JPH02190497A - すべり軸受材ならびにその製造法 - Google Patents

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 本発明はすべり軸受材ならびにその製造法に係り、詳し
くは、内燃機関等のクランク軸受、または回転体の軸受
として用いられ、特に、比較的支持荷重の小さい部分に
好適に使用されるすべり軸受材ならびにその製造法に係
る。

従　　来　　の　　技　　術 例えば、内燃機関等のクランク軸にはその回転運動及び
揺動運動から種々の荷重が発生し、その支持′ｖＪ重の
種類や大きさに応じてずへり軸受が用いられている。こ
のすべり軸受は通常第７図に示すような半割軸受といわ
れる半円形状のものがらなっている。また、図示してい
ないが、フランジ付半円形状のものも含む。このすべり
軸受１０の各端面１０ａ同志を突合わせ、例えば、第８
図（ａ）ならびに（ｂ）に示す如く、リング状に組合わ
せて使用する。すなわら、第８図（ａ）ならびに（ｂ）
はクランクシャフトの一例の縦断面図ならびに横断面図
を示すものであって、このジャーナル１２及びクランク
ビン１３の連結部においては各端面には板状のスラスト
軸受１５ａ、１５ｂを介在させ、または図示していない
が、フランジ付軸受（１０と１５が一体化したもの）を
用い、結合部は二つの半割軸受１０をリング状に組合わ
せて支承する。このすべり軸受１０は通常その作用や支
持荷重によって第５図ならびに第６図に示す通り層状構
造のものからなっている。例えば、第５図に示すように
、すべり軸受材は例えば、Ｐｂ−Ｓｎ台金のホワーイト
メタル系やＣｕ−Ｐｂ−Ｓｎのケルメツト系合金等の鋳
造材や粉末の焼結材による軸受台金筒５と軟鋼からなる
裏金４とを積層してなる複合材料で構成され、この軸受
台金目５によって軸受としての荷重支承面を形成する。

また、第６図に示す叩（、前記軸受合金の表面に例えば
Ｐｂ−Ｓｎ−Ｊｕ、　Ｐｂ−Ｓｎ、Ｐｂ−Ｉｎ等のＰｂ
合金メッキ＠６によって薄く被覆すると共に、このＰｂ
含金メッキ閤６と裏金４の軟鋼との各々の間にＮｔ等の
中間層７を介在させたものがある。

己れらの軸受は構造的に強固で、その性能も慣れている
が、製造工程が軸受台金の積曜工程及びメッキ工程が前
後する等と煩雑で連Ｖｔ５Ｊ造が困難であリコストも高
いという問題があった。

発明が解決しようとする課題 本発明は上記問題の解決を目的とし、具体的には、構造
的に強固ですべり性能にすぐれ、かつ安価なすベリ軸受
材ならびにその製造法を提案することを目的とする。

課題を解決するための 手段ならびにその作用 すなわち、本発明は、軟鋼板等の裏金材の片面に厚さ３
〜５０μｍのＣｕ若しくはＣｕ合金電気メッキ層と、厚
さ０．１〜５μｍのＮｉ電電気メッキ上、厚さ５〜５０
μｍのＰｂ合金電気メッキ層とを順に形成されたものか
ら成ることを特徴としたすべり軸受材であり、前記すベ
リ軸受材を温度１５０〜５００℃で加熱処理することを
特徴とする。

以下、本発明の手段たる構成ならびにその作用について
詳しく説明すると、次の通りである。

そこで、本発明者等は構造的に強固で性能にすぐれ、安
価なすべり軸受材ならびにその製造法について検討した
。

従来、Ｃｕ　−Ｐｂ　−Ｓｎ系焼結合金等を軸受材とし
て使用する場合、その合金の表面は次のような目的のた
めにオーバーレイといわれる厚さ２０μｍ程度のＰｂ系
合金をメッキする方法が一般的に行なわれている。

１）軸受と軸との焼付防止 ２）耐食性の向上 ３）ゴミ、切粉等の異物埋収性 ４）なじみ性の向上 ５）歪の分散 ６）加工精度の向上 等である。

本発明者等はオーバレイメッキ謂について着目し、試験
研究を行なった結果、オーバレイ合金メッキ層があれば
、このメッキ及びその下地である例えば焼結合金軸受材
層の僅かの厚みで軸受材として十分に耐えることを見出
した。

そこで、更に進んで研究を行ない、本発明は成立したも
のである。

すなわち、本発明は、従来の焼結合金等の軸受材層を特
に構成せず、従来の軸受材の構成を大幅に改善し、軸受
性能が良くかつ安価な軸受材ならびにその製造する技術
を見出したものである。

以下、図面により本発明の詳細な説明する。

第１図は本発明の一つの実施例の軸受材の楕成企示す縦
断面図であり、第２図ならびに第３図は本発明のすべり
軸受材のＣＵメッキ層厚さと摩ｔａ摩耗テスト評価との
関係を示すグラフならびにオーバレイ層厚さと焼付荷重
との関係を示すグラフであり、第４図は本発明の実施例
のすべり軸受材の偏心荷重疲労試験Ｒ（アンダーウッド
試験Ｒ）の説明図であり、第５図ならびに第６図はそれ
ぞれ従来例の軸受材の構成を示す縦断面図であり、第７
図は半割りすべり軸受材の斜視図であり、第８図（ａ）
ならびに（ｂ）は内燃機関のクランクシャフトのすべり
面に軸受を組み込んだ縦断面図ならびに横断面図である
。

符号１はオーバレイ合金メッキ層、２はＮｉメッキ層、
３はＣｕ若しくはＣｕ合金メッキ關、４は裏金、５は軸
受台金目、６はＰｂ合金メッキ層、１は中間園、１０は
半割軸受、１０ａは端面、１２はジャーナル、１３はク
ランクビン、１５ａ、　１５ｂはスラスト軸受、２０は
回転軸、２１ａ、　２１ｂは供試メタル、２２は荷重用
金具を示す。

第１図に示す本発明のすべり軸受材は、裏金４の軟鋼板
の上にＣｕ若しくはＣｕ合金メッキＷＩ３とその上にＮ
１メッキ層２と表面オーバレイであるＰｂ系合金メッキ
暖６を電気メッキにより順に形成した四層構造のものか
らなり、しかも、これらのメッキ層の厚さがそれぞれ３
〜５０μＩ、０．１〜５μｍ、５〜５０μｍのものから
成るものである。

このような四層構造とすると、上記の各メッキがきわめ
て薄い厚さのものであっても、軸受材としての要求され
る性能を保持し、しかも、安価なものである。

次に、各メッキ層の限定理由について述べると、次の通
りである。

Ｃｕ若しくはＣ０合金メッキ閾の厚さを３〜５０４ｚｎ
＋とじたのは、３μｍ未満では下地１として摩耗時の耐
焼付防止の効果が得られず、５０μｍをこえても効果は
変らず、コストも上昇し、好ましくないからである。

Ｎ１メッキ謂の厚さを０．１〜５μｍとしたのは、温度
上昇時にオーバレイ合金メッキ層中のＳｎがＣｕ若しく
はＣｕ合金メッキ層の方へ拡散して硬い化合物震を形成
するのを防止するためである。

この範囲外では拡散防止効果は得られない。

オーバレイ層の厚さを５〜５０μｍとしたのは、アンダ
ーウッド試験による偏心荷重疲労試験結果から軸受メタ
ルが焼付くまでの時間特性の評価を判断して総合的に良
好な値が得られる範囲であり、この範囲外では軸受材と
して要求される特性を満すことはできない。

次に、本発明の軸受材の製造法について説明する。

軟８Ｍ薄板（通常は１〜４ｍ１ｌ）の帯鋼を用い、これ
に厚さ３〜５０μｎのＣｕ若しくはＣｕ合金メッキを通
常の方法で行なう。この場合、シアン化銅によるメッキ
が最も好ましいが、ビロリン酸銅によるメッキや、１ｉ
ｉｌＩ！Ｉｌ銅によるメッキであっても良い。このよう
にして出来上った素材を加工工程へ送り、第２図のよう
な半円筒形状メタルに加工する。この形状は組付けられ
て使用する機械により種々異なり、油溝等の加工を施し
ても良い。この加工部分は軸との接触面とはならないた
め、ＣＵ若しくはＣＵ合金メッキ層が存在しな（とも問
題とならない。その上にワット氏浴等のメッキ浴により
Ｎｉを厚さ１〜５μｍメッキする。

次に、このＮ１メッキ層の上にＰｂ金合金らなるオーバ
レイメッキ層を電気メッキによって施す。

このＰｂ合金組成は５ｎ１０％、Ｃｕ２〜３％を基本と
するが、これに常法によりＩｎ、Ｔ／％ｓｂ％Ｃｄ％Ｚ
ｎ、Ｍｎ％Ｃａ％Ｈａ等の金属を目的によって添加して
も良い。このメッキ層の厚さは５〜５０μｍとする。

このオーバレイ合金メッキ回の厚みと特性との関係は第
２図ならびに第３図に示すように下地の影響による特性
の変化に対応するものであり、メッキ厚みの上限は経済
性も考慮して決められる。なお、第２図はＣｕメッキ１
厚さを変え、Ｎ１メッキ閤の厚さ１μｍ％Ｐｂ−１０％
５ｎ−２％Ｃｕ合金メッキ［２０μｍとした場合のＣＵ
メッキ層厚さと摩擦摩耗テスト評価の関係を示すグラフ
、第３図はＣｕメッキ跨５μｍ％Ｎ１メッキ層２μｍと
し、オバレイ合金メッキＩＩ（Ｐｂ−１０％５ｎ−２％
Ｃｕ）の厚さを変えた場合のオーバレイメッキ層厚さと
焼付荷重との関係を示すグラフである。

実施例 以下、実施例をあげ、さらに詳しぐ説明する。

実施例１゜ 冷間圧延鋼板（［Ｃ］　＝０．０８％、（Ｍｎ］＝０．
２０％、［Ｓｉ　］　＝０．０１％、［Ｓ］　＝０．０
１０％、［Ｐ］＝０．００５１％）の厚さｉ　、　ｓ　
ｍｍのものを用い、アルカリによる脱脂、塩酸による酸
洗いを行なった後、第１表に示す条件でビロリン酸銅メ
ッキを行ない、鋼板上に厚さ５μｍのＣｕメッキ層を形
成させた。

次に、通常のワット氏浴といわれている第２表に示すＮ
ｉメッキ浴を用いてこのＣｕメッキ層上に厚さ１μｍの
Ｎｉをメッキした。次に、園弗酸浴を用いてこの旧メッ
キ層上に第２表に示す条件でメッキし、厚さ２０μｍ１
７）Ｐｂ−１０％５ｎ−２％Ｃｕのオーバレイ合金メッ
キ■を形成させた。

第　　１　　表 第 表 第 表 このようにして得た材料（比較例）とこの材料を更に温
度１７０℃で２時間加熱炉中で加熱処理した材料（実施
例）についてキャビチーシコンテストを行なった。実施
例のものは比較例に対し良好な耐キャとチーシコン性を
示した。

なお、キャビテーションテスト方法は以下の通りである
。

振　　動　　数　　　１０ＫＨｚ 撮　　　　　幅　　　４５μｍ クリアランス　１　、３　ｍｍ 時　　　　　間　　　１５分間 また、このテストで比較例のものは合金メッキの５０％
が剥離したのに対し、実施例のものでは１５％程度のメ
ッキ否剥離にとどまった。

実施例２゜ 第４表に示すようにＣｕメッキ層、Ｎｉメッキ層ならび
にオーバレイ合金メッキ１の各メッキ台の厚さを変えた
以外は実施例１と同様に行ない、軸受材を作成し、これ
らについて偏心荷重疲労試験を行なった。

なお、偏心荷重疲労試験は第４図に示す回転軸２０に荷
重用金具２２を取付けた８ｉ置に供試メタル２１ａ、２
１ｂを取付け、加熱油をかけながら回転試験を行なった
。その条件は回転速度３５０Ｏｒｐｍ、供試メタル背面
温度１５０℃、メタル面への偏心荷重７５０ｋｌＪ／Ｉ
］２とし、供試メタルの焼付発生までの時間を測定した
。その結果を第４表に示した。

なお、この時の軸受用供試メタルにかかる荷重を油温に
よって調整できるメタル背面の温度が重要な影響を受け
るため、試験にあたっては精密に調整して行なった。

第４表 アンダ ウッド試験による総合評価結果 第４表から明らかなように、下地であるＣｕメッキ膿の
厚さは５μｍ前後から艮（なり、あまり厚くとも効果が
上らない。また、Ｎｉメッキ閾は温度上昇時にオーバレ
イメッキ層中のＳｎがＣｕメッキの方へ拡散してい（の
を防止するためのものであるから均一に被覆されていれ
ば、少なくとも０．１μｍ程度でよく、好ましくは１〜
２μｍにＮｉメッキすれば十分にＳｎが拡散防止できる
。

また、この結果からオーバレイメッキ層は１０〜３０μ
ｍであれば偏心荷重疲労試験結果が良好であり、異物埋
収性等から考えてＨＨｏμｍあれば総合的に良好な値と
なり、３０μｍ以上の被覆はこの結果からあまり効果は
ないが下地間との関係から５０Ｌ１ｍまで被覆すること
ができる。

〈発明の効果〉 以上詳しく説明したように、本発明は、軟鋼板等の裏金
材の片面に厚さ３〜５０μｍのＣｕ若しくはＧｏ合金電
気メッキ層と、厚さ０．１〜５μｍのＮ１電気メッキ１
と、厚さ５〜５０μｍのｌｌｂ合金電気メッキ（３）と
を順に形成されたものから成ることを特徴とするすべり
軸受であり、前記すべり軸受材を温度１５０〜５００℃
で加熱処理することを特徴とする。

従って、本発明のすべり軸受材は裏金上に特定厚さのＣ
Ｕ若しくはＣｕ合金メッキ層、Ｎ１メッキ層、オーバレ
イメッキ腑を電気メッキにより設けたため、構造的に強
固ですべり性能にすぐれ、しかも、安価であり、かつ耐
キャビテーション性にすぐれ、内燃機関等のクランク軸
、その他の部分で従来の軸受材と同等に使用することが
できる。

また、裏金上にＣｕ若しくはＣｕ合金メッキ層、Ｎ１メ
ッキ震、オーバレイメッキ層を電気メッキ法により順に
形成させ、更に、加熱処理するようにしたため、連続的
で、しかも、簡単にかつ低コストですべり軸受材が製造
できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一つの実施例の軸受材の構成を示す縦
断面図、第２図ならびに第３図は本発明のすべり軸受材
のＣｕメメツ位厚さと摩擦摩耗テスト評価との関係を示
すグラフならびにオバレイ層厚さと焼付荷重との関係を
示すグラフ、第４図は本発明の実／１ｆｊＰＡのすべり
軸受材の偏心ｖＪ重疲労試験機（アンダーウッド試験機
）の説明図、第５図ならびに第６図はそれぞれ従来例の
軸受材の構成を示す縦断面図、第７図は半割りすべり軸
受材の斜視図、第８図（ａ）ならびに（ｂ）は内燃機関
のクランクシャフトのすべり面に軸受を組み込んだ縦断
面図ならびに横断面図である。 符号１・・・・・・オーバレイ合金メッキ層２・・・・
・・Ｎ１メッキ圀 ３・・・・・・Ｃｕ若しくはＣＵ合金メッキ膿４・・・
・・・裏金　　　　　５・・・・・・軸受合金層６・・
・・・・ＩＩＩ）合金メッキ層 ７・・・・・・中間位　　　　１０・・・・・・半割軸
受１０ａ・・・・・・端面　　　　１２・・・・・・ジ
ャーナル１３・・・・・・クランクビン １５ａ、　１５ｂ・・・・・・スラスト軸受２０・・・
・・・回転軸 ２１ａ、　２１ｂ・・・・・・供試メタル２２・・・・
・・荷重用金具 第１図 第２図 Ｃ区メ７代７普ｆｆｒ　　（ｐ〈 第３図 第４図 第７図 Ｑａ 第５ 図 第６図 第８図 （し）

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）軟鋼板等の裏金材の片面に厚さ３〜５０μｍのＣｕ
   若しくはＣｕ合金電気メッキ層と、厚さ０．１〜５μｍ
   のＮｉ電気メッキ層と、厚さ５〜５０μｍのＰｂ合金電
   気メッキ層とを順に形成されたものから成ることを特徴
   とするすべり軸受材。 ２）前記Ｃｕ合金電気メッキ層がＣｕ−Ｎｉ合金メッキ
   層である請求項１記載のすベり軸受材。 ３）前記Ｐｂ合金電気メッキ層がＰｂ−Ｓｎ−Ｃｕ合金
   メッキ層である請求項１又は２記載のすベり軸受材。 ４）前記請求項１記載のすべり軸受材を温度１５０〜５
   ００℃で加熱処理することを特徴とする耐キャビテーシ
   ョン性良好なすべり軸受材の製造法。