(57)【要約】【課題】軸部材を焼き付きにくくすることが可能なすべり軸受を提供する。【解決手段】円環状の内周面を有して、当該内周面で軸部材を摺動可能に支持するすべり軸受において、すべり軸受の内周面の少なくとも一部は、負の線膨張係数を有する物質で形成される。これによって、高温時にはすべり軸受が収縮して、低温時にはすべり軸受が膨張することにより、すべり軸受は軸部材に面当たりすることとなって、すべり軸受の焼き付きが発生しにくくなる。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円環状のすべり軸受のうち、軸部材を摺動可能に支持する内周面の少なくとも一部は、負の線膨張係数を有する物質で形成される、
ことを特徴とするすべり軸受。
【請求項２】
前記内周面全体が、負の線膨張係数を有する物質で形成される、
ことを特徴とする請求項１に記載のすべり軸受。
【請求項３】
前記内周面の少なくとも一方の端部が、負の線膨張係数を有する物質で形成される、
ことを特徴とする請求項１に記載のすべり軸受。
【請求項４】
前記物質は、ぺロブスカイト構造を有する物質である、
ことを特徴とする請求項１から請求項３のうちいずれか１項に記載のすべり軸受。
【請求項５】
前記物質は、ビスマス・ニッケル・鉄酸化物である、
ことを特徴とする請求項４に記載のすべり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、すべり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えばエンジンのクランクシャフト（軸部材）を支持する軸受には、潤滑油等による油膜を介して、回転する軸部材を支持するすべり軸受が用いられている。
【０００３】
このようなすべり軸受においては、例えば、軸部材が高速で回転している際に、油膜が切れて軸部材が軸受に接触（片当たり）することにより、軸受に傷が生じる、いわゆる焼き付きが発生する可能性がある。一旦焼き付きが発生すると、軸受を交換する必要があるため、すべり軸受を設計する際には、焼き付きを発生しにくくするための対策を行う必要がある。
【０００４】
例えば、特許文献１では、回転中に発生する軸部材の傾きに応じて、軸受の表面を予め切削加工している。これによって、軸部材に傾きがない場合は軸受の平坦部で軸部材を支持して、軸部材に傾きが発生した場合は軸受の切削加工した部分で軸部材を支持している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００３−１５６０４７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、この従来技術にあっては、クランクシャフトに傾きがない場合には、軸受の平坦部でクランクシャフトの荷重を受けるため、片当たりはないが、クランクシャフトの荷重を受ける受圧面積が減るため、軸受の負荷容量が下がり、耐焼き付き性が低下するという課題があった。
【０００７】
本発明は、軸部材を焼き付きにくくすることが可能なすべり軸受を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明は、円環状のすべり軸受のうち、軸部材を摺動可能に支持する内周面の少なくとも一部が、負の線膨張係数を有する物質で形成されることを特徴とする。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、第１の実施形態のすべり軸受の一例を示す図であり、（ａ）はすべり軸受の斜視図である。（ｂ）はすべり軸受のｘｚ断面図である。
【図２】図２は、すべり軸受の内周面全体をぺロブスカイト特性を有する物質で形成した例を示す図であり、（ａ）はクランクシャフトが傾きなくすべり軸受に面当たりしている状態を示す図である。（ｂ）はクランクシャフトが傾いた状態にある場合のすべり軸受の状態を示す図である。
【図３】図３は、比較例として、従来のすべり軸受において、クランクシャフトが傾いた場合のすべり軸受の状態の一例を示す図である。
【図４】図４は、第２の実施形態のすべり軸受の一例を示す図であり、軸受メタルの内周面のうち、両端部のみをぺロブスカイト特性を有する物質で形成したすべり軸受のｘｚ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（第１の実施形態）
本実施形態は、本発明のすべり軸受を、自動車用エンジンのクランクシャフトのすべり軸受に適用した例である。
（すべり軸受の構造の説明）
まず、図１を用いて、すべり軸受の構造について説明する。図１（ａ）は、すべり軸受１０ａの斜視図である。なお、以後の説明のため、図１（ａ）に示すように、すべり軸受１０ａの中心軸３０をｚ軸とし、中心軸３０に直交する方向を、それぞれｘ軸、ｙ軸とするｘｙｚ座標系を設定する。図１（ｂ）は、すべり軸受１０ａのｘｚ断面図である。なお、クランクシャフト２は、適用されるエンジンの気筒数、エンジンの形式等に応じた数のクランクジャーナルを備えており、これらのクランクジャーナルが、それぞれすべり軸受１０ａによって支持されている。すなわち、クランクシャフト２は、複数のすべり軸受１０ａによって支持されている。図１には、１か所のすべり軸受１０ａのみを示すが、図示しない他のすべり軸受１０ａも、全て同じ構造を備えている。
【００１１】
すべり軸受１０ａを形成する軸受メタル５は、中空状の円筒を直径方向に２等分した半割形状の金属部材（半割軸受メタル５ａ，５ｂ）であり、断面が半円弧状となっている。軸受メタル５は、図１（ｂ）に示すように、裏金１１とライニング層１２とオーバレイ層１３とを含む。すべり軸受１０ａは、半割軸受メタル５ａと半割軸受メタル５ｂとを円筒状に組み合わせることにより形成される。すべり軸受１０ａは、内部に形成される中空部分にて円柱状のクランクシャフト２を支持する。なお、クランクシャフト２は、軸部材の一例である。クランクシャフト２の外径Ｄ１は、すべり軸受１０ａの内径Ｄ２よりもわずかに小さく形成されている。クランクシャフト２の外周面３と、すべり軸受１０ａの内周面１５ａとの間に形成される隙間には、図１に不図示の潤滑油供給機構によって潤滑油（エンジンオイル）が供給されて、油膜１４が形成される。そして、すべり軸受１０ａの内周面１５ａ上を、油膜１４を介して、クランクシャフト２の外周面３が摺動する。
【００１２】
軸受メタル５は、曲率中心から遠い順に、裏金１１とライニング層１２とオーバレイ層１３とを順に積層した円環状の構造を有する。すなわち、裏金１１が軸受メタル５の最外層を構成し、オーバレイ層１３が軸受メタル５の最内層を構成する。裏金１１とライニング層１２とオーバレイ層１３とは、それぞれ円周方向に対して一定の厚みを有している。例えば、裏金１１の厚みは約１．３ｍｍであり、ライニング層１２の厚みは約０．２ｍｍであり、オーバレイ層１３の厚みは約１０μｍである。オーバレイ層１３の曲率中心側の表面の半径（軸受メタル５の内径）は約４０ｍｍである。オーバレイ層１３の内側（軸受メタル５の曲率中心側）の表面（円環状の内周面１５ａ）は、クランクシャフト２の摺動面を形成する。
【００１３】
裏金１１は、すべり軸受１０ａの強度を向上させる部材である。ライニング層１２は、軸受としての特性および性能、例えば、摩擦特性、耐焼付性、耐摩耗性、なじみ性、異物埋収性（異物ロバスト性）、および耐腐食性等の特性を改善するための層である。ライニング層１２は、軸受合金で形成される。軸であるクランクシャフト２との凝着を防ぐため、軸受合金と軸とは、いわゆる「ともがね」となることを避けるために、異なる材料が用いられる。例えば、クランクシャフト２が鋼で形成されていた場合、軸受合金としては、アルミニウム合金等、鋼とは異なる合金が用いられる。オーバレイ層１３は、ライニング層１２の摩擦係数、なじみ性、耐腐食性、および異物埋収性（異物ロバスト性）等の特性を改善するためのコーティング層として、樹脂系コーティングまたは金属めっきで形成される。
【００１４】
本実施形態において、すべり軸受１０ａを形成する軸受メタル５のうち、クランクシャフト２（軸部材）を摺動可能に支持する内周面１５ａの少なくとも一部は、温度が上昇すると体積が減少して、温度が下降すると体積が増加する、負の線膨張係数を有する物質で形成されている。特に、図１（ｂ）の軸受メタル５にあっては、内周面１５ａ全体が、負の線膨張係数を有する物質で形成されている。
【００１５】
ここで、内周面１５ａ全体を負の線膨張係数を有する物質で形成するとは、裏金１１、ライニング層１２、オーバレイ層１３の全体を負の線膨張係数を有する物質で形成してもよいし、裏金１１のみを負の線膨張係数を有する物質で形成してもよい。いずれの層を負の線膨張係数を有する物質で形成するかは、例えば、目標とするすべり軸受の変形量等に応じて、適宜決定すればよい。
【００１６】
すなわち、目標とするすべり軸受の変形量が、ライニング層１２およびオーバレイ層１３の厚みを超える場合には、少なくとも裏金１１を負の線膨張係数を有する物質で形成するのが望ましい。なお、この場合、ライニング層１２およびオーバレイ層１３は、負の線膨張係数を有する物質で形成してもよいし、形成しなくてもよい。一方、目標とするすべり軸受の変形量が、ライニング層１２およびオーバレイ層１３の厚みよりも小さくてもよい場合には、ライニング層１２またはオーバレイ層１３を負の線膨張係数を有する物質で形成するのが望ましい。なお、オーバレイ層１３が設けられない場合には、ライニング層１２を負の線膨張係数を有する物質で形成する。
【００１７】
負の線膨張係数を有する物質としては、ぺロブスカイト（Perovskite）がよく知られている。ぺロブスカイトは、物質の結晶構造名である。具体的な物質（化合物）としては、チタン酸カルシウム（ＣａＴｉＯ３）、チタン酸バリウム（ＢａＴｉＯ３）、ビスマス・ランタン・ニッケル酸化物（Ｂｉ０．９５Ｌａ０．０５ＮｉＯ３）、ビスマス・ニッケル・鉄酸化物（ＢｉＮｉ１−ｘＦｅｘＯ３）等がよく知られており、そのいずれの材料を用いてもよい。なお、負の線膨張係数がより大きい物質を用いると、すべり軸受の肉厚の変形量を、より大きく設定することができる。また、負の線膨張係数が大きい物質を用いると、当該物質の配合量を調整することによって、すべり軸受の肉厚の変形量を広範囲に亘って調整することが可能である。例えば、ビスマス・ニッケル・鉄酸化物は、負の線膨張係数が、−１８７×１０−６／℃と非常に大きいため、本実施形態における軸受メタル５の材料として好適である。
【００１８】
（すべり軸受の作用の説明）
次に、図２、図３を用いて、本実施形態のすべり軸受１０ａの作用について説明する。図２は、すべり軸受１０ａの内周面１５ａ全体をぺロブスカイト特性を有する物質で形成した例である。特に、図２（ａ）は、クランクシャフト２が傾きなくすべり軸受１０ａに面当たりしている状態を示す図である。図２（ｂ）は、クランクシャフト２が傾いた状態にある場合のすべり軸受１０ａの状態を示す図である。また、図３は、比較例として、クランクシャフト２が傾いた状態にある場合の、従来のすべり軸受２０の状態の一例を示す図である。なお、簡単のため、図２（ａ），図２（ｂ），図３において、ライニング層１２とオーバレイ層１３は省略している。
【００１９】
図２（ａ）に示すように、クランクシャフト２が傾いていない場合、すなわち、片当たりが発生していない場合は、すべり軸受１０ａは、クランクシャフト２と面当たりする。したがって、すべり軸受１０ａの幅方向（ｚ軸方向）両端の温度差は小さく、すべり軸受１０ａの両端で裏金１１の肉厚差は生じない。この場合、すべり軸受１０ａは、内周面１５ａ全体でクランクシャフト２の荷重を受ける。このため、すべり軸受１０ａの負荷容量が下がらず、耐焼き付き性は低下しない。
【００２０】
クランクシャフト２は、エンジンの運転中に撓みを生じ、図２（ｂ）に示すように、クランクシャフト２の中心軸３２が、すべり軸受１０ａの中心軸３０に対して傾きを生じる可能性がある。このように、クランクシャフト２に傾きθが生じると、クランクシャフト２がすべり軸受１０ａの幅方向（ｚ軸方向）両端部に片当たりする。この場合、本実施形態のすべり軸受１０ａによると、片当たりが発生するすべり軸受１０ａの幅方向両端部の温度が上昇する。すると、裏金１１を形成した物質のぺロブスカイト特性によって、裏金１１のうち片当たりが発生した部位が、温度の上昇に応じた量だけ収縮する。そのため、クランクシャフト２の傾きθに応じた量だけ裏金１１の肉厚が薄くなって、すべり軸受１０ａは、傾いたクランクシャフト２と面当たりすることになる。これによりすべり軸受１０ａの負荷容量が上がるため、耐焼き付き性が向上する。
【００２１】
なお、すべり軸受１０ａの内周面１５ａは、温度の上昇、すなわち、クランクシャフト２が傾くことによる接触圧力の上昇に応じた量だけ収縮する。すなわち、すべり軸受１０ａの内周面１５ａは、クランクシャフト２の個体差やエンジンの仕様によらずに、クランクシャフト２の傾きθに応じた量だけ収縮して、クランクシャフト２と面当たりする。
【００２２】
これに対して、従来のすべり軸受２０によると、図３に示すように、クランクシャフト２に傾きθが発生すると、クランクシャフト２は、すべり軸受２０の幅方向（ｚ軸方向）両端部に片当たりする。すると、片当たりした際の摩擦熱によってすべり軸受２０の幅方向両端部の温度が上昇（摺動発熱）するため、すべり軸受２０の焼き付きが発生する可能性が高まる。
【００２３】
ここで、図２（ａ）において、すべり軸受１０ａの幅Ｗが１５ｍｍ、すべり軸受１０ａとクランクシャフト２とのクリアランスＣが０．０２５ｍｍであるとする。このとき、クランクシャフト２の傾きθが、θ＝ｔａｎ-1（Ｃ／Ｗ）＝０．０９５°になると、クランクシャフト２とすべり軸受１０ａとは片当たりする。
【００２４】
クランクシャフト２が片当たりした際に、すべり軸受１０ａの両端、すなわち、片当たりした箇所と片当たりしていない箇所とで６５℃の温度差が発生したとする。このとき、裏金１１の肉厚Ｄが２ｍｍであり、裏金１１の材料の線膨張係数が−１８７×１０−６／℃であるとする。すると、すべり軸受１０ａの両端で発生する、軸受メタル５の肉厚差は、（１８７×１０−６）×Ｄ×６５＝０．０２４ｍｍとなる。したがって、すべり軸受１０ａの内周面１５ａの傾きは、ｔａｎ-1（０．０２４／Ｗ）＝０．０９３°となり、上記したクランクシャフト２の傾きθ＝０．０９５°と同等となる。すなわち、クランクシャフト２の傾きθと、すべり軸受１０ａの内周面１５ａの傾きと、が同等となって、クランクシャフト２はすべり軸受１０ａの内周面１５ａに面当たりする。
【００２５】
なお、負の線膨張係数を有する物質としてぺロブスカイトを使用する場合には、すべり軸受を使用する環境の温度範囲を考慮してすべり軸受１０ａの設計を行う必要がある。すなわち、低温になると、ぺロブスカイト特性を有する物質で形成された、例えば裏金１１は膨張する。このときにエンジンが始動すると、すべり軸受１０ａとクランクシャフト２とが接触してしまう可能性がある。そのため、低温で膨張した裏金１１が、クランクシャフト２に接触することがないように、温度変化に伴う、例えば裏金１１の変形範囲を事前に予測して、各部の寸法を設計する必要がある。
【００２６】
以上説明したように、第１の実施形態のすべり軸受１０ａは、クランクシャフト２（軸部材）を摺動可能に支持する軸受メタル５の内周面１５ａ全体を負の線膨張係数を有する物質で形成した。したがって、特別な加工方法を必要とすることなく、半割軸受メタル５ａ，５ｂを容易に製造することができる。また、クランクシャフト２の個体差やエンジンの仕様等によらずに、また、すべり軸受１０ａの温度によらずに、クランクシャフト２と軸受メタル５の内周面１５ａとを面当たりした状態とすることができる。
【００２７】
なお、第１の実施形態のすべり軸受１０ａは、エンジンのクランクシャフト２に適用するのが好適である。これは、昨今広く実用化している、アイドリングストップ機能を備えたエンジンにおいては、エンジンの回転／停止が頻発するため、クランクシャフト２の焼き付きが発生する可能性が増えるおそれがあり、焼き付きの発生を抑制する必要性が高まっているためである。
【００２８】
（第２の実施形態）
第１の実施形態では、軸受メタル５の内周面１５ａ全体をぺロブスカイト特性を有する物質で形成した。これに対して、第２の実施形態では、軸受メタル５の内周面１５ａの少なくとも一部のみをぺロブスカイト特性を有する物質で形成した例について説明する。ここでは、軸受メタル５の内周面１５ａの少なくとも一部とは、例えば、軸受メタル５の内周面１５ａの少なくとも一方の端部であるとするが、これに限られるものではない。
【００２９】
図４は、第２の実施形態のすべり軸受１０ｂの一例を示すｘｚ断面図である。すべり軸受１０ｂは、軸受メタル５の内周面１５ａの両端部のみを、ぺロブスカイト特性を有する物質で形成したものである。
【００３０】
すなわち、すべり軸受１０ｂは、すべり軸受１０ｂの幅方向（ｚ軸方向）両端部に、ぺロブスカイト特性を有する物質で形成された円環状の軸受メタル１６ａ，１６ｂを備える。この軸受メタル１６ａ，１６ｂの内周面１５ｂは、クランクシャフト２に傾きが発生した際に、実施形態で説明したのと同様に作用する。すなわち、すべり軸受１０ｂの幅方向両端部がぺロブスカイト特性を有する物質で形成されているため、軸受メタル１６ａ，１６ｂの内周面１５ｂのうち、クランクシャフト２が点当たりした部分が収縮することによって、クランクシャフト２はすべり軸受１０ｂの内周面１５ａに面当たりすることになる。なお、すべり軸受１０ｂは、軸受メタル５の内周面１５ａのうち、少なくとも一方の端部のみをぺロブスカイト特性を有する物質で形成しても、同様の効果が得られる。
【００３１】
以上説明したように、第２の実施形態のすべり軸受１０ｂは、クランクシャフト２（軸部材）を摺動可能に支持する軸受メタル５の内周面１５ａのうち、少なくとも一方の端部の内周面１５ｂを負の線膨張係数を有する物質で形成した。したがって、負の線膨張係数を有する物質の使用量を低減することができるため、すべり軸受１０ｂのコストを低減することができる。
【００３２】
そして、実施形態のすべり軸受１０ａ，１０ｂは、円環状の内周面１５ａ，１５ｂを有して、当該内周面１５ａ，１５ｂでクランクシャフト２（軸部材）を摺動可能に支持するすべり軸受であって、すべり軸受１０ａ，１０ｂの少なくとも一部は、負の線膨張係数を有する物質で形成される。したがって、クランクシャフト２がすべり軸受１０ａ，１０ｂに片当たりした際に、片当たりされた部位は、温度の上昇に応じた量だけ収縮する。そのため、クランクシャフト２がすべり軸受１０ａ，１０ｂに面当たりすることになるため、すべり軸受１０ａ，１０ｂを焼き付きにくくすることができる。また、すべり軸受の内周面を予め切削加工する必要がないため、クランクシャフト２が面当たりする部位を広く保ったままで、すべり軸受を焼き付きにくくすることができる。
【００３３】
また、実施形態のすべり軸受１０ａ，１０ｂは、当該すべり軸受１０ａ，１０ｂの内周面１５ａ，１５ｂの少なくとも一部を、ぺロブスカイト構造を有する物質で形成した。ぺロブスカイト構造を有する物質は、負の線膨張係数が大きいため、すべり軸受１０ａ，１０ｂの肉厚の変形量を大きく設定することができる。したがって、広い温度範囲に亘って、すべり軸受１０ａ，１０ｂとクランクシャフト２とを確実に面当たり状態とすることができるため、すべり軸受１０ａ，１０ｂを焼き付きにくくすることができる。
【００３４】
また、実施形態のすべり軸受１０ａ，１０ｂは、当該すべり軸受１０ａ，１０ｂの内周面１５ａ，１５ｂの少なくとも一部を、ビスマス・ニッケル・鉄酸化物で形成した。ビスマス・ニッケル・鉄酸化物は、負の線膨張係数が特に大きいため、すべり軸受１０ａ，１０ｂの肉厚の変形量をより一層大きく設定することができる。したがって、より広い温度範囲に亘って、すべり軸受１０ａ，１０ｂとクランクシャフト２とを確実に面当たり状態とすることができるため、すべり軸受１０ａ，１０ｂを焼き付きにくくすることができる。
【００３５】
本発明の実施形態を説明したが、これらの実施形態は、いずれも例示であり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これらの実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【００３６】
例えば、上記の各実施形態では、本発明のすべり軸受１０ａ，１０ｂをクランクシャフト２の軸受に適用した例を説明したが、本発明の適用範囲はこの限りではない。すなわち、すべり軸受１０ａ，１０ｂは、軸部材を摺動可能に支持するすべり軸受であれば適用可能であり、例えば、バキュームポンプの軸受等に適用してもよい。
【００３７】
また、上記の各実施形態では、負の線膨張係数を有する物質として、ぺロブスカイト特性を有する物質を用いる例を説明したが、負の線膨張係数を有する物質は、ぺロブスカイト特性を有する物質に限定されるものではない。すなわち、例えばガラス繊維等の材料を用いてもよい。
【符号の説明】
【００３８】
２                クランクシャフト（軸部材）
３                外周面
５，１６ａ，１６ｂ      軸受メタル
５ａ，５ｂ        半割軸受メタル
１０ａ，１０ｂ，２０    すべり軸受
１１              裏金
１２              ライニング層
１３              オーバレイ層
１４              油膜
１５ａ，１５ｂ    内周面
２２ａ，２２ｂ    環状溝部
２４ａ，２４ｂ    環状部材
３０，３２        中心軸
Ｄ１              外径
Ｄ２              内径
θ                傾き
【図１】
2019105356.tif 000003
【図２】
2019105356.tif 000004
【図３】
2019105356.tif 000005
【図４】
2019105356.tif 000006