JPH04282013A - 滑り軸受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明はコネクティングロッドの
ビッグエンド（以下大端部と称する。）に嵌着されるコ
ンロッド軸受または主軸受等に用いられる滑り軸受に関
するものである。

【０００２】

【従来の技術】コネクティングロッドはピストンとクラ
ンクシャフトを連結し、ピストンの往復運動をクランク
シャフトの回転運動として伝達行うものである。コネク
ティングロッドの大端部にはコンロッド軸受を介してク
ランクシャフトが挿入される。これらコンロッド軸受に
はＳｎ−Ｐｂ─Ｃｕ系のバビットメタル、Ｃｕ−Ｐｂ系
のケルメットメタルあるいはＡｌ−Ｓｎ系のアルミニウ
ム合金メタル等が用いられるが、多くの場合鋼板等から
なる裏金と重ね合わせ耐久性の向上が図られる。

【０００３】コネクティングロッドは、つねに圧縮と引
張りの繰り返し荷重を受ける。そのため、コネクティン
グロッドの大端部に嵌着されるコンロッド軸受等の滑り
軸受には、フレッティングコロージョンが発生する。

【０００４】フレッティングコロージョンとは、腐食性
環境にある材料の荷重をかけられた接触面に振動または
相対運動が繰り返し加えられたとき、接触部に孔または
溝状の損傷が生ずる現象をいう。

【０００５】従来、このフレッティング対策として、軸
受背面のハウジング面にポリテトラフルオロエチレン（
以下ＰＴＦＥと称する。）をコーティングすることが行
われてきた。しかし、このＰＴＦＥのコーティングは、
軸受を組み込んだ当初はフレッティング防止の効果はあ
るものの、ＰＴＦＥコーティングの密着性が良くないた
め、フレッティング防止効果の信頼性に欠けるという問
題点があった。

【０００６】かかる、問題点を解決すべく提案されたの
が、特開平２−８９８１３号公報の発明であって、この
発明はアルミニウム又は銅系の軸受合金層及び裏金を含
んでなる滑り軸受において、裏金の最表面および軸受合
金層の最表面の一方または両方に、ＰＴＦＥと、Ｎｉお
よびＣｏの少なくとも１種とから実質的になる複合めっ
き層を設けたことを要旨とする。

【０００７】前記提案においては、コーティング層の中
にＮｉおよび／またはＣｏを分散させることにより、Ｐ
ＴＦＥからなるコーティング層の耐熱性を向上させると
共に密着性を高め、さらにＰＴＦＥと共に異物の堆積を
妨げるものである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、最近の自動
車エンジンにおいては高出力や高回転化が図られ、また
低燃費に伴って高温度で低粘度のオイルが使用されるこ
とから、軸受にとってはより厳しい条件となってきてお
り、一層の性能の向上が望まれている。

【０００９】このような厳しい条件下においては、裏金
とこれを支持するハウジングとの間でフレッティング摩
耗が生じ、その結果摩耗粉末の堆積、あるいは潤滑油の
炭化によるスラッジの堆積等が裏金表面で起こり易く、
上記堆積物が裏金表面で成長すると軸受の最表面が部分
的に盛り上がって軸受内で強い片当たり状態となり、そ
の部分で集中荷重が発生して、軸受が早期に疲労破壊す
ることがあった。

【００１０】この問題を解決する方策としては、（ａ）
コネクティングロッドの剛性をアップする、（ｂ）コン
ロッドと軸受背面の間に油膜を形成する、（ｃ）軸受の
張り高さをアップする等が考えられるが、（ａ）は重量
増加につながりフリクションに悪影響を及ぼすものであ
り、（ｂ）は技術的に困難であり、（ｃ）はあまり効果
がなく、いずれも決定的な解決策とはならない。

【００１１】また、裏金の最表面および軸受合金層の最
表面の一方または両方に、ＰＴＦＥと、ＮｉおよびＣｏ
の少なくとも１種とから実質的になる複合めっき層を設
けた前記提案は、フレッティング摩耗を著しく減少する
効果が得られるものの、フレッティング磨耗を完全に防
止するものではなく、近時の厳しい使用環境に対応する
ものではない。

【００１２】本発明はコンロッド軸受または主軸受等に
用いられる滑り軸受にフレッティング摩耗が発生し、軸
受が早期に疲労破壊することがあるという前記のごとき
問題点を解決するためになされたものであって、近時の
滑り軸受の厳しい使用環境においても、フレッティング
摩耗を完全に防止することのできる耐久性に優れた滑り
軸受を提供することを目的とする。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明者等は、前記の問
題点を解決するため、裏金の最表面に形成するコーティ
ング層の改質について、鋭意検討を重ねた。その結果、
固体潤滑材を添加した樹脂コーティング層が、フレッテ
ィング摩耗の防止に極めて効果的であることを知見する
と共に、最適の固体潤滑材の種類およびその配合割合を
見出すことにより本発明を完成した。

【００１４】本発明の滑り軸受は、請求項１の発明とし
て、アルミニウム又は銅系の軸受合金層に裏金を重ね合
わせてなる滑り軸受において、前記裏金の最表面および
／または前記裏金と接するコネクティングロッドに、固
体潤滑材として粒径が１〜２０μｍのＭｏＳ２を重量比
で４０〜６０％を含んでなる樹脂コーティング層を設け
たことを要旨とする。

【００１５】また、請求項２の発明は、請求項１の発明
において、固体潤滑材としてＭｏＳ２の他にＰＴＦＥお
よび／またはグラファイトを重量比でＭｏＳ２の３分の
１以下を含有させ、全体として重量比で４０〜６０％を
含有せしめたことを要旨とする。

【００１６】アルミニウム系軸受合金としては、特に限
定されないが、軸受使用雰囲気温度が１５０〜２００℃
で強度の高いものが必要な場合は、例えばＡｌに３〜２
０重量％のＳｎと、１０重量％以下のＳｉ、２．５重量
％以下のＣｕおよび／またはＭｇ、５重量％以下のＰｂ
を含有させたものを使用する。

【００１７】銅系軸受合金としては、Ｓｎ−Ｐｂ−Ｃｕ
系のバビットメタル、Ｃｕ−Ｐｂ系のケルメットメタル
が使用されることは前述の通りである。また、裏金とし
ては通常の軟鋼板、例えば冷間圧延鋼板（ＳＰＣＣ）等
を使用することができる。裏金とアルミニウム系軸受合
金との中間には、硬さの低いＡｌ層を介在させても良い
。

【００１８】裏金の最表面および／または裏金と接する
コネクティングロッドに形成される樹脂コーティング層
としては、ＭｏＳ２、ＰＴＦＥまたはグラファイト等の
固体潤滑材を重量比で４０〜６０％を含有し、残部が実
質的にエポキシ樹脂、アミノ系樹脂等からなる乾性皮膜
であり、エアースプレー等により、処理液を軸受の裏金
表面に吹きつけて、その後約１５０℃以下で加熱し硬化
させることにより容易に形成することができる。ここで
形成する皮膜の厚さとしては３〜１５μｍとすることが
好ましく、さらに好ましくは５〜１０μｍとする。

【００１９】樹脂コーティング層に含有されるＭｏＳ２
、ＰＴＦＥまたはグラファイト等の固体潤滑材の重量比
を４０〜６０％に限定したのは、これら固体潤滑材が６
０重量％を越えると、基材への樹脂コーティング材の密
着性が悪くなり、耐久性不足により耐フレッティング性
が劣化するからであり、固体潤滑材の重量比が４０％未
満になるとコネクティングロッドとの接触部において、
緻密な固体潤滑材膜が形成されず、耐フレッティング性
が低下するからである。

【００２０】樹脂コーティング層に含まれる固体潤滑材
の重量比とフレッティング発生面積との関係は図５に示
す通りであって、固体潤滑材の重量比が４０〜６０％に
おいて最良の結果が得られている。なお、ＰＴＦＥおよ
び／またはグラファイトを重量比でＭｏＳ２の３分の１
以下としたのは、ＭｏＳ２に対するＰＴＦＥおよび／ま
たはグラファイトの比が１／３より多くなると、潤滑膜
の耐荷重性が低下するため、フレッティング発生に対す
る耐久性が悪くなるからである。

【００２１】フレッティングの発生に対して、樹脂コー
ティングに含まれるＭｏＳ２の粒径は１〜２０μｍが良
好で、好ましくは１〜１０μｍである。この理由として
は、ＭｏＳ２の粒径が２０μｍより大きくなると皮膜の
緻密性（即ち強度）が低下するし、また表面粗さも粗く
なるため耐フレッティング性が大幅に悪くなるためであ
る。一方、ＭｏＳ２の粒径が小さくなればなる程、耐フ
レッティング性は向上するが、ＭｏＳ２の粒径が１μｍ
未満になると、耐フレッティング性は飽和する。

【００２２】このことは、図６に示したように、コーテ
ィング膜厚１０μｍ、コネクティングロッド材質スチー
ルである場合の、ＭｏＳ２粒径とフレッティング発生面
積の関係を示す線図から明らかである。

【００２３】樹脂コーティング層の膜厚については、コ
ネクティングロッド側の表面粗さとの関係もあるが、３
．２Ｚ仕上げ面のコネクティングロッドに対して、膜厚
は３μｍ以上とすることが好ましく（０．８Ｚなら膜厚
は３μｍ以上とすることが好ましい。）、逆に膜厚が１
５μｍより大きくなると、皮膜の密着性が低下すること
等により、コンロッド軸受のように高面圧下で使用する
場合、耐フレッティング性が悪くなる。コネクティング
ロッド材質がスチールで表面仕上げが３．２Ｚである場
合の樹脂コーティング層の膜厚とフレッティング面積と
の関係は、図７に示す通りである。

【００２４】

【作用】裏金の最表面および／または裏金と接するコネ
クティングロッドに形成される樹脂コーティング層によ
り、直接コネクティングロッドと裏金の接触するのが防
がれる。その上、樹脂コーティング層中の固体潤滑材が
、高面圧下での繰り返し荷重により潤滑皮膜を形成する
ので、フレッティングの発生を防止することができる。 さらに、ＰＴＦＥおよび／またはグラファイトを添加す
ることにより、摩擦係数を小さくすることができるので
、一層フレッティングの発生を防止することができる。

【００２５】

【実施例】本発明の実施例を比較例と併せて説明し、本
発明の効果を明らかにする。 （実施例１）図３は本実施例で用いた水平２分割型の滑
り軸受の側面図であって、図４は図３の滑り軸受のＡ−
Ａ断面図である。滑り軸受は図４に示すように、アルミ
ニウム系軸受合金層２に軟鋼板（ＳＰＣＣ）からなる裏
金１を重ね合わせたものである。

【００２６】滑り軸受の裏金１の表面に、実施例１およ
び実施例２として、固体潤滑材５０重量％（ＭｏＳ２＋
ＰＴＦＥ）を含有するエポキシ樹脂をエアスプレーで吹
きつけ、５μｍの厚さの樹脂コーティング層を形成した
。なお、別に比較例１〜３として、裏金に全く処理層を
設けなかったもの、Ｃｕめっきおよび複合めっきを表１
に示す厚さに形成したものを用意した。

【００２７】これら滑り軸受に、表１に示す表面粗さを
有する鉄系のコネクティングロッドおよびＡｌ系のコネ
クティングロッドを組付け、下記の試験条件により、単
品による加振テストを行い、フレッティング発生面積を
測定した。得られた結果は、図１に示した。

【００２８】

【表１】

【００２９】〔試　　験　　条　　件〕引張荷重　　　
　　　　　　　　　２ｔｏｎ圧縮荷重　　　　　　　　
　　　　４．５ｔｏｎ周波数　　　　　　　　　　　　
　　１５Ｈｚサイクル数　　　　　　　　　　２×１０
６サイクル

【００３０】図１に示したように、比較例１
の未処理品に比べると比較例２および３はＣｕめっき層
および複合めっき層を設けたので、フレッティング発生
面積の減少が見られるが、未だ不充分である。

【００３１】これに対して本発明の実施例１および２で
は、裏金の最表面に形成した樹脂コーティング膜により
、直接コネクティングロッドと裏金材の金属接触が防止
され、特に樹脂コーティング層の固体潤滑材が高面圧下
での繰り返し荷重により、潤滑皮膜が形成されたので、
全くフッレティングの発生が見られず、本発明の優れた
効果が確認された。また、フレッティング発生防止に関
する本発明の効果は、コネクティングロッドの材質が、
スチールであってもアルミニウムであっても変わらない
ことが判明した。

【００３２】（実施例２）滑り軸受の裏金１の表面に、
実施例３〜実施例７として、固体潤滑材を５０重量％（
ＭｏＳ２＋ＰＴＦＥ）含有するエポキシ樹脂をエアスプ
レーで吹きつけ、表２に示す厚さの樹脂コーティング層
形成した。これら滑り軸受に、表２に示す表面粗さを有
する鉄系のコネクティングロッドを組付け、実施例１と
同じ試験条件により、単品による加振テストを行い、フ
レッティング発生面積を測定した。得られた結果は、図
２に示した。

【００３３】

【表２】

【００３４】図２から明らかなように、実施例３では処
理層の厚さが１μｍと薄いため、樹脂コーティング層が
試験初期でなくなり、充分なフレッティング防止効果が
現れなかった。一方、実施例５のように、処理層の厚さ
が１５μｍ以上になると、皮膜の密着強度が低下するこ
と、摩擦熱がコネクティングロッド側へ流れにくくなる
ことにより皮膜が圧縮変形を受けジャーナルと軸受のク
リアランスが大きくなること（すなわち、繰り返し荷重
が大きくなること）、また軸受の張りが低下することに
よって微動滑りが大きくなること等の理由で、実施例２
よりも耐フレッティング性が悪くなっている。

【００３５】また、実施例６のようにコネクティングロ
ッド側（軸受表面との当たり面）の表面粗さが大きくて
も（コーティングの厚さより大きい）、耐フレッティン
グ性は悪くなるので、コネクティングロッド側の表面粗
さは３．２Ｚ以下とすることが好ましいことが判明した
。

【００３６】本実施例により、コネクティングロッド側
の粗さが３．２Ｚ以下の状態において樹脂コーティング
の厚さは５〜１０μｍで良好な結果が得られることが確
認された。なお、コネクティングロッド側に本実施例と
同じ樹脂コーティング層を形成し、同じ試験条件により
、単品による加振テストを行っても、同様の効果が得ら
れることが確認されている。

【００３７】

【発明の効果】本発明の滑り軸受は、以上詳述したよう
にアルミニウム又は銅系の軸受合金層に裏金を重ね合わ
せてなる滑り軸受において、前記裏金の最表面および／
または前記裏金と接するコネクティングロッドに、Ｍｏ
Ｓ２、ＰＴＦＥおよびグラファイト等からなる固体潤滑
材を重量比で４０〜６０％を含んでなる樹脂コーティン
グ層を設けたものであって、樹脂コーティング層により
、直接コネクティングロッドと裏金の接触するのが防が
れその上、樹脂コーティング層中の固体潤滑材が、高面
圧下での繰り返し荷重により潤滑皮膜を形成するので、
フレッティングの発生を防止することができ、高負荷エ
ンジンの耐久信頼性を大幅に向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例と比較例の加振テスト後のフレ
ッティング発生面積を示す図である。

【図２】樹脂コーティング層の厚さおよびコネクティン
グロッドの表面粗さを種々に変化させた場合の加振テス
ト後のフレッティング発生面積を示す図である。

【図３】本実施例で用いた水平２分割型の滑り軸受の側
面図である。

【図４】図３の滑り軸受のＡ−Ａ断面図である。

【図５】樹脂コーティング層に含まれる固体潤滑材の重
量比とフレッティング発生面積との関係を示す線図であ
る。

【図６】ＭｏＳ２粒径とフレッティング発生面積の関係
を示す線図である。

【図７】樹脂コーティング層の膜厚とフレッティング発
生面積との関係を示す線図である。

【符号の説明】

１　　裏金 ２　　軸受合金層 ３　　樹脂コーティング層

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　アルミニウム又は銅系の軸受合金層に
   裏金を重ね合わせてなる滑り軸受において、前記裏金の
   最表面および／または前記裏金と接するコネクティング
   ロッドに、固体潤滑材として粒径が１〜２０μｍのＭｏ
   Ｓ２を重量比で４０〜６０％を含んでなる樹脂コーティ
   ング層を設けたことを特徴とする滑り軸受。
2. 【請求項２】　　前記固体潤滑材としてＭｏＳ２の他に
   ＰＴＦＥおよび／またはグラファイトを重量比でＭｏＳ
   ２の３分の１以下を含有させ、全体として重量比で４０
   〜６０％を含有させたことを特徴とする請求項第１項に
   記載の滑り軸受。