JP2002310158A

JP2002310158A - 複層摺動材料

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Publication number: JP2002310158A
Application number: JP2001109853A
Authority: JP
Inventors: Hideo Tsuji; 秀雄辻; Hideo Ishikawa; 日出夫石川; Takayuki Shibayama; 隆之柴山
Original assignee: Daido Metal Co Ltd
Current assignee: Daido Metal Co Ltd
Priority date: 2001-04-09
Filing date: 2001-04-09
Publication date: 2002-10-23
Anticipated expiration: 2021-04-09
Also published as: GB0206056D0; JP3754315B2; GB2375801B; GB2375801A

Abstract

(57)【要約】【課題】軸受合金層上に中間層を介して錫−銅系の錫
基オーバレイ層を設けた複層摺動材料において、中間層
を厚くしなくとも、錫基合金からなるオーバレイ層の表
層部分の銅が減少することを長期にわたり防止できるよ
うにする。【解決手段】錫基オーバレイ層６は銅の含有量が異な
る下層４と上層５とからなり、下層４は、銅を５〜２０
質量％と多く含有し、厚さが１〜３μｍである。これに
より、錫基オーバレイ層から中間層への銅の拡散は、下
層４から行なわれるので、相手材と接する上層５の銅の
減少量は少ない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、銅系またはアルミ
ニウム系の軸受合金層上に中間層を介して錫−銅系の錫
基オーバレイ層を設けてなる複層摺動材料に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動車、農業機械、産業機械の分野で
は、鋼裏金上に銅系またはアルミニウム系の軸受合金を
設けたすべり軸受が多く用いられている。この銅系また
はアルミニウム系の軸受合金を用いたすべり軸受では、
なじみ性や異物埋収性の向上を図るために、軸受合金層
の表面にオーバレイ層を設けることが行なわれている。

【０００３】上記オーバレイ層としては、従来より、鉛
基合金が知られているが、最近では、地球環境上の問題
および耐食性向上のため、錫基合金が良く用いられる。
この錫基オーバレイ層を設けたすべり軸受では、軸受合
金層とオーバレイ層との間に、中間層として例えばニッ
ケルめっき層が形成されている。ニッケルめっき層は、
軸受合金がアルミニウム系の場合、錫基オーバレイ層の
接着性を高めるために設けられ、銅系の場合には、錫基
オーバレイ層中の錫が軸受合金中に拡散することを防止
するために設けられる。

【０００４】ところが、オーバレイ層が錫−銅系の錫基
合金である場合、高温で長時間使用されると、熱的影響
によってオーバレイ層中の銅がニッケルめっき層中に拡
散してオーバレイ層中の銅が減少し、耐疲労性、非焼付
性が低下する。オーバレイ層中の銅がニッケルめっき層
に拡散することを防止するために、特開２０００−６４
０８５には、中間層を、１〜３μｍ厚さのニッケル層お
よびその上に析出される２〜１０μｍ厚さのニッケル−
錫層により構成することが開示されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】特開２０００−６４０
８５に開示された構成では、中間層のうち、下層である
ニッケル層は硬く、上層であるニッケル−錫層は更に硬
い。そして、相当期間の使用によりオーバレイ層が摩耗
すると、硬いニッケル−錫層やニッケル層が表面に露出
する。これらニッケル−錫層やニッケル層は、厚さが合
計で３〜１３μｍと相当厚く、しかも硬くて摩耗し難い
ので、なじみ性が悪くなり、焼付きを生ずるおそれがあ
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、錫基オーバレイ層と軸受合金との間に
形成される中間層の厚さを厚くしなくとも、錫基オーバ
レイ層の表層中の銅が拡散によって減少することを極力
防止できる複層摺動材料を提供することにある。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明は、軸受合金層上
に中間層を介して錫−銅系の錫基オーバレイ層を設けて
なる複層摺動材料において、前記錫基オーバレイ層は銅
の含有量が異なる複数層からなり、その複数層のうち、
前記中間層に接する最下層は、銅を５〜２０質量％含有
し、厚さが０．５〜３μｍであることを特徴とする（請
求項１）。

【０００８】軸受合金層は、銅系合金またはアルミニウ
ム系合金とすることができる（請求項５）。銅系やアル
ミニウム系の軸受合金は、高荷重、高速回転に対して優
れた軸受特性を呈し、自動車、農業機械、産業機械など
の、特にエンジン用のすべり軸受として適する。銅系合
金としては、青銅系および鉛青銅系のいずれも使用する
ことができる。アルミニウム系合金としては、軟質相形
成のために亜鉛、錫、鉛などを１種以上含ませたものを
用いることができ、強化元素として銅、マグネシウムな
ど、疲労強度向上のためのクロム、珪素などを含有させ
ることもできる。

【０００９】上記のような銅系またはアルミニウム系の
軸受合金層と錫−銅系の錫基オーバレイ層との間には、
錫基オーバレイ層中の錫が軸受合金層中に拡散すること
を防止するため、或いは軸受合金層に対する錫基オーバ
レイ層の接着性を向上させるために中間層が設けられ
る。この中間層は、ニッケル、鉄、コバルトのいずれか
により構成することができる。その厚さは、０．５〜３
μｍであることが好ましい（請求項４）。摺動材料が高
温で使用されると、錫基オーバレイ層中の銅が中間層へ
拡散する。本発明によれば、錫基オーバレイ層の最下層
は銅の含有量が比較的多いので、錫基オーバレイ層から
中間層への銅の拡散は、錫基オーバレイ層の最下層から
進む。このため、相手材と接する錫基オーバレイ層の最
上層については銅の減少程度は少ない。従って、中間層
の厚さとしては、それ程厚くしなくても済み、錫基オー
バレイ層が摩耗して中間層に露出するようになった場合
でも、なじみ性を失わず、優れた非焼付性を維持する。

【００１０】上記錫基オーバレイ層の最上層の銅含有量
は、０．５〜１０質量％とすることが好ましい（請求項
２）。この錫基オーバレイ層の最上層には、亜鉛、イン
ジウム、アンチモン、銀のうち、１種または２種以上を
総量で５質量％以下含ませることができる（請求項
３）。ここで、上述のような成分割合にしたことの理由
を説明する。（１）錫基オーバレイ層の最下層の銅：５〜２０質量％銅が５質量％未満では、最上層の銅の拡散防止効果が低
下し、２０質量％を越えると、耐疲労性が低下する。こ
の錫基オーバレイ層の最下層の厚さは、１〜３μｍが好
ましい。１μｍ未満であると、最上層の銅の拡散防止効
果が得られず、３μｍを越えると、耐疲労性が低下す
る。

【００１１】（２）錫基オーバレイ層の最上層の銅：
０．５〜１０質量％錫マトリックスは耐食性、なじみ性、異物埋収性を担う
が、銅は錫マトリックスの強度を高め、非焼付性、耐疲
労性、耐摩耗性を向上させる。０．５質量％未満ではそ
の効果が低く、１０質量％を越えると、非焼付性、耐疲
労性が低下する。錫基オーバレイ層の最上層の厚さは、
１０〜４０μｍが好ましい。１０μｍ未満であると、な
じみ性、異物埋収性が低下し、４０μｍを越えると、耐
疲労性が低下する。

【００１２】（３）錫基オーバレイ層の最上層の亜鉛、
インジウム、アンチモン、銀：総量で５質量％以下これらの元素は、錫基オーバレイ層の最上層の非焼付
性、耐摩耗性を向上させる。５質量％を越えると、最上
層が硬くなり過ぎ、なじみ性、異物埋収性を低下させ
る。

【００１３】（５）中間層：ニッケル、鉄、コバルトの
いずれかニッケル、鉄、コバルトは、錫基オーバレイ層中の錫が
軸受合金層へ拡散することを防止し（銅系軸受合金の場
合）、或いは軸受合金層への錫基オーバレイ層の接着性
を高める（アルミニウム系軸受合金の場合）。中間層の
厚さは、０．５〜３μｍが好ましい。中間層の厚さが
０．５μｍ未満では、ダム効果や接着強度が得られず、
３μｍを越えると、錫基オーバレイが摩耗した後の非焼
付性を低下させる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明を実施例により図面
を参照して説明する。鋼板上に、鉛：２３質量％、錫：
３．５質量％、残り銅からなる銅系軸受合金用粉末を焼
結、圧延して軸受用素材としてのバイメタルを製造し
た。このバイメタルをプレス成形して厚さ１．５ｍｍの
半割軸受にし、更に、この半割軸受を機械加工して所定
寸法に仕上げた。その後、半割軸受の内面に電気めっき
によって厚さ１．５μｍのニッケル層を形成し、その上
に、比較例品１〜４を除き表１の下層に示す成分の錫基
合金を電気めっきし、更に下層の上に表１の上層に示す
成分の錫基合金を電気めっきした。比較例品１〜４につ
いては、ニッケル層の上に表１の上層に示した成分の錫
基合金を１層だけ１５μｍの厚さに電気めっきした。

【００１５】以上により、図１に示すように、鋼裏金層
１上に銅系軸受合金層２を形成し、この軸受合金層２上
にニッケルめっき層からなる中間層３を形成し、更に、
中間層３上に銅の含有量の異なる下層４および上層５の
２層からなる錫基オーバレイ層６を設けた構造の実施例
品１〜１０、比較例品５〜７を得た。また、図示はしな
いが、鋼裏金上に銅系軸受合金層を形成し、この軸受合
金層上にニッケルめっき層からなる中間層を介して単層
の錫基オーバレイ層を設けた構造の比較例品１〜４を得
た。

【００１６】

【表１】

【００１７】上記の実施例品１〜１０および比較例品１
〜７について、熱拡散試験、焼付試験、疲労試験を行な
った。熱拡散試験は、１３０℃に加熱した状態を３００
時間保持した後、および１０００時間保持した後のそれ
ぞれについて、錫基オーバレイ層の上層中の銅の含有量
を調べたものである。

【００１８】焼付試験は、１００℃に予熱したＶＧ２２
の潤滑油を用い、相手材をモータによって３６００ｒｐ
ｍで回転させ、１時間無負荷でならし運転を行なった
後、潤滑油を毎分１５０ｃｃに絞って面圧１０ＭＰａの
負荷を与え、その後、面圧を５ＭＰａずつ高めながら、
各面圧毎に１０分間運転し、軸受の背面が２００℃を越
えるか、または相手材を駆動するモータの駆動電流が所
定値を越えたとき、その時点の軸受面圧を焼付面圧とし
た。この焼付試験は、上記の熱拡散を行なわないもの
と、１３０℃で１０００時間の熱拡散を行なったものに
ついてそれぞれ２回ずつ実施した。

【００１９】疲労試験は、１００℃に予熱したＳＡＥ２
０の潤滑油を用い、相手材を３２５０ｒｐｍで回転さ
せ、３０分間無負荷でならし運転を行なった後、面圧５
０ＭＰａの荷重を加えて２０時間運転したときの疲労度
合いを評価した。評価は次の５つの疲労評価ランクで示
す。この疲労試験は、焼付試験と同様に、熱拡散を行な
わないものと、１３０℃で１０００時間の熱拡散を行な
ったものについてそれぞれ２回ずつ実施した。５：クラックなし。４：評価４は目視でクラックが確認できず顕微鏡検査が
確認できる。３：目視でクラックが確認できるが見分けにくい。２：目視でクラックが確認できる。１：目視で軸受投影面積の５０％以上のクラックが確認
できる。

【００２０】上記の熱拡散試験について、実施例品１、
３、９、１０および比較例品２、３、５の結果が図２に
グラフで示されている。また、焼付試験および疲労試験
の結果はそれぞれ図３および図４にグラフ示されてい
る。なお、図３および図４において、白抜きは２回の試
験結果のばらつきを示す。

【００２１】図２〜図４から明らかなように、錫基オー
バレイ層を上下２層にし、下層の銅含有量を５〜２０質
量％にした実施例品１〜１０は、下層を設けない比較例
品１〜４に比べ、錫基オーバレイ層の表面部分につい
て、銅の熱拡散による減少量が少ない。このため、実施
例品１〜１０は１３０℃、１０００時間の熱拡散試験を
行なった後においても、優れた非焼付性および耐疲労性
を示している。

【００２２】比較例品５〜７は、錫基オーバレイ層が上
下２層から構成されている。しかし、比較例品７は、錫
基オーバレイ層の下層における熱拡散試験前の銅含有量
が２３．５質量％と多いため、耐疲労性が低い。錫基オ
ーバレイ層の下層の銅含有量は、少ないと上層に対する
銅の拡散防止効果が低下し、多いと耐疲労性に悪影響を
及ぼす。錫基オーバレイ層の下層の好ましい銅含有量
は、５〜２０質量％である。

【００２３】また、比較例品５は、錫基オーバレイ層の
下層の厚さが０．５μｍと薄い。このため、上層に対す
る銅拡散防止効果が低く、上層の銅が当初４．１質量％
あったところ、熱拡散試験３００時間経過後では２．１
質量％、１０００時間経過後では０．９質量％に大きく
減少しており、その結果、熱拡散試験１０００時間経過
後は非焼付性および耐疲労性が低下している。一方、比
較例品６は、錫基オーバレイ層の下層の厚さが５μｍと
厚いため、熱拡散試験前のものであっても、耐疲労性に
劣る。このことから、錫基オーバレイ層の下層の厚さ
は、薄い場合には、上層に対する銅の拡散防止効果が低
下し、厚い場合には、耐疲労性を低下させることが理解
される。錫基オーバレイ層の下層の好ましい厚さは、１
〜３μｍである。

【００２４】このように錫基オーバレイ層を上下２層に
し、下層の銅含有量を５〜２０質量％で、厚さを１〜３
μｍにすることにより、上層の銅の減少を抑えることが
できるので、中間層であるニッケルめっき層の厚さを薄
くできる（実施例品１〜１０では１．５μｍ）。このた
め、オーバレイ層が摩耗して中間層が表面に露出した場
合、その中間層は比較的早く摩滅するようになり、硬い
ニッケルからなる中間層に相手材が接することによる焼
付きの機会を少なくすることができる。

【００２５】なお、本発明は上記し且つ図面に示す実施
例に限定されるものではなく、以下のような拡張或いは
変更が可能である。中間層は、ニッケルに限らず、ニッ
ケル、鉄、コバルトであっても良い。錫基オーバレイ層
６の上層５の銅含有量は、下層４のそれよりも多くても
良い。錫基オーバレイ層６は２層からなるものに限られ
ず、３層或いはそれ以上の層からなるものであっても良
い。この場合、最下層から最上層に向って銅含有量を少
なくすることが好ましいが、最下層の銅含有量が５〜２
０質量％にあれば、それよりも上の層の銅含有量は最下
層のそれよりも多くても、少なくても良い。錫基オーバ
レイ層の最上層には、耐摩耗性向上のために、無機質粒
子を５質量％以下含有させても良い。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例を示す断面図

【図２】熱拡散試験の結果を示すグラフ

【図３】焼付試験の結果を示すグラフ

【図４】疲労試験の結果を示すグラフ

【符号の説明】

１は鋼裏金層、２は銅系軸受合金層、３は中間層、４は
下層、５は上層、６は錫基オーバレイ層である。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (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 AA08 CA05 DA01 LA04 MA02 QA03 SB03 SB05 4K024 AA03 AA21 AB03 BA09 BB05 BC07 GA03

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】軸受合金層上に中間層を介して錫−銅系
の錫基オーバレイ層を設けてなる複層摺動材料におい
て、前記錫基オーバレイ層は銅の含有量が異なる複数層から
なり、その複数層のうち、前記中間層に接する最下層は、銅を
５〜２０質量％含有し、厚さが１〜３μｍであることを
特徴とする複層摺動材料。
【請求項２】前記錫基オーバレイ層の最上層の銅含有
量は、０．５〜１０質量％であることを特徴とする請求
項１記載の複層摺動材料。
【請求項３】前記錫基オーバレイ層の最上層には、亜
鉛、インジウム、アンチモン、銀のうち、１種または２
種以上を総量で５質量％以下含むことを特徴とする請求
項１または２記載の複層摺動材料。
【請求項４】前記中間層は、ニッケル、鉄、コバルト
のいずれかにより構成され、その厚さは、０．５〜３μ
ｍであることを特徴とする請求項１ないし３のいずれか
に記載の複層摺動材料。
【請求項５】前記軸受合金層は、銅系合金またはアル
ミニウム系合金からな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複層摺動材料。