JPH05240252A - 高荷重用多層鉛青銅軸受 - Google Patents

高荷重用多層鉛青銅軸受

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JPH05240252A
JPH05240252A JP4367992A JP4367992A JPH05240252A JP H05240252 A JPH05240252 A JP H05240252A JP 4367992 A JP4367992 A JP 4367992A JP 4367992 A JP4367992 A JP 4367992A JP H05240252 A JPH05240252 A JP H05240252A
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正 田中
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雅昭 坂本
Koichi Yamamoto
康一 山本
Yoshikazu Fujisawa
義和 藤沢
Makoto Tsuji
誠 辻
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Abstract

(57)【要約】 【構成】 鋼裏金、鉛青銅軸受合金層および鉛合金オー
バーレイの三層構造からなるすべり軸受において、前記
鉛青銅軸受合金層がSn5〜9wt%、Pb15〜25
wt%、残部Cuの成分に予め合金化された粉末の焼結
材料からなり、さらに鉛青銅軸受合金層断面組織のCu
−Snマトリックス中に分散するPb粒の大きさが、 【式1】 の式で表されるPb相微細化率に於いて、全体の面積を
0.1mm2 とした時に0.1%以下であり、この鉛青銅
軸受合金のビッカース硬さが100以上であることを特
徴とする高荷重用多層鉛青銅軸受。 【効果】 軸受合金層中に適正量のPbおよびSnを添
加したことと、合金層組織中のPb粒を極めて微細に分
散させたことによって、従来の同種多層銅鉛また鉛青銅
軸受よりも耐荷重性、特に耐疲労性が非常に優れ、今後
の高出力化エンジン用の軸受として使用できる。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、すべり軸受に関するも
のであり、特に近年の自動車エンジンの高出力化により
苛酷な条件下にて使用される軸受の耐疲労性向上を目的
とした多層鉛青銅軸受材料に関するものである。
【0002】
【従来の技術】従来、自動車エンジンの回転軸を受ける
メイン軸受またはコンロッド軸受として、高速あるいは
高荷重条件下においては鋼裏金、銅鉛あるいは鉛青銅軸
受合金層、および鉛合金オーバーレイの三層から構成さ
れる材料が使用されている。代表的な軸受合金として
は、Cu−23〜27wt%Pbや、また耐食性や耐疲
労性向上の目的でこれらに少量のSnを添加したCu−
21〜25%Pb−1〜4%Snなどがあり、これらの
合金が鋼裏金上に焼結や鋳造により厚さ0.2〜0.4
mmにてラインニングされている。また軸受表面のなじみ
性や耐食性を補うために、Pb−Sn−Cu系、Pb−
Sn−In系などの鉛合金オーバーレイが厚さ10〜3
0μmにて軸受合金にめっきされている。この鉛合金オ
ーバーレイ中のSnやInが下地の軸受合金中へ拡散移
動していくことを阻止するため、鉛合金オーバーレイと
軸受合金の間にNiなどのめっき層を設けることもあ
る。さらに軸受の最表面には防錆の目的でSnなどの極
薄いめっき層が施されている場合もある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】自動車エンジンの高性
能化の一環として、高回転化、DOHC化、多バルブ化
などにより高出力化が進められている。そのためエンジ
ン軸受にかかる負荷はますます増大し、また小型化軽量
化のために軸受内径および幅を小さくすることも加わ
り、より一層の高面圧が軸受に負荷されるようになって
きた。したがって従来の多層銅鉛あるいは鉛青銅軸受に
対しても負荷能力の向上が求められ、軸受の疲労強度が
高いことが必要なことから従来より高強度な軸受材料が
必要となっている。本発明の目的は、このような高出力
化エンジンに使用できる耐疲労性に優れた軸受材料を提
供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成させるため鋼裏金、鉛青銅軸受合金層および鉛合金オ
ーバーレイ三層構造からなるすべり軸受において、鉛青
銅軸受合金層がSn5〜9wt%、Pb15〜25wt
%、残部Cuの成分に予め合金化された粉末の焼結材料
からなり、さらに鉛青銅軸受合金層断面組織のCu−S
nマトリックス相中に分散するPb粒の大きさが
【式2】 の式で表されるPb相微細化率に於いて、全体の面積を
0.1mm2 とした時に0.1%以下であり、その鉛青銅
軸受合金のビッカース硬さが100以上であることによ
り達成される。この場合に、焼結材料製造時の焼結温度
が低いほどPb粒がより微細化するため、鉛青銅軸受合
金層と鋼裏金との境界に厚さ10μm以下の銅または銅
合金めっき層を施し、低い焼結温度においても両層の接
着力を確保することにより、Pb粒の微細化率を0.0
5%以下にすることも可能である。 また、鉛合金オー
バーレイ中の成分の一部が鉛青銅軸受合金層中に拡散す
ることを抑制するために、両層の境界に厚さ5μm以下
のNi,Co,Agまたはこれらの合金のめっき層が施
されることが望ましい。さらに軸受最表面の防錆処理と
して、鉛合金オーバーレイおよび鋼裏金の表面に厚さ3
μm以下のSn,Pbまたはこれらの合金のめっき層を
施すことが望ましい。
【0005】
【作用】図1は、各組成の銅鉛または鉛青銅合金層のP
b相微細化率と引張強さとの関係を示しているが、本発
明組成Aは従来組成B〜Dと比較すると、引張強さが全
体的に高く、またPbを微細化することによってより高
強度となることがわかる。即ち本発明の多層軸受材料
は、従来の銅鉛または鉛青銅軸受合金層に比較して、成
分中のPbとSnの適性量添加により、また組織中に分
散するPb粒を微細にすることにより軸受合金層の硬さ
と強度を大幅に向上させて軸受としての優れた負荷能力
を有させたものである。次に本発明の特許請求範囲を限
定した理由とその作用、効果について述べる。 (1) Sn:5〜9wt% SnはCuと合金化してマトリックスの強度を高める。
5%未満では合金の強度が不足し、9%を越えると合金
層が硬くなりすぎて軸受としてのなじみ特性が劣る。 (2) Pb:15〜25wt% Pbは軟質成分として潤滑性効果を有し、また親油性の
良好な成分である。15%未満ではその効果が充分でな
く、25%を越えると合金層の強度が低下し、また組織
中のPbの微細化が困難となる。 (3) Pb相微細化率:Cu−Snマトリックス中に分散
するPb粒の微細化程度は合金層の強度に影響を与え、
微細に分散しているほど合金層強度が向上する。前記請
求項1で示された計算式によるPb微細化率に於いて
0.1%を越えると合金強度が低下し耐疲労性に劣る。
このPb粒の微細化は、予め粉末の製造時に合金化され
た粉末を適用し、さらに焼結時の温度が750〜850
℃の範囲内で行い、また焼結時間を制御することによっ
てPb相微細化率0.1%以下が達成される。また、こ
の場合前述の理由により、鉛青銅軸受合金層と鋼裏金と
の境界に厚さ10μm以下の銅または銅合金めっき層を
施し、低い温度にて焼結することによってPb相微細化
率を0.05%以下にすることもできる。 (4) ビッカース硬さ:軸受合金層の硬さは軸受特性の負
荷能力に大きな影響を与える。高荷重下での適用に於い
て、硬さが100以上でないと耐疲労性が充分確保され
ない。なお、硬さは上記Pb相微細化率を0.1%以下
に制御することによって100以上が達成される。
【0006】
【実施例】以下、本発明を実施例によりさらに具体的に
説明する。鋼板上、あるいは予め表面に銅めっきが施さ
れた鋼板上に、表1に示される試料No. 1〜No. 8の各
成分に予め合金化された粉末を散布し、それらを水素雰
囲気炉中にて10〜30分間一次焼結を行った。この時
の焼結温度としてNo. 1およびNo. 2は850℃、No.
3およびNo. 4は790℃、No. 5ないしNo. 8は89
0℃を適用した。次に、一次焼結によって得られた複合
体を圧延機のロール間に通し焼結合金層の緻密化圧延を
行い、さらに二次焼結を施した。各二次焼結条件として
は前記各一次焼結と同じとした。その後再度圧延機にこ
の焼結複合体を通して焼結合金層の密度を高めるととも
に所定の肉厚に圧延を行った。得られた焼結複合体を通
して焼結合金層の密度を高めるとともに所定の肉厚に圧
延を行った。得られた焼結複合体の寸法は全肉厚2.1
mm、焼結接着された鉛青銅軸受合金層の厚さ0.4mm、
幅150mmであった。表1に、得られた本発明品(試料
No. 1〜No. 4)および比較品(試料No. 5〜No. 8)
の軸受合金層の成分、銅めっき層の有り無し、Pb相微
細化率およびビッカース硬さを示す。しかる後に、得ら
れた試料No. 1〜No. 8の焼結複合体に対して、プレ
ス、機械加工により半円形の軸受形状体を作製し、これ
らの鉛青銅軸受合金の表面に1〜2μm厚さのNiをワ
ット浴を用いて電気めっきし、その後その表面にオーバ
ーレイ層として20μm厚さのPb−Sn8%−Cu2
%(wt)の鉛合金を硼弗化浴を用いて電気めっきをし
た。以上によって得られた試料No. 1〜No. 8の多層鉛
青銅軸受に対して動荷重軸受疲労試験機を用いて、軸受
としての耐疲労特性比較を行った。表2にその試験条件
を示す。各試験荷重下で20時間の連続運転を行い、各
試料の疲労しない最高面圧で表した試験結果を表3によ
り示す。表3から、本発明は比較品に比べてより高面圧
まで疲労しないことが分かる。
【0007】
【発明の効果】以上説明したように、本発明品は軸受合
金層中に適正量のPbおよびSnを添加したことと、合
金層組織中のPb粒を極めて微細に分散させたことによ
って、従来の同種多層銅鉛または鉛青銅軸受よりも耐荷
重性、特に耐疲労性が非常に優れ、今後の高出力化エン
ジン用の軸受として大いに期待される。
【0008】
【表1】
【0009】
【表2】
【0010】
【表3】
【図面の簡単な説明】
【図1】Pb相微細化率と引張強さの関係を示すもので
ある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 藤沢 義和 埼玉県和光市中央1丁目4番1号 株式会 社本田技術研究所内 (72)発明者 辻 誠 埼玉県和光市中央1丁目4番1号 株式会 社本田技術研究所内

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 鋼裏金、鉛青銅軸受合金層および鉛合金
    オーバーレイの三層構造からなるすべり軸受において、
    前記鉛青銅軸受合金層がSn5〜9wt%、Pb15〜
    25wt%、残部Cuの成分に予め合金化された粉末の
    焼結材料からなり、さらに鉛青銅軸受合金層断面組織の
    Cu−Snマトリックス中に分散するPb粒の大きさ
    が、 【式1】 の式で表されるPb相微細化率に於いて、全体の面積を
    0.1mm2 とした時に0.1%以下であり、この鉛青銅
    軸受合金のビッカース硬さが100以上であることを特
    徴とする高荷重用多層鉛青銅軸受。
  2. 【請求項2】 前記請求項1記載において、鉛青銅軸受
    合金層と鋼合金との境界に厚さ10μm以下の銅または
    銅合金めっき層を施し、鉛青銅軸受合金層断面組織のC
    u−Snマトリックス中に分散するPb粒の大きさが、
    前記Pb相微細化率に於いて、全体の面積を0.1mm2
    とした時に0.05%以下であることを特徴とする高荷
    重用多層鉛青銅軸受。
  3. 【請求項3】 前記請求項1および請求項2記載におい
    て、鉛青銅軸受合金層と鉛合金オーバーレイとの境界に
    厚さ5μm以下のNi,Co,Agまたはこれらの合金
    のめっき層が施されていることを特徴とする高荷重用多
    層鉛青銅軸受。
  4. 【請求項4】 前記請求項1から請求項3記載におい
    て、鉛合金オーバーレイおよび鋼裏金の最表面に厚さ3
    μm以下のSn,Pbまたはこれらの合金のめっき層が
    施されていることを特徴とする高荷重用多層鉛青銅軸
    受。
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