JPS5864332A - アルミニウム系合金軸受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明はアルミニウム系合金軸受に関するものであり、
さらに詳しく述べるならば内燃機関の軸受として用いら
れる鉛含有アルミニウム系合金軸受の改良に関するもの
である。

上記アルきニウム系合金はスズを含有するものが一般に
裏金鋼板に圧接されて軸受として供用されている。鉛は
スズと同様に軟質の元素であり、スズと同様にアルミニ
ウム合金に軸受性能を付与するが、合金中に均一に分散
させることが困難であるので、スズはど合金元素として
多用されていない。しかしながらスズ及び鉛は物性的に
は共通の性質を有しており、軸受性能の一つとしてのな
じみ性を付与する点で共通である。なお、ここでなじみ
性とは、軸受の相手材である軸の加工種度に対して軸受
と軸との間に常に潤滑油の油膜が介在した状態で両者が
接触しつるように、軸受の衣面が軸受使用の初期に軸に
よって部分的に削りとられ又は摩耗される軸受の性質を
、指すものである。

従来の慣用的方法はスズ又は鉛はアルミニウム中に含有
させ、これによってなじみ性を発境しようとするもので
あった・ここで軸受の製法について若干述べると、鋳造
・圧延によって成形さｎた軸受合金と拠金鋼板の接着強
Ｖを高くするために圧接後にこれを焼鈍する工程が不可
欠であり、一般的にはこの焼鈍はＡｊ　−Ｆｅの金属間
化合物が生成する温度未満で時間を長くして行なわれる
。ところがスズ及び／又は鉛含有アルミニウム系合金で
は上記焼鈍によって高温下に置かれると、合金組織中で
アルミニウム結晶粒及びスズ又は鉛の晶出物が粗大化し
、スズ及び／又は鉛含有アルミニウム合金の高温硬さ及
び耐疲労強度が低下するという欠点があった。

よって、最近の技術によるとスズ又は鉛よυは硬質の金
属をアルミニウム合金に添加することにより、アルミニ
ウムマトリックスを強化させ軸受性能を高める提案がさ
れるに至った。スズ及び／又は鉛含有アルミニウム合金
の例について述べると、例えば、３．５〜４．５％Ｓｎ
　−３，５〜４．５％Ｓト０．７〜１．３％Ｃｕ−残Ａ
ｔ、　４〜８　％　ａｎ　−１〜２４８１−０．１〜２
　＊　Ｃｕ　−０，１〜１％Ｎ１−残Ａｔ、３〜４０％
５ｎ−０，１〜５％Ｐｂ−０，２〜２％Ｃｕ−０，１〜
３　’Ｉ　Ｓｂ　−０，２〜３憾Ｓｔ　−０，０１〜ｌ
チＴ１−残Ａム１５〜３０１Ｓｎ−０，５〜２ｔｓＣｕ
−残Ａｔ、及び１〜２３％８ｎ−１，５〜９％Ｐｂ−０
，３〜３％Ｃｕ−１〜８％５ｔ−ｆｉＡｔなどのスズ含
有アルミニウム系軸受合金（以下多元系軸受合金と称す
る）が使用されていた。

しかし、近年の自動車用内燃機関は小型化及び高出力化
が要求され、しかも排気ガスの浄化対策のためのブロー
パイガス還元装置の取付が要求されるようになると、内
燃機関の軸受の使用条件は従来工す悪化するに至った。

すなわち近年の軸受は小型にて従来より高、荷重及び亨
温下で使用されるようになったため、従来の多元系軸受
合金は疲労破壊や異常離れを起こして、自動車の内燃機
関のトラブルの一つの要因になっていた。なお、金属材
料の疲労現象は一般的には長ル」に亘−て該材料が使用
されたときに発現するが、近年の内燃機関では高負荷運
転が比較的短時間継続したときでも疲労による軸受の破
壊が起こることがあった。

こむ、は内燃機関内の潤滑油が高負荷運転時に高温にな
り、例えばオイルパン内の潤滑油の温度で測定した温匿
が１３０ないし１５０℃にも達するため、軸受は相手材
であるクランクシャフト等とかなりの高温で摺動してい
ると予測され、この結果従来の多元系軸受合金の高温硬
さが急＃に低下し、父スズの溶融又は朴４υが起こり、
このことが耐疲労頻度を低下させる原因になっていると
本願発明者は考える。

本願出願人は％細昭５５−８５１号にて重賞百分率で、
２．５ないし２５％のスズ、０．５ないし８係の亜鉛及
び０．１ないし１．０１未満のクロムを含有するアルミ
ニウム系合金を提案した。又本願出願人は％願昭５５−
８５２号にて、重量百分率で、２．５ないし２５％のス
ズ、０．５ないし８俤の亜鉛及び１ないし７％のケイ素
、クロム、マンガン。

ニッケル、鉄、ジルコニウム、モリブデン、コバルト、
タングステン、チタン、アンチモン、ニオブ、バナジウ
ム、セリウム、バリウム及びカルシウムからなる群から
選択された少なくとも１種の元素を含有し、残部が実質
的にアルミニウムからなるアルミニウム系合金も提案し
た。これらのアルミニウム系合金ではケイ素、クロム等
は極めて微細な硬質のｋｔ−Ｃｒ金−間化合物としてマ
トリ、ジス中に分散し、主としてスズ粒子の粗大化防止
の効果を奏し、又亜鉛は殆んどがマトリックス中に固溶
してマトリ、クスを強化し、この結果該合金の耐疲労強
ｉ及び高温硬さが向上する。これう（７）フルミニラム
系合金の軸受性能はマトリックスの強化と微細分散物に
よる強化の両件用の相乗効果によって単一作用の場合よ
りも向上される。

上記特願昭５５−８５１号及び特願昭５５−８５２号で
は、軟質なスズ粒子が優れた々じみ性を実現するものと
把握されている。上述のようななじみ性のとらえ方は当
業界において確立された考え方であり、軟質なスズ及び
／又は鉛粒子により軸受になじみ性を付与しようとする
思想自体は、従来の当業界の考え方に沿うものであり、
その延長線上にあるということができる。また、クロム
、ケイ素等の作用については、これらの粒子がスズ及び
／又は鉛粒子の粗大化を妨げるという面からとらえられ
ており、いわばクロム、ケイ素等の粒子が直接的になじ
み性を改良するという技術思想はなく、軟質なスズ及び
／又は鉛粒子の形態制御により間接的にスズ及び／又は
鉛含有アルミニウム系合金のなじみ性を改良するという
技術思想及び後述の技術的手段資て上記特許出願の記載
は負尾−貞しているといえる。

本発明者は鉛含有アルミニウム系合金の軸受性能を詳し
く研究したところ、従来の考え方とけ全く異なる技術思
想及び技術的手段により軸受性能特になじみ性及び耐焼
付性を飛躍的に向上しうることを見出して、本発明を完
成した。この技術的手段とは詳しくは後述するように、
鉛含有アルミニウム合金中のケイ素粒子の寸法制御であ
るが、８ｌ−Ａｔ二元系合金においてケイ素粒子が析出
ないし晶出（以下、便宜上品出と称する）すること自体
は周知の事実であり、また内燃機関用アルミニウム系軸
受合金においてケイ素粒子の分布について論じた論文又
は特許も公表されている。

特開昭５５−８２７５６号によると、軸受用合金の製造
において、５〜１５チのケイ素、銅５チ以下、ビスマス
１０チ以下、及び鉛ｌチ以下からなるアルミニウム系合
金を熱間又は冷間圧延するか、あるいは押出すことによ
って、少なくとも９０％の断面減少率を得、それによっ
て合金中のケイ素粒子が連続したスケルトン様網目構造
とならずに微細に分かれた粒子の状態で存在するように
した発明が提案されている。そして、この軸受台金は軟
質のメッキ（オー　ハ１／イ）を施こした軸受にも施こ
さない軸受にも有用であると述べられている。この発明
の要点は鋳造状態の粗いケイ素粒子を圧延等にょシ微細
分散させ、圧延加工後に必要に応じて行なう焼鈍は加工
組織を回復させる程度にとどめ、ケイ素粒子の微細形態
を維持した点にある。さらに、この発明では約ｉｏ＊程
度の高いケイ素含有蓋が好ましいと明記されているから
、ケイ素含有蓋が高いアルミニウム合金にてかなり大き
く発達するケイ素粒子を微細分散させることに意義が見
出されている。しかしながら、本願発明者の研死による
と、オーバレイを施こさずに使用する内燃機関用軸受合
金にあっては、ケイ素等の硬質粒子析出元素の含有賞が
高いと軸受の疲労強度が低下し、輪゛に軸受が軸から繰
返し荷重を受けて摺動する場合に焼付荷重が著しく低下
するという欠点があることが分力）りた。さらに−軸受
性能を高める目的上はケイ素粒子を微細分散させる圧延
等の方法によっては満足すべき結果は得られない。すな
わち軸受用アルミニウム合金は通常鋳造材を圧延勢の方
法によって虜定寸法を付与することにより製造され、こ
の圧延等に工りケイ素粒子は分断される。

このようなケイ素等の硬質粒子を分断するだけではなく
、場合によってはこれら粒子を粗大化し、所定寸法の硬
質粒子を所定個数に制御した場合に、軸受性能が顕著に
高まることが分かった。ちなみに、上記公開公報では、
ｊ１％ｓｉのアル１ニウム合金について実験がなされ、
そしてケイ素微細粒子の寸法は０．０００１インチ（２
，５ミクロン）から０．００１インチ（２５ミクロン）
であると記載されているが、単位面積当シの個数につい
ては何ら触れられておらない。

８ＡＥ　Ｔ＠ｃｈｎｉｃａｌ　Ｐａｐ＠ｒ　５ｅｒｉｅ
ｓ　１７）　Ａｌｕｍｉｎｌｕｍ　Ｂａ５ｅｄＣｒａｎ
ｋｓｈａｆｔ　　Ｂａａｓｌｎｇｓ　　ｆｏｒ　　ｔｈ
＠　Ｈｌｇｈ　５ｐｅｅｄ　Ｄｌ＠Ｉ＠ＩＥｎｇｌｎｓ
と題する論文（１９８１年２月２３−２７日、デトロイ
トで発表）は上記公開公報と同一人が発表した論文であ
り、その中では１１％５ｉ−１％　Ｃｕ　−ｋ１合金に
ついての焼付荷重が掲載されている。これによるとケイ
素粒子寸法が１７ミクロンを越えるものが、単位面積（
ｍ２）当シ８．７Ｘ１０６個存在していると焼付荷重の
ばらつきが多く、一方１７ミクロンを越えるものが０．
６Ｘ１０　個存在していると焼付荷重がより高くしかも
はらつきが少なくなるという波間がなされ−ている。こ
の説明及びその他の理論的説明はアルミニウムマトリッ
クス中に、硬度が高いケイ素粒子が微細分散し７ている
ことが１［相］合性（ｃｏｍｐａｔｉｂｉｌｉｔｙ）及
び焼付荷重向上に貢献するということである。さらに、
上記論文では「適合性」という概念とは相反する靴念と
して、クランクシャフトと軸のミスアライメントを許容
する［順応性Ｊ　（ｅｏｎｆｏｒｍｂ…ｔｙ）がうたわ
れており、ケイ素含有アルミニウム合金は順応性が低い
から、オーバレイを具備する必要があると述べられてい
る。したがって、従来アルミニウム系合金軸受にて、ケ
イ素粒子寸法に着目しｆｃ劣見方、はおっても、オーバ
レイなしで軸受として使用可能なアルミニウム系合金の
提供に成功した例はなかった。また、ケイ素粒子が硬質
であるた１面接相手材（銅製クランクシャフト等）を研
磨し２、なじみ性又は適合性＆Ｃ直接影響を与えること
は知られていたが、その粒子寸法の制御は軟質マドＩＪ
２クス中に倣細な硬質粒子を均一に分散させるという理
論を応用してなされたものであり、この理論自体は、例
えは出願人の先願特許田願にも内在しておシ、摺動材料
の分野では良く知られた一つの理論である。

本発明は上述したような従来技術とは全く真なる理論に
基づいており、なじみ性及び焼付荷重が従来のものより
飛躍的に高められており且つオーバレイなしで軸受とし
て使用可能な鉛含有アルミニウム系合金軸受を提供した
ものである。

本発明に係るアルミニウム系合金軸受は、重量百分率で
０．１ないし１０チの鉛、カドミウム、インジウム、タ
リウム及びビスマスからなる第１群の少なくとも１種の
元素及び５ないし１１％のケイ素を含有し、残部が実質
的にアルミニウムからなる合金が裏金に接着されており
、該アルミニウム合金中のケイ素粒子の長径で測定した
寸法が５建りロン以上４０きクロン以下の該ケイ素粒子
が３．５６　Ｘ　１０”２■２当り、５個以上存在して
おり・且つオーバレイなしで使用可能なアルミニウム系
合金軸受である。

以下、本発明の構成要件を化学組成、ケイ素粒子及び軸
受構造の順に説明する。

まず、化学、組成について述べると、鉛、カドミウム、
インジウム、タリウム、及びビスマス（以下これらの全
元素を指すときは鉛等と称する）Ｆｉアルミニウム合金
の性質を軟質に変化させ、軸受として適する潤滑性能及
びなじみ性を与える元素である。ここでなじみ性とは、
前述したように当業界に一般的に受けいられている技術
的概念によって定義され、これを以下一般的概念のなじ
み性と称する。鉛等の含有量が１０％を越えると、一般
的概念のなじみ性及び潤滑性は向上するが、アルミニウ
ム合金の硬さが低下し、軸受としての強度が不足する。

鉛等の含有蓋が０．１％未満ではアルミニウム合金か軸
受台金としては一般的概念のなじみ性が劣化する。鉛等
の含Ｍ輩’ｉ　０．１ないし１０チの範囲でどのように
定めるかは、用運に応じて適宜決定されるべきものであ
るが、一般的には軸受に加わる荷電、すなわち内燃機関
のピストンを経由して加えられる層発荷重が太きいとき
は、含有蓋を低く、例えば０．５〜４チ、小ζいときは
鉛尋の含有蓋を高くするのか良い。一方、高荷重・高速
回転の喪めに軸受の焼付が懸念される場合は、鉛等の含
有量を高く、例えば４〜８チ圧すれば良い、なお、鉛等
含有アルミニウム合金の疲労強度及び高温硬さを軸受と
して要求される性能に対しては十分なものとするために
は、鉛等の粒子が合金中に微細に分散していることが望
ましい、しかしながら鉛は微細分散が困難な元素である
。だが、本発明では後述の特殊なじみ作用が軸受性能を
実質的に担っているから、スズ粒子の微細化はさほど重
視しなくとも内燃機関用軸受として使用上の支障がなく
なった。好ましい鉛岬の含有量は１〜６優である。

ケイ素は後述する特殊なじみ作用をもたらす元素であシ
、その含有量が５ｅＩｂ未満では該なじみ作用が不足し
また耐荷重性が低くなる。一方ケイ素の含有量が１１１
を越えると疲労強度、焼付荷重が低下する傾向がある。

好ましいケイ累含有蓋は５〜９ｇ６である。

続いて、ケイ素粒子について説明する。

本発明者の発見によると、ケイ素粒子の長径寸法（以下
単に寸法と称する）が５ミクロン未満では現れない特殊
なじみ作用が５ミクロン以上で現れ、鉛等含有アルミニ
ウム合金の軸受性能を飛躍的に向上させる。なお、この
作用は該５ミクロン以上のケイ素粒子が３．５６Ｘ１０
”−２■２当り５個以上存在しているときに認められ、
多ければ多いｔｌど顕著になる。一方、ケイ素粒子の寸
法が４０ミクロンを越えると、鉛等含有アルミニウム合
金の疲労強度が低下する・ 以下全白 本発明のアルミニウム合金は高Ｓ１組ｆｆＫて粗大なケ
イ素粒子を晶出させたという特徴をもつものである。ま
た、本発明において粗大なケイ素粒子、すなわち寸法が
５ミクロン以上のケイ素粒子、を構成要件として規定し
ている意義は、消極的にいえば（細ケイ素粒子は耐焼付
性向上に寄与しないということであり、この点ヤ従来の
アルミニウム系合金軸受の軸受性能のとらえ方とは異な
っている。すなわち、出願人の先願では微細なケイ素粒
子が既述のようにスズ粒子の形態制御を介して間接的に
軸受性能を向上させ、且つ上記ＳＡε誌の論文では理論
的にも実験ｒ−タ的にも微細なケイ素粒子の方が良好な
軸受性能が得られている。

しかしながら、本発明では粗大なケイ素粒子の方が疲労
強度以外の性能は格段に良好である。そこで、粗大なケ
イ素粒子の意義を積極的に述べるならば、かかるケイ素
粒子を含む軸受の相手材である軸の加工精度による微細
な凹凸、あ暮いは軸が球状黒鉛鋳鉄である場合にラッピ
ングにより表面部から黒鉛が脱落して生じた凹部の周囲
を、ケイ素粒子が平坦化し以って、軸受と軸の間で常に
油膜が介在した状態でこれらの良好な摺動が起こるもの
と考えられる。なお、従来軸受の分野ではスズ’Ｉ　＋
７）　軟質な成分がアルミニウム合金のなじみ性に寄与
するものとの考え方が一般的であり、硬質粒子が直接相
手材の凹凸の平坦化に寄与するとの考え方は、発明者が
知る限り、上記ＳＡＥ誌以外にはないので、ケイ素粒子
によるなじみ作用を特殊なじみ作用と称する。しかしな
がら、このようなケイ素粒子の作用はＳＡＥ誌では順応
性を向上させるものであり、適合・性には逆効果であり
、結果として軸受はオーバレイを備える必要があると強
−されている。ここで、適合性とは軸と軸受との加工上
のミスアライメントに適合しうる軸受の性能であるから
、なじみ性（一般的概念によるなじみ性）と意味上等価
である。したがって、ＳＡＥ誌にも、その他発明者が知
る限りの論文発表においても、硬質粒子が相手軸の表面
凹凸を削りとり、平坦化しなじみ性に寄与するという考
え方はなく、まして粗大なケイ素粒子などの硬質粒子が
軸受中に多く存在する方が焼付荷重その他の軸受性能が
゛向上するとｂう実験データも発表されていない。

したがって、上記特殊なじみ作用は本発明の特色であり
、従来の一般的概念のなじみ作用のみをもつ材料と比較
すると、軸受性能、例えば焼付荷重が格段に向上してい
る。尤も本発明の合金は鉛等を含有しているが一般的概
念のなじみ作用による軟質金属の相手材表面への埋収は
、特殊なじみ作用により相手材の凹凸を平坦化してから
実現されると考えられ、結果としては両者の総合により
自動車内燃機関の軸受として優れた性能が発揮されると
信じられる。

上述のような特殊なじみ作用が特に有効であるのは相手
材軸が球状黒鉛鋳鉄の場合である。球状黒鉛鋳鉄は内燃
機関のクランクシャフト等の軸の低コスト化を図るため
に従来の鍛造軸に代わって使用される傾向にあるが、軸
の研摩加工時に黒鉛粒子が軸表面から削りとられ、脱落
した球状黒鉛の粒子の跡は多くの凹部又は窩状部となっ
ており、その周りの鉄基マトリックスは加工硬化した鋭
いばり又はエツゾとなっている。このぼり等が軸受表面
の異常摩耗を起こすという問題が従来のスズ及び／又は
鉛含有アルミニウム系軸受用合金にはあった。本発明者
の研究によると、軟質のアルミニウムマトリックスがば
りにより削りとられ四部中にとりこまれ、またこのアル
ミニウムと軸受材料のアルミニウム順応性不足によりか
非常に凝着し易いので、直ぐに焼付が生じることも判明
した。

しかしながら、本発明による鉛等含有アルミニウム合金
では粗大なケイ素粒子がばりを削ねとり、凹部の周りを
滑かな状態とする。この結果、焼付が高荷重まで起こら
ないこととなり、耐焼付性力；格段と向上する。

本発明の鉛等含有アルミニウム合金においては、ケイ素
含有量が５９６未満の合金と比較すると、５ミクロン未
満の微細ケイ素粒子の晶出個数ｔ；多Ｕ）という差異が
ある。換言すると、両者の合金で５ミクロン以上の粗大
ケイ素粒子の寸法及び個数ρ：同じであると仮定して、
本発明の合金の方が５ミクロン未満の微細パケイ素粒子
の数が多い。

着た、本発明の鉛等含有アルミニウム合金はケイ素含有
量が５９６未満のものと比較して５ミクロン以上の粗大
ケイ素粒子の個数も多くなる。これらの粗大ケイ素粒子
は特殊なじみ作用を発現するとともに、軸受と軸の間で
油膜が介在しない金属接触が起こるような状況下でも、
接触部を微視的に考察するならば、硬質の粗大ケイ素粒
子が相手材軸を支えており、この支持点は高ケイ素含有
量のために数が多くなる。したがって１本発明の軸受は
大荷重用に好適なケイ素粒子による軸支持作用を有し、
微視的に見ると相手材軸受と軸の間は油膜が入り込むほ
どの隙間が上記作用により形成される。然しなから、こ
の軸支持作用を粗大ケイ素粒子により発現するためには
、これらの粒子が単に軟いアルミニウムマトリックス中
に存在するだけでは不十分であり、多数の微細ケイ素粒
子がアルミニウムマトリックス中に存在することが重要
である。これらの微細ケイ素粒子は析出硬化によりアル
ミニウムマトリックスを強化し、この強いマトリックス
が粗大ケイ素粒子を強固に保持し、軸からこれら粒子Ｋ
かかる荷重によって該粒子がマトリックス中に押し込ま
れることを阻止しているものと考えられる。

以上のような性質を有しているので、本発明の軸受は大
きな一定の荷重を受ける部品に適しており、しかも焼付
性能のばらつきが少ないが、特に大きな繰返し荷重を受
ける部品は疲労強度があまり高くないので適していない
。

上述の軸受台金の厚さは０．１〜１　ｕ＋、特に０．２
〜Ｑ、　５　ｍｍが好ましい。必要に応じ軸受台金上に
防錆油を塗布する。

本発明の軸受は上述のような理由により耐焼付性に優れ
ているためにオーバレイを施こさない構造である。軸受
合金は下地を付した又は付さない裏金に圧接等により接
着される。

本発明のスズ含有アルミニウム合金は、（Ａ）０．１な
いし２％、好ましく　雌０．２ないし１％の銅ｏ、ｔな
いし０．８％のクロ゛＃薔くとも１種をさらに含有する
ものであってよい。

銅等は鉛等含有アルミニウム合金の高温硬さを高め、軸
受の疲労強度向上に寄与する。銅等の含有量が００１％
未満では高温硬さ改善効果が少なく、２．０％を越える
と鉛等含有アルミニウム合金が硬くなり過ぎ圧延性が害
されるとともに、耐焼付性及び潤滑油に対する耐食性も
低下する。この銅等の高温硬さ改善効果はクロムと共存
すると一層噂著になり、２００℃強の温度でも硬さはあ
まり底を上昇せしめ、また高温での軟化を防止又は緩和
し、高温での鉛等の粒子の粗大化を招かないという効果
を奏する。り、１部がアルミニウムマトリックスに固溶
しその固溶強化をもたらし、また再結晶軟化温度を高温
側にずらし、さらに加工硬化性を増大させる。再結晶軟
化温度の上昇は、内燃機関の軸受がさらされる高温域（
オイル・やンの温度で１３０〜１５０℃）でも軸受台金
の高温強度が良好に保たれることにつながり、耐疲労強
度及び耐負荷能力土留！しい結果が傅られる。り分はＡ
ｔ　−ｉ属間化合物として極めて微細に析出し、鉛等の
粒子が軸受台金の裏金への接着時のビッカース硬さで約
３７０であり、ケイ素粒子６ｇ等の粒子の粗大化を防止
して一般的概念のなじみ作用を向上させ、一方ケイ素粒
子は相手材軸の凹凸を平坦化して特殊なじみ作用を実現
するものと考えられる。上述のようなりロムの利点がも
たらされるためには０．１％の含有量が必要であり、一
方１％を越えるとクロムが粗大なＡｔ　−Ｃｒ金金量間
化合物して析出するため好ましくない。

続いて、ケイ素粒子の寸法及び個数の制御方法について
説明する。一般に、Ａｌ−８部合金では胸造過程でケイ
素の多くは針状の共晶結晶として晶出し、鋳造合金を圧
延し軸受としての必安な厚さに圧延される過程で分断さ
れ、寸法が小さくなる。

このように鋳造−圧延法により得られたＡｔ−８１合金
薄板中のケイ素粒子ははとんどが５ミクロン以下であり
、１０ミクロン以下のものも稀にはあるがその単位面積
当妙の個数は少なく針状又は扁平形状である。また圧延
の後に中間焼鈍が行なわれるが、その温度は再結晶温度
程度に選択されるので、その中間焼鈍によってはケイ素
粒子かはとんど粗大化しない。上述のような鋳造−圧延
（中間焼鈍）により所定の厚さの軸受台金を得た後に、
これを裏金鋼板に圧接し、この際Ａｔ−Ｆ・の金属間化
合物生成温度未満、例えば３５０℃、にて圧接後焼鈍す
るのが従来のスズ及び／又は鉛含有アルミニウム合金軸
受の製造方法であった。この３５０℃の温度でもケイ素
粒子は殆んど粗大化せず、結果としてほとんどが５ミク
ロン未満の微細ケイ素粒子が最終軸受製品中に存在して
いた。これに対して、本発明による粗大ケイ素粒子を５
ミクロン以上４０ミクロン以下のものが３．５６ＸＩＯ
−２４１１２当り５個以上存在させるためには、上記圧
接前に軸受合金を３５０〜５５０℃の高温熱処理するこ
とが最も有効であることが分かった。すなわら、圧接前
の熱処理工程以外でのケイ素粒子寸法制御は効果が低く
、例えば圧延工程での加熱温度、圧下率等の制御、又は
鋳造工程での冷却速度制御あるいは中間焼鈍等によって
はケイ素粒子の寸法制御が至難であり、そうかといって
圧接時又圧接後の熱処理で１ｄ−Ａｔ−Ｆｅ金属間化合
物の生成、あるいは完成直前の軸受のアルミニウム合金
内での鉛等の低融点成分の溶解等が起こり、これらは軸
受性能、特に一般的概念のなじみ性、上屋愛しくない結
果をもたらす。

上述の如き圧接前の高温熱処理によるとケイ素含有量に
よりケイ素粒子の析出個数がどのように変化するかを、
立方体のケイ素粒子として全ケイ素が析出したと仮定し
て計算したところ、５％Ｓｉの場合、立方体の寸法が５
μｍで３５００個、ｌＯｕｍで４３０個、２０　μｍで
５０個、３０　μｐで１５個、４０μｍで６個であった
。

本発明の圧接前の高温熱処理により５ミクロン以上の粗
粒子の５ミクロン未満の微細粒子に対する割合が高めら
れるっそして、例えば５〜ｌｏミクロン粗粒ケイ素の割
合を高めるために３５０〜４５０℃の圧接前高温熱処理
を利用することができる。

本発明の鉛等の含有アルミニウム合金のケイ素含有量の
範囲内で、しかも５ないし４０ミクロンの粒子寸法の範
囲内でより粗大ケイ素粒子を特定個数析出させることが
できる。・ この好ましい例は、次のとうりである。

（イ）　１０ミクロンを越えるケイ素粒子５個以上、（
ロ）　１７ミクロンを越えるケイ素粒子２個以上、（３
３０ミクロンを越えるケイ素粒子１個以上。

次に本発明による粗大ケイ素粒子の形態について説明す
る。一般に圧延された鉛等含有アルミニウム合金中のケ
イ素粒子は針状を呈し、圧延方向と長手方向が一致する
場合が多いが、本発明の高温熱処理を介挿させるとケイ
素粒子は比較的圧延直交方向の巾が大きくなり扁平又は
塊状となる。

このケイ素粒子蝶軸受の水平面、すなわち相手材軸と接
する面で見たときに扁平又は塊状を呈する。

好ましい形状は水平面及びこれに垂直な面で見て塊状で
ある。そして、５ミクロン以上のケイ素粒子は殆んどが
塊状であり、扁平形状が少なく、針状は所定面積で殆ん
どない。このような塊状形状が軸支持作用及び特殊なじ
み作用上極めて有効である。

さらに、鉛等含有アルミニウム系合金の組織観察法とし
ては機械加工による変質最表面を除き上記水平面で行な
いケイ素粒子の寸法を測定するものとする。該合金中に
はケイ素粒子の他にクロムの金属間化合物、スズ粒子、
その他の粒子（相）が存在しているが、これからケイ素
粒子を識別するためには、金属顕微鏡で見た時にスズ、
クロム等は白色、ケイ素粒子は灰色（濃灰色）を呈する
ととに依れば良い。

以下、本発明を実施例によシ説明する。これらの実施例
においては特に断わらない限り、軸受又は軸受台金の製
造方法は次のとうりであった。

所定組成のアルミニウム合金を連続鋳造により厚さ１５
ＩＩＩＩの板とし、鋳造板をピーリングした後連続的に
６１１ＪＩの板厚に冷間圧延した。次に中間焼鈍（３５
０℃）を行ない、続く冷間圧延によシアルミニウム合金
薄板を得た。続いて３５０〜５５０’ｆＣの範囲で所望
の大きさのケイ素粒子を得るように高温熱処理し、続い
てアルミニウム合金薄板を１００℃に予熱し同様に予熱
した義金鉄板に圧接しそして３５０℃で圧接のための焼
鈍を行ない軸受を完成した。軸受台金自体の性能を試験
する場合には圧接以降の工程を省略した。

実施例１ 第１表は供試材アルミニウム合金の組成及びケイ素粒子
分布を示している。表中及び以下特に断わらない限シ、
ケイ素粒子の個数は３．５６ＸｌＯ−２１１１２当りの
個数を指す。なお供試材Ｂ１以降の２〜５ミクロンのケ
イ素粒子個数は測定していない。

以下余白 第１表の供試材を以下の条件による焼付荷重測定に付し
次、ここでは低粘度潤滑油を用い苛酷な条件とした。

条件Ａ テスター：ジャーナル型焼付試験機 条件　　：相手材軸−ＦＣＤ７０ 潤゛滑油種−８ＡＥ５Ｗ−３０ 軸表面粗さ−０，４〜０．６μｍμ ｍ溝油温−１６０±２．５℃ 軸回転数−１０００ｒｐｍ 軸径−５２冒 軸硬度　−Ｈマ２００−３００ 荷重−５０ｋｌ／ｃｙ？７３０ｍ１ｎ間隔で同量増加 軸受粗さ−１〜１．８顯ＩＲＩ 軸受径　−５２箇 焼付荷重測定結果を第１図に示す、第１図において横軸
は供試材の最大寸法ケイ素粒子の個数である。供試材は
、第１表の五つの範囲の最大粒子寸法によりムからＤま
での四つの群に分けられて、第１図に示されている。こ
の図より分かる焼付荷重は最大寸法ケイ素粒子により左
右され、より小さい寸法のケイ素粒子の個数には殆んど
影響されないとの事実より、本発明では最低５ミクロン
のケイ素粒子が５個以上あることに限定したものである
。

実施料２ 第２表（すに示す供試材について焼付荷重（条件Ａ）％
疲労強度及び摩耗量全測定し友、疲労強度の測定条件は
次のとうりであった。

条件Ｂ テスター：交番荷重試験機 条　件　：相手材軸−８，５５Ｃ 潤滑油種−８ＡＥ１０Ｗ−３０ 軸表面粗さ−０，８μｍＲｘ 潤滑油温−１４０±２．５℃ 潤滑油圧−５ゆ／ｃＩｇ？ 軸回転数−３０００ｒｐｍ 軸径−５２φ 軸硬度　−Ｈｖ５００〜６００ 軸回転回数−１０回 軸受粗さ　−１〜１．８μｍＲｘ 軸受径　　−５２Ｘ２０■ 測定結果を第２表（２）に示す。これより、本発明によ
ると耐焼付性及び耐摩耗性が向上し、また耐疲労性は粗
大ケイ素粒子が多くとも低下が目立たな自−１２表　　
（２ン 実施例３ ケイ素含有量が７４の供試材について実施例２と同様な
実験を行なったところ、第３表（１）及び（２）第　３
　表　　（２） 実施例４ ケイ素含有量が９優の供試材につき実施例２と同様に実
験を行なり’ｆｔ結果を第４表（１）及び（２）に示す
、この結果は実施例２とほぼ同様である。

以下余白 第４表（２） 実施例６ ケイ素含有量が１１１６の供試材につき実施例２ζ同様
に実験を行なった結果を第５表（１）及び（２）に示す
。この結果は実施例２とほぼ同様である。

以下余白 第５衣（２） 実施的７ 第６表に示す供試材の如くケイ素粒子分布を一定ＧＣＬ
、ケイ素含有ｔｔ変化させた場合の焼付荷重を測定した
結果（条件人）を第２図に示し、また疲労強度を測定し
た結果（巣作Ｂ）を第３図に示した。なお、第２図には
４優Ｐｂ　＃　０．５嘔Ｃｕ。

０．４４Ｃｒ及び１０係以下の８１を含有するアルミニ
ウム合金倉圧接前の熱処理を３５０℃で行なっ友結果を
比較例として示す。

以下余白 第２図より、ケイ素含有量が約８俤において焼付荷重が
極大になることが分かる。既述のように、本発明の耐焼
付性は、特殊なじみ性及び軸支持作用をケイ素粒子が発
揮することによりもたらされる。この実施例では、５ミ
クロン以上のケイ素粒子の大きさと個数の分布を一定に
したので特殊なじみ性の耐焼付性への寄与はケイ素含有
量にかかわらず一定と考えられる。しかしながら、焼付
荷重すなわち耐焼付性は約６優で極大となる。これは粗
大ケイ素粒子を強固にアルミニウム塩により保持する５
ミクロン未満の微細粒子の作用が約６傷で最も顕著にな
るためである。一方、約６％を越えるとアルミニウム塩
が特に動的挙動の信頼性を欠き、疲労現象も顕著になる
ので、アルミニウム塩の強度低下の面から、合金全体の
耐焼付性が低下する。

第３図よジ、ケイ素含有量が５優を越えると疲労強度が
低下していることが分かる。これも上記微細粒子による
ものと考えられる。

以下の条件によりケイ素粒子寸法を制御した供試材２１
〜２９及び比較例の組成の供試材の摩耗量を測定した。

条件Ｇ テスター：混合潤滑試験機 条　件　：相手材軸−ＦＣＤ７０ 軸表面粗さ−０，８〜０．９　μｍＲｚ潤滑油種−流動
ノ譬ラフイン 軸回転数−１００ｒｐｍ 軸径−４０φ（■） 軸硬度　−Ｈマク００〜３００ 荷重　−５ｏｋｌＩ テスト時間−５Ｈｒｓ 摩耗量測定結果を第４図に示す。本発明による高温熱処
理を行ないケイ素粒子の寸法制御を行なうと鉛等含有ア
ルｉニウム合金の耐摩耗性が向上することが分かる・ 実施例８ 鉛尋、銅等及びクロムの添加元素の種類及び量を変化さ
せた供試材につき、焼付荷重、疲労強度及び摩耗量を測
定した結果を第７表（１）　＃　（２）−第９表（す、
（２）に示す。これらの表より、本発明の粗大ケイ素粒
子制御により各種添加元素含有アルミニウム合金につい
て優れた軸受性能が得られることが分かる。

以下余白 第７表（２） 試験結果 第８表（２） 試験結果 ＃！９表（２） 試験結果 実施例９ （１）潤滑油油温の影響 Ｃ２の供試材につき条件Ａにおいて８０℃及び１４０℃
の油温にて焼付荷重を測定した。比較材として４％ｐｂ
　−ｔ％Ｃｕ　−Ａｔ合金を供試材（Ｃω伊）として同
様の測定を行なった。この結果を第５図に示す。比較材
と本発明の材料では高温下の焼付荷重に極端な差がある
ことが分かる。

（２）油温１４０℃における相手材（鍛造軸及び球状黒
鉛鋳鉄）の影響 Ｃ２の供試材及び４　％　Ｐｂ　−１％　Ｃｕ　−Ａ１
合金を比較供試材とし、条件Ａ（但し油温１４０℃）に
て焼付荷重を測定した結果を第６図に示すＯ本発明と比
較例の供試材では相手材が鍛造材の場合には焼付荷重に
大きな差はないが、球状黒鉛鋳鉄（ＦＣＤ７０）では差
が大きく現われる。

（３）耐摩耗性 Ｃ２の供試材につき以下の条件にて摩耗量を測定した。

以下余白 条件Ｃ テスター：混合潤滑試験機 条　件：相手材軸−ＦＣＤ７０ 軸嵌面粗＃　　−０，８〜０．９　ａｍ　Ｒｚ潤潤滑油
−流動・母ラフイン 軸回転数−１０Ｏｒｐｍ 軸　　　径　−４ｏφ（＠ｌ） 軸硬度−Ｈマ２００〜３００ 荷　　　重　−２５に４Ｉ 測定結果を第７図に示す。

比較のためにケイ素を含有しない４％Ｐｂ　　１％Ｃｕ
　−Ａ１合金−〇〇ＭＰの摩耗ｔｆ：Ｓ件Ｃにより測定
した結果を示す第７図より、比較材は時間とともに摩耗
が進行するが本発明材料は約４時間後にはほとんど摩耗
値が増大していない。このような差異について発明者は
次のように考える。比較材では主として軟質の鉛相が相
手材軸によシ削抄とられることにより、絶えず比較材は
摩耗している。

本発明材料では軸受表面に存在している粗大ケイ素粒子
が、摺動初期の段階で、相手軸の表面粗さの突出部及び
表面に存在する球状黒鉛周辺のパリ等のエツジ部を摩耗
させ（削シ取り）、軸を軸受にとってより良い摺動状態
となる軸表面に変化させることにより、流体潤滑に近い
状態とし、軸−軸受の直接接触を妨げており、これが軸
受の摩耗進行を停止させているものと想定している。

実施例１０ ８％ｓｔ、４＊ｐｂ、０．５９６Ｃｕ及びＱ、　５　％
　Ｃｒを含有するアルミニウム合金の圧接前焼鈍温度を
以下のように変化させた場合の水平面顕微鏡組織スケッ
チ図それぞれ次の図面に示す。

２７０℃（比較例低温熱処理）　　第１０図５００℃加
熱後徐冷　　　　　　　第１１図第１１図のケイ素粒子
は塊状であり、第１θ図のケイ素粒子は扁平であり、高
温熱処理によシ、ケイ素粒子が塊状化することが理解さ
れる。

【図面の簡単な説明】

第１図は焼付荷重と最大寸法ケイ素粒子の個数の関係を
示すグラフ、 第２図は焼付荷重とケイ素含有量の関係を示すグラフ、 第３図は疲労強度とケイ素含有献の関係（（７廖すグラ
フ、 第４図は摩耗量と最大寸法ケイ索粒子の関係を示すグラ
フ、 第５図は焼付荷重と潤滑油温の関係を示すグラフ、 第６図は相手材軸の種類による焼付荷重変化を４、示す
図、 第７図は摩耗ｔの時間変化を示すグラフ、第８図及び第
９図は供試材アルミニウム合金の顕微鏡組織スケッチ図
である。 図面中ＣＯＭＰは比較材、その他の数字及び符号は供試
材の番号を指す。 第１図 １０　２０　３０　４０　６０　８０　１００　３００
５００　７００９００最大寸法ケイ素粒子−個数 第２図 ケイ素含有量　（重量０１０） 第３図 ケイ素含有量（重量０１０） 第４図 ケイ素含有量（重量”／、　） 第５図 油温（’Ｃ） 第６図 鍛造軸　　　　ＦＣＤ７０ 第７図 ０１２３４５６ 時間（Ｈｏｕｒｓ） 第８図 第９図 （Ｘ２０００） （禎■）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、重量百分率で０．１ないし１０％の鉛、カドｔミウ
   ム、インジウム、タリウム及びビスマスからなる第１群
   の少なくとも１種の元素及び５ないし１１％のケイ素を
   含有し、残部が実質的にアルミニウムからなる合金が裏
   金に接着されており、該アル１＝ウム合金中のケイ素粒
   子の長径で測定した寸法が５ミクロン以上４０ミクロン
   以下の骸ケイ素粒子が３．５６　Ｘ　１０−２ｍ２当り
   、５個以上存在しており、且つオーバレイなしで使用可
   能なアルミニウム系合金軸受。 ２、寸法が１７ミクロンを越え且つ４０ミクロン以下、
   好ましくは２０ミクロン以上４０ミクロン以下の該ケイ
   素粒子が該合金の任意の部分で３．５６Ｘ１０−２■２
   当り２個以上存在していることを特徴とする特許請求の
   範囲第１項記載のアルミニウム系合金軸受。 ３、上記第１群の元素の含有量が１〜６９６であり且つ
   ケイ素の含有量が５〜９嗟である特許請求の範囲第１項
   又は第２項記載のアルミニウム系合金軸受。 ４、軸受相手材の軸が球状黒鉛鋳鉄又は片状黒鉛鋳鉄で
   ある特許請求の範囲第１項ないしｔＪ３項の１項に記載
   のアル（＝ラム系合金軸受。 ５．５ミクロンないし４０ミクロンの粒子寸法をもつ前
   記ケイ素粒子が、水平面、すなわち相手材軸受と接する
   面と平行面で見て、好ましくは水平面及びこれに垂直な
   面で見て、塊状である特許請求の範囲第４項記載のアル
   ミニウム系合金軸受。 ６、重量百分率で０．１ないし１０９６の鉛、カドミウ
   ム、インジウム、タリウム及びビスマスからなる第１群
   の少なくとも１１１［の元素、０．１ないし２チの銅及
   びマグネシウムからなるｗ、２群の少なくとも１１ｍの
   元素及び５ないしｌｌ’ｊのケイ素を含有し、残部が実
   質的にアルミ、ニウムからなる合金が裏金に接着されて
   おり、該アルミニウム合金中のケイ素粒子の長径で一定
   した寸法が５？クロン以上４０ミクロン以下の該ケイ素
   粒子が３．５６ＸｌＯ−２露２轟シ、５個以上存在して
   おり、且つオーバレイなしで使用可能なアルミニウム系
   合金軸受。 ７、　重重百分率でＯｌｌないし１０９６の釦、カドミ
   ウム、インジウム、タリウム及びビスマスから有し、残
   部が実質的にアルミニウムからなる合金が裏金に接着さ
   れてお艶、該アルミニウム合金中のケイ素粒子の＆径で
   １１定し九寸法が５ミクロン以上４０ミクロン以下の該
   ケイ素粒子が３．５６Ｘ１０−２ｗｍ２当ル、５個以上
   存在しており、且つオーバレイなしで使用可能なアルミ
   ニウム系合金軸受。 ８、重量百分率で０．１ないし１０％の鉛、力Ｐミウム
   、インゾウム、タリウム及びビスマスからなる糖１群の
   少なくとも１種の元素、０．１ないしび５ないし１１９
   ６のケイ素を含鳴し、残部が実質的にアルミニウムから
   なる合金が裏金に接着されており、該アルミニウム合金
   中のケイ素粒子の長径で測定した寸法が５ミクロン以上
   ４０ミクロン以下の該ケイ素粒子が３．５６　Ｘ　１０
   　　箇当り、５個以上存在しており、且つオーバレイな
   しで使用可能なアルミニウム系合金軸受。