JPH01316514A - 多層摺動材料 - Google Patents

多層摺動材料

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JPH01316514A JP63144712A JP14471288A JPH01316514A JP H01316514 A JPH01316514 A JP H01316514A JP 63144712 A JP63144712 A JP 63144712A JP 14471288 A JP14471288 A JP 14471288A JP H01316514 A JPH01316514 A JP H01316514A
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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、自動車、船舶、農業機械等、特に内燃機関
類の軸受として、特に非焼付特性に優れた多層摺動材料
、更に詳しくは厚肉の銀または銀合金メッキ層付き多層
摺動材料に関する。
（従来の技術） 従来、高負荷の内燃機関用すべり軸受としては、鋼裏金
付銅基合金軸受層の内表面に直接または中間ダム層を介
して鉛基合金系表面層を電気メッキしたものが一般的に
用いられてきた。この中間ダム層の役割は、直接電気メ
ッキされた表面層の場合、エンジン油温の上昇とともに
表面層中の錫またはインジウムが熱拡散により下地の銅
合金中へ拡散を生じるのを防ぐものである。すなわち、
表面層中の錫またはインジウムが銅合金中へ拡散してし
まうと、鉛合金表面層は、その耐腐食性および耐摩耗性
を極端に低下してしまうため、通常、その拡散防止層と
してニッケル、銀、コバルト、鉄等の電気メッキを通常
、０．５〜３ミクロンの薄肉厚さに電気メッキをして使
用する。また、銀については、古くから航空機用軸受と
して、鋼の上に銀メッキを０．１〜０．３ミクロンの極
薄肉厚さに設け、さらにその上に鉛または鉛合金の表面
層を施したものもある。ただし、この場合は、銀と鋼の
接着を確保するために３〜４段階に分けて、０．１〜０
．３ミクロンの厚さに電気メッキする必要があった。
（発明が解決しようとする課題） 最近、特に乗用車等小型用ガソリンまたはディーゼルエ
ンジンは、高速回転側となり、それゆえエンジン軸受は
、より一層の非焼付特性、耐摩耗特性、および耐疲労特
性の向上が必要となってきた。従来から存在する鉛合金
表面層付き三層銅系合金では、特に、高速回転時に、油
温上昇による鉛合金表面層が早期に流動摩耗を生じ、さ
らに中間ダム層にニッケルを用いたものは、ニッケル層
の表面への露出により、直接にシャフトとニッケル層と
が金属接触を生じた時点で、かじり焼きつきが発生する
場合が、しばしばあった。もちろん、この中間ダム層が
無い場合は、前述のごとく、錫またはインジウムの拡散
により、表面層の腐食または摩耗の問題が生ずる。
中間ダム層の成分として、銀は、ニッケル、コバルト、
鉄に比べて比較的柔らかく、また、シャフトの主成分で
ある鉄との化合物をつくらないため、非焼付特性に優れ
、表面層磨滅時の、かじりは、大幅に改善されるが、０
．５〜３ミクロンの厚さの範囲内では、残念ながらニッ
ケル等に比べ拡散を阻止するダム効果が弱く、また、高
速回転時の非焼付特性に大幅な改善効果を見いだせるも
のではない。
この発明は、上記従来技術の欠点を解消した多層摺動材
料を得ることを目的とする。
（課題を解決するための手段） 本発明の多層摺動材料は、鋼裏金層、鋼裏金層に接合さ
れた銅基合金軸受層、該軸受層に接合された銀または銀
合金メッキ層、該メッキ層に接合された鉛基合金表面層
からなり、前記銀または銀合金メッキ層が３ミクロンを
越え５０ミクロンまでの厚さを有することを特徴とする
。シャフトの高速回転時に生ずる鉛合金表面層の流動摩
耗は、従来に比べて軸受周辺の温度が高いことに起因す
るものであり、特に鉛合金のごとき低融点金属は、たと
え摂氏１０度の温度上昇においても、極めてその機械的
性質の低下に敏感に影響するものである。
従って、最近のエンジン油温は、従来の摂氏１３０度近
辺に比べて摂氏１５０度〜１７０度まで上昇するものも
あり、−層温度上昇にたいする対策を講する必要が生じ
てきたのである。そこで軸受表面に発生する摩擦熱をい
かにはやく表面層から外へ追いやるかが最も重要な要件
であり、それを左右するものが熱伝導度である。各金属
の熱伝導度は、鉛−１０ｗｔ％錫合金が０．０８５、銅
−２３ｗｔ％鉛−３，５ｗｔ％錫合金が０．１８、鉄−
０，１ｗｔ％Ｃ合金が０．１６、ニッケルが０．２２、
銀が１．０（単位ＣＡＬ　／　ＣＭＳＥＣ・度Ｃ）であ
り、中でも銀は実用金属中、最高の熱伝導度をもつ。し
たがって、ある程度の厚さの銀を表面層のすぐ下にメッ
キすることにより、摩擦熱をより早く下地合金に移動さ
せることにより、表面層の流動を防ぐことができること
が、理論のみならず、実際の試験によっても確認できた
。ただし、この銀メッキ層の厚さが３ミクロン以下では
、摩擦熱の分散効果が弱く、また、銀層の早期摩耗によ
る損傷も生じやすい。
また、５０ミクロン以上の場合、材料費およびメッキ製
造費用ともに高価となり、経済上、実用が困難である。
したがって、性能とコストのバランス上、この銀メッキ
厚さは決定されるものであり、より好ましい厚さは４〜
２０ミクロンである。
そのためにも、この発明は、銅系軸受合金上に銀メッキ
層を設けることを特徴としたもので、銀メッキ層がたと
え摩滅しても、さらに下地の銅合金が軸受合金の役割を
供するものである。この点が、航空機エンジン等に従来
使用された鋼裏金−銀メッキ層−鉛表面層の３層軸受と
根本的に異なる点であり、性能上、および経済上からも
、この発明品の方が優位であることがいえる。なお、こ
の銅合金軸受層の厚さは、０．１５　ｍｍから０．５ｍ
ｍの厚さが好ましいが、大型エンジン用の場合、さらに
厚い場合もありうる。軸受構造上、よりこのましくは、
この下地の銅合金の硬度が銀のビッカース硬度５０〜７
０よりも高いものを選択することである。そのためにも
、例えば、銅−３，５ｗｔ％錫−２３ｗｔ％鉛、または
銅−３，５ｗｔ％錫−１７ｗｔ％鉛のごとき、鉛青銅は
、ビッカース硬度７０〜１００あり、適しているものと
いえる。また、この銀メッキ層は、良好な熱伝導度を持
つ軸受金属としての役割のほかに、もうひとつ前述のダ
ムの役割を演する。このダム効果という視点からも、こ
のメッキ厚さは、厚いほうが良く、３ミクロンを越えた
厚さのものは、それ以下のものより、拡散防止効果が大
きい。なお、銀層は、純銀以外に銀−鉛、銀−インジウ
ム、銀−タリウム等の銀合金メッキ層も有効である。つ
ぎに、表面層の成分であるが、通常の３層軸受に使用さ
れるものは、はとんど適用できる。すなわち鉛−インジ
ウム、鉛−インジウムー銅、鉛−錫一銅、鉛−錫一イン
ジウム、鉛−錫一インジウムー鋼等の成分が上げられる
が、この発明者らは、錫を含む場合は、その含有量が８
％以下、好ましくは５％未満でないと、その性能が十分
に発揮し得ないことを見いだした。すなわち錫が８％を
越えると高温度条件において、錫が銀層に拡散し、時間
の経過とともに接着力の低下を生ずる。また、表面層の
厚さは、３ミクロンから５０ミクロンが適当であり、３
ミクロンより小さいと表面層としての効果が期待できず
、また、５０ミクロンを越える場合、その耐疲労性、耐
荷重性に問題を生じる。この発明の多層摺動材料に含ま
れる、いわゆる多層軸受材料は、また、その表面に２ミ
クロン以下の厚さで錫系または鉛系のフラッシュメッキ
層を付けることができる。特に、防錆を必要とする適用
に有効である。
（実施例） この発明品の性能を評価するために、製造した実施方法
は、まず、鋼裏金に軸受層用鉛青銅の粉末を焼結−圧延
法にて接着し、バイメタルを製造した。鉛青銅合金とし
ては、銅−２３ｗｔ％鉛−３，５ｗｔ％錫合金を使用し
たが、もちろん、これ以外の銅−鉛合金や、銅−錫合金
、銅−鉛一錫合金を使用することもできる。
つぎにこのバイメタルを軸受性能試験用サイズの半割軸
受形状にプレス加工し、所定の寸法に機械加工して、仕
上げた。このときの、鉛青銅合金中間層の厚さは０．２
５ミリメートルであった。仕上がった製品の内面に、溶
剤脱脂、アルカリ電解脱脂、酸洗、の工程を経て、銀メ
ッキにより銀メッキ層を設けた。銀メッキは、シアン浴
を用い、電流密度０．５〜２アンペアｌ平方デシメート
ルにて、第２表に示されている各種属さを電気メッキに
より設けた。つぎに、この銀メッキ層の上に、各種の鉛
合金を硼弗化浴にて、第２表に示すいろいろの厚さにメ
ッキした。また、防錆のためのフラッシュメッキ層は、
純錫、純鉛、鉛−１０ｗｔ％錫合金のうちのいずれかを
使用し硼弗化浴にて１〜２ミクロンの厚さで設けた。
（発明の効果） まず、第１表に、銀の非焼付特性を確認するため、鉛系
表面層を施さない半割軸受を使用して、試験を行った。
焼付試験は、摂氏１００度に予熱したＳＡＥ　２０番の
潤滑油を用い、回転数２０００回転とし、１時間無負荷
にて、ならし運転後、オイルを毎分２０　Ｃ，Ｃ，に絞
り、１００キログラムＦ、／平方センチメートルに負荷
を与え、その後、１０分間毎に、５０キログラムＦ、／
平方センチメートルずつ、累積荷重をかけていき、軸受
背面温度が摂氏２００度を越えるか、または電流値が１
５アンペアを越えた時点で、焼付きと判定した。この第
１表からニッケルに比べ、銀の非焼付特性が一段と優れ
ることがわかった。
つぎに、鉛表面層をつけたものについて、同様の試験結
果を第２表にしめす。
下地軸受合金、軸材質、シャフト径は、上記試験に同じ
である。第２表から厚肉銀メッキ層が優れた作用効果を
もたらすのが判明した。ニッケルを使用した場合、銀メ
ッキ層の厚さが薄い場合および鉛合金表面層の薄い場合
を示す比較例は、いずれもこの発明品と比較して作用効
果が劣ることがわかった。
第３表に表面層の接着強度の摂氏１６５度における経時
変化をしめす。接着強度は、ハンダ合金を表面に鋳込ん
で、引張試験にかけたものである。第３表から表面層中
の錫の多いものは、経時変化により、接着強度が低下す
ることが良くわかった。以上、述べたように、この発明
品は、特に、非焼付特性の優れた軸受材料であり、特に
、高速高荷重を受ける小型ディーゼルエンジンや、ター
ボチャージャー付エンジンの軸受に適したものである。
また錫フラッシュメッキ層を厚さ２ミクロン、１ミクロ
ン、０．５ミクロン及びフラッシュメッキ層なしのもの
の防錆試験の結果、錫フラッシュメッキ層が１〜２ミク
ロンの厚さで設けられたものは、軸受背面に錆の発生が
１年以上生じなかった。０．５ミクロンの厚さの錫フラ
ッシュメッキ層のものは約７ケ月で錆が僅か発生した。
フラッシュメッキ層のないものは、防錆油を用いないと
半月〜１ケ月以内に軸受背面に錆が発生した。すなわち
軸受がエンジンに組み入れられるまでの期間（保証期間
）が長いものは、錫フラッシュメッキ層の付与が防錆の
ために有効である。なおフラッシュメッキ層のないもの
は、防錆油の塗布で防錆することができる。
第１表 シャフト径　：直径５３ｍｍ 第３表 ＣＫｄ、／平方インチ）
【図面の簡単な説明】
添付図はこの発明による多層摺動材料の断面を概略を示
した断面図である。 １は鋼裏金層、２は軸受層、３は銀あるいは銀合金メッ
キ層、４は表面層を示す。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. （１）鋼裏金層、鋼裏金層に接合された銅基合金軸受層
    、該軸受層に接合された銀または銀合金メッキ層、該メ
    ッキ層に接合された鉛基合金表面層からなる多層摺動材
    料であつて、前記銀または銀合金メッキ層が３ミクロン
    を越え５０ミクロンまでの厚さを有することを特徴とす
    る多層摺動材料。
  2. （２）表面層は、鉛−インジウム合金、鉛−インジウム
    −銅合金、鉛−８ｗｔ％以下の錫合金、鉛−８ｗｔ％以
    下の錫−銅合金、鉛−８ｗｔ％以下の錫−インジウム合
    金、及び鉛−８ｗｔ％以下の錫−インジウム−銅合金か
    ら成る群から選択された１つの合金から成り、表面層の
    厚さが３ミクロンから５０ミクロンまでの範囲の厚さで
    あることを特徴とする特許請求の範囲第１項による多層
    摺動材料。
  3. （３）多層摺動材料の内外面に２ミクロン以下の厚さの
    錫基合金または鉛基合金のフラッシュメッキ層を有する
    ことを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２項の
    多層摺動材料。
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