(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受装置のハウジング側表面と半円弧状軸受背面との間に、１５０℃における引張強度が８ｋｇ／ｍｍ2以上、厚みが５〜２００μｍの半円弧状形状を有し、かつポリイミド，アラミド，ポリアミドイミド，及びサーモトロピック液晶ポリマーからなる群から選択された樹脂フィルムを、前記ハウジング及び前記半円弧状軸受に固定せず、これらに対して摺動するように、かつクランクシャフトの回転方向で並設されるように、介装したことを特徴とする内燃機関の軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、内燃機関の軸受装置に関するものであり、さらに詳しく述べるならば、例えば、コネクティングロッド軸受において軽金属又は鉄焼結材料製コネクティングロッド等のフレッティング摩耗を減少することができる軸受装置、あるいはメインベアリングにおいて軽量化のためにアルミニウムを使用したハウジングのフレッティング摩耗を減少することができる軸受装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、エンジン騒音低減の観点から軸受メタルとベアリングハウジングの間に硬質ゴム、フッ素樹脂などからなり、厚みが０．５〜１ｍｍの弾性体を介挿配置することが提案されている（実公昭６０−２７２２０号公報）。また防振の観点から軸受とハウジングの間に合成ゴム、合成樹脂等の緩衝材などを介装又は焼付することも提案されている（実開昭５３−１４６８４０号、実開昭５７−７１８１２号公報）。
【０００３】
近年、エンジンを軽量化するためにエンジンを構成する運動部品の軽量化が進められているが、そのひとつとしてコネクティングロッドを各種アルミニウム（合金）又は各種チタン（合金）などの軽金属を主体として構成することが検討されている。同様に鉄系焼結材によりコネクティングロッドの薄肉化を図ることも検討されている。
一方、コネクティングロッドとクランクシャフトを回転自在に嵌着するためにこれらの間に介在する軸受は、従来より、半円弧状の軟鋼板などの裏金とその上に形成されたアルミニウム合金やケルメットなどの軸受合金を主体としている。以下主にコネクティングロッドの例を挙げてフレッティング摩耗を説明するが、他の内燃機関部品についても同様の状況でフレッティング摩耗が起こるのである。
【０００４】
軽合金製コネクティングロッドにあっては、エンジンの高負荷又は高回転運転条件下においてコネクティングロッドの大端部と軸受背面の間で、これらの微小衝突や微小滑りなどが起こることに伴うフレッティング摩耗が発生し易く、鋼より軟質であるアルミニウムなどの軽金属は摩耗による疵、焼付き、凝着を起点として遂にはコネクティングロッドが折損を招く危険が懸念されている。また、薄肉の鉄系焼結材料を使用した場合は、通常の鍛造材料よりも強度が小さくなっているためやはりフレッティング摩耗あるいは疲労が懸念されている。
【０００５】
このようなフレッティング摩耗対策として特開平４−２８２０１３号においてはＭｏＳ2 を添加したエポキシ樹脂コーティングをコネクティングロッド大端部内面あるいは軸受メタルの外面のいずれかに焼付・固着することが提案されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者らは、従来、防振対策として提案されていた軸受背面とコネクティングロッド内面に合成ゴムあるいは合成樹脂を介装する構造（実開昭５７−７１８１２号公報等）をフレッティング摩耗防止に適用する検討を行ったところ、介装物を破壊から護るためには厚みを大きくして強度を高めることが必要であり、一方介装物の厚みが大きくなると、軸受性能が低下することを究明した。
【０００７】
一方、フレッティング摩耗防止の条件を提示する特開平４−２８２０１３号公報によると、ＭｏＳ2 を添加した樹脂コーティングの場合はコネクティンロッドの大端部内面と軸受背面で起こる微小滑り又は微小たたきによってＭｏＳ2 粉末の粒子が樹脂基材から多量に脱落して、膜の剥離を早めるという問題があることが分かった。
【０００８】
以上のような検討の結果、本発明者らは、フレッティング摩耗の対策としては厚みが適切な範囲の高強度樹脂介装物を使用することが有効であることを見出し、軸受の裏金と摺接する軽金属もしくは焼結材料製あるいはその他軽量材料製ハウジングのフレッティング防止することができる内燃機関用軸受装置を提供することに成功した。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
本発明は、軸受装置のハウジング側表面と半円弧状軸受背面との間に、１５０℃における引張強度が８ｋｇ／ｍｍ2以上、厚みが５〜２００μｍの半円弧状形状を有し、かつポリイミド，アラミド，ポリアミドイミド，及びサーモトロピック液晶ポリマーからなる群から選択された樹脂フィルムを、前記ハウジング及び前記半円弧状軸受に固定せず、これらに対して摺動するように、かつクランクシャフトの回転方向で並設されるように、介装したことを特徴とする内燃機関の軸受装置に関するものである。以下、ハウジングがコネクティングロッドである例につき本発明を説明する。
【００１０】
本発明において、軸受背面とコネクティングロッド内面の間に介装された樹脂フィルムは、コネクティングロッドと樹脂フィルムの間及び軸受と樹脂フィルムの間の２箇所で摺動するので、両摺動面の摩擦係数が等しいと仮定すると、樹脂コーティングを軸受とコネクティングロッドの何れかに固着した構造と比較して、各面当りの摺動距離が１／２になる。実際の摩擦係数は両摺動面で等しくないこともあるが、両面で摺動が起こるので樹脂フィルムの摩耗が起こり難くなる。また、通常コネクティングロッドは、軸受背面とコネクティングロッド内面との微小振動による凝着を起点として破損する。このため金属と凝着しにくい樹脂を使用することによりコネクティングロッドの破損を防止し、耐久性を向上させることができる。
【００１１】
樹脂フィルムは、１５０℃における引張強度が８ｋｇ／ｍｍ2 以上であることが必要であり、これを下回ると微小振動による繰返応力により樹脂フィルムが破壊するおそれがある。また樹脂フィルムは厚みが５μｍ未満であると破壊のおそれがあり、一方厚みが２００μｍを超えると樹脂フィルムが大きく変形して軸受性能が低下する。好ましい樹脂フィルムは１５０℃における引張強度が１２ｋｇ／ｍｍ2 以上でありかつ厚みが７〜５０μｍのものである。なお、本発明において引張強度を指標としたのはフィルムの強度として測定容易であり、またフレッティング条件下で破壊に耐える強度特性を良く代表するからである。また、引張り強度の測定温度を１５０℃としたのは、想定される軸受の最高温度に一致するからである。
また、引張強度の試験法はＡＳＴＭ  Ｄ−８８２に依る。
かかる樹脂の種類は特に限定されないが、ポリイミド、アラミド、ポリアミドイミド、サーモトロピック液晶ポリマーなどを好ましく使用することができる。
【００１２】
樹脂フィルムはフレッティング摩耗が起こり得る軸受背面の全体と同じ面積をもつことが好ましい。
【００１３】
本発明においては軸受としては通常のケルメットあるいはアルミニウム合金軸受を使用する。また、相手軸と当る面にはＰｂ，Ｓｎ系オーバレイもしくは樹脂系オーバレイを被着することができる。また裏金としては通常使用されている軟鋼板などを使用することができる。
【００１４】
以下、図面を参照し本発明の軸受装置をさらに詳しく説明する。
図１は、ピストン及びコネクティングロッドの斜視図であって、ピストン１１とアルミニウム系軽合金製コネクティングロッド１２の小端部１３とはピストンピン１８で接続されている。コネクティングロッド１２の大端部１５は２分割されていて、クランクシャフトを分割大端部に挟んだ後ボルト及びナットで固定される。２１はメインベアリング、２２はクランクワッシャである。
【００１５】
コネクティングロッド１２の大端部１５とクランクシャフトとの間には、アルミニウム合金などの軸受合金からなるライニングの外周には例えばＪＩＳ  ＳＰＣＣ規格の鋼板製裏金が圧接された半円弧状軸受１６が設置され、前者の回転に追随して回転する。
【００１６】
図２に示す１は半円弧状軸受１６の背面全体を覆う形状をもつ本発明に係る樹脂フィルムである。なお、樹脂フィルム１は作図の便宜状半円弧状軸受と同じ厚みをもつものとして図示されている。
樹脂フィルム１は半円弧状軸受１６とコネクティングロッド１２を組み立てる時に、これら軸受装置の要素１２、１６により軽く圧縮された状態にある。樹脂フィルム１はこれらの要素１２、１６と接着剤などを用いて固定されていてはならない。すなわち、内燃機関の運転中に、半円弧状軸受１６とコネクティングロッド１２の両方に対して樹脂フィルム１が摺動すること必要であり、逆に摺動を妨げるような接着が行われると樹脂フィルムが接着箇所から破壊してしまい、本目的を達成することができない。
【００１７】
図３には、樹脂フィルム１が介装された状態の軸受装置の断面図を概念的にしめす。図中、２は裏金、３は裏金と圧接されたライニンングであり、これらにより半円弧状軸受１６が作られている。４ａ，４ｂは樹脂フィルム１の上下の隙間である。
図４の（ａ）には樹脂フィルム１が半円弧状軸受１６とコネクティングロッド１５内面の間で圧縮されている状況を示す。１６ｐがこれら１、１５の間で摺動が起こる接触部である。同図の（ｂ）には、樹脂フィルム１がコネクティングロッド１５と半円弧状軸受との間の全面に存在する状況を示す。
【００１８】
【作用】
図４の（ａ）では樹脂フィルム１が介装されていない１６Ｐの部分においてフレッティング摩耗が進行し、図４の（ｂ）では樹脂フィルム１が介装されているためフレッティング摩耗が起こらない。なお、図４の（ｂ）では同図（ａ）より樹脂フィルムの膜厚が大きく示されているが、樹脂フィルムは半円弧状軸受装置１６とコネクティングロッド１５の接触を妨げるためには厚みが非常に薄くともよい。一方樹脂フィルム１が必要以上に厚いと、エンジンの爆発荷重などにより、フィルムが圧縮されオイルクリアランス等が変化し、耐焼付性などの軸受性能が低下する。
【００１９】
本発明においては、図４を参照して説明した樹脂フィルム１の機能が発揮されるように、１５０℃における引張強度が８ｋｇ／ｍｍ2 以上、厚みが５〜２００μｍの樹脂フィルムを介装しており、これにより長期に亘り軸受とハウジングとの直接接触が防止される。また、樹脂フィルムにはハウジングもしくは軸受に固定されていず介装された状態であるために、ハウジングと軸受の摺動に追随でき、摩耗が少ない。以上により内燃機関の軸受装置におけるフレッティング摩耗が減少される。
以下、実施例により本発明を詳しく説明する。
【００２０】
【実施例】
図５の表の軸受材料に、樹脂フィルムの介装（試料番号１〜８、１２）及び焼付によるコーティング（試料番号９〜１１）による試料を作製した。なおコネクティングロッドに該当する相手材としてはアルミニウム合金を選択し、下記条件で試験を行った。
【００２１】
試験条件
試験機：往復動荷重試験機
荷重  ：−１５〜＋３５ｋＮ
油温  ：１５０℃
周波数：５０Ｈｚ（３０００ｒｐｍ）
繰返し数：１０7 回
試験結果を図５の表に示す。
なお、アラミド膜、ポリイミド膜、四フッ化エチレン−六フッ化プロピレン共重合樹脂膜（ＦＥＰ）及びナイロン膜の１５０℃における引張り強度はそれぞ
【００２２】
図５の表に示すように、本発明の条件を充たす介装物は消失面積が少ないが、比較例のものは膜又は介装物が欠け、脱落し、破れ大きく消失した。
番号８の試料はフィルムの厚みが本発明範囲を超えるために、試料と相手材との間のクリアランスが大きくなり、軸受の変形が大になって焼付に至った。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように本発明に係る軸受装置によると，内燃機関の運転を再現する往復動荷重試験において樹脂の脱落面積が少ないので、内燃機関に使用したときには長期に亘って軸受の裏金とハウジングとの直接接触を防止することができることは明らかである。このためにハウジングのフレッティング摩耗が防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】ピストン及びコネクティングロッドの斜視図である。
【図２】本発明の樹脂フィルムの介装位置を示す図である。
【図３】本発明の軸受装置の要部を示す概念的断面図である。
【図４】本発明の樹脂フィルムの介装状態を示す図である。
【図５】  本発明の実施例及び比較例の試料の構成及び往復動荷重試験結果を示す図表である。
【符号の説明】
１  樹脂フィルム
２  裏金
３  ライニング
１１  ピストン
１２  コネクティングロッド
１３  小端部
１５  大端部
１６  軸受
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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