JP2008014454A - Sliding bearing - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、軸受合金層上に、固体潤滑剤を含んだ樹脂オーバレイ層を設けたすべり軸受に関する。 The present invention relates to a slide bearing in which a resin overlay layer containing a solid lubricant is provided on a bearing alloy layer.
内燃機関用のすべり軸受は、一般にCu系或いはAl系の合金を軸受合金層として、この軸受合金層の表面に、Pb系合金などの軟質金属或いは固体潤滑剤を含む樹脂からなるオーバレイ層を設けて摺動特性を改善することが行われている。 A plain bearing for an internal combustion engine generally uses a Cu-based or Al-based alloy as a bearing alloy layer, and an overlay layer made of a soft metal such as a Pb-based alloy or a resin containing a solid lubricant is provided on the surface of the bearing alloy layer. Thus, the sliding characteristics are improved.
ところで、最近では環境汚染物質の使用量低減の観点から、オーバレイ層にPb系合金などの金属の使用を避ける傾向にある。このような風潮にあって、上記の樹脂からなるオーバレイ層は、固体潤滑剤を含んでいて優れた潤滑性およびなじみ性を発揮するので、耐摩耗性および非焼付性が良く、高出力エンジンのすべり軸受として良く用いられるようになってきている。なお、以下では、樹脂を主成分とするオーバレイ層を樹脂オーバレイ層と称し、Pb系合金などの金属を主成分とする金属オーバレイ層と区別することとする。 Recently, from the viewpoint of reducing the amount of environmental pollutants used, there is a tendency to avoid the use of metals such as Pb-based alloys in the overlay layer. Under such circumstances, the overlay layer made of the above resin contains a solid lubricant and exhibits excellent lubricity and conformability, so it has good wear resistance and non-seizure properties, and is a high-power engine. It is increasingly used as a sliding bearing. In the following description, an overlay layer mainly composed of a resin is referred to as a resin overlay layer, and is distinguished from a metal overlay layer mainly composed of a metal such as a Pb-based alloy.
例えば、特許文献1では、Cu系合金やAl系合金からなる軸受合金層の表面に、固体潤滑剤としてのMoS2とバインダ樹脂としてのポリアミドイミドとからなる樹脂オーバレイ層を形成し、更に、この樹脂オーバレイ層の表面(摺動表面)に、潤滑油を保持するための螺旋状の溝を形成することが開示されている。この樹脂オーバレイ層の摺動表面の溝は、樹脂オーバレイ層内に止まる深さであっても、軸受合金層にまで及ぶ深さであっても良いとされている。
樹脂オーバレイ層に使用される樹脂(固体潤滑剤のバインダとして機能する)は、一般に、ポリイミド系樹脂、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂などの熱硬化性樹脂が採用される。このような熱硬化性樹脂を用いた樹脂オーバレイ層は、薄く、且つ金属オーバレイ層に比べて塑性変形し難いため、異物埋収性が十分であるとはいえない。しかも、相手軸との間に異物が侵入し、その異物が樹脂オーバレイ層に押し付けられると、樹脂オーバレイ層の塑性変形性が低いため、摺動表面にクラックが入り易く、そのクラックが剥離の原因となって、焼付きに至る恐れがある。 Generally, a thermosetting resin such as a polyimide resin, an epoxy resin, or a phenol resin is employed as the resin used for the resin overlay layer (functioning as a binder for the solid lubricant). A resin overlay layer using such a thermosetting resin is thin and hardly plastically deformed as compared with a metal overlay layer, so that it cannot be said that the foreign substance burying property is sufficient. In addition, if foreign matter enters between the mating shaft and the foreign matter is pressed against the resin overlay layer, the plastic overlay layer has low plastic deformability, so that the sliding surface easily cracks, and the crack is the cause of peeling. This can lead to seizure.
特許文献1に示されているように、樹脂オーバレイ層に溝を形成した場合には、異物が潤滑油と一緒に溝内に流れ込み易くなるので、異物を溝内に取り込むことができる。しかし、溝内に取り込まれた異物は、相手軸により溝内面の樹脂オーバレイ層に押し付けられたり、相手軸の回転に伴って溝内を転動したりするので、樹脂オーバレイ層にクラックや剥離が生じ易くなる。
As shown in
溝が軸受合金層まで及んでいて溝内に軸受合金層が露出していても、通常の軸受合金は硬度が50HVより硬いので、溝内に取り込まれた異物が軸受合金層に押し付けられても、当該軸受合金層の中に埋め込まれることはなく、異物が相手軸の回転に伴って溝内を転動し、樹脂オーバレイ層を傷付けてクラックや剥がれを生じさせる。 Even if the groove extends to the bearing alloy layer and the bearing alloy layer is exposed in the groove, a normal bearing alloy has a hardness higher than 50 HV, so that foreign matter taken into the groove may be pressed against the bearing alloy layer. It is not embedded in the bearing alloy layer, and foreign matter rolls in the groove as the mating shaft rotates, and damages the resin overlay layer to cause cracks and peeling.
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的は、樹脂オーバレイ層に凹状部を形成したすべり軸受において、凹状部内に取り込まれた異物が凹状部内で長い間転動することを防止して樹脂オーバレイ層にクラックや剥離などが生ずることを効果的に防止できるすべり軸受を提供することにある。 The present invention has been made in view of the above circumstances, and its purpose is to prevent foreign matter taken in the concave portion from rolling for a long time in the concave portion in the slide bearing in which the concave portion is formed in the resin overlay layer. Then, it is providing the slide bearing which can prevent effectively that a crack, peeling, etc. arise in a resin overlay layer.
上記の目的を達成するために本発明は、筒状又は半割形状であって、内周部に、軸受合金層と、この軸受合金層上に設けられた固体潤滑剤を含む樹脂オーバレイ層と、を備えたすべり軸受において、前記軸受合金層の硬さを50HV以下とし、内周部に、周方向に延び、前記樹脂オーバレイ層の摺動表面から少なくとも前記軸受合金層表面に至るまでの深さを有した凹状部を形成して、この凹状部内に前記軸受合金層を露出させたことを特徴とする。 In order to achieve the above object, the present invention provides a cylindrical or halved shape, a bearing alloy layer on the inner periphery, and a resin overlay layer including a solid lubricant provided on the bearing alloy layer, The bearing alloy layer has a hardness of 50 HV or less, extends in the circumferential direction on the inner periphery, and extends from the sliding surface of the resin overlay layer to at least the surface of the bearing alloy layer. A concave portion having a thickness is formed, and the bearing alloy layer is exposed in the concave portion.
この構成によれば、凹状部が摺動方向である円周方向に延びているので、相手軸との間に侵入した異物が凹状部内に取り込まれ易くなる。
しかも、本発明では、凹状部内に軸受合金層が露出し、その凹状部内に露出する軸受合金層は硬度が50HV以下と比較的軟らかいので、凹状部内に取り込まれた異物は軸受合金層の中に埋め込まれ、或いは軸受合金層に凝着する。このため、異物が凹状部内で転がり動くことを防止でき、樹脂オーバレイ層にクラックが発生したり、剥離を生じたりすることを極力防止することができる。
According to this configuration, since the concave portion extends in the circumferential direction, which is the sliding direction, foreign matter that has entered between the opposite shaft is easily taken into the concave portion.
In addition, in the present invention, the bearing alloy layer is exposed in the concave portion, and the bearing alloy layer exposed in the concave portion is relatively soft with a hardness of 50 HV or less, so foreign matter taken into the concave portion is contained in the bearing alloy layer. Embedded or adhered to the bearing alloy layer. For this reason, it can prevent that a foreign material rolls and moves within a recessed part, and it can prevent that a crack generate | occur | produces in a resin overlay layer or peeling arises as much as possible.
上記凹状部の深さは、凹状部内に軸受合金層が露出する程度あれば良い。従って、凹状部の深さは樹脂オーバレイ層の厚さと同等であっても、樹脂オーバレイ層の厚さよりも深いものであっても良い。凹状部の深さを樹脂オーバレイ層の厚さと同等とする場合には、凹状部の底面に軸受合金層が露出するように、凹状部の断面形状を矩形状とすることが好ましい。 The depth of the concave portion may be such that the bearing alloy layer is exposed in the concave portion. Therefore, the depth of the concave portion may be equal to the thickness of the resin overlay layer or deeper than the thickness of the resin overlay layer. When the depth of the concave portion is equal to the thickness of the resin overlay layer, the concave portion preferably has a rectangular cross-sectional shape so that the bearing alloy layer is exposed on the bottom surface of the concave portion.
樹脂オーバレイ層の厚さは、2〜30μm、好ましくは10〜25μmとする。
凹状部の深さは、樹脂オーバレイ層の厚さ以上で100μm以下、凹状部を多数形成する場合、そのピッチを200〜300μmとすることが好ましい。
The thickness of the resin overlay layer is 2 to 30 μm, preferably 10 to 25 μm.
The depth of the concave portion is not less than the thickness of the resin overlay layer and not more than 100 μm, and when many concave portions are formed, the pitch is preferably 200 to 300 μm.
軸受合金層は、Cu系合金、Al系合金のいずれの軸受合金から構成しても良い。硬さが50HV以下のCu系合金、Al系合金としては、Al−Sn合金などがある。
樹脂オーバレイ層の固体潤滑剤としては、二硫化モリブデン(MoS2)、グラファイト(Gr)、ポリテトラフルオロエチレン(PTFE)、二硫化タングステン(WS2)、窒化硼素(BN)などを用いることができる。
The bearing alloy layer may be made of any one of a Cu alloy and an Al alloy. Examples of Cu-based alloys and Al-based alloys having a hardness of 50 HV or less include Al-Sn alloys.
As the solid lubricant for the resin overlay layer, molybdenum disulfide (MoS 2 ), graphite (Gr), polytetrafluoroethylene (PTFE), tungsten disulfide (WS 2 ), boron nitride (BN), or the like can be used. .
樹脂オーバレイ層を構成する樹脂(バインダ)としては、ポリアミドイミド系樹脂(PAI)、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂などの熱硬化性樹脂、ポリベンゾイミダゾール系樹脂(PBI)などの耐熱性樹脂を用いることができる。 As the resin (binder) constituting the resin overlay layer, a thermosetting resin such as a polyamideimide resin (PAI), an epoxy resin or a phenol resin, or a heat resistant resin such as a polybenzimidazole resin (PBI) is used. be able to.
樹脂オーバレイ層には、硬質粒子や軟質金属を添加しても良い。硬質粒子としては、例えば窒化珪素(Si3N4)などの窒化物、酸化アルミニウム(Al2O3)、酸化珪素(SiO2)などの酸化物、炭化珪素(SiC)などの炭化物の粒子を用いることができる。軟質金属としては、Cu、Ag、Al、Sn、Zn、それらの合金などを用いることができる。 Hard particles or soft metals may be added to the resin overlay layer. Examples of the hard particles include nitrides such as silicon nitride (Si 3 N 4 ), oxides such as aluminum oxide (Al 2 O 3 ) and silicon oxide (SiO 2 ), and carbide particles such as silicon carbide (SiC). Can be used. As the soft metal, Cu, Ag, Al, Sn, Zn, alloys thereof and the like can be used.
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図2に、例えば内燃機関に使用するすべり軸受1を示す。このすべり軸受1は半円筒状(半割形状)で、2個を円筒状に組み合わせて使用する。このすべり軸受1は、裏金層2と、この裏金層2の内周面に被着された軸受合金層3と、この軸受合金層3の表面に被着された樹脂オーバレイ層4とから構成された3層構造をなしている。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 2 shows a plain bearing 1 used for an internal combustion engine, for example. This
上記軸受合金層3は、Cu系或いはAl系の軸受合金からなり、硬度50HV以下のものが使用されている。樹脂オーバレイ層4は、MoS2などの固体潤滑剤を含むPAIやPBIなどの樹脂膜から構成されている。
The
すべり軸受1の内周面には、周方向に延びる凹状部5が軸方向8に沿って複数本形成されている。この凹状部5は、図1に示すように、例えば断面V字状をなし、樹脂オーバレイ層4の摺動表面4aから軸受合金層3にまで及ぶ深さを有しており、凹状部5の底方部には軸受合金層3が露出している。
A plurality of
このようなすべり軸受1の製造方法を図3により説明すると、まず、図3(a)に示すように、鋼板(裏金層2)上にCu系或いはAl系の軸受合金(軸受合金層3)を周知の焼結法或いは圧接法によって被着してバイメタル6を形成し、このバイメタル6を図3(b)に示すように半円筒状に曲げ加工する。次に、軸受合金層3の表面をショットブラストなどによって粗面化し、酸洗いして表面に付着した不純物を除去すると共に、軸受合金層3の表面を活性化させる。
The manufacturing method of such a sliding bearing 1 will be described with reference to FIG. 3. First, as shown in FIG. 3A, a Cu-based or Al-based bearing alloy (bearing alloy layer 3) is formed on a steel plate (back metal layer 2). Is deposited by a known sintering method or pressure welding method to form a bimetal 6 and the bimetal 6 is bent into a semi-cylindrical shape as shown in FIG. Next, the surface of the
この後、適当な有機溶剤で稀釈したPAI、PBIなどのバインダ樹脂とMoS2などの固体潤滑剤とを混合し、この混合物を更にN−メチル−2−ピロリドンなどの有機溶剤で稀釈し、これをエアスプレーなどによって軸受合金層3の表面に塗布して樹脂膜を形成する。そして、80〜120℃、例えば100℃で30分間加熱し、樹脂膜中の有機溶剤を蒸発乾燥させる。乾燥後、プレスなどで樹脂膜の加圧を行って緻密化する。次に、150〜400℃、例えば200℃で60分間焼成する。これにより樹脂膜が硬化し、図3(c)に示す樹脂オーバレイ層4として形成される。その後、内周面を切削加工し、図3(d)のように、周方向に延び、且つ深さが樹脂オーバレイ層4の摺動表面4aから軸受合金層3にまで及ぶ凹状部5を、複数本形成する。
Thereafter, a binder resin such as PAI or PBI diluted with a suitable organic solvent is mixed with a solid lubricant such as MoS 2 , and this mixture is further diluted with an organic solvent such as N-methyl-2-pyrrolidone. Is applied to the surface of the
以上のようにして内周面に凹状部5を形成したすべり軸受1によれば、相手軸との間に異物が侵入した場合、その異物は相手軸の回転により、或いは樹脂オーバレイ層4の表面に供給される潤滑油の流れに乗じて容易に凹状部5内に入り込む。このため、異物が樹脂オーバレイ層4の摺動表面4aに押し付けられてクラックを生じたり、そのクラック部分で剥離を生じたりするといった不具合の発生を極力防止することができる。
According to the
そして、凹状部5内に入り込んだ異物は、相手軸などから押し付け力を受けると、凹状部5内に比較的軟質の軸受合金層3が露出していることにより、その軸受合金層3内に埋収され、或いは軸受合金層3に凝着するようになる。このため、異物が長い間凹状部5内で転動して凹状部5の内面を構成する樹脂オーバレイ層4にクラックや剥離などを生ぜしめるといった不具合の発生を極力防止する。
Then, when the foreign matter that has entered the
このような本発明の効果を確認するために、試験片を製作し、焼付き試験を実施した。
試験片は、次の表1に示す内容の実施例品1〜5、比較例品1〜6である。
In order to confirm the effect of the present invention, a test piece was manufactured and a seizure test was performed.
The test pieces are Examples 1 to 5 and Comparative Examples 1 to 6 having the contents shown in Table 1 below.
試験片の製法は、次の通りである。まず、軸受合金層を構成するAl系の軸受合金板を、裏金層を構成する鋼板上に圧接法により被着してバイメタルを製作し、このバイメタルの軸受合金層上に、上述したと同様の方法により、厚さ15μmの樹脂オーバレイ層を形成して、実施例品1〜5、比較例品1〜6を得た。
The manufacturing method of the test piece is as follows. First, an Al-based bearing alloy plate constituting the bearing alloy layer is deposited on the steel plate constituting the back metal layer by a pressure welding method to produce a bimetal, and the same as described above on the bimetal bearing alloy layer.
そして、比較例品1〜4については、樹脂オーバレイ層を形成したままとし、実施例品1〜5、比較例品5,6については、更に、樹脂オーバレイ層の表面から深さ30μmの断面V字状の凹状部を形成する切削加工を行った。 For the comparative examples 1 to 4, the resin overlay layer remains formed, and for the examples 1 to 5 and the comparative examples 5 and 6, the cross section V having a depth of 30 μm from the surface of the resin overlay layer is further provided. The cutting which forms a letter-shaped concave part was performed.
以上のような実施例品1〜5、比較例品1〜6について、表2に示す条件で焼付き試験を行った。焼付き試験は、試料に加える面圧を10分毎に1MPaずつ増加させ、焼付きに至った面圧を焼付面圧として表1に記載した。なお、JIS Z8901の第2種に示す異物は、平均粒径27〜31μmのけい砂である。
The seizure test was performed under the conditions shown in Table 2 for the above-described
焼付き試験結果から理解されるように、実施例品1〜5は、比較例品1〜6に比べ、非焼付性が高い。即ち、比較例品1〜6の中でも、凹状部を形成した比較例品5,6は、凹状部のない比較例品1〜4に比べて非焼付性は向上しているが、軸受合金層の硬度が50HVを超えているため、非焼付性の向上効果はそれ程高くはない。これに対し、軸受合金層の硬さが50HV以下である実施例品1〜5では、高い非焼付性の向上効果を示し、本発明の実施によって高い非焼付性が得られることが理解される。即ち、摺動方向に延びる凹状部と露出させた50HV以下の軸受合金層とによる相乗効果によって初めて非常に優れた非焼付性を得ることができることが分る。
As understood from the seizure test results, the
なお、凹状部5は、上記の実施形態に限られない。例えば、凹状部5の断面形状としては、V字状に限らず、図4(a)のように矩形状のものであっても良く、図4(b)に示すように半円形のものであっても良く、更に、凹状部5の深さとしては、図4(c)に示すように、樹脂オーバレイ層4の厚さと同寸法とし、凹状部5の底面に軸受合金層3の表面が露出するものであっても良い。例えば、摺動方向が軸方向であるすべり軸受においては、軸方向に延びる凹状部を形成すると良い。
In addition, the recessed
図面中、1はすべり軸受、2は裏金層、3は軸受合金層、4はオーバレイ層、5は凹状部を示す。
In the drawings, 1 is a slide bearing, 2 is a back metal layer, 3 is a bearing alloy layer, 4 is an overlay layer, and 5 is a concave portion.
Claims (1)
前記軸受合金層の硬さを50HV以下とし、
内周部に、周方向に延び、前記樹脂オーバレイ層の摺動表面から少なくとも前記軸受合金層表面に至るまでの深さを有した凹状部を形成して、この凹状部内に前記軸受合金層を露出させた、
ことを特徴とするすべり軸受。
In a slide bearing having a cylindrical shape or a half shape, and having a bearing alloy layer and a resin overlay layer containing a solid lubricant provided on the bearing alloy layer on the inner periphery,
The bearing alloy layer has a hardness of 50 HV or less,
A concave portion extending in the circumferential direction and having a depth from the sliding surface of the resin overlay layer to at least the surface of the bearing alloy layer is formed in the inner peripheral portion, and the bearing alloy layer is formed in the concave portion. Exposed,
A plain bearing characterized by that.
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