JP2575814B2 - 多層摺動材料 - Google Patents

多層摺動材料

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Description

【発明の詳細な説明】 （産業上の利用分野） この発明は、自動車、船舶、農業機械等、特に内燃機
関類の軸受として、特に非焼付特性に優れた多層摺動材
料、更に詳しくは厚肉の銀または銀合金メツキ層付き多
層摺動材料に関する。
（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
金付銅基合金軸受層の内表面に直接または中間ダム層を
介して鉛基合金系表面層を電気メツキしたものが一般的
に用いられてきた。この中間ダム層の役割は、直接電気
メツキされた表面層の場合、エンジン油温の上昇ととも
に表面層中の錫またはインジウムが熱拡散により下地の
銅合金中へ拡散を生じるのを防ぐものである。すなわ
ち、表面層中の錫またはインジウムが銅合金中へ拡散し
てしまうと、鉛合金表面層は、その耐腐食性および耐摩
耗性を極端に低下してしまうため、通常、その加算防止
層としてニツケル、銀、コバルト、鉄等の電気メツキを
通常、0.5〜３ミクロンの薄肉厚さに電気メツキをして
使用する。また、銀については、古くから航空機用軸受
として、鋼の上に銀メツキを0.1〜0.3mmの極薄肉厚さに
設け、さらにその上に鉛または鉛合金の表面層を施した
ものもある。ただし、この場合は、銀と鋼の接着を確保
するために３〜４段階に分けて、0.1〜0.3mmの厚さに電
気メツキする必要があつた。
（発明が解決しようとする課題） 最近、特に乗用車等小型用ガソリンまたはデイーゼル
エンジンは、高速回転側となり、それゆえエンジン軸受
は、より一層の非焼付特性、耐摩耗特性、および耐疲労
特性の向上が必要となつてきた。従来から存在する鉛合
金表面層付き三層銅系合金では、特に、高速回転時に、
油温上昇による鉛合金表面層が早期に流動摩耗を生じ、
さらに中間ダム層にニツケルを用いたものは、ニツケル
層の表面への露出により、直接にシヤフトとニツケル層
とが金属接触を生じた時点で、かじり焼きつきが発生す
る場合が、しばしばあつた。もちろん、この中間ダム層
が無い場合は、前述のごとく、錫またはインジウムの拡
散により、表面層の腐食または摩耗の問題が生ずる。
中間ダム層の成分として、銀は、ニツケル、コバル
ト、鉄に比べて比較的柔らかく、また、シヤフトの主成
分である鉄との化合物をつくらないため、非焼付特性に
優れ、表面層磨滅時の、かじりは、大幅に改善される
が、0.5〜３ミクロンの厚さの範囲内では、残念ながら
ニツケル等に比べ拡散を阻止するダム効果が弱く、ま
た、高速回転時の非焼付特性に大幅な改善効果を見いだ
せるものではない。
この発明は、上記従来技術の欠点を解消した多層摺動
材料を得ることを目的とする。
（課題を解決するための手段） 上記目的を達成する本願発明の多層摺動材料は、鋼裏
金層、鋼裏金層に接合された銅基合金軸受層、該軸受層
に接合され且つ３ミクロンを越え50ミクロンまでの範囲
の厚さを有する銀または銀合金メッキ層、該メッキ層に
接合された鉛基合金表面層からなる。シヤフトの高速回
転時に生ずる鉛合金表面層の流動摩耗は、従来に比べて
軸受周辺の温度が高いことに起因するものであり、特に
鉛合金のごとき低融点金属は、たとえ摂氏10度の温度上
昇においても、極めてその機械的性質の低下に敏感に影
響するものである。
従つて、最近のエンジン油温は、従来の摂氏130度近
辺に比べて摂氏150度〜170度まで上昇するものもあり、
一層温度上昇にたいする対策を講ずる必要が生じてきた
のである。そこで軸受表面に発生する摩擦熱をいかには
やく表面層から外へ追いやるかが最も重要な要件であ
り、それを左右するものが熱伝導度である。各金属の熱
伝導度は、鉛−10wt％錫合金が0.085、銅−23wt％鉛−
3.5wt％錫合金が0.18、鉄−0.1wt％Ｃ合金が0.16、ニツ
ケルが0.22、銀が1.0（単位CAL/CMSEC・度Ｃ）であり、
中でも銀は実用金属中、最高の熱伝導度をもつ。したが
つて、ある程度の厚さの銀を表面層のすぐ下にメツキす
ることにより、摩擦熱をより早く下地合金に移動させる
ことにより、表面層の流動を防ぐことができることが、
理論のみならず、実際の試験によつても確認できた。た
だし、この銀メツキ層の厚さが３ミクロン以下では、摩
擦熱の分散効果が弱く、また、銀層の早期摩耗による損
傷も生じやすい。
また、50ミクロン以上の場合、材料費およびメツキ製
造費用ともに高価となり、経済上、実用が困難である。
したがつて、性能とコストのバランス上、この銀メツキ
厚さは決定されるものであり、より好ましい厚さは４〜
20ミクロンである。そのためにも、この発明は、銅系軸
受合金上に銀メツキ層を設けることを特徴としたもの
で、銀メツキ層がたとえ摩滅しても、さらに下地の銅合
金が軸受合金の役割を供するものである。この点が、航
空機エンジン等に従来使用された鋼裏金−銀メツキ層−
鉛表面層の３層軸受と根本的に異なる点であり、性能
上、および経済上からも、この発明品の方が優位である
ことがいえる。なお、この銅合金軸受層の厚さは、0.15
mmから0.5mmの厚さが好ましいが、大型エンジン用の場
合、さらに厚い場合もありうる。軸受構造上、よりこの
ましくは、この下地の銅合金の硬度が銀のビツカース硬
度50〜70よりも高いものを選択することである。そのた
めにも、例えば、銅−3.5wt％錫−23wt％鉛、または銅
−3.5wt％錫−17wt％鉛のごとき、鉛青銅は、ビツカー
ス硬度70〜100あり、適しているものといえる。また、
この銀メツキ層は、良好な熱伝導度を持つ軸受金属とし
ての役割のほかに、もうひとつ前述のダムの役割を演ず
る。このダム効果という視点からも、このメツキ厚さ
は、厚いほうが良く、３ミクロンを越えた厚さのもの
は、それ以下のものより、拡散防止効果が大きい。な
お、銀層は、純銀以外に銀−鉛、銀−インジウム、銀−
タリウム等の銀合金メツキ層も有効である。つぎに、表
面層の成分であるが、通常の３層軸受に使用されるもの
は、ほとんど適用できる。すなわち鉛−インジウム、鉛
−インジウム−銅、鉛−錫−銅、鉛−錫−インジウム、
鉛−錫−インジウム−銅等の成分が上げられるが、この
発明者らは、錫を含む場合は、その含有量が８％以下、
好ましくは５％未満でないと、その性能が十分に発揮し
得ないことを見いだした。すなわち錫が８％を越えると
高温度条件において、錫が銀層に拡散し、時間の経過と
ともに接着力の低下を生ずる。また、表面層の厚さは、
３ミクロンから50ミクロンが適当であり、３ミクロンよ
り小さいと表面層としての効果が期待できず、また、50
ミクロンを越える場合、その耐疲労性、耐荷重性に問題
を生じる。この場合の多層摺動材料に含まれる、いわゆ
る多層軸受材料は、また、その表面に２ミクロン以下の
厚さで錫系または鉛系のフラツシユメツキ層を付けるこ
とができる。特に、防錆を必要とする適用に有効であ
る。
（実施例） この発明品の性能を評価するために、製造した実施方
法は、まず、鋼裏金に軸受層用鉛青銅の粉末を焼結−圧
延法にて接着し、バイメタルを製造した。鉛青銅合金と
しては、銅−23wt％鉛−3.5wt％錫合金を使用したが、
もちろん、これ以外の銅−鉛合金や、銅−錫合金、銅−
鉛−錫合金を使用することもできる。
つぎにこのバイメタルを軸受性能試験用サイズの半割
軸受形状にプレス加工し、所定の寸法に機械加工して、
仕上げた。このときの、鉛青銅合金中間層の厚さは0.25
ミリメートルであつた。仕上がつた製品の内面に、溶剤
脱脂、アルカリ電解脱脂、酸洗、の工程を経て、銀メツ
キにより銀メツキ層を設けた。銀メツキは、シアン浴を
用い、電流密度0.5〜２アンペア／平方デシメートルに
て、第２表に示されている各種厚さを電気メツキにより
設けた。つぎに、この銀メツキ層の上に、各種の鉛合金
を棚弗化浴にて、第２表に示すいろいろの厚さにメツキ
した。また、防錆のためのフラツシユメツキ層は、純
錫、純鉛、鉛−10wt％錫合金のうちのいずれかを使用し
棚弗化浴にて１〜２ミクロンの厚さで設けた。
（発明の効果） まず、第１表に、銀の非焼付特性を確認するため、鉛
系表面層を施さない半割軸受を使用して、試験を行つ
た。焼付試験は、摂氏100度に予熱したSAE20番の潤滑油
を用い、回転数2000回転とし、１時間無負荷にて、なら
し運転後、オイルを毎分20C.C.に絞り、100キログラム
F./平方センチメートルに負荷を与え、その後、10分間
毎に、50キログラムF./平方センチメートルずつ、累積
荷重をかけていき、軸受背面温度が摂氏200度を越える
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。この第１表からニツケルに比べ、銀の非焼
付特性が一段と優れることがわかつた。
つぎに、鉛表面層をつけたものについて、同様の試験
結果を第２表にしめす。
下地軸受合金、軸材質、シヤフト径は、上記試験に同
じである。第２表から厚肉銀メツキ層が優れた作用効果
をもたらすのが判明した。ニツケルを使用した場合、銀
メツキ層の厚さが薄い場合および鉛合金表面層の薄い場
合を示す比較例は、いずれもこの発明品と比較して作用
効果が劣ることがわかつた。
第３表に表面層の接着強度の摂氏165度における経時
変化をしめす。接着強度は、ハンダ合金を表面に鋳込ん
で、引張試験にかけたものである。第３表から表面層中
の錫の多いものは、経時変化により、接着強度が低下す
ることが良くわかつた。以上、述べたように、この発明
品は、特に、非焼付特性の優れた軸受材料であり、特
に、高速高荷重を受ける小型デイーゼルエンジンや、タ
ーボチヤージヤー付エンジンの軸受に適したものであ
る。
また錫フラツシユメツキ層を厚さ２ミクロン、１ミク
ロン、0.5ミクロン及びフラツシユメツキ層なしのもの
の防錆試験の結果、錫フラツシユメツキ層が１〜２ミク
ロンの厚さで設けられたものは、軸受背面に錆の発生が
１年以上生じなかつた。0.5ミクロンの厚さの錫フラツ
シユメツキ層のものは約７ケ月で錆が僅か発生した。フ
ラツシユメツキ層のないものは、防錆油を用いないと半
月〜１ケ月以内に軸受背面に錆が発生した。すなわち軸
受がエンジンに組み入れられるまでの期間（保証期間）
が長いものは、錫フラツシユメツキ層の付与が防錆のた
めに有効である。なおフラツシユメツキ層のないもの
は、防錆油の塗布で防錆することができる。
【図面の簡単な説明】 添付図はこの発明による多層摺動材料の断面を概略を示
した断面図である。 １は鋼裏金層、２は軸受層、３は銀あるいは銀合金メツ
キ層、４は表面層を示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 石川 日出夫 愛知県小牧市大字南外山1828番地の７ (56)参考文献 特開 昭54−65121（ＪＰ，Ａ) 登録実用新案354096（ＪＰ，Ｚ１)

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】鋼裏金層と、鋼裏金層に接合された銅基合
    金軸受層と、該軸受層に接合され且つ３ミクロンを越え
    50ミクロンまでの範囲の厚さを有する銀または銀合金メ
    ッキ層と、鉛−インジウム合金、鉛−インジウム−銅合
    金、鉛−８重量％以下の錫合金、鉛−８重量％以下の錫
    −銅合金、鉛−８重量％以下の錫−インジウム合金、及
    び鉛−８重量％以下の錫−インジウム−銅合金から成る
    群から選択された１つの合金からなり、３ミクロンから
    50ミクロンまでの範囲の厚さであり且つ該メッキ層に接
    合された表面層とからなる多層摺動材料。
  2. 【請求項２】多層摺動材料の内外面に２ミクロン以下の
    厚さの錫基合金または鉛基合金のフラッシュメッキ層を
    有する、請求の範囲第１項による多層摺動材料。
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