JP2008144932A

JP2008144932A - すべり軸受

Info

Publication number: JP2008144932A
Application number: JP2006335794A
Authority: JP
Inventors: Taku Kondo; 近藤　　卓; Yukiyasu Taguchi; 幸保田口; Norio Miyahara; 憲隆宮原
Original assignee: Taiho Kogyo Co Ltd
Current assignee: Taiho Kogyo Co Ltd
Priority date: 2006-12-13
Filing date: 2006-12-13
Publication date: 2008-06-26
Also published as: WO2008072548A1

Abstract

【解決手段】クランクシャフト１のクランクピン３に隣り合わせて両コンロッド５、６を取り付けてあり、各コンロッド５、６にそれぞれすべり軸受４が装着されている。各すべり軸受４は、上方側部材１１と下方側部材１２とからなり円筒状に形成されている。
左のすべり軸受４の上方側部材１１における摺接面４Ａには、軸方向の一端側（左方側）の領域にクラウニング４Ｂが形成されている。また、右のすべり軸受４の上方側部材１１における摺接面４Ａには、軸方向の他端側（右方側）の領域にクラウニング４Ｂが形成されている。
【効果】摺接面４Ａの片当りを良好に防止することができる。
【選択図】図１

Description

本発明はすべり軸受に関し、より詳しくは摺接面における軸方向の端部にクラウニング（退没部）を形成した半割りすべり軸受に関する。

近年、自動車用エンジンの高出力化への要望が強く、しかも排気ガスや燃費規制の強化に伴って、エンジンの高筒内圧化および小型軽量化が進んでいる。これに伴い、自動車用エンジンのクランクシャフトを軸支するすべり軸受は面圧が上昇する傾向にある。
このようにすべり軸受の面圧が上昇傾向にあり、他方、クランクシャフトやハウジングの剛性が相対的に低下しているため、最近のすべり軸受においては、摺接面の軸方向の端部が片当りしやすいという欠点が指摘されている。
そこで、従来、摺接面の片当りと摩耗を防止するために、摺接面における軸方向の両端側にクラウニング（退没部）を形成したすべり軸受が提案されている（例えば特許文献１、特許文献２、非特許文献１）。
このような従来のすべり軸受は例えば自動車用エンジンのコンロッドの基部に装着されてクランクピンと摺動するようになっている。このような従来のすべり軸受においては、摺接面の軸方向の両端側に傾斜面等からなるクラウニングを設けているので、クランクピンの中央部が半径方向に撓んだ場合においても、クランクピンの外周部と摺動する摺接面の軸方向の両端側の領域が焼付いたり、疲労を起こしたりすることを抑制することができる。
換言すると、摺接面の軸方向の両端部側にクラウニングを設けていないすべり軸受であると、摺接面における軸方向の両端側の箇所がクランクピンの外周面と片当りして、その部分が焼付いたり、疲労を起こすという欠点があった。
特開２００２−２６６８４８号公報特開平４−５４３１１号公報２００６年１１月刊行「自動車技術」Ｖｏｌ．６０の第５０頁〜第５５頁「すべり軸受の鉛フリー化対応技術」

ところで、上述したような摺接面の軸方向の両端側にクラウニングを設けたすべり軸受であっても、次のような欠点が指摘されていたものである。すなわち、例えば図１に示したように、Ｖ型多気筒のエンジンにおいては、１つのクランクピン３に２本のコンロッド５、６を隣接させて取り付ける場合がある。
この場合には、それら各コンロッド５、６に装着されてクランクピン３を軸支する各すべり軸受４、４は、クランクピン３の一端側（左方側）となるすべり軸受４の摺接面における軸方向の一端側（左上方側）の領域と、クランクピン３の他端側（右方側）となる第２のすべり軸受４の摺接面における軸方向の他端側（右上方側）の領域がクランクピン３の外周面と片当りしやすくなる（図１に矢印Ａで表示した箇所）。
このように両方のすべり軸受４、４の摺接面における軸方向の一方の側が片当りする理由は、燃焼室の爆発荷重が各コンロッド５、６を介してそれらのすべり軸受４、４に作用するタイミングがずれるためと考えられる。
上述したようなＶ型多気筒のエンジンのコンロッド軸受として、摺接面の軸方向両端の領域にクラウニングを設けたすべり軸受を採用すると、軸方向両端側にクラウニングを設けたことによりクランクピンと摺接する摺接面の面積が少ないことですべり軸受の負荷容量が低下して、かえって摺接面に疲労が発生したり、焼付きが助長されるという欠点が生じる。

上述した事情に鑑み、請求項１に記載した本発明は、一対の上部側部材と下部側部材とを抱き合わせて全体として円筒状に形成されるとともに、上記上部側部材と下部側部材の内周面からなる摺接面によって回転軸を摺動自在に軸支するようにしたすべり軸受において、
上記上部側部材および下部側部材の内周面における軸方向の一方の端部側に本来の摺接面よりも退没したクラウニングを形成したものである。

このような構成によれば、摺接面の負荷容量が減少することを抑制して、摺接面の片当りや焼付きが生じにくいすべり軸受を提供できる。

以下、本発明を自動車用エンジンのコンロッド軸受に用いた実施例について説明すると、図１ないし図２はＶ型８気筒の自動車用エンジンにおけるクランクシャフト１の要部を示したものである。
クランクシャフト１は、円柱状をした複数のクランクジャーナル２と、隣り合う各クランクジャーナル２の間に配置された複数のクランクピン３とを備えており、各クランクジャーナル２は図示しないすべり軸受を介してシリンダブロックに回転自在に軸支されている。
各クランクピン３の外周部には後述するすべり軸受４、４を介して第１コンロッド５と第２コンロッド６の基部を隣接させて、かつ背中合わせに取り付けている。

第１コンロッド５と第２コンロッド６の基部には、クランクピン３を貫通させる貫通孔５Ａ、６Ａが設けられている。第１コンロッド５の貫通孔５Ａの内周面に一方のすべり軸受４を装着してあり、第２コンロッド６の貫通孔６Ａの内周面に他方のすべり軸受４を装着している。そして、両コンロッド５、６に装着した両すべり軸受４、４の摺接面（内周面）４Ａがクランクピン３の外周面と摺動するようになっている。
図２に示すように、両コンロッド５、６は、クランクシャフト１の軸方向と直交させてクランクピン３に取り付けてあり、また、クランクシャフト１の一端側（左方側）から両コンロッド５、６を見ると、それらはクランクピン３の軸心を通る仮想の鉛直面１００を挟んで一方と他方にエンジンのバンク角に応じて傾斜するようになっている。換言すると、両コンロッド５、６は円周方向において相互に位相をずらしてクランクピン３に取り付けられている。両コンロッド５、６の先端部（上端部）にはそれぞれ図示しないピストンが連結されており、これらの各ピストンおよび両コンロッド５、６は図示しない燃焼室での燃料の爆発に伴って往復動されるようになっている。

しかして、本実施例は、両コンロッド５、６に装着した各すべり軸受４、４の摺接面４Ａを改良することで、該摺接面４Ａの片当りを防止できるようにしたものである。
各すべり軸受４は、半径方向の断面が円弧状となる上方側部材１１と下方側部材１２とからなり、それらを抱き合わせて全体として軸方向に短い円筒状に形成されている。そして、上方側部材１１と下方側部材１２とからなるすべり軸受４を各コンロッド５、６の貫通孔５Ａ、６Ａに次のようにして装着している。
すなわち、図３に示すように、上方側部材１１と下方側部材１２における一対の突合せ部１３を結ぶ仮想の平面１０１が各コンロッド５、６の長手方向と直交するように、上方側部材１１と下方側部材１２を各コンロッド５、６の貫通孔５Ａ、６Ａの内周面に装着している。換言すると、両コンロッド５、６に装着されたすべり軸受４、４の上方側部材１１と下方側部材１２は、円周方向において相互に位相をずらしてクランクピン３に取り付けられている。
このような状態で各すべり軸受４を各コンロッド５、６に装着しているので、図示しない燃焼室内で燃料が爆発してピストンを介して各コンロッド５、６が押し下げられた際に、それらの各コンロッド５、６に作用する爆発荷重を上方側部材１１および下方側部材１２の摺接面（内周面）４Ａの円周方向の中央部で受けることができるようになっている。

本実施例においては、上述した構成を前提として、各すべり軸受４の摺接面４Ａにおける軸方向の一方の端部側に傾斜面からなるクラウニング（退没部）４Ｂを形成したものである。
すなわち、図４ないし図５は、第１コンロッド５に装着したすべり軸受４の上方側部材１１を示したものであり、上方側部材１１における摺接面（内周面）４Ａのクランクピン３の一端側（図１において左方側）となる領域にクラウニング４Ｂを設けている（図５に斜線で示す領域参照）。
このクラウニング４Ｂは、図６に断面図で示すように、軸方向の一端側が低くなる傾斜面から構成されて、本来の摺接面４Ａ（内周面）よりも退没しており、この傾斜面からなるクラウニング４Ｂは、上方側部材１１の摺接面４Ａにおける円周方向の中央部とその前後５０°の領域に形成されている。また、傾斜面からなるクラウニング４Ｂの軸方向寸法は４ｍｍに設定してあり、クラウニング４Ｂの深さ（半径方向の最大退没量）は０．００５ｍｍ（５μｍ）に設定している。
なお、図６は理解しやすいようにクラウニング４Ｂの勾配を誇張して表現してあるが、実際の下方側部材１２に設けた傾斜面からなるクラウニング４Ｂは肉眼では他の内周面の箇所との違いを認識できない程度の僅かな退没量となっている。
また、上記クラウニング４Ｂの幅（軸方向寸法）、深さ（退没量）および円周方向の領域等の各寸法は軸受の大きさや片当たりの量に応じて適宜設定することができる。自動車用エンジンの場合は、軸方向寸法は２〜１０ｍｍ程度、深さは０．００１〜０．０１５ｍｍ（１〜１５μｍ）程度、円周方向の領域は摺接面４Ａの円周方向中央部とその前後３０°〜７０°程度が好ましい範囲である。

また、第１コンロッド５のすべり軸受４の下方側部材１２の摺接面４Ａについては、クランクピン３の軸方向の中央側（図１において右側）に上記下方側部材１２と同様の傾斜面からなるクラウニング４Ｂを形成している。
これは、下方側部材１２にはもともと爆発荷重が直接かからないために片当たりは生じにくいのであるが、クランクピン３の変形は下方側部材１２に対してはクランクピン３の軸方向の中央側が突出する形になるので、クランクピン３の変形が大きな場合は上記の構成が有効になるとともに、上記構成とすることによって上方側部材１１と下方側部材１２を共通の部品とすることができるので、部品点数を削減し、コストダウンを図ることができる。
なお、上述の通り、下方側部材１２にはもともと爆発荷重が直接かからないため、下方側部材１２にクラウニング４Ｂを設けてクランクピン３と摺接する摺接面の面積が減少したとしても、疲労や焼付きが生じる危険性は非常に少ない。
このように、第１コンロッド５のすべり軸受４を構成する上方側部材１１には、軸方向の一端側となる摺接面（内周面）４Ａに、下方側部材１２には、クランクピン３の軸方向の中央側となる摺接面（内周面）４Ａに上述したクラウニング４Ｂを形成している。

また、第２コンロッド６に装着したすべり軸受４の摺接面４Ａにおける軸方向の一方の端部側（図１における右方側）には、上記第１コンロッド５のものと同様にクラウニング４Ｂを設けている。より詳細には、この第２コンロッド６側のすべり軸受４の上方側部材１１の摺接面４Ａにおける軸方向の他端側（図１における右方側）、つまり摺接面４Ａにおけるクランクピン３の他端側に上記図５および図６に図示したものと同様のクランニング４Ｂを形成している。また、第２コンロッド６側のすべり軸受４の下方側部材１２の摺接面４Ａにおけるクランクピン３の軸方向中央側に上記図５および図６に図示したものと同様のクランニング４Ｂを形成している（図１参照）。
このように、本実施例においては、クランクピン３の外周部に隣り合わせで第１コンロッド５と第２コンロッド６を取り付けている。そして、第１コンロッド５のすべり軸受４の上方側部材１１の摺接面４Ａにおけるクランクピン３の一端側（図１の左側）に上記クラウニング４Ｂを形成し、下方側部材１２の摺接面４Ａにおけるクランクピン３の軸方向中央側（図１の右側）に上記クラウニング４Ｂを形成している。また、第２コンロッド６のすべり軸受４の上方側部材１１の摺接面４Ａにおけるクランクピン３の他端側（図１の右側）に上記クラウニング４Ｂを形成し、下方側部材１２の摺接面４Ａにおけるクランクピン３の軸方向中央側（図１の左側）にクラウニング４Ｂを形成している。なお、下方側部材１２におけるクラウニング４Ｂは省略しても良い。換言すると、本実施例においては、少なくとも図１に摺接面４Ａが片当りしやすい箇所として表示した箇所Ａと対応する上方側部材１１の摺接面４Ａの箇所にクラウニング４Ｂを形成するようにしている。

本実施例はこのように構成しているので、燃焼室での燃料の爆発に伴って、両コンロッド５、６が爆発荷重によってタイミングをずらして急激に押し下げられてクランクピン３の軸方向中央部が両端部よりも半径方向に僅かに撓んだ際においても、両コンロッド５、６のすべり軸受４の摺接面４Ａには上述した箇所にクラウニング４Ｂが形成されているので、そのクラウニング４Ｂを設けた摺接面４Ａの箇所がクランクピン３と片当りするのを良好に防止することができる。
これにより、両すべり軸受４、４の摺接面４Ａの片当りと摩耗を防止して、両すべり軸受４の摺接面４Ａの焼付きを良好に防止することができる。

本願の発明者は、摺接面４Ａにクラウニングを形成していないすべり軸受４を図１に示すような隣り合う両コンロッド用のすべり軸受として採用した場合について実験を行った。実験条件は、摺接面の面圧は９０ＭＰａ、相手軸の周速は１０．５ｍ／ｓ、摺接面の最小油膜厚さは０．５μｍであった。
この実験の結果、クラウニングを形成しないすべり軸受４においては、図７に示すようにすべり軸受４を構成する上方側部材および下方側部材における摺接面における斜線Ｂで示した領域に疲労、局部摩耗（５μｍ以上）および焼付きが発生した。
これに対して同一実験条件で本実施例について実験を行った結果は、両すべり軸受４の摺接面４Ａに疲労や損傷もなく、摩耗量も５μｍ以下の僅かなものとなった。
このように、本実施例によれば、摺接面４Ａに疲労や焼付きが生じにくいすべり軸受４を提供することができる。

次に、図８は本発明の第２実施例を示したものである。上記第１実施例においては、すべり軸受４の上方側部材１１と下方側部材１２の摺接面４Ａにおける円周方向の所定領域だけにクラウニング４Ｂを形成していたが、この第２実施例においては、上方側部材１１および下方側部材１２の摺接面４Ａにおける円周方向の全域にわたって図６と同様の断面を有するクラウニング４Ｂを形成したものである。

また、図９は本発明の第３実施例を示したものである。この第３実施例においては、すべり軸受４の上方側部材１１と下方側部材１２の摺接面４Ａにおける円周方向の中央部とその前後にわたる半円状の領域に図６と同様の断面を有するクラウニング４Ｂを形成したものである。

なお、上記各実施例においては、クラウニング４Ｂの断面形状は傾斜面となっていたが、図１０に示すように断面が滑らかなＲ形状のクラウニング４Ｂを採用しても良い。

本発明の一実施例を示す正面図。図１のＩＩ―ＩＩ線に沿う断面図。図２の第１コンロッド５とそれに装着したすべり軸受４との配置関係を示す図。図１の第１コンロッド５に装着したすべり軸受４の上方側部材１１を示す側面図。図４の底面図。図５のＶＩ―ＶＩ線に沿う要部の断面図。クランニングを形成しない従来技術のすべり軸受の実験結果を示す平面図。本発明の第２実施例であるすべり軸受４の上方側部材１１の底面図。本発明の第３実施例であるすべり軸受４の上方側部材１１の底面図。本発明の他の実施例を示すすべり軸受４におけるクラウニング４Ｂの断面図。

符号の説明

１…クランクシャフト３…クランクピン
４…すべり軸受４Ａ…摺接面
４Ｂ…クラウニング１１…上方側部材
１２…下方側部材

Claims

一対の上部側部材と下部側部材とを抱き合わせて全体として円筒状に形成されるとともに、上記上部側部材と下部側部材の内周面からなる摺接面によって回転軸を摺動自在に軸支するようにしたすべり軸受において、
上記上部側部材および下部側部材の内周面における軸方向の一方の端部側に本来の摺接面よりも退没したクラウニングを形成したことを特徴とするすべり軸受。
上記クラウニングは、上記上部側部材および下部側部材の内周面における円周方向の全域に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のすべり軸受。
上記クラウニングは、上記上部側部材および下部側部材の内周面における円周方向の中央部とその前後にわたる半円状の所定領域に設けられていることを特徴とする請求項１に記載のすべり軸受。
上記クラウニングの軸方向の断面は軸方向の端部側が低くなる傾斜面となっていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のすべり軸受。
上記クラウニングの軸方向の断面は軸方向の端部側が低くなる滑らかなＲ形状となっていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つに記載のすべり軸受。
上記回転軸は、エンジンのコンロッドを軸支するクランクピンであって、１つのクランクピンの外周部に上記すべり軸受を介して２つのコンロッドを隣接させて背中合わせに取り付けてあり、
第１のコンロッドに装着されたすべり軸受は、上記上部側部材におけるクランクピンの一端側となる内周面に上記クラウニングが形成されており、
第２のコンロッドに装着されたすべり軸受は、上記上部側部材におけるクランクピンの他端側となる内周面に上記クラウニングが形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つに記載のすべり軸受。
各上部側部材および下部側部材は、それぞれのコンロッドの長手方向と直交して設けられており、第１のコンロッドに装着された上部側部材および下部側部材と、第２のコンロッドに装着された上部側部材および下部側部材は、１つのクランクピンに対して円周方向に位相がずれて取り付けられていることを特徴とする請求項６に記載のすべり軸受。