JP4499454B2 - すべり軸受 - Google Patents

Description

本発明は、軸受合金層の表面に、合成樹脂に固体潤滑剤を含んでなる被覆層を設けて構成されるすべり軸受に関する。

例えば自動車用エンジン等に用いられるすべり軸受としては、例えば銅系合金からなる軸受合金層の表面（軸との摺動面）全体に、熱硬化性樹脂（ＰＡＩ）に固体潤滑剤（ＭｏＳ₂）を含んだ被覆層（潤滑膜）を設けたものが知られている（例えば特許文献１参照）。このような被覆層を設けることにより、軸との間での初期なじみ性が向上し、非焼付性を高めることができる。尚、このすべり軸受は、円筒を２分割した如き形状であり、半割軸受と称され、２個が組合わされて使用される。
特開平９−７９２６２号公報

ところで、近年のエンジンの高出力化や高性能化に伴い、使用されるすべり軸受に関しても、摺動特性に優れたものが望まれる。ところが、上記従来のすべり軸受では、被覆層が、金属に比べて熱伝導性に劣る合成樹脂を主体として構成されているため、摺動時の放熱性が必ずしも十分でない事情があり、非焼付特性の面で更なる改善が求められるのである。

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、被覆層による初期なじみ性を確保しながらも、摺動時の放熱性を改善して非焼付特性の更なる向上を図ることができるすべり軸受を提供するにある。

従来のこの種のすべり軸受は、合成樹脂を主体とした被覆層を、軸受合金層の表面（摺動面）の全体に設けているため、摺動時に発生する摩擦熱の放熱性に劣るものとなる。これに対し、本発明者等は、被覆層を表面全体に設けることなく、表面のうち必要最低限の箇所に形成することによって初期なじみ性を確保でき、更に、合金又は金属が露出している非被覆部を設けることによってその分放熱性を高めて非焼付特性の向上を図ることができることを確認し、本発明を成し遂げたのである。

すなわち、本発明の円筒又は半割形状のすべり軸受は、軸受合金層の表面に、合成樹脂に固体潤滑剤を含んでなる被覆層を設けて構成されるものにあって、前記被覆層は、前記軸受合金層の表面の軸方向一端部又は両端部の、円周方向の一部又は全部に位置して形成されていると共に、前記軸受合金層の表面の少なくとも軸方向両端部を除いた部分に、前記被覆層により覆われていない非被覆部が設けられ、更に、前記非被覆部が、前記軸受合金層の表面全体に対し、２５〜９５％の面積を占め、前記被覆層の軸方向の幅寸法の合計（Ａ＋Ｃ）と、前記軸受合金層の全体の軸方向寸法（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）との比（（Ａ＋Ｃ）／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ））が、０．３０〜０．７５であるところに特徴を有する（請求項１の発明）。

ここで、すべり軸受のうち、軸がいわゆる強当たりするのは、主として表面の軸方向の端部（一端部又は両端部）であり、この部分については、強当たりによる焼付を防止するために、被覆層を設けて初期なじみ性を高める必要がある。これに対し、すべり軸受の表面のうち軸方向両端部を除いた中間部分については、被覆層が必ずしも必要とは考えられず、被覆層を設けることがむしろ放熱性の悪化につながることになる。

本発明のすべり軸受によれば、合成樹脂に固体潤滑剤を含んでなる被覆層を、軸受合金層の表面の軸方向一端部又は両端部の、円周方向の一部又は全部に位置して形成したことによって、初期なじみ性を確保して軸の強当たりによる焼付を防止することができる。そして、軸受合金層の表面の少なくとも軸方向両端部を除いた部分に、被覆層により覆われていない非被覆部を設けたので、この非被覆部においては熱伝導性の良い合金又は金属が露出した状態となり、摺動時の放熱性を高めることができるのである。この結果、請求項１の発明によれば、被覆層による初期なじみ性を確保しながらも、摺動時の放熱性を改善して非焼付特性の更なる向上を図ることができるという優れた効果を奏する。
さらに、非被覆部が、軸受合金層の表面全体に対し、２５〜９５％の面積を占め、被覆層の軸方向の幅寸法の合計（Ａ＋Ｃ）と、軸受合金層の全体の軸方向寸法（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）との比（（Ａ＋Ｃ）／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ））が、０．３０〜０．７５であることにより、非被覆部による摺動時の放熱性を一層高めることができ、非焼付特性の向上に極めて効果的となる。

尚、軸受合金層の材質としては、銅合金やアルミニウム合金を採用することができる。軸受合金層の裏面側に裏金層を備えているものであっても良い。また、被覆層を構成する合成樹脂としては、例えばポリアミドイミド（以下ＰＡＩという）樹脂などの熱硬化性樹脂や、ポリベンゾイミダゾール（以下ＰＢＩという）樹脂などの耐熱性の高い熱可塑性樹脂を採用することができる。固体潤滑剤としては、ＭｏＳ₂、ポリテトラフルオロエチレン（以下ＰＴＦＥという）、グラファイト（以下Ｇｒと略す）等を採用することができる。さらには、被覆層の厚み寸法としては、２〜２０μｍ程度とすることができる。

本発明のすべり軸受においては、軸受合金層の表面の軸方向両端部にテーパ加工を施すと共に、そのテーパ加工部上の一部又は全部に被覆層を形成する構成とすることができる（請求項２の発明）。前記被覆層は、少なくともテーパ加工部上に形成されていれば良い。この構成によれば、例えば軸のたわみなどにより、軸がすべり軸受の軸方向端部にいわゆる片当たりしても、その際の荷重をテーパ加工部によって、局所的な荷重集中を未然に防止することができる。しかも、そのテーパ加工部分に被覆層が設けられることによって、この部分の初期なじみ性を確保することができ、非焼付特性を向上させることができる。

ところで、本発明は、２個を組合せて円筒状とされる半割軸受のうち、軸からの荷重を主として受ける主荷重側（例えば下側）に適用することができるのであるが、この場合には、被覆層を、軸受合金層の表面の円周方向の頂点を中心としてその両側に渡って設けると共に、その形成領域を、頂点の両側のそれぞれ３０〜６０度までの範囲とすることがより望ましい（請求項３の発明）。

これによれば、主荷重側の半割軸受において最も荷重を受ける頂点を中心とした部分に被覆層が形成されていることにより、所期の目的を達成することができる。このとき、本発明者等の試験・研究によれば、形成領域を頂点の両側のそれぞれ３０〜６０度までの範囲とすることにより、初期なじみ性及び放熱性が共に極めて優れたものとなり、非焼付特性の向上に最も優れたものとなることが明らかとなった。形成領域が頂点の両側のそれぞれ３０度以上まであると、初期なじみ性の面で特に好ましいものとなり、頂点の両側のそれぞれ６０度以下までで形成すると、形成領域が過剰とならず熱伝導性（放熱性）の面で特に好ましいものとなる。尚、主荷重側でない側の半割軸受については、さほどの荷重がかからないので、特に初期なじみ性を高めるための被覆層を設ける必要はない。

以下、本発明を、２個を組合せて円筒状とされる半割軸受のうち主荷重側のものに適用した実施の形態について、図面を参照しながら説明する。
図１〜３は、本実施形態に係るすべり軸受たる、主荷重側の半割軸受１を示しており、この半割軸受１は、全体として、円筒を直径方向の分割線で２分割した如き半円筒形状（半割形状）に構成されている。この半割軸受１は、例えばスチールからなる裏金層２の上面側に、例えばアルミニウム合金からなる軸受合金層３を備えていると共に、その軸受合金層３の表面（摺動面である内周面）の一部に、合成樹脂に固体潤滑剤を含んでなる被覆層４（図１では便宜上ハッチングを付して示す）を設けて構成されている。

この被覆層４は、前記軸受合金層３の表面のうち軸方向両端部に、円周方向の一部又は全部に位置して形成されている。従って、軸受合金層３の表面の被覆層４が設けられていない部分（少なくとも軸方向両端部を除いた部分）が、軸受合金層３が露出している非被覆部５とされている。このとき、本実施形態では、図２（図１のａ−ａ線に沿う縦断側面図）に示すように、前記軸受合金層３の表面のうち、軸方向Ｆの両端部にはテーパ加工が施されている。以下、この部分をテーパ加工部３ａと称する。そして、前記被覆層４は、このテーパ加工部３ａ上に形成されている。

尚、前記被覆層４を構成する合成樹脂としては、例えばＰＡＩ樹脂などの熱硬化性樹脂や、ＰＢＩ樹脂などの耐熱性の高い熱可塑性樹脂を採用することができる。固体潤滑剤としては、ＭｏＳ₂、粒子状のＰＴＦＥ、Ｇｒ等を採用することができる。被覆層４の厚み寸法としては、２〜２０μｍ程度とすることができる。前記軸受合金層３の材質としては、アルミニウム合金以外に銅合金等も採用することができる。

また、図示はしないが、この半割軸受１は、同等の形状を備える別の（ペアとなる）半割軸受と組合わされることにより、全体として円筒状に構成され、例えば自動車エンジンのクランク軸の軸受として使用される。その際、本実施形態に係る半割軸受１が、主荷重側（例えば下半部側）として用いられる。このとき、図３に示すように、この半割軸受１の円周方向の中心部（最下部）が、最も荷重を受ける頂点Ｔとされる。また、この半割軸受１とペアとなる相手側の半割軸受については、やはり裏金層上にアルミニウム合金からなる軸受合金層を備えて構成されるのであるが、その表面（内周面）に被覆層を有しないものを用いることができる。

ここで、上記半割軸受１における被覆層４の形成方法について簡単に述べておく。被覆層４を形成するにあたっては、裏金層２上に軸受合金層３を設けてなる軸受主部（被着体）に対する前処理として、まず、軸受合金層３の表面（被着面）に対して脱脂処理を行なって油分を除去し、次いで、その被着面に対してサンドブラストや機械加工により粗面化する処理を行なう。さらに、被着面に対して、例えば超音波洗浄、酸洗、水洗、放電加工などを施すことにより、清浄な活性化された面を得るようにする。

そして、上記被着体を、４０〜１２０℃に加熱しておき、その状態で、溶媒により溶解又は分散した合成樹脂に固体潤滑剤を分散した塗液を、スプレー、印刷、ロールコートなどの方法により被着面の所定位置（所定領域）に塗布する。塗布後、１５０〜４００℃で焼成することにより、被覆層４が形成されるのである。尚、被着面全体に塗液を塗布して全面に塗膜を形成しておき、その後に、必要な被覆層４部分を残して不要部の塗膜（非被覆部５に該当する部分）を除去するといった方法によっても、被覆層４を形成することが可能である。

以上のように構成された本実施形態に係る半割軸受１にあっては、被覆層４を、軸がいわゆる強当たりする部分である軸受合金層３の表面の軸方向両端部の、円周方向の一部又は全部に位置して形成したことによって、初期なじみ性を確保して軸の強当たりによる焼付を防止することができる。そして、被覆層４により覆われていない非被覆部５を設けたことにより、この非被覆部５においては熱伝導性の良い合金が露出した状態となって摺動時の放熱性を高めることができ、非焼付特性の更なる向上を図ることができる。

しかも、軸受合金層３の表面の軸方向両端部にテーパ加工部３ａを設けたので、例えば軸のたわみなどにより、軸が半割軸受１の軸方向端部にいわゆる片当たりしても、その際の荷重をテーパ加工部３ａによって逃がすようにすることができ、局所的な荷重集中を未然に防止することができる。そして、そのテーパ加工部３ａ部分に被覆層４が設けられることによって、この部分の初期なじみ性を確保することができ、非焼付特性を向上させることができるのである。

さて、後に掲載する表１に示すように、本発明者等は、本発明の有効性を検証するために、本発明を具体化した実施例１〜１０、並びに、比較のために作製した比較例１１，１２の１２種類の試験片について、焼付試験を行った。表１には、実施例１〜１０及び比較例１１，１２の被覆層の組成及び合金露出率を、試験結果と共に示している。まず、前記試験片は、次のようにして製作される。

即ち、スチール裏金層上にアルミ合金（軸受合金層）を一定の厚さで積層し、全体の厚み寸法が１．５ｍｍ、軸受合金層の厚み寸法が０．３ｍｍの材料を作製し、この材料から試験片を切出し、プレス加工などにより半割円筒状に加工した。さらに、加工時に、両端部にテーパ加工を施した。試験片寸法は、内径が５３ｍｍ、幅（図２のＡ＋Ｂ＋Ｃ）が１７ｍｍである。また、テーパ加工寸法は、端部の最大深さ寸法Ｅが５μｍであり、幅寸法（図２のＡ、Ｃ）は基本的には２．５５ｍｍであるが、表１に示すように、実施例５，８については５．９５ｍｍ、実施例６については６．３８ｍｍ、実施例７については７．６５ｍｍとしている。

上記した試験片に対して、その表面（内周面）の脱脂、粗面化、洗浄を順に行った。そして、試験片を８０℃に加熱した状態で、被覆層の原料を溶媒で希釈し、スプレー法にて塗布した。塗布後、１００度で乾燥し、２００℃で焼成することにより被覆層を形成した。この場合、表１に示すように、被覆層の原料となる合成樹脂として、実施例１〜８ではＰＡＩ、実施例９，１０ではＰＢＩを用いた。固体潤滑剤として、実施例１〜８ではＭｏＳ₂、実施例９ではＰＴＦＥ及びＧｒ、実施例１０ではＰＴＦＥを用いた。それら合成樹脂及び固体潤滑剤の配合（体積％）は、表１の通りである。また、溶媒としては、ジメチルアセトアミド（ＤＭＡＣ）、ｎ−メチルー２−ピロリドン（ＮＭＰ）等を用いた。

そしてこのとき、被覆層は、テーパ加工部上に形成されるのであるが、周方向に対しては頂点Ｔの両側に対する形成領域つまり角度範囲（２Ｄ）を変化させ、また、テーパ加工部ひいては被覆層の軸方向の幅寸法（Ａ＋Ｃ）を変化させることにより、軸受合金層の露出面積率（表面全体に対する非被覆部の面積）を色々と変化させている。具体的には、表１に示すように、実施例１，５，６，７，９，１０では、角度Ｄを９０度、つまり周方向全体に被覆層を形成しているのに対し、実施例２では角度Ｄを６０度、実施例３，８では３０度、実施例４では１５度としている。この結果、軸受合金層の露出面積率が、１０〜９５％となっている。

これに対し、比較例１１は、実施例１〜１０と同様の試験片（テーパ加工部の幅寸法は２．５ｍｍ）に対し、上記と同様の方法で表面全体に被覆層を形成したものである。従って、軸受合金層の露出面積率は０％である。比較例１２は、実施例１〜１０と同様の試験片に対し、被覆層を形成しないものである。従って、軸受合金層の露出面積率は１００％である。

上記実施例１〜１０及び比較例１１，１２に対する焼付試験は、表２に示す試験条件で行った。その結果は、表１に示す通りである。

この試験結果から明らかなように、被覆層を一部に設けるようにした実施例１〜１０の半割軸受は、表面全体に被覆層を形成した比較例１１や、被覆層を形成しなかった比較例１２に比べて、いずれも非焼付性に優れたものとなっていた。

そして、実施例の中を見てみると、被覆層の形成領域（角度Ｄ）を、頂点の両側のそれぞれ３０度あるいは６０度の範囲としている実施例２，３，８が、角度Ｄを９０度とした実施例１，５，６，７，９，１０よりも非焼付性がより優れたものとなっていた。これは、円周方向に部分的に被覆層を形成したものでは、形成領域がより適切となって熱伝導性（摺動時の放熱性）の面でより有利になるものと推測される。

また、合金露出率（表面全体に対する非被覆部の面積）を１０％とした実施例７は、合金露出率を２５〜９５％とした他のものに比べて非焼付性にやや劣る結果が得られた。このことから、合金露出率が大きいと、熱伝導性（摺動時の放熱性）の面で有利となり、非被覆部を軸受合金層の表面全体に対し、２５〜９５％の面積を占めるように形成することにより、非被覆部による摺動時の放熱性を一層高めることができ、非焼付特性の向上に極めて効果的となると考えられる。

尚、上記実施形態では、本発明を主荷重側の半割軸受に適用するようにしたが、本発明は円筒状をなすすべり軸受に適用することも可能である。この場合も、軸受合金層の表面の軸方向一端部又は両端部の、円周方向の一部又は全部に被覆層を形成し、非被覆部を設けることによって、所期の目的を達成し得る。また、上記実施形態では、軸受合金層の軸方向両端部にテーパ加工部を設けるようにしたが、テーパ加工部は必ずしも設けなくとも良い。テーパ加工部の軸方向長さや深さ寸法についても変更が可能である。

その他、本発明は上記した実施形態及び各実施例に限定されるものではなく、例えば、裏金層や軸受合金層の材質や厚み寸法、被覆層を構成する合成樹脂及び固体潤滑剤の材質や配合、形成方法等についても、様々な変更が可能であり、更には、本発明のすべり軸受は、自動車用エンジンに限らず、様々な用途に使用することができる等、本発明は要旨を逸脱しない範囲内で適宜変更して実施し得るものである。

本発明の実施形態を示すもので、主荷重側の半割軸受の斜視図 図１のａ−ａ線に沿う縦断側面図 半割軸受の正面図

符号の説明

図面中、１は半割軸受（すべり軸受）、２は裏金層、３は軸受合金層、３ａはテーパ加工部、４は被覆層、５は非被覆部を示す。

Claims (3)

1. 軸受合金層の表面に、合成樹脂に固体潤滑剤を含んでなる被覆層を設けて構成される円筒又は半割形状のすべり軸受であって、
   前記被覆層は、前記軸受合金層の表面の軸方向一端部又は両端部の、円周方向の一部又は全部に位置して形成されていると共に、
   前記軸受合金層の表面の少なくとも軸方向両端部を除いた部分に、前記被覆層により覆われていない非被覆部が設けられ、
   前記非被覆部が、前記軸受合金層の表面全体に対し、２５〜９５％の面積を占め、
   前記被覆層の軸方向の幅寸法の合計（Ａ＋Ｃ）と、前記軸受合金層の全体の軸方向寸法（Ａ＋Ｂ＋Ｃ）との比（（Ａ＋Ｃ）／（Ａ＋Ｂ＋Ｃ））が、０．３０〜０．７５であることを特徴とするすべり軸受。
2. 前記軸受合金層には、その表面の軸方向両端部にテーパ加工がされていると共に、前記被覆層はそのテーパ加工部上の一部又は全部に形成されていることを特徴とする請求項１記載のすべり軸受。
3. ２個を組合せて円筒状とされる半割形状のすべり軸受のうち主荷重側を構成するものであって、
   前記被覆層は、前記軸受合金層の表面の円周方向の頂点を中心としてその両側に渡って設けられていると共に、その形成領域が前記頂点の両側のそれぞれ３０〜６０度までの範囲とされていることを特徴とする請求項１又は２記載のすべり軸受。

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