JP2022003260A - 摺動部材 - Google Patents

Abstract

【課題】オーバレイ層の厚さを必要以上に大きくすることなく、熱伝導度を向上して温度を均一化し、耐焼付性の向上を図る摺動部材を提供する。【解決手段】摺動部材１０は、軸受本体１１と、軸受本体１１の相手部材との摺動側に設けられ、相手部材と摺動する摺動面１５を形成するオーバレイ層１２と、を備える。オーバレイ層１２は、Ａｇ又はＡｇを主成分とする合金で形成されている。軸受本体１１に設けられたオーバレイ層１２の内径をＤ、軸受本体１１の軸方向の全長をＬ、及びオーバレイ層１２の厚さをｔ（μｍ）とすると、Ｌ／Ｄ≧１であるとき、ｔ／（Ｌ／Ｄ）≧５０である。【選択図】図１

Description

本発明は、摺動部材に関する。

従来、軸受装置に用いられる摺動部材として、相手部材と摺動する面側にオーバレイ層を備えるものが知られている。このようなオーバレイ層を備える摺動部材は、例えばＡｇのように熱伝導度が大きな材料を用いることにより、摺動面における温度の均一化を図っている。例えば、特許文献１の場合、Ａｇを主成分とするオーバレイ層にＡｌを添加することにより、熱伝導度を損なうことなく高価なＡｇの使用を低減し、耐焼付性の向上を図っている。

しかしながら、近年の機器の高回転化及び高負荷化にともない、摺動部材に求められる条件は厳しさを増している。このような条件下において、摺動部材の軸方向の全長が増大すると、従来のように熱伝導度の高い金属でオーバレイ層を形成しても、摺動面における温度は不均一化しやすい。摺動面における温度が不均一になると、局所的な潤滑油の油膜切れを招き、耐焼付性が低下するという問題がある。

特開２０１３−１４８１３７号公報

そこで、軸方向の全長が増大しても、伝熱性を向上して温度を均一化し、耐焼付性の向上を図る摺動部材を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために本実施形態の摺動部材は、軸受本体と、前記軸受本体の相手部材との摺動側に設けられ、前記相手部材と摺動する摺動面を形成するオーバレイ層と、を備える。
前記オーバレイ層は、
Ａｇ又はＡｇを主成分とする合金で形成され、
前記軸受本体に設けられた前記オーバレイ層の内径をＤ、前記軸受本体の軸方向の全長をＬ、及び前記オーバレイ層の厚さをｔ（μｍ）とすると、
Ｌ／Ｄ≧１であるとき、
ｔ／（Ｌ／Ｄ）≧５０である。

発明者は、オーバレイ層の温度が、摺動部材の内径及び軸方向の長さとオーバレイ層の厚さとに相関することを見出した。つまり、上記のように内径Ｄ、軸方向の全長Ｌ、及びオーバレイ層の厚さｔ（μｍ）は、Ｌ／Ｄ≧１であるとき、ｔ／（Ｌ／Ｄ）≧５０である。このように設定することにより、オーバレイ層において熱が移動する断面は拡大する。そのため、相手部材との摺動によって発生した熱は、十分な断面積を有するオーバレイ層を通して拡散する。その結果、軸方向の全長が増大しても、オーバレイ層を含む全体の温度は均一化が図られる。したがって、伝熱性が向上して温度が均一化され、耐焼付性を向上することができる。

一実施形態による摺動部材を示す模式的な斜視図 一実施形態による摺動部材を軸方向の端部から見た模式図 一実施形態による摺動部材のオーバレイ層を形成するめっき条件を示す概略図 一実施形態による摺動部材の実施例及び比較例の試験条件を示す概略図 一実施形態による摺動部材の実施例及び比較例を示す概略図

以下、摺動部材の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１及び図２に示すように摺動部材１０は、軸受本体１１及びオーバレイ層１２を備えている。軸受本体１１は、裏金層１３及び軸受合金層１４を有している。軸受本体１１は、軸受合金層１４を用いることなく、裏金層１３だけで構成してもよい。また、軸受本体１１は、裏金層１３と軸受合金層１４との間に図示しない中間層を有していてもよい。さらに、摺動部材１０は、図１及び図２に示す例に限らず、裏金層１３とオーバレイ層１２との間に、複数の軸受合金層１４や中間層、その他の機能を有する層を備えていてもよい。摺動部材１０は、オーバレイ層１２側の端部に図示しない相手部材と摺動する摺動面１５を形成する。図１及び図２に示す本実施形態の場合、摺動部材１０は、裏金層１３の摺動面１５側にオーバレイ層１２が積層されている。裏金層１３は、例えば鉄や鋼などの金属又は合金で形成されている。軸受本体１１が軸受合金層１４を有する場合、軸受合金層１４は、例えばＡｌ若しくはＣｕ又はそれらの合金などで形成される。

オーバレイ層１２は、Ａｇ（銀）又はＡｇを主成分とする合金で形成されている。オーバレイ層１２は、Ａｇを主成分とする合金で形成する場合、純Ａｇに対して熱伝導度が８０％以上のＡｇ合金で形成することが望ましい。このようにＡｇ合金を用いることにより、オーバレイ層１２の温度の均一化を図りつつ、高価なＡｇの使用量を低減することができる。オーバレイ層１２は、例えば図３に示すような条件下において湿式めっきで形成される。なお、オーバレイ層１２は、湿式めっきに限らず、乾式めっきで形成してもよい。オーバレイ層１２は、図３に示すような条件において所定の時間のめっきを行なうことにより、所望の厚さに形成される。

オーバレイ層１２は、内径Ｄ（ｍｍ）、全長Ｌ（ｍｍ）及び厚さｔ（μｍ）が設定されている。内径Ｄは、オーバレイ層１２の内径であり、図２に示すように軸受本体１１にオーバレイ層１２が設けられている状態で計測される。全長Ｌは、図１に示すように摺動部材１０の軸方向における全長である。厚さｔは、図２に示すようにオーバレイ層１２の厚さであり、摺動部材１０の径方向に摺動面１５から軸受本体１１までの距離として計測される。本実施形態の摺動部材１０は、これら内径Ｄ、全長Ｌ及び厚さｔの間に、
Ｌ／Ｄ≧１であるとき、
ｔ／（Ｌ／Ｄ）≧５０（μｍ）である、
という関係がある。つまり、オーバレイ層１２において、内径Ｄに対して全長ＬがＬ／Ｄ≧１と大きいとき、厚さｔは５０（μｍ）以上である。

このように、本実施形態の摺動部材１０は、軸方向の内径Ｄに対して全長Ｌが大きくなるとき、オーバレイ層１２の厚さｔが十分に確保される。これにより、オーバレイ層１２は、摺動部材１０の軸方向及び周方向へ熱が移動する十分な断面積が確保される。そして、オーバレイ層１２は、Ａｇ又はＡｇを主成分とする合金など熱伝導度が高い材料で形成されている。そのため、摺動部材１０と図示しない相手部材との摺動によって熱が発生しても、この発生した熱は厚さｔのオーバレイ層１２を通して拡散する。その結果、発生した熱は、オーバレイ層１２を通して迅速に拡散し、オーバレイ層１２における温度の均一化が図られる。

摺動部材１０と図示しない相手部材とが摺動すると、金属同士の接触によって熱が発生する。発生した熱は、摺動部材１０と相手部材との間を潤滑する潤滑油を通して放出されるとともに、摺動部材１０を通して空間へ放出される。一方、摺動部材１０の軸方向の全長Ｌが大きくなると、軸方向において温度の分布が発生し、オーバレイ層１２における温度のばらつきが拡大しやすくなる。特に、高回転化及び高負荷化など条件が厳しくなるほど、全長Ｌの大きな摺動部材１０は軸方向での温度の分布が発生しやすくなる。温度の分布が発生し温度が不均一化すると、高温の部分において潤滑油の油膜切れなどを招きやすくなり、さらなる発熱の原因となる。本実施形態では、内径Ｄ、全長Ｌ及び厚さｔを上述のように設定することにより、オーバレイ層１２における温度の偏りが低減され、オーバレイ層１２における温度の均一化が図られる。その結果、油膜切れ及びこれにともなうさらなる発熱が低減され、耐焼付性の向上が図られる。

次に、上記の摺動部材１０の実施例について説明する。
摺動部材１０の一実施形態は、図４に示す試験条件に基づいて焼付を生じない最大面圧（ＭＰａ）を測定した。図４に示す試験条件は、耐焼付性を測定する一般的な条件である。図５は、この試験条件に基づく摺動部材１０の実施例及び比較例を示している。「実施例１」では軸受合金層１４としてＡｌ合金を用いるとともに、「実施例２」では軸受合金層１４をＣｕ合金に変更し、「実施例３」では軸受合金層１４を設けていない。「実施例４」及び「実施例５」は、「実施例１」に対して内径Ｄ及び全長Ｌを変更している。「実施例６」及び「実施例７」は、「実施例１」に対してオーバレイ層１２の厚さを変更している。

また、複数の比較例では、「比較例１」〜「比較例３」は、「実施例１」を基準として、Ｌ／Ｄの値を１未満に変更している。「比較例４」〜「比較例８」は、Ｌ／Ｄ≧１であるものの、ｔ／（Ｌ／Ｄ）＜５０である。

「実施例１」〜「実施例３」によると、軸受合金層１４の有無及び軸受合金層１４の材質は、耐焼付性に影響がないことが分かる。また、「実施例４」及び「実施例５」によると、内径Ｄ及び全長Ｌは、それらの間にＬ／Ｄ≧１が確保されれば耐焼付性に影響がないことが分かる。「実施例６」及び「実施例７」によると、オーバレイ層１２の厚さｔが大きくなっても耐焼付性に大きな変化がないことが分かる。このことから、Ｌ／Ｄ≧１であるとき、ｔ／（Ｌ／Ｄ）≧５０（μｍ）を満たす場合、厚さｔは必要以上に大きくする必要がないことが分かる。その結果、オーバレイ層１２に用いるＡｇの使用量を削減することができる。

「比較例１」〜「比較例３」によると、Ｌ／Ｄ＜１の場合、オーバレイ層１２の全長Ｌすなわち摺動部材１０の全長Ｌが十分に小さく、オーバレイ層１２に温度分布が生じにくい。つまり、従来のように全長Ｌが小さい場合、Ｌ／Ｄの値は耐焼付性への影響が小さい。そのため、「比較例２」のように厚さｔが小さくても、耐焼付性への低下はほとんど生じない。これに対し、「比較例４」〜「比較例８」のように、Ｌ／Ｄ≧１であるとき、ｔ／（Ｌ／Ｄ）＜５０（μｍ）であれば、耐焼付性が顕著に低下することが分かる。

以上説明したように、本実施形態によると、オーバレイ層１２の温度は、摺動部材１０の内径Ｄ及び軸方向の全長Ｌとオーバレイ層１２の厚さｔとに相関する。つまり、内径Ｄ、軸方向の全長Ｌ、及びオーバレイ層１２の厚さｔ（μｍ）は、Ｌ／Ｄ≧１であるとき、ｔ／（Ｌ／Ｄ）≧５０である。このように設定することにより、オーバレイ層１２において発熱にともなう熱が移動する断面は拡大する。そのため、相手部材との摺動によって発生した熱は、十分な断面積を有するオーバレイ層１２を通して拡散する。その結果、軸方向の全長Ｌが増大しても、オーバレイ層１２を含む全体の温度は均一化が図られる。したがって、オーバレイ層１２の厚さｔを必要以上に大きくすることなく、伝熱性が向上して温度が均一化され、耐焼付性を向上することができる。

以上説明した本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々の実施形態に適用可能である。
上述の一実施形態では、半円筒形の摺動部材１０を例に説明した。しかし、摺動部材１０は、半円筒形に限らず、一体の円筒形、又は３分割以上の円弧筒状であってもよい。

図面中、１０は摺動部材、１１は軸受本体、１２はオーバレイ層、１３は裏金層、１４は軸受合金層、１５は摺動面を示す。

Claims (2)

1. 軸受本体と、
   前記軸受本体の相手部材との摺動側に設けられ、前記相手部材と摺動する摺動面を形成するオーバレイ層と、を備える摺動部材において、
   前記オーバレイ層は、
   Ａｇ又はＡｇを主成分とする合金で形成され、
   前記軸受本体に設けられた前記オーバレイ層の内径をＤ、前記軸受本体の軸方向の全長をＬ、及び前記オーバレイ層の厚さをｔ（μｍ）とすると、
   Ｌ／Ｄ≧１であるとき、
   ｔ／（Ｌ／Ｄ）≧５０である、
   摺動部材。
2. 前記軸受本体は、裏金層、及び前記裏金層と前記オーバレイ層との間に設けられている軸受合金層を有する請求項１記載の摺動部材。

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