JPH0587578B2

JPH0587578B2 -

Info

Publication number: JPH0587578B2
Application number: JP31084090A
Authority: JP
Inventors: Kyoshi Imai
Original assignee: NDC Co Ltd
Current assignee: NDC Co Ltd
Priority date: 1990-11-16
Filing date: 1990-11-16
Publication date: 1993-12-17
Also published as: JPH03170631A

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に用いられる平軸受に係り、
詳しくは、近年の内燃機関の出力増大による潤滑
油の温度上昇および高温における潤滑油の酸化等
によつて生成する有機酸の増大等の条件下で十分
に性能を発揮する平軸受に係る。

従来の技術従来、内燃機関に使用されている軸受メタルは
半割系若しくは円筒状の鋼を裏金とし、これに銅
系若しくはアルミニウム系の軸受合金を複層化し
たものである。これら高荷重用軸受として開発さ
れた銅−鉛軸受合金、ブロンズ軸受合金およびア
ルミニウム軸受合金等は耐荷重性は優れている
が、軸受合金に必要なその他の特性、すなわち、
耐焼付性、埋収性、なじみ性等においては問題が
あり、この解決のために埋収性、なじみ性を備え
た金属を軸受合金の上にオーバレイする必要があ
る。例えば、従来の自動車用軸受では裏金上に中
間層として銅またはアルミニウム合金を焼結、鋳
造または圧接等の方法によつて密着させ、更に、
その上に厚さ10〜30μのオーバレイ層を施した３
層軸受が使用されている。このオーバレイ層は軸
受の耐摩耗性、なじみ性および異物の埋収性向上
の効果があり、オーバレイの組成としては従来か
ら、Pb−Sn系、Pb−Sn−Sb系、Pb−Sn−Cu
系、Pb−Sn−In系等が知られ、特に、米国特許
2605149号によつて開示された鉛85〜95％、錫８
〜12％、銅２〜３％のPb−Sn−Cu系オーバレイ
が最も多く使用されている。このオーバレイ中の
鉛は軸受とジヤーナルとのなじみ性および潤滑油
中の異物の埋収性を向上し、錫は耐食性を良く
し、銅は耐疲労性向上の役割を果している。

しかし、近年、内燃機関の出力が大きくなり、
潤滑油の温度が上昇するにつれ、オーバレイが軟
化し、耐摩耗性が悪くなる傾向にあり、更に、高
温によつて潤滑油の酸化が促進されて有機酸等の
耐食性生成物が生成し、オーバレイを腐食する問
題があるため、これらの改善されたオーバレイの
開発が求められている。

発明が解決しようとする課題本発明はこれらの問題点を解決することを目的
とし、具体的には、Pb−Sn−Cu系オーバレイに
おいてその錫含有量を大巾に増加するとともに銅
含有量を比較的低くおさえて耐食性および耐摩耗
性、なかでも、潤滑油の酸化生成物たる有機酸に
対する耐食性を向上させて成るオーバレイを具え
る内燃機関用軸受を提案する。

課題を解決するための手段ならびにその作用すなわち、本発明に係る平軸は、軸受層の表面
に、錫21〜30％および銅1.0〜5.0％を含有し、残
余が実質的に鉛よりなるオーバレイ層を形成して
なることを特徴とする。

以下、図面により本発明を詳しく説明する。

なお、第１図ａおよびｂは本発明の平軸受の一
例を示す斜視図と矢視Ａ−Ａ方向からの断面図で
ある。

まず、第１図ａならびにｂにおいて符号１は裏
金、２は銅またはアルミニウム合金の軸受層、３
はニツケルメツキ層などの中間層、４はオーバレ
イ層を示し、このオーバレイ層がPb−Sn−Cu系
合金から成つて、とくに、Snを過剰に高めて有
機酸に対する耐食性を向上させ、Cuは小量しか
添加しないのにも拘らず、耐疲労性も十分に保持
できる。

すなわち、オーバレイ層中に例えば30％までの
如く多量のSnを添加すると、SnがPbマトリツク
ス中に固溶してマトリツクスの耐食性を向上させ
る。また、Cuとの間でSn−Cuの金属間化合物を
形成し、これがマトリツクス中に分散して存在す
る。しかし、Snを多量、むしろ過剰に配合する
と、残りのSnは微細なSnの結晶粒子になつてマ
トリツクス中に均一に分散して析出する。そのた
め、固溶したSnによつて一般的に耐食性が向上
するほか、この分散するSn結晶粒子によつて有
機酸などに対する耐食性を付与し、これら耐食性
は機関運転中でも保持される。更に詳しく説明す
ると、Cu−Snの金属間化合物は内燃機関の運転
中に微細なSn結晶粒子やマトリツクス中に固溶
しているSnと徐々に結合し、Sn含有量の多いCu
−Sn系金属間化合物に次第に移行する。この結
果、マトリツクス中に固溶しているSnおよびマ
トリツクス中に点在しているSn弐量が減少し、
オーバレイ層の耐食性および耐摩耗性は運転開始
時に較べると、大巾に低下する。

また、ニツケルメツキなどの中間層の近くに存
在するオーバレイ層中のSnはこのNiと金属間化
合物を形成し、これらのSnも次第にニツケルメ
ツキの中間層に移行し、前述のCu−Sn金属間化
合物と同様に内燃機関運転中に次第にSn含有量
の多いSn−Ni金属間化綾物に変化する。このた
め、ニツケルメツキの中間層付近のオーバレイ層
ではその中に含まれるSnが著しく減少しこの部
分で耐摩耗性および耐食性は非常に低下し、この
部分が潤滑油の酸化により生成する有機酸によつ
て侵食され易い。

そこで、本発明では上記のように内燃機関運転
中のSn挙動を観察し、これにもとずいて、オー
バレイ層中のSn含有量を30％まで増加させる一
方、小量のCuを添加して耐摩耗性および耐食性
のほか、耐疲労性を向上させたものである。

次に、オーバレイ層の各成分の役割および添加
範囲について説明すると、次の通りである。

Snは耐食性および耐摩耗性を向上するが、現
在の如く、内燃機関の出力が増加する折では、き
わめて苛酷な腐蝕環境が形成されるため、Sn含
有量が少なくとも15％以上、とくに、20％こえ
て、つまり20％以上必要である。すなわち、
Sn15％をこえると、マトリツクス中にSnの結晶
粒子が析出し、これによつて、とくに、潤滑油酸
化の生成物たる有機酸に対する耐食性が保持され
る。しかしながら、15％程度ではSnの結晶粒子
量が少なく、運転中に減少するため、オーバレイ
の耐食性および耐摩耗性が非常に減少する。この
ため、最近の高負荷運転の如く苛酷な条件ではな
るべくSnの結晶粒子が多いのが望ましく、20％
をこえて21％以上必要である。Snの含有量が30
％以上になると耐疲労性およびなじみ性が悪くな
る。

また、Cuはオーバレイ層の耐疲労性向上のた
めに添加される。しかし、Cu量はできるだけ低
くおさえるべきで、1.0〜5.0％程度が最も良い性
能を発揮する。すなわち、５％をこえると、Sn
との間で金属間化合物を生成して硬くなるほか、
この化合物の生成によりSn結晶粒子の量が減少
し、耐食性が損なわれる。これに対し、1.0％以
下ではその添加効果が失なわれる。

実施例以下、実施例により更に説明する。

まず、軸受合金を一般の電気メツキの場合と同
様に脱脂および酸洗を行なつた後、1.0〜2.0μ厚
のニツケルメツキを行なう。このニツケルメツキ
の中間層の役割はCu系軸受合金の場合、内燃機
関の運転時にオーバレイ層中のSnが中間層のCu
合金中に拡散し、オーバレイ層の耐食性が低下す
るのを防止するためである。このニツケルメツキ
の中間層上に下記浴組成のメツキ浴および電流密
度で電気メツキしてオーバレイ層を形成した。

硼弗化鉛（金属鉛として）
60〜1200g／浴組成〃錫（金属錫として）15〜30 〃〃銅（金属銅として）
１〜４〃硼弗化物水素酸 40〜50 〃レゾルシン 1.0〜5.0 〃ゼラチン 0.1〜0.5 〃電流密度 1.0〜3.0 Ａ／ｄm² このように得られた平軸受は裏金−軸受合金層
−ニツケル中間層−オーバレイ層の４層で、次の
通りの組成範囲のオーバレイ層が得られた。

Pb 66〜84％ Sn 15〜30〃 Cu 1〜4 〃次に、上記組成範囲の各オーバレイ層について
耐食性を測定するため、抑制剤を含まない
SAE10エンジン油に腐食剤としてオレイン酸を
１％添加し、その液中に121℃で50時間浸漬し、
その際の腐食減量を測定した。その結果、全ての
オーバレイ層の耐食性は従来のものに較べて約５
倍程度に向上した。更に、温度を135℃に高めて
50時間浸漬したところ、Snが20％をこえて21％
以上のものは15％のものに較べて２倍以上高めら
れ、相当の高負荷運転にも十分に耐えられること
がわかつた。

また、オーバレイ層の耐摩耗性を測定するた
め、アンダーウツド試験機で荷重560Kg／cm²、回
転数3500rpm、オーバレイ層0.020mm、軸受背面
温度175℃、潤滑油SAE20W−40、試験時間100
時間で試験し、その試験前後の軸受の重量減を測
定した。その結果、オーバレイの重量減は従来の
オーバレイ層の約５分の１、とくに、Sn量20％
をこえたものは６分の１程度であつた。

＜発明の効果＞以上詳しく説明したように、本発明において
は、Sn含有量を増加するとともに、Cu含有量を
低くおさえ、耐食性、耐摩耗性および疲労強度を
大巾に改良し、近年の内燃機関の出力増大、潤滑
油の温度上昇、ならびに高温における潤滑油の酸
化により生成する有機酸等の増大等に十分に対応
できるオーバレイ層が得られる。

なお、一般に耐疲労性が大きいと云われている
Pb−Sn−10％In成分のオーバレイ層と上記のオ
ーバレイ層とを比較して、耐疲労性につき、上記
と同様の条件でアンダーウツド試験機でオーバレ
イ層に疲労破壊が生ずるまで比較試験を行なつ
た。本発明のものがCu量が少ないのにもかかわ
らず、両者はともに140〜160時間の耐久時間内で
あり、本発明のものが十分に耐疲労性のある事が
確認できた。このオーバレイ層であると、同一の
メツキが可能であり、インジウムを含有するオー
バレイ層の様に複数のメツキ浴を必要とすること
も無く、メツキ工程での工程の省力化も計れ、更
に、インジウムを拡散させるためのメツキ後の熱
処理も不要である。

【図面の簡単な説明】

第１図ａおよびｂは本発明平軸受の一例を示す
斜視図およびその矢視Ａ−Ａ方向からの断面図で
ある。符号１……裏金、２……銅またはアルミニウム
合金層、３……ニツケルメツキ層、４……オーバ
レイ層。

Claims

【特許請求の範囲】

１軸受層の表面に、錫21〜30％および銅1.0〜
5.0％を含有し、残余が実質的に鉛よりなるオー
バレイ層を形成してなることを特徴とする内燃機
関に用いられる平軸受。