JP5697720B2 - バランサメタル - Google Patents

Description

本発明は、バランサメタルに関する。詳細には、バランサシャフトのジャーナル部を回転可能に支持するべく、軸受部材に装着される一対の半割メタルを有するバランサメタルに関する。

自動車用内燃機関では、クランクシャフト等の回転部材を支持するために滑り軸受が使用されることがある（例えば、特許文献１）。このような滑り軸受では、シリンダブロックの壁部及びベアリングキャップによって形成される軸受孔の内周面に円筒状のメタルが装着され、クランクシャフトのジャーナル部はメタルを介して軸受孔に支持される。メタルは、半円筒状に形成された一対の半割メタルから構成される。一対の半割メタルは、周方向における両端に合わせ面をそれぞれ有し、これらの合わせ面において互いに突き合わされることによって、円筒状のメタルを構成する。これらの半割メタルの周方向における端部付近には、軸受孔の形状や半割メタルに起因した組み付け誤差を許容するためにクラッシュリリーフが形成されている。クラッシュリリーフは、半割メタルの内周面に凹設された凹部であり、周方向において端部側に進むにつれて深さが漸増している。すなわち、半割メタルは、合わせ面側に進むほど肉厚が薄くなっており、各半割メタルが径方向にずれて配置された場合にも半割メタルの周方向における端部が径方向内側に突出しないようにしている。

以上のようなメタル（滑り軸受）は、自動車用内燃機関のバランサ装置の軸受にも適用される（例えば、特許文献２）。バランサ装置では、不釣合い質量を有するバランサシャフトをバランサメタルによって回転可能に支持している。バランサ装置は、バランサシャフトをクランクシャフトの回転速度に対して同速や２倍等の回転速度で回転させることによって、ピストン・クランク系が生じる慣性力や偶力を低減する。

特開２０１３−６１０２０号公報 特許第４５９４３７３号公報

しかしながら、クラッシュリリーフを有する一対の半割メタルからなる軸受メタルをバランサ装置に使用した場合に、軸受面とクラッシュリリーフの境界を起点としてバランサメタル（バランサ装置の軸受メタルをいう）の内周面に剥離が生じるという問題が本願の発明者らによって発見された。このような問題は、クランクシャフトを支持する軸受メタルより、バランサメタルに発生し易いことが確認された。

本発明は、以上の背景に鑑みてなされたものであって、バランサシャフトのジャーナル部を回転可能に支持するべく、一対の半割メタルを有するバランサメタルにおいて、軸受面とクラッシュリリーフとの境界を起点とした剥離を抑制することを課題とする。

上記課題を解決するために、本発明は、軸受部材（１８、１９）に装着される一対の半割メタル（３１）を有し、バランサシャフト（７、８）のジャーナル部（１１）を回転可能に支持するバランサメタル（１６）であって、前記半割メタルのそれぞれは、周方向における両端部に形成された合わせ面（３２）と、内周部において前記周方向における中央から両端側に進むにつれて深さが漸増するように凹設されたオイルリリーフ（３６）と、前記内周部の前記合わせ面近傍において、前記周方向において両端側に進むにつれて深さが漸増するように前記オイルリリーフの底面から更に凹設されたクラッシュリリーフ（３７）とを有し、前記ジャーナル部の直径をＤ（ｍｍ）とし、前記半割メタルの前記周方向における中央から６６°の回転位置における前記オイルリリーフの深さであるオイルリリーフ量をＭｏ（ｍｍ）とした場合に、前記クラッシュリリーフの前記周方向における中央側の端部は、前記半割メタルの前記周方向における中央から６６°の回転位置よりも前記周方向における端部側にあり、次の数式（１）

を満たすことを特徴とする。また、前記ジャーナル部の直径は、２０ｍｍ以上４０ｍｍ以下であり、前記合わせ面に直交する方向におけるクラッシュリリーフの高さは、２．０ｍｍ以上４．０ｍｍ以下であるとよい。また、前記半割メタルの内周面の前記周方向における中央と前記ジャーナル部の外面までの距離であるメタルクリアランスＣＬ（ｍｍ）が０．０３ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下であるとよい。

この構成によれば、オイルリリーフの深さを所定の深さにすることによって、オイルリリーフのクラッシュリリーフとの境界をなす端部における油膜圧力を低減し、オイルリリーフとクラッシュリリーフとの境界を起点とした剥離を抑制することができる。

本願の発明者らの調査によると、軸受面とクラッシュリリーフとの境界を起点とする剥離が発生する場合には、軸受面のクラッシュリリーフとの境界をなす端部における油膜圧力が他の部分に対して局所的に上昇していることが確認された。一方、クランクシャフトの軸受メタルでは、軸受面のクラッシュリリーフとの境界をなす端部における油膜圧力が他の部分に対して上昇していることが確認されなかった。この理由は、以下のように考えられる。

クランクシャフトは、シリンダ軸線方向に沿って往復運動するピストンに連結されているため、シリンダ軸線方向と平行な方向に最も大きなラジアル荷重を発生する。クランクシャフトを支持する軸受メタルは、シリンダ軸線方向と直交する方向に合わせ面及びクラッシュリリーフが配置されるため、クラッシュリリーフ近傍の油膜圧力は、他の部分に対して比較的小さくなる。

しかしながら、バランサシャフトはクランクシャフトと異なり、特定のラジアル方向にのみ大きな荷重を発生させることはなく、１回転する間にバランサメタルの周方向における各部に概ね均質に荷重を加える。そのため、クラッシュリリーフが配置された部分にも他の部分と同様にバランサシャフトから荷重が加わることになる。クラッシュリリーフが配置された部分は、バランサシャフトのジャーナル部の外周面との距離が大きくなるため、スクイズ効果やくさび効果による油膜圧力の上昇が抑制され、軸受面として機能しない。そのため、ジャーナル部はクラッシュリリーフ側に一層接近し、軸受面のクラッシュリリーフの境界をなす端部の油膜圧力が局所的に上昇することになる。

バランサシャフトは、ピストン・クランク系が生じる慣性力や偶力を低減するために、不釣合い質量を有し、重心が回転中心から偏倚した位置に配置されている。これにより、バランサシャフトは、回転する際に、回転中心に対して重心が偏倚した方向にバランサメタルに荷重を与える。このように、バランサメタルでは、通常のシャフトを支持する軸受メタルよりも油膜圧力が上昇し易くなっている。この影響も重なって、バランサメタルでは、軸受面のクラッシュリリーフとの境界をなす端部における油膜圧力が上昇する。

そのため、軸受面のクラッシュリリーフとの境界をなす端部における油膜圧力を減少させるためには、クラッシュリリーフの境界部分における表面形状を滑らかにし、この境界部分に局所的な油膜圧力の上昇を発生させないようにすることが有効である。オイルリリーフの深さ（量）を所定の深さにすることによって、オイルリリーフとクラッシュリリーフとの境界の表面形状が滑らかになると共に、境界におけるオイルリリーフ側の油膜圧力の上昇を抑えることができる。本願発明者らは、この思想に基づいて、ジャーナル部の直径Ｄに対するオイルリリーフ量Ｍｏの比が剥離に与える影響を調査したところ、上記数式（１）の範囲で剥離が抑制されることを見出した。一方、Ｋａ値が上記数式（１）の範囲を越えて増加すると（Ｋａが１６．０×１０^−４以上になると）、ジャーナル部の外周面とバランサメタルの内周面との曲率関係により、ヘルツ面圧が増加し、油膜圧力が上昇するようになる。これにより、半割メタルの内周面に剥離が発生する可能がある。

また、上記の発明において、前記オイルリリーフは、前記周方向における中央から両端側に進むにつれて深さの変化率が大きくなるとよい。

この構成によれば、オイルリリーフとクラッシュリリーフとの境界部分の表面形状変化を滑らかにすることができる。

また、上記の発明において、前記オイルリリーフ量Ｍｏは、前記ジャーナル部の直径が２６ｍｍである場合に、０．０１０ｍｍ以上０．０４０ｍｍ以下であるとよい。

この構成によれば、オイルリリーフのクラッシュリリーフとの境界をなす端部における油膜圧力の上昇が抑制され、オイルリリーフのクラッシュリリーフとの境界をなす端部及びオイルリリーフとクラッシュリリーフとの境界を起点とした剥離が抑制される。

また、上記の発明において、前記オイルリリーフ量Ｍｏは、前記ジャーナル部の直径が３３ｍｍである場合に、０．０１３ｍｍ以上０．０５０ｍｍ以下であるとよい。

この構成によれば、オイルリリーフのクラッシュリリーフとの境界をなす端部における油膜圧力の上昇が抑制され、オイルリリーフのクラッシュリリーフとの境界をなす端部及びオイルリリーフとクラッシュリリーフとの境界を起点とした剥離が抑制される。

以上の構成によれば、バランサシャフトのジャーナル部を回転可能に支持するべく、一対の半割メタルを有するバランサメタルにおいて、軸受面とクラッシュリリーフとの境界を起点とした剥離が抑制される。

バランサ装置を示す分解斜視図 バランサメタルの斜視図 （Ａ）バランサシャフトのジャーナル部及びバランサメタルの寸法関係を示す模式図、（Ｂ）図３Ａ中の破線３Ｂで囲まれた部分の拡大図 Ｋａ値に対する油膜圧力を示すグラフ バランサメタルの内周側形状を示す図であり、（Ａ）オイルリリーフ量Ｍｏが０．００５ｍｍの場合、（Ｂ）オイルリリーフ量Ｍｏが０．０１６ｍｍの場合

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。

図１は、バランサ装置を示す分解斜視図である。図１に示すように、バランサ装置１は、ランチェスター型バランサとして構成されている。本実施形態に係るバランサ装置１は、自動車用のレシプロ内燃機関に設けられるものであり、内燃機関のピストン及びクランクシャフトからなる系の慣性力の２次成分（２次振動）を抑制する。

バランサ装置１は、外殻をなすハウジング２を有している。ハウジング２は、互いにボルト締結される上ハウジング３及び下ハウジング４を含む。ハウジング２は、内燃機関のシリンダブロックの下部にボルト締結され、クランクシャフトの下方にクランクシャフトと干渉しないように配置される。

ハウジング２内には、第１バランサシャフト７及び第２バランサシャフト８が互いに平行に配置されている。第１バランサシャフト７は３つのジャーナル部１１を有し、第２バランサシャフト８は２つのジャーナル部１１を有している。また、第１及び第２バランサシャフト７、８のそれぞれは、径方向外方に突出した扇形状の２つの不釣合い質量１２と、１つのギヤ部１３とを有している。第１及び第２バランサシャフト７、８の不釣合い質量１２は互いに対称となる位置に設けられ、２つの不釣合い質量１２はジャーナル部１１の１つを両側から挟む位置に設けられている。

第１及び第２バランサシャフト７、８の各ジャーナル部１１は、上ハウジング３及び下ハウジング４によって形成される軸受孔１５に、バランサメタル１６を介して回転可能に支持されている。第１及び第２バランサシャフト７、８は、それぞれのギヤ部１３が互いに噛み合うことによって、同一の回転速度で逆方向に回転する。第１バランサシャフト７は、第２バランサシャフト８に対して端部がハウジング２外に延出し、その端部には図示しない被動ギヤが設けられる。被動ギヤは、クランクシャフトの端部に設けられたクランクギヤに、２倍の回転速度で回転するように噛み合っている。これにより、第１バランサシャフト７はクランクシャフトに対して逆方向に２倍の回転速度で回転し、第２バランサシャフト８はクランクシャフトに対して同一方向に２倍の回転速度で回転する。

上ハウジング３は下方に向けて突出した上縦壁１８を有し、下ハウジング４は上方に向けて突出した下縦壁１９を有する。上縦壁１８の下端は平面状の上突き当て面２１を形成し、下縦壁１９の上端は平面状の下突き当て面２２を形成している。上突き当て面２１及び下突き当て面２２が互いに突き合わされることによって、ハウジング２の壁部が構成されている。上縦壁１８には上突き当て面２１から凹設された軸受孔上半部２５が形成され、下縦壁１９には下突き当て面２２から凹設された軸受孔下半部２６が形成されている。軸受孔上半部２５及び軸受孔下半部２６は、それぞれの断面が同一の直径を有する半円形（中心角１８０°）に形成され、協働して断面が円形の両端が開口した軸受孔１５を形成する。軸受孔上半部２５及び軸受孔下半部２６の孔面には、周方向に延在する軸受孔油溝２８が形成されている。軸受孔油溝２８は、下ハウジング４に形成されたハウジング油路２９に連通している。ハウジング油路２９は、内燃機関の油路に連通しており、軸受孔油溝２８に潤滑油を供給する。

図２はバランサメタルの斜視図である。図３の（Ａ）はバランサシャフトのジャーナル部及びバランサメタルの寸法関係を示す模式図、（Ｂ）は図３Ａ中の破線３Ｂで囲まれた部分の拡大図である。なお、図３では各寸法を明確にするために形状を誇張して描画しており、精密な寸法を示すものではないことに留意されたい。図２及び図３に示すように、各軸受孔１５に装着されるバランサメタル１６は、半円筒状に形成された一対の半割メタル３１から構成されている。一対の半割メタル３１は、互いに同一の形状に形成されている。

各半割メタル３１は、外周部を構成する台金（裏金）と、裏金の内周側に設けられた軸受層（ライニング）とを有し、バイメタルとして構成されている。裏金は例えば炭素鋼から形成されており、軸受層は、軟質金属層を構成する例えばアルミニウム合金から形成されている。他の実施形態では、軸受層はＣｕ−Ｐｂ合金やＣｕ−Ｓｎ−Ｐｂ合金等から形成されてもよい。

半割メタル３１は、その周方向における両端部のそれぞれに合わせ面３２を有している。合わせ面３２は、合わせ面３２の外縁と連続する半割メタル３１の外周面３４に接する接線に対して直交する面に形成されている。半割メタル３１の外周面３４は径が一定した円周面に形成されている。一方、半割メタル３１の内周側は、オイルリリーフ３６及びクラッシュリリーフ３７が形成され、径が一定となっていない。オイルリリーフ３６は、半割メタル３１の内周面に凹設された凹部であり、半割メタル３１の周方向における中央から両端側に進むにつれて深さが漸増するように形成されている。オイルリリーフ３６は、バランサメタル１６の中心Ｏを中心とした基準円１００に対して凹設した凹部といえる。また、オイルリリーフ３６は、バランサメタル１６の中心Ｏから半割メタル３１の周方向における中央側に偏倚した点を中心とした円弧（真円）に形成されている。クラッシュリリーフ３７は、半割メタル３１の周方向における両端部において、オイルリリーフ３６の底面から更に凹設された凹部であり、半割メタル３１の周方向において両端側に進むにつれて深さが漸増するように形成されている。オイルリリーフ３６及びクラッシュリリーフ３７の存在によって、半割メタル３１は周方向において中央から両端側に進むにつれて肉厚が薄くなっている。

図３に示すように、バランサメタル１６及び半割メタル３１の形状は、各寸法をもって規定される。半割メタル３１の軸線方向における長さをメタル幅Ｂ（ｍｍ）とする。半割メタル３１の厚み（半割メタル３１の径方向における長さ）は、周方向における中央部が最も厚く、この位置における厚みをメタル肉厚Ｔ（ｍｍ）とする。オイルリリーフ３６の深さ（すなわち半割メタル３１の径方向における長さ）は、半割メタル３１の周方向における中央では０であり、端部側に進むにつれて深さが漸増し、端部において最大となる。半割メタル３１の周方向における中央から端部側に６６°の回転位置におけるオイルリリーフ３６の深さをオイルリリーフ量Ｍｏ（ｍｍ）とする。クラッシュリリーフ３７の深さ（半割メタル３１の径方向における長さ）は、オイルリリーフ３６の底面を基準（深さ０ｍｍ）とした深さを規定する。クラッシュリリーフ３７は、半割メタル３１の周方向において端部側に進むほど、オイルリリーフ３６の底面からの深さが漸増し、合わせ面３２との境界において最大となる。クラッシュリリーフ３７の深さの最大値、すなわち合わせ面３２との境界における深さをクラッシュリリーフ量Ｍｃ（ｍｍ）とする。合わせ面３２に直交する方向におけるクラッシュリリーフ３７の長さをクラッシュリリーフ長さＨｃ（ｍｍ）とする。すなわち、クラッシュリリーフ長さＨｃは、合わせ面３２から、クラッシュリリーフ３７の周方向における中央側の端部（オイルリリーフ３６とクラッシュリリーフの境界であって、クラッシュリリーフ３７の深さが０となる位置）までの垂線の長さをいう。

バランサシャフトのジャーナル部１１の直径をジャーナル直径Ｄとする。半割メタル３１の軸線とジャーナル部１１の軸線とが一致する状態において、半割メタル３１の内周面の周方向における中央とジャーナル部１１の外面までの距離をメタルクリアランスＣＬ（ｍｍ）とする。メタルクリアランスＣＬは、オイルリリーフ３６及びクラッシュリリーフ３７が存在しない場合のバランサメタルの内周面（すなわち、基準円１００）との距離ということもできる。

各寸法を例示すると、ジャーナル直径Ｄは、例えば１５ｍｍ以上５０ｍｍ以下、好ましくは２０ｍｍ以上４０ｍｍ以下である。メタル幅Ｂは、例えば１５ｍｍ以上５０ｍｍ以下、好ましくは２０ｍｍ以上３５ｍｍ以下である。オイルリリーフ量Ｍｏは、例えば０．００５ｍｍ以上０．０５０ｍｍ以下、好ましくは０．０１０ｍｍ以上０．０４５ｍｍ以下である。クラッシュリリーフ高さＨｃは、例えば１．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下、好ましくは２．０ｍｍ以上４．０ｍｍ以下である。クラッシュリリーフ量Ｍｃは、例えば０．０１０ｍｍ以上０．０６０ｍｍ以下、好ましくは０．０１０ｍｍ以上０．０３０ｍｍ以下である。メタルクリアランスＣＬは、例えば０．０３ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下、好ましくは０．０５ｍｍ以上０．１ｍｍ以下である。メタル肉厚Ｔは、例えば１．０ｍｍ以上５．０ｍｍ以下、好ましくは１．５ｍｍ以上３．０ｍｍ以下である。

また、半割メタル３１は、次の数式（１）を満たすように寸法が設定されている。

次の数式（２）に示すように、クラッシュリリーフ量Ｍｃをジャーナル直径Ｄで除した値を、Ｋａ値とする。

半割メタル３１の内周側の軸線方向における中央部に周方向に延在するメタル油溝４１が凹設されている。半割メタル３１の合わせ面３２どうしを突き合わせて１つのバランサメタル１６を構成すると、各半割メタル３１のメタル油溝４１は互いに周方向において連続し、１つの環状溝を構成する。メタル油溝４１の底部の適所には、径方向に貫通する油孔４２が形成されている。各半割メタル３１が軸受孔上半部２５及び軸受孔下半部２６に装着された状態で、軸受孔油溝２８とメタル油溝４１とは油孔４２によって連通され、バランサメタル１６の内周側に潤滑油が供給される。

半割メタル３１の内周側の軸線方向における両端部には周方向に沿ってテーパ面４４が形成されている。このテーパ面４４は、各バランサシャフトがすりこぎ運動をした場合に、バランサメタル１６とバランサシャフトとの接触を避ける目的で設けられている。

各半割メタル３１は、軸受孔上半部２５及び軸受孔下半部２６にそれぞれ装着される。各半割メタル３１は、軸受孔上半部２５及び軸受孔下半部２６に装着された状態で、周方向における両端部が軸受孔上半部２５及び軸受孔下半部２６から外方に微小量突出する。この状態で、第１及び第２バランサシャフト７、８を各半割メタル３１間に配置し、上ハウジング３及び下ハウジング４をボルトによって締結する。上ハウジング３及び下ハウジング４を締結することによって、各半割メタル３１は、合わせ面３２において互いに突き合わされ、周方向に圧縮されて円筒状のバランサメタル１６が形成される。

次に、表１を参照して、バランサメタル１６の各寸法と、オイルリリーフ３６とクラッシュリリーフ３７との境界を起点とした剥離（以下、単に剥離という）との関係について説明する。表１に示すように、ジャーナル直径Ｄ、メタル幅Ｂ、オイルリリーフ量Ｍｏ、クラッシュリリーフ高さＨｃ、クラッシュリリーフ量Ｍｃ、メタルクリアランスＣＬをそれぞれ設定したバランサメタル１６のサンプル１〜１６を作成した。

表１に示すように、サンプル１〜２６では、メタル幅Ｂは２２ｍｍ、クラッシュリリーフ高さＨｃは４．０ｍｍ、クラッシュリリーフ量Ｍｃは０．０３ｍｍ、メタルクリアランスＣＬは０．１ｍｍと一定にしている。サンプル１〜１３では、オイルリリーフ量Ｍｏの剥離に対する影響を確認するために、ジャーナル直径Ｄを２６ｍｍに固定し、オイルリリーフ量Ｍｏを０〜０．０４０ｍｍの範囲で変化させている。また、サンプル１４〜２６では、ジャーナル直径Ｄを３３ｍｍに固定し、オイルリリーフ量Ｍｏを０〜０．０７０ｍｍの範囲で変化させている。各サンプルにおけるＫａ値は、上記の数式（２）に基づいて算出している。

表１中における最大油膜圧力（ＭＰａ）は、ジャーナル部１１及びバランサメタル１６間に存在する油膜のうち、圧力が最大となる位置における油膜の圧力である。各サンプルにおける油膜圧力は、ＥＨＤ潤滑（弾性流体潤滑）理論に基づく数値解析により算出した。数値解析は、第２バランサシャフト８の２つの不釣合い質量の間に配置されるバランサメタル１６について行った。数値解析の条件は、第２バランサシャフト８の回転数を１４０００ｒｐｍ（エンジン回転数：７０００ｒｐｍ）、第２バランサシャフト８の慣性荷重を７５４０Ｎ、油温を１４０℃とした。最大油膜圧力が生じる位置は、バランサメタル１６の形状により変化する。

各サンプル１〜２６の評価方法は以下のとおりである。評価は、第２バランサシャフト８の２つの不釣合い質量の間に配置されるバランサメタル１６について行った。第２バランサシャフト８の回転数を１４０００ｒｐｍ（エンジン回転数：７０００ｒｐｍ）、第２バランサシャフト８の慣性荷重を７５４０Ｎ、油温を１４０℃として、１００時間の間、回転を継続させた後に、目視によって評価を行った。評価は、バランサメタル１６の内周面に剥がれや表面の荒れ（凹凸）、欠けが目視によって確認されたものをＮＧ（不良）とし、これらが確認されないものをＯＫ（良好）とした。

サンプル１〜１３の評価結果から、ジャーナル直径Ｄを２６ｍｍ、メタル幅Ｂを２２ｍｍ、クラッシュリリーフ高さＨｃを４．０ｍｍ、クラッシュリリーフ量Ｍｃを０．０３ｍｍ、メタルクリアランスＣＬを０．１ｍｍとした場合には、オイルリリーフ量Ｍｏが０．０１０ｍｍ以上０．０４０ｍｍ以下の範囲、すなわちＫａ値が３．９×１０^−４以上１５．４×１０^−４以下の範囲で剥離が確認されない（サンプル５〜１１参照）。このとき、最大油膜圧力は、４８０〜５７０ＭＰａであり、最大油膜圧力が５７０ＭＰａ以下であれば、オイルリリーフ３６のクラッシュリリーフ３７との境界をなす端部を含む内周面のいずれの部分にも剥離が生じないといえる。オイルリリーフ量Ｍｏが０ｍｍ以上０．０２５ｍｍ以下の範囲（Ｋａ値が０以上９．６×１０^−４以下の範囲）では、最大油膜圧力はオイルリリーフ３６のクラッシュリリーフ３７との境界をなす端部において確認され、オイルリリーフ量Ｍｏの増加に伴って減少する。一方、オイルリリーフ量Ｍｏが０．０２５ｍｍより大きく、０．０６０ｍｍ以下の範囲（Ｋａ値が９．６×１０^−４より大きく２３．１×１０^−４以下の範囲）では、最大油膜圧力は半割メタル３１の周方向における中央部において確認され、オイルリリーフ量Ｍｏの増加に伴って増加する。サンプル１〜４では、オイルリリーフ３６のクラッシュリリーフ３７との境界をなす端部に剥離が確認され、サンプル１２〜１３では半割メタル３１の周方向における中央部において剥離が確認された。

サンプル１４〜２６の評価結果から、ジャーナル直径Ｄを３３ｍｍ、メタル幅Ｂを２８ｍｍ、クラッシュリリーフ高さＨｃを４．０ｍｍ、クラッシュリリーフ量Ｍｃを０．０３ｍｍ、メタルクリアランスＣＬを０．１ｍｍとした場合には、オイルリリーフ量Ｍｏが０．０１３ｍｍ以上０．０５０ｍｍ以下の範囲、すなわちＫａ値が３．９×１０^−４以上１５．２×１０^−４以下の範囲で剥離が確認されない（サンプル１８〜２４参照）。このとき、最大油膜圧力は４８０〜５９０ＭＰａであり、最大油膜圧力が５９０ＭＰａ以下であればオイルリリーフ３６のクラッシュリリーフ３７との境界をなす端部を含む内周面のいずれの部分にも剥離が生じないといえる。オイルリリーフ量Ｍｏが０ｍｍ以上０．０３０ｍｍ以下の範囲（Ｋａ値が０以上９．１×１０^−４以下の範囲）では、最大油膜圧力はオイルリリーフ３６のクラッシュリリーフ３７との境界をなす端部において確認され、オイルリリーフ量Ｍｏの増加に伴って減少する。一方、オイルリリーフ量Ｍｏが０．０３０ｍｍより大きく０．０７０ｍｍ以下の範囲（Ｋａ値が９．１×１０^−４以上２１．２×１０^−４以下の範囲）では、最大油膜圧力は半割メタル３１の周方向における中央部において確認され、オイルリリーフ量Ｍｏの増加に伴って増加する。サンプル１４〜１７では、オイルリリーフ３６のクラッシュリリーフ３７との境界をなす端部に剥離が確認され、サンプル２５〜２６では半割メタル３１の周方向における中央部において剥離が確認された。

図４は、Ｋａ値に対する最大油膜圧力を示すグラフである。図４に示すように、サンプル１〜２６のＫａ値を横軸とし、最大油膜圧力を縦軸とすると、Ｋａ値に対する最大油膜圧力は、下向きに凸となる近似曲線で表される。Ｋａ値は、０から増加した場合に３．９×１０^−４以上となったときに初めて、評価がＯＫになる。Ｋａ値が３．９×１０^−４になるときの最大油膜圧力が５９０ＭＰａであるため、近似曲線と最大油膜圧力５９０ＭＰａとの交点を算出すると、Ｋａ値が１６．０×１０^−４のときに、最大油膜圧力５９０ＭＰａになる。以上より、Ｋａ値が３．９×１０^−４以上１６．０×１０^−４以下となる場合に、最大油膜圧力が５９０ＭＰａ以下となり剥離が発生せず、３．６×１０^−４以下、又は１８．２×１０^−４以上となる場合に、最大油膜圧力が６１０ＭＰａ以上となり剥離が発生することが判る。これらの結果から、メタル幅Ｂを２２ｍｍ又は２８ｍｍ、クラッシュリリーフ高さＨｃを４．０ｍｍ、クラッシュリリーフ量Ｍｃを０．０３ｍｍ、メタルクリアランスＣＬを０．１ｍｍとした場合には、Ｋａ値が３．９×１０^−４以上１６．０×１０^−４以下の場合に、最大油膜圧力は５９０ＭＰａ以下となり、剥離も確認されないことが判る。なお、近似曲線と最大油膜圧力５９０ＭＰａとの交点を算出しなくても、表１からＫａ値が３．９×１０^−４以上１５．４×１０^−４以下となる場合に、最大油膜圧力５９０ＭＰ以下になり、剥離も確認されないことが判る。

図５は、バランサメタル１６の内周側形状を示す図であり、（Ａ）オイルリリーフ量Ｍｏが０．００５ｍｍの場合、（Ｂ）オイルリリーフ量Ｍｏが０．０１６ｍｍの場合を示す。図５（Ａ）、（Ｂ）に示すバランサメタル１６では、ジャーナル直径Ｄは２６ｍｍ、メタル幅Ｂは２２ｍｍ、クラッシュリリーフ高さＨｃは４．０ｍｍ、クラッシュリリーフ量Ｍｃは０．０３ｍｍ、メタルクリアランスＣＬは０．１ｍｍであり、オイルリリーフ量Ｍｏだけが異なる。図５では、バランサメタル１６の周方向における角度位置を横軸とし、内周部の基準円１００からの距離（すなわち、オイルリリーフ３６及びクラッシュリリーフ３７による深さ）を縦軸としている。周方向における角度位置は、一方の半割メタル３１の周方向における中央を０°としている。

図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、オイルリリーフ３６の深さは、周方向における中央から端部側に進むにつれて深さの変化率が大きくなっている。これにより、オイルリリーフ３６とクラッシュリリーフ３７との境界部における表面形状変化が、滑らかになる。すなわち、オイルリリーフ３６とクラッシュリリーフ３７との境界部に形成される稜がなす角度が鈍くなる。周方向における中央から端部側に進む際のオイルリリーフ３６の深さの変化率が大きくするほど、オイルリリーフ３６とクラッシュリリーフ３７との境界部における表面形状変化は滑らかになる。また、図５（Ａ）、（Ｂ）に示すように、オイルリリーフ量Ｍｏを増加させることによって、オイルリリーフ３６とクラッシュリリーフ３７との境界部における形状変化が滑らかになる。

以上に示したように、本実施形態に係るバランサメタル１６では、ジャーナル直径Ｄに対するオイルリリーフ量Ｍｏの比（Ｋａ値）を所定の範囲内にすることによって、オイルリリーフ３６のクラッシュリリーフ３７との境界をなす端部の局所的な油膜圧力の上昇を抑制し、オイルリリーフ３６とクラッシュリリーフ３７との境界を起点とした剥離を抑制している。ジャーナル直径Ｄに対するオイルリリーフ量Ｍｏの比（Ｋａ値）を０から増加させると、オイルリリーフ３６の深さが深くなり、オイルリリーフ３６のクラッシュリリーフ３７との境界をなす端部における油膜圧力が低下すると共に、オイルリリーフ３６とクラッシュリリーフ３７との境界における表面形状変化が小さくなり、局所的な油膜圧力の上昇が抑制される。一方、Ｋａ値が所定の範囲を越えて増加すると、ジャーナル部１１の外周面とバランサメタル１６の内周面の曲率関係により、ヘルツ面圧が増加し、油膜圧力が半割メタル３１の周方向における中央部において上昇するようになる。これにより、半割メタルの周方向における中央部において剥離が発生する可能がある。

また、オイルリリーフ３６は、周方向における中央から両端側に進むにつれて深さの変化率が大きくなるように形成されているため、オイルリリーフ３６とクラッシュリリーフ３７との境界における表面形状が滑らかになり（表面形状変化が小さくなり）、局所的な油膜圧力の上昇が抑制される。

サンプル１〜２６についての評価から、ジャーナル直径Ｄに対するオイルリリーフ量Ｍｏの比（Ｋａ値）が、３．９×１０^−４以上１６．０×１０^−４以下、好ましくは３．９×１０^−４以上１５．４×１０^−４以下の場合に剥離が十分に抑制されることが確認された。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明はその趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。本実施形態では、バランサ装置１は、ピストン・クランク系の慣性力の２次成分を抑制する装置として構成したが、他の実施形態では慣性力の１次成分や偶力等を抑制する装置として構成してもよい。また、バランサ装置１は、本実施形態ではシリンダブロックから独立したハウジング２を有する構成としたが、他の実施形態ではシリンダブロックと一体に形成されてもよい。この場合には、バランサメタル１６はシリンダブロック等の他の軸受部材に支持されることになる。

１…バランサ装置、２…ハウジング、３…上ハウジング、４…下ハウジング、７…第１バランサシャフト、８…第２バランサシャフト、１１…ジャーナル部、１２…不釣合い質量、１３…ギヤ部、１５…軸受孔、１６…バランサメタル、１８…上縦壁、１９…下縦壁、２５…軸受孔上半部、２６…軸受孔下半部、２８…軸受孔油溝、２９…ハウジング油路、３１…半割メタル、３２…合わせ面、３４…外周面、３６…オイルリリーフ、３８…クラッシュリリーフ、４１…メタル油溝、４２…油孔、４４…テーパ面、Ｂ…メタル幅、ＣＬ…メタルクリアランス、Ｄ…ジャーナル直径、Ｍｃ…クラッシュリリーフ量、Ｍｏ…オイルリリーフ量、Ｔ…メタル肉厚

Claims (6)

1. 軸受部材に装着される一対の半割メタルを有し、バランサシャフトのジャーナル部を回転可能に支持するバランサメタルであって、
   前記半割メタルのそれぞれは、周方向における両端部に形成された合わせ面と、内周部において前記周方向における中央から両端側に進むにつれて深さが漸増するように凹設されたオイルリリーフと、前記内周部の前記合わせ面近傍において、前記周方向において両端側に進むにつれて深さが漸増するように前記オイルリリーフの底面から更に凹設されたクラッシュリリーフとを有し、
   前記ジャーナル部の直径をＤ（ｍｍ）とし、前記半割メタルの前記周方向における中央から６６°の回転位置における前記オイルリリーフの深さであるオイルリリーフ量をＭｏ（ｍｍ）とした場合に、前記クラッシュリリーフの前記周方向における中央側の端部は、前記半割メタルの前記周方向における中央から６６°の回転位置よりも前記周方向における端部側にあり、次の数式（１）
   

   

   を満たすことを特徴とするバランサメタル。
2. 前記ジャーナル部の直径は、２０ｍｍ以上４０ｍｍ以下であり、前記合わせ面に直交する方向におけるクラッシュリリーフの高さは、２．０ｍｍ以上４．０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載のバランサメタル。
3. 前記半割メタルの内周面の前記周方向における中央と前記ジャーナル部の外面までの距離であるメタルクリアランスＣＬ（ｍｍ）が０．０３ｍｍ以上０．１５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のバランサメタル。
4. 前記オイルリリーフは、前記周方向における中央から両端側に進むにつれて深さの変化率が大きくなることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つの項に記載のバランサメタル。
5. 前記ジャーナル部の直径Ｄが２６ｍｍであり、前記オイルリリーフ量Ｍｏが０．０１０ｍｍ以上０．０４０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つの項に記載のバランサメタル。
6. 前記ジャーナル部の直径Ｄが３３ｍｍであり、前記オイルリリーフ量Ｍｏが０．０１３ｍｍ以上０．０５０ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１つの項に記載のバランサメタル。

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