JP6495759B2 - 滑り軸受 - Google Patents

Description

本発明は、フランジを有する軸受において組付け容易性と寸法精度とを両立させる技術に関する。

自動車のエンジンのクランクシャフト等においては、半割軸受およびフランジを有する滑り軸受が知られている。この構成において、半割軸受は相手軸の軸方向と垂直な方向の荷重を受け、フランジは軸方向の荷重を受ける。例えば特許文献１には、主軸受（半割軸受に相当）およびスラストワッシャ（フランジに相当）を有するスラスト軸受アセンブリが記載されている。

特表２００８−５１０１０７号公報

特許文献１に記載の技術においては、組付け前には半割軸受とフランジとが固定されておらず、組付け作業時に不便であった。しかし、ただ単純に半割軸受とフランジとを接合しただけでは、半割軸受の張り等の寸法が設計値からずれてしまうおそれがあった。

これに対し本発明は、フランジを有する軸受において組付け容易性と寸法精度とを両立させる技術を提供する。

本発明は、相手軸と摺動する内周面、および当該相手軸の軸方向の第１端面に設けられた複数の凹部を有する半割軸受部材と、前記第１端面に設けられた複数の凹部に対応する位置に設けられた複数の凸部を有する第１フランジ部材と、前記第１フランジ部材を前記半割軸受部材に固定するため、前記第１端面において前記複数の凸部を前記複数の凹部に嵌め合わせた状態で各凹部をかしめた際に各凹部の周辺に形成された複数のかしめ痕とを有し、前記かしめ前における前記半割軸受部材の自由張りが、当該かしめ後における当該半割軸受部材の張りより０．２ｍｍ以上長い滑り軸受を提供する。

前記かしめ前における前記半割軸受部材の自由張りが、当該かしめ後における当該半割軸受部材の張りより０．３５ｍｍ以上長くてもよい。

本発明によれば、フランジを有する軸受において組付け容易性と寸法精度とを両立することができる。

一実施形態に係る軸受１０を例示する図 軸受１０の一実施形態に係る製造方法を例示するフローチャート 半割軸受部材１１の外観を例示する図 半割軸受部材１１を軸方向から見た外観図 フランジ部材１２の外観を例示する図 フランジ部材１２を軸方向から見た外観図

１．構成
図１は、一実施形態に係る軸受１０を例示する図である。軸受１０は、例えば自動車のエンジンのシリンダブロックＢ（ハウジングの一例）においてクランクシャフトＳを支持するフランジアッシ（滑り軸受の一例）である。クランクシャフトＳは、円柱形状の軸であり、軸受１０に対し相対的に回転する。クランクシャフトＳは、軸受１０に対する相手軸の一例である。

軸受１０は、半割軸受部材１１、フランジ部材１２、およびフランジ部材１３を有する。半割軸受部材１１は、円筒を軸方向に２分割した半円筒形状を有する。半割軸受部材１１の内周面はクランクシャフトＳの外周面と摺動し、軸方向に垂直な荷重を受ける主軸受である。フランジ部材１２およびフランジ部材１３は、半割軸受部材１１の軸方向端部から、軸の径方向に延びている。フランジ部材１２およびフランジ部材１３は、シリンダブロックＢ（ハウジング）を介して軸方向の荷重（スラスト荷重）を受けるスラスト軸受（スラストワッシャ）である。

軸受１０は、クランクシャフトＳの軸方向に垂直な断面において、外周の半分を支持する。すなわち、クランクシャフトＳを全周に渡って支持するために、１箇所につき軸受１０が２つ用いられる。図１の例では、軸受１０ａおよび軸受１０ｂの２つの軸受が用いられる。なお、軸受１０ａおよび軸受１０ｂは必ずしも２つセットで用いられる必要はなく、いずれか一方のみが用いられてもよい。また、２つセットで用いる場合には、軸受１０ａおよび軸受１０ｂの両方が必ずしもフランジ部材を有さなくてもよく、いずれか一方の軸受のみ、もしくは双方の片側端部にのみフランジ部材を設けてもよい。さらに、後述のオーバレイ層を軸受１０ａおよび軸受１０ｂの何れか一方のみ、もしくは双方に設けてもよい。

以下、説明の便宜のため、座標系を定義する。この座標系において、相手軸の軸方向をｚ方向とし、軸の周方向および径方向の位置を極座標系（ｒ，θ）で表す。θは基準面（例えば水平面）からの変位角を、ｒは基準点からの距離を表す。

半割軸受部材１１は、例えば、裏金、ライニング層、およびオーバレイ層（いずれも図示略）が、相手軸の径方向に積層された多層構造を有する。裏金は、半割軸受部材１１に機械的強度を与える層である。裏金は、例えば鋼で形成される。ライニング層は、軸受としての特性、例えば、摩擦特性、耐焼付性、耐摩耗性、なじみ性、異物埋収性（異物ロバスト性）、および耐腐食性等の特性を改善するための層である。ライニング層は、軸受合金で形成される。軸との凝着を防ぐため、軸受合金は軸といわゆる「ともがね（ともざい）」となることを避け、軸とは別の材料系が用いられる。例えば、クランクシャフトＳが鋼で形成されていた場合、軸受合金としてはアルミニウム合金等、鋼とは異なる合金が用いられる。なおアルミニウム合金以外にも、銅合金など、アルミニウム以外の金属をベースにした合金が用いられてもよい。オーバレイ層は、ライニング層の摩擦係数、なじみ性、耐腐食性、および異物埋収性（異物ロバスト性）等の特性を改善するためのコーティング層として樹脂系コーティングまたは金属めっきで形成される。なお、オーバレイ層は省略されてもよい。

フランジ部材１２およびフランジ部材１３は、半割軸受部材１１と同様の材料で形成される。ただし、フランジ部材１２およびフランジ部材１３は半割軸受部材１１とは別個に製造され、その後、半割軸受部材１１に対して固定されるので、半割軸受部材１１とは異なる材料で形成され、または異なる厚みで形成されていてもよい。

半割軸受部材１１とフランジ部材１２との固定のため、半割軸受部材１１の軸方向一端側の端面１１１には凹部１１２が形成され、フランジ部材１２の径方向内側の内周面１２１には凸部１２２が形成されている。この例では、凹部１１２および凸部１２２はそれぞれ３つずつ（凹部１１２ａ〜１１２ｃおよび凸部１２２ａ〜１２２ｃ）形成されている。凹部１１２ａおよび凸部１２２ａ、凹部１１２ｂおよび凸部１２２ｂ、並びに凹部１１２ｃおよび凸部１２２ｃが、それぞれ嵌め合わせられている。なお、凹部１１２の幅は凸部１２２の幅よりも広く形成されている。

凹部１１２および凸部１２２を嵌め合わせた状態で凹部１１２の近傍をかしめることにより、フランジ部材１２は半割軸受部材１１に対し固定されている。こうして、シリンダブロックＢへの組付け時には、半割軸受部材１１およびフランジ部材１２は固定されて一体となっている。半割軸受部材１１とフランジ部材１２とが固定されていない状態でシリンダブロックＢに組付けを行う場合と比較して、本実施形態に係る軸受１０によれば、シリンダブロックＢへの組付けの工数を低減することができ、また、フランジ部材１２の表裏の誤組付けの可能性も低減することができる。なお、フランジ部材１３と半割軸受部材１１との固定については説明を省略するが、フランジ部材１２と半割軸受部材１１との固定と同様である。

なお、半割軸受部材１１とフランジ部材１２との固定は、少なくとも軸受１０をシリンダブロックＢに組付ける間だけ維持されていればよく、組付け後、エンジンを駆動したときに固定状態が維持されている必要は必ずしもない。フランジ部材１２は、軸方向の荷重を受けてかしめが外れてもよい。この場合、エンジンの稼働時には負荷に応じてフランジ部材１２が移動してシリンダブロックＢと接して荷重を受ける。

２．製造方法
図２は軸受１０の一実施形態に係る製造方法を例示するフローチャートである。
ステップＳ１において、半割軸受部材１１が準備される。

図３は、半割軸受部材１１の外観を例示する図である。半割軸受部材１１の製造方法は、例えば以下のとおりである。まず、板状の裏金の上にライニング層となる軸受合金を例えば圧接してバイメタルを得る。この板状の基材が、半割軸受部材１１に相当するサイズの短冊（小片）に切断され、半円筒形状に成形された後軸方向の両端側に相当する部分が一定の幅、切削される。その後、半割軸受部材１１の表面から背面まで貫通する凹部が形成され、要求される特性に応じてバイメタルの上にオーバレイ層が形成される。この凹部形成部分は、半割軸受部材１１の摺動面よりも低くなる。

半割軸受部材１１は、内周面１１７の一部に、オーバレイ層１１８を有する。オーバレイ層１１８は、相手軸の周方向に沿って延びている。オーバレイ層１１８の軸方向の両端は表面が切削されており、ライニング層または裏金が露出している。ライニング層または裏金が露出している部分には、凹部１１２および凹部１１４が形成されている。凹部１１２は、半割軸受部材１１の軸方向の一方の端面である面１１１に形成されており、内周面１１７から外周面１１９まで貫通している。凹部１１４についても同様である。

図４は、半割軸受部材１１を軸方向から見た外観図である。凹部１１２ｂは、半割軸受部材１１の内周の中央部に形成されている。凹部１１２ａは凹部１１２ｂから見て−θ側、凹部１１２ｃは凹部１１２ｂから見て＋θ側に形成されている。凹部１１２ｂから見て、凹部１１２ａまでの距離と凹部１１２ｃまでの距離は等しい。

半割軸受部材１１は、他の軸受１０と接する合せ面１１５および合せ面１１６を有する。合せ面１１５および合せ面１１６を結ぶ線分の中点Ｃｍを仮想的な中心点と考え、中点Ｃｍから摺動面までの距離ｒｍｉを「内径」といい、外周面（背面）までの距離ｒｍｏを「外径」という。半割軸受部材１１において、外径は一様ではなく、合せ面における外径ｄｍｏは、中央部における仮想的な外径２ｒｍｏよりも大きい。すなわち、半割軸受部材１１の外周面は数学的に正確な円弧ではない。内径についても同様である。このとき、外径ｄｍｏを「張り」という。張りがある程度あると、半割軸受部材１１の内から外に向かう張力がシリンダブロックＢに働き、シリンダブロックＢに対する軸受１０の回転を抑制する効果が得られる。張りの量は軸受の寸法に応じて設計される。この例で、半割軸受部材１１の、フランジ部材１２との固定前の張りは、固定後（軸受１０の完成品）の張りよりも０．２ｍｍ以上大きいことが好ましく、０．３５ｍｍ以上大きいことがより好ましい。あくまで一例ではあるが、例えば完成品の張り６０．０ｍｍに対して、固定前の張りは６０．３５ｍｍに設計される。この理由については後述する。なお、これは逆にいうと、完成品の軸受１０においてフランジ部材１２を取外すと、取り外し前よりも張りが増加することを意味する。

再び図２を参照する。ステップＳ２において、フランジ部材１２およびフランジ部材１３が準備される。この例で、フランジ部材１２およびフランジ部材１３は同一の形状を有しているので、フランジ部材１２についてのみ説明する。

図５は、フランジ部材１２の外観を例示する図である。フランジ部材１２の製造方法は、例えば以下のとおりである。まず、板状のバイメタルを形成する点は半割軸受部材１１と同様である。この板状の基材から、フランジ部材１２に相当する形状が切り出される。さらに、要求される特性に応じ、必要があればオーバレイ層が形成される。

フランジ部材１２は、スラスト荷重を受けるスラスト面１２５、および半割軸受部材１１と接する内周面１２１を有する。スラスト面１２５には、油溝１２６が形成されている。この例では、油溝１２６ａおよび油溝１２６ｂの２つの油溝が形成されている。油溝１２６は、潤滑油を保持し、さらに半割軸受部材１１からの潤滑油の給油を受ける給油経路となる溝である。内周面１２１には、凸部１２２が形成されている。

図６は、フランジ部材１２を軸方向から見た外観図である。凸部１２２ｂは、フランジ部材１２の内周の中央部に形成されている。凸部１２２ａは凸部１２２ｂから見て−θ側、凸部１２２ｃは凸部１２２ｂから見て＋θ側に形成されている。凸部１２２ｂから見て、凸部１２２ａまでの距離と凸部１２２ｃまでの距離は等しい。また、凸部１２２ａ〜１２２ｃは、半割軸受部材１１の凹部１１２ａ〜１１２ｃと嵌め合う位置に形成されている。

フランジ部材１２は、半割軸受部材１１の合せ面１１５および合せ面１１６に対応する合せ面１２３および合せ面１２４を有する。合せ面１２３および合せ面１２４を結ぶ線分の中点Ｃｗを仮想的な中心点と考え、中点Ｃｗから内周面までの距離ｒｗｉを「内径」といい、外周面までの距離ｒｗｏを「外径」という。フランジ部材１２の内径は、半割軸受部材１１の外径とほぼ等しい。

再び図２を参照する。ステップＳ３において、かしめに用いられるパンチ（工具）が準備される。ステップＳ４において、半割軸受部材１１の凹部１１２と、フランジ部材１２の凸部１２２とが嵌め合わせられる。ステップＳ５において、半割軸受部材１１の凹部１１２の近傍がかしめられる。図４の半割軸受部材１１および図５のフランジ部材１２の例では、１つのフランジ部材１２につき６箇所（３つの凹部１１２のそれぞれ両端）がかしめられる。これら６箇所は、均等にかしめられてもよい。例えば、これら６箇所のかしめに用いられるパンチは同じ形状を有していてもよい。同じ形状のパンチが用いられるのでかしめ痕はほぼ同じ形状となる。すなわち、すべてのかしめ箇所において、軸方向に垂直な断面におけるかしめ痕の形状はほぼ同一（２つの壁面がなす角度が同一）である。あるいは、これら６箇所のかしめは均等ではなく、例えば合せ面１１６に近い箇所（６つのかしめ箇所のうち最外部の２箇所）のかしめは他の箇所よりもかしめ力が弱くてもよい。例えば、最外部の２箇所のかしめに用いられるパンチは、先端部の角度が他よりも小さくてもよい。すなわち、最外部の２箇所のかしめにおいて、軸方向に垂直な断面におけるかしめ痕は、他のかしめ痕よりも角度（２つの壁面がなす角度）が小さい。また、側面１１３においても、側面１１１と同様にフランジ部材１２が嵌め合わせられ、かしめられる。

ステップＳ６において、軸受１０が完成する。本実施形態によれば、ハウジングへの組付け容易性と寸法精度とを両立させた軸受を得ることができる。

３．変形例
本発明は上述の実施形態に限定されるものではなく、種々の変形実施が可能である。以下、変形例をいくつか説明する。以下の変形例のうち２つ以上のものが組み合わせて用いられてもよい。

半割軸受部材１１における凹部の形状および数、並びにフランジ部材１２における凸部の形状および数は、実施形態で説明したものに限定されない。さらに、凹部及び凸部の位置は等間隔で配置されなくてもよい。フランジ部材１３についても同様である。

軸受１０の具体的形状は、実施形態で説明したものに限定されない。例えば、半割軸受部材１１の内周面において、表面両側部が切削されておらず、全面に渡ってオーバレイ層１１８が形成されていてもよい。また、半割軸受部材１１は、いずれか一方の合せ面の近傍に、位置決めのための爪を有していてもよい。さらに、フランジ部材１２およびフランジ部材１３は、シリンダブロックＢに対する相対的な回転防止のため回り止めの凸部を外周面に有していてもよい。また、油溝１２６の形状および数も実施形態で説明したものに限定されない。

軸受１０においては軸方向の両端にフランジ部材（フランジ部材１２およびフランジ部材１３）が固定されていたが、いずれか片端にのみフランジ部材が固定されていてもよい。

実施形態においては、相手軸の１箇所を支持するため同一の軸受１０を２つ用いたが、ここで用いられる２つの軸受は、例えば内周面（摺動面）の形状が異なっていてもよい。例えば、上側および下側のいずれか一方の摺動面には油溝や油孔が設けられていてもよい。また、軸受１０の用途はクランクシャフトＳを支持するものに限定されない。

１０…軸受
１１…半割軸受部材
１１１…側面
１１２…凹部
１１３…側面
１１４…凹部
１１５…合せ面
１１６…合せ面
１１７…内周面
１１８…オーバレイ層
１１９…背面
１２…フランジ部材
１２１…内周面
１２２…凸部
１２３…合せ面
１２４…合せ面
１２５…スラスト面
１２６…油溝
１３…フランジ部材

Claims (3)

1. 相手軸と摺動する内周面、および当該相手軸の軸方向の第１端面に設けられた複数の凹部を有する半割軸受部材と、
   前記第１端面に設けられた複数の凹部に対応する位置に設けられた複数の凸部を有する第１フランジ部材と、
   前記第１フランジ部材を前記半割軸受部材に固定するため、前記第１端面において前記複数の凸部を前記複数の凹部に嵌め合わせた状態で各凹部をかしめた際に各凹部の周辺に形成された複数のかしめ痕と
   を有し、
   前記かしめ前における前記半割軸受部材の自由張りが、当該かしめ後における当該半割軸受部材の張りより０．２ｍｍ以上長い
   滑り軸受。
2. 前記かしめ前における前記半割軸受部材の自由張りが、当該かしめ後における当該半割軸受部材の張りより０．３５ｍｍ以上長い
   ことを特徴とする請求項１に記載の滑り軸受。
3. 前記第１フランジ部材が、樹脂を含むオーバレイ層を有する
   請求項１又は２に記載の滑り軸受。

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