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JP3195113B2 - すべり軸受 - Google Patents

すべり軸受

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Publication number
JP3195113B2
JP3195113B2 JP07404393A JP7404393A JP3195113B2 JP 3195113 B2 JP3195113 B2 JP 3195113B2 JP 07404393 A JP07404393 A JP 07404393A JP 7404393 A JP7404393 A JP 7404393A JP 3195113 B2 JP3195113 B2 JP 3195113B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
layer
overlay
boundary layer
alloy
plating
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired - Lifetime
Application number
JP07404393A
Other languages
English (en)
Other versions
JPH06287796A (ja
Inventor
貴志 冨川
茂幸 須賀
秀明 洪
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Taiho Kogyo Co Ltd
Original Assignee
Taiho Kogyo Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=13535756&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=JP3195113(B2) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Taiho Kogyo Co Ltd filed Critical Taiho Kogyo Co Ltd
Priority to JP07404393A priority Critical patent/JP3195113B2/ja
Publication of JPH06287796A publication Critical patent/JPH06287796A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP3195113B2 publication Critical patent/JP3195113B2/ja
Anticipated expiration legal-status Critical
Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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  • Sliding-Contact Bearings (AREA)
  • Electroplating Methods And Accessories (AREA)
  • Other Surface Treatments For Metallic Materials (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関におけるクラ
ンクシャフトのジャーナル部及びコンロッドの大端部な
どに使用されるすべり軸受に関するものである。特に本
発明は、通常ライニングと称されるケルメット、アルミ
ニウム軸受合金などの軸受合金層と、Niめっきなどの
中間層と、Pb−Sn−In合金表面層(通常「オーバ
レイ」と称される)を含んでなるすべり軸受の耐焼付性
及び耐疲労性を中間層とオーバレイの間の境界層を特定
することにより改良する技術に関するものである。
【0002】
【従来の技術】NiバリヤとPb−Sn−In三元系オ
ーバレイの間の境界層の金属組織に着目してすべり軸受
の性能を上記と同様の観点から向上する試みが特開平4
−168295号公報にてなされており、ここでは境界
層を52%以上のSnを含有するSn−In固溶体とす
ることが提案されている。この発明では、境界層の固溶
体組織が表面層(オーバレイ)との密着性が良いという
ことが述べられている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】近年一部の高速走行自
動車においてはすべり軸受の焼付が起こり、軸受の性能
不足が指摘されるに至った。トラブルが起こった軸受を
観察すると、焼付が起こった部分のオーバレイでは局部
的温度上昇により溶融が起こり、溶融部でオーバレイの
剥離が起こっていることが認められた。
【0004】従来は、潤滑油の温度は120〜140°
C程度と想定されており、この温度はPb合金の融点よ
りはるかに低いので、オーバレイが溶融することは想定
されていなかった。これに反して、高速走行車で焼付い
た軸受では、メッキ組織(Pb,Sn,Inなどがほと
んど識別されない粒子分散組織−部分的に熱拡散の跡も
認められる)とは明らかに異なる溶融−凝固組織(Pb
マトリックス中にSnなどが分散した組織)が認められ
た。
【0005】本発明者が実験室及び実験車におけるPb
−Sn−In三元系オーバレイを施したすべり軸受の性
能を検討したところ軸受が熱負荷を受け、オーバレイ中
のSn,InがNiめっき層界面に拡散して生成した化
合物層の中に種々の化合物が存在し、そのなかでInS
n4 の割合が多い場合はオーバレイ界面の融点が低下
し、摺動時の発熱により低融点相が溶け出し、溶融剥離
から焼付に至ることが解明された。
【0006】したがって、本発明はInSn4化合物の形
成量を少なくすることによりPb−Sn−In三元系オ
ーバレイを施したすべり軸受の耐焼付性を高めることを
目的とするものである。
【0007】
【課題を解決するための手段および作用】上記目的を達
成する本発明のすべり軸受の第一は、ライニングと、N
i系中間層と、Pb−Sn−In合金表面層とを含んで
なるすべり軸受において、Ni系中間層とPb−Sn−
In合金層との間に厚みが0.1〜5μmでありかつ、
組成がIn20〜73重量%、Sn8%以下(0を含
む)及び残部が実質的にNiであり、さらに主としてN
i−In系金属間化合物からなる境界層が形成されてい
ることを特徴とするすべり軸受であり、またその第二
は、ライニングと、Ni系中間層と、Pb−Sn−In
合金表面層とを含んでなるすべり軸受において、Ni系
中間層とPb−Sn−In合金層との間に厚みが0.1
〜5μmでありかつ、組成がIn10重量%以下(0を
含む)、Sn20〜74重量%及び残部が実質的にNi
であり、さらに主としてNi−Sn系金属間化合物から
なる境界層が形成されていることを特徴とするすべり軸
受である。
【0008】以下本発明の構成を説明する。本発明にお
いて境界層とはオーバレイとNiバリアなどの中間層と
の間に存在し、光学顕微鏡でこれらより識別され、金属
間化合物より構成される層である。本発明においては境
界層の組成を上述のように定めたのはこの範囲では低融
点化合物であるInSn4が形成されないかあるいは形
成されてその量は非常にわずかであるからである。
【0009】本発明の第一は境界層のIn含有量が高い
すべり軸受であり、オーバレイ中のIn含有量が高い場
合にこの境界層が形成される。ここで、境界層のIn含
有量が20重量%未満であると、化合物層中の相対的な
Sn量が増加してしまい、InSn4が形成され易くな
る。一方、境界層のIn含有量が73重量%を超える
と、化合物を形成しない純Inが発生しInSn4 化合
物が生成されるおそれが高くなる。次に境界層中のSn
量がゼロであるとInSn4 化合物が生成されないの
で、境界層中のSn量はゼロでも差し支えない。一方S
n含有量が8%を超えるとInSn4 化合物が生成され
るおそれが高くなる。
【0010】また、境界層は厚さが5μmを超えると、
境界層で疲労剥離が起こり易くなって耐疲労性が低下す
る。また境界層の厚みが0.1μm以下であるとめっき
した直後の境界層の状態と実質的に差が無く、軸受使用
中に熱履歴によりオーバレイ中の添加元素、すなわちI
n,SnがNiバリヤに拡散し、Niバリヤ界面で富化
する。するとInSn4 が非常に生成し易くなるので好
ましくない。
【0011】本発明の第二は境界層のSn含有量が高い
すべり軸受であり、オーバレイ中のSn含有量が高い場
合にこの境界層が形成される。ここで、境界層のSn含
有量が20重量%未満であると、化合物層中の相対的I
n量が増大してしまい、InSn4 が形成され易くな
る。一方、境界層のSn含有量が74重量%を超える
と、化合物を形成しない純Snが発生し、InSn4
形成され易くなる。次に境界層中のIn量がゼロである
とInSn4 化合物が生成されないので、境界層中のI
n量はゼロでも差し支えない。一方In含有量が10%
を超えるとInSn4化合物が生成されるおそれが高くな
る。
【0012】本発明においては境界層は、Ni3Ni, NiIn,
Ni2In3,Ni3Sn,Ni3Sn2,Ni3Sn4などの金属間化合物から
構成される。Ni2In3 は10%を超えると、In−Sn
系状態図でγ相として知られているInSn4が生成する傾
向も大となる。なおこのInSn4 はIn固溶体と極めて低
融点の共晶を形成することが状態図で知られている。し
かし、上記のように境界層の組成を限定することにより
このInSn4 系化合物の多量生成は避けることができる。
【0013】またPb系オーバレイ中のIn固溶量は多
いからIn析出相が形成することは状態図上ではほとん
ど起こり得ないが、めっき組織ではInが金属形態で存
在することも十分にあり得るので、境界層では拡散によ
りInが富化しIn析出相が生成しInSn4 と低融
点の共晶をつくるおそれがある。よって本発明ではIn
Sn4 による溶融現象が起こらないように、境界層の
組成を上述のように定めた。
【0014】
【0015】以下本発明で使用されるPb基オーバレイ
合金の好ましい組成につき説明する。Snはオーバレイ
のなじみ性、耐食性、耐疲労性および耐摩耗性などを高
める元素である。Snの含有量が2%未満ではこれらの
効果がない。一方Snが10%以上になると、Snはケ
ルメットなどの表面に境界層として被着されたNiめっ
き層に拡散してNi−Sn化合物を作り易くなる。この
化合物層が厚くなると、オーバレイが剥離を起こし易く
なる。
【0016】さらに、Snが10%以上になるとPb合
金の融点が低下し、その溶融が起こり易くなり、高速運
転下での焼付が起こり易くなる。ここで、Pb合金また
はオーバレイの融点とはインゴットの融点ではなくめっ
きにより作られたオーバレイ合金の融点である。好まし
いSn量は3〜8%である。
【0017】Inはオーバレイのなじみ性及び耐食性を
向上する元素である。Inの量が0.05%未満ではこ
れらの効果がない。一方、Inの量が10%を超える
と、オーバレイの融点が低下して上述の不所望の現象が
起こる。したがって、本発明ではInの含有量は0.0
5〜10%であることが必要であり、好ましくは0.5
〜8%、より好ましくは7〜8%である。
【0018】本発明において、上記した第一及び第二の
境界層を作り分けるには、オーバレイ中のSn、In
量、ならびに熱処理の温度・時間をコントロールすれば
よい。
【0020】本発明にかかるオーバレイ合金の製法はラ
イニング上に三元系めっきにより作成する。好ましく
は、公知のホウフッ化鉛150〜200g/l,ホウフ
ッ化Sn5〜15g/l,ゼラチン約2g/l,ハイド
ロキノン約2g/lのめっき浴を使用して、めっき時間
を調節してめっきを行うとPb−Sn三元合金めっきが
得られる。同様に公知のフラッシュめっきまたはシアン
化アルカリ浴によりInめっきを行い、最後にIn層と
Pb−Snニ元合金めっき層間の拡散を行う。オーバー
レイのめっき厚さは3〜25μm であることが好まし
い。
【0021】その後さらにNi−Sn又はNi−In系
金属間化合物を優先的に形成するような条件の熱処理を
行う。そのためには保持温度は120〜180℃、保持
温度への昇温速度は10〜100℃/分、保持温度から
の冷却速度は1〜100℃/分での熱処理を行うことが
必要である。より好ましい冷却速度は10〜50℃/分
である。本発明のすべり軸受用鉛合金は高速回転・走行
条件下での耐焼付性及び耐疲労性の両方が良好である。
本発明で言う高速走行あるいは高速回転とは回転数60
00rpm以上又は周速16m/s以上を意味する。以
下実施例によりさらに詳しく本発明を説明する。
【0022】
【実施例】以下のめっき浴組成及び条件により表1に組
成及び厚みを示すオーバレイを1〜3μmのNiめっき
を施したケルメット上にめっきした。ただしサンプルN
o.3はアルミニウム合金にめっきした例である。Pb−Snめっき組成及び条件 Pb(BF4)2 :50〜200 g/l Sn(BF4)2 : 5〜30 g/l HBF4 :50〜200 g/l H.Q. : 0.1〜10 g/l ペプトン : 0.1〜10 g/l ゼラチン : 0.1〜10 g/l 電流密度 : 1〜10A/dm2 浴温 :20〜30℃Inめっき浴組成及び条件 スルファミン酸In :100〜200 g/l スルファミン酸Na :100〜200 g/l スルファミン酸 : 10〜50 g/l NaCl : 20〜80 g/l ブドウ糖 : 5〜11 g/l トリエタノールアミン:1.5〜3.5 g/l 電流密度 : 1〜2A/dm2 浴温 : 25〜35℃
【0023】すべり軸受の焼付試験条件は以下のとおり
である。焼付試験 試験機 :多面積テスター 回転数 :2400rpm(20m/s) 負荷荷重:10kg/cm2 給油法:パッド給油
【0024】それぞれのサンプルの摩擦トルクの急激な
立上がりを焼付きと判定し、またオーバレイ表面を電子
顕微鏡で観察することにより溶融剥離の発生状況を確認
した。結果を表1に示す。
【0025】
【表1】
【0026】図1には熱処理後のサンプル13のX線の
回折のピークプロファイルを示す。ここでケルメットの
Cu,Pbのピーク、NiバリヤからのNiのピークの
他は、熱処理により始めて現れる境界層からのピークで
ある。このピークとしてはNi3 Sn4 がほとんどであ
り、InSn4 は検出されないことが明らかである。
【0027】以上の試験結果より本発明実施例のサンプ
ルは剥離発生温度(耐焼付性)及び繰り返し数(耐疲労
性)の両方について優れた性能を示すことが明らかであ
る。
【0028】
【発明の効果】以上説明したように、本発明によるとオ
ーバレイと中間層との境界相の組織を特定することによ
り高速走行下での溶融現象を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】サンプル13のX線回折プロファイルである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平4−168295(JP,A) 特開 平4−26731(JP,A) 特開 昭62−20915(JP,A) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) C25D 7/10 F16C 33/12

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 ライニングと、Ni系中間層と、Pb−
    Sn−In合金表面層とを含んでなるすべり軸受におい
    て、前記Ni系中間層と前記Pb−Sn−In合金層と
    の間に厚みが0.1〜5μmでありかつ、組成がIn2
    0〜73重量%、Sn8%以下(0を含む)及び残部が
    実質的にNiであり、さらに主としてNi−In系金属
    間化合物からなる境界層が形成されていることを特徴と
    するすべり軸受。
  2. 【請求項2】 ライニングと、Ni系中間層と、Pb−
    Sn−In合金表面層とを含んでなるすべり軸受材料に
    おいて、前記Ni系中間層と前記Pb−Sn−In合金
    層との間に厚みが0.1〜5μmでありかつ、組成がI
    n10重量%以下(0を含む)、Sn20〜74重量%
    及び残部が実質的にNiであり、さらに主としてNi−
    Sn系金属間化合物からなる境界層が形成されているこ
    とを特徴とするすべり軸受。
JP07404393A 1993-03-31 1993-03-31 すべり軸受 Expired - Lifetime JP3195113B2 (ja)

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