JP2003156047A - クランクジャーナルの軸受け装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 エンジン運転時にクランクシャフトの弾性変
形によりクランクジャーナルが傾斜し、主軸受けに片当
たりによる偏荷重を及ぼすおそれがある場合に受圧面を
クランクジャーナルの傾斜に応じて拡大し、荷重力を分
散平準化し、長期間安定してエンジンを運転できるクラ
ンクシャフトの軸受け装置を提供する。 【解決手段】 クランクシャフトのジャーナルを回転自
在に支持する主軸受け装置の下側平軸受けメタル３の内
周面を、エンジンの運転中に同主軸受け面に作用するク
ランクジャーナルの傾きと偏荷重の度合いに応じてその
傾き方向Ｌに沿って漸次深くなるように切削部３ｂを切
削加工した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、ディーゼルエン
ジンやガソリンエンジンなどの往復動内燃機関や往復動
外燃機関や往復ポンプや往復圧縮機などの往復動機械に
おいて、回転運動と往復運動とを相互に変換するための
クランクシャフトのジャーナル（クランクジャーナル：
主軸ともいう）を回転自在に支持するための主軸受け装
置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図６に示すように、クランク機構１０
は、一般的にクランクシャフト１１とそのクランクジャ
ーナル（回転主軸）１２の部分を回動自在に支持する主
軸受装置から構成されている。主軸受装置は、一般的に
上下に二分割された半円筒形の平軸受けメタル３・４
（図３参照）を備えている。そして主軸受装置に回動自
在に支持されるクランクジャーナル１２・１２間におい
て、軸方向に間隔をあけて一対の相対向するクランクウ
エブ（クランクアーム）１５がクランクジャーナル１２
端に一体に連結され、これらのクランクウエブ１５・１
５間がクランクジャーナル１２の連結位置と相反する
（最も離間した）位置でクランクピン１４により連結さ
れている。たとえばクロスヘッド型内燃機関の場合に
は、シリンダ（気筒）内のピストンにクロスヘッドピン
を介して一端が連結されたコンロッドの他端がクランク
ピン１４に連結される。また、右端のクランクジャーナ
ル１２の外周面端部には、入出力用の外向きフランジ５
が一体に形成されている。なお、図中の符号２は軸受け
台、３は下側平軸受けメタル、４は上側平軸受けメタ
ル、６は軸受けキャップである。

【０００３】ところで、近年、たとえば舶用機関のディ
ーゼルエンジンにおいて、省燃費化を図るためにピスト
ンのストロークを長くする、いわゆるロングストローク
化を図る傾向が強い。これは、ロングストロークにする
と、燃焼室内の燃焼ガスが新気と置き換わり易くなるた
めに、燃焼状態が改善され熱効率が良好になるために省
燃費化を図れるからに他ならない。しかしながら、その
反面、クランクウエブが延長された分だけ変形し易くな
り、クランクシャフトにシリンダ内の爆発力とピストン
の慣性力が加わって一回転するたびにクランクシャフト
が弾性変形して軸線方向Ｓ（図１参照）に対してクラン
クジャーナルが傾斜し、このジャーナルを支持する主軸
受けの内周面には前記力とともにジャーナルとの片当た
りによる大きな偏荷重が作用する。そして、この状態が
継続すると、ジャーナル部分の外周面に接触して支持し
ている主軸受けメタルが短期間で摩耗・損傷したり、主
軸受けメタルの表面にライニング等がされている場合に
はそれが剥げ落ちたりするおそれがある。

【０００４】そこで、上記のような不都合を解消する対
策として、下記の公報に記載の方法が提案されている。

【０００５】 特開平６−３０７４３０号：クランク
シャフトの複数のジャーナルを支持する各主軸受けに作
用する軸受け荷重に応じて各主軸受けの少なくとも高さ
をそれぞれ設定し、各主軸受けの強度・剛性をバランス
よく維持する。

【０００６】 特開平９−１４４７５９号：二分割さ
れた半円筒状下側主軸受けメタルの下面側を支持する軸
受けサドル（軸受け台）に多数の凹穴を設けることによ
り、クランクジャーナルの片当たりにより発生する高い
油膜圧力を弾性変形させて分散平準化する。

【０００７】 実開平２−１３０４１９号：クランク
シャフトの軸部をつづみ形に形成するとともに、軸受け
部の軸線方向中央部付近を軸線とほぼ平行な直線部を有
する筒状面とする一方、軸受け部の両側軸端部を軸部の
つづみ形凹曲面に対してほぼ均一な隙間を形成する凸曲
面とすることにより、低速回転時には中央部付近が油の
保持能力を発揮するとともに、高速回転時には両側軸端
部の均一な軸受け隙間が流路抵抗を低く抑えて軸受け部
の冷却作用を向上させ、油の粘度を適正に保たせる。

【０００８】 特開平１０−２５９８１９号：軸線方
向のスラスト力を受ける軸受け部において、クランク軸
と接触する面をテーパ状に形成することにより、スラス
ト力により軸受け部が変形し、軸受け部の内面にクラン
ク軸が局部当たりすることによる過大な面圧が発生する
のを防止する。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記し
た各公報に記載の対応方法では、次のような不都合が残
る。すなわち、 特開平６−３０７４３０号の場合、クランクジャー
ナルの傾斜による片当たりには効果が少ない。

【００１０】 特開平９−１４４７５９号の場合、主
軸受けおよびその周辺の軸受け台などの強度が低下す
る。

【００１１】 実開平２−１３０４１９号の場合、主
軸受けおよびクランク軸の構造が複雑になって、コスト
アップの要因になる。

【００１２】 特開平１０−２５９８１９号の場合、
軸線方向のスラスト力を受ける軸受け部の軸受けが対象
になるが、本発明の対象とするクランクジャーナルの傾
斜への対応が目的でないので、そのまま適用できない。

【００１３】この発明は上述の点に鑑みなされたもの
で、エンジン運転時にクランクシャフトが爆発力等を受
けて弾性変形によりクランクジャーナルが傾斜し、主軸
受けに偏荷重を及ぼすおそれがある場合にその受圧面を
クランクジャーナルの傾斜と偏荷重に応じて拡大し、荷
重力を分散平準化し、長期間安定してエンジンを運転で
き、構造が簡単で製作が容易なクランクジャーナルの軸
受け装置を提供しようとするものである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに本発明に係るクランクジャーナルの軸受け装置は、
クランクシャフトのジャーナル部分を回転自在に支持す
る主軸受けの内周面を、エンジンの運転中に同主軸受け
面に作用する前記ジャーナルの傾きと偏荷重の度合いに
応じてその傾き方向に沿って漸次深くなるように切削し
たことを特徴とするものである。

【００１５】上記の構成を有する請求項１記載のクラン
クジャーナルの軸受け装置によれば、たとえばエンジン
のシリンダからの爆発力を受けてクランクジャーナルが
主軸受けに対して傾斜しても、このジャーナルの傾斜方
向に沿って主軸受けの内周面が切削されているので、ジ
ャーナルは主軸受けの傾斜切削された内周面で支持され
ているから、荷重力は分散平準化され、局部的に過大な
荷重が主軸受けに作用する、いわゆる片当たりがない。
つまり、クランクシャフトの各ジャーナルが正規の軸線
方向に対して一方へ傾斜しても、主軸受けの内周面にほ
ぼ均等に荷重が作用する面があるで、短期間で主軸受け
が摩耗したり損傷したりすることがなく、長期にわたり
安定して使用できる。

【００１６】請求項２に記載のように、前記主軸受けの
内周面に、クランクシャフトの正規の中心軸線に平行で
平坦な周面を加工した上で、その一部に前記クランクジ
ャーナルの傾きと偏荷重の度合いに応じて傾き方向に沿
って漸次深くなる切削部を切削加工することが望まし
い。

【００１７】この構成により、クランクシャフトが一回
転する間に弾性変形してクランクジャーナルが傾斜する
ことにより片当たりが生じ主軸受けの内周面に偏荷重を
及ぼす際にはその荷重方向に沿って漸次深くなるように
切削加工した切削部でクランクジャーナルを支持するこ
とで、偏荷重を分散平準化して支持する一方、その偏荷
重状態はクランクシャフトが一回転するうちの一瞬（一
時的）であることから、それ以外のときのクランクジャ
ーナルが小さな傾斜で中心軸線にほぼ平行な状態で回転
する（一回転のうち中心軸線にほぼ平行な状態で回転す
る方が時間的に長い）際には、中心軸線に平行で平坦な
周面でクランクジャーナルを回転可能に支持できる。し
たがって、クランクジャーナルがいずれの状態であって
も主軸受けの内周面と片当たりを生じにくく、長期間安
定してクランクジャーナルを回転自在に支持することが
できる。

【００１８】請求項３に記載のように、前記主軸受けが
上下に二分割された半円筒形の平軸受けメタルを備え、
下側平軸受けメタルの内周面を前記ジャーナルの軸線方
向に対し傾斜した方向に漸次切削することができる。

【００１９】請求項３記載の軸受け装置によれば、上下
の平軸受けメタルのうち下側平軸受けメタルだけに切削
加工を施してもよく、また、あらかじめ切削加工を施し
た下側平軸受けメタルを準備しておけば、下側平軸受け
メタルが摩損したときにすぐに交換できる。なお、上下
の平軸受けメタルのうち摩損し易いのが下側平軸受けメ
タルであるのは上記したとおり、シリンダ内の爆発力と
ピストンの慣性力がクランクジャーナルの荷重に加わっ
て下側平軸受けメタルに作用するからである。

【００２０】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係るクランクジャ
ーナルの軸受け装置について実施の形態を図面に基づき
説明する。

【００２１】図１（ａ）は本発明の実施例に係る軸受け
装置の下側平軸受けメタルを取り外して上方から見た拡
大斜視図で、図１（ｂ）は本発明の別の実施例に係る軸
受け装置の下側平軸受けメタルを取り外して上方から見
た拡大斜視図である。図２は図１の軸受け装置の全体を
示す断面図で、図４に示す大型船舶用２サイクルディー
ゼルエンジンのクランクシャフトの一つのジャーナルを
支持する主軸受け装置のＡ部を表している。図３は主軸
受け装置の二分割された軸受けメタルを取り出して示す
斜視図である。図４はクランクシャフトの一つのジャー
ナルを支持する大型船舶用２サイクルディーゼルエンジ
ンの主軸受け装置の周辺を一部を省略して示す断面図で
ある。図５は本発明の実施例に係るクランクジャーナル
の軸受け装置を備えた大型船舶用２サイクルディーゼル
エンジンの一部を切り欠いて示す斜視図である。

【００２２】図４・図５に示すように、本例のクランク
機構１０は直列６気筒の大型船舶用２サイクルディーゼ
ルエンジン用で、クランクシャフト１１はシリンダ１９
内を上下方向に往復動する各ピストン１８から下方に延
設されたピストンロッド１７の下端に一端部がクロスヘ
ッドピン１６を介して接続されたコンロッド１３の他端
部をクランクピン１４を介して連結する複数組のクラン
クウエブ１５を備えている。また、クランクウエブ１５
の一端にはクランクジャーナル（クランク軸）１２が配
置され、各クランクジャーナル１２の周囲を、図３のよ
うに上下に二分割された半円筒状の平軸受けメタル３・
４が回転自在に支持する。平軸受けメタル３・４の内周
面には、とくに上側に潤滑油供給用の長溝３ａ・４ａが
刻設されている。

【００２３】図２に示すように、主軸受け装置１は軸受
け台２の半円形凹状部２ａ上に、下側平軸受けメタル３
が嵌合され、この平軸受けメタル３上にクランクジャー
ナル１２を支持した状態で、上側平軸受けメタル４が被
せられている。さらに、上側平軸受けメタル４上に軸受
けキャップ６が被せられ、締結ボルト７のねじ部に螺合
するナット８により緊締されている。

【００２４】さて、本発明の特徴部分である平軸受けメ
タル３・４の内周面、とくに下側平軸受けメタル３の内
周面には、図１（ａ）に示すように、エンジンの運転時
にクランクシャフト１１が弾性変形してクランクジャー
ナル１２が傾斜する方向に、つまり本例の場合には中心
軸線Ｓに対してα°後方左側へ下向きに傾斜した方向Ｌ
に沿って漸次切削深さが深くなるように連続しかつ滑ら
かに（段差ができないように）切削されている。この切
削部３ｂを示す、図１（ａ）の円弧状線ｈは等高線を表
しており、各等高線ｈ間の切削深さの差は、本例では
０．０５ｍｍである。本例の場合、図１（ａ）から明ら
かなように、下側軸受けメタル３の内周面上の中立位置
（０°）から時計方向（左側）へ４５°の位置の後端側
縁部が切削量０．３ｍｍで最大の切削量、つまり最薄肉
部になっており、ジャーナル１２の片当たりによる偏荷
重が最大になるのに対応している。このときの、傾斜角
αは０．１４°である。

【００２５】また、下側平軸受けメタル３の内周面に
は、上記のようにクランクジャーナル１２の傾斜方向Ｌ
に沿って軸受けメタル３の内周面に漸次深くなる切削部
３ｂを切削加工するが、あらかじめ従来の一般的な平軸
受けメタルと同様に中心軸線Ｓに平行で平坦な（外周面
と内周面間の厚みが一定の）内周面３ｃを加工してい
る。つまり、下側平軸受けメタル３の内周面における切
削部３ｂは平坦な内周面３ｃの一部に設けており、切削
部３ｂの占める割合は図１（ｂ）のように、クランクジ
ャーナル１２の弾性変形による傾きと偏荷重によって変
更している。つまり、図１（ｂ）は図１（ａ）に比べて
クランクジャーナル１２の傾きは大きいが、片当たりに
よる偏荷重が少ない場合の実施例である。

【００２６】さらに、上側平軸受けメタル４について
は、上記と同様な切削部を前記切削部３ｂと点対称に設
ける場合と全く設けない場合とがあり、これについても
クランクシャフト１１の弾性変形の態様に応じて変更す
る。

【００２７】ところで、上記のように切削部３ｂを下側
平軸受けメタル３の平坦な内周面３ｃの一部に設ける
が、これは、クランクシャフト１１が一回転する間に弾
性変形してクランクジャーナル１２が傾斜することによ
り偏荷重を及ぼすのは一瞬（一時的）であり、それ以外
のときは傾斜も小さく中心軸線Ｓにほぼ平行な状態で回
転しているからで、一回転のうち中心軸線Ｓにほぼ平行
な状態で回転する時間が長いことを考慮し、このときに
もクランクジャーナル１２を十分に支持できるようにす
るためである。

【００２８】本例の場合にはエンジンが６気筒を備える
ことから、クランクジャーナル１２を支持する主軸受け
装置１は７カ所に配置されるが、クランクジャーナル１
２の片当たりによる偏荷重がとくに大きく、軸受けメタ
ルを摩損の可能性がある各主軸受け装置１の平軸受けメ
タル３・４についてクランクジャーナル１２の傾斜と偏
荷重の度合いに応じて傾斜方向Ｌに切削部３ｂを加工し
ている。

【００２９】上記に本発明のクランクシャフトの軸受け
装置に関する一実施例について説明したが、本発明の軸
受け装置は、たとえば、上記した船舶用ディーゼルエン
ジンのほか、４サイクルエンジンや自動車用ディーゼル
エンジンその他の内燃機関および外燃機関をはじめ、往
復圧縮機や往復ポンプなどの往復動機械において往復運
動と回転運動との間の変換機構としての各種クランクシ
ャフトの軸受け装置に適用できることは言うまでもな
い。

【００３０】

【発明の効果】以上に説明したことから明らかなよう
に、本発明のクランクシャフトの軸受け装置には、次の
ような優れた効果がある。

【００３１】（１）主軸受けの内周面にクランクジャー
ナルの傾きと偏荷重の度合いに応じて切削部を設けるだ
けであるので、構造が簡単で製作が容易であり、比較的
安価に製作できる。

【００３２】（２）ジャーナルは主軸受けの内周面でほ
ぼ全体的に支持されているから、荷重力は分散平準化さ
れ、局部的に過大な荷重が主軸受けに作用することがな
い。つまり、クランクの各ジャーナルが正規の軸線方向
に対して一方へ傾斜しても、主軸受けの傾斜した内周面
にほぼ均等に荷重が作用するので、クランクジャーナル
との片当たりによる偏荷重で主軸受けが摩耗したり損傷
したりすることがなく、長期にわたり安定して使用でき
る。

【００３３】（３）請求項２記載の発明では、クランク
シャフトが一回転する間に弾性変形してクランクジャー
ナルが傾斜することにより片当たりを生じて主軸受けの
内周面に偏荷重を及ぼす際にはその傾斜方向に沿って漸
次深くなるように切削加工した切削部でクランクジャー
ナルを支持するので、偏荷重を分散平準化でき、またそ
の偏荷重状態はクランクシャフトが一回転するうちの一
瞬であるので、それ以外のときのクランクジャーナルが
傾斜せずに中心軸線に平行な状態で回転する際にも、中
心軸線に平行で平坦な周面でクランクジャーナルを回転
可能に支持できるから、主軸受けの内周面が摩損しにく
く、長期間安定してクランクジャーナルを回転自在に支
持できる。

【００３４】（４）請求項３記載の発明は、上下の平軸
受けメタルのうち下側平軸受けメタルだけに切削加工を
施してもよく、またあらかじめ切削加工を施した下側平
軸受けメタルを準備しておくことにより、下側平軸受け
メタルが摩損したときにすぐに交換できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１（ａ）は本発明の実施例に係る軸受け装置
の下側平軸受けメタルを取り外して上方から見た拡大斜
視図、図１（ｂ）は本発明の別の実施例に係る軸受け装
置の下側平軸受けメタルを取り外して上方から見た拡大
斜視図である。

【図２】図２は図１の軸受け装置の全体を示す断面図
で、図４に示す大型船舶用２サイクルディーゼルエンジ
ンのクランクシャフトの一つのジャーナルを支持する主
軸受け装置のＡ部を表している。

【図３】主軸受け装置の二分割された軸受けメタルを取
り出して示す斜視図である。

【図４】クランクシャフトの一つのジャーナルを支持す
る大型船舶用２サイクルディーゼルエンジンの主軸受け
装置の周辺を一部を省略して示す断面図である。

【図５】本発明の実施例に係るクランクジャーナルの軸
受け装置を備えた大型船舶用２サイクルディーゼルエン
ジンの一部を切り欠いて示す斜視図である。

【図６】従来の一般的な６気筒エンジン用クランク機構
を示す正面図で、一部を断面で表している。

【符号の説明】

１ 主軸受け装置 ２ 軸受け台 ２ａ半円形凹状部 ３ 下側平軸受けメタル ３ｂ切削部 ３ｃ平坦部 ４ 上側平軸受けメタル ５ 入出力用外向きフランジ ６ 軸受けキャップ ７ 締結ボルト ８ ナット １０ クランク機構 １１ クランクシャフト １２ クランクジャーナル（クランク軸） １３ コンロッド １４ クランクピン １５ クランクウエブ １６ クロスヘッドピン １７ ピストンロッド １８ ピストン １９ シリンダ Ｓ クランクシャフトの正規の中心軸線又はそれと平行
な軸線 Ｌ クランクジャーナルの傾斜方向又はそれと平行な切
削中心軸線 α ＳとＬとの傾斜角度 Ｚ ＳとＬとの交点

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 クランクシャフトのジャーナル部分を回
   転自在に支持する主軸受けの内周面を、エンジンの運転
   中に同主軸受け面に作用する前記ジャーナルの傾きと偏
   荷重の度合いに応じてその傾き方向に沿って漸次深くな
   るように切削したことを特徴とするクランクジャーナル
   の軸受け装置。
2. 【請求項２】 前記主軸受けの内周面に、クランクシャ
   フトの正規の中心軸線に平行で平坦な周面を加工した上
   で、その一部に前記クランクジャーナルの傾きと偏荷重
   の度合いに応じて傾き方向に沿って漸次深くなる切削部
   を切削加工したことを特徴とする請求項１記載のクラン
   クジャーナルの軸受け装置。
3. 【請求項３】 前記主軸受けが上下に二分割された半円
   筒形の平軸受けメタルを備え、下側平軸受けメタルの内
   周面を前記ジャーナルの軸線方向に対し傾斜した方向に
   漸次切削したことを特徴とする請求項１又は２記載のク
   ランクジャーナルの軸受け装置。