JP2000514528A - 薄壁ベアリング - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 鋼シェルに接合されたアルミニウム系又は銅系の軸受材料の層（１６）を有する薄壁ベアリング（１０）のそれぞれが、鉛、スズ、インジウム、銅、ニッケル、亜鉛およびアンチモンのひとつ以上から成る表面層（２０）を有する。該表面層の、最初は未改変の露出した表面部には、任意の適当な手法により、２マイクロメートル未満の厚さを有して鉄、クロム、ニッケル、コバルト、金、銀および銅のひとつ以上から成る表面薄膜（２４）が設けられる。表面薄膜（２４）は表面層（２０）の前記の構成成分の少なくともひとつと反応させられ、表面層の表面部（２２）を硬質かつ耐摩耗性となるように改変する。表面薄膜（２４）の材料は、表面層（２０）の表面部（２２）の材料と少なくともひとつの金属間化合物および、または固溶体を形成する。この軸受は、表面薄膜（２４）が表面層（２０）と反応して所望割合で所要の金属間化合物および、または固溶体を形成する温度まで加熱され得る。

Description

【発明の詳細な説明】 薄壁ベアリング 本発明は、特に自動車用の薄壁ベアリングに関するが、自動車用のものでなく てもよい。 従来、このような薄壁ベアリングは曲がった鋼製のシェルの内側表面に接合さ れた軸受材料の層を備えている。本発明は更に、軸受材料がアルミニウム系又は 銅系であり、該軸受材料が鋼シェル上に鋳造、焼結もしくはロール接合され得る 薄壁ベアリングに関する。代表的な、軸受層の厚みは２５０マイクロメートルで ある。 銅系軸受材料、場合によってはアルミニウム系軸受材料に関し、軸受層上に例 えば電着により例えば２０マイクロメートルの厚さの表面層を施すことも慣行的 に行われている。表面層の目的は、特に軸受材料が銅を含む場合に、軸受内に回 転支承されている鋼シャフトに軸受材料が焼き付くのを防止し、且つ、又は、該 シャフトの偏心に適応することである。通常的な軸受の使用においては、表面層 の摩耗により軸受層は表面層を通して部分的に露出するが、部分的にでも表面層 が存在すれば軸受に対して所要の特性を与えることになる。使用される表面層材 料の例としては、鉛−１０％スズ、鉛−７％インジウム、および、鉛−スズ−２ 〜４％銅がある。 軸受材料および表面層材料の両者に必要な特性は、耐食性および大きな疲れ強 さである。 また、軸受材料の鋳造層上に厚さ２マイクロメートル以下の中間ニッケル層を 電着することも公知である。このような中間層は、軸受材料と、引続き電着され る表面層との間の接合欠陥を防止するために設けられる。このような軸受の欠点 は、もし鋼シャフトが表面層を摩耗により除去して中間ニッケル層が少なくとも 部分的に露出させられると、該中間ニッケル層と該鋼シャフトとの焼き付きが生 じ得ることである。 本発明は、表面層を有する、および、上述したように中間ニッケル層をも有し 得る薄壁ベアリングに特に関する。 本発明の目的は、望むに値する長い使用寿命を有すると共に、協働するシャフ トと良好、且つ緊密に嵌合して最適な性能を発揮する、例えば自動車用の薄壁ベ アリングを提供することである。 本発明によれば、曲がった鋼製のシェルの内側表面に接合されたアルミニウム 系又は銅系の軸受材料の層と、鉛、スズ、インジウム、銅、ニッケル、亜鉛およ びアンチモンの内の少なくともひとつを構成成分とする表面層とを有する薄壁ベ アリングであって、２マイクロメートル未満の厚さを有して鉄、クロム、ニッケ ル、コバルト、金、銀および銅の内の少なくともひとつから成る表面薄膜（flas h)と、前記表面層の前記構成成分の少なくともひとつとの反応から、前記表面層 に、改変された硬質の耐摩耗性の露出した表面部が形成されている薄壁ベアリン グが提供される。 前記表面薄膜は表面層の前記構成成分の少なくともひとつと反応もしくは結合 して、少なくともひとつの金属間化合物を形成し、且つ、又は、単一もしくは複 数の金属間化合物に相当すると共に多分それより柔らかい、少なくともひとつの 固溶体を形成する。 前記表面層の、改変された硬質の耐摩耗性の露出した表面部はまた、該表面層 の、未改変の主要部分よりもそれほど低くはない耐焼付性および疲れ強さを有す る必要がある。前記表面部の硬度は協働するシャフトの偏心に該表面部が適応す る助けとはならないが、この部分は極めて薄いので、その存在は、前記の改変さ れた硬質の表面部を備えた表面層全体の効果的な適応性、すなわち、なじみやす さに対しそれほど不利益とはならない。 前記表面薄膜は、所望割合で前記表面層と該表面薄膜との間の拡散および合金 化を許す温度に加熱されることにより、該表面層の前記構成成分の少なくともひ とつと所要の方法で結合もしくは反応し得る。 このような表面層の、露出した表面部で良好な耐焼付性を有する硬質で耐摩耗 性の部分が、おそらくは軸受の使用時における部分的な摩耗による損失の結果と して不連続となったとしても問題ではない。 本発明の別の態様によれば、曲がった鋼製のシェルの内側表面に接合されたア ルミニウム系又は銅系の軸受材料の層を有して、該軸受材料層上に、鉛、スズ、 インジウム、銅、ニッケル、亜鉛およびアンチモンの内の少なくともひとつを構 成成分とする表面層が接合された薄壁ベアリングを製造する方法であって、２マ イクロメートル未満の厚さを有すると共に鉄、クロム、ニッケル、コバルト、金 、銀および銅の内の少なくともひとつから成る表面薄膜を前記表面層の、最初は 未改変の露出した表面部に適宜な方法で設ける工程と、前記表面薄膜の前記の材 料を、前記表面層の前記構成成分の少なくともひとつと反応させることにより該 表面層に、改変された硬質の耐摩耗性の露出した表面部を形成する工程とを有す る薄壁ベアリングの製造方法が提供される。 以下、本発明に係る薄壁ベアリングの側面図である添付図面を参照して例示に より本発明を説明する。 図示された薄壁ベアリング１０は曲がった鋼製のシェル１２を有し、且つ、該 シェル１２の半径方向内側表面１４には軸受材料の層１６が接合されている。該 軸受材料層１６の半径方向内側表面１８には、表面層２０が直接に電着される。 代りに、軸受材料層１６と表面層２０との間の接合欠陥を防止するように、両層 の間に（不図示の）ニッケル中間層が配備され得る。 ここまで記述された薄壁ベアリング１０は従来構造を有しており、従来の構成 材料から成っている。 軸受材料１６はアルミニウム系もしくは銅系であり、例えば、銅−鉛、または 、アルミニウム−スズ、または、アルミニウム−スズ−ケイ素である。典型的に は、軸受材料層１６は２５０マイクロメートルの厚みを有する。 表面層２０の厚みは典型的には１２マイクロメートル乃至３３マイクロメート ルの範囲にあり、２０マイクロメートルとされ得る。該表面層２０は、軸受材料 １６が銅系であるときに設けられるものであるが、該軸受材料がアルミニウム系 である場合に設けられることもある。表面層２０は、当該軸受内に回転支承され た（不図示の）シャフトに対して耐焼付性を有する必要があり、シャフトの偏心 に適応する必要もある。 本発明によれば、表面層２０の、最初は未改変の露出表面２２上には、（不図 示の）表面薄膜(flash)が設けられ、該表面薄膜は最初は表面層の一部とは見做 されない。該表面薄膜は、先に設けられた、表面層２０の表面部２４の材料と反 応させられ又は結合させられることにより、該表面部２４を耐焼付性を有するこ とに加えて硬質となり且つ耐摩耗性を有するように改変する。 先に電着された、表面層２０の材料は、鉛、スズ、インジウム、銅、ニッケル 、亜鉛又はアンチモンである元素の内の少なくともひとつから成っている。また 、前記表面薄膜の材料は、鉄、クロム、ニッケル、コバルト、金、銀又は銅であ る元素の内の少なくともひとつから成っている。該表面薄膜は、例えば電着、化 学蒸着、または物理蒸着(physical vapour deposition)などの任意の好適な手法 で析出させられ得る。先に析出させられた表面層材料との表面薄膜の所要の反応 は、表面薄膜の析出と同時に生じても良く、または、引続く熱処理プロセス段階 で行われても良い。 硬質の、改変された表面部２４は耐焼付性を有している、なぜなら、前記表面 薄膜の前記材料は、先に電着された、表面層２０の材料の前記成分元素と、又は 少なくともそのひとつと反応して少なくともひとつの金属間化合物および、また は固溶体を形成するからである。所要の改変は、先に電着された表面層材料の前 記構成元素と、又は少なくともそのひとつと該表面薄膜が所望割合で結合する温 度にまで当該軸受を加熱することによって行われ得る。 実施例 本発明に係る薄壁ベアリングの或る特定の製造例においては、最初に電着され た表面層材料は鉛−インジウムであり、これらの２つの元素は別々の電着プロセ ス段階において電着させられ、鉛が最初に電着される。表面層の、所要の、改変 された表面部２４は、インジウムの電着の直後にニッケル表面薄膜を電着するこ とにより得られる。この、約１／３マイクロメートルの厚さのニッケル表面薄膜 は、更なる電着プロセス段階において設けられる。次に、例えば１６０℃で約２ ０分間だけ熱処理を行うことにより、ニッケルが前記表面層のインジウム内に拡 散されて、少なくともひとつの所要の金属間化合物および、または固溶体が形成 される。この様にして、表面層に硬質で耐摩耗性を有する改変された表面部２４ が設けられるが、該表面部も耐焼付性と高い疲れ強度とを有する。該表面層の、 改変された表面部２４は表面薄膜よりも厚くてよく、且つ、２マイクロメートル までの厚みを有し得るが、この厚みは通常は１マイクロメートルより小さい。 前記表面層が、スズから成り、または、鉛、スズおよび銅から成る場合、該表 面層は、慣習的には該表面層の一部と見做されるスズの表面薄膜を備え、該表面 層上に設けられる次のニッケル表面薄膜は、スズの融点未満の温度、例えば１６ ０℃で所要の金属間化合物および、または固溶体を形成する必要がある。 前記表面層の、薄い表面部の硬度は、全体として考えられたときには、該表面 層の所要の適応性に悪影響を与えるものでは無い。 ニッケルから成る表面薄膜は２マイクロメートル以下の厚みを有し得るが、こ れは、所要の適応性を有する表面層の、薄い改変された表面部と同等の厚みであ る。 軸受の使用中における摩耗その他の理由により、改変表面部の所要硬度が該表 面部内で不連続であったとしても、問題にはならない。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 ラザフォード，ファティマ イギリス国、ケイエイ３ ５イーエス エ アーシャー、スチュワートン、クラークラ ンド・ロード 16

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １． 曲がった鋼製のシェルの内側表面に接合されたアルミニウム系又は銅系 の軸受材料の層と、 鉛、スズ、インジウム、銅、ニッケル、亜鉛およびアンチモンの内の少なくと もひとつを構成成分とする表面層とを有する薄壁ベアリングであって、 ２マイクロメートル未満の厚さを有して鉄、クロム、ニッケル、コバルト、金 、銀および銅の内の少なくともひとつから成る表面薄膜と、前記表面層の前記構 成成分の少なくともひとつとの反応から、前記表面層に、改変された硬質の耐摩 耗性の露出した表面部が形成されている薄壁ベアリング。 ２． 曲がった鋼製のシェルの内側表面に接合されたアルミニウム系又は銅系 の軸受材料の層を有して、該軸受材料層上に、鉛、スズ、インジウム、銅、ニッ ケル、亜鉛およびアンチモンの内の少なくともひとつを構成成分とする表面層が 接合された薄壁ベアリングを製造する方法であって、 ２マイクロメートル未満の厚さを有すると共に鉄、クロム、ニッケル、コバル ト、金、銀および銅の内の少なくともひとつから成る表面薄膜を前記表面層の、 最初は未改変の露出した表面部に設ける工程と、 前記表面薄膜の前記の材料を、前記表面層の前記構成成分の少なくともひとつ と反応させることにより該表面層に、改変された硬質の耐摩耗性の露出した表面 部を形成する工程と を有する、薄壁ベアリングの製造方法。 ３． 所望割合で前記表面層と該表面薄膜との間の拡散および合金化を許す温 度に前記表面薄膜が加熱されることにより、該表面層の前記構成成分の少なくと もひとつと反応させられる、請求項２記載の方法。 ４． 電着、化学蒸着又は物理蒸着による処理工程を用いることにより、前記 表面層の、最初は未改変の露出した表面部上に前記表面薄膜が析出させられる、 請求項２又は３に記載の方法。 ５． 請求項２、３又は４に記載の方法により製造された薄壁ベアリング。