JPH06136475A - Ａｌ−Ｓｎ系軸受合金摺動層を有する耐疲労性、なじみ性に優れた多層すべり軸受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】 鋼裏金、アルミニウム合金中間接着層および
Ａｌ−Ｓｎ系軸受合金層からなる多層軸受。Ａｌ−Ｓｎ
系軸受合金が、重量％で７〜２０％のＳｎ，０〜４％の
Ｓｉおよび残部としてのＡｌおよび不純物から成り、そ
の硬さがＨｖ５０〜８０である。中間接着層アルミニウ
ム合金が、重量％で０〜１．７％のＭｎ，０〜１．２％
のＣｕ，０〜１．８％のＭｇのうちいずれか１種以上、
および残部としてのＡｌおよび不純物から成り、かつ中
間接着層アルミニウム合金の硬さがＡｌ−Ｓｎ系軸受合
金の硬さに対し、Ｈｖ７０％を超え、９０％以下であ
る。 【効果】 高負荷の作用する厳しい使用条件下において
も、十分に性能を発揮できるなじみ性、耐疲労性に優れ
た多層アルミニウム合金すべり軸受が提供される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、アルミニウム軸受合金
層を有する多層すべり軸受に係わり、特に自動車および
一般産業機械の高出力エンジン用としての耐疲労性およ
びなじみ性に優れた多層すべり軸受に関するものであ
る。

【０００２】

【従来技術、および考案が解決しようとする課題】従来
のこの種のアルミニウム軸受としては、例えば特公昭６
２−１４０２４号公報あるいは特開平３−１６８４１１
号公報に示されるものが知られている。ここで前者の軸
受は、Ａｌ−Ｓｎ系合金を主体とする軸受合金と裏金
を、低硬度のアルミニウムまたはＡｌ合金から成る中間
接着層を介して接合し、それを機械加工したものであ
る。また後者は、高硬度のＡｌ系軸受合金と裏金の間に
若干高い硬度を有する中間接着層を介在させることによ
り、耐疲労強度を向上せしめたものである。しかしなが
ら、エンジンの軽量化、高性能化のごとき、近年におけ
るユーザー需要により前記の軸受構造では、耐疲労性が
若干不足気味の傾向になっている。さらに、Ａｌ系合金
を中間接着層として用いる以外に、鋼裏金上に中間接着
層としてのＮｉめっきを施す方法も周知である。

【０００３】前記公知の軸受は、すべり軸受にとって重
要な特性であるなじみ性、および非焼付性において優れ
ている。しかしながら、近年における内燃機関の高速
化、高出力化の進展に伴い、軸受に作用する負荷が増
し、特に中間接着層の疲労、亀裂問題が生じることとな
った。また、中間接着層としてのＮｉめっきは、クッシ
ョン性に欠け、軸受のなじみ性という観点から見ると、
決して満足であるとは言えない。本発明は、斯かる技術
的背景の下で創案されたものであり、従来技術の有する
欠点を改善し、耐疲労性およびなじみ性に優れた多層す
べり軸受を提供することである。

【０００４】

【課題を解決するための手段、およびその作用】この目
的は、以下の多層すべり軸受を提供することによって達
成される。Ａｌ−Ｓｎ系軸受合金層、鋼裏金、アルミニ
ウム合金製中間接着層から成る多層すべり軸受であっ
て、Ａｌ−Ｓｎ系軸受合金が、重量％で、７〜２０％の
Ｓｎ、０〜４％のＳｉ、残部としてのＡｌおよび不可避
不純物から成るとともに、硬さＨｖ５０〜８０を有し、
アルミニウム合金製中間接着層が、０〜１．７％のＭ
ｎ、０〜１．２％のＣｕ、および０〜１．８％のＭｇの
うちのいずれか１種以上と、残部としてのＡｌおよび不
可避不純物から成り、かつＡｌ−Ｓｎ系軸受合金の硬さ
に対するアルミニウム合金製中間接着層の硬さの割合が
ビッカース硬さで７０％を超え、９０％以下であるＡｌ
−Ｓｎ系軸受合金摺動層を有する耐疲労性およびなじみ
性に優れた多層すべり軸受。Ａｌ−Ｓｎ系軸受合金は、
Ｓｉを含む場合（０＜Ｓｉ≦４％）と、含まない場合
（Ｓｉ＝０％）の２通りに分けられる。また、Ａｌ−Ｓ
ｎ系軸受合金は、Ａｌ、Ｓｎ、Ｓｉの他に、それぞれ
０．０１〜３％のＭｎ、Ｍｇ、Ｖ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、
Ｂ、０．２〜５％のＣｕ、０．１〜３％のＰｂ、０．１
〜３％のＳｂ、および０．０１〜１％のＴｉのうち１種
以上を追加成分として含むことができる。中間接着層を
形成するアルミニウム合金は、Ｍｎ、Ｃｕ、およびＭｇ
のうちのいずれか１種以上、Ａｌの他に、総量で０〜３
重量％のＳｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｆｅのうち１種以上を追加
成分として含むことができる。また必要に応じて、Ａｌ
−Ｓｎ系軸受合金摺動層の上に、Ｓｎ、Ｐｂまたはこれ
らを主成分とする合金で形成されたオーバーレイを付す
ことができる。軸受表面に、ＳｎまたはＰｂのフラッシ
ュめっきを施すことも推奨される。

【０００５】斯かる軸受において、Ａｌ−Ｓｎ系軸受合
金の硬さをＨｖ５０〜８０に規定し、Ａｌ−Ｓｎ系軸受
合金の硬さに対するアルミニウム合金製中間接着層の硬
さの割合を７０％超、９０％以下に規定した理由、およ
び合金各成分の含有量限定理由について以下に説明す
る。

【０００６】Ａｌ−Ｓｎ系軸受合金の硬さを規定した理
由は、その硬さがＨｖ５０未満であるような強度の弱い
ものでは、Ａｌ−Ｓｎ系軸受合金が高出力エンジンに適
用された場合における高荷重の作用下では疲労を起し、
Ｈｖ８０を超えるような軸受は、その製造工程上問題が
生じるからである。アルミニウム合金製中間接着層の硬
さについては、それがＡｌ−Ｓｎ系軸受合金の硬さの７
０％以下であると、非常に過酷な条件下で軸受を使用す
る場合、Ａｌ−Ｓｎ系軸受合金の主成分が、該軸受合金
内で支えきれずに中間接着層の中に拡散し、あるいは中
間接着層自体が硬さ不足に基づく疲労により変形し、亀
裂を生じる可能性があり、また硬さの割合が９０％を超
えると、Ａｌ−Ｓｎ系軸受合金層の有するなじみ性の良
さを相殺する。

【０００７】Ａｌ−Ｓｎ系軸受合金の組成限定理由は以
下のとおりである： Ｓｎ（７〜２０重量％）： Ｓｎは軸受としての非焼付性、なじみ性、埋収性などの
表面性能を改善する。Ｓｎの含有量が７％未満では前述
の効果は小さく、また２０％を超えると軸受合金の機械
的性質が低下し、高出力エンジンにおけるがごとき厳し
い条件下では使用に耐えない。 Ｓｉ（０〜４重量％）： Ｓｉは、Ａｌマトリックスに固溶し、また高硬度のＳｉ
粒子として晶出して、合金の強度を上昇させる。組織中
にＳｉ粒子が点在すると、表面の軟らかいＡｌマトリッ
クスのみが摩耗してミクロ的に表面が凹凸状になり、凸
部として残るＳｉが非凝着性を維持しながら高荷重に耐
え、凹部が油溜まりのような役割を果たし、高荷重、薄
油膜、更には金属接触にもよく耐える。さらに、細かく
点在したＳｉ粒子は、相手軸の微小突起やバリを研磨す
る働きを有し、非焼付性を向上させる。Ｓｉの添加量が
４％を超えると脆くなり、合金の塑性加工性（圧延加工
性等）を低下させる。 Ｍｎ、Ｍｇ、Ｖ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｂ（各々０．
０１〜３重量％）： これらは選択元素であり、Ａｌマトリックスに固溶する
か、または金属間化合物として析出することにより、合
金の疲労強度を上昇させる。これらの添加量が０．０１
％未満では添加効果を期待できず、３％を超えると軸受
としてのなじみ性が悪くなり、合金の塑性加工性も低下
する。 Ｃｕ（０．２〜５重量％）： ＣｕはＡｌマトリックスの強度を上昇させ、特に疲労強
度を上昇させるには非常に有効である。添加量が０．２
％未満では期待効果がなく、５％を超えると硬くなりす
ぎて、軸受としてのなじみ性が悪くなり合金の塑性加工
性も低下する。 Ｐｂ（０．１〜３重量％）： Ｐｂは合金の切削性および非焼付性を改善する。この場
合、０．１％未満では添加の期待効果がなく、３％を超
えるとＡｌマトリックスに均一に分散させるのが非常に
困難となる。さらに強度にも影響する。 Ｓｂ（０．１〜３重量％）： ＳｂはＡｌマトリックスの機械的特性を改善する。Ｐｂ
と共存する場合には、ＰｂをＡｌ中に微細かつ均一に分
散させる効果がある。Ｓｂの添加量が０．１％未満では
前述の効果は少なく、３％を超えると合金の機械的性
質、特に伸びを減ずるため好ましくない。 Ｔｉ（０．０１〜１重量％）： Ａｌマトリックスに固溶するか、または金属間化合物と
して析出することにより、合金の疲労強度を上昇させ
る。これらの添加量が０．０１％未満では添加の期待効
果がなく、１％を超えると軸受としてのなじみ性が悪く
なり、合金の塑性加工性も低下する。

【０００８】中間接着層としてのアルミニウム合金の組
成限定理由は以下のとおりである。Ｓｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、
Ｆｅ（１種以上を総量で０から３重量％）：これらの強
化元素は、Ａｌマトリックスに固溶するか、または微細
に晶出、析出し、粗大な化合物を生成しない。これらの
うち１種以上が総量で３重量％を超えると硬くなりすぎ
る。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の実施例について説明する。表
１は、比較例としての、Ａｌ−Ｓｎ系軸受合金と中間接
着層用アルミニウム合金の各組合せ（組合せ毎に試料番
号が付されている）について、合金組成、硬さ、硬さ比
（Ａｌ−Ｓｎ系軸受合金硬さＡに対する中間接着層用ア
ルミニウム合金硬さＢの割合：〔Ｂ／Ａ〕×１００％）
を示している。表２は本発明例についての同様な内容を
示している。各組合せについて、Ａｌ−Ｓｎ系軸受合金
製板と中間接着層用アルミニウム合金製板が用意され
た。これらの板は、通常の鋳造、圧延加工により作成さ
れたものである。組合せ毎に、Ａｌ−Ｓｎ系軸受合金製
板と中間接着層用アルミニウム合金製板が重ね合わされ
てロール圧延により一体に接合され、複合アルミニウム
合金板になされた。得られた複合板の中間接着層用アル
ミニウム合金側に、裏金としての低炭素鋼ストリップ
（炭素量０．０４〜０．３５重量％）を重ね合わせ、圧
下率３５〜５０％で両者をロール圧延により一体化し、
多層軸受材料を得た。この多層軸受材料加工を施して、
断面半円形状の軸受を得た。作成された軸受における中
間接着層の厚さは０．０２〜０．０６mm、裏金層の厚さ
は１．１７〜１．２３mm、軸受全肉厚は１．５mmであっ
た。また、比較例の一つとしてＮｉめっき施した鋼裏金
の上に直接Ａｌ−Ｓｎ系軸受合金製板を重ね合わせてロ
ール圧延により一体化して成る軸受材料を用いて、同様
に断面半円形状の軸受を得た。これらの軸受について、
表３，表４にそれぞれ条件を示している２種類の試験機
を用いて疲労試験を実施した。ここで、表３に示す疲労
試験では、試験軸と軸受が比較的均一に接触するが、表
４に示す疲労試験では偏芯した試験軸を用い、軸受と試
験軸とが多少片当接触をするように考慮してある。この
ため、表４に示す疲労試験は、表３の試験機を用いる場
合に比してよりなじみ性が要求される試験である。これ
らの試験結果を図１，図２に示す。なお、この実施例に
おいては、Ａｌ−Ｓｎ系軸受合金と中間接着層アルミニ
ウム合金の組合せによる効果を顕著にあらわすために、
オーバーレイを用いなかったが、Ｐｂ等の合金のオーバ
ーレイを施してもよい。オーバーレイを設ける場合、Ａ
ｌ−Ｓｎ系軸受合金との接着性の向上を計るために、Ａ
ｌ−Ｓｎ系軸受合金とオーバーレイの間にＣｕまたはＮ
ｉの中間層を設けてもよい。表１に示される、No.1〜N
o.15 は、本発明例に対する比較例であり、このうちNo.
1,No.3,No.4,No.6 〜No.9は、本発明の中間層の硬さ範
囲より軟らかい中間接着層を用いており、No.2,No.5,N
o.10 〜No.13 は、逆に硬さ範囲より硬い中間接着層を
用いたものである。No.14,No.15 における中間層の硬さ
範囲は、本発明の範囲内であっても軸受合金の硬さが本
発明の範囲より低い値を示している。さらに、No.16 〜
No.30 は本発明例である。また、比較例のうち、No.1〜
No.13 が本発明例のNo.16 〜No.28 と対応し、それぞれ
同一のＡｌ−Ｓｎ系軸受合金が用いられている。

【００１０】

【発明の効果】前記試験結果（図１，図２）を分析する
と、以下のことが判る。いずれの疲労試験、におい
ても、比較例に比して、本発明例の方が全体的に優れた
疲労強度を有することが判るが、特に次のような結果が
特徴的である。疲労試験の結果では、比較例No.1,No.
3,No.4,No.6 〜No.9は、本発明例No.16,No.18,No.19,N
o.21 〜No.24 に比して低い荷重で疲労を起し、No.14,N
o.15 も絶対値的に低い荷重で疲労を起している。No.2,
No.5,No.10 〜No.13 については、それぞれ対応した本
発明例と比べ、ほぼ同等、もしくはやや悪い結果になっ
ている。また、疲労試験の結果においては、疲労試験
であまり遜色のなかった比較例のNo.2,No.5,No.10 〜
No.13 がそれぞれ対応する本発明例No.17,No.20,No.25
〜No.28 に比して、非常に低い荷重で疲労していること
が判る。特に、Ｎｉメッキを用いたNo.10 が極端な悪い
結果となっている。これは、軸受としてのなじみ性、ク
ッション性が大きく影響していると考えられる。以上の
ように、本発明軸受は従来軸受より、耐疲労性及びなじ
み性改善されており、所期の目的が達成される。

【００１１】

【表１】

【００１２】

【表２】

【００１３】

【表３】

【００１４】

【表４】

【図面の簡単な説明】

【図１】軸受疲労試験の結果を示すグラフ。

【図２】軸受疲労試験の結果を示すグラフ。

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 Ａｌ−Ｓｎ系軸受合金層、鋼裏金、アル
   ミニウム合金製中間接着層から成る多層すべり軸受にお
   いて、 前記Ａｌ−Ｓｎ系軸受合金が、重量％で、７〜２０％の
   Ｓｎ、残部としてのＡｌおよび不可避不純物から成ると
   ともに、硬さＨｖ５０〜８０を有し、 前記アルミニウム合金製中間接着層が、重量％で、０〜
   １．７％のＭｎ、０〜１．２％のＣｕ、および０〜１．
   ８％のＭｇのうちのいずれか１種以上と、残部としての
   Ａｌおよび不可避不純物から成り、かつ前記Ａｌ−Ｓｎ
   系軸受合金の硬さに対するアルミニウム合金製中間接着
   層の硬さの割合がビッカース硬さ（Ｈｖ）で７０％を超
   え、９０％以下であることを特徴とするＡｌ−Ｓｎ系軸
   受合金摺動層を有する耐疲労性およびなじみ性に優れた
   多層すべり軸受。
2. 【請求項２】 Ａｌ−Ｓｎ系軸受合金層、鋼裏金、アル
   ミニウム合金製中間接着層から成る多層すべり軸受にお
   いて、 前記Ａｌ−Ｓｎ系軸受合金が、重量％で、７〜２０％の
   Ｓｎ、４％以下のＳｉ、残部としてのＡｌおよび不可避
   不純物から成るとともに、硬さＨｖ５０〜８０を有し、 前記アルミニウム合金製中間接着層が、重量％で、０〜
   １．７％のＭｎ、０〜１．２％のＣｕ、および０〜１．
   ８％のＭｇのうちのいずれか１種以上と、残部としての
   Ａｌおよび不可避不純物から成り、かつ前記Ａｌ−Ｓｎ
   系軸受合金の硬さに対するアルミニウム合金製中間接着
   層の硬さの割合がビッカース硬さ（Ｈｖ）で７０％を超
   え、９０％以下であることを特徴とするＡｌ−Ｓｎ系軸
   受合金摺動層を有する耐疲労性およびなじみ性に優れた
   多層すべり軸受。
3. 【請求項３】 請求項１または２に記載のＡｌ−Ｓｎ系
   軸受合金が、更にそれぞれ０．０１〜３％のＭｎ、Ｍ
   ｇ、Ｖ、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｚｒ、Ｂ、０．２〜５％のＣｕ、
   ０．１〜３％のＰｂ、０．１〜３％のＳｂ、および０．
   ０１〜１％のＴｉのうち１種以上を含むことを特徴とす
   るＡｌ−Ｓｎ系軸受合金摺動層を有する耐疲労性および
   なじみ性に優れた多層すべり軸受。
4. 【請求項４】 請求項１から３までのいずれか１項に記
   載の中間接着層を形成するアルミニウム合金が、更にＳ
   ｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｆｅのうち１種以上を総量で０〜３重
   量％含む耐疲労性およびなじみ性に優れた多層すべり軸
   受。
5. 【請求項５】 前記Ａｌ−Ｓｎ系軸受合金摺動層の上
   に、Ｓｎ、Ｐｂまたはこれらを主成分とする合金で形成
   されたオーバーレイが付されていることを特徴とする請
   求項１から４までのいずれか１項に記載された耐疲労性
   およびなじみ性に優れた多層すべり軸受。
6. 【請求項６】 軸受表面に、ＳｎまたはＰｂのフラッシ
   ュめっきが施されて成る請求項１から５までのいずれか
   １項に記載された耐疲労性およびなじみ性に優れた多層
   すべり軸受。