JPH042739A - 滑り軸受合金 - 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） 本発明は内燃機関の軸受にオーバレイとして施される滑
り軸受合金に関するものであり、さらに詳しく述べるな
らばＳｎ系軸受合金に関するものである。

（従来の技術） 従来、ケルメツト軸受にＮｉまたはＣｕめつきを施しあ
るいは施さないでｐｂ系オーバレイを施すことはケルメ
ツト軸受において普通に行われている。そのｐｂ系オー
バレイにはＰｂ−１０％５ｎ−８％ＩｎなどのＰｂ−３
ｎ−Ｉｎ系オーバレイ、Ｐｂ−１２％５ｎ７２％Ｃｑな
どのＰｂ−５ｎ−Ｃｕ系オーバレイなどの三元系合金が
ある。さらに、本出願人の米国特許第４３０９０６４号
にて開示されＰｂ−５−２０％５ｎ−０，０５−１０％
Ｉｎ−Ｔｌ−０，５−５％Ｓｂ、　Ｍｎ、　Ｂｉ、　Ｎ
ｉ、　Ｃｕ、　Ｃａ、　Ｂａ系４元系合金がある。

一方、Ｓｎ系軸受合金に関しては以下のような技術が公
知である。

英国特許第７０２１８８号は、アルミニウム軸受合金に
中間層としてＣｕめつきをし、その上にＳｎ系オーバレ
イ合金を電気めっきすることを開示する。この特許の説
明によれば、オーバレイのＳｎが高温で中間層のＣｕと
反応して、金属間化合物を作り接合の寿命に悪影響を及
ぼすので、これを防止するために各めっき層の厚み限定
が必要とされている。Ｓｎ系オーバレイ合金は、任意成
分として３０％以下のＳｂ、１５％以下のＣｕ。

１０％以下のＮｉ、２０％以下のＺｎの１種以上を含有
する。

特開平１−３０７５１２号は０〜１５％のＣｕおよび０
〜２０％のｓｂを含有し、残部Ｓｎからなるオーバレイ
合金を開示し、その特徴とするところは、オーバレイ合
金層とアルミニウム軸受合金層の間にＮｉ、Ｆｅ、Ｃｏ
のいずれかとオーバレイ層との混在層を厚みが０．５μ
ｍ以下に設けることにより、中間層上にめっきによりオ
ーバレイを施すことによる欠点−（オーバレイが摩滅し
た時にシャフトと軸受の焼付が起こる）を解消し、同時
に、中間層を設けずに直接軸受にオーバレイを設ける欠
点（オーバレイ層が耐久性に劣る）を解消するところに
ある。

特開昭５３−１４６１４号は、〜１３％のｓｂ、〜９％
のＣｕ、〜２％Ｎ　ｉ　、　０．００５〜０．５％のｃ
ｏ、〜１５％のｃｄ、〜２％のＭ　ｎ　、　０．００１
〜０．５％のＣｒ、残部Ｓｎからなるベアリング用合金
を開示し、その特徴とするところはＣｒとともにＣｏを
少量添加することにより柔軟性を害せずに、引張強度を
高めるところにある。

（発明が解決しようとする課題） 米国特許第４３０９０６４号において本出願人は、ｐｂ
−３ｎ−Ｃｕ系、Ｐｂ−３ｎ−Ｉｎ系などの三元系オー
バレイはなじみ性は良好であるが、耐疲労性、エンジン
の潤滑油、特に劣化油に対する耐食性、耐焼付性などが
十分ではないことを指摘した。そして、上記米国特許に
おいて四元系オーバレイを提案し、軸受総合性能の向上
を達成したのであるが、その後の研究によりｐｂ系オー
バレイは四元系でも依然として耐食性、特に劣化した潤
滑油に対する耐食性が不十分であることが分かった。

−船釣に言ってＰｂ−１２％５ｎ−２％Ｃｕ　、　Ｐｂ
−１０％５ｎ−８％Ｉｎなどのｐｂ系オーバレイよりも
Ｓｎ系オーバレイはなじみ性は劣るが、耐食性が優れて
いることは知られている。しかしながらＳｎ系オーバレ
イはｐｂ系オーバレイに比較して耐焼付性が劣る傾向が
あり、従来公知の添加成分を含有したＳｎ系合金であっ
てもｐｂ系オーバレイと同等の耐焼付性は達成されてお
らない。

したがって、本発明は、従来の三元系ｐｂオーバレイよ
りも耐食性、耐摩耗性および耐疲労性が優れ、かつ従来
のＳｎ系オーバレイに対し耐食性、耐摩耗性および耐疲
労性が同等で耐焼付性が優れたオーバレイ用滑り軸受合
金を提供することを目的とする。

（課題を解決するための手段） 本発明は以下の４つの組成の滑り軸受合金を提供する。

（１）Ｉｎ０．１〜２５重量％（以下、百分率は特に断
らない限り、重量％である）を含有し、残部不可避的不
純物およびＳｎからなる滑り軸受合金。

（２）　Ｉ　ｎ　０　、　１〜２５％、および５ｂＣｕ
、Ａｇ、Ｎｉ、ＺｎおよびＡｌの少なくとも１種を０．
０１〜１５％を含有し、残部不可避的不純物およびＳｎ
からなる滑り軸受合金。

（３）Ｉｎ０．１〜２５％およびＰｂＯ，１〜２０％を
含有し、残部不可避的不純物およびＳｎからなる滑り軸
受合金。

（４）Ｉｎ０．１〜２５％、Ｓｂ、Ｃｕ。

Ａｇ、Ｎｉ、ＺｎおよびＡｌ（以下、ｓｂで代表して説
明することもある）の少なくとも１種を０．０１〜１５
％、およびＰｂ０．１〜２０％を含有し、残部不可避的
不純物およびＳｎからなる滑り軸受合金。

以下、本発明の構成を詳しく説明する。

本発明の滑り軸受合金の共通の組成はＩｎを０．１〜２
５％を含有するところにある。Ｓｎ自体はｐｂに比べて
、硬く、なじみ性に劣りまた相手軸の鉄鋼、鋳鉄との摩
擦係数が高く、さらにオイルどの親和性も劣る。Ｓｎ中
に固溶したＩｎおよびＩｎをＳｎに添加させることによ
り作られる５ｎ−Ｉｎのγ相が硬度を下げ、なじみ性、
摩擦特性を改善すると共に、親油性を改善する。この結
果Ｓｎ系合金の耐焼付性が改善される。Ｉｎの添加量が
０．１％未満ではＩｎの固溶量が少なく、上記Ｓｎの性
質が変化しないので、添加量は最低で０．１％とする必
要がある。一方Ｉｎの添加量が２５％を超えると５ｎ−
Ｉｎ合金の融点が低くなりすぎ、耐荷重性や耐疲労性が
低下するので、Ｉｎ添加量の上限を２５％とする必要が
ある。Ｉｎの添加量が１５％以下であると融点が２０５
℃以上となり融点低下に伴う性能低下を避けることがで
きる。またＩｎ添加量が０．１〜８％であると融点が２
０５〜２３２℃に保たれ、０．１〜５％では融点が２２
４．５〜２３２℃に保たれる。このようなＩｎ添加量と
融点の関係および後述するＳｂ、Ｃｕなど（いずれもＳ
ｎ合金の融点を高める）の添加量ならびにオーバレイの
使用温度を総合的に考慮してＩｎ添加量を定める。例え
ば軸受背面温度で１７０℃の高温で使用される軸受には
０．１〜５％のＩｎ添加量が好ましい。

本発明の滑り軸受合金は好ましい添加成分として、０．
０１〜１５％のＳｂ　（Ｓｂで代表される添加成分）お
よび／または０．０１〜２０％のｐｂを含有する。

Ｓｎ系合金はｐｂ系合金に比べて融点が低く、Ｉｎの添
加によりわずかではあるがさらに低融点側に組成が移行
するため、耐疲労性が低（なる。

５ｎ−Ｉｎ系合金にｓｂを添加すると、５ｎ−Ｉｎγ相
あるいは５ｎ−Ｉｎ固溶体に固溶した添加元素がその融
点を高め、ＩｎＳｂ（Ｍｐ＝５３０℃）、　５ｎＳｂ（
β相、　Ｍｐ・３２５℃）などの高融点化合物が生成す
る。したがって、合金全体の融点を高めることができ、
低融点に起因する性能低下を避けることができる。また
上記の金属間化合物は５ｎ−Ｉｎγ相あるいは５ｎ−Ｉ
ｎ固溶体の結晶粒界近傍に微細に分散してマトリックス
の析出強化をし、その結果耐疲労性および耐摩耗性が改
善される。これらの析出物はオーバレイを電気めっきあ
るいは乾式めっきにより作製する場合は当初生成してい
ないが、その後オーバレイに熱を加えることにより生成
する。また溶融めっきによりオーバレイを作製する場合
は当初から析出物が生成するが、析出物が粗大であり析
出強化が少ないので電気めっきの方がオーバレイ作製の
方法として好ましい。

ｓｂ等の添加量は０．０１〜１５％である。

ｓｂの添加量が０．０１％未満であると、５ｎ−Ｉｎγ
相あるいは５ｎ−Ｉｎ固溶体の特性は変わらないので、
添加量は０．０１％以上にする必要がある。

ｓｂの添加量が１５％超えると合金が硬くかつ脆（なっ
て、なじみ性が低下するので、ｓｂの添加量は１５％を
上限とする。

軸受特性のうち耐疲労性を重視するときは、ｓｂを３％
以下とし、耐摩耗性を重視するときは、ｓｂを８％以下
にすることが好ましい、その理由は、ｓｂの場合は、ｓ
ｂ量が増加するとともに硬い５ｎＳｂ　（β′相）の大
きさと量が大になり、３％ｓｂを超えると、耐摩耗性は
増すものの逆に耐疲労性は低下する傾向があるからであ
る。さらに３％ｓｂを超えると硬さも硬くなりすぎるた
めに耐焼付性が低下するので、３％ｓｂを超える合金は
特に耐摩耗性が重視される用途に使用するのが望ましい
。

ｓｂ以外の添加元素であるＣｕ、Ａｇ、Ｎｉ。

Ｚｎ、ＡＩもｓｂと同様に作用する。しかし、その生成
化合物および好ましい添加量の上限はｓｂの場合とは以
下のように異なる。

Ｃｕは、Ｃｕ５Ｓｎ（β相、Ｍｐ＝６００℃以上）、　
ＣｕＩｎ（Ｍｐ＝６００℃）、　Ｃｕ５Ｓｎｓ　（ｎ　
′相、　Ｍｐ＝　４１５℃）などの化合物を作る。その
好ましい上限添加量は３％である。

Ａｇは、ＡｇｓＳｎ（Ｍｐ＝　４８０℃）、Ａｇ５ｎＩ
ｎなどの化合物を作る。その好ましい上限添加量は５％
である。

ＮｉはＮｉｓＳｎ４Ｎ１５Ｓｎ４（℃）などの化合物を
作る。その好ましい上限添加量は３％である。

Ｚｎは共晶合金で単独で析出する。その好ましい上限添
加量は１％である。

Ａｌは８晶合金で単独で析出する。その好ましい上限添
加量は１％である。

ｐｂはなじみ性および耐焼付性を向上させる。

ｐｂ添加量が０．１％未満ではその効果がなく、一方そ
の添加量が２０％を超えると、融点が２００℃以下にな
り軸受として使用できる用途が極めて限られることにな
る。ｐｂは５ｎ−Ｉｎ固溶体を作る添加量（２，５％以
下）で使用すると、上記作用が良好になり、かつ劣化油
に対する耐食性も問題にならない。

本発明に係る軸受台金を使用した軸受の構造には以下の
ようなものがある。まず、裏金（ｓｐｃｃ）にケルメツ
ト（組成の例、Ｃｕ−２２％Ｐｂ−３％Ｓｎ　）を０．
２５ｍｍ厚みに焼結し、その後仕上げ加工する。その上
に厚みが２μｍのＮｉめっきを介して本発明の軸受台金
（オーバレイ）を１５μｍの厚さに施した軸受とする。

次に、裏金にアルミニウム合金（例えば、厚み０．３ｍ
ｍ、組成Ａｌ−４，５％Ｚｎ−１％Ｃｕ−２％Ｓｉ）を
圧接し、その後成形加工し、このアルミニウム合金層に
厚みが２μｍのＣｕめっき層を介して本発明の軸受台金
（オーバレイ）を１５μｍの厚みに施した軸受とする。

さらに、裏金にアルミニウム合金（例えば、厚み０．３
ｍｍ、組成Ａｌ−１２％５ｎ−３％５ｉ−１％Ｃｕ−０
，３％Ｍｎ−１，５％ｐｂ）を圧接し、このアルミニウ
ム合金層に直接本発明の軸受台金（オーバレイ）を５μ
ｍの厚みに施した軸受とする。

続いて、本発明の軸受台金をめっきにより作成する場合
のめっき条件を説明する。

■Ｓｎめっきまたは５ｎ−Ｃｕ、Ｎｉめっきの硫酸浴 硫酸第１スズ４０ｇ／β、硫酸６０ｇ／Ｉ２．クレゾー
ルスホン酸４０ｇ／ρ、ゼラチン２　ｇ／βを含有する
めっき浴で浴温２０℃、電流密度２　Ａ／ｄｍ”でＳｎ
めっきを行う。５ｎ−Ｃｕまたは５ｎ−Ｎｉのめっきを
する時は硫酸銅、硫酸ニッケケルをめっき浴に適量添加
する。

■Ｓｎめっきまたは５ｎ−３ｂめっきのほうふつ酸浴 はうふつ化第１スズ２００ｇ／Ｉ２、はうふつ酸１００
ｇ／Ｉ２、ハイドロキノン４　ｇ／ρ、ペプトン０．５
　ｇ／βを含有するめっき浴で浴温２０℃、電流密度３
Ａ／ｄｍ”でＳｎめっきを行う。５ｎ−Ｓｂめっきする
場合はほうふつ化アンチモンをめっき浴に適量添加する
。

■５ｎ−Ｐｂめっき浴 はうふつ化第１スズ２００　ｇ＃２、はうふつ化第１鉛
２００　ｇ／β、はうふつ酸１００　ｇ／１２、ハイド
ロキノン４　ｇ／β、ペプトン０．５ｇ／Ｉ２を含有す
るめっき浴で浴温２０℃、電流密度３　Ａ／ｄｍ”で５
ｎ−Ｐｂめっきを行う。

■Ｓｎ−Ａｇめっき浴 スルホン酸銀１５　ｇ／Ｉ２、スルホン酸スズ１０ｇ／
１２、ヨウ化カリウム３５０　ｇ／β、有機添加剤５ｇ
／１２を含有するめっき浴で浴温３０℃、電流密度１．
５Ａ／ｄａ”でＳｎ−Ａｇめっきを行う。

■■〜■のめっき後にスルフアンミン酸インジウムめっ
き浴で浴温３０℃、電流密度１．５Ａ／ｄｍ”でＩｎめ
っきを行う。

■■の後または前に６０〜１８０℃、好ましくは８０℃
、で５〜３０分、好ましくは１５分の熱処理を行う。

■■−■とは別の方法として、スルファミン酸スズ、ス
ルファミン酸インジウム浴により５ｎ−Ｉｎ合金を１回
の処理で作製することもできる。ｓｂ、ｐｂなとは必要
によりめっき浴に添加する。

■■〜■とは別の方法としてイオンブレーティング、ス
パッタリング、蒸着などの乾式めっき方法によりＳｎ−
Ｉ　ｎ−（Ｓｂ／Ｐｂ）系合金を作製することができる
。

（以下余白） （作用） 上記データは実施例の条件で軸受特性を各種オーバレイ
合金について評価した一結果である。これらの軸受特性
を比較することにより、本発明の５ｎ−７％Ｉｎ−７％
ｓｂ系オーバレイ合金は、従来の三元系Ｐｂ合金オーバ
レイよりも耐食性、耐摩耗性および耐疲労性が優れ、か
つ従来のＳｎ系オーバレイ合金よりも耐焼付性および耐
疲労性が優れ、本発明オーバレイ合金のなじみ性は従来
のｐｂ系オーバレイと従来のＳｎ系オーバレイの中間で
あることが分かる。

以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明する。

（実施例） 表１の組成のオーバレイを厚みが３μｍのＮｉめっき層
を介してケルメツト（組成−Ｃｕ−２２％Ｐｂ−３％Ｓ
ｎ、　　厚み０．３　ｍｍ）上にめっきした。ケルメツ
トは厚みが１．２ｍｍの鋼板上に形成した。

軸受の性能を以下の試験方法により測定した。

■耐摩耗性 １６００ｃｃのガソリンエンジン（鋳造軸（ＦＣＤ７０
）、無鉛ガソリン使用）の軸受として供試軸受を組み込
み、５６００ｒｐｍ全負荷；５０ｏ時間連続運転；潤滑
油：　５ＡＥ７．５Ｗ３０、ＳＥ級、オイＡ／　１００
時間毎に交換、オイルパン温度＝１２０℃；の条件にて
５００時間運転後の摩耗量を測定した。

■耐焼付性 ジャーナル型焼付試験機にて、回転数１５０Ｏｒｐｍ　
、面圧５０ｋｇ／ｃｍ”を３０分毎に逐次加え、ｍ付面
圧を測定した。軸は３５０Ｇ焼入軸であり、潤滑油は５
ＡＥ７．５Ｗ３０、ＳＥ級を１４０℃で給油した。

■耐疲労性 往復動荷重試験機にて、回転数３０００ｒｐｍ　、面圧
６００ｋｇ／ｃｍ”の条件で荷重を３Ｘ１０’回繰り返
し供試材に加え、疲労が発生した面積を測定した。軸は
３５０Ｃ焼入軸であり、潤滑油は５ＡＥ７．５Ｗ３０、
ＳＥ級を１２０℃で給油した。

■腐食試験 １６００ｃｃのガソリンエンジン（焼入軸（Ｓ５（Ｉｃ
）、有鉛ガソリン使用）の軸受として供試軸受を組み込
み、５６００ｒｐｍ全負荷；３００時間連続運転；潤滑
油：　５ＡＥ１０Ｗ３０、ＳＤ級、オイル無交換、オイ
ルパン温度＝１２０℃；の条件にて３００時間運転後の
摩耗量を測定した。

試験結果を第１表に示す。

（以下余白） （発明の効果） 以上説明したように、本発明に係る滑り軸受合金はＳｎ
系合金にＩｎを添加することを共通の特徴とし、Ｓｎの
もっているなじみ性不足、高い摩擦係数、親油性不足を
解消し、Ｓｎのもっている優れた耐食性を活用している
。したがって、本発明の滑り軸受合金は耐食性が特に要
求される用途に適する。

一方、Ｉｎの添加によりＳｎ系合金の融点低下の傾向が
表れるが、ｓｂ等の添加によりこれを抑制し、耐荷重性
等の性能を優れたものにすることができる。さらにｐｂ
を添加することによりなじみ性を良好にすることができ
る。

特許出願人　　　大豊工業株式会社

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. １．Ｉｎ０．１〜２５重量％を含有し、残部不可避的不
   純物およびＳｎからなることを特徴とする滑り軸受合金
   。
2. ２．Ｉｎ０．１〜２５重量％、およびＳｂ，Ｃｕ，Ａｇ
   ，Ｎｉ，ＺｎおよびＡｌの少なくとも１種を０．０１〜
   １５重量％（２種以上添加するときは合計量）を含有し
   、残部不可避的不純物およびＳｎからなることを特徴と
   する滑り軸受合金。
3. ３．Ｉｎ０．１〜２５重量％およびＰｂ０．１〜２０重
   量％を含有し、残部不可避的不純物およびＳｎからなる
   ことを特徴とする滑り軸受合金。
4. ４．Ｉｎ０．１〜２５重量％、Ｓｂ，Ｃｕ，Ａｇ，Ｎｉ
   ，ＺｎおよびＡｌの少なくとも１種を０．０１〜１５重
   量％（２種以上含有するときは合計量）、およびＰｂ０
   ．１〜２０重量％を含有し、残部不可避的不純物および
   Ｓｎからなることを特徴とする滑り軸受合金。