JPS601484B2 - すべり軸受 - Google Patents

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周期的に変化
する場合において、上記荷重等の大小およびその加わる
部分に応じてすべり面幅を変化させたすべり軸受の改良
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るため
、これに加わる荷重の方向および大きさまたはその荷重
によっ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図はコンロッ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を接続するコンロッドであり、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、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
べてがすべり面として形成されているため、すべり面の
幅Ｌは全周に渡って一定であり、かっこの幅は軸受に加
わる最大の荷重または油膜圧力（以下、単に圧力という
。）を基礎に定められている。したがって燃焼室の爆発
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、クランクピン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
なかった。換言すれば、従来のコンロッド軸受では、そ
のすべり面の幅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。このた
め本発明者等は、上記のように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沼動面積、すなわち幅を変化させ、
大きい荷重または圧力の加わる部分のすべり面の幅を大
きく、小さい荷重または圧力しか加わらない部分のすべ
り面の幅を小さくすることにより不用な摺動面積を除去
することに着目した。

第２図は、このような着眼からすべり面幅を決定したす
べり軸受５ａ，５ｂの一例を展開して示すもので、すべ
り面幅の設定には、第３図に示す区間ＡＩ，Ａ２をそれ
ぞれ衝撃荷重、荷重を主に受ける部分、他の区間を小荷
重を受ける部分みなしている。

なおこの設定は、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た結果である。しかるに第
２図のような形状のすべり軸受は、軸の回転移動方向を
矢印方向とした場合、幅狭部分から幅広部分への移行部
分の端部Ａ部分で軸との金属接触の生じることがあった
。

この原因は次のようであると考えられる。軸とすべり軸
受はその間に適当な油膜が存在するとき摩擦損失を極め
て小さくすることができるが、この油膜発生機構は、第
４図に誇張して示すように、軸８とすべり軸受９の間に
形成されるくさび状空間Ｂのくさび効果によるところが
大である。ところが第２図のようにすべり面幅を変化さ
せたすべり軸受ではト上記Ａ部分前方にくさび効果が得
られないため油膜圧力が発生しにくく、また幅狭部分で
はすべり面の両端切除部分から潤滑油が軸万向に洩れ（
横洩れ）やすし、のでＡ部分では潤滑油が存在し難く、
この結果軸と軸受との強い当り、つまり金属接触が生じ
るのである。このような金属接触が摩擦損失を増加させ
ることは明らかである。本発明は、上記の点に鑑みてな
されたもので、すべり面有効幅の幅狭部分を、すべり面
の中央部等、軸受幅の内側部分のすべり面を切除して形
成することにより、上記のような油膜切れ、および金属
接触が生じないようにしようとするものである。

図示実施例について説明すると、第５図は第２図のすべ
り軸受を改良した本発明に係るすべり軸受５ａ，５ｂを
示すもので「すべり面有効幅を幅狭とすべき部分は、軸
受幅の中央部を切除部分１０として形成している。

また第６図は同様にすべり面有効幅を変化させたすべり
軸受５ａ，５ｂにつき、その幅広部分に潤滑油溝１１を
設けた例である。このように形成したすべり軸受５ａ，
５ｂは、通常その中央部に穿設した油孔（図示せず）か
ら潤滑油が供給され、この潤滑油がすべり面の切除部分
１０（および潤滑油溝１ １）から軸受すべり面に流れ
るため、前記くさび効果を損うことが少なく、したがっ
て油膜切れやこれに起因する金属接触の発生を防止でき
る。

またすべり面の切除部分１０が中央部にあるため、幅狭
部分における潤滑油の横洩れ量が少なくなるから油膜形
成に必要な油量を容易に確保できる。しかも、すべり面
の幅広部分と幅狭部分との境界線１２、およびすべり面
切除部分１０の幅狭部分のすべり面との境界移行部分は
いずれも滑からな曲面で接続されており、これらの部分
が鋭角的な段差機造を持つときに生じ易い油膜切れや潤
滑油によるキャビテーションを未然に防止することがで
きる効果がある。すべり面有効幅の幅狭部分を形成する
ためのすべり面切除部分１０は、対称性を得るため軸受
幅方向の中央部に形成することが望ましいが、上記本発
明の目的からして軸受幅の内側部分に形成すれば同様の
効果が得られることは明らかであり、また切除部分１０
を複数条とすることもできる。上記実施例におけるすべ
り面の有効幅の設定は、一つの例に過ぎないことは勿論
である。すなわちすべり面の有効幅の大小の決定方法は
、結局すべり面に加わる荷重の方向および大きさまたは
油膜圧力の大きさを解析することに帰せられ、この解析
値に応じすべり面の幅を全周に渡って決定することがで
きる。しかしながら解析値とすべり面の有効幅とを厳密
に対応させる必要は必ずしもない。つまり、理論上は解
析値とすべり面の有効幅とが厳密に対応することが好ま
しいが、加工上の問題および得られる摩擦損失の低減量
等を比較考量し、例えば最大の荷重または圧力の加わる
部分のすべり面の幅を１としたとき、この他の部分の幅
を一様に０．７〜０．８とする等によっても摩擦損失の
低減を図ることができる。なお、コンロッド軸受等のす
べり軸受に加わる荷重の変化の解析手段は、測定による
もの、計算によるもの、いずれも公知であるが、第７図
に解析結果の例を示す。

このグラフは、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
回転角ひ（第８図参照）をパ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、上記回転角のま７２００
迄となっている。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って、座標軸×−ふ，Ｙ−
Ｙｏはすべり軸受５ａ，５ｂに固定されている。したが
って例えば上記回転角がｏｏ，９００のときには、それ
ぞれＦ弦，Ｆ己；の荷重が上側のすべり軸受５ａに加ゎ
り、また回転角が３６０ｏの排気行程の最後には、Ｆ耳
舞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８が２０ｏ前後のときに生
じ、その方向および大きさはベクトルＦ丙市皮で示され
る。したがってこれらの荷重およびこの荷重に伴って生
じる油膜圧力に応じ、すべり面有効幅を設定すればよい
。なお、第５図、第６図の実施例は、コンロッド軸受用
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る。また本発明に係るすべり軸
受は、上記コンロッドとクランクピンとの接続部分の他
、コンロッドとピストンピンとの接続部分にも同様に適
用することができるのは明らかであるが、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９
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２１ａないし２１８のうち
、特に２１ｂと２１ｄに加わる荷重はコンロッド軸受に
加わる荷重と類似しており、したがってこの軸受として
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。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はその大きさに
合わせてすべり面の有効幅を定め、この荷重または圧力
が小さい部分は、軸受幅の両側部分を残し内側部分のす
べり面のみを切除してすべり面有効幅を小としたので、
油膜切れやこれに起因する軸と軸受との金属接触を生じ
させることなく、軸と軸受との不必要な摺動面積をなく
し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る。

効果があり、しかもすべり面の幅狭部分と幅広部分との
間、および幅狭部分のすべり面とすべり面の切除部分と
の間の各境界移行部分は、いずれも滑らかな曲面で接続
されているため、軸受軸中央部に設けられた油孔から供
９絵される潤滑油は軸受幅中央部分の切除部分に穣もれ
なく保持されて上述のすべり面に対する油膜切れのない
油流を生じさせるとともに、この油流には上記境界移行
部分で、特にこの部分が段差溝造をもっときに招来し易
い潤滑油の途切れやキヤビテーション現像の発生を天然
に阻止させ得る効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、コンロッド軸受の周辺を示す斜視図、第２図
は、すべり面の幅を変化させたすべり軸受の例を示す展
開平面図、第３図は、すべり面幅の大小の設定区間の例
を示すすべり軸受の正面図、第４図は、油膜発生機構を
示すための軸と軸受の関係図、第５図、第６図は、それ
ぞれ本発明に係るすべり軸受の形状例を示す展開平面図
、第７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８図は、クランク
の回転角の始点を示すための骨組図、第９図は、４気筒
エンジンのクランク軸周辺を示す骨組図である。 ３：コンロツド、４：クランクピン、５ａ，５ｂ：すべ
り軸受、１０：切除部分、１１：潤滑油溝。 第１図 第３図 第７図 第８図 第２図 第４図 第５図 第６図 第９図

Claims (1)

1. 【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、加わる荷重または油膜圧力に応
   じその加わる値の大なる部分のすべり面の有効幅を大に
   、小なる部分のすべり面の有効幅を小となるように変化
   させるとともに、すべり両有効幅の幅狭部分は、軸受幅
   の両側部分を残し内側部分のすべり面のみを切除して形
   成し、すべり面の幅狭部分と幅広部分との間、および幅
   狭部分のすべり面とすべり面の切除部分との間の各境界
   移行部分を、それぞれ滑らかな曲面で接続したことを特
   徴とするすべり軸受。 ２ すべり面有効幅の幅広部分にはその中央部に潤滑油
   溝が備えられている特許請求範囲第１項記載のすべり軸
   受。