JP3723934B2 - 薄壁ベアリング - Google Patents

Description

本発明は、特に自動車用の薄壁ベアリングに関するが、自動車用のものでなくてもよい。
従来、このような薄壁ベアリングは曲がった鋼製のシェルの内側表面に接合された軸受材料の層を備えている。本発明は更に、軸受材料がアルミニウム系又は銅系であり、該軸受材料が鋼シェル上に鋳造、焼結もしくはロール接合され得る薄壁ベアリングに関する。代表的な、軸受層の厚みは２５０マイクロメートルである。
銅系軸受材料、場合によってはアルミニウム系軸受材料に関し、軸受層上に例えば電着により例えば２０マイクロメートルの厚さの表面層を施すことも慣行的に行われている。表面層の目的は、特に軸受材料が銅を含む場合に、軸受内に回転支承されている鋼シャフトに軸受材料が焼き付くのを防止し、且つ、又は、該シャフトの偏心に適応することである。通常的な軸受の使用においては、表面層の摩耗により軸受層は表面層を通して部分的に露出するが、部分的にでも表面層が存在すれば軸受に対して所要の特性を与えることになる。使用される表面層材料の例としては、鉛−１０％スズ、鉛−７％インジウム、および、鉛−スズ−２〜４％銅がある。
軸受材料および表面層材料の両者に必要な特性は、耐食性および大きな疲れ強さである。
また、軸受材料の鋳造層上に厚さ２マイクロメートル以下の中間ニッケル層を電着することも公知である。このような中間層は、軸受材料と、引続き電着される表面層との間の接合欠陥を防止するために設けられる。このような軸受の欠点は、もし鋼シャフトが表面層を摩耗により除去して中間ニッケル層が少なくとも部分的に露出させられると、該中間ニッケル層と該鋼シャフトとの焼き付きが生じ得ることである。
本発明は、表面層を有する、および、上述したように中間ニッケル層をも有し得る薄壁ベアリングに特に関する。
本発明の目的は、望むに値する長い使用寿命を有すると共に、協働するシャフトと良好、且つ緊密に嵌合して最適な性能を発揮する、例えば自動車用の薄壁ベアリングを提供することである。
本発明によれば、曲がった鋼製のシェルの内側表面に接合されたアルミニウム系又は銅系の軸受材料の層と、鉛、スズ、インジウム、銅、ニッケル、亜鉛およびアンチモンの内の少なくともひとつを構成成分とする表面層とを有する薄壁ベアリングであって、２マイクロメートル未満の厚さを有して鉄、クロム、ニッケル、コバルト、金、銀および銅の内の少なくともひとつから成る表面薄膜(flash)と、前記表面層の前記構成成分の少なくともひとつとの反応から、前記表面層に、改変された硬質の耐摩耗性の露出した表面部が形成されている薄壁ベアリングが提供される。
前記表面薄膜は表面層の前記構成成分の少なくともひとつと反応もしくは結合して、少なくともひとつの金属間化合物を形成し、且つ、又は、単一もしくは複数の金属間化合物に相当すると共に多分それより柔らかい、少なくともひとつの固溶体を形成する。
前記表面層の、改変された硬質の耐摩耗性の露出した表面部はまた、該表面層の、未改変の主要部分よりもそれほど低くはない耐焼付性および疲れ強さを有する必要がある。前記表面部の硬度は協働するシャフトの偏心に該表面部が適応する助けとはならないが、この部分は極めて薄いので、その存在は、前記の改変された硬質の表面部を備えた表面層全体の効果的な適応性、すなわち、なじみやすさに対しそれほど不利益とはならない。
前記表面薄膜は、所望割合で前記表面層と該表面薄膜との間の拡散および合金化を許す温度に加熱されることにより、該表面層の前記構成成分の少なくともひとつと所要の方法で結合もしくは反応し得る。
このような表面層の、露出した表面部で良好な耐焼付性を有する硬質で耐摩耗性の部分が、おそらくは軸受の使用時における部分的な摩耗による損失の結果として不連続となったとしても問題ではない。
本発明の別の態様によれば、曲がった鋼製のシェルの内側表面に接合されたアルミニウム系又は銅系の軸受材料の層を有して、該軸受材料層上に、鉛、スズ、インジウム、銅、ニッケル、亜鉛およびアンチモンの内の少なくともひとつを構成成分とする表面層が接合された薄壁ベアリングを製造する方法であって、２マイクロメートル未満の厚さを有すると共に鉄、クロム、ニッケル、コバルト、金、銀および銅の内の少なくともひとつから成る表面薄膜を前記表面層の、最初は未改変の露出した表面部に適宜な方法で設ける工程と、前記表面薄膜の前記の材料を、前記表面層の前記構成成分の少なくともひとつと反応させることにより該表面層に、改変された硬質の耐摩耗性の露出した表面部を形成する工程とを有する薄壁ベアリングの製造方法が提供される。
以下、本発明に係る薄壁ベアリングの側面図である添付図面を参照して例示により本発明を説明する。
図示された薄壁ベアリング１０は曲がった鋼製のシェル１２を有し、且つ、該シェル１２の半径方向内側表面１４には軸受材料の層１６が接合されている。該軸受材料層１６の半径方向内側表面１８には、表面層２０が直接に電着される。代りに、軸受材料層１６と表面層２０との間の接合欠陥を防止するように、両層の間に（不図示の）ニッケル中間層が配備され得る。
ここまで記述された薄壁ベアリング１０は従来構造を有しており、従来の構成材料から成っている。
軸受材料１６はアルミニウム系もしくは銅系であり、例えば、銅−鉛、または、アルミニウム−スズ、または、アルミニウム−スズ−ケイ素である。典型的には、軸受材料層１６は２５０マイクロメートルの厚みを有する。
表面層２０の厚みは典型的には１２マイクロメートル乃至３３マイクロメートルの範囲にあり、２０マイクロメートルとされ得る。該表面層２０は、軸受材料１６が銅系であるときに設けられるものであるが、該軸受材料がアルミニウム系である場合に設けられることもある。表面層２０は、当該軸受内に回転支承された（不図示の）シャフトに対して耐焼付性を有する必要があり、シャフトの偏心に適応する必要もある。
本発明によれば、表面層２０の、最初は未改変の露出表面２２上には、（不図示の）表面薄膜(flash)が設けられ、該表面薄膜は最初は表面層の一部とは見做されない。該表面薄膜は、先に設けられた、表面層２０の表面部２４の材料と反応させられ又は結合させられることにより、該表面部２４を耐焼付性を有することに加えて硬質となり且つ耐摩耗性を有するように改変する。
先に電着された、表面層２０の材料は、鉛、スズ、インジウム、銅、ニッケル、亜鉛又はアンチモンである元素の内の少なくともひとつから成っている。また、前記表面薄膜の材料は、鉄、クロム、ニッケル、コバルト、金、銀又は銅である元素の内の少なくともひとつから成っている。該表面薄膜は、例えば電着、化学蒸着、または物理蒸着(physical vapour deposition)などの任意の好適な手法で析出させられ得る。先に析出させられた表面層材料との表面薄膜の所要の反応は、表面薄膜の析出と同時に生じても良く、または、引続く熱処理プロセス段階で行われても良い。
硬質の、改変された表面部２４は耐焼付性を有している、なぜなら、前記表面薄膜の前記材料は、先に電着された、表面層２０の材料の前記成分元素と、又は少なくともそのひとつと反応して少なくともひとつの金属間化合物および、または固溶体を形成するからである。所要の改変は、先に電着された表面層材料の前記構成元素と、又は少なくともそのひとつと該表面薄膜が所望割合で結合する温度にまで当該軸受を加熱することによって行われ得る。
実施例
本発明に係る薄壁ベアリングの或る特定の製造例においては、最初に電着された表面層材料は鉛−インジウムであり、これらの２つの元素は別々の電着プロセス段階において電着させられ、鉛が最初に電着される。表面層の、所要の、改変された表面部２４は、インジウムの電着の直後にニッケル表面薄膜を電着することにより得られる。この、約１／３マイクロメートルの厚さのニッケル表面薄膜は、更なる電着プロセス段階において設けられる。次に、例えば１６０℃で約２０分間だけ熱処理を行うことにより、ニッケルが前記表面層のインジウム内に拡散されて、少なくともひとつの所要の金属間化合物および、または固溶体が形成される。この様にして、表面層に硬質で耐摩耗性を有する改変された表面部２４が設けられるが、該表面部も耐焼付性と高い疲れ強度を有する。該表面層の、改変された表面部２４は表面薄膜よりも厚くてよく、且つ、２マイクロメートルまでの厚みを有し得るが、この厚みは通常は１マイクロメートルより小さい。
前記表面層が、スズから成り、または、鉛、スズおよび銅から成る場合、該表面層は、慣習的には該表面層の一部と見做されるスズの表面薄膜を備え、該表面層上に設けられる次のニッケル表面薄膜は、スズの融点未満の温度、例えば１６０℃の所要の金属間化合物および、または固溶体を形成する必要がある。
前記表面層の、薄い表面部の硬度は、全体として考えられたときには、該表面層の所要の適応性に悪影響を与えるものでは無い。
ニッケルから成る表面薄膜は２マイクロメートル以下の厚みを有し得るが、これは、所要の適応性を有する表面層の、薄い改変された表面部と同等の厚みである。
軸受の使用中における摩耗その他の理由により、改変表面部の所要硬度が該表面部内で不連続であったとしても、問題にはならない。

Claims (12)

1. 曲がった鋼製のシェルの内側表面に接合されたアルミニウム系または銅系の軸受材料の層と、
   鉛、スズ、インジウム、銅、ニッケル、亜鉛およびアンチモンの内の少なくともひとつを構成成分とする表面層と、
   ２マイクロメートル未満の厚さを有して鉄、クロム、ニッケル、コバルト、金、銀および銅の内の少なくともひとつを構成成分とする表面薄膜と、
   を備えた薄壁ベアリングにおいて、
   前記表面層に、改変された硬質の耐摩耗性の露出した表面部を形成するように、前記表面薄膜の材料を反応させるようにして成る薄壁ベアリング。
2. 前記表面薄膜の改変された表面部が、少なくとも１つの金属間化合物および／または少なくとも１つの固溶体から成る請求項１に記載の薄壁ベアリング。
3. 前記表面層が、鉛とインジウムとから成り、前記表面薄膜が、ニッケルから成る請求項１または請求項２のいずれか１つに記載の薄壁ベアリング。
4. 前記表面層の改変された硬質の耐摩耗性の露出した表面部が、２マイクロメートルまでの厚さを有する前記請求項１ないし３のいずれか１つに記載の薄壁ベアリング。
5. 前記表面層の改変された硬質の耐摩耗性の露出した表面部が１マイクロメートルより小さい厚さを有する請求項４に記載の薄壁ベアリング。
6. 前記軸受材料が、アルミニウム系合金と銅系合金との群から選択される請求項１ないし５のいずれか１つに記載の薄壁ベアリング。
7. 曲がった鋼製のシェルの内側表面に接合されたアルミニウム系または銅系の軸受材料の層を有して、該軸受材料の層上に、鉛、スズ、インジウム、銅、ニッケル、亜鉛およびアンチモンの内の少なくともひとつの構成成分とする表面層が接合された薄壁ベアリングを製造する方法において、
   ２マイクロメートル未満の厚さを有すると共に鉄、クロム、ニッケル、コバルト、金、銀および銅の内の少なくともひとつから成る表面薄膜を前記表面層の、最初は未改変の露出した表面部に設けるステップと、
   前記表面薄膜前記の材料を、前記表面層の前記構成成分または少なくともひとつの前記構成成分と反応させることにより該表面層に、改変された硬質の耐摩耗性の露出した表面部を形成するステップと、を有する、薄壁ベアリングを製造する方法。
8. 前記表面層と、前記表面薄膜との間で所望の割合で拡散および合金化を許容する温度まで加熱することによって、前記表面薄膜を、前記表面層の前記構成成分または少なくともひとつの前記構成成分と反応させるようにする請求項７に記載の方法。
9. 電着、化学蒸着または物理蒸着による処理工程を用いることにより、前記表面層の、最初は未改変の露出した表面部上に前記表面薄膜が付着させられる請求項７または８のいずれか１つに記載の方法。
10. 前記表面層の前記改変された硬質の耐摩耗性の表面部が、２マイクロメートルより小さい厚さであるように、前記改変された硬質の耐摩耗性の表面を形成する反応が行なわれる請求項７ないし９のいずれか１つに記載の方法。
11. 前記温度が１６０℃である請求項８ないし１０のいずれか１つに記載の方法。
12. 前記表面層が鉛とインジウムとから成り、前記表面薄膜がニッケルから成る請求項７ないし１１のいずれか１つに記載の方法。

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