JP2016160958A - クロスヘッド軸受のガイド及びクロスヘッド型ディーゼル機関 - Google Patents

Abstract

【課題】摩擦損失を効果的に低減することができるようにした、クロスヘッド軸受のガイドを提供する。【解決手段】クロスヘッド型ディーゼル機関において、ピストンと一体に往復動するクロスヘッド軸受と摺接し、前記クロスヘッド軸受との摺接面に潤滑油が供給されるとともに複数の凹部６ｄが設けられた、クロスヘッド軸受のガイド６であって、前記摺接するクロスヘッド軸受の往復動の速度が速い領域６ｃｍには、前記速度が遅い領域６ｃｕ，６ｃｌよりも高い形成密度で前記凹部が形成されている。【選択図】図３

Description

本発明は、クロスヘッド型ディーゼル機関において、クロスヘッド軸受と摺接し、クロスヘッド軸受との摺接面に潤滑油が供給されるとともに複数の凹部が設けられた、クロスヘッド軸受のガイド及びクロスヘッド型ディーゼル機関に関する。

従来、船舶推進用機関の主機として、２サイクルのクロスヘッド型ディーゼル機関が用いられている。クロスヘッド型ディーゼル機関は、ピストン棒の一端と連接棒の一端とを回動可能に接続するクロスヘッド軸受を備えており、このクロスヘッド軸受は機関本体側に固定されたガイド上を摺接しつつ往復動する（特許文献１参照）。
クロスヘッド型ディーゼル機関をはじめとするエンジンでは、機械損失の大半が摺接面で発生する摩擦損失で占められている。このため、摩擦損失を低減することが燃費を向上させる上で重要となってくる。
そこで、クロスヘッド型ディーゼル機関にも適用可能な技術として、エンジンの摺接面に潤滑油を保持するディンプルを設けることで摩擦損失を低減するようにした技術が種々提案されている（特許文献２及び特許文献３参照）。

特開２０１２−１０２６３０号公報 特許第３８９０４９５号公報 特開２００３−１１３８３８号公報

ところで、ガイドに対するクロスヘッド軸受の速度（以下、摺接速度ともいう）は、ピストンの往復運動の位相に応じて変化し、ガイドとクロスヘッド軸受との間に形成される潤滑油の膜厚も、摺接速度に応じて変化する。ガイドの摺接面にディンプルを設けると、潤滑油を保持できる反面、摺接面に形成される潤滑油の膜厚が薄くなるため、ガイドの摺接面にディンプルを設けても、ピストンの往復運動の位相によっては却って膜厚が適切な厚さよりも薄くなって摩擦損失を低減できないおそれがある。

本発明は、上記のような課題に鑑み創案されたもので、摩擦損失を効果的に低減できるようにした、クロスヘッド軸受のガイド及びクロスヘッド型ディーゼル機関を提供することを目的とする。

（１）上記の目的を達成するために、本発明のクロスヘッド軸受のガイドは、クロスヘッド型ディーゼル機関において、ピストンと一体に往復動するクロスヘッド軸受と摺接し、前記クロスヘッド軸受との摺接面に潤滑油が供給されるとともに複数の凹部が設けられた、クロスヘッド軸受のガイドであって、前記摺接するクロスヘッド軸受の往復動の速度が速い領域には、前記速度が遅い領域よりも高い形成密度で前記凹部が形成されている。
ここで、形成密度とは、前記摺接面の単位面積当たりの前記凹部の総開口面積の比率である。

（２）前記ピストンが上死点にあるときに前記クロスヘッド軸受と摺接する部分を含む上部領域と、前記ピストンが下死点にあるときに前記クロスヘッド軸受と摺接する部分を含む下部領域と、前記上部領域と前記下部領域との間の中間領域とに区分され、前記速度が速い前記中間領域には前記凹部が配置されている一方、前記速度が遅い前記上部領域及び前記下部領域には前記凹部が配置されていないことが好ましい。

（３）前記凹部の形成密度は、前記の摺接するクロスヘッド軸受の往復動の速度が速い領域ほど高めに設定されていることが好ましい。
(４) 前記ピストンが上死点にあるときに前記クロスヘッド軸受と摺接する部分を含む上部領域と、前記ピストンが下死点にあるときに前記クロスヘッド軸受と摺接する部分を含む下部領域と、前記上部領域と前記下部領域との間の中間領域とに区分され、前記凹部が、前記上部領域，前記中間領域及び前記下部領域のそれぞれに形成され、前記凹部の形成密度は、前記速度が遅い前記上部領域及び前記下部領域よりも、前記速度が速い前記中間領域のほうが高めに設定されていることが好ましい。

（５）前記凹部がディンプルにより形成されることが好ましい。
（６）前記ディンプルの開口の幅に対する前記ディンプルの深さの比が０．０１〜０．０３の範囲で設定されることが好ましい。

（７）前記凹部が溝により形成されることが好ましい。
（８）上記の目的を達成するために、本発明のクロスヘッド型ディーゼル機関は、ピストンに上端を接続されたピストン棒の下端と、クランク軸に下端を接続された連接棒の上端とが、上記のクロスヘッド軸受により回転可能に接続されている。

本発明によれば、摺接するクロスヘッド軸受の往復動の速度が速い領域には、前記速度が遅い領域よりも高い形成密度で記凹部が形成されているので、潤滑油の膜厚を適切な厚さに維持できる。つまり、クロスヘッド軸受の往復動の速度が速いほど、クロスヘッド軸受とガイドとの間に形成される潤滑油の膜厚は厚くなる傾向にあるが、摺設するクロスヘッド軸受の往復動の速度が速い領域ほど凹部の形成密度が高いので、凹部により潤滑油が保持される分だけ潤滑油の膜厚を薄くすることができ、クロスヘッド軸受の往復動の速度にかかわらず潤滑油の膜厚を摩擦損失の少ない適切な厚さに維持できる。したがって、摩擦損失を効果的に低減できる。

本発明に係るクロスヘッド型ディーゼル機関の構成を示す模式的な縦断面図である。 本発明に係るクロスヘッド軸受周りの構成を示す模式的な斜視図である。 本発明の第１実施形態のガイドの構成を示す模式図であって、（ａ）は正面図（図２のＡ矢視図）、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図である。 ガイド摺接面とクロスヘッドシューとの間の摩擦係数と、潤滑油の粘度，クロスヘッドシューの速度及びガイド摺接面とクロスヘッドシューとの間に作用する荷重との関係を示すストライベック線図である。 実施例としての実験結果を示す図であり、縦軸を摩擦係数fとし横軸をディンプル比Rｄとするグラフに、実測値をプロットするとともに近似曲線Lｄをプロットした図である。 本発明の第１実施形態のガイドの変形例を示す模式図であって、（ａ），（ｂ）ともにディンプルの縦断面形状を示す図である。 本発明の第２実施形態のガイドの構成を示す模式的正面図（図２のＡ矢視図）である。 本発明の第３実施形態のガイドの構成を示す模式的正面図（図２のＡ矢視図）である。 本発明の第３実施形態のガイドの変形例の構成を示す模式的正面図（図２のＡ矢視図）である。

以下、図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。なお、以下に示す各実施形態はあくまでも例示に過ぎず、以下の実施形態で明示しない種々の変形や技術の適用を排除する意図はない。以下の実施形態の各構成は、それらの趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができるとともに、必要に応じて取捨選択することができ、あるいは適宜組み合わせることが可能である。

［１．第１実施形態］
本発明の第１実施形態に係るクロスヘッド軸受のガイド及びクロスヘッド型ディーゼル機関について、図１〜図４を用いて説明する。

［１−１．クロスヘッド型ディーゼル機関の全体構成］
先ず、本発明の第１実施形態に係るクロスヘッド軸受のガイドが適用されるクロスヘッド型ディーゼル機関（以下、単にディーゼル機関ともいう）の全体構成及びクロスヘッド軸受周りの構成を、図１及び図２を参照して説明する。
図１は、本発明に係るクロスヘッド型ディーゼル機関の構成を示す模式的な縦断面図である。
図２は、本発明に係るクロスヘッド軸受周りの構成を示した模式的な斜視図である。
図１に示すディーゼル機関は、主に船舶推進用機関の主機として用いられ、下方に位置する台板２０と、台板２０上に設けられたフレーム５と、フレーム５上に設けられたジャケット２１とを備えている。

ジャケット２１にはシリンダライナ２２が設けられており、このシリンダライナ２２の上端にはシリンダカバー２３が設けられている。シリンダライナ２２およびシリンダカバー２３によって形成された空間内にピストン１が往復動可能に設けられている。ピストン１の下端には、ピストン棒２４の上端が回動可能に取り付けられている。

台板２０及び台板２０上のフレーム５によりクランクケースが形成されており、この内部にクランク軸４が設けられている。クランク軸４の上端には、連接棒３の下端が回動可能に接続されている。

フレーム５にはクロスヘッド軸受２が設けられている。クロスヘッド軸受２には、ピストン棒２４の下端および連接棒３の上端が回転可能に接続されている。クロスヘッド軸受２の両側（図１において左右）には、上下方向に延在する一対のガイド６がフレーム５側に固定された状態で設けられている。クロスヘッド軸受２は、連接棒３がクランク軸４の回転位相に応じて傾斜することによって生じるスラスト力を受けるが、ガイド６により案内され、ガイド６と摺接しつつピストン２と共に上下に往復動する。

クロスヘッド軸受２にはテレスコピック管（以下、テレスコ管という）７が接続されている。このテレスコ管７より、クロスヘッド軸受２に設けられた後述の給油口（図示略）から、クロスヘッド軸受２とガイド６との間に潤滑油が供給される。
テレスコ管７は、弾性変形が可能な固定管７ａと可動管７ｂとを備えている。可動管７ｂの一端は、固定管７ａ内に挿入され固定管７ａ内を往復動する。可動管７ｂの他端は、クロスヘッド軸受２の外壁に接続されている。そのため、ピストン１の上下運動に伴いクロスヘッド軸受２に接続されている可動管７ｂが往復動し、テレスコ管７が伸縮する。

図２に示すように、ガイド６は、上下方向に延在する長尺の平板状部材である。ガイド６は、その一側端である固定端６ａが、フレーム５の隔壁９に対して固定され、その他側端は、隔壁９に固定されない自由端６ｂとされている。

クロスヘッド軸受２は、ピン１４と、連結板１３と、クロスヘッドシュー（以下、単にシューともいう）８とを備えている。
ピン１４は、水平姿勢とされ、ピストン棒２４の下端と連接棒３の上端とが回動可能に接続される。連結板１３は、ピン１４の軸方向両端部にそれぞれ鉛直姿勢で取り付けられる。シュー８は、連結板１３の各ガイド６に向かい合う両端面に設けられ、ガイド６と摺接し、摩耗しにくいように鋳鉄の母材にホワイトメタルがライニングされている。

［１−２．ガイドの構成］
本発明の第１実施形態に係るガイド６の構成について図３及び図４を参照して説明する。
図３は、本発明の第１実施形態としてのガイドの構成を示す模式図であって、（ａ）は図２のＡ矢視図、（ｂ）は（ａ）のＢ−Ｂ矢視断面図である。なお、図３（ａ）では、便宜上、ガイド６の幅寸法（図中左右方向）に対する長さ寸法（図中上下方向）比を小さくして示してある。
図４は、ガイド６とクロスヘッド軸受２との間の摩擦係数ｆと、潤滑油の粘度η，クロスヘッド軸受２の速度V及びガイド６とクロスヘッド軸受２との間に作用する荷重FNとの関係を示すストライベック線図である。
図３（ａ），（ｂ）に示すように、ガイド６のシュー８との摺接面（以下、ガイド摺接面ともいう）６ｃに複数のディンプル（凹部）６ｄが形成されている。各ディンプル６ｄは、扁球を長手方向に沿って半分に切断したような形状の窪みである。ディンプル６ｄの各寸法は、例えば、幅（直径）Wｄは数100[μm]、深さDｄは数[μm]〜数10[μm]である。なお、図３（ａ）では便宜上ディンプル６を実際の大きさよりも拡大して示している。

ディンプル６ｄは、ガイド摺接面６ｃにおいて、中間領域６ｃｍにのみ設けられ、上部領域６ｃｕ及び下部領域６ｃｌには設けられていない。中間領域６ｃｍにおいてディンプル６ｄは千鳥配列されている。
上部領域６ｃｕ，中間領域６ｃｍ及び下部領域６ｃｌとは、ガイド摺接面６ｃを仮想的に上下に３分割した領域である。上部領域６ｃｕは、ピストン１（図１参照）が上死点にあるときにシュー８と対面する（摺設する）領域を含む上部の領域である。下部領域６ｃｌは、ピストン１が下死点にあるときにシュー８と対面する（摺設する）領域を含む下部の領域である。中間領域６ｃｍは、上部領域６ｃｕと下部領域６ｃｌとの間の中間の領域である。

図４はストライベック線図と呼ばれるものであり、横軸は、シュー８とガイド摺接面６ｃとの間に介在している潤滑油の粘度ηと、ガイド摺接面６ｃに対するクロスガイド軸受２の往復動の速度（つまりガイド摺接面６ｃと摺接するシュー８の速度、以下、摺接速度ともいう）Vとの積を、ガイド摺接面６ｃに作用する荷重FNで割ったものであり（=η×V／FN）、縦軸はガイド摺接面６ｃとシュー８との間の摩擦係数fを示す。
ここで、横軸の要素である潤滑油の粘度ηと荷重FNとは一定であることから、摺接速度Vに着目すると、摺接速度Vが速くなるにしたがって、シュー８とガイド摺接面６ｃとの間の潤滑油の状態は、境界潤滑領域III，混合潤滑領域II及び流体潤滑領域Iの順に遷移する。境界潤滑領域IIIとは、固体（ガイド摺接面６ｃ及びシュー８）同士の接触に基づく固体摩擦成分が、摩擦力の主体成分となる領域である。混合潤滑領域IIとは、固体摩擦成分と、固体（ガイド摺接面６ｃ及びシュー８）の間に流体（潤滑油）が介在した状態の流体摩擦成分とが混在した領域である。流体潤滑領域Iとは、流体摩擦成分が主体となる領域である。

摺接速度Vと潤滑油の膜厚（(以下、油膜厚さともいう)）hとは相関関係があり、摺接速度Vが遅い境界潤滑領域IIIでは、潤滑油の膜厚hが０（ゼロ）に近くなり摩擦係数ｆが大きくなる。摺接速度Vが速い混合潤滑領域IIでは、潤滑油の膜厚hがガイド摺接面６ｃの表面粗さRと略等しくなって、摩擦係数fが境界潤滑領域IIIよりも低くなる。摺接速度Vが混合潤滑領域IIよりもさらに速い流体潤滑領域Iでは、潤滑油の膜厚hがガイド摺接面６ｃの表面粗さRよりもはるかに大きくなって、摩擦係数fが、混合潤滑領域IIの流体潤滑領域I側の領域よりも高くなる。

ここで、ピストン１が上死点から下死点に向かう際には、ピストン１の移動速度は、上死点から離れるにつれ高速となり、上死点と下死点との中間点で最も高速となり、下死点に近づくにつれ低速となる。逆にピストン１が下死点から上死点に向かう際には、ピストン１の移動速度は、下死点から離れるにつれ高速となり、上記中間点で最も高速となり、上死点に近づくにつれ低速となる。すなわち、ピストン１は、上死点を含む位相範囲（以下、上死点域という）及び下死点を含む位相範囲（以下、下死点域という）で低速域となり、上死点域と下死点域との間の中間位相（以下、中間域という）で高速域となる。

通常、クロスヘッド軸受２（詳細にはシュー８）とガイド摺接面６ｃとの間の潤滑状態は流体潤滑となるため摺動速度Vが低速になるほど摩擦係数ｆは小さくなる。
ピストン１が上死点域及び下死点域（すなわち低速域）にあるときには、ピストン１と一体に往復動するクロスヘッド軸受２の速度（＝摺接速度）Vも低速となるから、摩擦係数ｆも低めの値となる。一方、ピストン１が中間域（すなわち高速域）にあるときには、クロスヘッド軸受２の速度Vも高速となるから、ディンプルを設けない場合には、シュー８とガイド摺接面６ｃとの潤滑状態は、図４に点Ａで示すような膜厚ｈが厚く摩擦係数ｆが高めの状態となる。

そこで、ガイド摺接面６ｃの上部領域６ｃｕ，中間領域６ｃｍ及び下部領域６ｃｌのうち、ピストン１が中間域にあって高速状態のクロスヘッド軸受２と摺接する中間領域６ｃｍに、上述したようにディンプル６ｄを設けている。
すなわち、摺接するクロスヘッド軸受２の往復動の速度Vが速い領域６ｃｍには、前記速度Vが遅い領域６ｃｕ，６ｃｌよりも高い形成密度Rsでディンプル６ｄが形成されている。
ここでディンプル６ｄの形成密度Rsとは、単位面積あたりのディンプル６ｄの総開口面積Stの比率である。図３（ａ），（ｂ）を参照して、形成密度Rsについて具体的に説明する。中間領域６ｃｍの面積Smはその幅W×長さLとなる。ディンプル６ｄの1つあたりの開口面積Sdは、ガイド摺接面６ｃの表面に形成される直径Wdの円形開口の面積であって（π×Wd²/4）である。ここで、中間領域６ｃｍには35個のディンプル６ｄがあるから、中間領域６ｃｍにおけるディンプル６ｄの総開口面積Stは、（π×Wd²/4）×35となり、中間領域６ｃｍにおける形成密度Rsは、（π・Wd²/4）×35/（W×L）となる。
ディンプル６ｄ内に潤滑油が保持されるようになるので、このディンプル６ｄ内に保持された潤滑油分だけガイド摺接面６ｃの表面に形成される油膜厚さｈが低減するとともに、中間領域６ｃｍに設けたディンプル６ｃの総開口面積Stだけ中間領域６ｃｍの摺接面積が低減する。さらに後述するようにディンプル比Rdを所定範囲に収めている。これらにより、シュー８とガイド摺接面６ｃとの潤滑状態を図４に矢印で示すように点Ａから点Ｂに遷移させて摩擦係数ｆを０．００１付近まで低下させている。

ディンプル比Rdは0.01〜0.03の範囲内とすることが好ましい。後述する実施例が示すように、ディンプル比Rdをこの範囲内とすることにより摩擦係数ｆを低く抑えることができるからである。ディンプル比Rｄとは、ディンプル６ｄの幅Wdに対する深さDdの比である（Rｄ=Dd/Wd，ディンプル６ｄの深さDd及び幅Wdについては図３（ｂ）参照）。

また、ディンプル６ｄの幅Wdは、100[μm]〜500[μm]が好ましい。幅Wdが100[μm]未満では、ディンプル６ｄの面積が小さいためその分ディンプル６ｄの数を増やす必要があるが、加工上の制約から必要な数だけ加工できない可能性が生じる。一方、幅Wdが500[μm]を越えると、油膜厚さｈが薄くなりすぎて油膜を保持できず、油膜圧力が立ち難くなってしまう（換言すれば油膜が形成され難くなってしまう）。
また、ディンプル６ｄの深さDdは、1[mμ]〜15[μm]が好ましい。深さDdが1μm未満になると、ディンプル６ｄが、摺接面積を低減させる効果を実質的に発揮できない。一方、深さDdが15μmを超えるとディンプル６ｄが深くなりすぎる結果、油膜厚さｈが薄くなりすぎて油膜圧力が立ち難くなってしまう（換言すれば油膜が形成され難くなってしまう）。

なお、ディンプル６ｄを設ける領域の目安としては、油膜厚さhが表面粗さの３倍以上になる領域である。

ディンプルの形成方法としてはショットブラスト（又はショットピーニング）による形成方法が例示される。
ショットブラストによる形成方法は、略球状の投射粒子をガイド摺接面６ｃに投射する。この際には、ガイド摺接面６ｃに、ディンプル６ｄを形成したい所定領域にだけ投射粒子が到達するようにマスキングを施す。この方法はマイクロブラストと呼ばれる。
ディンプルの形成方法は、マイクロブラストによる形成方法に限定されず、例えば、突起を有する硬質な金型を押し付けて転写させる方法、レーザビームにより形成する方法、細径のドリルを使用した機械加工により形成する方法を使用することもできる。

［１−３．実施例］
ディンプル比Rdを上記の好ましい範囲に設定した根拠となる実験結果を実施例として説明する。
実験には、リングオンディスク式の摩擦試験装置を用いた。この試験装置は、試験片の格納部が大気と区画された耐圧容器になっており、冷媒雰囲気下で摩擦試験を行えるようになっている。耐圧容器内には、ディスク状の固定試験片が配置されており、回転試験片は外部に設けられた駆動モータによって回転運動を行う。固定試験片は油圧シリンダにより軸方向に進退が可能であり、回転試験片に押し付けることができる。固定試験片と回転試験片との間の摺動面に発生する摩擦力は、油圧シリンダと固定試験片の間に設けられるトーションバーに設置される歪みケージによって計測される。

固定試験片及び回転試験片は鋳鉄により作成した。ディンプルを除く摺接面は、表面粗さがRa（平均）で0.3[μm]程度である。
耐圧容器内は冷媒（R410A）の雰囲気下とし、潤滑油にはポリオールエステル系冷凍機油を使用した。また、回転試験片の回転数は1700[rpm]で一定とし、油圧シリンダの圧力を一定間隔で増加させることで負荷荷重を変化させた。各々の荷重で10分間保持し、最後の一分間の平均値で摩擦係数を評価した。

実験結果を図５に示す。
図５は、実験結果を示す図であり、縦軸を摩擦係数fとし横軸をディンプル比Rｄとするグラフに、実測値を菱形でプロットするとともに近似曲線Ldを破線でプロットした図である。
図５に示すように、擦係数fの実測値によれば、ディンプル比Rｄが、0.01〜0.03の範囲であれば、摩擦係数fを略一定して0.02以下に抑制することができる。

［１−４．効果］
本発明の第１実施形態のクロスヘッド軸受のガイド及びクロスヘッド型ディーゼル機関によれば、ガイド摺接面６ｃにおいて、摺接するクロスガイド軸受２が高速となる中間領域６ｃｍにのみディンプル６ｄを設けて、形成密度Rsを、クロスガイド軸受２の速度が速い領域ほど多めになるように設定している。
これにより、ガイド摺接面６ｃの上部領域６ｃｕ及び下部領域６ｃｌに較べて、クロスガイド軸受２の速度が速く油膜厚さhが厚めになって摩擦係数fが高めになりがちな中間領域６ｃｍについて、ディンプル６ｄを設けることで油膜厚さhを減少させるとともに実質的な摺接面積を低減して摩擦係数fを減少させることができる。
したがって、クロスヘッド型ディーゼル機関の摩擦損失を効果的に低減できる。
また、ディンプル６ｄを設けることで、油膜厚さhが薄くなるためクロスヘッド軸受２の負荷能力は低下するものの、ガイド摺接面６ｃの潤滑油の保持能力が向上してクロスヘッド軸受２やガイド６の焼き付きを防止できる。
したがって、ディンプル６ｄを設けずにクロスヘッド軸受２とガイド６との摺接面積を下げて摩擦損失を低減するよりも、クロスヘッド軸受２の信頼性を向上できる。

また、ガイド摺接面６ｃにおいて、摺接するクロスヘッド軸受２の速度が遅い上部領域６ｃｕ及び下部領域６ｃｌではディンプル６ｄが設けられていないので摺接面積を十分な面積とすることができ損傷を抑制できる。

さらに、ディンプル６ｄを中間領域６ｃｍにのみ設けているので、ディンプル６ｄを加工する範囲が狭くて済み、ディンプル加工の手間及び費用を抑制できる。
さらに、油保持用の凹部を、開口面積の比較的小さな窪みであるディンプル６ｄにより形成することで、ガイド摺接面６ｃにおける凹部の形成密度Rsを細かく調整できる。

ディンプル比Rｄを0.01〜0.03の範囲とすることで、摩擦係数fを低く抑えることができるとともに、この範囲では摩擦係数fは略一定していることから、この範囲内であれば厳格にディンプル比Rｄを調整しなくとも安定して摩擦係数fを低く抑えることがきる。

［１−５．変形例］
図６（ａ），（ｂ）はディンプルの構成を拡大して示す模式的断面図であり、図３（ｂ）に対応する図である。
上記実施形態では、ディンプル６ｄの形状を、扁球を長手方向に沿って半分に切断したような形状としたが、ディンプル６ｄの形状はこの形状に限定されない。例えば、図６（ａ）に示すような矩形の断面形状を有する凹部（例えば角柱な円柱）や、図６（ｂ）に示すような三角形の断面形状を有する凹部（例えば四角錐や円錐）であっても良い。
ディンプル６ｄの形状が、図６（ａ），（ｂ）又はその他の形状であっても、上記実施形態と同様の効果が得られることから、ディンプル比Rｄ，ディンプル６ｄの幅Wdは上記実施形態と同様の範囲内で設定するのが好ましい。すなわち、ディンプル比Rｄは0.010〜0.030の範囲内に、ディンプル６ｄの幅Wdは、100[μm]〜500[μm]の範囲内であることが好ましい。

［２．第２実施形態］
本発明の第２実施形態としてクロスヘッド軸受のガイド及びクロスヘッド型ディーゼル機関について、図７を参照して説明する。なお、第１実施形態と同一要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。
図７は、本発明の第２実施形態としてのガイドの構成を示す模式的正面図（図２のＡ矢視図）である。
本実施形態に係るディーゼル機関は、第１実施形態に対しガイドの構成のみが異なるので、ガイドの構成のみ説明する。

［２−１．ガイドの構成］
上記第１実施形態では、ガイド摺接面６ｃの中間領域６ｃｍにのみディンプル６ｄが設けられていた。これに対し、本実施形態では、ガイド摺接面６ｃの中間領域６ｃｍのみならず、上部領域６ｃｕ及び下部領域６ｃｌにも、中間領域６ｃｍよりも形成密度Rsが小さくなる範囲でディンプル６ｄが設けられている（換言すれば、中間領域６ｃｍの形成密度Rsが、上部領域６ｃｕ及び下部領域６ｃｌにおけるディンプル６ｄの形成密度Rsよりも高めに設定されている）。

第１実施形態と同様に、ディンプル比Rｄは0.01〜0.03の範囲内に、ディンプル６ｄの幅Wdは、100[μm]〜500[μm]の範囲内であることが好ましい。
また、第１実施形態と同様に、ディンプル６ｄの形状は、図６（ａ），（ｂ）又はその他の形状であっても良い。この場合も、形成密度Rsは0.1〜0.45の範囲内に、ディンプル比Rｄは0.01〜0.03の範囲内に、ディンプル６ｄの幅Wdは、100[μm]〜500[μm]の範囲内であることが好ましい。
なお、ここでは、各ディンプル６ｄの大きさ（面積）は同じであり、ディンプル６ｄの配置個数によってガイド摺接面６ｃの各領域における形成密度Rsを調整しているが、ディンプルの大きさ（面積）を変えることで形成密度Rsを調整してもよい。

［２−２．効果］
本発明の第２実施形態のクロスヘッド軸受のガイド及びクロスヘッド型ディーゼル機関によれば、中間領域６ｃｍの形成密度Rsが、上部領域６ｃｕ及び下部領域６ｃｌにおけるディンプル６ｄの形成密度Rsよりも高めに設定されているので、第１実施形態と同様の効果が得られることに加え、ガイド摺接面６ｃの上部領域６ｃｕ及び下部領域６ｃｌにおいてもディンプル６ｄにより潤滑油を保持することができ、安定して潤滑性能が得られる。

［３．第３実施形態］
本発明の第３実施形態としてクロスヘッド軸受のガイドについて、図８を参照して説明する。なお、第１実施形態と同一要素については同一の符号を付し、その説明を省略する。
図８は、本発明の第３実施形態としてのガイドの構成を示す模式的正面図（図２のＡ矢視図）である。なお、図８では、便宜上、ガイド６Ｂの幅寸法（図中左右方向の寸法）に対する長さ寸法（図中上下方向の寸法）の比を小さく示してある。
本実施形態に係るディーゼル機関は、第１実施形態に対しガイドの構成のみが異なるので、ガイドの構成のみ説明する。

［３−１．ガイドの構成］
図８に示すように、本実施形態に係るガイド６Ｂは、第１実施形態のガイド６Ａに対し、ディンプル６ｄに替えて、左右（クロスヘッドピン２の往復動方向に垂直な方向）に延びる横溝（凹部）６ｅを形成したものである。詳細には、ガイド６Ｂの摺接面６ｃには、中間領域６ｃｍにのみ、複数の横溝６ｅが上下に並べて設けられている。
本実施形態では、横溝６ｅは、ガイド６Ｂの左右の長辺に対し間隔を空けて配置されているが、このような配置に限定されない。例えば、各横溝６ｅを左右全幅に亘って形成しても良い。

［３−２．効果］
本発明の第３実施形態のクロスヘッド軸受のガイド及びクロスヘッド型ディーゼル機関によれば、第１実施形態と同様の効果が得られる他、ディンプル６ｄを設ける場合には微細な加工が必要となるのに較べ、溝６ｅを設ければ良いので加工が容易になるメリットがある。

［３−３．変形例］
図９は、本発明の第３実施形態のガイドの変形例の構成を示す模式的正面図（図２のＡ矢視図）である。
上記実施形態のガイド６Ｂでは、ガイド摺接面６ｃの中間領域６ｃｍにのみ横溝６ｅが設けられていたのに対し、本変形例のガイド６Ｃは、図９に示すように、ガイド摺接面６ｃの中間領域６ｃｍのみならず、上部領域６ｃｕ及び下部領域６ｃｌにも、中間領域６ｃｍよりも横溝６ｅの形成密度Rsが小さくなる範囲で横溝６ｅが設けられている。換言すれば、本変形例のガイド６Ｃは、図７に示す第２実施形態のガイド６Ａに対し、ディンプル６ｄに替えて横溝６ｅを設けた構成となっている。

本変形例でも、横溝６ｅは、ガイド６Ｂの左右の長辺に対し間隔を空けて配置されているが、このような配置に限定されず、例えば、各横溝６ｅを左右全幅に亘って形成しても良い。

［４．その他］
（１）上記実施形態では、ガイド６〜６Ｃを仮想的に３分割して、凹部（ディンプル６ｄ，溝６ｅ）の形成密度Rsを段階的に変化させたが、クロスヘッド軸受２の往復動の速度Vが速い領域ほど凹部の形成密度Rsが高めになるものであれば、このような態様に限定されない。例えば、ガイド６〜６Ｃを４つ以上の領域に仮想的に分割して、この領域毎に凹部の形成密度を設定することでさらに多段階に凹部の形成密度Rsを変更するようにしても良い。
これにより、クロスヘッド軸受２の往復動の速度Vに応じてさらにきめ細かく凹部の形成密度Rsを設定することができるので、潤滑油の膜厚を均等にして適切な厚さに維持できる。

（２）上記の第１及び第２実施形態では、ディンプル６ｄを千鳥状に配置したが、ディンプル６ｄの配置はこの配置に限定されない。例えば、ディンプル６ｄを格子状に配置しても良いしランダムに配置しても良い。

（３）上記実施形態では、ガイド摺接面６ｃに設ける凹部を、ディンプル６ｄ又は横溝６ｅとしたが、ディンプル６ｄと溝６ｅとを混在させても良い。また、ディンプル６ｄ又は横溝６ｅの配置も上記実施形態に限定されない。
例えば、上記の第１及び第２実施形態では、ディンプル６ｄを千鳥配列に配置したが、ディンプル６ｄをランダムに配置しても良い。

また、上記第３実施形態では凹部を左右（クロスヘッドピン２の往復動方向に垂直な方向）に延びる横溝６ｅとしたが、横溝６ｅに替えて上下（クロスヘッドピン２の往復動方向）に延びる縦溝としても良いし、溝をクロスヘッドピン２の往復動方向に対して斜めに配置しても良い。また、横溝と縦溝とを混在させても良い。さらには、溝とディンプルとを混在させても良い。
要するに、ガイドの摺接面における凹部の総開口面積の占める比が、摺接するクロスヘッドシューの往復動の速度が速い領域ほど多めになるように設定されているのであれば、凹部の形状や配置は何ら限定されない。

１ ピストン
２ クロスヘッド軸受
３ 連接棒
４ クランク軸
５ フレーム
６，６Ａ，６Ｂ，６Ｃ ガイド
６ｃ ガイド６の摺接面（ガイド摺接面）
６ｃｕ 摺接面６ｃの上部領域
６ｃｍ 摺接面６ｃの中間領域
６ｃｌ 摺接面６ｃの下部領域
６ｄ ディンプル（凹部）
６ｅ 横溝（凹部）
８ クロスヘッドシュー（シュー）
１４ ピン
２４ ピストン棒
I 流体潤滑領域
II 混合潤滑領域
III 境界潤滑領域
Dｄ ディンプルの深さ
FN ガイド摺接面６ｃに作用する荷重
f 摩擦係数
h 潤滑油の膜厚（油膜厚さ）
L 中間領域６ｃｍの長さ
Lｄ 摩擦係数の近似曲線
W 中間領域６ｃｍの幅
Wｄ ディンプルの幅

Claims (8)

1. クロスヘッド型ディーゼル機関において、ピストンと一体に往復動するクロスヘッド軸受と摺接し、前記クロスヘッド軸受との摺接面に潤滑油が供給されるとともに複数の凹部が設けられた、クロスヘッド軸受のガイドであって、
   前記摺接するクロスヘッド軸受の往復動の速度が速い領域には、前記速度が遅い領域よりも高い形成密度で前記凹部が形成されている
   ことを特徴とする、クロスヘッド軸受のガイド。
2. 前記ピストンが上死点にあるときに前記クロスヘッド軸受と摺接する部分を含む上部領域と、
   前記ピストンが下死点にあるときに前記クロスヘッド軸受と摺接する部分を含む下部領域と、
   前記上部領域と前記下部領域との間の中間領域とに区分され、
   前記速度が速い前記中間領域には前記凹部が配置されている一方、前記速度が遅い前記上部領域及び前記下部領域には前記凹部が配置されていない
   ことを特徴とする、請求項１記載のクロスヘッド軸受のガイド。
3. 前記凹部の形成密度は、前記の摺接するクロスヘッド軸受の往復動の速度が速い領域ほど高めに設定されている
   ことを特徴とする、請求項１記載のクロスヘッド軸受のガイド。
4. 前記ピストンが上死点にあるときに前記クロスヘッド軸受と摺接する部分を含む上部領域と、
   前記ピストンが下死点にあるときに前記クロスヘッド軸受と摺接する部分を含む下部領域と、
   前記上部領域と前記下部領域との間の中間領域とに区分され、
   前記凹部が、前記上部領域，前記中間領域及び前記下部領域のそれぞれに形成され、
   前記凹部の形成密度は、前記速度が遅い前記上部領域及び前記下部領域よりも、前記速度が速い前記中間領域のほうが高めに設定されている
   ことを特徴とする、請求項３記載のクロスヘッド軸受のガイド。
5. 前記凹部がディンプルにより形成されている
   ことを特徴とする、請求項１〜４の何れか一項記載のクロスヘッド軸受のガイド。
6. 前記ディンプルの開口の幅に対する前記ディンプルの深さの比が０．０１〜０．０３の範囲で設定されている
   ことを特徴とする、請求項５記載のクロスヘッド軸受のガイド。
7. 前記凹部が溝により形成されている
   ことを特徴とする、請求項１〜４の何れか一項記載のクロスヘッド軸受のガイド。
8. ピストンに上端を接続されたピストン棒の下端と、クランク軸に下端を接続された連接棒の上端とが、請求項１〜７の何れか一項記載のクロスヘッド軸受により回転可能に接続されている
   ことを特徴とする、クロスヘッド型ディーゼル機関。

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