JPH0694037A - 多層すべり軸受および軸受組立体 - Google Patents

多層すべり軸受および軸受組立体

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JPH0694037A
JPH0694037A JP4247423A JP24742392A JPH0694037A JP H0694037 A JPH0694037 A JP H0694037A JP 4247423 A JP4247423 A JP 4247423A JP 24742392 A JP24742392 A JP 24742392A JP H0694037 A JPH0694037 A JP H0694037A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 低剛性アルミニウム合金製ハウジングと組合
せて好適に使用され、高熱膨張係数を有することによ
り、ハウジングの変形に対する追従性が高く、熱放散性
に優れるすべり軸受の提供。 【構成】 熱膨張係数が１５×１０-6／℃以上、熱伝導
率０．４０ｃａｌ／ｃｍ・ｓｅｃ・℃以上、０．２％耐
力２９５Ｎ／ｍｍ2 以上を有する銅合金層上に、厚さ３
〜５０μｍのオーバーレイ軸受層を設ける。必要に応じ
て、銅合金層とオーバーレイ軸受層との間に中間層を
設け、軸受の全表面にフラッシュメッキを設け得る。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、自動車用内燃機関等に
用いる銅合金裏金とオーバーレイ軸受層から成る多層す
べり軸受に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】従来の多層すべり軸受として、裏金（例
えば、ＪＩＳ・３１４１−ＳＰＣＣ，ＳＡＥ１０１０等
で形成される）の表面にＡｌ−Ｓｎ系、Ａｌ−Ｓｎ−Ｓ
ｉ系、Ａｌ−Ｚｎ，Ａｌ−Ｚｎ−Ｓｉ系あるいはＣｕ−
Ｐｂ，Ｃｕ−Ｐｂ−Ｓｎ系等の軸受合金層を形成したも
のが知られている。この種のすべり軸受で使用される裏
金は、低炭素鋼で形成されるのが一般的である。一方、
軸受を保持するハウジングは鋳鉄、鋳鋼、炭素鋼、合金
鋼等で形成され、熱膨張係数が軸受裏金と近似してい
る。そのため、運転中の昇温によっても、軸受とハウジ
ング間に隙間が生じることはなく、問題なかった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来軸受の特徴として
は、主として軸受合金の特性について注目され、裏金に
ついては、むしろその加工性および軸受合金との接合性
の方が注目されていた。しかるに、最近の自動車用内燃
機関の低燃費化、軽量化のため、エンジンブロックやコ
ンロッド等に対するアルミニウム合金の適用例が増加す
る傾向にある。このように、軸受ハウジングとなる部材
がアルミニウム合金化されると、従来の鋼製裏金を用い
た軸受では、軸受とハウジングの熱膨張率差が大きく、
軸受が高温に加熱されると、軸受とハウジングとの間の
密着関係が損なわれ、フレッチング（接触２面間に、微
小な相対運動が周期的に繰り返されるときに生じる表面
損傷）による疲労、焼付等の軸受損傷や共回り損傷が発
生する。特に、コンロッドにあっては、軸受のみなら
ず、特にコンロッドにあっては、軸受のみならずコンロ
ッド自体も疲労破壊することがあり、従来のすべり軸受
は耐フレッチング性に関して問題を有する。また一方、
内燃機関の高性能化傾向のために、高回転化等、使用条
件が過酷化し、軸受部において焼付等の損傷が多発する
という課題があった。なお、従来にあっては、高温ある
いは高負荷時におけるハウジングに対する軸受の密着性
を改善するために、両部材の組付け関係における締め代
を大きくすることが試みられているが、低炭素鋼製裏金
を用いた従来軸受は、裏金の強度が低く、高い組付応力
の下でハウジング内に組付けられた時、弾性限を超えて
裏金にヘタリを生じ、また熱伝導率が小さいために熱放
散性が悪いこと、非焼付性に劣ること等により、十分満
足できる軸受組立体ではない。
【０００４】本発明は、内燃機関の小型・軽量化に関連
するアルミニウム合金製エンジンブロック等、アルミニ
ウム合金製軸受ハウジングの採用で代表される低剛性軸
受ハウジングへの対応ならびに高速内燃機関に代表され
る高速、高回転化による高温化対策として創案されたも
のであり、ハウジングの変形に対する追従性が高く、熱
放散性に優れる新規なすべり軸受を提供することをその
目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、アルミニウム
合金製ハウジングに対応し、かつ内燃機関の高性能化に
よる高温、高負荷による疲労、焼付き等の損傷を防止す
るため、鋼裏金よりも、熱膨張係数と熱伝導率が高く、
かつ軸受の裏金として十分な強度を有する高強度の銅合
金を裏金として採用したものである。本発明の構成上の
特徴は、以下のとおりである。 １．熱膨張係数が１５×１０-6／℃以上、熱伝導率が
０．４０ｃａｌ／ｃｍ・秒・℃以上、そして０．２％耐
力が２９５Ｎ／ｍｍ2 以上である銅合金層の表面に厚さ
３〜５０μｍのオーバーレイ軸受層を設けて成る多層す
べり軸受。 ２．銅合金層とオーバーレイ軸受層との間に、厚さ０．
５〜５μｍのＮｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ａｇおよびそれらの合
金から成る群から選ばれたいずれか１種の金属で形成さ
れた中間層を設けて成る前記項目１に記載された多層す
べり軸受。 ３．オーバーレイ軸受層が、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓｂ、Ｃｕの
１種または２種以上を合計で２〜３０重量％含む鉛合金
で形成されている前記項目１または２に記載された多層
すべり軸受。 ４．オーバーレイ軸受層が、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｓｂの１種ま
たは２種以上を合計で２〜６０重量％含むアルミニウム
合金で形成されている前記項目１または２に記載された
多層すべり軸受。 ５．その全表面に、厚さ０．１〜１０μｍのＳｎ、Ｐｂ
またはそれらの合金から成るフラッシュめっきが施され
ている前記項目１から４までのいずれか一つに記載され
た多層すべり軸受。 ６．前記項目１から５までのいずれか一つに記載された
多層すべり軸受がアルミニウム合金製ハウジング内に保
持されて成る軸受組立体。
【０００６】本発明多層すべり軸受の詳細を以下に説明
する。 （１）軸受裏金として、熱膨張係数が１５×１０-6／℃
以上、０．２％耐力が２９５Ｎ／ｍｍ2 以上、熱伝導率
が０．４０ｃａｌ／ｃｍ・秒・℃以上である銅合金を採
用する理由について： 従来の軸受に使用されている裏金材料としては、断
面半円形または鍔を有する断面半円形状等に加工する際
の塑性加工性が重要視され、変形抵抗の小さい炭素量
０．２０％以下の低炭素鋼が選択されるのが普通であ
る。低剛性ハウジング用軸受は、ハウジングの変形に対
する追従性を向上するために軸受を組付ける際の締め代
を大きくする必要性が生じるが、この場合、前述のよう
な炭素量０．２０％以下の低炭素鋼で形成された低強度
の裏金では、組付応力が勝り、ヘタリを生じて降伏して
しまうことが多い。したがって、０．２％耐力が２９５
Ｎ／ｍｍ2 以上のものを必要とする。また、熱膨張係数
が１５×１０-6／℃以下であると、アルミニウム合金製
ハウジングとの熱膨張差が大きく、高温時に締め代が低
下し、フレッチングあるいはマイグレーションの要因と
なる。ゆえに、熱膨張係数は１５×１０-6／℃以上とす
る。 高回転タイプ内燃機関においては、その動作の間、
軸受と回転軸との間で発生する摩擦熱の影響により、軸
受温度、潤滑油の温度が上昇し、軸受と軸との間に形成
される油膜厚さが減少してオーバーレイの耐摩耗性が低
下する傾向にある。したがって、通常の軸受特性のみな
らず、軸受部からいかにして熱を逃がすかが重要な課題
となる。熱伝導率の高い銅合金裏金を用いた軸受によれ
ば、その熱放散性が優れているため、前述の様な問題は
解消される。熱伝導率が、０．４０ｃａｌ／ｃｍ・秒・
℃以下であると、その効果は少ない。上記高熱膨張係数
および高熱伝導率を有する銅合金としては、Ｃｕ−Ｃ
ｒ，Ｃｕ−Ｃｄ，Ｃｕ−Ｚｒ，Ｃｕ−Ｆｅ−Ｐ−Ｍｇ，
Ｃｕ−Ｆｅ−Ｐ−Ｚｎ，Ｃｕ−Ｆｅ−Ｃｏ−Ｐ−Ｓｎ，
Ｃｕ−Ｎｉ−Ｓｉ−Ｍｇ系等が具体的に挙げられるが、
その諸物性が満足されれば、その成分系は、あえて限定
されるものではない。 （２）銅合金層とオーバーレイ軸受層との間に介在せし
める中間層について：中間層は、オーバーレイ軸受層
（表面層）の合金成分であるＳｎおよび（または）Ｉｎ
の裏金銅合金層中への拡散を抑制し、その特性を維持さ
せる。その厚さが０．５μｍ以下であるとその効果は少
なく、５μｍを超えるとオーバーレイ軸受層が摩滅して
中間層（バリヤー）が露出した際の非焼付性が悪くな
る。また、コスト上昇にもつながり利点がない。なお、
上記中間層は、一般に電気メッキで形成されるが、ＰＶ
Ｄ法、ＣＶＤ法等でそれを形成してもよく、特に限定さ
れるものではない。 （３）鉛合金製オーバーレイ軸受層について：鉛合金製
オーバーレイ軸受層に添加される金属Ｓｎ，Ｉｎ，Ｓ
ｂ，Ｃｕの含有量は、その合計量が２重量％以下では、
機械的強度、例えば硬さ，引張強さにおいて劣り、また
潤滑油劣化時に生じる有機酸に対する耐腐食性に劣る。
その合計量が３０重量％を超えると、特にすべり軸受の
使用される温度領域１００〜１５０℃での機械的強度が
著しく低下するため、鉛合金製オーバーレイに添加され
る前記金属成分の合計含有量は、２〜３０重量％に限定
され、好ましくは５〜２５重量％である。なお、一般に
鉛合金製オーバーレイは電気メッキにて形成されるが、
スパッタリング法によるＰｂ合金の生成等もあり、その
方法にはこだわらない。 （４）アルミニウム合金製オーバーレイ軸受層につい
て：アルミニウム合金製オーバーレイ軸受層に添加され
る金属Ｓｎ，Ｐｂ，Ｓｂの含有量は、その合計量が２重
量％以下では、馴染み性、非焼付性において劣り、また
一方６０重量％を超えると、すべり軸受の使用される温
度領域１００〜１５０℃での機械的性質、特に強度が低
下するため、アルミニウム合金製オーバーレイに添加さ
れる金属の合計含有量は、２〜６０重量％に限定され、
なお好ましくは５〜５５重量％である。また、上記アル
ミニウム合金中には、Ｃｕ，Ｓｉ，Ｎｉ，強度を上昇さ
せるその他の元素を含有せしめることができる。なお、
アルミニウム合金製オーバーレイ軸受層の製法は、圧接
方式、スパッタリング法等もあり、特にその方法にはこ
だわるものではない。 （５） フラッシュメッキについて：フラッシュメッキ
は、軸受の防錆あるいは初期なじみ性の向上をその主た
る目的とし、その厚さが０．１μｍ以下であるとその効
果は少なく、１０μｍ以上の場合、その効果は増大せ
ず、かえって弊害となり、マイグレーションの発生要因
にもなる。
【０００７】
【実施例】以下、実施例について説明する。本発明例 本発明多層すべり軸受の裏金を得るために、市販品のＣ
ｕ−Ｃｒ合金板およびＣｕ−Ｆｅ−Ｚｎ−Ｐ合金板を圧
延して所定の寸法に仕上げた。次いで、プレス機械加工
により断面半円形の軸受を作製した。さらに、軸受内面
（すなわち、断面半円形の彎曲した凹面）に直接あるい
はＮｉ中間層を介し、厚さ２０μｍのオーバーレイ軸受
層を施し、表１に示す本発明例（Ｎｏ．１〜１６）とし
ての供試軸受を作成した。なお、Ｎｉ中間層および鉛合
金製オーバーレイ軸受層は電気メッキ法によってこれを
形成し、アルミニウム合金製オーバーレイ軸受層はスパ
ッタリング法にてこれを形成した。比較例１ 銅が表面にメッキされた鋼板上に、表１に示す銅鉛合金
粉末あるいは銅鉛錫合金粉末を散布し、還元雰囲気炉内
にて７００〜９００℃の温度で１０〜３０分間焼結し、
その後ロール間を通して、これらの多層焼結材を圧延
し、さらに再焼結後再圧延を行なって焼結バイメタルを
作製し、しかる後にプレス加工および機械加工により半
円形の軸受を作製した。その後、軸受内面に直接あるい
はＮｉ中間層を介して、厚さ２０μｍのオーバーレイ軸
受層を施し、表１に示す従来例（Ｎｏ．１７〜２２）と
しての供試軸受を作成した。なお、Ｎｉ中間層および鉛
合金製オーバーレイ軸受層は電気メッキにてこれを形成
した。比較例３ 表１に示すＡｌ−Ｓｉ−Ｚｎ系の軸受合金を連続鋳造に
より作製し、面削後、圧延焼鈍を繰り返して所定の寸法
に仕上げ、その後、直接あるいはＮｉ中間層を介して裏
金の鋼板上に圧着し、しかる後にプレス加工および機械
加工によって半円形の軸受を作製した。その後、軸受内
面に直接あるいはＮｉ中間層を介し、厚さ２０μｍのオ
ーバーレイ軸受層を施し、表１に示す従来例（Ｎｏ．２
３，２４）としての供試軸受を作成した。なお、Ｎｉ中
間層および鉛合金製オーバーレイ軸受層は電気メッキに
てこれを形成した。
【０００８】比較例１ 前記本発明例および比較例において使用した銅合金なら
びにＳＰＣＣの引張強度、熱膨張率等の各種特性を表２
に示す。表３は、温度の変化によって軸受の締め代
（δ）円周方向最大応力（σＢ），半径方向応力（Ｐ
ｒ）がどのように変化するかを示す計算結果例（２０℃
でＰｒが１の時）である。特に、アルミニウム合金製ハ
ウジングにおいては、いずれも温度とともに、締め代、
軸受応力等が低下するが、その低下率は従来例の方が大
きく、１５０℃に至っては軸受としての機能を果たせな
くなる。しかし、本発明例である銅合金製軸受は、高温
時の締め代，軸受応力の低下が少なく、その優位性が認
められる。比較例２ 高速使用条件下における軸受の非焼付性を比較するため
に、高速焼付試験機を用いて比較試験を行なった。この
試験の詳細な試験条件を表４、表５および図１に示す。
１時間のなじみ運転後、潤滑油の給油量を１５０ｍｌ／
分とし、静荷重を累積的に増加させ、軸受の背面温度が
２００℃を超えるか、または急激なトルク変動が発生し
た時、焼付であると判定した。この焼付きが起こる前の
面圧（焼付かない最高面圧）を図１に示す。本発明例
は、図１の試験結果から明らかなように、特に高速域で
の焼付特性が従来品に比べ大幅に向上しており、熱放散
性の良い銅合金裏金の優位性が認められる。
【０００９】
【発明の効果】表３，図１の試験結果から明らかなよう
に、本発明で得られた多層すべり軸受は、低剛性ハウジ
ング（アルミニウム合金製ハウジング）および高速用エ
ンジン軸受として、比較例軸受（従来品）に比べて種々
の点で優れている。すなわち、本発明による多層すべり
軸受を低剛性ハウジングと組合せた場合、該すべり軸受
が、高熱膨張係数を有するため、ハウジングの変形に対
する吸収能力に優れている。また、高速用内燃機関に適
用した場合、該すべり軸受が高熱伝導率を有するため、
軸受ならびに潤滑油の温度上昇の抑制効果が高く、十分
に軸受性能が発揮される。以上により、本発明の銅合金
裏金を有する多層すべり軸受材料は、特に軽量で低剛性
の軸受ハウジングとの組合せで大きな締め代が得られな
い場合、あるいは内燃機関の高速域における軸受および
潤滑油の温度上昇、軸受ハウジングの慣性力増大等の苛
酷な使用条件下において、非焼付性という点で従来の鋼
製裏金を使用した多層すべり軸受にない優れた性能を発
揮することが明らかである。
【００１０】
【表１】
【００１１】
【表２】
【００１２】
【表３】
【００１３】
【表４】
【図面の簡単な説明】
【図１】高速焼付試験結果（焼付の生じない最大面圧）
を示すグラフ。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 熱膨張係数が１５×１０-6／℃以上、熱
    伝導率が０．４０ｃａｌ／ｃｍ・秒・℃以上、そして
    ０．２％耐力が２９５Ｎ／ｍｍ2 以上である銅合金層の
    表面に厚さ３〜５０μｍのオーバーレイ軸受層を設けて
    成る多層すべり軸受。
  2. 【請求項２】 銅合金層とオーバーレイ軸受層との間
    に、厚さ０．５〜５μｍのＮｉ、Ｃｏ、Ｆｅ、Ａｇおよ
    びそれらの合金から成る群から選ばれたいずれか１種の
    金属で形成された中間層を設けて成る請求項１に記載さ
    れた多層すべり軸受。
  3. 【請求項３】 オーバーレイ軸受層が、Ｓｎ、Ｉｎ、Ｓ
    ｂ、Ｃｕの１種または２種以上を合計で２〜３０重量％
    含む鉛合金で形成されている請求項１または請求項２に
    記載された多層すべり軸受。
  4. 【請求項４】 オーバーレイ軸受層が、Ｓｎ、Ｐｂ、Ｓ
    ｂの１種または２種以上を合計で２〜６０重量％含むア
    ルミニウム合金で形成されている請求項１または請求項
    ２に記載された多層すべり軸受。
  5. 【請求項５】 その全表面に、厚さ０．１〜１０μｍの
    Ｓｎ、Ｐｂまたはそれらの合金から成るフラッシュめっ
    きが施されている請求項１から請求項４までのいずれか
    一つに記載された多層すべり軸受。
  6. 【請求項６】 請求項１から請求項５までのいずれか一
    項に記載された多層すべり軸受がアルミニウム合金製ハ
    ウジング内に保持されて成る軸受組立体。
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