JP6077746B2

JP6077746B2 - スラストすべり軸受

Info

Publication number: JP6077746B2
Application number: JP2012007833A
Authority: JP
Inventors: 直和川瀬
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2012-01-18
Filing date: 2012-01-18
Publication date: 2017-02-08
Anticipated expiration: 2032-01-18
Also published as: JP2013148136A

Description

本発明は、回転軸の軸方向荷重を支持するスラストすべり軸受に関する。

スラストすべり軸受は、一般に、円環状の軸受面が形成された軸受台、あるいは軸受台とこれに装着される円環状のスラスト軸受板とにより構成され、対向配置された回転軸のスラストカラーから伝達される軸方向荷重を軸受部材（軸受台またはスラスト軸受板）の軸受面で支持する。潤滑油を用いる流体潤滑軸受では、軸受面への潤滑油の確実な供給と、油膜圧力の向上による負荷容量の増大とを図るために、放射状に給油溝を形成して軸受面を扇形の複数のスラストパッド面に分割したものが多く使用されている。

油膜圧力を向上させるためには、前側（潤滑油の入口側）で油膜厚さが大きく、後側（潤滑油の出口側）で油膜厚さが小さくなるようにスラストパッド面を形成して潤滑油にくさび作用を働かせる必要がある。このようなスラストすべり軸受として、くさび形状をテーパ状としたテーパランド軸受がある（例えば特許文献１）。また、テーパランド軸受における油膜厚さが最も小さくなるランド面を、スラストパッド面の周縁に沿って所定幅に延在させて前側の給油溝に向けて開口するコ字状に形成し、ランド面の内部を前側の油膜厚さが大きくなる向きに傾斜するテーパ面としたスラストすべり軸受が公知となっている（特許文献２）。

特公昭６２−１２３０５号公報特開平６−２８８４１１号公報

くさび作用は、スラストパッド面の幅Ｂと周方向長さＬとの比（Ｂ／Ｌ）が小さくなるほど小さくなる特性と有しているが、特許文献２のようにランド面をコ字状に構成にすると、Ｂ／Ｌを大きくしなくとも、すなわちスラストパッド面の外径を大きくしなくとも、くさび効果を有効に働かせることが期待される。

しかしながら、従来のようにスラストパッド面にテーパ面を形成すると、微小寸法のテーパ加工が困難なことから、テーパ面の高さ（ランド面からの深さ）が大きくなる。そのため、回転速度が頻繁に変化する自動車エンジン用の回転軸などの支持に軸受を適用する場合、高速回転域では回転速度に応じて油膜圧力が増大するため、磨耗や摩擦抵抗の問題は生じないが、比較的低速の常用回転域では油膜圧力が増大しないため、出口側の油膜厚さが薄くなりやすい。そして、スラスト荷重が大きくなって混合潤滑となると、磨耗が発生するとともに、潤滑油のせん断力に加えて境界摩擦力が加わるため、摩擦抵抗も大きくなる。

ここで、くさび形状を、機械加工で微小寸法に加工しやすいステップ形状とし、常用回転域で油膜圧力が高くなるように段差を比較的小さな寸法に設定することで、エンジン運転中の混合潤滑を防止することが考えられる。しかし、始動時などの低速回転時（アイドリング回転数以下のとき）には、油膜圧力が低下してパッド出口での油膜厚さが小さくなる。また、くさび効果の性能係数Ｋは、入口での油膜厚さｈ_１（最大油膜厚さ）と出口での油膜厚さｈ_２（最小油膜厚さ）との比（ｈ_１／ｈ_２）が２．２のときに最大となり、この比が大きくなり過ぎると低下する特性を有しているため、出口での油膜厚さｈ_２が小さくなると、同時にくさび効果も低下することになる。そのため、回転速度が低速であるほど出口での油膜厚さｈ_２および油膜圧力が急激に小さくなり、始動時や停止時などの低速回転時に磨耗が発生するとともに摩擦抵抗が大きくなる。

本発明は、このような従来技術に含まれる課題を解消するべく案出されたものであり、低速回転時にも油膜圧力を高め、磨耗の発生や摩擦抵抗の増大を抑制することができるスラストすべり軸受を提供することを目的とする。

このような課題を解決するために、本発明の一側面によれば、回転軸（４）の軸方向荷重を支持するスラストすべり軸受（１，２１）であって、スラスト軸受部材（２）のスラスト受面（１ａ，２１ａ）は、放射状に形成された給油溝（６）により扇形の複数のスラストパッド面（７）に分割されており、前記スラストパッド面には、周縁に沿って所定幅および一定の所定高さに突出し、前側の給油溝に向けて開口するコ字状の第１凸部（１１）が形成された構成とする。

この構成によれば、第１凸部が平面をなすステップ軸受を構成することができ、第１凸部の高さが小さくなるように構成することにより、低速回転時にも油膜圧力を高めて摩擦抵抗や磨耗の増大を抑制できる。

また、本発明の一側面によれば、前記スラストパッド面には、前記第１凸部に囲まれる領域のうちの後側部分に前記所定高さよりも低い第２凸部（１２）が形成された構成とすることができる。

この構成によれば、より低速での回転時の油膜圧力を高めることができ、摩擦抵抗や磨耗の増大を一層効果的に抑制できる。

また、本発明の一側面によれば、前記第１凸部および前記第２凸部が樹脂被膜層からなる構成とすることができる。これにより、凸部を容易に形成することができる。

また、本発明の一側面によれば、前記第１凸部および前記第２凸部が金属めっきからなる構成とすることができる。これにより、耐摩耗性の高い凸部を形成することができる。

また、本発明の一側面によれば、前記スラスト軸受部材のスラスト受面には機械加工による条痕（３ａ）が形成され、前記第１凸部および前記第２凸部が前記条痕上に形成された構成とすることができる。

この構成によれば、スラスト軸受面に対する凸部の付着力を高めることができる。また、凸部が磨耗しても、条痕の谷部には凸部の分子が残っており、条痕の平均厚さ分だけ油膜厚さを薄くできる、すなわち凸部が残っているのと同じ状態にできるため、磨耗し易い材料で凸部を形成した場合や回転軸の偏心量が大きい場合に効果を持続させることができる。

このように本発明によれば、浮力を高めるとともに十分な厚さの油膜を確保することのできるスラストすべり軸受を提供することができる。

実施形態に係るスラストすべり軸受の正面図図１中のII−II線に沿う断面図変形実施形態に係るスラストすべり軸受の正面図図３中のIV−IV線に沿う断面図実施形態に係る軸受における回転数と油膜厚さの関係を示すグラフ図１に示す凸部の状態変化を示す概念図

以下、図面を参照して、本発明に係るスラストすべり軸受（以下、単に軸受と称する。）１の実施の形態について詳細に説明する。なお、図２および図４においては紙面の縦方向の寸法を誇張して示している。

図１および図２に示すように、軸受１は、円環板状を呈し、表面が平坦面とされた金属製のスラスト軸受板２と、スラスト軸受板２の表面に設けられた金属からなる第１コーティング層３とを主要構成要素として備えている。軸受１は、第１コーティング層３側の前面（以下、軸受面１ａと称する。）を回転シャフト４のスラストカラー５に対向させて配置され、スラストカラー５から伝達される軸方向荷重を軸受面１ａで支持する。なお、スラストカラー５は、回転シャフト４と一体化されており、矢印で示すように図１において時計回りに回転する。

第１コーティング層３には機械加工による条痕３ａ（図６参照）が形成されている。条痕３ａは、ボーリング加工により形成してもよく、プレス加工などによるマイクログルーブ仕上げなどによって形成してもよい。

軸受１には、等角度間隔で放射状に延びる８つの給油溝６が形成されており、軸受面１ａが扇形８つのスラストパッド面７に分割されている。給油溝６は、軸受面１ａに開口してスラスト軸受板２に至る深さに形成されており、後側すなわち回転方向下流側のスラストパッド面７に潤滑油を供給する。

各スラストパッド面７においては、周縁に沿って所定幅および一定の所定高さに突出し、前側の給油溝６に向けて開口するコ字状の第２コーティング層８が第１コーティング層３の表面に形成されている。第２コーティング層８は、径方向内側縁に沿って周方向に延びる円弧状の内側部と、径方向外側縁に沿って周方向に延びる円弧状の外側部と、潤滑油の出口となる後縁に沿って径方向に延びる直線状の後端部とから構成される。ここでは、内側部および外側部の幅がともに１．５ｍｍとされ、後端部の幅（径方向の中心位置における周長）が６ｍｍとされており、内側部、外側部および後端部の高さがともに５．５μｍとされている。

また、各スラストパッド面７においては、周縁に沿って所定幅および一定の所定高さに突出し、前側の給油溝６に向けて開口するコ字状の第３コーティング層９が第２コーティング層８の表面に形成されている。第３コーティング層９は、径方向内側縁に沿って周方向に延びる円弧状の内側部と、径方向外側縁に沿って周方向に延びる円弧状の外側部と、潤滑油の出口となる後縁に沿って径方向に延びる直線状の後端部とから構成される。ここでは、内側部および外側部の幅がともに第２コーティング層８と同じ１．５ｍｍとされ、後端部の幅（径方向の中心位置における周長）が２ｍｍとされており、内側部、外側部および後端部の高さがともに０．５μｍとされている。なお、第３コーティング層９の厚さは、第２コーティング層８の厚さよりも薄く、１μｍ以下が好ましい。

つまり、第２コーティング層８は、後端部のうち前側の幅４ｍｍの部分のみが露出して軸受面１ａを構成しており、その他の部分は第３コーティング層９により被覆されている。言い換えれば、スラストパッド面７には、第３コーティング層９によって周縁に沿って６μｍの高さに突出し、前側の給油溝６に向けて開口するコ字状の第１凸部１１が形成されるとともに、第１凸部１１に囲まれる領域のうちの後側部分に５．５μｍの高さに突出する第２凸部１２が形成されている。なお、第１凸部１１の内側部および外側部の幅は、１ｍｍ〜２ｍｍが好ましい。

第２コーティング層８および第３コーティング層９は、底摩擦抵抗および高耐熱性の単一樹脂からなる樹脂被膜層として形成することができる。あるいは、単一合成樹脂に固体潤滑剤を含む複合樹脂からなる樹脂被膜層として形成してもよい。樹脂被膜層は、例えば、第１コーティング層３を脱脂、洗浄、余熱して、スプレー塗装またはスクリーン印刷により表面に樹脂被膜層となる塗料を塗布し、この塗料を高温反応硬化させることで形成される。

第２コーティング層８および第３コーティング層９の主材となる樹脂としては、ポリアミド樹脂（ＰＡ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、シリコーン樹脂、ポリアミドイミド樹脂（ＰＡＩ）、ポリイミド樹脂（ＰＩ）、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）などを用いることができる。また、これらの樹脂のなかから選択される２種以上の複合樹脂を用いてもよい。なお、「複合樹脂」とは、樹脂ブレンド、ポリマーアロイ、共重合体化等を含むものである。

一方、固体潤滑剤としては、二硫化モリブデン（ＭｏＳ_２）や二硫化タングステン（ＷＳ_２）などの遷移金属硫化物、グラファイト、六方晶ボロンナイトライド、合成マイカ、タルクのフィラーなどの無機固体潤滑剤や、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、四弗化エチレンパーフルオロアルキルビニルエーテル（ＰＦＡ）などのフッ素系樹脂からなるフィラーが挙げられる。これらは単独で用いてもよく、２種類以上を併用してもよい。

或いは、第２コーティング層８および第３コーティング層９を金属めっき層により形成してもよい。金属めっき層の主材としては、錫、銅、銀などの軟質金属およびこれらの合金を用いることができる。金属めっき層は、例えばめっき処理あるいは蒸着により形成することができる。

このように構成された軸受１によれば、浮力を高めるとともに十分な厚さの油膜を確保することができる。すなわち、平面をなす第１凸部１１がステップ軸受における第１の段差Ｄ１を構成し、第１の段差Ｄ１の高さが６μｍという小さな値とされたことにより、低速回転時にも油膜圧力が高くなり、摩擦抵抗や磨耗の増大が抑制される。そして、平面をなす第２凸部１２がステップ軸受における第２の段差Ｄ２を構成し、第２の段差Ｄ２の高さが、第１の段差Ｄ１の１／２以下である０．５μｍというより小さな値とされたことにより、より低速での回転時の油膜圧力が高くなり、摩擦抵抗や磨耗の増大が一層効果的に抑制される。

＜変形実施形態＞
次に、図３および図４を参照して変形実施形態に係る軸受２１について説明する。なお、実施形態と同様の部材や部位には同一の符号を付し、その構成および効果についての説明を省略する。

変形実施形態に係る軸受２１は、上記実施形態と同様にスラスト軸受板２と第１コーティング層３とを主要構成要素として備える。一方、各スラストパッド面７においては、第１コーティング層３の表面（軸受面２１ａ）に第２コーティング層２８のみが形成されている。第２コーティング層２８は、ここでは、内側部および外側部の幅がともに１．５ｍｍとされ、後端部の幅（径方向の中心位置における周長）が６ｍｍとされており、内側部、外側部および後端部の高さがともに６μｍとされている。言い換えれば、スラストパッド面７には、第２コーティング層２８によって周縁に沿って６μｍの高さに突出し、前側の給油溝６に向けて開口するコ字状の第１凸部１１のみが形成されている。

軸受２１がこのように構成されていても、平面をなす第１凸部１１がステップ軸受の第１の段差Ｄ１を構成し、第１の段差Ｄ１の高さが６μｍという小さな値とされたことにより、低速回転時にも油膜圧力が高くなり、摩擦抵抗や磨耗の増大が抑制される。

＜作用効果＞
次に、図５を参照して上記実施形態および変形実施形態の効果についてより詳細に説明する。図５は、横軸に回転シャフト４の回転速度を、縦軸に出口での油膜厚さをとったグラフであり、（Ｂ）は（Ａ）中のＢ部拡大図を示している。グラフ中、実線は上記実施形態による２段ステップの軸受１を示し、一点差線は上記変形実施形態による１段ステップの軸受２１を示し、破線は、上記変形実施形態と同様の構成で第１凸部１１の高さのみを常用回転域で油膜圧力が高くなるように機械加工で可能な限り小さく段差を形成した従来の１段ステップ軸受を示している。

同図に示すように、従来の１段ステップ軸受では、始動時などの低速回転時にはパッド出口での油膜厚さが小さくなっている。これに対し、変形実施形態による１段ステップの軸受２１では、出口での油膜厚さが従来の１段ステップ軸受に比べて大きくなっている。さらに、実施形態に係る２段ステップの軸受１では、より低速回転域において出口での油膜厚さが変形実施形態による１段ステップの軸受２１に比べて大きくなっている。

上記したように、出口での油膜厚さが小さくなると、同時にくさび効果も低下するが、本発明では、出口での油膜厚さを大きくできるため、低速回転域で油膜厚さが急激に小さくなって摩擦抵抗や磨耗が増大することを抑制できることがわかる。

そして、上記実施形態では、図６の左上に示すように、第１コーティング層３の表面に条痕３ａが形成され、第２コーティング層８（第１凸部１１、第２凸部１２）が条痕３ａ上に形成されるため、第２コーティング層８の第１コーティング層３に対する付着力が高くなっている。また、図６の左下に示すように、第２および第３コーティング層８，９が磨耗しても、条痕３ａの谷部には第２コーティング層８の分子が残ることで、条痕３ａの平均厚さ分だけ油膜厚さが薄くなる、すなわち図６の右下に示すように第２コーティング層８が残っているのと同じ状態になるため、磨耗し易い材料で第２および第３コーティング層８，９を形成した場合や回転シャフト４のスラスト荷重が大きい場合にも効果が持続する。

以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、上記実施形態では、軸受１が回転シャフト４のスラストカラー５を支持しているが、軸受を軸受壁に対向するように回転シャフトに一体に設け、軸受壁のスラスト受面との間で軸荷重を支持するようにしてもよい。また、上記実施形態では軸受１を円環板状としているが、扇形の半円板状としてもよい。この他、各部材や部位の具体的構成や配置、数量など、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。一方、上記実施形態に示した本発明に係る軸受１の各構成要素は必ずしも全てが必須ではなく、少なくとも本発明の趣旨を逸脱しない限りにおいて適宜取捨選択することが可能である。

１，２１軸受
１ａ，２１ａ軸受面
２スラスト軸受板
３第１コーティング層
３ａ条痕
４回転シャフト
６給油溝
７スラストパッド面
８，２８第２コーティング層
９第３コーティング層
１１第１凸部
１２第２凸部

Claims

回転軸の軸方向荷重を支持するスラストすべり軸受であって、
スラスト軸受部材のスラスト受面を扇形の複数のスラストパッド面に分割するように放射状に形成された給油溝と、
前記スラストパッド面に当該スラストパッド面の周縁に沿って所定幅および一定の所定高さに突出するように形成され、前側の給油溝に向けて開口するコ字状の平面をなす第１凸部と、
前記スラストパッド面における前記第１凸部に囲まれる領域のうち、前記回転軸の回転方向下流側である後側部分のみに幅方向の全域にわたって前記所定高さよりも低く突出するように形成され、平面をなす第２凸部とを有し、
前記スラストパッド面が前記回転軸の回転方向に沿って２段のステップ形状をなすことを特徴とするスラストすべり軸受。
前記第２凸部が前記スラストパッド面の上に形成された第１樹脂皮膜層を有する１層の樹脂被膜層からなり、
前記第１凸部が前記第１樹脂皮膜層と前記第１樹脂皮膜層の上に形成された第２樹脂皮膜層とを有する２層の樹脂被膜層からなることを特徴とする、請求項１に記載のスラストすべり軸受。
前記第２凸部が前記スラストパッド面の上に形成された第１金属めっき層を有する１層の金属めっきからなり、
前記第１凸部が前記第１金属めっき層と前記第１金属めっき層の上に形成された第２金属めっき層を有する２層の金属めっきからなることを特徴とする、請求項１に記載のスラストすべり軸受。
前記スラスト軸受部材のスラスト受面には条痕が形成され、前記第１凸部および前記第２凸部が前記条痕の上に形成されていることを特徴とする、請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のスラストすべり軸受。