JP2019002418A - 半割スラスト軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】運転時に損傷が生じにくく摩擦損失が小さい内燃機関のクランク軸用の半割スラスト軸受を提供すること。【解決手段】本発明によれば、摺動面と背面とを有する半円環形状の半割スラスト軸受が提供される。摺動面は、周方向中央部付近に位置する平面部と、その周方向両側の２つの傾斜平面部とを有し、背面から摺動面までの軸線方向距離は、半割スラスト軸受のいずれの径方向位置においても平面部で最大で、傾斜平面部で周方向両端部へ向かって減少している。また各傾斜平面部は、円周角度３５°〜５５°の範囲に軸線方向距離が一定であるただ１つの等厚部を有する。傾斜平面部における軸線方向距離は、いずれの周方向位置でも、等厚部より周方向端部側の領域では径方向内側端部で最大で、径方向外側端部へ向かって減少し、また等厚部より周方向中央部側の領域では径方向内側端部で最小で、径方向外側端部へ向かって増加している。【選択図】図２

Description

本発明は、内燃機関のクランク軸の軸線方向力を受けるスラスト軸受に関するものである。

内燃機関のクランク軸は、そのジャーナル部において、一対の半割軸受を円筒形状に組み合わせて構成される主軸受を介して、内燃機関のシリンダブロック下部に回転自在に支承される。

一対の半割軸受のうちの一方又は両方が、クランク軸の軸線方向力を受ける半割スラスト軸受と組み合わせて用いられる。半割スラスト軸受は、半割軸受の軸線方向端面の一方又は両方に配設される。

半割スラスト軸受は、クランク軸に生じる軸線方向力を受ける。すなわち、クラッチによってクランク軸と変速機とが接続される際等に、クランク軸に対して入力される軸線方向力を支承することを目的として配置される。

半割スラスト軸受の周方向両端近傍の摺動面側には、周方向端面へ向かって軸受部材の厚さが薄くなるようにスラストリリーフが形成される。一般にスラストリリーフは、半割スラスト軸受の周方向端面から摺動面までの長さや周方向端面での深さが、径方向の位置によらずに一定になるように形成される。スラストリリーフは、半割スラスト軸受を分割型軸受ハウジング内に組み付ける際の一対の半割スラスト軸受の端面同士の位置ずれを吸収するために形成される（特許文献１の図１０参照）。

また従来、内燃機関の運転時のクランク軸の撓み変形を考慮して、半割スラスト軸受の摺動面の少なくとも外径側に曲面形状のクラウニング面を設け、それにより半割スラスト軸受の摺動面のクランク軸との局所的な接触応力を低減することも提案されている（特許文献２）。
さらに、半割スラスト軸受の摺動面に、半割スラスト軸受の周方向端部から、頂部（半割スラスト軸受の周方向中央における外径端）の高さの略半分まで延びる傾斜面（スラストリリーフ）を形成し、それにより摺動面に対する傾斜面の傾斜角度を小さくすることも提案されている（特許文献３参照）。

特開平１１−２０１１４５号公報 特開２０１３−１９５１７号公報 特開２０１３−２３８２７７号公報

近年、内燃機関の軽量化のためにクランク軸の軸径が小径化され、従来のクランク軸よりも低剛性となっており、内燃機関の運転時にクランク軸に撓みが発生しやすく、クランク軸の振動が大きくなる傾向にある。このためクランク軸のスラストカラー面は半割スラスト軸受の摺動面に対して傾斜しながら摺接し、且つその傾斜方向はクランク軸の回転に伴い変化する。したがって半割スラスト軸受の周方向両端部付近の摺動面とクランク軸のスラストカラー面とが直接接触し、損傷（疲労）が起きやすくなっている。

また、一対の半割軸受からなる主軸受の軸線方向の各端部に一対の半割スラスト軸受が組み付けられる場合、分割型軸受ハウジング内に組み付けた際の一対の半割スラスト軸受の端面同士の位置がずれていると、一方の半割スラスト軸受の摺動面とクランク軸のスラストカラー面との間の隙間が、他方の半割スラスト軸受とクランク軸のスラストカラー面との間の隙間よりも大きくなる。あるいは、主軸受の軸線方向の各端部に１つの半割スラスト軸受だけが組み付けられる場合、この半割スラスト軸受が配置されない分割型軸受ハウジングの側面とクランク軸のスラストカラー面との間に大きな隙間が形成される。このような隙間が形成された状態で内燃機関の運転がなされクランク軸の撓みが発生すると、クランク軸のスラストカラー面は形成された隙間側へさらに傾斜する。

このような隙間側へ大きく傾斜した状態でクランク軸が回転すると、半割スラスト軸受の周方向両端面を含む面内での半割スラスト軸受の摺動面に対するスラストカラー面の傾斜がより大きくなる。さらに、このスラストカラー面の傾斜は、半割スラスト軸受の周方向両端面を含む面内において、（ａ）半割スラスト軸受のクランク軸の回転方向後方側の周方向端部付近の摺動面とスラストカラー面とが接触し、クランク軸の回転方向前方側の周方向端部付近の摺動面とスラストカラー面とが離間した傾斜状態と、（ｂ）半割スラスト軸受のクランク軸の回転方向前方側の周方向端部付近の摺動面とスラストカラー面とが接触し、クランク軸の回転方向後方側の周方向端部付近の摺動面とスラストカラー面とが離間した傾斜状態とを、クランク軸の回転に伴って繰り返す。半割スラスト軸受は、その周方向両端部付近の摺動面のみが常時クランク軸のスラストカラー面と直接接触するので、損傷（疲労）が起きやすい。
また、クランク軸が高速で回転するとクランク軸の軸線方向の振動が大きくなり、スラストカラー面の傾斜が上記（ａ）の傾斜状態から上記（ｂ）の傾斜状態へ遷移する過程で半割スラスト軸受の摺動面の周方向中央部がスラストカラー面と接触し、摩擦損失が大きくなる。

上述のクランク軸の撓みによるスラストカラー面の隙間側への傾斜が大きく、したがって半割スラスト軸受の周方向両端面を含む面内でのスラストカラー面の傾斜が大きい場合、特許文献２や特許文献３に記載される技術を採用しても、半割スラスト軸受の周方向両端部付近の摺動面のみが常時クランク軸のスラストカラー面と接触するのを防止するのは困難であった。

したがって本発明の目的は、内燃機関の運転時に、損傷（疲労）が生じにくく、摩擦損失が小さい半割スラスト軸受を提供することである。

上記目的を達成するために、本発明の１つの観点によれば、内燃機関のクランク軸の軸線方向力を受けるための半円環形状の半割スラスト軸受であって、軸線方向力を受けるための摺動面と、摺動面の反対側の背面とを有し、且つ軸線方向に垂直な基準面を背面側に画定している半割スラスト軸受において、
摺動面は、半割スラスト軸受の径方向内側端部から径方向外側端部まで基準面と平行に延びる平面部と、平面部の周方向両側に形成される２つの傾斜平面部とからなり、
基準面から摺動面までの軸線方向距離は平面部で最大であり、
各傾斜平面部における軸線方向距離は、いずれの径方向位置においても半割スラスト軸受の周方向中央部側の傾斜平面部の周方向端部で最大で、半割スラスト軸受の周方向両端部へ向かって小さくなっており、
各傾斜平面部は、半割スラスト軸受の各周方向端部から周方向中央部に向かって円周角度３５°〜５５°の範囲に、半割スラスト軸受の径方向内側端部から径方向外側端部まで直線状に延びるただ１つの等厚部を有するように配置され、軸線方向距離は等厚部に亘って一定であり、
各傾斜平面部における軸線方向距離は、等厚部より周方向端部側の領域では、いずれの周方向位置においても径方向内側端部で最大で、径方向外側端部へ向かって小さくなっており、また等厚部より周方向中央部側の領域では、いずれの周方向位置においても径方向内側端部で最小で、径方向外側端部へ向かって大きくなっており、また
平面部は、半割スラスト軸受のいずれの径方向位置においても、５°以上３５°以下の円周角度に亘って延びる周方向長さを有している
ことを特徴とする半割スラスト軸受が提供される。
ここで、傾斜平面部における軸線方向距離は、半割スラスト軸受の周方向両端面を含む面と平行ないずれの断面内においても、半割スラスト軸受の外周側端部で最小であり、周方向中央部側へ向かって大きくなっている。
半割スラスト軸受の背面は、平坦であり、且つ基準面内に位置していてもよい。
また平面部は、半割スラスト軸受の周方向中央部を含んでいてもよい。
また平面部の周方向長さは、半割スラスト軸受の径方向内側端部において最小で、径方向外側端部に向かって次第に大きくなっていてもよく、あるいは半割スラスト軸受の径方向外側端部において最小で、径方向内側端部に向かって次第に大きくなっていてもよい。
また半割スラスト軸受の周方向両端面に垂直な方向から半割スラスト軸受を見たとき、摺動面の傾斜平面部の輪郭が曲線から構成されていてもよい。
また平面部における軸線方向距離と、半割スラスト軸受の周方向両端部の径方向外側端部における軸線方向距離との差が５０〜８００μｍであってもよい。
摺動面を構成する２つの傾斜平面部は、周方向中央部を通って延びる半割スラスト軸受の中心線に関して線対称であってもよい。
等厚部は、各周方向端面から周方向中央部に向かって円周角度４５°の位置に形成されていてもよい。

ここで、クランク軸は、ジャーナル部とクランクピン部とクランクアーム部とを有する部材である。また半割スラスト軸受は、円環を略半分に分割した形状の部材であるが、厳密に半分であることを意図するものではない。

上記構成を有する本発明の半割スラスト軸受によれば、内燃機関の運転時のクランク軸の撓みに起因して半割スラスト軸受の摺動面に対するクランク軸のスラストカラー面の傾斜角度が大きくなった場合でも、摺動面とスラストカラー面との接触位置がクランク軸の回転に伴って周方向に順次移動するので、半割スラスト軸受の周方向両端部付近の摺動面のみが常時クランク軸のスラストカラー面と接触することが防止され、半割スラスト軸受の摺動面の損傷が起きにくい。
さらに、本発明のスラスト軸受では、内燃機関の運転時、等厚部Ｍよりも周方向中央部側の領域において傾斜平面部とスラストカラー面との間の隙間を流れる油が、半割スラスト軸受の径方向外側に流出しにくくなり、摺動面の周方向中央部付近の平面部に有効なくさび油膜が形成されやすくなっている。このため、スラストカラー面が半割スラスト軸受の摺動面の周方向中央部と接触することが防止され、摩擦損失が小さくなる。

軸受装置の分解斜視図である。 実施例１の半割スラスト軸受の正面図である。 図２の半割スラスト軸受のＹ１矢視側面図である。 図２の半割スラスト軸受のＹ２矢視側面図である。 図２の半割スラスト軸受のＡ１−Ａ１断面図である。 図２の半割スラスト軸受のＡ２−Ａ２断面図である。 図２の半割スラスト軸受のＡ３−Ａ３断面図である。 半割軸受及びスラスト軸受の正面図である。 軸受装置の断面図である。 図８の上側の半割軸受の正面図である。 図１０の半割軸受を径方向の内側から見た底面図である。 運転中のスラストカラー面と一対の半割スラスト軸受の接触状態を示す断面図である。 周方向両端面側から見た運転中のスラストカラー面の摺動面に対する傾斜の変化を示す図である。 周方向両端面側から見た運転中のスラストカラー面の摺動面に対する傾斜を示す図である。 周方向両端面側から見た運転中のスラストカラー面の摺動面に対する傾斜を示す図である。 周方向両端面側から見た運転中のスラストカラー面の摺動面に対する傾斜を示す図である。 周方向両端面側から見た運転中のスラストカラー面の摺動面に対する傾斜を示す図である。 図１３Ａに対応する、摺動面を正面側から見た摺動面とスラストカラー面の接触位置を示す図である。 図１３Ｂに対応する、摺動面を正面側から見た摺動面とスラストカラー面の接触位置を示す図である。 図１３Ｃに対応する、摺動面を正面側から見た摺動面とスラストカラー面の接触位置を示す図である。 図１３Ｄに対応する、摺動面を正面側から見た摺動面とスラストカラー面の接触位置を示す図である。 図１３Ｅに対応する、摺動面を正面側から見た摺動面とスラストカラー面の接触位置を示す図である。 スラストカラー面と摺動面の周方向中央部付近との接触状態を示す断面図である。 スラストカラー面と摺動面の周方向中央部付近との接触状態を示す断面図である。 スラストカラー面と摺動面の周方向中央部付近との接触状態を示す断面図である。 スラストカラー面と摺動面の周方向中央部付近との接触状態を示す断面図である。 本発明の他の形態の半割スラスト軸受の正面図である。 図１６の半割スラスト軸受の周方向端部付近の側面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。

（軸受装置の全体構成）
まず、図１、８及び９を用いて軸受装置１の全体構成を説明する。図１、８及び９に示すように、シリンダブロック２の下部に軸受キャップ３を取り付けて構成された軸受ハウジング４には、両側面間を貫通する円形孔である軸受孔（保持孔）５が形成されており、側面における軸受孔５の周縁には円環状凹部である受座６、６が形成されている。軸受孔５には、クランク軸のジャーナル部１１を回転自在に支承する半割軸受７、７が円筒状に組み合わされて嵌合される。受座６、６には、クランク軸のスラストカラー面１２を介して軸線方向力ｆ（図９参照）を受ける半割スラスト軸受８、８が円環状に組み合わされて嵌合される。なお、図８には、本発明の構成を有さない半割スラスト軸受８が示されている。

図８に示すように、主軸受を構成する半割軸受７のうち、シリンダブロック２側（上側）の半割軸受７の内周面には潤滑油溝７１が形成され、また潤滑油溝７１内には外周面に貫通する貫通孔７２が形成されている（図１０及び１１も参照）。潤滑油溝７１は、上下両方の半割軸受に形成することもできる。半割軸受７はまた、周方向両端面７４に隣接する摺動面７５上にクラッシュリリーフ７３を有する。

（半割スラスト軸受の構成）
次に、図２〜７を用いて実施例１の半割スラスト軸受８の構成について説明する。本実施例の半割スラスト軸受８は、鋼製の裏金層に薄い軸受合金層を接着したバイメタルによって、半円環形状の平板に形成される。半割スラスト軸受８は軸線方向を向いた摺動面８１（軸受面）を備え、摺動面８１は軸受合金層から構成される。

半割スラスト軸受８は軸線方向に垂直な基準面８４を画定しており、この基準面８４内に、シリンダブロック２の受座６に配置されるように適合された実質的に平坦な背面８４ａを有する（図３参照）。さらに、半割スラスト軸受８は、基準面８４（背面８４ａ）から軸線方向に離れた摺動面８１を有し、摺動面８１は、クランク軸のスラストカラー面１２を介して軸線方向力ｆ（図９参照）を受けるように適合されている。より詳細には、摺動面８１は、半割スラスト軸受８の周方向中央部８５を含む平面部８１ａであって、基準面８４に平行な１つの平面部８１ａと、その周方向両側に配置された２つの傾斜平面部８１ｂとを有する。基準面８４から摺動面８１までの軸線方向距離は、半割スラスト軸受８のいずれの径方向位置においても平面部８１ａで最大で、傾斜平面部８１ｂにおいて平面部８１ａの側から半割スラスト軸受の周方向両端部へ向かって小さくなっている。したがって、例えば半割スラスト軸受８の径方向中央位置（図２の一点鎖線位置）においても、基準面８４から摺動面８１までの軸線方向距離は平面部８１ａで最大（ＴＣ）で、周方向両端部８６で最小（ＴＥ）であることが理解されよう。なお、傾斜平面部８１ｂは、潤滑油の保油性を高めるために、径方向に延びる油溝８１ｃを有していてもよい。
また平面部８１ａは、図２に示されるように、半割スラスト軸受８の径方向内側端部の円弧で規定される内周部と、径方向外側端部の円弧で規定される外周部と、周方向両側に位置する２つの直線とによって囲まれる正面形状を有し、内周部及び外周部は円周角度θに亘って延びる周方向長さを有する。内周部及び外周部の周方向長さは、好適には、円周角度が５°〜３５°であるように形成される。

本実施例において、基準面８４（背面８４ａ）から摺動面８１までの軸線方向距離は、半割スラスト軸受８の軸受壁厚Ｔに一致する。また本実施例において、各周方向端部８６と、傾斜平面部８１ｂの周方向中央部８５側の端部との間には、径方向外側端部と径方向内側端部との間で軸受壁厚が一定である等厚部Ｍ（図２及び５参照）がただ１つ形成されている。等厚部Ｍは、傾斜平面部８１ｂの領域において径方向外側端部から径方向内側端部まで一定の軸受壁厚Ｔで延びるただ１つの断面部（図５参照）であり、半割スラスト軸受８の傾斜平面部８１上では、径方向外側端部と径方向内側端部との間に延びる直線として現れる（図２参照）。より具体的には、等厚部Ｍは、半割スラスト軸受８の各周方向端部８６から周方向中央部８５へ向かって円周角度４５°の位置に配置され、この等厚部Ｍより周方向端部８６側の領域ＸＥでは、いずれの周方向位置においても軸受壁厚が径方向内側端部（厚さＴＩ）で最大で、径方向外側端部（厚さＴＯ）へ向かって小さくなっており（図６参照）、一方、等厚部Ｍより周方向中央部８５側の領域ＸＣでは、軸受壁厚が径方向内側端部（厚さＴＩ）で最小で、径方向外側端部（厚さＴＯ）へ向かって大きくなっている（図７参照）。
上記構成による傾斜平面部８１ｂは、換言すると、半割スラスト軸受８の周方向中央部８５側の周方向端部の径方向外側端部から周方向両端部の径方向外側端部へ向かって軸受壁厚が減少するように背面８３に対して傾斜した平面からなる。したがって軸受壁厚は、等厚部Ｍよりも周方向中央部８５側の領域ＸＣ、及び等厚部Ｍよりも周方向両端部８６側の領域ＸＥのいずれでも、周方向両端面８３を含む面と平行な任意の断面内で、半割スラスト軸受８の外周側端部で最小であり、周方向中央部８５側へ向かって大きくなっていることが、図４からも理解されよう。
なお、傾斜平面部８１ｂの油溝８１ｃが形成された部分では、背面８４ａから、油溝８１ｃを形成しなかった場合の仮想摺動面（傾斜平面部８１ｂの延長面）までの軸方向距離が上記関係を満たすように半割スラスト軸受８が形成される。
また、等厚部Ｍは、半割スラスト軸受８の各周方向端部８６から周方向中央部８５へ向かって円周角度４５°の位置に限定されず配置されることができ、各周方向端部８６から周方向中央部８５へ向かって円周角度３５°〜５５°の範囲に１つの等厚部Ｍが配置されることができる。

上述したように半割スラスト軸受８の周方向両端部における軸受壁厚ＴＥは、平面部８１ａにおける軸受壁厚ＴＣに対して小さく形成される（図３参照）。したがって半割スラスト軸受８の周方向両端面を含む面に垂直な方向から見て、半割スラスト軸受８の摺動面８１は、平面部８１ａが最も突出した凸形状の輪郭を有している（図３参照）。より具体的には、乗用車用等の小型内燃機関のクランク軸（直径が３０〜１００ｍｍ程度のジャーナル部を有する）に使用する場合、半割スラスト軸受８の平面部８１ａにおける軸受壁厚と、周方向両端部における軸受壁厚の差は、例えば５０〜８００μｍであり、より好適には２００〜４００μｍである。しかし、これらの寸法は一例に過ぎず、軸受壁厚の差はこの寸法範囲に限定されない。

（作用）
次に、図８、９及び１２を用いて、従来の半割スラスト軸受８の作用を説明する。

一般に、半割軸受７は半割スラスト軸受８と同心に、且つ主軸受を構成する半割軸受７の周方向両端面７４を含む平面が、半割スラスト軸受８の周方向両端面８３を含む平面と実質的に一致するように配置される。

内燃機関の運転時、特に内燃機関の軽量化のために軸径が小径化され、従来のクランク軸よりも低剛性となっているクランク軸では、クランク軸の撓み（軸線方向の撓み）が発生してクランク軸の振動が大きくなる。この大きな振動により、クランク軸には半割スラスト軸受８の摺動面８１へ向かう軸線方向力ｆが周期的に発生する。半割スラスト軸受８の摺動面８１は、この軸線方向力ｆを受ける。

一対の半割軸受７、７からなる主軸受の軸線方向の各端部に一対の半割スラスト軸受８、８が組み付けられる場合、分割型軸受ハウジング４に組み付けた際に一対の半割スラスト軸受８、８の端面８３、８３同士の位置が軸線方向にずれていると、一方の半割スラスト軸受８の摺動面８１とクランク軸のスラストカラー面１２との間の隙間が、他方の半割スラスト軸受８の摺動面８１とスラストカラー面１２との間の隙間よりも大きくなる（図１２参照）。あるいは、主軸受の軸線方向の各端部に１つの半割スラスト軸受８だけが組み付けられる場合、半割スラスト軸受８が配置されないほうの分割型軸受ハウジング４の側面とクランク軸のスラストカラー面１２との間に大きな隙間が形成される。このような隙間が形成された状態で内燃機関が運転されクランク軸の撓みが発生すると、クランク軸のスラストカラー面１２は大きな隙間側へさらに傾斜する。このような隙間側へ大きく傾斜した状態でクランク軸が回転すると、従来は、半割スラスト軸受８の周方向両端面８３を含む面内での半割スラスト軸受８に対するスラストカラー面１２の傾斜がより大きくなり、また半割スラスト軸受８の周方向両端部付近の摺動面８１のみが常時クランク軸のスラストカラー面１２と直接接触するので、上述した通り損傷（疲労）が起きやすくなる。
より詳細には、周方向両端面８３を含む面に垂直な方向から半割スラスト軸受８を見たとき、クランク軸のスラストカラー面１２は、（１）半割スラスト軸受８のクランク軸の回転方向後方側の周方向端部側に傾斜している状態から、半割スラスト軸受８の摺動面８１と平行になるまでの間は、半割スラスト軸受８のクランク軸の回転方向の後側の周方向端部付近の摺動面８１とのみ接触し、また（２）摺動面８１と平行になった直後から、半割スラスト軸受８のクランク軸の回転方向前方側の周方向端面側に傾斜している間は、半割スラスト軸受８のクランク軸の回転方向前方側の周方向端部付近の摺動面８１とのみ接する。

ここで、特許文献２に記載されるように半割スラスト軸受の摺動面の外径側に曲面から構成されるクラウニング面を設けたとしても、基準面８４から摺動面８１までの軸線方向距離がいずれの径方向位置においても周方向中央部付近で最大となるように半割スラスト軸受８が形成されていない場合、換言すれば、周方向両端面８３を含む面に垂直な方向から半割スラスト軸受８を見たときに半割スラスト軸受８の摺動面８１の輪郭が本願発明のように平面部８１ａで最も突出した凸形状でない場合、上記理由により、特に半割スラスト軸受８の周方向端部付近の摺動面８１とクランク軸のスラストカラー面１２とが直接接触し、損傷が起きやすい。

あるいは、特許文献３に記載されるように半割スラスト軸受の摺動面に、半割スラスト軸受の周方向端部から、頂部まで高さの略半分まで延びる傾斜面（スラストリリーフ）を形成し、それにより摺動面に対する傾斜面の傾斜角度を小さくしたとしても、半割スラスト軸受８の周方向両端面８３を含む面に垂直な方向から見たときに本願発明のように半割スラスト軸受８の摺動面８１の輪郭が平面部８１ａで最も突出した凸形状でない場合、やはり上記理由により、特に半割スラスト軸受の周方向端部付近の摺動面８１（傾斜面）とクランク軸のスラストカラー面１２とが直接接触し、損傷が起きやすい。
さらに、特許文献３に記載される半割スラスト軸受では、傾斜面の軸受壁厚が、半割スラスト軸受の周方向端部を除いて、スラスト軸受の径方向内側端部より径方向外側端部のほうが大きくなるため、半割スラスト軸受の周方向端部付近の特に外径側の摺動面（傾斜面）とクランク軸のスラストカラー面１２とが直接接触し、より損傷が起きやすい。
また前述の様に周方向両端面８３を含む面に垂直な方向から半割スラスト軸受８を見たとき、もし半割スラスト軸受８の摺動面８１の輪郭が周方向中央部８５のみで最も突出した形状であると、クランク軸のスラストカラー面１２が、半割スラスト軸受８のクランク軸の回転方向後方側の周方向端部側に傾斜している状態から、半割スラスト軸受８のクランク軸の回転方向前方側の周方向端面側に傾斜している状態へ移行中、半割スラスト軸受８の摺動面８１と平行になる瞬間、クランク軸の軸方向振動に起因して半割スラスト軸受８の摺動面８１の周方向中央部８５とスラストカラー面１２とが接触し、摩擦損失が大きくなる。

（効果）
次に、図１３Ａ〜１４Ｅを用いて本実施例の半割スラスト軸受８の効果を説明する。

図１３Ａ〜Ｅは、半割スラスト軸受８の周方向両端面８３を含む面に垂直な方向から半割スラスト軸受８を見たときの（すなわち周方向両端面８３を含む面内における）摺動面８１に対するスラストカラー面１２の運転中の傾斜の変化を順に示し、図１４Ａ〜Ｅは、半割スラスト軸受８の摺動面８１を正面側から見たときの、図１３Ａ〜Ｅに対応する摺動面８１とスラストカラー面１２の接触位置の変化を示す。図１４Ａ〜Ｅの破線円は、半割スラスト軸受８の摺動面８１とスラストカラー面１２の接触部（接触により負荷を最も受ける摺動面の位置）を示す。例えば図１３Ｂ及びこれに対応する図１４Ｂから、摺動面８１とスラストカラー面１２の接触部が図１４Ａに示される周方向端部付近から離れた後も、図１４Ｃに示される周方向中央部へ到達するまでは、スラストカラー面１２は、周方向両端面８３を含む面内で摺動面８１に対して傾斜していることが理解されよう。
本実施例の半割スラスト軸受８では、摺動面８１が、周方向中央部付近に、基準面８４に平行な平面部８１ａを有し、また背面８４ａ（基準面８４）から摺動面８１までの軸線方向距離Ｔが、半割スラスト軸受８のいずれの径方向位置においても平面部８１ａで最大で、傾斜平面部８１ｂでは平面部８１ａの側から周方向両端部へ向かって小さくなっている。また、各周方向端面８３と周方向中央部８５との間には、径方向外側端部と径方向内側端部との間で軸線方向距離が一定である等厚部Ｍがただ１つ形成され、この等厚部Ｍは、半割スラスト軸受８の各周方向端部から周方向中央部へ向かって円周角度４５°の位置に配置される。傾斜平面部８１ｃの軸線方向距離（すなわち厚さ）は、いずれの周方向位置でも、等厚部Ｍより周方向端部側の領域ＸＥでは径方向内側端部（厚さＴＩ）で最大で、径方向外側端部（厚さＴＯ）へ向かって小さくなっており、また等厚部Ｍよりも周方向中央部側の領域ＸＣでは径方向内側端部（厚さＴＩ）で最小で、径方向外側端部（厚さＴＯ）へ向かって大きくなっている。
この構成により、傾斜平面部８１ｃの軸線方向距離は、周方向両端面８３を含む面と平行な任意の断面内で、半割スラスト軸受８の外周側端部で最小であり、周方向中央部８５側へ向かって大きくなっていることが理解されよう。
これにより、図１３Ａ〜Ｅに示すように半割スラスト軸受８の背面８４ａに対するスラストカラー面１２の傾斜変化が生じても、図１４Ａ〜１４Ｅに示すように摺動面８１とスラストカラー面１２との接触位置が、半割スラスト軸受８のクランク軸の回転方向後方側の周方向端部（図１３Ａ及び１４Ａ）からクランク軸の回転方向前方側の周方向端部（図１３Ｅ及び１４Ｅ）へ、クランク軸の回転に伴って周方向に順次移動する。このため本実施例の半割スラスト軸受８では、周方向両端部付近の摺動面８１のみが常時クランク軸のスラストカラー面１２と直接接触し、損傷（疲労）することが防止される。
また、本実施例の半割スラスト軸受８は、上記のように等厚部Ｍよりも周方向端部８６側の領域ＸＥにおいて、いずれの周方向位置でも傾斜平面部８１ｃの軸線方向距離Ｔが半割スラスト軸受８の径方向内側端部で最大で、径方向外側端部へ向かって小さくなるように形成され（図６参照）、したがって半割スラスト軸受の周方向両端面を含む面内において内燃機関の運転時に発生するクランク軸の撓みによりクランク軸のスラストカラー面１２が半割スラスト軸受８の摺動面８１に対して傾斜した場合でも、半割スラスト軸受８の周方向両端部８６付近の摺動面８１の外径側の領域がスラストカラー面１２と強く接触することが防止される。
さらに、本実施例の半割スラスト軸受８は、径方向に亘って軸線方向距離が一定である等厚部Ｍの位置よりも周方向中央部側の領域ＸＣにおいて、いずれの周方向位置でも傾斜平面部８１ｃの軸線方向距離が径方向内側端部で最小で、径方向外側端部に向かって大きくなるように形成される（図７参照）。したがって、内燃機関の運転時、等厚部Ｍの位置よりも周方向中央部側の領域ＸＣにおいて傾斜平面部８１ｃとスラストカラー面１２との間の隙間を流れる油が、半割スラスト軸受８の径方向外側に流出しにくくなり、摺動面８１の周方向中央部８５付近の平面部８１ａに有効なくさび油膜が形成されやすい。このため、スラストカラー面１２と摺動面８１の周方向中央部８５付近とが強く接触して大きな摩擦損失をもたらすことが防止される。

図１５Ａ〜１５Ｄは、スラストカラー面１２が様々な形状の摺動面８１の周方向中央部付近と接触する瞬間のくさび油膜Ｋの形成状態を示す断面図であり、図中の矢印は、クランク軸の回転方向および流体（潤滑油）の流れ方向を示す。流体の流れ方向に対して適切に先が狭くなっている二面間に流体が引き込まれると圧力が発生してくさび油膜Ｋが形成されるが、先が広くなる二面は油膜が消失する機構であり、したがってスラストカラー面２１と摺動面８１の配置によって油膜の形成状態は変化する。図１５Ａに示すように摺動面８１が平面部を有さず傾斜平面部８１ｂのみから構成されている場合、及び図１５Ｂに示すように摺動面８１の平面部８１ａの周方向長さが適切な範囲未満である場合、摺動面８１の周方向中央部付近に有効なくさび油膜は形成されず、スラストカラー面１２と摺動面８１の周方向中央部付近は強く接触し、摩擦損失が大きくなる。一方、図１５Ｃに示すように平面部８１ａが適切な範囲の周方向長さを有していると、クランク軸の回転方向後方側の傾斜平面部８１ｂから平面部８１ａ全体に亘ってくさび油膜Ｋが形成され、スラストカラー面１２と摺動面８１の周方向中央部付近とが強く接触して大きな摩擦損失をもたらすことが防止される。しかし、図１５Ｄに示すように平面部８１ａの周方向長さが適切な範囲を超えると、平面部８１ａの回転方向前方側でくさび油膜Ｋが消失し、スラストカラー面１２と平面部８１ａとが強く接触してしまい、摩擦損失が大きくなる。したがってスラストカラー面１２と摺動面８１とが強く接触して摩擦損失が大きくなることを防止するためには、平面部８１ａの周方向長さは適切な円周角度θの範囲内である必要があり、好適には、円周角度θは５°〜３５°である。

以上、図面を参照して、本発明の実施例を詳述してきたが、具体的な構成はこれら実施例に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更が本発明に含まれることを理解すべきである。

例えば実施例では、半割軸受と半割スラスト軸受が分離しているタイプの軸受装置１について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、半割軸受と半割スラスト軸受が一体化したタイプの軸受装置１にも適用できる。

また図１６に示すように、位置決め及び回転止めのために、径方向外側に突出する突出部８８を備えた半割スラスト軸受１０８に本発明を適用することもできる。なお、突出部８８は、上述した軸線方向距離Ｔの構成を満足していなくてもよい。また図１６及び１７に示すように半割スラスト軸受の摺動面８１の周方向両端部付近にスラストリリーフ８２を設けてもよい。さらに、図１７に示すように半割スラスト軸受１０８の摺動面８１と反対側の背面８４ａの周方向両端部にテーパーを設けて、背面リリーフ８７を形成することもできる。なお、スラストリリーフ８２や背面リリーフ８７を設けた場合、上述した半割スラスト軸受の周方向両端部における径方向外側端部の軸受壁厚ＴＥは、スラストリリーフ８２や背面リリーフ８７を設けなかった場合の仮想の摺動面８１（摺動面８１を周方向両端部まで延長した面）と仮想の背面８４ａ（背面８４ａを周方向両端部まで延長した面）と間の軸線方向距離で定義される。
また図１６及び１７に示すように、半割スラスト軸受１０８の周方向長さは、実施例１に示す半割スラスト軸受８の周方向端面の位置ＨＲから所定の長さＳ１だけ短く形成されてもよい。さらに、半割スラスト軸受１０８は、周方向両端部近傍において内周面を半径Ｒの円弧状に切り欠かれてもよい。その場合、半割スラスト軸受の周方向端部における軸受壁厚Ｔは、長さＳ１や切り欠きを形成しなかった場合の半割スラスト軸受の周方向端部での軸受壁厚によって表すことができる。この半割スラスト軸受１０８の平面部１８１ａもまた、図１６に示されるように、半割スラスト軸受１０８の径方向内側端部の円弧で規定される内周部と、径方向外側端部の円弧で規定される外周部と、周方向両側に位置する２つの直線とによって囲まれる正面形状を有するものと定義され、平面部１８１ａの周方向長さは、半割スラスト軸受１０８の外周部（突出部８８を形成しなかった場合の半割スラスト軸受１０８の外周部）において最小で、内周部に向かって次第に大きくなっている、平面部１８１ａの内周部及び外周部の周方向長さは、好適には、円周角度θが５°〜３５°であるように形成される。

また、半割スラスト軸受の摺動面の径方向外側の縁部及び／又は径方向内側の縁部に、周方向に沿って面取りを形成するもこともできる。その場合、半割スラスト軸受の径方向内側端部での軸受壁厚ＴＩ及び径方向外側端部での軸受壁厚ＴＯは、面取りを形成しなかった場合の半割スラスト軸受の径方向内側端部及び外径側端部での軸受壁厚によって表すことができる。

上記実施例はいずれも、各傾斜平面部８１ｂ、１８１ｂが１つの油溝８１ｃ、１８１ｃを有する半割スラスト軸受に関するが、本発明はこれに限定されず、いずれか１つの傾斜平面部のみが油溝を有していてもよく、又は各傾斜平面部が２つ以上の油溝を有していてもよい。あるいは油溝１８１ｃは、図１６に示すように円周角度４５°の位置に等厚部Ｍと対応するように形成してもよい。

また上記実施例は、軸受装置に半割スラスト軸受を４つ使用する場合について説明しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、少なくとも１つの本発明による半割スラスト軸受を使用することで所望の効果を得ることができる。また軸受装置において、本発明の半割スラスト軸受は、クランク軸を回転自在に支承する半割軸受の軸線方向の一方又は両方の端面に一体に形成されてもよい。

１ 軸受装置
１１ ジャーナル部
１２ スラストカラー面
２ シリンダブロック
３ 軸受キャップ
４ 軸受ハウジング
５ 軸受孔（保持孔）
６ 受座
７ 半割軸受
７１ 潤滑油溝
７２ 貫通孔
７３ クラッシュリリーフ
７４ 周方向両端面
７５ 摺動面
８ 半割スラスト軸受
８１ 摺動面
８１ａ 平面部
８１ｂ 傾斜平面部
８１ｃ 油溝
８２ スラストリリーフ
８３ 周方向両端面
８４ 基準面
８４ａ 背面
８５ 周方向中央部
８６ 周方向両端部
８７ 背面リリーフ
８８ 突出部
１０８ 半割スラスト軸受
１８１ａ 平面部
１８１ｂ 傾斜平面部
ｆ 軸線方向力
Ｔ 軸受壁厚
Ｍ 等厚部
ＸＣ 中央部側領域
ＸＥ 端部側領域

Claims (6)

1. 内燃機関のクランク軸の軸線方向力を受けるための半円環形状の半割スラスト軸受であって、前記軸線方向力を受けるための摺動面と、前記摺動面の反対側の背面とを有し、且つ軸線方向に垂直な基準面を前記背面側に画定している半割スラスト軸受において、
   前記摺動面は、前記半割スラスト軸受の径方向内側端部から径方向外側端部まで前記基準面と平行に延びる平面部と、前記平面部の周方向両側に形成される２つの傾斜平面部とからなり、
   前記基準面から前記摺動面までの軸線方向距離は前記平面部で最大であり、
   前記各傾斜平面部における前記軸線方向距離は、いずれの径方向位置においても前記半割スラスト軸受の周方向中央部側の前記傾斜平面部の周方向端部で最大で、前記半割スラスト軸受の周方向両端部へ向かって小さくなっており、
   前記各傾斜平面部は、前記半割スラスト軸受の前記周方向端部から前記周方向中央部に向かって円周角度３５°〜５５°の範囲に、前記半割スラスト軸受の前記径方向内側端部から前記径方向外側端部まで直線状に延びるただ１つの等厚部を有するように配置され、前記軸線方向距離は前記等厚部に亘って一定であり、
   前記各傾斜平面部における前記軸線方向距離は、前記等厚部より前記周方向端部側の領域では、いずれの周方向位置においても前記径方向内側端部で最大で、前記径方向外側端部へ向かって小さくなっており、また前記等厚部より前記周方向中央部側の領域では、いずれの周方向位置においても前記径方向内側端部で最小で、前記径方向外側端部へ向かって大きくなっており、また
   前記平面部は、前記半割スラスト軸受のいずれの径方向位置においても、５°以上３５°以下の円周角度に亘って延びる周方向長さを有している
   ことを特徴とする半割スラスト軸受。
2. 前記背面が平坦であり、且つ前記基準面内に位置している、請求項１に記載の半割スラスト軸受。
3. 前記平面部が前記半割スラスト軸受の周方向中央部を含む、請求項１又は２に記載の半割スラスト軸受。
4. 前記平面部の前記周方向長さは、前記半割スラスト軸受の前記径方向内側端部において最小で、前記径方向外側端部に向かって次第に大きくなっており、又は前記半割スラスト軸受の前記径方向外側端部において最小で、前記径方向内側端部に向かって次第に大きくなっている、請求項１から３までのいずれか一項に記載の半割スラスト軸受。
5. 前記半割スラスト軸受の周方向両端面に垂直な方向から前記半割スラスト軸受を見たとき、前記摺動面の前記傾斜平面部の輪郭が曲線から構成されている、請求項１から請求項４までのいずれか一項に記載の半割スラスト軸受。
6. 前記平面部における前記軸線方向距離と、前記半割スラスト軸受の前記周方向両端部の前記径方向外側端部における前記軸線方向距離との差が５０〜８００μｍである、請求項１から５までのいずれか一項に記載の半割スラスト軸受。