JP2022123490A - 半割軸受およびすべり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】内燃機関の運転時に軸部材の撓みや振れ回りが発生しても摺動面に焼付が発生し難い内燃機関の軸部材用のすべり軸受を構成する半割軸受を提供すること。【解決手段】すべり軸受を構成する半割軸受であって、摺動面には、複数の周方向溝が隣り合って形成されており、摺動面は、軸線方向に平行な平面部と、平面部に隣接する傾斜面部とを有しており、傾斜面部は、平面部から摺動面の軸線方向の端部に向けて、摺動面が連続して背面に近付くように変位しており、周方向溝の最大溝深さの位置は、溝中心線の上に位置しており、摺動面の傾斜面部における溝中心線は、摺動面の軸線方向の端部に向けて垂線に対して傾斜しており、平面部に最も近い周方向溝の溝傾斜角度が最小になっており、摺動面の軸線方向の端部に近付くほど、溝傾斜角度が連続して大きくなるようになっている。【選択図】図６Ａ

Description

本発明は、内燃機関のクランク軸等を支承するすべり軸受を構成する半割軸受に関するものである。本発明は、この半割軸受を備えた、内燃機関のクランク等軸を支承する円筒形状のすべり軸受にも関するものである。

内燃機関のクランク軸は、そのジャーナル部において、一対の半割軸受から成る主軸受を介して内燃機関のシリンダブロック下部に支承される。主軸受に対しては、オイルポンプによって吐出された潤滑油が、シリンダブロック壁内に形成されたオイルギャラリーから主軸受の壁に形成された貫通口を通じて、主軸受の内周面に沿って形成された潤滑油溝内に送り込まれる。また、ジャーナル部の直径方向には第１潤滑油路が貫通形成され、この第１潤滑油路の両端開口が主軸受の潤滑油溝と連通するようになっている。さらに、ジャーナル部の第１潤滑油路から、クランクアーム部を通る第２潤滑油路が分岐して形成され、この第２潤滑油路が、クランクピンの直径方向に貫通形成された第３潤滑油路に連通している。このようにして、シリンダブロック壁内のオイルギャラリーから貫通口を通じて主軸受の内周面に形成された潤滑油溝内に送り込まれた潤滑油は、第１潤滑油路、第２潤滑油路および第３潤滑油路を経て、第３潤滑油路の末端に開口した吐出口から、クランクピンと一対の半割軸受から成るコンロッド軸受の摺動面間に供給される（例えば、特許文献１参照）。クランク軸の表面と主軸受およびコンロッド軸受の摺動面との間に油が供給される。

一対の半割軸受から成る軸受は、内燃機関の可変圧縮比装置のリンク機構部や、バランサ装置のバランサ機構部にも使用されている（例えば、特許文献２および特許文献３参照）。

従来、内燃機関の運転時、クランク軸等の軸部材に撓みや振れ回りが発生し、半割軸受の摺動面の軸線方向の端部付近が軸部材と局部的に強くあたる（接触する）ことを緩和するために、摺動面における軸線方向の一方または両方の端部に傾斜面からなるクラウニングを備えた半割軸受が提案されている（例えば、特許文献４および特許文献５参照）。

近年、内燃機関の軽量化のため、軸部材が低剛性化される傾向があり、内燃機関の運転時の軸部材の撓み量や振れ量が大きくなっている。このため、特許文献４および５の提案するクラウニングを備える半割軸受であっても、摺動面の軸線方向の端部付近が軸部材と直接的に接触することで高温となりやすく、摺動面に焼付が発生しやすいという問題があった。

特開平８－２７７８３１号公報 特開２００４－９２４４８号公報 実開平７－１８０５１号公報 国際公開ＷＯ２０１０／０３８５８８号公報 特表２０１４－５１６１４４号公報

本発明の目的は、内燃機関の運転時に軸部材の撓みや振れ回りが発生しても摺動面に焼付が発生し難い内燃機関の軸部材用のすべり軸受を構成する半割軸受、およびそのすべり軸受を提供することである。

上記課題を解決するため、本発明は、一対の半割軸受を組み合わせて円筒形状となるすべり軸受を構成する半割軸受であって、
半割軸受は、半円筒形状を有しており、半割軸受は、外周面側に背面を有し、内周面側に摺動面を有しており、
摺動面には、複数の周方向溝が隣り合って形成されており、複数の周方向溝は、摺動面の周方向全長にわたって形成されており、複数の周方向溝は、摺動面の全幅にわたって形成されており、周方向溝は、半割軸受の軸線方向の断面で見たときに、湾曲した凹面を有しており、隣り合う周方向溝の凹面同士の間には頂部が形成されており、頂部を結んだ線が摺動面を表すようになっており、
摺動面は、軸線方向に平行な平面部と、平面部に隣接する傾斜面部とを有しており、傾斜面部は、摺動面の軸線方向の一方または両方の端部に位置しており、傾斜面部は、平面部から摺動面の軸線方向の端部に向けて、摺動面が連続して背面に近付くように変位しており、
傾斜面部は、摺動面の周方向長さの少なくとも一部にわたって形成されている、半割軸受において、
周方向溝の溝幅は、周方向溝の両側の頂部を直線的に結んだ仮想直線の長さとして定義され、溝中心線が、仮想直線の長さの中央位置を通り仮想直線に対して垂直方向に延びる線として定義され、周方向溝の溝深さは、仮想直線に対して垂直方向に、仮想直線から凹面が最も離間している位置までの長さとして定義され、周方向溝の最大溝深さの位置は、溝中心線の上に位置しており、
仮想直線および凹面によって囲まれる面積が、溝断面積として定義され、複数の周方向溝の溝幅、溝深さ、および溝断面積は、それぞれ互いに同じになっており、周方向溝の溝幅、溝深さ、および溝断面積は、周方向のいずれの位置においても同じになっており、
摺動面の平面部から半割軸受の軸線に向けて垂直方向に延びる垂線と溝中心線とのなす角度が、溝傾斜角度θ１として定義され、摺動面の平面部における溝傾斜角度θ１は、０°であり、
摺動面の傾斜面部における溝中心線は、摺動面の軸線方向の端部に向けて垂線に対して傾斜しており、平面部に最も近い周方向溝の溝傾斜角度θ１が最小になっており、摺動面の軸線方向の端部に近付くほど、溝傾斜角度θ１が連続して大きくなるようになっている、半割軸受を提供する。

本発明の別の実施形態では、傾斜面部が軸線方向の両方の端部に位置しているとき、傾斜面部は、摺動面の幅方向の中央に関して対称的に形成されている。

本発明の別の実施形態では、傾斜面部の最大幅は、摺動面の幅の２～１０％の長さである。

本発明の別の実施形態では、傾斜面部が最大幅になっている位置において、傾斜面部の深さは、２～１０μｍであり、ここで、傾斜面部の深さは、平面部における壁厚Ｔと摺動面の軸線方向の端部における傾斜面部の壁厚Ｔ１との差（Ｔ－Ｔ１）である。

本発明の別の実施形態では、傾斜面部は、半割軸受の周方向長さの中央部において、最大の幅および最大の深さを有しており、ここで、傾斜面部の深さは、平面部における壁厚Ｔと摺動面の軸線方向の端部における傾斜面部の壁厚Ｔ１との差（Ｔ－Ｔ１）であり、傾斜面部の幅および深さは、半割軸受の周方向長さの両端部へ向けて連続して小さくなる。

本発明の別の実施形態では、傾斜面部は、半割軸受の周方向長さの中央部を含む位置に、軸線方向の長さが一定の平行部を有している。

本発明の別の実施形態では、周方向溝の溝深さは、１．５～１０μｍである。

本発明の別の実施形態では、周方向溝の溝幅は、０．０５～０．２５ｍｍである。

本発明の別の実施形態では、傾斜面部が最大幅になっている位置において、摺動面の軸線方向の端部に最も近い傾斜面部の周方向溝の溝傾斜角度θ１は、３×１０^－２°～３０×１０^－２°である。

本発明の別の実施形態では、半割軸受は、半割軸受の周方向長さの両端部に隣接して内周面側に形成された２つのクラッシュリリーフを有している。

また、本発明の別の態様は、上記のいずれかに記載の半割軸受を備えた、内燃機関の軸部材を支承する円筒形状のすべり軸受を提供する。

また、本発明の別の実施形態では、すべり軸受は、半割軸受の対を組み合わせて構成されている。

クランク軸の軸受装置を示す概略図。 本発明の第１の具体例による半割軸受を軸受の軸線方向から見た図。 図２に示す半割軸受を摺動面側から見た平面図。 図３のＡ－Ａ断面図。 図２に示す半割軸受の摺動面の平面部の周方向溝の断面図。 図２に示す半割軸受の摺動面の傾斜面部の周方向溝の断面図。 図２に示す半割軸受の摺動面の傾斜面部の周方向溝の断面拡大図。 本発明の作用を説明するための断面図。 本発明の作用を説明するための平面図。 端部側の油流Ｆ１の成分分解図。 平面部側の油流Ｆ１の成分分解図。 常用運転時の作用を説明するための断面図。 比較例の摺動面の断面図。 比較例の傾斜面部の周方向溝の断面拡大図。 比較例の傾斜面部の周方向溝の断面拡大図。 本発明の第２の具体例による半割軸受を軸受の軸線方向から見た図。 図９に示す半割軸受を摺動面側から見た平面図。 本発明の第３の具体例による半割軸受を摺動面側から見た平面図。 本発明の第４の具体例による半割軸受を摺動面側から見た平面図。 本発明の第５の具体例による半割軸受を摺動面側から見た平面図。 本発明の第６の具体例による半割軸受を摺動面側から見た平面図。

以下、本願発明の具体例について図面を参照しながら説明する。

図１に内燃機関の軸受装置１を概略的に示す。この軸受装置１は、シリンダブロック８の下部に支承されるジャーナル部６と、ジャーナル部６と一体に形成されてジャーナル部６を中心として回転するクランクピン５と、クランクピン５に内燃機関から往復運動を伝達するコンロッド２とを備えている。そして、軸受装置１は、クランク軸を支承するすべり軸受として、ジャーナル部６を回転自在に支承する主軸受４と、クランクピン５を回転自在に支承するコンロッド軸受３とをさらに備えている。

なお、クランク軸は複数のジャーナル部６と複数のクランクピン５とを有するが、ここでは説明の便宜上、１つのジャーナル部６および１つのクランクピン５を図示して説明する。図１において、紙面奥行き方向の位置関係は、ジャーナル部６が紙面の奥側で、クランクピン５が手前側となっている。

ジャーナル部６は、一対の半割軸受４１、４２によって構成される主軸受４を介して、内燃機関のシリンダブロック下部８２に軸支されている。図１で上側にある半割軸受４１には、内周面全長にわたって油溝４１ａが形成されている。また、ジャーナル部６は、直径方向に貫通する潤滑油路６ａを有し、ジャーナル部６が矢印Ｘ方向に回転すると、潤滑油路６ａの両端の入口開口６ｃが交互に主軸受４の油溝４１ａに連通する。

クランクピン５は、一対の半割軸受３１、３２によって構成されるコンロッド軸受３を介して、コンロッド２の大端部ハウジング２１（ロッド側大端部ハウジング２２およびキャップ側大端部ハウジング２３）に軸支されている。

上述したように、主軸受４に対して、オイルポンプによって吐出された潤滑油が、シリンダブロック壁内に形成されたオイルギャラリーから主軸受４の壁に形成された貫通口を通じて主軸受４の内周面に沿って形成された油溝４１ａ内に送り込まれる。

さらに、ジャーナル部６の直径方向に第１の潤滑油路６ａが貫通形成され、第１の潤滑油路６ａの入口開口６ｃが潤滑油溝４１ａと連通できるようになっており、ジャーナル部６の第１の潤滑油路６ａから分岐してクランクアーム部（図示せず）を通る第２の潤滑油路５ａが形成され、第２の潤滑油路５ａが、クランクピン５の直径方向に貫通形成された第３の潤滑油路５ｂに連通している。

このようにして、潤滑油は、第１の潤滑油路６ａ、第２の潤滑油路５ａおよび第３の潤滑油路５ｂを経て、第３の潤滑油路５ｂの端部の吐出口５ｃから、クランクピン５とコンロッド軸受３の間に形成される隙間に供給される。

一般に、内燃機関の運転時、クランク軸に撓みや振れ回りが発生し、主軸受４を構成する半割軸受４１、４２およびコンロッド軸受３を構成する半割軸受３１、３２の摺動面の軸線方向の端部付近がクランク軸と局部的に強くあたる（接触する）ことが起きやすい。摺動面における軸線方向の一方または両方の端部に傾斜面からなるクラウニングを形成した従来技術の半割軸受では、摺動面の軸線方向の端部付近がクランク軸と直接的に接触することで高温となり、摺動面に焼付が発生しやすいという問題があった。

本発明は、このような従来技術の問題に対処するものである。

以下、本発明の半割軸受をコンロッド軸受３に適用した例を示して説明する。しかし、本発明は、コンロッド軸受３に限定されず、主軸受４に適用することもできる。コンロッド軸受３または主軸受４を構成する一対の半割軸受のうち、両方を本発明の半割軸受とすることもできるが、一方を本発明の半割軸受とし、他方を摺動面の傾斜面部を有さない従来の半割軸受としてもよい。

図２は、本発明に係る半割軸受（コンロッド軸受３）の第１の具体例を示す。コンロッド軸受３は、一対の半割軸受３１、３２の周方向の端面７６を突き合わせて、全体として円筒形状に組み合わせることによって形成される。円筒形状の内周面を形成する面が摺動面７であり、外周面を形成する面が背面８である。

なお、半割軸受３１、３２の壁厚は、周方向で一定である。しかし、壁厚は、周方向中央部で最大で、周方向の両端面７６側へ向けて連続して減少するようにしてもよい。

図３Ａは、摺動面側から見た半割軸受３１、３２の一例を示す。図３Ｂは、図３ＡのＡ―Ａ部の断面を示す。半割軸受３１、３２の摺動面７は、半割軸受３１、３２の軸線方向に平行な「平面部」７１と、平面部７１に隣接する「傾斜面部」７２とを有している。平面部７１は、半割軸受３１、３２の軸線方向中央部に位置しており、傾斜面部７２は、摺動面７の軸線方向の両方の端部に位置している。傾斜面部７２は、平面部７１から摺動面７の軸線方向の端部に向けて、摺動面７が連続して背面８に近付くように変位している。本例では、傾斜面部７２は、摺動面７の周方向の全長にわたって存在している。各傾斜面部７２、７２の幅（半割軸受の軸線方向への長さ）は、半割軸受３１、３２の周方向で一定になされている。傾斜面部７２、７２は、摺動面７の幅方向の中央に関して対称的に形成されていることが好ましいが、非対称的に形成されていてもよい。

半割軸受３１、３２の摺動面７には、複数の周方向溝７３（図３Ａおよび図３Ｂでは図示されていない）が、隣り合って形成されている。複数の周方向溝７３は、半割軸受３１、３２の周方向に平行に延在しており、摺動面７の周方向全長にわたって形成されている。周方向溝７３は、半割軸受３１、３２の軸線方向に並列して配置されており、摺動面７の全幅にわたって形成されている。なお、周方向溝７３は、半割軸受３１、３２の周方向に対して僅かに傾斜（最大１°）することは許容される。また、傾斜面部７２は、摺動面７の軸線方向の一方の端部のみに形成してもよい。

図４は、図２に示す半割軸受３１、３２の摺動面７の平面部７１の周方向溝７３の断面図を示す。図５Ａは、図２に示す半割軸受３１、３２の摺動面７の傾斜面部７２の周方向溝７３の断面図を示す。図５Ｂは、図５Ａに示す周方向溝７３をさらに拡大した断面図を示す。これらの断面図は、半割軸受３１、３２の軸線方向の断面を示す。なお、以降では、理解を容易にするために、各図面において周方向溝７３は誇張して描かれている。

周方向溝７３は、半割軸受３１、３２の軸線方向の断面で見たときに、湾曲した凹面７３１を有している。隣り合う周方向溝７３の凹面７３１同士の間には頂部７３２が形成されている。頂部７３２を結んだ線が、摺動面を表すようになっている。微視的に見れば、摺動面７に平坦な領域は存在しない。

周方向溝の溝幅Ｗは、周方向溝７３の両側の頂部７３２を直線的に結んだ仮想直線７３３の長さとして定義される。溝中心線７３４が、仮想直線７３３の長さの中央位置を通り仮想直線７３３に対して垂直方向に延びる線として定義される。周方向溝７３の溝深さＤ１は、仮想直線７３３に対して垂直方向に、仮想直線７３３から凹面７３１が最も離間している位置までの長さとして定義される。周方向溝７３の最大溝深さＤ１の位置は、溝中心線７３４の上に位置している。

仮想直線７３３および凹面７３１によって囲まれる面積が、溝断面積７３Ａとして定義される。それぞれの周方向溝７３の溝幅Ｗ、溝深さＤ１、および溝断面積７３Ａは、互いに同じになっている。さらに、周方向溝７３の溝幅Ｗ、溝深さＤ１、および溝断面積７３Ａは、周方向のいずれの位置においても同じになっている。

また、各周方向溝７３の凹面７３１の形状は、溝中心線７３４に対して対称に形成されている。各周方向溝７３の溝断面積７３Ａを溝中心線７３４によって分割される２つの溝断面積は、互いに同じになっている。

図５Ａに示すように、摺動面７の傾斜面部７２は、半割軸受３１、３２の径方向の内側に向けて僅かに凸状の曲線となっている。

摺動面７の平面部７１から半割軸受３１、３２の軸線に向けて垂直方向に延びる垂線ＶＬと周方向溝７３の溝中心線７３４とのなす角度が、溝傾斜角度θ１として定義される。摺動面７の平面部７１における各周方向溝７３の溝傾斜角度θ１は、０°である。なお、摺動面７の平面部７１における各周方向溝７３の溝中心線７３４は、周方向溝７３の加工時の誤差により垂線ＶＬに対して僅かに傾斜（最大で１×１０^－２°）することは許容される。

摺動面７の傾斜面部７２における溝中心線７３４は、摺動面７の軸線方向の端部に向けて垂線ＶＬに対して傾斜しており、平面部７１に最も近い周方向溝７３の溝傾斜角度θ１が最小になっており、摺動面７の軸線方向の端部に近付くほど、溝傾斜角度θ１が連続して大きくなるようになっている。

本実施例のコンロッド軸受３は、一対の半割軸受３１、３２の周方向の端面７６を突き合わせて、全体として円筒形状に組み合わせることによって形成される。半割軸受３１、３２は、Ｃｕ軸受合金またはＡｌ軸受合金である摺動層を有することができる。あるいは、Ｆｅ合金製の裏金層上にＣｕ軸受合金またはＡｌ軸受合金の摺動層を有することができる。また、Ｃｕ軸受合金またはＡｌ軸受合金と軟質なＢｉ、Ｓｎ、Ｐｂのいずれか１種からなる、あるいはこれら金属を主体とする合金からなる表面部や合成樹脂を主体とする樹脂組成物からなり軸受合金よりも摺動面側に配される表面部とからなる摺動層を有してもよい。

次に、図６Ａ～図６Ｂを参照して、本発明の半割軸受３１、３２の作用について説明する。内燃機関の高速運転時、クランク軸に撓みや振れ回りが発生し、コンロッド軸受３を構成する半割軸受３１、３２の摺動面７の軸線方向の端部付近（傾斜面部７２）がクランク軸と局部的に強くあたる（接触する）ことが起きやすい。クランク軸５の撓みや振れ回りが発生すると、半割軸受３１、３２の摺動面７の傾斜面部７２とクランク軸５の表面は、離間する動作と近接する動作を繰り返す。

半割軸受３１、３２の摺動面７の傾斜面部７２とクランク軸５の表面が、離間した状態から相対的に近接するように動作し、摺動面７の傾斜面部７２とクランク軸５の表面が直接的に接触する直前の状態を図６Ａおよび図６Ｂに示す。図６Ａは、摺動面７の傾斜面部７２の断面を示す。図６Ｂは、クランク軸５を省略して、軸受中心側から見た傾斜面部７２の図を示す。

クランク軸５の表面が傾斜面部７２に接近する際、隙間Ｓを周方向に流れている油は、クランク軸５の表面によって、傾斜面部７２の複数の周方向溝７３の内部（凹面７３１）へ向けて押圧される。各周方向溝内の油は、後から押圧されて流入する油に押されて圧力が高くなり、周方向溝内を周方向に流れるだけでなく、２面間の隙間Ｓに向けて流れ込み（逆流する）、油流Ｆ１が形成される。傾斜面部７２の各周方向溝７３の溝中心線７３４は、摺動面７の軸線方向の端部７Ｅ側へ向けて傾斜している。このため、周方向溝内から流出する油流Ｆ１は、主に、クランク軸５の表面側に向けて、且つ、摺動面７の軸線方向の端部７Ｅ側に向けて傾斜して流れる。このとき、クランク軸５の表面付近では、回転するクランク軸５の表面に付随して隙間Ｓを周方向に流れる油流Ｆ２が形成されている（図６Ｂ）。

油流Ｆ１と油流Ｆ２とが交差するように衝突することによって、傾斜面部７２とクランク軸５の表面との間の（隙間Ｓおよび周方向溝７３の内部の）油が一時的に乱流状態となる。この乱流状態となった油には、クランク軸５との接触により発生した摺動面７の傾斜面部７２の熱が効率よく伝熱するため、傾斜面部７２が冷却されて焼付が起こるほどの高温となることが抑制される。

また、一時的に乱流状態となり傾斜面部７２を冷却することで温度が高くなった油は、軸受の外部へ排出されずに２面間の隙間Ｓの中に残る場合には、上記原理によって再び乱流状態になっても、傾斜面部７２との温度差が小さくなるので冷却の効果が低くなる。

摺動面７の傾斜面部７２における各周方向溝７３に関して、平面部７１に最も近い周方向溝７３の溝傾斜角度θ１が最小になっており、摺動面７の軸線方向の端部７Ｅに近付くほど、溝傾斜角度θ１が連続して大きくなるようになっている。

図６Ｃは、摺動面７の傾斜面部７２において、軸線方向の端部７Ｅの近くに配置された周方向溝の油流Ｆ１を示しており、油流Ｆ１は、クランク軸５の表面側へ向かう成分Ｆ１（ｖ）と、軸線方向の端部７Ｅ側へ向かう成分Ｆ１（ｈ）とに分解されている。図６Ｄは、摺動面７の傾斜面部７２において、平面部７１の近くに配置された周方向溝の油流Ｆ１を示しており、油流Ｆ１は、クランク軸５の表面側へ向かう成分Ｆ１（ｖ）と、軸線方向の端部７Ｅ側へ向かう成分Ｆ１（ｈ）とに分解されている。なお、図６Ｃおよび図６Ｄにおいて、図の上側がクランク軸５の表面側であり、図の左側が軸線方向の端部７Ｅ側である。

軸線方向の端部７Ｅに近い周方向溝部ほど、成分Ｆ１（ｈ）が大きくなっている。そのため、隙間Ｓにおいて温度が高くなった油は、摺動面７の軸線方向の端部７Ｅへ向けて流れやすい。同時に、平面部７１に近い周方向溝部ほど、Ｆ１（ｖ）が大きくなっている。そのため、隙間Ｓにおいて温度が高くなった油は、油が隙間Ｓ内を平面部７１へ向けて流れることの抵抗となる。このため、隙間Ｓにおいて温度が高くなった油は、摺動面７の軸線方向の端部７Ｅから、半割軸受３１、３２の外部へ排出されやすくなる。

本実施例の構成とは異なり、傾斜面部７２の各周方向溝７３の溝中心線７３４が、摺動面７の軸線方向の中央部側へ向けて傾斜している場合、油流Ｆ１は、摺動面７の軸線方向の中央部側へ向けて流れる。そのため、高温となった油は、半割軸受３１、３２の外部へ排出されにくくなる。また、本実施例の構成とは異なり、傾斜面部７２の各周方向溝７３の溝傾斜角度θ１を一定とした場合、各周方向溝７３の油流Ｆ１の成分Ｆ１（ｖ）が一定となる。そのため、高温となった油は、隙間Ｓの中を平面部７１へ向けて流れることがあり、半割軸受３１、３２の外部へ排出されにくくなる。

図７は、内燃機関の常用運転時の図６の図を示す。図７は、摺動面７の傾斜面部７２の断面を示している。一般に、層流状態の油が乱流状態となる際、圧力損失が生じ、内燃機関の機械損失が生じる。図７に示すように、常用運転時は、クランク軸に撓みや振れ回り量が少なく、半割軸受３１、３２の摺動面７の傾斜面部７２とクランク軸５の表面との間に十分な隙間Ｓが形成されている。したがって、クランク軸５の表面によって傾斜面部７２の各周方向溝７３の内部へ向けて押圧されて流入する油が少なく、各周方向溝７３内の油の圧力が高くならないので、油流Ｆ１が形成されないかまたは弱くなる。したがって、隙間Ｓに存在する油は、層流状態で周方向に流れるので圧力損失や内燃機関の機械損失も生じない。

周方向溝７３の溝深さＤ１は、１．５μｍ～１０μｍとすることが好ましい。周方向溝７３の溝幅Ｗは、０．０５～０．２５ｍｍとすることが好ましい。周方向溝７３の溝深さＤ１が１０μｍを超える場合や、溝幅Ｗが０．２５ｍｍを超える場合には、油流Ｆ１が弱くなり、また、周方向溝７３の溝深さＤ１が１．５μｍ未満である場合や溝幅Ｗが０．０５ｍｍ未満である場合には、各周方向溝７３から隙間Ｓへ流出する油流Ｆ１の量が少なくなる。そのため、傾斜面部７２が十分に冷却されないことがある。

傾斜面部７２の幅（半割軸受の軸線方向の長さ）Ｌ１は、摺動面７の幅Ｌの２～１０％に相当する長さとすることが好ましい。傾斜面部７２の幅Ｌ１は、摺動面７の幅Ｌの２％未満であると、油が乱流状態となる領域が少な過ぎて、傾斜面部が十分に冷却されないことがある。また、１０％を超えると、内燃機関の定常運転時にクランク軸５を支承する摺動面７の平面部７１の領域が少なるため好ましくない。なお、各傾斜面部７２には、１０以上の周方向溝７３が形成されていることが好ましく、１５以上の周方向溝７３が形成されていることがより好ましい。

摺動面７の軸線方向の端部７Ｅにおける傾斜面部７２の壁厚Ｔ１は、平面部７１における壁厚Ｔよりも、２～１０μｍ小さくなっていることが好ましい。この壁厚の差（Ｔ－Ｔ１）が、傾斜面部の深さである。傾斜面部の深さが２μｍ未満であると、内燃機関の高速運転時、クランク軸の撓みや振れ回り量が大きくなった際、摺動面７の傾斜面部７２の摺動面７の軸線方向の端部Ｅ付近のみがクランク軸５と局部的に強く接触し、傾斜面部７２が高温となることがある。傾斜面部の深さが１０μｍを超えると、摺動面７の傾斜面部７２の摺動面７の平面部７１と隣接付近のみがクランク軸５と局部的に強く接触し、傾斜面部７２が高温となることがある。なお、壁厚は、摺動面（周方向溝７３の頂部７３２を結んだ線）と半割軸受３１、３２の背面８との間の半割軸受３１、３２の径方向の長さを意味する。

傾斜面部７２の摺動面７の軸線方向の端部に最も近い周方向溝７３の溝傾斜角度θ１は、３×１０^－２°～３０×１０^－２°とすることが好ましい。斜面部７２の摺動面７の軸線方向の端部７Ｅに最も近い周方向溝７３の溝傾斜角度θ１が３×１０^－２°未満である場合、傾斜面部７２の各周方向溝７３から隙間Ｓへの油流Ｆ１が十分に形成されないことがある。また、傾斜面部７２の摺動面７の軸線方向の端部７Ｅに最も近い周方向溝７３の溝傾斜角度θ１が３０×１０^－２°を超える場合、内燃機関の常用運転時でも、隙間Ｓの中の油が、半割軸受３１、３２の外部へ排出されやすくなることがある。

周方向のいずれの位置においても、摺動面７の平面部７１および傾斜面部７２に形成されるそれぞれの周方向溝７３は、溝深さＤ１、溝幅Ｗ、および溝断面積７３Ａが互いに同じになっている。傾斜面部７２の各周方向溝７３の溝深さＤ１、溝幅Ｗ、溝断面積７３Ａが同じになっていることによって、内燃機関の高速運転時、クランク軸５の表面が摺動面７の傾斜面部７２に接近する際に、各周方向溝７３内に押圧され流入する油の圧力は、ほぼ同時に同等に高くなり、各周方向溝から隙間Ｓに向けて逆流する油流Ｆ１が、ほぼ同時に形成される。そのため、傾斜面部７２とクランク軸５の表面との間の隙間Ｓに存在する油の全体が、同時に乱流状態となりやすい。

本実施例とは異なり、摺動面７の傾斜面部７２の各周方向溝７３の溝深さＤ１、溝幅Ｗ、および溝断面積７３Ａが一定でない場合、クランク軸５の表面が摺動面７の傾斜面部７２に接近する際に、各周方向溝７３内に押圧され流入する油の圧力は、同時に同じ圧力にならず、各周方向溝から隙間Ｓに向けて逆流する油流Ｆ１が、ほぼ同時に形成されることはない。または、複数の周方向溝７３のなかで溝深さＤ１、溝幅Ｗ、および溝断面積７３Ａが相対的に大きい周方向溝７３は、流入する油の圧力が高くならないために、油流Ｆ１が形成されない（油は、周方向溝７３内を周方向に流れる）。そのため、隙間Ｓに存在する油の全体が、十分に乱流状態とならない。したがって、傾斜面部７２を冷却する効果が不十分となる。

図８Ａは、特許文献５による摺動面１７の傾斜面部１７２に本実施例とは異なる複数の周方向溝１７３を形成した従来技術の摺動面の断面を示す。図８Ｂおよび図８Ｃは、図８Ａに示す傾斜面部１７２における周方向溝１７３を拡大した断面を示す。摺動面は、特許文献５の段落００２３～００２５の記載の方法にしたがって形成されている。すなわち、回転式駆動装置によって駆動される切削カートリッジを有する円筒形のドリルスピンドルを用いて半割軸受素材の内径面を加工する（周方向溝１７３を形成する）際、軸受壁厚が一定である平面部１７１では、ドリルスピンドルの回転動作とドリルスピンドルの軸線方向の直動動作とによって、摺動面（周方向溝１７３）を形成している。軸受壁厚が変化する傾斜面部１７２では、さらに、軸線方向と直交する方向へドリルスピンドルを動作させることによって、摺動面（周方向溝１７３）を形成している。

従来技術による平面部１７１における周方向溝１７３は、本発明の平面部７１における周方向溝７３と同じ構成を有している。従来技術による傾斜面部１７２における各周方向溝１７３の溝深さＤ１、溝幅Ｗ、および溝断面積１７３Ａは、互いに同じになっているが、平面部１７１における周方向溝１７３の溝深さＤ１、溝幅Ｗ、および溝断面積１７３Ａよりも小さくなっている。

また、傾斜面部１７２における周方向溝１７３の最大溝深さの位置Ｄは、溝中心線７３４上に位置しておらず、溝中心線７３４よりも摺動面の軸線方向の端部側に位置している。このため、各周方向溝１７３の凹面１７３１の形状は、溝中心線７３４に対して非対称に形成されている。したがって、各周方向溝１７３の溝断面積７３Ａを溝中心線７３４によって分割される２つの溝断面積は、互いに同じにはならない。また、摺動面１７の平面部１７１から半割軸受の軸線に向けて垂直方向に延びる垂線ＶＬと溝中心線７３４とのなす溝傾斜角度θ１は、各周方向溝１７３に関して同じになっている（図８Ｂ）。

ここで、傾斜面部１７２における各周方向溝１７３の第２の溝中心線７３４Ａを定義する（図８Ｃ）。第２の溝中心線７３４Ａは、最大溝深さの位置Ｄを通り、溝断面積１７３Ａを２等分する直線として定義される。第２の溝中心線７３４Ａは、摺動面の軸線方向の中央部側へ向けて僅かに傾斜している。このため、従来技術による摺動面の傾斜面部１７２に複数の周方向溝１７３を形成した構成は、本発明のように冷却する作用は得られない。仮に冷却の作用を得られたとしても、高温となった油を半割軸受の外部へ排出する作用は得られない。

以下、本発明の他の形態の非限定的な具体例を説明する。

第２の具体例
図９は、本発明の第２の具体例による半割軸受３１、３２を軸受の軸線方向から見た図を示す。図１０は、図９に示す半割軸受３１、３２を摺動面側から見た平面図を示す。図１０は、周方向溝７３を省略して図示している。半割軸受３１、３２は、周方向両端部７６に隣接して内周面側に形成された２つのクラッシュリリーフ７０を有する。他の構成は、既に説明した半割軸受３１、３２の構成と同じである。クラッシュリリーフ７０の表面は、摺動面７の一部を構成している。

なお、クラッシュリリーフ７０は、半割軸受３１、３２の円周方向端部領域において壁部の厚さを本来の摺動面７から半径方向に減じることによって形成される面のことであり、これは、例えば一対の半割軸受３１、３２をコンロッド２に組み付けた時に生じ得る半割軸受の周方向端面７６の位置ずれや変形を吸収するために形成される。したがってクラッシュリリーフ７０の表面の曲率中心位置は、その他の領域における摺動面７の曲率中心位置と異なる（ＳＡＥ Ｊ５０６（項目３．２６および項目６．４）、ＤＩＮ１４９７、セクション３．２、ＪＩＳ Ｄ３１０２参照）。一般に、乗用車用の小型の内燃機関用軸受の場合、半割軸受の円周方向端面におけるクラッシュリリーフ７０の深さ（本来の摺動面からの周方向端面７６におけるクラッシュリリーフ７０までの距離）は０．０１～０．０５ｍｍ程度である。

なお、クラッシュリリーフ７０の表面にも、上記に説明された平面部７１および傾斜面部７２が形成されている。上記に説明された周方向溝７３は、半割軸受３１、３２の周方向と平行に延在しており、クラッシュリリーフ７０の表面の周方向全長にわたって形成されている。周方向溝７３は、半割軸受３１、３２の軸線方向に並列して配置されており、クラッシュリリーフ７０の表面の全幅にわたって形成されている。なお、周方向溝７３は、半割軸受３１、３２の周方向に対して僅かに傾斜（最大１°）することは許容される。なお、クラッシュリリーフ７０の表面の傾斜面部、平面部、および周方向溝の寸法および形状は、クラッシュリリーフ７０以外の摺動面７の傾斜面部、平面部、および周方向溝の寸法および形状と同じになっている。

第３の具体例
図１１は、本発明の第３の具体例による半割軸受３１、３２を摺動面側から見た平面図を示す。傾斜面部７２は、摺動面７の周方向長さよりも周方向長さが小さく、摺動面７の周方向長さの一部を含むように形成されている。図１１も、周方向溝７３を省略して図示している。他の構成は、既に説明した半割軸受３１、３２の構成と同じである。

この傾斜面部７２は、周方向長さの中央において傾斜面部７２の幅Ｌ１が最大になっており、周方向長さの両端部へ向けて連続して小さくなっている。傾斜面部７２は、周方向長さの中央において、最大の深さ（平面部７１における壁厚Ｔと摺動面７の軸線方向の端部７Ｅにおける傾斜面部７２の壁厚Ｔ１との差（Ｔ－Ｔ１））を有しており、傾斜面部７２の深さは、周方向長さの両端部へ向けて連続して小さくなっている。傾斜面部７２の幅Ｌ１および深さは、傾斜面部７２の周方向長さの中央部において、上記で説明した寸法とすることが好ましい。

傾斜面部７２の周方向長さの中央が、半割軸受３１、３２の周方向中央ＣＬに位置するようにしているが、これに限定されない。傾斜面部７２の周方向長さの中央は、半割軸受３１、３２の周方向中央ＣＬ以外に位置してもよい。

傾斜面部７２の各周方向溝７３の溝深さＤ１、溝幅Ｗ、および溝断面積７３Ａは、傾斜面部７２の周方向長さの全長にわたって同じになっているが、溝傾斜角度θ１は、傾斜面部７２の周方向長さの中央において最大になっており、周方向長さの両端部へ向けて連続して小さくなっている。傾斜面部７２の周方向溝７３の溝傾斜角度θ１は、傾斜面部７２の周方向長さの中央部において、上記で説明した寸法とすることが好ましい。

第４の具体例
図１２は、本発明の第４の具体例による半割軸受３１、３２を摺動面側から見た平面図を示す。傾斜面部７２の周方向長さは、摺動面７の周方向長さよりも小さくなっており、摺動面７の周方向長さの一部を形成している。図１２も、周方向溝７３を省略して図示している。他の構成は、既に説明した半割軸受３１、３２の構成と同じである。

この傾斜面部７２は、周方向長さの中央において傾斜面部７２の幅が一定である平行部７２１を有している。この平行部７２１において、傾斜面部７２の幅Ｌ１が最大になっており、周方向長さの両端部へ向けて連続して小さくなっている。傾斜面部７２は、平行部７２１において、最大の深さを有しており、傾斜面部７２の深さは、周方向長さの両端部へ向けて連続して小さくなっている。傾斜面部７２の幅Ｌ１および深さは、平行部７２１において、上記で説明した寸法とすることが好ましい。

平行部７２１の周方向長さＬ３の中央が、半割軸受３１、３２の周方向中央ＣＬに位置するようにしているが、これに限定されない。平行部７２１の周方向長さＬ３の中央は、半割軸受３１、３２の周方向中央ＣＬ以外に位置してもよい。

傾斜面部７２の各周方向溝７３の溝深さＤ１溝幅Ｗ、および溝断面積７３Ａは、傾斜面部７２周方向長さの全長にわたって同じになっているが、溝傾斜角度θ１は、平行部７２１の周方向長さＬ３の全長において一定かつ最大になっており、平行部７２１の周方向長さＬ３の端部から傾斜面部７２の周方向長さの両端部へ向けて連続して小さくなっている。傾斜面部７２の周方向溝７３の溝傾斜角度θ１は、平行部７２１において、上記で説明した寸法とすることが好ましい。

第５の具体例
図１３は、本発明の第５の具体例による半割軸受３１、３２を摺動面側から見た平面図を示す。半割軸受３１、３２の摺動面の軸線方向の各端部には、摺動面７の周方向長さよりも周方向長さが小さい２つの傾斜面部７２が形成されている。図１３も、周方向溝７３を省略して図示している。他の構成は、既に説明した半割軸受３１、３２の構成と同じである。

傾斜面部７２は、半割軸受３１、３２の摺動面の軸線方向の各端部に、３個以上形成されていてもよい。

第６の具体例
図１４は、本発明の第６の具体例による半割軸受３１、３２を摺動面側から見た平面図を示す。半割軸受３１、３２の摺動面の軸線方向の各端部には、摺動面７の周方向長さよりも周方向長さが小さい２つの傾斜面部７２が形成されている。図１４も、周方向溝７３を省略して図示している。他の構成は、既に説明した半割軸受３１、３２の構成と同じである。

この傾斜面部７２は、クラッシュリリーフ７０の表面の半割軸受３１、３２の周方向端面７６側の周方向端部において、傾斜面部７２の幅Ｌ１が最大になっており、半割軸受３１、３２の周方向中央ＣＬ側へ向けて連続して小さくなっている。傾斜面部７２は、クラッシュリリーフ７０の表面の半割軸受３１、３２の周方向端面７６側の周方向端部おいて、最大の深さを有しており、傾斜面部７２の深さは、半割軸受３１、３２の周方向中央ＣＬ側へ向けて連続して小さくなっている。

本発明の半割軸受は、摺動面の軸線方向の両端部に面取を有するようにしてもよい。この面取は、面取の表面と摺動面７の平面部７１の表面とのなす角度が、２５°以上（一般的には４５°）になされる。この面取は、表面に周方向溝が形成されていないことによって、傾斜面部７２と区別される。

また、上記説明は、本発明の半割軸受を内燃機関のクランク軸のクランクピンを支承するコンロッド軸受に適用した例を示したが、本発明の半割軸受は、クランク軸のジャーナル部を支承する主軸受、内燃機関の可変圧縮比装置のリンク機構部の軸部材を支承する軸受、バランサ装置の軸部材を支承する軸受等の軸受を構成する一対の半割軸受の一方または両方に適用することができる。また、半割軸受は、油穴や油溝を有するようにしてもよい。

１ 軸受装置
２ コンロッド
３ コンロッド軸受
４ 主軸受
５ クランクピン
５ａ、５ｂ 潤滑油路
５ｃ 吐出口
６ ジャーナル部
６ａ 潤滑油路
６ｃ 入口開口
３１、３２ 半割軸受
４１、４２ 半割軸受
４１ａ 油溝
７ 摺動面
７Ｅ 摺動面の軸線方向の端部
７０ クラッシュリリーフ
７１ 平面部
７２ 傾斜面部
７２１ 平行部
７３ 周方向溝
７３１ 凹面
７３２ 頂部
７３３ 仮想直線
７３４ 溝中心線
７３Ａ 溝断面積
７６ 周方向端面
ＣＬ 半割軸受の周方向中央
Ｄ 最大溝深さの位置
Ｄ１ 周方向溝の溝深さ
Ｌ 摺動面の幅
Ｌ１ 傾斜面部の幅
Ｌ３ 平行部の周方向長さ
Ｓ 隙間
Ｔ 壁厚
Ｔ１ 壁厚
Ｗ 周方向溝の幅
ＶＬ 垂線
Ｚ クランクピンの回転方向
Ｘ ジャーナル部の回転方向
θ１ 溝傾斜角度

Claims (12)

1. 一対の半割軸受を組み合わせて円筒形状となるすべり軸受を構成する半割軸受であって、
   前記半割軸受は、半円筒形状を有しており、前記半割軸受は、外周面側に背面を有し、内周面側に摺動面を有しており、
   前記摺動面には、複数の周方向溝が隣り合って形成されており、複数の周方向溝は、前記摺動面の周方向全長にわたって形成されており、複数の周方向溝は、前記摺動面の全幅にわたって形成されており、前記周方向溝は、前記半割軸受の軸線方向の断面で見たときに、湾曲した凹面を有しており、隣り合う前記周方向溝の凹面同士の間には頂部が形成されており、前記頂部を結んだ線が前記摺動面を表すようになっており、
   前記摺動面は、前記軸線方向に平行な平面部と、前記平面部に隣接する傾斜面部とを有しており、前記傾斜面部は、前記摺動面の前記軸線方向の一方または両方の端部に位置しており、前記傾斜面部は、前記平面部から前記摺動面の前記軸線方向の端部に向けて、前記摺動面が連続して前記背面に近付くように変位しており、
   前記傾斜面部は、前記摺動面の周方向長さの少なくとも一部にわたって形成されている、半割軸受において、
   前記周方向溝の溝幅は、前記周方向溝の両側の前記頂部を直線的に結んだ仮想直線の長さとして定義され、溝中心線が、前記仮想直線の長さの中央位置を通り前記仮想直線に対して垂直方向に延びる線として定義され、前記周方向溝の溝深さは、前記仮想直線に対して垂直方向に、前記仮想直線から前記凹面が最も離間している位置までの長さとして定義され、前記周方向溝の最大溝深さの位置は、前記溝中心線の上に位置しており、
   前記仮想直線および前記凹面によって囲まれる面積が、溝断面積として定義され、前記複数の周方向溝の前記溝幅、前記溝深さ、および前記溝断面積は、それぞれ互いに同じになっており、前記周方向溝の前記溝幅、前記溝深さ、および前記溝断面積は、周方向のいずれの位置においても同じになっており、
   前記摺動面の前記平面部から前記半割軸受の軸線に向けて垂直方向に延びる垂線と前記溝中心線とのなす角度が、溝傾斜角度θ１として定義され、前記摺動面の前記平面部における前記溝傾斜角度θ１は、０°であり、
   前記摺動面の前記傾斜面部における前記溝中心線は、前記摺動面の前記軸線方向の端部に向けて前記垂線に対して傾斜しており、前記平面部に最も近い前記周方向溝の前記溝傾斜角度θ１が最小になっており、前記摺動面の前記軸線方向の端部に近付くほど、前記溝傾斜角度θ１が連続して大きくなるようになっている、半割軸受。
2. 前記傾斜面部が前記軸線方向の両方の端部に位置しているとき、前記傾斜面部は、前記摺動面の幅方向の中央に関して対称的に形成されている、請求項１に記載の半割軸受。
3. 前記傾斜面部の最大幅は、前記摺動面の幅の２～１０％の長さである、請求項１または２に記載の半割軸受。
4. 前記傾斜面部が最大幅になっている位置において、前記傾斜面部の深さは、２～１０μｍであり、ここで、前記傾斜面部の前記深さは、前記平面部における壁厚Ｔと前記摺動面の前記軸線方向の端部における前記傾斜面部の壁厚Ｔ１との差（Ｔ－Ｔ１）である、請求項１から３のいずれか一項に記載の半割軸受。
5. 前記傾斜面部は、前記半割軸受の周方向長さの中央部において、最大の幅および最大の深さを有しており、ここで、前記傾斜面部の前記深さは、前記平面部における壁厚Ｔと前記摺動面の前記軸線方向の端部における前記傾斜面部の壁厚Ｔ１との差（Ｔ－Ｔ１）であり、前記傾斜面部の幅および深さは、前記半割軸受の周方向長さの両端部へ向けて連続して小さくなる、請求項１から４のいずれか一項に記載の半割軸受。
6. 前記傾斜面部は、前記半割軸受の周方向長さの中央部を含む位置に、軸線方向の長さが一定の平行部を有している、請求項５に記載の半割軸受。
7. 前記周方向溝の前記溝深さは、１．５～１０μｍである、請求項１から６のいずれか一項に記載の半割軸受。
8. 前記周方向溝の前記溝幅は、０．０５～０．２５ｍｍである、請求項１から７のいずれか一項に記載の半割軸受。
9. 前記傾斜面部が最大幅になっている位置において、前記摺動面の前記軸線方向の端部に最も近い前記傾斜面部の前記周方向溝の前記溝傾斜角度θ１は、３×１０^－２°～３０×１０^－２°である、請求項１から８のいずれか一項に記載の半割軸受。
10. 前記半割軸受は、前記半割軸受の周方向長さの両端部に隣接して内周面側に形成された２つのクラッシュリリーフを有している、請求項１から９のいずれか一項に記載の半割軸受。
11. 請求項１から請求項１０のいずれか一項に記載の半割軸受を備えた、内燃機関の軸部材を支承する円筒形状のすべり軸受。
12. 前記すべり軸受は、前記半割軸受の対を組み合わせて構成されている、請求項１１に記載のすべり軸受。
    

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