JP2002506926A - すべり軸受のライニングの形成 - Google Patents
すべり軸受のライニングの形成Info
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Abstract
(57)【要約】
軸受合金の粒子を基板上に高速ガス式溶射によって噴射するステップと、前記層をライニングが形成されるように処理するステップとを含むすべり軸受ライニングを基板上に形成する方法。
Description
【０００１】 本発明は、すべり軸受のライニングを形成する方法に関する。
【０００２】 すべり軸受は回転するシャフトを支える目的で広く使われている。例えば、内
燃機関のクランク・シャフトを支えるのに使われている。このようなすべり軸受
は、軟質金属、すなわち１００Ｈｖより低い硬度を有する金属から作られたライ
ニングを有する。軟質金属は、軸受とシャフトとの間の心の狂いを調整すること
ができる。更に、くずの粒子に対して、シャフトを擦らずにむしろ金属内に埋ま
るようにして対処し得る。元来、軟質金属製の軸受ライニングは、ハウジングに
鋳造されていたが、最近ではこのような軸受ライニングには、通常、強固な裏打
ち、例えば鉄やブロンズによる支持が、例えば、いわゆるロール成形、ストリッ
プ鋳造、焼結のような方法によって適用される。ライニング形成に適した金属は
、鉛系、すず系、及びカドミウム系の白色合金（バビット）、銅系合金（特に、
銅−鉛、及び、銅−鉛−すず）、及び、アルミニウム系合金（特に、例えば、ア
ルミニウム−すず、アルミニウム−すず−銅、アルミニウム−シリコン−すず、
及び、アルミニウム−すず−銅−シリコン合金）を含む。
燃機関のクランク・シャフトを支えるのに使われている。このようなすべり軸受
は、軟質金属、すなわち１００Ｈｖより低い硬度を有する金属から作られたライ
ニングを有する。軟質金属は、軸受とシャフトとの間の心の狂いを調整すること
ができる。更に、くずの粒子に対して、シャフトを擦らずにむしろ金属内に埋ま
るようにして対処し得る。元来、軟質金属製の軸受ライニングは、ハウジングに
鋳造されていたが、最近ではこのような軸受ライニングには、通常、強固な裏打
ち、例えば鉄やブロンズによる支持が、例えば、いわゆるロール成形、ストリッ
プ鋳造、焼結のような方法によって適用される。ライニング形成に適した金属は
、鉛系、すず系、及びカドミウム系の白色合金（バビット）、銅系合金（特に、
銅−鉛、及び、銅−鉛−すず）、及び、アルミニウム系合金（特に、例えば、ア
ルミニウム−すず、アルミニウム−すず−銅、アルミニウム−シリコン−すず、
及び、アルミニウム−すず−銅−シリコン合金）を含む。
【０００３】 従来、アルミニウム系合金で作られた軸受ライニングは、ストリップ形状でロ
ール形成法によってそれらの裏打ち支持へ適用され、次いで半軸受へ形成され、
そして最終的な形状まで切削される。他の軟質金属製の軸受ライニングは、それ
らを支持する裏打ち材に鋳造若しくは焼結された。しかし、これらの方法によっ
て作られたすべり軸受は、強度が限られており、実施方法も複雑である。更に、
半軸受の製造に採用された方法は、軸受ライニング材を複雑な形状を有する部品
に直接適用するのには適切でない。
ール形成法によってそれらの裏打ち支持へ適用され、次いで半軸受へ形成され、
そして最終的な形状まで切削される。他の軟質金属製の軸受ライニングは、それ
らを支持する裏打ち材に鋳造若しくは焼結された。しかし、これらの方法によっ
て作られたすべり軸受は、強度が限られており、実施方法も複雑である。更に、
半軸受の製造に採用された方法は、軸受ライニング材を複雑な形状を有する部品
に直接適用するのには適切でない。
【０００４】 軸受ライニング材、主にアルミニウム系を裏打ち基板上に堆積させるために、
フレーム溶射やプラズマ・アーク溶射などの物理蒸着法による溶射処理を採用す
るなどの試みも従来技術においてなされた。しかし、このような溶射処理は、い
ずれも、溶融した若しくは部分的に溶融した材料の酸化によって酸化物の量が１
０〜２０重量％という高いレベルとなり、気孔率も１０〜１５％の高いレベルに
なるという同じ問題を抱える。
フレーム溶射やプラズマ・アーク溶射などの物理蒸着法による溶射処理を採用す
るなどの試みも従来技術においてなされた。しかし、このような溶射処理は、い
ずれも、溶融した若しくは部分的に溶融した材料の酸化によって酸化物の量が１
０〜２０重量％という高いレベルとなり、気孔率も１０〜１５％の高いレベルに
なるという同じ問題を抱える。
【０００５】 ＧＢ−Ａ−１０８３００３は、上記の処理の一つの例であり、先に述べた問題
を有する。
を有する。
【０００６】 ＧＢ−Ａ−２１３０２５０は、熱溶射処理の例であるが、同様に高レベルの酸
化及び気孔率という問題を抱える。
化及び気孔率という問題を抱える。
【０００７】 従前の溶射処理の多くは、このような堆積工程が内在的に有し得るいかなる利
点のためというより、むしろ、鉛粒子を中に有するアルミニウム母材を含む軸受
ライニングの鋳造及び圧延を用いた接合による製造に関連した特定の分離障害の
克服への試みであった。
点のためというより、むしろ、鉛粒子を中に有するアルミニウム母材を含む軸受
ライニングの鋳造及び圧延を用いた接合による製造に関連した特定の分離障害の
克服への試みであった。
【０００８】 本発明の目的は、よりシンプルに、より強いライニングを作り、例えば内燃機
関用のコンロッドのボアなどの部品に対してライニングを直接適用するために利
用可能なすべり軸受ライニング形成方法を提供することである。
関用のコンロッドのボアなどの部品に対してライニングを直接適用するために利
用可能なすべり軸受ライニング形成方法を提供することである。
【０００９】 本発明の第一の態様は、金属粒子を高速ガス式溶射によって基板上に層を形成
するステップと、前記層を軸受ライニングが形成されるように処理するステップ
とを含む基板上にすべり軸受ライニングを形成する方法である。
するステップと、前記層を軸受ライニングが形成されるように処理するステップ
とを含む基板上にすべり軸受ライニングを形成する方法である。
【００１０】 層及び基板は、堆積後でかつ切削前に熱処理され得る。
【００１１】 ライニングは、１００Ｈｖ未満の硬度を有する金属から作られたマトリックス
を有する軸受合金を含み得る。
を有する軸受合金を含み得る。
【００１２】 本発明に係る方法では、複雑な形状を有する部品にも適用し得る単純な方法に
よってすべり軸受ライニングの製造が可能であり、このように製造されたライニ
ングは従来のライニングよりも強固であることがわかっている。
よってすべり軸受ライニングの製造が可能であり、このように製造されたライニ
ングは従来のライニングよりも強固であることがわかっている。
【００１３】 適切な基板は、例えば鋼製やブロンズ製のストリップなどの平らなストリップ
と、予め形成された例えば半軸受胴、コンロッド・ボア若しくはクランクケース
・ブロック主軸受、及びシャフト・ジャーナル表面、を含み得る。
と、予め形成された例えば半軸受胴、コンロッド・ボア若しくはクランクケース
・ブロック主軸受、及びシャフト・ジャーナル表面、を含み得る。
【００１４】 基板は、例えば、鋼、鋳鉄、チタン及びチタン合金、アルミニウム系合金、例
えばブロンズなどの銅系合金などの適切な材料をいずれも含み得る。
えばブロンズなどの銅系合金などの適切な材料をいずれも含み得る。
【００１５】 初期の基板によって、堆積した材料を軸受ライニングへ成形する処理は、例え
ば基板が既に半円形をしているか若しくは一端において平らなストリップを既知
技術によって半軸受に形成する場合、他端において所望の厚さに切削することの
みを含み得る。
ば基板が既に半円形をしているか若しくは一端において平らなストリップを既知
技術によって半軸受に形成する場合、他端において所望の厚さに切削することの
みを含み得る。
【００１６】 高速ガス式（ＨＶＯＦ）溶射は、液体若しくはガス状の燃料いずれかを酸素と
共に点火場所である溶射装置の燃焼室へ導入することを含む技術である。溶射さ
れる材料は、溶融した若しくは部分的に溶融した状態で燃焼室内へ供給される。
次いで、溶融した若しくは半溶融状態の材料と混ぜられた燃焼ガスは、細長いノ
ズルを通って発射される。混合気はノズル内で高速に加速される。混合気は基板
上に当たり、溶融した若しくは半溶融状態の粒子が合体し、層を形成する。
共に点火場所である溶射装置の燃焼室へ導入することを含む技術である。溶射さ
れる材料は、溶融した若しくは部分的に溶融した状態で燃焼室内へ供給される。
次いで、溶融した若しくは半溶融状態の材料と混ぜられた燃焼ガスは、細長いノ
ズルを通って発射される。混合気はノズル内で高速に加速される。混合気は基板
上に当たり、溶融した若しくは半溶融状態の粒子が合体し、層を形成する。
【００１７】 ＨＶＯＦ溶射は、比較的薄いコーティング用として様々な材料の溶射に用いら
れる。ＨＶＯＦが用いられる材料のほとんどは、比較的高い融点を持つセラミッ
クなどの材料、及び、高い融点を持つ鉄合金、コバルトなどの金属である。アル
ミニウム合金やその他同じく低い融点を持つ金属用に利用可能なＨＶＯＦ溶射装
置は今まで設計されてこなかった。なぜなら、それらは急速な溶解によって溶射
装置が目詰まりを起こしやすいからである。従って、ＨＶＯＦ技術は、従来、厚
さが２０μｍから５００μｍ、大きくても２ｍｍまでの範囲内であるすべり軸受
ライニング用の軟質金属から成る機能的な層の形成には用いられてこなかった、
と信じられてきた。我々は、アルミニウム系合金を含む通常の材料は、ＨＶＯＦ
処理によって厳格に酸化されるわけではなく、酸化物含有量レベルも通常は１〜
５％になり得る程度であることに気が付いた。更に、燃焼及び溶射工程によって
粒子に高レベルの運動エネルギーが伝わるため、堆積した金属内の気孔率はせい
ぜい１〜２％になり得る程度である。ＨＶＯＦにおける粒子速度は、通常、最大
で８００ｍ／ｓとなる。これに対して、フレーム溶射及びプラズマ・アーク溶射
は４０〜１００ｍ／ｓである。
れる。ＨＶＯＦが用いられる材料のほとんどは、比較的高い融点を持つセラミッ
クなどの材料、及び、高い融点を持つ鉄合金、コバルトなどの金属である。アル
ミニウム合金やその他同じく低い融点を持つ金属用に利用可能なＨＶＯＦ溶射装
置は今まで設計されてこなかった。なぜなら、それらは急速な溶解によって溶射
装置が目詰まりを起こしやすいからである。従って、ＨＶＯＦ技術は、従来、厚
さが２０μｍから５００μｍ、大きくても２ｍｍまでの範囲内であるすべり軸受
ライニング用の軟質金属から成る機能的な層の形成には用いられてこなかった、
と信じられてきた。我々は、アルミニウム系合金を含む通常の材料は、ＨＶＯＦ
処理によって厳格に酸化されるわけではなく、酸化物含有量レベルも通常は１〜
５％になり得る程度であることに気が付いた。更に、燃焼及び溶射工程によって
粒子に高レベルの運動エネルギーが伝わるため、堆積した金属内の気孔率はせい
ぜい１〜２％になり得る程度である。ＨＶＯＦにおける粒子速度は、通常、最大
で８００ｍ／ｓとなる。これに対して、フレーム溶射及びプラズマ・アーク溶射
は４０〜１００ｍ／ｓである。
【００１８】 従来の溶射工程による高気孔率及び酸化物含有量によって、堆積した層の基板
への接着は弱く、約８〜１２ＭＰａである。ＨＶＯＦ処理によって堆積したアル
ミニウム合金軸受層は７０ＭＰａを超える接着強さを実現する。
への接着は弱く、約８〜１２ＭＰａである。ＨＶＯＦ処理によって堆積したアル
ミニウム合金軸受層は７０ＭＰａを超える接着強さを実現する。
【００１９】 従って、本発明に係る方法は、軸受材に適用される時、従来の既知の溶射処理
を超えるいくつかの重要な利点を有することが判るであろう。
を超えるいくつかの重要な利点を有することが判るであろう。
【００２０】 本発明に係る方法において、マトリックスは、マトリックスを形成する粒子と
共に基板上に溶射される少なくとも一つの別の材料を含む第二相を有する。この
別の材料は、例えば、マトリックス内部の粒子の形状をする軟質相、強化材、適
合性向上材、摩擦低減材、セラミック粒子などの耐磨耗性向上添加剤などの合成
添加剤であり得る。粒径が２〜１０μｍのアルミナが２０重量％まで添加された
予め合成されたアルミニウム−すず粉末を含む堆積物は、アルミナ粒子が金属マ
トリックス内で均一に分散した状態で生成される。
共に基板上に溶射される少なくとも一つの別の材料を含む第二相を有する。この
別の材料は、例えば、マトリックス内部の粒子の形状をする軟質相、強化材、適
合性向上材、摩擦低減材、セラミック粒子などの耐磨耗性向上添加剤などの合成
添加剤であり得る。粒径が２〜１０μｍのアルミナが２０重量％まで添加された
予め合成されたアルミニウム−すず粉末を含む堆積物は、アルミナ粒子が金属マ
トリックス内で均一に分散した状態で生成される。
【００２１】 マトリックスは、アルミニウム系若しくは銅系の合金であることが好ましい。
適切な合金は、従来のすべり軸受ライニングの形成において使われていたＡｌ−
Ｓｎ、Ａｌ−１２Ｓｎ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｓｎ−Ｓｉ−Ｃｕなどである。第二相は少
なくとも銅、すず、ケイ素のうちの一つを含み得る。
適切な合金は、従来のすべり軸受ライニングの形成において使われていたＡｌ−
Ｓｎ、Ａｌ−１２Ｓｎ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｓｎ−Ｓｉ−Ｃｕなどである。第二相は少
なくとも銅、すず、ケイ素のうちの一つを含み得る。
【００２２】 例えば鉛やすずなどの軟質金属から成る第二相を含むアルミニウム系合金の場
合、ＨＶＯＦ溶射装置への粉末供給源材料は、予め合成された形状であることが
好ましい。例えばアルミニウム粒子及びすず粒子の混合が、蒸発し、溶射装置内
でひどく酸化された低い融点の軟質相によって、目詰まりしやすいことが試験に
よって示された。軟質相は分散しにくく、組成制御の実現が難しい。材料が予め
合成された粒子の形状である時、軟質で低い融点の相はアルミニウム若しくはア
ルミニウム合金製のマトリックスによって保護される。更に、堆積したコーティ
ングの耐腐食性は、予め合成された粉末の利用によってアルミニウム合金を用い
る場合、著しく向上される。例えば鉛などの低い融点の第二相を有する、銅系合
金も同様に影響される。しかし、他の金属システムは元素粉末の利用に服し得る
。
合、ＨＶＯＦ溶射装置への粉末供給源材料は、予め合成された形状であることが
好ましい。例えばアルミニウム粒子及びすず粒子の混合が、蒸発し、溶射装置内
でひどく酸化された低い融点の軟質相によって、目詰まりしやすいことが試験に
よって示された。軟質相は分散しにくく、組成制御の実現が難しい。材料が予め
合成された粒子の形状である時、軟質で低い融点の相はアルミニウム若しくはア
ルミニウム合金製のマトリックスによって保護される。更に、堆積したコーティ
ングの耐腐食性は、予め合成された粉末の利用によってアルミニウム合金を用い
る場合、著しく向上される。例えば鉛などの低い融点の第二相を有する、銅系合
金も同様に影響される。しかし、他の金属システムは元素粉末の利用に服し得る
。
【００２３】 本発明に係る方法では、第二相粒子の径を制御できる場合もある。なぜなら、
ＨＶＯＦ溶射処理において、第二相粒子は、熱処理工程の制御によって予め決め
られたサイズまで析出されるように固溶体内に残り得る。アルミニウム系合金用
の熱処理は、３０分から５時間の間の時間において２５０〜４５０℃まで加熱す
ることを含み得る。通常の熱処理は１時間掛けて３００℃まで加熱することを含
み得る。しかし、正確な熱処理は、実現される最終的なミクロ構造についてより
制御することを許すＨＶＯＦ溶射方法について、特定の材料システムに応じて与
えられるだろう。
ＨＶＯＦ溶射処理において、第二相粒子は、熱処理工程の制御によって予め決め
られたサイズまで析出されるように固溶体内に残り得る。アルミニウム系合金用
の熱処理は、３０分から５時間の間の時間において２５０〜４５０℃まで加熱す
ることを含み得る。通常の熱処理は１時間掛けて３００℃まで加熱することを含
み得る。しかし、正確な熱処理は、実現される最終的なミクロ構造についてより
制御することを許すＨＶＯＦ溶射方法について、特定の材料システムに応じて与
えられるだろう。
【００２４】 本発明に係る方法において、ＨＶＯＦ溶射工程は、溶射ノズルと基板との間で
関連する動きを繰り返し起こすことを含み、よって基板は、その利用方法に応じ
て層が例えば２０〜２０００ミクロンの所望の厚さに達するまで溶射が繰り返さ
れることが好ましい。基板は、従来の薄い壁の軸受の半胴若しくは互いに追い越
して滑る２つの部分のいずれかの表面が成り得る。例えば、表面は、シャフトの
外表面部分、又は、コンロッドの大端部と小端部の内表面である。よって、軸受
胴を挿入する代わりに、軸受ライニングを直接コンロッドに適用することが可能
になる。
関連する動きを繰り返し起こすことを含み、よって基板は、その利用方法に応じ
て層が例えば２０〜２０００ミクロンの所望の厚さに達するまで溶射が繰り返さ
れることが好ましい。基板は、従来の薄い壁の軸受の半胴若しくは互いに追い越
して滑る２つの部分のいずれかの表面が成り得る。例えば、表面は、シャフトの
外表面部分、又は、コンロッドの大端部と小端部の内表面である。よって、軸受
胴を挿入する代わりに、軸受ライニングを直接コンロッドに適用することが可能
になる。
【００２５】 本発明に係る発明において、層内の各深さにおいて組成が変わるように、溶射
された材料の組成は溶射処理の間変えられ得る。例えば、層は、基板近傍では基
板により接着しやすい及び／若しくはより強い組成を有し、その結果、層の残り
の部分の組成に比べ切削しづらい。例えば、層は、基板に近接し第一の組成を有
する下層と、第一組成が徐々に変化した第二組成を含む上層とを含む層状に形成
されている。
された材料の組成は溶射処理の間変えられ得る。例えば、層は、基板近傍では基
板により接着しやすい及び／若しくはより強い組成を有し、その結果、層の残り
の部分の組成に比べ切削しづらい。例えば、層は、基板に近接し第一の組成を有
する下層と、第一組成が徐々に変化した第二組成を含む上層とを含む層状に形成
されている。
【００２６】 本発明がより十分に理解され得るように、ここに付属の図面を参照して具体例
を詳述する。図面は、主要な特徴及び操作原理を示すＨＶＯＦ溶射装置の概略図
を示す。
を詳述する。図面は、主要な特徴及び操作原理を示すＨＶＯＦ溶射装置の概略図
を示す。
【００２７】 ここで、参照する図面において、ＨＶＯＦ溶射装置は、符号１０で示されてい
る。装置は、本体１２、ここでは手持ちのピストル・グリップ・タイプの本体を
有する。装置の稼動の中心は、燃料と酸素の混合気が点火される燃焼室１４であ
る。装置は、酸素を導入するための第一管１６と、燃料を導入する第二管１８と
を有し、両管１６、１８とも混合室２０に通じている。混合室２０は、燃焼室１
４へ通される前に最初にそれらが混ぜられる場所である。燃焼室に直接接続され
た第三管２２は、符号２４で示される基板上に堆積される粉末粒子の供給を行う
。粉末粒子は、キャリア・ガスによって燃焼室１４内へ運ばれる。燃料と酸素が
燃えることによって燃焼室１４内で発生する熱は、粉末粒子を溶かし、若しくは
少なくとも部分的に溶かす。燃焼生成物は、溶融した及び部分的に溶融した粒子
が当たって接着される基板２４に向かって噴射される極超音速排気ガス流内で細
長いノズル２６に沿って加速される。装置１０は、ここでは水管２８を有する冷
却システムを備えている。
る。装置は、本体１２、ここでは手持ちのピストル・グリップ・タイプの本体を
有する。装置の稼動の中心は、燃料と酸素の混合気が点火される燃焼室１４であ
る。装置は、酸素を導入するための第一管１６と、燃料を導入する第二管１８と
を有し、両管１６、１８とも混合室２０に通じている。混合室２０は、燃焼室１
４へ通される前に最初にそれらが混ぜられる場所である。燃焼室に直接接続され
た第三管２２は、符号２４で示される基板上に堆積される粉末粒子の供給を行う
。粉末粒子は、キャリア・ガスによって燃焼室１４内へ運ばれる。燃料と酸素が
燃えることによって燃焼室１４内で発生する熱は、粉末粒子を溶かし、若しくは
少なくとも部分的に溶かす。燃焼生成物は、溶融した及び部分的に溶融した粒子
が当たって接着される基板２４に向かって噴射される極超音速排気ガス流内で細
長いノズル２６に沿って加速される。装置１０は、ここでは水管２８を有する冷
却システムを備えている。
【００２８】 通常、酸素と燃料は、装置内に、約１００〜１５０（ポンド／平方インチ）（
ｐｓｉ）の圧力下で且つ高流速で噴射される。排気ガスを運ぶ粒子の速度は、矢
印３０で示され、通常は１８００ｍ／ｓである。堆積される材料は、ＨＶＯＦ装
置内へ粉末を運ぶキャリア・ガスの流れの中に導入される。キャリア・ガスは、
例えば、アルゴン若しくは窒素であり得る。図示したＨＶＯＦ装置では、粉末は
直接燃焼室内へ導入される。しかし、代わりに、粉末は、燃焼室１４の下流にお
いて、例えば放射状の噴射器によって、ノズル２６内で排気ガス流中に導入され
てもよい。粉末粒子の最終的な温度は、粉末粒子の粒径、更には融点、熱伝導性
、高温ガス内での存在時間、フレーム温度によって定まる関数である。工程上の
変数には、（フレームの温度、速度、及び酸素電位を決する）燃料の種類、空燃
比、ガス圧力及び全体のガス流速、室サイズ及び構成、ノズル長及び直径、粉末
の粒子径の分布、粉末供給量、ガンから基板までの距離、溶射に対する基板の表
面速度が含まれる。
ｐｓｉ）の圧力下で且つ高流速で噴射される。排気ガスを運ぶ粒子の速度は、矢
印３０で示され、通常は１８００ｍ／ｓである。堆積される材料は、ＨＶＯＦ装
置内へ粉末を運ぶキャリア・ガスの流れの中に導入される。キャリア・ガスは、
例えば、アルゴン若しくは窒素であり得る。図示したＨＶＯＦ装置では、粉末は
直接燃焼室内へ導入される。しかし、代わりに、粉末は、燃焼室１４の下流にお
いて、例えば放射状の噴射器によって、ノズル２６内で排気ガス流中に導入され
てもよい。粉末粒子の最終的な温度は、粉末粒子の粒径、更には融点、熱伝導性
、高温ガス内での存在時間、フレーム温度によって定まる関数である。工程上の
変数には、（フレームの温度、速度、及び酸素電位を決する）燃料の種類、空燃
比、ガス圧力及び全体のガス流速、室サイズ及び構成、ノズル長及び直径、粉末
の粒子径の分布、粉末供給量、ガンから基板までの距離、溶射に対する基板の表
面速度が含まれる。
【００２９】 ＨＶＯＦ処理に用いられるのに適した燃料ガスには、水素、アセチレン、エチ
レン、プロピレン、プロパン、メチルアセチレンプロパジエン（ＭＡＰＰ）、が
含まれる。
レン、プロピレン、プロパン、メチルアセチレンプロパジエン（ＭＡＰＰ）、が
含まれる。
【００３０】 適切な液体燃料は、パラフィンを含み得る。通常、流速は、約０．２〜０．４
リットル／分の範囲にあり、酸素の流速は７００〜９００リットル／分である。
リットル／分の範囲にあり、酸素の流速は７００〜９００リットル／分である。
【００３１】 ＨＶＯＦ処理の間に堆積した材料の酸化が起こり得る潜在的な場所が３ヶ所あ
る。これらは、燃焼室１４及び／若しくはノズル２６内、飛散３０中の噴霧 内、冷却中の基板２４上である。これらの中の最初の場所において、空燃比は 、すべての燃料において広い範囲に渡って調整し得る。よって、実施する際の変
数は、例えばアルミニウム合金の酸化を最低限にするために調整し得る。これは
先に述べたフレーム若しくはプラズマ溶射処理における主要な利点である。二番
目の場所において、排気ガスはそれ自体材料を広い範囲で保護し、ガス・ジェッ
トの高い速度により、飛散時間は他の既知の方法に比べて非常に短い、というこ
とがわかった。冷却中の基板上での材料の酸化は、重大なことではない。なぜな
ら、基板は、材料溶射に比べて熱容量が大きく、溶解した材料の急速な凝固が起
き、それは続いて堆積された材料によってすぐに保護される。更に、付加的な外
部からの基板の冷却を行うことができる。実際、本発明に係る方法について見受
けられる主要な利点の一つは、従来の鋳造や、焼結、圧延による接着によっては
不可能なミクロ構造を生成するためのいわゆる急速凝固速度を生み出し得ること
である。高い冷却率は、高度の過冷却を促進する材料特性、微細な結晶粒度、準
安定相、過飽和固溶体、アモルファス相に影響を与える。本発明に係る方法を用
いると、堆積後に必要となる処理は、応力除去のための熱処理のみとなる。これ
は、極めて細かく、熱処理時間及び温度によって、例えば軟質の第二相の分布に
ついて、制御可能な製造を可能とする。通常の堆積後の成形及び切削工程はミク
ロ組織に影響を与えないであろう。
る。これらは、燃焼室１４及び／若しくはノズル２６内、飛散３０中の噴霧 内、冷却中の基板２４上である。これらの中の最初の場所において、空燃比は 、すべての燃料において広い範囲に渡って調整し得る。よって、実施する際の変
数は、例えばアルミニウム合金の酸化を最低限にするために調整し得る。これは
先に述べたフレーム若しくはプラズマ溶射処理における主要な利点である。二番
目の場所において、排気ガスはそれ自体材料を広い範囲で保護し、ガス・ジェッ
トの高い速度により、飛散時間は他の既知の方法に比べて非常に短い、というこ
とがわかった。冷却中の基板上での材料の酸化は、重大なことではない。なぜな
ら、基板は、材料溶射に比べて熱容量が大きく、溶解した材料の急速な凝固が起
き、それは続いて堆積された材料によってすぐに保護される。更に、付加的な外
部からの基板の冷却を行うことができる。実際、本発明に係る方法について見受
けられる主要な利点の一つは、従来の鋳造や、焼結、圧延による接着によっては
不可能なミクロ構造を生成するためのいわゆる急速凝固速度を生み出し得ること
である。高い冷却率は、高度の過冷却を促進する材料特性、微細な結晶粒度、準
安定相、過飽和固溶体、アモルファス相に影響を与える。本発明に係る方法を用
いると、堆積後に必要となる処理は、応力除去のための熱処理のみとなる。これ
は、極めて細かく、熱処理時間及び温度によって、例えば軟質の第二相の分布に
ついて、制御可能な製造を可能とする。通常の堆積後の成形及び切削工程はミク
ロ組織に影響を与えないであろう。
【００３２】 ここで、本発明に係る方法の３つの具体例を詳述する。
【００３３】 第一の具体例では、すべり軸受ライニングは、鍛造鋼製コンロッドの形状で基
板上に形成される。特に、ライニングは、ライニングと基板との間の接着を向上
させるために、ショット・ブラストによって粗くされたロッドの大端部の内表面
上に形成される。
板上に形成される。特に、ライニングは、ライニングと基板との間の接着を向上
させるために、ショット・ブラストによって粗くされたロッドの大端部の内表面
上に形成される。
【００３４】 第一の具体例では、層は前記表面上に形成され、この層は、１００Ｈｖ未満の
硬度を有するアルミニウム−すず−銅合金（すず１２重量％、銅１重量％）から
形成されたマトリックスを含む。本方法では、４０〜１００ミクロンの間の範囲
のサイズの金属粒子が、３５ｋＷ、１９０リットル／分の酸素、６０リットル／
分のプロピレン燃料で運転されるＨＶＯＦ溶射ガンの燃焼室へ供給される。粒子
は部分的に溶融され、ノズル２６を通って加速される。ノズルと基板表面との間
の関連する動きはノズルの周りを基板が回転することによって起こり、１５ｍ／
ｓの速度で基板表面上を繰り返し拭くように溶射がされる。ノズルは基板から０
．２８５ｍの距離にある。粒子は、表面に合体し、５００μｍの厚さの層を形成
する。具体例は、更に、前記層をライニングに形成するために切削することも含
む。
硬度を有するアルミニウム−すず−銅合金（すず１２重量％、銅１重量％）から
形成されたマトリックスを含む。本方法では、４０〜１００ミクロンの間の範囲
のサイズの金属粒子が、３５ｋＷ、１９０リットル／分の酸素、６０リットル／
分のプロピレン燃料で運転されるＨＶＯＦ溶射ガンの燃焼室へ供給される。粒子
は部分的に溶融され、ノズル２６を通って加速される。ノズルと基板表面との間
の関連する動きはノズルの周りを基板が回転することによって起こり、１５ｍ／
ｓの速度で基板表面上を繰り返し拭くように溶射がされる。ノズルは基板から０
．２８５ｍの距離にある。粒子は、表面に合体し、５００μｍの厚さの層を形成
する。具体例は、更に、前記層をライニングに形成するために切削することも含
む。
【００３５】 第二の具体例では、溶射工程中に溶射される粒子の組成が変化することを除い
て第一具体例が繰り返される。最初、厚さ５０ミクロンの下層が基板上に直接設
けられ、この下層の組成はＡｌ−１１Ｓｉ−Ｃｕ合金からなる。次いで、中間層
が溶射継続中に溶射中の粒子の組成を変えることによって下層表面上に設けられ
る。中間層内では、組成中のＡｌ−１１Ｓｉ−Ｃｕ合金の部分が徐々に減り、Ａ
ｌ−１２Ｓｎ−Ｃｕ合金によって置き換えられる。よって、中間層が厚さ１５０
ミクロンとなった時、組成は全体がＡｌ−１２Ｓｎ−Ｃｕ合金となる。次いで、
溶射は、続けてＡｌ−１２Ｓｎ−Ｃｕ合金から形成される厚さ２００ミクロンの
上層を形成する。従って、溶射された層は、層内の各深さにおいて異なる組成を
有する。上層は切削によって５０ミクロンの厚さに減らされる。
て第一具体例が繰り返される。最初、厚さ５０ミクロンの下層が基板上に直接設
けられ、この下層の組成はＡｌ−１１Ｓｉ−Ｃｕ合金からなる。次いで、中間層
が溶射継続中に溶射中の粒子の組成を変えることによって下層表面上に設けられ
る。中間層内では、組成中のＡｌ−１１Ｓｉ−Ｃｕ合金の部分が徐々に減り、Ａ
ｌ−１２Ｓｎ−Ｃｕ合金によって置き換えられる。よって、中間層が厚さ１５０
ミクロンとなった時、組成は全体がＡｌ−１２Ｓｎ−Ｃｕ合金となる。次いで、
溶射は、続けてＡｌ−１２Ｓｎ−Ｃｕ合金から形成される厚さ２００ミクロンの
上層を形成する。従って、溶射された層は、層内の各深さにおいて異なる組成を
有する。上層は切削によって５０ミクロンの厚さに減らされる。
【００３６】 第三の具体例では、更なる試験が、先に第一の具体例に関して述べたのと同様
のアルミニウム合金を使い、しかしパラフィンを含む液体燃料を用いて行われた
。このように行われるテストの典型的な例では、基板までの距離：０．３５ｍ、
酸素流速：８２９リットル／分、パラフィン流速：０．３１リットル／分の条件
で行われる。液体燃料を用いて作られた堆積物は、気体燃料を用いた場合よりも
より低い気孔率とより低い酸化物含有量を持つ。更に、気体燃料を用いた場合よ
りも堆積率が高い。液体燃料の更なる明らかな利点は、窒素やアルゴンなどの希
釈ガスを用いずに気体燃料を用いた場合に起こる粉末のオーバーヒートを防ぐた
めに、混合気を窒素で薄める必要がないことである。
のアルミニウム合金を使い、しかしパラフィンを含む液体燃料を用いて行われた
。このように行われるテストの典型的な例では、基板までの距離：０．３５ｍ、
酸素流速：８２９リットル／分、パラフィン流速：０．３１リットル／分の条件
で行われる。液体燃料を用いて作られた堆積物は、気体燃料を用いた場合よりも
より低い気孔率とより低い酸化物含有量を持つ。更に、気体燃料を用いた場合よ
りも堆積率が高い。液体燃料の更なる明らかな利点は、窒素やアルゴンなどの希
釈ガスを用いずに気体燃料を用いた場合に起こる粉末のオーバーヒートを防ぐた
めに、混合気を窒素で薄める必要がないことである。
【００３７】 上記３つの具体例は堆積層にアルミニウム系合金を用いているにもかかわらず
、正確に制御された厚さで異なる材料からなる複数の層を形成できる。この層は
、例えば比較的強固な銅−鉛−すず合金を、鋼製の基板上、更にすず含有量が例
えば３０〜６０重量％と高いアルミニウム若しくはアルミニウム合金から成る層
上に形成する場合などの異なる系の合金を用いるシステムから成る材料の層であ
る。個々の層は、与えられた適正レベルにおいて強度及び軸受特性が最善となる
ようにそれ自体組成が変えられ得る。
、正確に制御された厚さで異なる材料からなる複数の層を形成できる。この層は
、例えば比較的強固な銅−鉛−すず合金を、鋼製の基板上、更にすず含有量が例
えば３０〜６０重量％と高いアルミニウム若しくはアルミニウム合金から成る層
上に形成する場合などの異なる系の合金を用いるシステムから成る材料の層であ
る。個々の層は、与えられた適正レベルにおいて強度及び軸受特性が最善となる
ようにそれ自体組成が変えられ得る。
【手続補正書】特許協力条約第３４条補正の翻訳文提出書
【提出日】平成１２年４月３日（２０００．４．３）
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】特許請求の範囲
【補正方法】変更
【補正内容】
【特許請求の範囲】
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国 ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ， ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，Ｉ Ｔ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＢＲ，ＪＰ，Ｕ Ｓ (72)発明者 マッカートニー，デイヴィッド・グレアム イギリス国、エヌジー７ ２アールディー ノッティンガム、ユニヴァーシティ・パ ーク、ユニヴァーシティ・オヴ・ノッティ ンガム、スクール・オヴ・メカニカル・マ テリアルズ・マニュファクチャリング・エ ンジニアリング・アンド・マネージメント (72)発明者 ホーロック，アンドリュー・ジョン イギリス国、エヌジー７ ２アールディー ノッティンガム、ユニヴァーシティ・パ ーク、ユニヴァーシティ・オヴ・ノッティ ンガム、スクール・オヴ・メカニカル・マ テリアルズ・マニュファクチャリング・エ ンジニアリング・アンド・マネージメント (72)発明者 ハリス，サミュエル・ジェイムズ イギリス国、エヌジー７ ２アールディー ノッティンガム、ユニヴァーシティ・パ ーク、ユニヴァーシティ・オヴ・ノッティ ンガム、スクール・オヴ・メカニカル・マ テリアルズ・マニュファクチャリング・エ ンジニアリング・アンド・マネージメント (72)発明者 スタージョン，アンドリュー・ジョン イギリス国、シービー１ ６エイエル ケ ンブリッジ、アビントン、アビントン・ホ ール、ザ・ウェルディング・インスティテ ュート Ｆターム(参考） 4K031 AA02 CB08 CB18 CB35 CB37 DA01 EA10 EA12 FA01
Claims (17)
- 【請求項１】 高速ガス式溶射によって金属粒子を基板上に噴霧し、層を形
成するステップと、前記層を処理して軸受ライニングを形成するステップとを含
んでなるすべり軸受のライニングを基板上に形成する方法。 - 【請求項２】 ライニングが、１００Ｈｖ未満の硬度の金属から形成された
マトリックスを有する軸受合金を含むことを特徴とする請求項１記載の方法。 - 【請求項３】 基板は、平らなストリップ、予め形成された半軸受胴、エン
ジンのコンロッド、クランクケース・ブロックの主軸受内径面、シャフト・ジャ
ーナルの表面の群から選ばれてなることを特徴とする請求項１又は請求項２記載
の方法。 - 【請求項４】 基板の材料は、鋼、鋳鉄、チタン及びチタン合金、アルミニ
ウム系合金、銅系合金の群から選ばれてなることを特徴とする請求項１から請求
項３のいずれかに記載の方法。 - 【請求項５】 溶射される金属は、アルミニウム系合金のマトリックス、銅
系合金のマトリックスの群から選ばれてなることを特徴とする請求項１から請求
項４のいずれかに記載の方法。 - 【請求項６】 マトリックスは、軟質金属相、強化材、適合性向上材、摩擦
低減材、耐磨耗性向上添加剤、セラミックの群から選ばれた添加剤を含むことを
特徴とする請求項５記載の方法。 - 【請求項７】 堆積された材料は、最初はプレアロイ粉の形状であることを
特徴とする請求項１から請求項６のいずれかに記載の方法。 - 【請求項８】 堆積される材料は、Ａｌ−Ｓｎ、Ａｌ−Ｓｎ−Ｃｕ、Ａｌ−
Ｓｎ−Ｓｉ−Ｃｕ、Ａｌ−Ｓｎ−Ｓｉ、Ｃｕ−Ｓｎ、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｐｂ、Ｃｕ−
Ｐｂの群から選ばれてなることを特徴とする請求項５から請求項７のいずれかに
記載の方法。 - 【請求項９】 堆積された材料の厚さは、約２０μｍから２ｍｍまでの範囲
内であることを特徴とする請求項１から請求項８のいずれかに記載の方法。 - 【請求項１０】 上限の厚さが５００μｍであることを特徴とする請求項９
記載の方法。 - 【請求項１１】 堆積された材料の気孔率は２％未満であることを特徴とす
る請求項１から請求項１０のいずれかに記載の方法。 - 【請求項１２】 酸化物含有量が５％未満であることを特徴とする請求項１
から請求項１１のいずれかに記載の方法。 - 【請求項１３】 層内の各深さにおいて組成が変わるように、溶射された材
料の組成は溶射処理の間変えられることを特徴とする請求項１から請求項１２の
いずれかに記載の方法。 - 【請求項１４】 燃料は、水素、アセチレン、エチレン、プロピレン、プロ
パン、メチルアセチレンプロパジエン（ＭＡＰＰ）、パラフィンの群から選ばれ
てなることを特徴とする請求項１から請求項１３のいずれかに記載の方法。 - 【請求項１５】 堆積される材料は、最初、粉末状であり、この粉末は空気
、窒素、不活性ガスの群から選ばれたキャリアガスによってＨＶＯＦ堆積装置内
へ運ばれることを特徴とする請求項１から請求項１４のいずれかに記載の方法。 - 【請求項１６】 層は、堆積されたのちに切削されることを特徴とする請求
項１から請求項１５のいずれかに記載の方法。 - 【請求項１７】 層は切削前に熱処理されることを特徴とする請求項１６記
載の方法。
Applications Claiming Priority (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| GBGB9805347.3A GB9805347D0 (en) | 1998-03-14 | 1998-03-14 | Manufacturing plain bearing linings |
| GBGB9805353.1A GB9805353D0 (en) | 1998-03-14 | 1998-03-14 | Forming a plain bearing lining |
| GB9805347.3 | 1998-03-14 | ||
| GB9805353.1 | 1998-03-14 | ||
| PCT/GB1999/000748 WO1999047723A1 (en) | 1998-03-14 | 1999-03-12 | Forming a plain bearing lining |
Publications (3)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002506926A true JP2002506926A (ja) | 2002-03-05 |
| JP2002506926A5 JP2002506926A5 (ja) | 2009-08-13 |
| JP4648541B2 JP4648541B2 (ja) | 2011-03-09 |
Family
ID=26313278
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2000536903A Expired - Lifetime JP4648541B2 (ja) | 1998-03-14 | 1999-03-12 | すべり軸受のライニングの形成方法 |
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| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US6416877B1 (ja) |
| EP (1) | EP1064414B1 (ja) |
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| AT (1) | ATE221929T1 (ja) |
| BR (1) | BR9908752B1 (ja) |
| DE (1) | DE69902449T2 (ja) |
| ES (1) | ES2183523T3 (ja) |
| WO (1) | WO1999047723A1 (ja) |
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