JPH09222117A

JPH09222117A - すべり軸受構造

Info

Publication number: JPH09222117A
Application number: JP3107196A
Authority: JP
Inventors: Tetsushi Nagira; 徹志柳樂; Shuji Nagano; 修治長野; Toshihiro Yamaguchi; 俊弘山口; Toshiro Shimamoto; 敏郎島本
Original assignee: Mitsubishi Motors Corp
Current assignee: Mitsubishi Motors Corp
Priority date: 1996-02-19
Filing date: 1996-02-19
Publication date: 1997-08-26

Abstract

(57)【要約】【課題】車両用内燃機関のコネクティングロッド大端
部に装備されるとともに、裏金の内側に軸受け用金属層
を形成されたすべり軸受に関し、特殊な材料を用いるこ
となく、すべり軸受の裏金外周面の硬度を向上させるこ
とにより、フレッチング磨耗等を抑制し、クラックの発
生を防止することができるようにする。【解決手段】車両用内燃機関のコネクティングロッド
１の大端部２に装備され裏金６の内側に軸受け用金属層
を形成されたすべり軸受構造において、裏金６の外周面
にショットピーニング又はロールバニッシュが施される
ように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、車両用内燃機関の
コネクティングロッドの大端部に装備されるとともに、
裏金の内側に軸受け用金属層を形成されたすべり軸受に
関し、特に、裏金の内側に軸受け用金属材を焼結させる
ことで軸受け用金属層を形成したケルメット系ベアリン
グに用いて好適の、すべり軸受け構造に関する。

【０００２】

【従来の技術】エンジンのピストン（図示せず）とクラ
ンクシャフト（図示せず）とを連結するコネクティング
ロッド（以下、コンロッドという）１は、図３に示すよ
うに構成される。このコンロッド１は、クランクシャフ
トに連結するための大口径の端部（以下、大端部とい
う）２とピストンに連結するための小口径の端部（小端
部）３とを有し、この大端部２は、一般にコンロッド本
体１Ａに形成された部分（ロッド側部）２Ａとコンロッ
ド本体１Ａにボルト８及びナット９で結合されたキャッ
プの部分（キャップ側部）２Ｂとの２つの部分から構成
される。

【０００３】この大端部２の内周面２Ｃには、図４に示
すようなすべり軸受（ベアリング）４が嵌合されてい
る。なお、すべり軸受４は大端部２の口径より大きい口
径に形成されており、しまりばめにより嵌合されてい
る。また、このすべり軸受４も、コンロッド１の大端部
２と同様に、ロッド側部４Ａとキャップ側部４Ｂとの２
つの部分から構成されている。

【０００４】このようなすべり軸受４は、図５に示すよ
うに、ＳＰＣＣ等の圧延鋼板からなる裏金（バックメタ
ル）６の内側に軸受合金による層（軸受け用金属層）５
とを形成された構造になっている。軸受け用金属層５を
形成する軸受合金は、耐摩耗性にすぐれており、裏金６
はすべり軸受４の剛性要素になっている。そして、軸受
合金５の厚さは材質等によるが、例えば０．３ｍｍ程
度、裏金６の厚さは例えば１．２ｍｍ程度になってお
り、この場合すべり軸受４の全体の厚さは１．５ｍｍ程
度になる。

【０００５】また、このようなすべり軸受は、主に、ア
ルミ系ベアリングとケルメット系ベアリングとに分けら
れ、これらのベアリングは軸受合金５と裏金６との接合
方法に違いがある。つまり、アルミ系ベアリングは、別
々に製造された軸受合金５と裏金６とをロール加圧にて
圧着することにより形成させるのに対し、ケルメット系
ベアリングは、裏金６の内表面上に銅・鉛系，銅・青銅
系等の合金粉末をのせ、焼結炉にて、焼結することによ
り合金層（ケルメット層）を生成させるようにしてい
る。

【０００６】このアルミ系ベアリングとケルメット系ベ
アリングとでは、ケルメット系ベアリングの方がエンジ
ンが高速回転することによって生ずる焼付けに対して有
利であるため、高速回転型のエンジンでは、一般にケル
メット系ベアリングが多く使用されている。なお、この
ケルメット系ベアリングは、スチールからなる裏金，ケ
ルメット層による軸受け金属層を有するが、一般的に
は、このケルメット層の内側にメッキ処理を行なうこと
によりオーバレイ層を形成した構造になっている。この
オーバレイ層は、鉛，すず，インジウムなどからなり、
ケルメット層を保護する。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】ところで、エンジンの
高回転時にはピストンの上下運動による慣性力が増大す
るので、コンロッド１が引張と圧縮の荷重変動を受け
る。これによりコンロッド１が変形するため、コンロッ
ド大端部２の内周面２Ｃとすべり軸受４における裏金６
の外周面との間にフレッチング摩耗が発生するという課
題がある。

【０００８】すなわち、荷重変動等に伴ってコンロッド
大端部２の内周面２Ｃとすべり軸受４における裏金６の
外周面との接触部で微小な滑りの繰り返しが生じるよう
になり、フレッティング摩耗と称される表面損傷が発生
することが考えられる。このフレッティング摩耗は、接
合面の微小な滑りのサイクルの繰り返しにより、接合面
に酸化金属の粉末を発生させ、この進行により接合面が
損傷し、摩耗状況を呈するようになるものと考えられ
る。

【０００９】また、このフレッチング摩耗が進行する場
合には、すべり軸受４及びコンロッド大端部２の双方に
クラックの発生を招いてしまう。これに対処するには、
すべり軸受４における裏金６の硬度を向上させることが
望ましいが、通常、多く用いられているケルメット系ベ
アリングではアルミ系ベアリングのようにロール加圧に
よる圧着を行なわないため、圧着による裏金６の加工硬
化がなく、アルミ系ベアリングに比較して、裏金６の硬
度が低くなってしまい、フレッチング摩耗を招き易い。

【００１０】また、裏金６の硬度を高めるべくハイカー
ボン材を使い、焼入れ等を行なうことも考えられるが、
ケルメット系ベアリングは銅・鉛系の合金粉末から形成
されるケルメットとスチールからなる裏金６とのバイメ
タルとなっているため、焼入れ時に鉛が溶け出してしま
うことになり焼入れ等ができない。そこで、予め焼入れ
した材料を裏金に使うことも考えられるが、ケルメット
系ベアリングでは、上述のようにケルメット層を焼結に
より生成するため、温度が高い状態でケルメット層を生
成することになり、しかも、上述のように、ケルメット
層生成後に急激に温度低下させること（即ち、焼入れ）
は行なえないので、結果として焼なましが行なわれたよ
うになって、裏金６の硬度が下がってしまうことにな
る。

【００１１】さらに、ケルメットからなる軸受合金５と
スチールからなる裏金６とのバイメタル構造となってい
ることから、熱処理や浸炭、タフトライドといった温度
上昇を伴った処理により、すべり軸受４における裏金６
の強度、即ち、すべり軸受４の強度の向上を図ることは
難しい。ところで、裏金６の外周面又はコンロッド大端
部２の内周面２Ｃの強度を向上させる技術としては以下
のようなものが提案されている。

【００１２】例えば、特開平７−７１４６４号公報，特
開平７−１１００２５号公報及び特開平７−１１９７３
１号公報には、樹脂をコートする技術が開示されてい
る。即ち、特開平７−７１４６４号公報には、軸受の裏
金あるいはコンロッドに樹脂をコートし、軸受の荷重分
布に応じて樹脂の組成を変更する技術が開示されてい
る。また、特開平７−１１００２５号公報には、ロッド
及びキャップのハウジング合わせ面の両方にコートする
樹脂の粗さの方向を直交させる技術、及び、合わせ面の
両方にコートする樹脂のすべり特性を異なるものとする
技術が開示されている。さらに、特開平７−１１９７３
１号公報には、コンロッドあるいは軸受の裏金のいずれ
かに樹脂をコートし、金属面の表面粗さの方向を直交さ
せる技術、及び、樹脂部に異物混入を防ぐ、つば状のシ
ールを設ける技術が開示されている。

【００１３】また、特開平６−１７８２号公報及び特開
平３−２９２４１５号公報には、メッキを施した技術が
開示されている。即ち、特開平６−１７８２号公報に
は、軸受の裏金に銀あるいは銀合金をメッキし、メッキ
厚さを１〜３０μｍにする技術、及び、軸受の裏金とメ
ッキとの間に、銅，ニッケル，金などの中間層を設ける
技術が開示されている。また、特開平３−２９２４１５
号公報には、軸受の裏金に０．１〜５μｍのすずあるい
は鉛の合金フラッシュメッキ層を設ける技術が開示され
ている。

【００１４】また、特開平６−７４２３８号公報には、
摺動部材と裏金との間にアルミニウムあるいはアルミニ
ウム合金あるいはニッケルあるいはニッケル合金の中間
層を設けた技術が開示されている。また、特開平６−９
４０３６号公報には、裏金に０．１〜１５μｍのリン酸
塩被膜層（例えば、りん酸亜鉛，リン酸カルシウム，リ
ン酸マンガン，リン酸鉄等のリン酸塩）を設ける技術が
開示されている。

【００１５】また、特開昭６１−８８０２０号公報に
は、裏金あるいはコンロッドの嵌合部のいずれか一方の
面にビッカース硬度１５〜８０の金属層を設ける技術が
開示されている。しかしながら、上述のように、裏金６
の外周面又はコンロッド大端部２の内周面２Ｃに樹脂を
コートしたり、合金等のメッキを施したり、被膜層を形
成したりする技術は、裏金６の外周面とコンロッド大端
部２の内周面２Ｃとの相対すべりをよくすることによ
り、フレッチング摩耗を低減させようとするものと考え
られるが、このように、樹脂をコートしたり、合金等の
メッキを施したり、被膜層を形成したりする場合は、特
殊な別の材料が必要となり、加工が容易でなく、経済的
でない。また、樹脂コートの場合、耐久性が心配され
る。

【００１６】本発明は、このような課題に鑑み創案され
たもので、特殊な材料を用いることなく、すべり軸受の
裏金外周面の硬度を向上させることにより、コンロッド
大端部の内周面とすべり軸受における裏金の外周面との
接触部分のフレッチング摩耗等を低減し、クラックの発
生を防止することができるようにした、すべり軸受構造
を提供することを目的とする。

【００１７】

【課題を解決するための手段】このため、請求項１記載
の本発明のすべり軸受構造は、車両用内燃機関のコネク
ティングロッド大端部に装備され裏金の内側に軸受け用
金属層を形成されたすべり軸受構造において、該裏金の
外周面にショットピーニングが施されていることを特徴
としている。

【００１８】請求項２記載の本発明のすべり軸受構造
は、車両用内燃機関のコネクティングロッド大端部に装
備され裏金の内側に軸受用金属層を形成されたすべり軸
受構造において、該裏金の外周面にロールバニッシュが
施されていることを特徴としている。

【００１９】

【発明の実施形態】以下、図面により、本発明の一実施
形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態と
してのすべり軸受構造を示すもので、（ａ）はすべり軸
受の断面図であり、（ｂ）はすべり軸受の側面図であ
る。図１を参照する前に、この実施形態にかかるすべり
軸受の全体構造を図３を参照して説明すると、本すべり
軸受は、エンジンのピストンとクランクシャフトとを連
結するコネクティングロッド（以下、コンロッドとい
う）１の大口径の端部（以下、大端部という）２に嵌合
されるすべり軸受（ベアリング）４として用いられるも
のである。

【００２０】つまり、エンジンのピストンとクランクシ
ャフトとを連結するコンロッド１は、図３に示すように
構成される。このコンロッド１は、クランクシャフト
（図示せず）に連結するための大端部２とピストン（図
示せず）に連結するための小口径の端部（小端部）３と
を有し、この大端部２は、一般にコンロッド本体１Ａに
形成された部分（ロッド側部）２Ａとコンロッド本体１
Ａにボルト８及びナット９で結合されたキャップの部分
（キャップ側部）２Ｂとの２つの部分から構成される。

【００２１】この実施形態では、ケルメット系ベアリン
グを説明する。この大端部２の内周面２Ｃには、図４に
示すようなすべり軸受４が嵌合されている。なお、すべ
り軸受４は大端部２の口径より大きい口径に形成されて
おり、しまりばめにより嵌合されている。また、このす
べり軸受４も、コンロッド１の大端部２と同様に、ロッ
ド側部４Ａとキャップ側部４Ｂとの２つの部分から構成
されている。

【００２２】このすべり軸受４は、図５に示すように、
ＳＰＣＣ等の圧延鋼板からなる裏金（バックメタル）６
の内表面上に銅・鉛系又は銅・青銅系等の合金粉末をの
せて焼結炉にて焼結することにより、軸受け用金属層と
してのケルメット層を形成されたケルメット系ベアリン
グとして構成される。また、従来技術でも説明したが、
軸受合金５の厚さは例えば０．３ｍｍ程度、裏金６の厚
さは例えば１．２ｍｍ程度になっており、この場合すべ
り軸受４の全体の厚さは１．５ｍｍ程度になる。

【００２３】このような本すべり軸受構造では、図１に
符号７で示すように、大端部２のロッド側部２Ａに接す
る裏金６の外周面に、ショットピーニングが施されてい
る。なお、ショットピーニングが施されている箇所を分
かり易くするため、図１（ａ）中では、ショットピーニ
ングが施されている箇所を太線として示している。本実
施形態では、すべり軸受４のロッド側部４Ａにおける裏
金６の外周面の全面に亘ってショットピーニングが施さ
れている。したがって、ショットピーニングにより加工
硬化が施されて、すべり軸受の強度を向上させるように
なっている。

【００２４】なお、裏金６の外周面の中でもフレッティ
ング摩耗等による損傷を招きやすい箇所のみにショット
ピーニングを施すようにしてもよい。また、このような
ショットピーニングの具体的な施工条件としては、例え
ば投射材は直径１００μｍ以下、硬さがビッカース硬度
２４０〜３５０程度のステンレスビーズ（ＢＰＳ３０
０）で、圧力は０．１ＭＰａとし、アークハイト（即
ち、ショットピーニング力の程度）としては０．０９〜
０．１０mm程度、さらに、カバレージを５００％以上と
して全面に全てのビーズを打ち当てるようにする。もち
ろん、このような条件設定は一例であり、裏金の材質や
大きさ等に応じて最適なショットピーニングの条件を設
定すべきである。特に、投射材としては粒度の細かいも
のであればよく、また、材料としてはステンレスビーズ
（ＢＰＳ３００）でなく、スチールビーズ（ＢＰＣ）な
どであってもよい。

【００２５】本発明の一実施形態としてのすべり軸受構
造は、上述のように構成されているので、すべり軸受ロ
ッド側部４Ａにおける裏金６に残留圧縮応力を発生させ
ることになり、裏金６の強度を大きく向上させうる効果
がある。ケルメット系ベアリングとして形成されたすべ
り軸受４において裏金６に特殊な材料を用いることな
く、裏金６の硬度を向上させることにより、これにより
コンロッド大端部２の内周面２Ｃとすべり軸受ロッド側
部４Ａにおける裏金６の外周面との間のフレッチング摩
耗を抑制することができ、また、クラックの発生も防ぐ
ことができるという利点がある。

【００２６】また、すべり軸受ロッド側部４Ａにおける
裏金６の外周面にショットピーニングの残留圧縮応力を
生じさせて、コンロッド大端部２の変形によりすべり軸
受ロッド側部４Ａにおける裏金６に発生する応力による
すべり軸受４のクラックの発生を防止することができる
という利点もある。さらに、ショットピーニングにおけ
る投射材（ステンレスビーズ）として、粒度の細かいも
の（１００μｍ以下のもの）を採用しているため、比較
的軟らかい材料からなるすべり軸受４の変形を防止で
き、また、すべり軸受４を形成する裏金６の表面粗度の
悪化を少なく抑えることができるという利点もある。

【００２７】ここで、図２，表１を参照して、従来のす
べり軸受（ケルメット系ベアリング）４及び本実施形態
のすべり軸受（ケルメット系ベアリング）４の残留応
力，硬さ及び粗さの測定結果を比較して説明する。な
お、図２（ａ）は硬さ及び粗さの測定位置を示すもので
あり、図２（ｂ）は残留応力の測定位置を示すものであ
る。また、表１はその測定結果を示すものである。ま
た、図２（ａ）中、×印は硬さの測定位置を、→印は粗
さの測定位置をそれぞれ示している。図２（ｂ）中、△
印は残留応力の測定位置を示している。

【００２８】さらに、図２（ａ），（ｂ）中の符号，
，は下記の測定結果の表１中の符号，，に対
応している。例えば、表１中、の欄に記載されている
残留応力，硬さ及び粗さの測定結果は、図２中、△印の
，×印の及び→印のの位置における測定結果であ
る。なお、測定はそれぞれ２回ずつ行なっている。ま
た、粗さ測定の測定距離は１ｍｍとしており、残留応力
の測定位置は、図２（ｂ）に示すように、すべり軸受を
２分割したもの（半円形）において、は４５°度位置
付近，は９０°位置付近，は、１３５°位置付近に
している。

【００２９】

【表１】

【００３０】この表１によると、残留応力については、
ショットピーニングを行なわない従来のすべり軸受の場
合は平均値が−１４．５ｋｇｆ／ｍｍ²であるのに対し
て、ショットピーニングを行なった本実施形態のすべり
軸受の場合は平均値が−２４．５ｋｇｆ／ｍｍ²及び−
２４．７ｋｇｆ／ｍｍ²と１０．０ｋｇｆ／ｍｍ²程度
向上しており、すべり軸受４の強度が向上していること
がわかる。

【００３１】硬さについては、従来のすべり軸受４の場
合は平均値がビッカース硬度１７５（ＳＰＣＣ材等の硬
度はビッカースで通常１１５以下であるが加工硬化によ
り硬度が高くなっている）であるのに対し、本実施形態
のすべり軸受４の場合は平均値がビッカース硬度１９２
及びビッカース硬度１８７とビッカース硬度１５程度向
上しており、すべり軸受４の硬度が向上していることが
わかる。

【００３２】粗さについては、本実施形態のすべり軸受
４の場合は従来のすべり軸受４の場合に比べて若干大き
くなっているが、軸受背面の表面粗度としては十分であ
り、影響のないものと考えられる。なお、フレッチング
摩耗により、まずすべり軸受４にクラックが発生し、こ
の損傷が原因でコンロッド大端部２にもクラックが発生
することになるため、すべり軸受４及びコンロッド大端
部２の双方にショットピーニングを施すという技術も考
えられるが、すべり軸受４の裏金６のみにショットピー
ニングを施せば、コンロッド大端部２のクラックの原因
となるすべり軸受４のクラックを防止することができ、
すべり軸受４及びコンロッド大端部２の双方のクラック
による損傷を防ぐことができると考えられる。

【００３３】また、本実施形態では、すべり軸受ロッド
側部４Ａにおける裏金６の外周面全体にショットピーニ
ングを施すようにしているが、フレッチング摩耗が生じ
易い部分にのみ施すようにしてもよい。次に、本実施形
態のすべり軸受構造における裏金６の表面処理の他の構
成例である、ローラバニッシュについて説明する。

【００３４】ローラバニッシュでは、すべり軸受４をロ
ーラの軸が固定されている固定ローラの上に載せ、上下
方向にローラの軸が動く可動ローラを回転させながら加
圧させることによって、すべり軸受４における裏金６の
外面に塑性変形を生じさせて加工硬化させる。即ち、可
動ローラが回転しながら加圧するため、すべり軸受４，
固定ローラも回転し、均等な圧力がすべり軸受４におけ
る裏金６の外周面に加えられて均等な塑性変形を生じさ
せて加工硬化させることができる。

【００３５】したがって、ローラバニッシュによる加工
硬化によってすべり軸受４の強度を向上させるようにな
り、フレッティング摩耗を低減することができ、また、
クラックの発生も防ぐことができるという利点がある。
また、本実施形態では、ケルメット系ベアリングとして
形成されたすべり軸受４に、ショットピーニングやロー
ラバニッシュを施すようにしているが、その他のベアリ
ングにこのような技術を適用することもできる。例え
ば、ロール加圧にて圧着することにより形成させ、裏金
６の加工硬化が期待できるアルミ系ベアリングとして形
成されたすべり軸受４についても、ショットピーニング
やローラバニッシュを施すようにして、すべり軸受４の
裏金６の外周表面のさらなる強化を図ることも考えられ
る。

【００３６】

【発明の効果】以上詳述したように、請求項１記載の本
発明のすべり軸受構造によれば、車両用内燃機関のコネ
クティングロッド大端部に装備され裏金の内側に軸受け
用金属層を形成されたすべり軸受構造において、該裏金
にショットピーニングが施されるという構成により、す
べり軸受（例えば、ケルメット系ベアリング）において
裏金に特殊な材料を用いることなく、裏金の硬度を向上
させることによりすべり軸受の強度が向上させられるよ
うになり、これによりコンロッド大端部の内周面とすべ
り軸受における裏金の外周面との間のフレッチング摩耗
を抑制することができ、また、クラックの発生も防ぐこ
とができるという利点がある。

【００３７】また、すべり軸受における裏金の外周面に
残留圧縮応力を生じさせて、コンロッド大端部の変形に
よりすべり軸受における裏金に発生する応力を緩和する
ことによりすべり軸受の強度が向上させられるようにな
り、これによりクラックの発生を防止することができる
という利点もある。請求項２記載の本発明のすべり軸受
構造によれば、車両用内燃機関のコネクティングロッド
大端部に装備され裏金の内側に軸受用金属層を形成され
たすべり軸受構造において、該裏金にロールバニッシュ
が施されるという構成により、すべり軸受（例えば、ケ
ルメット系ベアリング）において裏金に特殊な材料を用
いることなく、裏金の硬度を向上させることによりすべ
り軸受の強度が向上させられるようになり、これにより
コンロッド大端部の内周面とすべり軸受における裏金の
外周面との間のフレッチング摩耗を低減することがで
き、また、クラックの発生も防ぐことができるという利
点がある。

【００３８】また、すべり軸受における裏金の外周面に
残留圧縮応力を生じさせて、コンロッド大端部の変形に
よりすべり軸受における裏金に発生する応力を緩和する
ことによりすべり軸受の強度が向上させられるようにな
り、これによりクラックの発生を防止することができる
という利点もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態としてのすべり軸受構造を
示す図であって、（ａ）はその断面図〔図１（ｂ）のＩ
ａ−Ｉａ矢視断面図〕であり、（ｂ）はその側面図であ
る。

【図２】本発明の効果を説明する図であって、（ａ）は
硬さ，粗さの測定位置を示す図であり、（ｂ）は残留応
力の測定位置を示す図である。

【図３】従来のすべり軸受が嵌合されたコネクティング
ロッドを示す斜視図である。

【図４】従来のすべり軸受構造を示す図であって、
（ａ）はすべり軸受の縦断面図であり、（ｂ）はすべり
軸受の横断面図である。

【図５】従来のすべり軸受構造を示す図であって、図４
のＡ部の拡大図である。

【符号の説明】

１コネクティングロッド１Ａコネクティングロッド本体２コネクティングロッドの大端部２Ａコネクティングロッド大端部のロッド側部２Ｂコネクティングロッド大端部のキャップ側部２Ｃコネクティングロッド大端部の内面３コネクティングロッドの小端部４すべり軸受（ベアリング）４Ａすべり軸受のロッド側部４Ｂすべり軸受のキャップ側部５軸受合金（すべり軸受の内周面）６裏金（すべり軸受の外周面）７ショットピーニング施行範囲８ボルト９ナット

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者島本敏郎東京都港区芝五丁目33番８号三菱自動車工業株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】車両用内燃機関のコネクティングロッド
大端部に装備され裏金の内側に軸受け用金属層を形成さ
れたすべり軸受構造において、該裏金の外周面にショッ
トピーニングが施されていることを特徴とする、すべり
軸受構造。
【請求項２】車両用内燃機関のコネクティングロッド
大端部に装備され裏金の内側に軸受用金属層を形成され
たすべり軸受構造において、該裏金の外周面にロールバ
ニッシュが施されていることを特徴とする、すべり軸受
構造。