JP5020009B2 - すべり軸受 - Google Patents
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Description
本発明は、２個を組み合わせて円筒形を構成する半割形状に形成されたすべり軸受に関するものである。
従来、内燃機関用の半割形状に形成されたすべり軸受の内面加工は、ブローチ加工又はボーリング加工のいずれかの加工方法にて行なわれてきた。特に、近年は、例えば特開平７−２５９８５８号公報に示されるように、ボーリング加工にて軸受内面の周方向に複数の条痕溝を形成し、条痕凹部による保油効果を高め、また、条痕の凸部頂点を軸表面と優先的に接触・摩耗させることによりなじみ性を高める軸受が一般的になってきている。ただし、このボーリング加工は、条痕溝のピッチを広くし溝を深くしたため、軸受面の粗さは粗くなっている。
特開平７−２５９８５８号公報
ところで、内燃機関用のすべり軸受の潤滑形態は、軸受と軸表面間に形成される潤滑油膜による流体潤滑であるところ、内燃機関の高出力化、高速化に伴って、軸受の主に荷重を受ける主荷重部では潤滑油膜の厚さは１μｍ程度又はそれ以下と極めて薄くなってきており、特許文献１に記載されるようなボーリング加工によって軸受内周面の主荷重部における粗さが粗いと、条痕を形成する凸部の高さが最小油膜厚さより大きいので凸部の頂点はかならず軸表面と接触するため、この接触により油膜形成を阻害し、焼付、疲労といった軸受損傷が発生するという問題がある。
本発明は、上記した事情に鑑みなされたもので、その目的とするところは、すべり軸受の主荷重部における摩擦損傷の発生を抑制することができるすべり軸受を提供することにある。
請求項１に係る発明は、２個を組み合わせて円筒形を構成する半割形状に形成されたすべり軸受において、該すべり軸受の少なくとも一方の中央の軸の回転時に主に荷重を受ける主荷重部を、ブローチ加工により粗さが１μｍＲｚ以下に内面加工する一方、前記すべり軸受の軸受合わせ面から１０°以上６０°以下の前記主荷重部が受ける荷重よりも小さい荷重を受ける非荷重部を、ボーリング加工により深さが１μｍ以上１５μｍ以下に周方向細溝の内面加工をしたことを特徴とする。
また、請求項２に係る発明は、請求項１記載のすべり軸受において、前記ボーリング加工による周方向細溝の深さが、前記軸受合わせ面から中央に向かうほど浅くなるように内面加工したことを特徴とする。
請求項１に係る発明においては、すべり軸受の主荷重部（中央）の内面をブローチ加工にて行い、軸受表面の粗さを最小油膜厚さより小さい１μｍＲｚ以下のほぼ平滑にすることができる。そして、主荷重部の粗さを小さくすることにより、油膜形成を阻害しないと共に、軸とすべり軸受の主荷重部とが金属接触しづらくなり、焼付、疲労といった軸受損傷を防ぐことができる。またブローチ加工は、ボーリング加工に比べて切削抵抗が大きく、すべり軸受の内周面の軸受合金が加工硬化するので、軸受の耐疲労性も向上する。
一方、比較的荷重がかからない非荷重部（合わせ目付近）にボーリング加工を施すことにより、周方向の細溝の凹部による油の保持効果を利用し、主荷重部側への油の引き込み量をより多くして、油膜形成を助ける。細溝の深さは、油の保持性を考慮し、深さを１〜１５μｍとする。１μｍ未満の深さであると、細溝に保持される油量が少なくなり、主荷重部への油の引き込み効果が減少する。また、１５μｍを超える深さであると、非荷重部の負荷能力が低くなり摩耗しやすい。
また、請求項２に係る発明においては、ボーリング加工による周方向細溝の深さが、軸受合わせ面から中央に向かうほど浅くなるように内面加工を施したことにより、連続的な油の流れが形成され、すべり軸受の中央への潤滑油が引込まれ易くなるので、さらに効果的である。
以上のように、従来は軸受摺動面の摩耗により自然に形成されるなじみ面がすべり軸受の焼付を防ぐ最良の方法と考えられてきたので、最小油膜厚さ以上の表面粗さを設けていたが、すべり軸受合わせ目付近に形成される周方向細溝による軸受の中央部への油の引込み効果と、主荷重部（中央部）の平滑化による油膜形成をしやすくした効果により、内燃機関の摩擦損失を低減させことができるようになった。なお、従来のすべり軸受と同じくすべり軸受の厚さを軸受周方向の中央部から端部に向かって薄くなるように偏肉させたり、軸受周方向端部にクラッシュリリーフを形成することもできるし、軸の撓み量が多い内燃機関用の場合には、軸受幅方向の両端部に逃げ加工を行なうこともできる。
以下、本発明の実施形態について図１を参照して説明する。図１は、すべり軸受１の側面概略図である。図１に示すように、本実施形態にかかるすべり軸受１は、半割形状に形成されており、このすべり軸受１を２個組み合わせることにより円筒形に構成して軸（図示しない）を回転可能に支持するものである。このすべり軸受１の内周面は、非焼付性などすべり軸受１の軸受特性を満足するために、例えば、Ｃｕ系合金、Ａｌ系合金、Ｓｎ系またはＰｂ系合金の軸受合金がライニングされており、必要に応じて錫系あるいは鉛系合金や合成樹脂系のオーバーレイ層が形成されている。オーバーレイ層を形成することにより、すべり軸受１の摺動特性の向上を図ることができる。
また、図１に示すすべり軸受１は、鋼上にＣｕ合金又はＡｌ合金軸受を形成した複層摺動部材を所定寸法の平板に切断後、プレスにて半割軸受形成に成形後、軸受の幅方向両端の外周、内周に面取りを施したのち、治具にクランプし、次にボーリング加工機により軸受端部である非荷重部（図１のＡ部分）に旋削加工し、すべり軸受の周方向に１〜１５μｍの深さの細溝を形成した後、軸受中央部である主荷重部（図１のＢ部分）をブローチ刃で切削加工し、中央部の軸受合金面の粗さを１μｍＲｚ以下とした。また、ボーリング加工とブローチ加工の順番を入れ換えてもよい。なお、以下の説明では、主荷重部を軸受中央部と表現し、非荷重部を軸受端部と表現する。
上記方法で軸受中央部の粗さと軸受端部の細溝の深さが異なるように加工した実施例１〜３及び比較例１〜３（ただし、比較例１はボーリング加工のみ、比較例２はブローチ加工のみ）の半割形状のすべり軸受１を対として円筒形状とし、動荷重負荷軸受試験機にて表１に示す条件で摩擦摩耗試験をおこなった。
実施例１は、鋼上にＡｌ合金軸受を形成した複層摺動部材を所定寸法の平板に切断後、プレスにて半割軸受形成に成形後、軸受の幅方向両端の外周、内周に面取りを施したのち、治具にクランプし、次にボーリング加工機により軸受端部に旋削加工し、すべり軸受の周方向に５μｍの深さの細溝を形成した後、軸受中央部をブローチ刃で切削加工し、中央部の軸受合金面の粗さを０．８μｍＲｚとした。すべり軸受の周方向の細溝の範囲は、軸受両端の合わせ面から３０°範囲とした。
実施例２は、鋼上にＡｌ合金軸受を形成した複層摺動部材を所定寸法の平板に切断後、プレスにて半割軸受形成に成形後、軸受の幅方向両端の外周、内周に面取りを施したのち、治具にクランプし、次にボーリング加工機により軸受端部に旋削加工し、すべり軸受の周方向に１５μｍの深さの細溝を形成した後、軸受中央部をブローチ刃で切削加工し、中央部の軸受合金面の粗さを０．８μｍＲｚとした。すべり軸受の周方向の細溝の範囲は、軸受両端の合わせ面から３０°範囲とした。
実施例３は、実施例１に対し、端部のボーリングによる周方向細溝が軸受合わせ面で１０μｍの深さ、合わせ面から３０°の位置で１μｍの深さとなるように溝深さを連続的に薄くなるように形成した。
比較例１は、鋼上にＡｌ合金軸受を形成した複層摺動部材を所定寸法の平板に切断後、プレスにて半割軸受形成に成形後、軸受の幅方向両端の外周、内周に面取りを施したのち、治具にクランプし、次にボーリング加工機により軸受内周面全面に旋削加工し４μｍの深さのすべり軸受の周方向の細溝を形成した。
比較例２は、鋼上にＡｌ合金軸受を形成した複層摺動部材を所定寸法の平板に切断後、プレスにて半割軸受形成に成形後、軸受の幅方向両端の外周、内周に面取りを施したのち、治具にクランプし、ブローチ加工機により軸受内周面全面を切削加工し、粗さを０．８μｍＲｚとした。
比較例３は、鋼上にＡｌ合金軸受を形成した複層摺動部材を所定寸法の平板に切断後、プレスにて半割軸受形成に成形後、軸受の幅方向両端の外周、内周に面取りを施したのち、治具にクランプし、次にボーリング加工機により軸受端部に旋削加工し５μｍの深さのすべり軸受の周方向の細溝を形成した後、軸受中央部をブローチ刃で切削加工し、中央部の軸受合金面の粗さを２μｍＲｚとした。すべり軸受の周方向の細溝の範囲は軸受両端に合わせ面から３０℃の範囲とした。
上記した実施例１〜３及び比較例１〜３の前述した条件での動荷重負荷軸受試験機による摩擦摩耗試験結果を表２に示す。摩耗量は、試験前後の軸受中央部の肉厚差を測定したものであり、合金疲労結果は、試験後の軸受合金面のクラックを染色探傷により観察されたか否かで疲労有無を判断した。
実施例１、２は、軸受端部にボーリング加工による周方向細溝を設けたことによる軸受中央部への油の引込み効果と、軸受中央部にブローチ加工を施すことによる平滑化効果による良好な油膜形成がなされ摩耗量がすくなく、また、ブローチ加工により軸受中央部軸受合金の加工硬化により耐疲労性も高いものとなった。
実施例３は、端部の周方向細溝を端部から中央部方向に連続的に薄くなるため、さらに軸受中央部への油の引き込み効果が高まり、より良好な油膜形成がなされ摩耗量が少なくなった。また、実施例１、２と同様に、ブローチ加工により軸受中央部軸受合金の加工硬化により耐疲労性も高いものとなった。
軸受中央部に周方向の細溝を設けた比較例１は、軸受表面の粗さが油膜厚さより大きく、細溝を形成する凸部頂点が軸と直接接触するため摩耗量が多くなった。また、軸受中央部もボーリング加工によるため、ブローチ加工のような合金の加工硬化が起きていないため耐疲労性に劣るものとなった。
比較例２は、実施例１の端部ボーリング加工による周方向の細溝による軸受中央部への油の引き込み効果が無く良好な油膜形成がなされないので摩耗量が多かった。
比較例３は、軸受中央部の粗さを比較的粗い２μｍＲｚとし、平滑化が不十分なため良好な油膜形成なされず、摩耗量が多かった。
以上説明したすべり軸受１は、その使用例の１つとして、自動車エンジンのクランクシャフト等を支持するものについて説明したが、自動車エンジンに限らず、その他の内燃機関等にも用いることができる。
１ すべり軸受
Ａ 非荷重部
Ｂ 主荷重部
Ａ 非荷重部
Ｂ 主荷重部
Claims (2)
- ２個を組み合わせて円筒形を構成する半割形状に形成されたすべり軸受において、
該すべり軸受の少なくとも一方の中央の軸の回転時に主に荷重を受ける主荷重部を、ブローチ加工により粗さが１μｍＲｚ以下に内面加工する一方、前記すべり軸受の軸受合わせ面から１０°以上６０°以下の前記主荷重部が受ける荷重よりも小さい荷重を受ける非荷重部を、ボーリング加工により深さが１μｍ以上１５μｍ以下に周方向細溝の内面加工をしたことを特徴とするすべり軸受。 - 前記ボーリング加工による周方向細溝の深さが、前記軸受合わせ面から中央に向かうほど浅くなるように内面加工したことを特徴とする請求項１記載のすべり軸受。
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