JP5496068B2 - 軸部材のすべり軸受構造 - Google Patents

Description

本発明は、軸部材のすべり軸受構造、特に、自動車用の内燃機関などに用いられる軸部材のすべり軸受構造に関する。

一般に、かかる軸部材のすべり軸受構造では、軸部材及び軸受部材の摺動面間のクリアランスに潤滑油を供給して潤滑油膜を形成し、この潤滑油膜内に生ずる油膜圧力により荷重を支持することで、摩擦損失の低減、磨耗や焼付き防止作用をもたらすようにしている。

従来からこのような摺動面間のクリアランスに潤滑油を保持するために、軸受の内周面に周方向に多数の細溝ないしは条痕を並列に形成した技術などが提案されている。

そして、特許文献１には、回転軸が接触する軸受部材に凹部を形成し、該凹部に軸受部材よりも熱膨張率の大きい材料からなる収縮部材を埋め込むことにより、軸受部が冷えた状態のときには凹部を油溜まりとし、熱を帯びるようになると収縮部材の膨張により面一の摺動面を形成させ、良好な潤滑特性を得ると共に、面圧を低減させて耐焼付性を向上させた軸受構造が開示されている。

特開２００７−２８５４５６号公報

ところで、自動車用の内燃機関などでは、その暖機完了後は、すべり軸受構造でのそれほど大きな摺動抵抗（摩擦損失）は発生しないが、例えば、極低温（−３０℃程度）から室温（２０〜２５℃程度）での低温始動時には非常に大きな摺動抵抗を生じている。これは、潤滑油の粘度が温度に依存し、かかる低温時には粘度が急激に増大するからである。

そこで、このような低温時の摺動抵抗を下げるために、軸受部の早期の温度上昇を図りたいが、かかる低温時では供給される潤滑油自体の温度も低く温度上昇が遅れること、及びせん断抵抗により発生した熱により潤滑油温度が上昇するにしても、この潤滑油は軸受部から直ぐに流出してしまうことから、軸受部の温度上昇に時間がかかるという問題があった。

一方、暖機完了後の定常運転や高速運転での高温時（８０〜１２０℃程度）では、十分な潤滑油量がないと過度の温度上昇を招き、焼き付きなどの不具合を発生させることから、高温時に十分な冷却能力を発揮できるすべり軸受構造が求められている。

なお、上述の特許文献１に開示された軸受構造は、回転軸が接触する軸受部材に形成された凹部に軸受部材よりも熱膨張率の大きい材料からなる収縮部材を埋め込み、軸受部が冷えた状態のときには凹部が油溜まりとなるようにするもので、軸受部の温度の早期上昇を意図するものではない。

そこで、本発明は、上記従来の実情に鑑みなされたもので、低温時の摺動抵抗の早期低減が可能で、高温時の潤滑油による冷却作用を阻害することのない軸部材のすべり軸受構造を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するための本発明に係る軸部材のすべり軸受構造の一形態は、相対的に回転可能な軸部材及び軸受部材の摺動面間に潤滑油が供給される軸部材のすべり軸受構造において、前記軸受部材の内周面の両端部に環状溝を形成し、該環状溝に対応する箇所に前記軸部材及び軸受部材と別体の環状部材を配置し、前記環状部材は、その内径が、低温時には前記軸受部材の内径よりも小さく、高温時には前記軸受部材の内径と同一又はより大きくなるような熱膨張率を有する材料で形成されていることを特徴とする。

なお、本明細書において、「低温時」とは、軸受部の温度が上述の極低温（−３０℃程度）から室温（２０〜２５℃程度）にある状態、及び「高温時」とは、同じく軸受部の温度が上述の暖機完了後の定常運転や高速運転での高温時（８０〜１２０℃程度）にある状態を意味する。

この一形態の軸部材のすべり軸受構造によれば、環状部材は、その内径が低温時には軸受部材の内径よりも小さく、高温時には軸受部材の内径と同一又はより大きくなるように変形する。したがって、低温時には、環状部材と軸部材とのクリアランスが軸部材と軸受部材とのクリアランスよりも小さくなり、軸部材及び軸受部材の摺動面間に供給された潤滑油の軸受部の両端から漏れる量が制限されるので、軸受部に保持された潤滑油がせん断されて加熱され、軸受部の温度が早期に上昇する。一方、高温時には、環状部材と軸部材とのクリアランスが軸部材と軸受部材とのクリアランスと同一又はより大きくなり、潤滑油が軸受部の両端から漏れる量が制限されないので、潤滑油による冷却作用が奏される。

ここで、上記一形態に加えて、前記軸部材の外周面には、前記軸受部材のそれぞれの環状溝に相対する箇所に、環状溝が形成されていてもよい。

この形態によれば、低温時に環状部材が収縮するとき、その内径が軸部材の外周面に形成された環状溝内に入り込むようにし、環状部材と軸部材とのクリアランスをゼロにして潤滑油が軸受部の両端から漏れるのを極端に制限（シール）することができる。従って、熱膨張比の大きな材質の環状部材を用いることができ、シールできる温度範囲が拡がり、より細やかな制御が可能となる。また、この形態では、軸部材と軸受部材との組付けの際に、環状部材を軸部材の外周面に形成された環状溝に位置決めした後に、環状部材と共に軸部材を軸受部材に取り付ければよく、組付け性が向上する。なお、軸部材の外周面に形成される環状溝には、環状部材の内径部が若干入り込む程度でよいので、この軸部材の外周面に形成される環状溝は軸受部材の内周面に形成される環状溝の深さよりも浅くてもよい。

さらに、上記の形態に加えて、前記軸受部材の環状溝内で前記環状部材の背面に前記潤滑油を供給する油路が形成されていてもよい。

この形態によれば、軸部材及び軸受部材の摺動面間に供給される潤滑油が、当該油路を介して軸受部材の環状溝内で環状部材の背面に供給される。従って、環状部材はその背面から油圧により押圧されて、軸部材とのクリアランスが小さく（ほとんどゼロ）維持される。潤滑油の粘度が高い低温時には、供給される潤滑油の油圧も高くなるが、このように環状部材と軸部材とのクリアランスが小さく維持されることにより、潤滑油の軸受部からの流出が制限され、軸受部の温度上昇を助けることができる。

本発明によれば、低温時の摺動抵抗の早期低減が可能で、高温時の潤滑油による冷却作用を阻害することがない。

本発明に係る軸部材のすべり軸受構造の第１の実施形態を示す横断面図である。 図１の軸部材のすべり軸受構造の下側半分の縦断面図であり、（Ａ）は、低温時、（Ｂ）は温度上昇時を示す。 本発明に係る軸部材のすべり軸受構造の実施形態に用いられる環状部材の一例を示す斜視図である。 本発明に係る軸部材のすべり軸受構造の第２の実施形態を示し、（Ａ）は横断面図、（Ｂ）は下側半分の縦断面図である。 本発明に係る軸部材のすべり軸受構造の第３の実施形態を示し、（Ａ）は横断面図、（Ｂ）は下側半分の縦断面図である。

以下、添付の図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について詳細に説明する。

まず、本発明をエンジンのクランクシャフトのすべり軸受構造に適用した第１の実施の形態につき、図１及び２を参照して説明する。図１及び２において、１０は回転する軸部材としてのクランクシャフトのメインジャーナル、１２はメインジャーナル１０を回転自在に支持するための軸受部材としてのジャーナルベアリングである。ジャーナルベアリング１２は、不図示のシリンダブロックに形成された上側ハウジング１４ａ及びこれに締結されるベアリングキャップに形成された下側ハウジング１４ｂからなるハウジング１４に収容され、挟まれて固定されている。

なお、本実施の形態では、ジャーナルベアリング１２は、上側ジャーナルベアリング１２ａ及び下側ジャーナルベアリング１２ｂとで構成されている。そして、上側ジャーナルベアリング１２ａ及び下側ジャーナルベアリング１２ｂは、それぞれ、上側裏金１２ａ１及び下側裏金１２ｂ１に上側ライニング１２ａ２及び下側ライニング１２ｂ２が、それぞれ、装着されて構成されている（なお、図２には、下側裏金１２ｂ１と下側ライニング１２ｂ２とで構成される下側ジャーナルベアリング１２ｂのみが示されている）。そして、メインジャーナル１０と、上側ジャーナルベアリング１２ａ及び下側ジャーナルベアリング１２ｂで構成されているジャーナルベアリング１２とは、それらの全周に亘り所定のクリアランスを有するように設定され、このクリアランスに対し油通路１５及び上側ジャーナルベアリング１２ａに形成され油孔を介して潤滑油が供給される。

そこで、本実施形態における軸受部材としてのジャーナルベアリング１２では、第１の実施形態として、上側ジャーナルベアリング１２ａと下側ジャーナルベアリング１２ｂの内周の摺動面において、その両端部にそれぞれ環状溝１６（上側環状溝１６ａと下側環状溝１６ｂとからなる）が連続して形成されている（なお、図２には下側ジャーナルベアリング１２ｂ及び下側環状溝１６ｂのみが示されている）。そして、これらの環状溝１６に対応する箇所にメインジャーナル１０及びジャーナルベアリング１２と別体の環状部材１８が配置されている。

当該環状部材１８は、図３に示すように、幅ｗと厚さｔのほぼ矩形断面を有する環状とされ、軸受部への装着に便利なように合口１８ａが形成されている。そして、環状部材１８は、その外径部が環状溝１６内に位置されて、低温時には、その内径部が図２（Ａ）に示すようにジャーナルベアリング１２の内径よりも小さく、換言すると、メインジャーナル１０の外径とほぼ同一となり、定常運転時や高速運転時といった温度上昇時の高温時には、その内径部が図２（Ｂ）に示すようにジャーナルベアリング１２の内径と同一又はこれより大きく、換言すると、環状部材１８の厚さｔの分が環状溝１６内に埋没するようになるように変形する熱膨張率を有する材料（例えば、樹脂）で形成されている。ここで用いられる環状部材１８としては、ポリイミド樹脂を挙げることができる。

なお、環状溝１６の深さは、高温時に膨張した環状部材１８の内径部がジャーナルベアリング１２の内径と同一又はより大きくなるように決定される。

このように構成された本実施の形態によれば、今、エンジンが冷機状態にある低温時での始動時には、環状部材１８は収縮状態にあり、その内径が、図２（Ａ）に示すように、ジャーナルベアリング１２の内径よりも小さく、環状部材１８とメインジャーナル１０とのクリアランスがメインジャーナル１０とジャーナルベアリング１２とのクリアランスよりも小さい状態にある。この状態では、メインジャーナル１０及びジャーナルベアリング１２の摺動面間のクリアランスに油通路１５を介して供給された潤滑油は、その流出が収縮状態にある環状部材１８によって妨げられて、ジャーナルベアリング１２による軸受部の両端からの潤滑油漏れ量が制限される。したがって、環状部材１８の間の軸受部に保持された潤滑油は、メインジャーナル１０の回転に伴いせん断されて熱を発生し、この結果、軸受部の温度が早期に上昇することになる。

一方、エンジンの暖機後の高温時には、環状部材１８が熱膨張状態にあり、その内径がジャーナルベアリング１２との内径と同一又はより大きくなるように変形し、図２（Ｂ）に示すように、環状部材１８とメインジャーナル１０とのクリアランスがメインジャーナル１０とジャーナルベアリング１２とのクリアランスと同一又はより大きくなる。この状態では、油通路１５を介して供給された潤滑油は、膨張状態にある環状部材１８によってその流出が妨げられず、ジャーナルベアリング１２による軸受部の両端からの潤滑油漏れ量が制限されないので、潤滑油による軸受部の冷却作用が奏される。

次に、本発明に係る軸部材のすべり軸受構造の第２の実施形態を、図４を参照して説明する。この第２実施形態が上述の第１実施形態と異なるのは、軸部材であるメインジャーナル１０の外周面に、軸受部材であるジャーナルベアリング１２のそれぞれの環状溝１６に径方向で相対する箇所に、環状溝２０が形成されている点のみであるから、同一機能部位については第１の実施形態で用いたのと同一の符号を用い重複説明を避ける。なお、図４（Ｂ）には、下側ジャーナルベアリング１２ｂに形成された環状溝１６ｂに径方向で相対する箇所に形成された環状溝２０が示されているが、この環状溝２０はメインジャーナル１０の外周面の全周にわたり形成されることは言うまでもない。

この第２の実施形態においては、低温時に環状部材１８が、その内径がメインジャーナル１０の外周面に形成された環状溝２０内に入り込み、環状部材１８とメインジャーナル１０とのクリアランスはゼロとなるように収縮変形する。その結果、環状部材１８は、第１の実施形態に比べて、潤滑油がジャーナルベアリング１２の両端から漏れるのをほぼ完全に制限（シール）することになる。また、変形許容量がメインジャーナル１０の環状溝２０の分、増大されるので、環状部材１８として熱膨張比の大きな材質の部材を用いることができ、シールできる温度範囲が拡がり、より細やかな制御が可能となる。

また、この第２の実施形態では、クランクシャフトと軸受ハウジングとの組付けの際に、環状部材１８をメインジャーナル１０の外周面に形成された環状溝２０に位置決めした後に、環状部材１８と共にクランクシャフトを軸受ハウジングに取り付ければよく、組付け性が向上する。

なお、メインジャーナル１０の外周面に形成される環状溝２０には、環状部材１８の内径部が若干入り込む程度でよいので、この環状溝２０はジャーナルベアリング１２の内周面に形成される環状溝１６の深さよりも浅くてもよい。

次に、本発明に係る軸部材のすべり軸受構造の第３の実施形態を、図５を参照して説明する。この第３実施形態が上述の第１実施形態と異なるのは、軸受部材としてのジャーナルベアリング１２の環状溝１６内で環状部材１８の背面に潤滑油を供給する油路が形成された点のみであるから、同一機能部位については第１の実施形態で用いたのと同一の符号を用い重複説明を避ける。

すなわち、この第３の実施形態では、シリンダブロックに形成された上側ハウジング１４ａ及びこれに締結されるベアリングキャップに形成された下側ハウジング１４ｂからなるハウジング１４に、油通路１５に連通する油溝２２が形成され、さらに、この油溝２２と環状溝１６内で環状部材１８の背面とに連通する油路２４がジャーナルベアリング１２に形成されている。図５（Ｂ）には、下側裏金１２ｂ１と下側ライニング１２ｂ２とで構成される下側ジャーナルベアリング１２ｂの下側裏金１２ｂ１に油路２４が形成された実施形態が示されている。

この形態によれば、メインジャーナル１０及びジャーナルベアリング１２の摺動面間に油通路１５を介して供給される潤滑油が、油溝２２及び油路２４を介してジャーナルベアリング１２の環状溝１６内で環状部材１８の背面に供給される。従って、環状部材１８はその背面から油圧により押圧されて、メインジャーナル１０とのクリアランスが小さく（ほとんどゼロ）に維持される。潤滑油の粘度が高い低温時には、供給される潤滑油の油圧も高くなるが、このように環状部材１８とメインジャーナル１０とのクリアランスが小さく維持されることにより、潤滑油の軸受部からの流出が制限され、軸受部の温度上昇を助けることができる。また、エンジンの停止時には、長い時間、軸受部からの潤滑油の流出を阻止することができるのである。

なお、上記説明では、本発明をクランクシャフトのメインジャーナルの軸受部に適用した実施形態につき説明したが、他の部位のすべり軸受構造、例えば、クランクシャフトのピン部、カムシャフトのメインジャーナル軸受部などにも本発明を適用することが可能であることは言うまでもない。また、ジャーナルベアリングを有さない直受けの軸受構造の場合であっても、軸部材を支持する軸受ハウジングに上述の環状溝を形成し、上述の環状部材を配置するようにしても同様の効果を得ることができる。

１０ メインジャーナル（軸部材）
１２（１２ａ、１２ｂ） ジャーナルベアリング（軸受部材）
１４（１４ａ、１４ｂ） 軸受ハウジング
１５ 油通路
１６ 軸受部材の環状溝
１８ 環状部材
２０ 軸部材の環状溝
２２ 油溝
２４ 油路

Claims (3)

1. 相対的に回転可能な軸部材及び軸受部材の摺動面間に潤滑油が供給される軸部材のすべり軸受構造において、
   前記軸受部材の内周面両端部に環状溝を形成し、該環状溝に対応する箇所に前記軸部材及び軸受部材と別体の環状部材を配置し、
   前記環状部材は、その内径が、低温時には前記軸受部材の内径よりも小さく、高温時には前記軸受部材の内径と同一又はより大きくなるような熱膨張率を有する材料で形成されていることを特徴とする軸部材のすべり軸受構造。
2. 前記軸部材の外周面には、前記軸受部材のそれぞれの環状溝に相対する箇所に、環状溝が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の軸部材のすべり軸受構造。
3. 前記軸受部材の環状溝内で前記環状部材の背面に前記潤滑油を供給する油路が形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の軸部材のすべり軸受構造。

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