JPH06104874B2

JPH06104874B2 - 低剛性ハウジング用アルミニウム合金軸受及びその製造方法

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Publication number: JPH06104874B2
Application number: JP2094224A
Authority: JP
Inventors: 正田中; 雅昭坂本; 善昭佐藤; 徹加藤
Original assignee: Daido Metal Co Ltd
Current assignee: Daido Metal Co Ltd
Priority date: 1990-04-10
Filing date: 1990-04-10
Publication date: 1994-12-21
Anticipated expiration: 2009-12-21
Also published as: KR910018688A; DE4107893A1; JPH03292415A; US5075177A; GB2243418B; GB2243418A; GB9107630D0

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、鋼裏金とアルミニウム軸受合金から成るアル
ミニウム合金系すべり軸受およびその製造方法に関し、
さらに詳しく述べるならば、最近の内燃機関の小型・軽
量化ならびに高速・高出力化によるハウジングの軽量・
低剛性化に伴なう軸受のフレッチングを解決するための
耐フレッチング性に優れたアルミニウム合金系すべり軸
受およびその製造方法に関するものである。前記フレッ
チングなる用語は、接触面に微小な振動が存在するとき
に生ずる表面損傷を意味するものである。

［従来の技術］従来アルミニウム合金系すべり軸受として、既に種々の
ものが知られているが、一般にアルミニウム合金系すべ
り軸受は、例えば裏金（JIS・G3141 SPCC,SAE1010等）
の表面にAl−Sn系,Al−Sn−Si系,Al−Zn,Al−Zn−Si系
等の軸受合金層を形成して成るが、この時に使用される
鋼裏金は、通常炭素量0.15％以下の低炭素鋼がほとんど
であり、これは半割りまたは鍔付き形状に塑性加工する
際の変形抵抗を少なくするために採用されてきた。

しかしながら、最近の自動車用エンジンにおいては、高
回転化による高出力化が図られているため、コンロッド
（連接棒）の慣性力が増大してきている。

そこで、コンロッドは慣性力の低減を図る目的で、コン
ロッドの重量を減らすため薄肉化され、一層剛性が低く
なってきている。

またエンジンブロックも、軽量化のためアルミニウム合
金の適用が増加する傾向にあり、コンロッドと同様に剛
性が低くなってきている。

このように、ハウジングが低剛性になると、軸受は組付
時の締代を大きくしないと、高温時あるいは高負荷時に
は軸受とハウジングとの密着性が損なわれ、フレッチン
グまたはマイグレーションによる疲労・焼付等の損傷が
多発する現象が多多見られるようになってきた。ここで
締代は、軸受径をハウジング径より幾分大きくすること
によって得られる。すなわちハウジング内孔への軸受の
固定はこの締代によるものである。従ってこの締代の大
小は、軸受および／またはハウジングの材質、強度等に
よって決定されるものである。前記「マイグレーショ
ン」なる用語は、例えば軸受背面のメッキ物が他の場所
に移動すること、または潤滑油中の異物が軸受背面およ
び／またはハウジングの内孔に移動することを意味して
いる。

［発明が解決しようとする課題］従来の軸受の特徴としては、軸受合金の特性が主に着目
され、裏金については、むしろその加工性および合金と
の接着性の方に着目されていた。

しかし、最近の自動車用内燃機関の高性能化により、軸
受合金の軸受特性もさることながら裏金も含めた軸受と
しての総合的な軸受性能が要求されるようになってき
た。

特に最近の傾向として、エンジンの高回転化による高出
力化が図られ、コンロッドは高回転化により、慣性力が
増大する。

そこで、コンロッドの慣性力を低減させるべく、重量を
減らすため薄肉化される傾向にあり、コンロッドの剛性
は一層低下する傾向にある。

このため、高温あるいは高回転時には、低剛性ゆえに熱
と慣性力の影響により、コンロッドは変形を生じ、軸受
とハウジングの密着性が損なわれ、フレッチングおよび
マイグレーションによる疲労・焼付き等の損傷が多く見
られるようになってきた。

また、エンジンブロックも軽量化のため、アルミニウム
合金の適用が増加する傾向にあるが、アルミニウム合金
の熱膨張係数が約23×10^-6/℃と大きく高温時には、膨
張拡大しコンロッドと同様に、メタル背面との密着性が
損なわれ、フレッチングによる損傷が生じる。

このように、ハウジングが低剛性になると、フレッチン
グやマイグレーションによる疲労・焼付き等の損傷を生
じる。

これらの課題を解決するためには、高温あるいは高負荷
時におけるハウジングの変形に追従できるよう軸受を組
付ける際に、締代を大きくする必要が生じるが、従来の
ような炭素量が低い裏金を用いたものは、裏金の強度が
低く高い組付応力で組付けた時、弾性限を越えてヘタリ
を生ずるため本目的を達成することができない。

即ち本発明は、慣性力の低減を目的とした低剛性コンロ
ッドおよび軽量化のためのアルミブロックに代表される
低剛性のハウジングにも対応できるよう、高い締め付け
力にも十分に耐えられる強度・靭性を有する剛性の高い
高強度の裏金を使用することにより、耐フレッチングお
よび耐マイグレーションに優れた新規なアルミニウム合
金軸受及びその製造方法を提供することをその目的とす
る。

［課題を解決するための手段］上記目的を達成する本発明の低剛性ハウジング用軸受
は、軸受用アルミニウム合金と、該軸受用アルミニウム
合金に接合された鋼裏金とを有し、該鋼裏金が重量％で
炭素0.16〜0.35％含み、鋼裏金の硬さがHv200〜280を有
しかつ鋼裏金の弾性限が40Kgf/mm^２以上を有することを
特徴とする。

鋼裏金は背面に0.1〜５μｍの厚さのSnもしくはPbまた
はこれらの合金のフラッシュメッキ層を有するのが好ま
しい。

好ましくは、軸受用アルミニウム合金は、重量％でSn3
〜40,Pb0.1〜10％ Cu0.2〜５％,Si0.1〜３未満,Sb0.1
〜３％未満を必須成分としこの他に選択的添加成分とし
て、Mn,V,Mg,Ni,Co,Mo,Zr,Nb,Ti,Bのうち少なくとも一
種を0.01〜３％含有し、残部は実質的に不可避的不純物
とAlから成る。

好ましくは、軸受用アルミニウム合金は、重量％でZn1
〜10％,Si1〜12％,Cu0.1〜５％,Pb0.1〜５％を必須成分
とし、さらに選択的添加成分としてMg,Ni,Mn,V,Co,Cr,S
rのうち少なくとも一種を0.05〜５％含有し、残部は実
質的に不可避的不純物とAlから成る。

低剛性ハウジングに見られるフレッチング摩耗およびマ
イグレーションによる疲労・焼付き等の損傷は、従来の
裏金では抑え難いため、強度が高く、炭素量の多い裏金
を使用し、さらに、加工硬化により剛性を向上させるこ
となど、裏金の強度向上・改善を試みることにより、本
発明に到達したものである。

ここで鋼裏金となる材料は、JIS G4051でS20C,S30C,S1
7C,S22C,S25C,S28C,S33C,から選択される。この材料の
厚さは0.8〜20mmが好ましい。またアルミニウム軸受合
金の厚さは0.2〜3mmが好ましい。

［作用］該低剛性ハウジング用アルミニウム合金軸受における特
許請求の範囲記載の炭素量および圧延率の並びに選択的
添加成分の限定理由ならびにその作用・効果について説
明する。

（１）従来の軸受に使用されている裏金材料は、半割り
または鍔付形状等に加工する際の塑性加工性が重要視さ
れ、変形抵抗の小さい0.15％Ｃ以下の低炭素鋼がほとん
どである。

低剛性ハウジング用軸受は、ハウジングの変形を吸収す
るために、軸受を組付ける際の締代を大きくする必要性
が生じるが、この時、軸受の強度が弱い、即ち、前述の
ような炭素量0.15％以下の低炭素鋼では、組付応力が勝
り弾性限を越えヘタリを生じ降伏してしまう。

また、炭素量が0.35％以上になると、機械的強度は向上
するが、かえって靭性が損なわれ塑性加工性が悪くな
る。

ゆえに、炭素量は0.16〜0.35重量％とする。

（２）一般に鉄鋼材料は、塑性加工によって強さ・硬さ
を増し、伸びを減じ、ねばさを失ない脆くなる。

素材鋼ストリップの圧延率が37％以下だと、期待する機
械的強度が得られず、前述のようなヘタリを生じ降伏し
てしまう。一方素材鋼ストリップに関し50％を越えるよ
うな高圧延率になると伸びを減じかえって靭性に劣り、
機械加工性が悪くなる。

ゆえに、圧接時の鋼ストリップの圧延率は38〜50％とす
る。軸受用アルミニウム合金が重量％でSn3−40％,Pb0.
1−10％、Cu0.2−５％,Si0.1−３未満,Sb0.1〜３％未満
を必須成分として含有する場合の上記選択的添加成分
（Mn,V,Mg,Ni,Co,Mo,Zr,Nb,TiおよびＢの内の少なくと
も一種）はAlマトリックスに固溶するか或いは金属間化
合物として析出しまたは微細に晶出析出して合金の機械
的性質を向上させる。この添加量が0.01％未満では添加
した効果がなく、３％を越えると合金の硬度が高くなり
脆くなって、軸受特性として必要ななじみ性と耐焼付特
性を害すると共に合金の塑性加工性も低下させてしま
う。よってこの選択的添加成分の含有量は、0.01％−３
％とするのが好ましい。

また軸受用アルミニウム合金が重量％でZn1−10％,Si1
−12％,Cu0.1−５％,Pb0.1−５％を必須成分として含有
する場合の上記選択的添加成分（Mg,Ni,Mn,V,Co,Cr,お
よびSrの内の少なくとも一種）もAlマトリックスに固溶
するか或いは金属間化合物として析出しまたは微細に晶
出析出して合金の機械的性質を向上させる。この添加量
が0.5％未満では添加した効果がなく、５％を越えると
合金の硬度が高くなり脆くなって、軸受特性として必要
ななじみ性と耐焼付特性を害すると共に合金の塑性加工
性も低下させてしまう。よってこの選択的添加成分の含
有量は、0.05％−５％とするのが好ましい。

（３）（フラッシュメッキは、ブッシュタイプの軸受に
おいて、圧入時の荷重を減少させる。また応力の集中を
緩和させるとともに、接触面の摩擦係数を低減させるた
め、フレッチングに対しても効果がある。

その厚さとして、0.1μｍ以下だとその効果は少なく、
５μｍ以上でもその効果は少なく、かえって弊害とな
り、マイグレーションの発生要因にもなる。

ゆえに、フラッシュメッキ層の厚さは0.1〜５μｍとす
る。

［実施例］実施例１鋼裏金用素材としてJIS JIS G3141でSPCC及びJIS G4051
でS17C〜S35Cで幅110mm厚さ2.24mmの鋼ストリップと、
表５に示されているアルミニウム軸受合金（厚さ1mm）
とを表１に示される鋼ストリップの圧延率が生じるよう
にロール圧接し、その後複合材を350℃×4.5hrで熱処理
し、次に外径56mm、厚さ1.5mm、幅26mmの半円筒形状に
加工して軸受を製造した。

次に鋼裏金の機械的強度を調査比較するために、引張試
験片（JIS5号）を作成し、各種試験を行った。この試験
片は、軸受からアルミニウム合金を全て取り除き裏金だ
けとしたものから作成した。表１に試験結果を示す。

実施例２表１に示すNo.2とNo.4およびNo.7とNo.8の軸受の４種類
を、軸受応力25〜30Kgf/mm^２にて、実機に組み込みテス
トを行った。

表２にそのテスト結果を示す。

実施例３アルミハウジング（Al−Si系ハウジング）に、表１のN
o.1,No.4,No.8の３種類のバイメタルから、軸受（ブッ
シュタイプ）を作成し、圧入テストをおこなった。

供試メタルは、裏金背面側に３μｍのSnフラッシュメッ
キ層付けたものと付けないもの、各々２種類準備した。

表３に圧入テスト結果を示す。

実施例３の圧入テストに使用された供試材において、裏
金のヘタリ量を調整するために、熱サイクルテストを実
施した。

試験条件として、常温と−40℃の繰り返しを１サイクル
としTOTAL10回行なった。保持時間は各々１時間とし
た。

評価方法としては、試験終了後ブッシュをハウジングか
ら抜き、寸法を測定し、圧入前の外形寸法との差をヘタ
リ量とした。

表４にその結果を示す。

［発明の効果］表１の試験結果から明らかなように、機械的強度は炭
素量，圧延率と密接な関係にあり、炭素量，圧延率とも
に高くなれば強度，硬さも高くなる。

本発明品（No.1〜６）は従来品（No.7,8,9）に比べ、強
度，硬さともに大幅に向上している。

また実機テストにおいて、従来品（No.7,8）にフレッチ
ング損傷が生じたのに対し、本発明品（No.2,4）にはフ
レッチングは認められない。

軸受応力の高い即ち締代の大きい適用（低剛性ハウジン
グ）のものについては、従来のような強度の低い材料で
は弾性限を越えヘタリを生じてしまう。

本発明品は強度・靭性が高く、しかもハウジングの変形
に対する吸収能力に優れるため、耐フレッチングに効果
がある。

表３から明らかなように、メタル背面にSnフラッシュ
メッキ層を設けたものは無いものに比べ、圧入荷重が25
％前後低くなっており、かじりも無い。

したがって、かじりを発生させずに締代が上げられるた
め、耐フレッチングに効果がある。

表４の試験結果から明らかなように、本発明品は従来
品よりヘタリ量が少ない。即ちハウジングの変形に対す
る追従性が高いので、ハウジングとの密着性が向上し、
フレツチングおよびマイグレーションに効果がある。

本発明の低剛性ハウジング用アルミニウム合金軸受は、
従来のアルミニウム合金軸受に比べ、裏金の強度が高く
ハウジングの変形に対して、追従性に優れハウジングと
の密着性が向上するため、耐フレッチングおよびマイグ
レーションに優れることは明らかである。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献特開昭55−110750（ＪＰ，Ａ) 特開昭58−6955（ＪＰ，Ａ) 特開昭54−80218（ＪＰ，Ａ) 特公昭52−25387（ＪＰ，Ｂ１)

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】軸受用アルミニウム合金と、該軸受用アル
ミニウム合金に接合された鋼裏金とを有し、該鋼裏金が
重量％で炭素0.16〜0.35％含み、鋼裏金の硬さがHv200
〜280を有しかつ鋼裏金の弾性限が40Kgf/mm^２以上を有
する、低剛性ハウジング用アルミニウム合金軸受。
【請求項２】鋼裏金背面に0.1〜５μｍの厚さのSnもし
くはPbまたはこれらの合金のフラッシュメッキ層を有す
ることを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の低剛性
ハウジング用アルミニウム合金軸受。
【請求項３】軸受用アルミニウム合金が、重量％でSn3
〜40,Pb0.1〜10％,Cu0.2〜５％,Si0.1〜３未満,Sb0.1〜
３％未満を必須成分としこの他に選択的添加成分とし
て、Mn,V,Mg,Ni,Co,Mo,Zr,Nb,Ti,Bのうち少なくとも一
種を0.01〜３％含有し、残部は実質的に不可避的不純物
とAlから成ることを特徴とする特許請求の範囲第１項な
いし第２項記載の低剛性ハウジング用アルミニウム合金
軸受。
【請求項４】軸受用アルミニウム合金が、重量％でZn1
〜10％,Si1〜12％,Cu0.1〜５％,Pb0.1〜５％を必須成分
とし、さらに選択的添加成分としてMg,Ni,Mn,V,Co,Cr,S
rのうち少なくとも一種を0.05〜５％含有し、残部は実
質的に不可避的不純物とAlから成ることを特徴とする特
許請求の範囲第１項ないし第２項記載の低剛性ハウジン
グ用アルミニウム合金軸受。
【請求項５】軸受用アルミニウム合金と該軸受用アルミ
ニウム合金に接合された鋼裏金とから成り、低剛性ハウ
ジング用に使用されるアルミニウム合金軸受の製造方法
であって、 0.16〜0.35wt％Ｃを含む鋼ストリップと、軸受用アルミ
ニウム合金板とを圧接し、圧接時の鋼ストリップの圧下
率が38〜50％であり、結果として生ずる複合材料の鋼裏
金の硬さが200〜280Hvで、弾性限が40Kgf/mm^２以上であ
ることを特徴とする低剛性ハウジング用のアルミニウム
合金軸受の製造方法。
【請求項６】鋼裏金背面に0.1〜５μｍの厚さのSnもし
くはPbまたはこれらの合金のフラッシュメッキ層を有す
ることを特徴とする特許請求の範囲第５項記載の低剛性
ハウジング用アルミニウム合金軸受の製造方法。
【請求項７】軸受アルミニウム合金が、重量％でSn3〜4
0,Pb0.1〜10％,Cu0.2〜５％,Si0.1〜３未満,Sb0.1〜３
％未満を必須成分としこの他に選択的添加成分として、
Mn,V,Mg,Ni,Co,Mo,Zr,Nb,Ti,Bのうち少なくとも一種を
0.01〜３％含有し、残部は実質的に不可避的不純物とAl
から成ることを特徴とする特許請求の範囲第５項ないし
第６項記載の低剛性ハウジング用アルミニウム合金軸受
の製造方法。
【請求項８】軸受用アルミニウム合金が、重量％でZn1
〜10％,Si1〜12％,Cu0.1〜５％,Pb0.1〜５％を必須成分
とし、さらに選択的添加成分としてMg,Ni,Mn,V,Co,Cr,S
rのうち少なくとも一種を0.05〜５％含有し、残部は実
質的に不可避的不純物とAlから成ることを特徴とする特
許請求の範囲第５項ないし第６項記載の低剛性ハウジン
グ用アルミニウム合金軸受の製造方法。