KR102109686B1

KR102109686B1 - 반할 스러스트 베어링

Info

Publication number: KR102109686B1
Application number: KR1020180167468A
Authority: KR
Inventors: 세이지 아마노; 도루 와타나베
Original assignee: 다이도 메탈 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2017-12-25
Filing date: 2018-12-21
Publication date: 2020-05-12
Also published as: US10641317B2; JP6595572B2; EP3502496A1; EP3502496B1; US20190195272A1; JP2019113144A; KR20190077237A

Abstract

[과제] 내연 기관의 운전시에 발생하는 마찰 손실을 저감할 수 있는 내연 기관의 크랭크축의 반할 스러스트 베어링의 제공.
[해결 수단] 본 발명의 반원환 형상의 반할 스러스트 베어링은, 축선 방향력을 받는 슬라이딩면 및 그 반대측의 배면을 가지고, 슬라이딩면에 복수의 오목부가 형성되어 있다. 오목부는, 반할 스러스트 베어링의 슬라이딩면으로부터 배면측을 향해 후퇴한 오목부 표면을 가지고, 오목부 표면은, 반할 스러스트 베어링의 둘레 방향 단면시에서, 반할 스러스트 베어링의 배면측을 향해 볼록하게 되어 있다. 오목부 표면에는, 오목부 표면으로부터 반할 스러스트 베어링의 배면측을 향해 후퇴한 복수의 둘레 방향 홈이 형성되고, 둘레 방향 홈은, 반할 스러스트 베어링의 둘레 방향으로 연장되고, 그에 의해, 오목부 표면은 평활면과 둘레 방향 홈이 번갈아 배치되도록 되어 있다.

Description

반할 스러스트 베어링{HALF THRUST BEARING}

본 발명은, 내연 기관의 크랭크축의 축선 방향력을 받는 슬라이딩면을 가지는 반원환(半圓環) 형상의 반할(半割) 스러스트 베어링에 관한 것이다.

내연 기관의 크랭크축은, 그 저널부에 있어서, 한 쌍의 반할 베어링을 원통 형상으로 조합하여 구성되는 주베어링을 개재하여, 내연 기관의 실린더 블록 하부에 회전 자유롭게 지지되어 있다. 한 쌍의 반할 베어링 중의 일방 또는 양방은, 크랭크축의 축선 방향력을 받는 반할 스러스트 베어링과 조합하여 이용된다. 반할 스러스트 베어링은, 반할 베어링의 축선 방향을 향한 양 단면(端面)의 일방 또는 양방에 배치된다.

반할 스러스트 베어링은, 크랭크축의 축 방향에 생기는 축선 방향력을 받는다. 즉, 클러치에 의해 크랭크축과 변속기가 접속될 때 등에, 크랭크축에 대하여 입력되는 축선 방향력을 지승(支承)하는 것을 목적으로 배치된다.

내연 기관의 크랭크축은, 그 저널부에 있어서, 한 쌍의 반할 베어링으로 이루어지는 주베어링을 개재하여 내연 기관의 실린더 블록 하부에 지승된다. 윤활유는, 실린더 블록벽 내의 오일 갤러리로부터 주베어링의 벽 내의 관통구를 통해, 주베어링의 내주면을 따라 형성된 윤활유홈 내로 보내진다. 이와 같이, 윤활유는, 주베어링의 윤활유홈 내에 공급되고, 그 후에 반할 스러스트 베어링에 공급된다.

그런데, 근래, 내연 기관의 연비 향상을 위하여 윤활유 공급용의 오일 펌프가 소형화되고 있기 때문에, 베어링에 대한 윤활유의 공급량이 감소하고 있다. 이에 수반하여, 주베어링의 단면(端面)으로부터의 윤활유의 누설량이 감소하고, 반할 스러스트 베어링에 대한 윤활유의 공급량도 감소하는 경향이 있다. 이 대책으로서, 예를 들면, 반할 스러스트 베어링의 슬라이딩면에 미세홈을 병설하여 형성하는 것이나(예를 들면 특허문헌 1 참조), 슬라이딩면에 복수의 미소한 오목부를 형성함으로써, 윤활유의 보유성(保油性)을 높이는 기술이 제안되어 있다(예를 들면 특허문헌 2 참조).

일본공개특허 특개2001-323928호 공보 일본공표특허 특표2000-504089호 공보

상기한 바와 같이, 근래, 반할 스러스트 베어링에 대한 윤활유의 공급량의 감소에 수반하여, 내연 기관의 운전시에 반할 스러스트 베어링의 슬라이딩면과 크랭크축의 스러스트 칼라면이 직접 접촉하는 경우가 생기고, 그에 의해 마찰 손실이 생기기 쉽게 되어 있다.

이 상황에 대처하기 위하여, 특허문헌 1은, 슬라이딩면에 둘레 방향을 따른 오일홈을 마련함으로써, 특허문헌 2는, 슬라이딩면에 복수의 미소한 오목부를 마련함으로써, 슬라이딩면의 윤활유의 보유성을 높이는 구성을 개시하고 있다.

그러나, 특허문헌 1의 기술을 채용해도, 내연 기관의 운전시의 반할 스러스트 베어링의 슬라이딩면과 크랭크축의 스러스트 칼라면이 근접하는 동작시에, 반할 스러스트 베어링의 슬라이딩면과 스러스트 칼라면의 오일의 압력이 충분히 상승하지 않기 때문에, 반할 스러스트 베어링의 슬라이딩면과 스러스트 칼라면이 여전히 직접 접촉하여, 마찰 손실이 생기기 쉽게 되어 있다.

또한, 특허문헌 2의 기술을 채용해도, 내연 기관의 운전시의 반할 스러스트 베어링의 슬라이딩면과 크랭크축의 스러스트 칼라면이 근접하는 동작시에, 오목부 부근의 오일의 흐름에 난류가 생긴다. 이 난류의 발생에 의해 마찰 손실이 발생하고, 추가로 오목부에 인접하는 슬라이딩면과 스러스트 칼라면의 사이의 오일의 압력이 크게 저하하기 때문에, 축의 부하를 지승할 수 없게 되어 슬라이딩면과 스러스트 칼라면이 직접 접촉하고, 마찰 손실이 커진다는 문제가 있었다.

본 발명의 목적은, 내연 기관의 운전시에 이와 같은 난류의 발생에 의한 마찰 손실을 저감할 수 있는 내연 기관의 크랭크축의 반할 스러스트 베어링을 제공하는 것이다.

본 발명에 의한, 내연 기관의 크랭크축의 축선 방향력을 받기 위한 반원환 형상의 반할 스러스트 베어링은, 축선 방향력을 받는 슬라이딩면 및 그 반대측의 배면을 가지고, 슬라이딩면에 복수의 오목부가 형성되고, 당해 오목부는, 반할 스러스트 베어링의 슬라이딩면으로부터 배면측을 향해 후퇴한 오목부 표면을 가지고, 이 오목부 표면은, 반할 스러스트 베어링의 둘레 방향 단면시(斷面視)에서, 반할 스러스트 베어링의 배면측을 향해 볼록하게 되어 있다. 오목부 표면에는, 오목부 표면으로부터 반할 스러스트 베어링의 배면측을 향해 후퇴한 복수의 둘레 방향 홈이 형성되고, 이 둘레 방향 홈은, 반할 스러스트 베어링의 둘레 방향으로 연장되고, 그에 의해, 오목부 표면은 평활면과 둘레 방향 홈이 번갈아 배치되도록 되어 있다.

본 발명의 일 구체예에 의하면, 오목부의 깊이가 2∼50㎛인 것이 바람직하다.

본 발명의 일 구체예에 의하면, 둘레 방향 홈의 깊이가 0.2∼3㎛인 것이 바람직하다. 또한, 둘레 방향 홈의 폭이 5∼50㎛인 것이 바람직하다. 또한, 둘레 방향 홈의 피치가 5∼100㎛인 것이 바람직하다.

본 발명의 일 구체예에 의하면, 오목부의 개구 형상이 원형, 타원형, 또는 사각형의 형상을 가지는 것이 바람직하다. 또한, 오목부의 개구 형상이 타원형이고, 타원형의 장축이 반할 스러스트 베어링의 둘레 방향을 향하고 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 구체예에 의하면, 오목부 표면은, 반할 베어링의 직경 방향 단면시에서, 반할 스러스트 베어링의 배면측으로 볼록하게 되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 구체예에 의하면, 복수의 오목부가, 반할 스러스트 베어링의 슬라이딩면의 전체에 균일하게 형성되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 구체예에 의하면, 오목부는, 반할 스러스트 베어링의 슬라이딩면의 직경 방향의 외측 가장자리부에 가까울수록, 개구 면적이 큰 것이 바람직하다.

도 1은, 베어링 장치의 분해 사시도이다.
도 2는, 본 발명의 일 구체예에 의한 반할 스러스트 베어링의 정면도이다.
도 3은, 도 2의 오목부를 슬라이딩면측으로부터 본 도이다.
도 4는, 도 2의 A-A 단면(둘레 방향)의 단면도이다.
도 5는, 도 2의 B-B 단면(직경 방향)의 단면도이다.
도 6은, 둘레 방향 홈의 단면도이다.
도 7은, 반할 베어링 및 스러스트 베어링의 정면도이다.
도 8은, 베어링 장치의 단면도이다.
도 9는, 도 3의 오목부의 오일의 흐름을 나타내는 도이다.
도 10은, 본 발명의 제 2 구체예에 의한 반할 스러스트 베어링의 정면도이다.
도 11은, 도 9의 오목부를 슬라이딩면측으로부터 본 도이다.
도 12는, 본 발명의 제 3 구체예에 의한 반할 스러스트 베어링의 정면도이다.
도 13은, 본 발명의 제 4 구체예에 의한 반할 스러스트 베어링의 정면도이다.
도 14는, 본 발명의 제 5 구체예에 의한 반할 스러스트 베어링의 오목부를 슬라이딩면측으로부터 본 도이다.
도 15는, 도 13의 B-B 단면(직경 방향)의 단면도이다.
도 16은, 본 발명의 제 6 구체예에 의한 반할 스러스트 베어링의 오목부를 슬라이딩면측으로부터 본 도이다.
도 17은, 종래 기술에 의한 오목부를 슬라이딩면측으로부터 본 도이다.

이하, 본 발명 실시형태 및 그 이점을 첨부의 개략 도면을 참조하여 이하에 상세하게 설명한다. 이하의 구체예는 어디까지나 예시를 위해 나타내고 있으며, 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

(베어링 장치의 전체 구성)

먼저, 도 1, 도 7 및 도 8을 이용하여 본 발명의 반할 스러스트 베어링(8)을 구비하는 베어링 장치(1)의 전체 구성을 설명한다. 도 1, 도 7 및 도 8에 나타내는 바와 같이, 실린더 블록(2)의 하부에 베어링 캡(3)을 장착하여 구성된 베어링 하우징(4)에는, 양측면 사이를 관통하는 원형 구멍인 베어링 구멍(5)이 형성되어 있고, 측면에 있어서의 베어링 구멍(5)의 주연에는 원환 형상 오목부인 시트(6, 6)가 형성되어 있다. 베어링 구멍(5)에는, 크랭크축의 저널부(11)를 회전 자유롭게 지승하는 반할 베어링(7, 7)이 원통 형상으로 조합되어 감합되어 있다. 시트(6, 6)에는, 크랭크축의 스러스트 칼라(12)를 개재하여 축선 방향력(f)(도 8 참조)을 받는 반할 스러스트 베어링(8, 8)이 원환 형상으로 조합되어 감합되어 있다.

도 7에 나타내는 바와 같이, 주베어링을 구성하는 반할 베어링(7) 중, 실린더 블록(2)측(상측)의 반할 베어링(7)의 내주면에는 윤활유홈(71)이 형성되고, 윤활유홈(71)으로부터 외주면으로 관통하는 관통 구멍(72)이 형성되어 있다. 또한, 윤활유홈은, 상하 양방의 반할 베어링에 형성할 수도 있다. 또한, 반할 베어링(7)에는, 반할 베어링(7)끼리의 맞닿음면에 인접하여, 양단에 크래시 릴리프가 형성되어 있다.

베어링 장치(1)에 있어서는, 오일 펌프(도시 생략)로부터 가압되어 토출된 윤활유는, 실린더 블록(2)의 내부 유로로부터 반할 베어링(7)의 벽을 관통하는 관통 구멍(72)을 지나, 반할 베어링(7)의 내주면의 윤활유홈(71)에 공급된다. 윤활유홈(71) 내에 공급된 윤활유는, 일부는 반할 베어링(7)의 내주면에 공급되고, 일부는 저널부 표면의 도시하지 않은 크랭크축의 내부 유로의 개구에 침입하여 크랭크핀측으로 보내지고, 일부는 주베어링을 구성하는 한 쌍의 반할 베어링(7, 7)의 크래시 릴리프 표면과 크랭크축의 저널부(11)의 표면의 사이의 간극을 통해, 반할 베어링(7, 7)의 폭 방향 양단으로부터 외부로 유출된다. 반할 베어링(7)의 폭 방향 양단으로부터 외부로 유출된 윤활유는, 주로 반할 스러스트 베어링(8)의 슬라이딩면(81)과 크랭크축의 스러스트 칼라(12)의 표면의 사이의 간극에 흐른다.(이후, 이 슬라이딩면(81)과 스러스트 칼라(12)의 표면의 사이의 간극을 「슬라이딩면/스러스트 칼라 간극」이라고 함)

일반적으로 스러스트 베어링(8)은, 그 슬라이딩면과 크랭크축의 스러스트 칼라 표면의 사이의 오일에 압력이 발생함으로써, 크랭크축으로부터의 축선 방향력(f)을 지승한다.

크랭크축과 변속기가 클러치에 의해 차단된 상태로부터 접속된 직후, 축선 방향의 토크 반력이 발생하고, 크랭크축에는 크랭크축의 회전력의 출력측의 단부로부터 축선 방향력(f)이 충격적으로 입력되고, 크랭크축은 출력측과는 반대 방향으로 변위한다. 그리고, 이 때에 반할 스러스트 베어링(8)의 슬라이딩면(81)은, 이 축선 방향력(f)을 최대 하중으로서 받게 되고, 반할 스러스트 베어링(8)의 슬라이딩면(81)과 크랭크축의 스러스트 칼라(12)의 표면이 가장 근접한다. 스러스트 칼라(12)의 표면이 반할 스러스트 베어링(8)의 슬라이딩면에 근접하는 동작 중에는, 이면간의 간극 내의 오일이 압축되어 압력이 높아지고, 스러스트 칼라(12)의 표면이 반할 스러스트 베어링(8)의 슬라이딩면에 가장 근접했을 때에, 압력이 최대가 된다.

종래 기술(특허문헌 1)의 복수의 둘레 방향 미세홈을 슬라이딩면의 둘레 방향 전체 길이에 걸쳐 형성한 반할 스러스트 베어링에서는, 반할 스러스트 베어링의 슬라이딩면과 스러스트 칼라(12)의 표면이 이간한 상태로부터, 상대적으로 근접하도록 동작하는 과정에서, 반할 스러스트 베어링의 슬라이딩면과 스러스트 칼라(12)의 표면의 사이의 오일은 둘레 방향 홈 내를 유동하고, 오일홈이나 스러스트 릴리프에서의 둘레 방향 홈의 개방단(開放端)으로부터 오일홈 내나 스러스트 릴리프 간극으로 유출되기 때문에, 두 면이 가장 근접했을 때라도, 오일의 압력이 충분히 높아지지 않는다. 이 때문에, 반할 스러스트 베어링의 슬라이딩면과 스러스트 칼라(12)의 표면이 직접 접촉하고, 마찰 손실이 커진다.

또한, 종래 기술(특허문헌 2)의 복수의 미소한 오목부를 슬라이딩면에 형성한 반할 스러스트 베어링에서는, 미소 오목부를 가지는 반할 스러스트 베어링의 슬라이딩면과 스러스트 칼라(12)의 표면이 이간한 상태로부터, 상대적으로 근접하도록 동작하여, 슬라이딩면과 스러스트 칼라(12)의 표면이 최근접했을 때, 오목부 내의 오일은 압축되어 고압이 되고, 오목부 내로부터 슬라이딩면과 스러스트 칼라(12)의 표면의 사이의 간극(슬라이딩면/스러스트 칼라 간극)으로 유출된다. 도 17에 나타내는 바와 같이 미소한 오목부(184)의 표면이 평활한 경우, 오목부 내에서 고압이 되어 슬라이딩면/스러스트 칼라 간극에 유출되는 오일 흐름은 전체 방향으로 흐르기 때문에, 그 일부만이 스러스트 칼라(12)의 표면의 회전 방향(X)과 동일 방향을 향하지만, 대부분의 오일 흐름은 스러스트 칼라(12)의 표면의 회전 방향(X)과 상이한 방향을 향하는 오일 흐름(F1')이 된다. 이 스러스트 칼라(12)의 표면의 회전 방향(X)과 상이한 방향을 향하는 오일 흐름(F1')이 형성되면, 슬라이딩면/스러스트 칼라 간극에는, 회전하는 스러스트 칼라(12)의 표면에 부수하는 오일 흐름(F2)이 형성되어 있기 때문에, 흐름 방향이 상이한 오일 흐름끼리가, 오목부(184)의 개구에 인접하는 슬라이딩면(81)과 스러스트 칼라(12)의 표면의 사이에서 충돌을 일으키고, 그에 의해 난류가 발생하여, 그에 의해 마찰 손실이 생긴다. 난류에 의해 오목부 개구에 인접하는 슬라이딩면과 스러스트 칼라(12)의 표면의 사이의 오일의 압력이 크게 저하하므로, 스러스트 칼라(12) 표면으로부터의 부하를 지승할 수 없게 되어 슬라이딩면(81)과 스러스트 칼라(12)의 표면이 접촉하고, 마찰 손실이 커지기 때문이다.

본 발명은, 이와 같은 종래 기술의 문제에 대처하는 것이다. 본 발명에 관련된 반할 스러스트 베어링의 구성의 일례를 하기에 설명한다.

(반할 스러스트 베어링의 구성)

도 2∼도 7에 본 발명의 제 1 구체예에 의한 반할 스러스트 베어링(8)의 구성을 나타낸다. 이 반할 스러스트 베어링(8)은, 강제(鋼製)의 백메탈층에 얇은 베어링 합금층을 접착시킨 바이메탈에 의해, 반원환 형상의 평판으로 형성된 것이다. 반할 스러스트 베어링(8)은, 베어링 합금층의 표면이며 스러스트 칼라(12)를 지승하는 슬라이딩면(81)을 가지고, 슬라이딩면(81)은, 백메탈층의 베어링 합금층을 접착시킨측과 반대측의 표면인 배면과 평행하게 이루어져 있다. 반할 스러스트 베어링(8)은, 베어링 합금층 표면의 둘레 방향 양측의 단면(端面)(83, 83)에 인접하는 영역에 스러스트 릴리프(81b, 81b)를 구비하고 있어도 된다. 또한, 베어링 합금층 표면에는, 슬라이딩면(81)으로의 오일의 공급성을 높이기 위하여, 양측의 스러스트 릴리프(81b, 81b)의 사이에 2개의 오일홈(81a, 81a)이 형성되어서 있어도 된다. 본 명세서에 있어서 「슬라이딩면(81)」이란, 베어링 합금층 표면으로부터 스러스트 릴리프(81b, 81b)나 오일홈(81a, 81a)을 제외한 평면을 가리키는 것으로 한다.

스러스트 릴리프(81b)는, 반할 스러스트 베어링(8)의 슬라이딩면(81)측에 있어서 둘레 방향 양측의 단부 영역에, 단면(端面)을 향해 점차 벽 두께가 얇아지도록 형성되는 벽 두께 감소 영역이고, 반할 스러스트 베어링(8)의 둘레 방향 단면(端面)의 직경 방향 전체 길이에 걸쳐 형성된다. 스러스트 릴리프(81b)는, 반할 스러스트 베어링(8)을 분할형의 베어링 하우징(4) 내에 조립했을 때의 위치 어긋남 등에 기인하는, 한 쌍의 반할 스러스트 베어링(8, 8)의 둘레 방향 단면(端面)(83, 83)끼리의 위치 어긋남을 완화하기 위하여 형성되는 것이다.

도 2에, 반할 스러스트 베어링(8)의 슬라이딩면(81)에 배치된 복수의 오목부(84), 도 3에 슬라이딩면측으로부터 본 오목부(84)의 일례를 나타낸다. 물론 본 발명은 이 형태에 한정되는 것은 아니다. 또한, 이해를 용이하게 하기 위하여 각 도면에 있어서 오목부는 과장하여 표현되어 있다.

반할 스러스트 베어링(8)의 슬라이딩면(81)에 형성된 복수의 오목부(84)는, 이 예에서는, 개구 형상이나 개구 면적이나 깊이 등의 치수가 동일한 것이, 슬라이딩면의 대략 전면(全面)에 균일하게 마련되어 있다. 또한, 슬라이딩면(81)에서의 복수의 오목부(84)의 균일한 배치란, 기하학적으로 엄밀한 균일한 배치를 의미하는 것이 아니고, 대략 균일한 배치이면 된다.

도 3은, 슬라이딩면(81)으로의 개구 형상이 원형의 오목부(84)를 나타낸다. 오목부(84)의 평활한 표면(84S)에는, 복수의 둘레 방향 홈(84G)이 형성되어 있다. 복수의 둘레 방향 홈(84G)의 신장 방향은, 반할 스러스트 베어링(8)의 둘레 방향(M)과 평행하게 이루어지고, 오목부(84)의 평활한 표면(84S)과 둘레 방향 홈(84G)은, 반할 스러스트 베어링(8)의 직경 방향으로 번갈아 배치되어 있다. 평활 표면(84S)은, 홈이나 돌기 등이 형성되어 있지 않은 평활한 면이지만, (둘레 방향 홈에 비해 충분히 작은)미소한 요철이 존재해도 된다.

오목부 표면(둘레 방향 홈을 제외한 오목부의 평활 표면)은, 반할 스러스트 베어링(8)의 둘레 방향 단면시(둘레 방향을 따라 절단한 단면, 도 3의 A-A 단면)에서, 반할 스러스트 베어링(8)의 배면측으로 팽출하도록, 즉 배면측으로 볼록한 곡선을 형성하도록 되어 있다(도 4). 또한, 둘레 방향 홈의 부분을 반할 스러스트 베어링(8)의 둘레 방향 단면에서 본 경우에도, 반할 스러스트 베어링(8)의 배면측으로 팽출하도록 되어 있다.

일 구체예에 의하면, 오목부(84)는, 반할 스러스트 베어링(8)의 둘레 방향 이외의 어느 방향의 단면(여기서, 「단면」은 슬라이딩면(7)에 수직 방향의 단면을 말함)에 있어서도, 예를 들면 반할 스러스트 베어링의 직경 방향에서도, 반할 베어링(31, 32)의 외경측으로 팽출하는 곡선이 되는 것이 바람직하다.

오목부(84)의 슬라이딩면(81)으로부터의 깊이(D1)는, 2∼50㎛로 하는 것이 바람직하고, 2∼25㎛로 하는 것이 보다 바람직하다. 여기서, 오목부(84)의 깊이는, 슬라이딩면을 오목부 개구부까지 연장시킨 가상면과, 오목부의 평활면의 최심부와의 사이의 슬라이딩면 수직 방향의 거리를 말한다. 오목부(84)의 슬라이딩면(81)에 있어서의 개구가 원 형상인 경우의 개구 직경은, 0.05∼5mm로 할 수 있다. 오목부의 개구 형상이 원 형상 이외의 경우에는, 그 개구의 면적이, 원 형상 개구의 면적에 상당하는 면적이 되는 원형 개구부 치수(원 상당 직경)로 하는 것이 바람직하다.

복수의 둘레 방향 홈(84G)은, 반할 스러스트 베어링의 슬라이딩면측으로부터 보아, 오목부(84)의 주연으로부터 반할 스러스트 베어링(8)의 둘레 방향으로 연장된다. 반할 스러스트 베어링의 슬라이딩면측으로부터 보아, 둘레 방향 홈(84G)의 홈 바닥면(홈 깊이의 최심부(D2))을 지나는 원호의 중심은, 반할 스러스트 베어링(8)의 외경 또는 내경의 중심과 동심으로 이루어진다.

환언하면, 복수의 둘레 방향 홈(84G)은, 크랭크축의 스러스트 칼라(12)의 표면의 회전 방향(X)(스러스트 칼라(12)와 슬라이딩면(81)의 슬라이딩 방향)으로 연장된다. 또한, 둘레 방향 홈(84G)은, 반할 스러스트 베어링(8)의 둘레 방향에 대하여 약간 경사지게(최대 3°) 연장되는 것은 허용된다.

둘레 방향 홈(84G)의 깊이(D2)는, 0.2∼3㎛로 하는 것이 바람직하다. 둘레 방향 홈(84G)의 깊이(D2)는, 오목부(84)의 깊이(D1)보다 작게 이루어진다. 여기서, 「둘레 방향 홈의 깊이」란, 둘레 방향 홈을 그 폭 방향 단면에서 본 경우의, 둘레 방향 홈에 인접하는 평활면으로부터의, 둘레 방향 홈의 최심부의 깊이를 말한다.

또한, 둘레 방향 홈(84G)의 폭(W)(오목부(84)의 표면(84S)에 있어서의 둘레 방향 홈(84G)의 반할 스러스트 베어링의 직경 방향의 길이, 도 6 참조)은, 5∼50㎛로 하는 것이 바람직하다. 또한, 둘레 방향 홈(84G)의 폭(W)은, 1개의 오목부(84)에 대하여, 적어도 5 이상의 둘레 방향 홈(84G)이 형성되는 치수로 하는 것이 바람직하다. 각 오목부(84)는, 오목부의 표면에 있어서의 반할 스러스트 베어링(8)의 직경 방향에서의 피치(P)(인접하는 둘레 방향 홈(84G)의 최심부의 사이의, 반할 스러스트 베어링의 직경 방향의 길이, 도 6 참조)는, 5∼100㎛로 하는 것이 바람직하다.

일 구체예에 의하면 둘레 방향 홈(84G)은, 오목부(84)의 표면(84S)으로부터의 깊이(D2)가, 둘레 방향 단부를 제외하고 둘레 방향 홈(84G)이 연장되는 방향(길이 방향)에 걸쳐 일정하게 이루어지고, 폭(W)도 둘레 방향 홈(84G)의 길이 방향에 걸쳐 일정하게 이루어진다(도 5 참조). 둘레 방향 홈(84G)의 단면 형상은 V형상인 것이 바람직하지만, V형상에 한정되지 않고 다른 형상이어도 된다.

그러나, 둘레 방향 홈(84G)의 깊이(D2)나 폭(W)은, 둘레 방향 홈(84G)의 길이 방향을 따라 변화시켜도 된다. 이 경우, 「둘레 방향 홈의 깊이」, 「둘레 방향 홈의 폭」은, 둘레 방향 홈(84G)의 최대 홈 깊이, 최대 폭을 말하며, 이러한 최대값이 상기 치수가 되는 것이 바람직하다.

본 실시예의 반할 스러스트 베어링(8)은, Cu 베어링 합금 또는 Al 베어링 합금으로 이루어지는 슬라이딩층을 Fe 합금제의 백메탈층 상에 가질 수 있다. 그러나, 백메탈층을 갖지 않고 Cu 베어링 합금 또는 Al 베어링 합금만으로 반할 스러스트 베어링을 형성해도 된다. 또한, 슬라이딩면(81)(오목부(84)의 내면을 포함하는 슬라이딩층의 표면)에 베어링 합금보다 연질인 Bi, Sn, Pb의 어느 1종으로 이루어지거나, 또는 이러한 금속을 주체로 하는 합금으로 이루어지는 표면부나 합성 수지를 주체로 하는 수지 조성물로 이루어지는 표면부를 가져도 된다. 단, 오목부(84)의 표면은, 이와 같은 표면부를 갖지 않는 편이 바람직하다. 오목부(84)의 표면(84S)이나 둘레 방향 홈(84G)의 표면이 연질이면, 오일 중에 많은 이물질이 포함되는 경우, 이물질이 매립, 퇴적하기 쉬워지기 때문이다. 오목부(84)의 표면(84S)이나 둘레 방향 홈(84G)의 내면에 이물질이 매립, 퇴적하면, 오목부를 흐르는 오일에 난류가 발생하기 쉬워진다.

상기와 같이 본 발명의 반할 스러스트 베어링(8)은, 평활한 표면(84S) 및 복수의 둘레 방향 홈(84G)으로 이루어지는 오목부(84)를 슬라이딩면에 가지지만, 이 반할 스러스트 베어링에 있어서 마찰 손실이 감소하는 이유를 이하에 설명한다.

복수의 오목부(84)를 가지는 반할 스러스트 베어링(8)의 슬라이딩면(81)과 크랭크축의 스러스트 칼라(12)의 표면이, 이간한 상태로부터 상대적으로 근접하도록 동작하여, 슬라이딩면(81)과 스러스트 칼라(12)의 표면이 최근접한 상태를 도 9에 나타낸다. 그 때, 오목부(84) 내의 오일은 압축되어 고압이 되고, 오목부(84) 내로부터 슬라이딩면/스러스트 칼라 간극으로 유출된다. 오목부(84)의 표면에는, 반할 스러스트 베어링(8)의 둘레 방향(M)과 평행한 방향으로 연장되는 복수의 둘레 방향 홈(84G)이 형성되어 있기 때문에, 스러스트 칼라(12)의 표면에 부수하여 스러스트 칼라(12)의 표면의 회전 방향(X)으로 흐르는 오일 흐름(F2)의 일부가, 오목부(84)의 둘레 방향 홈(84G)에 회전 방향(X)의 후방측의 슬라이딩면/스러스트 칼라 간극으로부터 오목부(84) 내에 흐르는 오일 흐름(F21)을 형성하도록 된다. 그에 의해, 오목부(84) 내의 오일은, 둘레 방향 홈(84G)에 유도되고, 반할 스러스트 베어링(8)의 둘레 방향(M)(스러스트 칼라(12)의 표면의 회전 방향(X))과 동일 방향을 향해 흘러, 슬라이딩면/스러스트 칼라 간극에 둘레 방향(M)을 따라 유출된다.

상기와 같이, 슬라이딩면/스러스트 칼라 간극에는, 회전하는 스러스트 칼라(12)의 표면에 부수하는 오일 흐름(F2)이 형성되어 있다(도 9). 이 오일 흐름(F2)의 흐름 방향과 오목부(84)로부터 유출되는 오일 흐름(F1)의 흐름 방향은, 동일 방향을 향하기 때문에 난류가 발생하기 어렵고, 마찰 손실이 생기기 어렵다.

이하, 본 발명의 다른 형태의 비한정적 구체예를 설명한다.

제 2 구체예

도 10 및 도 11에 나타내는 예에서는, 복수의 오목부(84)가 슬라이딩면에 대략 균일하게 배치되어 있지만, 오목부(84)는 타원 형상의 개구를 가지고, 그 장축(L1)이 반할 스러스트 베어링(8)의 둘레 방향(M)과 평행한 방향을 향하고 있으며, 단축(L2)이 반할 스러스트 베어링(8)의 직경 방향과 평행한 방향을 향하고 있다. 또한, 오목부(84)의 타원 형상의 개구의 장축(L)은, 반할 스러스트 베어링(8)의 둘레 방향에 대하여 약간 경사져(최대 3°) 있는 것은 허용된다.

이 오목부(84)의 표면은, 반할 스러스트 베어링(8)의 둘레 방향 단면시에서, 반할 스러스트 베어링(8)의 배면측으로 팽출(배면측으로 볼록)할 뿐만 아니라, 반할 스러스트 베어링(8)의 둘레 방향 이외의 어느 방향의 단면시에서도, 반할 스러스트 베어링(8)의 배면측으로 팽출(배면측으로 볼록)하는 곡면으로 되어 있다. 각 오목부(84)의 슬라이딩면(81)으로부터의 최대 깊이(D1)는, 동일하게 이루어져 있다.

본 구체예의 반할 스러스트 베어링(8)은, 복수의 오목부(84)가, 타원 형상의 개구를 가지고, 그 장축(L1)이 반할 스러스트 베어링(8)의 둘레 방향(M)과 평행한 방향을 향하고 있다. 이 때문에, 반할 스러스트 베어링(8)의 슬라이딩면(81)과 스러스트 칼라(12)의 표면이 최근접했을 때에, 오목부(84) 내의 오일은, 둘레 방향 홈(84G)에 유도되어 반할 스러스트 베어링(8)의 둘레 방향(M)(스러스트 칼라(12)의 표면의 회전 방향(X))과 동일 방향을 향해 흐르기 쉬워지고, 반할 스러스트 베어링(8)의 슬라이딩면/스러스트 칼라 간극에 반할 스러스트 베어링(8)의 둘레 방향(M)과 동일 방향을 향해 유출되기 쉬워진다.

제 3 구체예

도 12에 나타내는 예에서도, 복수의 오목부(84)가 슬라이딩면에 대략 균일하게 배치되고, 타원 형상의 개구를 가지며, 그 장축(L1)이 반할 스러스트 베어링(8)의 둘레 방향(M)과 평행한 방향을 향하고 있고, 단축(L2)이 반할 스러스트 베어링(8)의 직경 방향과 평행한 방향을 향하고 있다. 이 오목부(84)의 표면은, 반할 스러스트 베어링(8)의 둘레 방향 단면시에서, 반할 스러스트 베어링(8)의 배면측으로 팽출(배면측으로 볼록)할 뿐만 아니라, 반할 스러스트 베어링(8)의 둘레 방향 이외의 어느 방향의 단면시에서도, 반할 스러스트 베어링(8)의 배면측으로 팽출(배면측으로 볼록)하는 곡면으로 되어 있다. 각 오목부(84)의 슬라이딩면(81)으로부터의 최대 깊이(D1)는, 동일하게 이루어져 있다.

그러나, 오목부(84)는, 반할 스러스트 베어링(8)의 직경 방향의 외측 가장자리부측(외경측)에 위치하는 것일수록, 슬라이딩면(81)에 있어서의 오목부(84)의 개구 면적이 크고, 직경 방향의 내측 가장자리측(내경측)일수록 오목부(84)의 개구 면적이 작게 되어 있다. 또한, 본 구체예에서는, 각 오목부(84)는, 타원 형상의 개구의 단축 길이(L2)가 슬라이딩면(81)에서의 직경 방향의 배치 위치에 관계없이 동일하게 이루어지고, 장축 길이(L1)가, 직경 방향의 외측 가장자리부(외경측)의 가까이 위치하는 것일수록 크게 되어 있다.

내연 기관의 운전시, 크랭크축에 진동이나 휨이 발생하는 경우가 있다. 이 경우, 반할 스러스트 베어링(8)의 슬라이딩면(81)은 직경 방향의 외측 가장자리부(외경측)에 가까울수록, 스러스트 칼라(12)의 표면과의 직접 접촉이 생기기 쉽다. 본 실시예의 반할 스러스트 베어링(8)의 오목부(84)는, 반할 스러스트 베어링(8)의 직경 방향의 외측 가장자리부(외경측)에 가까이 위치하는 것일수록 오목부(84)의 개구 면적이 크게 되어 있기 때문에, 슬라이딩면(81)의 직경 방향의 외측 가장자리부(외경측)에 위치하는 오목부(84G)일수록, 슬라이딩면과 스러스트 칼라(12)의 표면이 근접했을 때, 오목부(84) 내부에서 압력이 높아지는 오일의 양이 많아져, 크랭크축에 진동이나 휨이 발생해도, 반할 스러스트 베어링(8)의 직경 방향의 외측 가장자리부(외경측)에 가까운 슬라이딩면(81)과 스러스트 칼라(12)의 표면이 직접 접촉하기 어려워진다.

또한, 내연 기관에 따라서는, 그 운전시, 반할 스러스트 베어링(8)의 슬라이딩면(81)의 직경 방향의 내측 가장자리(내경측)에 가까울수록, 스러스트 칼라(12)의 표면과의 접촉이 생기기 쉬운 사양의 것이 존재한다. 그 경우에는, 본 구체예와는 달리, 반할 스러스트 베어링(8)의 오목부(84)는, 반할 스러스트 베어링(8)의 직경 방향의 내측 가장자리측(내경측)에 위치하는 것일수록, 오목부(84)의 개구 면적이 크고, 직경 방향의 외측 가장자리부측(외경측)일수록 오목부(84)의 개구 면적이 작아지도록 할 수 있다.

제 4 구체예

도 13에 나타내는 예는, 2개의 오일홈(81a, 81a)이 형성되고, 복수의 오목부(84)는, 반할 스러스트 베어링(8)의 오일홈(81a)과 둘레 방향 단면(端面)(83)(또는 스러스트 릴리프(81b))의 사이의 범위의 슬라이딩면에만 균일하게 형성되고, 2개의 오일홈(81a, 81a)의 사이의 영역에는 오목부(84)는 형성되지 않는다. 다른 구성은 이미 설명한 제 1 구체예에 설명한 반할 스러스트 베어링의 구성과 동일하다.

제 5 구체예

도 14에 나타내는 예는, 슬라이딩면(81)에서의 개구 형상이 사각형인 오목부(84)를 나타낸다. 화살표 M은, 반할 스러스트 베어링(8)의 둘레 방향을 나타내고, 오목부의 개구 형상의 사각형의 2변은, 반할 스러스트 베어링(8)의 둘레 방향을 향하도록 배치된다. 또한, 도 14는, 둘레 방향 홈(84G)을 생략하여 도시하고 있다.

도 15는, 도 14에 나타내는 오목부(84)의 C-C부의 단면(반할 스러스트 베어링(8)의 직경 방향 단면(직경 방향을 따라 절단한 단면)) 나타낸다. 이 단면 형상은, 역사다리꼴 형상이고, 오목부(84)의 표면의 직경 방향의 양단부를 제외한 표면은, 슬라이딩면(81)과 평행하게 이루어져 있다. 도 15도, 둘레 방향 홈(84G)을 생략하여 도시하고 있다. 또한, 오목부(84)의 반할 스러스트 베어링(8)의 둘레 방향 단면시에서의 표면은, 반할 스러스트 베어링(8)의 배면측으로 팽출하는 곡면으로 되어 있다.

제 6 구체예

도 16에 슬라이딩면(81)에서의 개구 형상이 사각형인 오목부(84)를 나타낸다. 도 14와는 달리, 오목부의 개구 형상의 사각형의 대각선이, 반할 스러스트 베어링(8)의 둘레 방향을 향하도록 배치된다. 도 16에 나타내는 오목부(84)는, 오목부(84)의 반할 스러스트 베어링(8)에 평행한 단면시에서의 표면, 및, 반할 스러스트 베어링(8)의 직경 방향에 평행한 단면시에서의 표면은, 반할 스러스트 베어링(8)의 배면측으로 팽출하는 곡면으로 되어 있다. 또한, 도 16도 둘레 방향 홈(84G)을 생략하여 도시하고 있다.

상기에서는 오목부(84)의 개구 형상으로서 원형, 타원형 및 사각형을 나타냈지만, 이러한 개구 형상은, 기하학적으로 엄밀한 원형, 타원형 및 사각형을 의미하는 것은 아니고, 대략 원형, 대략 타원형 및 대략 사각형이면 된다. 또한, 오목부(84)의 개구 형상은, 이러한 형상에 한정되지 않고, 다른 형상이어도 된다.

이상, 본 발명의 반할 스러스트 베어링을 구체예에 의해 설명하였다.

상기 설명은, 발명의 반할 스러스트 베어링은, 한 쌍을 조합하여 원환 형상으로 하고 내연 기관의 크랭크축의 축선 방향력을 받는 스러스트 베어링에 적용한 예를 나타냈지만, 발명의 반할 스러스트 베어링은, 단독으로 내연 기관의 크랭크축의 축선 방향력을 받는 스러스트 베어링에도 적용할 수 있다.

또한, 상기와 같이, 본 발명의 반할 스러스트 베어링은, 백메탈층과 베어링 합금으로 이루어지는 바이메탈이어도 되고, 백메탈층이 없는 베어링 합금만으로 구성할 수도 있다(이 경우에도, 스러스트 칼라와 접촉해야 하는 표면을 슬라이딩면, 그 반대측의 표면을 배면으로 함).

또한, 본 발명의 반할 스러스트 베어링은, 둘레 방향 길이가 원주 각도 180°인 반원환 형상에 한정되지 않고, 둘레 방향 길이가 원주 각도로 180°보다 약간 작게 한 대략 반원환 형상이어도 된다. 또한, 본 발명의 반할 스러스트 베어링은, 오일홈, 스러스트 릴리프는, 도면에 나타내는 형상에 한정되지 않고, 다른 형상이어도 되고, 또한 오일홈이나 스러스트 릴리프의 구성을 갖지 않아도 된다.

또한, 본 구체예에서는, 슬라이딩면은, 백메탈층의 베어링 합금층을 접착시킨 측과 반대측의 표면(배면)과 평행하게 이루어져 있고, 슬라이딩면의 두께는 일정하지만, 이에 한정되지 않고, 슬라이딩면의 두께는, 슬라이딩면의 반할 스러스트 베어링의 직경 방향의 내측 가장자리부에서 최대이고 직경 방향의 외측 가장자리부를 향해 감소하도록 변화시켜도 된다. 또한, 슬라이딩면의 두께는, 반할 스러스트 베어링의 둘레 방향으로 변화시켜도 된다.

또한, 본 구체예에서는, 오목부(83)는 슬라이딩면(81)에만 형성했지만, 이에 한정되지 않고, 스러스트 릴리프(81b)의 표면이나 오일홈(81a)의 표면에도 오목부(83)와 마찬가지의 오목부를 형성할 수도 있다.

Claims

내연 기관의 크랭크축의 축선 방향력을 받기 위한 반원환 형상의 반할 스러스트 베어링으로서,
상기 반할 스러스트 베어링은, 상기 축선 방향력을 받는 슬라이딩면 및 그 반대측의 배면을 가지고,
상기 슬라이딩면에 복수의 오목부가 형성되고, 당해 오목부는, 상기 반할 스러스트 베어링의 상기 슬라이딩면으로부터 상기 배면측을 향해 후퇴한 오목부 표면을 가지고, 당해 오목부 표면은, 상기 반할 스러스트 베어링의 둘레 방향 단면시에서, 상기 반할 스러스트 베어링의 상기 배면측을 향해 볼록하게 되어 있고,
상기 오목부 표면에는, 당해 오목부 표면으로부터 상기 반할 스러스트 베어링의 상기 배면측을 향해 후퇴한 복수의 둘레 방향 홈이 형성되고, 당해 둘레 방향 홈은, 상기 반할 스러스트 베어링의 둘레 방향으로 연장되고, 그에 의해, 상기 오목부 표면에는 평활면과 상기 둘레 방향 홈이 번갈아 배치되어 있는, 반할 스러스트 베어링.
제 1 항에 있어서,
상기 오목부의 깊이가 2∼50㎛인, 반할 스러스트 베어링.
제 1 항에 있어서,
상기 둘레 방향 홈의 깊이가 0.2∼3㎛인, 반할 스러스트 베어링.
제 1 항에 있어서,
상기 둘레 방향 홈의 폭이 5∼50㎛인, 반할 스러스트 베어링.
제 1 항에 있어서,
상기 둘레 방향 홈의 피치가 5∼100㎛인, 반할 스러스트 베어링.
제 1 항에 있어서,
상기 오목부의 개구 형상이 원형, 타원형, 또는 사각형의 형상을 가지는, 반할 스러스트 베어링.
제 1 항에 있어서,
상기 오목부 표면은, 상기 반할 스러스트 베어링의 직경 방향 단면시에서, 상기 반할 스러스트 베어링의 상기 배면측을 향해 볼록하게 되어 있는, 반할 스러스트 베어링.
제 1 항에 있어서,
상기 복수의 오목부가, 상기 반할 스러스트 베어링의 상기 슬라이딩면의 전체에 균일하게 형성되어 있는, 반할 스러스트 베어링.
제 1 항에 있어서,
상기 오목부는, 상기 반할 스러스트 베어링의 상기 슬라이딩면의 직경 방향의 외측 가장자리부에 가까울수록, 개구 면적이 크게 되어 있는, 반할 스러스트 베어링.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 오목부의 개구 형상이 타원형이고, 당해 타원형의 장축은, 상기 반할 스러스트 베어링의 둘레 방향을 향하고 있는, 반할 스러스트 베어링.