JP2012002247A

JP2012002247A - 半割軸受

Info

Publication number: JP2012002247A
Application number: JP2010135572A
Authority: JP
Inventors: Yuto Otsuki; 優人大槻; Mikio Suzuki; 幹夫鈴木
Original assignee: Daido Metal Co Ltd
Current assignee: Daido Metal Co Ltd
Priority date: 2010-06-14
Filing date: 2010-06-14
Publication date: 2012-01-05
Also published as: DE102011104002A1; GB2481300A; GB2481300B; US8708566B2; GB201109925D0; US20110305410A1

Abstract

【課題】異物排出性に優れた内燃機関のクランク軸用の半割軸受を提供する。
【解決手段】下半割軸受３には、クランク軸１０の相対回転方向の後方側にあたる下半割軸受３の内周面３ａの周方向端部に形成されたクラッシュリリーフ５と下半割軸受３の内周面３ａとに隣接するように、幅方向の全体に亘って軸線方向溝６が形成されることにより、回転するクランク軸１０表面に付随して流れる油とともに、リリーフ隙間７に排出された異物１１が軸線方向溝６側に向かって流れたとしても、この異物１１がクラッシュリリーフ５に埋収され難く、軸線方向溝６内を流れる油とともに、下半割軸受３の幅方向端部から外部へ効率よく排出することができる。
【選択図】図１

Description

本発明は、内周面の周方向両端部にクラッシュリリーフが形成された内燃機関のクランク軸用の半割軸受に関するものである。

従来、内燃機関のクランク軸におけるジャーナル部やクランクピン部のすべり軸受は、２つの半割軸受を組み合わせて円筒形にしたものを使用している。このすべり軸受に対する油の供給は、まず、ジャーナル部用のすべり軸受の外部から該すべり軸受の内周面に形成された油溝内に供給され、その潤滑油がジャーナル部用のすべり軸受の摺動面に供給されるとともに、クランク軸の内部油路を経て、クランクピン部用のすべり軸受の摺動面に供給される（例えば、特許文献１）。

また、従来のクランク軸におけるジャーナル部やクランクピン部のすべり軸受では、半割軸受の内周面にクラッシュリリーフを形成することにより、一対の半割軸受を軸受ハウジングに組み付けたとき、該半割軸受の突き合わせ端面の位置ずれや変形を吸収することが図られている。なお、クラッシュリリーフとは、半割軸受の円周方向端面に近い領域の軸受壁厚さを円周方向端面に向かって次第に減じた壁厚減少領域を指し、該壁厚減少領域における軸受内周面の曲率中心位置が、その他の領域における軸受内周面の曲率中心位置と異なっている（ＳＡＥＪ５０６（項目３．２６、項目６．４参照）、ＤＩＮ１４９７（セクション３．２）、ＪＩＳＤ３１０２（項目２．４）で規定されている）。

また、すべり軸受に供給される油中に混入する異物がすべり軸受の摺動面へ混入することを防止するため、半割軸受の内周面の周方向端部にクラッシュリリーフだけでなく面取を形成し、そのクラッシュリリーフ及び面取とクランク軸表面との隙間を異物排出路とするすべり軸受が提案されている（例えば、特許文献２）。

特開平８−２７７８３１号公報特開２００５−６９２８３号公報

ところで、近年、内燃機関のオイルポンプが小型化され、すべり軸受に供給される油量が少なくなっている。これに伴い、クランク軸表面とすべり軸受の内周面（摺動面）との間の軸受隙間は、この軸受隙間から外部へ漏れ出る油量を少なくするため、小さく設定される傾向にある。このような状況下でも、油に付随してすべり軸受の内周面に混入する異物のうち軸受隙間より小さな異物は、軸受隙間に混入しても油とともに流れ去るので、すべり軸受の内周面に埋収し難く、軸受性能への影響が少ない。

一方で、すべり軸受の内周面に混入する異物のうち軸受隙間より大きな異物は、半割軸受の内周面にクラッシュリリーフを形成した場合、給油路から軸受隙間よりも隙間が大きいクラッシュリリーフ部に排出される。このクラッシュリリーフ部、すなわちクラッシュリリーフ面とクランク軸表面との間のリリーフ隙間に排出された異物は、その一部の異物は、半割軸受の幅方向両端部のリリーフ隙間から外部へ漏れ出る油とともに排出されるが、残留した異物は、回転するクランク軸表面に付随してクランク軸の回転先側へ流れる油とともに、半割軸受の内周面側へ流れる。

しかしながら、クランク軸の相対回転方向の後方側にあたる半割軸受の周方向端部に形成されたクラッシュリリーフは、クランク軸の相対回転方向の前方側に向かって次第にリリーフ隙間が小さくなっている。このため、半割軸受の内周面側へ流れた異物は、リリーフ隙間が小さくなる部分でクランク軸表面と接触するようになり、クラッシュリリーフ面やクラッシュリリーフと隣接する半割軸受の内周面に押し込まれてしまう。特に、近年では軸受隙間が小さく設定される傾向にあるため、多量の異物の埋収部が、クランク軸の相対回転方向の後方側にあたる半割軸受の内周面の周方向端部に形成されたクラッシュリリーフ面やクラッシュリリーフと隣接する半割軸受の内周面に形成されやすい。このように、半割軸受に局部的な多量の異物の埋収部が形成されると、異物とクランク軸表面との接触による発熱で、半割軸受の内周面に焼付が発生するおそれがある。

また、特許文献２に開示された技術のように、半割軸受の内周面の周方向端部にクラッシュリリーフだけでなく軸線方向溝（面取）を形成した場合、クラッシュリリーフ部に排出された異物の多くは、回転するクランク軸表面に付随してクランク軸の回転先側へ流れる油とともに、軸線方向溝を通過してしまう。このため、リリーフ隙間に排出された異物は、クランク軸の相対回転方向の後方側におけるリリーフ隙間の小さい部分に流されやすく、半割軸受の内周面の周方向端部にクラッシュリリーフのみを形成した場合と同じく、クランク軸表面によりクラッシュリリーフ面に押し込まれて半割軸受に局部的な異物の埋収部が形成されやすい。

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、異物排出性に優れた内燃機関のクランク軸用の半割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、内周面の周方向両端部にクラッシュリリーフが形成された内燃機関のクランク軸用の半割軸受において、少なくとも前記クランク軸の相対回転方向の後方側にあたる前記半割軸受の内周面の周方向端部に形成された前記クラッシュリリーフと前記半割軸受の内周面とに隣接する位置に軸線方向溝を形成し、前記軸線方向溝は、前記半割軸受の内周面の幅方向の全体に亘って形成されることを特徴とする。

また、請求項２に係る発明においては、請求項１記載の内燃機関のクランク軸用の半割軸受において、前記軸線方向溝の深さは、０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることを特徴とする。

また、請求項３に係る発明においては、請求項１又は請求項２に記載の内燃機関のクランク軸用の半割軸受において、前記軸線方向溝の幅は、０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下であることを特徴とする。

また、請求項４に係る発明においては、請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の内燃機関のクランク軸用の半割軸受において、前記軸線方向溝は、前記クランク軸の相対回転方向の前方側にあたる前記半割軸受の内周面の周方向端部に形成された前記クラッシュリリーフと前記半割軸受の内周面とに隣接する位置にも形成されることを特徴とする。

請求項１に係る発明においては、少なくともクランク軸の相対回転方向の後方側にあたる半割軸受の内周面の周方向端部に形成されたクラッシュリリーフと半割軸受の内周面とに隣接する位置に軸線方向溝を形成し、軸線方向溝は、半割軸受の内周面の幅方向の全体に亘って形成されることにより、給油路からリリーフ隙間（クラッシュリリーフ面とクランク軸表面との間の隙間）に排出された異物が、回転するクランク軸表面に付随して流れる油とともに、軸線方向溝側に向かって流れる。そして、リリーフ隙間をクランク軸の回転先側へ流れる油が軸線方向溝に到達すると、軸受隙間（クランク軸表面とすべり軸受の内周面との間の隙間）と軸線方向溝に分岐して流れるが、リリーフ隙間に排出された異物のうち軸受隙間より大きな異物は、軸線方向溝に進入するようになる。このように、半割軸受の内周面に隣接したリリーフ隙間がもっとも小さくなる部分には、軸線方向溝が形成されているので、リリーフ隙間に排出された異物がクラッシュリリーフ面に埋収され難く、軸線方向溝内を流れる油とともに、半割軸受の幅方向端部から外部へ効率よく排出することができる。

また、請求項２に係る発明のように、軸線方向溝の深さは、０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることが好ましい。軸線方向溝の深さは、油中に混入する異物のサイズが最大で０．１ｍｍ程度であるため、異物が進入できるように０．１ｍｍ以上とする必要がある。一方、軸線方向溝の深さは、過度に深くすると、軸線方向溝からの油の漏れ量が多くなり過ぎるため、０．５ｍｍ以下とすることが好ましい。

また、請求項３に係る発明のように、軸線方向溝の幅は、０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下であることことが好ましい。軸線方向溝の幅は、油中に混入する異物のサイズが最大で０．１ｍｍ程度であるため、異物が進入できるように０．１ｍｍ以上とする必要がある。一方、軸線方向溝の幅は、過度に広くすると、軸線方向溝からの油の漏れ量が多くなり過ぎるため、２ｍｍ以下とすることが好ましい。

また、請求項４に係る発明においては、軸線方向溝は、クランク軸の相対回転方向の後方側のみならず、クランク軸の相対回転方向の前方側にあたる半割軸受の内周面の周方向端部に形成されたクラッシュリリーフと半割軸受の内周面とに隣接する位置にも形成されることにより、半割軸受を軸受ハウジングに組み付ける際に、クランク軸の相対回転方向の前方側にあたる半割軸受の内周面のみに軸線方向溝が位置されて組み付けられるという誤りを防ぐことができる。

クランク軸のジャーナル部を支持する一対の半割軸受からなるすべり軸受の側面図である。ジャーナル部用すべり軸受における上半割軸受の平面図である。ジャーナル部用すべり軸受における下半割軸受の平面図である。クランク軸のクランクピン部を支持する一対の半割軸受からなるすべり軸受の側面図である。クランクピン部用すべり軸受における上半割軸受の平面図である。クランクピン部用すべり軸受における下半割軸受の平面図である。クランクピン部用すべり軸受における異物の排出メカニズムを説明するためのすべり軸受の側面図（Ａ）及び平面図（Ｂ）である。クランクピン部用すべり軸受における異物の排出メカニズムを説明するためのすべり軸受の側面図（Ａ）及び平面図（Ｂ）である。軸線方向溝の横断面図である。クランク軸のクランクピン部を支持する一対の半割軸受に各々２つの軸線方向溝を形成したすべり軸受の側面図である。半割軸受における軸線方向溝を形成する範囲を説明するための半割軸受の側面図である。

以下、本発明の実施形態について図１乃至図１１を参照して説明する。図１は、クランク軸１０のジャーナル部を支持する一対の半割軸受２，３からなるすべり軸受１の側面図であり、図２は、ジャーナル部用すべり軸受１における上半割軸受２の平面図であり、図３は、ジャーナル部用すべり軸受１における下半割軸受３の平面図であり、図４は、クランク軸１０のクランクピン部を支持する一対の半割軸受２，３からなるすべり軸受１の側面図であり、図５は、クランクピン部用すべり軸受１における上半割軸受２の平面図であり、図６は、クランクピン部用すべり軸受１における下半割軸受３の平面図であり、図７及び図８は、クランクピン部用すべり軸受１における異物１１の排出メカニズムを説明するためのすべり軸受１の側面図（Ａ）及び平面図（Ｂ）であり、図９は、軸線方向溝６の横断面図であり、図１０は、クランク軸１０のクランクピン部を支持する一対の半割軸受２，３に各々２つの軸線方向溝６を形成したすべり軸受１の側面図であり、図１１は、半割軸受２，３における軸線方向溝６を形成する範囲を説明するための半割軸受２，３の側面図である。なお、上記した図は、実施形態に係るすべり軸受１の概略図であり、構成，構造等を理解し易くするために各箇所が誇張あるいは省略して描かれている。

まず、クランク軸１０のジャーナル部に本発明の半割軸受２，３を適用した第１実施形態について、図１乃至図３を参照して説明する。図１に示すように、内燃機関のクランク軸１０を回転可能に支持するすべり軸受１は、半割形状に形成された一対の半割軸受２，３を上下２個組み合わせて円筒形状となるように形成されている。この半割軸受２，３の内周面２ａ，３ａは、耐焼付性など半割軸受２，３の軸受特性を満足するために、例えば、鋼裏金に銅系合金、アルミニウム合金、錫系または鉛系合金等の摺動材がライニングされており、必要に応じて錫系または鉛系合金や合成樹脂系等のオーバーレイが施されている。

また、図２に示すように、半割軸受２，３のうち上半割軸受２の内周面２ａには、半割軸受２，３と該半割軸受２，３に支持されるクランク軸１０との間に潤滑油を供給するための油溝４が、円周方向の全体に沿って幅方向ほぼ中央に形成されている。この油溝４は、円周方向の所定の範囲に亘って一定の深さ、若しくは深さを漸減または漸増するように形成される。また、油溝４には、外部から油の供給を受けるための供給穴４ａが、上半割軸受２の半径方向に貫通して形成されている。

また、図２及び図３に示すように、半割軸受２，３の内周面２ａ，３ａには、凹形状に切り欠かれたクラッシュリリーフ５が、幅方向の全体に亘って周方向両端部に形成されている。このクラッシュリリーフ５は、図１に示すように、２つの半割軸受２，３を組み合わせて円筒形状にした際、クランク軸１０表面との間にリリーフ隙間７が形成されることになり、半割軸受２，３の突き合わせ端面での位置ずれや変形を吸収し、クランク軸１０との局部当たりを防止するものである。なお、半割軸受２，３のクランク軸１０の相対回転方向の後方側にあたる周方向端部に形成されたクラッシュリリーフ５は、クランク軸１０の相対回転方向の前方側へ向かって次第にリリーフ隙間７が小さくなり、半割軸受２，３のクランク軸１０の相対回転方向の前方側にあたる周方向端部に形成されたクラッシュリリーフ５は、クランク軸１０の相対回転方向の後方側へ向かって次第にリリーフ隙間７が小さくなるように形成されている。

ところで、図１及び図３に示すように、第１実施形態に係る下半割軸受３には、この内周面３ａの周方向両端部に形成されたクラッシュリリーフ５のうち、クランク軸１０の相対回転方向の後方側にあたる下半割軸受３の内周面３ａの周方向端部に形成されたクラッシュリリーフ５と下半割軸受３の内周面３ａとに隣接するように、幅方向の全体に亘って、Ｖ字形状に切り欠かれた軸線方向溝６が形成されている。

上記のように構成される下半割軸受３においては、上半割軸受２の油溝４からリリーフ隙間７に排出された異物１１（図７及び図８参照）が、回転するクランク軸１０表面に付随して流れる油とともに、軸線方向溝６側に向かって流れる。そして、リリーフ隙間７をクランク軸１０の回転先側へ流れる油が軸線方向溝６に到達すると、クランク軸１０表面と半割軸受２，３の内周面２ａ，３ａとの間の軸受隙間８と軸線方向溝６に分岐して流れるが、リリーフ隙間７に排出された異物１１のうち軸受隙間８より大きな異物１１は、軸線方向溝６に進入するようになる。このように、下半割軸受３の内周面３ａに隣接したリリーフ隙間７がもっとも小さくなる部分には、軸線方向溝６が形成されているので、リリーフ隙間７に排出された異物１１がクラッシュリリーフ５に埋収され難く、軸線方向溝６内を流れる油とともに、下半割軸受３の幅方向端部から外部へ効率よく排出することができる。

次に、クランク軸１０のクランクピン部に本発明の半割軸受２，３を適用した第２実施形態について、図４乃至図８を参照して説明する。なお、第１実施形態と同じ機能を奏する部材については、第１実施形態と同じ符号が付してある。図４に示すように、クランク軸１０表面には、クランク軸１０の内部油路を経て、半割軸受２，３と該半割軸受２，３に支持されるクランク軸１０との間に潤滑油を供給するための油孔１０ａが開口している。

また、図４乃至図６に示すように、第２実施形態に係る半割軸受２，３には、この内周面２ａ，３ａの周方向両端部に形成されたクラッシュリリーフ５のうち、クランク軸１０の相対回転方向の後方側にあたる半割軸受２，３の内周面２ａ，３ａの周方向端部に形成されたクラッシュリリーフ５と半割軸受２，３の内周面２ａ，３ａとに隣接するように、幅方向の全体に亘って、Ｖ字形状に切り欠かれた軸線方向溝６が形成されている。このように、第２実施形態では、下半割軸受３の内周面３ａだけでなく上半割軸受２の内周面２ａにも、軸線方向溝６が形成されている。ただし、第２実施形態では、一対の半割軸受２，３のいずれもが軸線方向溝６を有する構成を示したが、一対の半割軸受２，３のいずれか一方のみが軸線方向溝６を有する構成としてもよい。

上記のように構成される半割軸受２，３においては、図７（Ａ），（Ｂ）に示すように、クランク軸１０の内部油路内の油と異物１１が、クランク軸１０表面に開口する油孔１０ａからリリーフ隙間７に排出される。そして、リリーフ隙間７に排出された異物１１は、回転するクランク軸１０表面に付随してクランク軸１０の回転先側へ流れる油とともに、軸線方向溝６側に向かって流れるが、クランク軸１０表面に開口する油孔１０ａよりも僅かに遅れて軸線方向溝６に到達する。また、クランクピン表面に開口する油孔１０ａが軸線方向溝６を通過し終わるときには、図８（Ａ），（Ｂ）に示すように、クランク軸１０表面に開口する油孔１０ａの大部分が下半割軸受３の内周面３ａにより閉塞されるため、軸線方向溝６を流れる油の流速が瞬間的に極めて速くなる。このため、クランク軸１０表面に開口する油孔１０ａよりも僅かに遅れて軸線方向溝６に到達する異物１１は、この軸線方向溝６内の速い油の流れにより、下半割軸受３の幅方向端部から外部へ速やかに排出することができる。このように、クランク軸１０のクランクピン部に本発明の半割軸受２，３を適用した第２実施形態では、軸線方向溝６内に瞬間的な速い油の流れが形成されるため、クランク軸１０のジャーナル部に本発明の半割軸受２，３を適用した第１実施形態よりも、軸線方向溝６内に到達した異物１１の排出を効果的に行うことができる。

なお、本願の半割軸受２，３とは異なり、クラッシュリリーフ５と半割軸受２，３の内周面２ａ，３ａとの境界に軸線方向溝６を形成しない場合には、クランク軸１０表面に開口する油孔１０ａがクラッシュリリーフ５を通過し終わるときには、クランク軸１０表面に開口する油孔１０aからの油がリリーフ隙間７全体に分散して流れるので、異物１１を半割軸受２，３の幅方向端部側へ押し流すほど速い油の流れが形成されることがない。また、本発明の半割軸受２，３の構成とは異なり、例えば、クラッシュリリーフ５と半割軸受２，３の内周面２ａ，３ａとの境界付近に複数の軸線方向溝６を形成した場合には、複数の軸線方向溝６から半割軸受２，３の外部への油の漏れ量が多くなり過ぎる。また、クランク軸１０表面に開口する油孔１０ａが複数の軸線方向溝６を通過し終わるときには、クランク軸１０表面に開口する油孔１０ａからの油が複数の軸線方向溝６に分散して流れるため、複数の軸線方向溝６内に瞬間的な速い油の流れが形成されないので、複数の軸線方向溝６内からの異物排出性が低くなってしまう。

また、図９に示すように、軸線方向溝６の横断面形状は、Ｖ字形状に形成されているが、その深さＤ及び幅Ｗは、油中に混入する異物１１のサイズが最大で０．１ｍｍ程度であるため、異物１１が進入できるように各々を０．１ｍｍ以上とする必要がある。一方、軸線方向溝６の深さＤを過度に深くしたり、軸線方向溝６の幅Ｗを過度に広くしたりすると、軸線方向溝６からの油の漏れ量が多くなり過ぎる。このため、軸線方向溝６の深さＤは０．５ｍｍ以下、軸線方向溝６の幅Ｗは２ｍｍ以下とすることが好ましい。なお、軸線方向溝６の深さDは、半割軸受２，３の内周面２ａ，３ａにクラッシュリリーフ５及び軸線方向溝６を形成しなかった場合における仮想の半割軸受２，３の内周面２ａ，３ａ（図９に示す点線）からの距離で算出している。また、軸線方向溝６の横断面形状は、本実施形態に示すＶ字形状に限定されず、例えば、逆台形形状やＵ字形状などの任意の形状に形成してもよい。

また、本実施形態に示す軸線方向溝６は、半割軸受２，３の内周面２ａ，３ａの周方向両端部に形成されたクラッシュリリーフ５のうち、クランク軸１０の相対回転方向の後方側にあたる半割軸受３の内周面２ａ，３ａの周方向端部に形成されたクラッシュリリーフ５と半割軸受３の内周面２ａ，３ａとに隣接する位置のみに形成されたが、図１０に示すように、クランク軸１０の相対回転方向の後方側だけでなく、クランク軸１０の相対回転方向の前方側にあたる半割軸受２，３の内周面２ａ，３ａの周方向端部に形成されたクラッシュリリーフ５と半割軸受２，３の内周面２ａ，３ａとに隣接する位置にも、同様の形状の軸線方向溝６を形成してもよい。これにより、半割軸受２，３を軸受ハウジングに組み付ける際に、クランク軸１０の相対回転方向の前方側にあたる半割軸受２，３の内周面２ａ，３ａのみに軸線方向溝６が位置されて組み付けられるという誤りを防ぐことができる。

また、本実施形態に示す軸線方向溝６は、軸線方向溝６の幅方向中心がクラッシュリリーフ５と半割軸受２，３の内周面２ａ，３ａとの境界と一致する位置に形成される場合がもっとも好ましい。しかしながら、軸線方向溝６の形成加工時には、工作機械の加工精度により決まる不可避の寸法誤差が発生するため、本発明ではこの不可避の寸法誤差が許容される。具体的には、図１１に示すように、半割軸受２，３に軸線方向溝６を形成しなかった場合における仮想のクラッシュリリーフ５と半割軸受２，３の内周面２ａ，３ａとの境界から半割軸受２，３中心を結ぶ線と、半割軸受２，３の周方向端面から半割軸受２，３中心を結ぶ線とがなす角度θに対し、軸線方向溝６の幅方向中心から半割軸受２，３中心を結ぶ線の−２°〜＋２°の範囲での位置ずれが許容される。

１すべり軸受
２上半割軸受
３下半割軸受
４油溝
５クラッシュリリーフ
６軸線方向溝
７リリーフ隙間
８軸受隙間
１０クランク軸
１１異物

Claims

内周面の周方向両端部にクラッシュリリーフが形成された内燃機関のクランク軸用の半割軸受において、
少なくとも前記クランク軸の相対回転方向の後方側にあたる前記半割軸受の内周面の周方向端部に形成された前記クラッシュリリーフと前記半割軸受の内周面とに隣接する位置に軸線方向溝を形成し、
前記軸線方向溝は、前記半割軸受の内周面の幅方向の全体に亘って形成されることを特徴とする内燃機関のクランク軸用の半割軸受。
前記軸線方向溝の深さは、０．１ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の内燃機関のクランク軸用の半割軸受。
前記軸線方向溝の幅は、０．１ｍｍ以上２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の内燃機関のクランク軸用の半割軸受。
前記軸線方向溝は、前記クランク軸の相対回転方向の前方側にあたる前記半割軸受の内周面の周方向端部に形成された前記クラッシュリリーフと前記半割軸受の内周面とに隣接する位置にも形成されることを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかに記載の内燃機関のクランク軸用の半割軸受。