JP2000290742A - 鋳鉄軸とアルミニウム軸受よりなる軸受装置 - Google Patents

鋳鉄軸とアルミニウム軸受よりなる軸受装置

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JP2000290742A JP11100772A JP10077299A JP2000290742A JP 2000290742 A JP2000290742 A JP 2000290742A JP 11100772 A JP11100772 A JP 11100772A JP 10077299 A JP10077299 A JP 10077299A JP 2000290742 A JP2000290742 A JP 2000290742A
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    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/02—Parts of sliding-contact bearings
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    • F16C33/06—Sliding surface mainly made of metal
    • F16C33/12—Structural composition; Use of special materials or surface treatments, e.g. for rust-proofing

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 ブルアイ組織をもつ球状黒鉛鋳鉄軸と、Ａｌ
−Ｓｎ−Ｓｉ系アルミニウム合金すべり軸受とを含んで
成り、アルミニウム合金に粒径が５〜４０μｍのＳｉ粒
子が３．５６×１０-2ｍｍ2当り５個以上存在する軸受
装置における軸のフェライトが軸受を摩擦する問題を解
決する。 【解決手段】 軸４と軸受１の摺接面におけるＳｉ粒子
５の平均粒径を球状黒鉛鋳鉄の球状黒鉛粒子６を囲むフ
ェライト相７の平均厚さ（大）の０．５倍より大きくす
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、内燃機関のコンロ
ッド軸受、主軸受などの鋳鉄軸とアルミニウム軸受を含
んでなる軸受装置に関するものである。図１はエンジン
のクランクシャフト、コンロッド及びすべり軸受の組み
立て図であり、すべり軸受は１対の半割り円形状のいわ
ゆるメタル１ａ、１ｂが２本のボルト２によりコンロッ
ド３の大端部に固定されてなる。メタル１ａ、１ｂの内
面はすべり軸受合金からなる摺動面を構成し、クランク
シャフト４を回転自在に保持している。
【０００２】かかる軸受装置の軸すなわちクランクシャ
フト４にはＦＣＤ７００などの球状黒鉛鋳鉄が多用され
ている。かかる球状黒鉛鋳鉄軸用軸受として本出願人が
提案したドイツ特許ＤＥ３２４９１３３Ｃ２のアルミニ
ウム合金軸受は０．５〜１１％のＳｉを含有し、粒径が
５〜４０μｍであるＳｉ粒子が３．５６×１０−２ｍｍ
２当り５個以上存在し、粗粒のＳｉ粒子が鋳鉄軸表面を
ラッピングすることにより、軸受性能を良好にしたもの
である。なお、Ｓｉ粒子は圧延方向に伸びている方向性
をもっているので、測定方向により粒径が異なるが、上
記粒径は大きい径すなわち圧延方向で測定したものであ
る。
【０００３】近年、内燃機関の容量が大きくなるに伴っ
て鋳鉄軸の直径も増大し、その結果鋳鉄の凝固速度が低
下しつつある。その結果組織がいわゆるブルアイ組織と
なって、球状黒鉛粒子の周りを取り囲むフェライト相が
発生し、かつその厚さも厚くなっている。図２及び３は
かかる鋳鉄軸の金属組織（倍率５００倍）を示し、フェ
ライト相の厚さが３〜１５μｍであることがわかる。と
ころで、鋳鉄軸の表面は一般に粗さＲｚが０．５〜１μ
ｍ程度に仕上げられているが、表面仕上げの際にフェラ
イトが黒鉛粒子から剥離し立ち上がって、高さが０．４
〜０．５μｍ程度のエッジ状バリとなる。このバリは、
鋳鉄軸と軸受の摺接面に介在する油膜より突出して相手
軸受合金を攻撃して、摩耗や焼付きの原因となる。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】上述のようにバリが発
生した鋳鉄軸に対しては従来の粗粒Ｓｉアルミニウム合
金によるラッピング作用は十分ではない。すなわち、従
来の粗粒Ｓｉはパーライト＋球状黒鉛組織の鋳鉄をラッ
ピングする効果は十分にあったが、ブルアイ組織の球状
黒鉛の周りに形成されたリング状フェライトのエッジか
ら形成されるバリは従来の粗粒Ｓｉによっては十分に小
さくならないので、軸受装置の摩耗や焼付きが起こり易
い。よって、本発明は、ブルアイ組織もつ球状黒鉛鋳鉄
軸とアルミニウム軸受を含んでなる軸受装置の摩耗や焼
付きを起こり難くすることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】本発明は、ブルアイ組織
をもつ球状黒鉛鋳鉄軸となしＡｌ−Ｓｎ−Ｓｉ系アルミ
ニウム合金すべり軸受とよりなり、該アルミニウム合金
に粒径が５〜４０μｍのＳｉ粒子の粒径が３．５６×１
０−２ｍｍ２当り５個以上存在する軸受装置において、
鋳鉄軸と軸受の摺接面における前記Ｓｉ粒子の平均粒径
が前記球状黒鉛鋳鉄の球状黒鉛粒子を囲むフェライト相
の平均厚さの０．５倍より大きいことを特徴とする鋳鉄
軸とアルミニウム軸受よりなる軸受装置を提供するもの
である。以下、本発明を詳しく説明する。
【０００６】本発明の装置において、軸といわゆる半割
りメタルからなる軸受は周知のものであって、例えば図
１に例示される。これらの寸法や構造などは本発明にお
いて特に制限がない。ブルアイ組織をもつ球状黒鉛鋳鉄
も周知のものであって、例えばＣ２．５％以上、Ｓｉ
２．７％以下、Ｍｎ０．４％以下、Ｐ０．０２％以下、
Ｍｇ０．０９％以下を含有する。軸受には、粗粒Ｓｉを
生成するＳｉを含有し、かつ潤滑性に優れたＳｎ相を生
成するＳｎを含有するアルミニウム合金を使用する。Ａ
ｌ−Ｓｎ−Ｓｉ系アルミニウム合金は、重量％で３〜３
５％のＳｎ、１〜１０％のＳｉを含有する組成のもので
あることが好ましい。さらに、任意元素としてＣｕ，Ｍ
ｇ，Ｍｎなどのように金属間化合物を形成して析出硬化
する元素を総量で３％以下、Ｚｒ，Ｃｒ，Ｖなどのよう
に主として金属形態で析出硬化する元素を総量で２％以
下、Ｐｂ，Ｉｎ，Ｂｉのように軟質相を形成してなじみ
性向上に寄与する元素を総量で１０％以下含有すること
ができる。
【０００７】ブルアイ組織をもつ球状鋳鉄組織の例を図
２及び３に示す。図２には３個の粗粒粒子が見られ、そ
の内鋳鉄表面の黒鉛粒子の周囲にフェライト（白色）が
生成している。その研磨面に形成されるエッジがバリに
なる。図３では鋳鉄表面に存在する２個の黒鉛粒子の周
りに局部的にフェライト（白色）が生成し、その表面研
磨エッジがバリになる。本発明においては、鋳鉄軸と軸
受の摺接面におけるＳｉ粒子の平均粒径（Ｄ）が球状黒
鉛鋳鉄の球状黒鉛粒子を囲むフェライト相の平均厚さ
（ｔ）の０．５倍より大きい（Ｄ＞０．５ｔ）ようにア
ルミニウム合金の組織を制御する。すなわち、ブルアイ
組織のフェライト相の平均厚さ（ｔ）は、鋳鉄軸の径増
大に伴い必然的に増加する傾向があるので、これは所与
のものとせざるを得ない。具体的には、現在の内燃機関
の鋳鉄軸では、フェライト相の平均厚さが５μｍ以上か
つ１００μｍ未満であり、一般には５〜１５μｍ未満で
ある。一方、アルミニウム合金のＳｉ粒子の平均粒径
（Ｄ）は比較的容易に制御できるのでＤ＞０．５ｔの関
係が満足するようにＳｉ粒子を粗大化する。この関係が
満足すると、軸受装置の摺接面においてＳｉ粒子がフェ
ライトのバリを十分に削り取ることができる。より好ま
しくは、Ｄ＞０．７ｔである。なお、Ｓｉ粒子の形状が
方向性をもつ場合は、長い粒径を測定するものとする。
【０００８】本発明において、Ｄ＞０．５ｔの関係が満
足されるようにＳｉ粒子を粗大化するためには、基本的
には前掲ドイツ特許公報第１１頁に示された製造工程及
び条件によりつつ、特に焼鈍後の冷却速度を１００℃／
時間未満の超徐冷を行うことが好ましい。
【０００９】
【作用】図４に示す軸受装置の模式的摺接面において５
はＳｉ粒子、６は球状黒鉛、７はフェライト相である。
Ｄ＝０．５ｔは、バリ１０による相手軸受合金への攻撃
が起こるか、あるいはバリ１０が鋳鉄より切り放される
かの境界となる。なお、硬度（Ｈ）に関しては、フェラ
イト（Ｈｆ）がＨｖ≒１００〜１５０であり、Ｓｉ粒子
（Ｈｓｉ）が約Ｈｖ１０００である。本発明によるラッ
ピング作用は軸受の使用初期に起こり、その後は摺接面
では潤滑油が十分に油膜を作るために摩耗や焼付きが起
こり難くなる。以下実施例によりさらに詳しく本発明法
を説明する。
【００１０】
【実施例】市販のブルアイ球状黒鉛鋳鉄軸から、種々の
フェライト相厚さを有する試料を採取し，表面をラッピ
ングして粗さをＲｚ０．８μｍとした。一方、Ｓｎを１
２％と下記量のＳｉを含有するＡｌ合金を前掲ドイツ特
許第１１頁方法で圧延板に製造した。ただし、焼鈍後の
冷却速度を５０℃／時間未満とした。圧延板の表面をラ
ッピングして粗さをＲｚ１μｍとした。Ｓｉ含有量とＳ
ｉ粒子の平均寸法（μｍ）は以下のとおりであった。Ｓｉ（ｗｔ％） Ｓｉ粒子平均寸法（μｍ） ２．８ ２．５ ２．８ ３．５ ３．５ ５．２ ３．５ ７．３
【００１１】以上のようにして調製した鋳鉄供試材及び
Ａｌ合金圧延板供試材を以下の条件で摩耗試験を行っ
た。 試験機：ブシュジャーナルテスター 荷 重：２．３ＭＰａ（５０ｋｇｆ） 軸回転：ＧＯ−ＳＴＯＰ／０〜１０００ｒｐｍ５０００
０サイクル 潤 滑：エンジンオイル １０Ｗ３０、１００℃ 相手軸：ＦＣＤ７００相当（Ｈｖ２８０，０．４〜０．
６μｍ Ｒｚ） 軸受寸法：φ２２×１０ｍｍ 試験の結果を次表に示す。
【００１２】
【００１３】表１より分かるようにＤ／ｔ＞０．５であ
ると摩耗量が少なくなる。
【００１４】耐焼付性の試験を以下の条件で行った。そ
の結果を表２に示す。 試験機：ジャーナル型焼付試験機 回転数：１３００ｒｐｍ 潤滑油：エンジンオイル ＳＡＥ５Ｗ−３０、１４０℃ 相手軸：ＦＣＤ７００相当（Ｈｖ２８０） 軸表面粗さ：０．４〜０．６μｍＲＺ 軸径：４２ｍｍ 荷重：暫増方式 １０ＭＰａ／３０ｍｉｎ
【００１５】
【００１６】表１より分かるようにＤ／ｔ＞０．５であ
ると耐焼付性が良好になる。
【００１７】
【発明の効果】以上説明したように本発明によると、ブ
ルアイ組織をもつ球状黒鉛鋳鉄軸に対して摺動するアル
ミニウム系すべり軸受合金の組織を、ブルアイ組織のフ
ェライト厚さと関連させて制御することにより耐摩耗性
及び耐焼付性を良好にすることができる。したがって、
本発明は大排気量をもつ内燃機関の性能向上に大きく寄
与することできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 軸受装置の一例を示す図面である。
【図２】 ブルアイ組織をもつ球状黒鉛鋳鉄の金属組織
を示す顕微鏡写真である（倍率５００倍）。
【図３】 図２と同様の写真である。
【図４】 軸受装置摺接面の概念図である。
【符号の説明】 １−軸受 ２−ボルト ３−コンロッド ４−クランクシャフト ５−Ｓｉ粒子 ６−球状黒鉛 ７−フェライト相 １０−バリ
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） Ｃ２２Ｃ 9/10 Ｃ２２Ｃ 9/10

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 ブルアイ組織をもつ球状黒鉛鋳鉄軸と、
    Ａｌ−Ｓｎ−Ｓｉ系アルミニウム合金すべり軸受とを含
    んでなり、該アルミニウム合金に粒径が５〜４０μｍの
    Ｓｉ粒子が３．５６×１０−２ｍｍ２当り５個以上存在
    する軸受装置において、 軸と軸受の摺接面における前記Ｓｉ粒子の平均粒径が前
    記球状黒鉛鋳鉄の球状黒鉛粒子を囲むフェライト相の平
    均厚さの０．５倍より大きいことを特徴とする鋳鉄軸と
    アルミニウム軸受よりなる軸受装置。
  2. 【請求項２】 前記Ａｌ−Ｓｎ−Ｓｉ系アルミニウム合
    金が、重量％で３〜３５％のＳｎ及び１〜１０％のＳｉ
    を含有する請求項１記載の鋳鉄軸とアルミニウム軸受よ
    りなる軸受装置。
  3. 【請求項３】 前記フェライト相の平均厚さが５μｍ以
    上かつ１００μｍ未満である請求項１又は２記載の鋳鉄
    軸とアルミニウム軸受よりなる軸受装置。
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