JP2000160269A - 軸受材料 - Google Patents

軸受材料

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JP2000160269A JP11301899A JP30189999A JP2000160269A JP 2000160269 A JP2000160269 A JP 2000160269A JP 11301899 A JP11301899 A JP 11301899A JP 30189999 A JP30189999 A JP 30189999A JP 2000160269 A JP2000160269 A JP 2000160269A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 すべり軸受用のすべり軸受材料として用いら
れる鉛を含有しない材料、および鉛を含有しないすべり
軸受材料が被覆されたすべり軸受を提供すること。 【解決手段】 スズを主成分として含み、さらにニッケ
ル、コバルトおよび鉄からなる群から選択される一種の
金属を１ｗｔ％〜５ｗｔ％含み、軸受のすべり面として
用いられる材料、およびその材料からなるすべり面を有
する軸受を提供する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明はすべり軸受に用いら
れる軸受材料に関し、さらに詳細には、特に限定はしな
いが、軸受合金からなる別の厚い層の表面に堆積される
いわゆるオ−バレイ合金層に関する。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関のクランクシャフトのコネクテ
ィングロッドを支持するための半割軸受胴および主軸受
として用いられるすべり軸受は、例えば、少なくとも３
つの異なった層から構成されている。これらの層は、鋼
のような強靱な支持材料からなる第１層と、軸受合金と
して、例えば銅−鉛基合金またはアルミニウム−スズ基
合金を有する、裏張り層としての第１層に接合された第
２層、および軸受になじみ易さや塵埃埋込性のような特
性を付与するいわゆるオ−バレイ合金からなる、一般的
に第２層よりも柔らかく、より薄い第３層から構成され
ている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】公知のオ−バレイ合金
系の多くは、例えば、鉛−インジウム、鉛−スズ、また
は鉛−スズ−銅の形態で多量の鉛を含んでいる。しか
し、将来のいつか、環境に関する法令によって、オ−バ
レイ合金への鉛の含有が容認されなくなる可能性があ
る。オ−バレイ合金への鉛の含有は以下に述べる２つの
問題を含んでいる。第１の問題は、電解液からオ−バレ
イ合金を構成する元素を電解析出させる結果として生じ
る鉛を含有する廃液および残滓の扱いであり、第２の問
題は、車両が廃物となったときに環境に害悪をもたらす
鉛を含有する軸受自身の扱いである。
【０００４】スズのみからなる被膜が、すべり軸受の表
面へのいわゆる犠牲被膜として従来から用いられてい
る。この被膜は、磨耗によって除去されてすべり軸受の
表面になじみ面を生成するために設けられ、非常に薄
く、具体的には約２μｍから３μｍの厚みに形成され
る。しかし、このようなスズ膜からなる犠牲被膜は、エ
ンジンの寿命を決定する構成要素の１つとして長期にわ
たって存続する前述したような従来のオ−バレイ被膜の
上に堆積されるにすぎない。
【０００５】スズ−ニッケル電解析出物は、クロム被膜
に代わる装飾被膜として、この数十年間、主に用いられ
てきている。この析出物は、ニッケルとクロムの中間の
硬さと良好な耐酸化性を有している。一般的に、この析
出物からなるスズ−ニッケル被膜は、主として金属間化
合物Ｎｉ3Ｓｎ4の形態で３０ｗｔ％から３５ｗｔ％のニ
ッケルを含んでいる。
【０００６】本発明の目的は、すべり軸受用にすべり軸
受材料として用いられる、鉛を含有しない材料を提供す
ることにある。また、本発明の他の目的は、鉛を含有し
ないすべり軸受材料が被覆されたすべり軸受を提供する
ことにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の第１態様による
軸受のすべり面として用いられる材料は、スズを主成分
として含み、さらにニッケル、コバルトおよび鉄からな
る群から選択される一種の金属を１ｗｔ％〜５ｗｔ％含
んでいる。
【０００８】なお、以下の説明において、特定の金属間
化合物および特定の例を除いて、ニッケル、コバルトお
よび鉄からなる群から選択される一種の金属としてニッ
ケルを一例として挙げている。従って、以下の説明にお
ける「ニッケル」は、「コバルト」または「鉄」と置き
換えることが可能である。
【０００９】上記のニッケル含有量は、１．５ｗｔ％か
ら３．５ｗｔ％の範囲にあるのが好ましい。
【００１０】上記のニッケル含有量は、２ｗｔ％から３
ｗｔ％の範囲にあるのがさらに好ましい。
【００１１】ニッケルの含有量が１ｗｔ％未満の場合、
ニッケルの合金材料を強化する効果が不十分であり、十
分な耐疲労性および／または耐磨耗性を合金材料に付与
することができない。従って、本発明において、ニッケ
ルの含有量の下限値は１ｗｔ％に選定される。また、ニ
ッケルの含有量が５ｗｔ％を越えると、合金材料が比較
的硬くかつ脆く、さらに疲労強度が減少するので、柔軟
な軸受材料として、特にオ−バレイ被膜として用いられ
るには好ましくない。従って、本発明において、ニッケ
ルの含有量の上限値は５ｗｔ％に選定される。
【００１２】本発明のオ−バレイ材料合金は、鋼のよう
な強靱な支持材料の裏張りの上に直接堆積されてもよい
が、さらに好ましくは、そのような鋼からなる裏張りに
接合される（オ−バレイ合金よりも硬い）他の比較的硬
質な軸受材料の上に堆積されるとよい。この比較的硬質
な軸受材料として、本発明が適用される用途に適したど
のような公知の軸受材料を用いてもよい。しかし、本発
明のオ−バレイ合金と組み合わせて完全に鉛を含有しな
い軸受を提供するには、アルミニウム合金基軸受材料を
用いるのが好ましい。
【００１３】本発明による材料は、電気メッキ法または
陰極スパッタリングのような物理蒸着法によって堆積さ
れるとよい。
【００１４】本発明による合金は、堆積されたままの状
態において、ニッケルがスズの基地に固溶している。し
かし、この状態は準安定相であり、金属間化合物Ｎｉ3
Ｓｎ4がスズの基地に分散した状態が安定相である。金
属間化合物は１００℃を越える温度において析出する。
Ｘ線回折による観察によれば、１６０℃で１４時間を経
過した後にＮｉ3Ｓｎ4がいくらか析出するが、同じ温度
であっても１０時間を経過した後ではＮｉ3Ｓｎ4は析出
しない。この析出物の寸法は非常に小さく、被膜を強化
し、良好な耐疲労性および耐磨耗性を被膜に付与する。
また、この析出物の存在によっても、被膜の硬度は低
く、具体的には１８Ｈｋ（１ｇヌ−プ圧子）であり、な
じみ性や塵埃埋込性などの好ましい特性を損なうことは
ない。比較例として、鉛−９ｗｔ％スズの硬さは８Ｈｋ
であり、鉛−１０ｗｔ％スズ−２ｗｔ％銅の硬さは１５
Ｈｋである。
【００１５】例えば、本発明による材料を鋼の裏張りの
上に軸受すべり面として直接設ける場合、その厚みは５
０μｍから７５μｍの範囲に設定されるとよい。また、
本発明による材料をオ−バレイ被膜として、裏張りの上
に設けられた比較的硬い軸受材料からなる層の上に設け
る場合、その厚みは約５μｍから５０μｍ、好ましく
は、約１０μｍから２０μｍの範囲に設定されるとよ
い。さらに、本発明による材料を前述の薄い犠牲表面被
膜として用いる場合、その厚みは約１μｍから５μｍの
範囲に設定されるとよい。
【００１６】他の軸受材料の表面に堆積される場合、拡
散バリア層として作用し、および／または本発明による
軸受材料を表面により強固に付着させるように作用する
純ニッケル、純銅または銅合金（例えば、銅−亜鉛合
金）からなる中間層が設けられるとよい。
【００１７】本発明の第２態様によるすべり軸受は、本
発明の第１態様による軸受材料からなるすべり面を有す
ることを特徴とする。
【００１８】
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施例を図面に基
づいて詳細に説明する。
【００１９】スズ−２．２〜２．５ｗｔ％ニッケルの析
出物（堆積層）を有する軸受を、下記の組成の電解液を
有するメッキ浴において下記のメッキ条件下で電気メッ
キを行うことによって作製した。
【００２０】（電解液の組成） 塩化第１スズ ２８ｇ／リットル 塩化ニッケル ２．５ｇ／リットル ピロリン酸カリウム １９２ｇ／リットル グリシン ２０ｇ／リットル 陽極材 ニッケル
【００２１】（メッキ条件） 陰極の電流密度 １．０ ＡＳＤ 温度 ５０℃ ｐＨ ８．４
【００２２】作製された軸受は、アルミニウム−珪素合
金基の軸受材料の層、及び、約１μｍ厚みの純ニッケル
の中間層が設けられた鋼の裏張りと、この鋼の裏張りの
上に上記の条件下で堆積された本発明の軸受け材料から
構成されている。この軸受の肉厚は約１．８ｍｍであ
り、本発明の合金からなる層の厚みは約２０μｍであ
る。
【００２３】このようにして作製された軸受の疲労強さ
について、公知の「サファイア」テスト機を用いて試験
を行った。テストの結果を表１に示す。
【００２４】
【表１】
【００２５】表１から明らかなように、スズ−２．２ｗ
ｔ％ニッケル合金からなるオ−バレイ被膜は８６．５Ｍ
Ｐａの平均疲労強さを示し、これは従来のいわゆる硬質
スズ被膜およびスズ−５ｗｔ％ニッケル合金からなるオ
−バレイ被膜の平均疲労強さよりも大きい。図１の柱状
図は、これらの結果を示している。この柱状図から明ら
かなように、スズ−２．２ｗｔ％ニッケル合金からなる
オ−バレイ被膜はまた、入手可能な従来のオ−バレイ合
金中最も強靱と見なされている鉛−７ｗｔ％インジウム
および鉛−１０ｗｔ％スズ−２ｗｔ％銅合金からなるオ
−バレイ被膜よりも疲労強さが大きい。
【００２６】図２は、本発明によるスズ−２．５ｗｔ％
ニッケル合金、鉛−１０ｗｔ％スズ−４ｗｔ％銅合金お
よび鉛−１０ｗｔ％スズ−２ｗｔ％銅合金の磨耗テスト
の結果を示している。この図から、数回のテストを繰り
返した結果、本発明による合金の磨耗率は２つの比較合
金の磨耗率よりも少なくとも５倍以上低い、ことがわか
る。実際のエンジンに搭載して行った軸受テストにおい
て、本発明による合金の磨耗率は２つの比較合金の磨耗
率よりもほぼ２倍低いことが判明している。
【００２７】（試験条件） 負荷 ２．７ｋｇ 潤滑油の種類 ビィスコ（Ｖｉｓｃｏ）１５Ｗ４０ 潤滑油の温度 １４０℃ 試験時間 ３０ｍｉｎ シャフト速度 １０００ｒｐｍ 表面仕上げ ０．１１Ｒａ シャフト径 ４５ｍｍ 軸受の内径 ５２．８ｍｍ
【００２８】
【発明の効果】発明によれば、以下のような効果が達成
される。すなわち、環境に害悪をもたらす鉛を含有する
従来の鉛含有合金基軸受材料よりも耐疲労強さおよび耐
磨耗性の点においてすぐれ、従って従来の鉛含有合金基
軸受材料からの代替えが可能な鉛を含有しない合金基軸
受材料を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による材料と比較例としての公知のオ−
バレイ材料の疲労強さ試験の結果を示す柱状図である。
【図２】本発明による材料と比較例としての公知のオ−
バレイ材料の磨耗試験の結果を示す柱状図である。
フロントページの続き (72)発明者 ファティマ・ラザフォード イギリス国、ケイエイ１ ３エヌエイ エ アーシャー、キルマーノック、リカートン （番地なし）、グレイシャー・ヴァンダー ヴェル・ユーロップ内

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 スズを主成分として含み、さらにニッケ
    ル、コバルトおよび鉄からなる群から選択される一種の
    金属を１ｗｔ％〜５ｗｔ％含むことを特徴とする軸受の
    すべり面として用いられる材料。
  2. 【請求項２】 前記ニッケル、コバルトまたは鉄の含有
    量が１．５ｗｔ％〜３．５ｗｔ％の範囲にあることを特
    徴とする請求項１に記載の材料。
  3. 【請求項３】 前記ニッケル、コバルトまたは鉄の含有
    量が２ｗｔ％〜３ｗｔ％の範囲にあることを特徴とする
    請求項２に記載の材料。
  4. 【請求項４】 電気メッキ法または物理蒸着法によって
    堆積されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに
    記載の材料。
  5. 【請求項５】 前記物理蒸着法は陰極スパッタリング法
    であることを特徴とする請求項４に記載の材料。
  6. 【請求項６】 前記ニッケル、コバルトまたは鉄は、前
    記スズの基地中に固溶していることを特徴とする請求項
    １〜５のいずれかに記載の材料。
  7. 【請求項７】 前記ニッケル、コバルトまたは鉄は、前
    記スズの基地中に金属間化合物として析出していること
    を特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の材料。
  8. 【請求項８】 請求項１〜７のいずれかに記載の軸受材
    料を有するすべり面を備えたすべり軸受。
  9. 【請求項９】 添付の明細書および図面に実質的に記載
    された軸受材料。
  10. 【請求項１０】添付の明細書および図面に実質的に記載
    されたすべり軸受。
JP11301899A 1998-10-27 1999-10-25 軸受材料 Pending JP2000160269A (ja)

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