JPS6238417B2

JPS6238417B2 -

Info

Publication number: JPS6238417B2
Application number: JP59030797A
Authority: JP
Inventors: Shinji Kato
Original assignee: Toyota Motor Corp
Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 1984-02-20
Filing date: 1984-02-20
Publication date: 1987-08-18
Also published as: JPS60174842A

Description

【発明の詳細な説明】

（産業上の利用分野）本発明はターボチヤージヤ（turbocharger）に
使用するフローテイングベアリング
（floatingbearing）材に関するものである。（従来技術）内燃機関に装着されるターボチヤージヤの軸受
部等に使用されるフローテイングベアリングは、
内燃機関の運転停止直後にタービンからの熱伝導
により300℃前後の高温になる為、ベアリング表
面に付着している潤滑油のエンジンオイルはその
耐熱温度以上加熱される。その結果例えば以下の
ような問題が生ずる。すなわち、 (1) エンジンオイル中に腐食性の酸性物質が生
じ、これにより例えばベアリング中に含まれる
鉛が選択的に腐食され、ベアリングの摩耗が大
きくなる。 (2) エンジンオイルが劣化し、ベアリングに潤滑
油を供給するための油穴内にデポジツト
（deposit、沈殿物）を形成し油穴を閉塞するた
め油膜切れを起し、潤滑不良によりベアリング
の摩耗が大きくなる。 (3) 上記において形成したデポジツトの剥離片あ
るいは、エンジン本体やターボチヤージヤの油
穴の洗浄不良により表面に付着して残つた金属
の切り粉等との摩擦によりベアリングの摩耗が
大きくなる。ベアリングの摩耗が大きくなるとタービンホイ
ール（turbine wheel）の回転軸の偏芯が大きく
なるため、タービンホイールとタービンハウジン
グ（turbinehousing）とが干渉し異音を発生する
とか、タービンホイールが破損する等の不具合を
生ずる。従来はターボチヤージヤのフローテングベアリ
ング用の材料としては銅、錫、鉛を主成分とする
鉛青銅（例えばLBC3，LBC4，LBC5）が主とし
て使用されているが、耐摩耗性及び潤滑停止後の
耐焼付性の点で充分満足できるものではなかつ
た。（発明の目的）本発明は上記従来技術における問題点を解決す
るためのものであり、その目的とするところは従
来の鉛青銅製のターボチヤージヤ用ベアリング材
よりも耐摩耗性及び耐焼付性に優れたターボチヤ
ージヤ用ベアリング材を提出することにある。（発明の構成）すなわち本発明のターボチヤージヤ用ベアリン
グ材は、重量比で銅55ないし65％、亜鉛25ないし
35％、アルミニウム２ないし６％を含み更にニツ
ケル0.2ないし３％、鉄0.5ないし４％、チタン１
ないし2.5％、鉛２ないし10％、マンガン２ない
し４％、ケイ素0.5ないし２％、ジルコニウム0.5
ないし２％のうちの少なくとも一種ないし五種及
び残部の不純物を含む合金成分よりなり、表面に
最大長さが５ないし30μでビツカース硬さ400以
上の金属間化合物粒子を面積率３ないし15％晶出
させたことを特徴とする。好ましい組成のベアリ
ング材としては重量比で銅55ないし65％、亜鉛25
ないし35％、アルミニウム２ないし６％を含んだ
基材に、更に鉄２ないし４％、チタン1.5ないし
2.5％を添加するか、更に上記成分に加えて鉛２
ないし10％を添加した合金が挙げられる。別の好ましい組成のベアリング材としては重量
比で銅55ないし65％、亜鉛25ないし35％、アルミ
ニウム２ないし６％を含んだ基材に、更にニツケ
ル0.2ないし３％、チタン１ないし２％を添加し
た合金が挙げられる。更に別の好ましい組成のベアリング材としては
重量比で銅55ないし65％、亜鉛25ないし35％、ア
ルミニウム２ないし６％を含んだ基材に、更にニ
ツケル0.2ないし３％、マンガン２ないし４％、
ケイ素0.5ないし２％を添加した合金が挙げられ
る。更に別の好ましい組成のベアリング材としては
重量比で銅55ないし65％、亜鉛25ないし35％、ア
ルミニウム２ないし６％を含んだ基材に、更にニ
ツケル0.2ないし３％、鉄0.5ないし２％、ケイ素
0.5ないし２％、ジルコニウム0.5ないし２％を添
加するか、更に上記成分に加えて鉛２ないし10％
を添加した合金が挙げられる。本発明のベアリング材はニツケル、鉄、チタ
ン、亜鉛、マンガン、ケイ素等を所定量含むた
め、これらの成分よりなる硬い金属間化合物が生
じるが、該金属間化合物は、注湯温度1000℃以上
で鋳込み、凝固開始温度を900〜950℃とし、平均
冷却速度約100℃／分にて室温まで冷却すること
により母材合金中に針状もしくは塊状に析出させ
ることができる。この金属間化合物はビツカース
硬さ（Hv）が400以上であり、均一な合金層のビ
ツカース硬さ160ないし230よりも遥かに大きいた
め耐摩耗性が優れており、母材合金中に適当な大
きさ（最大長さ）を有するものを均一に分散させ
ることにより母材合金の耐摩耗性を向上させるこ
とができる。最大長さとしては約５ないし約30
μ、特に15μ程度のものが好ましい。又、金属間
化合物の晶出する面積率３ないし15％が好まし
い。したがつて、この合金を用いれば耐摩耗性に
優れたベアリングを得ることができる。又、本発明のベアリング材の特徴を利用してベ
アリングの耐摩耗性を更に向上させることができ
る。すなわち、所望形状例えば円筒状に形成した
ベアリング材の摺動面を研摩した後、該摺動面を
適当なエツチング剤例えば各種の酸や塩類を用い
て食刻すると、鉄やチタン等の金属間化合物粒子
は腐食され難いので上記摺動面上に露出して残
る。このため摺動面は連続又は断続した凹所を有
する構造となり、ここに潤滑油を充填して油だま
りとすることにより潤滑性が増すので耐摩耗性が
向上する。特に始動時の初期スカツフ（scuff、
すり減り）を減少させることができる。凹所の深
さすなわち金属間粒子の露出高さは、あまり大き
いと金属間粒子の剥離を生じ、あまり小さいと充
分な潤滑効果を得られないため、約0.5μないし
約５μ、好ましくは約１μないし約３μとすると
よい。又、上記と同様の効果を得るための別の方法と
しては円筒状に成形したベアリング材の内周側面
及び外周側面に、円周方向に沿つて所定間隔で条
痕状の溝を配設してもよい。更に表面等を精密加
工して最終製品のベアリングとしたとき、この溝
はエンジンオイル等の潤滑油を溜めておく保油効
果ばかりでなく、ベアリング摺動面をその軸方向
に沿つて分断しているので、例えば個々の分断さ
れた摺動面上にエンジンオイルの劣化によるスラ
ツジが生成しても付着面積が小さいため付着力を
弱める。このためベアリングの回転によりスラツ
ジは容易に破断されるので摺動面に固着する等の
不具合はなくなる。又、本発明のベアリング材の
場合摺動面上に硬い金属間化合物粒子が露出して
いるので、これもスラツジをかき落すのに有効で
あり、溝の効果と合わせて極めてスラツジが生成
し難いものとなる。更に溝を配設することによ
り、ターボチヤージヤ可動時にベアリングの軸方
向に流れるエンジンオイルの流量が増大するた
め、潤滑及び冷却効果が増し、ベアリング温度の
上昇を押えるので、スラツジの生成やベアリング
の摩耗を低減させることができる。エツチングに
よる摺動面の食刻と溝の配設を併用すれば更に効
果的である。円筒状ベアリングの大きさすなわち円筒の高
さ、内径、外径はターボチヤージヤに合わせて最
適に選択する。円筒側面の一部に変形の防止、冷
却効率の増大、エンジンオイルの供給等の目的で
所望の大きさ、形状を有する孔を開けてもよい。溝の断面形状は種々の形例えばＶ字形、Ｕ字
形、長方形、半円形とすることができる。又、溝
の間隔、幅、深さもベアリングの強度やエンジン
オイル保持量、加工性等を考慮して最適に選択す
るが、通常の目的に使用するターボチヤージヤ用
ベアリングに対しては溝の間隔は約１mmないし約
５mm、幅は約0.5mmないし３mm、深さは約0.5mmな
いし約３mm程度とするのがよい。（実施例）以下の実施例において本発明を更に詳細に説明
する。なお本発明は下記実施例に限定されるもの
ではない。実施例１：亜鉛（Zn）32.0重量％、アルミニウム（Al）
5.7重量％、鉄（Fe）3.0重量％、チタン（Ti）
2.2重量％及び残部銅（Cu）の割合で原料を配合
して溶融炉内に投入し、1150℃で溶解し、注湯温
度1000℃で鋳込み、水冷により平均冷却速度100
℃／分で室温まで冷却してターボチヤージヤ用ベ
アリング材１を得た。このとき凝固開始温度は
950℃であつた。実施例２〜７表に示した成分割合で原料を配合し、実施例１
と同様の方法によりベアリング材２ないし７を得
た。上記実施例１ないし７で得た本発明のターボチ
ヤージヤ用ベアリング材料及び比較のための従来
の材料の化学成分及びこれらを用いて製造したベ
アリングの耐摩耗性、焼付発生時間（耐焼付性）
をまとめて表に示す。表に示す耐摩耗性はLFW
―１摩耗試験機での比較的低回転・低荷重での各
種ベアリング材料の摩耗深さで示しており、値の
小さなものほど優れている。又、表に示す耐焼付
性は、ターボチヤージヤ用ベアリング特有の問題
である潤滑不良の状態を想定し、機械試験所型摩
擦摩耗試験機にて潤滑下の低荷重・高回転でのな
らし運転の状態より潤滑を停止し、それ以後の焼
付発生までの時間を示しており、長いものほど優
れている。

【表】

【表】表より明らかなように、本発明のベアリング材
は従来の鉛青銅に比べて摩耗深さが非常に小さ
く、耐摩耗性が著しく向上している。又、焼付発
生時間も長くなつており耐焼付性も向上してい
る。本発明のベアリング材の耐摩耗性が優れてい
る理由は硬い金属間化合物粒子が母材中に晶出し
ているからであり、同様な組織を有している材料
としては表中のA390に代表される高シリコンア
ルミニウム合金がある。しかしこの合金は耐摩耗
性は優れているが潤滑不足の状態での耐焼付性は
低い。これは、母材がアルミニウム（Al）であ
るため耐熱温度が低く、潤滑不良による摩擦面の
温度上昇により塑性流動しやすくなるためであ
る。本発明材が優れているのは母材が銅（Cu）
であるため耐熱温度がアルミニウムに比べて高
く、塑性流動しにくいためである。従来の鉛青銅
であるLBC3，４，５が耐焼付性に優れているの
は比較材PBPと比べると判るように鉛（Pb）を
含むためであり、合金組織中に含まれる鉛が摩擦
熱によつて溶出し潤滑効果を示すためである。し
かし、耐摩耗性は本発明材のように硬い金属間化
合物粒子が合金組織中に晶出していないため劣つ
ている。本発明材においても鉛を添加することに
より上記と同様の効果が生じ、耐焼付性は更に向
上する。第１図は本発明のターボチヤージヤ用ベアリン
グ材の表面の研摩後及びエツチング後の一部拡大
断面図である。円筒状に成形したベアリング材の
摺動面を研摩後更に、塩化ナトリウム105ｇ／
、塩化アンモニウム30ｇ／を含む水溶液を用
いて常温で数分間エツチングを行い、母材１の表
面上に金属間化合物粒子２を表面より１ないし３
μ露出させた。第２図は摺動面に溝を配設した本発明のターボ
チヤージヤ用ベアリング材を用いて製造したベア
リングの一実施例の断面図である。ターボチヤー
ジヤ用ベアリング３は内径10mm外径16mm、高さ９
mmの円筒状であり、その軸方向中央部に６個の孔
４を有する。又、内周側面及び外周側面には円周
方向に沿つて３mm間隔で幅１mm、深さ１mmの断面
がＶ字形の溝５を有する。このような条痕状の溝
５を設けると接触面積が低下する為、単位面積当
りの圧力（面圧）が大きくなり、従来の材料で製
造したベアリングでは摩耗が増大し問題となる
が、本発明のベアリング材は耐摩耗性が優れてい
るために面圧が大きくなつても摩耗がほとんど増
大せず問題はない。第３図は第２図の一点鎖線で囲んだ部分の拡
大断面図である。（発明の効果）上述のように、本発明のターボチヤージヤ用ベ
アリング材は母材合金よりも遥かに硬度の大きな
適切な平均粒径を有する金属間化合物粒子が表面
に露出しているため従来の鉛青銅等のターボチヤ
ージヤ用ベアリング材に比べて耐摩耗性及び耐焼
付性が向上し、ターボチヤージヤの信頼性及び品
質向上に大きな効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のターボチヤージヤ用ベアリン
グ材の表面の研摩後及びエツチング後の一部拡大
断面図、第２図は摺動面に溝を配設した本発明の
ターボチヤージヤ用ベアリング材を用いて製造し
たベアリングの一実施例の断面図、第３図は第２
図の一点鎖線で囲んだ部分の拡大断面図であ
る。図中、１……母材、２……金属間化合物粒子、
３……ターボチヤージヤ用ベアリング、４……
孔、５……溝。

Claims

【特許請求の範囲】１重量比で銅55ないし65％、亜鉛25ないし35
％、アルミニウム２ないし６％を含み、更にニツ
ケル0.2ないし３％、鉄0.5ないし４％、チタン１
ないし2.5％、鉛２ないし10％、マンガン２ない
し４％、ケイ素0.5ないし２％、ジルコニウム0.5
ないし２％のうちの少なくとも一種ないし五種及
び残部の不純物を含む合金成分よりなり、表面に
最大長さが５ないし30μでビツカース硬さ400以
上の金属間化合物粒子を面積率で３ないし15％晶
出させたことを特徴とするターボチヤージヤ用ベ
アリング材。２金属間化合物粒子を表面上に所定高さ露出さ
せたことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載
のターボチヤージヤ用ベアリング材。