ろ
う材層6が形成される。このように、軸受部材4の一方
の面(基材2に対向する面)に拡散防止層8が形成され
ていることが本発明の特徴である。拡散防止層8は次の
ような作用を有する。つまり、図3に示すように、軸受
部材4はCu−Pb系軸受合金から成り、CuがPbを
固溶しないためにマトリクス4c中の空洞にPb成分4
dが充填・分散された組織になっている。この場合、ろ
う付け時の加熱によってPb成分4dが溶融し、この部
分にろう材の融液が拡散していき、接合面のろう材が不
足する現象(ろう切れ)が生じて接合強度が低下する。
このようなことから、本発明では軸受部材4の表面に拡
散防止層を形成し、ろう材が軸受部材側に拡散してろう
切れが生じることを防止している。
には、ろう材の拡散防止層8が形成され、この拡散防止
層8を介して軸受部材4と基材2がろう付接合され、ろ
う材層6が形成される。このように、軸受部材4の一方
の面(基材2に対向する面)に拡散防止層8が形成され
ていることが本発明の特徴である。拡散防止層8は次の
ような作用を有する。つまり、図3に示すように、軸受
部材4はCu−Pb系軸受合金から成り、CuがPbを
固溶しないためにマトリクス4c中の空洞にPb成分4
dが充填・分散された組織になっている。この場合、ろ
う付け時の加熱によってPb成分4dが溶融し、この部
分にろう材の融液が拡散していき、接合面のろう材が不
足する現象(ろう切れ)が生じて接合強度が低下する。
このようなことから、本発明では軸受部材4の表面に拡
散防止層を形成し、ろう材が軸受部材側に拡散してろう
切れが生じることを防止している。
【0023】そして、このようにしてろう付けが行われ
ることにより、従来は困難であったCu−Pb系軸受合
金のろう付を高い接合強度で実現できる。特に、大面積
のろう付を行って軸受を製造する際に、上記した拡散防
止層を形成させる効果が大きくなる。つまり、本発明に
係る軸受は、基材に軸受部材を接合することにより容易
かつ確実に製造することができるので、製造コストが低
く、さらに軸受部材を鋳込み等で形成させる場合に比べ
てブローホール等が少ないために品質に優れ、さらに寸
法精度にも優れている。
ることにより、従来は困難であったCu−Pb系軸受合
金のろう付を高い接合強度で実現できる。特に、大面積
のろう付を行って軸受を製造する際に、上記した拡散防
止層を形成させる効果が大きくなる。つまり、本発明に
係る軸受は、基材に軸受部材を接合することにより容易
かつ確実に製造することができるので、製造コストが低
く、さらに軸受部材を鋳込み等で形成させる場合に比べ
てブローホール等が少ないために品質に優れ、さらに寸
法精度にも優れている。
【0024】この拡散防止層8に要求される特性として
は、ろう材の拡散係数が低いこと、ろう材より融点が高
いこと、及び軸受部材との密着性が良好なことが挙げら
れる。このような材料としては、例えばCuやNiを用
いることができる。特に、Cuは融点が高いとともに、
基材として鋼を用いたときに鋼中への拡散が少ないとい
う利点がある。さらに、製造の容易さを考慮すると、C
uまたはCu合金をめっきして拡散防止層8を形成する
ことが好ましい。なお、拡散防止層8をCuめっきで形
成した場合、その厚みを5〜30μm程度とするとよ
い。
は、ろう材の拡散係数が低いこと、ろう材より融点が高
いこと、及び軸受部材との密着性が良好なことが挙げら
れる。このような材料としては、例えばCuやNiを用
いることができる。特に、Cuは融点が高いとともに、
基材として鋼を用いたときに鋼中への拡散が少ないとい
う利点がある。さらに、製造の容易さを考慮すると、C
uまたはCu合金をめっきして拡散防止層8を形成する
ことが好ましい。なお、拡散防止層8をCuめっきで形
成した場合、その厚みを5〜30μm程度とするとよ
い。
【0025】なお、軸受部材4の上面(摺動面)には、
図2に示すようにPbまたはPb合金から成る含浸層1
2を形成させることが好ましい。この含浸層12は以下
の作用を有する。つまり、前述のように、軸受部材4は
マトリクス中の空洞にPb成分が充填された組織になっ
ている。そして、ろう付け時の加熱によって軸受部材4
からPb成分が蒸発し、摺動面側には空洞が残って若干
のブローホールとなって摺動性を低下させる虞がある。
そこで、このブローホールにPbまたはPb合金を含浸
させて含浸層12を形成させると、この含浸層に含まれ
るPbにより摺動性を回復させることができる。
図2に示すようにPbまたはPb合金から成る含浸層1
2を形成させることが好ましい。この含浸層12は以下
の作用を有する。つまり、前述のように、軸受部材4は
マトリクス中の空洞にPb成分が充填された組織になっ
ている。そして、ろう付け時の加熱によって軸受部材4
からPb成分が蒸発し、摺動面側には空洞が残って若干
のブローホールとなって摺動性を低下させる虞がある。
そこで、このブローホールにPbまたはPb合金を含浸
させて含浸層12を形成させると、この含浸層に含まれ
るPbにより摺動性を回復させることができる。
【0026】上記した第1の発明に係る軸受10は、図
4のようにして製造することができる。まず、例えば板
材や棒材から、リング状の基材2と軸受部材4とをそれ
ぞれ作製し、軸受部材4の一方の面に例えばCuめっき
から成る拡散防止層8を形成する。そして、基材2の上
面にフラックス14を適宜塗布し、箔状のろう材6aを
介して軸受部材4を基材2の上面に対向配置する(図4
(a))。この場合、軸受部材4の拡散防止層8側が基
材2に対向するようにする。フラックス14としては、
例えばHClとZnCl2の混合物や、ほう砂のペース
トを用いることができる。又、ろう材6aとしては上記
した箔状の他、ペースト状のものを基材2や軸受部材4
に塗布してもよい。
4のようにして製造することができる。まず、例えば板
材や棒材から、リング状の基材2と軸受部材4とをそれ
ぞれ作製し、軸受部材4の一方の面に例えばCuめっき
から成る拡散防止層8を形成する。そして、基材2の上
面にフラックス14を適宜塗布し、箔状のろう材6aを
介して軸受部材4を基材2の上面に対向配置する(図4
(a))。この場合、軸受部材4の拡散防止層8側が基
材2に対向するようにする。フラックス14としては、
例えばHClとZnCl2の混合物や、ほう砂のペース
トを用いることができる。又、ろう材6aとしては上記
した箔状の他、ペースト状のものを基材2や軸受部材4
に塗布してもよい。
【0027】次に、上記基材と軸受部材の積層体を例え
ば所定の電気炉又は自動ガス加熱装置に多数収容し、基
材を下側にして各軸受部材の上におもりを載せ、軸受部
材と基材との対向面方向に加圧して両者を密着させる。
この時の荷重は、2.9×104〜3.9×104Pa程
度とすればよい。そして、電気炉をできるだけ速やかに
昇温させて上記積層体の全体をろう材6aの融点より高
い温度に加熱してろう付を行う(図4(b))。例えば
銀ろう(融点約620℃)を用いた場合、加熱温度65
0℃で2〜10分程度保持してろう付を行えばよい。こ
のときの加熱パターンを図5に示す。なお、加熱雰囲気
は、例えば大気雰囲気とすればよいが、減圧や真空にす
ると、蒸気圧の低いPbが軸受部材から蒸発し易くなる
ので好ましくない。
ば所定の電気炉又は自動ガス加熱装置に多数収容し、基
材を下側にして各軸受部材の上におもりを載せ、軸受部
材と基材との対向面方向に加圧して両者を密着させる。
この時の荷重は、2.9×104〜3.9×104Pa程
度とすればよい。そして、電気炉をできるだけ速やかに
昇温させて上記積層体の全体をろう材6aの融点より高
い温度に加熱してろう付を行う(図4(b))。例えば
銀ろう(融点約620℃)を用いた場合、加熱温度65
0℃で2〜10分程度保持してろう付を行えばよい。こ
のときの加熱パターンを図5に示す。なお、加熱雰囲気
は、例えば大気雰囲気とすればよいが、減圧や真空にす
ると、蒸気圧の低いPbが軸受部材から蒸発し易くなる
ので好ましくない。
【0028】そして、ろう付の際の加熱によって軸受部
材4や基材2の表面に生じた酸化物を除去した後、必要
に応じて軸受部材4の摺動面に例えばPbの溶湯を流し
込み、摺動面のブローホールにPbを含浸させて含浸層
12を形成する(図4(c))。その後、含浸によって
摺動面に付着した余分なPbを適宜除去するとよい。さ
らに、軸受部材4の摺動面側にパンチを当てて鍛造を行
い、軸受部材4に生じたヒケやスを押し潰すと摺動性が
向上するので好ましい(図4(d))。このときの鍛造
は300℃程度の温間加工域で行うのが好ましい。又、
例えば鍛造前の軸受部材の厚みが約0.6mmの場合、
その厚みが約0.5mmになるまでの加工量で鍛造を行
うとよい。
材4や基材2の表面に生じた酸化物を除去した後、必要
に応じて軸受部材4の摺動面に例えばPbの溶湯を流し
込み、摺動面のブローホールにPbを含浸させて含浸層
12を形成する(図4(c))。その後、含浸によって
摺動面に付着した余分なPbを適宜除去するとよい。さ
らに、軸受部材4の摺動面側にパンチを当てて鍛造を行
い、軸受部材4に生じたヒケやスを押し潰すと摺動性が
向上するので好ましい(図4(d))。このときの鍛造
は300℃程度の温間加工域で行うのが好ましい。又、
例えば鍛造前の軸受部材の厚みが約0.6mmの場合、
その厚みが約0.5mmになるまでの加工量で鍛造を行
うとよい。
【0029】そして、溝4a、潤滑油の供給孔4b、及
び油逃げ等を機械加工により形成し、最終的な軸受10
の形状に仕上げる(図4(e))。次に、本発明の第2
の発明に係る軸受について、図6に基づいて説明する。
この軸受は、軸受部材と基材との接合方法が異なること
の他は、前記した第1の発明と同様であるのでその説明
を省略する。この軸受は図6に示す方法により製造され
る。
び油逃げ等を機械加工により形成し、最終的な軸受10
の形状に仕上げる(図4(e))。次に、本発明の第2
の発明に係る軸受について、図6に基づいて説明する。
この軸受は、軸受部材と基材との接合方法が異なること
の他は、前記した第1の発明と同様であるのでその説明
を省略する。この軸受は図6に示す方法により製造され
る。
【0030】図6において、それぞれ板状の基材2と軸
受部材4とを重ね合わせて圧延機20に装入し、1対の
圧延ローラ22、22により熱間圧延を行うことにより
軸受部材4を基材2に接合して接合板30を作製し、さ
らに接合板30に打抜き等の機械加工を施して最終形状
の軸受を製造する。この第2の発明においては、圧延機
20の内部に所定のヒータ24が配設されるとともに、
圧延機20が真空チャンバになっていて、真空下で熱間
圧延が行われることが特徴となっている。このようにす
ると、熱間圧延時に軸受部材4中のPb成分が酸化して
接合性を低下させることがないので、接合強度を向上さ
せることができる。つまり、基材に軸受部材を接合する
ことにより容易かつ確実に軸受を製造することができ
る。ここで、Pb成分の酸化を防止するためには、真空
度を13.3〜1333.2Pa程度とすることが好ま
しい。又、接合強度を向上させる点から、熱間圧延時の
温度を約800℃とすることが好ましい。この第2の発
明に係る軸受も、基材に軸受部材を接合して容易かつ確
実に製造できるので、製造コストの低減、及び品質と寸
法精度の向上を図ることができる。
受部材4とを重ね合わせて圧延機20に装入し、1対の
圧延ローラ22、22により熱間圧延を行うことにより
軸受部材4を基材2に接合して接合板30を作製し、さ
らに接合板30に打抜き等の機械加工を施して最終形状
の軸受を製造する。この第2の発明においては、圧延機
20の内部に所定のヒータ24が配設されるとともに、
圧延機20が真空チャンバになっていて、真空下で熱間
圧延が行われることが特徴となっている。このようにす
ると、熱間圧延時に軸受部材4中のPb成分が酸化して
接合性を低下させることがないので、接合強度を向上さ
せることができる。つまり、基材に軸受部材を接合する
ことにより容易かつ確実に軸受を製造することができ
る。ここで、Pb成分の酸化を防止するためには、真空
度を13.3〜1333.2Pa程度とすることが好ま
しい。又、接合強度を向上させる点から、熱間圧延時の
温度を約800℃とすることが好ましい。この第2の発
明に係る軸受も、基材に軸受部材を接合して容易かつ確
実に製造できるので、製造コストの低減、及び品質と寸
法精度の向上を図ることができる。
【0031】なお、第2の発明においても第1の発明と
同様に、軸受部材4と基材2とを接合した後に、軸受部
材4の摺動面にPb含浸層を形成させることが好まし
い。又、予め所定の形状に形成した基材2と軸受部材4
とを作製しておき、これらを熱間圧延して最終形状の軸
受を圧延時に直接製造してもよい。次に、本発明の第3
の発明に係る軸受について、図7に基づいて説明する。
この軸受についても、軸受部材と基材との接合方法が異
なることの他は、前記した第1及び第2の発明と同様で
あるのでその説明を省略する。この軸受は図7に示す方
法により製造される。
同様に、軸受部材4と基材2とを接合した後に、軸受部
材4の摺動面にPb含浸層を形成させることが好まし
い。又、予め所定の形状に形成した基材2と軸受部材4
とを作製しておき、これらを熱間圧延して最終形状の軸
受を圧延時に直接製造してもよい。次に、本発明の第3
の発明に係る軸受について、図7に基づいて説明する。
この軸受についても、軸受部材と基材との接合方法が異
なることの他は、前記した第1及び第2の発明と同様で
あるのでその説明を省略する。この軸受は図7に示す方
法により製造される。
【0032】図7において、それぞれ板状の基材2と軸
受部材4とを重ね合わせて抵抗加熱機40に装入し、抵
抗加熱を行うことにより軸受部材4を基材2に接合し、
得られた接合板50を適宜機械加工して最終形状の軸受
を製造する。抵抗加熱機40は、例えば銅ローラから成
る一対の抵抗加熱ローラ42、42を備え、各ローラは
それぞれ高周波電源44に電気的に接続されている。そ
して、高周波電源44によって各ローラ42、42間に
パルス状の電流が印加され、ローラ間に装入された基材
2と軸受部材4の間に電流が流れるようになっている。
そして、この際に基材2と軸受部材4の界面に抵抗熱が
生じてこの部分の材料が溶融し、接合が行われる。
受部材4とを重ね合わせて抵抗加熱機40に装入し、抵
抗加熱を行うことにより軸受部材4を基材2に接合し、
得られた接合板50を適宜機械加工して最終形状の軸受
を製造する。抵抗加熱機40は、例えば銅ローラから成
る一対の抵抗加熱ローラ42、42を備え、各ローラは
それぞれ高周波電源44に電気的に接続されている。そ
して、高周波電源44によって各ローラ42、42間に
パルス状の電流が印加され、ローラ間に装入された基材
2と軸受部材4の間に電流が流れるようになっている。
そして、この際に基材2と軸受部材4の界面に抵抗熱が
生じてこの部分の材料が溶融し、接合が行われる。
【0033】この第3の発明においては、高周波電流を
用いて抵抗加熱を行うことが特徴となっている。この場
合、上記界面には断続的に電流が流れ、界面近傍の材料
は抵抗熱によって溶融した後、直ちに凝固するので、軸
受部材中のPb成分が酸化することが防止される。又、
上記した溶融は基材と軸受部材との界面で生じるため、
溶融部が表面の空気で酸化されることも少なく、このこ
とによってもPb成分の酸化が防止されている。そし
て、抵抗加熱の際、各ローラ42、42によって基材2
と軸受部材4はその対向面方向に加圧されるので、接合
強度がさらに向上する。なお、上記した高周波抵抗加熱
を行った場合、基材2(軸受部材4)の長手方向にナゲ
ット状の溶接部分(溶融凝固部分)が多数連なり、その
結果として接合部分はほぼ連続的に(継ぎ目なく)形成
される。このように継ぎ目にない良好な接合部を得るた
めには、抵抗加熱時の高周波電流の周波数を10〜10
0kHz程度にすることが好ましい。又、十分な熱量を
上記界面に与えるため、抵抗加熱時の電力量を15〜3
0kW程度とすることが好ましい。
用いて抵抗加熱を行うことが特徴となっている。この場
合、上記界面には断続的に電流が流れ、界面近傍の材料
は抵抗熱によって溶融した後、直ちに凝固するので、軸
受部材中のPb成分が酸化することが防止される。又、
上記した溶融は基材と軸受部材との界面で生じるため、
溶融部が表面の空気で酸化されることも少なく、このこ
とによってもPb成分の酸化が防止されている。そし
て、抵抗加熱の際、各ローラ42、42によって基材2
と軸受部材4はその対向面方向に加圧されるので、接合
強度がさらに向上する。なお、上記した高周波抵抗加熱
を行った場合、基材2(軸受部材4)の長手方向にナゲ
ット状の溶接部分(溶融凝固部分)が多数連なり、その
結果として接合部分はほぼ連続的に(継ぎ目なく)形成
される。このように継ぎ目にない良好な接合部を得るた
めには、抵抗加熱時の高周波電流の周波数を10〜10
0kHz程度にすることが好ましい。又、十分な熱量を
上記界面に与えるため、抵抗加熱時の電力量を15〜3
0kW程度とすることが好ましい。
【0034】
【発明の効果】以上の説明で明らかなように、本発明の
第1の発明に係る軸受は、軸受部材にろう材の拡散防止
層が形成されているので、ろう付時の加熱によって軸受
部材中のPb成分が溶融してこの部分にろう材の融液が
拡散し、基材との接合面のろう材が不足すること(ろう
切れ)が防止され、その結果として接合強度の向上を図
ることができる。
第1の発明に係る軸受は、軸受部材にろう材の拡散防止
層が形成されているので、ろう付時の加熱によって軸受
部材中のPb成分が溶融してこの部分にろう材の融液が
拡散し、基材との接合面のろう材が不足すること(ろう
切れ)が防止され、その結果として接合強度の向上を図
ることができる。
【0035】又、本発明の第2の発明に係る軸受は、基
材の表面に、真空下での熱間圧延により軸受部材を接合
しているので、熱間圧延時に軸受部材中のPb成分が酸
化して接合性を低下させることがなく、接合強度の向上
を図ることができる。さらに、本発明の第3の発明に係
る軸受は、基材の表面に、加圧下での高周波抵抗加熱に
より軸受部材を接合しているので、抵抗加熱はきわめて
短時間で行われ、基材と軸受部材の界面での材料の溶融
もが短時間で終了するので、軸受部材中のPb成分が酸
化して接合性を低下させることがなく、接合強度の向上
を図ることができる。又、抵抗加熱の際、基材と軸受部
材が加圧されているので、接合強度をさらに向上させる
ことができる。
材の表面に、真空下での熱間圧延により軸受部材を接合
しているので、熱間圧延時に軸受部材中のPb成分が酸
化して接合性を低下させることがなく、接合強度の向上
を図ることができる。さらに、本発明の第3の発明に係
る軸受は、基材の表面に、加圧下での高周波抵抗加熱に
より軸受部材を接合しているので、抵抗加熱はきわめて
短時間で行われ、基材と軸受部材の界面での材料の溶融
もが短時間で終了するので、軸受部材中のPb成分が酸
化して接合性を低下させることがなく、接合強度の向上
を図ることができる。又、抵抗加熱の際、基材と軸受部
材が加圧されているので、接合強度をさらに向上させる
ことができる。
【0036】そして、以上のように本発明に係る軸受
は、いずれも基材に軸受部材を接合することにより容易
かつ確実に製造することができるので、製造コストが低
く、さらに軸受部材のブローホール等が少ないために品
質に優れ、さらに寸法精度にも優れている。
は、いずれも基材に軸受部材を接合することにより容易
かつ確実に製造することができるので、製造コストが低
く、さらに軸受部材のブローホール等が少ないために品
質に優れ、さらに寸法精度にも優れている。
【図1】 本発明の第1の発明に係る軸受を示す斜視図
である。
である。
【図2】 図1のA−A’線に沿う断面図である。
【図3】 軸受部材の組織を示す断面図である。
【図4】 本発明の第1の発明に係る軸受の製造方法を
示す工程図である。
示す工程図である。
【図5】 ろう付の際の加熱パターンを示す図である。
【図6】 本発明の第2の発明に係る軸受の製造方法を
示す図である。
示す図である。
【図7】 本発明の第3の発明に係る軸受の製造方法を
示す図である。
示す図である。
【図8】 従来のスラスト軸受を示す断面図である。
【図9】 過給機に従来のスラスト軸受を配設した状態
を示す図である。
を示す図である。
【図10】 従来の軸受の製造方法を示す図である。
2 基材 4 軸受部材 6 ろう材層 8 拡散防止層 10 軸受 12 含浸層 20 圧延機 40 抵抗加熱機
フロントページの続き (72)発明者 木村 昌敬 長崎県長崎市飽の浦町1番1号 三菱重工 業株式会社長崎造船所内 Fターム(参考) 3J011 BA08 CA01 DA01 DA02 KA03 SB03 SB05
Claims (11)
- 【請求項1】 基材の表面に、Cu−Pb系軸受合金か
ら成る軸受部材を接合して成る軸受であって、 前記軸受部材は前記基材にろう付接合され、かつ、該軸
受部材のうち前記基材に対向する面には、ろう材の拡散
防止層が形成されていることを特徴とする軸受。 - 【請求項2】 前記ろう付接合には銀ろうが用いられて
いることを特徴とする請求項1に記載の軸受。 - 【請求項3】 前記拡散防止層はCuまたはCu合金か
ら成るめっき層であることを特徴とする請求項1又は2
に記載の軸受。 - 【請求項4】 基材の表面に、Cu−Pb系軸受合金か
ら成る軸受部材を接合して成る軸受であって、 前記軸受部材は前記基材に、真空下での熱間圧延により
接合されていることを特徴とする軸受。 - 【請求項5】 基材の表面に、Cu−Pb系軸受合金か
ら成る軸受部材を接合して成る軸受であって、 前記軸受部材は前記基材に、加圧下での高周波抵抗加熱
により接合されていることを特徴とする軸受。 - 【請求項6】 前記軸受部材のうち、前記基材との接合
面と反対の面には、PbまたはPb合金から成る含浸層
が形成されていることを特徴とする請求項1ないし5の
いずれかに記載の軸受。 - 【請求項7】 スラスト軸受に用いられることを特徴と
する請求項1ないし6のいずれかに記載の軸受。 - 【請求項8】 基材の表面に、Cu−Pb系軸受合金か
ら成る軸受部材を接合する軸受の製造方法であって、 前記軸受部材の一方の面にろう材の拡散防止層を予め形
成し、この軸受部材の当該一方の面を所定のろう材を介
して前記基材の表面に対向配置する第1工程と、 前記軸受部材と前記基材との対向面方向に加圧した状態
で、前記軸受部材と前記基材とを前記ろう材の融点より
高い温度に加熱してろう付を行う第2工程とを有するこ
とを特徴とする軸受の製造方法。 - 【請求項9】 基材の表面に、Cu−Pb系軸受合金か
ら成る軸受部材を接合する軸受の製造方法であって、 前記軸受部材と前記基材とを真空下で熱間圧延して接合
することを特徴とする軸受の製造方法。 - 【請求項10】 基材の表面に、Cu−Pb系軸受合金
から成る軸受部材を接合する軸受の製造方法であって、 前記軸受部材と前記基材とを一対の抵抗加熱ローラ間に
装入してその対向面方向に加圧した状態で、該抵抗加熱
ローラ間に高周波電流を流すことを特徴とする軸受の製
造方法。 - 【請求項11】 請求項8ないし10のいずれかに記載
の軸受の製造方法において、 前記軸受部材を前記基材に接合した後、該軸受部材のう
ち前記基材との接合面と反対の面に、PbまたはPb合
金から成る含浸層を形成することを特徴とする軸受の製
造方法。
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---|---|---|---|
JP30765099A JP2001124084A (ja) | 1999-10-28 | 1999-10-28 | 軸受及びその製造方法 |
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JP30765099A JP2001124084A (ja) | 1999-10-28 | 1999-10-28 | 軸受及びその製造方法 |
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Cited By (3)
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---|---|---|---|---|
JP2002372050A (ja) * | 2001-06-15 | 2002-12-26 | Hitachi Ltd | 軸受の製造方法及び軸受 |
WO2014157650A1 (ja) * | 2013-03-29 | 2014-10-02 | 大豊工業株式会社 | アルミニウム合金、すべり軸受、およびすべり軸受の製造方法 |
CN105980687A (zh) * | 2014-02-25 | 2016-09-28 | 博格华纳公司 | 包括衬里轴承表面的推力轴承组件 |
-
1999
- 1999-10-28 JP JP30765099A patent/JP2001124084A/ja active Pending
Cited By (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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JP2002372050A (ja) * | 2001-06-15 | 2002-12-26 | Hitachi Ltd | 軸受の製造方法及び軸受 |
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CN105980687B (zh) * | 2014-02-25 | 2019-09-03 | 博格华纳公司 | 包括衬里轴承表面的推力轴承组件 |
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