JPH07190063A - 耐疲労性に優れたアルミニューム基合金軸受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 中間接着層によるアルミニューム基軸受合金
層の補強効果を高め、アルミニューム基軸受合金層の耐
疲労性を向上する。 【構成】 アルミニューム基合金軸受１は、裏金層２、
中間接着層３、アルミニューム基軸受合金層４とからな
る。中間接着層３の硬さは、ビッカース硬さで、２５以
上、６０以下で、且つ中間接着層３の厚さは、当該中間
接着層３の厚さとアルミニューム基軸受合金層４の厚さ
の和の０．５倍以上、０．９倍以下とする。これによ
り、中間中間接着層３によるアルミニューム基軸受合金
層４の補強効果が高められ、耐疲労性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、裏金層とアルミニュー
ム基軸受合金層との間に中間接着層を設けた構成のアル
ミニューム基合金軸受に係わり、特に中間接着層の硬さ
および厚さに着目して耐疲労性を向上させたアルミニュ
ーム基合金軸受に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、裏金層とアルミニューム基軸受合
金層との間に、両者の密着強度を増大させる目的で、中
間接着層を設けた構成のアルミニューム基合金軸受は周
知である。アルミニューム基合金軸受は、本来、比較
的、耐疲労性に優れ、強度が高いため、高荷重が繰り返
し作用するシャフト、例えば自動車や一般産業機械のエ
ンジンのクランクシャフト用軸受として用いられている
が、エンジンの高出力化に伴い、耐疲労性の一層の向上
が求められてきている。

【０００３】このような事情の下に、上記中間接着層に
着目してこれを改良することにより、耐疲労性を向上さ
せたアルミニューム基合金軸受として、特公平５−５３
９６６号公報、特開平３−１６８４１１号公報に示され
たものがある。

【０００４】前者の特公平５−５３９６６号公報に示さ
れたアルミニューム基合金軸受は、中間接着層の硬度を
低くして、直接的にはなじみ性を向上させ、このなじみ
性の向上により間接的に耐疲労性の向上効果を得んとし
たものである。すなわち、シャフト、軸受、ハウジング
の製造誤差等によりシャフトに傾きが生じた場合、その
傾きにより、シャフトと軸受合金層とに片当りが発生
し、その片当り部分に大きな集中荷重が作用して耐疲労
性を低下させる。このような不具合を解消するために、
中間接着層の硬度を低くして、当該中間接着層が軸受合
金層のクッション材として機能するようになし、これに
て軸受合金層のなじみ性を向上させ、以てシャフトと軸
受合金との片当りを緩和するようにしたものである。

【０００５】一方、後者の特開平３−１６８４１１号公
報に示されたアルミニューム基合金軸受は、中間接着層
の硬度を、軸受合金層のそれを越えない程度に高くし
て、中間接着層のクッション性、ひいてはなじみ性をで
きるだけ損なわないようにしながら、当該中間接着層に
よって軸受合金層を補強し、耐疲労性を向上させたもの
である。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】ところで、最近では、
機械加工技術が向上し、シャフト、軸受、ハウジングの
製造誤差等は、極めて小さな範囲に止めることができる
ようになってきている。従ってシャフトの傾きも極めて
小さな範囲に抑制することができるようになってきてお
り、今後、その傾向は益々強くなる。このため、最近で
は、なじみ性の向上を図って間接的に耐疲労性を高くす
るよりも、より直接的に軸受合金層の耐疲労性を高くす
ることが要求されてきている。

【０００７】しかしながら、上記した特公平５−５３９
６６号公報のものでは、中間接着層のクッション性を高
めるために、当該中間接着層の硬度を低くして、なじみ
性を向上させる構成のものであるから、中間接着層によ
り軸受合金の補強をすることができず、シャフトの傾き
が極めて小さく、なじみ性をそれ程要求されないという
事情下にあって、高荷重の下で使用されるアルミニュー
ム基合金軸受では、かえって耐疲労性を低下させてしま
う。

【０００８】また、特開平３−１６８４１１号公報のも
のでは、中間接着層の硬度を高くして当該中間接着層に
よって軸受合金層を補強するものであるが、その実施例
に記載された中間接着層の厚さは軸受合金層の厚さに比
べて薄く、これがために、中間接着層による軸受合金層
の補強が十分になされず、やはり高荷重の下で使用され
るこの種のアルミニューム基合金軸受にあっては、耐疲
労性の向上程度が低いものとなっている。

【０００９】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、中間接着層によるアルミニューム基軸
受合金層の補強効果を高めることができ、これによりア
ルミニューム基軸受合金層の耐疲労性を向上することが
できるアルミニューム基合金軸受を提供するにある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明の耐疲労性に優れ
たアルミニューム基合金軸受は、裏金層、中間接着層お
よびアルミニューム基軸受合金層からなるアルミニュー
ム基合金軸受において、前記中間接着層の硬さが、ビッ
カース硬さで、２５以上、６０以下で、且つ中間接着層
の厚さが、当該中間接着層の厚さと前記アルミニューム
基軸受合金層の厚さの和の０．５倍以上、０．９倍以下
であることを特徴とするものである。

【００１１】この場合、中間接着層は、重量百分率で、
Ｍｎ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｓｉ，Ｍｇ，Ｆｗのうち一種または
二種以上を総量で０．３％〜５％含み、残部が実質的に
アルミニュームであることが好ましい。

【００１２】また、アルミニューム基軸受合金層は、重
量百分率で、Ｓｎ３〜４０％、Ｓｉ０．１〜３％、Ｐｂ
１０％以下、Ｃｕ０．２〜５％、Ｎｉ，Ｍｎ，Ｖ，Ｍ
ｇ，Ｓｂのうち一種または二種以上を総量で３％以下含
み、残部が実質的にアルミニュームであることが好まし
い。

【００１３】

【作用】本発明の耐疲労性に優れたアルミニューム基合
金軸受において、中間接着層の硬さを、ビッカース硬さ
（以下、Ｈｖと略称する）で、２５以上、６０以下で、
且つ中間接着層の厚さを、当該中間接着層の厚さとアル
ミニューム基軸受合金層の厚さの和の０．５倍以上、
０．９倍以下に定めた理由について述べる。

【００１４】軸受合金層の強度保証は、最終的には裏金
層によってなされるため、一般に、耐疲労性の向上のた
めには、裏金層から軸受合金層に向かって硬さが順に小
さくなる傾向とすることが好ましい。このことに関し、
特公平５−５３９６６号公報のものでは、中間接着層の
クッション性を要求するから、当該中間接着層の硬さは
低い。このため、中間接着層で硬さが急に低下すること
となり、軸受合金層の補強程度は低くなる。

【００１５】本発明では、中間接着層の硬さは最低でも
Ｈｖ２５であるから、中間接着層での硬さの低下程度は
低くなり、軸受合金層に対する補強性が向上し、耐疲労
性を高めることができる。また、機械加工技術が高ま
り、シャフトの傾きの程度は低くなるとはいっても、完
全に無くすことはできないから、やはり若干のなじみ性
は必要である。そして、中間接着層の硬さがＨｖ６０を
越えると、なじみ性がなくなり、かえって耐疲労性の低
下をもたらす。

【００１６】一方、シャフトと直接接触する軸受合金層
の表面の強度を考慮した場合、中間接着層と軸受合金層
の総厚が厚いと、軸受合金層の表面は繰り返し荷重によ
り撓む量が大きくなるから、早期に疲労するようにな
り、逆に薄すぎると、磨耗により早期に裏金層が露出し
たり、軸受材料の製造精度によっては軸受合金層の厚さ
に差異が生じ、この軸受材料を加工して軸受としたと
き、軸受合金層の厚さが非常に薄い箇所が生じたりす
る。

【００１７】このような理由から、中間接着層と軸受合
金層の総厚は或る範囲に制限されるという事情がある。
このような制限の下で、中間接着層が薄い場合には、軸
受合金層の厚さが相対的に厚くなり、シャフトと直接接
する軸受合金層の表面の補強を硬度の大なる中間接着層
によって保証できなくなってしまう。この意味から、中
間接着層の厚さは、当該中間接着層の厚さとアルミニュ
ーム基軸受合金層の厚さの和の０．５倍以上とする必要
がある。また、中間接着層の厚さが、中間接着層の厚さ
とアルミニューム基軸受合金層の厚さの和の０．９倍を
越えると、なじみ性が低くなり、かえって耐疲労性の低
下をきたす。

【００１８】ここで、特開平３−１６８４１１号公報の
ものは、中間接着層の硬さをＨｖ２５以上とするもので
あるが、その厚さは、実施例に０．０２〜０．０６ｍｍ
とあって極めて薄く、且つ中間接着層と軸受合金層の総
厚に対する割合についてはまったく言及されていない点
に注意すべきである。

【００１９】本発明において、中間接着層の主成分であ
るアルミニュームに含ませる元素は、中間接着層の強化
のためのものであり、それら強化元素はアルミニューム
マトリックス中に固溶するか、または微細に晶出或いは
析出し、強度（硬さ）を向上させる。この強化元素とし
ては、Ｍｎ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｓｉ，Ｍｇ，Ｆｅのうち一種
または二種以上を添加することが有効であり、この場
合、その強化元素が重量百分率で総量０．３％未満では
添加の効果がなく、５％を越えると、中間接着層の硬さ
が大きくなり過ぎる。

【００２０】また、アルミニューム基軸受合金層の主成
分であるアルミニュームに含ませる組成成分を、重量百
分率で、Ｓｎ３〜４０％、Ｓｉ０．１〜３％、Ｐｂ１０
％以下、Ｃｕ０．２〜５％、Ｎｉ，Ｍｎ，Ｖ，Ｍｇ，Ｓ
ｂのうち一種または二種以上総量で３％以下とした理由
は次の通りである。

【００２１】（１）Ｓｎ：３〜４０％ 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。３％未満ではその効果は薄く、
４０％を越えると、軸受合金としての機械的性質が低下
する。

【００２２】（２）Ｓｉ：０．１〜３％ Ｓｉは、アルミニュームマトリックス中に固溶したり、
硬さの大きいＳｉ粒子として晶出して硬さを高める。
０．１％未満ではそのような効果が得られず、３％を越
えると、脆くなり、圧延性等の加工性に劣る。

【００２３】（３）Ｐｂ１０％以下 Ｐｂは、切削性及び非焼付性を改善する。１０％を越え
ると、Ｐｂをアルミニュームマトリックスに均一に分散
させることが非常に困難となり切削性、非焼付性に問題
を生ずる。また、強度にも悪影響を及ぼす。

【００２４】（４）Ｃｕ：０．２〜５％ Ｃｕは、アルミニュームマトリックスの強度を向上さ
せ、疲労強度の向上にとって非常に有効となる。０．２
％未満では添加の効果がなく、５％を越えると、なじみ
性が低下し、塑性加工性も悪くなる。

【００２５】（５）Ｎｉ，Ｍｎ，Ｖ，Ｍｇ，Ｓｂのうち
一種または二種以上：総量で３％以下 これらの元素は、アルミニュームマトリックス中に固溶
するか或いは金属間化合物として析出し、強度を向上さ
せる。３％を越えると、粗大な化合物が生成したり、脆
くなって圧延等の機械的性質を悪くする。

【００２６】

【実施例】以下、本発明の実施例を具体的に説明する。
図１は本発明に係るアルミニューム基合金軸受を示すも
ので、この軸受１は、裏金層２、中間接着層３及びアル
ミニューム基軸受合金層４からなる３層構造のもので、
例えば半割軸受とされている。

【００２７】この軸受１を形成するための軸受材料５
は、図２に示すように、裏金層２となる例えば低炭素鋼
板６に、中間接着層３となるアルミニューム合金板７及
びアルミニューム基軸受合金層４となるアルミニューム
基軸受合金板８とから製造される。なお、低炭素鋼板６
としては、一般に炭素量０．０２〜０．３５重量％のも
のが用いられる。

【００２８】上記アルミニューム合金板７の組成成分
は、重量百分率で、Ｍｎ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｓｉ，Ｍｇ，Ｆ
ｅのうち一種または二種以上を総量で０．３％〜５％含
み、残部が実質的にＡｌのものである。

【００２９】また、アルミニューム基軸受合金板８の組
成成分は、重量百分率で、Ｓｎ３〜４０％、Ｓｉ０．１
〜３％、Ｐｂ１０％以下、Ｃｕ０．２〜５％、Ｎｉ，Ｍ
ｎ，Ｖ，Ｍｇ，Ｓｂのうち一種または二種以上を総量で
３％以下含み、残部が実質的にＡｌのものである。

【００３０】これら、アルミニューム合金板７及びアル
ミニューム基軸受合金板８は、通常の鋳造及び圧延加工
により製造されたものある。これらアルミニューム合金
板７及びアルミニューム基軸受合金板８から前記軸受材
料５を製造するには、まず、両板７及び８を重ね合わせ
てロール圧接により複合アルミニューム板を製造し、こ
の後、その複合アルミニューム板の中間接着層３用のア
ルミニューム合金板７側に低炭素鋼板６を重ね合わせて
両者をロール圧接し、以上により図２に示す軸受材料５
とするものである。

【００３１】このようにして製造された軸受材料５を加
工して得た前記の半割軸受１において、裏金層２の厚さ
ｔ1 は１．１７〜１．２３ｍｍであり、中間接着層３の
厚さｔ2 とアルミニューム基軸受合金層４の厚さｔ3 の
和Ｔは０．３ｍｍ程度にされている。

【００３２】そして、中間接着層３の厚さｔ2 は、当該
中間接着層３とアルミニューム基軸受合金層４の厚さの
和Ｔ（０．３ｍｍ）の０．５〜０．９倍、すなわち０．
１５〜０．２７ｍｍ程度にされている。また、中間接着
層４の硬さは、Ｈｖで２５以上、６０以下となってい
る。

【００３３】さて、本発明者は、次の表１に示す成分の
本発明に係る軸受（本発明品）と従来の軸受（比較品）
とについて、中間接着層の硬さを測定し、同表に示す結
果を得た。また、中間接着層３の厚さｔ2 とアルミニュ
ーム基軸受合金層４の厚さｔ3 を測定してｔ2 ／Ｔを求
め、その結果を同じく表１に示した。更に、本発明者
は、本発明品と比較品とについて疲労試験を行い、表２
に示す結果を得た。なお、疲労試験の条件を表３に示
す。

【００３４】

【表１】

【００３５】

【表２】

【００３６】

【表３】

【００３７】表１及び表２から、耐疲労性に与える中間
接着層の硬さ、ｔ2 ／Ｔの影響について分析する。

【００３８】（１）中間接着層の硬さについて 例えば、比較品１と本発明品９、比較品６と本発明品１
４との対比から明らかなように、アルミニューム基軸受
合金層４の成分が同一で、中間接着層３の厚さｔ2 とア
ルミニューム基軸受合金層４の厚さｔ3 との総厚Ｔに対
する中間接着層３の厚さの割合（以下、単にｔ2 ／Ｔ）
が０．５以上であっても、中間接着層３の硬さがＨｖ２
５以上である本発明品９，１４は、Ｈｖ２５を下回る比
較品１，６に比べて耐疲労性に優れていることが理解さ
れる。

【００３９】また、本発明品９と１２、本発明品１０と
１５との対比から、同じｔ2 ／Ｔであっても、中間接着
層３の硬さが大きい程、耐疲労性が高まることが分か
る。しかしながら、比較品３と本発明品１１との対比か
ら、中間接着層３の硬さがＨｖ６０を越えると、かえっ
て耐疲労性が悪くなることが理解される。

【００４０】（２）ｔ2 ／Ｔについて アルミニューム基軸受合金層４の成分が同一で、中間接
着層３の硬さも同じ程度の比較品２と本発明品１０との
対比、アルミニューム基軸受合金層４の成分が同一であ
る比較品４と本発明品１２、比較品７と本発明品１５と
の対比から、或いは中間接着層３の硬さが同一である比
較品４，５と本発明品１０，１１，１３との対比から明
らかなように、ｔ2 ／Ｔが０．５以上の本発明品の方
が、０．５以下の比較品に比べて、耐疲労性に優れてい
ることが理解される。

【００４１】また、比較品８と本発明品１６との対比、
或いは比較品８と本発明品１０，１５との対比から、ｔ
2 ／Ｔが０．９を越えると、かえって耐疲労性が低下す
ることが理解される。

【００４２】なお、ｔ2 ／Ｔについて、比較品２は０．
５未満，比較品８は０．９を越えているにも拘らず、ｔ
2 ／Ｔが０．５〜０．９の範囲にある本発明品９よりも
耐疲労性に優れるが、これは、アルミニューム基軸受合
金層４の組成成分そのものが本来耐疲労性に優れたもの
であるからであり、ちなみに比較品２，８とアルミニュ
ーム基軸受合金層４の組成成分が同じである本発明品１
０，１６は比較品２，８に比べて耐疲労性において格段
に優れる。

【００４３】以上の説明のように、或いは表２の疲労試
験結果全体から分かるように、中間接着層３の硬さがＨ
ｖ２５〜６０、ｔ2 ／Ｔが０．５〜０．９である本発明
品は、その範囲外にある比較品に比べて耐疲労性に優れ
ているものである。

【００４４】一方、中間接着層３が、重量百分率で、Ｍ
ｎ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｓｉ，Ｍｇ，Ｆｅのうち一種または二
種以上を総量で０．３％〜５％含み、残部が実質的にＡ
ｌである本発明品９〜１７は、Ｍｎ，Ｃｕ，Ｚｎ，Ｓ
ｉ，Ｍｇ，Ｆｅを含まない比較品１，６に比べて、中間
接着層３の硬さが大きく、強度が高い。逆に、Ｍｎ，Ｃ
ｕ，Ｚｎ，Ｓｉ，Ｍｇ，Ｆｅを総量で５％を越えて含む
比較品３では、中間接着層３の硬さがＨｖ６１を越えて
しまい、かえって耐疲労性に劣っていることが理解され
る。

【００４５】また、アルミニューム基軸受合金層が、重
量百分率で、Ｓｎ３〜４０％、Ｓｉ０．１〜３％、Ｐｂ
１０％以下、Ｃｕ０．２〜５％、Ｎｉ，Ｍｎ，Ｖ，Ｍ
ｇ，Ｓｂのうち一種または二種以上を総量で３％以下含
み、残部が実質的にＡｌである本発明品によれば、中間
接着層３の硬さがＨｖ２５〜６０、ｔ2 ／Ｔが０．５〜
０．９としたことと相俟って、耐疲労性に優れたものと
なる。

【００４６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば次
のような効果を得ることができる。請求項１記載のアル
ミニューム基合金軸受では、中間接着層の硬さを、ビッ
カース硬さで、２５以上、６０以下で、且つ中間接着層
の厚さを、当該中間接着層の厚さと前記アルミニューム
基軸受合金層の厚さの和の０．５倍以上、０．９倍以下
にしたことにより、機械加工技術が向上し、シャフト、
軸受、ハウジング製造誤差等が極めて小さい範囲に止め
ることができるようになったことから、なじみ性よりも
耐疲労性が要求されるという事情下にあって、その要望
に対応でき、耐疲労性を向上することができる。

【００４７】請求項２記載のアルミニューム基合金軸受
では、中間接着層を、重量百分率で、Ｍｎ，Ｃｕ，Ｚ
ｎ，Ｓｉ，Ｍｇ，Ｆｅのうち一種または二種以上を、総
量で０．３％〜５％含み、残部が実質的にＡｌとしたこ
とにより、中間接着層の硬さを必要以上に高くすること
なく、耐疲労性を高めるに適した硬さにすることができ
る。

【００４８】請求項３記載のアルミニューム基合金軸受
では、アルミニューム基軸受合金層を、重量百分率で、
Ｓｎ３〜４０％、Ｓｉ０．１〜３％、Ｐｂ１０％以下、
Ｃｕ０．２〜５％、Ｎｉ，Ｍｎ，Ｖ，Ｍｇ，Ｓｂのうち
一種または二種以上を総量で３％以下含み、残部が実質
的にＡｌとしたことにより、中間接着層を適度な硬さ、
アルミニューム基軸受合金層の厚さとの関係で適度な厚
さとしたことと相俟って、耐疲労性の高いものとするこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す半割軸受の部分断面図

【図２】軸受材料の部分断面図

【符号の説明】

１は軸受、２は裏金層、３は中間接着層、４はアルミニ
ューム基軸受合金層、５は軸受材料、６は低炭素鋼板、
７はアルミニューム合金板、８はアルミニューム基軸受
合金板である。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 裏金層、中間接着層およびアルミニュ
   ーム基軸受合金層からなるアルミニューム基合金軸受に
   おいて、 前記中間接着層の硬さが、ビッカース硬さで、２５以
   上、６０以下で、且つ中間接着層の厚さが、当該中間接
   着層の厚さと前記アルミニューム基軸受合金層の厚さの
   和の０．５倍以上、０．９倍以下であることを特徴とす
   る耐疲労性に優れたアルミニューム基合金軸受。
2. 【請求項２】 中間接着層は、重量百分率で、Ｍｎ，
   Ｃｕ，Ｚｎ，Ｓｉ，Ｍｇ，Ｆｅのうち一種または二種以
   上を総量で０．３％〜５％含み、残部が実質的にＡｌで
   あることを特徴とする請求項１記載の耐疲労性に優れた
   アルミニューム基合金軸受。
3. 【請求項３】 アルミニューム基軸受合金層は、重量
   百分率で、Ｓｎ３〜４０％、Ｓｉ０．１〜３％、Ｐｂ１
   ０％以下、Ｃｕ０．２〜５％、Ｎｉ，Ｍｎ，Ｖ，Ｍｇ，
   Ｓｂのうち一種または二種以上を総量で３％以下含み、
   残部が実質的にＡｌであることを特徴とする請求項１ま
   たは２記載の耐疲労性に優れたアルミニューム基合金軸
   受。