JP6632922B2

JP6632922B2 - すべり軸受

Info

Publication number: JP6632922B2
Application number: JP2016060513A
Authority: JP
Inventors: 桂己山本
Original assignee: Taiho Kogyo Co Ltd
Current assignee: Taiho Kogyo Co Ltd
Priority date: 2016-03-24
Filing date: 2016-03-24
Publication date: 2020-01-22
Anticipated expiration: 2036-03-24
Also published as: JP2017172723A

Description

本発明は、軸部材を回転可能に支持するすべり軸受の技術に関する。

従来、軸部材を回転可能に支持するすべり軸受の技術は公知となっている。例えば、特許文献１に記載の如くである。

特許文献１に記載のすべり軸受は、その内側に軸部材を回転可能に支持するための摺動面を有している。前記摺動面には、樹脂領域部と軟質金属領域部とが混在した複合化領域部が設けられる。こうして、前記摺動面においては、複合化領域部の表面に対して軟質金属領域部の表面が占める割合が、１０〜９０％に設定される。

このように構成されたすべり軸受においては、軸部材を回転可能に支持することができると共に、樹脂領域部と軟質金属領域部とが混在した複合化領域部が設けられるため、軟質金属領域部がない場合と比較して、異物埋収性を向上させることができる。

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、すべり軸受の内側の面の全体に亘って樹脂領域部の表面が占める割合が減少するため、耐摩耗性や低フリクション性等の樹脂領域部が有する有利な性能が低下するおそれがある。

特開２００７−２３９８６６号公報

本発明は以上の如き状況に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、異物埋収性を向上させ、且つ、樹脂オーバレイ層が有する有利な性能が低下するのを抑制することができるすべり軸受を提供することである。

本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。

即ち、請求項１においては、径方向に積層された複数の層を有し、軸部材を回転可能に支持するすべり軸受であって、前記径方向の最も内側に配置された内側層は、軟質金属からなり、前記内側層の軸線方向中央部に配置された金属オーバレイ層と、樹脂と固体潤滑剤とを含有し、前記金属オーバレイ層の軸線方向両側にそれぞれ配置された樹脂オーバレイ層と、を具備するものである。

請求項２においては、前記内側層の摺動面には、前記軸部材の内部から吐出口を介して潤滑油が供給され、前記金属オーバレイ層は、前記吐出口と対向して配置され、前記軸線方向における前記金属オーバレイ層の幅は、前記軸線方向における前記吐出口の幅よりも大きく形成されるものである。

請求項３においては、前記軸線方向における前記金属オーバレイ層の幅は、前記軸線方向における前記吐出口の幅よりも、０．５ｍｍ〜２ｍｍの範囲で大きく形成されるものである。

請求項４においては、前記軸部材は、クランクシャフトのクランクピンであるものである。

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

請求項１においては、異物埋収性を向上させ、且つ、樹脂オーバレイ層が有する有利な性能が低下するのを抑制することができる。

請求項２においては、異物埋収性をより向上させることができる。

請求項３においては、異物埋収性をより向上させ、且つ、樹脂オーバレイ層が有する有利な性能が低下するのを効果的に抑制することができる。

請求項４においては、クランクピンにおける不具合（焼付きや摩耗等）の発生を抑制することができる。

クランクシャフトの概略構成を示した側面模式図。クランクピンとコンロッドとの連結部の構成を示した正面断面図。コンロッド軸受及びクランクピンを示した正面断面図。ロア側軸受を示した斜視図。図３におけるＡ−Ａ断面図。異物が連通油路の吐出口と共に回転する様子を示した正面断面拡大図。図３の別例におけるＡ−Ａ断面図。

以下では、図中の矢印Ｕ、矢印Ｄ、矢印Ｆ、矢印Ｂ、矢印Ｌ及び矢印Ｒで示した方向を、それぞれ上方向、下方向、前方向、後方向、左方向及び右方向と定義して説明を行う。

まず、図１を用いて、本発明に係るすべり軸受の一実施形態に係るコンロッド軸受４が設けられるクランクシャフト１に関する構成の概略について説明する。

クランクシャフト１は内燃機関（エンジン）を構成する部材であり、ピストンの往復運動を回転運動に変換するためのものである。クランクシャフト１は、主としてクランクジャーナル１ａ、クランクアーム１ｂ、クランクピン１ｃ及び連通油路１ｄを具備する。

クランクジャーナル１ａは、主軸受２を介してシリンダブロック３に回転可能に支持される。主軸受２には、その外周面と内周面とを連通する貫通孔２ａが形成される。クランクピン１ｃは、クランクアーム１ｂを介してクランクジャーナル１ａと連結される。クランクピン１ｃは、コンロッド軸受４を介してコンロッド５に回転可能に連結される。連通油路１ｄは、クランクジャーナル１ａの外周面とクランクピン１ｃの外周面とを連通するように、クランクシャフト１内に形成される。

このような構成において、シリンダブロック３に形成された潤滑油路３ａを介して、図示せぬメインオイルホールからの潤滑油が主軸受２へと供給される。さらに当該潤滑油は、主軸受２の貫通孔２ａを介して、当該主軸受２の内周面側へと供給される。当該潤滑油によって主軸受２とクランクジャーナル１ａとの摺動面が潤滑される。

主軸受２の内周面側へと供給された潤滑油は、さらに連通油路１ｄ（より詳細には、図２等に示す吐出口１ｅ）を介してクランクピン１ｃの外周面へと供給される。当該潤滑油によってクランクピン１ｃとコンロッド軸受４との摺動面が潤滑される。

以下では、図２を用いて、クランクピン１ｃとコンロッド５との連結部の構成について説明する。

コンロッド５の下端部（大端部）には、クランクピン１ｃと連結されるハウジング（本体側ハウジング５ａ及びキャップ５ｂ）が形成される。本体側ハウジング５ａの軸受部５ｃとキャップ５ｂの軸受部５ｄとの間に、クランクピン１ｃが挟み込まれるようにして支持される。この際、コンロッド５とクランクピン１ｃとの間にはコンロッド軸受４が介装される。

このような構成において、クランクピン１ｃが回転（本実施形態においては、正面視時計回りに回転するものとする）すると、当該クランクピン１ｃの外周面とコンロッド軸受４の内周面との間に、連通油路１ｄを介して供給される潤滑油の油膜が形成される。クランクピン１ｃは、当該油膜を介してコンロッド軸受４に回転可能に支持される。

以下では、図２から図５を用いて、コンロッド軸受４の構成について詳細に説明する。

図２から図５に示すコンロッド軸受４は、クランクピン１ｃを回転可能に支持する円筒状のすべり軸受である。コンロッド軸受４は、一対の半円筒状軸受（ロア側軸受１０及びアッパー側軸受２０）を具備する。ロア側軸受１０とアッパー側軸受２０とを向かい合わせに上下に組み合わせることで、円筒状のコンロッド軸受４が形成される。

ロア側軸受１０は、コンロッド軸受４のうち下半部を形成する部材である。ロア側軸受１０は、半円筒状（円筒を、軸線を通る直径で切断した形状）に形成される。ロア側軸受１０は、その内周面を上方に向けた状態でコンロッド５のキャップ５ｂの軸受部５ｄに配置される。

アッパー側軸受２０は、コンロッド軸受４のうち上半部を形成する部材である。アッパー側軸受２０は、半円筒状に形成される。アッパー側軸受２０は、その内周面を下方に向けた状態でコンロッド５の本体側ハウジング５ａの軸受部５ｃに配置される。

なお、本実施形態に係るロア側軸受１０とアッパー側軸受２０は、同一の構成となるように形成される。よって以下では、ロア側軸受１０の構成についてより詳細に説明する。また、アッパー側軸受２０のうちロア側軸受１０と同一形状の部分には同一の符号を付し、説明を省略する。

ロア側軸受１０は、クラッシュリリーフ１１を具備する。

図３及び図４に示すクラッシュリリーフ１１は、ロア側軸受１０の内周面を凹状に切り欠いて形成される部分である。クラッシュリリーフ１１は、ロア側軸受１０の両端部、すなわち右上端部（クランクピン１ｃの回転方向上流側の端部）及び左上端部（クランクピン１ｃの回転方向下流側の端部）にそれぞれ形成される。

このように、ロア側軸受１０にクラッシュリリーフ１１を設けることで、当該ロア側軸受１０の両端部近傍において変形が生じた場合であっても、不具合（具体的には、変形した部分がクランクピン１ｃに局部当たりすること）の発生を防止することができる。また、ロア側軸受１０とクランクピン１ｃとの間（摺動面）に混入した異物を、クラッシュリリーフ１１から排出することができる（図６参照）。

図４及び図５に示すように、上述の如き構成のロア側軸受１０は、径方向に積層された複数の層を具備する。前記複数の層には、裏金層４１、軸受合金層４２及び被覆層４３が含まれる。

裏金層４１は、ロア側軸受１０の複数の層において、径方向の最も外側に配置された層である。裏金層４１は、ロア側軸受１０の基礎（主たる構造）となる。裏金層４１は、鋼板等の公知の材料から適宜選択することができる。

軸受合金層４２は、ロア側軸受１０の複数の層において、裏金層４１の径方向の内側に配置された層である。軸受合金層４２は、裏金層４１と径方向に隣り合うように配置される。軸受合金層４２は、例えば銅合金や、アルミニウム合金等の公知の材料から適宜選択することができる。軸受合金層４２は、ロア側軸受１０の周方向の全体に亘って（すなわち、クラッシュリリーフ１１が形成されている両端部にも）形成されている。

被覆層４３は、ロア側軸受１０の複数の層において、軸受合金層４２の径方向の内側に配置された層である。被覆層４３は、軸受合金層４２と径方向に隣り合うように配置される。また、被覆層４３は、径方向の最も内側に配置される。被覆層４３は、クランクピン１ｃの外周面と対向するように配置され、当該クランクピン１ｃの外周面との摺動面となる。被覆層４３は、ロア側軸受１０の周方向の全体に亘って（すなわち、クラッシュリリーフ１１が形成されている両端部にも）形成されている。被覆層４３には、軸線方向に順番に並べられた２種類の層が含まれる。具体的には、被覆層４３には、金属オーバレイ層４３ａ及び樹脂オーバレイ層４３ｂが含まれる。

金属オーバレイ層４３ａは、軸線方向において被覆層４３の中途部（中央部）に配置された層である。すなわち、金属オーバレイ層４３ａは、軸線方向において被覆層４３の両側端部を除いた部分に形成される。金属オーバレイ層４３ａは、例えばＳｎ系合金や、Ｂｉ又はＢｉ合金からなる軟質金属として形成される。金属オーバレイ層４３ａは、後述する樹脂オーバレイ層４３ｂと比較して柔らかく、比較的低荷重で塑性変形を起こすため、なじみ性や、異物埋収性（異物ロバスト性）、耐焼付性に優れているという特性を有する。

また、図５に示すように、金属オーバレイ層４３ａは、連通油路１ｄの吐出口１ｅと径方向に対向するように形成される。そして、軸線方向における金属オーバレイ層４３ａの幅（図５に示すＬ１）は、当該軸線方向における連通油路１ｄの吐出口１ｅの幅（図５に示すＬ２）よりも大きく形成される。本実施形態においては、金属オーバレイ層４３ａの幅Ｌ１と吐出口１ｅの幅Ｌ２との差は、０．５ｍｍ〜２ｍｍの範囲となるように形成される。すなわち、吐出口１ｅは、軸線方向において金属オーバレイ層４３ａの内側に（すなわち、樹脂オーバレイ層４３ｂと対向しないように）配置される。なお、本実施形態において、吐出口１ｅには、面取り部も含んでいる。

樹脂オーバレイ層４３ｂは、軸線方向において金属オーバレイ層４３ａを中央に介在させて被覆層４３の両側にそれぞれ配置された層である。こうして、樹脂オーバレイ層４３ｂは、軸線方向において被覆層４３の両側端部にそれぞれ形成される。樹脂オーバレイ層４３ｂは、例えばベースとなる樹脂に固体潤滑剤を含有させた固体潤滑剤含有樹脂として形成される。樹脂オーバレイ層４３ｂは、金属オーバレイ層４３ａと比較して硬いため、低摩擦性や、耐摩耗性に優れているという特性を有する。

このように、被覆層４３においては、金属オーバレイ層４３ａ及び樹脂オーバレイ層４３ｂが、軸線方向に順番に並べられる。また、図５に示すように、金属オーバレイ層４３ａ及び樹脂オーバレイ層４３ｂは、軸線方向に面一となるように形成される。すなわち、金属オーバレイ層４３ａ及び樹脂オーバレイ層４３ｂの表面（内周面）は、径方向において同一の位置となるように形成される。こうして、金属オーバレイ層４３ａ及び樹脂オーバレイ層４３ｂの表面は、クランクピン１ｃが回転すると、クランクピン１ｃの内周面に対して摺動する。

以下では、図３を用いて、コンロッド軸受４（アッパー側軸受２０及びロア側軸受１０）における潤滑油の流れについて説明する。

図３に示すように、クランクピン１ｃの回転に伴って、連通油路１ｄ（吐出口１ｅ）を介して潤滑油がコンロッド軸受４へと供給される。供給された潤滑油は、クランクピン１ｃの回転に伴ってコンロッド軸受４とクランクピン１ｃとの間を正面視時計回りに流通する。こうして、連通油路１ｄを介して供給された潤滑油が、アッパー側軸受２０及びロア側軸受１０とクランクピン１ｃとの間（摺動面）に供給され、当該摺動面に油膜を形成する。なお、コンロッド軸受４とクランクピン１ｃとの間を流通する潤滑油の一部は、クラッシュリリーフ１１を介して当該コンロッド軸受４の外部へと排出される。

ここで、潤滑油の中には、塵挨や金属摩耗によって発生した粉等の異物が混入する場合がある。例えば、連通油路１ｄを介して供給される潤滑油の中に異物が混入している場合には、当該異物がアッパー側軸受２０及びロア側軸受１０とクランクピン１ｃとの間（摺動面）に入り込んで、当該異物を起因とする焼付き等の不具合が発生するおそれがある。

そこで、本実施形態に係るコンロッド軸受４においては、図５に示すように、連通油路１ｄの吐出口１ｅと対向する位置に、金属オーバレイ層４３ａが形成されている。すなわち、連通油路１ｄを介して供給される潤滑油の中に異物が混入していた場合には、当該異物を金属オーバレイ層４３ａの中に埋収させることができる。また、異物を金属オーバレイ層４３ａの中に埋収させたことにより当該金属オーバレイ層４３ａに損傷が生じた場合（例えば、径方向の内側に盛り上がった部分等が生じた場合）であっても、金属オーバレイ層４３ａはなじみ性に優れているため、クランクピン１ｃの回転に伴って、当該損傷をなじませることができる。こうして、コンロッド軸受４においては、異物を起因とする焼付き等の不具合の発生を抑制することができる。

なお、連通油路１ｄを介して供給される潤滑油の中に異物が混入していた場合に、当該異物が金属オーバレイ層４３ａの中に埋収されない場合も想定される。具体的には、当該異物が連通油路１ｄの吐出口１ｅに引っ掛かり、当該吐出口１ｅと共にコンロッド軸受４に対して回転（移動）する場合である。例えば、図６に示すように、クランクピン１ｃと共に回転する連通油路１ｄが位置Ｐ１の場合に、異物（以下では「異物Ｆ」と称する）が連通油路１ｄの吐出口１ｅに引っ掛かった場合を想定する。このような場合、連通油路１ｄの吐出口１ｅに引っ掛かった異物Ｆは、金属オーバレイ層４３ａと接触しながら回転（移動）し、連通油路１ｄの吐出口１ｅがクラッシュリリーフ１１と対向する位置（位置Ｐ２）に到達した際に、当該クラッシュリリーフ１１から排出される。こうして、連通油路１ｄの吐出口１ｅが位置Ｐ１から位置Ｐ２に到達するまでの範囲Ｘにおいて、金属オーバレイ層４３ａに損傷が生じることとなる。

しかしながら、本実施形態に係るコンロッド軸受４においては、上述の如くクランクピン１ｃの回転に伴って、金属オーバレイ層４３ａに形成された損傷をなじませることができる。こうして、コンロッド軸受４においては、異物が金属オーバレイ層４３ａの中に埋収されない場合であっても、異物を起因とする焼付き等の不具合の発生を抑制することができる。

ここで、本実施形態に係るコンロッド軸受４において、被覆層４３（摺動面）の軸線方向の両側端部には、樹脂オーバレイ層４３ｂが形成されている。すなわち、コンロッド軸受４においては、すべり軸受としてクランクピン１ｃと主に摺動する部分に樹脂オーバレイ層４３ｂが形成されている。こうして、コンロッド軸受４においては、金属オーバレイ層４３ａを有しながらも、耐摩耗性や低フリクション性を高めることができる（樹脂オーバレイ層４３ｂが有する有利な性能が低下するのを抑制することができる）。

以上のように、本実施形態に係るコンロッド軸受４は、
径方向に積層された複数の層（裏金層４１、軸受合金層４２及び被覆層４３）を有し、クランクピン１ｃ（軸部材）を回転可能に支持するすべり軸受であって、
前記径方向の最も内側に配置された被覆層４３（内側層）は、
軟質金属からなり、前記被覆層４３（内側層）の軸線方向中央部に配置された金属オーバレイ層４３ａと、
樹脂と固体潤滑剤とを含有し、前記金属オーバレイ層４３ａの軸線方向両側にそれぞれ配置された樹脂オーバレイ層４３ｂと、
を具備するものである。

このような構成により、異物埋収性を向上させ、且つ、樹脂オーバレイ層４３ｂが有する有利な性能が低下するのを抑制することができる。

また、コンロッド軸受４において、
前記被覆層４３（内側層）の摺動面には、前記軸部材の内部から吐出口１ｅを介して潤滑油が供給され、
前記金属オーバレイ層４３ａは、前記吐出口１ｅと対向して配置され、
前記軸線方向における前記金属オーバレイ層４３ａの幅Ｌ１は、前記軸線方向における前記吐出口１ｅの幅Ｌ２よりも大きく形成されるものである。

このような構成により、吐出口１ｅを介して供給される潤滑油に異物が混入していた場合には、当該異物を樹脂オーバレイ層４３ｂではなく、金属オーバレイ層４３ａで受けることができるため、異物埋収性をより向上させることができる。

また、コンロッド軸受４において、
前記軸線方向における前記金属オーバレイ層４３ａの幅Ｌ１は、前記軸線方向における前記吐出口１ｅの幅Ｌ２よりも、０．５ｍｍ〜２ｍｍの範囲で大きく形成されるものである。

このような構成により、吐出口１ｅを介して供給される潤滑油に異物が混入していた場合には、当該異物を樹脂オーバレイ層４３ｂではなく、確実に金属オーバレイ層４３ａで受けることができるため、異物埋収性をより向上させることができる。また、コンロッド軸受４の摺動面において、異物埋収性をより向上させながらも、金属オーバレイ層４３ａの幅を必要最小限のものとし、樹脂オーバレイ層４３ｂの幅をできるだけ大きく形成することができる。こうして、樹脂オーバレイ層４３ｂが有する有利な性能が低下するのを効果的に抑制することができる。

また、コンロッド軸受４において、
前記軸部材は、
クランクシャフト１のクランクピン１ｃであるものである。

このような構成において、クランクピン１ｃにおける不具合（焼付きや摩耗等）の発生を抑制することができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能である。

例えば、本実施形態においては、すべり軸受をクランクピン１ｃを回転可能に支持するコンロッド軸受４に適用した例を示したが、その他のすべり軸受（例えば、クランクシャフト１を回転可能に支持する主軸受等）に適用することも可能である。

また、金属オーバレイ層４３ａ及び樹脂オーバレイ層４３ｂの材料は、本実施形態において例示したものに限定されず、金属オーバレイ層４３ａ及び樹脂オーバレイ層４３ｂが有する有利な性能を維持できる範囲内で任意に採用することができる。

また、コンロッド軸受４（アッパー側軸受２０及びロア側軸受１０）が有する複数の層は、本実施形態に例示した３つに限定されず、任意の数とすることができる。

また、軸線方向における金属オーバレイ層４３ａと吐出口１ｅとの幅の差は、２ｍｍよりも大きく形成されてもよい。また、軸線方向における金属オーバレイ層４３ａと吐出口１ｅとの幅の差は、０．５ｍｍよりも小さく形成されてもよい。

また、金属オーバレイ層４３ａ及び樹脂オーバレイ層４３ｂの表面（内周面）は、径方向において同一の位置となるように形成されるものでなくてもよい。具体的には、図７に示すように、金属オーバレイ層４３ａの表面（内周面）は、樹脂オーバレイ層４３ｂの表面（内周面）に対して、径方向において外側の位置となるように形成されるものであってもよい。このような構成によれば、吐出口１ｅを介して供給される潤滑油に異物が混入していた場合には、当該異物をクラッシュリリーフ１１から排出し易くすると共に、樹脂オーバレイ層４３ｂが有する有利な性能が低下するのを抑制することができる。

１クランクシャフト
１ｃクランクピン
４コンロッド軸受
４１裏金層
４２軸受合金層
４３被覆層
４３ａ金属オーバレイ層
４３ｂ樹脂オーバレイ層

Claims

径方向に積層された複数の層を有し、軸部材を回転可能に支持するすべり軸受であって、
前記径方向の最も内側に配置された内側層は、
軟質金属からなり、前記内側層の軸線方向中央部に配置された金属オーバレイ層と、
樹脂と固体潤滑剤とを含有し、前記金属オーバレイ層の軸線方向両側にそれぞれ配置された樹脂オーバレイ層と、
を具備する、
ことを特徴とするすべり軸受。
前記内側層の摺動面には、前記軸部材の内部から吐出口を介して潤滑油が供給され、
前記金属オーバレイ層は、前記吐出口と対向して配置され、
前記軸線方向における前記金属オーバレイ層の幅は、前記軸線方向における前記吐出口の幅よりも大きく形成される、
ことを特徴とする請求項１に記載のすべり軸受。
前記軸線方向における前記金属オーバレイ層の幅は、前記軸線方向における前記吐出口の幅よりも、０．５ｍｍ〜２ｍｍの範囲で大きく形成される、
ことを特徴とする請求項２に記載のすべり軸受。
前記軸部材は、
クランクシャフトのクランクピンである、
ことを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか一項に記載のすべり軸受。