JPS60218448A

JPS60218448A - すべり軸受装置

Info

Publication number: JPS60218448A
Application number: JP7542084A
Authority: JP
Inventors: Hideaki Miura; 三浦　秀明; Katsuhisa Suzuki; 勝久鈴木
Original assignee: Showa Aluminum Corp
Current assignee: Altemira Co Ltd
Priority date: 1984-04-13
Filing date: 1984-04-13
Publication date: 1985-11-01

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】（産業上の利用分野）この発明は、工作機械、タービン、内燃機関等各種の機
械に利用されるすべり軸受装置に関フる。

（従来の技術）回転運動あるいは往復運動を行う軸と、この軸を支持す
るすべり軸受とは、両者の間で激しい摺動摩擦を生じる
と共に、大きな静的あるいは動的圧力を相手部材から繰
返しうける。このため軸及びすべり軸受の性質として、
摺動摩擦に対する高度な耐摩耗性が要求されるのみなら
ず、相手部材による荷重に充分耐え得るように機械的強
度、耐荷重性、疲労強度等の良好なことが望まれる。

そこで、従来から、軸の材質としては耐摩耗性、機械的
強度の優れた鉄系材料が用いられ、すべり軸受の材質と
してはホワイトメタルあるいはリン青銅等の青銅系合金
が一般に用いられていた。

（従来技術の問題点）しかしながら、鉄製の軸はＭ量が重いため、すべり軸受
にかかる荷重が大きいという欠点があった。また、青銅
系やホワイトメタル製のすべり軸受は、相手材との接触
面がなじみやすい等の利点がある反面、高荷重下におけ
る摩耗量が多く、長時間にわたって精度よく軸を支持す
ることができないという問題点があった。

勿論、軸の軽倦化を図ってすべり軸受に加わる荷重を軽
減するために、軸として従来既知のアルミニウム合金鋳
物やダイカスト品を用いることは容易に想到されるとこ
ろであるが、これらは逆に耐摩耗性、機械的強度の点で
問題が生じ、軸材として適するものではなかった。

（発明の目的）この発明は、上記のような問題、点を、ｌｌ’ｉ！決す
ることを目的とするものである。即ち、軸またはすベリ
軸受のうち少なくとも一方にアルミニウム合金を用いる
と共に、アルミニウム合金の成分とその合金組織による
材質改善により、それ自体できわめて優れた耐摩耗性を
有し、かつ強度にも優れていて耐荷重性が良く、しかも
延性、切削加工性の改善によって製造を簡易とする軸ま
たはすべり軸受を具備した゛リベリ軸受装置を提供する
ことを目的とするものである。

（発明の構成）この発明は、軸またはすべり軸受の材質として、過共晶
領域にＳｉを含有する高シリコンアルミニウム合金であ
って、しかもそのアルミニウムマトリックス中の初晶Ｓ
ｉ粒子及び共晶Ｓｉ粒子の粒径と分布状態を特定の範囲
に制御したものを用いることを概要とするものであり、
更に具体的には、Ｓｉを１６〜３０ｗｔ％、Ｃｕを０．
３〜７．０ｗｔ％含み、あるいは更にＭｇを０．３〜２
．０ｗｔ％を含み、残部が実質的にアルミニウムである
アルミニウム合金であっ゛Ｃ１該合金のアルミニウムマ
トリックス中に１粒径４０〜８０μｍの初晶Ｓｉ粒子が
全初晶Ｓｉ粒子面積の６０％以上の面積を占めて均一に
分布し、かつ粒径１０μｍ以下の共晶Ｓｉ粒子が全共晶
３ｉ粒子面積中の６０％以上の面積を占めて均一に分布
している材料をもって軸またはづべり軸受のうちの少な
くとも一方が形成されているすべり軸受装置を提供する
ものである。

（構成の具体的な説明と作用）この発明の軸またはすべり軸受に用いられる上記のよう
なアルミニウム合金は、一般的には既知の鋳造法によっ
て鋳造される鋳塊を、更に熱間にて押出すことにより組
織を特定の範囲に制御して製造されるものである。

先ず、この発明に用いる合金の各成分の範囲限定につい
て、その理由を説明すれば次のとおりである。

主要な添加元素である３ｉは、いうまでもなく合金の耐
摩耗性を向上するのに有効なものである。従って、一般
的にはＳｉの含有量が増えるに従って耐摩耗性が向上せ
られるが、この発明に用いるＡρ−３ｉ系合金は、過共
晶領域にＳｉを多量に含んで、アルミニウムマトリック
ス中に比較的多くの初晶３ｉ粒子を分散じしめるものと
することが必要である。従って、Ｓｌの含有量は少なく
とも１ｅｗｔ％以上であることを要し、１５ｗｔ％未満
では、軸またはすべり軸受に必要な耐摩耗性をその材料
自体によって得ることができない。Ｓｉの含有量は、合
金材料の製造条件を特殊な範囲に選ぶことによって、相
当多くの量にまで増大しうるが、３Ｑｗｔ％をこえて含
有せしめるときは、鋳造が箸しく困難なものとなるため
、それ未満が許容範囲であり、最も好適には１８〜２Ｑ
ｗｔ％程度含有せしめるのが良い。

Ｃｕ及びＭＱは、合金の強度の向上に寄与するものであ
り１．Ｑ、３ｗｔ％未満では、軸またはすべり軸受に所
要の機械的強度を付与することができない。しかしＣｕ
が７ｗｔ％をこえるときは、耐食性が著しく悪くなる。

またＭｇが２ｗｔ％をこえる場合は、上記の効果を格別
増大せず、むしろ粗大な晶出物を生成して機械的性質を
劣化する。実験結果から得られた最も好適なＣｕの含有
量は、概ね３〜５ｗｔ％程度であり、またＭ（Ｉ＋の含
有量は０．４５〜０．６５ｗｔ％程度である。

その他の任意的添加元素として、好ましくは例えば３ｒ
および（または）Ｐが添加されうる。

これらの元素はいずれも鋳造時に初晶３ｉ粒子を微細化
する微細化剤として作用するものである点で均等物であ
り、いずれか少なくとも一方を含有すれば足るが、それ
ぞれ０．００５ｗｔ％未満では上記効果に乏しく、０．
１ｗｔ％をこえても格別効果の増大を望めない。

更に他の任意的添加元素として用いうるちのとしてＮｉ
、ＦｅＪｎを挙げることができる。

これらの元素は、いずれも合金の耐熱性の向上に有効に
寄与するものであり、この作用の面からいずれも均等物
であって、少なくとも１種または２種以上を含有すれば
足りる、が１、各成分がＱ、５ｗｔ％未満では上記の効
果の実用性に乏しく、逆に３ｗｔ％をこえると切削性が
著しく悪くなる欠点を派生する。

上記のような成分範囲をもつこの発明に係る合金材料は
、その組織を特定範囲に制御するために、鋳造後押出し
工程とを経て製造されるものである。即ち、先ず、上記
のアルミニウム合金を従来の常法に従う溶Ｍ鋳造により
アルミニウム合金鋳塊に製作する。この鋳造工程によっ
て得られる鋳塊に含まれる初晶３ｉ粒子は、上記３ｒお
よび（または）Ｐの添加によりある程度微細化したもの
となしうるが、それでもなおその粒径は、１００μｍに
も達するものを含んで全体として未だ相当に大きいもの
である。また、共晶３ｉ粒子も、粒径３０μＩＩＬ程度
のものを含む全体としてかなり人きいものであり、かつ
その形態も針状を呈するものである。

そこで、これらの比較的粗大な初晶及び共晶Ｓｉ粒子を
含む鋳塊を更に３５０〜４２０℃程度の熱間にて押出し
加工する。そして、この熱間押出しにより、合金中に含
む粗大な初晶Ｓｉ粒子の一部を破壊し、そのほとんどす
べての粒径が１０〜８０μｍの範囲で、かつ４０μｍ以
上の粒子が全初晶３ｉ粒子面積に対し６０％以上の面積
比を占める範囲に微細化し、かつその分布を均一化せし
めると共に、共晶Ｓｉ粒子も、針状結晶を長さ方向に分
断して形状を粒状化し、またこれをほとんどすべてが粒
径１５μｍ以下の範囲で、かつ１０μｍ以下の粒子が全
共晶Ｓｉ粒子面積に対し６０％以上の面積比を占める範
囲に微細化せしめたものとする。上記に、はとんどすべ
てというのは、極めて稀に上記粒径範囲を逸脱するもの
を含むことを許容する趣旨であるが、好ましい製造条件
が採用される場合には、上記粒径範囲を逸脱するような
初晶３ｉ粒子及び共晶３ｉ粒子は実際上全く含まないも
のとすることができる。

このような好ましい製造条件は、殊に押出し条件として
、ビレッｌ−１度＝３５０〜４２０℃、ラム速度：　０
．０３〜０．２ｍ　／ｍ１ｎ−押出：１０〜４０に設定
することであり、さらに好ましくは押出ダイスにベアリ
ング長さ５〜１５＃のちのを用いること等が挙げられる
。

ところで、合金組織中における初晶Ｓｉ粒子の粒径が上
記のように４０〜８０μｍの範囲において６０％以上の
面積比を占めることが限定されるのは、４０μｍ未満の
ものを多く含む場合には所期”１６ｆＩｉれた耐摩耗性
が得られず、逆に８０μｍをこえる粗大なものを多く含
む場合には、その分布が不均一かつ粗いものとなって耐
摩耗性のばらつきを大きくし、かつ切削性を低下させる
ことになるためである。また、共晶Ｓｉ粒子が粒径１５
μ７ｒＬ以下でかつ１０μｍ以下のものを面積比６０％
以上含むことに限定されるのは、初晶Ｓｉ粒子の粒径を
上記のような範囲にコントロールすることによって必然
的に上記範囲に微細化されることになるためであり、あ
えてその効果を挙げるとすれば、少なくとも共晶３ｉ粒
子が１５μｍをこえる粗大なものとして多く残存すると
きは、少なくとも切削性に欠陥が派生してくるものと予
想され、従ってその反面効果として、切削性向上の効果
を挙げることができる。

（発明の効果）この発明によるすべり軸受装置は、軸またはすべり軸受
のうちの少なくとも一方が前記のＪ、うな成分と組織に
なる、それ自身が極めて優れた耐摩耗性、機械的強度を
有するアルミニウム合金で製作されているものであるか
ら、軸あるいはすべり軸受に必要な耐摩耗性、耐荷重性
等を充分に保有するのはもとより、軸に適用した場合に
は軸の軽鎖化を実現でき、すべり軸受にかかる荷重を減
少することができる。その結果、通常の摺動状態におい
ては勿論のこと高荷重下においても軸及びすべり軸受と
もに摩耗量を著しく抑制でき、長時間にわたって高精度
で安定した動作を行う軸受装置を提供し得る。

（実施例）以下、この発明の実施例を示す。

第１表上記第１表に示す組成のアルミニウム基合金について、
本発明材では、該合金を先ず溶解半連続鋳造によって直
径１２０ｍのビレットに製し、次いでこのビレットを押
出温度４１５℃、押出しラム速１１０．１＋Ｉｌ／ｍｉ
ｎの条件で直径３０＃の丸棒に押出したものにＴ６熱処
理を施して軸材またはすべり軸受材の供試片とした。

本発明材における供試片においては、それに含む初晶３
ｉ粒子はすべてが１０〜８０μｍの粒径範囲に属し、し
かも４０〜８０μｍの範囲のものが明らかに全初晶Ｓｉ
粒子面積に対し６０％以上の面積比を占めてし〜るもの
であった。

かつ共晶Ｓ：粒子も微細化され、そのプベてか少なくと
も１５μｍ以下の粒径範囲で１．全共晶３ｉ粒子面積中
６０％以上の面積比を１０μ瓦以下のもので占めている
ものであった。

一方、比較材Ｎ０１５は、耐摩耗性に優れたアルミニウ
ム合金として既知のＡＣ８Ａ合金であり、その市販物を
供試片とした。

上記の各種アルミニウム合金材につき、本発明材と同様
の組成で鋳造したままのビレッ１へとも比較して、それ
らの耐摩耗性及び切削性を調べたところ、結果は下記第
２表に示ずとおりであった。

第２表（注１）：耐摩耗性試験は、回転円板による入超式耐摩
耗試験機を用いて、摩振部１１１ｆ：６００ｍ、摩擦速度：２７１１／ｍｉｎ
、相手材：　ＦＣ−３０（ＪＩＳ）の試験条件で実施し
た。

（注２）：切削工具寿命は、前１くい角：０度、横すく
い角＝１０度、前逃げ角ニア麿、横逃げ角：　７ｒ！Ｉ、前切刃角＝８度、横
切刃角：０度、ノーズ半径：０痕、の諸元を有する超硬バイトを使用し、切込み深さ二〇、１調、送り速度０．０５ｍｍ。

回転数：５００ｐｐｍ、潤滑剤：石油の切削条件で、切削路１ｉｌｌ＃：２００ｍの切削を
行ったのち、バイトの逃げ面の摩耗幅を測定した。

上表の耐摩耗性の試験結果から分るように、この発明に
係る軸材またはすべり軸受材は、同じ合金成分をもちな
がらも、アルミニウムマトリックス中の８１晶の粒径ヤ
分布状態の異なる鋳造したままの材料に較べて、明らか
に優れた耐摩耗性を保有しつつ、そのばらつきの減少の
効果が認められるものであり、また比較材に較べて顕著
にＩ４摩耗性に優れたものであった。

一方、切削工具寿命の比較においても、本発明材は、鋳
造したままのものに較べて顕著な改善効果があられれ、
比較材に較へても僅かに劣るが略同等ないしそれ以上の
優れた切削性を示すものであった。

また、本発明材は、いずれも引張強度において４０１Ｃ
ｙ／−以上の値を示し、比較材の引張強度３３Ｋｙ／−
よりも優れＣおり、伸びも３％以上の値を示して比較材
の伸び０．５％よりもはるかに優れているものであった
。

従って、本発明材を用いて、図面に示すような軸受装置
の軸（１）または軸受ハウジング（３）に嵌装された軸
受（２）を製作した場合には、軸と軸受相互間に生じる
摺動摩擦及び相手材からうける荷重に対し、充分な耐摩
耗性、機械的強度、耐荷重性を有する軽重なものに製作
できるものであった。また、切削性、鍛造加工性に優れ
ていることから、加工精麿の高い軸及びすべり軸受が容
易に得られるものであった。

【図面の簡単な説明】

図面は、この発明の一実施例を承り斜視図である。（１）・・・軸、（２）・・・軸受、（３）・・・軸受
ハウジング。以」二

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　軸と、この軸を支持するすべり軸受とからなる
すべり軸受装置において、前記軸またはずベリ軸受のう
ちの少なくとも一方が３ｉを１６〜３０ｗｔ％、Ｃｔｌ
を０．３〜７．０ｗｔ％含み、残部が実質的にアルミニ
ウムであるアルミニウム合金であって、該合金のアルミ
ニウムマトリックス中に、粒径４０〜８０μｍの初晶Ｓ
ｔ粉粒子全初晶３ｉ粒子面積の６０％以上の面積を占め
て均一に分布し、かつ粒径１０μｍ以下の共晶３ｉ粒子
が全共晶８１粒子面積中の６０％以上の面積を占めて均
一に分布している材料をもって形成されていることを特
徴とするすべり軸受装置。
（２）　軸と、この軸を支持するすべり軸受とからなる
すべり軸受装置において、前記軸またはすべり軸受のう
ちの少なくとも一方がＳｌを１６〜３０ｗｔ％、Ｃｕを
０．３〜７．０ｗｔ％、及びＭ（］　ｔｒ０．３〜２．
□ｗｔ％含み、残部が実質的にアルミニウムであるアル
ミニウム合金であって、該合金のアルミニウムマトリッ
クス中に、粒径４０〜８０μ７ｒＬの初晶Ｓｉ粒子が全
初晶Ｓｉ粒子面積の６０％以上の面積を占めて均一に分
布し、かつ粒径１０μｎＬ以下の共晶Ｓｉ粒子が全共晶
３ｉ粒子面積中の６０％以上の面積を占めて均一（分布
している材料をもって形成されていることを特徴とする
すべり軸受装置。