JP2532790B2 - オ―バ―レイを有する銅鉛合金軸受 - Google Patents

オ―バ―レイを有する銅鉛合金軸受

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Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、近年の内燃機関の高出
力化に伴って必要とされる高荷重用軸受材料に関するも
のである。
【０００２】
【従来の技術】内燃機関に使用されている従来の銅鉛軸
受合金材料は、Ｃｕ−Ｐｂ系、Ｃｕ−Ｓｎ−Ｐｂ系合金
から成り、その合金の表面にＰｂ−Ｓｎ，Ｐｂ−Ｓｎ−
Ｃｕ，Ｐｂ−Ｓｎ−Ｉｎ合金等のオーバーレイ（表面
層）が設けられている。とりわけ、合金とオーバーレイ
の間に、オーバーレイ中のＳｎあるいはＩｎの合金中へ
の拡散を防止するＮｉ等の中間層（バリアー層）を設け
た銅鉛軸受合金材料が多い。また、特開平４−１９８４
４０号公報に開示されているように、オーバーレイ無し
で円筒ブシュの耐摩耗性を向上させることを企図して、
１〜２０重量％のＮｉ−Ｂ化合物を銅合金に添加した焼
結銅合金層を有する摺動部材もある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】従来、銅鉛軸受合金
と、その表面に設けられるオーバーレイとの間には、オ
ーバーレイ中のＳｎ等の拡散を防ぐために、バリヤーＮ
ｉ層（拡散防止層）が施されている。しかし、バリヤー
Ｎｉ層が存在し、摺動時にオーバーレイが摩滅すると、
非焼付性の悪いバリヤーＮｉ層が現れて、摺動相手部材
である軸との間で焼付が生じやすい欠点があり、またバ
リヤー層を設けた分だけ製造コストが高くなる。他方、
バリヤーＮｉ層が存在しないと、オーバーレイ中のＳｎ
等の成分が銅鉛合金中へ拡散し、オーバーレイの強度，
耐腐食性の低下を惹起するという問題がある。近年にお
けるエンジンの高出力化・高性能化に伴い、従来のＣｕ
−Ｓｎ−Ｐｂ系合金材料よりも高い強度を有する耐疲労
性，耐摩耗性に優れた軸受合金材料が要求されるように
なってきた。しかるに、エンジン軸受材として知られて
いる鉛青銅合金の強度，耐疲労性を向上させるには、Ｓ
ｎ量を増し、Ｐｂ量を減少させればよく、オーバーレイ
に含まれるＳｎの該鉛青銅合金への拡散も抑制される
が、他方では、Ｓｎ量の増加に起因して鉛青銅合金の熱
伝導率が著しく低下して熱放散性が低下し、またＰｂ量
減少によって軸受材としての非焼付性，異物埋収性が低
下するという不具合がある。
【０００４】本発明は、前記公知合金の欠点を解消し、
摺動材料として耐疲労性，非焼付性に優れるとともに、
優れた異物埋収性を有し、銅鉛合金とオーバーレイ間
に、非焼付性を悪化させるＮｉ中間層が無くても、オー
バーレイ中のＳｎ等の成分が拡散進入し難い銅鉛合金軸
受材料を提供することを、その主目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】この目的を達成するため
に、本発明の一側面によれば、以下の銅鉛合金軸受が提
供される。裏金、該裏金上の銅鉛系軸受合金層、および
該軸受合金層上の錫含有鉛合金オーバーレイの３層から
成る多層軸受であって、銅鉛系軸受合金が２〜１０重量
％のＮｉ、０．０５〜１．０重量％のＢ（硼素）を含
む。この組成の銅鉛系軸受合金を用いれば、オーバーレ
イ鉛合金に含まれる錫の銅鉛系軸受合金中への拡散が効
果的に抑制される。また、該銅鉛系軸受合金の硬さはＨ
Ｖ８０を超えることが必要である。銅鉛系軸受合金とし
ての好適例は、Ｓｎ０．５〜８重量％、Ｐｂ１５〜３０
重量％、Ｐ（燐）０．２重量％以下、Ｎｉ２〜１０重量
％、Ｂ（硼素）０．０５〜１．０重量％、残部としての
Ｃｕ、および不可避不純物から成る合金である。オーバ
ーレイを形成する錫含有鉛合金としては、Ｓｎ３〜１８
重量％、残部としてのＰｂおよび不可避不純物から成る
合金、またはＳｎ３〜１８重量％と、１５重量％以下の
Ｉｎおよび５重量％以下のＣｕのうち少なくとも１種
と、残部としてのＰｂ、および不可避不純物とから成る
合金が、好適に使用される。裏金としては、鋼板、また
は軸受合金層が形成される表面に銅めっきが施された鋼
板が使用される。軸受の耐腐食性を向上させるために、
銅鉛合金軸受の内外表面、すなわちオーバーレイおよび
裏金の各表面に、錫、鉛またはこれらの合金めっきを施
すのは有効である。めっき層の膜厚は、これを３μｍ以
下にすることが推奨される。本発明の他の側面によれ
ば、錫含有鉛合金オーバーレイ層と組合わせて好適に使
用され得る、Ｓｎ０．５〜８重量％、Ｐｂ１５〜３０重
量％、Ｐ（燐）０．２重量％以下、Ｎｉ２〜１０重量
％、Ｂ（硼素）０．０５〜１．０重量％、残部としての
Ｃｕ、および不可避不純物から成る銅鉛軸受合金が提供
される。
【０００６】次に、本発明の銅鉛合金軸受が、前記のよ
うに規定される理由は以下のとおりである。銅鉛軸受合金について (1) Ｎｉ：２〜１０重量％ Ｎｉ２％未満では合金の強度が不足し、また、オーバー
レイに含まれるＳｎの、銅合金中への拡散を十分抑制で
きない。１０％を超えると合金が過度に硬くなり、摺動
相手部材である軸に対する軸受としてのなじみ性が低下
する。 (2) Ｂ：０．０５〜１．０重量％ Ｂ（硼素）は、Ｎｉとの化合物として存在し、焼結性を
促進し、合金の強度および耐摩耗性の向上に寄与する。
０．０５％未満ではＮｉ−Ｂ化合物の量が少なく、他
方、１．０％を超えると、Ｎｉ−Ｂ化合物の量が増加
し、前記効果に寄与しない。また、合金の硬さが過度に
上昇し、靱性を損ない、さらには製造コストの上昇を伴
う。 (3) Ｓｎ：０．５〜８重量％ Ｓｎ０．５％未満では合金の強度が不足し、８％を超え
ると合金が過度に強くなり、また熱伝導率が低下し、非
焼付性に劣る。 (4) Ｐｂ：１５〜３０重量％ Ｐｂ１５％未満では、軸受特性として、非焼付性，異物
埋収性に劣り、他方３０％を超えると合金の強度を低下
させる。 (5) Ｐ：０．２重量％以下 燐（Ｐ）が０．２％を超えると合金が過度に硬くなり、
軸受特性として必要な、軸に対するなじみ性が低下す
る。 (6) 銅鉛系軸受合金の硬さ：ビッカース硬さ（ＨＶ）８
０以上 ＨＶ８０未満では、合金の強度，硬さが不足し、耐疲労
性，耐摩耗性に劣る。
【０００７】オーバーレイについて (7) 最表面メッキ層：３μｍ以下 最表面メッキ層は、主に裏金表面の防錆および軸受合金
表面の耐腐食性向上のために施されるものであり、３μ
ｍを超えてもその結果は変らず、製造コスト増になる。 (8) Ｓｎ：３〜１８重量％ Ｓｎ３％未満ではオーバーレイの強度が不足する。また
耐腐食性も悪くなる。他方、１８％を超えるとオーバー
レイの融点が低くなり、ワイピング現象（溶融流動現
象）が生じ易くなる。 (9) Ｉｎ：１５重量％以下 Ｉｎ量が１５％を超えると、オーバーレイの融点が低く
なり過ぎる。 (10)Ｃｕ：５重量％以下 Ｃｕ量が５％を超えると、オーバーレイが硬くなり、脆
化する。
【０００８】図１、図２は、本発明軸受の２つの構造例
を示す。図１に示された軸受は、鋼製裏金１、裏金１の
表面に一体的に形成された銅鉛軸受合金層２、および該
軸受合金層２上に一体的に形成されたオーバーレイ層３
から成る。図２に示された軸受は、図１の軸受の内外両
表面に錫、鉛またはこれらの合金のめっき皮膜４が付さ
れたものである。
【０００９】以下、実施例を挙げて具体的に説明する。
【実施例】
(1) 銅が表面メッキされた鋼板上に、表１に示す組成の
銅鉛軸受合金粉末を散布し、還元雰囲気炉内に装入して
温度７００〜９００℃で１０〜３０分間の焼結処理を施
した。その後、焼結後の複合板をロール圧延し、さらに
再焼結後再圧延を行い、焼結バイメタルを得た。（寸
法：バイメタル厚さ１．５８mm, 裏金厚さ１．２３mm，
幅１３０mm）なお、必要に応じて再焼結再圧延を複数回
繰り返してもよいことはもちろんである。しかる後に、
プレス加工および，機械加工により、断面半円形状の軸
受に形成し、本発明対応品（No. １〜４）および比較品
（No. ５〜８）を得た。これ等試験例の硬さ、引張強度
測定結果を表１に示す。本発明軸受はオーバーレイを有
するものであるが、本試験は、オーバーレイのない状態
で行われた。
【００１０】(2) 前記(1) と同様なプロセスで得られた
軸受に、電気メッキ法により、Ｐｂ−Ｓｎ９％−Ｉｎ９
％なる組成のオーバーレイ（厚さ２０μｍ）を施し、本
発明品（No. １Ａ，２Ａ）および比較品（No. ５Ａ，６
Ａ）を得た（以下、試料を表す数字は、表１の試料数に
対応する）。これ等試験例の疲労試験結果を図３に示
し、またその試験条件を表２に示す。
【００１１】(3) 前記(1) と同様なプロセスで得られた
軸受に、電気メッキ法により、Ｎｉ層（厚さ１．５μ
ｍ）を形成し、さらに同じく電気メッキによりＰｂ−Ｓ
ｎ９％−Ｉｎ９％なる組成のオーバーレイ（厚さ２０μ
ｍ）を施し、比較品（No. ５Ｂ）を得た。本発明品No.
１Ａ，比較品No. ５Ａ，No. ５Ｂを、温度１６５℃で、
全試料につき３通りの維持時間１５０，３００，１００
０時間を設定し、熱処理拡散試験を行なった。このもの
の、オーバーレイ中のＳｎ量を分析し、各時間毎のＳｎ
の減少量を比較し、銅鉛軸受合金中へのＳｎの拡散によ
るＳｎ量減少結果を図４に示す。表３は、この拡散試験
で使用した試料の形態を判り易く示している。
【００１２】図４の拡散試験結果からも明らかなよう
に、オーバーレイのＳｎの軸受合金中への拡散防止効果
について、Ｎｉ，Ｂを含む銅鉛合金を用いた本発明品
は、オーバーレイと軸受合金の境界のＮｉバリアー層が
ある材料と同等以上の効果を発揮することが判る。ま
た、軸受合金の疲労試験結果から、本発明対応品は、Ｎ
ｉ，Ｂの添加により強度の向上が図られ、優れた耐疲労
性を有することが判る。この試験によれば、Ｎｉ−Ｂ入
り銅鉛合金に、Ｓｎを含むオーバーレイを直接施して
も、Ｓｎの拡散が極めて効果的に防止され、断面半円形
形状のエンジン軸受として好適に本発明品を使用し得る
ことが明らかとなった。すなわち、銅合金マトリックス
にＮｉ−Ｂを添加すると、オーバーレイ中のＳｎに対す
る銅合金の親和力が低下し、拡散を抑制するのである。
この効果により、銅合金とオーバーレイとの境界のＮｉ
バリアー層が無くとも、オーバーレイ中のＳｎが、長期
間維持される。また、Ｎｉ−Ｂは、銅合金マトリックス
中に均一に分散することによって、マトリックスを強化
し、軸受特性としての耐疲労性、耐摩耗性を向上させる
という効果も発揮する。
【００１３】
【発明の効果】このように、本発明によれば、オーバー
レイに含まれるＳｎの銅合金への拡散を抑制することに
より、非焼付性を悪くするＮｉバリアー層を無くすこと
が可能になった。また、銅鉛軸受合金材料として、Ｎｉ
−Ｂの添加効果により、耐疲労性、非焼付性の向上が実
現された。
【００１４】
【表１】
【００１５】
【表２】
【００１６】
【表３】オーバーレイ中のＳｎの拡散による減少結果を
示すグラフ（試験温度１６５℃）
【図面の簡単な説明】
【図１】裏金、軸受合金層、オーバーレイの３層から成
る断面半円形形状の本発明例軸受の構造例である。
【図２】図１に示される軸受の両表面に最表面めっきが
付された本発明軸受例である。
【図３】実施例における疲労試験結果を示す。
【図４】オーバーレイ中のＳｎの拡散状況を示すグラフ
である。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭62−20915（ＪＰ，Ａ)

Claims (5)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 裏金、該裏金上の銅鉛系軸受合金層、お
    よび該軸受合金層上の錫含有鉛合金オーバーレイの３層
    から成る１層軸受であって、 前記銅鉛系軸受合金が２〜１０重量％のＮｉ、０．０５
    〜１．０重量％のＢ（硼素）を含み、それによって、鉛
    合金オーバーレイに含まれる錫の銅鉛系軸受合金中への
    拡散が抑制されており、さらに銅鉛系軸受合金の硬さが
    ＨＶ８０を超えることを特徴とするオーバーレイを有す
    る銅鉛合金軸受。
  2. 【請求項２】 前記裏金が、鋼材、または前記銅鉛系軸
    受合金が形成される表面に銅めっきが施された鋼材であ
    る請求項１に記載されたオーバーレイを有する銅鉛合金
    軸受。
  3. 【請求項３】 前記銅鉛系軸受合金が、Ｓｎ０．５〜８
    重量％、Ｐｂ１５〜３０重量％、Ｐ（燐）０．２重量％
    以下、Ｎｉ２〜１０量％、Ｂ（硼素）０．０５〜１．０
    重量％を含み、該軸受合金層が、合金粉末を焼結するこ
    とによって形成された層である請求項１または請求項２
    に記載されたオーバーレイを有する銅鉛合金軸受。
  4. 【請求項４】 前記オーバーレイを形成する錫含有鉛合
    金が、Ｓｎ３〜１８重量％、残部としてのＰｂ、および
    不可避不純物から成る合金である請求項１〜請求項３の
    いずれか１項に記載されたオーバーレイを有する銅鉛合
    金軸受。
  5. 【請求項５】 前記オーバーレイを形成する錫含有鉛合
    金が、Ｓｎ３〜１８重量％と、１５重量％以下のＩｎお
    よび５重量％以下のＣｕのうち少なくとも１種と、残部
    としてのＰｂ、および不可避不純物とから成る合金であ
    る請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載されたオー
    バーレイを有する銅鉛合金軸受。
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