JP5089572B2 - 内燃機関のクランク軸用分割型すべり軸受および分割型すべり軸受装置 - Google Patents

Description

本発明は、一対の軸受半円筒体を互いに組み合わせて円筒形状体として用いられる、内燃機関のクランク軸用分割型すべり軸受であり、その組み合わせ状態と整合する態様で２分割された円筒形状の軸受保持穴を有するとともに一対のハウジング分割体から成る分割型軸受ハウジング内に収容して用いられる前記分割型すべり軸受に関するものである（例えば、特許文献１参照）。

内燃機関のクランク軸用分割型すべり軸受は、一対の軸受半円筒体を、エンジンブロックの一部であるハウジング分割体と、軸受キャップとしてのハウジング分割体に組み付けることにより円筒形状体になる。分割型軸受ハウジングの軸受保持穴は、一対の軸受半円筒体を組み付ける前に、一対のハウジング分割体をボルトで締結した状態で、真円になるように単一作業で加工される。
また、近年、乗用車用内燃機関では、内燃機関の軽量化のために、アルミニウム合金製エンジンブロックを用いることが一般的である。この場合、クランク軸用分割型軸受ハウジングでは、一方のハウジング分割体がアルミニウム合金製エンジンブロックの一部であり、他方のハウジング分割体が鉄合金製軸受キャップである組合せが一般的である。

一方、クランク軸用分割型すべり軸受の軸受半円筒体は、鋼製裏金と軸受合金層から成るのが普通である。一対の軸受半円筒体から成るクランク軸用分割型すべり軸受の外周面周長は、分割型軸受ハウジングの内周面周長よりも所定長だけ大きく形成されている。この寸法関係により、一対の軸受半円筒体を分割型軸受ハウジングに組付けると、一対の軸受半円筒体には、周方向圧縮応力が発生すると同時に、半径方向応力が発生する。このことによって、一対の軸受半円筒体は分割型軸受ハウジングの内周面に密着固定されるとともに、分割型軸受ハウジングは弾性変形して半径方向に膨張し、その内径が増大する。

一対の軸受半円筒体から成るクランク軸用分割型すべり軸受の内周面とクランク軸との間には、潤滑油を供給するための軸受クリアランスが設けられている。この軸受クリアランスが過大になると、クランク軸にガタが生じ、内燃機関の振動や騒音の原因となる。
一方、分割型軸受ハウジングにおける軸受保持穴の内径、および、クランク軸の外径には製造時の加工誤差が伴うため、分割型軸受ハウジングとクランク軸との間の間隔にはバラツキが生じる。したがって、分割型すべり軸受の内周面とクランク軸との間の軸受クリアランスを適正に設定するには、適切な厚さを有する分割型すべり軸受を選択することによって、軸受クリアランスのバラツキを抑制しなければならない。

しかるに、前記のとおり、分割型すべり軸受が分割型軸受ハウジングに組付けられる際、分割型軸受ハウジング内径は径方向に膨張変形する。かかる膨張変形が生じた場合の軸受クリアランスは、分割型軸受ハウジングにおける軸受保持穴の内径、クランク軸の外径、および、軸受半円筒体の厚さによって定まる設計上の軸受クリアランスに比して、分割型軸受ハウジングの膨張変形分だけ増大し、かかる膨張変形によってもバラツキが生じる。
このバラツキについて、特許文献２に教示があり、分割型すべり軸受の外周面周長と、分割型軸受ハウジングの軸受保持穴内径との選択的組み合わせにより、分割型軸受ハウジングの膨張変形に起因する、分割型軸受ハウジングとクランク軸との間の間隔寸法のバラツキを小さくして、軸受クリアランスのバラツキを低減化している。
特開平８−２１０３５５号公報 特開平１０−１７５１３１号公報

内燃機関の軽量化のために、クランク軸用分割型軸受ハウジングは、従来より低剛性化されてきている。汎用されているアルミニウム合金製エンジンブロックの採用も軽量化のためである。
ここで、分割型軸受ハウジングと、これに組み込まれる一対の軸受半円筒体から成るクランク軸用分割型すべり軸受との関係について、図９、図１０を見ながら説明する。
図９は、クランク軸用分割型軸受ハウジング０１を示し、軸受ハウジング０１は、エンジンブロックの一部である一方のハウジング分割体０２と、軸受キャップ（例えば、鉄合金製）としての他方のハウジング分割体０３とで形成されている。ハウジング分割体０３が、ボルト０４によってハウジング分割体０２に組み付けられた状態で、室温にて、機械加工により、横断面真円形状の軸受保持穴（０５、０６）が形成される。この後の、軸受装置組立作業は、軸受ハウジング０１からボルト０４を取り外し、軸受保持穴の内周面０５、０６に沿って、分割型すべり軸受を形成する軸受半円筒体０７、０８を装着し、再度、ボルト０４によって、ハウジング分割体０３を、ハウジング分割体０２に締結することによって行なわれる（図１０参照）。

前記軸受保持穴（０５、０６）の機械加工が室温で行なわれている関係上、ハウジング分割体０２、０３の軸受保持穴（０５、０６）に軸受半円筒体０７、０８を装着して、室温域で、ハウジング分割体０２、０３の組み立てが行なわれた時、ハウジング分割体０２、０３の周方向端面に段差が形成されていなかったとしても、アルミニウム合金で形成されたハウジング分割体０２と、鉄合金で形成されたハウジング分割体０３とでは、互いに熱膨張率が異なるため、寒冷地における内燃機関の始動時には、相対的に低熱膨張率の鉄合金製ハウジング分割体０３の軸受保持穴（０６）の内径に対して、相対的に高熱膨張率のアルミニウム製ハウジング分割体０２の軸受保持穴（０５）の内径が小さくなるため、分割型軸受ハウジングの周方向端面で、軸受保持穴（０５、０６）の内径に熱膨張量の差による段差（図１０、Ｇ部）が形成され、ハウジング分割体０２、０３に組み込まれた一対の軸受半円筒体０７、０８の周方向端面で、内周面に段差が生じる。

また、近年では、内燃機関のオイルポンプの小型化により、すべり軸受内周面への供給油量が低減化されている。これに対応して、すべり軸受内周面とクランク軸表面との間の隙間からの潤滑油の漏れ量を少なくするために、軸受クリアランスが小さく設定される。
さらに、アルミニウム合金製エンジンブロック側のハウジング分割体は、鉄合金製であるクランク軸に対して相対的に熱膨張率が大きいので、低温時には分割型軸受ハウジングに組み込まれた一対の軸受半円筒体の内径とクランク軸との間の軸受クリアランスは、極めて小さくなる。このため一対の軸受半円筒体の周方向端面で、軸受内周面に段差が形成されていると、寒冷地における内燃機関の始動時には、従来の軸受クリアランスが大きく設定された場合に比して、潤滑油の流路断面積に対する段差面の割合が相対的に大きくなり、潤滑油流に対する障壁となるワイピング現象が生じて、潤滑油漏れ量が増加し、あるいはまた、軸受摺動面に対する潤滑油の供給不良が発生するようになってきた。

特許文献２は、内燃機関の静粛性のためにすべり軸受の内周面と軸表面の間の軸受クリアランスをより小さくする手段を教示しているが、互いに熱膨張率の異なる分割型軸受ハウジングの一対のハウジング分割体に一対の軸受半円筒体が組み付けられ、寒冷地において分割型軸受ハウジングの温度が低下した時に、一対の軸受半円筒体の周方向端面で、軸受内周面に段差が発生する問題については何も考察されていない。

かくして、本発明の目的は、内燃機関のクランク軸用分割型軸受ハウジングを構成する互いに熱膨張率差のある一対のハウジング分割体に、すべり軸受である一対の軸受半円筒体が装着され、寒冷地において低温状態（−３０℃程度）にある内燃機関を始動させる時に、一対の軸受半円筒体の周方向端面で、軸受内周面に段差が生じることによる、潤滑油のワイピング現象が発生する問題を解決することである。

かかる目的に照らし、本発明の第一の観点によれば、以下に示す内燃機関のクランク軸用分割型すべり軸受が提供される。
一対の軸受半円筒体を互いに組み合わせて円筒形状体として用いられる、内燃機関のクランク軸用分割型すべり軸受であり、その組み合わせ状態と整合する態様で２分割された円筒形状の軸受保持穴を有する分割型軸受ハウジング内に収容して用いられる前記分割型すべり軸受において、
前記分割型軸受ハウジングが、相対的に熱膨張率の高いハウジング分割体と、相対的に熱膨張率の低いハウジング分割体とから成り、
前記高熱膨張率側ハウジング分割体に支持される前記軸受半円筒体を第一軸受半円筒体と称し、前記低熱膨張率側ハウジング分割体に支持される前記軸受半円筒体を第二軸受半円筒体と称するとき、非装着状態における前記第一および第二軸受半円筒体の寸法関係が、
（１）前記第一および第二軸受半円筒体の外径寸法が等しく、かつ
（２）前記第一軸受半円筒体の周方向両端部の厚さが、前記第二軸受半円筒体の周方向両端部の厚さよりも小さくなされており、
それによって、前記第一および第二軸受半円筒体が装着された状態で一対の前記ハウジング分割体がボルト締結された状態で、寒冷地において低温状態の内燃機関を始動させる時に、一対の前記ハウジング分割体の周方向端面における軸受保持穴の内径に、両ハウジング分割体の熱収縮量の差に起因する段差が存在しても、前記第一および第二軸受半円筒体の周方向端面における両軸受半円筒体の内周面が整合状態になることを特徴とする内燃機関のクランク軸用分割型すべり軸受。

ここで、前記「内周面の整合状態」について説明する。
この整合は、軸受半円筒体内周面相互の幾何学的完全一致を意味せず、寒冷地において、−３０℃程度の低温状態にある内燃機関の始動時に、両ハウジング分割体の周方向端面における軸受保持穴内径の熱収縮変形量差を、例えば、以下に示す「熱収縮量差計算式」で求め、この値の１／２の値を、周方向端部における軸受厚さのマイナス差として設定し、分割型すべり軸受および分割型軸受ハウジングの製造時における加工精度によって定まる誤差を許容するものとする。

[数１］
ΔＤ＝Ｄ×（Ｔ２−Ｔ１）×（α１−α２）×Ｋ ・・・ 数式１
記号の説明：
熱収縮変形量の差：ΔＤ（ｍｍ）
軸受保持穴内径：Ｄ（ｍｍ）
分割型軸受ハウジングの軸受保持穴加工温度：Ｔ１（℃）
内燃機関の寒冷地における始動時の分割型軸受ハウジングの温度：Ｔ２（℃）
高熱膨張率側の分割型軸受ハウジングの熱膨張率：α１（Ｋ^−１）
低熱膨張率側の分割型軸受ハウジングの熱膨張率：α２（Ｋ^−１）
ボルト締結による熱収縮変形量差の緩和係数：Ｋ

本発明すべり軸受の第一の実施形態によれば、前記第二軸受半円筒体は、周方向長さの全体に亘ってその厚さが均一になされる。
本発明すべり軸受の第二の実施形態によれば、前記第二軸受半円筒体は、周方向長さの中央部分から両周方向端面に向かってその厚さが増大している。
本発明すべり軸受の第三の実施形態によれば、前記第一軸受半円筒体は、周方向長さの全体に亘ってその厚さが均一である。
本発明すべり軸受の第四の実施形態によれば、前記第一軸受半円筒体は、周方向長さの中央部分から両周方向端面に向かってその厚さが小さくなっている。
本発明すべり軸受の第五の実施形態によれば、前記第一および第二軸受半円筒体の内周面に、周方向に延在する多数の周方向溝が存在し、該第一および第二軸受半円筒体の２つの周方向端面を含む前記第一および第二軸受半円筒体の周方向端部領域に形成された前記周方向溝の深さが５μｍ〜２０μｍになされている。
本発明すべり軸受の第六の実施形態によれば、前記内周面における前記周方向端部領域が、当該周方向端面を始点とする少なくとも円周角１０°、最大で円周角５０°に相当する周方向長さで規定される範囲である。
本発明すべり軸受の第七の実施形態によれば、前記周方向長さで規定される範囲以外の前記内周面の表面粗さが３．２μｍＲｚ以下である。
本発明すべり軸受の第八の実施形態によれば、前記周方向溝のピッチが０．３ｍｍ〜１．５ｍｍである。
本発明すべり軸受の第九の実施形態によれば、前記第一および第二軸受半円筒体の内周面に形成された前記周方向溝の深さが、前記第一および第二軸受半円筒体の周方向端面の間で生じる段差量と同等以上の大きさである。

本発明の第二の観点によれば、以下に示す内燃機関のクランク軸用分割型すべり軸受装置が提供される。
一対の軸受半円筒体を互いに組み合わせて円筒形状体として用いられる、内燃機関のクランク軸用分割型すべり軸受と、
前記一対の軸受半円筒体の組み合わせ状態と整合する態様で２分割された円筒形状の軸受保持穴を有し、該軸受保持穴内に前記一対の軸受半円筒体を収容して保持する内燃機関のクランク軸用分割型軸受ハウジングとを含む分割型すべり軸受装置において、
前記分割型軸受ハウジングが、相対的に熱膨張率の高いハウジング分割体と、相対的に熱膨張率の低いハウジング分割体とから成り、
前記高熱膨張率側ハウジング分割体に支持される前記軸受半円筒体を第一軸受半円筒体と称し、前記低熱膨張率側ハウジング分割体に支持される前記軸受半円筒体を第二軸受半円筒体と称するとき、非装着状態における前記第一および第二軸受半円筒体の寸法関係が、
（１）前記第一および第二軸受半円筒体の外径寸法が等しく、かつ
（２）前記第一軸受半円筒体の周方向両端部の厚さが、前記第二軸受半円筒体の周方向両端部の厚さよりも小さくなされており、
それによって、前記第一および第二軸受半円筒体が装着された状態で一対の前記ハウジング分割体がボルト締結された状態で、寒冷地において低温状態の内燃機関を始動させる時に、一対の前記ハウジング分割体の周方向端面における軸受保持穴の内径に、両ハウジング分割体の熱収縮量の差に起因する段差が存在しても、前記第一および第二軸受半円筒体の周方向端面における両軸受半円筒体の内周面が整合状態になることを特徴とする内燃機関のクランク軸用分割型すべり軸受装置。

［発明の効果］
内燃機関のクランク軸用分割型軸受ハウジングが、互いに熱膨張率の異なる一対のハウジング分割体から成り、該軸受ハウジングに装着して用いられる前記分割型すべり軸受によれば、該分割型すべり軸受が一対のハウジング分割体に装着された状態で、寒冷地において低温状態にある内燃機関を始動させる時に、一対の前記ハウジング分割体の周方向端面（分割型軸受ハウジングの分割面）における軸受保持穴の内径に、両ハウジング分割体間の熱収縮量差が存在し、これが段差（図１０、記号Ｇ参照）になって現れるが、本発明の分割型すべり軸受では、従来の分割型すべり軸受と違って、軸受保持穴に保持される一対の軸受半円筒体の周方向端面に段差が生じることは事実上ない。何故なら、熱膨張率の高いハウジング分割体に沿って装着された軸受半円筒体の周方向端部の厚さが、熱膨張率の低いハウジング分割体に沿って装着された軸受半円筒体の周方向端部の厚さよりも小さくなされており、その厚さの差を適切に選択することにより、一対のハウジング分割体の周方向端面に生じる段差を事実上相殺できるからである。
また、一対の軸受半円筒体の周方向端部領域内周面に、周方向に延在する多数の周方向溝を設け、該周方向溝の深さを５μｍ〜２０μｍにしておけば、軸受内周面に最大で５μｍ程度の段差が形成されたとしても、周方向溝の深さが段差の大きさと同等以上になるので、クランク軸の回転方向に流れる潤滑油が、軸受半円筒体の周方向端面に生じた段差で阻害されることなく、周方向溝内に進入して円滑に流れる。したがって、軸受半円筒体の周方向端面に生じた段差による潤滑油のワイピング現象を首尾よく防止できる。

図１は、内燃機関のクランク軸用分割型軸受ハウジング１０の軸受保持穴１２内に、一対の軸受半円筒体２０、２２から成る分割型すべり軸受を装着した状態を示す正面図である。分割型軸受ハウジング１０は、アルミニウム合金製エンジンブロックの一部をなす相対的に熱膨張率の高いハウジング分割体１４と、鉄合金製軸受キャップとしての相対的に熱膨張率の低いハウジング分割体１６とで形成され、両ハウジング分割体１４、１６は、ボルト１８で一体的に締結されている。分割型軸受ハウジング１０の軸受保持穴１２は、分割型すべり軸受を装着せずに、ボルト１８を用いてハウジング分割体１４、１６を組立てた状態で、横断面真円形状の円筒形状穴を機械加工して形成したものである。
前記のように機械加工によって軸受保持穴１２を形成した後の分割型軸受ハウジング１０を分解して、ハウジング分割体１４、１６の内周面に沿って軸受半円筒体２０、２２を装着し、再度、ハウジング分割体１４、１６をボルト１８で一体的に組み合わせた状態が図１に示されている。

図１に示す分割型軸受ハウジング１０は、寒冷地において、−３０℃程度の低温状態にあるという想定であり、相対的に熱膨張率の高いハウジング分割体１４の周方向端部における熱収縮変形量が、相対的に熱膨張率の低いハウジング分割体１６の周方向端部における熱収縮変形量よりも大きいため、両ハウジング分割体１４、１６の周方向端面で、図１０に示すような段差（Ｇ）が生じる。

分割型軸受ハウジング１０の軸受保持穴１２内に装着された軸受半円筒体２０、２２は、分割型軸受ハウジング１０に組み込まれる前の初期状態で、互いに、外径および軸受周方向中間領域の壁厚さが等しく、いずれも、周方向端面に向かって壁厚さが減少している。また、軸受半円筒体２０、２２の周方向端部２０ａ、２２ａの壁厚さについては、周方向端部２０ａの壁厚さが、周方向端部２２ａの壁厚さよりも小さい。

−３０℃程度の低温状態にある両ハウジング分割体１４、１６の周方向端面で、図１０に示すような段差（Ｇ）が生じている関係上、一対の軸受半円筒体の周方向端部壁厚さが互いに等しい場合には、図１０に示すとおり、一対の軸受半円筒体の周方向端面で、軸受内周面に段差（ｇ）が生じる可能性がある。しかしながら、本実施例では、軸受半円筒体２０、２２の初期状態における外径が等しく、また、周方向端部２０ａの壁厚さが、周方向端部２２ａの壁厚さよりも小さく、周方向端面２０ｂ、２２ｂにおいて、両軸受半円筒体２０、２２の内周面が互いに整合するように設計されており、図１に示されるような軸受内周面に段差のない周方向端面２０ｂ、２２ｂの状態になる。したがって、両軸受半円筒体２０、２２の周方向端面２０ｂ、２２ｂにおいて、潤滑油のワイピング現象（掻き取り現象）が生じ難い。

現実に、両軸受半円筒体２０、２２の内周面が前記のように互いに整合するように構成するには、分割型軸受ハウジング１０の実物（シリンダブロックと軸受キャップ）、または、実物を模して作成した分割型軸受ハウジング部分のみのモデルを用いる。
互いにボルトで締結した一対のハウジング分割体から成る分割型軸受ハウジングを、寒冷地における低温状態を想定した約−３０℃まで冷却し、その時の分割型軸受ハウジングの分割面（ハウジング分割体の周方向端面）における軸受保持穴内径の段差寸法を真円度測定機等の測定機を用いて測定する。
そして、相対的に高熱膨張率側の分割型軸受ハウジングに組み付けられる軸受半円筒体の周方向両端部の厚さを、低熱膨張率側の分割型軸受ハウジング部に組み付けられる軸受半円筒体の周方向両端部の厚さに比して、測定された段差寸法値に等しい量だけ小さくする。

或いはまた、簡易的に、前記［００１３］欄に記載した数式で求められる分割型軸受ハウジングの軸受保持穴内径の熱収縮変形量差の１／２の値だけ、相対的に熱膨張率の高いハウジング分割体に装着されるべき軸受半円筒体の周方向両端部の壁厚さを、相対的に熱膨張率の低いハウジング分割体に装着されるべき軸受半円筒体の周方向端部の壁厚さよりも小さくしてもよい。

軸受保持穴内径（Ｄ（ｍｍ））は、分割型軸受ハウジングの軸受保持穴加工温度（Ｔ１（℃））における寸法であり、軸受保持穴加工は通常は室温域（２５℃程度）にて行なわれる。また、寒冷地での始動時における分割型の分割型軸受ハウジングの温度（Ｔ２（℃））は、内燃機関の仕様により異なるが、一般的な乗用車用の内燃機関の始動を保証する最低温度は−３０℃程度に設定されるので−３０℃の値を用いてもよい。また、
相対的に熱膨張率が異なる分割型軸受ハウジングはボルトで締結されており、分割型軸受ハウジングの突き合わせ端面では突き合わせ端面に対して垂直方向の圧縮応力が発生し、相対的に低熱膨張率側の分割型軸受ハウジングの突き合わせ端面が相対的に高熱膨張率の分割型軸受ハウジングの突き合わせ端面の熱収縮変形の抵抗となる。相対的に熱膨張率が異なるアルミニウム合金製と鉄合金製の分割型軸受ハウジングの組合せであると、分割型軸受ハウジングの分割面における軸受保持穴内径の熱収縮変形量差は、それぞれの分割型軸受ハウジングが自由状態で熱収縮した場合の熱収縮量変形量差の約３分の１程度に緩和される。（熱収縮変形の緩和係数Ｋ＝１／３）

計算例：
アルミニウム合金製ハウジング分割体（熱膨張率が２３×１０^−６（Ｋ^−１））と、鉄合金製ハウジング分割体（熱膨張率１２×１０^−６（Ｋ^−１））とを、鉄合金製ボルトで締結した時に、軸受保持穴寸法が６０ｍｍの分割型軸受ハウジングであり、軸受保持穴の加工温度が２５℃、寒冷地での始動時の分割型軸受ハウジングの温度が−３０℃である場合、
熱収縮量差＝６０ｍｍ×（２５℃−（−３０℃）×（２３×１０^−６（Ｋ^−１）−１２×１０^−６（Ｋ^−１））×１／３＝０．０１２ｍｍになる。
相対的に高熱膨張率側のハウジング分割体に装着される軸受半円筒体の周方向両端部の壁厚さを、低熱膨張率側のハウジング分割体に装着される軸受半円筒体の周方向端部の壁厚さに対して、前記熱収縮量差（６０ｍｍ）の１／２の値である０．００６ｍｍだけ小さくする。

ここで、「一対の軸受半円筒体の内周面が整合状態になる」ということの意味については、前記［００１２］欄で述べたとおりである。軸受半円筒体およびハウジング分割体内径の製造時には、当然のことながら、加工誤差が生じ、また、ハウジング分割体に軸受半円筒体を装着して、両ハウジング分割体をボルトで再締結する時にも、両ハウジング分割体の突き合わせ端面で僅かな位置ずれを伴う。したがって、前記「内周面が整合状態」は、一対の軸受半円筒体の両当接端面のうち、一方の当接端面において、軸受の半径方向で５μｍ以内の段差は許容されるものとする。すなわち、軸受の半径方向で５μｍ以内（すなわち、±５μｍ以内）の段差は、前記「整合状態」にある。

本実施例では、内燃機関用の分割型すべり軸受として最も一般的である、両軸受半円筒体の周方向中央部の厚さが最も大きく、周方向両端面に向かって厚さが減少する仕様のものを用いて説明したが、本発明は、この仕様に限定されるわけではない。本発明では、分割型軸受ハウジングに一対の軸受半円筒体を装着した状態で、約−３０℃の低温で内燃機関を始動させる際に、両軸受半円筒体の周方向両端面において内周面を整合させる限り、両軸受半円筒体の厚さが周方向全体に亘って等しい仕様、両軸受半円筒体の周方向中央部の厚さが最も小さく周方向両端面に向かって厚さが増大する仕様、または、両軸受半円筒体の内周面が曲率の異なる複数の円弧面で形成された仕様を用いてよく、あるいはまた、相互間で異なる仕様の一対の軸受半円筒体を組み合わせて用いてもよい。

また、従来の軸受半円筒体と同じく、軸受半円筒体２０Ａ、２２Ａの内周面側の周方向両端部にクラッシュリリーフ（２０ｃ、２２ｃ：内径拡大部）を形成してもよい（図２参照）。クラッシュリリーフを形成する場合には、相対的に熱膨張率の高いハウジング分割体および相対的に熱膨張率の低いハウジング分割体に装着される両軸受半円筒体のクラッシュリリーフ形成領域に直接隣接する軸受半円筒体内周面位置における軸受中心からの半径寸法（ｒ１、ｒ２）が、整合する（図２：ｒ１＝ｒ２）ようにすればよい。

図３を見ながら説明する。本実施例は、実施例１と同じ分割型軸受ハウジング１０を用い、相対的に熱膨張率の高いアルミニウム合金製ハウジング分割体１４に、周方向中央部の壁厚さが最も大きく、突き合わせ端面２０ｂに向かって壁厚さが減少する軸受半円筒体２０を装着し、相対的に熱膨張率の低いハウジング分割体１６に、壁厚さが周方向に亘って同じ軸受半円筒体２２Ｂを装着している。図３は、寒冷地において、約−３０℃の低温で内燃機関を始動させる際の、一対の軸受半円筒体２０、２２Ｂの周方向端面を整合させた状態を示す。
分割型軸受ハウジング１０の軸受保持穴１２に段差Ｇがあるにもかかわらず、軸受半円筒体２０、２２Ｂの周方向端部壁厚さを違えることによって、両軸受半円筒体の周方向両端面で、内周面に段差のない整合状態になされている。
内燃機関用のクランク軸（図示しない）は一般的にはＦｅ合金製であり、相対的に低熱膨張率側のＦｅ合金製の分割型軸受ハウジングと、ほぼ同等の熱膨張率である。このため、相対的に熱膨張率の低い鉄合金製ハウジング分割体１６高いアルミニウム合金製ハウジング分割体１４に、壁厚さが周方向に亘って同じ軸受半円筒体２２Ｂを装着し、相対的に熱膨張率の高いアルミニウム合金製ハウジング分割体１４に、周方向中央部の壁厚さが最も大きく、突き合わせ端面２２ｂに向かって厚さが減少する軸受半円筒体２０（後者は、図１に示した軸受半円筒体２０と同じ）を装着して、両ハウジング分割体１４、１６をボルトで締結した時に、一対の軸受半円筒体２０、２２Ｂの周方向両端面における内周面を整合させた状態を、図３に示す。この構成によれば、相対的に熱膨張率の低いハウジング分割体１６に装着された軸受半円筒体２２Ｂの内周面と、被支持軸（図示しない）との間のクリアランスを、軸受半円筒体２２Ｂの内周面全体に亘って小さくできるので、潤滑油の漏れ防止に効果的である。なお、この場合、相対的に熱膨張率の高いハウジング分割体１４に組み込まれる軸受半円筒体２０については、突き合わせ端面で内周面を整合させる限りにおいて形状制限はないが、内燃機関の運転時における静粛性に最も影響するすべり軸受の周方向中央部の軸受クリアランスが小さくなるように、軸受半円筒体の周方向中央部の厚さが最も大きく、周方向両端面（突き合わせ端面）に向かって厚さが減少する軸受半円筒体２０を用いることが好ましい。

図４を見ながら説明する。一対のハウジング分割体１４、１６から成る分割型軸受ハウジング１０は、ボルト１８で締結されるが（前記［０００６］欄参照）、相対的に熱膨張率の低いハウジング分割体１６の剛性が比較的低い場合には、ボルト締結時の応力で、分割型軸受ハウジング１０を構成するハウジング分割体１４、１６の周方向端面に沿う方向で、相対的に熱膨張率の低いハウジング分割体１６の軸受保持穴内径が拡大し、ハウジング分割体１４、１６の周方向端面を含む仮想平面に対して直角方向で分相対的に熱膨張率の低いハウジング分割体１６の軸受保持穴内径が相対的に小さい楕円形状になるように弾性変形する場合がある。この場合に、相対的に熱膨張率の低いハウジング分割体１６に装着された軸受半円筒体の内径と、被支持軸であるクランク軸との間の軸受クリアランスが、軸受半円筒体の周方向端面に向かって次第に拡大し、軸受クリアランスの拡大部からの潤滑油の漏れ量が多くなってしまう。その対策として、本実施例では、低熱膨張率ハウジング分割体１６に装着される軸受半円筒体２２Ｃの周方向中央部から周方向端面に向かって壁厚さを増大させ、高熱膨張率ハウジング分割体１４に装着される軸受半円筒体２０Ｂは、周方向全長に亘って壁厚さを均一にしている。この構成によって、軸受半円筒体２０Ｂ、２２Ｃの内周面全周に亘って軸受クリアランスを小さく維持できる。
図示例とは異なり、高熱膨張率ハウジング分割体１４に装着される軸受半円筒体も、低熱膨張率ハウジング分割体１６に装着される軸受半円筒体２２Ｃと同様に、周方向中央部から周方向端面に向かって壁厚さを増大させた形状にすることができる。
ただし、本発明による寒冷地仕様の分割型すべり軸受では、低温始動時における一対の軸受半円筒体の内周面を周方向端面で段差のない整合状態にするために、前記のいずれの場合であっても、高熱膨張率ハウジング分割体１４に装着される軸受半円筒体の周方向端部壁厚さを、低熱膨張率ハウジング分割体１６に装着される軸受半円筒体の周方向端部壁厚さよりも小さくしなければならない。

図５を見ながら説明する。本実施例では、相対的に熱膨張率の低い鉄合金製ハウジング分割体１６に装着される軸受半円筒体２２Ｄに対して、相対的に熱膨張率の高いアルミニウム合金製ハウジング分割体１４に装着される軸受半円筒体２０Ｃの周方向両端部の厚さを大きくして一対の軸受半円筒体２０Ｃ、２２Ｄの突き合わせ端面における内周面を、低温始動時において整合させるようになっている。軸受半円筒体２０Ｃ、２２Ｄの壁厚さ寸法関係は、図３に示す実施例２の場合と同じである。
しかしながら、軸受半円筒体の製造時、および、分割型軸受ハウジングの軸受保持穴の機械加工時には、加工誤差が生じ、また、分割型軸受ハウジングに軸受半円筒体を装着して、分割型軸受ハウジングをボルトを用いて締結する際に、一対の分割型ハウジングの突き合せ端面に僅かな位置ずれが生じる。したがって、寒冷地において低温状態にある内燃機関を始動させる時に、一対の軸受半円筒体の片側の突き合わせ端面（周方向端面）において、直径方向で最大５μｍ程度の段差（ｇ）が生じる場合がある。

図５は、ハウジング分割体１４、１６をボルトで締結する時に、ハウジング分割体１４、１６の突き合わせ端面（分割型ハウジングの分割面）で位置ずれが生じて、軸受半円筒体２０Ｃ、２２Ｄの周方向端面（突き合わせ端面）で内周面に段差（ｇ）が生じた状態を示す。図７は、図５における軸受半円筒体２０Ｃ、２２Ｄの段差形成部Ａを拡大して示す。図７では、クランク軸３０が示されている。

軸受半円筒体２０Ｃ、２２Ｄは、内周面に多数の周方向溝２０ｄ、２２ｄが形成されている。周方向溝２０ｄ、２２ｄの好適溝形状は、図８に示すとおり横断面円弧形状である。図中、Ｈは周方向溝２０ｄ、２２ｄの深さを示す。軸受半円筒体２０Ｃの突き合わせ端面の一部である段差（ｇ）を、図７における矢印Ｂで指示される方向で見ると、図８に示される周方向溝２０ｄの横断面形状が、突き合わせ端面で開放された状態で現れている。図８には、周方向溝２０ｄ内に潤滑油の存在する状態が示されている。

軸受半円筒体２０Ｃ、２２Ｄの周方向端面において、軸受内周面に最大で５μｍ程度の段差（ｇ）が形成されたとしても、本実施例のように周方向溝２０ｄ、２２ｄの内周面に５μｍ〜２０μｍの周方向溝が存在すれば、周方向溝の深さが段差（ｇ）の大きさと同等以上になるので、クランク軸３０の回転方向（図７：矢印Ｘ参照）に流れる潤滑油が、軸受半円筒体２０Ｃの周方向端面に生じた段差（ｇ）で阻害されることなく、周方向溝２０ｄ内に進入して円滑に流れる。したがって、段差（ｇ）による潤滑油のワイピング現象を首尾よく防止できる。

これに対して、軸受半円筒体の内周面に周方向溝が形成されていない場合には、軸受半円筒体の周方向端面に生じた段差が、クランク軸の回転方向（Ｘ）に流れる潤滑油の進路を妨げる障壁になり、段差による潤滑油のワイピング現象が生じる。この結果、段差位置に達した潤滑油は、段差に沿って軸受の幅方向（軸線方向）に流れ易く、十分な軸受の潤滑が保証されない。

先に、周方向溝２０ｄ、２２ｄの溝深さ（Ｈ）を２０μｍ以下にすることについて述べた。その限定理由は、２０μｍを超えると、内燃機関運転時に、動荷重負荷を主に受けることになる軸受半円筒体の周方向中央部の摺動面で、潤滑油膜の形成が難しくなるからである。より好ましい周方向溝の深さは１０μｍ〜１５μｍである。
また、軸受半円筒体の内周面に形成する周方向溝の軸受幅方向におけるピッチは、０．３ｍｍ〜１．５ｍｍにするが、この理由は、０．３ｍｍ未満であると、周方向溝を形成する山の頂点部分の各断面積が過度に小さく、クランク軸との接触によって容易に摩耗し、摩耗量が増すと、軸受クリアランスが増大して、潤滑油の漏れ量が増加することになるからである。周方向溝のピッチが１．５ｍｍを超えると、クランク軸からの負荷を支えることになる軸受半円筒体の軸受幅方向における山の数が少ないために、一つの山頂点で受ける面圧が高くなり、摩擦熱によって軸受半円筒体の素材強度が低下し、摩耗量の増加を招く。軸受半円筒体の摩耗を少なくするための、より好ましい周方向溝の軸受半円筒体幅方向のピッチは０．５ｍｍ〜１．２ｍｍである。

軸受半円筒体２０Ｃ、２２Ｄの周方向溝２０ｄ、２２ｄは、その全内周面に形成されているが、クランク軸の回転方向とは反対の方向を向いた段差（ｇ）が存在する側の、軸受半円筒体２０Ｃの周方向端面を始点とする所定円周角に相当する周方向長さ範囲にのみ形成してもよい。

なお、周方向溝２０ｄ、２２ｄの好適溝形状は、図８に示すように、横断面円弧形状であるが、横断面Ｖ字形状も好適である。
周方向溝の溝形状が横断面円弧形状の場合、軸受半円筒体の突き合わせ面の一部である段差面の約２／３以上が溝内空間であり、その溝内を潤滑油が流れる。このことは、段差量（ｇ：図７）を実質的に１／３以下にしたのと同等の効果が得られることを示している。
周方向溝の溝形状が横断面Ｖ字形状の場合、軸受半円筒体の合わせ面の一部である段差面の約１／２以上が溝内空間であり、その溝内を潤滑油が流れる。このことは、段差量（ｇ：図７）を実質的に１／２以下にしたのと同等の効果が得られることを示している。
周方向溝を形成するためには、刃先が円弧形状またはＶ字形状の切削刃を用い、旋削加工により、切削刃先の形状を軸受半円筒体の内周面に転写すればよい。

ここで、図６に示す周方向溝形成形態の別例について説明する。図６に示す軸受半円筒体２０Ｄ、２２Ｅは、図５に示す軸受半円筒体２０Ｃ、２２Ｄと概ね同じ仕様であるが、周方向溝２０ｅ、２２ｅの形成範囲が、図５に示す例と異なる。すなわち、周方向溝２０ｅ、２２ｅは、軸受半円筒体２０Ｄ、２２Ｅの各周方向端面を始点とする少なくとも円周角１０°、最大で円周角５０°に相当する周方向長さ範囲に形成されている。この構成によれば、実施例４の場合と同様に、軸受半円筒体の周方向端面に段差が生じたとしても、潤滑油のワイピング現象を効果的に防止できる。
また、周方向溝２０ｅ、２２ｅが形成されない内周面範囲では、クランク軸用の分割型すべり軸受の通常の粗さである３．２μｍＲｚ以下になされる。この表面粗さによれば、軸受半円筒体の主荷重部となる周方向中央部の摺動面において油膜が形成され易く、すべり軸受としての十分な負荷能力が保証される。

本発明の実施例１に係る内燃機関のクランク軸用分割型すべり軸受を、互いに熱膨張率の異なる軸受ハウジングから成る分割型軸受ハウジングに装着した寒冷地における内燃機関始動時の状態を示す正面図。 図１に示した分割型すべり軸受にクラッシュリリーフを付与した状態を示す図１と同様な図面。 本発明の実施例２に係る内燃機関のクランク軸用分割型すべり軸受を、互いに熱膨張率の異なる軸受ハウジングから成る分割型軸受ハウジングに装着した寒冷地における内燃機関始動時の状態を示す正面図。 本発明の実施例３に係る内燃機関のクランク軸用分割型すべり軸受を、互いに熱膨張率の異なる軸受ハウジングから成る分割型軸受ハウジングに装着した寒冷地における内燃機関始動時の状態を示す正面図。 本発明の実施例４に係る内燃機関のクランク軸用分割型すべり軸受を、互いに熱膨張率の異なる軸受ハウジングから成る分割型軸受ハウジングに装着した寒冷地における内燃機関始動時の状態を示す正面図。 本発明の実施例５に係る内燃機関のクランク軸用分割型すべり軸受を、互いに熱膨張率の異なる軸受ハウジングから成る分割型軸受ハウジングに装着した寒冷地における内燃機関始動時の状態を示す正面図。 図５における段差形成部Ａを拡大して示す。 実施例４に示す分割型すべり軸受を構成する軸受半円筒体の内周面に形成された周方向溝の横断面形状を、軸受半円筒体の周方向端面で見た図。 互いに熱膨張率の異なる一対の軸受ハウジングから成る分割型軸受ハウジングを組立状態で示す従来例の説明図。 図９に示す分割型軸受ハウジングに、一対の軸受半円筒体から成る分割型すべり軸受を装着した状態を示す従来例の説明図。

符号の説明

１０ 内燃機関のクランク軸用分割型軸受ハウジング
１２ 軸受保持穴
１４ 相対的に高熱膨張率を有するハウジング分割体
１６ 相対的に低熱膨張率を有するハウジング分割体
１８ ボルト
２０ 軸受半円筒体
２０Ａ 軸受半円筒体
２０Ｂ 軸受半円筒体
２０Ｃ 軸受半円筒体
２０Ｄ 軸受半円筒体
２０ａ 周方向端部
２０ｂ 突き合せ端面
２０ｃ クラッシュリリーフ
２０ｄ 周方向溝
２０ｅ 周方向溝
２２ 軸受半円筒体
２２Ａ 軸受半円筒体
２２Ｂ 軸受半円筒体
２２Ｃ 軸受半円筒体
２２Ｄ 軸受半円筒体
２２Ｅ 軸受半円筒体
２２ａ 周方向端部
２２ｂ 突き合せ端面
２２ｃ クラッシュリリーフ
２２ｄ 周方向溝
２２ｅ 周方向溝
３０ クランク軸

Claims (20)

1. 一対の軸受半円筒体を互いに組み合わせて円筒形状体として用いられる、内燃機関のクランク軸用分割型すべり軸受であり、その組み合わせ状態と整合する態様で２分割された円筒形状の軸受保持穴を有する分割型軸受ハウジング内に収容して用いられる前記分割型すべり軸受において、
   前記分割型軸受ハウジングが、相対的に熱膨張率の高いハウジング分割体と、相対的に熱膨張率の低いハウジング分割体とから成り、
   前記高熱膨張率側ハウジング分割体に支持される前記軸受半円筒体を第一軸受半円筒体と称し、前記低熱膨張率側ハウジング分割体に支持される前記軸受半円筒体を第二軸受半円筒体と称するとき、非装着状態における前記第一および第二軸受半円筒体の寸法関係が、
   （１）前記第一および第二軸受半円筒体の外径寸法が等しく、かつ
   （２）前記第一軸受半円筒体の周方向両端部の厚さが、前記第二軸受半円筒体の周方向両端部の厚さよりも小さくなされており、
   それによって、前記第一および第二軸受半円筒体が装着された状態で一対の前記ハウジング分割体がボルト締結された状態で、寒冷地において低温状態の内燃機関を始動させる時に、一対の前記ハウジング分割体の周方向端面における軸受保持穴の内径に、両ハウジング分割体の熱収縮量の差に起因する段差が存在しても、前記第一および第二軸受半円筒体の周方向端面における両軸受半円筒体の内周面が整合状態になることを特徴とする内燃機関のクランク軸用分割型すべり軸受。
2. 前記第二軸受半円筒体は、周方向長さの全体に亘ってその厚さが均一であることを特徴とする請求項１に記載された内燃機関のクランク軸用分割型すべり軸受。
3. 前記第二軸受半円筒体は、周方向長さの中央部分から両周方向端面に向かってその厚さが増大していることを特徴とする請求項１に記載された内燃機関のクランク軸用分割型すべり軸受。
4. 前記第一軸受半円筒体は、周方向長さの全体に亘ってその厚さが均一であることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載された内燃機関のクランク軸用分割型すべり軸受。
5. 前記第一軸受半円筒体は、周方向長さの中央部分から両周方向端面に向かってその厚さが小さくなっていることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項に記載された内燃機関のクランク軸用分割型すべり軸受。
6. 前記第一および第二軸受半円筒体の内周面に、周方向に延在する多数の周方向溝が存在し、該第一および第二軸受半円筒体の２つの周方向端面を含む前記第一および第二軸受半円筒体の周方向端部領域に形成された前記周方向溝の深さが５μｍ〜２０μｍになされていることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項に記載された内燃機関のクランク軸用分割型すべり軸受。
7. 前記内周面における前記周方向端部領域が、当該周方向端面を始点とする少なくとも円周角１０°、最大で円周角５０°に相当する周方向長さで規定される範囲である請求項６に記載された内燃機関のクランク軸用分割型すべり軸受。
8. 前記周方向長さで規定される範囲以外の前記内周面の表面粗さが３．２μｍＲｚ以下である請求項７に記載された内燃機関のクランク軸用分割型すべり軸受。
9. 前記周方向溝のピッチが０．３ｍｍ〜１．５ｍｍである請求項６から請求項８までのいずれか一項に記載された内燃機関のクランク軸用分割型すべり軸受。
10. 前記第一および第二軸受半円筒体の内周面に形成された前記周方向溝の深さが、前記第一および第二軸受半円筒体の周方向端面の間で生じる段差量と同等以上の大きさである請求項６から請求項９までのいずれか一項に記載された内燃機関のクランク軸用分割型すべり軸受。
11. 一対の軸受半円筒体を互いに組み合わせて円筒形状体として用いられる、内燃機関のクランク軸用分割型すべり軸受と、
    前記一対の軸受半円筒体の組み合わせ状態と整合する態様で２分割された円筒形状の軸受保持穴を有し、該軸受保持穴内に前記一対の軸受半円筒体を収容して保持する内燃機関のクランク軸用分割型軸受ハウジングとを含む分割型すべり軸受装置において、
    前記分割型軸受ハウジングが、相対的に熱膨張率の高いハウジング分割体と、相対的に熱膨張率の低いハウジング分割体とから成り、
    前記高熱膨張率側ハウジング分割体に支持される前記軸受半円筒体を第一軸受半円筒体と称し、前記低熱膨張率側ハウジング分割体に支持される前記軸受半円筒体を第二軸受半円筒体と称するとき、非装着状態における前記第一および第二軸受半円筒体の寸法関係が、
    （１）前記第一および第二軸受半円筒体の外径寸法が等しく、かつ
    （２）前記第一軸受半円筒体の周方向両端部の厚さが、前記第二軸受半円筒体の周方向両端部の厚さよりも小さくなされており、
    それによって、前記第一および第二軸受半円筒体が組み込まれた状態で一対の前記ハウジング分割体がボルト締結され、寒冷地における内燃機関の始動時に、一対の前記ハウジング分割体の周方向端面に、熱膨張率の違いに基づいて、両ハウジング分割体の熱膨張量の差に起因する段差が生じても、前記第一および第二軸受半円筒体の周方向端面における両軸受半円筒体の内周面が整合状態になることを特徴とする内燃機関のクランク軸用分割型すべり軸受装置。
12. 前記第二軸受半円筒体は、周方向長さの全体に亘ってその厚さが均一であることを特徴とする請求項１１に記載された内燃機関のクランク軸用分割型すべり軸受装置。
13. 前記第二軸受半円筒体は、周方向長さの中央部分から両周方向端面に向かってその厚さが増大していることを特徴とする請求項１１に記載された内燃機関のクランク軸用分割型すべり軸受装置。
14. 前記第一軸受半円筒体は、周方向長さの全体に亘ってその厚さが均一であることを特徴とする請求項１１から請求項１３までのいずれか１項に記載された内燃機関のクランク軸用分割型すべり軸受装置。
15. 前記第一軸受半円筒体は、周方向長さの中央部分から両周方向端面に向かってその厚さが小さくなっていることを特徴とする請求項１１から請求項１３までのいずれか１項に記載された内燃機関のクランク軸用分割型すべり軸受装置。
16. 前記第一および第二軸受半円筒体の内周面に、周方向に延在する多数の周方向溝が存在し、該第一および第二軸受半円筒体の２つの周方向端面を含む前記第一および第二軸受半円筒体の周方向端部領域に形成された前記周方向溝の深さが５μｍ〜２０μｍになされていることを特徴とする請求項１１から請求項１５までのいずれか１項に記載された内燃機関のクランク軸用分割型すべり軸受装置。
17. 前記内周面における前記周方向端部領域が、当該周方向端面を始点とする少なくとも円周角１０°、最大で円周角５０°に相当する周方向長さで規定される範囲である請求項１６に記載された内燃機関のクランク軸用分割型すべり軸受装置。
18. 前記周方向長さで規定される範囲以外の前記内周面の表面粗さが３．２μｍＲｚ以下である請求項１７に記載された内燃機関のクランク軸用分割型すべり軸受装置。
19. 前記周方向溝のピッチが０．３ｍｍ〜１．５ｍｍである請求項１６から請求項１８までのいずれか一項に記載された内燃機関のクランク軸用分割型すべり軸受装置。
20. 前記第一および第二軸受半円筒体の内周面に形成された前記周方向溝の深さが、前記第一および第二軸受半円筒体の周方向端面の間で生じる段差量と同等以上の大きさである請求項１６から請求項１９までのいずれか一項に記載された内燃機関のクランク軸用分割型すべり軸受装置。

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