JPH04331817A - 複合めっき皮膜を有するすべり軸受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関用すべり軸受
に係わり、特に近年における内燃機関の出力増大要請に
伴なう高速・高荷重エンジンに好適なすべり軸受に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】内燃機関等で用いられるすべり軸受は、
通常、鋼板上に軸受用銅合金またはアルミニウム合金を
接合させたバイメタルを、円筒形ブッシュあるいは半割
メタル形状に加工し、その軸受合金側に鉛合金めっき皮
膜を被覆して構成されている。ここで、鉛合金めっき層
の主たる機能は、■軸受とクランクシャフト等の軸との
なじみ性の向上、■潤滑油中に混入している異物を鉛合
金めっき層中に埋収すること、■特に銅軸受合金に対し
ては、潤滑油が劣化して生じる有機酸からこれを保護す
ること等が挙げられる。この目的のために、鉛合金めっ
きは米国特許第２，６０５，１４９号明細書、米国特許
第３，１８０，００８号明細書、特公昭３９−２２４９
８号公報等の開示にみられる様に、鉛中のＳｎ，Ｃｕ，
Ｉｎ等の添加合金成分量が種々異なる鉛合金めっき層を
備えたすべり軸受が提案され、製造、使用されてきた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、最近の自動車
用エンジンでは、高出力化および燃費低減化を追求すべ
く高速回転、高荷重の下で軸受が使用されるため、前記
鉛合金めっき層の摩耗が急速に進行し、めっき層の摩耗
による焼付、あるいは焼付に到らないまでも、軸と軸受
とのオイルクリアランスの増大から生じるメタル打音発
生の各問題が存在する。　　また、トラック用ディーゼ
ルエンジンでの高荷重運転下においても、鉛合金めっき
層の摩耗後、軸受用銅合金層の腐蝕，焼付の問題として
クローズアップされており、内燃機関の耐久性能面で、
特に耐摩耗性に優れた鉛合金めっき層への要求があるが
、鉛合金中の各成分を種々に組み合わせ変更しても、該
要求を充分満足する耐摩耗性を得ることは困難であった
。

【０００４】かかる要求に対して、各種無機物粒子を含
む鉛合金めっき層が提案されているものの、無機物粒子
を鉛合金めっき層内に単に分散させるだけでは、その表
面粗さが粗大となる。このため、内燃機関開始動時にお
いて、軸と軸受が直接接触する際の摩擦力が大きくなり
、円滑な機関の作動が行なわれない結果となる。また、
長時間のならし運転によって良好な馴染み性が得られた
後に、運転が開始されても、時間の進行とともに変化す
る油膜圧力が鉛合金めっき層中の粗大無機物粒子に対し
て局部的な集中荷重を加えることになる。この荷重印加
が反復されることにより、無機物粒子近傍を始点として
徐々に鉛合金めっき層が疲労し、疲労が進行すると、無
機物粒子を含む鉛合金めっき層の摺動面に現われた無機
物粒子近傍の疲労箇所が次第に連なり、鉛合金めっき層
の該疲労箇所が全体として脱落することになる。 また、疲労には到らない荷重下でも、表面粗さが大きい
と、内燃機関の軸と軸受間の油膜形成を阻害するため、
高速回転、高荷重運転が困難であり、無機物粒子を含む
鉛合金めっき層の適用範囲が限定されている。本発明は
、斯かる技術的背景の下で創案されたものであり、非焼
付性、耐疲労性を損うことなく、複合めっき皮膜の有す
る優れた耐摩耗が発揮される該皮膜が付されたすべり軸
受を提供することを、その目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段およびその作用】この目的
は、その層厚方向の平均組成として、０．３〜２５容量
％の無機物粒子を含む鉛合金表面層が設けられたすべり
軸受であって、無機物粒子を含む鉛合金表面層が軸受本
体部材に付された複合めっき皮膜であり、無機物粒子の
平均粒径が１．５μｍ以下、複合めっき皮膜の表面粗さ
がＲｚ４μｍ以下である複合めっき皮膜を有するすべり
軸受を提供することによって達成される。

【０００６】本発明すべり軸受は、典型的には、鋼製裏
金と、該裏金上に設けられた軸受用銅合金層またはアル
ミニウム合金層と、該銅合金層上に設けられた複合めっ
き皮膜との積層体として提供される。複合めっき皮膜の
マトリックスを構成する鉛合金としては、合計量で２〜
３０重量％の、Ｓｎ，Ｉｎ，Ｓｂ，ＣｕおよびＺｎの一
種または二種以上を含むものが好適である。複合めっき
皮膜と、該複合めっき皮膜の下層である前記合金層（軸
受用銅合金層またはアルミニウム合金層）との間に、厚
さ０．５〜５μｍの中間めっき層を介在させるのは好ま
しいことであり、該中間めっき層が、Ｎｉ，Ｎｉ合金，
Ｃｏ，Ｃｏ合金，Ｆｅ，Ｆｅ合金，Ｃｕ，Ｃｕ合金，Ａ
ｇおよびＡｇ合金から成る群から選ばれたいずれか一種
の金属で形成される。また、裏金と、前記合金層（軸受
用銅合金層またはアルミニウム合金層）との間に両層を
接合するための接合金属層を介在させるのは好ましいこ
とであり、該接合金属層はＮｉ，Ｎｉ合金，Ｃｕ，Ｃｕ
合金，ＡｌおよびＡｌ合金から成る群から選ばれたいず
れか一種の金属で形成される。

【０００７】本発明者らは、種々の無機物粒子を含む鉛
合金基体の複合めっき皮膜を付した試験片につき、各種
条件で摺動試験を行い試験前後の複合めっき皮膜の表面
を観察して、解析した。その結果は以下のとおりである
。各種無機物粒子の平均粒径と、該粒子を複合めっき法
により鉛合金めっき層中に共析出させて成る複合めっき
皮膜の表面粗さとの間には正の比例関係があり、表面粗
さと、摺動試験開始時における初期摩擦係数との相関が
明瞭に認められる。無機物粒子の平均粒径を１．５μｍ
以下とし、かつ複合めっき皮膜表面層の表面粗さをＲｚ
４μｍ以下とした複合めっき皮膜付摺動試験片は、初期
摩擦係数が低く、運転開始時より油膜形成が円滑に行わ
れるため、摩擦初期段階における摩耗量が低く抑えられ
、その後正常摩耗への移行後も複合めっき皮膜中に含ま
れる無機物粒子の作用で極めて耐摩耗性に優れた鉛合金
めっき層となり、内燃機関用すべり軸受の長寿命化を計
ることができる。

【０００８】次に、本発明における各成分、軸受構造等
の限定理由について述べる。本発明で用いる無機物は、
窒化物（例えば、ＢＮ，ＴｉＮ，ＣｕＮ等）、炭化物（
例えば、ＳｉＣ，ＴｉＣ，Ｂ４　Ｃ，ＴａＣ等）フッ化
物（例えば、（ＣＦ）ｎ　，ＣａＦ２　等）、硫化物（
例えば、ＭｏＳ２　，ＷＳ２　等）、その他であり、特
に限定されるものではない。

【０００９】無機物粒子の含有量に関しては、複合めっ
き皮膜の厚さ方向におけるその平均組成が０．３容量％
未満では、耐摩耗性向上効果が少なく、平均組成が２５
容量％を超えると、複合めっき皮膜自体の靱性が失われ
るため、耐疲労性に欠け、ひいては耐摩耗性が損われる
こととなる。したがって、無機物粒子の含有量は、平均
組成として０．３〜２５容量％に限定され、より好まし
い平均組成は０．５〜２０容量％である。

【００１０】無機物粒子の平均粒径と複合めっき皮膜の
表面粗さについて言えば、自動車用すべり軸受では、鉛
合金めっき層は一般に１０〜３０μｍの厚さが必要とさ
れ、また表面の平滑さも同時に要求される。ここで、複
合めっき皮膜の厚さを１０〜３０μｍとし、特に初期摩
擦係数の低い表面を得る為には、無機物粒子の平均粒径
を１．５μｍ以下になし、かつ得られた複合めっき皮膜
の表面粗さをＲｚ４μｍ以下にすることが必要である。 無機物粒子の粒径が１．５μｍを超えたものを使用して
得た複合めっき皮膜は、表面粗さを細かくすることが困
難であり、初期摩擦係数の低い皮膜は得られない。した
がって、無機物粒子の平均粒径は１．５μｍ以下に、複
合めっき皮膜の表面粗さはＲｚ４μｍ以下に、それぞれ
限定される。

【００１１】めっき皮膜の基体鉛合金の添加金属Ｓｎ，
Ｉｎ，Ｓｂ，ＺｎおよびＣｕの含有量は、その合計量が
２重量％未満では、機械的強度、例えば硬度、引張強さ
が低く、また潤滑油が劣化した時に生じる有機酸に対し
ての耐蝕性に欠けることになる。その合計量が３０重量
％をこえると、特にすべり軸受が使用される温度範囲１
００〜１３０℃における機械的強度が著しく低下するた
め、鉛合金めっき皮膜中に添加されるＳｎ，Ｉｎ，Ｓｂ
，ＺｎおよびＣｕの一種または二種以上の合計含有量は
２〜３０重量％に限定され、最も好ましい合計含有量は
５〜２５重量％である。

【００１２】

【実施例】図１ないし図８は、それぞれ複合めっき皮膜
を表面層として有する本発明に係わるすべり軸受の縦断
面構造を示す模式図である。図１は、Ｃｕ−Ｐｂ系、Ｃ
ｕ−Ｐｂ−Ｓｎ系、Ｃｕ−Ｚｎ系、Ｃｕ−Ｓｎ系、等の
Ｃｕ合金層３の上に、ＢＮ、ＳｉＣ、（ＣＦ）ｎ　、Ｍ
ｏＳ２　等の無機物粒子から選ばれた一種または二種以
上を含む、Ｐｂ−Ｓｎ、Ｐｂ−Ｓｎ−Ｃｕ、Ｐｂ−Ｓｎ
−Ｓｂ、Ｐｂ−Ｓｎ−Ｚｎ、Ｐｂ−Ｓｎ−Ｉｎ等のＰｂ
合金層１を積層させた例を示している。図２は、低炭素
鋼、高炭素鋼、ステンレス鋼、特殊鋼等の鋼製裏金４の
上に、図１図示のＣｕ合金層３およびＰｂ合金層１を積
層させた例を示している。図３は、図２におけるＣｕ合
金層３とＰｂ合金層１との間に、Ｎｉ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ａ
ｇ，Ｃｕのいずれか、またはそれらの合金から成る中間
層２を設けた例を示している。図４は、図３における中
間層２とＣｕ合金層３の間に、さらに中間層２とは異な
るＮｉ，Ｃｏ，Ｆｅ，Ａｇ，Ｃｕのいずれか、またはそ
れらの合金から成る中間層２Ａを設けるとともに、鋼製
裏金４の表面に防錆目的でＳｎめっき皮膜、またはＰｂ
−Ｓｎめっき皮膜７を付した例を示している。図５は、
Ａｌ−Ｓｎ系、Ａｌ−Ｓｉ系、Ａｌ−Ｚｎ系等のＡｌ合
金層５の上に、Ｐｂ合金層１を積層させた例を示してい
る。図６は、図４におけるＣｕ合金層３をＡｌ合金層５
で置き換えたものに相当する例を示している。図７は、
鋼製裏金４とＡｌ合金層５との間に、Ｃｕ，Ｎｉ，Ａｌ
またはそれらの合金から成る接合層６を設けるとともに
、Ａｌ合金層５とＰｂ合金層１との間に、中間層２（材
質は前述のとおりである）を設けた例である。図８は、
図６図示例において、中間層２Ａを省くとともに、鋼製
裏金４の表面に防錆目的でＳｎめっき皮膜、またはＰｂ
−Ｓｎめっき皮膜７を付した例を示している。

【００１３】試験例１：鋼裏金上に銅合金粉（Ｃｕ−２
３Ｐｂ−３．５Ｓｎ）の焼結により焼結層を設け、バイ
メタルを製造した。次いで、得られたバイメタルを切断
し、機械加工の工程を経て鈴木式摩擦摩耗試験片（以下
、試験片と称す）を製造した。その試験片に対して、通
常の溶剤脱脂、電解脱脂、酸洗いの順で前処理を施した
後、焼結銅合金表面に次の条件でめっき処理を施した。 めっき条件：通常のワットＮｉメッキ浴、浴温５０℃、
陰極電流密度６　Ａ／ｄｍ２　。予め、銅合金表面に厚
さ１．５μｍのＮｉ中間めっき層を設けておき、通常の
硼フッ化物鉛合金めっき浴中に各々平均粒径の異なるＳ
ｉＣ（炭化物）を無機物粒子として用い、１５〜２５ｇ
／リットルの該ＳｉＣをめっき浴中に分散させて、浴温
２５℃、陰極電流密度３〜５　Ａ／ｄｍ２　にて電解を
行い、共析出された無機物粒子と基体鉛合金層から成る
複合めっき皮膜を得た。各層の厚さは、複合めっき皮膜
２０μｍ、銅合金層０．３ｍｍ，鋼裏金層１．２ｍｍで
ある。条件を変えて行なった各試験における粒子サイズ
、共析出量、めっき皮膜基体としての鉛合金の組成を表
１に示す（試料Ｎｏ．１，２参照。試料Ｎｏ．３、４は
比較例である）。

【００１４】試験例２：試験例１と同様な試験片を用い
て、それに同様な前処理（実施例１と同様な焼結層の付
与）を行い、ワットＮｉめっき（Ｎｉ中間めっき）を施
した後、各々平均粒径の異なるＳｉ３　Ｎ４　（窒化物
）を無機物粒子として用い、その３０〜５０ｇ／リット
ルを鉛合金めっき浴中に分散させ、試験例１と同様な方
法で複合めっき皮膜を得た。各層の厚さは試験例１の場
合と同じであり、粒子サイズ、共析量、鉛合金めつき組
成を表１に示す（試料Ｎｏ．　５，６参照。試料Ｎｏ．
７，８は比較例である）。

【００１５】試験例３：従来品との比較のため、試験例
１の場合と同様な試験片を用い、それに前処理（試験例
１と同様な焼結層の付与）を施し、無機物粒子を含まな
い鉛合金めっき浴を用いて電解を行い、表１に示す組成
の表面層を得た。（試料Ｎｏ．　９〜１１参照）。各層
の厚さは試験例１の場合と同じである。

【００１６】試験例４：鋼裏金に対して軸受用アルミニ
ウム合金（Ａｌ−６Ｓｎ−１Ｃｕ−１Ｎｉ）薄板をロー
ル圧延法により圧延接合後、温度３５０℃で４時間の焼
鈍を施し、バイメタルを製造した。次に、得られたバイ
メタルを試験例１の場合と同様に切断、機械加工の工程
を経て、試験片を作製した。その後、通常の溶剤脱脂、
一般に知られているＡｌ合金上の前処理であるアルカリ
エッチング、酸洗い、亜鉛置換処理を順次施した後、ワ
ットＮｉめっき浴により、浴温５０℃、陰極電流密度６
　Ａ／ｄｍ２　なる条件で電解を行い、もって厚さ２．
０μｍのＮｉ中間層を施した。次いで、試験例１と同様
な方法で、平均粒径１．０μｍのＳｉＣを使用し、その
０．５〜５０ｇ／リットルをめっき浴中に分散させ、浴
温２５℃、陰極電流密度３〜５　Ａ／ｄｍ２　なる条件
で電解を行い無機物粒子であるＳｉＣを共析出させて複
合めっき皮膜を得た。各層の厚さは、複合めっき皮膜２
０μｍ、アルミニウム合金層０．３ｍｍ、鋼裏金層１．
２ｍｍである。共析出量、鉛合金めっき組成を表１に示
す（試料Ｎｏ．　１３〜１５参照。試料Ｎｏ．１２は比
較例である）。

【００１７】試験例５：試験例４と同様な試験片を用い
、かつ同様な前処理を施し、通常のＡｌ合金上に適用さ
れるシアン化物銅ストライクめっき浴を用い、浴温５０
℃、陰極電流密度１．５　Ａ／ｄｍ２　なる条件で電解
を行って２．０μｍ厚さのＣｕ中間層を施し、試験例４
と同様な無機物粒子の５０〜１００ｇ／リットルをめっ
き浴中に分散させ、浴温２５℃、陰極電流密度３〜５　
Ａ／ｄｍ２　なる条件で電解を行なって、無機物粒子で
あるＳｉＣを共析出させて、複合めっき皮膜を得た。各
層の厚さは試験例４と同じであり、また、共析量、鉛合
金めっき組成を表１に示す（試料Ｎｏ．１６参照。試料
Ｎｏ．１７は比較例である）。

【００１８】試験例６：前記試験例１〜５の場合と同様
な手法により、各種無機物粒子をめっき浴中に分散させ
て得た複合めっき皮膜をまとめて表１に示す（試料Ｎｏ
．　１８〜２０参照）。さらに、各試料の効果確認のた
めに、焼付試験および摩耗試験を実施した。その試験条
件を表２に示し、その結果については図９，１０，１１
にまとめて示す。

【００１９】

【表１】

【００２０】

【表２】

【００２１】

【発明の効果】表１に示した各試料の表面粗さから判る
様に、無機物粒子の平均粒径を１．５μｍ以下としたも
のは、複合めっき皮膜の表面粗さがＲｚ４μｍ以下にな
っており、これらの試料は、図１０に示す初期なじみ時
点の摩擦係数が低く抑えられていて、この効果で円滑な
油膜形成が行なわれ、高い焼付面圧を得ることができる
。また、無機物粒子の平均粒径が１．５μｍを超えると
、複合めっき皮膜の表面粗さをＲｚ４μｍ以下にするこ
とは困難であり、初期なじみ時点における摩擦係数が高
くなって（図１０）、相対的に低い面圧で焼付きが発生
することが理解される。無機物粒子の平均粒径が１．５
μｍ以下であっても、その共析出量が２５容量％を超え
ると、複合めっき皮膜の表面粗さがＲｚ４μｍを超えて
、低い面圧で焼付きとなる。さらに、図１１に示す摩耗
試験結果から判る様に、平均粒径１．５μｍ以下の無機
物粒子を０．３〜２５容量％を含み、かつ表面粗さＲｚ
４μｍ以下の複合めっき皮膜を施こした本発明品は、無
機物粒子を含まないもの、および該粒子が含まれていて
も、０．３〜２５容量％の範囲から外れるものに比較し
て、摩耗量が減少しており、耐摩耗性の向上に極めて効
果があることが判る。斯様に、本発明品が極めて優れた
耐摩耗性、非焼付性を有する複合めっき付すべり軸受で
あることが理解される。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例に係わる銅合金層を有する２
層構造すべり軸受の要部断面図。

【図２】本発明の一実施例に係わる３層構造すべり軸受
の腰部断面図。

【図３】図２に示した軸受の変形例を示す図。

【図４】図３に示した軸受の変形例を示す図。

【図５】本発明の一実施例に係わる、アルミニウム合金
層を有する２層構造すべり軸受の要部断面図。

【図６】鋼裏金上にアルミニウム合金層を設けた、本発
明の一実施例に係わる５層構造すべり軸受の要部断面図
。

【図７】図６に示した軸受の変形例を示す図。

【図８】図７に示した軸受の変形例を示す図。

【図９】焼付試験結果を示す棒グラフ。

【図１０】各試験片の初期摩擦係数を示す棒グラフ。

【図１１】摩耗試験結果を示す棒グラフ。

【符号の説明】

１　　Ｐｂ合金層 ２　　中間層 ２Ａ　　中間層 ３　　Ｃｕ合金層 ４　　鋼製裏金 ５　　Ａｌ合金層 ６　　接合層

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　その層厚方向の平均組成として、０．
   ３〜２５容量％の無機物粒子を含む鉛合金表面層が設け
   られたすべり軸受において、無機物粒子を含む鉛合金表
   面層が軸受本体部材に付された複合めっき皮膜であり、
   無機物粒子の平均粒径が１．５μｍ以下、複合めっき皮
   膜の表面粗さがＲｚ４μｍ以下であることを特徴とする
   複合めっき皮膜を有するすべり軸受。
2. 【請求項２】　　前記鉛合金が、合計量で２〜３０重量
   ％の、Ｓｎ，Ｉｎ，Ｓｂ，ＣｕおよびＺｎの一種または
   二種以上を含む請求項１に記載の複合めっき皮膜を有す
   るすべり軸受。
3. 【請求項３】　　鋼製裏金、該裏金上に設けられた軸受
   用銅合金層、および該銅合金層上に設けられた複合めっ
   き皮膜の積層体として形成された請求項１または請求項
   ２に記載の複合めっき皮膜を有するすべり軸受。
4. 【請求項４】　　鋼製裏金、該裏金上に設けられた軸受
   用アルミニウム合金層、および該アルミニウム合金層上
   に設けられた複合めっき皮膜の積層体として形成された
   請求項１または請求項２に記載の複合めっき皮膜を有す
   るすべり軸受。
5. 【請求項５】　　複合めっき皮膜と、該複合めっき皮膜
   の下層である前記合金層との間に、厚さ０．５〜５μｍ
   の中間めっき層が存在しており、該中間めっき層が、Ｎ
   ｉ，Ｎｉ合金、Ｃｏ，Ｃｏ合金，Ｆｅ，Ｆｅ合金，Ｃｕ
   ，Ｃｕ合金，ＡｇおよびＡｇ合金から成る群から選ばれ
   たいずれか一種の金属で形成されている請求項３または
   請求項４に記載の複合めっき皮膜を有するすべり軸受。
6. 【請求項６】　　裏金と、前記合金層との間に両層を接
   合するための接合金属層が存在しており、該接合金属層
   がＮｉ，Ｎｉ合金，Ｃｕ，Ｃｕ合金，ＡｌおよびＡｌ合
   金から成る群から選ばれたいずれか一種の金属で形成さ
   れている請求項３、４、５のいずれかに記載の複合めっ
   き皮膜を有するすべり軸受。