JPH07139554A - Bearing device of internal combustion engine - Google Patents

Bearing device of internal combustion engine

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Publication number
JPH07139554A
JPH07139554A JP28947193A JP28947193A JPH07139554A JP H07139554 A JPH07139554 A JP H07139554A JP 28947193 A JP28947193 A JP 28947193A JP 28947193 A JP28947193 A JP 28947193A JP H07139554 A JPH07139554 A JP H07139554A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
bearing
coating
rubber
connecting rod
internal combustion
Prior art date
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Pending
Application number
JP28947193A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroshi Kanayama
弘 金山
Fumio Haraguchi
文生 原口
Masaharu Kikuchi
正春 菊地
Keiichi Shimazaki
敬一 島崎
Hirobumi Michioka
博文 道岡
Yoshio Fuwa
良雄 不破
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Taiho Kogyo Co Ltd
Toyota Motor Corp
Original Assignee
Taiho Kogyo Co Ltd
Toyota Motor Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Taiho Kogyo Co Ltd, Toyota Motor Corp filed Critical Taiho Kogyo Co Ltd
Priority to JP28947193A priority Critical patent/JPH07139554A/en
Publication of JPH07139554A publication Critical patent/JPH07139554A/en
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  • Shafts, Cranks, Connecting Bars, And Related Bearings (AREA)
  • Mounting Of Bearings Or Others (AREA)

Abstract

PURPOSE:To prevent wear of the partner material generated by fretting between a bearing and a partner material made of light metal. CONSTITUTION:A coating layer containing carbon and/or fluororesin of 10-50 weight % and rubber as the essential rest part, and having the film thickness of 5-20mum, is provided on the outer circumference of the back metal of a bearing or the inner face of the large end part 15 of a connecting rod 12.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、内燃機関の軸受装置に
関するものであり、さらに詳しく述べるならば、例え
ば、コンロッド軸受において軽金属製コネクティングロ
ッドのフレッティング摩耗を減少することができる軸受
装置あるいはメインベアリングにおいて軽量化のために
アルミニウムを使用したハウジングのフレッティング摩
耗を減少することができる軸受装置に関するものであ
る。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a bearing device for an internal combustion engine. More specifically, for example, in a connecting rod bearing, a bearing device or a main device capable of reducing fretting wear of a light metal connecting rod. The present invention relates to a bearing device that can reduce fretting wear of a housing using aluminum for weight reduction of the bearing.

【0002】[0002]

【従来の技術】従来エンジン騒音低減の観点から軸受メ
タルとベアリングハウジングの間に硬質ゴムを介挿配置
することが提案されており(実公昭60−27220号
公報)、また防振の観点から軸受とハウジングの間に合
成ゴムなどを配置することも提案されている(実開昭5
3−146840号、実開昭57−71812号公
報)。
2. Description of the Related Art Conventionally, it has been proposed to insert a hard rubber between a bearing metal and a bearing housing from the viewpoint of reducing engine noise (Japanese Utility Model Publication No. 60-22020), and from the viewpoint of vibration isolation, bearings. It has also been proposed to place synthetic rubber or the like between the housing and the housing.
No. 3-146840, Japanese Utility Model Laid-Open No. 57-71812).

【0003】近年、エンジンを軽量化するためにエンジ
ンを構成する運動部品の軽量化が進められているが、そ
のひとつとしてコネクティングロッドを各種アルミニウ
ム(合金)又は各種チタン(合金)などの軽金属を主体
として構成することが検討されている。一方、コネクテ
ィングロッドとクランクシャフトを回転自在に嵌着する
ためにこれらの間に介在する軸受は半円弧状の軟鋼板な
どの裏金とその上に形成されたアルミニウム合金やケル
メットなどの軸受合金を主体としている。以下主にコネ
クティングロッドの例を挙げてフレッティング摩耗を説
明するが、他の内燃機関部品についても同様の状況でフ
レッティング摩耗が起こるのである。
Recently, in order to reduce the weight of an engine, weight reduction of moving parts constituting the engine has been promoted. As one of them, the connecting rod is mainly made of various aluminum (alloy) or various light metals such as titanium (alloy). It is considered to be configured as. On the other hand, in order to rotatably fit the connecting rod and the crankshaft, the bearing interposed between them is mainly a back metal such as a semi-circular mild steel plate and a bearing alloy such as an aluminum alloy or kelmet formed on it. I am trying. Although the fretting wear will be mainly described below with reference to the example of the connecting rod, the fretting wear also occurs in other internal combustion engine parts in the same situation.

【0004】軽合金製コネクティングロッドにあって
は、エンジンの高負荷又は高回転運転条件下においてコ
ネクティングロッドの大端部と軸受背面の間で、これら
の微小衝突や微小滑りなどが起こることに伴うフレッテ
ィング摩耗が発生し易く、鋼より軟質であるアルミニウ
ムなどの軽金属は摩耗による疵、焼付き、凝着を起点と
して遂にはコネクティングロッドが折損を招く危険が懸
念されている。
In the case of a light alloy connecting rod, a minute collision or a minute slip occurs between the large end of the connecting rod and the back surface of the bearing under the high load or high rotation operating condition of the engine. Fretting wear is likely to occur, and light metals such as aluminum, which is softer than steel, may eventually cause damage to the connecting rod due to scratches, seizure, or adhesion.

【0005】この対策として特開平4−282013号
においてはMoS2 を添加したエポキシ樹脂コーティン
グをコネクティングロッド大端部内面あるいは軸受メタ
ルの外面のいずれかに成膜することが提案されている。
As a countermeasure against this, JP-A-4-282013 proposes to form an epoxy resin coating containing MoS 2 on either the inner surface of the large end of the connecting rod or the outer surface of the bearing metal.

【0006】[0006]

【発明が解決しようとする課題】MoS2 を添加した樹
脂コーティングの場合はコネクティンロッドの大端部内
面と軸受背面で起こる微小滑り又は微小たたきによって
MoS2 粉末の粒子が樹脂基材から多量に脱落して、膜
の剥離を早める。
In the case of a resin coating containing MoS2, a large amount of MoS2 powder particles fall off from the resin base material due to micro-slip or micro-tapping that occurs on the inner surface of the large end of the connecting rod and the back surface of the bearing. To accelerate the peeling of the film.

【0007】したがって、本発明は、ゴムコーティング
のフレッティング摩耗を大幅に軽減し、もって軸受の裏
金と摺接する軽金属製相手材のフレッティング防止する
ことができる内燃機関用軸受装置を提供することを目的
とする。
Therefore, the present invention provides a bearing device for an internal combustion engine which can significantly reduce the fretting wear of the rubber coating and thereby prevent the fretting of a light metal mating member which is in sliding contact with the back metal of the bearing. To aim.

【0008】[0008]

【課題を解決するための手段】本発明は、ハウジングに
設けられる裏金が軟鋼板よりなる軸受のハウジング側表
面又はハウジングの軸受側表面に、カーボン又は及びフ
ッ素樹脂を10〜50重量%含有したゴム層を5〜20
μmの厚さで設けたことを特徴とする内燃機関の軸受装
置に関するものである。
SUMMARY OF THE INVENTION According to the present invention, a rubber containing 10 to 50% by weight of carbon or a fluororesin on the housing side surface of a bearing or the bearing side surface of the housing whose back metal is a soft steel plate provided in the housing. 5 to 20 layers
The present invention relates to a bearing device for an internal combustion engine, which is provided with a thickness of μm.

【0009】本発明において、ゴムとしてはフッ素ゴ
ム、ニトリルゴム、水素化ニトリルゴム、エピクロルヒ
ドリンゴムなどの各種ゴムを使用することができる。本
発明において好ましいゴムの種類はフッ素ゴムであり、
さらに好ましくはフッ化ビニリデン共重合体であり、か
つその特性が下記のものである。 引張強さ:5〜15MPa 硬さ:IRHD65〜80 伸び:150〜300%
In the present invention, various rubbers such as fluororubber, nitrile rubber, hydrogenated nitrile rubber and epichlorohydrin rubber can be used as the rubber. The preferred rubber type in the present invention is fluororubber,
More preferably, it is a vinylidene fluoride copolymer, and its characteristics are as follows. Tensile strength: 5-15 MPa Hardness: IRHD 65-80 Elongation: 150-300%

【0010】本発明者は、ゴムの耐フレッティング摩耗
特性、特に滑り摩耗特性を改良するために各種添加剤を
検討した結果、カーボン及びフッ素樹脂がゴムコーティ
ングの剥離を少なくする効果をもつことを見出した。カ
ーボンはカーボンブラックなどが好ましく、フッ素樹脂
は、PTFE、FEP,ETFAなどを使用することが
できる。これらの添加量は10重量%未満であると効果
がなく、一方50重量%を越えると、カーボンがコーテ
ィングから脱落するアブレージブな摩耗が起こり易くな
るかあるいはフッ素樹脂が多すぎて叩き摩耗が起こりや
すくなるので、カーボン及びフッ素樹脂の添加量は10
〜50重量%の範囲とする必要がある。好ましい添加量
は20〜40重量%である。またフッ素樹脂の好ましい
粒径は5μm以下である。
As a result of studying various additives for improving the fretting wear resistance of rubber, particularly the sliding wear property, the present inventor has found that carbon and fluororesin have the effect of reducing peeling of the rubber coating. I found it. Carbon is preferably carbon black or the like, and fluororesin may be PTFE, FEP, ETFA or the like. If the addition amount of these is less than 10% by weight, there is no effect. On the other hand, if it exceeds 50% by weight, abradable wear due to carbon falling off from the coating is likely to occur, or hitting wear is likely to occur due to too much fluorine resin. Therefore, the amount of carbon and fluororesin added is 10
It should be in the range of ˜50% by weight. The preferable addition amount is 20 to 40% by weight. The preferred particle size of the fluororesin is 5 μm or less.

【0011】本発明に係るコーティング層は、ゴムをカ
ーボン及び/又はフッ素樹脂とともに溶剤又は分散剤と
ともに所定厚さにスプレーコート、スクリーン印刷、パ
ッド印刷、ディッピング印刷、刷毛塗りなどにより塗布
し、その後40〜80℃で乾燥することにより溶剤を蒸
発させその後130〜200℃で加硫することにより、
軸受の裏金又はコンロッドの大端部に内面に強固に密着
させたものである。すなわち、以上のような方法でゴム
を裏金と一体化することにより、カーボン・フッ素樹脂
添加ゴムにより、ゴム特有の吸振特性を利用し耐フレッ
ティング特性を十分に発揮させることができる。溶剤と
しては、酢酸ブチル、酢酸エステル、酢酸イソアミル、
エチルグリコールアセテートなどの酢酸エステル系や、
あるいはMEK(メチルエチルケトン)、MIBK(メ
チルイソブチルケトン)、シクロヘキサノン、イソホロ
ンなどのケトン類を使用することができる。以上のよう
な有機溶剤ではなく水分散ゴムもコーティングの成膜に
使用することができる。
The coating layer according to the present invention is formed by coating rubber with carbon and / or fluororesin together with a solvent or dispersant to a predetermined thickness by spray coating, screen printing, pad printing, dipping printing, brush coating, etc. By evaporating the solvent by drying at ~ 80 ° C and then vulcanizing at 130-200 ° C,
It is firmly adhered to the inner surface of the back metal of the bearing or the large end of the connecting rod. That is, by integrating the rubber with the back metal by the above method, the anti-fretting property can be sufficiently exhibited by utilizing the vibration absorbing property peculiar to the rubber by the carbon / fluorine resin-added rubber. Solvents include butyl acetate, acetate, isoamyl acetate,
Acetic ester type such as ethyl glycol acetate,
Alternatively, ketones such as MEK (methyl ethyl ketone), MIBK (methyl isobutyl ketone), cyclohexanone, and isophorone can be used. Instead of the above organic solvent, water-dispersed rubber can be used for forming the coating.

【0012】また、本発明のコーティングは厚みが5μ
m未満であると、フレッティング摩耗防止の効果がな
く、また相手部材とのクリアランスが大きくなることに
よって相手部材に叩かれ剥離が起こり易くなる。コーテ
ィングの厚みが20μmを超えるとコーティングを被着
した軸受をエンジンに組み込む時に剥れが起こり易く、
変形量が大きくなるために組込み後に所望のクリアラン
ス設計方法が得られない。したがってコーティングの厚
みは、5〜20μmの膜厚にする必要がある。好ましい
膜厚は5〜10μmである。
The coating of the present invention has a thickness of 5 μm.
If it is less than m, there is no effect of preventing fretting wear, and the clearance with the mating member becomes large, so that the mating member is easily hit and peeled off. If the thickness of the coating exceeds 20 μm, when the bearing coated with the coating is installed in the engine, peeling easily occurs,
Since the amount of deformation becomes large, the desired clearance design method cannot be obtained after assembly. Therefore, the thickness of the coating needs to be 5 to 20 μm. The preferred film thickness is 5 to 10 μm.

【0013】図2は以下説明する実施例の条件で、エポ
キシ樹脂にMoS2 を50重量%添加した従来材料及び
フッ素ゴムにカーボンブラックをそれぞれ50重量%及
び30重量%添加した本発明材料のフレッティング摩耗
試験を行いコーティングの剥離面積を測定した結果を示
すグラフである。図2に示されるコーティング剥離面積
率−繰り返し数のグラフよりカーボンブラックがフッ素
ゴム系コーティングの剥離面積を少なくすることが明ら
かである。以下、実施例により本発明をさらに詳しく説
明する。
FIG. 2 shows the fretting of the conventional material obtained by adding 50% by weight of MoS2 to the epoxy resin and the material of the present invention obtained by adding 50% by weight and 30% by weight of carbon black to the fluororubber under the conditions of the embodiment described below. It is a graph which shows the result of having measured the peeling area of a coating by performing an abrasion test. It is clear from the graph of coating peeling area ratio-repeat number shown in FIG. 2 that carbon black reduces the peeling area of the fluororubber coating. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to examples.

【0014】[0014]

【実施例】図1は、ピストン及びコネクティングロッド
の斜視図であって、ピストン11とアルミニウム系軽合
金製コネクティングロッド12の小端部13とはピスト
ンピンで接続されている。コネクティングロッド12の
大端部15は2分割されていて、クランクシャフト(図
示せず)を分割大端部に挟んだ後ボルト及びナットで固
定される。21はメインベアリング、22はクランクワ
ッシャである。
1 is a perspective view of a piston and a connecting rod, in which a piston 11 and a small end 13 of an aluminum-based light alloy connecting rod 12 are connected by a piston pin. The large end portion 15 of the connecting rod 12 is divided into two, and is fixed with bolts and nuts after a crankshaft (not shown) is sandwiched between the divided large end portions. Reference numeral 21 is a main bearing, and 22 is a crank washer.

【0015】コネクティングロッド12の大端部15と
クランクシャフトとの間には、アルミニウム合金などの
軸受合金の外周には例えばJIS SPCC規格の鋼板
製裏金が圧接された半円弧状軸受16が設置され、前者
の回転に追随して回転する。なお、コーティング層は大
端部15の内面にもあるいは該内面だけにも形成するこ
とができる。
Between the large end portion 15 of the connecting rod 12 and the crankshaft, a semi-circular bearing 16 is installed, which is pressed against a steel alloy backing of JIS SPCC standard on the outer periphery of a bearing alloy such as aluminum alloy. , Rotates following the former rotation. The coating layer may be formed on the inner surface of the large end portion 15 or only on the inner surface.

【0016】図3に示す各種ゴム材料、ジアミン系加硫
剤及び酢酸ブチルを混合して、コーティング材料を調製
した。コーティング層としては、裏金の表面に、アルミ
ニウム層、Al−Sn系軸受合金層及びSnオーバレイ
を形成したものあるいはCu−Pb合金及びPb−Sn
−Inオーバレイを形成したものを別途用意し、トリク
レンにて5分間洗浄した後、恒温槽で80℃15分間予
熱した。予熱された裏金表面に以下の方法により、予め
混合したコーティング材料を5〜10μmの厚さに成膜
した。 スプレーコート法:ノズル径1.3mm、空気圧2.5
kg/cm2 スクリーン印刷法:ポリエステルスクリーン使用 その後150℃、30分の条件で焼成した。
A coating material was prepared by mixing various rubber materials shown in FIG. 3, a diamine-based vulcanizing agent and butyl acetate. As the coating layer, an aluminum layer, an Al—Sn bearing alloy layer and a Sn overlay are formed on the surface of the back metal, or a Cu—Pb alloy and Pb—Sn.
An -In overlay was prepared separately, washed with trichlene for 5 minutes, and then preheated in a constant temperature bath at 80 ° C for 15 minutes. A premixed coating material was formed into a film having a thickness of 5 to 10 μm on the surface of the preheated back metal by the following method. Spray coating method: Nozzle diameter 1.3 mm, air pressure 2.5
kg / cm2 Screen printing method: Using polyester screen After that, baking was performed at 150 ° C for 30 minutes.

【0017】フレッティング摩耗試験としては以下の条
件の往復動荷重試験を行った。 試験条件 回転数:50Hz(3000rpm) 荷重:−15N〜35kNt 油温:150℃ 繰り返し数:107 回
As the fretting wear test, a reciprocating load test under the following conditions was performed. Test conditions Rotational speed: 50 Hz (3000 rpm) Load: -15 N to 35 kNt Oil temperature: 150 ° C. Repeat number: 10 7 times

【0018】図3の表に示すように、コーティング層が
PAI樹脂にカーボンを添加したものやゴム単独である
と剥離面積が大きい。これに対して本発明実施例は剥離
面積が著しく少ないことから本発明のゴム−カーボン又
はフッ素樹脂系材料がフレッティング摩耗に対して有効
であることが明らかである。
As shown in the table of FIG. 3, the peeling area is large when the coating layer is PAI resin with carbon added or rubber alone. On the other hand, it is clear that the rubber-carbon or fluororesin-based material of the present invention is effective against fretting wear in the examples of the present invention because the peeling area is extremely small.

【0019】[0019]

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る軸受装
置によると,内燃機関の運転を再現する往復動荷重試験
においてコーティングの剥離面積が少ないので、内燃機
関に使用したときには長期に亘って軸受の裏金と軽金属
製相手材との直接接触を防止することができることは明
らかである。このために軽金属製相手材のフレッティン
グ摩耗が防止できる。
As described above, according to the bearing device of the present invention, since the coating peeling area is small in the reciprocating load test for reproducing the operation of the internal combustion engine, the bearing can be used for a long time when used in the internal combustion engine. It is clear that it is possible to prevent direct contact between the backing metal and the mating material made of light metal. Therefore, fretting wear of the light metal mating member can be prevented.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】ピストン及びコネクティングロッドの斜視図で
ある。
FIG. 1 is a perspective view of a piston and a connecting rod.

【図2】繰り返し数とコーティング剥離面積の関係を示
すグラフである。
FIG. 2 is a graph showing the relationship between the number of repetitions and the coating peeling area.

【図3】各種コーティング層の膜厚と剥離面積を示す表
である。
FIG. 3 is a table showing film thicknesses and peeled areas of various coating layers.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

11 ピストン 12 コネクティングロッド 13 小端部 15 大端部 16 軸受 11 Piston 12 Connecting Rod 13 Small End 15 Large End 16 Bearing

─────────────────────────────────────────────────────
─────────────────────────────────────────────────── ───

【手続補正書】[Procedure amendment]

【提出日】平成6年6月8日[Submission date] June 8, 1994

【手続補正1】[Procedure Amendment 1]

【補正対象書類名】明細書[Document name to be amended] Statement

【補正対象項目名】図3[Name of item to be corrected] Figure 3

【補正方法】変更[Correction method] Change

【補正内容】[Correction content]

【図3】 各種コーティング層の膜厚と剥離面積を示す
図表である。
FIG. 3 is a table showing the film thickness and the peeled area of various coating layers.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 菊地 正春 愛知県豊田市緑ケ丘3丁目65番地 大豊工 業株式会社内 (72)発明者 島崎 敬一 愛知県豊田市緑ケ丘3丁目65番地 大豊工 業株式会社内 (72)発明者 道岡 博文 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 (72)発明者 不破 良雄 愛知県豊田市トヨタ町1番地 トヨタ自動 車株式会社内 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (72) Masaharu Kikuchi 3-65 Midorigaoka, Toyota-shi, Aichi Otoyo Kogyo Co., Ltd. (72) Inventor Keiichi Shimazaki 3-65, Midorigaoka, Toyota-shi, Aichi Otoyo Kogyo Co., Ltd. (72) Inventor Hirofumi Michioka 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Prefecture Toyota Motor Co., Ltd. (72) Inventor Yoshio Fuwa, 1 Toyota Town, Toyota City, Aichi Toyota Motor Co., Ltd.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 ハウジングに設けられる裏金が軟鋼板よ
りなる軸受のハウジング側表面又はハウジングの軸受側
表面に、カーボン又は及びフッ素樹脂を10〜50重量
%含有したゴム層を5〜20μmの厚さで設けたことを
特徴とする内燃機関の軸受装置。
1. A rubber layer having a thickness of 5 to 20 μm containing 10 to 50% by weight of carbon or fluororesin on the housing side surface of the bearing or the housing side surface of the housing whose back metal is made of a mild steel plate provided in the housing. A bearing device for an internal combustion engine, characterized in that
JP28947193A 1993-11-18 1993-11-18 Bearing device of internal combustion engine Pending JPH07139554A (en)

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