JP3045000B2 - すべり軸受の加工装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、すべり軸受の加工装
置、特に内燃機関や圧縮機等における往復運動を回転運
動に変換するためのクランク軸廻りに用いられるすべり
軸受の加工装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】通常の内燃機関においては、ピストンに
結合されたコンロッドとクランクシャフトとの間および
クランクシャフトとエンジンブロックとの間には、クラ
ンクシャフトが爆発により大きな圧力を受け、かつ、高
速回転することから、油膜を介在させて支承する軸受メ
タルによるすべり軸受が用いられている。特に、コンロ
ッドとクランクシャフトとの間のコンロッド軸受におい
ては、クランクシャフトが傾いたり、曲がったりするた
めに、すべり軸受の軸線方向端部に片当たりして過大な
エッジロードを発生する傾向がある。

【０００３】そこで、軸受メタルの軸方向（幅方向）断
面における中央部の肉厚を両端部に比べて厚くした、す
なわち、軸受幅方向に曲面を持たせたクラウニング形状
とすることにより、この片当たりによる過大なエッジロ
ードを防止することが提案されている。ところで、すべ
り軸受の軸受メタルは、通常、半円筒状の二個の軸受メ
タル半部により構成され、その半円筒状の各軸受メタル
半部は、図９（Ａ）の上面図および側面図に示されてい
るように、大きな荷重がかかった時の軸受上下方向の変
形、食い違い等の影響の軽減、くさび油膜の積極的形
成、冷却油量の確保のために、半円筒面の円周方向中央
部の肉厚（Ｔ）に比べて円周方向両側部の肉厚（ｔ）を
薄くしたオイルリリーフ形状に構成されている。一般的
には、オイルリリーフｔは上限ｔ＝Ｔ− 5μm から下限
ｔ＝Ｔ−15μm の範囲にあり、Ｔは1.484 〜1.496 mm程
度である。なお、図９（Ａ）および同図（Ｂ）の拡大断
面図に示されているように、軸受メタルの幅方向両端部
の内面側にバリ取りやエッジ補強等のために僅かな面取
りが形成されている。

【０００４】また、図１０に示されているように、軸受
台への装着時あるいは加工のためのホルダのハウジング
への装着時に、その軸受台あるいはハウジングに対する
密着力を確保し、かつ、軸受の熱を逃がすために、円周
方向端部に10〜50μm の突出部からなる締めしろすなわ
ちクラッシュハイトＣrsが形成されている。なお、図１
０は、このクラッシュハイトの測定法の一例とともに、
クラッシュハイトを説明するための説明図である。

【０００５】図１１は、上述したようなクラウニング形
状の軸受メタルを製造するための加工法の一例を説明す
る説明図であり、軸受メタルの円筒面に適合する円筒状
内面を有する半円筒型ホルダのハウジング（あるいはア
ダプタ、以下単にアダプタという）の二個を組み合わせ
た円筒型アダプタに半円筒状の軸受メタル二個を装着
し、ブローチカッタにより矢印方向から切削する。この
場合、アダプタには、図１２に断面により示されている
ように、その中心軸線方向の両端の直径を中央部の直径
よりも小さくなるように、すなわち、軸受メタルの幅方
向に凹曲面を有するように曲面が形成されており、その
のような形状のアダプタにほぼ一定肉厚の軸受メタルが
装着される。この時、軸受メタルには上述したクラッシ
ュハイトにより押圧力が加えられて、軸受メタルの背面
はアダプタ内面の曲面に倣って密着される。

【０００６】この状態で、ブローチカッターのカッター
軸をアダプタの中心軸線と並行にして、軸受摺動面を円
面ブローチ加工する。この時、図１１中ハッチングによ
り示されているように、円周方向両端部にいくほど内面
ブローチの取代が厚くなるように切削されて上述したオ
イルリリーフ形状が形成され、また、軸受メタルの幅方
向断面は図１２中一点鎖線により示されているように切
削される。こうして加工された軸受メタルを内面形状が
平坦なアダプタ（あるいは軸受台）に組み付けると、図
１３に示されているように、軸受摺動面が幅方向に中央
部が厚く両端にいくに従って薄くなり、クラウニング量
ｃを有するクラウニング形状に形成された軸受メタルが
得られることとなる。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たように曲面形成されたアダプタを用いてクラウニング
形状の軸受メタルを製造する場合、軸受メタルの背面が
その曲面に一部追随できずに円周方向に凹凸が生じるこ
とがあり、そのため、加工の際に削り過ぎの部分が生
じ、結果としてすべり軸受の強度を確保することができ
なくなるという問題がある。また、軸受メタルがアダプ
タの凹曲面に倣って密着するためにその幅方向に変形す
る際に、アダプタの曲率より大きい曲率を持って変形す
ると軸受メタル内面が盛り上がる場合が発生し、その分
取代が多くなるために軸受メタル内面が円周方向にわた
って連続した形状とならなくなり、焼き付きや磨耗が生
じ易くなるという問題もある。

【０００８】更に、上述したように半円筒型軸受メタル
の円周方向における中央部と両端部とで取代が異なるた
めに、図１４に両部分の断面により示されているよう
に、中央部から両端部にかけてクラウニング量が増大す
るように変化する（ｃ₁ ＜c₂）。このように、円周方向
においてクラウニング量ｃが一定でないことから、軸受
メタルの焼付きや磨耗が生じ易くなるという問題があ
る。

【０００９】更にまた、軸受メタルの摺動面がその幅方
向全体においてクラウニング形状をしていると、軸受メ
タルの幅方向中央部に局部当たりが生じることとなり、
両端部での片当たりを防止することはできても、逆に中
央部で焼き付きや磨耗が生じ易くなるという問題があ
る。そこで、本発明は、製作が容易で、しかも、焼付き
や磨耗のないすべり軸受を製造することができるすべり
軸受の加工装置を提供することを目的とする。

【００１０】また、本発明は、加工時にすべり軸受が変
形することがなく、したがって、焼付きや磨耗のないす
べり軸受を製造することができるすべり軸受の加工装置
を提供することを目的とする。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明によるすべり軸受
の加工装置は、内周面に円周方向に連設された凹部を有
し、かつ、少なくともその連設された凹部を含む内周面
に加工されるべきすべり軸受が装着される円筒形ホルダ
と、ホルダの中心軸線に平行なカッター軸を有し、か
つ、ホルダに装着されたすべり軸受の内周面の少なくと
も両側部を切削加工するブローチカッターとを備えたす
べり軸受の加工装置において、そのホルダの円周方向に
連設された凹部が、その幅方向断面形状において、少な
くとも中央部が平坦で、かつ、両端部が立ち上がってい
る形状である内面を有するように構成される。

【００１２】

【作用】この構成によれば、軸受メタル加工用ホルダ
（あるいはアダプタ）が内周面に平坦部を有する連設さ
れた凹部、すなわち、底が平坦になっている溝からなる
簡単な構造を有するので、ホルダの製作コストが安くな
り、量産が可能となる。また、そのようなホルダにすべ
り軸受を装着すると、ホルダとすべり軸受との密着性が
改善され、かつ、すべり軸受に不要な変形が生じること
がないことから、それに基づく削り過ぎを防止すること
ができる。また、本発明のすべり軸受の加工装置によれ
ば、ブローチ加工のみによって、幅方向断面において中
央部が平坦で、かつ、両端部に面取りが形成された形状
の摺動面を有するすべり軸受を製造することができる。

【００１３】

【実施例】図１は、本発明によるすべり軸受の加工装置
の実施例を説明するための概念的構成図であり、ブロー
チカッタとともに切削される軸受メタルが加工用ホルダ
のハウジング（あるいはアダプタ、以下単にアダプタと
いう）に装着されている状態が断面図により示されてい
る。アダプタ２の内面は、その断面において、軸受幅方
向の両端部に垂直の立ち上がり部２−１、２−１を有
し、かつ、それらの内側の内面は軸受幅方向にわたって
平坦とされた平坦部２−２を有しており、この断面構造
が円周方向に連続されてほぼ断面矩形の溝が円周方向に
延在するような形状の半円筒型アダプタ２、いわば段付
きアダプタ２、が形成されている。

【００１４】上述の構造の段付きアダプタ２に軸受メタ
ル３を装着すると、図示されているように、軸受メタル
３は、その背面がその幅方向両側部を除いてその溝内の
平坦部２−２に密着されて、両側部が局部的に内方に折
れ曲がるように装着される。この状態で軸受メタル３の
摺動面をブローチカッタ１により、図１中に例えば一点
鎖線により示されているようなカットラインでブローチ
加工を施して、軸受メタル３の幅方向両端部に図示され
ているような局部的な取代を除去する。加工後、図２に
示されているように、内面が平坦なアダプタ２’（ある
いは軸受台）に組み付けると、軸受摺動面の両端部に面
取り部３−１、３−１が形成され、それらの内側に肉厚
が一様な平坦形状部３−２を有する軸受メタル３が得ら
れる。

【００１５】上述した本発明によるすべり軸受の加工装
置の実施例によれば、アダプタが内面が平坦な溝からな
る簡単な段付き構造を有するので、アダプタの製作コス
トが安くなり、量産が可能となる。また、そのような段
付きアダプタに軸受メタルを装着すると、アダプタと軸
受メタルとの密着性が改善されるとともに、両側部の折
曲部分において装着時あるいは加工時に生じる変形を外
側に逃がすことができ、軸受メタルに不要な変形が生じ
ることがないことから、それに基づく削り過ぎを防止し
て製造されたすべり軸受の強度を確保することができ
る。加えて、従来と同じブローチ加工のみにより、前述
した図９に示されている単なるバリ取りに相当する面取
りとは異なり、図１３に示されているような必要なクラ
ウニング量に対応する面取り（面取り部３−１）を形成
することができる。

【００１６】また、例えば、コンロッド軸受の場合の稼
働条件を見てみると、上方（アッパ）側すなわちコンロ
ッド側の軸受台は剛性の強い材質で構成されており、変
形が小さいことから、軸受メタルのエッジに大きい力が
加わるが、下方（ロワー）側すなわちキャップ側の軸受
台は変形が大きい材質で構成されており、比較的エッジ
ロードは小さくなる。図３は、アッパ側軸受の油膜厚さ
分布の一例（5000rpm、フルロード）を示しており、軸
受円周方向の中央部、しかも、その部分の幅方向両端部
において油膜が極端に薄くなっている、すなわち、すき
間が狭くなっていることがわかる。また、図４は、同じ
アッパ側軸受の温度分布の一例（5000rpm 、フルロー
ド）を示しており、軸受円周方向の中央部、しかも、そ
の部分の幅方向両端部において特に温度が上昇している
ことがわかる。したがって、この部分において当たりが
強くなり、図示してはいないが、この部分の軸受メタル
に摺動痕が強く発生する。

【００１７】このようなすべり軸受の稼働条件に対し
て、上述した本発明の加工装置の実施例により製造した
軸受メタルを使用すれば、幅方向両端部に面取り部３−
１が設けられているので、効果的に片当たりによる焼き
付き、磨耗を防止することができ、従来のクラウニング
形状の軸受メタルが目的とする効果と同等の効果が得ら
れる。しかも、このような形状の軸受メタルによれば、
幅方向中央部には平坦形状部３−２が設けられているの
で、従来のクラウニング形状の場合に生じる中央部の局
部当たりをも回避することができ、加えて、この平坦形
状部３−２により軸受メタルの厚みが円周方向において
変化することもなくなることから、それらに起因する焼
き付き、磨耗を防止することができる。

【００１８】図５は、本発明によるすべり軸受加工装置
の変形例を説明するための概念的構成図であり、図１と
同様にブローチカッタとともに切削される軸受メタルが
アダプタに装着されている状態が断面図により示されて
いる。本変形例においては、アダプタ２の垂直立ち上が
り部２−１の高さと軸受メタル３の剛性との関係から、
図示されているように、軸受メタル３が或る曲率を持っ
て変形しつつ装着されている。いま、カットラインａに
おいてブローチ加工を行うと、図６に示されているよう
に、図２に示されている軸受メタルにおける平坦形状部
３−２をほぼ有しない軸受メタル３が形成され、これは
前述した図１３に示されている従来のクラウニング形状
の軸受メタルとほぼ同等の形状となる。また、例えば、
カットラインｂにおいて加工すると、図２に示されてい
る軸受メタルにおける面取り部３−１と平坦形状部３−
２との比率が異なる形状を有する軸受メタル３を形成す
ることができる。

【００１９】このように、アダプタ２に軸受メタル３を
或る曲率を持って装着する場合には、アダプタ２の垂直
立ち上がり部２−１はその内側、すなわち、平坦部２−
２側が必ずしも垂直に立ち上がる必要はなく、傾斜部２
−３を有する傾斜した形状とすることも可能である。し
たがって、アダプタ２はその内面に少なくとも平坦部２
−２を有する形状することにより、本発明が目的とする
すべり軸受の加工装置の作用効果を実現することができ
ることとなる。

【００２０】上述した本発明によるすべり軸受の加工装
置において加工される軸受メタルのクラウニング量は弾
性流体潤滑理論の解析結果を基に設定することができ
る。図７は、コンロッド軸受の一例における油膜圧力お
よびすき間の円周方向分布の解析結果を示す特性図であ
り、同図（Ａ）はコンロッド側、同図（Ｂ）はキャップ
側の特性を表している。そして、両図において、図中の
曲線ＨＬは流体潤滑理論による計算結果であり、曲線Ｅ
ＨＬは弾性流体潤滑理論による計算結果である。また、
図８は、同じコンロッド軸受の一例における油膜圧力お
よびすき間の幅方向分布の解析結果をを示す特性図であ
り、同図（Ａ）は吸気上死点ＴＤＣにおけるキャップ側
の特性を示しており、同図（Ｂ）は圧縮上死点ＴＤＣに
おけるコンロッド側の特性を示している。

【００２１】図８（Ｂ）に示されている圧縮ＴＤＣにお
けるコンロッド側のすき間の幅方向分布から、ＥＨＬに
より計算されたすき間は、ＨＬにより計算されたすき間
に比べて、軸受両端部において薄くなることがわかる。
そして、そのすき間の大きさは中央部に比べて約1.3 μ
m ほど狭くなっている。したがって、軸受幅方向のクラ
ウニング量を約2 μm に設定すれば、ＨＬにより求めた
結果に比べて油膜厚さを厚くすることができ、それによ
り、すべり軸受の焼き付き、磨耗を防止することが可能
となる。

【００２２】

【発明の効果】以上のように、本発明によるすべり軸受
の加工装置によれば、軸受メタル加工用ホルダのハウジ
ングあるいはアダプタが内面に平坦部を有する溝からな
る簡単な段付き構造を有するので、アダプタの製作コス
トが安くなり、量産が可能となる。また、そのようなア
ダプタに軸受メタルを装着すると、アダプタと軸受メタ
ルとの密着性が改善され、かつ、軸受メタルに不要な変
形が生じることがないことから、それに基づく削り過ぎ
を防止してすべり軸受の強度を確保することができる。

【００２３】また、従来と同じブローチ加工のみによ
り、軸受メタルに必要なクラウニング量に対応する面取
り部を容易に形成することができ、製造された軸受メタ
ルは、その面取り部により従来のクラウニング形状と同
等の片当たりによる焼き付き、磨耗の防止効果を実現す
ることができ、しかも、その幅方向中央部に平坦形状部
により中央部の局部当たりも回避することが可能とな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明によるすべり軸受の加工装置の実施例を
説明するための概念的構成図である。

【図２】本発明によるべり軸受の加工装置の実施例によ
り製造された軸受メタルの形状を説明するための断面図
である。

【図３】すべり軸受の油膜厚さ分布の一例を示す特性図
である。

【図４】すべり軸受の温度分布の一例を示す特性図であ
る。

【図５】本発明によるすべり軸受加工装置の変形例を説
明するための概念的構成図である。

【図６】本発明によるべり軸受の加工装置の変形例によ
り製造された軸受メタルの形状を説明するための断面図
である。

【図７】コンロッド軸受の一例における油膜圧力および
すき間の円周方向分布の解析結果を示す特性図であり、
（Ａ）はコンロッド側、（Ｂ）はキャップ側の特性を表
している。

【図８】コンロッド軸受の一例における油膜圧力および
すき間の幅方向分布の解析結果をを示す特性図であり、
（Ａ）は吸気上死点ＴＤＣにおけるキャップ側の特性、
（Ｂ）は圧縮上死点ＴＤＣにおけるコンロッド側の特性
を示している。

【図９】従来の軸受メタルの形状を示す上面図および側
面図（Ａ）と、拡大断面図（Ｂ）である。

【図１０】クラッシュハイトの測定法の一例とともに、
クラッシュハイトを説明するための説明図である。

【図１１】従来のクラウニング形状の軸受メタルを製造
するための加工法の一例を説明する説明図である。

【図１２】従来のクラウニング形状の軸受メタルを製造
するための加工法の一例を説明する断面図である。

【図１３】従来の加工法により製造されたクラウニング
形状の軸受メタルの形状を説明するための断面図であ
る。

【図１４】従来の加工法により製造されたクラウニング
形状の軸受メタルの形状を説明するための断面図であ
る。

【符号の説明】

１…ブローチカッタ ２、２’…アダプタ（あるいはホルダのハウジング） ２−１…垂直立ち上がり部 ２−２…平坦部 ２−３…傾斜部 ３…軸受メタル ３−１…面取り部 ３−２…平坦形状部

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内周面に円周方向に連設された凹部を有
   し、かつ、少なくとも該連設された凹部を含む内周面に
   加工されるべきすべり軸受が装着される円筒形ホルダ
   と、該ホルダの中心軸線に平行なカッター軸を有し、か
   つ、該ホルダに装着されたすべり軸受の内周面の少なく
   とも両側部を切削加工するブローチカッターとを備えた
   すべり軸受の加工装置において、 上記ホルダの円周方向に連設された凹部が、該連設され
   た凹部の幅方向断面形状において、少なくとも中央部が
   平坦で、かつ、両端部が立ち上がっている形状である内
   面を有していることを特徴とするすべり軸受の加工装
   置。