JP2004211859A

JP2004211859A - すべり軸受

Info

Publication number: JP2004211859A
Application number: JP2003001832A
Authority: JP
Inventors: Kimio Kawagoe; 公男川越; Katsuyuki Hashizume; 克幸橋爪
Original assignee: Taiho Kogyo Co Ltd
Current assignee: Taiho Kogyo Co Ltd
Priority date: 2003-01-08
Filing date: 2003-01-08
Publication date: 2004-07-29
Also published as: WO2004063584A1; EP1584828A4; EP1584828B1; CN100504090C; EP1584828A1; US20060083451A1; CN1735755A

Abstract

【解決手段】平坦にされた軸受合金層２の表面に、固体潤滑剤としてのＭｏＳ_２と、バインダ樹脂としてのＰＡＩ樹脂とからなるオーバレイ層３を形成し、このオーバレイ層の表面に凹凸形状としてのらせん状の溝４および環状突起５を形成する。
【効果】本発明によれば、オーバレイ層の表面に規則的な凹凸形状を形成して凹凸形状の凹部に潤滑油を確保できるので、耐焼付き性が向上し、また軸受合金層はオーバレイ層との境界となる面を細かい粗さを持つ平坦な面に加工されていることから、各凸部のオーバレイ層が均一に塑性変形するので、すべり軸受のなじみ性が向上する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明はすべり軸受に関し、詳しくは軸受合金層とこの軸受合金層の表面に設けた固体潤滑剤と樹脂からなるオーバレイ層とを備えたすべり軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
下記特許文献１および特許文献２に記載されるように、従来のすべり軸受において、軸受合金層の表面に固体潤滑剤と樹脂からなるオーバレイ層を備えたすべり軸受が知られている。
そしてこれらの特許文献１，２では、上記オーバレイ層を設けることにより、オーバレイ層の塑性変形によるすべり軸受と回転軸とのなじみ性や、耐焼付き性を向上させるようになっている。
【０００３】
【特許文献１】
特許３１３３２０９号公報
【特許文献２】
特開２００２−６１６５２号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記特許文献１、２におけるすべり軸受では、上記オーバレイ層はエアスプレーなどで吹き付けられた後、加熱硬化によって形成されるだけであるため、実際にはオーバレイ層の表面は不規則な形状となっている。
このため、回転軸を高速で回転させた場合には、オーバレイ層の表面が不規則な形状であるために、潤滑油がオーバレイ層に均一に行き渡らずに耐焼付き性が悪化したり、さらにオーバレイ層の表面と回転軸との接触によるオーバレイ層の塑性変形が不均一となってなじみ性が不足するといった問題が懸念されていた。
このような問題に鑑み、本発明は回転軸が高回転で回転しても、耐焼付き性となじみ性に優れるすべり軸受を提供するものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
すなわち、本発明によるすべり軸受は、軸受合金層と、この軸受合金層の表面に設けた固体潤滑剤と樹脂からなるオーバレイ層とを備えたすべり軸受において、
上記オーバレイ層の表面に規則的な凹凸形状を形成するとともに、上記軸受合金層はオーバレイ層との境界を細かい粗さを持つ平坦な面に形成したことを特徴としている。
【０００６】
上記本発明によれば、オーバレイ層の表面に規則的な凹凸形状を形成することで、当該凹凸形状の凹部に潤滑油を確保し、すべり軸受が高温となるのを防止するので、耐焼付き性が向上する。
また、軸受合金層はオーバレイ層との境界となる面が細かい粗さを持つ平坦な面に加工されていることから、凹凸形状の凸部におけるオーバレイ層の断面形状は全て同形状となると同時に、回転軸より各凸部にかかる応力は同じとなるので、各凸部は均一に塑性変形し、すべり軸受のなじみ性が向上する。
【０００７】
【発明の実施の形態】
以下図示実施例について本発明を説明すると、図１は円筒状のすべり軸受１の軸方向に沿った断面の拡大図を示したものである。このすべり軸受１は図示しない裏金層と、上記裏金層に対してすべり軸受１の中心側の表面に形成された軸受合金層２と、さらにこの軸受合金層２の表面に形成されたオーバレイ層３とから構成されている。
上記軸受合金層２は銅やアルミニウムを主原料とする合金からなり、その内周面はすべり軸受１の軸方向と並行となるよう、細かい粗さを持った平坦な面に加工され、またオーバレイ層３は固体潤滑剤としてのＭｏＳ_２と、バインダ樹脂としてのＰＡＩ樹脂とからなり、このオーバレイ層３は上記平坦に加工された軸受合金層２の表面にエアスプレーなどで吹き付けられた後、加熱によって硬化され、最初に１０〜２０μｍ程度の層が形成される。
次に、このオーバレイ層３の表面を機械加工によって円周方向に沿って凹凸形状としてのらせん状の溝４および環状突起５を形成する。凹部としての上記溝４は断面円弧状となっていて、これに隣接する凸部としての環状突起５と共にピッチＰで形成されている。
また、全ての環状突起５の頂部は軸受合金層２に対して一定となるように形成され、また全ての溝４の深さｈも一定となるように形成されている。このため、各環状突起５におけるオーバレイ層３の形状は同一形状であるといえる。
【０００８】
上述したような構成のすべり軸受１によると、オーバレイ層３の表面に規則的に溝４を形成することで当該溝４内に潤滑油を流通させることにより、すべり軸受１の内周に均等に潤滑油を行き渡らせることができ、回転軸が高速回転してもすべり軸受１の温度上昇を緩和することができ、優れた耐焼付き性を得ることができる。
これに対し、従来のすべり軸受では、オーバレイ層の表面は不規則な形状であったため、潤滑油をすべり軸受の内周に均等に行き渡らせることができず、回転軸が高速回転すると当該部分の温度が上昇してしまうといった問題が生じていた。
また、本実施例のすべり軸受１によって回転軸を軸支するとその荷重は各環状突起５の先端にかかることとなるが、各環状突起５は等ピッチで形成されているために各環状突起５には均等な圧力がかかる。しかも、各環状突起５のオーバレイ層３は同一形状となっているので、各環状突起５は同じように塑性変形し、優れたすべり軸受１のなじみ性を得ることができる。
これに対し、従来のすべり軸受におけるオーバレイ層の表面は不規則な形状であったため、回転軸を軸支させたときにオーバレイ層の表面には不均一に圧力がかかり、オーバレイ層の塑性変形が不均一となるので、なじみ性が不足するといった問題が懸念された。
また、当該軸受合金層２の表面にオーバレイ層３を形成し、その後に上記環状突起５を形成しても、軸受合金層２の表面が細かい粗さを持った平坦な面でない場合には、各環状突起５自体の形状は同じでも、各環状突起５におけるオーバレイ層３の形状が異なることとなる。
すると、各環状突起５に均等な圧力がかかっても、各環状突起５の塑性変形が不均一となってしまい、変形後の環状突起５と回転軸との接触状態が不均一となるので、十分なすべり軸受１のなじみ性を得ることができない。
また、上記オーバレイ層３の表面と同様、環状突起５の位置に合わせて金属軸受合金層２の表面にもピッチＰで環状の突起を設けたとしても、オーバレイ層３の各環状突起５は均一に塑性変形することとなるが、オーバレイ層３の塑性変形する量が少なくなるため、軸受合金層２の表面が平坦に加工されている場合に比べて環状突起５の塑性変形する量が小さくなり、すべり軸受１のなじみ性を十分に得ることができなくなる。
【０００９】
以下に上記実施例におけるすべり軸受１の実験結果について記載すると、実験には２つのすべり軸受を使用し、これらのすべり軸受はともにアルミニウム系合金からなる軸受合金層２を有している。
そしてこのうち本発明に係るすべり軸受（以下発明品）の軸受合金層２表面はショットブラストやエッチングによってその表面粗さが２μｍＲｚ以下となるように加工されており、従来のすべり軸受（以下従来品）の軸受合金層２表面には特に平坦な面となるような加工を施していない。
さらに、発明品と従来品の軸受合金層の表面には、ともに厚さ６μｍの４０％のＭｏＳ_２を含むＰＡＩ樹脂からなるオーバレイ層３を形成すると共に、発明品のオーバレイ層３表面にはピッチＰ＝２００μｍで深さｈ＝２μｍの溝４をボーリング加工によって形成し、従来品のオーバレイ層３表面には特に加工を施していない。
【００１０】
図２は回転荷重試験機によって発明品と従来品とにおけるすべり軸受１の耐焼付き性について測定した結果を示している。
この試験の条件として、すべり軸受１と回転軸の摺接面における回転軸の周速を１７．６ｍ／ｓ、すべり軸受１にかかる荷重を２９ＭＰａ、すべり軸受１と回転軸との間に供給する潤滑油の温度を１４０℃とした。
上記条件によって実験を行うと、図２に示す試験結果が得られ、本発明品ではすべり軸受１の温度を１８０℃未満に抑えることができるのに対し、従来品ではすべり軸受１の温度は１８０℃を超えているのがわかる。
したがって、発明品におけるすべり軸受１は従来品に比べ、潤滑油による潤滑が良好に行われていることがわかり、耐焼付き性に優れているといえる。
【００１１】
図３は超高圧試験機によって発明品と従来品とにおけるすべり軸受１のなじみ性について測定した結果を示している。
この試験の条件として、すべり軸受１にかかる荷重を２９ＭＰａ、すべり軸受１に供給する潤滑油の温度を１４０℃とし、すべり軸受１と回転軸の摺接面における回転軸の周速を２．７ｍ／ｓから０．７ｍ／ｓへと１０分毎に０．２ｍ／ｓずつ漸減させ、超高圧試験機の運転開始から２０分を経過した時点より計測を開始し、そのときの摩擦係数の変化を測定した。なお、周速を減少させたときの摩擦係数の変化が少ないほどなじみ性が良いことになる。
そして図３はこの実験結果を示すグラフであり、縦軸はすべり軸受１と回転軸との間における摩擦係数を示し、横軸には経過時間を示している。そして、従来品に関するグラフにおいて、急激に摩擦係数が上昇している時間が、回転軸の周速が減速された瞬間を示している。
この実験結果によると、従来品の場合周速が減少するにつれて摩擦係数のピークが高くなるのに比べ、発明品ではそれほど摩擦係数が高くならないことがわかる。
したがって、発明品におけるすべり軸受１は従来品に比べ、なじみ性に優れているといえる。それはオーバレイ層表面にかかる圧力が均一であり、しかも環状突起の塑性変形が均一であることに起因している。
【００１２】
図４は本発明の他の実施例として、上記実施例とは異なる形状の凹凸形状を有するすべり軸受１を示し、各図はすべり軸受１を展開して内周側より見た図を示しており、ここに記載されている線は凹凸形状のパターンを示している。
そしてこれらのすべり軸受１においても、上記実施例同様、軸受合金層２の表面は予め細かい粗さを持つ平坦な面に加工されており、オーバレイ層３は軸受合金層２の加工の後、当該軸受合金層２の表面に形成されるようになっている。
そして、図４（ａ）、（ｂ）のように、すべり軸受１の表面全域に規則的な凹凸形状としての溝を形成したり、図４（ｃ）、（ｄ）のように規則的な凹凸形状として円形や長方形の穴６を形成することもできる。さらに、（ｅ）（ｆ）のように軸受への負荷の厳しい領域にだけ、上述したような規則的な凹凸形状を設けるようにしてもよい。
【００１３】
そして図５は規則的な凹凸形状として考えられる当該凹凸形状の断面図を示しており、上記第１実施例のすべり軸受１に相当する部材には同じ符号を付してある。
これらの図から明らかなように、上記第１実施例と異なり、図５（ａ）（ｂ）のように環状突起５の形状を三角形状や円弧形状としたり、図５（ｃ）（ｄ）のように環状突起５の頂部に平坦面を形成するようにしても良い。また、図５（ｅ）のように凹凸形状を形成する際にオーバレイ層３だけでなく軸受合金層２まで切削して、溝４の底面に軸受合金層２を露出させるようにしても良い。
また、上記図４に示した実施例の図４（ｃ）、（ｄ）の穴６の断面として、その底面を円弧状とする図５（ｆ）（ｇ）や、その底面を平坦とする図５（ｈ）のような形状が考えられる。
ここで、規則的な凹凸形状は上記第１の実施例と異なりボーリング加工ではなく転写などの方法によって形成されている。
なお、上記図４、図５の形状はほんの一例であり、回転軸の回転方向や、その他の条件に合わせ、適宜その形状を変化させることができることは言うまでもない。
【００１４】
なお、上記第１の実施例では規則的な凹凸形状はボーリング加工によって形成されているが、その他にも図４、図５に示したすべり軸受１のように転写などの方法を使用することができる。
さらに、上記実験ではオーバレイ層に４０％のＭｏＳ_２を含むＰＡＩ樹脂を用いているが、このほかにもＭｏＳ_２、グラファイト、ＢＮ（窒化ホウ素）、ＷＳ_２（二硫化タングステン）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ふっ素樹脂、Ｐｂより１種あるいは２種以上を組合せて添加したＰＡＩ樹脂又はＰＩ樹脂をもちいることが可能である。
【００１５】
【発明の効果】
本発明によれば、オーバレイ層の表面に規則的な凹凸形状を形成して凹凸形状の凹部に潤滑油を確保できるので、耐焼付き性が向上し、また軸受合金層はオーバレイ層との境界となる面を細かい粗さを持つ平坦な面に加工されていることから、各凸部は均一に塑性変形するので、すべり軸受のなじみ性が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】すべり軸受の軸受方向における拡大断面図。
【図２】本発明の耐焼付き性についての実験結果を示すグラフ。
【図３】本発明のなじみ性についての実験結果を示すグラフ。
【図４】本発明の他の実施例を示し、（ａ）〜（ｆ）は半割りすべり軸受の展開表面図示す。
【図５】本発明の他の実施例を示し、（ａ）〜（ｈ）は各凹凸形状の断面図を示す。
【符号の説明】
１すべり軸受２軸受金属層
３オーバレイ層４溝
５環状突起

Claims

軸受合金層と、この軸受合金層の表面に設けた固体潤滑剤と樹脂からなるオーバレイ層とを備えたすべり軸受において、
上記オーバレイ層の表面に規則的な凹凸形状を形成するとともに、上記軸受合金層はオーバレイ層との境界を細かい粗さを持つ平坦な面に形成したことを特徴とするすべり軸受。
上記凹凸形状の凹部に上記軸受合金層が露出していることを特徴とする請求項１に記載のすべり軸受。
上記規則的な凹凸形状は、所定のピッチで形成された溝形状およびそれに隣接する突起形状、もしくは所定の間隔で整列する所定の穴形状であって、オーバレイ層の全域若しくはその一部に形成されることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれかに記載のすべり軸受。
上記オーバレイ層はＭｏＳ２、グラファイト、ＢＮ（窒化ホウ素）、ＷＳ_２（二硫化タングステン）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ふっ素樹脂、Ｐｂより１種あるいは２種以上を組合せて添加したＰＡＩ樹脂又はＰＩ樹脂であり、また上記軸受合金層は、銅系軸受合金又はアルミニウム系軸受合金であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれかに記載のすべり軸受。