JP2005249127A - Shaft of low friction sliding device, crank shaft, cam shaft, and engine - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、軸と該軸を支える円筒からなる油を介在したすべり軸とから構成される摺動装置において、軸の外表面に凹部を付与することによって、摺動装置に発生する摩擦を低減させ、摺動装置の耐焼付き性を向上させる技術に関する。 The present invention reduces friction generated in a sliding device by providing a concave portion on the outer surface of the shaft in a sliding device composed of a shaft and a sliding shaft made of a cylinder supporting the shaft. And to improve the seizure resistance of the sliding device.
従来から、摺動装置は、例えば、エンジンに設けられるクランクピンおよび該クランクピンを支持する軸受メタルなどに用いられ、クランクピンが軸受メタル上を摺動する際に摺動面に発生する摩擦を低減するために、軸の表面に、長手方向が摺動方向と直交する凹部を、軸表面の部位に応じて溝深さを変えて設けたものがある(特許文献1参照)。これは、摺動方向および摺動速度が変化する軸の往復摺動時に、軸と軸受メタルとの間に介在する潤滑油を摺動面に満遍なく潤させるために、凹部は、潤滑油を保持し、かつ摺動時に凹部近傍の摺動面に潤滑油を提供する機能(以下、潤滑油を保持する機能)を発揮することに基づく。 Conventionally, a sliding device has been used in, for example, a crank pin provided in an engine and a bearing metal that supports the crank pin, and friction generated on a sliding surface when the crank pin slides on the bearing metal. In order to reduce this, there is one in which a concave portion whose longitudinal direction is orthogonal to the sliding direction is provided on the surface of the shaft with the groove depth changed according to the portion of the shaft surface (see Patent Document 1). This is because the recess holds the lubricating oil so that the lubricating oil intervening between the shaft and the bearing metal is evenly moistened to the sliding surface during reciprocating sliding of the shaft whose sliding direction and sliding speed change. In addition, it is based on exhibiting a function of providing lubricating oil to the sliding surface in the vicinity of the recess during sliding (hereinafter referred to as a function of retaining the lubricating oil).
しかしながら、特許文献1に記載の摺動装置は、軸が回転摺動する摺動装置ではない。クランクシャフトなどのように、軸が円筒状のすべり軸受の内面を回転摺動する摺動装置において、軸であるクランクピンは、すべり軸受けであるクランクシャフトの円筒内を、軸心を中心に回転摺動する。その際に、摺動面に発生する摩擦を低減するためには、潤滑油が、回転する軸に巻き込まれて、油膜を形成する層となって軸の回転方向へ安定して流れることが前提となる。概して、軸の低速回転時には、潤滑油は前述のように安定して軸の回転方向へ流れる。しかし、軸の高速回転時には、低速回転時と比べて、軸は、軸心を安定して回転せず、軸受けに多く接触するようになり、該接触の際に摺動面に発生する摩擦力も大きい。この摩擦により、潤滑油の流れは乱されて、低速回転時のように、軸に巻き込まれず、軸の回転方向へ安定して流れないことが生じ得る。このように、潤滑油の流れに乱れが生じる場合には、前述した摩擦を低減するための前提を欠くこととなる。この状況下において、従来のような凹部を軸の表面に設けるだけでは、低フリクションという効果は、必ずしも十分に発現されないという問題が生じる。
そこで本発明の目的は、軸が回転摺動する摺動装置において、軸の高速回転時に発生し得る前述の状況下においも、低フリクションという効果を発揮し、耐焼付き性を向上させることの可能な摺動装置を提供することである。そして、さらなる目的として、このようにフリクションを低減させる摺動装置を用いることによって、回転部分における摩擦抵抗を少なくしたエンジンシステムを提供することである。 Accordingly, an object of the present invention is to provide an effect of low friction and improve seizure resistance even in the above-described situation that may occur when the shaft rotates at high speed in a sliding device in which the shaft rotates and slides. Is to provide a simple sliding device. A further object is to provide an engine system in which the frictional resistance in the rotating portion is reduced by using the sliding device for reducing the friction in this way.
本発明の目的は、下記の手段により達成される。 The object of the present invention is achieved by the following means.
(1) 軸心を中心に回転可能な軸と、該軸を油を介して支持するための円筒形状のすべり軸受と、を有し、前記軸の外表面に1つ以上の凹部が設けられ、前記凹部は、前記軸の回転時に、前記軸の回転方向の成分を有する前記油の流れを促進させるように形成されていることを特徴とする低摩擦摺動装置。
(1) It has a shaft rotatable about an axis and a cylindrical slide bearing for supporting the shaft via oil, and one or more recesses are provided on the outer surface of the shaft. The low friction sliding device is characterized in that the concave portion is formed so as to promote the flow of the oil having a component in the rotational direction of the shaft when the shaft rotates.
(2) 軸心を中心に回転可能な軸と、該軸を油を介して支持するための円筒形状のすべり軸受とを有する低摩擦摺動装置における前記軸であって、前記軸の外表面に1つ以上の凹部が設けられ、前記凹部を構成する面における単位面積を有する単位面のうち、法線が前記軸の回転方向の成分を有する単位面の面積の合計は、法線が前記軸の回転方向と反対方向の成分を有する単位面の面積の合計よりも大きいことを特徴とする低摩擦摺動装置の軸。 (2) The shaft in a low friction sliding device having a shaft rotatable around an axis and a cylindrical slide bearing for supporting the shaft via oil, the outer surface of the shaft Among the unit surfaces having one or more recesses and having a unit area in the surfaces constituting the recesses, the sum of the areas of the unit surfaces whose normal line has a component in the rotation direction of the axis is the normal line A shaft of a low friction sliding device characterized by being larger than the total area of unit surfaces having a component in a direction opposite to the rotational direction of the shaft.
(3) 軸心を中心に回転可能な軸と、該軸を油を介して支持するための円筒形状のすべり軸受とを有する低摩擦摺動装置における前記軸であって、前記軸の外表面に1つ以上の凹部が設けられ、前記凹部は、長手方向が前記軸の回転方向と直交する方向に対して傾斜していることを特徴とする低摩擦摺動装置の軸。 (3) The shaft in a low friction sliding device having a shaft rotatable around an axis and a cylindrical slide bearing for supporting the shaft via oil, the outer surface of the shaft The shaft of the low-friction sliding device is characterized in that one or more recesses are provided in the shaft, and the recesses are inclined with respect to a direction perpendicular to the rotation direction of the shaft.
(4) (1)〜(3)のいずれか1つに記載の低摩擦摺動装置の軸が適用されたことを特徴とするクランクシャフト。 (4) A crankshaft to which the shaft of the low friction sliding device according to any one of (1) to (3) is applied.
(5) (1)〜(3)のいずれか1つに記載の低摩擦摺動装置の軸が適用されたことを特徴とするカムシャフト。 (5) A camshaft to which the shaft of the low friction sliding device according to any one of (1) to (3) is applied.
(6) (1)〜(3)のいずれか1つに記載の低摩擦摺動装置の軸が少なくとも一部に適用されたことを特徴とするエンジン。 (6) An engine in which the shaft of the low friction sliding device according to any one of (1) to (3) is applied to at least a part.
本発明によれば、軸の表面に設けられる凹部は、潤滑油を保持する機能と、軸の回転時に、軸の回転方向の成分を有する潤滑油の流れを促進させる機能とを合わせ持つことによって、摺動面に潤滑油を潤わせるとともに、軸の高速回転時に発生し得る潤滑油の流れの乱れを低減し、摺動装置に発生するフリクション低減の効果を発揮する。 According to the present invention, the concave portion provided on the surface of the shaft has a function of holding the lubricating oil and a function of promoting the flow of the lubricating oil having a component in the rotation direction of the shaft when the shaft rotates. In addition, the lubricating oil is moistened on the sliding surface, the disturbance of the lubricating oil flow that may occur when the shaft rotates at high speed is reduced, and the effect of reducing the friction generated in the sliding device is exhibited.
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。 Embodiments of the present invention will be described below with reference to the drawings.
まず、本発明の実施形態について、下記に説明する。図1は、本発明の実施形態における摺動装置1の概略図である。図には、軸心aを中心に回転する円柱状の軸10と、これを支える円筒からなるすべり軸受11とから構成される摺動装置1が示されている。なお、軸10の長さの寸法は、図に示すものから適宜延長されても良い。さらに、軸10の表面とすべり軸受け11の内面との間には、図示しない潤滑油が供給される。この潤滑油が、軸10とすべり軸受11の摺動面に発生する摩擦を低減するために、摺動面に適量に存在していることが重要である。そのため、従来より、例えば軸がすべり軸受けの上を往復摺動する摺動装置において、軸の表面上に、潤滑油を保持する機能を有する凹部を設けることが知られている。本実施形態においても、複数の凹部10aが、軸10の表面に設けられている。
First, an embodiment of the present invention will be described below. FIG. 1 is a schematic view of a
軸10がすべり軸受11の円筒内を回転摺動する摺動装置1において、軸10の回転に伴い、潤滑油には流れが生じる。摺動面に発生する摩擦を低減するためには、前述したように潤滑油が、軸10に巻き込まれて、軸10の回転方向へ、油膜を形成する層となって安定して流れることが前提となる。そこで、本実施形態において、軸10の高速回転時においても、潤滑油が軸10の回転方向へ安定して流れるように、凹部10aに、従来の潤滑油を保持する機能に合わせ、軸10の回転方向へ向かう潤滑油の流れを促進させる機能を付加することとした。そして、前記流れを促進させる機能は、軸10の回転方向へ潤滑油の流れを誘導する機能と、軸10の回転方向へ潤滑油を押し流す機能とに分類されるものである。
In the
まず、凹部10aが、軸10の回転方向へ潤滑油の流れを誘導する機能を有するための好ましい形態について述べる。図2は、本実施形態における軸10の側面図を示している。図中の(A)は、本実施形態における軸10の表面上に設けられる凹部10aの配置の基本パターンであり、まず(A)について説明する。なお、図に示す凹部10aの配置は、本発明が凹部10aの配置に関して提案する複数の構成要素を、複数包含して表現したものであり、便宜のため、各構成要素ごとに分解して説明するものとする。
First, a preferable mode for the recess 10a to have a function of guiding the flow of the lubricating oil in the rotation direction of the
軸10の表面には、複数の凹部10aが形成されている。軸10は、図に示す矢印Aの方向へ向けて、すべり軸受11の円筒内を回転する。前述したように、摺動面に発生する摩擦を低減させるためには、図示しない潤滑油が、軸10の回転方向Aに向かって安定して流れることが前提となる。ここで、凹部10aとは、凹部10a内に流入した潤滑油の流れを、側壁が屈折させて、凹部10aの長手方向へ向けて潤滑油を誘導するものと考えられる。そこで、潤滑油が軸10の回転方向Aに向かって流れるように、従来技術に示されるように凹部10aの長手方向を軸10の回転方向Aと直交する方向へ向けるのではなく、長手方向を直交する方向に対して傾けて、凹部10aを形成することとした。
A plurality of recesses 10 a are formed on the surface of the
凹部10aの長手方向が軸10の回転方向と直交する方向に対して傾斜する角度は、0°より大きく60°以下となることが好ましく、さらに30°以上60°以下となることがより好ましい。この範囲内に当該角度が設けられることによって、凹部10aは、潤滑油の流れを誘導する機能と共に、潤滑油を保持する機能を合わせ持つことが可能となる。
The angle at which the longitudinal direction of the recess 10a is inclined with respect to the direction orthogonal to the rotation direction of the
次に、摺動装置1に発生する摩擦を低減するために、摺動面に潤滑油が満遍なく潤っていることが好ましい。この状況を実現するために、前述した凹部10aによって誘導される潤滑油の流れを制御することが重要である。よって、本実施形態において、凹部10aによって誘導される潤滑油の流れを、互いに干渉しあうことなく、広範囲に行き届き、摺動面の各部位へ均等に、摺動面の全体へ拡散するように、制御することとした。これにより、凹部10aによって誘導される潤滑油の流れが互いに干渉しあって消滅したり、潤滑油の流れが特定の方向のみに誘導されて、摺動面の特定の部位にのみ潤滑油が滞留したり、摺動面における潤滑油の潤いの不均衡が発生するということが防止されるものと考えられる。下記に、上記効果を発生させる本実施形態の凹部10aの配置における各構成要素について、具体的に述べる。
Next, in order to reduce the friction generated in the
各凹部10aの長手方向の延長線上には、長手方向を平行とする他の凹部10aが、1つ以上存在するように配置されている。これにより、1つの凹部10aが当該凹部10aの長手方向へ誘導した潤滑油の流線は、当該長手方向の延長線上に位置する他の凹部10aによって、さらに延長されて、同一方向に向かう潤滑油の流線を、摺動面の広範囲なエリアへ確保することが可能となる。 On the extension line in the longitudinal direction of each recess 10a, one or more other recesses 10a that are parallel in the longitudinal direction are arranged. As a result, the flow line of the lubricating oil guided by one concave portion 10a in the longitudinal direction of the concave portion 10a is further extended by the other concave portion 10a located on the extended line in the longitudinal direction, and the lubricating oil is directed in the same direction. This streamline can be secured in a wide area of the sliding surface.
また、軸10の軸心に垂直な平面bに対して、相互に鏡像(面対象)となるように他の凹部10aが存在するように、また、平面bに分割される各領域内に位置する凹部10aの長手方向は、すべて平行となるように配置することとした。これにより、凹部10aによって誘導される潤滑油の流れは、平面bに対して左右対称に流れることとなり、平面bに分割される各領域へ供給される潤滑油の均衡が図れ、また、当該各領域内における凹部10aによって誘導される潤滑油の流れは、平行となり互いに干渉することがない。
Further, with respect to the plane b perpendicular to the axis of the
さらに、各凹部10aは、当該凹部10aの軸10の回転方向Aに対する前方部が、後方部よりも、平面bから離隔するように、長手方向を傾斜させて配置した。これにより、潤滑油を、摺動面全体へ拡散するように流すことが可能となる。なお、平面bの軸10の長手方向における位置は、軸10のすべり軸受け11の円筒内における摺動条件により、適宜決定される。
Furthermore, each recessed part 10a was arrange | positioned inclining the longitudinal direction so that the front part with respect to the rotation direction A of the axis |
また、凹部10aの配置は、(A)の配置を基本として、(B)および(C)に示す配置へ応用することも可能である。すなわち、(B)および(C)に示すように、(A)に示す凹部群を、軸10の長手方向に複数配置する。これによって、前述した(A)における効果が発揮されるとともに、長手方向が同一延長線上にある凹部10a列の両端の離隔を、よりコンパクトに縮めることが可能となり、当該凹部10a列における各凹部10a間の潤滑油の流れの連係をより強固なものとすることが出来る。また、各凹部10a列に誘導される潤滑油の流れを、平面cを中心とする均等な方向へ向かう流れとして、各凹部群ごとに集約することが出来、高速回転時に発生し得る潤滑油の流れの乱れに対して、凹部10aによって誘導される潤滑油の流れが乱されることを低減することが可能となる。
The arrangement of the recess 10a can be applied to the arrangements shown in (B) and (C) based on the arrangement of (A). That is, as shown in (B) and (C), a plurality of recess groups shown in (A) are arranged in the longitudinal direction of the
次に、図3および4を用いて、凹部10aが軸10の回転方向Aへ潤滑油を押し流す機能を有するための好ましい形態について説明する。図3は、凹部10aを軸芯aに直角な面で切断した際の拡大断面図であり、図4は、凹部10aを上から見た拡大斜視図である。
Next, with reference to FIGS. 3 and 4, a preferable embodiment for the recess 10 a to have a function of pushing the lubricating oil in the rotation direction A of the
ここで、凹部10aは、図3に示すものを含め、任意の断面形状に形成され得る。その中で、軸10の回転方向Aへ潤滑油を押し流す機能を発揮し得る凹部10aの共通要素について、以下に述べる。凹部10aを構成する面は、単位面積を有し、独立した法線方向を有する単位面の集合体と見ることができる。この法線が軸10の回転方向Aの成分を有する単位面は、軸10の回転に伴い、潤滑油を軸10の回転方向Aへ押し流すものといえる。よって、このような単位面が多く存在する凹部10aが、潤滑油を押し流す機能を有するものと考えられる。そこで、法線が軸10の回転方向の成分を有する単位面の面積の合計が、法線が軸の回転方向と反対方向の成分を有する単位面の面積の合計よりも、大きな面積となるように、凹部10aを形成することとした。
Here, the recessed part 10a can be formed in arbitrary cross-sectional shapes including what is shown in FIG. Among them, the common elements of the recess 10a that can exert the function of pushing the lubricating oil in the rotation direction A of the
図3の各凹部10aに示す二点鎖線矢印は、各凹部10aを構成する面における単位面を1箇所あるいは2箇所抽出し、該単位面における法線Bを示したものである。(a)、(b)、(c)において示されている法線Bは、回転方向Aの成分を有し、凹部10aを構成する面において、法線が、法線Bと同じく回転方向Aの成分を有する単位面の面積の合計は、法線が、回転方向Aと反対方向の成分を有する単位面の面積の合計よりも大きくなっている。一方、(e)に示した法線Bは、回転方向Bと反対方向の成分を有しており、凹部10aを構成する面において、法線が、法線Bと同様に回転方向Aと反対方向の成分を有する単位面の面積の合計は、法線が回転方向Aの成分を有する単位面の面積の合計よりも大きい。また、(d)においては、前記2つの面積は、ほぼ等しいといえる。よって、凹部10aが軸10の回転方向へ潤滑油を押し流す機能を有するため、凹部10aの断面形状は、図3における(a)、(b)、および(c)に示す断面形状が好ましく、(d)および(e)に示す断面形状は好ましくない。
The two-dot chain line arrows shown in each recess 10a in FIG. 3 indicate one or two unit surfaces on the surface constituting each recess 10a, and indicate the normal B on the unit surface. The normal B shown in (a), (b), and (c) has a component in the rotation direction A, and the normal is the same as the normal B in the surface constituting the recess 10a. The sum of the areas of the unit surfaces having the above component is larger than the sum of the areas of the unit surfaces having the normal component in the direction opposite to the rotation direction A. On the other hand, the normal B shown in (e) has a component in the opposite direction to the rotation direction B, and the normal is opposite to the rotation direction A in the same way as the normal B on the surface constituting the recess 10a. The total area of the unit surfaces having the direction component is larger than the total area of the unit surfaces having a normal component having the rotation direction A component. In (d), it can be said that the two areas are substantially equal. Therefore, since the concave portion 10a has a function of pushing the lubricating oil in the rotation direction of the
さらに、前述したように、凹部10aの長手方向を軸10の回転方向Aと直交する方向から傾斜するように凹部10aを形成した場合の例として、図4に示す凹部10aがある。図に示す一点鎖線が、図3の断面に切断する切断線Cであり、よって当該凹部10aの断面形状は、図3に示す(b)の形状となる。図4に示す凹部10aの例では、図に示す面Iおよび面IIが、前述した法線が軸10の回転方向の成分を有する面に該当し、面IIIおよび面IVが、前述した法線が軸の回転方向と反対方向の成分を有する面に該当する。よって、面IおよびIIの面積の合計が、面IIIおよび面IVの面積の合計よりも、上回るように凹部10aが形成されることが好ましい。
Furthermore, as described above, there is a recess 10 a shown in FIG. 4 as an example in which the recess 10 a is formed so that the longitudinal direction of the recess 10 a is inclined from the direction orthogonal to the rotation direction A of the
なお、凹部10aが軸10の外表面に開口する形状を、矩形状および長円形とすることによって、より潤滑油を流入させる効果が持続し、かつ摩擦低減の効果が発揮される。
In addition, by making the shape which the recessed part 10a opens to the outer surface of the axis |
さらに、凹部10aが軸10の外表面に開口する形状は、長手方向と直交する方向の幅寸法が、50〜150μmとすること、および長手方向の長さ寸法が、前記幅寸法の2倍以上10倍以下とすることが好ましい。この範囲内に、凹部10aの該開口する形状が設けられた場合には、十分な潤滑油を摺動面に流入させること、摺動条件下において摩擦の低減効果を発現すること、およびすべり軸受11端部における摩擦や焼き付きなどの損傷を抑制することが可能となる。
Furthermore, the shape in which the recess 10a is opened on the outer surface of the
加えて、凹部10aが軸10の外表面に開口する面積の合計は、軸10の表面積の0.3%以上10%以下とすることが好ましい。0.3%率未満の場合には、十分な焼き付き性向上効果が得られず、10%を超える場合には、負荷容量の低下が見られ、金属接触が発生するという問題が生じ得る。
In addition, it is preferable that the total area of the recesses 10 a opening on the outer surface of the
以上、説明したように本実施形態によれば、軸10の外表面に設けられる凹部10aは、潤滑油を保持する機能と、軸10の回転時に、軸10の回転方向へ向かう潤滑油の流れを促進させる機能とを合わせ持つことによって、摺動面に潤滑油を潤わせるとともに、軸10の高速回転時に発生し得る潤滑油の流れの乱れを低減し、摺動装置1に発生するフリクション低減の効果を発揮する。
As described above, according to the present embodiment, the concave portion 10a provided on the outer surface of the
上記の軸10は、クランクシャフトおよびカムシャフトなど、エンジンの摺動装置に適用可能である。さらに、当該エンジンを、可変圧縮比エンジンとすることも可能である。この可変圧縮比エンジンは、運転状態に応じてピストンのストローク長を制御することで燃費などを向上し、省エネルギーを図るエンジンである。
The
図5に、本発明の軸10が適用可能な可変圧縮比エンジン2の概略図を示す。シリンダ20内を往復動するピストン21に、ピストンピン22を介して、第1のコンロッド23が連結されている。その下方において、当該第1のコンロッド23は、コンロッド間連結ピン24によって、第2のコンロッド25と揺動可能に連結され、さらに下方において、第2のコンロッド25は、クランクピン26によって、クランクシャフト27と回転可能に連結されている。また、第2のコンロッド25は、コンロッド間連結ピン24の近傍に位置するコントロールロッド間連結ピン28によって、コントロールロッド29と揺動可能に連結されている。また、コントロールロッド29は、コントロールロッド連結ピン28と反対側に位置する制御機構連結部30により、制御機構31と連結されている。この制御機構31は、制御機構連結部30の位置を変更可能である。
FIG. 5 shows a schematic diagram of a variable compression ratio engine 2 to which the
以上の構成より、ピストン21のストロークに伴い、第1のコンロッドと第2のコンロッドは、コントロールロッド29の揺動範囲内でコンロッド間連結部24が描く軌跡に応じて、コンロッド間連結部において、くの字状に屈曲し、クランクシャフト27へ動力を伝達する。制御機構31が制御機構連結部30の位置を変更することによって、当該くの字状に屈曲する度合いは調整され、ピストン21のストローク長は制御されることとなる。この可変圧縮比エンジン2において、ピストンピン22、コンロッド間連結ピン24、コントロールロッド間連結ピン28、およびクランクピン26に、本実施形態における軸10は適用可能である。
With the above configuration, the first connecting rod and the second connecting rod are connected in the connecting rod connecting portion according to the trajectory drawn by the connecting
なお、コンロッド間連結ピン24と、コントロールロッド間連結ピン28とを、一つのピンとし、第1のコンロッド23と第2のコンロッド25とコントロールロッドとを同一ピンにより連結してもよい。
The connecting
<実施例>
次に、本発明の実施例として、前述した凹部10aの長手方向が、軸10の回転方向と直行する方向に対して傾斜する好ましい角度の特定、および図3に示した断面形状を有する凹部10aが摩擦の低減に効果を発揮することの確認を目的として、実際に摺動装置を製作し、摩擦試験を行った。具体的には、長手方向の軸の方向と直交する方向に対して傾斜する角度、および断面形状に関し、様々な形態を有する凹部10aが、外表面に設けられた円柱軸10(軸10)と、円筒状の軸受メタル11(すべり軸受11)とから構成される摺動装置1の試験体を製作し、円柱軸10を軸受メタル11の円筒内で回転させて、摺動面に発生する摩擦係数を算出する摩擦試験を行った。
<Example>
Next, as an embodiment of the present invention, it is possible to specify the preferred angle at which the longitudinal direction of the recess 10a described above is inclined with respect to the direction orthogonal to the rotation direction of the
試験に用いた試験体の製作過程について、下記に具体的に説明する。 The manufacturing process of the test body used for the test will be specifically described below.
図6は、試験に用いた摺動装置1の垂直および水平断面図である。軸受メタル11は外径φ60の鋼製円筒に内径φ45mmのアルミメタル11aを圧入したものである。一方、円柱軸10は円筒状を呈し、外径がφ43、軸方向曲率半径R700mmの鋼鉄(SCM420H鋼)の浸炭焼き入れ焼き戻し材である。円柱軸10および軸受メタル11の幅厚10a、11bは、ともに20mmである。
FIG. 6 is a vertical and horizontal sectional view of the sliding
円柱軸10の表面には、いずれもφ43mmの凹部10aを、マイクロインデント加工、マスクブラスト処理により形成した。マイクロインデント加工では、所望の凹部10aを形成するためにインデンタを製作し、インデンタを円筒表面に押し付け塑性加工することにより凹部10aを形成した。また、マイクロブラスト加工では、光リソグラフィ技術を利用し、樹脂製マスクに凹部微細形状を形成し、その樹脂マスクを円筒表面に貼り付けた後、平均粒径20μmのアルミナ砥粒を、投射ノズルからワークまでの距離を100mmとし、投射流量100g/min、投射圧0.4Mpaの条件下で投射し、凹部10aを得た。各種方法を用いて凹部10aを形成後、凹部10aのエッジ部にできた盛り上がりを粒径9μmのテープラップフィルムにより除去し、試験に供した。
On the surface of the
表1に、上記により製作し、各試験体の円柱軸10の表面に設けられた凹部10aの形態と、後述する試験結果を示す。
Table 1 shows the form of the recess 10a produced as described above and provided on the surface of the
また、凹部10aが軸10の表面に開口する面積の合計は、軸10の表面積の0.3%以上10%以下とすることに形成され、前述した好ましい範囲内に形成されている。
Further, the total area where the recesses 10a are opened on the surface of the
次に、凹部10aの断面形状について、実施例1〜5は、図3に示す(a)に、実施例6〜8および比較例1〜2は(d)に、比較例3は(e)に設けられている。すなわち、実施例1〜5が本実施形態における好ましい断面形状に設けられている。 Next, regarding the cross-sectional shape of the recess 10a, Examples 1 to 5 are shown in (a) of FIG. 3, Examples 6 to 8 and Comparative Examples 1 and 2 are shown in (d), and Comparative Example 3 is (e). Is provided. That is, Examples 1-5 are provided in the preferable cross-sectional shape in this embodiment.
また、凹部10aの長手方向が、軸10の回転方向と直交する方向に対して傾斜する角度(表中の長手方向傾斜角)は、各試験体において、0°以上の様々な角度に設けられている。 In addition, the angle at which the longitudinal direction of the recess 10a is inclined with respect to the direction orthogonal to the rotation direction of the shaft 10 (longitudinal inclination angle in the table) is provided at various angles of 0 ° or more in each specimen. ing.
なお、各試験帯の円柱軸10の表面に設けられる凹部10aの配置は、図2の(A)に示す形態に統一した。これは、軸10の表面に設けられる凹部10aの配置パターンは、本実施形態のほかに無数に存在するものであり、他と比較して、本実施形態における凹部10aの配置が摩擦に効果を発揮する配置の形態であると特定して立証することが不可能であること、また、各試験体は、比較のため、長手方向の軸10の回転方向と直交する方向に対して傾斜する角度、および断面形状以外の条件については、同一のものを製作する必要があったことによる。本発明における凹部10aの配置が摩擦の低減に効果を発揮することは、前述したように、凹部10aの配置が発生させる作用が、当然にもたらす効果であると主張するものである。
In addition, arrangement | positioning of the recessed part 10a provided in the surface of the cylindrical axis |
次に、試験に用いた装置について説明する。 Next, the apparatus used for the test will be described.
図7は、試験に用いた内接2円筒試験機の概略図である。車のエンジンのクランクシャフトなどに用いられる軸とすべり軸受から構成される摺動装置において、通常、すべり軸受は固定され、軸のみが回転する。本実施例においては、クランクシャフトなどに用いられる軸の回転速度を再現するために、円柱軸10を軸受メタル11の円筒内に回転させるとともに、すべり軸受け11も軸10の回転方向Aと反対の方向Dへ回転させて、両者の回転速度の絶対値を合算した相対回転速度が、前記クランクシャフトにおける軸の回転数と同程度となるようにした。よって、円柱軸10および軸受メタル11にはそれぞれ図示しないACサーボモータを取り付け、独立に回転制御できるようにしている。そして、5W30の潤滑油を入れた図示しない油浴内にこの円柱軸10および軸受メタル11を浸すことで、円柱軸10と軸受メタル11との間に油膜を形成した。そして、相対回転運動中に発生する摩擦トルクを、円柱軸10に取り付けた図示しないトルクセンサにより計測して、摩擦係数の算出を可能としている。
FIG. 7 is a schematic view of an inscribed two-cylinder testing machine used for the test. In a sliding device composed of a shaft and a slide bearing used for a crankshaft of a car engine or the like, the slide bearing is usually fixed and only the shaft rotates. In this embodiment, in order to reproduce the rotational speed of a shaft used for a crankshaft or the like, the
次に、表2に、本実施例における試験条件について示す。 Next, Table 2 shows test conditions in this example.
次に、試験パターンおよび試験の評価方法について説明する。 Next, a test pattern and a test evaluation method will be described.
試験は、表1に示すように、2通りの回転条件(条件AおよびB)において行った。表1に示す円柱軸10および軸受メタル11の回転速度は、円柱軸10の回転方向を正として示している。円柱軸10と軸受メタル11との相対回転速度は、表中に示す円柱軸10および軸受メタル11の回転速度の絶対値を合算し、条件Aでは6m/sであり、条件Bでは12m/sである。
As shown in Table 1, the test was performed under two rotation conditions (conditions A and B). The rotational speeds of the
各試験体の摺動面に発生する摩擦の評価は、試験機により求められる摩擦係数により行うが、比較の基準となる試験体を、比較例1と定めた。比較例1における凹部10aは、凹部10aの断面形状が(d)であり、長手方向と傾斜する角度が0°であるため、両者において好ましい形態に設けられていない。この比較例1に対して、凹部10aにおいて、断面形状と長手方向が傾斜する角度とのいずれかが、本実施形態における好ましい形態に設けられている実施例1〜8の摩擦係数を比較する。なお、表には、各試験体の摩擦係数を、比較例1の摩擦係数で除した比率に変えて示している。 The evaluation of the friction generated on the sliding surface of each test specimen is performed based on the coefficient of friction obtained by a testing machine. The test specimen serving as a reference for comparison was defined as Comparative Example 1. The concave portion 10a in Comparative Example 1 is not provided in a preferable form in both because the sectional shape of the concave portion 10a is (d) and the angle inclined with respect to the longitudinal direction is 0 °. Compared with the comparative example 1, in the recess 10a, either the cross-sectional shape or the angle at which the longitudinal direction is inclined is compared with the friction coefficients of Examples 1 to 8 provided in a preferable form in the present embodiment. In the table, the friction coefficient of each specimen is changed to a ratio divided by the friction coefficient of Comparative Example 1.
次に、試験結果について説明する。 Next, test results will be described.
試験の結果、実施例1〜5は、摩擦係数の比率が、断面形状が(d)である比較例1に対して、また断面形状が(e)である比較例3に対しても下回っていることから、図3に示す凹部10aの断面形状のうち、(a)が、最も摩擦を低減させる凹部10aの断面形状であることが確認される。 As a result of the test, in Examples 1 to 5, the ratio of the friction coefficient is lower than that of Comparative Example 1 in which the cross-sectional shape is (d) and also in Comparative Example 3 in which the cross-sectional shape is (e). Therefore, it is confirmed that (a) is the cross-sectional shape of the recessed part 10a which reduces friction most among the cross-sectional shapes of the recessed part 10a shown in FIG.
また、実施例6〜8は、摩擦係数の比率が、比較例1に対して、また長手方向が傾斜する角度が70°である比較例2に対しても下回っていることから、凹部10aの長手方向が軸10の回転方向と直交する方向に対して傾斜する角度は、0°より大きく60°以下となることが好ましく、さらに30°以上60°以下とすることがより好ましいことが確認される。
In Examples 6 to 8, the ratio of the coefficient of friction is lower than that in Comparative Example 1 and also in Comparative Example 2 in which the angle of inclination in the longitudinal direction is 70 °. It has been confirmed that the angle at which the longitudinal direction is inclined with respect to the direction orthogonal to the rotation direction of the
さらに、実施例5は、長手方向が傾斜する角度および断面形状とも、前述した好ましい形態に製作されているが、他のすべての実施例よりも摩擦係数は下回るものであり、摩擦の低減に対して最も効果を発揮した試験体であるといえる。 Further, in Example 5, both the angle and the cross-sectional shape in which the longitudinal direction is inclined are manufactured in the above-described preferred form, but the friction coefficient is lower than that of all the other examples, and the friction is reduced. It can be said that this is the test body that has been most effective.
加えて、条件Aと条件Bで、相対速度を変えて試験を行ったが、実施例1〜5については、速度の増加とともに、摩擦係数の比率が減少し、よって摩擦の低減効果が上昇している。これは、実施例1〜5における凹部10aの断面形状が、図3に示す(a)に形成されていることに起因し、軸10と軸受メタル11との相対回転速度の増加に伴い、凹部10aの潤滑油を押し流す機能が、さらに増幅されたものと考えられる。
In addition, the test was performed with the relative speed changed under the conditions A and B. In Examples 1 to 5, the ratio of the coefficient of friction decreased as the speed increased, and thus the friction reduction effect increased. ing. This is because the cross-sectional shape of the concave portion 10a in Examples 1 to 5 is formed in (a) shown in FIG. 3, and the concave portion 10a is increased as the relative rotational speed between the
なお、凹部10aは、軸の回転方向へ向かう潤滑油の流れを促進させる機能を有するために、前述した軸10の回転方向へ潤滑油の流れを誘導する機能と、軸10の回転方向へ潤滑油を押し流す機能との両者を有する必要は無く、いずれか一つの機能を有するように、前述した好ましい形態に設けられれば良い。なお、実施例5に示したように、凹部10aは、両機能を有するように形成された場合には、さらに摩擦の低減について効果を発揮する。
Since the recess 10a has a function of accelerating the flow of the lubricating oil in the rotation direction of the shaft, the recess 10a has a function of inducing the flow of the lubricating oil in the rotation direction of the
本発明は、上述した実施形態のみに限定されるものではなく、特許請求の範囲内において、種々改変することができる。 The present invention is not limited to the above-described embodiments, and various modifications can be made within the scope of the claims.
なお、本実施形態における凹部10aは、すべり軸受11の円筒内面に設けられてもよい。
In addition, the recessed part 10a in this embodiment may be provided in the cylindrical inner surface of the
また、本実施形態におけるすべり軸受は円筒形状を呈するものとしたが、クランクシャフトなどに用いることを考慮して、2つの半円筒状に分解可能に構成されるものであってもよい。 Further, although the plain bearing in the present embodiment is assumed to have a cylindrical shape, it may be configured to be disassembled into two semi-cylindrical shapes in consideration of use for a crankshaft or the like.
1 摺動装置、
2 可変圧縮比エンジン、
10 軸(円柱軸)、
10a 凹部、
11 すべり軸受(軸受メタル)、
21 ピストン、
23 第1のコンロッド、
24 コンロッド間連結ピン、
25 第2のコンロッド、
28 コントロール間連結ピン、
30 制御機構連結部、
31 制御機構、
A 軸(円柱軸)の回転方向、
B 凹部を構成する面における単位面の法線。
1 sliding device,
2 variable compression ratio engine,
10 axes (cylinder axis),
10a recess,
11 Sliding bearing (bearing metal),
21 piston,
23 first connecting rod,
24 Connecting rod connecting pin,
25 Second connecting rod,
28 Inter-control connecting pin,
30 Control mechanism coupling part,
31 control mechanism,
A axis (cylinder axis) rotation direction,
B Normal of the unit surface in the surface constituting the recess.
Claims (18)
該軸を油を介して支持するための円筒形状のすべり軸受とを有する低摩擦摺動装置における前記軸であって、
前記軸の外表面に1つ以上の凹部が設けられ、
前記凹部は、前記軸の回転時に、前記軸の回転方向の成分を有する前記油の流れを促進させるように形成されていることを特徴とする低摩擦摺動装置の軸。 An axis rotatable around the axis, and
The shaft in a low friction sliding device having a cylindrical slide bearing for supporting the shaft via oil,
One or more recesses are provided on the outer surface of the shaft;
The shaft of the low friction sliding device, wherein the recess is formed so as to promote the flow of the oil having a component in the rotation direction of the shaft when the shaft rotates.
該軸を油を介して支持するための円筒形状のすべり軸受とを有する低摩擦摺動装置における前記軸であって、
前記軸の外表面に1つ以上の凹部が設けられ、
前記凹部を構成する面における単位面積を有する単位面のうち、法線が前記軸の回転方向の成分を有する単位面の面積の合計は、法線が前記軸の回転方向と反対方向の成分を有する単位面の面積の合計よりも大きいことを特徴とする低摩擦摺動装置の軸。 An axis rotatable around the axis, and
The shaft in a low friction sliding device having a cylindrical slide bearing for supporting the shaft via oil,
One or more recesses are provided on the outer surface of the shaft;
Of the unit surfaces having a unit area in the surface constituting the recess, the sum of the areas of the unit surfaces whose normal line has a component in the rotation direction of the axis is a component whose normal line is in a direction opposite to the rotation direction of the axis. A shaft of a low-friction sliding device characterized by being larger than the total area of unit surfaces.
該軸を油を介して支持するための円筒形状のすべり軸受とを有する低摩擦摺動装置における前記軸であって、
前記軸の外表面に1つ以上の凹部が設けられ、
前記凹部は、長手方向が前記軸の回転方向と直交する方向に対して傾斜していることを特徴とする低摩擦摺動装置の軸。 An axis rotatable around the axis, and
The shaft in a low friction sliding device having a cylindrical slide bearing for supporting the shaft via oil,
One or more recesses are provided on the outer surface of the shaft;
The shaft of the low-friction sliding device, wherein the concave portion is inclined with respect to a direction perpendicular to the rotation direction of the shaft.
第1のコンロッドと第2のコンロッドとは、コンロッド間連結ピンによって連結され、
前記第2のコンロッドは、コントロールロッド間連結ピンによって、揺動可能にコントロールロッドと連結され、
前記コントロールロッドは、前記コントロールロッド間連結ピンと反対側に位置する制御機構連結部によって、制御機構と連結され、
前記制御機構は、前記制御機構連結部の位置を変更することによって、ピストンのストローク長を制御することを特徴とする請求項17に記載の可変圧縮比エンジン。 The engine is a variable compression ratio engine in which a crankshaft and a piston that reciprocates in a cylinder are connected via a first connecting rod and a second connecting rod,
The first connecting rod and the second connecting rod are connected by a connecting pin between connecting rods,
The second connecting rod is swingably connected to the control rod by a control rod connecting pin,
The control rod is connected to the control mechanism by a control mechanism connecting portion located on the opposite side of the inter-control rod connecting pin,
The variable compression ratio engine according to claim 17, wherein the control mechanism controls a stroke length of a piston by changing a position of the control mechanism connecting portion.
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