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JP2001132754A - 多層すべり軸受 - Google Patents

多層すべり軸受

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Publication number
JP2001132754A
JP2001132754A JP31374099A JP31374099A JP2001132754A JP 2001132754 A JP2001132754 A JP 2001132754A JP 31374099 A JP31374099 A JP 31374099A JP 31374099 A JP31374099 A JP 31374099A JP 2001132754 A JP2001132754 A JP 2001132754A
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JP
Japan
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layer
based overlay
alloy
overlay
bearing
Prior art date
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Pending
Application number
JP31374099A
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English (en)
Inventor
Hideo Tsuji
秀雄 辻
Hideo Ishikawa
日出夫 石川
Takayuki Shibayama
隆之 柴山
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Daido Metal Co Ltd
Original Assignee
Daido Metal Co Ltd
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Publication date
Application filed by Daido Metal Co Ltd filed Critical Daido Metal Co Ltd
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Priority to US09/688,689 priority patent/US6575635B1/en
Priority to GB0025928A priority patent/GB2356026B/en
Priority to DE10054461A priority patent/DE10054461C2/de
Publication of JP2001132754A publication Critical patent/JP2001132754A/ja
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Abstract

(57)【要約】 (修正有) 【課題】 裏金層、軸受合金層、中間めっき層およびS
n基オーバレイからなる多層すべり軸受において、Sn
基オーバレイのPbの添加量を少なくし、できれば使用
せずに非焼付性の向上を図る。 【解決手段】 Sn基オーバレイ5に強化金属および/
または無機物粒子を含有させ、その強化金属および/ま
たは無機物粒子の含有割合を、Sn基オーバレイ5の中
層5bでは高く、下層5aおよび上層5cでは0または
中層5bより小となるように、段階的にまたは連続的に
変化させる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は裏金層、軸受合金
層、中間めっき層およびSn基オーバレイからなる多層
すべり軸受に関する。
【0002】
【従来の技術】従来より、初期なじみや異物埋収性を高
めるために、オーバレイを設けた合金軸受は広く知られ
ており、そのオーバレイとしては、例えば、Al合金軸
受では、Sn基或いはPb基のものが知られている。一
般に、Al軸受合金上にオーバレイを形成するには、湿
式めっきが広く採用されている。しかし、Al軸受合金
上にSn基やPb基のめっきを直接施すと接着力が弱い
ため、Al軸受合金上にNi、Fe、Coなどの硬質合
金からなる中間めっき層を設け、その上にSn基やPb
基の合金をめっきすることによって接着強度の大きなオ
ーバレイを形成している。
【0003】このような中間めっき層を設けたAl合金
軸受では、使用によりオーバレイが摩耗すると、硬い中
間めっき層が露出し、焼付きやかじりが発生し易くな
る。このような問題を解消するために、中間めっき層を
なくす試みがなされている。例えば、特開平1−307
512号公報には、Al軸受合金をSn基オーバレイに
よって被覆したすべり軸受が開示されている。これは、
Al軸受合金とオーバレイとの間に、Ni、Co、Fe
のいずれかとSn基オーバレイとが混在した0.5μm
以下の薄い中間層を設けることによって、Al軸受合金
とオーバレイとの接着力を大きくすると共に、オーバレ
イが摩耗した場合の焼付きやかじりを防止するようにし
ている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】Sn基オーバレイは、
Pb基オーバレイに比べて非焼付性が低い。そこで、特
開平11−132235号公報に開示されたすべり軸受
では、オーバレイをPb−Sn系とすることによって非
焼付性の向上を図っている。このものでは、Pb−Sn
系のオーバレイを形成するために、Al軸受合金上にジ
ンケート処理と、0.05〜0.5μm厚さのNi、C
oまたはFe層を形成する薄膜めっき処理と、1〜3μ
mのSnをめっきするSnめっき処理と、PbまたはP
b合金をめっきするPbめっき処理とを順次施し、その
後に加熱してSnめっき層を拡散する拡散処理を施すこ
とによって、Ni、CoまたはFeのいずれかとSnと
オーバレイとが混在した接着層とPb−Sn系のオーバ
レイとを形成するようにしている。
【0005】このように、特開平11−132235号
公報に開示されたすべり軸受では、、非焼付性を向上す
るためにPb系オーバレイを使用している。しかし、P
bは環境に悪影響を及ぼすため、添加量を少なくし、で
きれば使用を避けることが好ましい。また、Pb系オー
バレイは接着性の改善のために設けられたSnめっき層
のSnと反応して低融点の共晶組織を形成し、これが剥
離に繋がる層状摩耗を引き起こすという問題がある。
【0006】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Pbの添加量を少なくし、できれば使用
せずに実用上問題のない非焼付性を得ることができ、ま
た耐摩耗性に優れた多層すべり軸受を提供するところに
ある。
【0007】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、請求項1の発明は、裏金層、軸受合金層、中間め
っき層およびSn基オーバレイからなる多層すべり軸受
において、前記Sn基オーバレイに強化金属および/ま
たは無機物粒子を含有させ、その強化金属および/また
は無機物粒子の含有割合は、前記Sn基オーバレイの厚
さ方向中央では大きく、前記Sn基オーバレイの表面で
は0または前記中央より小となるように、段階的にまた
は連続的に変化することを特徴とするものである。
【0008】Sn基オーバレイと中間めっき層との境界
部分では、Snと中間めっき層を構成する金属とが混在
するようになるので、Sn基オーバレイの接着強度が向
上する。その上、オーバレイにはPbが含有されていな
いので、Sn基オーバレイとの間に層状摩耗を引き起こ
すような組織が生ずるおそれがない。
【0009】また、Sn基オーバレイの表面では、強化
金属および/または無機物粒子は含有されておらず、含
有されていたとしてもごく少ない。このため、比較的軟
質のSnにより初期なじみ性および異物埋収性を確保で
きる。しかも、Sn基オーバレイの中央では、強化金属
および/または無機物粒子が含有されているので、Sn
と含有金属とが合金を形成し、或いはSn、またはSn
合金中に無機物粒子が点在した状態となる。以上の構成
により、Sn基オーバレイの機械的強度が向上すると共
に、耐摩耗性が高くなり、また非焼付性も向上する。も
ちろん、Sn基オーバレイには、Pbが含まれていない
ので、環境保護に優れる。なお、Sn基オーバレイの中
央とは、寸法的に中央を含む場合もあるが、中央部分と
いうある程度広い部分を意味する。
【0010】この場合、軸受合金層としては、請求項2
の発明のように、環境保護の観点から、Pbを含有しな
いCu合金またはAl合金とすることができる。また、
請求項3の発明は、Sn基オーバレイが含有する強化金
属は、Cu、Sb、Ag、In、Zn、Ni、Co、F
eのうちから選択された1種または2種以上で、Sn基
オーバレイは、選択された1種または2種以上の強化金
属を0〜30重量%含有する合金からなること、および
/または無機物粒子を0〜25容量%含有することを特
徴とする。
【0011】Cu、Sb、Ag、In、Zn、Ni、C
o、FeはSn基オーバレイのSnと合金を形成し、オ
ーバレイの機械的強度、耐摩耗性を向上させる。また、
無機物粒子はSn基オーバレイのSn、またはSn合金
中に点在してSn基オーバレイの機械的強度、耐摩耗性
を向上させる。上記の強化金属は30重量%を越える
と、また、無機質物質は25容量%を越えると、Sn基
オーバレイが硬くなり過ぎて耐疲労性に悪影響を及ぼし
たり、相手軸への攻撃性が大きくなったりする。
【0012】請求項4の発明は、中間めっき層が、N
i、Co、Fe、Cu、Agのうち選択された1種の金
属、または選択された1種の金属を主成分とするPbを
含まない合金により0.01〜8μmの厚さに形成され
ていることを特徴とする。中間めっき層はSn基オーバ
レイの接着性を向上させ、また、Sn基オーバレイの成
分が軸受合金層へ拡散することを防止する。Ni、C
o、Fe、Cu、Agは、その接着性および拡散防止効
果が大きい。しかし、その厚さが0.01μmでは効果
が低下し、8μmを越えると、効果の割に材料コストが
かさむ。
【0013】請求項5の発明は、裏金層の背面に、背面
めっき層を設けたことを特徴とするものである。例えば
自動車のエンジンでは、小形軽量化のために、軸受ハウ
ジングの剛性低下をもたらしており、そのため軸受背面
のフレッチング現象(微小振幅の相対運動を受ける接触
2面間に生ずる摩耗現象)が大きな問題となっている。
このフレッチング現象は、背面めっきを施すことによっ
て解消できる。
【0014】この背面めっきは、請求項6の発明のよう
に、Sn基オーバレイまたは中間めっき層と同じ組成と
することが好ましい。このようにすることで、背面めっ
きをSn基オーバレイ、または中間めっき層を施す工程
で同時に施すことができる。
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を説明す
る。図2に示す軸受1は半割軸受と称されるもので、2
個1組にして例えば自動車のエンジン用軸受として使用
される。この軸受1は、図1に示すように、裏金層2の
表面に、軸受合金層3を被着すると共に、この軸受合金
層3上に中間めっき層4を介してSn基オーバレイ5を
被着してなる。また、裏金2の背面には、背面めっき層
6を被着している。
【0015】上記裏金層2は、例えば薄肉の鋼板からな
る。軸受合金層3をAl合金で構成する場合、そのAl
合金は、8重量%のSn、2.5重量%のSi、1.2
重量%のCu、残部Alからなる。また、軸受合金層3
をCu合金で構成する場合、そのCu合金は、6重量%
のSn、残りCuからなる。そして、Al合金、Cu合
金のいずれの場合も、Pbは含んでいない(不可避的に
含まれるものは除く)。
【0016】中間めっき層4は、Ni、Co、Fe、C
u、Agのうちから選択した1種の金属、または選択さ
れた1種の金属を主成分とするPbを含まない合金によ
り0.01〜8μmの厚さに形成されている。
【0017】さて、Sn基オーバレイ5には、強化金
属、無機物粒子が含有されている。この場合、Sn基オ
ーバレイ5には、強化金属だけを含有させたり、無機物
粒子だけを含有させたり、或いは強化金属と無機物粒子
の双方を含有させたりしても良い。このSn基オーバレ
イ5に含有させる強化金属としては、Snと合金を形成
する金属、例えばCu、Sb、Ag、In、Zn、N
i、Co、Feのうちから1種または2種以上とし、そ
の含有割合は全体で30重量%以下とする。また、無機
物粒子としては、BN、TiN、AlN、CuN、Si
、MoSなどの窒化物、SiC、TiC、B
C、TaCなどの炭化物、(CF)、CaFなどのふ
っ化物、MoS、WSなどの硫化物の他、BaSO
、W、Moなどがあり、その含有割合は25容量%以
下とする。
【0018】このSn基オーバレイ5中の強化金属、無
機物粒子の含有割合は、図1に示すように、段階的、例
えば3段階に異ならせてあり、中層5bの含有割合が高
く、下層5aおよび上層5cの含有割合は中層5bより
も小さくなっている。また、下層5aおよび上層5cは
強化金属および無機物粒子を含まない層として形成して
も良い。
【0019】もちろん、Sn基オーバレイ5中の強化金
属、無機物粒子の含有割合を段階的に変化させる場合、
その数は3層に限らず、4層或いはそれ以上であっても
良く、また層構造とせず連続的に変化する構成としても
良い。Sn基オーバレイ5を4層以上の多層とする場
合、強化金属、無機物粒子の含有割合は、中間めっき層
4との境界層から中央の層までは、段階的に減少、或い
は段階的に増加のどちらであっても良いが、中央の層か
ら表面の層までは段階的に減少するように構成する。中
間めっき層4との境界に存する層から中央の層まで、強
化金属、無機物粒子の含有割合を段階的に増加させる場
合、中間めっき層4との境界層、およびSn基オーバレ
イ5の最表面の層は、強化金属、無機物粒子を含有しな
い層としても良い。
【0020】また、Sn基オーバレイ5中の強化金属、
無機物粒子の含有割合を無段階に連続的に変化させる場
合も、強化金属、無機物粒子の含有割合は、中間めっき
層4との境界から中央までは、一定、または漸次減少、
或いは漸次増加のいずれであっても良いが、中央から表
面までは漸次減少するように構成する。この場合、Sn
基オーバレイ5の表面の強化金属、無機物粒子の含有割
合は0としても良い。また、中間めっき層4との境界か
ら中央まで、強化金属、無機物粒子の含有割合を漸次増
加させる場合、中間めっき層4との境界は、強化金属、
無機物粒子の含有割合を0としても良い。
【0021】ところで、Sn基オーバレイ5中のSn
は、中間めっき層4中に拡散し、中間めっき層4を構成
する金属とSnとが混在した層を形成する。このような
混在層により、Sn基オーバレイ5と中間めっき層4と
の接着性、ひいてはSn基オーバレイ5と軸受合金層3
との接着性が向上する。この場合、Sn基オーバレイ5
中の無機物粒子は多過ぎると、接着性を妨げる要因にな
るが、図1に示す例では、下層5aには無機物粒子は含
まれていないか、または含有割合は小さいので、良好な
る接着性を得ることができる。
【0022】また、Sn基オーバレイ5の最表面部にお
いて、強化金属、無機物粒子は含まれておらず、或いは
その含有割合は低いので、当該最表面部では軟質のSn
による初期なじみ性、異物埋収性が発揮される。
【0023】これに対し、Sn基オーバレイ5の中層5
bでは、強化金属、無機物粒子が含まれている。強化金
属はSnと合金を形成し、Sn基オーバレイ5の機械的
強度を高め、耐摩耗性を向上させる。また、無機物粒子
は硬質で、軟質のSn、或いはSn合金中に点在する状
態となるので、Sn基オーバレイ5の機械的強度が向上
し、耐摩耗性が高くなる。このようにSn基オーバレイ
5の機械的強度、耐摩耗性が向上する結果、Sn基オー
バレイ5の非焼付性が向上するものである。
【0024】次に上記軸受1の製造手順を説明する。ま
ず、軸受合金層用として、8%Snと、2.5%Si
と、1.2%Cuと、残部AlとからなるAl合金板を
鋼裏金にロール圧接法により圧着する。次に、これを3
50℃で4時間熱処理し、すべり軸受用素材としてのバ
イメタル(肉厚1.65mm、幅110mm)を製造す
る。
【0025】このバイメタルを切断して半割りの軸受形
状にプレス加工し、更に所定寸法(外径56mm、長さ
16mm、厚さ1.5mm)に機械加工した後、水系洗
浄剤により脱脂する。その後、アルカリエッチング、酸
処理、ジンケート処理(苛性ソーダを主とする水溶液中
に酸化亜鉛を溶解し、20℃で約20秒間浸漬し、表面
にZnを析出させる処理)などの前処理を行なう。
【0026】この前処理後、中間めっき層4として例え
ばNiめっきを0.01〜8μmの厚さに施し、更に、
Sn基オーバレイ5をめっきする。このSn基オーバレ
イ5のめっきは、下層5a、中層5b、上層5cの3回
に別けて行ない、下層5a、中層5b、上層5cの総厚
として20μmのSn基オーバレイ5を形成する。ここ
で、中層5bに強化金属を含有させるには、Snと強化
金属との合金めっきをする、また、Sn合金に無機物粒
子を含有させる場合には、無機物粒子をめっき浴中に分
散させ、無機物粒子とSn合金との複合めっきを形成す
る。
【0027】軸受合金層3がCu合金からなるものにつ
いては、Cuめっきを施した鋼板の上に、6重量%のS
n、残りCuからなる軸受合金の粉末を散布し、還元雰
囲気炉内で700〜900℃で10/30分間焼結を行
う。その後、ロール圧延を2回繰り返してバイメタルを
得る。得られたバイメタルの板厚は、例えば、総厚で
1.5mm、軸受合金層3の厚さ0.35mmである。
【0028】このようにして得られたバイメタルを切断
して半割りの軸受形状にプレス加工し、更に所定寸法
(外径56mm、長さ16mm、厚さ1.5mm)に機
械加工した後、水系洗浄剤による脱脂、電解脱脂、酸洗
い処理などの前処理を行なう。その後、中間めっき層4
として例えばNiめっきを0.01〜8μmの厚さ施
し、更に、Sn基オーバレイ5をめっきする。このSn
基オーバレイ5のめっきは、下層5a、中層5b、上層
5cの3回に別けて行ない、下層5a、中層5b、上層
5cの総厚として20μmのSn基オーバレイ5を形成
する。ここで、中層5bに強化金属を含有させるには、
Snと強化金属との合金めっきをする。また、Sn合金
に無機物粒子を含有させる場合には、無機物粒子をめっ
き浴中に分散させSn基のめっきを行ない、共析分解さ
せて無機物粒子とSn合金との複合めっきを形成する。
【0029】さて、発明者は次の表1に示す組成の実施
例品と比較例品とについてSn基オーバレイ5の接着試
験を行った。この表1から明らかなように、実施例品1
は比較例品2,3に比べ、接着力が大きくSn基オーバ
レイ5の接着性に優れる。
【0030】
【表1】
【0031】また、発明者は次の表2に示す組成の実施
例品と比較例品とについて焼付試験と摩耗試験を行なっ
た。焼付試験は、100℃に予熱したVG22の潤滑油
を用い、10MPaの負荷を与え、その後10分毎に1
0MPaずつ荷重を付加して行く。そして、軸受背面温
度が200℃を越えるか、またはトルク変動により軸駆
動用ベルトがスリップした時を焼付きと判定した。な
お、相手軸はS55C(鋼材)製で、表面粗さが0.8
μmRmax以下のものを使用した。摩耗試験は、10
0℃に予熱したSAE20の潤滑油を使用し、100M
Paの荷重を加えた状態で3250rpmで20時間運
転した時のSn基オーバレイ5の摩耗量で評価した。
【0032】
【表2】
【0033】表2の実施例品1はSn基オーバレイ5に
Cuを含むものであるが、そのCuの含有率は、中間め
っき層4との境界部が0.2%、中央が2.2%、表面
部が0.2%で、中間めっき層4との境界部から中央に
向かって連続的に含有率が増加し、中央から表面に向か
って連続的に含有率が減少するようにしたものである。
このCu含有率の連続的な変化は、同じめっき液中で液
撹拌、電流密度を変化させることによって得られる。
【0034】同実施例品2はSn基オーバレイ5を形成
した後、上層5cと同一のめっき液で背面めっき層6を
形成したもの、実施例品4はSn基オーバレイ5を形成
した後、Sn基オーバレイ5に含有されたSn−Cu−
MoSで背面めっき層6を形成したもの、実施例品7
は中間めっき層4を形成する際に同時に背面めっき層6
をAgで形成したものである。なお、表2の摩耗試験摩
耗量において「−」は摩耗量を計測しなかったことを示
す。
【0035】この表2から理解されるように、オーバレ
イをPb基とした比較例品11では、高い非焼付性を示
すが、摩耗量は3.7μmと大きく、耐摩耗性について
は低いといえる。これに対し、実施例品1〜10は、P
b基オーバレイの比較例品11と比べ、最大非焼付荷重
については同等程度にあり、非焼付性については遜色な
いと言える。また、摩耗量を測定した実施例品1〜4に
ついて、その摩耗量は比較例品11の3分の1程度であ
り、耐摩耗性の点では比較例品11より優れていると言
うことができる。
【0036】また、Sn基オーバレイ中のCuの含有率
に変化がない比較例品12、Sn基オーバレイ中のCu
およびSiの含有率を表面に向かって多くした比
較例品13に比べ、実施例品1〜10は非焼付性に優れ
ている。また、実施例品1〜10とSn基オーバレイ中
のCuおよびSiの含有率を中層および上層で同
一とした比較例品14とは、非焼付性の点では同程度と
言えるが、しかし、比較例品14は実施例品1〜4に比
べて摩耗量が多く、実施例品の方が耐摩耗性の点で優れ
ていると言える。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示すもので、軸受の断面図
【図2】半割軸受の斜視図
【符号の説明】
図中、2は裏金、3は軸受合金層、4は中間めっき層、
5はSn基オーバレイ、6は背面めっき層である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考) F16C 9/02 F16C 9/02 9/04 9/04 17/02 17/02 Z (72)発明者 柴山 隆之 名古屋市北区猿投町2番地 大同メタル工 業株式会社内 Fターム(参考) 3J011 AA20 BA02 BA13 DA01 DA02 KA02 MA02 NA01 QA03 SB02 SB03 SB04 SB05 SB15 SB20 3J033 AA05 GA07 4K024 AA03 AA04 AA07 AA09 AA10 AA21 AA23 AB02 AB04 AB12 BA06 BA09 BB05 BC06 GA03 GA16

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 裏金層、軸受合金層、中間めっき層およ
    びSn基オーバレイからなる多層すべり軸受において、 前記Sn基オーバレイに強化金属および/または無機物
    粒子を含有させ、 前記強化金属および/または無機物粒子の含有割合は、
    前記Sn基オーバレイの厚さ方向中央では大きく、前記
    Sn基オーバレイの表面では0または前記中央より小と
    なるように、段階的にまたは連続的に変化することを特
    徴とする多層すべり軸受。
  2. 【請求項2】 前記軸受合金層は、Pbを含有しないC
    u合金またはAl合金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。
  3. 【請求項3】 前記Sn基オーバレイが含有する強化金
    属は、Cu、Sb、Ag、In、Zn、Ni、Co、F
    eのうちから選択された1種または2種以上で、前記S
    n基オーバレイは、前記選択された1種または2種以上
    の強化金属を0〜30重量%含有する合金からなるこ
    と、および/または無機物粒子を0〜25容量%含有す
    ることを特徴とする請求項1または2記載の多層すべり
    軸受。
  4. 【請求項4】 前記中間めっき層は、Ni、Co、F
    e、Cu、Agのうち選択された1種の金属、または選
    択された1種の金属を主成分とするPbを含まない合金
    により0.01〜8μmの厚さに形成されていることを
    特徴とする請求項1ないし3のいずれかに記載の多層す
    べり軸受。
  5. 【請求項5】 前記裏金層の背面には、背面めっき層が
    設けられていることを特徴とする請求項1ないし4のい
    ずれかに記載の多層すべり軸受。
  6. 【請求項6】 前記背面めっき層は、前記Sn基オーバ
    レイと同じ組成、または前記中間めっき層と同じ組成で
    あることを特徴とする請求項5記載の多層すべり軸受。
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