JP5096992B2 - 内燃機関用すべり軸受 - Google Patents

Description

本発明は、一対の半円筒形状軸受を円筒形に組み合わせてクランク軸を支承する内燃機関のすべり軸受に関するものである。

従来のクランク軸用すべり軸受は、２つの半円筒形状軸受を組み合わせて円筒形にしたものを使用している。一対の半円筒形状軸受のうちの少なくとも一方の軸受内周面に、円周方向油溝が形成され、円周方向油溝を経てクランクピン外周面に対する給油が行なわれる。この円周方向油溝は、一定深さにするのが一般的である（特許文献１参照）。

一方、近年になって、潤滑油供給用オイルポンプの小型化に対応して、軸受端部からの潤滑油の漏れ量を減少させるべく、軸受中央部から軸受の端部に向かって油溝断面積を減少させる絞り部を形成し、あるいはまた、潤滑油供給の油穴から周方向端部の間の溝底面に突起による絞り部を形成し、もって供給潤滑油圧力を低減化可能なすべり軸受が用いられるようになってきた（特許文献２〜４参照）。
特開平８−２７７８３１号公報 特開平４−２１９５２１号公報 特開２００５−７６７５５号公報 特開２００６−１４４９１３号公報

内燃機関用すべり軸受に対する潤滑油の供給は、まず、クランク軸用すべり軸受の外部からクランク軸用すべり軸受の内面に形成された円周方向油溝内に供給され、その潤滑油がクランク軸用すべり軸受の摺動面および、クランクピン用すべり軸受の摺動面に供給される。
内燃機関の最初の運転時には、クランク軸用すべり軸受の円周方向溝に供給される潤滑油中に、潤滑油路内に残留した異物が混入しがちである。異物とは、油路を切削加工した時の金属加工屑や鋳造時の鋳砂等を意味する。この異物は、クランク軸の回転によって潤滑油の流れに付随し、従来の内燃機関用すべり軸受では、軸受円周方向端部に形成されるクラッシュリリーフや面取等の隙間部を通じて潤滑油と共に排出される。しかしながら、近年の内燃機関は、クランク軸の高回転化により、潤滑油よりも比重の大きな異物に作用する慣性力（異物が円周方向に沿って前進しようとする慣性力）が大きくなって、すべり軸受の組み合わせ端面（一対の半円筒形状軸受の組み合わせ端面）における隙間部分から異物が排出されずに、油溝を有しない側のすべり軸受（他方の半円筒形状軸受）の摺動面部分に混入し、異物による軸受摺動面の損傷が発生しやすくなっている。

一方、軸受端部からの潤滑油の漏れ量を減少させるために、半円筒形状軸受の円周方向端部における油溝内に絞り部を形成したすべり軸受が提案されている（特許文献２〜４参照）。これらのすべり軸受を、前記異物の観点で検討すると、潤滑油の流れ方向に対する絞り部の下流側で潤滑油の流速が増大し、それに応じて潤滑油に付随する異物に作用する前記慣性力が更に大きくなり、軸受摺動面への異物混入の機会が更に増すという問題がある。
かくして、本発明の目的は、異物排出性に優れた内燃機関用すべり軸受を提供することである。

前記目的に照らし、本発明により、以下のすべり軸受が提供される。
一対の半円筒形状軸受のうち、少なくとも一方の半円筒形状軸受の内周面に円周方向に延在する油溝が形成されている前記一対の半円筒形状軸受を円筒形に組み合わせてクランク軸を支承する内燃機関のすべり軸受において、
前記油溝は、前記半円筒形状軸受の円周方向長さの中央部を含み、
前記油溝の溝底面が、平面部なしに連続的に起伏する複数の山と複数の谷から成る凹凸面になされており、
前記軸受内周面すなわち軸受摺動面と前記谷の深さとで規定される溝深さをＨ、前記凹凸面の高低差すなわち前記山の高さをｈとしたとき、前記複数の山のうちの任意の山と、これに隣接する位置にある前記谷との寸法関係が、関係式ｈ＜０．１５Ｈによって規定されることを特徴とする内燃機関のすべり軸受。

本発明の第一の実施形態では、前記山の高さｈが１０μｍ以上である。
本発明の第二の実施形態では、油溝が、半円筒形状軸受の円周方向全長に亘って軸受内周面に形成される。
本発明の第三の実施形態では、油溝の円周方向長さが、半円筒形状軸受の円周方向全長よりも短く、該油溝の円周方向両端部の少なくとも一方が、半円筒形状軸受の円周方向端面に達しない。
本発明の第四の実施形態では、軸受内周面すなわち軸受摺動面と前記溝底面の谷部とで規定される溝深さについて、半円筒形状軸受の円周方向長さの中央部における溝深さ（円周方向角度０°位置に最も近く形成される谷部の深さを意味する）をｄ_０、円周方向の油溝両端部における溝深さ（円周方向の油溝両端部に最も近く形成される谷部の深さを意味する）をｄ_１としたとき、油溝が、関係式ｄ_１≦ｄ_０を満たす。

作用
円周方向油溝の溝底面を円周方向に連続する凹凸面で形成することにより、潤滑油に混入した異物の円周方向への移動速度を低下させて、軸受円周方向端部から潤滑油と共に異物を排出させることができる。
潤滑油中に混入する異物は主に金属または鋳砂であり、潤滑油よりも比重が大きいので、クランク軸の回転による遠心力で油溝内の溝底面に沿って転動しながら移動する。本発明のように溝底面を平面部なしに連続的に起伏する複数の山と複数の谷から成る凹凸面で形成すると、溝底面の谷部分、および、山部分と、異物との接触関係により、異物の移動速度を低下させることができる。特に、軸受損傷の原因となる大きなサイズの異物の場合、サイズが大きくなればなるほど、異物が遠心力により溝底面に沿って転動し易くなるので、溝底面を凹凸面で形成することによって移動速度を低下させる効果が大きくなる。この結果、軸受円周方向端部に到達した異物の移動速度が低くなり、円周方向に直進しようとする慣性力が小さく、軸受円周方向端部の間隙を通じて軸受の幅方向端部から排出させることができる。
溝底面に沿って転動する異物に対して十分な接触抵抗を与えるため、溝底凹凸面の高低差（すなわち山の高さｈ）を１０μｍ以上にすることが好ましい。
また、凹凸面の高低差ｈを溝深さＨの１５％未満とし、谷部と山部に沿って流れる時の潤滑油の圧力変化を最小限とし、さらに、溝底面を連続した凹凸面で形成して潤滑油の圧力を穏やかに変化するようにしたので、潤滑油は油溝内を円滑に流れる。
溝底面の凹凸の高低差ｈが溝深さＨの１５％以上であると、溝底面付近の潤滑油の流れが乱れて溝内を円滑に流れなくなり、内燃機関に圧力損失が発生し、また、油溝内で異物を浮上させようとする力が働くので、異物が軸受摺動面に混入してしまう場合がある。
さらに、溝深さＨを一定にしたすべり軸受でも、軸受円周方向中央部から端部に向かって溝深さＨを小さくし、軸受円周方向端部における軸受幅方向端部からの潤滑油の漏れ量を減少させるすべり軸受でも、溝底面凹凸の高低差ｈを溝深さＨの１５％未満にすることにより、潤滑油の流れに影響を与えることなく、油溝底面を転動する異物の移動速度を低下させて、軸受円周方向端部における軸受幅端部から異物を排出させることができる。
以下、添付図面を見ながら本発明の実施例および比較例について説明する。

図１、図２は、本発明の実施例１に係わる半円筒形状のすべり軸受１０を示す。図１は、すべり軸受１０の内周面を見た図であり、図２は、図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図である。すべり軸受１０は、その両端面１４を、同じく半円筒形状のすべり軸受（図示せず）の両端面と突き合わせ、円筒形状体を構成して使用される。
すべり軸受１０は、その内周面（軸受摺動面）１２の幅方向中央部に、円周方向に延在する油溝１６を有する。油溝１６は、内周面の全長に亘って形成され、両端面１４で溝端が開口されている。また、油溝１６は、その溝底面が、平坦部なしに連続的に起伏する複数の山１６Ａと複数の谷１６Ｂから成る凹凸面になされている。本実施例では、複数の谷１６Ｂの最深部が、軸受中心（軸線）に対する半径ｒの円弧上にある。
ここで、内周面（軸受摺動面）１２を基準面とする油溝１６の深さをＨ（これは、内周面１２から谷１６Ｂの最深部までの深さに等しい）とし、凹凸面の高低差すなわち山の高さをｈ（本実施例では一定）としたとき、Ｈとｈは、以下の関係式（１）を満たすように構成されている。好適には、山の高さｈは１０μｍ以上になされる。

ｈ＜０．１５Ｈ ……（１）

すべり軸受１０は以上のように形成されており、軸受壁を貫通して形成された図示されない油穴を通じて、油溝１６内に潤滑油が供給され、軸受端面１４側に向かって油溝１６内を円周方向に流れる。油溝１６の底面の凹凸高低差（山の高さｈ）が、好適には１０μｍ以上の凹凸面になされており、この凹凸面が、潤滑油と共に油溝内に混入して油溝の底面に沿って転動する異物の抵抗になり、異物の移動速度を低下させる。軸受周方向端部に到達した異物は移動速度が遅く、円周方向に直進しようとする慣性力が小さいので、軸受幅方向端部から潤滑油と共に首尾よく排出することができる。
また、凹凸面の高低差を、ｈ＜０．１５Ｈの関係式を満たすように形成したことにより、凹凸面の谷部分および山部分に沿って流れる時の潤滑油の圧力変化を最小限にし、さらに溝底面を連続した凹凸面で形成して圧力を穏やかに変化するようにしたことにより、潤滑油が油溝内を円滑に流れる。異物の転動速度を低下させるために円周方向油溝の溝底面を連続する６つ以上の凹凸（山と谷）で形成することが好ましい。
＊具体的数値の一例： 軸受内径寸法４５ｍｍ、溝深さＨが０．８ｍｍの溝を形成したすべり軸受の場合には凹凸の高低差すなわち山の高さｈは１０μｍ以上０．１２ｍｍ未満とすることが好ましい。連続する谷１６Ｂまたは山１６Ａのピッチは、円周方向油溝の溝底面を連続する６つ以上の凹凸（山と谷）で形成するように円周角度３６°以下となるピッチとすることが好ましい。

溝底に連続凹凸面を形成した油溝１６の加工は、切削加工やプレス加工等の一般的な方法で行なうことができる。切削加工の場合には、切削カッターの回転軸中心を溝底凹凸に相当する軌跡を描くように変動させて形成することができる。溝深さＨ、および、溝幅寸法は、従来のすべり軸受と同様に内燃機関の軸受部分の仕様により決まるものであり、特に制約はない。また、従来のすべり軸受と同様に油溝の側面に面取部分を形成することもできる。

図３、図４は、本発明の実施例２に係わる半円筒形状のすべり軸受２０を示す。図３は、すべり軸受２０の内周面を見た図であり、図４は、図３におけるＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図である。すべり軸受１０と同様に、すべり軸受２０は、その内周面（軸受摺動面）２２の幅方向中央部に、円周方向に延在する油溝２６を有する。油溝２６は、油溝１６と違って、内周面の全長に亘って形成されておらず、溝端が軸受両端面２４で開口されていない。このように、両端面２４で溝端を開口させない構成を採用すると、溝端からの潤滑油漏れ量が減少し、潤滑油に付随する異物の移動速度が低下する。軸受周方向端部に到達した異物は移動速度が遅く、直進しようとする慣性力が小さいので、軸受幅方向端部から潤滑油と共に排出することができる。

本実施例における溝底の連続凹凸面も、基本的には、油溝１６の構造と同じであるが、油溝２６が内周面の全長に亘って形成されていない点、および、内周面（軸受摺動面）２２を基準面とする油溝２６の深さＨが、すべり軸受２０の円周方向長さの中央部で最大で、両溝端に向かって次第に小さくなっている点で、油溝１６の構造と異なる。この場合、溝深さＨと、山の高さｈとの関係は、軸受円周方向における任意の山の高さｈと、この山に隣接する谷部における溝深さＨとが数式１を満たすようになされる。

図５、図６は、本発明の実施例３に係わる半円筒形状のすべり軸受３０を示す。図５は、すべり軸受３０の内周面を見た図であり、図６は、図５におけるＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図である。すべり軸受３０は、油溝３６の溝端が軸受両端面３４で開口されている点を除き、すべり軸受２０とほぼ同様な油溝構造を有する。油溝３６の溝深さＨが、すべり軸受３０の円周方向長さの中央部で最大で、両溝端に向かって次第に小さくなっていることにより、溝端からの潤滑油漏れ量が減少し、潤滑油に付随する異物の移動速度が低下する。軸受周方向端部に到達した異物は移動速度が遅く、直進しようとする慣性力が小さいので、軸受幅方向端部から潤滑油と共に排出することができる。

以上、本発明の３つの実施例について説明したが、油溝深さＨを軸受の円周方向中央部から端部に向かって小さくなるように油溝を形成するすべり軸受において、円周方向油溝の端部近傍の溝深さＨが非常に小さくなるために、溝底面凹凸の高低差を溝深さＨに対し１５％未満にすることが、加工機械の精度との関係によって困難である場合には、油溝円周方向端部近傍範囲においては、溝深さＨに対する凹凸高低差ｈが１５％以上である溝底凹凸面で形成したり、平滑な溝底面を形成したりすることを許容できる。ただし、この範囲は、円周方向溝の端部から１５°以内にすることが好ましい。
また、図示例に限定されず、円周方向油溝の端部が軸受の片側端面でのみ開口される場合も可能であり、油溝底面の円周方向に沿う断面形状は、実施例に示すような単一円弧から成る形状であっても、複数の円弧から成る場合も可能である。
なお、本願のすべり軸受には従来のすべり軸受と同じく、すべり軸受の厚さを軸受円周方向の中央部から端部に向かって薄くなるように偏肉させてもよく、また、軸受円周方向端部の軸受内周面側にクラッシュリリーフや面取りを形成してもよい。

［比較例１］
図７、図８は、比較例１に係わる公知の半円筒形状すべり軸受４０を示す。図７は、すべり軸受４０の内周面を見た図であり、図８は、図７におけるＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う断面図である。すべり軸受４０は、その内周面（軸受摺動面）４２の幅方向中央部に、円周方向に延在する油溝４６を有する。油溝４６は、内周面の全長に亘って形成され、軸受両端面４４で溝端が開口されている。油溝４６の溝底面は、起伏のない平坦面（平滑面）である。

［比較例２］
図９、図１０は、比較例２に係わる半円筒形状すべり軸受５０を示す。図９は、すべり軸受５０の内周面を見た図であり、図１０は、図９におけるＸ−Ｘ線に沿う断面図である。すべり軸受５０は、その内周面（軸受摺動面）５２の幅方向中央部に、円周方向に延在する油溝５６を有する。油溝５６は、内周面の全長に亘って形成され、軸受両端面５４で溝端が開口されている。油溝５６の底面は、溝両端部分を除く、中央領域の大部分が比較例１の油溝４６と同様に起伏のない平坦面（平滑面）である。溝両端部分における油溝５６の底面には、溝深さＨの５０％である高さｈを有する各複数の隆起部５８が形成され、他の箇所に比して溝横断面面積が小さくなっている。

実施例１〜３と比較例１，２の比較
実施例では、軸受の壁に設けた油穴（図示せず）を通じて円周方向油溝内に供給された潤滑油が油溝内を周方向に流れる。油溝の溝底面を、好適には１０μｍ以上の高低差の凹凸面により形成したことにより、凹凸面は、潤滑油と共に油溝内に混入して油溝底面に沿って転動する異物の抵抗になり、異物の移動速度を低下させる。軸受円周方向端部に到達した異物は移動速度が遅く、円周方向に直進しようとする慣性力が小さいので軸受幅方向端部より排出される潤滑油と共に排出することができる。凹凸面の高低差ｈを油溝深さＨの１５％未満とし、谷部および山部に沿って流れる時の潤滑油の圧力変化を最小限になし、さらに、溝底面を連続した凹凸面で形成して潤滑油圧力が穏やかに変化するように構成したので、潤滑油は油溝内を円滑に流れる。
比較例１の場合、油溝内に潤滑油と共に混入した異物は、油溝底面に沿って転動するが、溝底面が平滑であるため抵抗が少なく、異物の移動速度を低下させる効果はない。このため、異物の円周方向に直進しようとする慣性力が大きく、軸受の円周方向端面に到達した異物が軸受幅方向に排出されることなく、対をなす相手側半割形状軸受（図示せず）の軸受摺動面部分に混入しやすい。
比較例２の場合、油溝内を円周方向に流れる潤滑油は軸受の円周方向端部付近の油溝底面に断続的に形成された隆起部付近で局部的で急激な潤滑油の圧力変動が生じるため、油溝内を潤滑油が円滑に流れず圧力損失が生じる。また、潤滑油流れ方向に対する隆起部の下流側では、絞り効果によって潤滑油の流速が大きくなるため、異物の移動速度も速くなる。このため、異物の円周方向に直進しようとする慣性力が大きく、軸受の円周方向端面に到達した異物が、軸受幅方向に排出されることなく、対となる相手側半割形状軸受（図示せず）の軸受摺動面部分に混入しやすい。また、隆起部による円周方向溝内の潤滑油の急激な圧力変動により異物が潤滑油中で浮上し、隆起部を有する軸受自体の軸受摺動面への混入も生じやすくなるという新たな問題も発生する。

本発明の実施例１に係わる半円筒形状すべり軸受の内周面を見た図。 図１におけるＩＩ−ＩＩ線に沿う断面図。 本発明の実施例２に係わる半円筒形状すべり軸受の内周面を見た図。 図３におけるＩＶ−ＩＶ線に沿う断面図。 本発明の実施例３に係わる半円筒形状すべり軸受の内周面を見た図。 図５におけるＶＩ−ＶＩ線に沿う断面図。 比較例１に係わる公知の半円筒形状すべり軸受の内周面を見た図。 図７におけるＶＩＩＩ−ＶＩＩＩ線に沿う断面図。 比較例２に係わる半円筒形状すべり軸受の内周面を見た図。 図９におけるＸ−Ｘ線に沿う断面図。

符号の説明

１０ すべり軸受
１２ 内周面（軸受摺動面）
１４ 端面
１６ 油溝
１６Ａ 山
１６Ｂ 谷
２０ すべり軸受
２２ 内周面（軸受摺動面）
２４ 端面
２６ 油溝
３０ すべり軸受
３２ 内周面（軸受摺動面）
３４ 端面
３６ 油溝
４０ すべり軸受
４２ 内周面（軸受摺動面）
４４ 端面
４６ 油溝
５０ すべり軸受
５２ 内周面（軸受摺動面）
５４ 端面
５６ 油溝
５８ 隆起部
Ｈ 油溝の深さ
ｈ 山の高さ

Claims (5)

1. 一対の半円筒形状軸受のうち、少なくとも一方の半円筒形状軸受の内周面に円周方向に延在する油溝が形成されている前記一対の半円筒形状軸受を円筒形に組み合わせてクランク軸を支承する内燃機関のすべり軸受において、
   前記油溝は、前記半円筒形状軸受の円周方向長さの中央部を含み、
   前記油溝の溝底面が、平面部なしに連続的に起伏する複数の山と複数の谷から成る凹凸面になされており、
   前記軸受内周面すなわち軸受摺動面と前記谷の深さとで規定される溝深さをＨ、前記凹凸面の高低差すなわち前記山の高さをｈとしたとき、前記複数の山のうちの任意の山と、これに隣接する位置にある前記谷との寸法関係が、関係式ｈ＜０．１５Ｈによって規定されることを特徴とする内燃機関のすべり軸受。
2. 前記山の高さをｈが１０μｍ以上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すべり軸受。
3. 前記油溝が、前記半円筒形状軸受の円周方向全長に亘って軸受内周面に形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載された内燃機関のすべり軸受。
4. 前記油溝の円周方向長さが、半円筒形状軸受の円周方向全長よりも短く、該油溝の円周方向両端部の少なくとも一方が、半円筒形状軸受の円周方向端面に達していないことを特徴とする請求項１または請求項２に記載された内燃機関のすべり軸受。
5. 前記軸受内周面すなわち軸受摺動面と前記溝底面の谷部とで規定される溝深さについて、前記半円筒形状軸受の円周方向長さの中央部における溝深さをｄ_０、円周方向の油溝両端部における溝深さをｄ_１としたとき、前記油溝が、関係式ｄ_１≦ｄ_０を満たすことを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載された内燃機関のすべり軸受。