JP5971869B2 - 収集溝を備えたすべり軸受シェル - Google Patents

Description

本発明は、当該すべり軸受シェルを径方向へ貫通する、オイルを当該すべり軸受シェルへ供給するための油孔を備えたすべり軸受シェルに関するものである。この種のすべり軸受シェルの典型的な応用は、クランクシャフトメイン軸受、コネクティングロッド軸受又は内燃エンジンにおけるブッシュである。この種のすべり軸受シェルは、例えば特許文献１及び特許文献２に開示されている。

通常、２つのこのようなすべり軸受シェルが１つのすべり軸受を形成しており、この内部に枢支されたシャフトが、シャフト自体とすべり軸受シェルの内側における支持面の間に形成されたオイルフィルム上をすべるようになっている。すべり軸受シェルの支持面とその内部に枢支されたシャフトの間でのこのようなオイルフィルムの形成を保障するために、オイルが油孔を通ってすべり軸受シェル内へ供給、特に噴射されるようになっている。このオイルは、すべり軸受シェル内で分配され、当該支持面上でオイルが回転するシャフトによって流し去られる支持面を湿潤させ、これによりシャフトがその上ですべるオイルフィルムが形成される。

オイルフィルムの形成の機能のほかに、オイルが動作時に適当な熱をすべり軸受から除去することで、このオイルは、すべり軸受の冷却の役割も果たすものである。動作時に生じる温度は、通常の使用における９０℃と例えばレーシングカーにおけるような極端な使用における２１０℃の間にある。すべり軸受シェルへ噴射されるオイル量の約３／４は、冷却に寄与するものとなっている。

このオイルはオイルポンプによってすべり軸受シェルへ噴射され、このオイルポンプは、車両を駆動するエンジンによって駆動される。エンジン出力の一部がオイルポンプの駆動に必要である。オイルポンプの駆動に必要な出力の割合は、オイルの体積流量を油孔によって減少させることで低減することができる。オイルポンプの駆動に必要な出力の割合の低減により、燃料消費が低減され、これによりエンジンのＣＯ_２排出量も低減される。

いくつかのすべり軸受シェルは複数の油溝を備えており、これら油溝によって、オイルがすべり軸受シェルの内部において分配される。体積流量は油溝の表面積に比例するため、上述の理由により、油溝をできる限りわずかに形成すべきである。通常、すべり軸受シェルは、２つのすべり軸受シェルが枢支すべきシャフトを完全に包囲するよう、周方向において１８０°の角度を包囲している。このとき、油溝は、すべり軸受シェル全体を通って延在しているため、同様に周方向に１８０°の角度で延在している。油溝の表面積及びこれに伴うオイルの体積流量を低減するために、角度を小さくすることが考えられる。油溝が１５０°角度をなすすべり軸受が知られており、しかも１２０°の角度が試されている。ただし、このとき、十分な冷却が保障されることができるよう、体積流量が油溝によって過剰に減少されないように注意する必要がある。

減少された油溝の角度によって、欠陥のない枢支を保障するために、必要なオイルの量が低減された表面積を介してすべり軸受へ供給され、このオイルが拡大された面を介して分配される。これにより、オイルの増大する割合が側方においてすべり軸受から流出して使用されないまま失われることにつながってしまう。シャフトの欠陥のない枢支を保障するため、及び故障を回避するために、通常、オイルについて、実際に必要な量よりもかなり多くの量が供給される。このために必要な体積流量を調達するために、エンジンがより高い出力をオイルポンプへ与える必要があり、これによりエンジンの燃料消費が上昇してしまう。

独国特許出願公開第１０２００５０３７５０２号明細書 独国特許出願公開第１０１６３２９２号明細書

本発明は上記問題に鑑みてなされたもので、その目的とするところは、上述のような種類のすべり軸受の上記欠点を少なくとも軽減し、オイルポンプに必要なエンジンの出力の割合及び同時にすべり軸受からの側方における流出を低減することが可能であるようすべり軸受シェルにおけるオイルをより良好に使用することが可能なすべり軸受シェルを提供することにある。

上記目的は、すべり軸受シェルの内側において周方向に延在する、すべり軸受シェルにあるオイルの収集のための１つ又は複数の収集溝を備えており、該収集溝が閉鎖されているとともに支持面によってリング状に包囲されていることによって達成される。閉鎖された収集溝は、油孔が開口していない溝と理解されるべきである。この閉鎖された収集溝はオイルフィルム内で断面拡大を生じさせるため、収集溝に負圧が生じるよう収集溝の範囲においてオイルにより大きな閉鎖された体積を使用可能である。したがって、負圧が生じている収集溝の範囲には吸引作用が形成され、この結果、オイルが収集溝のこの範囲において吸引され、オイルフィルムにおける収集溝へ向いた流れが形成される。したがって、オイルについての側方から流出する量が低減されるとともにオイルが新たに使用される。そのため、オイルポンプからすべり軸受シェルへ供給されるオイルの体積流量が低減される。好ましくは、収集溝が枢支されるべきシャフトの回転方向において油孔の手前に配置されているため、オイル全体が、油溝を貫通して流れる新たなオイルに直接混合され、共にオイルフィルムの構成のために使用可能である。結果として、エンジンがオイルポンプの駆動のために供給しなければならない出力の割合が減少され、これによりエンジンの燃料消費及びこれに伴うそのＣＯ_２排出量が低減される。好ましくは、本発明によるすべり軸受シェルは、クランクシャフトメイン軸受において使用される。油孔は、円形状の断面を有するとともに、ドリルで仕上げられるか、又はだ円状の断面形状若しくは長孔であり、フライス切削されることも可能である。１つの発展形態においては、本発明によるすべり軸受は、当該すべり軸受シェルの内側において当該すべり軸受シェルの本質的に周方向に延在する、当該すべり軸受シェルの内部において供給されたオイルの分配のための分配溝を含んでおり、前記油孔が該分配溝へ開口している。すべり軸受シェルの内部におけるオイルの分配が改善され、その結果、すべり軸受シェルにおけるいかなる箇所においてもシャフトの枢支のための均等なオイルフィルムを形成することができる。

前記分配溝が周方向においてすべり軸受シェルの第１の周端部の手前で第１の間隔をもって終わっていることが好ましい。したがって、支持面及びこれに伴うすべり軸受シェルの支持能力が拡大され、これによりより大きな負荷を受容することが可能である。

本発明によるすべり軸受シェルの好ましい実施形態においては、前記収集溝が周方向において当該すべり軸受シェルの第２の周端部の手前で第２の間隔をもって終わっている。これによっても、支持面及びすべり軸受シェルの支持能力が拡大され、これによってより大きな負荷を受容することが可能である。

また、好ましい実施形態においては、前記分配溝が５０〜１００°の第１の角度をもって周方向に延在しているとともに、前記収集溝が４０〜８０°の第２の角度をもって周方向に延在している。このとき、角度は、分配溝と収集溝の間に常に所定の間隔が保持されるように選択される必要がある。第１と第２の角度の範囲において、すべり軸受へ供給されたオイルの体積流量及びこれに関連するエンジンの燃料消費は、特に大きく低減されることができる。

好ましくは、前記分配溝と前記収集溝が本質的に同一の長さである。これにより、分配溝と収集溝が同様の作業ステップで仕上げられることができるため、仕上げが簡易化される。すべり軸受シェルの位置のみが変更される必要があり、これによりこのすべり軸受シェルが特に好都合に製造されることが可能である。

本発明によるすべり軸受シェルの好ましい形成においては、前記分配溝と前記収集溝がそれぞれ１０：１〜４０：１の長さ対幅の比を有している。この長さ対幅の範囲においては、すべり軸受へ供給されるオイルの体積流量及びこれに伴うエンジンの燃料消費が特に大きく低減され得ることがわかった。

また、前記分配溝と前記収集溝がそれぞれ１０：１〜４０：１の幅対深さの比を有していれば、すべり軸受へ供給されるオイルの体積流量及びエンジンの燃料消費の低減に特に好ましいことがわかった。

少なくとも前記収集溝が周方向において第１の径をもって前記支持面又は溝底部へ移行していることが好ましい。上述のように、収集溝内にはオイルフィルムにおけるわずかな圧力が形成され、これにより収集溝に吸引作用が生じる。この形成において収集溝が第１の径をもって支持面へ移行するため、吸引作用及び収集溝への流れを阻害し得る渦流が発生しないか、又は少なくともわずかにしか発生しない。分配溝及び収集溝が対応して円形セグメント状の断面で仕上げられていれば、この仕上げが更に簡易化される。また、溝底部への移行部によっても第１の径によりオイルフィルム内部における渦流が低減され、吸引作用がより良好に発揮され得る。

好ましくは、少なくとも前記収集溝が、周方向において、第２の径を有する溝底部における本質的に円形セグメント状の輪郭部を備えている。長手軸に沿った支持面から収集溝への移行は、この形成においては非常に緩やかとなっているため、吸引作用及び収集溝への流れを阻害し得る渦流が発生しないか、又は少なくともわずかにしか発生しない。さらに、対応する切削工具は単に回転され、側方に変位される必要がないため、この形成における収集溝の仕上げが非常に簡易となっている。これら溝は、例えば回転しつつその周面で材料を切削するフライスヘッドによって仕上げられることができる。分配溝及び収集溝が対応して円形セグメント状の断面で仕上げられていれば、仕上げが更に簡易化される。したがって、「本質的に」は、一方では通常の加工精度に基づいて厳密な円形状の輪郭部が製造可能でないために使用される。他方では、油溝を曲げの前、すなわちすべり軸受シェルが平坦な状態で仕上げることが考えられる。平坦な状態において円形セグメント状の溝底部の輪郭部は、転がすことで幾何形状的に変更され、もはや厳密に円形セグメント状に延在しない。この限りにおいては、すべり軸受シェルの位置に対して相対的に変更されない軸周りの切削工具の回転のみによって形成され、特徴「周方向において本質的に円形セグメント状の輪郭部」を有する全ての形状が含まれるべきである。

好ましくは、少なくとも前記収集溝が、第３の径をもって周方向に対して垂直に前記支持面へ移行している。これによっても、渦流が少なくとも低減され、吸引作用及び収集溝へのオイルの流れが妨害されないか、又は強く妨害されることがない。

好ましくは、前記分配溝と前記収集溝が、周方向において、及び／又は該周方向に対して垂直に同様の輪郭部を備えている。これにより、第１の溝（分配溝）及び第２の溝（収集溝）に同様の工具が使用され得るため、すべり軸受シェルの仕上げが簡易化される。工具ホルダの交換及び第２の工具ホルダの設置を省略することができる。

本発明によるすべり軸受シェルの他の形態は、分配溝及び収集溝が１つの流路で接続されていることで卓越している。この流路は好ましくは分配溝及び収集溝よりもはるかに小さな断面を有しているため、吸引作用がわずかに損なわれるのみである。流路には、必要な場合には供給可能なオイルが収集される。シャフトの回転運動により、流路に収集されたオイルが引き出され、すべり軸受の支持性能を高めるくさび型オイルフィルムが形成され得る。

本発明によれば、オイルポンプに必要なエンジンの出力の割合及び同時にすべり軸受からの側方における流出を低減することが可能であるようすべり軸受シェルにおけるオイルをより良好に使用することが可能なすべり軸受シェルを提供することが可能である。

取り外された状態における本発明によるすべり軸受シェルの第１の実施例を示す図である。 図１に示された実施例を示す斜視図である。 取り外された状態における本発明によるすべり軸受シェルの第２の実施例を示す平面図である。 図３において規定された断面Ａ−Ａに沿った図３に示された実施例の断面図である。 取り外された状態における図４において使用された図示と同様の断面図に基づく本発明によるすべり軸受シェルの第３の実施例を示す図である。 図３に規定された断面Ｂ−Ｂに沿った第２の実施例の断面図である。 巻かれた状態における図５に示された第３の実施例を示す図である。 取り外された状態における本発明のすべり軸受シェルの第４の実施例を示す平面図である。 取り外された状態における本発明のすべり軸受シェルの第５の実施例を示す平面図である。

以下に、本発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

本発明によるすべり軸受シェル１０_１の図１に示された第１の実施例は、取り外された平面状の状態で断面に基づいて示されている。すべり軸受の製造においては曲げステップが行われ、この曲げステップによって、すべり軸受シェルが約１８０°の角度で張り出すよう平面状のすべり軸受シェル１０_１が曲げられる（図７参照）。２つのすべり軸受シェル１０_１が軸受全体を形成し、両すべり軸受シェルは、必ずしも同様に構成される必要はない。

図２にはすべり軸受シェル１０_１の第１の実施例が斜視図に基づいて示されており、このすべり軸受シェルは、すでに曲げられているとともに、そのためすでに不図示のシャフトの支持のための第２のすべり軸受シェルと共にはめ込まれることができるようになっている。

すべり軸受シェル１０_１は分配溝１２を備えており、この分配溝は、すべり軸受シェル１０_１の内側１４においてすべり軸受シェル１０_１の周方向へ延在している。この周方向の定義のために、この周方向が図３において線Ｘで示されている。分配溝１２の最大の延長部は、周方向へ延在すべきである。分配溝１２内には油孔１６が設けられており、この油孔はすべり軸受シェル１０_１を径方向に貫通するとともに、この油孔を通して不図示のオイルポンプによりオイルが分配溝１２へ供給されるか、又は噴射されることができる。

さらに、すべり軸受シェル１０_１は収集溝１８を備えており、この収集溝は、同様に内側１４において、及びすべり軸受シェル１０_１の周方向へ延在している。分配溝１２の延長部に関する構成は、収集溝１８についてもあてはまる。収集溝１８は、リング状に包囲されているとともに支持面２０によって包囲されている。すべり軸受シェル１０_１の内側１４の各面が支持面２０として機能し、この各面上には、不図示のシャフトの支持及びスライドのためのオイルフィルムを形成することが可能である。シャフトの回転方向は、矢印Ｖで示されている。したがって、収集溝１８がシャフトの回転方向に見て分配溝１２の手前に配置されていることがわかる。

図３には本発明によるすべり軸受シェルの第２の実施例１０_２が平面図で示されており、この平面図は、本質的に第１の実施例の寸法とは異なっている。すべり軸受シェル１０２は、全幅ｂ_ｇｅｓ及び全高ｈ_ｇｅｓを備えている（図４参照）。分配溝１２は第１の周端部２２からの第１の間隔Ａ_１を有し、収集溝１８は第２の周端部２４からの第２の間隔Ａ_２を有している。また、分配溝１２及び収集溝１８は、これらそれぞれの互いに向いた端部間の第３の間隔Ａ_３を有しており、そのため、周方向へ連続して配置されている。見やすさの観点から、支持面２０が斜線を付して示されており、この支持面は、分配溝１２及び収集溝１８を包囲している。図１に示された実施例と異なり、油孔１６_１が長孔として形成されている。

分配溝１２は第１の長さｌ_１、第１の幅ｂ_１及び第１の深さｔ_１を備え、収集溝１８は第２の長さｌ_２、第２の幅ｂ_２及び第２の深さｔ_２を備えている。このとき、これら深さは、分配溝１２と収集溝１８を包囲する支持面２０と溝底部２８の間の最大の間隔を表すべきである。第２の実施例によれば、分配溝１２及び収集溝１８は同一の寸法を有しており、長さｌ_１とｌ_２、幅ｂ_１とｂ_２及び深さｔ_１，ｔ_２はそれぞれ同一である。

図４から分かるように、分配溝１２及び収集溝１８は、周方向において、径ｒ_１’で支持面２０からこの支持面２０に対して傾斜した部分２６へ移行している。この傾斜した部分２６は、同様に第１の径ｒ_１”で分配溝１２及び収集溝１８の溝底部２８へ移行している。第１の径ｒ_１’，ｒ_１”は、同一でも、異なっていてもよい。さらに、分配溝１２及び／又は収集溝１８は、第１の径ｒ_１なしに仕上げられていてもよい。

図６には、第２の実施例に基づくすべり軸受シェル１０_２が図３に規定された切断面Ｂ−Ｂに沿って示されている。収集溝１８は、周方向に対して垂直に第２の径ｒ_３で支持面２０へ移行している。図示の実施例においては、収集溝１８が溝底部２８に垂直に当接し、ここでも第３の径ｒ_３又は他の径での移行が考えられる。もちろん、他の移行部、例えば面取り部としての移行部を設けることも可能である。

図５には、本発明によるすべり軸受シェル１０_３の第２の実施例が図１において選択された図示態様と同様に示されている。第３の実施例の構成は、本質的に、分配溝１２及び収集溝１８が周方向において円形セグメント状の、第２の径ｒ_２を有する輪郭部を備えている点で第１の実施例と異なっている。分配溝１２及び収集溝１８の輪郭部は同一であり、長さｌ_１とｌ_２も同一である。

図７には、第３の実施例によるすべり軸受シェル１０_３が、巻かれ、取付可能な状態において示されている。この状態においては、すべり軸受シェルは、第１の周端部２２と第２の周端部２４の間で約１８０°の角度で張り出している。さらに、巻かれた状態においては第１の角度αを有する分配溝１２と、第２の角度βを有する収集溝１８が周方向に延在しており、そのため、これら角度がここで示されたすべり軸受シェル１０_３の巻かれた状態にのみ関係していることがわかる。

上記角度は、２つの垂線Ｎがなす角度に相当し、これら垂線は、分配溝１２及び収集溝１８の各端部を起点として同様の切断面に位置している。図７においてこれは垂線Ｎ_１１〜Ｎ_２２であり、分配溝１２の角度が垂線Ｎ_１１及びＮ_１２で記載され、収集溝１８の角度が垂線Ｎ_２１及びＮ_２２で記載されている。分配溝１２及び収集溝１８は、これらが支持面２０へ移行する箇所において終わっている。分配溝１２及び収集溝１８の長さｌ１，ｌ２は同一であるため（図５参照）、第１の角度α及び第２の角度βも同一である。ただし、ここでは、他の寸法を設定することも可能である。

図８には、本発明によるすべり軸受シェル１０_４の第４の実施例が、取り外された平面状の状態における平面図に基づいて示されている。この実施例においては、すべり軸受シェル１０_４が分配溝を備えていない。その代りに、油孔１６が支持面２０に直接移行している。

図９には、本発明によるすべり軸受シェル１０_５の第５の実施例が、取り外された平面状の状態における平面図に基づいて示されている。この実施例においては、すべり軸受シェル１０_５が複数の収集溝を含んでおり、ここでは、それぞれ異なる長さｌ_２１〜ｌ_２３及びそれぞれ異なる幅ｂ_２１〜ｂ_２３を有する３つの収集溝１８_１〜１８_３が設けられている。

全ての実施例において、収集溝１８は、矢印Ｖで示されたシャフトの回転方向に関して油孔１６あるいは分配溝１２の手前に配置されている。このことは、収集溝１８において集められたオイルが回転及びこれに関連するシャフトのドラッグ効果により油孔１６又は分配溝１２へ供給されるという効果を有している。すべり軸受シェル１０内にすでにあるオイルは、油孔を通してすべり軸受シェル１０へ供給される新たなオイルと一緒にされ、再利用される。新たなオイルの体積を、収集溝１８において収集されたオイルの体積だけ削減することが可能であり、そのため、全体として必要なオイル体積を減少させることができる。その結果、オイルポンプがより少ない体積流量を必要とし、このオイルポンプがより少ない動力を必要とすることになり、これにより、駆動するエンジンの燃料削減につながる。また、ＣＯ_２バランスも適切に改善されることになる。

１０_１〜１０_５ すべり軸受シェル
１２ 分配溝
１４ すべり軸受シェルの内側
１６，１６_１ 油孔
１８ 収集溝
２０ 支持面
２２ 第１の周端部
２４ 第２の周端部
２６ 傾斜した部分
２８ 溝底部
Ａ_１〜Ａ_３ 間隔
ｂ_１ 分配溝の幅
ｂ_２ 収集溝の幅
ｂ_ｇｅｓ すべり軸受シェルの幅
ｈ_ｇｅｓ すべり軸受シェルの高さ
ｌ１ 分配溝の長さ
ｌ２ 収集溝の長さ
Ｎ_１１〜Ｎ_２２ 垂線
ｒ_１〜ｒ_３ 径
ｔ_１ 分配溝の深さ
ｔ_２ 収集溝の深さ
Ｘ 周方向を規定する線
α 第１の角度
β 第２の角度

Claims (11)

1. すべり軸受シェルを径方向へ貫通する、オイルを当該すべり軸受シェルへ供給するための油孔（１６）と、任意で、前記すべり軸受シェル（１０）の内側（１４）において当該すべり軸受シェル（１０）の本質的に周方向に延在する、当該すべり軸受シェルの内部において供給されたオイルの分配のための分配溝（１２）とを備え、前記油孔（１６）が該分配溝（１２）へ開口している、約１８０°の角度を占める半シェルの形状のすべり軸受シェルにおいて、
   当該すべり軸受シェル（１０）の内側（１４）において周方向に延在する、当該すべり軸受シェルにあるオイルの収集のための１つ又は複数の収集溝（１８）を備えており、該収集溝が閉鎖されているとともに支持面（２０）によってリング状に包囲されており、前記収集溝が回転方向に見て前記油孔の手前又は前記分配溝の手前に配置されていることを特徴とするすべり軸受シェル。
2. 前記分配溝（１２）が周方向において当該すべり軸受シェル（１０）の第１の周端部（２２）の手前で第１の間隔（Ａ_１）をもって終わっていることを特徴とする請求項１記載のすべり軸受シェル。
3. 前記収集溝（１８）が周方向において当該すべり軸受シェル（１０）の第２の周端部（２４）の手前で第２の間隔（Ａ_２）をもって終わっていることを特徴とする請求項１又は２記載のすべり軸受シェル。
4. 前記分配溝（１２）が５０〜１００°の第１の角度（α）をもって周方向に延在しているとともに、前記収集溝（１８）が４０〜８０°の第２の角度（β）をもって周方向に延在していることを特徴とする請求項１又は２記載のすべり軸受シェル。
5. 前記分配溝（１２）と前記収集溝（１８）が本質的に同一の長さであることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のすべり軸受シェル。
6. 前記分配溝（１２）と前記収集溝（１８）が、それぞれ１０：１〜４０：１の長さ対幅の比を有していることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のすべり軸受シェル。
7. 前記分配溝（１２）と前記収集溝（１８）が、それぞれ１０：１〜４０：１の幅対深さの比を有していることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のすべり軸受シェル。
8. 少なくとも前記収集溝（１８）が周方向において第１の径（ｒ_１）をもって前記支持面（２０）及び／又は溝底部（２８）へ移行していることを特徴とする請求項１〜７のいずれか１項に記載のすべり軸受シェル。
9. 少なくとも前記収集溝（１８）が、周方向において、第２の径（ｒ_２）を有する溝底部（２８）における本質的に円形セグメント状の輪郭部を備えていることを特徴とする請求項１〜８のいずれか１項に記載のすべり軸受シェル。
10. 少なくとも前記収集溝（１８）が、第３の径（ｒ_３）をもって周方向に対して垂直に前記支持面（２０）へ移行していることを特徴とする請求項１〜９のいずれか１項に記載のすべり軸受シェル。
11. 前記分配溝（１２）と前記収集溝（１８）が、周方向において、及び／又は該周方向に対して垂直に同様の輪郭部を備えていることを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１項に記載のすべり軸受シェル。

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