JPS5864336A - アルミニウム系合金軸受 - 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】 本発明はアルミニウム系合金軸受に関するものであり１
石らに詳しく述べるならば内燃機関の軸受として用いら
れるスズ含有アルミニウム系合金軸受の改良に関するも
のである。

上記アルミニウム系合金はスズを含有するものが一般に
裏金鋼板に圧接されて軸受として供用されているが、軸
受台金と裏金鋼板の接着強直を高くするために圧ｍ１ｖ
ｋにこれを焼鈍する工程が不可欠であり、一般的にはこ
の焼鈍はＡｔ−Ｆ・の金属間化合物が生成する温度未満
で時間を長くして行なわれるところがスズ含有アルミニ
ウム系合金では上記焼鈍によって高温下にｆかれると、
合金組織中でアルミニウム結晶粒及びスズの晶邑物が粗
大化し、スズを有アルミニウム合金の高温硬き及び耐疲
労強度が低下するという欠点があった。

そこで、スズ含有アルミニウム系軸受合金の上Ｈ１コ欠
点を解消するために添加元素を含有させた軸受合金も使
用されておシ、例えば、３．５〜４．５チＳｎ　−３，
５〜４．５％　Ｓｉ　−０，７〜１．３％Ｃｕ　−ＩＮ
Ａム４）８％Ｓｎ　−１〜２４Ｓｌ　−０，１〜２％Ｃ
ｕ−０，１〜１％Ｎｉ−残Ａｔ、３〜４０％５ｎ−０，
１〜５％Ｐｂ　−０，２〜２％Ｃｕ　−０，１〜３　％
　Ｓｂ　−０，２〜３チ８１−０．０１〜１　％　Ｔｉ
−残Ａｔ、１５，３０％Ｓｎ　−０゜５〜２％Ｃｕ−残
ＡＡ、及び１〜２３％Ｓｎ−１，５〜９＊Ｐｂ　−０，
３〜３　％Ｃｕ　−１〜８％ｓｉ−残Ａｔなどのスズ含
有アルミニウム系軸受合金（以下多元系軸受合金と称す
る）が使用されていた。

しかし、近年の自動車用内燃機関は小型化及び高出力化
が要求され・　しかも排気ガスの浄化対策のためのブロ
ーパイガス還元装置の取付が賛求されるようになると、
内燃機関の軸受の使用条件は従来よシ悪化するに至った
。すなわち近年の軸受は小型にて従来よシ高荷重及び高
温下で使用されるようになったため、従来の多元系軸受
合金は疲労破壊や異常摩耗を起こして、自動車の内燃機
関のトラブルの一つの要因になっていた。なお、金属材
料の疲労現象は一般的には長期に亘って該材料が使用さ
れたときに発現するが・近年の内燃機関では高負荷運転
が比較的短時間継続したときでも疲労による軸受の破壊
が起こることがあった。

これは内燃機関内の潤滑油が高負荷運転時に高温になシ
・例えばオイル・臂ン内の潤滑油の温度で測足した温度
が１３０ないし１５０℃にも達するため、軸受は相手材
であるクランクシャフト等とかなシの高温で摺動してい
ると予測され、この結果従来の多元系軸受合金の高温硬
さが急激に低下し、又スズの溶融又は移動が起こシ、こ
のことが耐疲労強度を低下させる原因になっていると本
願発明者は考える。

本願出願人は特願昭５５−８５１号にて重量百分率で、
２．５ないし２５チのスズ、０．５ないし８チの亜鉛及
び０．１ないし１．０％未満のクロムを含有するアルミ
ニウム系合金を提案した。又本願出願人は特願昭５５−
８５２号にて、重量百分率で、２．５ないし２５％のス
ズ、０．５ないし８％の亜鉛及び１ないし７チのケイ素
、クロム、マンガン。

ニッケル、ｉ、ジルコニウム、モリブデン、コバルト、
タングステン、チタン、アンチモン、ニオブ、バナジウ
ム、セリウム、バリウム及びカルシウムからなる群から
選択された少なくとも１柚の元素を含有し、残部が実質
的にアルミニウムからなるアルミニウム系合金も提案し
た。これらのア゛　ルミニウム系合金ではケイ素、クロ
ム等は極めて微細な硬質のＡｔ−Ｃｒ金属間化合物とし
てマトリックス中に分散し、主としてスズ粒子の粗大化
防止の効果を奏し、又亜鉛は殆んどがマトリックス中に
固溶してマトリックスを強化し、この結米該合金の耐疲
労強度及び高温硬さが向上する。これらのアルミニウム
系合金の軸受性能はマ）　ＩＪワックス強化と微細分散
物による強化の両件用の相乗効果によって単一作用の場
合よりも向上されるものである。

なお軸受性能の一つの尺度として、なじみ性という概念
があシ、これは上記特許出願では、軸受の相手材である
軸の加工精度に対して軸受と軸との間に常に潤滑油の油
膜が介在した状態で両者が接触しうるように・軸受の角
面が軸受使用の初期に軸によって部分的に削シとられる
あるいは岸粍される軸受の性質を、指すものと、とらえ
ておシ、軟質なスズ粒子が優れたなじみ性を実現するも
のと把掘されている。上述のようななじみ性のとらえ万
は尚呆界において確立式れた考え万でめシ、軟質なスズ
粒子によシ軸受になじみ性を付与しようとする思想自体
は〜恢米の当業界の考え万に沿うものであり、その延長
線上にあるということができる。また、クロム、ケイ素
等の作用については、これらの粒子がスズ粒子の粗大化
を妨げるという面からとらえられておシ、いわばクロム
、ケイ素等の粒子がＩＸ接的になじみ性を改良するとい
う技術思想はなく、軟質なスズ粒子の形態制御により間
接的にスズ含有アルミニウム系合金のなじみ性を改良す
るという技術思想及び後述の技術的手段にて上記特許出
願の記載は１゛尾−貫しているといえる。

本発明者はスズ含有アルミニウム系合金の軸受性能を詳
しく研究したところ、従来の考え万とは全く異なる技術
思想及び技術的手段によυ軸受性能、特になじみ性及び
耐焼付性を弛細的に向上しうろことを見出して、本発明
を完成した。この技術的手段とは詳しくＶｉａ述するよ
うに、スズｔｉアルミニウム合金中のケイ素粒子の寸法
Ｉｌｌ　Ｉｉｌであるが、５ｉ−Ａｔ二元系合金におい
てケイ素粒子が析出ないし晶出（以下、便宜上晶出と称
する）すること自体は周知の事実であり、また内燃機関
用アルミニウム系軸受合金においてケイ素粒子の分布に
ついて論じた論文又祉特許も公六嘔れている。

特開昭５５−８２７５６号によると、軸費用合雀の製造
において、５〜１５チのケイ素、ｆ！Ｉ１５ｇｂ以下、
ビスマス１０チ以下、及び鉛１チ以下からなるアルミニ
ウム系合金を熱間又は冷間圧姑するか、あるいは押出す
ことによって、少なくとも９０チの断面減少率を得、そ
れによって合金中のケイ素粒子が連続したスケルトン様
網目構造とならずに微細に分かれた粒子の状態で存在す
るようにした発明が提案されている。そして、この軸受
合金は軟質のメッキ（オーバレイ）を施こした軸受にも
施こさない軸受にもＭ用であると述べられている。この
発明の要点は鋳造状態の粗いケイ素粒子を圧延等によシ
微細分散させ、圧延加工後に必要に応じて行なう焼純は
加工組織を回復させる程度にとどめ、ケイ素粒子の微細
形態を維持した点にある。さらに、この発明では約１０
％程度の高いケイ素含有量が好ましいと明記されている
から、ケイ素含有量が高いアルミニウム合金にてかなシ
大きく発達するケイ素粒子を微細分散させることに意義
が見出されている。しかしながら、本願発明者の研究に
よると、オーバレイを施こさずに使用する内燃機関用軸
受合金にありては、ケイ素含有量が高いと軸受の疲労強
度が低下し、特に軸受が軸から繰返し荷重を受けて摺動
する場合に疲労破壊が起こって、負荷能力が著しく低下
するという欠点があることが分かった。嘔らに、軸受性
能を高める目的上はケイ素粒子を微細分散させる圧延等
の方法によっては満足すべき結果は得られない。すなわ
ち軸受用アルミニウム合金は通常鋳造材を圧延等の方法
によって所定寸法を付与することにより製造され、この
圧延勢によりケイ素粒子は分断されるが、このようにケ
イ素粒子を分断するだりではなく、場合によってはケイ
素粒子を粗大化させ所定の寸法のケイ素・粒子を所足個
欽に制御した場合に、軸受性能が顕著に高まることが分
かった。ちなみに１上記公開公報では、１１％Ｓ１のア
ルミニウム合金について実験がなさあそしてケイ素微細
粒子の寸法は０．０００１インチ（２，５ミクロン）か
ら０．００１インチ（２５ミクロン）であると記載され
ているが、単位面積当りの個数については何ら触れられ
ておらない。

ＳＡＥ　Ｔｅｃｈｎｉｅａｌ　Ｐａｐｅｒ　５ｅｒｉｓ
ｓのＡｌｕｍｉｎｉｕｍＢａｓ＠ｄ　Ｃｒａｎｋｓｈａ
ｆｔ　Ｂｅａｒｉｎｇｓ　ｆｏｒ　ｔｈ＠Ｈ１ｇｈＳｐ
＠＠ｄ　Ｄｉｅｓ＠ｌ　Ｅｎｇｉｎｅと題する論文（１
９８１年２月２３−２７日、デトロイトで発表）は上記
公開公報と同一人が発表した論文であり、その中では１
１％５ｉ−ＩＴｏＣｕ−Ａ１合金についての焼付荷重が
掲載されている。これＫよるとケイ素粒子寸法が１７ミ
クロンを越えるものが、単位面積（ｍり当り８．７Ｘ１
０　個存在していると焼付荷重のばらつきが多く、一方
１７ミクロンを越えるものが０．６Ｘ１０個存在してい
ると焼付荷重がより高くしかもばらつきが少なくなると
いう説明がなされている。この説明及びその他の理論的
説明はアルきニウムマトリ、ジス中に、硬度が高いケイ
素粒子が微細分散していることが適合性（ｃｏｍｐａｔ
ｉｂｉｌｉｔｙ）及び焼付荷重向上に貢献するというこ
とである。

さらに、上記論文では「適合性」という概念とは相反す
る概念として、クランクシャフトと軸のミスアライメン
トを許容する「順応性」 （ｃｏｎｆｏｒｍａｂｉｌｌｔｙ）がうたわれており、
ケイ素含有アルミニウム合金は順応性が低いから、オー
バレイを具備する必要があると述べられている。

したがって、従来アルミニウム系合金軸受にて、ケイ素
粒子寸法に着目した考え万はあっても、オーバレイなし
で軸受として使用可能なアルミニウム系合金の提供に成
功した例はなかった。また、ケイ素粒子が硬質であるた
め＠接相手材（鋼製クランクシャフト等）を研磨し、な
じみ性又は適合性に直接影餐を与えることは知られてい
たが、その粒子寸法の制御は軟質マ）　ＩＪワックス中
微細な硬質粒子を均一に分散させるという理論を応用し
又な嘔れていたものでめトこの理論自体は、例えば出願
人の先願特許出願にも内在しておシ、摺動拐料の分野で
は良く知られた一つの理論である。

本発明は上述したような従来技術とは全く異なる理論に
基づいておシ、なじみ性及び焼付荷重が従来のものよシ
飛躍的に高められておシ且つオーバレイなしで軸受とし
て使用可能なスズ官有アルミニウム系合金軸受を提供し
たものである。

本発明に係るアルミニウム系合金軸受は、ｋ蓋百分率で
１ないし３５％のスズ及び５ないし１１チのケイ素を含
有し、残部が実質的にアルミニウムからなる台金が裏金
に接着されており、該アルミニウム合金中のケイ素粒子
の長胚で測足した（ケイ素・粒子の）寸法が５ミクロン
以上且つ４０ミクロン以下の該ケイ素・粒子が該合金の
任意の部分で３．５６Ｘ１０　−当シ５個以上存在して
お）、且つオーバレイなしで使用可能なアルミニウム系
合金軸受である。

以下・本発明の構成要件を化学組成、ケイ素粒子及び軸
受構造の順に＃ｌ？、８Ａする。

まず、化学組成について述べると、スズはアル　　　　
　゛ミニラム合金の性質を軟質に変化させ、軸受として
適する潤滑性能及びなじみ性を与える元素でろる。ここ
でなじみ性とは、前述したように当業界に一般的に受け
いられている技術的概念によって足義され、これを以下
一般的概念のなじみ性と称する。スズの含有量が３５囁
を越えると、一般的概念のなじみ性及び潤滑性は向上す
るが、アルミニウム合金の硬さが低下し、軸受としての
強厩が低下する。−万スズの首Ｖ鉦が１−未満では軸受
合金としては一般的概念のなじみ性が不足する。

スズの添加量を１ないし３５チの範囲でどのように定め
るかは、用途に応じて適宜決足されるべきものであるが
、一般的には軸受に加わる荷１、すなわち内燃機関のピ
ストンを経由して加えられる爆発荷重が大きいときは１
スズ含有量を低く、例えば５〜１０％、小さいときはス
ズ含肩゛蓋を筒くする。−万、高荷重・高速回転のため
に軸受の焼付が懸念される場合は、スズの宮Ｍ童を高く
、例えば２０〜３５％にすれば良い。なお、スズ官有ア
ルミニウム合金の疲労強度及び筒温硬でを軸受として要
求される性能に対して十分なものとするためには、スズ
粒子が合金中に微細に分散していることが重要であると
本願出願人は考え、先の特吐出願ではクロム等の微細粒
子にょシ、１５ｔｔｂ＝越える含有量の場合起こシ易い
スズ粒子の和犬化を防止する提案を行なった。しかし、
本発明でｔユ後述の特殊なじみ作用が軸受性能を実質的
に担っているから、スズ粒子の微細化は嘔ｔ１ど′Ｎ祝
しなくとも内燃機関用軸受として使用上の支障がなくな
った。好ましいスズ富有蓋は３〜２０％である。

ケイ素は恢述する特殊なじみ作用をもたらす元素であり
・その含有量が５％未満では該なじみ作用が不足しまた
耐荷重性が低くなる。−万ケイ素の含有量が１１チを越
えると軸受台金の該なじみ作用が向上されず、また疲労
強度、焼付荷重が低下する傾向がある。好ましいケイ素
含：ｆｒ量は５〜９ｓである・ 続いて、ケイ素粒子について説明する。

本発明者の発見によると、ケイ素粒子の長径寸法（以下
単に寸法と称する）が５ミクロン未満では現れな％Ａ特
殊なじみ作用が５ミクロン以上で現れスズ含有アルミニ
ウム合金の軸受性能を飛細的に向上させる。なお、この
作用Ｆｉ該５ミクロン以上２ のケイ素粒子が３．５６Ｘ１０　−当シ５個以上存在し
ているときに認められ、多けれに多いｔ〕ど顕著になる
・−万、ケイ素粒子の寸法が４００ミフロンケえると、
スズ官有アルミニウム合金の疲労強度が低下する。

本発明のアルミニウム合金は高ケイ′ＪｇｍｒＩｉ、Ｖ
Ｃテ粗大なケイ素粒子を晶出させたという％徴をもつも
のである。また、本発明において粗大なケイ素粒子、す
なわち寸法が５ミクロン以上のケイ素粒子、を構成要件
として規定している意義は、消極的にいえば微細ケイ素
粒子は耐焼付性向上に寄与しないということであシ、こ
の点で従来のアルミニウム系合金軸受の軸受性能のとら
え方とは異なっている。すなわち、出願人の先願では微
細なケイ素粒子が既述のようにスズ粒子の形態制御を介
して間接的に軸受性能を向上させ、且つ上記ＳＡＥ誌の
一文では理細的にも実験データ的にも微細なケイ素粒子
の方が良好な軸受性能が得られている。しかしながら、
本発明では粗大なケイ素粒子の方が疲労強度以外の性能
は格段に良好である。そこで、粗大なケイ素粒子の意義
ｆ８を極的に述べるならば、かかるケイ素粒子を含む軸
受の相手材である軸の加工鞘層による微細な凹凸、ある
いは軸が球状黒鉛鋳鉄である場合にう、ピング作用によ
り表面部から黒鉛が脱落して生じた凹部の周囲を、ケイ
素粒子が平坦化し以って、軸受と軸の間で常に油膜が介
在した状態でこれらの良好な摺動が起こるものと考えら
れる。なお、従来軸受の分野ではスズ等の軟質な成分が
アルミニウム合金のなじみ性に寄与するものと儒え万が
一般的でＴｏシ、硬質粒子が直接相手材の凹凸の平坦化
に寄与するとの考え刀は、発明者が知る限シ、上記ＳＡ
Ｅ誌以外にはないの毛ケイ素粒子によるなじみ作用を特
殊なじみ作用と称する。しかしながら、このようなケイ
素粒子の作用はＳＡＥ誌では順応性を向上させるもので
あシ、適合性には逆効果であシ、結果として軸受はオー
バレイを備える必要があると強調している。ここで、適
合性とは軸と軸受との加工上のミスアライメントに適合
しうる軸受の性能であるから、なじみ性（一般的概念に
よるなじみ性）と意味上等価である。したがって、ＳＡ
Ｅ誌にも、その他発明者が知る限シの論文発表において
も、硬質粒子が相手軸の狭面凹凸を削プとシ、平坦化し
なじみ性に寄与するという考え万はなく、まして粗大な
ケイ木粒′子などの硬質粒子が軸受中に多く存在する万
が焼付荷重その他−の軸受性能が向上するという実験デ
ータも発表されていない・したがって、上記特殊なじみ
作用は本発明の特色であシ、従来の一般的概念のなじみ
作用のみをもつ材料と比較すると、軸受性能、例えば焼
付荷重、が格段に向上している。尤も本発明の合金はス
ズを含有しているが一般的概念のなじみ作用による軟質
金属の相手材表面への埋収は、特殊なじみ作用により相
手材の凹凸を平坦化してから実現されると考えられ、結
果としては両者の総合によシ自動車内燃機関の軸受とし
て優れた性能が発揮されると信じられる。

上述のような特殊なじみ作用が特に有効であるのは相手
材軸が球状黒鉛鋳鉄又は片状黒鉛鋳鉄の場合である。球
状黒鉛鋳鉄は内燃機関のクランクシャフト等の軸の低コ
スト化を図るために従来の鍛造軸に代わって使用される
傾向にあるが、軸の研磨加工時に黒鉛粒子が軸表面がら
削りとられ・脱落した球状黒鉛の粒子の跡は多くの凹部
又は窩状部となっており、その周りの鉄基マトリ、クス
は加工硬化した鋭いばシ又は工、ジとなっていんこのば
り等が軸受表面の異常摩耗を起こすという問題が従来の
スズ含有アルミニウム系軸受用合金にはあった。本発明
者の研究によると、軟質のアルミニウムマトリックスが
ばシによシ削シとられ凹部中にとシこまれ、またこのア
ルミニウムと軸受材料のアルミニウム順応性不足にょシ
が非常に凝着し易いので１直ぐに焼付が生じることも判
明し走、しかしながら、本発明によるスズ含有アルミニ
ウム合金では粗大なケイ素粒子がばシを削シとル、凹部
の周シを滑かな状態とする。この結果・焼付が高荷重ま
で起こらないこととなシ、耐焼付性が格段と向上する。

本発明のスズ含有アルミニウム合金においては、ケイ素
含有量が５−未満の合金と比較すると、５ミクロン未満
の微細ケイ素粒子の析出個数が多いという差異がある。

換言すると、両者の合金で５ミクロン以上の粗大ケイ素
粒子の寸法及び個数が同じであると仮定して、本発明の
合金の万が５ミクロン未満の微細ケイ素粒子の数が多い
。また、本発明のスズ含有アルミニウム合金はケイ素含
有量が５ｑＩｂ未満の本のと比較して５ミクロン以上の
粗大ケイ素粒子の個数も多くなる。これらの粗大ケイ素
粒子は特殊なじみ作用を発現するとともに、軸受と軸の
間で油膜が介在しない金属接触が起こるような招動状況
となっても〜接触部を微視的に考察するならば、硬質の
粗大ケイ素粒子が相手材軸を支えておυ、この支持点は
高ケイ素含Ｖ量のために数が多くなる。したがって、本
発明の軸受は大荷重用に好適なケイ素粒子による軸支持
作用を肩し、微視的に見ると相手材軸受と軸の間は油膜
が入り込むほどの隙間が上記作用により形成される。然
しなから、この軸支持作用を粗大ケイ素粒子によシ発現
するためには、これらの粒子が単に軟いアルミニウムマ
トリックス中に存在するだけでは不十分であり、多数の
微細ケイ素粒子がアルミニウムマトリックス中に存在す
ることがＦｌｌである。これらの微細ケイ素粒子は析出
硬化によりアルミニウムマトリックス′ｔ−強化し、こ
の強いマトリ、クスが粗大ケイ素粒子を強固に保持し、
軸からこれら粒子にかかる荷重によって該粒子かマトリ
、ジス中に押し込まれることを阻止している屯のと考え
られる。

以上のような性質を有しているので、本発明の軸受は大
きな一足の荷重を受ける部品に適しており、しかも焼付
性能のばらつきが少ないかへ特に大きな峰返し荷重を受
ける部品は疲労強度力；めまり高くないので適していな
い。

上述の軸受合金の厚さＩｆｉｏ、　１〜１■、特に０．
２〜０．５諺が好ましい。必要に応じ軸受台金上に防錆
油を塗布する。

本発明Ｑ軸受は上述のような理由により耐焼付性に優れ
ている九めにオー・々レイ合胞こさない構造である。ま
た軸受合金は下地付きの又は下地なしのオーバレイに圧
接等により接着される。

本発明のスズ含有アルミニウム合金は、囚０．１ないし
ｌＯチ、好ましくは１ないし５チの鉛、カドミウム、イ
ンジウム、タリウム及びビスマスの少なくともＩＩＩ（
以１鉛等と総称する）、（Ｂ）　０．１ないし２％、好
ましくは０．２ないし１１の銅及びマグネシウムの少な
くとも１種（以下鋼等と総称する）、及ヒ（Ｃ）Ｏ，ｘ
　ナイｌ、ｘ　％、　野まＬ　＜　Ｉｔｉ　０．１含有
するものであってよい。

鉛等はスズ含有アルミニウム合金の潤滑性及び一般的概
念のなじみ性及び耐摩耗性を改良するタノ来を有し、ま
たクロムとの共存下においてｔＩ疲労強度を低下ぢせず
に上記潤滑性等管改良する。なお、一般にＡｔ　−Ｓｎ
二元系合金に鉛等を加えると、これらはスズ粒子に合金
化されてしまい、融点が低下したスズ粒子の移動と溶融
が起こシ易くなって、軸受として高負荷連続運転される
と、Ａｔ−８ｎ　−Ｐｂ合金が部分的に溶融しそして軸
受から剥離することもあった。ところが本発明では軸受
性１し向上のなかで特殊なじみ性の占める寄与が高いか
ら、スズー鉛等の合金の低融点化は重大な欠点とはなら
ない。鉛等の含有量が０．１チ未満ではその結果が不十
分であり、１０％を越えると軸受に蛯求される疲労強度
が不十分となる。

銅等はスズ含有アルミニウム合金の硬さを高め、軸受の
疲労強度向上に寄与する。銅等の含有に力よｏ１％未満
では硬さ改善効果が少なく、　２．０　％を越えるとス
ズ含有アルミニウム合金が硬くな多過ぎ圧延性が害され
るとともに、耐焼付性及び潤滑油に対する耐食性も低下
する。この銅等の硬さ改善効果はクロムと共存すると一
層顕著になり、２００℃強の温度でも硬さはあまり低下
しない。

り♂７ズ含有アルミニウム系合金の硬さを上昇せしめ、
また高温での軟化を防止又は緩和し・高温でのスズ粒子
の粗大化を招かないという効果を奏する０り♂牙にト一
がアルオニウムマトリックスに固溶しその固溶強化をも
たらし、また再結晶軟化温度を高温側にずらし、さらに
加工硬化性を増大させる。再結晶軟化温度の上昇は、内
燃機関の軸受がさらされる高温域（オイル、ｐ４ンの温
度で１３０〜１５０℃）でも軸受台金の高温強度が良好
に保たれることにつながシ、耐疲労強度し、スズ粒子が
軸受合金の裏金への接着時の焼鈍あるいは内燃機関内の
高温によシ粗大化するのを防止する。このｈｔ−ｂ−間
化合物の硬さはビッカース硬さで約３７０であり、ケイ
素粒子の硬物はスズ粒子の粗大化を防止して一般的概念
のなじみ作用を向上させ、−万ケイ素粒子は相手材軸た
らされるためにＦｉＯ，１チの含有量が、必要でめシ、
−万１チを越えるとクロムが粗大なＡＬ−Ｃｒ）属間化
合物として析出するため好ましくない。

絖いて、ケイ素粒子の寸法及び個数の制御方法につい−
て説明する。一般に、Ａｔ−８１合金では鋳造過程でケ
イ素の多くは針状の共晶結晶としてム出し、鋳造合金を
圧延し軸受としての必要な厚さに圧延される過程で分断
され、寸法が小さくなる。

このような鋳造−圧延法によシ得られたＡｔ−８Ｉ合金
薄板中のケイ累粒子はほとんどが５ミクロン以下であり
、１０ミクロン以下のものも稀にはあるがその単位面積
当りの個数は少なく、針状又は扁平形状である・また圧
延の後に中間焼鈍が行なわれるが、その温度は再結晶温
度程度に選択されるので、その中間焼鈍によってはケイ
素粒子がほとんど粗大化しない。上述のような鋳造−圧
延（中間焼鈍）により所定の厚さの軸受台金を得た後に
・これを裏金鋼板に圧接し、この際Ａｔ−Ｆ・の金属間
化合物生成温度未満、例えば３５０℃、にて圧接後、焼
鈍するのが従来のスズ含有アルミニウム合金軸受の製造
方法であった。この３５０℃の温度でもケイ素粒子は殆
んど粗大化せず、結果としてほとんどが５ミクロン未満
の微細ケイ素粒子が最終軸受製品中に存在していた。こ
れに対して、本発明による粗大ケイ素粒子を５ミクロ７
以上４０ミクロン以下のものが３．５６Ｘ１０　　■鵞
りシ５個以上存在させるためには、上記圧接前に軸受台
金を３５０〜５５０℃の高温熱処理することが最もヂ効
工あ、ることが分かった。すなわち、圧接前の熱処理工
程以外でのケイ素粒子寸法制御は効果が低く、例えば圧
延工程での加熱温度、圧下率等の制御、又は鋳造工程で
の冷却速度制御あるいは中間焼鈍等によってはケイ累粒
子の寸法ｍｌＪ御が至難であり、そうかといって圧接詩
文圧接後の熱処理ではＡＬ　−Ｆｅ金属間化合物の生成
、あるいけ完成直前の軸受のアルミニウム合金内でのス
ズ等の低融点成分の溶解等が起こシ、これらは軸受性能
、特に一般的概念のなじみ性、上望ましくない結果をも
たらす・ 全ケイ系が立方体として晶出したとして仮足して５　％
　Ｓｔのケイ素晶出個数を計算すると、立方体の一辺が
５μｍで３５００個、１０μｍで４３０個、２０１１ｒ
ｎで５０個、３０μｍで１５個、４０μｍで６個となる
。

上述の圧接前の高温熱処理により５ミクロン以上の粗粒
子の５ミクロン未満の微細粒子に対する割合が高められ
る。そして、例えば５〜１０ミクロン粗粒ケイ累の割合
を高めるために３５０〜４５０℃の圧接前高温熱処理を
利用することができるＯ 本発明のスズ含有アルミニウム合金のケイ素含肩量のｇ
＃Ｌ四内で、しかも５ないし４０ミクロンの粒子寸法の
範囲内でよ多粗大ケイ素粒子を４！Ｆ足個数析出させる
ことができる。この好ましい例は、次のとおシである。

（（）ｘＯミクロンを越えるケイ素粒子５個以上・（→
　１７ミクロンを越えるケイ素粒子２個以上、Ｇ−１３
０ミクロンを越えるケイ素粒子１個以上。

次に本発明による粗大ケイ素粒子の形態について説明す
る・一般に圧延されたスズ含有アルミニウム合金中のケ
イ素粒子は針状を呈し、圧延方向に長手方向が一致して
いる場合が多いが、本発明の高温熱処理を介挿させると
ケイ素粒子は比較的圧延直交方向の巾が大きくなシ扁平
又は塊状となる。このケイ素粒子は軸受の水平面、すな
わち相手材軸と接する面で見たときに扁平又は塊状を呈
する。好ましい形状は水平面及び垂直面で見て塊状であ
る。そして、５ミクロン以上のケイ素粒子は殆んどが塊
状であシ、扁平形状が少なく、針状は所定面積では殆ん
どない。このような塊状形状が軸支持作用及び特殊なじ
み作用上極めて有効である。

さらに、スズ含有アルきニウム系合金の組織観原は機械
加工により変質した最表面を除き上配水千面で行ないケ
イ素粒子の寸法を測定するものとする。該合金中にはケ
イ素粒子の他にクロムの金属間化合物、スズ粒子その他
の粒子（相）が存在しているが、これからケイ素粒子を
識別するためには、金属彫微鏡で見たときにスズ、クロ
ムは灰色、ケイ素粒子はエツチング法の如何を問わず灰
へ（濃灰色）を呈することに依れば良い。

以下、本発明を実施例により説明する。これらの実施例
においては特に断わらない限シ、軸受又は軸受合金の製
造方法は次のとうシであった。

所足組成のアルミニウム合金を連続餉造により厚さ１５
鰭の板とし、鋳造板をビーリングした後連続的に６−の
板厚に冷間圧延した。次に中間焼ｉ＋ｌｉ　（３５０℃
）ｙｋ行ない、続く冷間圧延によりアルミニウム合金薄
板を得た。続いて３５０〜５５０℃の範囲で所望の大き
さのケイ素粒子を得るように高温熱処理し、続いてアル
ミニウム合金薄板を１００℃に予熱し同様に予熱しｉｉ
金鉄根に圧接しそして３５０℃で圧接のための焼鈍を行
ない軸受を完成した。軸受台金自体の性能を試験する場
合には圧接以降の工程を省略した。

実施例１ 第１我は供試材アルミニウム合金の組成及びケイ素粒子
分布を示している。表中及び以下特に断わらない限り、
ケイ素粒子の個数は３．５６　Ｘ　１０”−２ｍ”　当
りの個数を指す。なお供試材Ｂ１以降の２〜５ミクロン
のケイ素粒子個数は測定していない。

以下余白 第　　１　　表 アルミニウム合金供試材組成及びケイ素粒子分布第２衣
の供試材を以下の条件による焼付荷重測定に付した。こ
こでは低粘度潤滑油を用い荷酷な条件とした。

〕１１と テスターニージャーナル型焼付試験機 条　　件：相手材軸−ＦＣＤフ０ 潤滑油種−８ＡＥ５Ｗ−３０ 軸嵌面粗さ−０，４〜０．６μｍＲｚ 潤滑油温−１６０±２．５℃ 軸回転数−１００Ｏｒｐｍ 軸　　径−５２■ 軸硬度−Ｈマ２００−３００ ｒｅ　　＊　−５０ｋｆｌ／ｃｍ”７３０　ｍｉｎ間隔
で同量増加 軸受粗さ−１〜１．８μｍＲｚ 軸受径−５２ｍ 焼付荷重測定結果を第１図に示す。第１図において横軸
は供試材の最大寸法ケイ素粒子の個数である。供試材は
、第１Ｘｐ、の五つの範囲の最大粒子寸法によｆｉＡか
らＥまでの五つの群に分けられ毛第１図に示されている
。この図よシ分かる焼付向ｔＦｉｅ大寸法ケイ素粒子に
より左右ちれ、より小さい寸法のケイ素粒子の個数にｔ
よ殆んど影曽嘔れないとの事実よシ、本発明では最低５
ミクロ／のケイ素粒子が５個以上あることに限定したも
のであるＯ 実施例２ 第２表（１）に示す供試材について焼付向基（条例Ａ）
、疲労強直及び８粍量を゛測定した。疲労強阪の測定条
件は次のとうりであった。

条件Ｂ テスター：交番荷重試験機 条　　件：相手材軸−８５５Ｃ 鉤滑油種−８ＡＥＩＯＷ−３０ 軸表面粗さ−０，８μｍＲｚ 潤滑油温−１４０±２．５℃ 潤滑油圧−５ゆ／、！ 軸回転数−３ＱＯＯｒｐｍ 軸　　径−５２φ 軸硬度−Ｈｖ　５００〜６００ 軸回転回数−１Ｏテ回 軸受粗さ−１〜１．８μｍＲｚ 軸受径　−５２Ｘ２０ｍ 測定結果を第２表（２）に示す、これより、本発明によ
ると耐焼付性及び耐摩耗性が向上し、また耐疲労性は粗
大ケイ素粒子が多くとも低下が目立たないことが分かる
。

摩耗量の一１定条件は次のとうシであった。

条件Ｇ テスター：混合潤滑試験機 条　　袢：相手材軸　−ＦＣＤ７０ 軸表面粗さ−０，８〜０．９μｍＲｚ 潤滑油種　−流動ノ臂ラフイン 軸回転数　−１０Ｏｒｐｍ 軸　　径　−４０φ（、、） 軸硬夏　−Ｈマク００〜３００ 荷　　宜　−５０に＃ ディト時間−５Ｈｒ■ 第２表　（２） 実施例３ ケイ素含有量が８優の供試材について実施例２と同様な
実験を行なったところ、第３表（１）及び（２）に示す
ように同様な結果が得られた。

第３表（２） 試験結果 実施例４ ケイ紫含有量が１１％の供試材につき実施例２と同様に
実験を行なり几結果を第４表（１）＆び（２）に示す。

この結果は実施例２とはは同様である。

第４表（２） 以下金白 実施例５ 第５表に示す供試材の如くケイ素粒子分布を一定にし、
ケイ素含有量を変化させた場合の焼付荷重を測定した結
果（条件Ａ）を第２図に示し、また疲労強度を測定した
結果（条件Ｂ）を第３図に第２図より、ケイ素含有量が
約６％において焼付荷重が極大に麦ることか分かる。既
述のように、本発明の耐焼付性線、特殊なじみ性及び軸
支持作用をケイ素粒子が発揮することによりもたらされ
る。この実施例では、５ミクロン以上のケイ素粒子の分
布を一定にしたので特殊なじみ性の耐焼付性への寄与は
ケイ素含有量にかかわらず一定と考えられる。しかしな
がら、焼付荷重すなわち耐焼付性は約６−で極大となる
・これは５ミクロン未満の微細粒子の作用が約６１１で
最も顕著になシ、粗大ケイ素粒子を強固にアルミニウム
マトリ、クスによシ保持するためである。一方、約６−
を越えるとアルミニウムマトリ、クスが特に動的挙動の
信頼性を欠き、疲労現象４顕著になるので、アルミニウ
ムマトリックスの強度低下の面から、合金全体の耐焼付
性が低下する。

第３図よシ、ケイ素含有量が５−を越えると疲労強度が
低下していることが分かる。これも上記微細粒子による
ものと考えられる。

実施例６ 鉛等、鋼等及びクロムの添加元素の種類及び量を変化畜
せた供試材につき、焼付荷重、疲労強度及び摩耗量を測
定した結果を第＠　ｌ！（１）　、　（２）−第８表（
１）　、　（２）　Ｋ示すＯこれらの表よシ、本発明の
粗大゛ケイ素粒子制御によシ各種添加元素含有アル（ニ
ウム合金について優れた軸受性能が得られることが分か
る。

以下余白 第６表（２） 試験結果 第７１！　（２） 試験結果 第　８　表　（２） 試験結果 以下余白 実施例７ 第１表の供試材を用いて以下に述べる実験を行なった・ （１）摩耗試験（案件Ｇ） 摩耗試験の結果を示す第４図よシ、スズ含有アルミニウ
ム合金の耐摩耗性は第一に、ケイ素粒子の量大寸法（す
なわちＡからＥ群までの何れか）及び、第二に最大寸法
粒子個数によりて決まることが分かる・ （２）潤滑油油温の影響 Ｃ２の供試材につき条件人において８０℃及び１４０℃
の油温にて焼付荷重を測定した。比較材として２０＊５
ｎ−１％Ｃｕ−Ａ４合金を供試材（ＣＯＭＰ　）として
同様の測定を行なった。この粕釆を第５図に示す。比較
材と本発明の材料では高温下の焼付荷重に極端な差があ
ることが分かる。

（３）油温１４０℃における相手材（鍛造軸及び球状黒
鉛鋳鉄）の影響 Ｃ２の供試材及び２０％５ｎ−１％Ｃｕ−Ａｔ合金を比
較供試材とし、条件Ａ（但し油温１４０℃）にて焼付荷
重を測定した結果を第６図に示す・本発明と比較例の供
試材では相手材が鍛造材の場合には焼付荷重に差はない
が、球状黒鉛鋳鉄（ＤＣＩ　）でけ極端な差が現われる
。

（４）焼付荷重のばらつき Ｃ２の供試材及び比較材として、２Ｏ−８ｎ＋１％Ｃｕ
−Ａｔ及び８＊８１＋１＊Ｃｕ−Ａｔ（但しケイ素粒子
の寸法は５ミクロン未満）を用い、それぞれ３個の供試
材につき条件Ａで焼付荷重を測定した。この結果を第７
図に示す、第７図よＬ本発明ＯＣ２の材料は焼付荷重が
高く且つばらつきが少ないことが分かる。

（５）耐摩耗性 Ｃ２の供試材につき以下の条件にて摩耗蓋を測定した。

条件Ｃ テスター：混合潤滑試験機 条　　件：相手材軸　−ＦＣＤ　７０ 軸表面粗さ−０，８〜０．９　ＪｉｍＲｓ潤滑油種　−
流動パラフィン 軸回転数　−１０Ｏｒｐｍ 軸　　径　−４０φ（、、） 軸硬度−Ｈｖ２００〜３００ 荷　　重　−２５ｋｇ 創建結果を第８図に示す。

比較のためにケイ素を含有しない２０チ８ｎ−１％　Ｃ
’ｕ　−Ａｔ合金−ＣＯＭＰ　（１）−及び８％５ｉ−
１％Ｃｕ−ＡＬ合金−ＣＯＭＰ（２）−の摩耗量を条件
Ｃによシ創建結果を示す第８図よ）、比較材は時間とと
もに摩耗が進行するが本発明材料は約２時間後にはほと
んど摩耗量が増大していない、このような差異にってて
発明者は次のように考える。比較材（ＩＪ　、　（２）
では主として軟質のスズ相が相手材軸により削シとられ
ることによシ・絶えず比較材は単軌している。比較材（
２ンのケイ素粒子は５ミクロン未満であり、その耐摩耗
性に目立つｔｌどの寄与をせず、また軟質金属が少なく
１アルミニウムマトリツクスが脆くなっているところか
らその消耗が多いと考えられる。−万本発明材料では軸
受表面に存在している粗大ケイ素粒子が摺動初期の段階
で相手軸の表面粗さの突出部及び表面に存在する球状黒
鉛周辺のパリ等の工、ジ部を摩耗させ（削シ取り）、軸
を軸受にとってよシ良い摺動状態となる軸底面に変化さ
せることによシ、流体潤滑に近い状態とし、軸・軸受の
直接接触を妨げておシ、これが軸受の摩耗進行を停止さ
せているものと想足している。

実施例８ １５％Ｓｎ　、　３＊Ｐｂ　、　０．５％Ｃｕ　、　０
．４ＴｏＣｒをｔＶＬｌさらにケイ素含有蓋を変化させ
たアルミニウム合金比較材を圧接前０３５０℃で焼鈍し
た他は本発明の供試材と同様の製造によυ軸受を製造し
た６条件人で測足した焼付荷重を第９図に示す、第９図
を９２図と比較すると本発明の高温処理よシケイ素粒子
寸法を制御した供試材は高い耐焼付性を示すことが理解
される。

上記比較材と本発明の供試材２９〜３６（第６懺）の条
件Ｇで測足した摩耗量を第１０図に示す。

この図面よシ、本発明による高温熱処理を行ないケイ素
粒子寸法の制御を行うと（２９〜３６）スズ含有アルミ
ニウム合金の耐摩耗性が著しく向上することが分かる。

実施例９ ８＊Ｓｉ　、　１５９６Ｓｎ　、３＊Ｐｂ　、　０．５
９６Ｃｕ、及び０．４％Ｃｒを含有するアルミニウム合
金の圧接前焼鈍温度を以下のように変化させた場合の水
平面顕微鏡組織スケ、チ図それぞれ次の図面に示す２７
０℃（比較例低温熱処理）　　　第１１図５００℃加熱
後徐冷（高温熱処理）　第１２図これよυ本発明の高温
熱処理はケイ素粒子を塊状に袈えることが分かる。

【図面の簡単な説明】

第１図は焼付荷重と最大寸法ケイ素粒子の個数の関係を
示すグラフ、 第２図は焼付荷重とケイ素含有蓋の関係を示すグラフ、 第３図Ｆｉ彼方強度とケイ素含有蓋の関係を丞すグラフ
、 第４図は摩耗量と最大寸法ケイ素粒子の関係を示すグラ
フ、 第５図は焼付荷重と潤滑油温の関係を示すグラフ、 第６図は相手材軸の種類による焼付荷重変化を示す図、 第７図は焼付荷重のばらつきを示すグラフ、第８図は摩
耗量の時間変化を示すグラフ、第９図は焼付荷重とケイ
票含有量の関係を示すグラフ、 第１０１ｇは摩耗量とケイ素含有の関係を示すグラフ、 第１１図及び第１２図は供試材アルミニウム合金の顕微
鏡組織スケ、チ図である。 図面中ＣＯＭＰは比較材、その他の数字及び符号は供試
材の番号を指す。 第１図 最大寸法ケイ素粒子個数 第２図 ケイ素含有量（重量’／、） 第３図 ケイ素含有量　（重量０ム） 第４図 第５図 油温（０Ｃ） 第６図 第７図 第８図 試験時間（Ｈｏｕｒ！？） 第９図 ケイ素含有量（重量’／、　） 第１０図 ０　　　２　　　４　　　６　　　８　　　１０　　１
２ケイ素含有量（重量＠１０）→ 第１１図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、重量百分率でＩｎいし３５−のスズ及び５ないし１
   １％のケイ素を含有し、残部が実質的にアルミニウムか
   らなる合金が裏金に接着されておシ、該アルミ二ヴー五
   合金中のケイ素粒子の長径で測定したケイ素粒子の寸法
   が５ミクロン以上且つ４０ミクロン以下の該ケイ素粒子
   が該合金の任意の部分で３．５６ＸＩＯ■雪りシ５個以
   上存在しており、且つオーバレイなしで使用可能なアル
   ミニウム系合金軸受。 ２、ケイ素粒子の寸法がｌθミクロン以上且つ４０ミク
   ロン以下の粒子が該合金の任意の部分で３．５６Ｘ１０
   　　■３当シ５個以上存在している特許請求の範囲第１
   項記載のアルミニウム系軸受合金。 ３、スズの含有量が３ないし２０チ、ケイ素の含有量が
   ５ないし９％である特許請求の範囲第１項又は第２項記
   載のアルミニウム系合金軸受。 ４、軸受相手材の軸が球状黒鉛鋳鉄又は片状黒鉛鋳鉄で
   ある特許請求の範囲第１項ないし＃！３項の１項に記載
   のアルミニウム系合金軸受。 ５．５ミクロンないし４０ミクロンの粒子寸法をもつ前
   記ケイ素粒子が、水平面、すなわち相手材軸受と接する
   面と平行面で見て、好ましくは水平面及びこれに垂直な
   面で見て、塊状である特許請求の範囲第４項記載のアル
   ミニウム系合金軸受。 ６、重量百分率で１ないし３５チのスズ、０．１ないし
   ｌＯ−の鉛、カドミウム、インジウム、タリウム及びビ
   スマスからなる群より選択された少なくとも１ｍ、５な
   いし１１ｔｓのケイ素をｔ有し残部が実質的にアル１＝
   ウムからなる合金が裏金に接着されており、該アルミニ
   ウム合金中のケイ素の長径で測定した寸法が５ミクロン
   以上且つ４０電クロン以下の該ケイ素粒子が該合金の任
   意の部分で３．５６Ｘ１０　　■！当クシ５個以上存在
   ておシ、且つオーバレイなしで使用可能なアルミニウム
   系合金軸受。 ７、重量百分率で１ないし３５チのスズ、０．１ないし
   ２−の銅及びマグネシウムからなる群よシ選択された少
   なくとも１種及び５ないし１１％のケイ素を′＃有し・
   残部が実質的にアルミニウムからなる合金が裏金に接着
   されておシ、該アルミニウム合金中のケイ素粒子の長径
   で測定した寸法が５ミクロン以上且つ・４０ミクロン以
   下の該ケイ素粒子が該合金の任意の部分で３．５６Ｘ１
   ０−２ｍ”当＃）５個以上存在しておシー且つオーバレ
   イナシで使用可能なアルミニウム系合金軸受。 ８、重量百分率で１ないし３５％のスズ、０．１ないし
   ｌ０ｑｂの鉛、カドミウム、インジウム、タリウム及び
   ビスマスからなる群よシ選択された少なくともｌｆｉ、
   ０．１ないし２チの銅及びマグネシウムからなる群よシ
   選択された少なくとも１棟、及び５ないし１１チのケイ
   素を含有し、残部が実質的にアルミニウムからなる合金
   が裏金に接着されており、該アルミニウム合金中のケイ
   素粒子の長径で測定した寸法が５ミクロン以上且つ４０
   ミクロン以下の該ケイ素粒子が該合金の任意の部分で３
   ．５６　Ｘ　Ｉ　Ｏ−’−当り５個以上存在しておシ、
   且つオーバレイなしで使用可能なアルミニウム系合金軸
   受。 素を含有し、残部が実質的にアルミニウムからなる合金
   が裏金に接着されておシ、該アルミニウム合金中のケイ
   素粒子の長径で測定した寸法が５ミクロン以上且つ４０
   ミクロン以下の該ケイ素粒子が該合金の任意の部分で３
   ．５６Ｘ１０　　■３当シ５個以上存在しておム且つオ
   ーバレイなしで使用可能なアルミニウム系合金軸受。 ドミウム、インジウム、タリウム及びビスマスからなる
   群よシ選択された少なくとも１種、及び５ないし１１％
   のケイ素を含有し、残部が実質的にアルミニウムからな
   る合金が裏金に接着されておシ、該アル１＝ウム合金中
   のケイ素粒子の長径で測定した寸法が５ミクロン以上且
   つ４０ミクロン以下の該ケイ素粒子が該合金の任意の部
   分で３５６Ｘ１０ｍ＋”当り５個以上存在しており、且
   つオーバレイなしで使用可能なアルミニウム系合金軸受
   Ｏ グネシウムからなる群よシ選択された少なくとも１種、
   及び５ないし１１チのケイ素を含有し、残部が実質的に
   アルミニウムからなる合金が裏金に接着でれており、該
   アルミニウム合金中のケイ素粒子の長径で測定した寸法
   が５ミクロン以上且つ４０ミクロン以下の該ケイ素粒子
   が該合金の任意の部分で３．５６Ｘ１０　　ｍ”当９５
   個以上存在しておシ、且つオーバレイなしで使用可能な
   アルミニウム系合金軸受。 ドミウム、インジウム、タリウム及びビスマスからなる
   群よシ選択された少なくとも１ｍ、０゜１ないし２チの
   銅及びマグネシウムからなる群よシ選択された少なくと
   も１種、及び５ないし１１’％のケイ素を含有し、残部
   が実質的にアルミニウムからなる合金が裏金に接着され
   ておシ、該アルミニウム合金中のケイ素粒子の長径で測
   定した寸法が５ミクロン以上且つ４０ミクロン以下の該
   ケイ素粒子が該合金の任意の部分で３．５６Ｘ１０　　
   ■３当シ５個以上存在してお帆且つオーバレイなしで使
   用可能なアルミニウム系合金軸受。