JPH0960642A

JPH0960642A - 軸受部材

Info

Publication number: JPH0960642A
Application number: JP22068895A
Authority: JP
Inventors: Seiichi Tanaka; 誠一田中; Kazunori Umeda; 一徳梅田; Kazuyuki Mizuhara; 和行水原
Original assignee: Agency of Industrial Science and Technology; Calsonic Corp
Current assignee: National Institute of Advanced Industrial Science and Technology AIST; Marelli Corp
Priority date: 1995-08-29
Filing date: 1995-08-29
Publication date: 1997-03-04

Abstract

(57)【要約】【課題】本発明は、良好な高温摺動性を有する軸受部
材に関し、高温雰囲気中における使用初期段階での摺動
面の摩耗量を従来より大幅に低減することを目的とす
る。【解決手段】軸受本体４１を耐熱合金により形成する
とともに、前記軸受本体４１の摺動面４３に窒化硼素を
塗布して構成する。また、前記耐熱合金を、ステンレス
鋼またはニッケル−クロム系合金の焼結金属により形成
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、良好な高温摺動性
を有する軸受部材に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、例えば、自動車の排気系では、排
気系にバタフライバルブを配置し、エンジンの回転数に
応じてバタフライバルブを開閉し、排気騒音を低減する
ことが行われており、このようなバタフライバルブとし
て、例えば、実開平４−１２３３３６号公報に開示され
るものが知られている。

【０００３】図７は、この種のバタフライバルブを示す
もので、このバタフライバルブでは、管体１１を横切っ
て回動軸１３が挿通され、管体１１内の回動軸１３に弁
体１５が固定されている。そして、回動軸１３の両端
が、管体１１に固定される軸受ケース１７，１９に、ス
テンレス鋼等の耐熱合金からなる軸受部材２１を介して
支持されている。

【０００４】一方、近時、例えば、特開平５−１５２５
号公報に開示されるような排気系が知られている。この
排気系は、図８に示すように、主触媒コンバータ２３の
上流にバイパス通路２５を形成し、暖機運転時に、切替
弁２７を主通路２９側に倒し、バイパス通路２５を開い
て排ガスをバイパス通路２５に流し、排ガスをヒータ３
１により加熱した後、副触媒コンバータ３３により浄化
し、この後、排ガスを主触媒コンバータ２３に流すよう
に構成されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来の排気系では、切替弁２７として弁体３５を回
動軸３７に片持ち支持したものが使用されているため、
回動軸３７に多大な負荷がかかり、所定の耐用年数を得
ることが困難になるという問題があった。そこで、図７
に示したバタフライバルブを使用することが検討されて
いるが、上述した排気系では、排ガスの温度が、例え
ば、９００℃程度になるため、ステンレス鋼等の耐熱合
金からなる軸受部材２１が７００℃程度の高温になり、
軸受部材２１の劣化が激しくなり、回動軸１３の摺動性
能が低下し、回動軸１３の摺動時に異音が発生する虞が
あるという問題があった。

【０００６】本発明者は、かかる従来の問題を解決すべ
く鋭意研究した結果、ステンレス鋼等の耐熱合金からな
る軸受部材２１の劣化は、主に、高温雰囲気中における
使用初期段階における摺動面の摩耗に起因しており、使
用初期段階における摺動面の摩耗を低減することによ
り、軸受部材２１の寿命を極端に増大できることを見出
した。

【０００７】すなわち、高温雰囲気中における使用初期
段階においては、軸受部材２１の摺動面には、高温雰囲
気中で形成される高温酸化皮膜層が充分に形成されてい
ないため、摺動面の摩擦係数が大きく、摺動面の摩耗が
大きいが、高温酸化皮膜層が充分に形成された後には、
摩擦係数が低減し摺動面の摩耗が緩やかになるため、使
用初期段階における摺動面の摩耗を低減することによ
り、軸受部材２１の寿命を極端に増大することができ
る。

【０００８】なお、従来、５００℃以下程度の比較的低
温域では、軸受部材２１として、カーボン材、あるい
は、固体潤滑材を含む材料の適用が可能であるが、６０
０℃を越える高温域では、これ等の適用が難しく、無潤
滑軸受が必要になり、適当な材料が絞られていないのが
現状である。

【０００９】また、軸受部材２１に、例えば、窒化珪素
からなるセラミックスを使用した例があるが、この場合
には、コストが非常に高くなるという問題があった。さ
らに、使用初期段階における摺動面の摩耗を低減するた
めに、軸受部材２１の摺動面に２硫化モリブデン，シリ
コン等の潤滑剤を塗布することが考えられるが、２硫化
モリブデンは６００℃程度、シリコンは５００℃程度で
飛散するため、７００℃程度の高温になる軸受部材２１
に使用しても、摺動面の摩耗を低減することは困難であ
る。

【００１０】本発明は、かかる知見に基づいてなされた
もので、高温雰囲気中における使用初期段階での摺動面
の摩耗量を従来より大幅に低減することができる軸受部
材を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】請求項１の軸受部材は、
軸受本体を耐熱合金により形成するとともに、前記軸受
本体の摺動面に窒化硼素を塗布してなることを特徴とす
る。

【００１２】請求項２の軸受部材は、請求項１におい
て、前記耐熱合金は、ステンレス鋼またはニッケル−ク
ロム系合金の焼結金属からなることを特徴とする。

【００１３】

【作用】請求項１の軸受部材では、耐熱合金からなる軸
受本体の摺動面に窒化硼素を塗布したので、高温雰囲気
中における使用初期段階での摺動面の摩擦係数が非常に
小さくなり、使用初期段階での摺動面の摩耗量が非常に
小さくなる。

【００１４】請求項２の軸受部材では、耐熱合金に、ス
テンレス鋼またはニッケル−クロム系合金の焼結金属を
使用したので、軸受部材の耐熱強度が大きくなる。

【００１５】

【発明の実施の形態】以下、本発明の詳細を図面に示す
一実施例について説明する。

【００１６】図１は、本発明の軸受部材の一実施例を示
すもので、図において符号４１は、円環状の軸受本体を
示している。この軸受本体４１は、Ｆｅ−２４Ｃｒ−１
９Ｎｉからなるステンレス鋼（ＳＵＳ３１０Ｓ）、また
は、ニッケル（Ｎｉ）−クロム（Ｃｒ）系合金（例え
ば、インコネル）の焼結金属からなる耐熱合金により形
成されている。

【００１７】そして、軸受本体４１の内周からなる摺動
面４３，外周および端面には、窒化硼素が塗布され、窒
化硼素層４５が形成されている。上述した軸受部材４７
は、以下述べるようにして製造される。先ず、ステンレ
ス鋼またはインコネルの焼結金属からなるパイプ材が所
定の長さに切断され軸受本体４１が形成される。

【００１８】この後、例えば、常温において、軸受本体
４１に、窒化硼素を直接吹き付けることにより窒化硼素
層４５が形成される。しかして、上述した軸受部材４７
では、耐熱合金からなる軸受本体４１の摺動面４３に窒
化硼素を塗布したので、高温雰囲気中における使用初期
段階での摺動面４３の摩擦係数が非常に小さくなり、使
用初期段階での摺動面４３の摩耗量を非常に小さくする
ことができる。

【００１９】そして、軸受部材４７の劣化の最大原因で
ある使用初期段階での摺動面４３の摩耗量が非常に小さ
くなるため、軸受部材４７の寿命を極端に増大できる。
なお、軸受本体４１の窒化硼素層４５は、使用により減
少していくが、完全に無くなる前には、高温雰囲気中に
おいて高温酸化皮膜層が充分に形成され摩擦係数が低減
し、摺動面４３の摩耗が緩やかになるため殆ど問題にな
ることはない。

【００２０】また、耐熱合金に、ステンレス鋼またはイ
ンコネルの焼結金属を使用したので、軸受部材４７の耐
熱強度を大きくすることができる。そして、軸受部材４
７に耐熱合金を使用できるため、セラミックス等の軸受
部材に比較して、非常に安価なものになる。図２は、摩
耗量の測定試験方法を示す。

【００２１】この試験方法は、ＳＵＳ３１０Ｓからなる
矩形のブロック部材５５に、各種の供試材料からなる先
端が球状端面５４となっている円柱状のピン部材５３
を、一定圧力で付勢した状態にセットし、この状態を維
持しながら、ブロック部材５５を一定条件で水平方向に
摺動させ、その後、これら両者の磨耗痕を観察すること
により供試材料の摺動性を判定するようにしたものであ
る。

【００２２】前記ブロック部材５５は、高周波加熱装置
により９００℃に維持された状態で、摺動速度１．２mm
／秒、摺動ストローク８mmで、６０分間水平方向に摺動
する。そして、試験後のブロック部材５５の磨耗痕を観
察し、定められた算出式から磨耗量を算出する。前記ピ
ン部材５３は、ＳＵＳ３１０Ｓ鋼材とニッケル−クロム
系合金であるインコネルの焼結材とからなるものがそれ
ぞれ用意され、ブロック部材５５に対し加重０．５Ｋｇ
で付勢した状態でホルダー（図示せず）に固定して試験
に供せられる。

【００２３】そして、試験後のピン部材５３の球状端面
５４の磨耗痕を観察し、定められた算出式から磨耗量を
算出する。図３は、上述したピン部材５３とブロック部
材５５の摩耗量の試験結果を示すもので、図の（ａ）
は、球状端面５４に窒化硼素層の形成されないステンレ
ス鋼（ＳＵＳ３１０Ｓ）からなるピン部材５３ａとブロ
ック部材５５ａとの摩耗量を示している。

【００２４】一方、図の（ｂ）は、球状端面５４に窒化
硼素層が形成されるステンレス鋼（ＳＵＳ３１０Ｓ）か
らなるピン部材５３ｂとブロック部材５５ｂとの摩耗量
を示しており、ピン部材５３ｂおよびブロック部材５５
ｂの摩耗量が（ａ）に比較して極端に減少しているのが
わかる。図の（ｃ）は、球状端面５４に窒化硼素層の形
成されないニッケル−クロム系合金であるインコネルの
焼結金属からなるピン部材５３ｃと、前記ステンレス鋼
からなるブロック部材５５ｃとの摩耗量を示している。

【００２５】一方、図の（ｄ）は、球状端面５４に窒化
硼素層が形成される前記焼結金属からなるピン部材５３
ｄと前記ステンレス鋼からなるブロック部材５５ｄとの
摩耗量を示しており、ピン部材５３ｄおよびブロック部
材５５ｄの摩耗量が（ｃ）に比較して極端に減少してい
るのがわかる。図４は、上述した摩耗試験におけるピン
部材５３とブロック部材５５との摩擦係数の変化を示す
もので、曲線（ａ）は、球状端面５４に窒化硼素層の形
成されないステンレス鋼（ＳＵＳ３１０Ｓ）からなるピ
ン部材５３ａとブロック部材５５ａとの摩擦係数を示し
ている。

【００２６】一方、曲線（ｂ）は、球状端面５４に窒化
硼素層が形成されるステンレス鋼（ＳＵＳ３１０Ｓ）か
らなるピン部材５３ｂとブロック部材５５ｂとの摩擦係
数を示しており、ピン部材５３ｂおよびブロック部材５
５ｂの摩擦係数が（ａ）に比較して、試験開始から４０
分間程度にわたって小さくなっているのがわかる。そし
て、特に、試験開始２０分程度は、摩擦係数が半分程度
になっていることがわかる。

【００２７】図５は、図４と同様に、上述した摩耗試験
におけるピン部材５３とブロック部材５５との摩擦係数
の変化を示すもので、曲線（ｃ）は、球状端面５４に窒
化硼素層の形成されないインコネルの焼結金属からなる
ピン部材５３ｃと前記ステンレス鋼からなるブロック部
材５５ｃとの摩擦係数を示している。一方、曲線（ｄ）
は、球状端面５４に窒化硼素層が形成されるインコネル
の焼結金属からなるピン部材５３ｄと前記ステンレス鋼
からなるブロック部材５５ｄとの摩擦係数を示してお
り、ピン部材５３ｄおよび前記ステンレス鋼からなるブ
ロック部材５５ｄの摩擦係数が（ｃ）に比較して、試験
開始から２０分間程度にわたって小さくなっているのが
わかる。

【００２８】そして、特に、試験開始時は、摩擦係数が
半分程度になっていることがわかる。図６は、上述した
軸受部材４７が使用されるバタフライバルブの一例を示
しており、図において符号６１は、例えば排気管等の金
属製の管体を示している。この管体６１の内周面により
流体通路６３が形成され、この流体通路６３を横切って
回動軸６５が配置されている。

【００２９】この回動軸６５は、ステンレス鋼（ＳＵＳ
３１０Ｓ）により形成されている。そして、回動軸６５
には、流体通路６３の開閉を行う弁体６７がビス６９に
より固定されている。回動軸６５は、管体６１に固定さ
れる軸受部７１，７３により支持されている。軸受部７
１は、管体６１に固定される軸受ケース７５と、この軸
受ケース７５内に収容され回動軸６５の端部が嵌合され
る軸受部材４７とを有しており、軸受ケース７５は、蓋
部材７９により密閉されている。

【００３０】軸受部７３は、管体６１に固定される軸受
ケース８１を有しており、この軸受ケース８１内には、
シールリング８３の両側に、回動軸６５の端部が嵌合さ
れる軸受部材４７が収容されている。また、軸受ケース
８１は、シール部材８５を介して蓋部材８７により密閉
されている。

【００３１】なお、軸受ケース７５，８１はステンレス
等の金属により形成されている。回動軸６５の一端は、
軸受部８１から外方に向けて突出されており、この突出
部には、回動軸６５を回動して流体通路６３の開閉を行
うための開閉機構８９が配置されている。この開閉機構
８９は、回動軸６５の端部にナット９１により固定され
る牽引板９３を有している。

【００３２】そして、牽引板９３を、図示しないアクチ
ュエーターに一端を連結された図示しないワイヤーによ
り牽引することにより回動軸６５が回動される。上述し
たバタフライバルブでは、軸受部材４７に窒化硼素層４
５が形成されるため、図４および図５に示したように、
軸受部材４７と回動軸６５との高温雰囲気中における使
用初期段階での摩擦係数が非常に小さくなり、図３に示
したように使用初期段階での摺動面の摩耗量を非常に小
さくすることができる。

【００３３】そして、軸受部材４７と回動軸６５とが同
じ金属系により形成されるため、軸受部材４７と回動軸
６５との熱膨張差に起因した摺動性の低下を確実に防止
することができる。なお、軸受部材４７と回動軸６５と
の摺動の繰り返しにより、窒化硼素層４５が減少して行
くが、図４および図５に示したように、所定時間経過後
には、高温酸化皮膜層が形成されるため、摩擦係数が増
加することが防止される。

【００３４】なお、上述した実施例では、ラジアル軸受
に本発明を適応した例について説明したが、本発明はか
かる実施例に限定されるものではなく、スラスト軸受等
にも適応することができる。また、上述した実施例で
は、軸受本体４１に予め窒化硼素層を形成した例につい
て説明したが、本発明はかかる実施例に限定されるもの
ではなく、可能であればバタフライバルブ等への組み付
け後に、窒化硼素を塗布して窒化硼素層を形成しても良
い。

【００３５】

【発明の効果】以上述べたように、請求項１の軸受部材
では、耐熱合金からなる軸受本体の摺動面に窒化硼素を
塗布したので、高温雰囲気中における使用初期段階での
摺動面の摩擦係数が非常に小さくなり、使用初期段階で
の摺動面の摩耗量を非常に小さくすることができる。請
求項２の軸受部材では、耐熱合金に、ステンレス鋼また
はニッケル−クロム系合金の焼結金属を使用したので、
軸受部材の耐熱強度を大きくすることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の軸受部材の一実施例を示す断面図であ
る。

【図２】図１の軸受部材の摩耗量の測定方法を示す説明
図である。

【図３】図１の軸受部材の摩耗量を示す説明図である。

【図４】ステンレス鋼からなる軸受部材の摩擦係数の変
化を示す説明図である。

【図５】インコネルからなる軸受部材の摩擦係数の変化
を示す説明図である。

【図６】図１の軸受部材が配置されるバタフライバルブ
を示す断面図である。

【図７】従来のバタフライバルブの一例を示す断面図で
ある。

【図８】従来の排気系の一部を示す断面図である。

【符号の説明】

４１軸受本体４３摺動面４５窒化硼素層４７軸受部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者梅田一徳茨城県つくば市並木１丁目２番地工業技術院機械技術研究所内 (72)発明者水原和行茨城県つくば市並木１丁目２番地工業技術院機械技術研究所内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】軸受本体（４１）を耐熱合金により形成
するとともに、前記軸受本体（４１）の摺動面（４３）
に窒化硼素を塗布してなることを特徴とする軸受部材。
【請求項２】請求項１記載の軸受部材において、前記耐熱合金は、ステンレス鋼またはニッケル−クロム
系合金の焼結金属からなることを特徴とする軸受部材。