JP2018128070A - 半割軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】内周面に溝を備える半割軸受において、潤滑油の漏れ量を抑える。【解決手段】半割軸受１０の内周面１２には、複数の第１溝１１１および複数の第２溝１１２が設けられている。第１溝１１１は、軸方向の端面に開口していない一定の幅の溝であり、その深さが延伸方向および幅方向で一定となっている。第２溝１１２は、軸方向中央側の端から軸方向端面に向かって深さが漸減しており、軸方向中央側の端から軸方向端面に向かって断面積が漸減している。【選択図】図１

Description

本発明は、半割軸受に関する。

潤滑油の循環性をよくした軸受として、例えば、特許文献１に開示されたベアリングがある。このベアリングは、アッパーベアリングとロアーベアリングとにより構成されている。ロアーベアリングにおいては、潤滑油を中央部から外方へ導くための複数の溝が内周面に設けられている。

実開平５−６７８１３号公報

特許文献１に開示されたロアーベアリングにおいては、周方向の一方の合せ面から他方の合せ面に渡って所定の間隔で設けられた溝の全てが軸方向の端面に開口している。このように、複数の溝の全てが軸方向の端面に開口している場合、潤滑油が全ての溝から軸方向の端面へ排出されてしまうため、軸方向の端面へ排出される潤滑油の量が多くなってしまう。

本発明は、上述した背景の下になされたものであり、内周面に溝を備える半割軸受において、潤滑油の漏れ量を抑えることを目的とする。

本発明は、軸と摺動する摺動面となる内周面を有し、他の半割軸受と突き合せされて円筒状のすべり軸受を形成する半円筒形状の半割軸受であって、前記内周面において、延伸方向が軸方向および周方向の成分を有し、軸方向の一方の端面に開口した少なくとも一つの第１溝と、延伸方向が軸方向および周方向の成分を有し、軸方向の端面に開口していない少なくとも一つの第２溝と、を有し、前記第１溝は、前記端面に向かって断面積が漸減している半割軸受を提供する。

本発明においては、前記第１溝は、幅方向の断面形状が前記端面に向かって変化している構成であってもよい。

また、本発明においては、前記第１溝は、延伸方向の閉端の壁面から底に至る部分がＲ形状である構成であってもよい。

また、本発明においては、前記第１溝は、幅方向の壁面から底に至る部分がＲ形状である構成であってもよい。

また、本発明においては、前記第１溝においては、前記軸の回転方向上流側の壁と前記内周面とのなす角度が、前記軸の回転方向下流側の壁と前記内周面とのなす角度より大きい構成であってもよい。

また、本発明においては、前記第１溝は、前記軸の回転方向上流側の壁から前記内周面に至る部分がＲ形状となっている構成であってもよい。

本発明によれば、内周面に溝を備える半割軸受において、潤滑油の漏れ量を抑えることができる。

本発明の一実施形態に係る半割軸受１０の平面図。 半割軸受１０の正面図。 図１のＡ−Ａ線断面図。 半割軸受２０を半割軸受１０側から見た図。 変形例に係る第２溝１１２の断面を示した図。 変形例に係る第２溝１１２Ａを半割軸受１０の内周面１２側から見た図。 第２溝１１２の変形例の断面を示した図。

［実施例］
以下、本発明の一実施形態に係る半割軸受１０について図を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る半割軸受１０の平面図であり、図２は、半割軸受１０の正面図である。また、図３は、図１のＡ−Ａ線断面図である。図面においては、半割軸受１０の外周面の中心（中心軸）を原点とし、半割軸受１０の合せ面の内周面側の端と原点とを結ぶ線を始線とし、半割軸受が支持する軸の中心軸（内周面の軸方向）の方向をｚ軸とする極座標を用いて説明する。なお、座標系において、図２の紙面手前側から奥側に向かい、ｚ成分が増加する方向を＋ｚ方向とし、反対にｚ成分が減少する方向を−ｚ方向と定義する。

本発明に係る半割軸受の一例である半割軸受１０は、半円筒形状に成形されており、対となる後述する上側の半割軸受２０と突き合せて円筒状のすべり軸受を形成し、回転軸を回転可能に支持する。つまり、半割軸受１０は、すべり軸受の下側となる半割軸受である。なお、半割軸受１０に支持される軸は、ｚ軸方向に沿って支持され、図２においては時計方向に回転する。本実施形態においては、支持される軸の径は、例えばφ３０〜１５０ｍｍであり、すべり軸受は、支持する軸の径に合わせた内径を有する。

半割軸受１０は、半円筒形状の外面となる外周面１１、回転軸を支持する内周面１２、合せ面１３Ａ、合せ面１３Ｂ、クラッシリリーフ１４Ａ、クラッシリリーフ１４Ｂ、第１溝１１１および第２溝１１２を有する。半割軸受１０は、外周面１１側から内周面１２側に向かって裏金、ライニング層およびオーバレイ層の３層構造となっている。なお、図３においては、図面が煩雑になるのを防ぐため、裏金、ライニング層およびオーバレイ層を区別した図示を省略している。裏金は、ライニング層の機械的強度を補強するための層である。裏金は、例えば、鋼で形成される。

ライニング層は、軸受としての特性、例えば、摩擦特性、耐焼付性、耐摩耗性、なじみ性、異物埋収性（異物ロバスト性）、および耐腐食性等の特性を与えるための層である。ライニング層は、軸受合金で形成されている。ライニング層は、回転軸との凝着を防ぐため、一般的に回転軸と同じ材料系は避け、回転軸とは別の材料系が用いられる。例えば、鋼で形成された回転軸の軸受として半割軸受１０が用いられる場合、アルミニウム合金が軸受合金として用いられる。なおアルミニウム合金以外にも、鉄合金や銅合金など、アルミニウム以外の金属をベースにした合金が用いられてもよい。ライニング層はこれらの各種合金をソリッド材や焼結層として構成される。

オーバレイ層は、回転軸を把持する内周面を形成し、ライニング層の摩擦係数、なじみ性、耐腐食性、および異物埋収性（異物ロバスト性）等の特性を改善するための層であり、本発明に係る樹脂部の一例である。オーバレイ層は、例えば、少なくとも発泡系樹脂を含み、空孔を有する。オーバレイ層は、例えば、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）樹脂、ポリイミド（ＰＩ）樹脂、エポキシ樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、フェノール樹脂、ポリアミド、エラストマーのいずれか１種以上を含有する。

また、オーバレイ層は、例えば、グラファイトを固体潤滑剤として含有する。固体潤滑材は、摩擦特性を改善するために添加される。グラファイトは濡れ性を向上させ、初期なじみ性を向上させる。初期なじみ性とは、摺動開始後に相手材と摺接する際、摺動面が摩耗して平滑になり、摺動性を向上させる性質である。初期なじみ性の発現により摺動性が向上すると、摺動層全体としての摩耗量が低減される。固体潤滑剤は、グラファイトに限定されるものではなく、カーボン、二硫化モリブデン、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、窒化ホウ素、二硫化タングステン、フッ素系樹脂、軟質金属（例えばＳｎ、Ｂｉなど）のいずれか１種以上を固体潤滑剤として含有してもよい。例えば二硫化モリブデンは、良好な潤滑性を与える。また、ＰＴＦＥは分子間凝集力が小さいので、摩擦係数を低減する効果がある。なお、本発明においては硬質物として、固体潤滑剤に酸化物（アルミナ、シリカ）、窒化物（ＳｉＮ）、炭化物（ＳｉＣ）、硫化物（ＺｎＳ）の１種以上を混合してもよい。これによってオーバレイ層の耐摩耗性を改善することができる。

合せ面１３Ａは、上側の半割軸受２０に突き合される面であって、半割軸受１０が支持する回転軸の回転方向上流側の合せ面であり、合せ面１３Ｂは、半割軸受２０に突き合される面であって、半割軸受１０が支持する回転軸の回転方向下流側の合せ面である。

合せ面１３Ａに接するクラッシリリーフ１４Ａは、回転軸の回転方向上流側のクラッシリリーフであり、合せ面１３Ｂに接するクラッシリリーフ１４Ｂは、回転軸の回転方向下流側のクラッシリリーフである。クラッシリリーフとは、半割軸受１０の内面側において、合せ面に接して半割軸受１０のｚ軸方向の幅全体に設けた、幅の広い逃がしである。クラッシリリーフは、軸受をハウジングに組み付け、合せ面近傍の内周面１２の軸側への倒れ込みが発生したときに、回転軸との接触を防ぐためのものである。また、クラッシリリーフは、潤滑作用を果たした潤滑油を合せ面近傍において排出してすべり軸受を冷却する効果や、内周面１２側に侵入した異物を排出する効果を奏する。

第１溝１１１と第２溝１１２は、内周面１２に設けられた溝である。第１溝１１１と第２溝１１２は、軸方向の中央より＋ｚ方向側と−ｚ方向側において、予め定められた間隔で周方向に並んでいる。第１溝１１１は、本発明に係る第１溝の一例であり、第２溝１１２は、本発明に係る第２溝の一例である。

複数の第１溝１１１は、延伸方向が内周面の軸方向の成分と周方向の成分を有する溝であり、軸方向の端面に開口していない、即ち、軸方向の端面に達していない構成となっている。第１溝１１１においては、軸方向中央側の端は、軸方向端面側の端より回転軸の回転方向上流側となっている。第１溝１１１は、その深さが延伸方向および幅方向で一定となっており、幅方向に切断したときの断面形状は、凹型の形状となっている。第１溝１１１の深さは、５０μｍ以上が好ましく、第１溝１１１の幅は、１００μｍ以上であるのが好ましい。複数の第１溝１１１の幅は、本実施形態においては同じ幅となっているが、周方向の位置によって他の溝と幅が異なる構成であってもよい。

複数の第２溝１１２は、延伸方向が内周面の軸方向の成分と周方向の成分を有する溝であり、半割軸受１０の軸方向の端面に開口した構成となっている。第２溝１１２においては、軸方向中央側の端は、軸方向端面側の端より回転軸の回転方向上流側となっている。第２溝１１２は、図３に示したように、軸方向中央側の端から軸方向端面に向かって深さが漸減し、軸方向中央側の端から軸方向端面に向かって断面積が漸減している。また、第２溝１１２は、幅方向に切断したときの断面形状が凹型の形状となっている。複数の第２溝１１２の幅は、本実施形態においては同じ幅となっているが、周方向の位置によって他の溝と幅が異なる構成であってもよい。

半割軸受１０を製造する際には、例えば、板状の裏金の表面に形成されたライニング層に対してスクリーン印刷を行うことにより、オーバレイ層を形成する。オーバレイ層が形成された部材に対して切削加工またはプレス加工を行うことにより複数の第１溝１１１および複数の第２溝１１２を形成し、第１溝１１１および第２溝１１２が形成された部材に対して曲げ加工を行うことにより半円筒形状に成形する。なお、オーバレイ層が形成された部材を半円筒形状に成形した後、切削加工を行うことにより複数の第１溝１１１および複数の第２溝１１２を形成してもよい。

図４は、半割軸受１０と対となる上側の半割軸受２０を半割軸受１０側から見た図である。半割軸受２０も、半割軸受１０と同様に肉厚は均一ではなく、中心部ほど厚く、中心部から端部（合せ面）に向かうにつれ薄くなっており、オイルリリーフが形成されている。

半割軸受２０は、合せ面２３Ａ、合せ面２３Ｂ、クラッシリリーフ２４Ａ、クラッシリリーフ２４Ｂ、孔２７および溝２１１を有する。孔２７は、半割軸受２０の外周面から内周面まで貫通した孔である。半割軸受２０の外周面に供給される潤滑油は、孔２７を介して内周面２２側へ供給される。合せ面２３Ａは、合せ面１３Ａに突き合される面であり、合せ面２３Ｂは、合せ面１３Ｂに突き合される面である。クラッシリリーフ２４Ａは、合せ面２３Ａに接したクラッシリリーフであり、クラッシリリーフ２４Ｂは、合せ面２３Ｂに接したクラッシリリーフである。

溝２１１は、合せ面２３Ａから合せ面２３Ｂまで半割軸受２０の周方向の全長に渡って形成されている。溝２１１の幅（合せ面に垂直な方向から半割軸受２０を見たときの溝の軸方向の長さ。以下「溝幅」という）は均一ではなく、クラッシリリーフ内では相対的に細く（狭く）、クラッシリリーフ以外の部分では相対的に太く（広く）なっている。以下、溝２１１のうち相対的に太い部分を太溝２１１１といい、相対的に細い部分を細溝２１１２という。太溝２１１１および細溝２１１２は、いずれも第１溝１１１より太く（広く）、且つ第２溝１１２より太い（広い）構成となっている。太溝２１１１から細溝２１１２に至る溝幅は連続的に（すなわち徐々に）変化するのではなく、急激に狭くなっている。なお、太溝２１１１の溝幅は、細溝２１１２との境界部近傍を除けば均一であり、細溝２１１２の溝幅は均一である。なお、溝幅が均一であるとは、溝幅のばらつきが一定範囲内、例えば溝幅の１／１０以下、好ましくは１／１００以下であることをいう。

また、溝２１１の深さも均一ではなく、クラッシリリーフ内では相対的に浅く、クラッシリリーフ以外の部分は相対的に深い。すなわち、太溝２１１１は相対的に深く、細溝２１１２は相対的に浅い。太溝２１１１から細溝２１１２に至る溝の深さは連続的に（すなわち徐々に）変化するのではなく、急激に浅くなっている。なお、太溝２１１１の深さは均一であり、細溝２１１２の深さは均一である。なお、深さが均一であるとは、深さのばらつきが一定範囲内、例えば溝の深さの１／１０以下、好ましくは１／１００以下であることをいう。ただし、厳密には、半割軸受２０の溝の底から外周面までの厚さが均一となるように製造される場合があり、この場合、オイルリリーフおよびクラッシリリーフに相当する分、溝の深さは変動する。

例えば、太溝２１１１の溝幅は、２〜５ｍｍであり、太溝２１１１の深さは、溝幅より小さく、例えば、０．５〜１．５ｍｍである。細溝２１１２の溝幅は太溝の溝幅よりも狭く、かつ細溝２１１２の深さは太溝の深さよりも浅い。

このように、クラッシリリーフ以外の部分における溝２１１が相対的に太く、深くなっていることにより、溝２１１の体積を十分に確保すること、すなわち摺動面に供給される潤滑油の量を十分に確保することができる。その上で、クラッシリリーフ内の部分における溝が相対的に細く、浅くなっていることにより、溝の幅および深さが均一な場合と比較して合せ面２３Ａおよび合せ面２３Ｂからの漏れ油量を低減することができる。

回転軸を挟んで半割軸受１０と半割軸受２０を突き合せた状態においては、孔２７から供給された潤滑油が溝２１１を通って半割軸受１０へ供給される。半割軸受１０へ供給された潤滑油は、第１溝１１１と第２溝１１２へ流れ込む。

特許文献１に開示されているベアリングのように、内周面に設けられた溝の全てが軸方向の端面に開口している場合、潤滑油が全ての溝から軸方向の端面へ排出されてしまうため、軸方向の端面へ排出される潤滑油の量が多くなってしまう。これに対し、本実施形態においては、複数の第１溝１１１は、半割軸受１０の軸方向の端面に開口しておらず、潤滑油が第１溝１１１に保たれるため、内周面１２と回転軸との間から漏れる潤滑油の量が抑えられる。また、複数の第２溝１１２においては、第２溝１１２に入った潤滑油は、軸方向の中央側から軸方向の端面側へ流れる。第２溝１１２は、軸方向の端面に開口しているため、回転軸と内周面１２との間に異物が入った場合、異物が第２溝１１２を通って軸方向の端面から外へ排出されるため、内周面１２や回転軸が傷つくのを防ぐことができる。

［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、他の様々な形態で実施可能である。例えば、上述の実施形態を以下のように変形して本発明を実施してもよい。なお、上述した実施形態および以下の変形例は、各々を組み合わせてもよい。

第１溝１１１および第２溝１１２の数は、図１に示した数に限定されるものではない。本発明においては、第１溝１１１および第２溝１１２は、１以上の数であり、油膜切れを防ぐことができるのであれば図１に示した数より少ない数や図１に示した数を超える数であってもよい。

上述した実施形態においては、第２溝１１２は、幅方向に切断したときの断面形状を見ると、底が平面となっているが、第２溝１１２の底は、図５（ａ）に示したように半円形状であってもよく、また、図５（ｂ）に示したように弧状であってもよい。

また、図５（ｃ）に示したように、第２溝１１２は、幅方向に切断したときの断面形状について、壁面から底に至る部分をＲ形状とし、回転軸の回転方向上流側の壁面から底に至る部分のＲ形状の半径を、回転軸の回転方向下流側の壁面から底に至る部分のＲ形状の半径より大きくする構成としてもよい。図５（ｃ）に示した構成によれば、異物が第２溝１１２に入った場合、第２溝１１２の回転方向下流側の壁面を超えて回転方向下流側へ流れにくくなる。なお、図５（ｃ）に示した構成は、第１溝１１１に対して採用してもよい。

また、図５（ｄ）に示したように、第２溝１１２においては、回転軸の回転方向上流側の壁面と内周面１２とのなす角度が、回転軸の回転方向下流側の壁面と内周面１２とのなす角度より大きい構成であってもよい。図５（ｄ）に示した構成においても、異物が第２溝１１２に入った場合、第２溝１１２の回転方向下流側の壁面を超えて回転方向下流側へ流れにくくなる。なお、図５（ｄ）に示した構成は、第１溝１１１に対して採用してもよい。

また、図５（ｅ）に示したように、第２溝１１２においては、回転軸の回転方向上流側の壁面から内周面１２に至る部分をＲ面取りし、回転軸の回転方向下流側の壁面から内周面１２に至る部分をＲ面取りしていない構成であってもよい。図５（ｅ）に示した構成によれば、異物が第２溝１１２に入りやすくなり、さらに潤滑油が軸方向端面側へ流れやすくなるため、異物が第２溝１１２の回転方向下流側の壁面を超えて回転方向下流側へ流れにくくなる。

また、上述した実施形態においては、第２溝１１２は、幅方向に切断したときの断面形状は、延伸方向のどの位置においても相似となっているが、この構成に限定されるものではない。図６は、変形例に係る第２溝１１２Ａを半割軸受１０の内周面側から見た図である。第２溝１１２Ａも、本発明に係る第２溝の一例である。第２溝１１２Ａは、延伸方向が内周面の軸方向の成分と周方向の成分を有する溝であり、軸方向の端面に開口した構成となっている。第２溝１１２Ａにおいては、軸方向中央側の端は、軸方向端面側の端より回転軸の回転方向上流側となっている。第２溝１１２Ａは、軸方向中央側の端から軸方向端面に向かって深さおよび底の幅が漸減している。このため、第２溝１１２Ａは、軸方向中央側の端については、幅方向の断面形状が凹型の形状となっており、軸方向端面側については、Ｖ字の形状となっている。図６に示した構成においては、第２溝１１２Ａは、軸方向中央側から軸方向端面側へ向かって断面積が漸減しているため、内周面１２と回転軸との間から漏れる潤滑油の量を抑えることができる。なお、第２溝１１２Ａは、軸方向中央側の端から軸方向端面に向かって深さおよび底の幅が漸減しているが、底の幅が漸減し、深さが漸減しない構成であってもよい。底の幅が漸減し、深さが漸減しない構成においても、軸方向端面に開口した第２溝１１２Ａは、軸方向中央側から軸方向端面側へ向かって断面積が漸減しているため、内周面１２と回転軸との間から漏れる潤滑油の量を抑えることができる。

上述した実施形態においては、第２溝１１２は、軸方向中央側の端から軸方向端面に向かって深さが連続的に浅くなっているが、深さが段階的（階段状）に浅くなって断面積が漸減する構成であってもよい。このように、段階的に断面積が小さくなる構成も、漸減の概念に含まれる。また、第２溝１１２Ａは、軸方向中央側の端から軸方向端面に向かって幅が連続的に狭くなる構成であるが、幅が段階的（階段状）に狭くなって断面積が漸減する構成であってもよい。

上述した実施形態においては、図３に示したように、第２溝１１２の軸方向中央側の端の壁面と第２溝１１２の底とのなす角度が鋭角となっているが、図７（ａ）に示したように、第２溝１１２の軸方向中央側の端の壁面と第２溝１１２の底とのなす角度が鈍角の構成であってもよい。また、図７（ｂ）に示したように、第２溝１１２の軸方向中央側の端の壁面から第２溝１１２の底へ至る部分がＲ形状の構成であってもよい。図７（ａ）や図７（ｂ）に示した構成によれば、第２溝１１２の軸方向中央側の端からも異物が第２溝１１２へ入りやすくなる。

上述した実施形態においては、第１溝１１１および第２溝１１２は、延伸方向が内周面の軸方向の成分と周方向の成分を有するが、軸方向の成分を有し、周方向の成分を有していない構成であってもよい。

上述した実施形態においては、第１溝１１１および第２溝１１２においては、軸方向中央側の端は、軸方向端面側の端より回転軸の回転方向上流側となっているが、軸方向中央側の端は、軸方向端面側の端より回転軸の回転方向下流側の構成であってもよい。

上述した実施形態においては、第１溝１１１および第２溝１１２は、製造時に板状の部材に形成されたときに直線状の溝となっているが、第１溝１１１および第２溝１１２は、弧状の溝であってもよい。

１０…半割軸受
１１…外周面
１２…内周面
１３Ａ…合せ面
１３Ｂ…合せ面
１４Ａ…クラッシリリーフ
１４Ｂ…クラッシリリーフ
１１１…第１溝
１１２…第２溝
２０…半割軸受
２２…内周面
２３Ａ…合せ面
２３Ｂ…合せ面
２４Ａ…クラッシリリーフ
２４Ｂ…クラッシリリーフ
２７…孔
２１１…溝
２１１１…太溝
２１１２…細溝

Claims (6)

1. 軸と摺動する摺動面となる内周面を有し、他の半割軸受と突き合せされて円筒状のすべり軸受を形成する半円筒形状の半割軸受であって、
   前記内周面において、
   延伸方向が軸方向および周方向の成分を有し、軸方向の一方の端面に開口した少なくとも一つの第１溝と、
   延伸方向が軸方向および周方向の成分を有し、軸方向の端面に開口していない少なくとも一つの第２溝と、
   を有し、
   前記第１溝は、前記端面に向かって断面積が漸減している
   半割軸受。
2. 前記第１溝は、幅方向の断面形状が前記端面に向かって変化している
   請求項１に記載の半割軸受。
3. 前記第１溝は、延伸方向の閉端の壁面から底に至る部分がＲ形状である
   請求項１または請求項２に記載の半割軸受。
4. 前記第１溝は、幅方向の壁面から底に至る部分がＲ形状である
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の半割軸受。
5. 前記第１溝においては、前記軸の回転方向上流側の壁と前記内周面とのなす角度が、前記軸の回転方向下流側の壁と前記内周面とのなす角度より大きい
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の半割軸受。
6. 前記第１溝は、前記軸の回転方向上流側の壁から前記内周面に至る部分がＲ形状となっている
   請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の半割軸受。

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