JPH10103339A - 軸受装置 - Google Patents
軸受装置Info
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- JPH10103339A JPH10103339A JP25907396A JP25907396A JPH10103339A JP H10103339 A JPH10103339 A JP H10103339A JP 25907396 A JP25907396 A JP 25907396A JP 25907396 A JP25907396 A JP 25907396A JP H10103339 A JPH10103339 A JP H10103339A
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Abstract
耐摩耗性の向上を図り、長期にわたる安定動作を実現で
きるようにすること。 【解決手段】両端が支持部8に固定される軸9に対して
針状ころ11を介して外輪要素10が回転自在に支持さ
れる軸受装置7であって、軸9が少なくともその針状こ
ろ軌道領域を硬化処理した金属材で形成され、この軸9
の外周面に対して、含ふっ素ポリウレタン高分子化合物
の固体膜12が形成されている。この固体膜12は、分
子間がウレタン結合した3次元の網状構造であって、従
来例の膜に比べて発塵性や潤滑性が格段に優れている。
Description
定される軸に対して針状ころを介して外輪要素が回転自
在に支持される軸受装置に関する。この種の軸受装置と
して、例えば、自動車エンジンのカムフォロワやコネク
ティングロッドの大端部や小端部などが挙げられる。
やコネクティングロッドの大端部および小端部などの使
用環境は、潤滑油により潤滑されるが、この潤滑油が希
薄となりやすいなど、潤滑条件がかなり苛酷になってい
る。特に、運転初期において潤滑条件が厳しいものとな
る。
件が厳しいと、軸の特に針状ころ軌道領域が早期段階に
て摩耗しやすくなり、軸と外輪要素との間のがたつきが
増大するなど、カムフォロワやコネクティングロッドに
おける動作性能が低下することになる。
に、金、銀、鉛、銅などの軟質金属、あるいはカーボン
や二硫化モリブデンなどの固体潤滑剤を膜状にコーティ
ングして、摺接部分の潤滑を行うことを考えたが、上述
した状況では、これらの膜が早期段階で部分的に剥離、
摩耗するなど、軸の保護作用をあまり長く継続すること
ができないと言える。
て、軸の針状ころ軌道領域の耐摩耗性の向上を図り、長
期にわたる安定動作を実現できるようにすることを目的
としている。
端が支持部に固定される軸に対して針状ころを介して外
輪要素が回転自在に支持されるもので、軸が少なくとも
その針状ころ軌道領域を硬化処理した金属材で形成さ
れ、この軸の外周面に対して、含ふっ素ポリウレタン高
分子化合物の固体膜が形成されている。
結合した3次元の網状構造を有するものとするのが好ま
しい。また、固体膜に流動可能な含ふっ素重合体を分散
添加するのが好ましい。さらに、この流動可能な含ふっ
素重合体としては官能基を有していないもの、例えば官
能基なしのパーフルオロポリエーテルなどの含ふっ素重
合体とするのが好ましい。
っ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜を介在した接触
となるが、この固体膜は分子間が密に詰まった均質な構
造であって、従来例の膜に比べて潤滑性、耐摩耗性が格
段に優れているとともに、固体膜による軸の保護作用が
長期的に継続できるようになる。
の固体膜に含ふっ素重合体を流動可能な状態で分散添加
している場合では、この流動可能な含ふっ素重合体が膜
表面から滲み出て潤滑作用に寄与する。
図8に示す実施形態に基づいて説明する。
うなカムフォロワを例に挙げる。図1は、OHV型式エ
ンジンの動弁機構の概略構成図、図2は、OHC型式エ
ンジンの動弁機構の概略構成図、図3は、図1のカムフ
ォロワの縦断面図、図4は、図1のカムフォロワの横断
面図である。
シュロッド2を上下動させることによりその上端と連動
するロッカアーム4を揺動させて、このロッカアーム4
の揺動でバルブ5を開閉動作させるようになっており、
ロッカアーム4の下端のラッシュアジャスタ6の下部に
カムフォロワ7が設けられている。
的にロッカアーム4を揺動させて、このロッカアーム4
の揺動でバルブ5を開閉動作させるようになっており、
ロッカアーム4の端部にカムフォロワ7が設けられてい
る。
ように、一対のアーム8,8に両端が固定された軸9
と、アーム8,8間で軸9に対して回転可能に外嵌され
る外輪要素としてのローラ10と、軸9とローラ10と
の間に介装される複数の針状ころ11とを含む。なお、
アーム8に対する軸9の固定方法は、アーム8の貫通孔
に対して軸9の両端を嵌入してから軸9の両端をかしめ
ることによりなされている。
格SUJ−2などの軸受鋼、JIS規格S45Cなどの
炭素鋼などで形成され、軸9の針状ころ軌道領域が硬化
されている。この硬化処理としては、例えば部分的に高
周波焼入れを行う方法、あるいは全体の焼入れ、焼き戻
し後に両端を焼なましする方法などが考えられる。
っ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜12が形成され
ている。この固体膜12は、−CXF2X−O−という一
般式(Xは1〜4の整数)で示される単位を主要構造単
位とし、いずれも平均分子量が数百万以上で硬化反応に
より分子間がウレタン結合した3次元の網状構造を有し
ている。3次元の網状構造とは、化学構造上の表現であ
って、膜の断面が網状になっているのではなく、分子間
が網状のように連続してつながって密に詰まった均質な
構造になっていることを意味している。このような化合
物としては、下記化学式1に示すような末端がイソシア
ネートの官能基付き含ふっ素重合体を用いて、化学構造
を変化させたものとすることができる。前述の末端がイ
ソシアネートの官能基付き含ふっ素重合体としては、パ
ーフルオロポリエーテル(PFPE)の誘導体、具体的
に例えばモンテカチーニ社の商品名フォンブリンZ誘導
体(FONBLIN Z DISOCなど)が好適に用いられる。
を説明する。
物の固体膜12を得るための溶液を用意し、この溶液中
に軸9を浸漬することにより、軸9の表面全面に液状膜
を付着させる(付着処理)。ここで用意する溶液は、末
端がイソシアネートの官能基付き含ふっ素重合体〔フォ
ンブリンZ誘導体(FONBLIN Z DISOC)〕を希釈溶媒
(ふっ素系溶剤SV90D)で含ふっ素重合体の濃度を
1mass%にまで希釈したものである。
0℃で約1分間加熱し、液状膜に含む溶媒を除去する
(乾燥処理)。この時点では、液状膜のままであり、流
動性を有している。
で20時間、加熱する(硬化処理)。これにより、液状
膜の化学構造が変化することにより硬化反応して含ふっ
素ポリウレタン高分子化合物の固体膜12が得られる。
ちなみに、この硬化処理では、液状膜に存在している官
能基付き含ふっ素重合体の個々について、下記化学式2
〜5に示すような4種の硬化反応でもって末端のイソシ
アネート(NCO)が消失し、各官能基付き含ふっ素重
合体が互いにウレタン結合することにより3次元の網状
構造となる。ウレタン結合は、化学式2,3に示すよう
な硬化反応でもって、図5(a)に模式的に示すように
直線的に架橋するとともに、化学式4,5に示すような
硬化反応でもって、図5(b)に模式的に示すように3
次元方向で架橋する。なお、図5では、下記化学式6に
示すように、上記化学式1を簡略化して模式的に表して
いる。
っ素ポリウレタン高分子化合物の固体膜12を好適な膜
厚で形成することができる。なお、(a)、(b)は必
要に応じて数回繰り返すようにしてもよく、最終的に
は、用途に応じて、含ふっ素ポリウレタン高分子化合物
の固体膜12の膜厚を例えば0.1〜3μmの範囲で適
宜に設定することができる。
しただけの状態(流動性がある状態)と、(a)で用意
した溶液をステンレス鋼板などの試料に付着して硬化し
た状態とについて、その性状を分析したので説明する。
外分光、液膜法)で分析している。その結果は、図6の
グラフに示すように、ふっ素系のピーク以外にNH(3
300cm-1)、N=C=O(2279cm-1)、N
(H)C=O(1712cm-1,1546cm-1)、ベ
ンゼン(1600cm-1)などのピークが見られ、ベン
ゼン環、ウレタン結合、イソシアネートが官能基として
存在していることが確認できる。ここでは、薄膜と厚膜
との場合についてそれぞれ調べているが、膜厚に関係な
く分析が行えた。後者は、FT−IR法(フーリエ変換
−赤外分光、高感度反射法)で分析している。その結果
は、図7のグラフに示すように、ベンゼン環やウレタン
結合のピークが見られるが、イソシアネートのピークが
見られない。つまり、これらの結果に基づき、上記化学
式2〜5に示す硬化反応による官能基の化学構造変化が
確認される。
化合物の固体膜12は、それ自体が3次元の網状構造を
もって、被覆対象上に緻密に被覆されるとともに自己潤
滑性を有するため、軸9に対する針状ころ11の転動、
摺動時において、摩耗、剥離といった発塵を抑制できる
ようになるなど、潤滑性、耐摩耗性に優れたものとなっ
ている。このため、固体膜12による保護作用が長期的
に継続できるようになり、軸9の焼き付きや異常摩耗を
長期にわたって抑制することができる。
滑油が希薄となりやすいなど、潤滑条件がかなり苛酷に
なる状況であっても、軸9や針状ころ11の焼き付きや
異常摩耗といった不具合の発生を回避できるようにな
り、軸9とローラ10との間のがたつきの発生を長期に
わたって抑制することができて、カムフォロワ7におけ
る動作性能を安定に維持できるようになる。しかも、固
体膜12は、カムフォロワ7周辺の潤滑油に対してなじ
みにくいため、潤滑油中に含まれる異物が軸9の針状こ
ろ軌道領域に保持されずに済むなど、針状ころ11と軸
9との間に前述の異物がかみ込むといった現象が発生し
なくなる。
記実施例で説明した含ふっ素ポリウレタン高分子化合物
の固体膜12について、分子間がウレタン結合した3次
元の網状構造中に、フルオロポリエーテルなどの含ふっ
素重合体を流動可能に分散添加した構造とすることもで
きる。この場合、具体的に、上記実施例での形成方法の
(a)の付着処理において、用意する溶液を、末端がイ
ソシアネートの官能基付き含ふっ素重合体〔例えば商品
名フォンブリンZ誘導体(FONBLIN Z DISOCなど)〕
と、含ふっ素化合物として官能基なし含ふっ素重合体
〔例えば商品名フォンブリンZ誘導体(FONBLIN Z-60な
ど)〕とを所定の割合で混合したものとすればよい。こ
の場合では、(c)の硬化処理において、官能基なし含
ふっ素重合体が、官能基付き含ふっ素重合体と結合しな
いので、これが、含ふっ素ポリウレタン高分子化合物の
固体膜5の内部において流動可能となり、膜表面から滲
み出るなどして潤滑作用を発揮することになる。なお、
含ふっ素重合体としては、前述の官能基なし含ふっ素重
合体のみに限定されず、化学式7,8,9に示すような
官能基付き含ふっ素重合体とすることができる。
るものではなく、種々な応用や変形が考えられる。
処理については、加熱に代えて、紫外線、赤外線、γ
線、電子線などの電磁波(光)のエネルギーを利用する
ことができる。
処理は、省略してもよい。
レタン高分子化合物の固体膜12を軸9だけに形成して
いるが、針状ころ11にも形成してもよい。
レタン高分子化合物の固体膜12を軸9の全表面に形成
しているが、軸9の針状ころ軌道領域だけに形成して、
軸方向両端部位に形成しなくてもよい。この場合、不要
箇所をマスキングして上記(a)の処理を行えばよい。
カムフォロワ7を引用しているが、図8に示すようなコ
ネクティングロッド20の大端部21、小端部22の支
持部分も軸受装置として機能するので、ここに本発明を
適用できる。この場合、大端部21および小端部22が
外輪要素となり、クランクシャフト23のピン24およ
びピストン25のピン26がそれぞれ軸となる。この例
では、ピン26の全表面に固体膜12を形成している
が、針状ころ11や保持器13にも固体膜12を形成し
てもよい。
ング膜に比べて剥離、欠落、摩耗が抑制できるととも
に、転動、摺動抵抗を軽減できる含ふっ素ポリウレタン
高分子化合物の固体膜を軸に形成しているから、軸に対
する針状ころの転動、摺動時において、固体膜による該
転動、摺動部位の保護作用が長期的に継続できるように
なり、軸の焼き付きや異常摩耗を長期にわたって抑制す
ることができる。
コネクティングロッドとした場合では、潤滑油が希薄と
なりやすいなど、潤滑条件がかなり苛酷になる状況であ
っても、軸や針状ころの焼き付きや異常摩耗といった不
具合の発生を回避できるようになり、軸と外輪要素との
間のがたつきの発生を長期にわたって抑制することがで
きて、カムフォロワやコネクティングロッドにおける動
作性能を安定に維持できるようになる。しかも、固体膜
は、カムフォロワやコネクティングロッド周辺の潤滑油
に対してなじみにくいため、潤滑油中に含まれる異物が
軸の針状ころ軌道領域に保持されずに済むなど、針状こ
ろと軸との間に前述の異物がかみ込むといった現象が発
生しなくなる。
ンの動弁機構の概略構成図
ジンの動弁機構の概略構成図
物の固体膜の構造を模式的に表した構造図
硬化前の状態での性状分析結果を示すグラフ
硬化後の状態での性状分析結果を示すグラフ
ロッドの概略構成図
Claims (4)
- 【請求項1】 両端が支持部に固定される軸に対して針
状ころを介して外輪要素が回転自在に支持される軸受装
置であって、 軸が少なくともその針状ころ軌道領域を硬化処理した金
属材で形成され、この軸の外周面に対して、含ふっ素ポ
リウレタン高分子化合物の固体膜が形成されている、こ
とを特徴とする軸受装置。 - 【請求項2】 前記固体膜は、分子間がウレタン結合し
た3次元の網状構造を有している、請求項1に記載の軸
受装置。 - 【請求項3】 前記固体膜は、流動可能な含ふっ素重合
体が分散添加されている、請求項1または2に記載の軸
受装置。 - 【請求項4】 前記流動可能な含ふっ素重合体が官能基
を有していない、請求項3に記載の軸受装置。
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1996
- 1996-09-30 JP JP25907396A patent/JP3857366B2/ja not_active Expired - Fee Related
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