JP2004340249A

JP2004340249A - すべり軸受

Info

Publication number: JP2004340249A
Application number: JP2003137230A
Authority: JP
Inventors: Yuichi Tomita; 裕一富田; Atsushi Okado; 篤岡戸
Original assignee: Daido Metal Co Ltd
Current assignee: Daido Metal Co Ltd
Priority date: 2003-05-15
Filing date: 2003-05-15
Publication date: 2004-12-02

Abstract

【課題】軸に設けられた油通路から流出する潤滑油を外部に送り出す油穴を有するすべり軸受において、油穴の周囲部分に生ずるキャビテーションによる浸食、油切れによる損傷を防止する。
【解決手段】油穴１７からクランクピン８ａの回転方向Ａとは反対方向に向って延びる当該油穴１７の直径以下の長さ寸法の第１凹部１９を形成したので、クランクピン８ａの油通路１６の出口１６ｂは第１凹部１９を通じて徐々に油穴１７と連通して行く状態になる。また、軸受面に、油穴１７からクランクピン８ａの回転方向Ａに向って延びる当該油穴１７の直径の５倍以下の長さ寸法の第２の凹部２０を形成したので、クランクピン８ａの油通路１６の出口１６ｂが油穴１７を通過しても、当該出口１６ｂはまだ第２の凹部２０を介して油穴１７と連通した状態を維持する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は軸に形成された油供給路から流出する潤滑油を外部に送り出すための油穴を有したすべり軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車などのエンジンには、クランク軸の主軸部を受ける主軸受、クランクピンを受けるクランクピン軸受、ピストンピンを受けるピストンピン軸受、カム軸を受けるカム軸受、ロッカーアームを受けるロッカーアーム軸受などの各種の軸受が設けられている。これらの軸受には、潤滑油ポンプから送り出された潤滑油が配給される。そのうち、シリンダブロックに取り付けられる主軸受、コネクティングロッドの大端部に取り付けられるクランクピン軸受及びコネクティングロッドの小端部に取り付けられるピストンピン軸受への潤滑油の配給は次のようにして行われる。
【０００３】
即ち、エンジンブロックには主通路が形成されており、潤滑油ポンプから吐出された潤滑油はその主通路に圧送される。一方、主軸受には油穴が形成されており、この油穴は上記主通路に連通されている。
【０００４】
クランク軸には、主通路から主軸受の油穴を経て供給されてくる潤滑油をクランクピン軸受に案内するために、主軸部からクランクピンにまで延びる油通路が形成されている。このクランク軸の油通路の入口は、主軸部の外周面に主軸受の油穴に対応する位置に開口形成され、出口はクランクピンの外周面にクランクピン軸受に形成された油穴に対応する位置に形成されている。
【０００５】
また、コネクティングロッドには、クランクピン軸受に供給された潤滑油をピストンピン軸受に案内するための油通路が形成されている。そして、ピストンピン軸受にはコネクティングロッドの油通路に連通する油穴が形成されている。
【０００６】
このような潤滑油配給構成において、潤滑油ポンプから主通路に圧送された潤滑油のうち一部は、主軸受の油穴から当該主軸受の軸受面（内周面）に供給され、残る一部は主軸部の外周面において開口するクランク軸の油通路に送り込まれる。
【０００７】
クランク軸の油通路に送り込まれた潤滑油の一部は、その油通路の出口からクランクピン軸受の内周の軸受面へと供給され、残る一部はクランクピン軸受の油穴からコネクティングロッドの油通路に送り込まれ、その油通路からピストンピン軸受の油穴を通じてその内周の軸受面へと供給される。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
クランク軸に形成された油通路の出口はクランクピンの外周面において開口されている。従って、その油通路の出口は、クランクピンの回転に伴ってクランクピン軸受に形成された油穴と直接連通（出口が油穴に合致）したり、その連通を遮断（出口が油穴を通過）されたりすることを繰り返す。
【０００９】
潤滑油ポンプから圧送されてクランク軸の油通路へ供給される潤滑油の圧力は高い。そして、その油通路の出口がクランクピン軸受の油穴に合致し始めると、油通路から潤滑油が急激に油穴へと流れ、そのために潤滑油圧力は急激に低下し、その結果、キャビテーションを生じて軸受面を浸食する。このような軸受面の浸食は、油穴の周囲部のうち、クランク軸の油通路の出口が油穴と合致し始める側、即ちクランク軸の回転方向とは反対方向の部分に発生する。
【００１０】
一方、クランク軸の油通路がクランクピン軸受に連通することによって当該油通路内の潤滑油圧力が減少すると、その後に油通路の出口が油穴を通過して軸受面に塞がれた直後は圧力不足によって軸受面への潤滑油供給が円滑に行われなくなり、油切れによる摩耗やかじりなどの損傷を生じ易くなる。このような油切れによる損傷は、油穴の周囲部のうち、クランク軸の油通路の出口が油穴を通過した直後の部分、即ちクランク軸の回転方向側に発生する。
【００１１】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的は、軸に設けられた油通路から流出する潤滑油を外部に送り出す油穴を有するすべり軸受において、油穴の周囲部分に生ずるキャビテーションによる浸食、油切れによる損傷を効果的に防止できるすべり軸受を提供するにある。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、軸受面に、油穴から軸の回転方向とは反対方向に向って延びる当該油穴の直径以下の長さ寸法の凹部を形成したので、軸の油通路の出口は凹部を通じて徐々に油穴と連通して行く状態になる。このため、油通路内の潤滑油の圧力が急激に低下することを防止でき、キャビテーションによる軸受面の損傷を防止できる。
【００１３】
この場合、凹部の長さを油穴の直径以下とした理由は、従来の油穴周囲部分のキャビテーションによる損傷は、上記長さ範囲に止まっていたことからくる経験則に基づく。凹部の長さが長いと、凹部による受圧面積の減少程度が大きくなるので、凹部の長さは軸受荷重の大きさを考慮しながら設定することが好ましい。
【００１４】
本発明は、軸受面に、油穴から軸の回転方向に向って延びる当該油穴の直径の５倍以下の長さ寸法の凹部を形成したので、軸の油通路の出口が油溝を通過しても、当該出口はまだ凹部を介して油穴と連通した状態を維持する。このため、油通路の出口が油穴を通過する過程で当該出口部分の潤滑油圧力が上昇するようになるので、油通路の出口が凹部を通過した直後から軸受面へ潤滑油を供給でき、油切れによる軸受面の損傷を防止できる。
【００１５】
この場合、凹部の長さを油穴の直径の５倍以下とした理由は、従来の油穴周囲部分の油切れによる損傷は、上記長さ範囲に止まっていたことからくる経験則に基づく。凹部の長さが長い場合、凹部による受圧面積の減少程度が大きくなるので、軸受荷重の大きさを考慮しながら凹部の長さを設定することが好ましい。
【００１６】
また、本発明は、軸受面に、油穴から軸の回転方向及びその回転方向とは反対方向に向って延びる２つの凹部を形成し、軸の回転方向とは反対方向に延びる凹部の長さを１としたとき、軸の回転方向に延びる凹部の長さが０．５〜３となるように設定したことを特徴とする。このように油穴の両側に凹部を形成することにより、キャビテーションによる軸受面の損傷と油切れによる軸受面の損傷とを防止できる。また、上記凹部の長さは、すべり軸受の耐疲労性や潤滑油供給性に対して、特に好ましい範囲にある。
更に、本発明では、油穴の周囲部のうち、前記凹部の形成から除かれた部分に、当該凹部に連続するように前記油穴から前記軸の回転方向と直行する方向に向って延び、その前記油穴からの延長長さが当該油穴の直径寸法よりも短い補助凹部を形成することができる。
【００１７】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を自動車のエンジンにおけるクランクピン軸受に適用した第１の実施例につき図１乃至図４を参照して説明する。
図２に示すように、クランク軸１の主軸部２は主軸受３により受けられる。この主軸受３は裏金の内側に軸受合金層を装着してなるもので、二つ割りされた割形すべり軸受（以下、半割軸受と称する）４，５から構成され、一方の半割軸受４はシリンダブロック６に取り付けられ、他方の半割軸受５は軸受キャップ７に取り付けられている。そして、軸受キャップ７をシリンダブロック６に固定することによって２個の半割軸受４，５は円筒状の主軸受３として構成され、クランク軸１の主軸部２を支持する。
【００１８】
上記クランク軸１のクランク８には、コネクティングロッド９の大端部が連結されている。この大端部はコネクティングロッド９の一端部にキャップ１０を取り付けて構成され、その内側には軸としてのクランクピン８ａを受けるためのすべり軸受としてのクランクピン軸受１１が取り付けられている。このクランクピン軸受１１も上記の主軸受３と同様に２個の半割軸受１２，１３から構成されている。
【００１９】
さて、シリンダブロック６には、図示しない潤滑油ポンプから圧送される潤滑油を主軸受３に供給するための主通路１４が形成されている。この主通路１４を通じて送られてくる潤滑油を主軸受３の内周の軸受面に取り入れるために、主軸受３の上側の半割軸受４には油穴１５が形成されている。
【００２０】
クランク軸１には、主軸受３の油穴１５から送り込まれてくる潤滑油をクランクピン軸受１１に案内するための油通路１６が形成されている。この油通路１６の入口１６ａは、主軸部２の外周面において開口されて主軸受３の油穴１５に対応位置、即ち入口１６ａの回転軌跡上に油穴１５が位置するように構成している。
【００２１】
クランク軸１の油通路１６の出口１６ｂは、クランクピン８ａの外周面において開口されている。そして、クランクピン軸受１１には、クランク軸１の油通路１６の出口１６ｂから流出する潤滑油を外部に送り出すための油穴１７がクランクピン８ａの外周面において開口する油通路１６の出口１６ｂに対応位置、即ち出口１６ｂの回転軌跡上に油穴１７が位置するようにして形成されている。
【００２２】
図１にも示すように、コネクティングロッド９には、クランクピン軸受１１の油穴１７から送り出されてくる潤滑油をコネクティングロッド９の図示しない小端部に設けられたピストンピン軸受に供給するための油通路１８が形成されている。そして、この油通路１８の入口１８ａはクランクピン軸受１１の油穴１７に連通している。
【００２３】
ここで、クランクピン軸受１１について述べる。このクランクピン軸受１１は、前述のように２個の半割軸受１２，１３から構成されているが、図４にも示すように、この半割軸受１２，１３の双方に前記油穴１７が内外両周面間を連通するようにして形成されている。この油穴１７は、エンジンのシリンダ内で燃料が燃焼爆発する際の圧力が作用する上側の半割軸受１２にあっては、その大きな圧力が作用する主荷重領域を外れるような位置に形成されている。
【００２４】
そして、半割軸受１２，１３の内周の軸受面には、図３にも示すように、油穴１７からクランクピン８ａの回転方向である矢印Ａとは反対方向に延びる第１の凹部１９と、矢印Ａ方向に延びる第２の凹部２０とが形成されている。油穴１７から矢印Ａとは反対方向に延びる第１の凹部１９の延長長さＬ１は、油穴１７の直径をＤとしたとき、Ｄ以下に定められ、矢印Ａ方向に延びる第２の凹部２０の延長長さＬ２は、Ｄの５倍以下に定められている。そして、それら両凹部１９及び２０の長さの比率は、第１の凹部１９の長さＬ１を１としたとき、第２の凹部２０の長さが０．５〜３となるように定められている。これら両凹部１９及び２０の深さは、軸受合金層厚さ以下の寸法、例えば最大深さ０．３〜１ｍｍが好ましい。
【００２５】
また、第１及び第２の凹部１９及び２０は、各部の断面、つまりクランクピン軸受１１の軸線方向に沿った各部の断面の形状が図３（ｃ）に示すように円弧凹面状をなしている。また、図３（ｂ）に示すように、第１の凹部１９は、先端から油穴１７に向って（矢印Ａ方向に向って）次第に深くなるように形成され、第２の凹部２０は、油穴１７から先端に向って（矢印Ａ方向に向って）次第に浅くなるように底面が傾斜するように形成されている。
【００２６】
次に上記構成の作用を説明する。
エンジンの運転中、図示しない潤滑油ポンプから主通路１４に圧送された潤滑油は、油穴１５から主軸受３の内周の軸受面に送り込まれる。軸受面に送り込まれた潤滑油はクランク軸１の主軸部２との間を潤滑する。そして、主軸部２の回転により、その外周面において開口するクランク軸１の油通路１６の入口１６ａが主軸受３の油穴１５に連通されると、潤滑油が主通路１４から油穴１５を通じてクランク軸１の油通路１６に送り込まれる。
【００２７】
クランク軸１の油通路１６に送り込まれた潤滑油は、油通路１６の出口１６ｂからクランクピン軸受１１の内周の軸受面に供給されてクランクピン８ａとの間を潤滑する。そして、クランクピン８ａの回転に伴ってクランク軸１の油通路１６の出口１６ｂがクランクピン軸受１１の油穴１７に連通すると、潤滑油がクランク軸１の油通路１６から油穴１７を通じてコネクティングロッド９の油通路１８に送りこまれて図示しないピストンピン軸受へと供給される。
【００２８】
ところで、クランク軸１の油通路１６の出口１６ｂは、クランクピン８ａの回転に伴い、クランクピン軸受１１の油穴１７内に開口（合致）した状態と、油穴１７から外れてクランクピン軸受１１の軸受面により閉鎖された状態とを交互に繰り返す。このため、クランク軸１の油通路１６からコネクティングロッド９の油通路１８への潤滑油の流入は断続的に行われる。
【００２９】
ここで、クランクピン軸受１１の軸受面には、油穴１７から第１及び第２の凹部１９及び２０が延長されている。このため、クランク軸１の回転に伴ってその油通路１６の出口１６ｂは、主軸受３の軸受面により閉鎖された状態から、直接油穴１７に連通する状態とはならず、クランク軸１の回転に伴って、まず、第１の凹部１９を介して油穴１７に連通する。
【００３０】
この状態では、油通路１６の出口１６ｂから流出した潤滑油は、第１の凹部１９の底面に衝突して直角に向きを変え、その後、油穴１７で再度直角に向きを変えてコネクティングロッド９の油通路１８へと流れる。このため、第１の凹部１９を流れる潤滑油は大きな流路抵抗を受け、従って油通路１６の出口１６ｂから流出した潤滑油の圧力低下程度は抑制される。
【００３１】
特に、第１の凹部１９は、先端程、その幅と深さが小さくなっているので、油通路１６の出口１６ｂが第１の凹部１９に連通した直後に当該出口１６ｂから流出する潤滑油が第１の凹部１９から受ける流路抵抗は大きく、油通路１６の出口１６ｂから流出した潤滑油の圧力低下程度は一層抑制される。従って、油通路１６の出口１６ｂが第１の凹部１９を介して油穴１７に連通してから油穴１７内に開口（直接連通）するまでの間にキャビテーションを発生することが防止され、第１の凹部１９の先端部周縁の軸受面にキャビテーションによる浸食が発生することを防止できる。
【００３２】
一方、油通路１６の出口１６ｂが油穴１７を通過した後も、当該出口１６ｂは第２の凹部２０を介して油穴１７に連通した状態を維持するので、油通路１６の出口１６ｂ部分の潤滑油の圧力は油穴１７を通過した後に第２の凹部２０上を通過して行く過程で徐々に上昇して行く。このため、油通路１６の出口１６ｂが第２の凹部２０を通過した後、軸受面によって閉鎖される状態となっても、第２の凹部２０に潤滑油が保持されているので、第２の凹部２０の先端部周縁で油切れによる損傷の発生を防止することができる。
【００３３】
図５〜図９は本発明の第２〜第６の各実施例を示す。これらの実施例が上述の第１の実施例と異なるところを説明する。即ち、図５の第２の実施例の第１及び第２の凹部２１及び２２はその長さを同等としたものである。
図６の第３の実施例は油穴１７の両側（半割軸受１２，１３の軸線方向両側）に第１及び第２の凹部２３及び２４に繋がる（連続する）補助凹部２５を形成したものである。この矢印Ａ方向に直角の方向に延びる補助凹部２５の油穴１７からの延長長さＬ３は油穴１７の直径Ｄより短くしている。なお、この実施例では、第１及び第２の凹部２３及び２４の長さを同等にしている。また、補助凹部２５の延長長さが短いほど、受圧面積は増え、耐疲労性が向上する。
【００３４】
図７の第４の実施例は油穴１７の矢印Ａとは反対方向側に第１の凹部２６だけを形成したもの、図８の第５の実施例は油穴１７の矢印Ａ方向側に第２の凹部２７だけを形成したものである。
以上の第２乃至５の実施例では、第１の凹部２１，２３，２６の断面形状（クランクピン軸受１１の軸線方向に沿って切断した断面形状）は第１の実施例と同様に円弧凹面である。図９の第６の実施例では、第１実施例とは異なり、第１及び第２の凹部１９及び２０の断面形状はＶ字形をなしており、この点が第１の実施例とは異なる。
【００３５】
本発明者は第１及び第２の凹部を設けることの効果を確認するために、キャビテーション試験と、焼付試験とを実施した。キャビテーション試験の内容は、直径５０ｍｍ×幅２０ｍｍ×肉厚１．５ｍｍ、油穴直径３ｍｍの上側の半割軸受について、長さ３ｍｍ、幅３ｍｍ、最大深さ０．５ｍｍの断面Ｖ字型の第１の凹部を形成した発明品と、第１の凹部を形成しない比較品とについて、径５ｍｍの油通路を有した軸を回転数７２００ｒｐｍで回転させながら、油通路から１００〜１２０℃の潤滑油を供給しながら実施した。この結果、比較品には、油穴の近くにキャビテーションによる浸食が見られたが、発明品にそのような浸食は見られなかった。
【００３６】
また、焼付試験の内容は、直径５０ｍｍ×幅１１３ｍｍ×肉厚１．５ｍｍ、油穴直径３ｍｍの上側の半割軸受について、長さ１０ｍｍ、幅３ｍｍ、最大深さ０．５ｍｍの断面Ｖ字型の第２の凹部を形成した発明品と、第２の凹部を形成しない比較品とについて、径５ｍｍの油通路を有した軸を回転数７２００ｒｐｍで回転させながら、油通路から油温１００〜１２０℃、供給量１００ｍｌ／ｍｉｎの潤滑油を供給しながら実施した。この結果、比較品には、油穴の近くに油切れによる焼付きが見られたが、発明品にそのような焼付きは見られなかった。
【００３７】
更に、第１の凹部と第２の凹部との長さを、潤滑油の圧力などを考慮して、第１の凹部の長さを１としたとき、第２の凹部の長さを０．５〜３の範囲に設定した場合について、キャビテーション試験と焼付試験とを実施したが、第１の凹部と第２の凹部の両方を形成するとき、両凹部の長さを上記比となるように設定すると、キャビテーションによる浸食及び油切れによる損傷のいずれに対しても効果的であることが確かめられた。
【００３８】
なお、本発明は上記し且つ図面に示す実施例に限定されるものではなく、以下のような拡張或は変更が可能である。
第１の凹部と補助凹部とからなるもの、又は、第２の凹部と補助凹部とからなるものでも良い。この場合、補助凹部の延長長さは、第１の凹部又は第２の凹部の延長長さより短い。
すべり軸受は２個の半割軸受から構成するものに限られない。
油穴１７の形状は円形のものに限られない。
油穴１７はすべり軸受について１個であっても良い。
【００３９】
クランクピン軸受に限られない。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施例を示す断面図
【図２】エンジンの給油経路を示す断面図
【図３】油穴周辺を示すもので、（ａ）は平面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線に沿う断面図、（ｃ）は（ａ）のｃ−ｃに線に沿う断面図
【図４】クランクピン軸受の斜視図
【図５】本発明の第２の実施例を示す図３（ａ）相当図
【図６】本発明の第３の実施例を示す図３（ａ）相当図
【図７】本発明の第４の実施例を示す図３（ａ）相当図
【図８】本発明の第５の実施例を示す図３（ａ）相当図
【図９】本発明の第６の実施例を示す図３相当図
【符号の説明】
図中、８ａはクランクピン（軸）、１１はクランクピン軸受（すべり軸受）、１６は油通路、１６ｂは出口、１９，２１，２３，２６は第１の凹部、２０，２２，２４，２７は第２の凹部、２５は補助凹部である。

Claims

油供給路が形成された軸を支持し、当該軸の外周面において開口する前記油供給路の出口から軸受面に潤滑油の供給を受けると共に、当該出口から流出する潤滑油を外部に送り出すための油穴を有したすべり軸受において、
前記軸受面に、前記油穴から前記軸の回転方向とは反対方向に向って延びる当該油穴の直径以下の長さ寸法の凹部を形成したことを特徴とするすべり軸受。
油供給路が形成された軸を支持し、当該軸の外周面において開口する前記油供給路の出口から軸受面に潤滑油の供給を受けると共に、当該出口から流出する潤滑油を外部に送り出すための油穴を有したすべり軸受において、
前記軸受面に、前記油穴から前記軸の回転方向に向って延びる当該油穴の直径の５倍以下の長さ寸法の凹部を形成したことを特徴とするすべり軸受。
油供給路が形成された軸を支持し、当該軸の外周面において開口する前記油供給路の出口から軸受面に潤滑油の供給を受けると共に、当該出口から流出する潤滑油を外部に送り出すための油穴を有したすべり軸受において、
前記軸受面に、前記油穴から前記軸の回転方向及びその回転方向とは反対方向に向って延びる２つの凹部を形成し、前記軸の回転方向とは反対方向に延びる凹部の長さを１としたとき、前記軸の回転方向に延びる凹部の長さが０．５〜３となるように設定されていることを特徴とするすべり軸受。
前記油穴の周囲部のうち、前記凹部の形成から除かれた部分に、当該凹部に連続するように前記油穴から前記軸の回転方向と直行する方向に向って延び、その前記油穴からの延長長さが当該油穴の直径寸法よりも短い補助凹部が形成されていることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のすべり軸受。