JP5354939B2 - すべり軸受 - Google Patents

Description

本発明は、鋼裏金の内側に摺動面としての軸受合金層が形成された２個を一対として円筒形状とし且つ軸受ハウジングに固定のための締め代を有する半割形状すべり軸受に関するものである。

従来、鋼裏金の内側に摺動面としての軸受合金層が形成された２個を一対として円筒形状とする半割形状すべり軸受において、例えば、特開平６−７４２３８号公報及び特表２００２−５１３８９０号公報に示されるように、軸受合金層が形成される内周面と反対側の鋼裏金の外側背面及び側辺、あるいは鋼裏金の全表面を覆うように、フラッシュめっき層（「被覆層」ともいう。）が被着されていた。このフラッシュめっき層は、鋼裏金の腐食を防止し、鋼裏金に光輝ある魅力的な外観を与えるために施されるものである。そして、フラッシュめっき層としては、厚さ０．１〜１０μｍのＳｎもしくはＰｂまたはこれらの合金のめっき層が用いられている。
特開平６−７４２３８号公報（請求項６、段落［０００６］の（３）） 特表２００２−５１３８９０（段落［００１６］）

また、図２に示すように、上記した半割形状すべり軸受１は、例えば、内燃機関のクランク軸に連接されるコンロッド２とコンロッドキャップ３からなる軸受ハウジングの内面に嵌合されて使用される。しかして、内燃機関運転での動荷重負荷により、コンロッド２側とコンロッドキャップ３の軸受ハウジングには圧縮と引張の繰り返し応力が負荷されるが、特に近年の内燃機関の軽量化を目的としたコンロッドの低剛性化に伴い当該軸受ハウジングの弾性変形量が大きくなる場合には、半割形状すべり軸受１の背面と軸受ハウジング内面間で相対的すべりが起きる。さらに半割形状すべり軸受１の内面は軸との摺動による摩擦熱により発熱しており、これに伴い、従来のＳｎ、ＰｂまたはＳｎ、Ｐｂ系合金の被覆層が溶融すると、半割形状すべり軸受１の軸受ハウジングに固定するための締め代による軸受背面圧（半径方向応力）やすべりによる応力により流動し、図３（Ａ）（Ｂ）にデフォルメして示すように、圧力の低い部分に局部的に凝集する。また、Ｓｎ、ＰｂまたはＳｎ、Ｐｂ系合金は溶融すると体積が増加するので流動量が多くなる。このため局部的に凝集部の体積が大きくなり半割形状すべり軸受１の摺動面を内面側に盛り上げて軸との強当りが起き易いという問題があった。

本発明は、上記した問題点に鑑みなされたもので、その目的とするところは、内燃機関運転時に半割形状すべり軸受の鋼裏金の外側背面に形成された被覆層が局部的に凝集することがなく、もって軸との強当りが発生し難いすべり軸受を提供することにある。

上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、鋼裏金の内側に摺動面としての軸受合金層が形成された２個を一対として円筒形状とし且つ軸受ハウジングに固定のための締め代を有する半割形状すべり軸受において、前記鋼裏金の外側背面にＢｉ又はＢｉ基合金の被覆層を形成したことを特徴とする。

また、請求項２に係る発明は、前記Ｂｉ基合金の被覆層は、Ｂｉと１〜３０質量％以下のＳｎ，Ｐｂ，Ｉｎ，Ａｇ，Ｃｕの１種以上とからなることを特徴とする。

請求項１に係る発明においては、ＢｉまたはＢｉ基合金は背面圧や半割形状すべり軸受１の背面と軸受ハウジング内面間での相対的すべりによる応力による流動は起きるが、溶融しても体積が減少するので流動量が少なく、凝集部の体積が小さいので半割形状すべり軸受の摺動面を内面側に盛り上げて軸と直接、接触することによる強当りが発生し難い。また、被覆層の流動量を少なくするために被覆層の厚さは薄いほど好ましいが、半割形状すべり軸受が製造され割型の軸受ハウジングに組み込まれる間の半割形状すべり軸受背面鋼の防錆のためには０．１〜１０μｍとすることが望ましいく、０．１〜５μｍとすることがより望ましい。

また、請求項２に係る発明は、被覆層は半割形状すべり軸受が製造され割型の軸受ハウジングに圧入されるまでの間も半割形状すべり軸受背面の鋼を防錆する効果も有するが、ＢｉにＳｎ、Ｐｂ、Ｉｎ、Ａｇの１種以上を１〜３０質量％以下含ませて合金化することにより防錆の効果がさらに高まる。また、ＢｉにＳｎ、Ｐｂ、Ｉｎ、Ａｇの１種以上を１〜３０質量％以下含ませてＢｉ基合金も溶融すると体積が減少するので流動量が少なく、凝集部の体積が小さいので半割形状すべり軸受の摺動面を内面側に盛り上げて軸と直接、接触することによる強当りが発生し難い。１質量％未満では、防錆効果のさらなる向上を図ることができず、３０質量％を超える場合には、合金化成分であるＳｎ、Ｐｂ、Ｉｎ、Ａｇは溶融すると体積が増加するという性質によりＢｉは溶融すると体積が減少するという性質が緩和され、特に５０質量％以上を越えると、その性質はほとんど失なわれてしまう。

以下、本発明の実施の形態について説明する。図１に示すように、鋼裏金６と軸受合金７からなる平板形状の複層の軸受材料をプレス成形し、前述した図２に示す半割形状すべり軸受１と同様に、鋼裏金が外周面となるように半割形状すべり軸受１を製造した後、電気めっき法等によりＢｉ又はＢｉ基合金の被覆層８を半割形状すべり軸受１の鋼裏金６の背面に形成する。半割形すべり軸受１の背面にＢｉ又はＢｉ基合金の被覆層８を形成する方法は電気めっき法に限定されず、投射法、溶射法等の他の一般的な被膜形成方法により形成することもでき、また、鋼裏金６の背面とＢｉ又はＢｉ基合金の被覆層８との接合強度を高めるため、脱脂処理、粗面化処理等の一般的な予備処理を鋼裏金６の背面に施した後Ｂｉ又はＢｉ基合金の被覆層８を形成したり、鋼裏金６の背面にＡｇ、Ｃｕ等の金属や合金からなる中間層を形成した後Ｂｉ又はＢｉ基合金の被覆層８を形成してもよい。なお、被覆層８は、半割形状すべり軸受１の内側摺動面を除いて半割形状すべり軸受の鋼裏金の外側背面にのみ形成してもよいが、生産性を考慮して内側摺動面にも同時に形成しても良い。

被覆層８の流動量を少なくするために被覆層８の厚さは薄いほど好ましいが、半割形状すべり軸受１が製造され割型の軸受ハウジングに組み込まれる間の半割形状すべり軸受１の背面鋼の防錆のためには０．１〜１０μｍが望ましく、０．１〜５μｍとすることがより望ましい。また、ＢｉにＳｎ、Ｐｂ、Ｉｎ、Ａｇの１種以上を１〜３０質量％以下含ませて合金化することにより防錆の効果がさらに高まる。

次に、上記のようにして製造した半割形状すべり軸受１の軸受試験の試験結果について表１、表２を参照して説明する。

表１において、実施例１、２は、鋼裏金６とＡｌ系軸受合金７からなる複層材料をプレス成形し、鋼裏金６が外周面となるように外径４８ｍｍ、内径４５ｍｍ、幅２１ｍｍの半割形状すべり軸受１を製造した。次に電気めっき法により半割形状すべり軸受１の鋼裏金６の背面に表１に示すＢｉまたはＢｉ基合金（Ｂｉ−２質量％Ｓｎ）の被覆層８を厚さが３μｍとなるように形成した。その断面構造は、図１に示すようになっている。

比較例１、２は、実施例１、２と同じ条件で製造した半割形状すべり軸受１に比較例１はＰｂの被覆層８を、比較例２はＳｎの被覆層８を電気めっき法により半割形状すべり軸受の背面に厚さが３μｍとなるように形成した。なお、実施例１、２、及び比較例１、２ともに軸受試験に用いる軸受ハウジング内径に対し、すべり軸受固定のための締め代分だけ外径寸法を僅かに大きくしてある。

上記のように構成される実施例１、２、及び比較例１、２のそれぞれの半割形状すべり軸受２個を一対とし図２に示すように割型の内燃機関のコンロッド２及びコンロッドキャップ３に挿入した後にボルトで締結した状態で、内燃機関に組付け、軸受試験を実施した。内燃機関には直列４気筒、排気量２０００ｃｃのエンジンを用い表２に示す試験条件で試験し、ハウジング剛性が最も低く相対的すべり量が最も大きくなると考えられる軸受周方向を０°としたときに４５°及び１３５°の付近（図３（Ａ）参照）で最も凝集が起こるため、実施例１、２、及び比較例１、２の同部におけるＢｉ、Ｂｉ合金、Ｓｎ、Ｐｂの凝集部４の厚さとそれに伴って起こる軸受摺動面の局部的な偏摩耗量を比較し評価した結果を表１に示す。凝集部４の厚さ、偏摩耗量の測定は凝集部４を切断し、その断面を実体顕微鏡で写真撮影してその数値を求めた。なお凝集部４の厚さの数値については、測定値から評価前の被覆層の厚さを減じた数値を示している。

比較例１、２は、軸受試験にてコンロッド２の内径面と半割形状すべり軸受１の背面との相対的すべり量が多くなる部分でＳｎやＰｂが溶融、流動し半割形状すべり軸受１の背面で局部的な凝集部４が形成される。ＳｎやＰｂは溶融すると体積が増加するので流動量が多く局部的な凝集部４が比較例１で７μｍ、比較例２で１０μｍと厚くなる。さらにこの凝集部４が半割形状すべり軸受１の摺動面を軸受内径側に盛り上げる変形を起こし、軸との隙間が狭くなり直接、接触するので軸受内面偏摩耗量が比較例１で５μｍ、比較例２で７μｍと多くなった。

一方、実施例１、２はコンロッド２の内径面と半割形状すべり軸受１の背面との相対的すべり量が多くなる部分でＢｉやＢｉ基合金も溶融、流動しすべり軸受背面で局部的凝集部が形成される。しかし、ＢｉやＢｉ合金は溶融すると体積が減少するので流動量が少なく、実施例１、２ともに１μｍ程度の厚さの僅かに凝集部４が形成される程度である。この僅かな凝集部４は半割形状すべり軸受１の内面と相手軸との隙間により緩和され、半割すべり軸受１の摺動面と相手軸とが直接、接触しないので摺動面における摩耗量が実施例１、２とも０μｍであって、偏摩耗が生じていないことがわかった。なお、軸受試験を行なったＢｉ基合金について実施例２のみ示しているが、本発明者はＢｉと１〜３０質量％以下のＳｎ，Ｐｂ，Ｉｎ，Ａｇ，Ｃｕの１種以上とからなる他のＢｉ基合金も、Ｂｉと同じく溶融すると体積が減少する性質を有することを確かめている。

また、本発明は実施例で示した内燃機関用のコンロッドに用いられる半割形状すべり軸受に限定されず、他用途の割型軸受ハウジングに組み付けて用いられる半割形状すべり軸受に適用できる。

本実施形態に係る半割形状すべり軸受の概略部分断面図である。 半割形状すべり軸受とコンロッドとの関係を示す正面図である。 半割形状すべり軸受の背面と軸受ハウジングの内周面との間に形成される凝集部をデフォルメして描いた概念図である。

符号の説明

１ 半割形状すべり軸受
２ コンロッド
３ コンロッドキャップ
４ 凝集部
６ 鋼裏金
７ 軸受合金
８ 被覆層

Claims (2)

1. 鋼裏金の内側に摺動面としての軸受合金層が形成された２個を一対として円筒形状とし且つ軸受ハウジングに固定のための締め代を有する半割形状すべり軸受において、
   前記鋼裏金の外側背面にＢｉ又はＢｉ基合金の被覆層を形成したことを特徴とするすべり軸受。
2. 前記Ｂｉ基合金の被覆層は、Ｂｉと１〜３０質量％以下のＳｎ，Ｐｂ，Ｉｎ，Ａｇ，Ｃｕの１種以上とからなることを特徴とする請求項１記載のすべり軸受。
   

Images