JP2003090343A - 多層摺動材料 - Google Patents
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 裏金層と、この裏金層上に被着された軸受合
金層と、この軸受合金層上に被着された被覆層とを備え
た多層摺動材料において、耐疲労性および非焼付性を改
善する。 【解決手段】 被覆層を、20〜80質量%のCu、残
部Pbからなる合金層とする。これによれば、被覆層の
Cu成分が多くなって硬度が高くなり、耐疲労性および
耐摩耗性が向上する。また、被覆層上に80質量%以上
のPbを含有するなじみ層を被着することにより、非焼
付性の向上を図ることができる。
金層と、この軸受合金層上に被着された被覆層とを備え
た多層摺動材料において、耐疲労性および非焼付性を改
善する。 【解決手段】 被覆層を、20〜80質量%のCu、残
部Pbからなる合金層とする。これによれば、被覆層の
Cu成分が多くなって硬度が高くなり、耐疲労性および
耐摩耗性が向上する。また、被覆層上に80質量%以上
のPbを含有するなじみ層を被着することにより、非焼
付性の向上を図ることができる。
Description
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は軸受合金層の表面に
Cu系合金を被着して耐疲労性、耐摩耗性の向上を図っ
た多層摺動材料に関する。
Cu系合金を被着して耐疲労性、耐摩耗性の向上を図っ
た多層摺動材料に関する。
【0002】
【発明が解決しようとする課題】エンジンに用いられる
軸受は、半割円筒状或いは円筒状の鋼を裏金とし、これ
にCu系或いはAl系の軸受合金を被着して構成されて
いる。これらCu系、Al系の軸受合金は、耐荷重性に
優れているが、軸受に必要なその他の特性、すなわち、
非焼付性、埋収性、なじみ性などには問題があるため、
従来より、軸受合金層上になじみ層を被着し、軸受特性
を改善している。
軸受は、半割円筒状或いは円筒状の鋼を裏金とし、これ
にCu系或いはAl系の軸受合金を被着して構成されて
いる。これらCu系、Al系の軸受合金は、耐荷重性に
優れているが、軸受に必要なその他の特性、すなわち、
非焼付性、埋収性、なじみ性などには問題があるため、
従来より、軸受合金層上になじみ層を被着し、軸受特性
を改善している。
【0003】本来Pb−Cu系軸受合金上に設けられる
なじみ層には、通常Cuを6質量%以下含み、これはP
bベースのなじみ層のマトリックス中に分散し、マトリ
ックスを強化する役目を果たしている。このようなCu
の効果については、特開昭61−266544号公報に
開示されている。しかし、この公知文献においても、高
速荷重下では、なじみ層の耐疲労性、耐摩耗性が十分に
満たされているとはいえない。
なじみ層には、通常Cuを6質量%以下含み、これはP
bベースのなじみ層のマトリックス中に分散し、マトリ
ックスを強化する役目を果たしている。このようなCu
の効果については、特開昭61−266544号公報に
開示されている。しかし、この公知文献においても、高
速荷重下では、なじみ層の耐疲労性、耐摩耗性が十分に
満たされているとはいえない。
【0004】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、耐疲労性および耐摩耗性に優れた多層
摺動材料を提供するところにある。
で、その目的は、耐疲労性および耐摩耗性に優れた多層
摺動材料を提供するところにある。
【0005】
【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
めに本発明は、裏金層と、この裏金層上に被着された軸
受合金層と、この軸受合金層上に被着された被覆層とを
備えた多層摺動材料において、前記被覆層を、20〜8
0質量%のPbを含み、残部Cuからなる合金層とした
ことを特徴とするものである(請求項1)。
めに本発明は、裏金層と、この裏金層上に被着された軸
受合金層と、この軸受合金層上に被着された被覆層とを
備えた多層摺動材料において、前記被覆層を、20〜8
0質量%のPbを含み、残部Cuからなる合金層とした
ことを特徴とするものである(請求項1)。
【0006】この構成によれば、被覆層の残部Cu成分
が20〜80質量%であるので、被覆層の硬度が高くな
り、耐疲労性および耐摩耗性が向上する。Cuが20質
量%未満では、硬度上昇効果が低く、耐疲労性の向上効
果を望み得ず、また、耐摩耗性が低下する。Cuが80
質量%を越えると、被覆層の硬度が高くなり過ぎて初期
なじみ性が低下すると共に、非焼付性も低下し、また、
靱性が低くなって耐疲労性の低下をもたらす。
が20〜80質量%であるので、被覆層の硬度が高くな
り、耐疲労性および耐摩耗性が向上する。Cuが20質
量%未満では、硬度上昇効果が低く、耐疲労性の向上効
果を望み得ず、また、耐摩耗性が低下する。Cuが80
質量%を越えると、被覆層の硬度が高くなり過ぎて初期
なじみ性が低下すると共に、非焼付性も低下し、また、
靱性が低くなって耐疲労性の低下をもたらす。
【0007】また、摺動前には、被覆層に均一に分散し
ていたCuとPbの原子が、摺動中に表面に析出粒子と
なって現れてくる。従来の軟質なじみ層と比較して前記
被覆層は硬くなるが、表面に現れたPb粒子が非焼付性
を、Cu粒子が耐摩耗性、耐疲労性を受け持ち、表面の
潤滑を保ちながら高い耐疲労、耐摩耗性を持つ被覆層と
なる。
ていたCuとPbの原子が、摺動中に表面に析出粒子と
なって現れてくる。従来の軟質なじみ層と比較して前記
被覆層は硬くなるが、表面に現れたPb粒子が非焼付性
を、Cu粒子が耐摩耗性、耐疲労性を受け持ち、表面の
潤滑を保ちながら高い耐疲労、耐摩耗性を持つ被覆層と
なる。
【0008】軸受合金層としては、5〜30質量%のP
bを含むCu系合金、20質量%以下のSnを含むAl
系合金とすることができる(請求項2、3)。Al系の
軸受合金が含有するSnはPbと同様に軟質金属であ
る。軸受合金の軟質金属(Pb、または、Sn)の含有
量は、被覆層の軟質金属(Pb)の含有量よりも少なく
することが好ましい。このようにすると、硬度としては
軸受合金、被覆層の順に低くなるので、軸受合金が荷重
を負担し、被覆層がその他の軸受特性を負担する、とい
うそれぞれの機能が効果的に発揮される。
bを含むCu系合金、20質量%以下のSnを含むAl
系合金とすることができる(請求項2、3)。Al系の
軸受合金が含有するSnはPbと同様に軟質金属であ
る。軸受合金の軟質金属(Pb、または、Sn)の含有
量は、被覆層の軟質金属(Pb)の含有量よりも少なく
することが好ましい。このようにすると、硬度としては
軸受合金、被覆層の順に低くなるので、軸受合金が荷重
を負担し、被覆層がその他の軸受特性を負担する、とい
うそれぞれの機能が効果的に発揮される。
【0009】被覆層には、In、Sb、Sn、Agから
選択された一種または二種以上の成分を総量で10質量
%以下含有させることができる(請求項4)。In、S
b、Sn、Agは、被覆層の機械的強度、耐食性を向上
させる。これらの含有量は、総量で10質量%を越える
と、耐摩耗性が低下する。
選択された一種または二種以上の成分を総量で10質量
%以下含有させることができる(請求項4)。In、S
b、Sn、Agは、被覆層の機械的強度、耐食性を向上
させる。これらの含有量は、総量で10質量%を越える
と、耐摩耗性が低下する。
【0010】また、必要に応じて、被覆層上に、80質
量%以上のPbを含有するなじみ層を被着することがで
きる(請求項5)。被覆層はCuの含有量が比較的多い
ので、その硬度が高くなる。このため、場合によって
は、初期なじみ性に欠けることがあるので、このときに
は、Pbの含有量が多い、軟質のなじみ層を設けること
により、初期なじみ性を改善できると共に、非焼付性を
向上させることができる。
量%以上のPbを含有するなじみ層を被着することがで
きる(請求項5)。被覆層はCuの含有量が比較的多い
ので、その硬度が高くなる。このため、場合によって
は、初期なじみ性に欠けることがあるので、このときに
は、Pbの含有量が多い、軟質のなじみ層を設けること
により、初期なじみ性を改善できると共に、非焼付性を
向上させることができる。
【0011】なじみ層を設けた場合、軸受合金層、被覆
層、なじみ層の順に硬度が低くなることが好ましい。硬
度としては、軸受合金層はCu系合金を用いたときHv
75〜200、Al系合金のときHv30〜150、被
覆層はHv20〜180、なじみ層HV5〜20が好ま
しい。また、被覆層の厚さは10〜20μm、なじみ層
の厚さは2〜10μmが好ましい。軸受合金層と被覆層
との間に接着層としてNiなどの合金層を設けても良
い。
層、なじみ層の順に硬度が低くなることが好ましい。硬
度としては、軸受合金層はCu系合金を用いたときHv
75〜200、Al系合金のときHv30〜150、被
覆層はHv20〜180、なじみ層HV5〜20が好ま
しい。また、被覆層の厚さは10〜20μm、なじみ層
の厚さは2〜10μmが好ましい。軸受合金層と被覆層
との間に接着層としてNiなどの合金層を設けても良
い。
【0012】
【発明の実施の形態】以下、本発明の一実施例を図1に
より説明する。図1は複層摺動材料の断面を示すもの
で、鋼裏金1上に軸受合金層2を被着し、この軸受合金
層2上に被覆層3を電気メッキにより被着している。被
覆層3は、20〜80質量%のPbを含み、残部Cuか
らなる合金層により構成されている。この被覆層3に
は、In、Sb、Sn、Agから選択された一種または
二種以上の成分を含有させることができる。
より説明する。図1は複層摺動材料の断面を示すもの
で、鋼裏金1上に軸受合金層2を被着し、この軸受合金
層2上に被覆層3を電気メッキにより被着している。被
覆層3は、20〜80質量%のPbを含み、残部Cuか
らなる合金層により構成されている。この被覆層3に
は、In、Sb、Sn、Agから選択された一種または
二種以上の成分を含有させることができる。
【0013】軸受合金層2はCu系合金、またはAl系
合金を用いることができる。Cu系合金としては、5〜
30質量%のPb、残部Cuの成分のものを用いること
が好ましく、Al系合金としては、20質量%以下のS
n、残部Alの成分のものを用いることが好ましい。こ
の場合、Cu系合金、Al系合金のいずれも、軟質金属
であるPb、Snの含有量は、被覆層3のPb含有量よ
りも少なくすることが好ましい。Cu系合金は焼結によ
って鋼裏金1に被着され、Al系合金は連続鋳造によっ
て板状に成形された後、圧接によって鋼裏金1に被着さ
れている。
合金を用いることができる。Cu系合金としては、5〜
30質量%のPb、残部Cuの成分のものを用いること
が好ましく、Al系合金としては、20質量%以下のS
n、残部Alの成分のものを用いることが好ましい。こ
の場合、Cu系合金、Al系合金のいずれも、軟質金属
であるPb、Snの含有量は、被覆層3のPb含有量よ
りも少なくすることが好ましい。Cu系合金は焼結によ
って鋼裏金1に被着され、Al系合金は連続鋳造によっ
て板状に成形された後、圧接によって鋼裏金1に被着さ
れている。
【0014】図2は本発明の他の実施例を示すもので、
図1のものとの相違は、被覆層3上になじみ層4を被着
したとことにある。このなじみ層4は、80質量%以上
のPbを含有する合金からなる。
図1のものとの相違は、被覆層3上になじみ層4を被着
したとことにある。このなじみ層4は、80質量%以上
のPbを含有する合金からなる。
【0015】図1および図2に示す多層摺動材料の効果
を確認するために、次の表1に示すような発明品1〜1
4、比較品1〜4を製作した。なお、元素記号の前の数
値はその元素の含有量(質量%)を示す。
を確認するために、次の表1に示すような発明品1〜1
4、比較品1〜4を製作した。なお、元素記号の前の数
値はその元素の含有量(質量%)を示す。
【0016】
【表1】
【0017】発明品1〜10、13、14は鋼裏金上に
Cu系合金を軸受合金層として被着し、その上に被覆層
を被着したものであり、そのうち発明品8、10は被覆
層の上に更になじみ層を被着している。発明品11、1
2は軸受合金層をAl系合金としたもので、発明品1
1、12は軸受合金層上にNiの接着層を施し、その上
に被覆層およびなじみ層を被着したものである。
Cu系合金を軸受合金層として被着し、その上に被覆層
を被着したものであり、そのうち発明品8、10は被覆
層の上に更になじみ層を被着している。発明品11、1
2は軸受合金層をAl系合金としたもので、発明品1
1、12は軸受合金層上にNiの接着層を施し、その上
に被覆層およびなじみ層を被着したものである。
【0018】また、比較品1、3、4は鋼裏金上にCu
系合金を軸受合金として被着し、この軸受合金層上に被
覆層を被着したものであり、比較品2は鋼裏金上にAl
系合金を軸受合金として被着し、この軸受合金層上に接
着層を施し、その上に被覆層を被着したものである。
系合金を軸受合金として被着し、この軸受合金層上に被
覆層を被着したものであり、比較品2は鋼裏金上にAl
系合金を軸受合金として被着し、この軸受合金層上に接
着層を施し、その上に被覆層を被着したものである。
【0019】発明品1〜14の被覆層、比較品1〜4の
被覆層およびなじみ層の厚さはいずれも15μm、発明
品8、10、12のなじみ層の厚さは5μmである。
被覆層およびなじみ層の厚さはいずれも15μm、発明
品8、10、12のなじみ層の厚さは5μmである。
【0020】そして、発明品1〜14、比較品1〜4に
ついて、焼付試験、疲労試験および摩耗試験を行った。
その結果は表1に示す通りである。焼付試験、疲労試験
および摩耗試験の条件は次の表2に示す。
ついて、焼付試験、疲労試験および摩耗試験を行った。
その結果は表1に示す通りである。焼付試験、疲労試験
および摩耗試験の条件は次の表2に示す。
【0021】
【表2】
【0022】試験結果から明らかなように、発明品1〜
14は従来の軸受合金層上になじみ層を被着した構造の
比較品1、2に比べて、耐疲労性および耐摩耗性におい
て優れている。発明品1〜7および比較品3、4では、
被覆層の硬化するにつれて非焼付性は低下する。また、
硬化するにつれて耐疲労性は向上するが、硬くなりすぎ
ると(比較品4)靱性が低下するため耐疲労性は低下す
る。
14は従来の軸受合金層上になじみ層を被着した構造の
比較品1、2に比べて、耐疲労性および耐摩耗性におい
て優れている。発明品1〜7および比較品3、4では、
被覆層の硬化するにつれて非焼付性は低下する。また、
硬化するにつれて耐疲労性は向上するが、硬くなりすぎ
ると(比較品4)靱性が低下するため耐疲労性は低下す
る。
【0023】被覆層にInを添加した発明品13では、
軟質金属であるInの非焼付性の効果が現れる。被覆層
にAgを添加した発明品14では、Agが強度を上げる
他に非焼付性も比較的良いため、非焼付性を低下させる
ことなく耐疲労性を向上させる。
軟質金属であるInの非焼付性の効果が現れる。被覆層
にAgを添加した発明品14では、Agが強度を上げる
他に非焼付性も比較的良いため、非焼付性を低下させる
ことなく耐疲労性を向上させる。
【0024】なお、本発明は上記し且つ図面に示す実施
例に限定されるものではなく、例えばエンジンの軸受に
用いるものに限られるものではないなど、その要旨を逸
脱しない範囲で種々変更して実施することができる。
例に限定されるものではなく、例えばエンジンの軸受に
用いるものに限られるものではないなど、その要旨を逸
脱しない範囲で種々変更して実施することができる。
【図1】本発明の一実施例を示す複層摺動材料の断面図
【図2】本発明の他の実施例を示す図1相当図
図中、1は鋼裏金、2は軸受合金層、3は被複層、4は
なじみ層である。
なじみ層である。
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(51)Int.Cl.7 識別記号 FI テーマコート゛(参考)
F16C 9/02 F16C 9/02
17/02 17/02 Z
(72)発明者 藤田 正仁
名古屋市北区猿投町2番地 大同メタル工
業株式会社内
(72)発明者 柴山 隆之
名古屋市北区猿投町2番地 大同メタル工
業株式会社内
Fターム(参考) 3J011 AA20 BA02 BA13 CA05 DA01
KA02 MA02 QA03 SB01 SB02
SB03 SB04 SB05
3J033 AA05 AB03 AB04 GA07
4K044 AA02 AB10 BA06 BA10 BB03
BB04 BC01 BC06 CA31 CA51
Claims (5)
- 【請求項1】 裏金層と、この裏金層上に被着された軸
受合金層と、この軸受合金層上に被着された被覆層とを
備え、 前記被覆層を、20〜80質量%のPbを含み、残部C
uからなる合金層としたことを特徴とする多層摺動材
料。 - 【請求項2】 前記軸受合金層は、5〜30質量%のP
bを含むCu系合金であることを特徴とする請求項1記
載の多層摺動材料。 - 【請求項3】 前記軸受合金層は、20質量%以下のS
nを含むAl系合金であることを特徴とする請求項1記
載の多層摺動材料。 - 【請求項4】 被覆層は、In、Sb、Sn、Agから
選択された一種または二種以上の成分を総量で10質量
%以下含有することを特徴とする請求項1ないし3のい
ずれかに記載の多層摺動材料。 - 【請求項5】 被覆層上に、80質量%以上のPbを含
有するなじみ層を被着したことを特徴とする請求項1な
いし4のいずれかに記載の多層摺動材料。
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