JP2006177461A - 滑り軸受構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 軸受メタルの変形を防止することにより、滑り軸受の性能を高レベルに保つことにある。
【解決手段】 シリンダブロックと軸受キャップとにより形成されるジャーナルボアには半割型の軸受メタル１５が組み付けられ、一対の軸受メタル１５によって形成される滑り軸受１８により、クランク軸のクランクジャーナルが回転自在に支持される。軸受メタル１５の周方向両端に形成される突合せ面１５ａの少なくともいずれか一方には、突合せ面１５ａの幅方向中央において最も深くなる切り欠き部１５ｄが形成される。この切り欠き部１５ｄを形成することにより、シリンダブロックや軸受キャップに対応させて、軸受メタル１５の締め代つまり密着力を幅方向に変化させることができ、軸受メタル１５の内周面を平坦に保つことが可能となる。
【選択図】 図５

Description

本発明は、半割型の軸受メタルを用いて回転軸を回転自在に支持する滑り軸受構造に関する。

エンジンにはクランク軸やカム軸など様々な回転軸が組み込まれており、これら回転軸の多くは滑り軸受によって支持されている。このような滑り軸受は、軸受メタルと回転軸との間に潤滑油の油膜を生じさせており、油膜圧力によって大きな荷重を支えることが可能となっている。

また、滑り軸受の多くは半割型の軸受メタルによって形成されており、たとえば、クランク軸のクランクジャーナルを支持する滑り軸受にあっては、シリンダブロックと軸受キャップとにより形成されるジャーナルボアに一対の軸受メタルが挟み込まれている。この軸受メタルの性能を十分に発揮させるためには、適切な締め代をもって組み付けることによりジャーナルボアに対して軸受メタルを密着させる必要がある。このため、軸受メタルには締め代であるクラッシュハイトが設定されており、このクラッシュハイトに応じて軸受メタルの外周長はジャーナルボアの内周長よりも長く形成されている。つまり、軸受メタルにはクラッシュハイトに応じた圧縮応力が発生するようになっており、シリンダブロック等に対する密着力や回り止め力が確保されるようになっている。

このクラッシュハイトは、軸受メタルとジャーナルボアとの加工誤差に影響されるため、過大なクラッシュハイトが生じてしまった場合には、軸受メタルとクランク軸との間のクリアランスが拡大されてしまい、打撃音が生じてしまうなどの問題がある。そこで、軸受メタルとジャーナルボアとの加工誤差により過大なクラッシュハイトが生じた場合であっても、軸受メタルに生じる圧縮応力を適切に保ち、軸受メタルとクランク軸との間のクリアランスを適切な範囲に保つようにした滑り軸受が提案されている。(たとえば、特許文献１参照)。
実開昭６３−５１９２３号公報

ところで、エンジンの高出力化に伴ってクランク軸等に作用する荷重も増大する傾向にあることから、ジャーナルボアの近傍に補強材を鋳込むことにより、シリンダブロック等の高剛性化が図られることも多い。しかしながら、補強材を鋳込んだシリンダブロックにあっては、シリンダブロック本体と補強材とを形成する金属材料の熱膨張率が相違することから、エンジンの温度上昇に伴って補強材の周囲に隙間が生じてしまうおそれがある。また、補強材を鋳込む際に鋳込み隙間が生じてしまうおそれもある。

このようなシリンダブロックに、特許文献１に記載されるような滑り軸受を組み込むようにすると、ジャーナルボアの近傍に隙間が生じた場合には、軸受メタルの圧縮応力によってジャーナルボアの表面が押し込まれ、結果として軸受メタルの断面形状が変形してしまうおそれがある。つまり、軸受メタルが幅方向に反ってしまうため、クランク軸と軸受メタルとの当たりが局部的に強くなり、滑り軸受の潤滑不良を招いてしまうおそれがある。

また、軸受メタルの中央には周方向に潤滑油の案内溝が形成されており、軸受メタルの幅方向中央から外側に広がるように潤滑油が供給されている。つまり、潤滑油の供給圧力によって軸受メタルの中央はジャーナルボアに向けて押し込まれており、補強材の周囲に隙間が生じていない場合であっても、軸受メタルが幅方向に反ってしまうおそれがあり、クランク軸と軸受メタルとの当たりが局部的に強くなるおそれがある。

本発明の目的は、軸受メタルの変形を防止することにより、滑り軸受の性能を高レベルに保つことにある。

本発明の滑り軸受構造は、支持体に形成される軸受嵌合孔に半割型の軸受メタルが組み付けられ、前記軸受メタルによって形成される滑り軸受により回転軸を回転自在に支持する滑り軸受構造であって、前記軸受メタルの周方向両端に形成される突合せ面の少なくともいずれか一方に、組み付け時の締め代を幅方向に変化させる切り欠き部を形成することを特徴とする。

本発明の滑り軸受構造は、前記切り欠き部は前記突合せ面の幅方向中央において最も深く形成されることを特徴とする。

本発明の滑り軸受構造は、前記切り欠き部の深さ寸法はクラッシュハイトに基づいて設定されることを特徴とする。

本発明の滑り軸受構造は、前記支持体に形成される軸受嵌合孔の近傍には、支持体本体を形成する金属材料と熱膨張率の異なる金属材料が鋳込まれることを特徴とする。

本発明の滑り軸受構造は、前記回転軸はエンジンに組み付けられるクランク軸であることを特徴とする。

本発明によれば、軸受メタルに切り欠き部を形成することにより、軸受嵌合孔に対する軸受メタルの密着力を幅方向に調整することができ、軸受メタルの内周面を平坦に保つことができる。これにより、滑り軸受の性能を高レベルに保つことが可能となる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１は本発明の一実施の形態である滑り軸受構造を備えるエンジン１０の一部を示す分解斜視図である。また、図２は図１のａ−ａ線に沿って滑り軸受構造を示す断面図であり、図３は図１のｂ−ｂ線に沿って滑り軸受構造を示す断面図である。なお、動弁機構を備えるシリンダヘッドや、潤滑油を貯留するオイルパン等は省略して図示している。

図１〜図３に示すように、図示するエンジン１０は４気筒の４ストロークエンジン１０であり、複数のシリンダボア１１が形成される支持体としてのシリンダブロック１２と、シリンダブロック１２の下部に組み付けられる支持体としての軸受キャップ１３とを備えている。シリンダブロック１２と軸受キャップ１３とのそれぞれには半円状に切り欠かれた軸受部１２ａ，１３ａが形成され、それぞれの軸受部１２ａ，１３ａを対向させながらシリンダブロック１２と軸受キャップ１３とを組み付けることにより、環状の軸受嵌合孔つまりジャーナルボア１４が形成されるようになっている。

このように形成されるジャーナルボア１４には半割型の軸受メタル１５が対向した状態で組み込まれており、環状に組み合わされる軸受メタル１５の内周側にはクランク軸１６のクランクジャーナル１７が配置されている。つまり、シリンダブロック１２と軸受キャップ１３とにより一対の軸受メタル１５を挟み込むことによって滑り軸受１８が形成され、この滑り軸受１８によりクランク軸１６が回転自在に支持されるようになっている。なお、中間のクランクジャーナル１７を支持する滑り軸受１８にあっては、軸方向の推力を受けるスラスト軸受１９と共に組み付けられている。

図２に示すように、回転自在に支持されるクランク軸１６には、所定間隔毎に配置されるクランクジャーナル１７を連結するように、回転中心から偏心するクランクピン２０と、クランクジャーナル１７とクランクピン２０とを連結するクランクアーム２１とが設けられている。そして、クランクピン２０にはコネクティングロッド２２の大端部が回転自在に組み付けられ、コネクティングロッド２２の小端部にはシリンダボア１１内に往復動自在に収容されるピストン２３が揺動自在に組み付けられている。このように、クランク軸１６とピストン２３とはコネクティングロッド２２を介して連結されており、ピストン２３を往復動させることによってクランク軸１６を回転させることが可能となっている。

なお、シリンダブロック１２にはクランクジャーナル１７に向けて潤滑油を供給する潤滑油路２４が形成されており、クランク軸１６にはクランクジャーナル１７からクランクピン２０に潤滑油を案内する潤滑油路２５が形成されている。これらの潤滑油路２４，２５には、図示しないオイルパンからオイルポンプを介して潤滑油が供給されるようになっている。また、クランク軸１６の一端側には補機類を駆動するための補機駆動軸２６が設けられており、クランク軸１６の他端側には変速機等に連結するための出力用フランジ２７が設けられている。

続いて、図４(Ａ)は軸受メタル１５に設けられるクラッシュハイトＨｃの説明図であり、図４(Ｂ)は軸受メタル１５を組み付ける際に生じる密着力Ｆを示す説明図である。滑り軸受１８としての機能を発揮させるためには、適切な締め代をもって軸受メタル１５を締め付ける必要があるため、軸受メタル１５には所定のクラッシュハイトＨｃが設定されている。ここで、クラッシュハイトＨｃとは軸受メタル１５を締め付ける際の締め代であり、図４(Ａ)に示すように、測定ゲージＧに組み付けられた軸受メタル１５の一端を固定するとともに他端に所定荷重を加えることによって測定される値となっている。なお、測定ゲージＧの内径寸法はジャーナルボア１４の基準寸法と同寸法に加工されている。

このようなクラッシュハイトＨｃを設けることにより、図４(Ｂ)に示すように、軸受メタル１５の突合せ面１５ａを相互に突き合わせながら、シリンダブロック１２に軸受キャップ１３を組み付けることにより、軸受メタル１５がクラッシュハイトＨｃに応じて圧縮され、軸受メタル１５にはジャーナルボア１４に向かう密着力Ｆが放射状に発生することになる。そして、密着力Ｆによって軸受メタル１５はジャーナルボア１４内に確実に組み付けられ、クランク軸１６の回転に伴う軸受メタル１５の回動や横ずれが防止されるとともに、軸受メタル１５とクランクジャーナル１７とのクリアランスが適切に保たれることになる。

次いで、軸受メタル１５の構造について説明する。図５は一対の軸受メタル１５を示す斜視図であり、図６(Ａ)は軸受メタル１５の突合せ面１５ａを相互に突き合わせた状態を示す説明図であり、図６(Ｂ)はシリンダブロック１２に軸受キャップ１３を締め付けて軸受メタル１５に圧縮応力Ｓを生じさせた状態を示す説明図である。まず、図５に示すように、軸受メタル１５は円筒形状をほぼ半分に分割した半割型に形成されており、軸受メタル１５は裏金付きの銅合金やアルミニウム合金などを用いて形成される。この軸受メタル１５の内周面のほぼ中央には周方向に油溝１５ｂが形成されており、軸受メタル１５には油溝１５ｂに連通する貫通孔１５ｃが形成されている。この貫通孔１５ｃはシリンダブロック１２の潤滑油路２４に連通するようになっており、貫通孔１５ｃから油溝１５ｂに潤滑油が案内されるようになっている。そして、軸受メタル１５の周方向両端に形成される突合せ面１５ａの一方には、軸受メタル１５の幅方向に締め代を変化させる切り欠き部１５ｄが形成されており、この切り欠き部１５ｄは幅方向中央が最も深く形成されるようになっている。

このような切り欠き部１５ｄを形成することにより、図６(Ａ)に示すように、軸受メタル１５の締め代は幅方向中央において最も少なくなり、幅方向両側に近づくにつれて増加することになる。図示する場合には、切り欠き部１５ｄの深さ寸法をクラッシュハイトＨｃに相当する深さ寸法に形成することにより、締め代が幅方向中央においてほぼ０に設定されるようになっている。そして、図６(Ｂ)に示すように、軸受メタル１５を締め付けることによって生じる圧縮応力Ｓは、締め代に応じて幅方向に変化することになり、幅方向中央において最も小さな値となる一方、幅方向両側に近づくにつれて増大することになる。なお、切り欠き部１５ｄはクラッシュハイトＨｃに相当する深さ寸法に形成されているが、これに限られることはなく、切り欠き部１５ｄの深さ寸法は、後述する軸受部１２ａ，１３ａの剛性や、設定されるクラッシュハイトＨｃに基づいて設定されることになる。

ところで、エンジン１０の高出力化に伴ってクランク軸１６に作用する荷重も増大傾向にあり、クランク軸１６を支持するシリンダブロック１２や軸受キャップ１３の高剛性化が図られることも多い。ここで、図７は図２の範囲ａでシリンダブロック１２の構造を示す拡大断面図である。図７に示すように、シリンダブロック１２の剛性を高めるため、クランク軸１６を支持する軸受部１２ａの内側には補強材３０が鋳込まれており、シリンダブロック１２の支持体本体であるブロック本体３１はアルミニウムを材料に用いて形成される一方、剛性を高めるための補強材３０は鋳鉄を用いて形成されている。このようなシリンダブロック１２にあっては、熱膨張率(線熱膨張係数)が異なる金属材料を複合的に用いて形成されるため、図示するように、エンジン１０の温度上昇に伴って補強材３０の周囲に隙間Ｃが生じてしまうおそれがある。なお、図２に示すように、シリンダブロック１２だけでなく、軸受キャップ１３にも補強材３０が鋳込まれている。

ここで、図８(Ａ)は従来の滑り軸受構造によるクランク軸１６の支持状態を示す説明図であり、図８(Ｂ)は本発明の滑り軸受構造によるクランク軸１６の支持状態を示す説明図である。なお、図８(Ａ)および(Ｂ)は、図７に示す部位と同様の部位を示している。

まず、図８(Ａ)に示すように、従来の滑り軸受構造にあっては、軸受メタルの突合せ面が平坦に形成されるため、軸受メタルの密着力Ｆが幅方向に一様となって発生することになる。したがって、隙間Ｃによって局部的に剛性が低下する軸受部１２ａ，１３ａに対して、密着力Ｆが一様に発生する軸受メタルを組み込んだ場合には、軸受部１２ａ，１３ａの幅方向中央を軸受メタルによって押し込んでしまうおそれがある。つまり、図示するように、軸受メタルの断面形状が幅方向に反るように変形することになり、軸受メタルの内周面を平坦に保つことができず、クランクジャーナル１７と軸受メタルとの潤滑状態を損なうおそれがある。

そこで、軸受メタル１５に切り欠き部１５ｄを形成することにより、これらの問題を解消することが可能となる。図８(Ｂ)に示すように、本発明の滑り軸受構造にあっては、軸受メタル１５の幅方向両側に近づくにつれて圧縮応力Ｓが増大するため、ジャーナルボア１４に対する軸受メタル１５の密着力Ｆも幅方向両側に近づくにつれて増大することになる。つまり、シリンダブロック１２や軸受キャップ１３の補強材３０の周囲に隙間Ｃが生じた場合であっても、隙間Ｃによって剛性が低くなる軸受部１２ａ，１３ａの幅方向中央においては軸受メタル１５の密着力Ｆも低く設定されるため、軸受メタル１５によって軸受部１２ａ，１３ａの表面を押し込んでしまうことがなく、軸受メタル１５の内周面を平坦に保つことが可能となる。また、高剛性となる軸受部１２ａ，１３ａの幅方向両側に近づくにつれて密着力Ｆが増大するため、ジャーナルボア１４に対して軸受メタル１５を組み付ける際の密着力Ｆが不足することはなく、クランク軸１６の回転に伴って軸受メタル１５がずれてしまうこともない。これらにより、滑り軸受１８の性能を高レベルに保つことが可能となる。

これまで説明したように、軸受メタル１５に切り欠き部１５ｄを形成することにより、ジャーナルボア１４に対する軸受メタル１５の密着力Ｆを幅方向に調整することができるため、シリンダブロック１２や軸受キャップ１３の軸受部１２ａ，１３ａに剛性の低い箇所が生じる場合であっても、軸受メタル１５の内周面を平坦に保つことが可能となる。したがって、軸受メタル１５とクランクジャーナル１７との潤滑状態を良好に保つことができ、焼付き等を生じさせることなく滑り軸受１８の潤滑性能を高レベルに保つことが可能となる。

また、図示するシリンダブロック１２や軸受キャップ１３の軸受部１２ａ，１３ａには補強材３０が鋳込まれているが、補強材３０が鋳込まれていない場合であっても、本発明を有効に適用することができる。つまり、軸受メタル１５とクランクジャーナル１７との間に供給される潤滑油によって、軸受メタル１５の中央がジャーナルボア１４に向けて押し込まれる場合があるが、突合せ面１５ａに切り欠き部１５ｄを形成して、軸受メタル１５の中央に生じる密着力Ｆを予め低く抑えることにより、軸受メタル１５の内周面を平坦に保つことが可能となる。

続いて、図９(Ａ)および(Ｂ)は、他の実施の形態である軸受メタル３２，３３に形成される切り欠き部３２ａ，３３ａを示す平面図である。軸受メタル１５の突合せ面１５ａに形成される切り欠き部としては、図５に示すような略Ｖ字状の切り欠き部１５ｄに限られることはなく、図９(Ａ)に示すように、円弧状の切り欠き部３２ａを形成するようにしても良く、図９(Ｂ)に示すように、突合せ面の幅方向両側を平坦に形成することなく、幅方向の全体に渡って切り欠き部３３ａを形成するようにしても良い。

以上、本発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能であることはいうまでもない。たとえば、本発明の滑り軸受構造によって支持する部位としては、クランクジャーナル１７に限られることはなく、クランクピン２０であっても良く、カム軸に形成されるカムジャーナルであっても良い。

また、図示する場合には、軸受メタル１５に形成される突合せ面１５ａの一方に、切り欠き部１５ｄを形成するようにしているが、双方の突合せ面１５ａのそれぞれに切り欠き部１５ｄを形成するようにしても良い。なお、この場合には、クラッシュハイトＨｃに基づいて切り欠き部１５ｄの深さ寸法が変更されることは言うまでもない。

なお、軸受メタル１５の突合せ面１５ａに形成される切り欠き部１５ｄや、軸受メタル３２，３３に形成される切り欠き部３２ａ，３３ａは、その理解を容易にするために、その大きさを誇張して図示している。

本発明の一実施の形態である滑り軸受構造を備えるエンジンの一部を示す分解斜視図である。 図１のａ−ａ線に沿って滑り軸受構造を示す断面図である。 図１のｂ−ｂ線に沿って滑り軸受構造を示す断面図である。 (Ａ)は軸受メタルに設けられるクラッシュハイトの説明図であり、(Ｂ)は軸受メタルを組み付ける際に生じる密着力を示す説明図である。 一対の軸受メタルを示す斜視図である。 (Ａ)は軸受メタルの突合せ面を相互に突き合わせた状態を示す説明図であり、(Ｂ)はシリンダブロックに軸受キャップを締め付けて軸受メタルに圧縮応力を生じさせた状態を示す説明図である。 図２の範囲ａでシリンダブロックの構造を示す拡大断面図である。 (Ａ)は従来の滑り軸受構造によるクランク軸の支持状態を示す説明図であり、(Ｂ)は本発明の滑り軸受構造によるクランク軸の支持状態を示す説明図である。 (Ａ)および(Ｂ)は他の実施の形態である軸受メタルに形成される切り欠き部を示す平面図である。

符号の説明

１０ エンジン
１２ シリンダブロック(支持体)
１３ 軸受キャップ(支持体)
１４ ジャーナルボア(軸受嵌合孔)
１５ 軸受メタル
１５ａ 突合せ面
１５ｄ 切り欠き部
１６ クランク軸(回転軸)
１８ 滑り軸受
３１ ブロック本体(支持体本体)
Ｈｃ クラッシュハイト

Claims (5)

1. 支持体に形成される軸受嵌合孔に半割型の軸受メタルが組み付けられ、前記軸受メタルによって形成される滑り軸受により回転軸を回転自在に支持する滑り軸受構造であって、
   前記軸受メタルの周方向両端に形成される突合せ面の少なくともいずれか一方に、組み付け時の締め代を幅方向に変化させる切り欠き部を形成することを特徴とする滑り軸受構造。
2. 請求項１記載の滑り軸受構造において、前記切り欠き部は前記突合せ面の幅方向中央において最も深く形成されることを特徴とする滑り軸受構造。
3. 請求項１または２記載の滑り軸受構造において、前記切り欠き部の深さ寸法はクラッシュハイトに基づいて設定されることを特徴とする滑り軸受構造。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の滑り軸受構造において、前記支持体に形成される軸受嵌合孔の近傍には、支持体本体を形成する金属材料と熱膨張率の異なる金属材料が鋳込まれることを特徴とする滑り軸受構造。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の滑り軸受構造において、前記回転軸はエンジンに組み付けられるクランク軸であることを特徴とする滑り軸受構造。

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