JP5905102B2 - すべり軸受の製造方法 - Google Patents

Description

本発明はすべり軸受の製造方法に関し、詳しくは一対の半円状の半割り軸受の円周方向両端部を相互に当接させて円筒状に形成したすべり軸受の製造方法に関する。

従来、一対の半円状の半割り軸受の円周方向両端部を相互に当接させて円筒状に形成したすべり軸受が知られている（特許文献１）。
このようなすべり軸受を製造する際には、平板状の素材をプレス成形により半円状に変形させ、しかる後に当該半円状の素材の軸方向両端および円周方向両端の端面を切削加工しており、これにより半割り軸受の軸方向の幅を一定とし、いわゆる仕上げ加工を行っている。

特開２０１１−１７９５７２号公報

ここで、自動車用エンジンのすべり軸受においては、回転するクランク軸からすべり軸受に作用する荷重は、燃焼室における爆発のタイミングによって、円周方向の各部位によって大きさが異なり、特に円周方向両端部と円周方向中央部との間に位置するクォーター部には大きな荷重が作用する。
これに対し上記従来の半割り軸受は、軸方向の幅が一定であるため、その幅を上記大きな荷重が作用する部分に合わせて設定しなければならず、大きな荷重が作用しない円周方向両端部と中央部とでは必要な幅よりも余計に広くなっていた。
その結果、これら円周方向両端部と中央部とでは、幅が広いことによるクランク軸との摩擦抵抗が余計に発生することとなり、燃費の悪化等の問題を発生させていた。
一方、従来のすべり軸受の製造装置では、平板状の素材を半円状に変形させてから切削加工による仕上げ加工を行うため、部位によって軸方向の幅を異ならせることが困難であった。
このような問題に鑑み、本発明は荷重のかかる位置に応じて適切な軸方向の幅を有するすべり軸受を提供するとともに、上記すべり軸受を製造することが可能なすべり軸受の製造方法を提供するものである。

すなわち請求項１の発明にかかるすべり軸受の製造方法は、平板状の素材を半円状に変形させて半円状の半割り軸受を製造し、これら半割り軸受の円周方向両端部を相互に当接させて円筒状に形成するすべり軸受の製造方法において、
予め、上記平板状の素材における成形後に半割り軸受の軸方向両端の端面および円周方向両端の端面となる部分を切削加工によって仕上げ加工し、しかる後に当該平板状の素材を半円状に変形させて上記半割り軸受を製造し、
上記平板状の素材を半円状に変形させる際、当該平板状の素材を押圧して半円状に変形させる荒曲げを行い、その後、当該荒曲げによって得られた半円状の素材の円周方向両端の端面を押圧する仕上げ曲げを行うことにより、上記半割り軸受における軸方向の幅を、円周方向両端部および円周方向中央部を幅狭とし、これらの間に位置するクォーター部を幅広とすることを特徴としている。
また請求項２の発明にかかるすべり軸受の製造方法は、上記平板状の素材の端面の仕上げ加工を行う際に、成形後に半割り軸受の内周面側となる位置に斜面を形成し、当該斜面を半割り軸受の内周面における面取り形状とすることを特徴としている。

上記請求項１の発明によれば、上記半割り軸受における軸方向の幅を、円周方向両端部および円周方向中央部を幅狭とし、これらの間に位置するクォーター部を幅広とするため、これら幅狭の部分においての摺動抵抗を低減することができ、燃費の向上を図ることができる。また、荷重のかかる位置に応じて適切な軸方向の幅を有するすべり軸受を製造することが可能となっている。
また上記請求項２の発明によれば、上記平板状の素材の端面の仕上げ加工を行う際に、成形後に半割り軸受の内周面側となる位置に斜面を形成するため、平板状の素材を上記半割り軸受に成形した後、当該半割り軸受の軸方向両端の端面を切削加工する必要がなくなり、半円状に成形された素材の軸方向端面を切削する従来の製造方法に比べて安価に加工することができる。

本実施例にかかるすべり軸受の断面図。 半割り軸受を円周方向で展開した図。 平板状の部材の断面図。 荒曲げを行う第１プレス手段の断面図。 仕上げ曲げを行う第２プレス手段の断面図。 実験結果を示す図。 実験結果を示す図。 実験結果を示す図。

以下、図示実施例について説明すると、図１はエンジンの所要部分の断面図を示しており、シリンダブロック１に対して回転可能に軸支されたクランク軸２と、当該クランク軸２を上記シリンダブロック１に軸支するすべり軸受３とを示している。
シリンダブロック１には上記すべり軸受３の図示上方を収容する半円状の凹部が形成され、当該シリンダブロック１の下部には上記すべり軸受３をシリンダブロック１に固定するための半円状の凹部が形成されたキャップ４が図示しないボルトによって固定されている。

すべり軸受３は、半円筒状をした上下一対の半割り軸受１１、１２からなり、それら両半割り軸受１１、１２の円周方向両端部を相互に突合せることで円筒状に構成されるようになっている。
各半割り軸受１１、１２の外周面側にはステンレス等の金属からなる裏金が形成され、当該裏金の内周面にはアルミ等の金属からなる摺動面層が積層されており（図３参照）、このうち摺動面層の表面には円周方向に沿って微細な溝が形成されている。
また上記すべり軸受３のうち、シリンダブロック１側の半割り軸受１１には、上記シリンダブロック１に形成された給油通路１ａに連通する給油孔１１ａが形成され、この給油孔１１ａを介して（油溝が周方向に形成される場合は給油孔１１ａから当該油溝を介して）潤滑油がすべり軸受３とクランク軸２との間に供給されるようになっている。

図２はキャップ側の半割り軸受１２を、説明のため周方向に平坦に展開した図を示している。なおシリンダブロック１側の半割り軸受１１も、このキャップ４側の半割り軸受１２と略同様の構成を有しているため、詳細な説明は省略する。
この図２に示すように、本実施例のすべり軸受３の半割り軸受１２は、その円周方向両端部１２ａおよび中央部１２ｂを幅狭とし、これらの間に位置するクォーター部１２ｃを幅広としている。例えば、上記クォーター部１２ｃの幅は、円周方向両端部１２ａおよび中央部１２ｂの幅に対して３００〜４００μｍ程度広くなっている。
また、上記半割り軸受１２における軸方向両端の端面１２ｄは、以下に説明する製造方法によって、切削加工による仕上げ加工がされており、つまり本実施例の半割り軸受１２は、軸方向の幅が異なるとともに端面が仕上げ加工されている半割り軸受１２となっている。
さらに、上記半割り軸受１２の内周面および外周面には、それぞれ面取り形状１２ｅ（図３参照）が形成されている。

上記構成を有する半割り軸受１１、１２を組み合わせて、図１のようなすべり軸受３をエンジンに装着することにより、以下のような効果を得ることができる。
まず、上記エンジンのクランク軸２には、先端にピストンが設けられたコンロッドが軸支され、上記ピストンを収容した燃焼室孔で爆発が発生すると、この爆発の圧力が上記ピストンおよびコンロッドを介してクランク軸２に作用する。
この爆発による大きな荷重は、上記クランク軸２を介して上記すべり軸受３との接触面に作用するが、この大きな荷重は特に上記キャップ側４に位置する半割り軸受１２のクォーター部１２ｃに作用する。
従って、この上記クォーター部１２ｃではクランク軸２との接触範囲を大きく設定して、クランク軸２とすべり軸受３との間の油膜を確保し、大きな荷重に耐えるようにする必要がある。
これに対し、半割り軸受１２の円周方向両端部１２ａや中央部１２ｂには、上述したような大きな荷重が作用しないため、当該部分においては上記クランク軸２との摺動抵抗を低減させることが望ましい。
しかしながら、従来の半割り軸受は軸方向の幅が一定となっているため、上記大きな荷重の作用するクォーター部の幅に合わせて他の円周方向両端部や中央部の幅も広く設定しなければならず、当該位置において摺動抵抗が増大して燃費の悪化につながるという問題があった。
これに対し本実施例のすべり軸受３によれば、大きな荷重の作用するクォーター部１２ｃを幅広とし、その他の円周方向両端部１２ａや中央部１２ｂを幅狭とすることで、上記大きな荷重が作用する部分では十分な油膜を確保しつつ、大きな荷重が作用しない部分については摩擦抵抗を低減させることが可能となっている。

次に、上記構成を有するすべり軸受３の製造方法について説明する。
まず、コイル状に巻回された細長い素材を所定長さずつ間欠的に供給し、この細長い素材をその長手方向に対して垂直方向に切断し、短冊状を有した平板状の素材２１を得る。
続いて図３に示すように、この平板状の素材２１における四方の端面を切削加工し、当該平板状の素材２１を上記半割り軸受１２とした際に、軸方向両端の端面１２ｄおよび円周方向両端の端面１２ａとなる部分の仕上げ加工を行う。
また、平板状の素材２１の切削加工を行う際、当該平板状の素材２１を半割り軸受１２へと整形した際に内周面側および外周面側となる位置に斜面を形成し、当該平板状の素材を２２を上記半割り軸受１２とした際に、半割り軸受１２の内周面および外周面の面取り形状１２ｅとする。
このように平板状の素材２１の端面を切削加工することにより、本発明にかかるすべり軸受３の製造方法においては、平板状の素材２１を上記半割り軸受１２に成形した後、当該半割り軸受１２の軸方向両端の端面を切削加工する必要がなくなり、半円状に成形された素材の軸方向端面を切削する従来の製造方法に比べて安価に加工することが可能となっている。

このようにして平板状の素材２１が得られたら、この平板状の素材２１を図４に示す第１プレス手段２３を用いて半円状の素材２２に加圧変形させる荒曲げを行う。
上記プレス手段２３は凹部の形成された下型２３ａと、平板状の素材２１を上方から押圧して上記下型２３ａとの間で挟み、半円状の素材２２へと変形させる上型２３ｂとから構成されている。
この第１プレス手段２３では、成形される半円状の素材２２の円周方向両端の端面２２ａを加圧しないようになっており、単に上記平板状の素材２１を半円状に変形させるだけとなっている。
このようにして荒曲げにより半円状の素材２２が得られたら、続いて図５に示す第２プレス手段２４を用いて半円状の素材２２の仕上げ曲げを行う。
この第２プレス手段２４は、上記半円状の素材２２を収容する凹部の形成された下型２４ａと、半円状の素材２２における円周方向両端の端面２２ａをその円周方向に沿って押圧する上型２４ｂとから構成されている。
この仕上げ曲げの工程では、上記半円状の素材２２における円周方向両端の端面２２ａを上記上型２４ｂによって押圧することで、いわゆるコイニングを行い、半円状の素材２２を一定の形状に維持させるものとなっている。

そして、上記工程によって得られた半円状の素材２２に対して、その後当該半円状の素材２２の内周面を切削することで、クランク軸２との摺動面層の仕上げ加工を行い、半割り軸受１２が得られる。
その際、上述したように半割り軸受１２の軸方向両端の端面１２ｄおよび円周方向両端の端面１２ａについては切削加工を行わないようになっている。
そして、上記第１、第２プレス手段によって平板状の素材２１を半円状に変形させた際に、素材の伸び等により上記半割り軸受１２におけるクォーター部１２ｃの幅が他の円周方向両端部１２ａや中央部１２ｂよりも幅広となり、上述した半割り軸受１２が得られるようになっている。
そして、上記成形前に予め軸方向両端の端面１２ｄを切削加工により仕上げていることから、軸方向に幅が異なる半割り軸受１２であっても、容易に製造することが可能となっている。

図６〜図８は本実施例にかかるすべり軸受３について行った実験結果を示したものであり、本発明にかかる上記製造方法によって得られた半割り軸受１２（発明品）と、従来の製造方法、すなわち平板状の素材を半円状に変形させた後、その軸方向両端の端面を切削して仕上げ加工を行う半割り軸受（従来品）とについて比較実験を行ったものである。
図６は、発明品と従来品とにおいて、半割り軸受１２の外周面側における背面の真直度を測定したものとなっており、半割り軸受１２の中心に対してそれぞれ２０°、９０°（中央部１２ｂ）、１６０°の位置で、それぞれ半割り軸受１２の軸方向に測定したものとなっている。
実験結果によれば、発明品は従来品に比べて真直度が良好であることがわかり、これは、従来品では半円状に変形させた後に軸方向両端の端面を切削することで、半円状に変形した素材の内部に蓄積された内部応力が開放され、これが真直度の悪さとなって表れたものと推察される。
そして、半割り軸受１２の背面の真直度が良好であると、上記シリンダブロック１やキャップ４との密着性が高くなるため、これらの間にスラッジ等が入り込まなくなり、以下の実験結果から明らかなように耐荷重性を向上させることができる。

図７は、発明品と従来品について往復動荷重に対する疲労試験を行った結果を示しており、従来品については２つのサンプルについて、発明品については３つのサンプルについて試験を行った。
また実験条件としては、すべり軸受３にクランク軸の代わりに回転軸を軸支させてこれを３０００ｒｐｍで回転させ、さらにすべり軸受３の背面側の温度を１７０℃に維持し、その状態で上記回転軸からすべり軸受３に５７ＭＰａの面圧が間欠的に作用するように設定して、すべり軸受３が疲労により破壊されるまでの繰り返し数を測定した。
実験結果によれば、発明品は従来品に比べて疲労発生までの繰り返し数が大きくなっており、従来品に対して耐疲労性が高いことが理解できる。

そして図８は、図６の測定結果および図７の実験結果とから、すべり軸受３の背面の真直度と往復動荷重に対する耐疲労性との相関関係を示したものであり、縦軸には疲労発生までの繰り返し数を、横軸には上記サンプルにおける円周方向中央部１２ｂの背面の真直度をそれぞれ示している。
この図８によれば、背面の真直度の良好なすべり軸受３は、真直度の悪いすべり軸受３に対して耐疲労性が高いことが理解できる。
そして発明品では平板状の素材２１を半円状に変形させる前に、予め軸方向両端の端面１２ｄを切削により仕上げ加工を行い、変形後に切削加工を行わないようにしており、容易に上記背面の真直度が良好なすべり軸受３を得ることが可能となっている。
これに対し、従来品のように平板状の素材を半円状に変形させてから軸方向両端の端面を切削すると、背面の真直度が悪化して耐疲労性が悪化することとなる。
また本実施例のような場所によって幅が異なる半割り軸受１２を、従来のように半円状に変形させてから、上記端面１２ｄを切削加工により得ようとしても、その切削加工は困難であり高コストとなる。

本発明によれば、荷重のかかる位置に応じて適切な軸方向の幅を有するすべり軸受を得ることができるため、産業上有用である。

１ シリンダブロック ２ クランク軸
３ すべり軸受 ４ キャップ
１１、１２ 半割り軸受 １２ａ 円周方向両端部
１２ｂ 中央部 １２ｃ クォーター部
１２ｄ 端面 ２１ 平板状の素材
２２ 半円状の素材 ２３ 第１プレス手段
２４ 第２プレス手段

Claims (2)

1. 平板状の素材を半円状に変形させて半円状の半割り軸受を製造し、これら半割り軸受の円周方向両端部を相互に当接させて円筒状に形成するすべり軸受の製造方法において、
   予め、上記平板状の素材における成形後に半割り軸受の軸方向両端の端面および円周方向両端の端面となる部分を切削加工によって仕上げ加工し、しかる後に当該平板状の素材を半円状に変形させて上記半割り軸受を製造し、
   上記平板状の素材を半円状に変形させる際、当該平板状の素材を押圧して半円状に変形させる荒曲げを行い、その後、当該荒曲げによって得られた半円状の素材の円周方向両端の端面を押圧する仕上げ曲げを行うことにより、上記半割り軸受における軸方向の幅を、円周方向両端部および円周方向中央部を幅狭とし、これらの間に位置するクォーター部を幅広とすることを特徴とするすべり軸受の製造方法。
2. 上記平板状の素材の端面の仕上げ加工を行う際に、成形後に半割り軸受の内周面側となる位置に斜面を形成し、当該斜面を半割り軸受の内周面における面取り形状とすることを特徴とする請求項１に記載のすべり軸受の製造方法。

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