JP6804577B2 - 内燃機関のクランク軸用の半割スラスト軸受 - Google Patents
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Description
より詳細には、半割スラスト軸受は、シリンダブロック及び軸受キャップの側面に設けられた受け座(座面)に嵌合され使用されるが、受け座の内径は、半割スラスト軸受の外径よりも若干大きく形成されているので、半割スラスト軸受は周方向に僅かに移動可能である。一方、一対の半割スラスト軸受を円環形状に組み合わせて使用する場合(例えば特許文献1の図10参照)、クランク軸からの軸線方向力がスラスト軸受の摺動面に入力する瞬間、クランク軸のスラストカラー面は、一対の半割スラスト軸受の両方の摺動面と同時に接触するのではなく、先に一方の半割スラスト軸受の摺動面と接触しがちである。このため、一方の半割スラスト軸受がスラストカラー面の回転とともに僅かに周方向に移動し、一方の半割スラスト軸受のクランク軸の回転方向の前方側の周方向端面が、他方の半割スラスト軸受のクランク軸の回転方向の後方側の周方向端面と衝突し、それら半割スラスト軸受の周方向端面付近に衝撃的な負荷が加わる。クランク軸と変速機とが接続されるたびに繰り返し加わるこの衝撃的な負荷の影響で、半割スラスト軸受の周方向端面に隣接するスラストリリーフあるいはスラストリリーフと隣接する摺動面の軸受合金層に疲労(割れや鋼裏金層からの剥離)が起きやすい。
内燃機関のクランク軸の軸線方向力を受けるための半円環形状の半割スラスト軸受であって、第1の表面及び前記第1の表面の反対側の第2の表面を画成するFe合金製の裏金層と、裏金層の第1の表面上に設けられた軸受合金層とを有し、軸受合金層は、裏金層と反対側に摺動面を有し、半割スラスト軸受は、その周方向両端面に隣接して形成された2つのスラストリリーフをさらに有し、各スラストリリーフは、摺動面から周方向端面に向かって半割スラスト軸受の壁厚が薄くなるように形成されたスラストリリーフ表面を有する、半割スラスト軸受において、
スラストリリーフ表面は軸受合金層からなり、
スラストリリーフにおいて、裏金層は、周方向端面に向かって厚さが薄くなるように形成され、
裏金層の各周方向端面が、第2表面に隣接し且つ半割スラスト軸受の周方向端面の一部を構成する露出端面と、第1の表面及び露出端面の間に形成された遷移面とを有し、
軸受合金層は、遷移面を覆うように裏金層の第2表面に向かって延びる延長部をさらに有し、延長部は、半割スラスト軸受の周方向端面の一部を構成する延長端面を有し、延長端面は、露出端面に隣接して形成され、それにより延長端面及び露出端面は少なくとも部分的に同一平面内に延びる、半割スラスト軸受が提供される。
まず、図1〜3を用いて本発明の実施例1に係る軸受装置1の全体構成を説明する。図1〜3に示すように、シリンダブロック2の下部に軸受キャップ3を取り付けて構成された軸受ハウジング4には、両側面間を貫通する円形孔である軸受孔(保持孔)5が形成されており、側面における軸受孔5の周縁には円環状凹部である受座6、6が形成されている。軸受孔5には、クランク軸のジャーナル部11を回転自在に支承する半割軸受7、7が円筒状に組み合わされて嵌合される。受座6、6には、クランク軸のスラストカラー12を介して軸線方向力f(図3参照)を受ける半割スラスト軸受8、8が円環状に組み合わされて嵌合される。
次に、図2〜5を用いて実施例1の半割スラスト軸受8の構成について説明する。本実施例の半割スラスト軸受8は、Fe合金製の裏金層84に薄い軸受合金層85を接着したバイメタルを用いて、半円環形状の平板に形成される。なお、裏金層84のFe合金として、鋼やステンレス鋼等を用いることができる。また軸受合金層85として、Cu軸受合金やAl軸受合金等を用いることができる。軸受合金層85は、Fe合金製の裏金層84に対し硬さが低く(軟らかく)、したがって外力を受けた場合に弾性変形量が多い。
半割スラスト軸受8は、周方向中央領域に軸受合金層85から構成される摺動面81(軸受面)と、周方向両端面83、83に隣接する領域にスラストリリーフ82、82とを有し、スラストリリーフ82は、平坦なスラストリリーフ表面(平面)82sを有している。摺動面81には、潤滑油の保油性を高めるために、両側のスラストリリーフ82、82の間に2つの油溝81a、81aが形成されている。
なお、本明細書において、摺動面81、スラストリリーフ表面82s、背面84b、周方向端面83は、オーバーレイ層87を付与しなかった場合の表面として定義される。
乗用車用等の小型内燃機関のクランク軸(ジャーナル部の直径が30〜100mm程度)に使用する場合、半割スラスト軸受8の周方向端面83からのスラストリリーフ長さL1は、3〜25mmになされる。
スラストリリーフ82の軸線方向の深さRD1は、0.1〜1mmになされることができる。
なお、実施例1では、周方向端面83は全体として軸線方向に垂直な同一平面内に延びているが、周方向端面83は、例えば露出端面84eの遷移面84tに隣接する側が延長端面86eとともに平坦に(面一に)形成され、露出端面84eの第2表面84bに隣接する側がその平坦面よりも窪んでいるように延びていてもよい。
そして、交点P1からP3までの距離である延長部86の軸線方向長さA1は0.2〜1.5mmであることが好ましく、特に周方向端面における裏金層84の厚さの10〜40%であることが好ましい。
また交点P1からP2までの距離である第1の表面84aに沿った延長部86の厚さA2は好ましくは0.2〜1mmであり、延長部86の厚さは交点P3側に向かって次第に小さくなっている。
なお、延長部86は、半割スラスト軸受8の周方向端面83の径方向全長に亘って延びている。
またスラストリリーフ表面82sと周方向端面83の間のコーナーをR形状としてもよい。
上述したようにクランク軸からの軸線方向力fが半割スラスト軸受8の摺動面81に入力するのとほぼ同時に、一方の半割スラスト軸受8の周方向端面83と他方の半割スラスト軸受8の周方向端面83とが衝突し、それにより、それら半割スラスト軸受8の周方向端面83付近に衝撃的な負荷が加わる。なお、本実施例の構成とは異なり、図1に示すシリンダブロック2の下部に軸受キャップ3を取り付けて構成された軸受ハウジング4のうちシリンダブロック2の側面にだけ軸受孔5の周縁の円環状凹部である受座6が形成され、したがって軸受ハウジング4の一方の側面にただ1つの半割スラスト軸受が配置される場合には、半割スラスト軸受8の周方向端面83は、軸受キャップ3の端面(分割面)と衝突し、それにより半割スラスト軸受8の周方向端面83付近に衝撃的な負荷が加わる。
本実施例では、周方向端面83のスラストリリーフ82に隣接する側に軸受合金層85の延長部86が形成されているため、この部分が衝撃負荷を受けて弾性変形し、それにより周方向端面83において、軸受合金層85に隣接する裏金層84の領域に加わる負荷が緩和される。さらに、周方向端面83の背面側(スラストリリーフ82から離間した側)では延長部86と比較して弾性変形が起き難い裏金層84の露出表面84eが露出するので、衝撃負荷は、主に裏金層83の、スラストリリーフ82から離間した領域に加わることになる。このため、スラストリリーフ表面82sやスラストリリーフ82に隣接する摺動面の領域における軸受合金層84には衝撃負荷が伝播し難く、したがってこれらの領域の軸受合金層84に疲労が生じ難くなる。
また延長部86の軸線方向長さA1が大きすぎる場合も、周方向端面83において衝撃負荷を主に支える裏金層の表面(露出表面84e)の割合が小さくなるので、延長部86の表面(延長端面86e)にも大きな衝撃負荷が加わる。このように延長部86の表面に大きな衝撃負荷が加わると、延長部86の軸受合金に疲労が生じやすい。
さらに、延長部86の軸線方向長さA1や厚さA2が小さすぎると、衝撃負荷を緩和するための軸受合金層の弾性変形が小さく、衝撃負荷の緩和が不十分となる。このためスラストリリーフ表面やスラストリリーフに隣接する摺動面の領域における裏金層に大きい衝撃負荷が伝播し、軸受合金層に疲労が生じやすい。
図5は、半割スラスト軸受8の周方向端部83近傍を、内側(図4のYI矢視方向)から見た側面の断面図である。
乗用車用等の小型内燃機関のクランク軸(ジャーナル部の直径が30〜100mm程度)に使用する場合、摺動面81が形成される領域において、半割スラスト軸受8の厚さTは1.5〜3.5mmであり、裏金層84の厚さTBは1.1〜3.2mmであり、軸受合金層85の厚さTAは0.1mm〜0.7mmである。摺動面81が形成される領域において、裏金層84の厚さTBおよび軸受合金層85の厚さTAは、一定とすることが好ましい。
また図5に示すように、半割スラスト軸受8のスラストリリーフ82は、半割スラスト軸受8の壁厚が周方向端面83に向かって徐々に薄くなるように形成されている。
図6に示すように、スラストリリーフ82が形成された領域における裏金層84の厚さは、周方向中央側から周方向端面に向かって小さくなっており、周方向端面83での軸線方向の厚さA3、すなわち第1の表面84aを周方向端面82まで延長した仮想線と周方向端面83との交点P1から第2の表面84bまでの軸線方向距離A3は0.6〜2.7mmである。
同様に、スラストリリーフ82が形成された領域における軸受合金層85の軸線方向の厚さは、周方向中央側から周方向端面に向かって小さくなっており、周方向端面83での軸線方向の厚さA4、すなわち裏金層84の第1の表面84aを周方向端面83まで延長した仮想線と周方向端面83との交点P1からスラストリリーフ表面82sまでの軸線方向距離A4は0.05〜0.6mmである。
本実施例の半割スラスト軸受8は、裏金層84と軸受合金層85とからなる平面形状の複層摺動材料の軸受合金層の表面側に、スラストリリーフ82となる凹部をプレス成型したのち、一対の雄型と雌型、及びプレス機によりこの凹部が周方向両端部に位置するように摺動材料を半円環形状に切断することによって作成される。ここで、一般的に一対の雄型と雌型の切断部の間の隙間は、切断によるバリを小さくするために狭くなされてきた。しかし、本実施例では、半円環形状の内周面や外周面の切断部では、隙間は従来と同じく狭くなされるが、周方向端部では隙間は従来よりも広くなされる。これにより、プレス成型時、周方向端面付近の裏金層84上の軸受合金層85が、裏金層84の側面(周方向端面)を覆うように隙間内を塑性流動しながら切断され、それにより半割スラスト軸受8の周方向端面83に軸受合金層85の延長部86が形成される。
なお、特許文献1の段落0017に記載されるように、複層摺動材料を半円環形状(半割スラスト軸受の形状)に打ち抜いた後に、プレス機によりスラストリリーフを形成した場合、スラストリリーフを形成した部分の複層摺動材料の軸受合金層および裏金層は、主として打ち抜かれた部材の周方向端面が向く方向へ、周方向端面であった位置からからはみ出るように、換言すれば、打ち抜かれた部材の元の周方向端面から周方向長さが増加するように塑性流動することに留意すべきである。また、軸受合金と裏金では変形抵抗が異なるため、特に軸受合金の塑性変形量が大きいため、周方向端面が平坦でなくなる。このため、スラストリリーフを形成した部材は、塑性流動して元の周方向端面位置からはみ出た軸受合金および裏金を切削加工により除去し、平坦な周方向端面を形成する必要がある。それゆえ従来の半割スラスト軸受では、特許文献1の図3等に示されるように、周方向端面の裏金層の表面に軸受合金層からなる延長部は形成されない。
あるいは背面リリーフ90は、摺動面81と平行な平面を有するように構成することもできる。
なお、図11に示すように背面リリーフ90のリリーフ長さL3は、上述したスラストリリーフ82のスラストリリーフ長さL1より大きいが、これに限定されるものではなく、スラストリリーフ長さL1と同じであってもよく、あるいはスラストリリーフ長さL1よりも小さくてもよい。
RD1 周方向端面におけるスラストリリーフ深さ
1 軸受装置
4 軸受ハウジング
7 半割軸受
8 半割スラスト軸受
11 ジャーナル部
12 スラストカラー
71 潤滑油溝
72 貫通孔
73 クラッシュリリーフ
81 摺動面
82 スラストリリーフ
82s スラストリリーフ表面
83 周方向端面
84 裏金層
84a 第1の表面
84b 第2の表面
84e 露出表面
84t 遷移面
85 軸受合金層
86 延長部
86e 延長端面
87 オーバーレイ層
90 背面リリーフ
Claims (5)
- 内燃機関のクランク軸の軸線方向力を受けるための半円環形状の半割スラスト軸受であって、第1の表面及び前記第1の表面の反対側の第2の表面を画成するFe合金製の裏金層と、前記裏金層の前記第1の表面上に設けられた軸受合金層とを有し、前記軸受合金層は、前記裏金層と反対側に摺動面を有し、前記半割スラスト軸受は、その周方向両端面に隣接して形成された2つのスラストリリーフをさらに有し、各スラストリリーフは、前記摺動面から前記周方向端面に向かって前記半割スラスト軸受の壁厚が薄くなるように形成されたスラストリリーフ表面を有する、半割スラスト軸受において、
前記スラストリリーフ表面は前記軸受合金層からなり、
前記スラストリリーフにおいて、前記裏金層は、前記周方向端面に向かって厚さが薄くなるように形成され、
前記裏金層の各周方向端面が、前記第2表面に隣接し且つ前記半割スラスト軸受の前記周方向端面の一部を構成する露出端面と、前記第1の表面及び前記露出端面の間に形成された遷移面とを有し、
前記軸受合金層は、前記遷移面を覆うように前記裏金層の前記第2の表面に向かって延びる延長部をさらに有し、前記延長部は、前記半割スラスト軸受の前記周方向端面の一部を構成する延長端面を有し、前記延長端面は、前記露出端面に隣接して形成され、それにより前記延長端面及び前記露出端面は少なくとも部分的に同一平面内に延びる、半割スラスト軸受。 - 前記半割スラスト軸受の前記周方向端面における前記延長部の軸線方向長さ(A1)が0.2〜1.5mmである、請求項1に記載の半割スラスト軸受。
- 前記半割スラスト軸受の前記周方向端面における前記スラストリリーフの前記摺動面からの軸線方向深さ(RD1)が、前記半割スラスト軸受の径方向内側端部と径方向外側端部の間で一定であり、且つ0.1〜1mmである、請求項1又は2に記載の半割スラスト軸受。
- 前記半割スラスト軸受の前記周方向端面からの前記スラストリリーフの長さ(L1)が、前記半割スラスト軸受の径方向内側端部と径方向外側端部の間で一定であり、且つ3〜25mmである、請求項1から3までのいずれか一項に記載の半割スラスト軸受。
- 少なくとも前記軸受合金層の前記摺動面がオーバーレイ層により被覆されている、請求項1から4までのいずれか一項に記載の半割スラスト軸受。
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