JPS5917287B2

JPS5917287B2 - すべり軸受およびその製造方法

Info

Publication number: JPS5917287B2
Application number: JP7195378A
Authority: JP
Inventors: 靖久田中; 芳美松田
Original assignee: Taiho Kogyo Co Ltd
Current assignee: Taiho Kogyo Co Ltd
Priority date: 1978-06-14
Filing date: 1978-06-14
Publication date: 1984-04-20
Also published as: JPS54163252A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、軸とすべり軸受との相対回転に伴い、軸受す
べり面に加わる荷重の方向および大きさが１５周期的に
変化する場合に使用して好適なすべり軸受およびその製
造方法に関するものである。

内燃機関を例にとると、その回転部分には数多くのすべ
り軸受が用いられているが、このうち例えばコンロツド
とクランクピンとの接続部分、すｎなわちコンロツド
軸受は、ピストンを介して燃焼室の爆発力が伝達され一
るた一め〜Ｚホーにカロわる荷重の方向および大きさま
たはその荷重によつて軸と軸受との隙間に発生する油膜
圧力の大きさが周期的に変化するすべり軸受に該当する
。第１図はコ２５ンロツド軸受部分の概略を示すもので
、１はピストン、２はクランク軸、３はピストン１とク
ランク軸２のクランクピン４を接続するコンロツドであ
り、二つ割りにされたすべり軸受（メタルと通称される
）５ａ、５ｂは、クランクピン４外周と、ｎコンロツ
ド３の下端大径部およびキャップ６の内周との間に位置
する。ところで、このすべり軸受５ａ、５ｂは、従来そ
の内面のすべてが平滑なすベー面として形成されており
、その幅Ｌは軸受に加わる最大の荷重または油膜圧力（
以下、単に圧３５力という。）を基礎に定められている
。したがつて燃焼室の爆発の際に生じる最大の荷重また
は圧力が加わる部分は、クランクピンとの必要な摺動面
積を保持することができるが、反面この他の部分は、上
記最大の荷重または圧力に比してはるかに小さい荷重ま
たは圧力しか加わらないため、クランクピスとの摺動面
積が必要以上に大となり、この結果無用の摩擦損失が生
じるのを避けることができなかつた。換言すれば、従来
のコンロツド軸受では、そのすべり面の幅および形状は
最大の荷重または圧力を基礎に一義的に定められており
、最大の荷重または圧力が加わらない部分の摩擦損失は
全く考慮の外におかれている。本発明は、上記のように
軸受すベリ面に加わる荷重の方向および大きさが周期的
に変化する場合において、この荷重の方向および大きさ
または油膜圧力の大きさに応じてすべり面の形状を軸方
向における平滑面と湾曲面とに変化させることに着目し
、もつて摩擦損失の低減を図つたものである。

すなわち本発明に係るすべり軸受は、相対的に大きい荷
重または圧力の加わる部分およびその隣接部分のすべり
面形状を軸方向における平滑面として必要な最大の摺動
面積を確保する一方、他の部分のすベリ面を軸方向にお
ける湾曲面とすることにより摺動面積を可及的に減らし
、不必要な摩擦損．失が生じないようにしたものである
。すベリ面のどの部分を平滑面とし、湾曲面とするかは
、結局すベリ面に加わる荷重の方向および大きさまたは
油膜圧力の大きさの解析結果によつて決定されるもので
あるが、解析結果に応じ数多くの平滑面と湾曲面とを繰
り返し形成することは、加工上の問題および得られる摩
擦損失の低減量を考慮すると必ずしも得策ではなく、む
しろ解析結果をマクロ的に見て平滑面と湾曲面を決定す
る方が全体として好ましい。次に、再びコンロツド軸受
を例にとつてすべり面に加わる荷重の方向および大きさ
の変化の様子、およびこれによつて決定したすベリ面の
形状の例を説明する。

第２図のグラフは、４サイクルエンジンの１周期中にコ
ンロツド軸受に加わる荷重の変化の様子を、クランク軸
２の回転角θ（第３図参照）をバラメータとして示した
ものであり、４サイクルエンジンではクランク軸２の２
回転につき１周期が終了するので、上記回転角θは７２
０迄となつている。なお回転角００はピストン１が爆発
行程の上死点にあるときを意味している。このグラフは
荷重の方向と大きさをベクトルで表わし、その先端を結
んで閉曲線を形成したものであつて、座標軸Ｘ−ＸＯ，
Ｙ−ＹＯはすべり軸受５ａ，５ｂに固定されている。し
たがつて例えば上記回転角が００，９０いのときには、
それぞれＦ７），ＧＯの荷重が上側のすべり軸受５ａに
加わり、また回転角が３６００の排気行程の最後には、
Ｆ中。の荷重が下側のすべり軸受５ｂに加わることを示
している。このグラフから明らかなように、最大の荷重
は爆発行程中のクランクの回転角θが２０の前後のとき
に生じ、その方向および大きさはベクトル→Ｆｍａｘで
示される。

また、上記荷重とシヤフトの回転によつて、軸と軸受と
の間に存在する潤滑油膜には油膜圧力が発生し、この圧
力が同時にすべり軸受に加わる。しかして、第４図は上
記解析結果をマクロ的に見るとともに、加工上、組付上
の容易性を得るため上下、左右の対称性を考慮して決定
した平滑面と湾曲面との分布の一例を示すもので、この
例では湾曲面は中高面となつている。

すなわち区間Ｆは平滑部分、区間Ｃは中高（ＣｒＯｗｎ
ｉｎｇ）部分である。中高区間Ｃの中高量は軸受幅およ
びすべり面有効幅にもよるが、油膜を形成させない程度
、つまり幅１０〜５０ｍｍ程度のすベリ軸受においては
１５〜４０μ程度が好ましい。従来のすべり軸受におい
ては、すべり面のすべてが一定の幅の平滑面であつたの
であるから、一部を中高形状とし、その両側に油膜が形
成されないようにして摩擦抵抗を減じた本すべり軸受は
摩擦損失を低減するのに効果のあることが理解される。
なお中高区間Ｃの中高量は場所（加わる荷重）に応じて
異ならせることも可能である。第７図に示すグラ７は、
従来の一様な平滑面のすベリ軸受（コンロツド軸受）と
、部分クラウニングを施した第４図のすベリ軸受（同）
とにつき、同図に示す条件で磨擦トルクを測定した結果
を示すもので、このグラフからも本発明に係るすベリ軸
受は摩擦損失の少ないことが理解される。

本発明においてすベリ面に形成すべき湾曲面の形状は中
高形状に限らない。第８図は中高面以外の湾曲面形状の
例を示すもので、同図Ａ，Ｂのように波状としても、こ
のような湾曲面ではその凹部の摩擦抵抗は減じられるか
ら、同様に摩擦損失低減の効果が得られる。また本発明
者等は、上記荷重と圧力の解析に基き、既に荷重、圧力
に応じてすベリ面の幅を変化きせることを提案（特願昭
５２−１２３１００）しているが、すベリ面の幅の変化
と一部を凹部とする湾曲面とを組み合わせると、すベリ
面幅の変化量を少なくして摩擦損失の低減を図ることが
でき、さらに次のような効果を得ることができる。

すなわち、第９図ａはすベリ面幅を変化させたすべり軸
受の一つを展開して示すものであるが、すべり面が平滑
であると、軸の回転方向を矢印方向としたときＡ部分に
おいて軸とすべり軸受との金属接触が生じる。これはす
ベリ面の幅狭部分で潤滑油が横洩れし、Ａ部分で油膜切
れが発生するためである。これに対し、平滑区間Ｆおよ
び中高区間Ｃを同図のように設定して両区間のすベリ面
を滑らかな曲線で接続し、中高区間Ｃ内にＡ部分を含ま
せると、上記のような油膜切れは生ぜず、したがつて金
属接触やこれに基因する摩擦損失の増加は招かない。こ
のような効果は第８図Ａ，Ｂのような湾曲面についても
同様に期待される。なお、すべり面の有効幅を変化させ
るには、第９図ａのようにすべり面両側を切除する他、
同図ｂのように中央部を切除し、あるいは同図Ｃのよう
に上記両者の切除位置を組み合わせてＹ形のすべり面と
する等の手段をとることができ、これらに対しても同様
にそのすべり面の一部を同図に鎖線で示すように湾曲面
とすることができる。またすべり面幅を一定としてすべ
り面の一部を湾曲面とした本すべり軸受は、第９図ａの
ようなすべり軸受に比して次のような利点がある。

第１０図は同図に示す形状の各すべり軸受につき、その
すベリ面に形成される油膜圧力の分布を表わしたもので
あるが、第９図ａの軸受に相当する軸受Ｂでは前述のよ
うにｄ点から油膜圧力が生ずるためここで金属接触が生
じやすいのに対し、本発明軸受Ｃではｃ−ｃ線に沿つて
くさび効果により徐々に油膜が形成されるためｄ点およ
びその近傍に十分な油膜圧力が存在し、したがつて金属
接触は生じないのである。なお、上記実施例は、コンロ
ツド軸受用として半割りにしたすべり軸受５ａ，５ｂを
示したものであるが、これを一枚の連続した板体から筒
状に構成してもよいことは勿論であり、また本すべり軸
受はコンロツド軸受の他、コンロツドとピストンとの接
続部分にも適用することができ、さらに′クランク軸の
主軸受にも使用することができる。

すなわち第１１図は、４気筒エンジンのクランク軸周辺
を示すものであるが、クランク軸２の主軸受１１ａない
し１１ｅのうち、特に１１ｂと１１ｄに加わる荷重はコ
ンロツド軸受に加わる荷重と類似しており、したがつて
この軸受として利用すれば摩擦損失の低減に寄与しうる
。この他例えばクランクプレスの軸受も、すべり面に加
わる荷重の方向と大きさが変化するので本発明のすべり
軸受が適用可能である。最後に、上記のような湾曲面を
有するすベリ軸受の製造方法の一例を説明する。

第１２図，第１３図は、第４図ないし第６図に示すよう
な中高面を備えたすべり軸受を形成するためのハウジン
グ２０およびプローチ２１による切削状態を示すもので
、ハウジング２０はその円筒状支持面２０Ａの両端一部
に凸条２０Ｂを備えている。この凸条２０Ｂはすベリ軸
受５ａまたは５ｂの中高区間Ｃにおける両端凹部に対応
するもので、その突出量は１５〜２０μｍ程度としてい
る。すべり軸受の内面プローチ切削に当つては、半円状
に曲成したすベリ軸受５ａまたは５ｂを上記ハウジング
２０に保持し、この際第１３図に示すようにすべり軸受
を弾性変形させて円筒状支持面２０Ａに密着させる。そ
してこの状態のすベリ軸受すベリ面を内面プローチ２１
によつて切削すると、凸条２０Ｂに押されて内方に突出
している部分は他の部分より多く切削されるため、すべ
り軸受５ａまたは５ｂをハウジング２０から外すと、多
く切削された部分が湾曲面の凹部となり、したがつて区
間Ｃが中高面に、区間Ｆが平滑面になつて、第４図ない
し第６図に示すようなすべり軸受が得られる。第８図Ａ
，Ｂのような各種の湾曲面は、同様に湾曲面の凹部と対
応する部分のハウジングの支持面を凸部とすることによ
つて得られることは明らかである。以上の通り本発明に
係るすべり軸受は、すべり面に加わる荷重または圧力が
大きい部分およびその隣接部分のすべり面を平滑面とし
、他の部分を湾曲面としたから、軸と軸受との摺動抵抗
を減少させて摩擦損失を低減し、ひいてはエネルギーロ
スの低減を図ることができるという効果があり、また本
発明方法によれば、特定部分に凸部を形成したハウジン
グを用いてプローチ切削を行なうことにより、容易に湾
曲面を備えたすべり軸受を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、コンロツド軸受の周辺を示す斜視図、第２図
は、コンロツド軸受に加わる荷重の方向および大きさの
変化の状態を示すグラフ、第３図は、クランクの回転角
の始点を示すための骨組図、第４図は、すべり面の平滑
面区間と湾曲面区間との設定例を示すすベリ軸受の正面
図、第５図，第６図は、それぞれ第４図のＶ−線、一線
に沿う断面図、第７図は従来のすベリ軸受と本発明に係
るすべり軸受の摩擦トルクを測定した結果を示すグラフ
、第８図Ａ，Ｂは、それぞれすべり軸受湾曲面の形状例
を示す断面図、第９図Ａ，ｂ，ｃは、それぞれ加わる荷
重に応じてすべり面の有効幅を変化させたすベリ軸受の
形状例を示す展開平面図と断面図、第１０図は、本発明
に係るすべり軸受の油膜圧力を他のすべり軸受と比較し
て示すグラフ、第１１図は、４気筒エンジンのクランク
軸周辺を示す骨組図、第１２図は、本発明に係るすベリ
軸受をプローチ切削する際に支持する・・ウジングの例
を示す平面図と正面図、第１３図は第１２図のハウジン
グを用いたプローチ切削の状態を示す平面図と正面図で
ある。３：コンロツド、４：クランクピン、５ａ，５ｂ：すベ
リ軸受、Ｆ：平滑区間、Ｃ：中高区間（湾曲面）。

Claims

【特許請求の範囲】１軸とそのすべり軸受との相対回転に伴い、軸受すべ
り面に加わる荷重の方向および大きさが周期的に変化す
るすべり軸受において、相対的に大なる荷重または油膜
圧力の加わる部分およびその隣接部分のすべり面を軸方
向においてほぼ平坦な平滑面とし、他の部分のすべり面
を軸方向において湾曲面としたことを特徴とするすべり
軸受。２軸とそのすべり軸受との相対回転に伴い、軸受すべ
り面に加わる荷重の方向および大きさが周期的に変化す
るすべり軸受において、加わる荷重または油膜圧力の大
小およびその加わる部分に応じすべり面の有効幅を大小
に拡縮変化させ、かつ相対的に大なる荷重または油膜圧
力の加わる部分およびその隣接部分のすべり面を軸方向
においてほぼ平坦な平滑面とし、他の部分のすべり面を
軸方向において湾曲面としたことを特徴とするすべり軸
受。３曲成したすべり軸受を内面ブローチ用ハウジングの
円筒状支持面に保持した後、上記すべり軸受のすべり面
をブローチ加工するすべり軸受の製造方法において、上
記ハウジングの支持面に、すべり軸受すべり面に形成す
る軸方向において湾曲された湾曲面の凹部とすべき部分
に対応させて凸部を形成し、この凸部を有する支持面と
すべり軸受とを密接させた状態ですべり面をブローチ加
工することを特徴とする、上記湾曲面を有するすべり軸
受の製造方法。