JP2761672B2 - 内燃機関用軸と軸受の組み合わせ - Google Patents
内燃機関用軸と軸受の組み合わせInfo
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- JP2761672B2 JP2761672B2 JP2339298A JP33929890A JP2761672B2 JP 2761672 B2 JP2761672 B2 JP 2761672B2 JP 2339298 A JP2339298 A JP 2339298A JP 33929890 A JP33929890 A JP 33929890A JP 2761672 B2 JP2761672 B2 JP 2761672B2
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Description
【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は内燃機関用軸と軸受の組み合わせに関する。
従来、内燃機関用のクランク軸、アーム、シャフト等
の軸材料には、中炭素の機械構造用炭素鋼（例えばJIS
G S45〜55C）が用いられている。これら軸材料は、強靱
性と耐摩耗性を要求されるので、一般的に焼入れ焼もど
しを施した後、所定の形状に加工し、特に耐摩耗性の要
求される部位には表面硬化層を得るための焼入れ処理を
施して使用される。また、この軸材料に用いられる中炭
素の機械構造用炭素鋼の焼入れ焼もどし処理を省略する
ために、特公昭63-9006号公報の発明においては、少量
のＶを添加すると共に、熱間鍛造後の冷却速度を制御す
ることにより、所期の強度と耐摩耗性を得ている。
の軸材料には、中炭素の機械構造用炭素鋼（例えばJIS
G S45〜55C）が用いられている。これら軸材料は、強靱
性と耐摩耗性を要求されるので、一般的に焼入れ焼もど
しを施した後、所定の形状に加工し、特に耐摩耗性の要
求される部位には表面硬化層を得るための焼入れ処理を
施して使用される。また、この軸材料に用いられる中炭
素の機械構造用炭素鋼の焼入れ焼もどし処理を省略する
ために、特公昭63-9006号公報の発明においては、少量
のＶを添加すると共に、熱間鍛造後の冷却速度を制御す
ることにより、所期の強度と耐摩耗性を得ている。
一方、軸受用の材料としては、Sn系またはPb-Sn系の
いわゆるオーバレイ合金、あるいはAl-Sn系の軸受合金
（特公昭61-40297号公報、特公昭57-9618号公報）が使
用されている。
いわゆるオーバレイ合金、あるいはAl-Sn系の軸受合金
（特公昭61-40297号公報、特公昭57-9618号公報）が使
用されている。
しかし、前記の如く内燃機関用軸の製造において、表
面硬化層を得るための焼入れ処理を施すことにより、生
産性が著しく低下すると共に大量の加熱エネルギーを消
費することとなり、大幅なコストアップとなっている。
面硬化層を得るための焼入れ処理を施すことにより、生
産性が著しく低下すると共に大量の加熱エネルギーを消
費することとなり、大幅なコストアップとなっている。
そこで、表面硬化層を得るための焼入れ処理を施さな
いことが考えられる。しかし、軸材料に表面硬化層を得
るための焼入れを施さないで使用すると、軸の摩耗量が
増加し、軸表面の荒れが多く、かつ軸受側の摩耗が激し
くなる。これは、軸と軸受との摺動により、非焼入軸組
織中のフェライトが流動し、さらに長く流動したフェラ
イトは破断して軸表面から離脱するからである。その結
果、軸が荒れて、軸受を攻撃すると共に、その一部は異
物として軸受に埋没され、さらに軸を攻撃する。
いことが考えられる。しかし、軸材料に表面硬化層を得
るための焼入れを施さないで使用すると、軸の摩耗量が
増加し、軸表面の荒れが多く、かつ軸受側の摩耗が激し
くなる。これは、軸と軸受との摺動により、非焼入軸組
織中のフェライトが流動し、さらに長く流動したフェラ
イトは破断して軸表面から離脱するからである。その結
果、軸が荒れて、軸受を攻撃すると共に、その一部は異
物として軸受に埋没され、さらに軸を攻撃する。
本発明は焼入れ処理を施さない軸と軸受との組み合わ
せにおける前記のごとき問題点を解決すべくなされたも
のであって、軸表面の荒れが無く、軸および軸受の摩耗
量の少ない内燃機関用軸と軸受の組み合わせを提供する
ことを目的とする。
せにおける前記のごとき問題点を解決すべくなされたも
のであって、軸表面の荒れが無く、軸および軸受の摩耗
量の少ない内燃機関用軸と軸受の組み合わせを提供する
ことを目的とする。
本発明者等は、前記の問題点を解決するために、軸材
料のフェライトの量および粒径に着目し、種々の検討を
重ねた。また、軸受材の硬度と摩耗量との関係について
も、鋭意研究を重ねた。その結果、軸材料のフェライト
の面積率、粒径および硬さ、ならびに軸の全体硬さを所
定の範囲内に規制すると共に軸受材の硬度を所定の範囲
内に規制することにより、耐摩耗性に優れ、かつ相手攻
撃性が少ない、軸と軸受の組み合わせが得られることを
新たに知見して本発明を完成した。
料のフェライトの量および粒径に着目し、種々の検討を
重ねた。また、軸受材の硬度と摩耗量との関係について
も、鋭意研究を重ねた。その結果、軸材料のフェライト
の面積率、粒径および硬さ、ならびに軸の全体硬さを所
定の範囲内に規制すると共に軸受材の硬度を所定の範囲
内に規制することにより、耐摩耗性に優れ、かつ相手攻
撃性が少ない、軸と軸受の組み合わせが得られることを
新たに知見して本発明を完成した。
本発明の内燃機関用軸と軸受の組み合わせの第１発明
は、フェライト面積率で35％以下、フェライトの平均粒
径（水平方向最大弦長平均）が12μｍ以下、フェライト
硬さがHv160以上、全体硬さがHv230以上の表面組織を有
し、表面硬化層を得るための焼入れ処理を施していない
鋼よりなる軸と、表面硬さの平均がHv10〜30のSn系また
はPb-Sn系の軸受合金よりなる軸受とからなることを要
旨とする。
は、フェライト面積率で35％以下、フェライトの平均粒
径（水平方向最大弦長平均）が12μｍ以下、フェライト
硬さがHv160以上、全体硬さがHv230以上の表面組織を有
し、表面硬化層を得るための焼入れ処理を施していない
鋼よりなる軸と、表面硬さの平均がHv10〜30のSn系また
はPb-Sn系の軸受合金よりなる軸受とからなることを要
旨とする。
第２発明は、フェライトが面積率で35％以下、フェラ
イトの平均粒径（水平方向最大弦長平均）が12μｍ以
下、フェライト硬さがHv160以上、全体硬さがHv230以上
の表面組織を有し、表面硬化層を得るための焼入れ処理
を施していない鋼よりなる軸と、表面硬さの平均がHv38
〜53のAl-Sn系の軸受合金よりなる軸受とからなること
を要旨とする。
イトの平均粒径（水平方向最大弦長平均）が12μｍ以
下、フェライト硬さがHv160以上、全体硬さがHv230以上
の表面組織を有し、表面硬化層を得るための焼入れ処理
を施していない鋼よりなる軸と、表面硬さの平均がHv38
〜53のAl-Sn系の軸受合金よりなる軸受とからなること
を要旨とする。
本発明が適用される軸材料としては、例えばC;0.37〜
0.61％の中炭素の機械構造用炭素鋼であって、必要に応
じてV;0.05〜0.20％、Mn;1.50％以下、Cr;0.5％以下、S
i;1.0％以下が含有される他、被削性を改善する目的で
適量のPbまたはCa等が含有される鋼種等が考えられる。
0.61％の中炭素の機械構造用炭素鋼であって、必要に応
じてV;0.05〜0.20％、Mn;1.50％以下、Cr;0.5％以下、S
i;1.0％以下が含有される他、被削性を改善する目的で
適量のPbまたはCa等が含有される鋼種等が考えられる。
軸材料のフェライトが面積率で35％以下、好ましくは
25％以下とする。軸のフェライト面積率を35％以下とし
たのは、フェライト面積率が35％を越えるとフェライト
が流動し、軸の摩耗面積および摩耗量が増加するからで
ある。フェライトの面積率を25％以下とするとさらに好
ましい結果が得られる。
25％以下とする。軸のフェライト面積率を35％以下とし
たのは、フェライト面積率が35％を越えるとフェライト
が流動し、軸の摩耗面積および摩耗量が増加するからで
ある。フェライトの面積率を25％以下とするとさらに好
ましい結果が得られる。
フェライトの平均粒径（水平方向最大弦長平均）を12
μｍ以下としたのは、平均粒径が12μｍを越えると、耐
摩耗性が低下し軸表面が荒れて相手攻撃性が増大するか
らである。フェライトの平均粒径は好ましくは７μｍ以
下とする。７μｍとすることにより、さらに優れた結果
が得られる。
μｍ以下としたのは、平均粒径が12μｍを越えると、耐
摩耗性が低下し軸表面が荒れて相手攻撃性が増大するか
らである。フェライトの平均粒径は好ましくは７μｍ以
下とする。７μｍとすることにより、さらに優れた結果
が得られる。
また、軸材料の全体硬さをHv230以上とし、フェライ
トの硬さをHv160以上とすることが好ましく、全体硬さ
をHv250以上とし、フェライト硬さをHv180以上とするこ
とがより好ましい。軸材料全体およびフェライトの硬さ
を規制することにより、軸摩耗面積および軸受磨耗量が
低減するからである。軸材料の金属組織および硬さは、
軸材料の化学成分および熱間鍛造後の熱処理により、変
えることができる。また、特にＶ添加量を増すことによ
り、効果的にフェライト強化を図ることができる。
トの硬さをHv160以上とすることが好ましく、全体硬さ
をHv250以上とし、フェライト硬さをHv180以上とするこ
とがより好ましい。軸材料全体およびフェライトの硬さ
を規制することにより、軸摩耗面積および軸受磨耗量が
低減するからである。軸材料の金属組織および硬さは、
軸材料の化学成分および熱間鍛造後の熱処理により、変
えることができる。また、特にＶ添加量を増すことによ
り、効果的にフェライト強化を図ることができる。
本発明に使用されるSn系またはPb-Sn系の軸受合金
は、いわゆるオーバレイ合金と称されるものであって、
Sn系では例えばSn-3Cu、Pb-Sn系では例えばPb-10Sn-9In
等が用いられる。この合金の表面硬さの平均をHv10〜30
としたのは、Hv10未満になると軸受の摩耗が激しくなる
からであり、Hv30を越えると軸材料のフェライトを流動
させて焼付を起こすからである。より好ましくはHv12〜
35である。
は、いわゆるオーバレイ合金と称されるものであって、
Sn系では例えばSn-3Cu、Pb-Sn系では例えばPb-10Sn-9In
等が用いられる。この合金の表面硬さの平均をHv10〜30
としたのは、Hv10未満になると軸受の摩耗が激しくなる
からであり、Hv30を越えると軸材料のフェライトを流動
させて焼付を起こすからである。より好ましくはHv12〜
35である。
また、Al-Sn系軸受合金は、Al-15Snをベースとしてこ
れに第３元素としてPb、Bi、In、Cu、Mg、Cr、Zr、Mn、
Ｖ、Sb、Nb、Mo、Co、Ti、Sr等を添加するものであっ
て、好ましくは軸受合金中に硬質物が４％以下含有さ
れ、さらに好ましくは硬質物の平均粒径が６μｍ以下の
ものである。この合金の表面硬さの平均をHv38〜53とし
たのは、Hv38未満になると軸受の摩耗が激しくなるから
であり、Hv53を越えると軸材料のフェライトを流動させ
て焼付を起こすからである。より好ましくはHv40〜50で
ある。
れに第３元素としてPb、Bi、In、Cu、Mg、Cr、Zr、Mn、
Ｖ、Sb、Nb、Mo、Co、Ti、Sr等を添加するものであっ
て、好ましくは軸受合金中に硬質物が４％以下含有さ
れ、さらに好ましくは硬質物の平均粒径が６μｍ以下の
ものである。この合金の表面硬さの平均をHv38〜53とし
たのは、Hv38未満になると軸受の摩耗が激しくなるから
であり、Hv53を越えると軸材料のフェライトを流動させ
て焼付を起こすからである。より好ましくはHv40〜50で
ある。
フェライトが面積率で35％以下、フェライトの平均粒
径が12μｍ以下、フェライト硬さがHv160以上、全体硬
さがHv230以上に規制した軸と、表面硬さの平均がHv10
〜30に規制したオーバレイ合金よりなる軸受または表面
硬さの平均がHv38〜53のAl-Sn系の軸受合金よりなる軸
受とを組み合わせて使用することにより、軸の摩耗、荒
れ、軸受の摩耗を低減でき、そのため焼付を防止するこ
とができたので、軸の表面硬化層を得るための焼入れ処
理を廃止できる。
径が12μｍ以下、フェライト硬さがHv160以上、全体硬
さがHv230以上に規制した軸と、表面硬さの平均がHv10
〜30に規制したオーバレイ合金よりなる軸受または表面
硬さの平均がHv38〜53のAl-Sn系の軸受合金よりなる軸
受とを組み合わせて使用することにより、軸の摩耗、荒
れ、軸受の摩耗を低減でき、そのため焼付を防止するこ
とができたので、軸の表面硬化層を得るための焼入れ処
理を廃止できる。
これは、軸の金属組織中の流動を起こし易いフェライ
ト部の量と粒径を規制し、さらに必要に応じて硬さを硬
くすることにより、フェライトが流動しにくくなったた
めである。また、相手軸受の硬さが高いと相対すべりに
より、軸のフェライトを流動し易くなるのであるが、軸
受の硬さを適度に選択することにより、軸のフェライト
の流動の少ない軸と軸受の組み合わせとすることができ
た。
ト部の量と粒径を規制し、さらに必要に応じて硬さを硬
くすることにより、フェライトが流動しにくくなったた
めである。また、相手軸受の硬さが高いと相対すべりに
より、軸のフェライトを流動し易くなるのであるが、軸
受の硬さを適度に選択することにより、軸のフェライト
の流動の少ない軸と軸受の組み合わせとすることができ
た。
本発明の実施例を示し、本発明の効果を明らかにす
る。
る。
（実施例１） Cu-22Pbからなる下地に、Pb-8Sn-6Inのオーバレイ合
金をめっきした軸受を用い、相手材である軸のフェライ
ト面積率、フェライト平均粒系および硬さを種々変化さ
せたものと組み合わせて、耐摩耗試験を行った。
金をめっきした軸受を用い、相手材である軸のフェライ
ト面積率、フェライト平均粒系および硬さを種々変化さ
せたものと組み合わせて、耐摩耗試験を行った。
なお、耐摩耗試験は、回転荷重試験機を用いて下記の
条件にて行った。
条件にて行った。
軸回転数:8000r.p.m 面圧 :300kgf/mm2 時間 :3時間 オイル :1010-30 得られた結果は、第１図（ａ）にフェライト面積率と
軸摩耗面積との関係線図として、第１図（ｂ）にフェラ
イト面積率と軸受摩耗量との関係線図として、第２図
（ａ）にフェライト平均粒径と軸摩耗面積との関係線図
として、第２図（ｂ）にフェライト平均粒径と軸受摩耗
量との関係線図として、第３図（ａ）にフェライト硬さ
と軸摩耗面積の関係線図として、第３図（ｂ）にフェラ
イト硬さと軸受摩耗量の関係線図としてそれぞれ示し
た。
軸摩耗面積との関係線図として、第１図（ｂ）にフェラ
イト面積率と軸受摩耗量との関係線図として、第２図
（ａ）にフェライト平均粒径と軸摩耗面積との関係線図
として、第２図（ｂ）にフェライト平均粒径と軸受摩耗
量との関係線図として、第３図（ａ）にフェライト硬さ
と軸摩耗面積の関係線図として、第３図（ｂ）にフェラ
イト硬さと軸受摩耗量の関係線図としてそれぞれ示し
た。
第１図（ａ）および第１図（ｂ）より明らかなよう
に、フェライト面積率が35％以下になると、軸摩耗面
積、軸受摩耗量共に急激に低下することが確認された。
また、第２図（ａ）および第２図（ｂ）に示したよう
に、フェライト平均粒径が12μｍ以下になると、軸摩耗
面積、軸受摩耗量共に急激に低下することが判明した。
に、フェライト面積率が35％以下になると、軸摩耗面
積、軸受摩耗量共に急激に低下することが確認された。
また、第２図（ａ）および第２図（ｂ）に示したよう
に、フェライト平均粒径が12μｍ以下になると、軸摩耗
面積、軸受摩耗量共に急激に低下することが判明した。
さらに、第３図（ａ）および第３図（ｂ）に示したよ
うに、軸の全体硬さがHv230以上になると軸摩耗面積、
軸受摩耗量共に急激に低下することが確認された。第３
図（ａ）に示したように、フェライトの硬さがHv160以
上になると、軸摩耗面積が減少した。
うに、軸の全体硬さがHv230以上になると軸摩耗面積、
軸受摩耗量共に急激に低下することが確認された。第３
図（ａ）に示したように、フェライトの硬さがHv160以
上になると、軸摩耗面積が減少した。
（実施例２） Pb-Sn系オーバレイ合金の組成および熱処理を適宜選
択して第４図に示す範囲の硬さを有する軸受を調製し、
フェライト面積率24.8％、フェライト平均粒径6.3μｍ
の軸と組み合わせて、実施例１と同じ方法で耐摩耗試験
を行った。
択して第４図に示す範囲の硬さを有する軸受を調製し、
フェライト面積率24.8％、フェライト平均粒径6.3μｍ
の軸と組み合わせて、実施例１と同じ方法で耐摩耗試験
を行った。
得られた結果は、第４図（ａ）に軸受材の硬さと軸摩
耗面積との関係線図として、第４図（ｂ）に軸受材の硬
さと軸受摩耗量の関係線図として示した。
耗面積との関係線図として、第４図（ｂ）に軸受材の硬
さと軸受摩耗量の関係線図として示した。
第４図（ａ）および第４図（ｂ）に示したように、軸
受材の硬さがHv10である場合に、軸摩耗面積は少ないも
のの軸受摩耗量がやや多く、軸受材の硬さがHv30まで増
加すると、軸摩耗面積は微増に止まるのに対し、軸受摩
耗量は急減する。その結果、軸のフェライト面積率35％
以下、フェライト平均粒径12μｍ以下の場合に、Pb-Sn
系軸受の硬さをHv10〜30とすることにより、耐摩耗性の
優れた組み合わせが得られることが確認された。
受材の硬さがHv10である場合に、軸摩耗面積は少ないも
のの軸受摩耗量がやや多く、軸受材の硬さがHv30まで増
加すると、軸摩耗面積は微増に止まるのに対し、軸受摩
耗量は急減する。その結果、軸のフェライト面積率35％
以下、フェライト平均粒径12μｍ以下の場合に、Pb-Sn
系軸受の硬さをHv10〜30とすることにより、耐摩耗性の
優れた組み合わせが得られることが確認された。
（実施例３） 第１表に示す化学成分を有する軸材料を熱間鍛造する
ことにより、軸を製造した。なお、第１表において、Ｆ
およびＧについては、熱間鍛造後、焼入れ焼もどし処理
を施したのち、高周波焼入れ処理を施したものである。
得られた軸について、フェライト面積率、フェライト平
均粒径、全体硬さ、フェライト硬さを測定したところ、
第２表に示すような結果を得た。
ことにより、軸を製造した。なお、第１表において、Ｆ
およびＧについては、熱間鍛造後、焼入れ焼もどし処理
を施したのち、高周波焼入れ処理を施したものである。
得られた軸について、フェライト面積率、フェライト平
均粒径、全体硬さ、フェライト硬さを測定したところ、
第２表に示すような結果を得た。
この軸を、第２表に示す組成および硬さを有する軸受
とそれぞれ組み合わせて、実施例１に記載したと同じ耐
摩耗試験を行い、軸摩耗量および軸受摩耗量を測定し、
得られた結果を第２表に併せて示した。
とそれぞれ組み合わせて、実施例１に記載したと同じ耐
摩耗試験を行い、軸摩耗量および軸受摩耗量を測定し、
得られた結果を第２表に併せて示した。
第２表に示した結果から明らかなように、比較例１は
軸受材の硬さがHv7と低かったので、軸受摩耗量が50.0m
gと極めて高かった。また、比較例２は軸受材の硬さがH
v35と高かったため、逆に軸摩耗面積が12.7×10-3mm2と
高かった。フェライト面積率が38％、フェライト平均粒
径が13μｍといずれも本発明の範囲外であった比較例３
〜５は、軸の荒れによる相手攻撃性により、軸受摩耗量
が32.5〜48.0mgと高く、軸摩耗面積も軸受硬さHv22の比
較例４で13.3×10-3mm2、Hv35の比較例５で15.5×10-3m
m2と高かった。
軸受材の硬さがHv7と低かったので、軸受摩耗量が50.0m
gと極めて高かった。また、比較例２は軸受材の硬さがH
v35と高かったため、逆に軸摩耗面積が12.7×10-3mm2と
高かった。フェライト面積率が38％、フェライト平均粒
径が13μｍといずれも本発明の範囲外であった比較例３
〜５は、軸の荒れによる相手攻撃性により、軸受摩耗量
が32.5〜48.0mgと高く、軸摩耗面積も軸受硬さHv22の比
較例４で13.3×10-3mm2、Hv35の比較例５で15.5×10-3m
m2と高かった。
これに対して本発明例である記号Ａ〜E4−２は、軸摩
耗面積は5.5〜10.0×10-3mm2、軸受摩耗量は17.0〜36.0
mgであって、高周波焼入れ処理を施した記号ＦおよびＧ
と比較しても、同等あるいはそれ以上の耐摩耗性を示
し、本発明の効果が確認できた。
耗面積は5.5〜10.0×10-3mm2、軸受摩耗量は17.0〜36.0
mgであって、高周波焼入れ処理を施した記号ＦおよびＧ
と比較しても、同等あるいはそれ以上の耐摩耗性を示
し、本発明の効果が確認できた。
なお、第５図は実施例３の軸摩耗面積と軸受摩耗量と
の関係を示す関係線図であるが、第５図からも、本発明
の実施例は比較例１〜５と比較しても、軸摩耗面積と軸
受摩耗量共に著しく改善されていることが一目で判断さ
れる。
の関係を示す関係線図であるが、第５図からも、本発明
の実施例は比較例１〜５と比較しても、軸摩耗面積と軸
受摩耗量共に著しく改善されていることが一目で判断さ
れる。
（実施例４） A1-13Sn-1.8Pb-3Si-1Cu-0.3Crからなる組成のAl-Sn系
軸受合金を軸受として加工し、フェライト面積率、フェ
ライト平均粒径および硬さを種々変化させた中炭素の機
械構造用炭素鋼からなる軸と組み合わせて、耐摩耗試験
を行った。
軸受合金を軸受として加工し、フェライト面積率、フェ
ライト平均粒径および硬さを種々変化させた中炭素の機
械構造用炭素鋼からなる軸と組み合わせて、耐摩耗試験
を行った。
なお、耐摩耗試験は、回転荷重試験機を用いて下記の
条件にて行った。
条件にて行った。
軸回転数:8000r.p.m 面圧 :300kgf/mm2 時間 :3時間 オイル :1010-30 得られた結果は、第６図（ａ）にフェライト面積率と
軸摩耗面積との関係線図として、第６図（ｂ）にフェラ
イト面積率と軸受摩耗量との関係線図として、第７図
（ａ）にフェライト平均粒径と軸摩耗面積との関係線図
として、第７図（ｂ）にフェライト平均粒径と軸受摩耗
量との関係線図として、第８図（ａ）にフェライト硬さ
と軸摩耗面積の関係線図として、第８図（ｂ）にフェラ
イト硬さと軸受摩耗量の関係線図としてそれぞれ示し
た。なお、第６図〜第８図において、○はフェライトを
強化しなかった通常材であり、●はフェライトを強化し
た本発明例である。
軸摩耗面積との関係線図として、第６図（ｂ）にフェラ
イト面積率と軸受摩耗量との関係線図として、第７図
（ａ）にフェライト平均粒径と軸摩耗面積との関係線図
として、第７図（ｂ）にフェライト平均粒径と軸受摩耗
量との関係線図として、第８図（ａ）にフェライト硬さ
と軸摩耗面積の関係線図として、第８図（ｂ）にフェラ
イト硬さと軸受摩耗量の関係線図としてそれぞれ示し
た。なお、第６図〜第８図において、○はフェライトを
強化しなかった通常材であり、●はフェライトを強化し
た本発明例である。
第６図（ａ）より明らかなように、フェライトを強化
しなかった通常材は、フェライト面積率が10％辺りから
軸摩耗面積が急増したのに対し、本発明例はフェライト
面積率が10〜35％の範囲において、低い水準で微増する
に止まった。また、第６図（ｂ）より明らかなように、
フェライトを強化しなかった通常材は、急傾斜で軸受摩
耗量が増加するのに対し、本発明例はフェライト面積率
が10〜30％の範囲において、それより低い水準で微増す
るに止まった。以上の結果より、フェライト面積率35％
以下において、所期の効果が得られることが確認され
た。
しなかった通常材は、フェライト面積率が10％辺りから
軸摩耗面積が急増したのに対し、本発明例はフェライト
面積率が10〜35％の範囲において、低い水準で微増する
に止まった。また、第６図（ｂ）より明らかなように、
フェライトを強化しなかった通常材は、急傾斜で軸受摩
耗量が増加するのに対し、本発明例はフェライト面積率
が10〜30％の範囲において、それより低い水準で微増す
るに止まった。以上の結果より、フェライト面積率35％
以下において、所期の効果が得られることが確認され
た。
第７図（ａ）より明らかなように、フェライトを強化
しなかった通常材は、フェライト平均粒径が４μｍ辺り
から軸摩耗面積が急増したのに対し、本発明例はフェラ
イト面積率が２〜10μｍの範囲において、低い水準で微
増するに止まった。また、第７図（ｂ）より明らかなよ
うに、フェライトを強化しなかった通常材は、急傾斜で
軸受摩耗量が増加するのに対し、本発明例はフェライト
平均粒度が４〜10μｍのの範囲において、それより低い
水準で微増するに止まった。以上の結果より、フェライ
ト平均粒径が12μｍ以下において、所期の効果が得られ
ることが確認された。
しなかった通常材は、フェライト平均粒径が４μｍ辺り
から軸摩耗面積が急増したのに対し、本発明例はフェラ
イト面積率が２〜10μｍの範囲において、低い水準で微
増するに止まった。また、第７図（ｂ）より明らかなよ
うに、フェライトを強化しなかった通常材は、急傾斜で
軸受摩耗量が増加するのに対し、本発明例はフェライト
平均粒度が４〜10μｍのの範囲において、それより低い
水準で微増するに止まった。以上の結果より、フェライ
ト平均粒径が12μｍ以下において、所期の効果が得られ
ることが確認された。
さらに、第８図（ａ）および第８図（ｂ）に示したよ
うに、軸の全体硬さがHv230以上になると軸摩耗面積、
軸受摩耗量共に急激に低下することが確認された。第８
図（ａ）に示したように、フェライトの硬さがHv160以
上になると、軸摩耗面積が減少した。
うに、軸の全体硬さがHv230以上になると軸摩耗面積、
軸受摩耗量共に急激に低下することが確認された。第８
図（ａ）に示したように、フェライトの硬さがHv160以
上になると、軸摩耗面積が減少した。
（実施例５） Al-12Sn-2.8SiをベースとするAl-Sn系軸受合金の組成
および熱処理を適宜選択して第９図に示す範囲の硬さを
有する軸受を調製し、フェライト面積率24.8％、フェラ
イト平均粒径6.3μｍ、全体硬さHv235、フェライト硬さ
Hv158の軸と組み合わせて、実施例４と同じ方法で耐摩
耗試験を行った。
および熱処理を適宜選択して第９図に示す範囲の硬さを
有する軸受を調製し、フェライト面積率24.8％、フェラ
イト平均粒径6.3μｍ、全体硬さHv235、フェライト硬さ
Hv158の軸と組み合わせて、実施例４と同じ方法で耐摩
耗試験を行った。
得られた結果は、第９図（ａ）に軸受材の硬さと軸摩
耗面積との関係線図として、第９図（ｂ）に軸受材の硬
さと軸受摩耗量の関係線図として示した。
耗面積との関係線図として、第９図（ｂ）に軸受材の硬
さと軸受摩耗量の関係線図として示した。
第９図（ａ）および第９図（ｂ）に示したように、軸
受材の硬さがHv38である場合に、軸摩耗面積は少ないも
のの軸受摩耗量がやや多く、軸受材の硬さがHv60まで増
加すると、軸摩耗面積は暫増するのに対し、軸受摩耗量
はHv53までに急減する。その結果、軸のフェライト面積
率35％以下、フェライト平均粒径12μｍ以下の場合に、
Al-Sn系軸受合金の硬さをHv38〜53とすることにより、
耐摩耗性の優れた組み合わせが得られることが確認され
た。
受材の硬さがHv38である場合に、軸摩耗面積は少ないも
のの軸受摩耗量がやや多く、軸受材の硬さがHv60まで増
加すると、軸摩耗面積は暫増するのに対し、軸受摩耗量
はHv53までに急減する。その結果、軸のフェライト面積
率35％以下、フェライト平均粒径12μｍ以下の場合に、
Al-Sn系軸受合金の硬さをHv38〜53とすることにより、
耐摩耗性の優れた組み合わせが得られることが確認され
た。
なお、参考までにAl-12Sn-1Cu-0.2CrをベースとするA
l-Sn系軸受合金のSi含有量を０〜６％の範囲で変化させ
て時空を調製し、フェライト面積率24.8％、フェライト
平均粒径6.3μｍ、全体硬さHv235、フェライト硬さHv15
8の軸と組み合わせて、実施例４と同じ方法で耐摩耗試
験を行い、軸摩耗面積および軸受摩耗量を測定し、結果
を第10図（ａ）および第10図（ｂ）に示した。
l-Sn系軸受合金のSi含有量を０〜６％の範囲で変化させ
て時空を調製し、フェライト面積率24.8％、フェライト
平均粒径6.3μｍ、全体硬さHv235、フェライト硬さHv15
8の軸と組み合わせて、実施例４と同じ方法で耐摩耗試
験を行い、軸摩耗面積および軸受摩耗量を測定し、結果
を第10図（ａ）および第10図（ｂ）に示した。
第10図の結果より、Si含有量が４％以下の範囲におい
て、耐焼付性および耐摩耗性の優れた軸と軸受の組み合
わせが得られることが判明した。
て、耐焼付性および耐摩耗性の優れた軸と軸受の組み合
わせが得られることが判明した。
（実施例６） 実施例３で製造した軸を、第３表に示す組成、硬さ、
硬質物量、硬質物粒径を有するAl-Sn系合金からなる軸
受とそれぞれ組み合わせて、実施例４に記載したと同じ
耐摩耗試験を行い、軸摩耗面積量および軸受摩耗量を測
定し、得られた結果を第３表に併せて示した。
硬質物量、硬質物粒径を有するAl-Sn系合金からなる軸
受とそれぞれ組み合わせて、実施例４に記載したと同じ
耐摩耗試験を行い、軸摩耗面積量および軸受摩耗量を測
定し、得られた結果を第３表に併せて示した。
第３表に示した結果から明らかなように、比較例１お
よび２は軸受材の硬さがHv55〜58と高かったので、軸摩
耗面積が12.5〜12.6×10-3mm2と極めて高かった。ま
た、フェライト面積率が38％、フェライト平均粒径が13
μｍといずれも本発明の範囲外であった比較例３〜５
は、軸の荒れによる相手攻撃性により、軸受摩耗量が2.
4〜2.9mgと高く、軸摩耗面積も11.6〜14.3×10-3mm2と
高かった。
よび２は軸受材の硬さがHv55〜58と高かったので、軸摩
耗面積が12.5〜12.6×10-3mm2と極めて高かった。ま
た、フェライト面積率が38％、フェライト平均粒径が13
μｍといずれも本発明の範囲外であった比較例３〜５
は、軸の荒れによる相手攻撃性により、軸受摩耗量が2.
4〜2.9mgと高く、軸摩耗面積も11.6〜14.3×10-3mm2と
高かった。
これに対して本発明例である記号Ａ〜E4−２は、軸摩
耗面積は5.5〜8.7×10-3mm2、軸受摩耗量は0.5〜2.5mg
であって、高周波焼入れ処理を施した記号ＦおよびＧと
比較しても、同等あるいはそれ以上の耐摩耗性を示し、
本発明の効果が確認できた。
耗面積は5.5〜8.7×10-3mm2、軸受摩耗量は0.5〜2.5mg
であって、高周波焼入れ処理を施した記号ＦおよびＧと
比較しても、同等あるいはそれ以上の耐摩耗性を示し、
本発明の効果が確認できた。
なお、第11図は実施例６の軸摩耗面積と軸受摩耗量と
の関係を示す関係線図であるが、第11図からも、本発明
の実施例は比較例１〜５と比較しても、軸摩耗面積と軸
受摩耗量共に著しく改善されていることが一目で判断さ
れる。
の関係を示す関係線図であるが、第11図からも、本発明
の実施例は比較例１〜５と比較しても、軸摩耗面積と軸
受摩耗量共に著しく改善されていることが一目で判断さ
れる。
本発明の内燃機関用軸と軸受の組み合わせは以上詳述
したように、フェライトが面積率で35％以下、フェライ
トの平均粒径が12μｍ以下、フェライト硬さがHv160以
上、全体硬さがHv230以上に規制した軸と、表面硬さの
平均がHv10〜30に規制したオーバレイ合金よりなる軸受
または表面硬さの平均がHv38〜53のAl-Sn系の軸受合金
よりなる軸受とを組み合わせて使用することにより、軸
の摩耗、荒れ、軸受の摩耗を低減でき、そのため焼付を
防止することができたので、軸の焼入れ処理を廃止する
ことができると共に、生産性を向上し、熱エネルギーの
節減が可能である。
したように、フェライトが面積率で35％以下、フェライ
トの平均粒径が12μｍ以下、フェライト硬さがHv160以
上、全体硬さがHv230以上に規制した軸と、表面硬さの
平均がHv10〜30に規制したオーバレイ合金よりなる軸受
または表面硬さの平均がHv38〜53のAl-Sn系の軸受合金
よりなる軸受とを組み合わせて使用することにより、軸
の摩耗、荒れ、軸受の摩耗を低減でき、そのため焼付を
防止することができたので、軸の焼入れ処理を廃止する
ことができると共に、生産性を向上し、熱エネルギーの
節減が可能である。
第１図（ａ）はフェライト面積率と軸摩耗面積との関係
線図、第１図（ｂ）はフェライト面積率と軸受摩耗量と
の関係線図、第２図（ａ）はフェライト平均粒径と軸摩
耗面積との関係線図、第２図（ｂ）はフェライト平均粒
径と軸受摩耗量との関係線図、第３図（ａ）はフェライ
ト硬さと軸摩耗面積の関係線図、第３図（ｂ）はフェラ
イト硬さと軸受摩耗量の関係線図、第４図（ａ）は軸受
材の硬さと軸摩耗面積との関係線図、第４図（ｂ）は軸
受材の硬さと軸受摩耗量の関係線図、第５図は実施例３
の軸摩耗面積と軸受摩耗量との関係を示す関係線図、第
６図（ａ）はフェライト面積率と軸摩耗面積との関係線
図、第６図（ｂ）はフェライト面積率と軸受摩耗量との
関係線図、第７図（ａ）はフェライト平均粒径と軸摩耗
面積との関係線図、第７図（ｂ）はフェライト平均粒径
と軸受摩耗量との関係線図、第８図（ａ）はフェライト
硬さと軸摩耗面積の関係線図、第８図（ｂ）はフェライ
ト硬さと軸受摩耗量の関係線図、第９図（ａ）は軸受材
の硬さと軸摩耗面積との関係線図、第９図（ｂ）は軸受
材の硬さと軸受摩耗量の関係線図、第10図（ａ）はAl-S
n系軸受合金のSi含有量と軸摩耗面積との関係線図、第1
0図（ｂ）はAl-Sn系軸受合金のSi含有量と軸受摩耗量と
の関係線図、第11図は実施例６の軸摩耗面積と軸受摩耗
量との関係を示す関係線図である。
線図、第１図（ｂ）はフェライト面積率と軸受摩耗量と
の関係線図、第２図（ａ）はフェライト平均粒径と軸摩
耗面積との関係線図、第２図（ｂ）はフェライト平均粒
径と軸受摩耗量との関係線図、第３図（ａ）はフェライ
ト硬さと軸摩耗面積の関係線図、第３図（ｂ）はフェラ
イト硬さと軸受摩耗量の関係線図、第４図（ａ）は軸受
材の硬さと軸摩耗面積との関係線図、第４図（ｂ）は軸
受材の硬さと軸受摩耗量の関係線図、第５図は実施例３
の軸摩耗面積と軸受摩耗量との関係を示す関係線図、第
６図（ａ）はフェライト面積率と軸摩耗面積との関係線
図、第６図（ｂ）はフェライト面積率と軸受摩耗量との
関係線図、第７図（ａ）はフェライト平均粒径と軸摩耗
面積との関係線図、第７図（ｂ）はフェライト平均粒径
と軸受摩耗量との関係線図、第８図（ａ）はフェライト
硬さと軸摩耗面積の関係線図、第８図（ｂ）はフェライ
ト硬さと軸受摩耗量の関係線図、第９図（ａ）は軸受材
の硬さと軸摩耗面積との関係線図、第９図（ｂ）は軸受
材の硬さと軸受摩耗量の関係線図、第10図（ａ）はAl-S
n系軸受合金のSi含有量と軸摩耗面積との関係線図、第1
0図（ｂ）はAl-Sn系軸受合金のSi含有量と軸受摩耗量と
の関係線図、第11図は実施例６の軸摩耗面積と軸受摩耗
量との関係を示す関係線図である。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 ＦＩ Ｆ１６Ｃ 33/12 Ｆ１６Ｃ 33/12 Ｚ // Ｃ２１Ｄ 9/30 Ｃ２１Ｄ 9/30 Ａ 9/40 9/40 Ａ (72)発明者 不破 良雄 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 前田 千芳利 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 安田 茂 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 熱海 富昭 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 伊藤 英二 愛知県豊田市トヨタ町１番地 トヨタ自 動車株式会社内 (72)発明者 神谷 荘司 愛知県豊田市緑ケ丘３丁目65番地 大豊 工業株式会社内 (72)発明者 山田 晃 愛知県豊田市緑ケ丘３丁目65番地 大豊 工業株式会社内 (72)発明者 野村 一衛 愛知県東海市荒尾町ワノ割１番地 愛知 製鋼株式会社内 (56)参考文献 特開 昭55−158218（ＪＰ，Ａ) 特開 昭63−203721（ＪＰ，Ａ) 特開 昭48−49622（ＪＰ，Ａ) 特公 昭57−9618（ＪＰ，Ｂ２)
Claims (2)
- 【請求項１】フェライトが面積率で35％以下、フェライ
トの平均粒径（水平方向最大弦長平均）が12μｍ以下、
フェライト硬さがHv160以上、全体硬さがHv230以上の表
面組織を有し、表面硬化層を得るための焼入れ処理を施
してない鋼よりなる軸と、表面硬さの平均がHv10〜30の
Sn系またはPb-Sn系の軸受合金よりなる軸受とからなる
ことを特徴とする内燃機関用軸と軸受の組み合わせ。 - 【請求項２】フェライトが面積率で35％以下、フェライ
トの平均粒径（水平方向最大弦長平均）が12μｍ以下、
フェライト硬さがHv160以上、全体硬さがHv230以上の表
面組織を有し、表面硬化層を得るための焼入れ処理を施
してない鋼よりなる軸と、表面硬さの平均がHv38〜53の
Al-Sn系の軸受合金よりなる軸受とからなることを特徴
とする内燃機関用軸と軸受の組み合わせ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2339298A JP2761672B2 (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | 内燃機関用軸と軸受の組み合わせ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP2339298A JP2761672B2 (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | 内燃機関用軸と軸受の組み合わせ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04210117A JPH04210117A (ja) | 1992-07-31 |
| JP2761672B2 true JP2761672B2 (ja) | 1998-06-04 |
Family
ID=18326134
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2339298A Expired - Fee Related JP2761672B2 (ja) | 1990-11-30 | 1990-11-30 | 内燃機関用軸と軸受の組み合わせ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2761672B2 (ja) |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS4849622A (ja) * | 1971-10-26 | 1973-07-13 | ||
| JPS55158218A (en) * | 1979-05-25 | 1980-12-09 | Daido Steel Co Ltd | Production of crankshaft |
| JPS5846411B2 (ja) * | 1980-06-20 | 1983-10-17 | 白麦米株式会社 | 着色麺類自動定数投入装置 |
| JPS63203721A (ja) * | 1987-02-18 | 1988-08-23 | Kobe Steel Ltd | 耐水素誘起割れ性及び耐応力腐食割れ性にすぐれる熱延鋼板の製造方法 |
-
1990
- 1990-11-30 JP JP2339298A patent/JP2761672B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH04210117A (ja) | 1992-07-31 |
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