JPH07190064A - 多層すべり軸受材料及びその製造方法 - Google Patents

多層すべり軸受材料及びその製造方法

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JPH07190064A JP5332189A JP33218993A JPH07190064A JP H07190064 A JPH07190064 A JP H07190064A JP 5332189 A JP5332189 A JP 5332189A JP 33218993 A JP33218993 A JP 33218993A JP H07190064 A JPH07190064 A JP H07190064A
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Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】 耐摩耗性、耐食性の高い多層すべり軸受材料
を提供する。 【構成】 鋼板または銅メッキ付き鋼板３に銅鉛系また
は鉛青銅系の軸受合金層８を設け、軸受合金層８の耐食
性、なじみ性を高めるために、亜鉛を含む鉛系オーバー
レイ層９を設ける。軸受合金層８の銅マトリックスＣｕ
とオーバーレイ層９との間には、厚さ０．５〜１０μｍ
の銅亜鉛合金層１１を設け、この銅亜鉛合金層１１によ
り、オーバーレイ層９の錫、インジウムが軸受合金層８
の銅マトリックスＣｕ中に拡散することを防止する。こ
の多層すべり軸受材料は、鋼板または銅メッキ付き鋼板
３に銅鉛系の軸受合金層がライニングされたバイメタル
板と、亜鉛を含む鉛系オーバーレイ層用の合金板とを、
全圧下量８〜４８％で圧延圧接し、１７０〜２５０℃に
て熱処理してえられる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、鋼板または銅メッキ付
き鋼板に、銅鉛系の軸受合金層及び亜鉛を含む鉛系オー
バーレイ層を設けた多層すべり軸受に係わり、特に銅鉛
系または鉛青銅系の軸受合金層と亜鉛を含む鉛系オーバ
ーレイ層との間に銅亜鉛合金層を設けた多層すべり軸受
材料及びその製造方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】鋼板を裏金とし、これに銅鉛系または鉛
青銅系の軸受合金層を設けたすべり軸受は、内燃機関等
の高荷重用軸受として用いられている。このものでは、
耐荷重性には優れているが、軸受合金に必要なその他の
特性、すなわち耐焼付性、埋収性、なじみ性においては
問題がある。このため、従来より、軸受合金層の表面
に、例えば鉛−錫系、鉛−錫−インジウム系のオーバー
レイ層を設け、このオーバーレイ層により耐焼付性、埋
収性、なじみ性を向上させるようにしていた。
【０００３】このような多層すべり軸受を製造する方法
としては、特公昭５４−２３６６７号公報に示されたも
のがある。これは、裏金に銅鉛系または鉛青銅系の軸受
合金をライニングしたバイメタルと、錫、アンチモン、
銅、亜鉛、テルル、インジウム、砒素、タリウム及びそ
の他の添加元素を１種または２種以上、総量で最大４０
％まで含み、残部が鉛からなるオーバーレイ層としての
鉛系合金板とを、常温〜２００℃の温度条件下で、全圧
下量８〜４０％となるように圧延圧接したものである。
【０００４】また、特開昭６１−１８６４９９号公報に
は、オーバーレイ層の耐熱性を向上させ、高温における
耐摩耗性を高めると共に、高温で酸化が促進される潤滑
油に対する耐食性を向上させるために、従来の軸受合金
層の上に、亜鉛０．５〜１０％を含み、更に錫０．５％
〜２５％、銅０．１〜５％、アンチモン０．１〜５％、
砒素０．１〜５％若しくはインジウム０．１〜１０％よ
りなる群のうち少なくとも１種を含有し、残部が実質的
に鉛からなるオーバーレイ層を形成することが記載され
ている。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述したよ
うな多層すべり軸受において、オーバーレイ層の錫、イ
ンジウムは耐摩耗性、耐食性を向上させるが、銅鉛系ま
たは鉛青銅系の軸受合金層とオーバーレイ層とを直接接
触させると、オーバーレイ層の錫やインジウムが軸受合
金層に拡散し、この結果、オーバーレイ層の錫、インジ
ウムの含有量が減少して、耐摩耗性、耐食性が低下す
る。そこで、特開昭６１−１８６４９９号公報にも示さ
れているように、通常は、銅鉛系または鉛青銅系の軸受
合金層の表面にニッケルメッキを施し、その上にオーバ
ーレイ層を設けるようにしている。このようにすると、
ニッケルメッキ層により、オーバーレイ層中の錫やイン
ジウムが軸受合金層に拡散することを防止できるのであ
る。
【０００６】しかしながら、軸受合金層とオーバーレイ
層との間にニッケルメッキ層を設けたものでは、オーバ
ーレイ層が摩耗してその厚さが薄くなってくると、ニッ
ケルメッキ層が表面に露出するようになる。すると、硬
いニッケルにより軸が傷付けられたり、ニッケルメッキ
層の摩耗により、軸受合金層の耐食性が悪化したりする
という問題を生ずる。
【０００７】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、ニッケルメッキ層によることなく、オ
ーバーレイ層中の錫やインジウムが軸受合金層の銅マト
リックス中に拡散することを防止でき、オーバーレイ層
が薄くなったり、摩滅したりした場合でも、軸を傷付け
たり、耐食性が低下するおそれのない多層すべり軸受材
料及びその製造方法を提供するにある。
【０００８】
【課題を解決するための手段】本発明の多層すべり軸受
材料は、鋼板または銅メッキ付き鋼板に銅鉛系または鉛
青銅系の軸受合金層をライニングし、この軸受合金層に
亜鉛を含む鉛系オーバーレイ層を設けた多層すべり軸受
において、前記銅鉛系の軸受合金層の銅マトリックスと
鉛系オーバーレイ層との間に、厚さ０．５〜１０μｍの
銅亜鉛合金層を設けたことを特徴とするものである。
【０００９】この場合、鉛系オーバーレイ層は、重量百
分率で、亜鉛１〜５％、錫及び／またはインジウムが総
量で３〜２５％、残部が実質的に鉛であることが好まし
い。鉛系オーバーレイ層には、更に、銅及び／またはア
ンチモンを総量で１〜１３％を含ませることができる。
また、軸受合金層は、重量百分率で、鉛３〜３５％、錫
１５％以下、残部が実質的に銅であることが好ましい。
【００１０】本発明の多層すべり軸受材料の製造方法
は、鋼板または銅メッキ付き鋼板に銅鉛系または鉛青銅
系の軸受合金層がライニングされたバイメタル板と、亜
鉛を含む鉛系オーバーレイ層用の合金板とを、全圧下量
８〜４８％で圧延圧接し、その後、１７０〜２５０℃に
て熱処理することを特徴とするものである。
【００１１】
【作用】本発明の多層すべり軸受材料では、銅鉛系また
は鉛青銅系の軸受合金層の銅マトリックスと鉛系オーバ
ーレイ層との間に銅亜鉛合金層が設けられているので、
オーバーレイ層の錫やインジウム等が軸受合金層の銅マ
トリックス中に拡散することがない。
【００１２】また、軸受合金層とオーバーレイ層の境界
において、銅マトリックス中に晶出している鉛は銅亜鉛
系合金層により覆われておらず、オーバーレイ層に露出
している。このため、オーバーレイ層の錫やインジウム
が一部、軸受合金層の鉛相の中に拡散し、オーバーレイ
層が摩耗して銅亜鉛合金層や軸受合金層が露出するよう
になっても、その鉛相中に拡散している錫やインジウム
によって、それら銅亜鉛合金層や軸受合金層の耐食性、
耐摩耗性が保たれ、また銅亜鉛合金層は従来のニッケル
メッキ層に比べて柔らかいので、軸が傷付けられたりす
ることがない。
【００１３】銅亜鉛合金層の厚さは、０．５μｍ未満で
はその効果がなく、１０μｍを越えると、脆くなって剥
がれ易くなり、軸受合金層に対するオーバーレイ層の接
着性を害する。
【００１４】ここで、オーバーレイ層の組成成分の作用
を述べると、次の通りである。 （１）亜鉛：１〜５％ 亜鉛は、１％以上で熱処理により、銅鉛系または鉛青銅
系の軸受合金の銅マトリックスとオーバーレイ層との境
界に銅鉛合金層を形成し、オーバーレイ層中の耐腐食元
素が軸受合金の銅マトリックスに拡散することを防止す
る。５％を越えると、融点が低下傾向となり、高温での
耐摩耗性、耐荷重性を悪くする。
【００１５】（２）錫及び／またはインジューム：総量
で３〜２５％ 錫は、潤滑油中の有機酸に対する鉛マトリックスの耐腐
食性および耐摩耗性の向上に寄与する。１５％を越える
と、鉛マトリックスの融点が低下し、高温での耐摩耗
性、耐荷重性を悪くする。インジウムも、耐腐食性およ
び耐摩耗性の向上に寄与する。１５％を越えての添加
は、鉛マトリックスの融点の低下により、高温での耐摩
耗性、耐荷重性を悪くする。このような錫及びインジウ
ムが総量で３％未満では、耐食性、耐摩耗性の効果が認
められず、総量で２５％を越える添加は、高温での耐摩
耗性、耐荷重性を阻害する。
【００１６】（３）銅及び／またはアンチモン：総量で
１〜１３％ 銅、アンチモンは、耐摩耗性及び耐疲労性を向上する
が、総量で３％未満の添加ではその効果が認められず、
１３％を越えると、脆くなり、なじみ性を害する。
【００１７】次に、銅鉛系または鉛青銅系の軸受合金の
組成成分の作用につき述べる。銅鉛系または鉛青銅系の
軸受合金は、表面にオーバーレイ層を必要とする高荷重
用軸受合金であり、軸受用銅鉛合金、軸受用鉛青銅合金
組成に類する合金である。
【００１８】（１）鉛：３〜３５％ 鉛は、なじみ性、非焼付性を向上させる。３％未満で
は、その効果がなく、３５％を越えると、銅マトリック
スの強度が低下し、耐疲労性、耐腐食性を劣化させる。
【００１９】（２）錫：１５％以下 鉛青銅系の軸受合金にあって、錫は、銅マトリックスに
固溶し、耐摩耗性、耐荷重性を向上させる。１５％を越
えると、引張強さが低くなり、伸びもなくなって脆くな
る。
【００２０】上記手段の本発明の多層すべり軸受材料の
製造方法は、鋼板または銅メッキ付き鋼板に銅鉛系また
は鉛青銅系の軸受合金層を接着したバイメタル板と、亜
鉛を含む鉛系オーバーレイ層用の合金板とを圧接接合し
た後、熱処理すると、オーバーレイ層用の合金板の亜鉛
が、軸受合金層の表面層の銅マトリックス中に拡散し、
軸受合金層とオーバーレイ層との境界に銅亜鉛合金層を
形成する。
【００２１】バイメタル板と、オーバーレイ層用の合金
板との圧接接合時、全圧下量が８％を下回ると、バイメ
タル板とオーバーレイ層用の合金板との接着力が不十分
となり、４８％を越えると、軸受合金層が硬くなり脆く
なる。
【００２２】また、熱処理温度が１７０℃未満では、軸
受合金層の銅マトリックスへのオーバーレイ層用の合金
板の亜鉛の拡散が不十分となり、また２５０℃を越える
と、熱処理時の鉛の酸化が激しくなる。
【００２３】
【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて説
明する。図２は多層すべり軸受材料の製造工程を示し、
アンコイラＡ、Ｂには、バイメタル・ストリップ（バイ
メタル板）１、オーバーレイ層用に供するための合金ス
トリップ（合金板）２がコイル状にして装着されてい
る。
【００２４】上記バイメタル・ストリップ１は、図３に
示すように、軸受の裏金となる鋼板または銅メッキ付き
鋼板３に、軸受合金層用として供される銅鉛系または鉛
青銅系の軸受合金４を接着して構成されており、その軸
受合金４の組成成分は、重量百分率で鉛３〜３５％、錫
１５％以下、残部が実質的に銅からなるものである。ま
た、上記オーバーレイ層用の合金ストリップ２は、重量
百分率で、亜鉛１〜５％、錫及び／またはインジウムが
総量で３〜２５％、残部が実質的に鉛からなるもの、或
いは更に、銅及び／またはアンチモンを総量で１〜１３
％を含ませてなるものである。
【００２５】バイメタル・ストリップ１と合金ストリッ
プ２は、アンコイラＡ、Ｂから巻きほぐされ、脱脂層
５，５においてトリクレン洗浄されて表面の汚れが除去
される。次に、両ストリップ１，２は、ワイヤーブラシ
６，６により、接着されるべき面が研磨されると共に、
接着を助長するための表面粗さにされる。
【００２６】その後、両ストリップ１，２は、圧延機７
のロール間に通されて圧延圧接される。このときの圧延
圧接は、全圧下量が８〜４８％となるように行われる。
ここで、全圧下量が８％未満では、バイメタル・ストリ
ップ１と合金ストリップ２との接着が不十分となり、４
８％を越えると、軸受合金板４が硬くなり脆くなること
が確かめられている。
【００２７】このようにしてバイメタル・ストリップ１
と合金ストリップ２とが接着されることにより、図１に
示すように、鋼板または銅メッキ付き鋼板３に銅鉛系ま
たは鉛青銅系の軸受合金層８（軸受合金４）がライニン
グされ、この軸受合金層８に亜鉛を含む鉛系オーバーレ
イ層９（合金ストリップ２）が設けられた軸受材料１０
に形成される。そして、この軸受材料１０は、コイラＣ
に巻き取られ、その後、熱処理炉（図示せず）に通さ
れ、ここで、１７０〜２５０℃に加熱されて熱処理され
る。
【００２８】この熱処理炉での熱処理により、軸受合金
層８とオーバーレイ層９との境界において、オーバーレ
イ層９中の亜鉛が軸受合金層８の銅マトリックスに拡散
し、この拡散により、軸受合金層８とオーバーレイ層９
との間に、厚さ０．５〜１０μｍの銅亜鉛合金層１１が
形成される。
【００２９】上記熱処理時において、加熱温度が１７０
℃未満では、銅マトリックス中への亜鉛の拡散が不十分
で、０．５〜１０μｍの銅亜鉛系合金層１０が形成され
ず、また２５０℃を越えると、鉛の酸化が激しくなるこ
とが本発明者の実験により確認された。
【００３０】以上のようにして得た軸受材料１０では、
軸受合金層８の銅マトリックス（図１にＣｕで示す）が
銅亜鉛合金層１１によって覆われているので、オーバー
レイ層９中の錫やインジウムの銅マトリックス中への拡
散量が抑制される。このため、オーバーレイ層９中の錫
やインジウムが減少する割合が少なく、従って、オーバ
ーレイ層９の耐食性や耐摩耗性が損なわれることが少な
いので、該オーバーレイ層９が長寿命となる。
【００３１】また、軸受合金層８の表面層において、銅
マトリックス中に晶出している鉛相（図１にＰｂで示
す）は銅亜鉛合金層１１によって覆われておらず、オー
バーレイ層９に露出している。このため、オーバーレイ
層９中の錫やインジウムはその鉛相に拡散する。
【００３２】従って、オーバーレイ層９が摩耗して銅亜
鉛合金層１１や軸受合金層８が露出するようになって
も、鉛相に拡散している錫、インジウムによって耐食性
が良好に保たれるようになる。また、銅亜鉛合金層１１
は、従来のニッケルメッキ層に比べて柔らかいので、軸
が傷付けられることもない。
【００３３】次に示す表１は、耐食性試験の結果を示
す。
【００３４】
【表１】
【００３５】この耐食性試験は、オーバーレイ層９の組
成成分を同表に示すように種々変えた本発明の実施例品
と、比較品とについて行った。本発明の実施例品及び比
較品１，３，４，６は、重量百分率で、鉛２３％、錫
３．５％、残りが実質的に銅である鉛青銅系の軸受合金
層８に、オーバーレイ層９を圧延圧接した後、２００℃
で４時間の熱処理を行ったものである。なお、括弧書き
でメッキ品と示されている比較品２，５は、前記実施例
品と同じ軸受合金層の上に拡散防止用のニッケル及びオ
ーバーレイを電気メッキにより施し、１３０℃、５０分
の熱処理を行ったものである。
【００３６】そして、耐食性試験は、オーバーレイ層及
び比較品のニッケルメッキを施したものにあっては、そ
のオーバーレイ層及びニッケルメッキを除去し、本発明
の実施例品にあってはオーバーレイ層９及び銅亜鉛合金
層１１を除去した後、１０，０００Ｋｍ走行後の自動車
の劣化エンジンオイル（商品名：シェルロテラオイル）
に１３０℃で１，０００時間浸漬し、その前後の重量差
を求める、という内容のものである。
【００３７】この表１から、本発明の実施例品の方が、
比較品よりも、遥かに耐食性に優れていることが理解さ
れる。比較品のうち、軸受合金層とオーバーレイ層との
間にニッケルメッキが施されているもの（比較品２，
５）では、耐食性は非常に悪い。これは、オーバーレイ
層の錫やインジウムが軸受合金層に拡散する現象が全く
起きなかったためと思われる。一方、軸受合金層とオー
バーレイ層との間にニッケルメッキが施されていない比
較品１，３，４にあっては、オーバーレイ層に亜鉛が含
まれていないため、軸受合金層とオーバーレイ層との間
に銅亜鉛合金層が形成されない。
【００３８】従って、この比較品１，３，４では、オー
バーレイ層の錫やインジウムが軸受合金層に拡散すると
思われるが、本発明の実施例品に比べると耐食性に非常
に劣る。これは、比較品では、錫やインジウムの拡散
は、軸受合金層の銅マトリックスに対して行われ、ほと
んどが銅の境界に化合物を作るため、軸受合金層の鉛相
中における錫、インジウムの量が少ないためと思われ
る。このことから、本発明品は、錫、インジウムが銅と
化合物を作ることなく、鉛相中に錫、インジウムが多く
とどまり、耐食性の向上効果が高いことが理解される。
【００３９】また、比較品６では、オーバーレイ層に亜
鉛を少量含むため、２００℃、４時間の熱処理中に銅亜
鉛合金層が形成されるが、その厚さは０．３μｍと非常
に薄い。このため、オーバーレイ層の錫やインジウムの
軸受合金層の銅マトリックスへの拡散防止効果が薄く、
本発明の実施例品程の耐食性は得られず、これは、銅亜
鉛合金層１１の厚さは、０．５μｍ以上とする必要があ
ることの一つの証左となるであろう。そして、銅亜鉛合
金層１１の厚さが１０μｍを越えると、銅亜鉛合金層１
１が脆くなり、オーバーレイ層９の接着性の低下を招く
ことが別の実験で確認されている。
【００４０】
【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記載の多層
すべり軸受材料では、軸受合金層の銅マトリックスとオ
ーバーレイ層との間に、厚さ０．５〜１０μｍの銅亜鉛
合金層を設けたことにより、オーバーレイ層中の錫やイ
ンジウム等、耐食性、耐摩耗性を向上させるための元素
が軸受合金の銅マトリックスに拡散することを防止で
き、耐食性、耐摩耗性の向上を図ることができる。ま
た、軸受合金層の銅マトリックス中に晶出している鉛は
オーバーレイ層との境界において銅亜鉛系合金層に覆わ
れておらず、この鉛にオーバーレイ層の錫やインジウム
が一部拡散するため、オーバーレイ層が摩耗して銅亜鉛
合金層や軸受合金層が露出するようになっても、錫やイ
ンジウムが拡散した鉛相によって耐摩耗性、耐食性が保
たれ、また軸が傷付けられたり、軸受合金層の耐食性が
低下するおそれがない。
【００４１】請求項２記載の多層すべり軸受材料では、
鉛系オーバーレイ層を、重量百分率で、亜鉛１〜５％、
錫及び／またはインジウムが総量で３〜２５％、残部が
実質的に鉛としたことにより、なじみ性、耐摩耗性、耐
食性を向上させることができると共に、オーバーレイ層
と軸受合金層の銅マトリックスとの間に有効なる銅亜鉛
合金層を形成することができる。
【００４２】請求項３記載の多層すべり軸受材料では、
鉛系オーバーレイ層に、更に、銅及び／またはアンチモ
ンを総量で１〜１３％を含ませたことにより、より一
層、耐摩耗性、耐食性、耐疲労性を高めることができ
る。
【００４３】請求項４記載の多層すべり軸受材料では、
軸受合金層を、重量百分率で、鉛３〜３５％、錫１５％
以下、残部が実質的に銅としたことにより、高荷重用軸
受として耐疲労性、耐摩耗性、耐焼付性に優れる。
【００４４】請求項５記載の多層すべり軸受材料の製造
方法では、鋼板または銅メッキ付き鋼板に銅鉛系または
鉛青銅系の軸受合金層がライニングされたバイメタル板
と、亜鉛を含む鉛系オーバーレイ層用の合金板とを、全
圧下量８〜４８％で圧延圧接し、その後、１７０〜２５
０℃にて熱処理する構成としたことにより、軸受合金層
の銅マトリックスとオーバーレイ層との間に、拡散によ
り、容易に銅亜鉛合金層を形成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】軸受材料の要部の組織を示す図
【図２】本発明の一実施例の製造工程を示す概略図。
【図３】バイメタル・ストリップの断面図
【符号の説明】
１はバイメタル・ストリップ（バイメタル板）、２は合
金ストリップ（合金板）、３は鋼板または銅メッキ付き
鋼板、４は軸受合金、８は軸受合金層、９はオーバーレ
イ層、１１は銅亜鉛合金層である。
フロントページの続き (72)発明者 北川 康冶 名古屋市北区猿投町２番地 大同メタル工 業株式会社内

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 鋼板または銅メッキ付き鋼板に銅鉛系ま
    たは鉛青銅系の軸受合金層をライニングし、この軸受合
    金層に亜鉛を含む鉛系オーバーレイ層を設けた多層すべ
    り軸受において、前記銅鉛系の軸受合金層の銅マトリッ
    クスと鉛系オーバーレイ層との間に、厚さ０．５〜１０
    μｍの銅亜鉛合金層を設けたことを特徴とする多層すべ
    り軸受材料。
  2. 【請求項２】 鉛系オーバーレイ層は、重量百分率で、
    亜鉛１〜５％、錫及び／またはインジュームが総量で３
    〜２５％、残部が実質的に鉛であることを特徴とする請
    求項１記載の多層すべり軸受材料。
  3. 【請求項３】 鉛系オーバーレイ層は、更に、銅及び／
    またはアンチモンを総量で１〜１３％を含むことを特徴
    とする請求項２記載の多層すべり軸受材料。
  4. 【請求項４】 軸受合金層は、重量百分率で、鉛３〜３
    ５％、錫１５％以下、残部が実質的に銅であることを特
    徴とする請求項１ないし３項のいずれかに記載の多層す
    べり軸受材料。
  5. 【請求項５】 請求項１ないし４のいずれかに記載の多
    層すべり軸受材料を製造する方法において、鋼板または
    銅メッキ付き鋼板に銅鉛系または鉛青銅系の軸受合金層
    がライニングされたバイメタル板と、亜鉛を含む鉛系オ
    ーバーレイ層用の合金板とを、全圧下量８〜４８％で圧
    延圧接し、その後、１７０〜２５０℃にて熱処理するこ
    とを特徴とする多層すべり軸受材料の製造方法。
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