特許 7508844 回転すべり軸受及びその製造方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-06-24

(45)【発行日】2024-07-02

(54)【発明の名称】回転すべり軸受及びその製造方法

(51)【国際特許分類】

   F16C 33/10 20060101AFI20240625BHJP

   F16C 33/14 20060101ALI20240625BHJP

   F16C 17/02 20060101ALI20240625BHJP

   F16C 3/14 20060101ALI20240625BHJP

   B23K 26/354 20140101ALI20240625BHJP

【ＦＩ】

F16C33/10 Z

F16C33/14 Z

F16C17/02 Z

F16C3/14

B23K26/354

【請求項の数】 10

(21)【出願番号】P 2020073293

(22)【出願日】2020-04-16

(65)【公開番号】P2021025653

(43)【公開日】2021-02-22

【審査請求日】2023-02-06

(31)【優先権主張番号】P 2019145204

(32)【優先日】2019-08-07

(33)【優先権主張国・地域又は機関】JP

(73)【特許権者】

【識別番号】000003997

【氏名又は名称】日産自動車株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000486

【氏名又は名称】弁理士法人とこしえ特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】田井中 直也

(72)【発明者】

【氏名】松山 秀信

(72)【発明者】

【氏名】塩谷 英爾

(72)【発明者】

【氏名】内海 貴人

(72)【発明者】

【氏名】フナル アウレル

(72)【発明者】

【氏名】柴山 博久

(72)【発明者】

【氏名】荻谷 俊夫

(72)【発明者】

【氏名】熨斗 良次

【審査官】鈴木 貴晴

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１９－０４９３３０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－２５４４９２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００７－３３３００４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１２３７６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】米国特許第０７８６６８８８（ＵＳ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｃ ３／００－ ９／０６，

１７／００－１７／２６，

３３／００－３３／２８

Ｂ２３Ｋ ２６／００－２６／７０

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸受部材と、当該軸受部材と潤滑油を介して摺接する軸部材とを有する回転すべり軸受において、
前記軸部材は、その外表面に複数の凹部を有し、
前記凹部の少なくとも一部の内面は、凹凸面とされ、
前記凹部の開口端のうちの一対の長辺の開口端において、一方の長辺の開口端の曲率が、他方の長辺の開口端の曲率より小さい回転すべり軸受。

【請求項2】

前記凹部の少なくとも底面は、凹凸面とされている請求項１に記載の回転すべり軸受。

【請求項3】

前記凹部は、開口端の一辺が０．２６±０．０１ｍｍ及び０．０３±０．０１ｍｍ、深さが０．００７±０．００５ｍｍ、前記軸部材の摺接面の面積に対する開口端の面積の占有率が０．１９％±０．０７％である請求項１又は２に記載の回転すべり軸受。

【請求項4】

前記凹凸面の高さは、０ｍｍを超え、０．００２ｍｍ以下である請求項３に記載の回転すべり軸受。

【請求項5】

前記軸部材は、自動車用エンジンのクランクシャフトのクランクジャーナル又はクランクピンである請求項１～４のいずれか一項に記載の回転すべり軸受。

【請求項6】

軸受部材と、当該軸受部材と潤滑油を介して摺接する軸部材とを有する回転すべり軸受の製造方法において、
前記軸部材の外表面にレーザー光を照射して複数の凹部を形成し、
前記複数の凹部を形成したのち、前記軸部材の外表面に、前記軸部材の回転方向に沿って研削又は研磨を施し、前記凹部の開口端に生じた溶融層を除去する回転すべり軸受の製造方法。

【請求項7】

前記凹部の少なくとも一部の内面に、レーザー光を照射して凹凸面を形成する請求項６に記載の回転すべり軸受の製造方法。

【請求項8】

前記軸部材の外表面に、パルスレーザースポット光を重ねながら照射することで、前記凹部及び前記凹凸面を同時に形成する請求項７に記載の回転すべり軸受の製造方法。

【請求項9】

前記研削又は研磨を施して溶融層を除去したのち、前記軸部材の外表面に、前記軸部材の回転方向に沿って研削又は研磨をさらに施し、回転方向の後方側の開口端の曲率を、回転方向の前方側の開口端の曲率より小さくする請求項６～８のいずれか一項に記載の回転すべり軸受の製造方法。

【請求項10】

前記軸部材は、自動車用エンジンのクランクシャフトのクランクジャーナル又はクランクピンである請求項６～９のいずれか一項に記載の回転すべり軸受の製造方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、回転すべり軸受及びその製造方法に関するものである。

【背景技術】

【0002】

自動車用エンジンのクランクシャフトを支持するメインベアリングや、クランクピンを支持するコンロッドベアリングの内面の摺接面に、直径が０．０１～１．０ｍｍ，深さが０．００１～０．１ｍｍの円形凹部からなるテクスチャーを形成し、クランクシャフトやクランクピンとの接触面積を減らすことで摩擦抵抗を小さくする軸受部材が知られている（特許文献１）。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１７－２１７１０８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、上述した直径が０．０１～１．０ｍｍ，深さが０．００１～０．１ｍｍの円形凹部からなるテクスチャーは、摺接面の表面積が小さいため、潤滑油の保持性が低いという問題がある。

【0005】

本発明が解決しようとする課題は、潤滑油の保持性を高めることで耐焼き付け性に優れた回転すべり軸受及びその製造方法を提供することである。

【課題を解決するための手段】

【0006】

本発明は、軸部材の外表面に複数の凹部を形成し、当該凹部の少なくとも一部の内面を、凹凸面とすることによって上記課題を解決する。

【発明の効果】

【0007】

本発明によれば、複数の凹部の内面を凹凸面とすることで、潤滑油の濡れ性が良好となり、潤滑油の保持性が高まる。その結果、耐焼き付け性に優れた回転すべり軸受及びその製造方法を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】本発明の回転すべり軸受の一実施の形態を適用したクランクシャフトを示す正面図である。

【図2】図１のII部のクランクピンを拡大して示す図である。

【図3】本発明に係る凹部の形成例を示す正面拡大図である。

【図4】本発明に係る凹部及び凹凸面の形成例を示す正面拡大図及び断面図である。

【図5】本発明に係る凹部の形成方法の一例を示す正面図である。

【図6A】本発明に係る凹部の形成方法の他例を示す側面図である。

【図6B】図６ＡのVIB部を示す拡大断面図である。

【図7】本発明の回転すべり軸受の製造方法の一実施の形態において、クランクピンの摺接面に研削又は研磨を施す方法の一例を示す、図２のVII－VII線に沿う断面図である。

【図8】本発明に係る凹部を形成したのち、クランクピンの摺接面に研削又は研磨を施す方法の一例を示す拡大断面図（その１）である。

【図9】本発明に係る凹部を形成したのち、クランクピンの摺接面に研削又は研磨を施す方法の一例を示す拡大断面図（その２）である。

【図10】本発明の回転すべり軸受の製造方法の一実施の形態により製造された回転すべり軸受の作用効果を説明するための拡大断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の回転すべり軸受の一実施の形態であるクランクシャフト１を示す正面図である。本発明の回転すべり軸受及びその製造方法は、特に限定はされないが、自動車用エンジンのクランクシャフト１のクランクジャーナル１１やクランクピン１２などの軸部材を含む回転すべり軸受に適用することができる。図示するクランクシャフト１は、４気筒エンジンのクランクシャフトであって、エンジン側の軸受部材に支持されるクランクジャーナル１１と、ピストンのコネクティングロッドに連結されるクランクピン１２と、クランクジャーナル１１とクランクピン１２とを繋ぐクランクアーム１３と、ピストンの往復運動により生じる慣性力を軽減するためのバランスウェイト１４と、を備える。

【0010】

本実施形態の回転すべり軸受を構成する軸部材としてのクランクジャーナル１１は、図示しない半割状のメタルベアリングを介してエンジンブロックに支持されている。また、本実施形態の回転すべり軸受を構成する軸部材としてのクランクピン１２は、図示しない半割状のメタルベアリングを介してピストンのコネクティングロッドに連結されている。これらのメタルベアリングが、本実施形態の回転すべり軸受の軸受部材を構成する。そして、クランクジャーナル１１とメタルベアリング、クランクピン１２とメタルベアリングとは、潤滑油を介して摺動自在とされている。

【0011】

図２は、図１のII部のクランクピン１２を拡大して示す図である。符号ＣＬは、クランクピン１２の中心軸線を示す。以下、クランクピン１２を本発明の回転すべり軸受の軸部材の一例として説明し、クランクピン１２を軸部材２とも称する。ただし、本発明に係る軸部材は、クランクピン１２のほか、クランクジャーナル１１を同様の構成とすることにより、本発明を適用することができる。

【0012】

図２に示すように、中実軸状の軸部材２であるクランクピン１２にあっては、クランクピン１２の外表面の全体が図示しないメタルベアリングとの摺接面２１とされ、当該摺接面２１には、全体にわたって均等乃至均一に、複数の凹部２２が形成されている。図３は、本発明に係る凹部２２の形成例を示す正面図であり、図面における左右方向がクランクピン１２の中心軸線ＣＬの延在方向である。図３には、３つの凹部２２を示し、凹部２２の開口端の寸法Ｌ１，Ｌ２と、３つの凹部２２の開口端の位置関係に関する寸法Ｍ１，Ｍ２を示す。

【0013】

図３に示すように、１つの凹部２２の開口端は、長辺Ｌ１が０．２６ｍｍ±０．０１ｍｍ（２５０～２７０μｍ）、短辺Ｌ２が０．０３ｍｍ±０．０１ｍｍ（２０～４０μｍ）の両端が半円でその間が長方形とされ、深さＬ３（図４参照）が０．００７ｍｍ±０．００５ｍｍ（２～１２μｍ）とされている。また、図３に示すように、互いに隣接する２つの凹部の長辺方向に沿う間隔Ｍ１が１．８２ｍｍ±０．１ｍｍ、短辺方向に沿う間隔Ｍ２が２．６６ｍｍ±０．１ｍｍとされている。そして、これらの寸法関係により、クランクピン１２の摺接面２１の面積に対する凹部２２の開口端の面積の占有率は、０．１９％±０．０７％となる。

【0014】

なお、クランクピン１２の中心軸線ＣＬ方向に沿う一つの列の凹部２２と、その上下の列の凹部２２とは、図３に示すように、開口端の位置が千鳥状に配置されている。潤滑油を保持する凹部２２の配置を均等にするためである。

【0015】

図４は、本発明に係る凹部２２及び凹凸面２６の形成例を示す図であり、図４（Ａ）は、図３と同じく凹部２２の開口端を示す正面図、図４（Ｂ）はＢ－Ｂ線に沿う断面図、図４（Ｃ）はＣ－Ｃ線に沿う断面図、図４（Ｄ）はＤ－Ｄ線に沿う断面図である。図４（Ｂ）及び（Ｄ）に示すように、凹部２２は、開口端とほぼ同じ矩形状とされた底面２４と、当該底面２４の対向する一対の長辺からそれぞれ開口端の長辺に向かう一方の側壁面２５と、底面２４の対向する一対の短辺からそれぞれ開口端の短辺に向かう他方の側壁面２５と、いう５つの内面２３を含んで構成される。

【0016】

本発明に係る凹部２２を構成する５つの内面２３のうち、少なくとも底面２４は、平滑な面に比べて表面粗さが大きい凹凸面２６とされている。凹部２２の内面２３を凹凸面２６とすることで、潤滑油の濡れ性が良好となり、潤滑油の保持性が高まる。ただし、クランクシャフト１は回転するので、凹部２２に保持された潤滑油にも遠心力が作用する。ここで、遠心力の作用方向に沿う側壁面２５は、潤滑油が滑り易く保持力が相対的に小さいのに対し、底面２４は、遠心力の作用方向と直角であるため、潤滑油が滑り難く保持力が相対的に高いからである。

【0017】

図４に示す本実施形態の凹部２２においては、図４（Ｂ）に示すように、底面２４が凹凸面２６とされ、これに加えて図４（Ｃ）に示すように、当該底面２４の対向する一対の長辺からそれぞれ開口端の長辺に向かう一対の側壁面２５も凹凸面２６とされている。ここで、凹凸面２６の高さは、０ｍｍを超え、０．００２ｍｍ以下であることが好ましい。上述したように、凹部２２の深さＬ３が、０．００２～０．０１２ｍｍであるので、凹凸面２６の高さは、この凹部２２の深さＬ３を超えない高さにすることが好ましい。凹凸面２６の高さが凹部２２の深さを超えると、凹凸面２６がメタルベアリングと接触することで、クランクシャフト１の回転抵抗が増加するからである。

【0018】

図５は、本発明に係る凹部２２の形成方法の一例を示す正面図であり、符号ＣＬは、クランクピン１２の中心軸線を示す。本発明に係る凹部２２は、鍛造や転造などの塑性加工により形成することもできるが、ポンチなどの工具の交換頻度が大きくなることから、レーザー光を照射することにより凹部２２を形成することが好ましい。レーザー光を照射することで凹部２２を形成すると、レーザー光を照射した後の冷却に伴う焼き戻し効果によって、凹部２２の開口端が軟らかくなり、耐久性が向上するという効果もある。

【0019】

レーザー光を照射することで凹部２２を形成する場合、レーザー光とクランクピン１２との相対的な微小オシレート動作により凹部２２を形成してもよいが、加工時間を短縮するために、パルスレーザースポット光を重ねながら走査し、照射することが好ましい。たとえば、図５に示すレーザーマーキング装置３を用い、クランクピン１２の摺接面２１におけるレーザー光３１のスポット光３２のスポット径Ｄが０．０３ｍｍ±０．０１ｍｍとなるように、パルスレーザースポット光を、クランクピン１２の中心軸線ＣＬに沿って走査する。

【0020】

クランクピン１２の中心軸線ＣＬに沿う一列に複数の凹部２２を形成し終わるまでクランクピン１２は中心軸線ＣＬの周りに回転させず固定するが、一列の凹部２２を形成し終わると、クランクピン１２をその中心軸線ＣＬを中心にして次の列まで僅かに回転させ、再びパルスレーザースポット光を、クランクピン１２の中心軸線ＣＬに沿って走査する。一つの凹部２２を形成するには、図５の中図に示すように、パルスレーザースポット光が重なるように、パルスレーザースポット光をクランクピン１２の中心軸線ＣＬに沿って少しずつ走査する。これにより、同図の右図に示すように、一つの凹部２２が形成されるが、レーザー加工は、金属溶解によりポケットを加工する工法であり、凹部２２の底面２４は、溶解した金属が凝固した面となるため、特段の加工を施さなくても粗い面、すなわち凹凸面２６となる。

【0021】

図６Ａは、本発明に係る凹部２２の形成方法の他例を示す側面図、図６Ｂは、図６ＡのVIB部を示す拡大断面図である。クランクピン１２などの軸部材２の摺接面２１に形成する複数の凹部２２は、図４（Ｄ）に示すように、摺接面２１に対して直角方向に延在する凹部２２にするほか、図６Ｂに示すように、凹部２２を、クランクピン１２などの軸部材２の径方向に対し、角度αだけ傾斜して形成してもよい。図６Ｂに示す方向にクランクピン１２が相対的に回転すると、凹部２２の開口端の各辺のうちの長辺２２１に、摺接面２１に接触するメタルベアリング（不図示）からの押し付け荷重が最も作用する。図６Ｂに示すように、凹部２２を、クランクピン１２の径方向に対して角度αだけ傾斜させると、長辺２２１が鈍角になるのでメタルベアリングからの押し付け荷重の応力集中を緩和することができる。

【0022】

図６Ｂに示すように、凹部２２を、クランクピン１２の径方向に対して角度αだけ傾斜させるには、図６Ａに示すように、レーザーマーキング装置３をクランクピン１２の中心軸線ＣＬに対して角度αだけ傾斜させた状態で走査すればよい。

【0023】

本発明の回転すべり軸受の軸部材２は、図５～図６Ｂに示すような方法で凹部２２を形成したまま軸受として使用してもよいが、必要に応じて以下の研削又は研磨処理を施してもよい。図７は、クランクピン１２の外表面である摺接面２１に研削又は研磨を施す方法の一例を示す、図２のVII－VII線に沿う断面図である。実線矢印Ｘは、クランクシャフト１が内燃機関に組み込まれた場合のクランクピン１２の回転方向を示す。本実施形態に係るクランクピン１２に複数の凹部２２を形成したのち、クランクピン１２の摺接面２１に研磨紙などの研磨材４を当接し、クランクピン１２側を実線矢印Ｘ方向に回転させる。これにより、凹部２２の開口端、とくに一対の長辺の開口端２２２，２２３に、研削又は研磨が施される。なお、クランクピン１２の摺接面２１と研磨材４は、クランクピン１２側が相対的に実線矢印Ｘ方向に回転すればよいので、クランクピン１２側を固定し、研磨材４側を実線矢印Ｘとは反対方向に回転させてもよいし、クランクピン１２と研磨材４の両方を反対方向に回転させてもよい。この工程における研削代又は研磨代は、摺接面２１から隆起するバリ２８が摺接面２１と面一になる程度であることが好ましい。

【0024】

図５～図６Ｂに示すようにレーザー光を照射して凹部２２を形成すると、図８に示すように、溶融した金属が凝固し、凹部２２に溶融層２７が生じるが、凹部２２の開口端２２２，２２３に溶融層２７が隆起し、これがバリ２８になることが少なくない。このバリ２８は、完成品としてクランクピン１２に残ると、メタルベアリングが損傷する。そのため、クランクピン１２の摺接面２１に研削又は研磨を施すことにより、除去する。特に、レーザー加工により形成される凹部２２の開口端２２２，２２３のバリ２８は、硬度が低く脆弱になった溶融層２７であるため、研削又は研磨処理により容易に除去することができる。これにより、凹部２２の開口端２２２，２２３に生じたバリ２８がメタルベアリングを損傷することが抑制でき、耐久性が向上する。

【0025】

図９は、クランクピン１２の摺接面２１に研削又は研磨を施したのちの開口端２２２，２２３の形状の一例を示す拡大断面図である。実線Ｘは、クランクシャフト１が内燃機関に組み込まれた場合のクランクピン１２の回転方向を示す。クランクピン１２の摺接面２１に研削又は研磨を施して凹部２２の開口端２２２，２２３に生じたバリ２８を除去したのち、クランクピン１２の回転方向Ｘに沿ってさらに研削又は研磨を施すと、図９に示すように、開口端２２２，２２３は、なだらかな形状となる。ここで、クランクピン１２の回転方向Ｘに対し、後方側の開口端２２３の曲率は、回転方向Ｘに対し前方側の開口端２２２の曲率より小さく形成される。研削又は研磨をクランクピン１２の回転方向Ｘに沿って施すことにより、前方側の開口端２２２に比べて後方側の開口端２２３のほうが研磨材４に対面する面積が大きく、より大きい荷重を受けて積極的に除去されるからである。

【0026】

そして、研削又は研磨を施し、図１０に示すように、クランクピン１２の回転方向Ｘの前方側の開口端２２２の曲率が、後方側の開口端２２３に比べて大きく形成されると、前方側の摺接面２１に保持された潤滑油は、破線矢印方向に流出し難くなる。他方、クランクピン１２の回転方向Ｘの後方側の開口端２２３の曲率が、前方側の開口端２２２に比べて小さく形成されると、凹部２２に保持された潤滑油が、実線矢印方向に排出されて後方側の摺接面２１に保持され易くなる。これにより、摺接面２１における潤滑油の保持性がより向上する。

【0027】

以上のとおり、本実施形態の回転すべり軸受によれば、軸部材２は、その外表面に複数の凹部２２を有し、前記凹部２２の少なくとも一部の内面２３は、凹凸面２６とされているので、潤滑油の濡れ性が良好となり、潤滑油の保持性が高まる。その結果、耐焼き付け性に優れた回転すべり軸受を提供することができる。

【0028】

また本実施形態の回転すべり軸受によれば、凹部２２の少なくとも底面２４は、凹凸面２６とされているので、軸部材２に遠心力が作用しても、底面２４の凹凸面２６に保持された潤滑油は滑り難く保持力が高い。その結果、潤滑油の保持性がより一層高くなる。

【0029】

また本実施形態の回転すべり軸受によれば、凹部２２は、開口端の一辺が０．２６±０．０１ｍｍ及び０．０３±０．０１ｍｍ、深さが０．００７±０．００５ｍｍ、前記軸部材２の摺接面２１の面積に対する開口端の面積の占有率が０．１９％±０．０７％、凹凸面２６の高さは、０ｍｍを超え、０．００２ｍｍ以下であるため、潤滑油の濡れ性が良好となり、潤滑油の保持性が高まると同時に、凹凸面２６がメタルベアリングと接触することで、クランクシャフト１の回転抵抗が増加することを抑制することができる。

【0030】

また本実施形態の回転すべり軸受によれば、凹部２２は軸部材２の径方向に対し傾斜して形成されているので、軸受部材であるメタルベアリングからの押し付け荷重の応力集中を緩和することができる。

【0031】

また本実施形態の回転すべり軸受によれば、凹部２２の開口端のうちの一対の長辺の開口端２２２，２２３において、一方の長辺の開口端２２３の曲率が、他方の長辺の開口端２２２の曲率より小さく形成されているので、摺接面２１における潤滑油の保持性を向上させることができる。

【0032】

また本実施形態の回転すべり軸受の製造方法によれば、軸部材２の外表面にレーザー光を照射して複数の凹部２２を形成するので、レーザー光を照射した後の冷却に伴う焼き戻し効果によって、凹部２２の開口端が軟らかくなり、耐久性が向上する。

【0033】

また本実施形態の回転すべり軸受の製造方法によれば、凹部２２の少なくとも一部の内面２３に、レーザー光を照射して凹凸面２６を形成するので、凹凸面２６を容易に形成することができる。

【0034】

また本実施形態の回転すべり軸受の製造方法によれば、軸部材２の外表面に、パルスレーザースポット光を重ねながら照射することで、前記凹部２２及び前記凹凸面２６を同時に形成するので、加工時間（タクトタイム）を短縮させながら、容易に凹部２２と凹凸面２６を形成することができる。

【0035】

また本実施形態の回転すべり軸受の製造方法によれば、複数の凹部２２を形成したのち、軸部材２の外表面に、軸部材の回転方向Ｘに沿って研削又は研磨を施し、凹部２２の開口端２２２，２２３に隆起した溶融層（バリ２８）を除去するので、メタルベアリングの損傷が抑制でき、耐久性を向上させることができる。

【0036】

また本実施形態の回転すべり軸受の製造方法によれば、凹部２２の開口端２２２，２２３に隆起した溶融層（バリ２８）を除去したのち、軸部材２の外表面に、軸部材２の回転方向Ｘに沿って研削又は研磨をさらに施し、軸部材２の回転方向Ｘの後方側の開口端２２３の曲率を、回転方向の前方側の開口端２２２の曲率より小さく形成するので、摺接面２１における潤滑油の保持性を向上させることができる。

【符号の説明】

【0037】

１…クランクシャフト
１１…クランクジャーナル
１２…クランクピン
１３…クランクアーム
１４…バランスウェイト
２…軸部材
２１…摺接面
２２…凹部
２３…内面
２４…底面
２５…側壁面
２６…凹凸面
３…レーザーマーキング装置
３１…レーザー光
３２…スポット光
ＣＬ…中心軸線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6A】

【図6B】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】