JP2019124245A - 半割スラスト軸受、スラスト軸受、軸受装置および内燃機関 - Google Patents

Abstract

【課題】優れた耐焼付き性能を有する半割スラスト軸受、ひいてはスラスト軸受を提供すること。【解決手段】本発明の半円環形状の半割スラスト軸受は、軸線方向力を受けるための摺動面と、摺動面の反対側の背面とを有し、摺動面に軟質金属被覆層を有する半割スラスト軸受において、軟質金属被覆層の厚さが、前記半割スラスト軸受の周方向中央部で最大で、半割スラスト軸受の周方向両端部へ向かって小さくなっていることを特徴とする。本発明は、スラスト軸受、軸受装置、内燃機関にも関する。【選択図】図５

Description

本発明は、自動車、船舶用、一般産業機械等の内燃機関において、特にクランク軸の軸線方向力を受けるための半円環形状の半割スラスト軸受に関し、とりわけ、軸線方向力を受けるための摺動面と摺動面の反対側の背面とを有し、基板上に被覆された軟質金属被覆層が摺動面を形成する半割スラスト軸受に係るものである。更に、本発明は、この半割スラスト軸受を有するスラスト軸受、及びこのスラスト軸受を備えた軸受装置、並びにこの軸受装置を備えた内燃機関にも関するものである。

内燃機関のクランク軸は、ジャーナル部において、一対の半割軸受を円筒形状に組み合わせて構成される主軸受を介して、内燃機関のシリンダブロック下部に回転自在に支承される。一対の半割軸受のうちの一方又は両方が、クランク軸の軸線方向力を受ける半割スラスト軸受と組み合わせて用いられる。半割スラスト軸受は、半割軸受の軸線方向端面の一方又は両方に配設される。半割スラスト軸受は、クランク軸に生じる軸線方向力を受ける。すなわち、クラッチによってクランク軸と変速機とが接続される際等に、クランク軸に対して入力される軸線方向力を支承することを目的として配置される。

半割スラスト軸受として、鋼製などの裏金層に薄い軸受合金層を接着したバイメタルが用いられるが、更にその上に軟質金属層を被覆したものも周知である（引用文献１等）。耐食性の高い軟質金属層を被覆することにより、軸受合金の腐食を防止するとともに、焼付きや摩耗を抑制することが可能になっている。

特開２０１３−７２４４９号公報

近年、エンジンの高性能化、高機能化が進んでいる。それに伴い軸のような相手部材の低剛性化が進み軸受の高面圧化が求められている。このような条件は軸受にとっては厳しい使用環境になっている。特に、アイドリングストップやハイブリッド車の適用により、優れた耐焼付き性能を有することが望まれている。

このような軸受においては、運転時に、相手部材（例えば軸部材）表面と摺動部材の摺動面との間に潤滑油等の流体潤滑膜が形成されることにより、相手部材表面と摺動部材の摺動面との直接接触が防がれている。従来技術によるスラスト軸受に付与された軟質金属被覆層は均一な層厚さで被覆が施されているが、油膜圧力が不足して支承能力不足になり、上記使用環境下において焼付きを招く可能性がある。焼付きを防ぐためには摺動面全面での油膜形成が必要であるが、厳しいエンジン環境で優れた耐焼付き性能を有するには、上記従来技術では不十分である。

本発明は、優れた油膜形成を促進することにより優れた耐焼付き性能を有する半割スラスト軸受、ひいてはスラスト軸受を提供することを目的としている。本発明は、さらに、このスラスト軸受を備えた軸受装置や内燃機関を提供することを目的としている。

本発明の一観点によれば、半円環形状を有し、軸線方向力を受けるための摺動面と、この摺動面の反対側の背面とを有し、基板上に被覆された軟質金属被覆層が摺動面を形成している半割スラスト軸受が提供される。この半割スラスト軸受は、軟質金属被覆層の厚さが、半割スラスト軸受の周方向中央部で最大で、半割スラスト軸受の周方向両端部へ向かって小さくなっていることを特徴とする。
なお、ここで「半円環形状」とは、２つの半円により内周および外周が規定された形状であるが、これらは幾何学的厳密に半円である必要はない。例えば、外周面または内周面の一部が（例えば周方向端面で）径方向に突出していてもよく、周方向端面から（例えば周方向端面垂直方向に）延長部が存在してもよい。

本発明の一具体例によれば、周方向中央部が、円周角度で７５°〜１０５°の位置にあることが好ましい。

本発明の一具体例によれば、半割スラスト軸受の周方向端面に沿って半割スラスト軸受を見たとき、半割スラスト軸受の摺動面が、周方向中央部で突出した凸形状の輪郭を有していることが好ましい。

本発明の一具体例によれば、摺動面の輪郭が曲線から構成されることが好ましい。

本発明の一具体例によれば、摺動面の輪郭が直線から構成されることが好ましい。
また、本発明の一具体例によれば、摺動面の輪郭が曲線と直線から構成されていてもよい。

本発明の一具体例によれば、軟質金属被覆層の厚さが円周角度に対して、以下の式で規定されることが好ましい。
ｔ（θ）／ｔ_ｍａｘ×１００ ＝ Ａ×ｅｘｐ[−｛（θ−Ｂ）／Ｃ｝^２]＋Ｄ （１）
ここで、ｔ（θ）は円周角度θにおける軟質金属被覆層の厚さの値であり、ｔ_ｍａｘは軟質金属被覆層の厚さの最大値であり、Ｂは軟質金属被覆層の厚さが最大となる円周角度（°）の値であり、Ａ、Ｃ、Ｄは、１０≦Ｃ≦１００、３０≦Ｄ≦９５であり、Ａ＝１００−Ｄを満たす定数である。

本発明の一具体例によれば、（１）式により規定される軟質金属被覆層の厚さの円周角度に対する曲線の傾きが最大となる位置が、Ｂ位置から１５°〜６５°離れた位置にあることが好ましく、２０°〜６０°離れた位置にあることが更に好ましい。

本発明の一具体例によれば、（１）式により規定されるｔ（θ）／ｔ_ｍａｘ×１００の円周角度に対する曲線の接線の最大傾きが、０．１０〜１．２０であることが好ましく、０．１５〜０．９０であることが更に好ましい。

本発明の他の観点によれば、本発明は、２つの半割スラスト軸受からなるスラスト軸受であって、この２つの半割スラスト軸受のうちの少なくとも１つが、上記の本発明の半割スラスト軸受であるスラスト軸受が提供される。

本発明の一具体例によれば、半割スラスト軸受は、内燃機関のクランク軸の軸線方向力を受けるための半割スラスト軸受であることが好ましい。

本発明の更に他の観点によれば、本発明は、上記の本発明の半割スラスト軸受を備えた軸受装置も提供される。

本発明の更に他の観点によれば、本発明は、上記の本発明の軸受装置を備えた内燃機関も提供される。

本発明の軟質金属被覆を施した半割スラスト軸受は、軟質金属被覆層の厚さの周方向の分布を制御することによって、油膜形成を促進し、耐食性を損なうことなく、耐焼付き性能を向上させることができる。

本発明の構成及びその多くの利点を、添付の概略図面を参照して以下により詳細に述べる。図面は、例示の目的で、いくつかの非限定的な実施例を示す。

軸受装置の分解斜視図。 軸受装置の断面図。 本発明の半割スラスト軸受の一例の正面図。 図３の半割スラスト軸受のＹ１矢視側面図。 本発明の半割スラスト軸受の一例を、半径方向中央部で周方向に切断した断面の展開図。 本発明の半割スラスト軸受の他の例を、半径方向中央部で周方向に切断した断面の展開図。 本発明の半割スラスト軸受の更に他の例を、半径方向中央部で周方向に切断した断面の展開図。 本発明の半割スラスト軸受の更に他の例を、半径方向中央部で周方向に切断した断面の展開図。 本発明の半割スラスト軸受の更に他の例を、半径方向中央部で周方向に切断した断面の展開図。 本発明の半割スラスト軸受の軟質金属被覆層の形成に用いるめっき装置の例を示す模式図。 図１０のめっき装置における陰極（基板）、陽極とスリット板の位置関係を示す模式図。 図１０のめっき装置による軟質金属被覆層の厚さ制御の原理を示す図。

まず、図１及び図２を用いて本発明の半割スラスト軸受８を有する軸受装置１の一例の全体構成を説明する。図１及び図２に示すように、シリンダブロック２の下部に軸受キャップ３を取り付けて構成された軸受ハウジング４には、両側面間を貫通する円形孔である軸受孔（保持孔）５が形成されており、側面における軸受孔５の周縁には円環状凹部である受座６、６が形成されている。軸受孔５には、クランク軸のジャーナル部１１を回転自在に支承する半割軸受７、７が円筒状に組み合わされて嵌合される。受座６、６には、クランク軸のスラストカラー面１２を介して軸線方向力ｆ（図２参照）を受ける半割スラスト軸受８、８が円環状に組み合わされて嵌合される。半割スラスト軸受８は、円環状に組み合せず、例えばシリンダブロック２側のみに嵌合されてもよい。

次に、本発明の半割スラスト軸受８の一例の正面図および斜視図を図３および図４に示す。半割スラスト軸受８は、半円環形状の平板に形成された基板８９上に軟質金属被覆層８８を有している。基板８９は、通常、鋼製の裏金層に薄い軸受合金層を接着したバイメタルによって構成されることが好ましいが、裏金のみの構成、またはその他の構成でもよい。半割スラスト軸受８は軸線方向を向いた摺動面８１（軸受面）を備え、摺動面８１は軟質金属被覆層から構成される。摺動面８１には、潤滑油の保油性を高めるために、周方向両端面８３、８３の間に少なくとも１つの油溝８１ａ（図３では２つの油溝を図示している）が形成されていてもよい。

半割スラスト軸受８は軸線方向に垂直な基準面８４を画定しており、この基準面８４内に、シリンダブロック２の受座６に配置されるように適合された実質的に平坦な背面８４ａを有する（図４参照）。背面８４ａは基板８９の底面でもある。基板８９は、基準面８４（背面８４ａ）から軸線方向反対側の上面８２を有し、基板の上面には、軟質金属被覆層８８が被覆されている。軟質金属被覆層８８の表面は、基準面８４（背面８４ａ）から軸線方向に離れた摺動面８１を形成し、摺動面８１は、クランク軸のスラストカラー面１２を介して軸線方向力ｆ（図２参照）を受けるようになっている。

図５は、半割スラスト軸受８を、所定の半径で切断した断面を展開した図であり、図５に示された半割スラスト軸受８の横方向両端部が半割スラスト軸受８の周方向両端面８３（円周角度０°、１８０°）、図５に示された半割スラスト軸受８の横方向中央が、半割スラスト軸受８の周方向中央８５（円周角度９０°）を示す。円周角度は、半割スラスト軸受８の円環形状の中心を中心とする周方向両端面８３からの角度を言う。本明細書では、クランク軸の摺動する方向（図３に矢印ＳＤで示す）の後方側端面を０°、摺動方向前方側端面を１８０°にとる（図３参照）。（ただし、摺動方向前方側端面を０°にとっても、本発明の範囲には影響はない。）

図５には、基板８９上の軟質金属被覆層８８を示す。軟質金属被覆層８８は、軟質金属被覆層の厚さが、半割スラスト軸受の周方向中央部８６で最大で、半割スラスト軸受の周方向両端部８３へ向かって小さくなっている。なお、周方向中央部８６は、厳密に周方向中央８５（円周角度９０°）に位置する必要はなく、摺動方向に見た軟質金属被覆層８８の厚さ分布が全体として凸状を示せばよい。好ましい周方向中央部８６は、円周角度で７５°〜１０５°の位置である。
軟質金属被覆層は、厚さの最大値が２〜３０μｍ程度、最小値が１〜２８μｍ程度になることが好ましい。厚さの最大値および最小値がこの範囲であると、軟質金属被覆層の摩耗による早期の基板露出と耐疲労性の悪化を防ぐことができるため、より耐焼付き性が向上する。

このような分布形状に制御することによって、潤滑油の油膜形成が容易になり、耐食性を損なうことなく、耐焼付き性能が向上する。この機構は以下の通りである。
軟質金属は、低荷重において弾性変形、高荷重において塑性変形が生じることにより、ストレッチ（伸縮）作用が起こるために、軟質金属被覆層の厚さの大きい周方向中央部を中心にストレッチ作用を発揮して、潤滑油の流れ分布による油膜圧力が発生し、スラスト軸受け面全体で優れた油膜形成を促すことができ、耐焼付性が向上する。

更に、軟質金属被覆層８８の周方向の厚さ分布は、円周角度に対して、以下の式で規定される分布を有することが好ましい。
ｔ（θ）／ｔ_ｍａｘ×１００＝Ａ×ｅｘｐ[−｛（θ−Ｂ）／Ｃ｝^２]＋Ｄ （１）
ここで、ｔ（θ）は円周角度θにおける軟質金属被覆層８８の厚さの値であり、ｔ_ｍａｘは軟質金属被覆層の厚さの最大値であり、Ｂは軟質金属被覆層の厚さが最大となる円周角（°）の値であり、Ａ、Ｃ、Ｄは、１０≦Ｃ≦１００、３０≦Ｄ≦９５であり、Ａ＝１００−Ｄを満たす定数である。

（１）式により規定される軟質金属被覆層８８の厚さの円周角度に対する曲線の接線の傾きが最大となる位置が、Ｂ位置（周方向中央部８６）から１５°〜６５°離れた位置にあることが好ましく、Ｂ位置から２０°〜６０°離れた位置にあることが更に好ましい。また、（１）式により規定されるｔ（θ）／ｔ_ｍａｘ×１００の円周角度に対する曲線の接線の最大傾きが、０．１０〜１．２０であることが好ましく、接線の最大傾きが、０．１５〜０．９０であることが更に好ましい。これらの条件を満たすことにより、油膜形成が更に容易になり、耐焼付き性能が更に向上する。

この軟質金属被覆層８８の周方向厚さ分布は、いずれの径方向位置においても成立することが好ましい。しかし、径方向中央の半径位置で、この厚さ分布が成立していればよい。この場合でも、油膜形成は容易になる。なお、軟質金属被覆層８８の周方向厚さ分布がいずれの径方向位置においても成立する場合でも、周方向中央部８６の円周角度が一致する必要がない。ただし、いずれの径方向位置においても、周方向中央部８６の円周角度が７５°〜１０５°であることが好ましい。

上記の軟質金属被覆層８８の周方向厚さ分布は、全体的な分布であり、局所的に見れば小さな凹凸は存在するが、このような局所的凹凸は存在してもよい。

半割スラスト軸受８の基板８９の上面８２は、図５に示すように平坦面であることが好ましい。この場合、軟質金属被覆層８８の厚さ分布が摺動面８１の輪郭形状になる。この場合、摺動面８１の輪郭形状の周方向中央部と円周方向端部との高低差は１〜１７μｍ程度が好ましい。
しかし、基板８９の上面８２は平坦面でなくてもよい。例えば、図６に示すように周方向中央部が高くなったものや、あるいは図８、図９のような周方向の中央に向かって低くなってもよく、その他の形状でもよい。この場合、摺動面８１の輪郭形状は、中央が高くなってもよく（図６）、平坦でもよく（図８）、中央が低くなってもよく（図９）、その他の形状でもよい。
なお、何れの形状であっても、スラストリリーフ８７が形成されてもよい（図７）。スラストリリーフ８７は、摺動面８１側の周方向両端面に隣接する領域に、壁厚が端面に向かって徐々に薄くなるように形成される壁厚減少領域であり、半割スラスト軸受８の周方向端面の径方向全長に亘って延びている。スラストリリーフ８７は、半割スラスト軸受８を分割型の軸受ハウジング４内に組み付けた際の位置ずれ等に起因する、一対の半割スラスト軸受８、８の周方向端面８３、８３同士の位置ずれを緩和するために形成される。

更に、本発明の半割スラスト軸受８は、基準面８４から摺動面８１までの軸線方向距離が、半割スラスト軸受８のいずれの径方向位置においても、半割スラスト軸受８の周方向中央部８６で最大で、半割スラスト軸受の周方向両端部８３へ向かって小さくなるように形成されることが好ましい。すなわち、半割スラスト軸受８の周方向に沿って半割スラスト軸受８を見たとき、半割スラスト軸受８の摺動面８１が、周方向中央部で突出した凸形状の輪郭を有していることが好ましく、この摺動面８１の輪郭が曲線から構成されてもよく、直線から構成されてもよい。

半割スラスト軸受８の基板８９の上面８２が平坦面の場合には、この摺動面８１の輪郭は、軟質金属被覆層８８の厚さ分布により決定され、軟質金属被覆層８８の最大厚さのところで摺動面８１が突出していることになる。内燃機関の作動時に、輪郭が周方向中央部で突出していることによって、相手軸材の回転運動に伴って、周方向中央部を中心とするくさび膜作用による油膜圧力が発生する。さらに、上記に説明した軟質金属被覆層によるストレッチ作用による油膜圧力の発生と相まって、スラスト軸受面全体で優れた油膜形成を促すことができ、耐焼付き性が向上すると共に摩耗が抑制される。
半割スラスト軸受８の基板８９の上面８２が平坦面でなく、摺動面８１の輪郭の最大突出部が、軟質金属被覆層８８の厚さの最大の位置と一致しない場合があっても、摺動面８１の輪郭の最大突出部と軟質金属被覆層８８の最大厚さのところとが、周方向中央８５近傍に近接して位置するため、上記と同様の効果が得られる。

軟質金属被覆層８８を形成する軟質金属は、Ｐｂ、Ｓｎ、Ｂｉ，Ｉｎ、Ａｇ、Ａｌ、Ｃｕ、Ｓｎ、Ｍｇ等軟質金属から選ばれた純金属またはそれらの合金からなり、下地金属よりも硬さが小さい金属層を形成する。軟質金属被覆層８８の硬さが下地金属よりも小さい限り、Ｎｉ、Ｃｒ、Ｔｉ、Ｚｒ等の元素を含有してもよい。
さらに、軟質金属被覆層は、軟質金属の他に、硬質粒子を含んでもよい。硬質粒子としては、例えば、酸化アルミニウム、酸化鉄などの酸化物、窒化アルミニウム、窒化ケイ素などの窒化物、炭化モリブデン、炭化ケイ素などの炭化物、ダイヤモンドから選ばれる１種または２種以上があり、好ましい硬質粒子含有量は０．１〜１０体積％である。この硬質粒子を含有することにより、摺動層の耐摩耗性を高めることが可能となる。

半割スラスト軸受８の基板８９は、上記の通り、裏金層と、この裏金層上に設けられた軸受合金層とを備えることが好ましい。裏金層としては、Ｆｅ合金、Ｃｕ、Ｃｕ合金等の金属板を用いることができ、軸受合金層は、銅合金、アルミニウム合金、錫合金などの合金から形成できる。裏金層がなく、高強度なアルミニウム合金又は銅合金などの軸受合金層のみを用いることもできる。

軟質金属被覆層８８の形成は、例えば電気メッキ、ＰＶＤ、ＣＶＤによる蒸着、溶射などを用いることが好ましい。軟質金属被覆層８８を基板８９上に形成する方法の一例について以下に説明する。

図１０に本発明の半割スラスト軸受の軟質金属被覆層の形成に用いるめっき装置９０の例を示す。めっき液９４中に陽極９３と陰極９５が対向して配置され、一方の表面に軟質金属被覆層を形成すべき基板８９が陰極９５に取り付けられる。陽極９３と陰極９５の間に、スリット９２を設けた絶縁材料でできたスリット板９１が配置される。図１１に、陰極９５上の基板８９、陽極９３、スリット板９１の位置関係を示す。図１１では、スリット９２は一本の細長形状を有するものであるが、スリット９２の形状は、所望の被覆層分布を得るために他の形状を用いることができる。通常、めっき厚さは、電流値やめっき時間により定まるが、この装置構成では、スリット９２の幅、寸法および形状、スリット９２から基板８９までの距離、基板８９に対するスリット９２の位置により、基板８９の各位置におけるめっき厚さを変化させることが可能になる。これらのパラメータを適宜選択することにより、摺動面全体での層厚分布を制御できる。

図１２に、このめっき装置１による軟質金属被覆層の厚さ制御の原理を示す。陽極９３と陰極９５との間に電源９６を接続して電圧を印加すると、陽極９３から陰極９５に向かって電流が流れ、金属イオン９７が陰極に向かって移動する。陽極９３と陰極９５との間に絶縁性のスリット板９１が配置されているため、電流はスリット板９１に遮られ、スリット９２を通って陰極９５に向かって流れる。基板９５から陽極９３までの移動距離によって電流密度９９の大小が支配されるため、基板８９とスリット９２との位置関係によって電流密度に分布ができる。電流密度の大きい箇所はめっきが厚くなり、逆に電流密度が小さい箇所はめっきが薄くなる。図１２に示す場合には、スリット９２の対向する基板８９の中央部の厚さが大きくなり、端部の厚さが小さくなる。したがって、スリット幅やスリット位置の制御によって膜厚分布の制御が可能になる。
なお、このスリットを用いた軟質金属被覆層の厚さ制御は、ＰＶＤ，ＣＶＤ等にも適用可能である。

鋼裏金上の銅合金（Ｃｕ−Ｚｎ）の軸受合金層を接着した平坦な半円環形状の基板（外径７５ｍｍ、内径５５ｍｍ、厚さ１．５ｍｍ）を準備した。軟質金属として、Ｐｂ−Ｓｎ合金を用いた。図１０〜図１２を用いて説明しためっき装置を用いてＰｂ−Ｓｎ合金のめっき付けを行い、周方向中央部で軟質金属被覆層の厚さが最大になり、周方向両端部に向かって厚さが小さくなる軟質金属被覆層を形成した（以下、この形状を凸部という）。このような凸部を有する半割スラスト軸受の試料Ａおよび、軟質金属被覆層の厚さがほぼ均一な（凸部のない）試料Ｂを作製した。試料Ａの軟質金属被覆層の厚さは、周方向中央部で１０μｍ（円周角度７０°）、周方向端部で６μｍであった。試料Ｂの軟質金属被覆層の厚さは、ほぼ均一に１０μｍとした。軟質金属被覆層の厚さは、径方向中央の各円周角度で試料を切り出し、光学顕微鏡による断面観察によって厚さを測定した。

試料Ａおよび試料Ｂを用いて表２の条件で焼付き試験を行なった。相手軸材としてＳ５５Ｃを用い、相手軸材を１５００ｒｐｍで回転させながら、１ＭＰａ/１０ｍｉｎの割合で荷重を増加させ、焼付きの発生しない最大の荷重を非焼付き面圧とした。潤滑油としてＶＧ２２を１００℃で２００ｃｃ／ｍｉｎの割合で供給した。試験結果は、表１に示すとおり、軟質金属被覆層の厚さのほぼ均一な試料Ｂが非焼付き面圧４ＭＰａであったのに対して、周方向中央部に凸部を有する試料Ａが非焼付き面圧５ＭＰａとなり、周方向中央部に凸部を有することにより耐焼付性が改善される結果となった。

次に、半割スラスト軸受の軟質金属被覆層の厚さが最大になる位置（以下、凸部位置という）による耐焼付性への影響を調べるために、形状、材質、製造方法は試料Ａと同じとしたままで、凸部位置のみを円周角度で７０°〜１１０°まで変化させた試料１〜７を作製した。これらの試料を上記の条件で焼付き試験に供した。結果を表３に示す。凸部位置が円周角度で７５°〜１０５°の試料は非焼付き面圧が６ＭＰａであったが、凸部位置が円周角度で７０°、１１０°の試料は非焼付き面圧が５ＭＰａとなった。これは、円周角度で７５°〜１０５°に凸部を有することにより油膜形成が容易となり、非焼付き面圧が向上したと考えられる。

次に、凸部位置を９０°に固定したまま、軟質金属被覆層の厚さの円周角度に対する分布を変化させた。この分布を式（１）
ｔ（θ）／ｔ_ｍａｘ×１００＝Ａ×ｅｘｐ[−｛（θ−Ｂ）／Ｃ｝^２]＋Ｄ （１）
に従う分布とした。ｔ（θ）は円周角度θの位置での軟質金属被覆層の厚さであり、ｔ_ｍａｘは凸部位置での軟質金属被覆層の厚さであり、１０μｍとした。Ｂは凸部位置の円周角度９０°である。凸部位置θ＝Ｂではｔ（θ）＝ｔ_ｍａｘとなるのでＡ+Ｄ＝１００となり、Ｄが決まればＡも決まる。
そこで、ＣおよびＤの値を変化させて耐焼付性に及ぼす影響を調べた。変化させたＣおよびＤならびに非焼付き面圧を表４に示す。

表４の結果から、試料１１〜１４が試料１５〜１８よりも大きな非焼付き面圧が得られた。これにより、（１）式のパラメータＣおよびＤが、１０≦Ｃ≦１００かつ３０≦Ｄ≦９５を満たすものは耐焼付性が向上することがわかった。ＣおよびＤのうちのいずれか一方がこの範囲を外れても非焼付き面圧は小さくなった。
次に、パラメータＣおよびＤをこの範囲内で更に変化させて、その場合の最大傾斜位置の円周角度と耐焼付性との関係を調べた。その結果を表５に示す。

表５の結果から、試料２２〜２６が試料２１、２７よりも大きな非焼付き面圧が得られ、試料２３〜２５が更に大きな非焼付き面圧が得られた。これにより、（１）式のパラメータＣおよびＤが、１０≦Ｃ≦１００かつ３０≦Ｄ≦９５を満たすもののうち、最大傾斜位置の円周角度が、凸部位置の円周角度から１５°〜６５°離れた位置にあるものは耐焼付性が向上し、２０°〜６０°離れた位置にあるものは耐焼付性が更に向上することがわかった。
次に、その最大傾斜位置での式（１）により表された曲線Ａ×ｅｘｐ[−｛（θ−Ｂ）／Ｃ｝^２]＋Ｄ（すなわち、ｔ（θ）／ｔ_ｍａｘ×１００）の接線の傾き（最大傾斜）の値と耐焼付性との関係を調べた。その結果を表６に示す。

表６の結果から、試料３２〜４１が試料３１、４２に比べて大きな非焼付き面圧が得られ、試料３３〜３７が更に大きな非焼付き面圧が得られた。これにより、最大傾斜値が０．１０〜１．２０であるものは耐焼付性が向上し、０．１５〜０．９０のものは耐焼付性が更に向上することがわかった。

更に、軟質金属被覆層の厚さの耐焼付性への影響を調べるために、円周角度９０°の位置に凸部を設け、１０≦Ｃ≦１００かつ３０≦Ｄ≦９５を満たし、最大傾斜位置の円周角度が、凸部位置の円周角度から２０°〜６０°離れた位置にあり、最大傾斜値を０．１５〜０．９０に調整したものについて、軟質金属被覆層の厚さを表７のとおり変化させた試料４３〜４７を作製した。すなわち、凸部位置での軟質金属被覆層の厚さを２〜３０μｍ、軟質金属被覆層の最小厚さを１〜２８μｍに変化させた。しかし、表７に示すとおり、非焼付き面圧はいずれの試料でも１３ＭＰａであり、軟質金属被覆層の厚さによらず一定の結果が得られた。したがって、上記要件を設定すれば、軟質金属被覆層の絶対厚さによらず優れた耐焼付性が得られることがわかった。

１ 軸受装置
１１ ジャーナル部
１２ スラストカラー面
２ シリンダブロック
３ 軸受キャップ
４ 軸受ハウジング
５ 軸受孔（保持孔）
６ 受座
７ 半割軸受
８ 半割スラスト軸受
８１ 摺動面
８１ａ 油溝
８２ 基板の上面
８３ 周方向両端面
８４ 基準面
８４ａ 背面
８５ 周方向中央
８６ 周方向中央部
８７ スラストリリーフ
８８ 軟質金属被覆層
８９ 基板
ｆ 軸線方向力
ＳＤ 摺動方向
９０ めっき装置
９１ スリット板
９２ スリット
９３ 陽極
９４ めっき液
９５ 陰極
９６ 電源
９７ 金属イオン
９８ 電流密度ベクトル

Claims (14)

1. 半円環形状の半割スラスト軸受であって、軸線方向力を受けるための摺動面と、前記摺動面の反対側の背面とを有し、基板上に被覆された軟質金属被覆層が前記摺動面を形成している半割スラスト軸受において、
   軟質金属被覆層の厚さが、前記半割スラスト軸受の周方向中央部で最大で、前記半割スラスト軸受の周方向両端部へ向かって小さくなっていることを特徴とする半割スラスト軸受。
2. 前記周方向中央部が、円周角度で７５°〜１０５°の位置であることを特徴とする請求項１に記載された半割スラスト軸受。
3. 前記半割スラスト軸受の周方向に沿って前記半割スラスト軸受を見たとき、前記半割スラスト軸受の前記摺動面が、前記周方向中央部で突出した凸形状の輪郭を有していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載された半割スラスト軸受。
4. 前記摺動面の前記輪郭が曲線から構成されることを特徴とする請求項３に記載された半割スラスト軸受。
5. 前記摺動面の前記輪郭が直線から構成されることを特徴とする請求項３に記載された半割スラスト軸受。
6. 前記軟質金属被覆層の厚さが円周角度に対して、以下の式で規定され、
   ｔ（θ）／ｔ_ｍａｘ×１００ ＝ Ａ×ｅｘｐ[−｛（θ−Ｂ）／Ｃ｝^２]＋Ｄ （１）
   ここで、ｔ（θ）は円周角度θにおける前記軟質金属被覆層の厚さの値であり、ｔ_ｍａｘは前記軟質金属被覆層の厚さの最大値であり、Ｂは前記軟質金属被覆層の厚さが最大となる円周角度（°）の値であり、Ａ、Ｃ、Ｄは、１０≦Ｃ≦１００、３０≦Ｄ≦９５であり、Ａ＝１００−Ｄを満たす定数であることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載された半割スラスト軸受。
7. 前記（１）式により規定される前記軟質金属被覆層の厚さの円周角度に対する曲線の接線の傾きが最大となる位置が、Ｂ位置から１５°〜６５°離れた位置にあることを特徴とする請求項６に記載された半割スラスト軸受。
8. 前記曲線の接線の傾きが最大となる位置が、Ｂ位置から２０°〜６０°離れた位置にあることを特徴とする請求項７に記載された半割スラスト軸受。
9. 前記（１）式により規定されるｔ（θ）／ｔ_ｍａｘ×１００の円周角度に対する曲線の接線の最大傾きが、０．１０〜１．２０であることを特徴とする請求項６から請求項８までのいずれか１項に記載された半割スラスト軸受。
10. 前記接線の最大傾きが、０．１５〜０．９０であることを特徴とする請求項９に記載された半割スラスト軸受。
11. ２つの半割スラスト軸受からなるスラスト軸受であって、該２つの半割スラスト軸受のうちの少なくとも１つが、請求項１から請求項１０までのいずれか１項に記載された半割スラスト軸受であることを特徴とするスラスト軸受。
12. 内燃機関のクランク軸の軸線方向力を受けるための半割スラスト軸受であることを特徴とする請求項１から請求項１１までのいずれか１項に記載された半割スラスト軸受。
13. 請求項１から請求項１２までのいずれか１項に記載された半割スラスト軸受を備えた軸受装置。
14. 請求項１３に記載された軸受装置を有する内燃機関。