JP2010071312A - 半割スラスト軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】 局部的な焼付きや早期疲労を極力防止しながらも、スラスト荷重の負荷能力を低下させない構造を有する半割スラスト軸受を提供する。
【解決手段】 半割スラスト軸受１９，２０の周方向端部のスラスト背面１９ｃ，２０ｄ側に傾斜面２２を形成した結果、傾斜面２２と受け座１６との間には変形隙間２５を存するようになる。すると、半割スラスト軸受１９，２０にクランク軸１１のスラスト荷重が加えられた際に半割スラスト軸受１９，２０の軸受面１９ｂ，２０ｃとスラストカラー１１ａの隙間内の流体にしぼり油膜圧力が発生して、半割スラスト軸受１９，２０の周方向端部を変形隙間２５内でスラスト荷重の作用方向に弾性変形させることができるため、シリンダブロック１２及び軸受キャップ１３に段差が生じていた場合であっても、スラストカラー１１ａとの局部当りを防ぎ、局部的な焼付きや早期疲労を極力防止することができる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、内燃機関用の半円状の半割スラスト軸受に関する。

例えばエンジンのクランク軸のスラスト荷重を受けるスラスト軸受は、２個の半割スラスト軸受により構成され、一方の半割スラスト軸受はシリンダブロックに取り付けられ、他方の半割スラスト軸受は軸受キャップに取り付けられる。

この半割スラスト軸受では、特開２００２−１０６５５１号公報の段落[０００３]に問題点が記載されている。即ち、図７に示すように、軸受そのものの加工精度、或いはシリンダブロック３と軸受キャップ４の組付精度や両者の熱膨張の違いなどにより、２個の半割スラスト軸受１，２の軸受面間に段差Ｇを生ずることがある。すると、クランク軸のスラストカラーが半割スラスト軸受１，２の突合せ端に局部的に強く当たり、軸受合金が早期に疲労したり、軸受合金が剥離したりする。これを防止するために、従来の半割スラスト軸受１，２では、軸受面の周方向両側に突合せ端に向って下降傾斜するスラストリリーフ５を設けたり、軸受面の突合せ端に面取りを施したりして局部当りを緩和するようにしていた。

なお、上記半割スラスト軸受１，２は、例えば、鋼板などの裏金に銅系合金、纏系合金、鉛系合金またはアルミニウム系合金などの軸受合金をライニングしてなるバイメタルをプレスにより半円形に打ち抜くことによって形成されるものである。
特開２００２−１０６５５１号公報

ところで、例えばクラッチの作動時には、作動前には離間していたクランク軸のスラストカラーと半割スラスト軸受面とが衝突するように接触する。このとき、スラストカラーと半割スラスト軸受１，２の軸受面が相対的に近接する動作中には、二面間の隙間内の流体膜（油膜）が圧縮されてしぼり油膜圧力が発生する。このしぼり油膜圧力は、クランク軸のスラストカラーと半割スラスト軸受１，２の軸受面とが接触する直前に最も高くなり、二面の接触時の衝撃荷重を緩和する。そして、クランク軸のスラストカラーと半割スラスト軸受１，２とが接触すると同時にしぼり油膜圧力は０となり、半割スラスト軸受１，２の軸受面には、クランク軸のスラストカラーからのスラスト荷重が静的に負荷されるようになる。半割スラスト軸受１，２の軸受面にスラストリリーフ５部や面取り部を設けた場合には、クラッチが動作する際にスラストカラーと半割スラスト軸受１，２の軸受面の周方向端の段差部が接触する瞬間の衝撃的な局部当りを防ぐことができる反面、半割スラスト軸受１，２の受圧面積（軸受面の面積）の減少を伴うため、二面の接触後の静的なスラスト荷重に対する負荷能力が低下し、エンジン効率の低下をもたらすことがあった。

本発明は、上記した事情に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、半割スラスト軸受の周方向端の局部的な焼付きや早期疲労を極力防止しながらも、スラスト荷重に対する負荷能力を低下させない構造を有する半割スラスト軸受を提供することにある。

上記した目的を達成するために、請求項１に係る発明においては、組付け相手材に組み付けられる半円状の半割スラスト軸受において、前記組付け相手材の組付け面と対面するスラスト背面の周方向端部の両側に、周方向端に向って下降傾斜する傾斜面を形成し、軸受面側からスラスト荷重を受けたとき、前記傾斜面と前記組付け相手材との間に存する変形隙間内で、周方向端部が前記スラスト荷重の作用方向に変位可能とすることを特徴とする。

請求項２に係る発明においては、請求項１記載の半円状の半割スラスト軸受において、前記軸受面の周方向端部の両側に、前記周方向端に向って下降傾斜する傾斜面を形成したことを特徴とする。

請求項１に係る発明において、軸受面側からスラスト荷重が加えられると、軸と軸受面との間の隙間内の流体膜（潤滑油）にはしぼり油膜圧力を発生するが、半割スラスト軸受の周方向端部のスラスト背面側に傾斜面が形成されるので、軸と軸受面が接触する直前では、このしぼり油膜圧力により半割スラスト軸受の周方向端部を変形隙間内でスラスト荷重の作用方向に弾性変形（変位）させることができる。この結果、半割スラスト軸受の周方向端部の軸受面側には、従来のスラストリリーフに類似したリリーフ形状を形成させることができ、半割スラスト軸受を保持する相手材側に段差が生じていた場合であっても、軸との接触時に半割スラスト軸受の周方向端部の軸受面が局部当りすることを防ぎ、局部的な焼付きや早期疲労を極力防止することができる。

また、軸と軸受面とが接触すると同時にしぼり油膜圧力は０となり、半割スラスト軸受の周方向端部の変形隙間内でのスラスト荷重の作用方向への弾性変形（変位）が、元の状態に戻る。この結果、軸と軸受面が接触する直前よりも接触後の半割スラスト軸受の受圧面積を広くすることができ、軸からの静的なスラスト荷重に対する負荷能力を高めることができる。

また、内燃機関の仕様によって半割スラスト軸受の肉厚が厚く剛性が高い場合には、軸と軸受面との間の隙間内の流体膜（潤滑油）にしぼり油膜圧力を発生しても、半割スラスト軸受の周方向端部が十分に弾性変形しないことがある。この場合には、請求項２に係る発明のように、軸受面の周方向端部の両側に、周方向端に向って下降傾斜する傾斜面を形成することで、軸と軸受面との間にはくさび状の隙間が形成される。軸と軸受面とが接触する直前の二面間の隙間内の流体膜（潤滑油）にしぼり油膜圧力を発生させるのと同時に、流体膜（潤滑油）が軸の回転方向に挟まっているくさび状の隙間内に流れるときに発生するくさび油膜圧力を発生させることにより、半割スラスト軸受の周方向端部をスラスト荷重の作用方向に十分に弾性変形させることが可能となる。すなわち、この請求項２に係る発明によれば、軸と軸受面との間の隙間内の流体膜（潤滑油）にしぼり油膜圧力とくさび油膜圧力を発生させることで、半割スラスト軸受を保持する相手材側に段差が生じていた場合であっても、軸との接触時に半割スラスト軸受の周方向端部の軸受面が局部当りすることを防ぎ、局部的な焼付きや早期疲労を極力防止することができる。

また、軸と軸受面とが接触すると同時にしぼり油膜圧力およびくさび油膜圧力は０となり、半割スラスト軸受の周方向端部の変形隙間内でのスラスト荷重の作用方向への弾性変形（変位）が、元の状態に戻る。この結果、軸と軸受面が接触する直前よりも接触後の半割スラスト軸受の受圧面積を広くすることができ、軸からの静的なスラスト荷重に対する負荷能力を高めることができる。なお、半割スラスト軸受の周方向端部の軸受面側に傾斜面を形成する場合には、半割スラスト軸受の受圧面積の減少を伴うため、傾斜面の面積を狭く設定すると共に、その深さ（半割スラスト軸受の周方向端における寸法）を浅く設定することが望ましい。

以下、本発明の一実施例について図面を参照しながら説明する。図１には、クランク軸１１の軸受構造の断面図が示され、図２には、クランク軸１１の軸受構造の分解斜視図が示されている。図１及び図２において、シリンダブロック１２の下部に軸受キャップ１３を取り付けて構成された組付け相手材としての軸受ハウジング１４には、軸受孔１５と該軸受孔１５の開口両端面の円形凹部により構成される受け座１６とが形成されている。そして、軸受孔１５には、クランク軸１１を受ける分割式の主軸受１７が嵌着され、また、受け座１６には、クランク軸１１のスラストカラー１１ａを受けるスラスト軸受１８が配設されている。

図３に示すように、上記スラスト軸受１８は、半円状をなす２個の半割スラスト軸受１９，２０から構成されている。そのうち、例えば下側の半割スラスト軸受２０の外周部には、突起２０ａが突設されており、この突起２０ａは受け座１６に連続して形成された係合溝１６ａに嵌合されてスラスト軸受１８全体の回止めをなしている。この場合、上下の半割スラスト軸受１９，２０は、受け座１６に若干の余裕をもって嵌合されており、上側の半割スラスト軸受１９は、円周方向に若干動き得るようになっている。

この半割スラスト軸受１９，２０の軸受面１９ｂ，２０ｃ（スラストカラー１１ａに摺接する面）側の複数箇所には、スラストカラー１１ａの摺動面との間に潤滑油を連続的に供給し得るように、油溝２１が設けられている。また、図４に示すように、半割スラスト軸受１９，２０のスラスト背面１９ｃ，２０ｄ（受け座１６に対面接触する面）側の両端部分には、スラスト背面１９ｃ，２０ｄから周方向端１９ａ，２０ｂに向って下降傾斜する傾斜面２２が形成されている。

ところで、上記半割スラスト軸受１９，２０は、例えば、鋼板などの裏金に銅系合金、纏系合金、鉛系合金またはアルミニウム系合金などの軸受合金をライニングしてなるバイメタルをプレスにより半円形に打ち抜くことによって形成される。そして、板材から半割スラスト軸受１９，２０を打ち抜いた後、その半割スラスト軸受１９，２０の周方向端部のスラスト背面１９ｃ，２０ｄ側には、切削加工により周方向端１９ａ，２０ｂに向かって下降傾斜する傾斜面２２が形成される。この実施例では、半割スラスト軸受１９，２０が外径φ７５ｍｍ×内径φ５５ｍｍ×肉厚２．５ｍｍの寸法で形成されたとき、傾斜面２２が長さ１５ｍｍ（半割スラスト軸受１９，２０の周方向両端１９ａ，２０ｂを結ぶ方向に対して垂直方向の長さ寸法）、深さ０．２〜０．３ｍｍ（半割スラスト軸受１９，２０の周方向端１９ａ，２０ｂにおけるスラスト背面１９ｃ，２０ｄからの深さ寸法）の程度に設定されている。

このように、半割スラスト軸受１９，２０の周方向端部のスラスト背面１９ｃ，２０ｄ側に切削加工によって傾斜面２２を形成した結果、半割スラスト軸受１９，２０を受け座１６に配設したとき、傾斜面２２と受け座１６（組付け相手材）との間に変形隙間２５が存するようになる。そして、半割スラスト軸受１９，２０にクランク軸１１のスラスト荷重が加えられると、クランク軸１１のスラストカラー１１ａと半割スラスト軸受１９，２０の軸受面１９ｂ，２０ｃが接触する直前の二面間の隙間内の流体膜（潤滑油）にしぼり油膜圧力を発生するが、このしぼり油膜圧力により、図５に鎖線で示すように半割スラスト軸受１９，２０の周方向端部は、スラスト背面１９ｃ，２０ｄ側の変形隙間２５を利用してスラスト荷重の作用方向に弾性変形することができる。このとき、半割スラスト軸受１９，２０の周方向端部の軸受面１９ｂ，２０ｃ側には、その弾性変形によって従来のスラストリリーフに類似し、軸受面１９ｂ，２０ｃから周方向端１９ａ，２０ｂに向って下降傾斜するリリーフ形状が形成されるようになる。このため、半割スラスト軸受１９，２０の周方向端部の軸受面１９ｂ，２０ｃ側におけるスラストカラー１１ａとの接触時の局部当りを防ぎ、局部的な焼付きや早期疲労を極力防止することができる。

また、スラストカラー１１ａと半割スラスト軸受１９，２０の軸受面１９ｂ，２０ｃとが接触すると同時にしぼり油膜圧力は０となり、半割スラスト軸受１９，２０の周方向端部の変形隙間２５内でのスラスト荷重の作用方向への弾性変形（変位）が、元の状態に戻る。この結果、スラストカラー１１ａと半割スラスト軸受１９，２０の軸受面１９ｂ，２０ｃが接触する直前よりも接触後の半割スラスト軸受１９，２０の受圧面積を広くすることができ、クランク軸１１からの静的なスラスト荷重に対する負荷能力を高めることができる。

図６には、内燃機関の仕様によって半割スラスト軸受１９，２０の肉厚が厚く剛性が高い場合であっても、半割スラスト軸受１９，２０の周方向端部を十分に弾性変形させるための一例が示されている。この実施例では、半割スラスト軸受１９，２０の周方向端部のスラスト背面１９ｃ，２０ｄ側に傾斜面２２が形成されているのに加えて、軸受面１９ｂ，２０ｃ側に、この軸受面１９ｂ，２０ｃから周方向端１９ａ，２０ｂに向って下降傾斜する傾斜面２３が形成されている。

ところで、上記傾斜面２３は、半割スラスト軸受１９，２０の周方向端部のスラスト背面１９ｃ，２０ｄ側における傾斜面２２と同じく、切削加工により形成されるものである。この実施例では、半割スラスト軸受１９，２０が外径φ７５ｍｍ×内径φ５５ｍｍ×肉厚３ｍｍの寸法で形成されたとき、従来のスラストリリーフよりも小さめに、傾斜面２３が長さ３ｍｍ（半割スラスト軸受１９，２０の周方向両端１９ａ，２０ｂを結ぶ方向に対して垂直方向の長さ寸法）、深さ０．３ｍｍ（半割スラスト軸受１９，２０の周方向端１９ａ，２０ｂにおける軸受面１９ｂ，２０ｃからの深さ寸法）の程度に設定されている。なお、半割スラスト軸受１９，２０の周方向端部の軸受面１９ｂ，２０ｃ側に傾斜面２３を形成する場合には、半割スラスト軸受１９，２０の受圧面積（軸受面の面積）の減少を伴うため、半割スラスト軸受１９，２０の周方向端部が弾性変形可能な範囲で、傾斜面２３の面積を狭く設定すると共に、その深さを浅く設定することが望ましい。

このように、半割スラスト軸受１９，２０の周方向端部の軸受面１９ｂ，２０ｃ側に切削加工によって傾斜面２３を形成した結果、半割スラスト軸受１９，２０の肉厚が厚く剛性が高い場合であっても、クランク軸１１のスラストカラー１１ａと軸受面１９ｂ，２０ｃが接触する直前の二面間の隙間内の流体膜（潤滑油）にしぼり油膜圧力を発生させるのと同時に、スラストカラー１１ａと軸受面１９ｂ，２０ｃとの間にくさび状の隙間が形成し、スラストカラー１１ａの回転方向に挟まっているくさび状の隙間内に流れる流体（潤滑油）にくさび油膜圧力を発生させることにより、半割スラスト軸受１９，２０の周方向端部をスラスト荷重の作用方向に十分に弾性変形させることが可能となる。このとき、半割スラスト軸受１９，２０の周方向端部の軸受面１９ｂ，２０ｃ側には、その弾性変形によって従来のスラストリリーフに類似し、軸受面１９ｂ，２０ｃから周方向端１９ａ，２０ｂに向って下降傾斜するリリーフ形状が形成されるようになる。このため、半割スラスト軸受１９，２０を保持する側であるシリンダブロック１２及び軸受キャップ１３に段差が生じていた場合であっても、半割スラスト軸受１９，２０の周方向端部の軸受面１９ｂ，２０ｃ側におけるスラストカラー１１ａとの接触時の局部当りを防ぎ、局部的な焼付きや早期疲労を極力防止することができる。

また、スラストカラー１１ａと半割スラスト軸受１９，２０の軸受面１９ｂ，２０ｃとが接触すると同時にしぼり油膜圧力は０となり、半割スラスト軸受１９，２０の周方向端部の変形隙間２５内でのスラスト荷重の作用方向への弾性変形（変位）が、元の状態に戻る。この結果、スラストカラー１１ａと半割スラスト軸受１９，２０の軸受面１９ｂ，２０ｃが接触する直前よりも接触後の半割スラスト軸受１９，２０の受圧面積を広くすることができ、クランク軸１１からの静的なスラスト荷重に対する負荷能力を高めることができる。

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、次のような変更または拡張が可能である。半割スラスト軸受１９，２０は、バイメタルではなく、全体が軸受合金で構成されたものであってもよい。また、スラスト背面１９ｃ，２０ｄ側に傾斜面２２が形成された半割スラスト軸受１９，２０は、シリンダブロック１２及び軸受キャップ１３のいずれの側にも組み付ける仕様の内燃機関に限定されるものではなく、シリンダブロック１２または軸受キャップ１３いずれか一方の側のみに組み付ける仕様の内燃機関にも適用することができる。

また、半割スラスト軸受１９，２０のスラスト背面１９ｃ，２０ｄ側においては、傾斜面２２を周方向端部の両側ではなく、一方側のみに形成するようにしてもよい。このとき、傾斜面２２は、半割スラスト軸受１９，２０にクランク軸１１のスラスト荷重が加えられる際に、クランク軸１１の回転方向に挟まっているくさび状の隙間内にくさび油膜圧力を発生させるため、半割スラスト軸受１９，２０の周方向端部の両側のうち、クランク軸１１の回転方向の手前側に形成されることが望ましい。また、傾斜面２２，２３は、切削加工ではなく、半割スラスト軸受１９，２０の周方向端部の軸受面１９ｂ，２０ｃ側からプレスによる押圧によって成形したものであってもよい。

本実施形態に係る半割スラスト軸受が適用されるクランク軸の軸受構造の断面図である。 同じくクランク軸の軸受構造の分解斜視図である。 本実施形態に係る半割スラスト軸受を組付け相手材に組み付けた状態を示す正面図である。 本実施形態に係る半割スラスト軸受の周方向に沿う断面図である。 本実施形態に係るスラスト荷重が加えられた際の半割スラスト軸受の態様を示す図４相当図である。 本実施形態に係る高剛性の半割スラスト軸受の周方向端部を十分に弾性変形させるための一例を示す図４相当図である。 従来例を示す図４相当図である。

符号の説明

１１ クランク軸
１１ａ スラストカラー
１２ シリンダブロック
１３ 軸受キャップ
１４ 軸受ハウジング
１６ 受け座
１８ スラスト軸受
１９，２０ 半割スラスト軸受
１９ａ，２０ｂ 周方向端
１９ｂ，２０ｃ 軸受面
１９ｃ，２０ｄ スラスト背面
２２ 傾斜面
２３ 傾斜面
２５ 変形隙間

Claims (2)

1. 組付け相手材に組み付けられる半円状の半割スラスト軸受において、
   前記組付け相手材の組付け面と対面するスラスト背面の周方向端部の両側に、周方向端に向って下降傾斜する傾斜面を形成し、軸受面側からスラスト荷重を受けたとき、前記傾斜面と前記組付け相手材との間に存する変形隙間内で、周方向端部が前記スラスト荷重の作用方向に変位可能とすることを特徴とする半割スラスト軸受。
2. 前記軸受面の周方向端部の両側に、前記周方向端に向って下降傾斜する傾斜面を形成したことを特徴とする請求項１記載の半割スラスト軸受。

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