JP3383058B2 - アルミニウム合金軸受の製造方法 - Google Patents

アルミニウム合金軸受の製造方法

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【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、アルミニウム合金軸受
の製造方法に関するものであり、さらに詳しく述べるな
らば、半円弧状裏金の内側面にアルミニウム軸受合金層
が接合された半製品を製造し、その後半製品をエッチン
グ液と接触させてアルミニウム軸受合金層の表面を粗面
化処理し、粗面化された表面にオーバレイを施すアルミ
ニウム合金軸受の製造方法の改良に関するものである。
【0002】
【従来の技術】内燃機関の軸受、例えばコンロッド軸受
などの内燃機関の軸受に使用されるアルミニウム合金軸
受は、鋼板などの裏金にアルミニウム合金圧延板もしく
は鋳造板を圧延と熱処理により圧接して製造されること
は周知である。また、アルミニウム合金軸受は高負荷あ
るいは高出力のガソリンエンジンもしくはディーゼルエ
ンジン等の用途では、Niめっきバリアーを介してSn
もしくはPb系オーバレイを施して使用されることも周
知である。
【0003】また、軸受用アルミニウム合金には一般に
Snを添加しており、場合によりPb,In,Biなど
の軟質金属を添加してなじみ性、潤滑性、耐焼付性を添
加することも周知である。また、軸受性能をさらに改良
するために本出願人が提案したように、Si,Cr,M
o,W,Feなどの硬質金属添加(特開昭58−678
41,58−64332,58−64334号公報)な
どが提案されている。軸受用アルミニウム合金には、必
要に応じてCuやMg等の強化元素を加えることもあ
る。
【0004】本出願人は、アルミニウム軸受合金層の表
面をエッチングして粗面化することによりオーバレイ層
の密着性を高めることを国際公開公報WO92/018
72号において提案した。さらに、粗面化された凹凸面
にオーバレイ層を形成した後、表面研摩を行い摺動面に
オーバレイのPb等とバリアーメッキNiをまだらに表
す方法も提案した(米国特許第5071263号)。
【0005】粗面化エッチングにおいては、アルミニウ
ム合金を梨地にするためのエッチングも適用できるが、
Sn相を溶解するアルカリエッチングが好ましく適用さ
れる。さらに本出願人が国際公開公報WO92/018
72号で示したように酸エッチングとアルカリエッチン
グを組み合わせる方法により、酸によりアルミニウムの
酸化物を除去しかつアルカリによりSnなどの二次相を
選択的にエッチングすることができる。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上述した粗面化処理
は、裏金とアルミニウム軸受合金が接合されたバイメタ
ルを半円弧状に加工した状態で行われる。この際、まず
プレス加工、機械加工などに由来する油、ごみ、金属片
などの異物が付着した円弧状半製品を脱脂洗浄した後、
これら円弧状半製品を多数連続的にタンクを通過させる
浸漬エッチングにより粗面化処理が行われる。
【0007】粗面化処理によりアルミニウム合金層表面
にはスマットが発生する。オーバレイめっきの前にはス
マットを除去しなければならないが、特に粗面化された
凹部中に埋込まれているスマットはスプレー水洗などの
物理的方法ではほとんど除去できないので化学的方法に
よりスマットを分解除去する方法が採用される。従来は
クロム酸−硫酸系液あるいは硝酸−弗酸系液によりスマ
ットを除去していた。しかしながら、スマット除去に伴
って裏金が大きく侵食され、JIS D3102に規定
されている軸受の高さ公差が大きく変動した。
【0008】図4において、1は半円弧状軸受半製品、
2は裏金、3はアルミニウム合金軸受層であるが、軸受
半製品1の全面が脱スマット処理液と接触すると、端面
はa,bの長さだけ侵食され、また裏金2は厚さcだけ
侵食される。その後軸受半製品1をハウジング4(図5
参照)に組み込むと、軸受高さは当初のものより軸受高
さがa+b+c×π(πは円周率)分減少する。
【0009】軸受高さは、半円弧状半製品1の1対を円
弧状組み合わせるときの締め代に関係し、締め代が過大
であると半製品1の突き合わせ面あるいはその近傍で軸
受が変形して軸と強く当たって焼付が起こり易くなり、
さらに極端な場合にはハウジングが変形する。逆に締め
代が過小であると軸受はハウジングに密着しないので、
突き合わせ面で内側に折れ曲がる、軸受が摺動中に位置
ずれを起こすなどの不良が起こって焼付が起こり易くな
る。
【0010】したがって、脱スマット処理により軸受高
さが大きく変動することは締め代の著しい変動を招くと
いう問題がある。ところが、従来はスマットを除去する
ために強力は分解作用をもつ弗酸あるいはクロム酸を使
用していたために裏金は著しく侵食されかつ侵食量の変
動も大きいことが分かった。
【0011】
【課題を解決するための手段】本発明は、このような問
題点を解決することにより軸受高さ不良を少なくするも
のであり、半円弧状裏金の内側面にアルミニウム軸受合
金層が接合された半製品をエッチング液と接触させてア
ルミニウム軸受合金層の表面を粗面化処理し、粗面化さ
れた表面にオーバレイを施すアルミニウム合金軸受の製
造方法において、粗面化処理後でかつオーバレイを施す
前に、りん酸と、クロム酸及びふっ酸以外の鉱酸とより
実質的になる脱スマット処理液と前記半製品を接触させ
ることを特徴とするアルミニウム合金軸受の製造方法に
関するものである。以下、本発明の構成をより詳しく説
明する。
【0012】本発明は、脱スマット処理液を改良するこ
とにより、裏金の侵食量を少なくしかつ侵食量の処理バ
ッチ毎の変動が少なくしつつスマットを効率的に除去で
きるようにしたものであり、そのため弗酸とクロム酸を
実質的に含まない鉱酸、例えば硝酸、塩酸などを使用し
てスマットを分解し、かつこれらの酸の侵食作用を弱く
しかつ被処理材面に均一に作用させるためにりん酸を使
用することを特徴とするものである。鉱酸のなかでは硝
酸が特に好ましい。りん酸としてはオルトりん酸を使用
するが、10重量%以下の縮合りん酸を混合した混合酸
を使用してもよい。
【0013】脱スマット処理条件は、特に限定するもの
ではないが、10〜50℃が好ましく、浸漬処理の場合
は浸漬時間は30〜300秒であることが好ましい。な
お、室温で浸漬処理してもよい。また、スプレー処理を
用いてもよい。
【0014】本発明法による脱スマット処理では軸受高
さの見込み減少量は約10〜15μmである。すなわ
ち、スマットを十分に除去する間に上記の範囲で軸受材
料が侵食される。この範囲の値と軸受高さの製品規格範
囲を考慮して円弧状半製品の脱スマット処理前の加工精
度を定める。なお、軸受粗さの程度などに応じてスマッ
トの量も変化するので、脱スマット処理中の軸受高さも
変化するが、上記した方法により軸受高さの製品規格を
満たすことができる。脱スマット処理に先立って行われ
る粗面化処理における軸受高さの減少は、アルカリ処理
のみを行うときは実質的にない。Snなどの二次相に選
択的に反応してAl、Feなどとの反応が少なく軸受高
さの減少量が少ない上記液を使用することが必要であ
る。また、粗面化処理は電解エッチングにより行うこと
もできる。
【0015】脱スマット処理後は適量な水で水洗を行い
次いで乾燥を行う。粗面化処理後は通常の処理を行い、
例えばNiめっきなどのバリヤー層を施した後にオーバ
レイめっきを施す。またNiめっきの前にZn置換めっ
きを施してもよい。
【0016】脱スマット処理液中のりん酸の濃度は20
〜80重量%、硝酸の濃度は0.5〜40重量%で
る。好ましくはりん酸の濃度は50〜80重量%、硝酸
の濃度は2〜15重量%である。より好ましくはりん酸
の濃度は60〜70重量%、硝酸の濃度は4〜8重量%
である。
【0017】脱スマット処理液は20重量%以下の含窒
素有機化合物を含有することができる。これにより亜硝
酸ガスの発生を防止できる。含窒素有機化合物は20重
量%以下の複素還化合物、100g/l以下の尿素を用
いるとよい。複素環化合物はピリジン、トリアミトリア
ジン、ジシアノジアミド、ジシアノジアミジンなどを使
用することができ、発泡によりスマットを泡とともに除
去するものである。複素環化合物の好ましい含有量は
0.1〜10重量%であり、より好ましくは0.5〜5
重量%である。尿素の好ましい含有量は30〜80g/
lであり、より好ましくは40〜60g/lである。こ
れらを併用してもよい。
【0018】脱スマット処理液は10重量%以下の金属
塩をさらに含有することができる。金属塩は、脱スマッ
ト処理液中でイオン化するなどして、処理液を安定化す
るものである。金属塩は硫酸塩、硝酸塩などを使用する
ことができ、金属としてはCu,Sn,Al,Niなど
を使用することができる。好ましくは金属塩の濃度は1
〜5重量%である。
【0019】脱スマット処理液は、上記成分を含む水溶
液であってもよく、あるいは水などの溶媒がなく上記成
分のみからなるものでもよい。
【0020】アルミニウム軸受合金は、組成が限定され
ずあらゆる組成のものを本発明により脱スマット処理す
ることができる。しかし、好ましくは、通常の梨地面よ
りは大きい凹凸面を摺動特性向上に利用できるアルミニ
ウム軸受合金を処理することが好ましい。例えば、S
n,Pbの少なくとも1種から実質的になる二次相を分
散しているアルミニウム合金がこれに該当する。特にこ
れらの元素の含有量が1〜30重量%であることが好ま
しい。さらに、Cr,Si,Cuの少なくとも1種を含
有していもよい。
【0021】また、粗面化処理によりアルミニウム合金
軸受層の表面粗さも限定するものではないが、1〜10
μmRzとすることが好ましい。より好ましくは2〜
7.5μmRzとするとよい。
【0022】
【作用】従来の30g/lクロム酸−100〜300g
/l硫酸系脱スマット処理液を用いた方法と、本発明の
70重量%りん酸−6重量%硝酸系脱スマット処理液を
用いた方法によりスマットを処理した。なお、スマット
の発生量は自然乾燥後の重量で1〜10mg/cm2 で
あった。代表的には約4mg/cm2 であった。スマッ
ト除去の効果を目視で判定したところ、両方法いずれも
差がなく、後工程の処理を施すと良好は品質が得られる
ことが分かった。
【0023】脱スマット処理前後の軸受高さの変化を、
本発明法については図1に、従来法については図2にそ
れぞれ示す。これらの図は、本発明法によると軸受高さ
の減少量もそのばらつき(σ)も著しく少なくなること
を示している。また、従来法であると軸受高さの平均値
が規格の下限に減少するために、軸受処理個数の約半数
が不良品となる。これに対して本発明法によると±3σ
が規格範囲内に入るために不良が激減する。
【0024】上記した本発明法で脱スマット処理され、
その後水洗・乾燥された後の裏金鋼板の表面をCuター
ゲットによるX線回折法で解析したところ、X線回折図
にはFeの強い回折ピークが認められ、その他にりん酸
鉄からと思われる弱い回折ピークが2θ=38°,43
°,55°に認められた。
【0025】また、本発明法で脱スマット処理された後
の裏金鋼板の表面をEPMA分析したところ均一に分布
してPが検出された。したがって、X線およびEPMA
の結果より裏金表面で生成したりん酸鉄が鋼板の侵食を
抑えかつ侵食を均一にしていると推定された。
【0026】
【実施例】厚み1.5mmの裏金鋼板(SPCC)に厚
み0.3mmのアルミニウム軸受合金(以下「ライニン
グ」と言う)を積層した軸受素材を長さ78mm、幅2
0mmに切断し、かつ切断面を研磨した後半円弧状に曲
げて半製品とした。この半製品を脱脂剤(ヘンケル白水
社製品パクナ)を添加した水溶液で脱脂した。なおアル
ミニウム軸受合金の裏金鋼板への積層は圧接により行っ
た。
【0027】その後、NaOH濃度が65g/lの苛性
ソーダ水溶液中に半製品を40秒間浸漬して粗面化処理
(温度55℃)を行い、表面粗さRzを0.8μmとし
た。続いて半製品をスマット除去液に60秒間浸漬して
スマットの除去を行った(温度30℃)。続いて水洗と
乾燥を行った。なお、脱スマット処理液は、りん酸60
重量%、硝酸4重量%、複素環化合物(ピリジン)3重
量%、残部水からなるものであった。また比較のため
に、硫酸150g/l,CrO3 40g/lを含有する
水溶液中に半製品を108秒間浸漬する従来法を行った
(温度10〜19℃)。
【0028】ZnO20g/l,NaOH100g/l
の組成をもつめっき液に半製品を40秒間浸漬(温度2
7℃)することによりZn置換めっきをライニング表面
に厚み0.1μmに形成した。次に、半製品をめっき液
から引き上げ水洗し、さらにH2 SO4 濃度が10g/
lの硫酸水溶液に半製品を10秒浸漬し(温度18
℃)、残存付着しているZn置換めっき液を中和した。
【0029】引き続いて、ワット浴で厚さ0.3μmの
Niめっきをバリア層としてライニング表面に形成し、
次に中性Snめっき浴により厚さ5μmのSnオーバレ
イを形成した。
【0030】以上説明した方法により20個の軸受半製
品を処理した。その際の切断面研摩後及び脱スマット処
理後の軸受高さと3σを図3に示した。各種含窒素有機
化合物を、前記ピリジンに代え前記の配合で用いた所、
同様の結果が得られた。また尿素50g/lとし、本発
明の範囲で行ったところ、よい結果が得られた。
【0031】
【発明の効果】以上説明したように、本発明法によると
スマット除去による軸受高さの減少量が従来の1/4〜
1/3となり、またそのばらつき(3σ)が従来の1/
3となるので、軸受の不良を激減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】 本発明法により脱 スマット処理した際の軸
受高さの変化を示すグラフである。
【図2】 従来法により脱スマット処理した際の軸受高
さの変化を示すグラフである。
【図3】 本発明実施例と従来法について図1、2と同
様のグラフ説明図である。
【図4】 半円弧状軸受の脱スマット処理の際の寸法片
かの説明図である。
【図5】 ハウジングへの組込図である。
【符号の説明】
1 円弧状軸受半製品 2 裏金 3 アルミニウム軸受合金(ライニング)
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C23G 1/12 C23F 1/00

Claims (8)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 半円弧状裏金の内側面にアルミニウム軸
    受合金層が接合された半製品をエッチング液と接触させ
    てアルミニウム軸受合金層を粗面化処理し、粗面化され
    た表面にオーバレイを施すアルミニウム合金軸受の製造
    方法において、前記粗面化処理後でかつオーバレイを施
    す前に、りん酸と、クロム酸及びふっ酸以外の鉱酸とか
    らなり、りん酸の濃度が20〜80重量%、硝酸の濃度
    が0.5〜40重量%である脱スマット処理液と前記半
    製品を接触させることを特徴とするアルミニウム合金軸
    受の製造方法。
  2. 【請求項2】 前記脱スマット処理液が20重量%以下
    の含窒素有機化合物をさらに含有する請求項1記載のア
    ルミニウム合金軸受の製造方法。
  3. 【請求項3】 前記脱スマット処理液が20重量%以下
    の複素環化合物、100g/1以下の尿素の少なくとも
    1種を含む含窒素化合物を含有する請求項1記載のアル
    ミニウム合金軸受の製造方法。
  4. 【請求項4】 前記脱スマット処理液が10重量%以下
    の金属塩をさらに含有する請求項1から3までのいずれ
    か1項記載のアルミニウム合金軸受の製造方法。
  5. 【請求項5】 前記脱スマット処理液が水溶液である請
    求項1から4までのいずれか1項記載のアルミニウム合
    金軸受の製造方法。
  6. 【請求項6】 前記アルミニウム合金が、Sn及びPb
    の少なくとも1種から実質的になる二次相を分散してい
    る請求項1から5までのいずれか1項記載のアルミニウ
    ム合金軸受の製造方法。
  7. 【請求項7】 前記アルミニウム合金が、Cr,Si,
    Cuの少なくとも1種を含有している請求項1から6ま
    でのいずれか1項記載のアルミニウム合金軸受の製造方
    法。
  8. 【請求項8】 前記粗面化処理によりアルミニウム合金
    軸受層の表面粗さを1〜10μmRzとする請求項6又
    は7記載のアルミニウム合金軸受の製造方法。
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