(57)【要約】【課題】  アルミニウム基軸受合金層及び中間層の厚さと硬さに着目し、異物埋収性に優れたアルミニウム合金軸受を提供する。【解決手段】  アルミニウム合金軸受１は、裏金層２、中間層３及びアルミニウム基軸受合金層４からなる３層構造のものであり、中間層３の厚さを、当該中間層３の厚さとアルミニウム基軸受合金層４の厚さとの和の２０％以上、５０％以下とした。これにより、アルミニウム基軸受合金層４及び中間層３が変形し、異物による局部荷重がアルミニウム基軸受合金層４と中間層３とに分散されるため、アルミニウム基軸受合金層４に異物が埋収され易くなる。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
裏金層、中間層及びアルミニウム基軸受合金層からなるアルミニウム合金軸受において、
前記中間層の厚さは、当該中間層の厚さと前記アルミニウム基軸受合金層の厚さとの和の２０％以上、５０％以下であることを特徴とするアルミニウム合金軸受。
【請求項２】
前記アルミニウム基軸受合金層と前記中間層との総合的な硬さは、表面からの押し込み硬さで、０．３ＧＰａ以上、０．８ＧＰａ以下であることを特徴とする請求項１記載のアルミニウム合金軸受。
【請求項３】
前記アルミニウム基軸受合金層の厚さと前記中間層の厚さとの和は、０．２〜２ｍｍであることを特徴とする請求項１又は請求項２記載のアルミニウム合金軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異物埋収性に優れたアルミニウム合金軸受に係り、内燃機関用のエンジン軸受として良好なアルミニウム合金軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、内燃機関用のエンジン軸受には、耐疲労性やなじみ性が要求されており、裏金層とアルミニウム基軸受合金層との間に中間層を設けたアルミニウム合金軸受が用いられている。このアルミニウム基軸受合金層は、疲労等によってそれが一部脱落した場合における裏金層と軸との直接的な接触を避けるため、例えば、自動車用エンジン等では０．３ｍｍ程度、舶用エンジン等では１ｍｍ程度の厚さが必要とされている。
【０００３】
上記したアルミニウム合金軸受に対しては、エンジンの高出力化やコンパクト化に伴い、軸受にかかる圧力が益々高くなっているため、耐疲労性の一層の向上が要求されている。また、コネクティングロッドの軽量化による低剛性化や、軸と軸受とのミスアライメントによる片当りの発生を解消するため、中間層のクッション性、ひいてはアルミニウム軸基受合金層のなじみ性の向上も要求されている。しかしながら、アルミニウム基軸受合金層には、一般にＡｌマトリクスにＳｎを分散させており、耐疲労性を向上させるためには、Ｓｎの含有量を低下させればよいが、Ｓｎの含有量を低下させると、摺動特性が悪くなってしまう。また、耐疲労性を向上させるためには、Ａｌマトリクスを硬くしてもよいが、Ａｌマトリクスを硬くすると、なじみ性が悪く、局部に応力集中するようになり、かえって耐疲労性が低下してしまう。
【０００４】
このような事情の下に、特開平７−１９００６３号公報（特許文献１）では、中間層の硬さを、ビッカース硬さで２５〜６０ＨＶとし、中間層の厚さを、中間層の厚さとアルミニウム基軸受合金層の厚さの和の５０〜９０％とすることにより、アルミニウム合金軸受の耐疲労性の向上が図られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開平７−１９００６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、特許文献１に開示される技術は、昨今の厳しい使用環境下では、潤滑油に異物が混入した際、この異物がアルミニウム基軸受合金層に埋収されず、耐焼付性が低下し得ることが確認された。これは、中間層の厚さが、中間層の厚さとアルミニウム基軸受合金層の厚さの和の５０％を超える場合、アルミニウム基軸受合金層の厚さが薄く、混入した異物の局部荷重によりアルミニウム基軸受合金層が破断し、中間層のみで異物を埋収しようとするが、アルミニウム基軸受合金層よりも中間層のほうが硬く、中間層には異物が埋収し難いため、高い異物埋収性を発揮させることが難しいと考えられる。また、このような構成では、アルミニウム基軸受合金層よりも中間層のほうが硬いと、中間層のクッション性が劣るため、混入した異物や片当りの発生により局部に応力集中するようになり、耐疲労性が低下してしまう。
【０００７】
本発明は、上記した事情に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、アルミニウム基軸受合金層及び中間層の厚さと硬さに着目し、異物埋収性に優れたアルミニウム合金軸受を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記した目的を達成するために、請求項１に係る発明は、裏金層、中間層及びアルミニウム基軸受合金層からなるアルミニウム合金軸受において、中間層の厚さは、当該中間層の厚さとアルミニウム基軸受合金層との厚さの和の２０％以上、５０％以下であることを特徴とする。
【０００９】
請求項２に係る発明は、請求項１記載のアルミニウム合金軸受において、アルミニウム基軸受合金層と中間層との総合的な硬さは、表面からの押し込み硬さで、０．３ＧＰａ以上、０．８ＧＰａ以下であることを特徴とする。
【００１０】
請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２記載のアルミニウム合金軸受において、アルミニウム基軸受合金層の厚さと中間層の厚さとの和は、０．２〜２ｍｍであることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１１】
請求項１に係る発明においては、中間層の厚さを、当該中間層の厚さとアルミニウム基軸受合金層の厚さとの和の２０％以上、５０％以下とすることにより、中間層の厚さよりもアルミニウム基軸受合金層の厚さのほうが厚く、アルミニウム基軸受合金層に異物が埋収した際、埋収した異物の局部荷重によりアルミニウム基軸受合金層が破断し難くなる。このため、アルミニウム基軸受合金層に異物が埋収したとき、アルミニウム基軸受合金層及び中間層が双方とも塑性変形及び弾性変形により変形し、異物による局部荷重がアルミニウム基軸受合金層と中間層とに分散される。また、弾性変形分による異物を排出しようとする力も合金層と中間層とに分散されるため、アルミニウム基軸受合金層に異物が埋収され易くなる。
【００１２】
一方、特許文献１のように、中間層の厚さが、当該中間層の厚さとアルミニウム基軸受合金層の厚さとの和の５０％を超える場合、中間層の厚さよりもアルミニウム基軸受合金層の厚さのほうが薄く、アルミニウム基軸受合金層に異物が埋収した際、埋収した異物の局部荷重によりアルミニウム基軸受合金層が破断し、中間層のみで異物を埋収し、局部荷重を支えることになる。このため、異物による局部荷重がアルミニウム基軸受合金層に分散されることがなく、アルミニウム基軸受合金層に異物が埋収され難くなる。
【００１３】
また、中間層の厚さが、当該中間層の厚さとアルミニウム基軸受合金層の厚さとの和の２０％未満である場合、中間層のクッション性が低下するため、片当りの発生により局部に応力集中するようになり、耐焼付性等に悪影響を及ぼす。
【００１４】
また、請求項２に係る発明のように、請求項１記載のアルミニウム合金軸受から更に、アルミニウム基軸受合金層と中間層との総合的な硬さを、アルミニウム基軸受合金層の表面から厚さ方向への押し込み硬さで、０．３ＧＰａ以上、０．８ＧＰａ以下とすることにより、アルミニウム基軸受合金層に異物が埋収され易くなる効果が顕著となった。すなわち、アルミニウム基軸受合金層及び中間層が変形し易く、異物による局部荷重がアルミニウム基軸受合金層と中間層とに分散され易くなり、アルミニウム基軸受合金層に異物が埋収され易くなる。また、埋収した異物により局部に応力集中することがなく、異物を起点に疲労することがない。また、押し込み硬さで０．３ＧＰａ以上とすると、アルミニウム基軸受合金層と中間層との総合的な強度を十分に高くすることができる。
【００１５】
なお、表面からの押し込み硬さとは、円錐圧子を試料表面に垂直に押し込む際の試験荷重を２００Ｎとし、試験後の円錐圧子による圧痕の投影面積で除した値である。また、特許文献１では、中間層の硬さ（ビッカース硬さ）のみを示しているが、異物はアルミニウム基軸受合金層及び中間層の何れにも影響を及ぼし、単一の層の硬さだけでは異物埋収性を評価することができないため、本発明では、表面からの押し込み硬さを採用し、アルミニウム基軸受合金層と中間層との総合的な硬さを示すことにした。
【００１６】
また、請求項３に係る発明のように、アルミニウム基軸受合金層の厚さと中間層の厚さとの和は、０．２〜２ｍｍとすればよい。アルミニウム基軸受合金層の厚さと中間層の厚さとの和としては、使用環境での異物を埋収可能な程度の厚さ以上であることが好ましく、想定し得る異物の大きさによって０．２〜２ｍｍの範囲で適宜選択すればよい。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明に係る実施形態におけるアルミニウム合金軸受の断面を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本実施形態に係るアルミニウム合金軸受１を用いた実施例１〜５と比較例１〜３について、アルミニウム合金軸受１の表面からの押し込み硬さを測定すると共に、異物埋収性の評価を行った。図１に示すように、アルミニウム合金軸受１は、裏金層２、中間層３及びアルミニウム基軸受合金層４からなる３層構造のもので、裏金層２とアルミニウム基軸受合金層４との間に中間層３を設けた。実施例１〜５及び比較例１〜３は、表１に示すアルミニウム基軸受合金層４の厚さと中間層３の厚さとし、半割形状のアルミニウム合金軸受１をそれぞれ作製した。また、アルミニウム基軸受合金層４の厚さと中間層３の厚さとの和に対する中間層３の厚さの比率を算出し、中間層３の比率（中間層比率（％））として表１に示した。さらに、アルミニウム基軸受合金層４と中間層３との総合的な硬さを表すために、アルミニウム基軸受合金層４の表面から厚さ方向への押し込み硬さを測定し、その測定結果を表１に示した。
【００１９】
【表１】
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【００２０】
実施例１は、アルミニウム基軸受合金層４の材質Ａ’としてＡｌ−８Ｓｎ−３Ｓｉの溶体化処理品を用い、中間層３の材質ＣとしてＡ１０５０（ＪＩＳ  Ｈ４０００、純Ａｌ）を用い、中間層３の比率が２１．１％となるように作製した。表面からの押し込み硬さは０．９０ＧＰａであった。実施例１では、アルミニウム基軸受合金層４の材質としてＡｌ−８Ｓｎ−３Ｓｉを溶体化処理したものを用いたので、アルミニウム基軸受合金層４が硬く、表面からの押し込み硬さも硬くなっている。
【００２１】
実施例２〜５は、アルミニウム基軸受合金層４の材質ＡとしてＡｌ−８Ｓｎ−３Ｓｉを用い、中間層３の材質ＢとしてＡ３００３（ＪＩＳ  Ｈ４０００、Ａｌ−１．２Ｍｎ−０．１Ｃｕ）を用い、中間層３の比率が２５．０〜５０．０％となるように作製した。表面からの押し込み硬さは０．３４〜０．６４ＧＰａであった。
【００２２】
比較例１は、実施例１と同じ材質を用い、中間層３の比率が３．２％と低くなるように作製した。また、比較例２，３は、実施例２〜５と同じ材質を用い、比較例２では中間層３の比率が１６．７％と低く、比較例３では中間層３の比率が６６．７％と高くなるように作製した。
【００２３】
次に、実施例１〜５及び比較例１〜３のアルミニウム合金軸受１について、異物埋収性の評価を行った。まず、実施例１〜５及び比較例１〜３のアルミニウム合金軸受１について、静荷重試験機を用い、表２に示す条件で静荷重試験を行った。このとき、異物として鉄粉を潤滑油給油口から投入し、潤滑油に異物を混入させた。そして、静荷重試験後のアルミニウム合金軸受１の表面を目視で観察することにより、異物がアルミニウム基軸受合金層４に埋収されているか否かを確認し、異物埋収性を評価した。なお、どの異物も全体がアルミニウム基軸受合金層４に埋収された場合を「◎」とし、異物がアルミニウム基軸受合金層４に部分的に埋収され切れずに表面から突出しているものもある場合を「○」とし、異物がアルミニウム基軸受合金層４に埋収されずに異物痕のみ見える場合を「×」とした。その結果を表１に示す。
【００２４】
【表２】
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【００２５】
実施例１では、アルミニウム基軸受合金層４に部分的に埋収され切れずに表面から突出している異物もあったが、実施例２〜５では、どの異物もアルミニウム基軸受合金層４に埋収された。これに対し、比較例１〜３では、異物がアルミニウム基軸受合金層４に埋収されなかった。実施例１〜５については、中間層３の比率を２０〜５０％の範囲内とし、実施例２〜５については、更に、表面からの押し込み硬さが０．３〜０．８ＧＰａの範囲内となる構成としている。このため、実施例２〜５は、アルミニウム基軸受合金層４及び中間層３が変形し易く、異物による局部荷重がアルミニウム基軸受合金層４と中間層３とに分散され易くなったため、異物埋収性が特に優れているものになった。また、実施例５については、実施例１〜４よりもアルミニウム基軸受合金層４の厚さを１ｍｍと厚くなる構成としているが、中間層３の比率を２０〜５０％の範囲内としているので、実施例１〜４と同じく異物埋収性に優れることが確認された。
【００２６】
中間層３の比率が２０％未満となる構成とした比較例１，２と中間層３の比率が５０％を超える構成とした比較例３は、実施例１〜５よりも異物埋収性が劣ったものになった。
【符号の説明】
【００２７】
１  アルミニウム合金軸受
２  裏金層
３  中間層
４  アルミニウム基軸受合金層
【図１】
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