JP2007285456A - 軸受構造 - Google Patents

Abstract

【課題】良好な潤滑特性、特にエンジン始動時、エンジン停止時等の良好な潤滑特性を得ることができると共に、軸が回転する際の軸と軸受部材との面圧を低減し、耐焼付性を向上させることのできる軸受構造を提供することを課題とする。
【解決手段】軸受構造（１）は、裏金部材（２）に軸受部材（３）が装着されている。軸受部材（３）には周方向に延びる細長形状の凹部（３ａ）が設けられている。この凹部（３ａ）にはそれぞれ軸受部材（３）よりも熱膨張率が大きい収縮部材（４）が埋め込まれて装着されている。収縮部材（４）は、エンジンが始動し、クランクシャフトの回転開始により軸受構造（１）が熱を帯び、膨張することによって軸受部材（３）の表面と面一の摺動面（６）を形成する。一方、軸受構造（１）の温度が低下すると、収縮部材４が収縮し、凹部（３ａ）に段差が現れて油溜まり（５）が形成される。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転軸を支持する軸受構造に関する。

従来、クランク軸とピストンとを連接する連接棒であって、滑り軸受層を設け、この滑り軸受層に潤滑溝を形成した構成が提案されている（特許文献１）。この潤滑溝はエンジン停止時やアイドリング回転数以下のエンジン回転数において軸受部におけるオイル保持容積を増大させることができる。これにより、エンジン始動時、エンジン停止時等、潤滑ポンプからの潤滑油の供給が停止されるタイミングにおける潤滑特性を改善することができる。

一方、特許文献２には燃料である軽油を潤滑油として利用する軽油潤滑式ディーゼルエンジンが開示されている。このような軽油潤滑式ディーゼルエンジンでは、燃料となる軽油がエンジン各部の潤滑油としても用いられ、エンジン各部を循環する。このため、潤滑専用のオイルは不要であり、オイル交換の手間も省くことができる。

このようなディーゼルエンジンでは燃料として一般的に軽油を用い、軽油が潤滑系に供給されて各部の潤滑に供される。このようにエンジン各部の潤滑に供され、軸受部にも供給される軽油は、一般的なエンジンオイルよりも粘性が低く流れ落ち易いが、特許文献１に開示されたような軸受を用いれば、潤滑溝に潤滑油としての軽油が保持され、エンジン始動時、エンジン停止時等の潤滑特性を改善することができる。

特表２００２−５１６９６１号公報 実開昭６０−１９４１１２号公報

しかしながら、特許文献１記載の軸受部の構成は、潤滑溝を設けた分だけ軸と軸受部材との接触面積が減少し、軸と軸受部材との接触部が高面圧となる。この結果、当該箇所における耐焼付性が低下すると考えられる。

そこで、本発明は、良好な潤滑特性、特にエンジン始動時、エンジン停止時等の良好な潤滑特性を得ることができると共に、軸が回転する際の軸と軸受部材との面圧を低減し、耐焼付性を向上させることのできる軸受構造を提供することを課題とする。

かかる課題を解決するための、本発明の軸受構造は、回転軸が接触する軸受部材に凹部を形成すると共に、当該凹部に前記軸受部材よりも熱膨張率の大きい材料からなる収縮部材を埋め込んだことを特徴とする（請求項１）。このような構成とすることにより、未だ軸が回転していない場合等、軸受部が冷えた状態にあるときは、収縮部材が収縮状態となって凹部に段差が現れて油溜まりが形成される。本発明の軸受構造は、種々の軸受に採用することができ、例えば、エンジンのクランク軸とコンロッドとの接続部分における軸受に採用することができる。通常、このようなエンジン構成要素への潤滑油の供給は、エンジンが停止すると停止されるが、本発明によれば、エンジン停止した後、潤滑油が流れ落ちる前に凹部に現れる油溜まりに潤滑油を保持することができるので、エンジンの再始動時に油溜まりに保持されている潤滑油で潤滑され、焼付の防止を図ることができる。

一方、エンジンが始動し、一旦、軸の回転開始等により軸受が熱を帯びるようになると、収縮部材が熱により膨張して軸受部材と面一の摺動面を形成する。これにより、軸受における軸と摺動面との接触面積が増大し、軸と軸受部材との面圧を低下させることができ、当該箇所の焼付を防止することができる。

このような軸受構造における凹部の形状はどのような形状であってもよい。例えば、前記凹部は、周方向に延びる細長形状としてもよい（請求項２）し、軸方向に延びる細長形状とすることもできる（請求項３）。また、細長形状に限定されることはなく、四角形であったり、円形であったり、あらゆる形状とすることができる。また、その配列、配置も種々の形態とすることができる。例えば、前記凹部は、周方向に沿って、複数設けられた構成とすることができる（請求項４）。このように周方向に沿って凹部を形成すればそれぞれの凹部での潤滑油の保持能力を高めることができる。軸受部は周状をなしていることから凹部が周方向に区切られることなく連続していると、当該連続した凹部の最も底部となる位置に集中して潤滑油が溜まることになる。これが、周方向に沿って複数凹部を形成すれば、凹部毎に底部、すなわち油溜まりが形成されることとなり、周状の軸受部の中位高さまでであれば各凹部内に潤滑油を留めておくことができる。また、凹部の形状、配置としては、例えば、いわゆるディンプル状とすることもできる。

本発明における前記収縮部材は、樹脂系材料で耐熱性（２５０℃程度）、耐油性、金属との接着性を有するものであれば都合がよく、このような性質を備えた材料であればどのような材料でも採用することができる。例えば、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリアセタール系樹脂、フェノール樹脂等を採用することができる。さらに、収縮部材を構成する材料は、固体潤滑材の中から選定することもできる。一方の軸受部材の材料は、銅系またアルミ系合金を採用することができる。

本発明によれば、回転軸が接触する軸受部材に凹部を形成すると共に、当該凹部に前記軸受部材よりも熱膨張率の大きい材料からなる収縮部材を埋め込んだ構成としたので未だ軸が回転していない場合等、軸受部が冷えた状態にあるときは、収縮部材が収縮状態となって凹部に段差が現れて油溜まりが形成され、当該油溜まりに潤滑油を留めておくことができる。一方、軸の回転開始等により軸受部が熱を帯びるようになると、収縮部材が熱により膨張して軸受部材と面一の摺動面を形成することができる。これにより、軸受部における軸と軸受部材との接触面積が増大し、軸と軸受部材との面圧を低下させることができる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面と共に詳細に説明する。

図１は、本発明の軸受構造１の構成を示す説明図である。本実施例の軸受構造１は、エンジンのクランク軸に取り付けられるコンロッドの大端部を構成するコンロッドキャップを形成している。図１（ａ）は軸受構造１の平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）中、Ａ−Ａ線で断面とした軸受構造１の断面図であり、図１（ｃ）は図１（ａ）中、Ｂ−Ｂ線で断面とした軸受構造１の断面図である。

軸受構造１は、図１（ｂ）に示すように断面とした際に半円形を呈する軸受部材装着部２ａが形成された軟鋼からなる裏金部材２にアルミ系合金からなる軸受部材３が装着されている。軸受部材３には周方向に延びる細長形状の凹部３ａが３条設けられている。この凹部３ａにはそれぞれ軸受部材３よりも熱膨張率が大きいポリイミド（ＰＩ）からなる収縮部材４が埋め込まれて装着されている。この収縮部材４は、耐熱性、耐油性を有している。また、収縮部材４は、金属との接着性を有しており、ポリイミド（ＰＩ）を溶剤に溶解したものを接着剤として凹部３ａの表面に塗布し、圧着加熱することによって収縮部材４を凹部３ａに接着している。ここで、収縮部材４は、凹部３ａへより強固に装着し、脱落を防止すべく、収縮分を見越して予圧縮をかけておく。

ここで、凹部３ａの深さと、この凹部３ａに埋め込まれる収縮部材４の厚さとの関係について図２を参照しつつ説明する。図２（ａ）、（ｂ）はいずれも図１中、参照符号Ｃを付して示した領域を拡大して示したものである。図２（ａ）は、エンジン停止時等、軸受構造１の温度が低く、収縮部材４が収縮した状態を示している。図２（ｂ）は、エンジンが始動し、クランクシャフトの回転開始により軸受構造１が熱を帯び、収縮部材４が熱により膨張した状態を示している。収縮部材４の厚さは、図２（ｂ）に示すように膨張時に軸受部材３の表面と面一の摺動面６を形成する厚さとしている。このような状態から軸受構造１の温度が低下すると、軸受部材３よりも熱膨張率が大きい収縮部材４が収縮し、図２（ａ）に示すように凹部３ａに段差が現れて油溜まり５が形成される。なお、図２（ａ）における油溜まり５の深さは説明を分かりやすくする都合上、誇張して描いている。

以上、説明したような軸受構造１は、低温時に形成される油溜まり５に潤滑油を留めておくことができる。これによりエンジンの再始動時に、未だ、潤滑ポンプからの潤滑油の供給がないような状況下にあっても適切な潤滑特性を確保することができる。また、軸受構造１が熱を帯び、収縮部材４が熱により膨張した状態で軸受部材３の表面と面一の摺動面６が形成されるので図示しない軸と摺動面６との接触面積が増大し、軸と軸受部材との面圧を低下させることができ、当該箇所の焼付を防止することができる。このため、燃料である軽油を潤滑油として利用する形式のエンジンにおいても、粘度が低い軽油を油溜まり５に保持しておくことができ、良好な潤滑特性を得ることができる。

また、本実施例の軸受構造１では、凹部３ａの形状を周方向に延びる細長形状としているので、ジャーナル加工時に凹部３ａを同時に加工できるというメリットがある。

次に、本発明の実施例２について説明する。図３（ａ）は軸受構造１１の平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）中、Ｄ−Ｄ線で断面とした軸受構造１１の断面図であり、図３（ｃ）は図３（ａ）中、Ｅ−Ｅ線で断面とした軸受構造１１の断面図である。

実施例２の軸受構造１１が実施例１の軸受構造１と異なる点は、実施例１の軸受構造１では、周方向に延びる細長形状の凹部３ａが軸受部材３に設けられているのに対し、実施例２の軸受構造１１では、軸方向に延びる細長形状の凹部１３ａが軸受部材１３に設けられている点である。この凹部１３ａは図３に示すように周方向に沿って、複数設けられている。

このような凹部１３ａには、実施例１と同様に収縮部材４が埋め込まれて装着されている。図４（ａ）、（ｂ）はいずれも図３中、参照符号Ｆを付して示した領域を拡大して示したものである。図４（ａ）は、エンジン停止時等、軸受構造１１の温度が低く、収縮部材４が収縮した状態を示している。図４（ｂ）は、エンジンが始動し、クランクシャフトの回転開始により軸受構造１１が熱を帯び、収縮部材４が熱により膨張した状態を示している。収縮部材４の厚さは、図４（ｂ）に示すように膨張時に軸受部材１３の表面と面一の摺動面１６を形成する厚さとしている。このような状態から軸受構造１１の温度が低下すると、軸受部材１３よりも熱膨張率が大きい収縮部材４が収縮し、図４（ａ）に示すように凹部１３ａに段差が現れて油溜まり１５が形成される。なお、図４（ａ）における油溜まり１５の深さは説明を分かりやすくする都合上、誇張して描いている。

以上説明した軸受構造１１は、実施例１の軸受構造１とほぼ同様の効果を得ることができることに加え、以下のような効果を得ることができる。この効果につき、油溜まり１５周辺をさらに拡大して示した図５を参照しつつ説明する。実施例２の軸受構造１１は、前記のように軸方向に延びる細長形状の凹部１３ａが周方向に沿って、複数設けられている。これにより、油溜まり１５にそれぞれ底部１５ａが形成され、この底部１５ａが形成されていることにより潤滑油１７の保持性が向上している。すなわち、凹部１３ａが周方向に繋がっているとその繋がった凹部１３ａの底部に潤滑油が集中してしまうが、この軸受構造１１のような配置とすれば、油溜まり１５のそれぞれに潤滑油を保持させておくことができる。

上記実施例は本発明を実施するための例にすぎず、本発明はこれらに限定されるものではなく、これらの実施例を種々変形することは本発明の範囲内であり、更に本発明の範囲内において、他の様々な実施例が可能であることは上記記載から自明である。例えば、凹部３ａに装着された収縮部材４が脱落したり、ガタついたりすることを防止すべく、図６に示したような構成とすることもできる。すなわち、凹部３ａの形状をいわゆるアリ溝形状とし、収縮部材４を凹部３ａの形状に対応させた形状として凹部３ａに装着する構成とすることができる。また、凹部３ａの内周面が適当な表面荒さを有するように加工しておくことによって収縮部材４の脱落、ガタつきの防止措置とすることもできる。

図１（ａ）は実施例１の軸受構造の平面図であり、図１（ｂ）は図１（ａ）中、Ａ−Ａ線で断面とした軸受構造の断面図であり、図１（ｃ）は図１（ａ）中、Ｂ−Ｂ線で断面とした軸受構造の断面図である。 （ａ）、（ｂ）いずれも図３中、参照符号Ｃを付して示した領域を拡大して示したものであり、（ａ）は、軸受構造の温度が低く、収縮部材が収縮した状態を示す説明図、（ｂ）は、エンジンが始動し、軸受構造が熱を帯び、収縮部材が熱により膨張した状態を示す説明図である。 図３（ａ）は実施例２の軸受構造の平面図であり、図３（ｂ）は図３（ａ）中、Ｄ−Ｄ線で断面とした軸受構造の断面図であり、図３（ｃ）は図３（ａ）中、Ｅ−Ｅ線で断面とした軸受構造の断面図である。 （ａ）、（ｂ）いずれも図３中、参照符号Ｆを付して示した領域を拡大して示したものであり、（ａ）は、軸受構造の温度が低く、収縮部材が収縮した状態を示す説明図、（ｂ）は、エンジンが始動し、軸受構造が熱を帯び、収縮部材が熱により膨張した状態を示す説明図である。 実施例２における油溜まり周辺をさらに拡大して示した説明図である。 凹部の形状をアリ溝形状とした軸受構造の一部拡大断面図である。

符号の説明

１、１１ 軸受構造
２ 裏金部材
３、１３ 軸受部材
４ 収縮部材
５、１５ 油溜まり
６、１６ 摺動面
１７ 潤滑油

Claims (4)

1. 回転軸が接触する軸受部材に凹部を形成すると共に、当該凹部に前記軸受部材よりも熱膨張率の大きい材料からなる収縮部材を埋め込んだことを特徴とする軸受構造。
2. 請求項１記載の軸受構造において、
   前記凹部は、周方向に延びる細長形状であることを特徴とする軸受構造。
3. 請求項１記載の軸受構造において、
   前記凹部は、軸方向に延びる細長形状であることを特徴とする軸受構造。
4. 請求項１記載の軸受構造において、
   前記凹部は、周方向に沿って、複数設けられたことを特徴とする軸受構造。
   

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