JP2015183796A

JP2015183796A - すべり軸受

Info

Publication number: JP2015183796A
Application number: JP2014061852A
Authority: JP
Inventors: 加藤　慎一; Shinichi Kato; 慎一加藤
Original assignee: Taiho Kogyo Co Ltd
Current assignee: Taiho Kogyo Co Ltd
Priority date: 2014-03-25
Filing date: 2014-03-25
Publication date: 2015-10-22

Abstract

【課題】低温時の潤滑油保持性を確保しつつ、高温時の局所的な焼付きを低減する。【解決手段】軸受１は、表面に複数の凹部１２１を有するライニング層１２と、複数の凹部１２１においてライニング層１２よりも線膨張係数の高い材料で形成された充填部１３とを有し、表面にライニング層１２および充填部１３が露出しており、表面におけるライニング層１２および充填部１３の境界が実質的に一致している。また、ライニング層１２の表面と充填部１３の窪んでいる部分には、段差ｄ25が生じている。【選択図】図２

Description

本発明はすべり軸受に関する。

ハイブリッド車やアイドリングストップの普及に伴い、エンジンの停止および始動の回数が増える傾向にある。そのため、エンジン周りで用いられる軸受に要求される特性は厳しくなっている。停止状態にあるエンジンを始動するときには、摩擦を低減するため十分な潤滑油をできるだけ早く軸受に供給する必要がある。これに対処するため、軸受に油溝を設け潤滑油を軸受に留める技術が知られている。しかし、油溝を設けると相手軸との接触面積が減少するため、エンジンの高負荷時に焼付きが生じるおそれがある。

特許文献１は、軸受表面に形成された凹部に、この凹部の深さよりも高さの低い樹脂部材を埋め込む技術を開示している。この技術によれば、低温時すなわちエンジンの始動時にはこの樹脂の上部に潤滑油が溜まり、摩擦が低減される。また、高温時すなわちエンジンの運転中にはこの樹脂が熱膨張し軸受表面の段差がなくなって相手軸との接触面積が増加するため、耐焼付き性が向上する。

特開２００７−２８５４５６号公報

特許文献１に記載の技術においては、ライニング層の凹部に樹脂部材を埋め込んでいるため、表面を一様にすることが難しく、局所的な焼付きが発生する可能性があった。

これに対し本発明は、低温時の潤滑油保持性を確保しつつ、高温時の局所的な焼付きを低減する技術を提供する。

本発明は、表面に複数の凹部を有するライニング層と、前記複数の凹部において前記ライニング層よりも線膨張係数の高い材料で形成された充填部とを有し、前記表面に前記ライニング層および前記複数の充填部が露出しており、前記表面における前記ライニング層および前記充填部の境界が実質的に一致しているすべり軸受を提供する。

１６０〜２００℃における前記表面の真直度が、２５℃における前記表面の真直度よりも高くてもよい。

１６０〜２００℃における前記表面の真直度が、前記ライニング層の表面粗さ以下であてもよい。

また、本発明は、ライニング層に複数の凹部を形成する工程と、前記複数の凹部に前記ライニング層よりも線膨張係数の高い材料を充填する工程と、前記材料が充填されたライニング層の表面を、１６０〜２００℃で平坦に加工する工程とを有する軸受の製造方法を提供する。

本発明によれば、低温時の潤滑油保持性を確保しつつ、高温時の局所的な焼付きを低減することができる。

一実施形態に係る軸受１の構造を示す図。図１のＡ−Ａ断面を示す図。凹部１２１と充填部１３との境界（図２の部分Ｅ）の拡大図。充填部１３の温度変化を例示する図。一実施形態に係る軸受１の製造方法を示すフローチャート。各工程における状態を例示する図。

１．構造
図１は、一実施形態に係る軸受１の構造を示す図である。軸受１は摺動部材すなわちすべり軸受であり、例えば、エンジン（内燃機関）のクランクシャフトとコネクティングロッド、またはクランクシャフトとエンジンブロックの間の軸受として用いられる。この例で、軸受１はいわゆる半割り軸受であり、円筒を軸方向に半分に割った形状を有している。２つの軸受１を接合すると円筒状の軸受が得られる。なお、軸受１の形状は図１に例示したものに限定されない。軸受１は、円筒形状を有していてもよい。

軸受１は、裏金１１およびライニング層１２を有する。裏金１１は、ライニング層１２の機械的強度を補強するための層である。裏金１１は、例えば鋼で形成される。なお裏金１１は省略されてもよい。ライニング層１２は、軸受の摺動面（軸と接触する面）に沿って設けられ、軸受としての特性、例えば、摩擦特性および耐焼付性を与えるための層である。ライニング層１２は、軸受合金で形成されている。軸との凝着を防ぐため、軸受合金は軸といわゆる「ともがね（ともざい）」となることを避け、軸とは別の材料系が用いられる。例えば、鋼で形成された軸の軸受として用いる場合、軸受合金としてアルミニウム合金や銅合金が用いられる。

ライニング層１２の表面には、複数の凹部１２１が設けられている。この例で、凹部１２１は、摺動方向に延びる溝である。なお、凹部１２１の形状は図１で例示したものに限定されない。凹部１２１は、軸方向に延びる溝であってもよい。あるいは、凹部１２１は溝ではなく、表面における形状が円形または矩形の窪みであってもよい。また、凹部１２１の数は図の例に限定されない。ライニング層１２の数は複数に限定されず、単一であってもよい。

図２は、図１のＡ−Ａ断面を示す図である。すなわち図２は、軸受１の、軸方向に平行（かつ摺動方向に垂直）な断面を示している。図２においては摺動する相手軸は図示していないが、図面上方に相手軸がある。すなわち、図面上方の面が摺動面である。軸受１において、相手軸に近い方から順に、ライニング層１２および裏金１１の順に積層されている。

凹部１２１には、充填部１３が形成されている。すなわち、軸受１の摺動面には、ライニング層１２および充填部１３が共に露出している。充填部１３は、ライニング層１２よりも線膨張係数（熱膨張率）が高い材料、例えば、ポリアミドイミド、ポリアミド、またはポリイミド、エポキシ、フェノール、ポリアセタール、ポリエーテルケーテルケトン、およびポリフェニレンサルファイド等の樹脂で形成されている。なお、充填部１３を形成する材料は樹脂に限られず、ライニング層１２よりも線膨張係数が高いものであれば、金属やセラミクスなどが用いられてもよい。

なお凹部１２１の断面形状は、図２に示したものに限定されない。断面形状は、多角形、円または楕円の一部であってもよい。

図２は、室温（２５℃）における状態を示している。このとき、ライニング層１２および充填部１３には、段差ｄ₂₅が生じている。ライニング層１２および充填部１３の段差とは、ライニング層１２の表面と、充填部１３の表面のうち最も深い部分（最も窪んでいる部分）との高さの差をいう。段差ｄ₂₅は、潤滑油を保持できる程度、例えば１〜３μｍ、またはそれ以上である。

図３は、凹部１２１と充填部１３との境界（図２の部分Ｅ）の拡大図を示す。この図で、上がライニング層１２の表面すなわち摺動面である。本実施形態において、表面におけるライニング層１２および充填部１３の境界は実質的に一致している。表面におけるライニング層１２および充填部１３の境界とは、表面における凹部１２１の境界（図３（Ｂ）の点Ｐ_S）と、表面に最も近い充填部１３の境界（図３（Ｂ）の点Ｐ_R）とのずれすなわち高さの差（図３（Ｂ）のｄ_E）をいう。高さとは、摺動面に垂直な方向の長さをいう。また、境界が実質的に一致しているとは、油膜圧力の発生に与えるような段差を有さない状態をいい、例えば、ずれＯ_Eが、ライニング層１２の表面粗さ程度までに納まっていることをいう。すなわち、ずれＯ_Eは、ライニング層１２の表面粗さ以下であることが好ましい。ライニング層１２の表面粗さとは、ライニング層１２の表面のうち凹部１２１を除いた部分の表面粗さをいう。一例として、ずれＯ_Eは、３μｍ以下であることが好ましい。なお図３（Ａ）は、ずれＯ_Eがほぼゼロの理想的な状態を示している。

図４は、充填部１３の温度変化を例示する図である。充填部１３は線膨張係数が高い材料で形成されているので、温度上昇に伴って、ライニング層１２および充填部１３の段差ｄは小さくなっていく。図４（Ａ）〜（Ｃ）は、Ｔ₁＜Ｔ₂＜Ｔ₃である温度Ｔ₁〜Ｔ₃における充填部１３の温度変化を示している。各温度における段差ｄは、ｄ_T1＞ｄ_T2＞ｄ_T3である。この例で段差ｄ_T3はほぼゼロである。すなわち、温度Ｔ₃におけるライニング層１２の表面の真直度（この真直度は、充填部１３も含めた真直度である）は、温度Ｔ₁における真直度よりも高い。なお、真直度が「高い」とは、より真直に近いこと、すなわち真直度の値がゼロに近いことをいう。

温度Ｔ₁が装置停止状態の温度（例えばＴ₁＝２５℃）、温度Ｔ₃が装置運転状態の温度（例えばＴ₃＝１６０〜２００℃）となるようにライニング層１２および充填部１３の材料を選択することにより、低温（２５℃）時には潤滑油の保持性を確保しつつ、高温（１６０〜２００℃）時には軸との摺動面積を増加させ、耐焼付き性を向上させることができる。

２．製造方法
図５は、一実施形態に係る軸受１の製造方法を示すフローチャートである。図６は、各工程における状態を例示する図である。図５のフローの前に、板状の裏金の上に、ライニング層１２となる軸受合金の層が形成された板材が準備される（図６（Ａ））。なお図６では図面を簡単にするため裏金１１は省略している。

ステップＳ１において、ライニング層１２の表面に凹部１２１が形成される。凹部の形成には、切削加工またはプレス加工などが用いられる。図６（Ｂ）は、ライニング層１２の表面に凹部１２１が形成された状態を示している。

ステップＳ２において、板材は、軸受１の形状（例えば、半円筒径または円筒形）に加工される。

ステップＳ３において、凹部１２１に、充填部１３となる材料が充填される。例えば充填部１３が樹脂により形成される場合には、樹脂成分を溶媒に溶かした溶液を塗布し、これを焼成する。このとき、この溶液を凹部１２１の中だけに塗布する必要はなく、ライニング層１２の表面全体に渡り均一に溶液を塗布すればよい。これを焼成すると凹部１２１だけでなくライニング層１２の表面全体に樹脂層が形成される（図６（Ｃ））。

ステップＳ４において、高温で、ライニング層１２の表面が平坦に加工される。このとき、ライニング層１２の表面の一部（例えば図６（Ｃ）の線Ｃより上の部分）が除去される。ステップＳ３の加工は、例えば切削もしくは研磨、またはこれらの組み合わせである。高温とは、軸受１が用いられる装置が運転状態にあるときの軸受１の温度（図４の温度Ｔ₃に相当）をいう。運転状態の温度は、例えば１６０〜２００℃である。

図６（Ｄ）は、ステップＳ３における表面加工後の状態を示す図である。なおここでは、高温での状態を図示している。ライニング層１２の表面が一部除去される程度まで加工されているので、表面にはライニング層１２および充填部１３が共に露出している。また、この状態で、ライニング層１２の表面の真直度は高い。

このように軸受１を作製した後、低温（例えば室温）にすると、充填部１３が収縮し、ライニング層１２と充填部１３との間に段差が発生する（図６（Ｅ））。

このように、本実施形態においては、特許文献１のように、複数の凹部にそれぞれ個別に部材を埋め込むのではなく、ライニング層１２の表面に対して一様な処理が行われる。そのため、製造工程を簡素にすることができ、かつ、表面状態がより均一な充填部１３を形成することができる。また、特許文献１の技術では、低温になって樹脂部材が収縮すると凹部よりも小さくなり、凹部の中で樹脂部材が浮いてしまう場合がある。ここに潤滑油を供給しても潤滑油の上に樹脂部材が浮いてしまい、摩擦低減効果が得られない場合がある。これに対し本実施形態によれば、充填部１３は凹部１２１に接着するように形成されるため、ライニング層１２の表面により確実に油溜まりを形成することができる。

なお図５のフローは製造方法の一例を示すものであり、軸受１の製造方法はこれに限定されない。例えば軸受１が円筒形状を有する場合（いわゆるブシュである場合）、例えば、凹部形成（ステップＳ１）後、円筒形に成形（ステップＳ２）し、さらに凹部に材料を充填（ステップＳ３）した後、他の部品に組み込んでから、高温で表面の平坦加工（ステップＳ４）をしてもよい。

１…軸受、１１…裏金、１２…ライニング層、１３…充填部、１２１…凹部

Claims

表面に複数の凹部を有するライニング層と、
前記複数の凹部において前記ライニング層よりも線膨張係数の高い材料で形成された充填部と
を有し
前記表面に前記ライニング層および前記複数の充填部が露出しており、
前記表面における前記ライニング層および前記充填部の境界が実質的に一致している
ことを特徴とするすべり軸受。
１６０〜２００℃における前記表面の真直度が、２５℃における前記表面の真直度よりも高い
ことを特徴とする請求項１に記載のすべり軸受。
１６０〜２００℃における前記表面の真直度が、前記ライニング層の表面粗さ以下である
ことを特徴とする請求項１または２に記載のすべり軸受。
ライニング層に複数の凹部を形成する工程と、
前記複数の凹部に前記ライニング層よりも線膨張係数の高い材料を充填する工程と、
前記材料が充填されたライニング層の表面を、１６０〜２００℃で平坦に加工する工程と
を有する軸受の製造方法。