JPS601485B2 - 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綾続部分、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
大蓬部およびキャップ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
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楢勤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鰯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
応じてすべり面の楢勤面積、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楢勤面積を除去す
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
重を受ける部分とみなしている。

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もある。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、髄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、上記Ａ部分前方にくさび効果が得
られないため独膜圧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方向に洩れ
（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広部分の前後にそ
れぞれ形成される幅狭部分を、その一方は軸受幅の両側
部分のすべり面を切除し、他方は内側部分のすべり面を
切除することによってそれぞれ形成し、その使用にあた
っては、内側部分のすべり面を切除した幅狭部分側を、
軸と軸受の相対移動方向前方側に位置させることにより
、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Ａは第２図のすべり軸受を改良した本発
明明に係るすべり軸受５ａ，５ｂを示すもので、幅広部
分Ｗの前後は、その一方が軸受幅の中央部を切除部分１
０とした幅狭部分（中央切除部分）ＮＩとなっており、
他方が軸受幅の両側部を切除部分１１とした幅狭部分（
側部切除部分）Ｎ２として形成されている。

また第６図は上記幅広部分Ｗおよび側部切除部分Ｎ２の
中央部分に潤滑油溝１２を備えた例である。このように
形成したすべり軸受５ａ，５ｂは、矢印で示す軸の相対
移動方向前方側に、幅狭部分のうちの中央切除部分ＮＩ
が位置するようにセットして使用するもので、通常その
一部に穿設した油孔（図示せず）から潤滑油が供給され
、この潤滑油がすべり面切除部分１０（および潤滑油溝
１２）から軸受すべり面に流れる。

そして本発明では、第４図で説明したくさび状空間Ｂを
必要とする部分は中央切除部分ＮＩから幅広部分Ｗへ移
行しているため、くさび作用による油膜発生を妨げるこ
とがなく、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。また幅狭部分のうち中央切除部
分ＮＩはそのすべり面の切除部分１０が中央部にあるた
め、中央切除部分ＮＩ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Ｗと幅狭部分Ｎ１，Ｎ２と
の境界線１３、およびすべり面切除部分１０，１１と幅
狭部分のすべり面との境界移行部分はいずれも箔からな
曲面で接続されており、これらの部分が鋭角的な段差構
造を持つときに生じ易い油膜切れや潤滑油によるキャピ
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Ｎ１，Ｎ２を形成するための
すべり両切除部分１０，１１は、対称性を得るため、そ
れぞれ軸受幅方向の中央部と両側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必ずしも対称とす
る必要はなく、特に中央切除部分ＮＩでは切除部分１０
を軸受幅の内側部分に形成すれば同様の効果が得られる
ことは明らかである。

また切除部分１０，１１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。そして決定したすべり面有効幅に応じ
、上記のように幅広部分Ｗとその前後の幅狭部分Ｎ１，
Ｎ２を設定すればよい。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
ッ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８（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
重の方向と大きた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×−Ｘｏ，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Ｒ，魂の荷動ミ上側のすべり軸受５ａに加ゎり
、また回転角が３６０ｏの排気行程の最後には、Ｆ再３
の荷動ミ下側のすべり軸受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Ｆｍ席皮で示される
。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机まよい。
第５図Ｂはこの解析結果の衝撃荷重を重視し、衝撃荷重
を受ける点およびその前後の一定の区間ＡＩだけをその
荷重および油膜圧力に応じた幅広部分Ｗとし、他の部分
を受ける荷重および油膜圧力に見合った幅狭部分とした
例である。なお、第５図、第６図の実施例は、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る。

また本発明に係るすべり軸受は、上記コンロツドとクラ
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２１ｅ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、この幅広部分の前後にそれぞれ形成される幅狭
部分を、軸の移動方向後方側の一方は軸受幅両側部を切
除することにより、前方側の他方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するよう
にしたから、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
、軸受幅中央部分に設けられた油孔から供給される潤滑
油は軸受幅中央部分の切除部分に横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
の部分が段差構造をもっときに招来し易い潤滑油の途切
れやキャビテーション現像の発生を禾※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
示すための髄と軸受の関係図、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、コンロッ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、１０，１１：切除部分、１２：潤滑油溝、Ｗ：
幅広部分、ＮＩ：中央切除部分（幅狭部分）、Ｎ２：側
部切除部分（幅狭部分）。 第１図第７図 第８図 第２図 第３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、すべり面有効幅の幅広部分の前後にそ
   れぞれ形成される幅狭部分は、その軸の移動方向後方側
   の一方を軸受幅の両側部分のすべり面を切除して形成し
   、前方側の他方を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。