KR20190013494A

KR20190013494A - 하프 베어링 및 미끄럼 베어링

Info

Publication number: KR20190013494A
Application number: KR1020180081847A
Authority: KR
Inventors: 세이지 아마노; 아키후미 야마모토; 신이치 사쿠라이
Original assignee: 다이도 메탈 고교 가부시키가이샤
Priority date: 2017-07-31
Filing date: 2018-07-13
Publication date: 2019-02-11
Also published as: JP6529549B2; EP3438476A1; EP3438476B1; US10302124B2; US20190032701A1; KR102031211B1; JP2019027524A

Abstract

내연기관의 운전 시의 난류 발생에 의한 마찰 손실을 저감할 수 있는 크랭크축의 미끄럼 베어링을 구성하는 하프 베어링을 제공한다.
하프 베어링의 슬라이딩면에 복수의 오목부가 형성되어 있으며, 오목부는, 슬라이딩면으로부터 하프 베어링의 외경측으로 후퇴한 평활한 오목부 표면을 가지고, 오목부 표면은, 하프 베어링의 둘레 방향에 평행한 단면에서 볼 때에, 하프 베어링의 외경측으로 볼록한 곡선을 형성하고 있다. 오목부의 주연에 인접하여 홈 형성 영역이 형성되어 있으며, 홈 형성 영역에는, 오목부 표면으로부터 하프 베어링의 외경측으로 후퇴한 복수의 둘레 방향 홈이 형성되어 있으며, 복수의 둘레 방향 홈은, 오목부의 주연으로부터 하프 베어링의 둘레 방향으로 연장되고 있다. 본 발명은, 이 하프 베어링을 구비한, 내연기관의 크랭크축을 지지하는 원통 형상의 미끄럼 베어링도 대상이다.

Description

하프 베어링 및 미끄럼 베어링{HALF BEARING AND SLIDING BEARING}

본 발명은, 내연기관의 크랭크축을 지지하는 미끄럼 베어링을 구성하는 하프 베어링에 관한 것이다. 본 발명은, 이 하프 베어링을 구비한, 내연기관의 크랭크축을 지지하는 원통 형상의 미끄럼 베어링에도 관한 것이다.

내연기관의 크랭크축은, 그 저널부에 있어서, 한 쌍의 하프 베어링으로 이루어지는 주(主)베어링을 개재하여 내연기관의 실린더 블록 하부에 지지된다. 주베어링에 대해서는, 오일 펌프에 의해 토출된 윤활유가, 실린더 블록벽 내에 형성된 오일 갤러리로부터 주베어링의 벽에 형성된 관통구를 통하여, 주베어링의 내주면을 따라 형성된 윤활유 홈 내로 보내진다. 또한, 저널부의 직경 방향에는 제 1 윤활 유로가 관통 형성되고, 이 제 1 윤활 유로의 양단 개구가 주베어링의 윤활유 홈과 연통하도록 되어 있다. 또한, 저널부의 제 1 윤활 유로로부터, 크랭크 아암부를 통과하는 제 2 윤활 유로가 분기되어 형성되고, 이 제 2 윤활 유로가, 크랭크 핀의 직경 방향으로 관통 형성된 제 3 윤활 유로와 연통하고 있다. 이와 같이 하여, 실린더 블록벽 내의 오일 갤러리로부터 관통구를 통하여 주베어링의 내주면에 형성된 윤활유 홈 내로 보내진 윤활유는, 제 1 윤활 유로, 제 2 윤활 유로 및 제 3 윤활 유로를 거쳐, 제 3 윤활 유로의 말단에 개구된 토출구로부터, 크랭크 핀과 한 쌍의 하프 베어링으로 이루어지는 콘로드 베어링의 슬라이딩면 사이에 공급된다(예를 들면, 특허 문헌 1 참조). 크랭크축의 표면과 주베어링 및 콘로드 베어링의 슬라이딩면과의 사이에 오일이 공급된다.

크랭크축과의 슬라이딩 시의 마찰 손실을 저감하기 위해, 하프 베어링의 슬라이딩면에 복수의 미소한 오목부를 형성하는 것이 제안되고 있다(예를 들면 특허 문헌 2, 특허 문헌 3 및 특허 문헌 4 참조).

일본 공개특허 특개평8-277831호 공보 일본 공개실용 실개소58-149622호 공보 일본 공개특허 특개2008-95721호 공보 일본 공표특허 특표2000-504089호 공보

상기의 특허 문헌 2부터 특허 문헌 4까지에 기재된 바와 같은 종래의 슬라이딩면에 복수의 미소한 오목부를 형성한 하프 베어링은, 내연기관의 운전 시의 하프 베어링의 슬라이딩면과 크랭크축의 표면이 근접하는 동작 시에, 오목부 부근의 오일의 흐름에 난류가 발생한다. 이 난류의 발생에 의해 마찰 손실이 발생하고, 또한 오목부에 인접하는 슬라이딩면과 축 표면과의 사이의 오일의 압력이 크게 저하되기 때문에, 축의 부하를 지지할 수 없게 되어 슬라이딩면과 축 표면이 접촉하여, 마찰 손실이 커진다고 하는 문제가 있었다.

본 발명의 목적은, 내연기관의 운전 시에 이러한 난류의 발생에 의한 마찰 손실을 저감할 수 있는 내연기관의 크랭크축의 미끄럼 베어링을 구성하는 하프 베어링, 및 그 미끄럼 베어링을 제공하는 것이다.

본 발명과 관련된 하프 베어링은, 내연기관의 크랭크축을 지지하는 미끄럼 베어링을 구성하는 것이다. 이 하프 베어링은, 반원통 형상을 가지고, 내주면이 슬라이딩면을 형성하고 있다. 이 하프 베어링의 슬라이딩면에는, 복수의 오목부가 형성되어 있다. 오목부는, 슬라이딩면으로부터 하프 베어링의 외경측으로 후퇴한 평활한 오목부 표면을 가지고, 오목부 표면은, 하프 베어링의 둘레 방향에 평행한 단면에서 볼 때, 하프 베어링의 외경측에 볼록한 곡선을 형성하고 있다. 상기 오목부에는, 오목부의 주연(周緣)에 인접하여 홈 형성 영역이 형성되어 있으며, 홈 형성 영역에는, 오목부 표면으로부터 하프 베어링의 외경측으로 후퇴한 복수의 둘레 방향 홈이 형성되어 있으며, 복수의 둘레 방향 홈은, 오목부의 주연으로부터 하프 베어링의 둘레 방향으로 연장되고 있다.

본 발명의 일 구체예에서는, 슬라이딩면으로부터 오목부 표면의 최심부(最深部)까지의 사이의 길이인 오목부의 깊이(D1)는, 2~50㎛인 것이 바람직하다.

본 발명의 일 구체예에서는, 둘레 방향 홈의 깊이는, 오목부의 중앙측으로부터 주연측을 향해 커지고 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 구체예에서는, 오목부 표면으로부터의 둘레 방향 홈의 최심부까지의 사이의 길이인 둘레 방향 홈의 최대 깊이(D2)는, 0.5~3㎛인 것이 바람직하다.

본 발명의 일 구체예에서는, 둘레 방향 홈의 최대 폭(W)은, 20~150㎛인 것이 바람직하다.

본 발명의 일 구체예에서는, 홈 형성 영역이 오목부에 차지하는 면적 비율(S1)은, 0.15~0.575인 것이 바람직하다.

본 발명의 일 구체예에서는, 오목부의 슬라이딩면에서의 개구 형상은, 원형, 또는 타원형, 또는 사각형인 것이 바람직하다.

본 발명의 일 구체예에서는, 오목부 표면은, 하프 베어링의 축선 방향의 단면에서 볼 때, 하프 베어링의 외경측에 볼록 형상의 곡선을 형성하는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 구체예에서는, 복수의 오목부는, 하프 베어링의 슬라이딩면의 전체에 균일하게 형성되어 있는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 구체예에서는, 오목부는, 하프 베어링의 둘레 방향 중앙부에 가까울수록 깊이(D1)(슬라이딩면으로부터 오목부 표면의 최심부까지의 사이의 길이)가 큰 것, 바꿔 말하면, 둘레 방향 단부에 가까울수록 오목부의 깊이(D1)가 작아지는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 구체예에서는, 오목부는, 하프 베어링의 둘레 방향 중앙부에 가까울수록, 개구 면적(A1)이 커지는 것, 바꿔 말하면, 둘레 방향 단부에 가까울수록 오목부의 개구 면적(A1)이 작아지는 것이 바람직하다.

본 발명의 일 구체예에서는, 하프 베어링의 둘레 방향 중앙부에 근접할수록, 오목부에 차지하는 홈 형성 영역의 면적 비율(S1)이 작은 것, 바꿔 말하면, 둘레 방향 단부에 가까울수록 오목부의 표면에 있어서의 홈 형성 영역의 면적 비율(S1)이 큰 것이 바람직하다.

본 발명은, 상기에 설명한 하프 베어링을 구비한, 내연기관의 크랭크축을 지지하는 원통 형상의 미끄럼 베어링에도 관한 것이다. 이 미끄럼 베어링은, 상기에 설명한 하프 베어링의 한 쌍을 조합하여 구성하는 것이 바람직하다.

도 1은 크랭크축의 베어링 장치를 나타내는 개략도.
도 2는 본 발명의 제 1 구체예에 의한 하프 베어링을 베어링의 축선 방향에서 본 도면.
도 3은 도 2에 나타내는 하프 베어링을 슬라이딩면측에서 본 평면도.
도 4는 도 3의 오목부를 슬라이딩면측에서 본 도면.
도 5는 도 4의 A-A 단면(둘레 방향)의 단면도.
도 6은 하프 베어링과 축과의 움직임을 나타내는 도면.
도 7은 도 4의 오목부의 오일의 흐름을 나타내는 도면.
도 8은 비교예의 오목부를 슬라이딩면측에서 본 도면.
도 9은 본 발명의 제 2 구체예에 의한 하프 베어링을 베어링의 축선 방향에서 본 도면.
도 10은 도 9에 나타내는 하프 베어링을 슬라이딩면측에서 본 평면도.
도 11은 본 발명의 제 3 구체예에 의한 하프 베어링을 슬라이딩면측에서 본 도면.
도 12는 도 11의 하프 베어링의 둘레 방향 중앙부측에 배치된 오목부를 슬라이딩면측에서 본 도면.
도 13은 도 11의 하프 베어링의 둘레 방향 단부측에 배치된 오목부를 슬라이딩면측에서 본 도면.
도 14는 도 11의 하프 베어링의 오목부에 마련된 둘레 방향 홈의 단면도.
도 15는 도 11의 하프 베어링의 오목부의 오일의 흐름을 나타내는 도면.
도 16은 본 발명의 제 4 구체예에 의한 하프 베어링의 오목부를 슬라이딩면측에서 본 도면.
도 17은 도 16의 오목부의 B-B 단면도(축선 방향).
도 18은 본 발명의 제 5 구체예에 의한 하프 베어링의 오목부를 슬라이딩면측에서 본 도면.

이하, 본원 발명의 구체예에 대해 도면을 참조하면서 설명한다.

도 1에 내연 기관의 베어링 장치(1)를 개략적으로 나타낸다. 이 베어링 장치(1)는, 실린더 블록(8)의 하부에 지지되는 저널부(6)와, 저널부(6)와 일체로 형성되어 저널부(6)를 중심으로 하여 회전하는 크랭크 핀(5)과, 크랭크 핀(5)에 내연 기관으로부터 왕복 운동을 전달하는 콘로드(2)를 구비하고 있다. 그리고, 베어링 장치(1)는, 크랭크축을 지지하는 미끄럼 베어링으로서, 저널부(6)를 회전 가능하게 지지하는 주베어링(4)과, 크랭크 핀(5)을 회전 가능하게 지지하는 콘로드 베어링(3)을 더 구비하고 있다.

또한, 크랭크축은 복수의 저널부(6)와 복수의 크랭크 핀(5)을 가지지만, 여기서는 설명의 편의상, 1개의 저널부(6) 및 1개의 크랭크 핀(5)을 도시하여 설명한다. 도 1에 있어서, 지면(紙面) 안 길이 방향의 위치 관계는, 저널부(6)가 지면의 안측이며, 크랭크 핀(5)이 앞측으로 되어 있다.

저널부(6)는, 한 쌍의 하프 베어링(41, 42)에 의해 구성되는 주베어링(4)을 개재하여, 내연기관의 실린더 블록 하부(81)에 축지지되어 있다. 도 1에서 상측에 있는 하프 베어링(41)에는, 내주면 전체 길이에 걸쳐 오일 홈(41a)이 형성되어 있다. 또한, 저널부(6)는, 직경 방향으로 관통하는 윤활 유로(6a)를 가지고, 저널부(6)가 화살표 X방향으로 회전하면, 윤활 유로(6a)의 양단의 입구 개구(6c)가 번갈아 주베어링(4)의 오일 홈(41a)에 연통한다.

크랭크 핀(5)은, 한 쌍의 하프 베어링(31, 32)에 의해 구성되는 콘로드 베어링(3)을 개재하여, 콘로드(2)의 대(大)단부 하우징(21)(로드측 대단부 하우징(22) 및 캡측 대단부 하우징(23))에 축지지되어 있다.

상기 서술한 바와 같이, 주베어링(4)에 대하여, 오일 펌프에 의해 토출된 윤활유가, 실린더 블록벽 내에 형성된 오일 갤러리로부터 주베어링(4)의 벽에 형성된 관통구를 통하여 주베어링(4)의 내주면을 따라 형성된 오일 홈(41a) 내로 보내진다.

또한, 저널부(6)의 직경 방향으로 제 1 윤활 유로(6a)가 관통 형성되고, 제 1 윤활 유로(6a)의 입구 개구(6c)가 윤활유 홈(41a)과 연통 가능하게 되어 있으며, 저널부(6)의 제 1 윤활 유로(6a)로부터 분기되어 크랭크 아암부(도시 생략)를 통과하는 제 2 윤활 유로(5a)가 형성되고, 제 2 윤활 유로(5a)가, 크랭크 핀(5)의 직경 방향으로 관통 형성된 제 3 윤활 유로(5b)에 연통하고 있다.

이와 같이 하여, 윤활유는, 제 1 윤활 유로(6a), 제 2 윤활 유로(5a) 및 제 3 윤활 유로(5b)를 거쳐, 제 3 윤활 유로(5b)의 단부의 토출구(5c)로부터, 크랭크 핀(5)과 콘로드 베어링(3)의 사이에 형성되는 간극에 공급된다.

일반적으로 주베어링(4) 및 콘로드 베어링(3)은, 그 슬라이딩면과 축 표면과의 사이의 오일에 압력이 발생함으로써, 크랭크축으로부터의 동하중 부하를 지지한다. 내연기관의 운전 시, 주베어링(4) 및 콘로드 베어링(3)의 슬라이딩면에 가해지는 부하의 크기 및 그 방향은, 항상 변동하고, 그 부하와 균형이 잡힌 오일막 압력을 발생시키도록, 저널부(6) 및 크랭크 핀(5)의 중심 축선이 주베어링(4) 및 콘로드 베어링(3)의 베어링 중심축에 대하여 편심하면서 이동한다. 이 때문에, 주베어링(4) 및 콘로드 베어링(3)의 베어링 간극(축 표면과 슬라이딩면과의 사이의 간극)은, 슬라이딩면 중 어느 위치에 있어서도, 항상 변화한다. 예를 들면, 4사이클 내연기관에서는, 연소 행정에 있어서, 콘로드 베어링이나 주베어링에 가해지는 부하가 최대가 되며, 이 때, 예를 들면 콘로드 베어링에서는, 크랭크 핀(5)이, 도 1의 지면 상측의 하프 베어링의 둘레 방향 중앙부 부근의 슬라이딩면을 향하는 방향(화살표(M))으로 이동하고, 이 하프 베어링의 둘레 방향 중앙부 부근의 슬라이딩면과 크랭크 핀의 표면이 가장 근접하며, 이 부분의 슬라이딩면을 향하는 방향의 부하가 가해진다.

또한, 주베어링에서는, 도 1에 나타내는 지면 하측의 베어링 캡(82)측에 조립되는 하프 베어링의 둘레 방향 중앙부 부근의 슬라이딩면을 향하는 방향의 부하가 가해져, 하측의 하프 베어링의 둘레 방향 중앙부 부근의 슬라이딩면과 저널부(6)의 표면이 가장 근접한다.

종래 기술의 복수의 미소한 오목부를 슬라이딩면에 형성한 하프 베어링에서는, 미소 오목부를 가지는 하프 베어링의 슬라이딩면과 축 표면이 이간된 상태로부터, 상대적으로 근접하도록 동작하여, 슬라이딩면과 축 표면이 가장 근접했을 때, 오목부 내의 오일은 압축되어 고압이 되고, 오목부 내로부터 슬라이딩면과 축 표면과의 간극으로 유출된다. 미소한 오목부의 표면이 평활한 경우, 오목부 내에서 고압이 되고 슬라이딩면과 축 표면과의 사이의 간극으로 유출되는 오일 흐름 중, 일부만이 축의 회전 방향과 동일한 방향을 향하지만, 대부분의 오일 흐름은 축의 회전 방향과 상이한 방향을 향하는 오일 흐름이 된다. 이 축의 회전 방향과 상이한 방향을 향하는 오일 흐름이 형성되면, 슬라이딩면과 축 표면과의 사이의 간극에는, 회전하는 축 표면에 부수하는 오일 흐름이 형성되고 있기 때문에, 흐름 방향이 상이한 오일 흐름끼리가, 오목부의 개구에 인접하는 슬라이딩면과 축 표면과의 사이에서 충돌을 일으키고, 그것에 의해 난류가 발생한다. 난류의 발생에 의해 마찰 손실은 발생한다. 난류에 의해 오목부 개구에 인접하는 슬라이딩면과 축 표면과의 사이의 오일의 압력이 크게 저하되면, 축의 부하를 지지할 수 없게 되어 슬라이딩면과 축 표면이 접촉하여, 마찰 손실이 커진다.

본 발명은, 이러한 종래 기술의 문제에 대처하는 것이다. 본 발명과 관련된 하프 베어링에서는, 오목부는, 슬라이딩면으로부터 하프 베어링의 외경측으로 후퇴한 평활한 오목부 표면을 가지고, 오목부의 주연에 인접하여 오목부 표면으로부터 하프 베어링의 외경측으로 후퇴한 복수의 둘레 방향 홈을 가지는 홈 형성 영역을 가진다. 오목부 표면은, 하프 베어링의 둘레 방향에 평행한 단면에서 볼 때, 하프 베어링의 외경측에 볼록한 곡선을 형성한다. 복수의 둘레 방향 홈은, 하프 베어링의 둘레 방향과 평행하게 연장된다.

여기서, 오목부 표면이란, 둘레 방향 홈을 제외한 오목부의 표면을 말한다. 평면 영역은, 오목부와 중심이 동일하며, 오목부 개구와 상사(相似)하는 형상을 가지는 것 중, 둘레 방향 홈과 교차하지 않는 최대의 영역으로서 정의된다. 오목부의 개구란, 오목부가 슬라이딩면(또는 그 가상 연장면)과 교차하는 면을 가리키고, 바꿔 말하면 오목부를 슬라이딩면 수직 방향에서 본, 오목부의 형상을 말한다. 홈 형성 영역은, 오목부의 표면 중, 평면 영역 이외의 영역을 말하고, 평활한 오목부 표면과 둘레 방향 홈이 양존하고 있다.

이하, 본 발명의 하프 베어링을 콘로드 베어링(3)에 적용한 예를 나타내어 설명한다. 그러나, 본 발명은, 콘로드 베어링(3)에 한정되지 않고, 주베어링(4)을 구성하는 하프 베어링으로서 구성할 수도 있다.

콘로드 베어링(3) 또는 주베어링(4)을 구성하는 한 쌍의 하프 베어링 중, 양방이 발명의 하프 베어링으로 할 수도 있지만, 일방이 발명의 하프 베어링이며 타방은 종래의 슬라이딩면이 오목부를 가지지 않는 하프 베어링이어도 된다.

도 2는, 본 발명과 관련된 하프 베어링(콘로드 베어링(3))의 제 1 구체예를 나타낸다. 콘로드 베어링(3)은, 한 쌍의 하프 베어링(31, 32)의 둘레 방향의 단면(76)을 맞대어, 전체적으로 원통 형상으로 조합함으로써 형성된다. 원통 형상의 내주면을 형성하는 면이 슬라이딩면(7)이다.

또한, 하프 베어링(31, 32)의 두께는, 둘레 방향에서 일정한 것이 바람직하다. 그러나, 둘레 방향 중앙부에서 두께가 최대이며, 둘레 방향의 양단면(76)측을 향해 연속하여 감소하도록 해도 된다.

도 3에, 하프 베어링의 슬라이딩면에 배치된 오목부, 도 4에 슬라이딩면측에서 본 오목부의 일례를 나타낸다. 물론 본 발명은 이 형태에 한정되는 것은 아니다. 또한, 이후, 이해를 용이하게 하기 위해 각 도면에 있어서 오목부(71)는 과장하여 그려져 있다.

하프 베어링(31, 32)의 슬라이딩면(7)에는, 복수의 오목부(71)가 슬라이딩면(7)에 형성되어 있다. 이 예에서는, 오목부(71)는, 개구 형상이나 깊이 등의 치수가 동일한 것이 슬라이딩면의 대략 전체 면에 균일하게 마련되어 있다. 또한, 슬라이딩면(7)에서의 복수의 오목부(71)의 균일한 배치란, 기하학적으로 엄밀한 균일한 배치를 의미하는 것은 아니고, 대략 균일한 배치이면 된다. 도 3은, 반원통형의 하프 베어링(31, 32)을 슬라이딩면측에서 본 평면도이기 때문에, 둘레 방향의 단부(76)부근의 오목부의 형상은 일그러져 그려져 있다.

도 4는, 개구 형상이 원형인 오목부(71)를 나타낸다. 오목부(71)는, 그 중앙측 표면의 평활한 평면 영역(72)과, 오목부(71)의 주연에 인접하는 측에 복수의 둘레 방향 홈(731)을 가지는 홈 형성 영역(73)으로 이루어진다. 홈 형성 영역(73)에 있어서는, 평면 영역(72)과 이어지는 평활한 표면에 둘레 방향 홈(731)이, 오목부(71)의 주연으로부터 하프 베어링의 둘레 방향으로 연장되고 있다. 도 4에 있어서, 파선 내의 영역이 평면 영역(72)이며, 파선과 오목부의 주연까지의 사이의 영역이 홈 형성 영역부(73)이다.

오목부 표면(둘레 방향 홈을 제외한 오목부의 표면)은, 하프 베어링(31, 32)의 둘레 방향에 평행한 단면에서 볼 때(도 4의 A-A 단면)에, 하프 베어링(31, 32)의 외경측으로 팽출하는, 즉 외경측으로 볼록한 곡선으로 되어 있다(도 5).

일 구체예에 의하면, 오목부(71)는, 하프 베어링(31, 32)의 둘레 방향에 평행한 방향 이외의 어느 방향의 단면에서 볼 때(예를 들면, 슬라이딩면(7)에 수직 방향인 단면)에도, 하프 베어링(31, 32)의 외경측으로 팽출하는 곡선이 되도록 할 수 있다.

오목부(71)의 슬라이딩면(7)으로부터의 깊이(오목부에 인접하는 슬라이딩면으로부터의 오목부 최심부의 깊이)(D1)는, 2~50㎛로 하는 것이 바람직하고, 2~30㎛로 하는 것이 보다 바람직하다. 오목부(71)의 슬라이딩면(7)에 있어서의 개구가 원 형상인 경우의 개구 직경은, 0.05~5㎜로 할 수 있다. 오목부의 개구 형상이 원 형상 이외인 경우에는, 그 개구의 면적이, 원 형상 개구의 면적에 상당하는 면적이 되는 원형 개구부 치수(원 상당 직경)로 한다.

복수의 둘레 방향 홈(731)은, 오목부(71)의 주연으로부터 하프 베어링(31, 32)의 둘레 방향과 평행한 방향으로 연장되지만, 하프 베어링(31, 32)의 둘레 방향에 대하여 약간 경사(최대 1°）지는 것은 허용된다.

일 구체예에 의하면, 둘레 방향 홈(731)은, 홈 형성 영역의 표면으로부터의 깊이(D2)가, 둘레 방향 단부를 제외한 둘레 방향 홈(731)이 연장되는 방향(길이 방향)에 걸쳐 일정하게 이루어지고, 폭(W)(홈 형성 영역 표면에 있어서의 둘레 방향 홈의 하프 베어링의 축선 방향의 길이)도 둘레 방향 홈(731)의 길이 방향에 걸쳐 일정하게 이루어진다. 둘레 방향 홈(731)의 단면 형상은 직사각형 형상이다.

둘레 방향 홈(731)의 깊이(D2)는, 0.5~3㎛로 하는 것이 바람직하다. 둘레 방향 홈(731)의 깊이(D2)는, 오목부(7)의 깊이(D1)보다 작게 이루어진다. 둘레 방향 홈(731)의 폭(W)은, 20~150㎛로 하는 것이 바람직하다. 또한, 둘레 방향 홈(731)의 폭(W)은, 1개의 오목부(71)에 대하여, 적어도 3 이상의 둘레 방향 홈(731)이 형성되는 치수로 하는 것이 바람직하다. 또한, 둘레 방향 홈(731)의 깊이(D2)나 폭(W)은, 둘레 방향 홈(731)의 길이 방향을 따라 변화시켜도 된다. 이 경우, 둘레 방향 홈(731)의 최대 홈 깊이, 최대 폭이 상기 치수가 되는 것이 바람직하다.

각 오목부(71)는, 오목부에 있어서의 홈 형성 영역(73)의 면적 비율(S1)이 0.15~0.55로 하는 것이 바람직하다. 오목부의 면적(A1)이란, 오목부를 슬라이딩면측에서 보았을 때(즉, 슬라이딩면에 수직인 방향에서 보았을 때)의 오목부 영역의 면적이며, 홈 형성 영역의 면적(A2)이란, 오목부를 슬라이딩면측에서 보았을 때(즉, 슬라이딩면에 수직인 방향에서 보았을 때)의 홈 형성 영역의 면적(A2)이다. 평면 영역의 면적도 동일하게 정의된다.

면적 비율(S1)은, 오목부의 면적(A1)(평면 영역(72)의 면적과 홈 형성 영역(73)의 면적의 합)에 대한 홈 형성 영역(73)의 면적(A2)의 비(A2/A1))이다(도 4 참조).

본 실시예의 콘로드 베어링(3)은, 한 쌍의 하프 베어링(31, 32)의 둘레 방향의 단면(76)을 맞대어, 전체적으로 원통 형상으로 조합함으로써 형성된다. 하프 베어링(31, 32)은, Cu 베어링 합금 또는 A1 베어링 합금인 슬라이딩층을 가질 수 있다. 혹은, Fe 합금제의 백메탈층 상에 Cu 베어링 합금 또는 A1 베어링 합금의 슬라이딩층을 가질 수 있다. 또한, 원통 형상의 내주면인 슬라이딩면(7)(오목부(71)의 내면을 포함하는 슬라이딩층의 표면)에 베어링 합금보다 연질인 Bi, Sn, Pb 중 어느 1종으로 이루어지는, 혹은 이들 금속을 주체로 하는 합금으로 이루어지는 표면부나 합성 수지를 주체로 하는 수지 조성물로 이루어지는 표면부를 가져도 된다. 단, 오목부(71)의 표면은, 이러한 표면부를 가지지 않는 것이 바람직하다. 오목부(71)의 표면이나 둘레 방향 홈(731)의 표면이 연질이면, 오일 중에 많은 이물이 포함되는 경우, 이물이 매립, 퇴적하기 쉬워지기 때문이다. 오목부(71)의 표면이나 둘레 방향 홈(731)에 내면에 이물이 매립, 퇴적되면, 오목부를 흐르는 오일에 난류가 발생하기 쉬워진다.

상기한 바와 같이 본 발명의 하프 베어링은, 평면 영역(72) 및 홈 형성 영역(73)으로 이루어지는 오목부(71)를 슬라이딩면에 가지지만, 이 하프 베어링에 있어서 마찰 손실이 감소하는 이유를 이하에 설명한다.

복수의 오목부(71)를 가지는 하프 베어링(31)의 슬라이딩면(7)과 축(5)의 표면이, 이간된 상태로부터 상대적으로 근접하도록 동작하여, 슬라이딩면(7)과 축(5)의 표면이 가장 근접한 상태를 도 6에 나타낸다. 이 때, 오목부(71) 내의 오일은, 특히 개구의 오목부 표면의 중앙부 부근에서 가장 압축되어 고압이 되지만, 개구의 평면 영역(72)에서는 표면이 평활하기 때문에, 전방위에 흐르는 오일 흐름(F1)이 형성된다(도 7). 오일 흐름(F1)은, 축의 회전 방향(Z)과는 상이한 방향에도 형성된다. 그러나, 오목부(71)에는, 개구의 주연에 인접하는 홈 형성 영역(73)에는, 하프 베어링(31)의 둘레 방향과 평행한 방향으로 연장되는 복수의 둘레 방향 홈(731)이 형성되어 있기 때문에, 평면 영역(72)으로부터 흐른 오일 흐름(F1)은, 둘레 방향 홈(731)에 유도되고, 하프 베어링(31)의 둘레 방향(축의 회전 방향(Z))과 동일한 방향을 향해 흘러(도 7의 오일 흐름(F2)), 하프 베어링(31)의 슬라이딩면(7)과 축 표면과의 사이의 간극으로 하프 베어링(31)의 둘레 방향과 동일한 방향을 향해 유출된다.

한편, 슬라이딩면(7)과 축(5)의 표면과의 사이의 간극에는, 회전하는 축 표면에 부수하는 오일 흐름(F3)이 형성되어 있다(도 7). 이 오일 흐름(F3)의 흐름 방향과 오목부(71)로부터 유출되는 오일 흐름(F2)의 흐름 방향은, 동일한 방향을 향하기 때문에 난류가 발생하기 어려워, 마찰 손실이 발생하기 어렵다.

도 8은, 본 발명과는 상이한 오목부(271)를 슬라이딩면(7)측에서 본 것이다. 이 오목부(271)는, 슬라이딩면(7)에서의 개구 형상이 타원이며, 오목부(271)의 중앙부 부근의 표면을 포함하여 표면 전체 면에 하프 베어링의 둘레 방향과 평행한 둘레 방향 홈(271)을 형성하고 있으며, 평면 영역부를 가지지 않는다. 그 외는, 상기에서 설명한 것과 동일하다.

도 8에, 슬라이딩면(7)과 축 표면이 가장 근접했을 때의 오목부(271) 내로부터 슬라이딩면(7)과 축 표면과에 사이의 간극으로 유출되는 오일 흐름(F1', F1'R)을 나타낸다. 화살표 Z는, 상기한 바와 같이, 축의 회전 방향(축 표면의 이동 방향)을 나타낸다.

슬라이딩면(7)과 축 표면이 가장 근접했을 때, 오목부(271) 내의 오일은 압축되어 고압이 되지만, 특히 오목부(271)의 중앙부 부근의 오목부의 깊이가 최심(最深)이 되는 표면 부근의 오일이 고압이 된다. 도 8에서는 이 영역에도 둘레 방향 홈(273)을 가지므로, 특히 고압이 된 오일이, 둘레 방향 홈(273)에 유도되고, 오목부(271)로부터 슬라이딩면(7)과 축 표면과의 사이의 간극으로의 축회전 방향(Z)과 동일한 방향의 오일 흐름(F1')뿐만 아니라, 축 회전 방향(Z)과는 역방향의 오일 흐름(F1'R)이 형성된다.

슬라이딩면(7)과 축(5) 표면과의 사이의 간극에는, 회전하는 축 표면에 부수하는 오일 흐름(F3)이 형성되어 있지만, 흐름 방향이 상이한 오일 흐름(F1'R)과 오일 흐름(F3)이, 오목부(271)의 개구에 인접하는 슬라이딩면(7)과 축 표면과의 사이에서 충돌함으로써 난류가 발생한다. 이 난류의 발생으로 마찰 손실이 발생한다. 또한, 난류의 발생에 의해 오목부(271)의 개구에 인접하는 슬라이딩면(7)과 축 표면과의 사이의 오일의 압력이 크게 저하되면, 축의 부하를 지지할 수 없게 되어 슬라이딩면과 축 표면이 접촉하여, 마찰 손실이 더 커진다.

이하, 본 발명의 다른 형태의 비한정적 구체예를 설명한다.

제 2 구체예

도 9 및 도 10은, 복수의 오목부(71)가, 하프 베어링(31, 32)의 둘레 방향 중앙(CL)을 기준으로 하여, 소정의 원주 각도(θ1)(-15°~15°）의 범위에만 균일하게 형성된다. 또한, 하프 베어링(31, 32)에는, 슬라이딩면(7)의 둘레 방향의 양단부(76)에 크래시 릴리프(70)가 형성되어도 된다. 다른 구성은 이미 설명한 하프 베어링(31, 32)의 구성과 동일하다.

또한, 크래시 릴리프(70)는, 하프 베어링(31, 32)의 원주 방향 단부 영역에 있어서 벽부의 두께를 본래의 슬라이딩면(7)으로부터 반경 방향으로 감소시킴으로써 형성되는 면이며, 이것은, 예를 들면 한 쌍의 하프 베어링(31, 32)을 콘로드(2)에 조립하였을 때에 발생할 수 있는 하프 베어링의 둘레 방향 단면(76)의 위치 어긋남이나 변형을 흡수하기 위해 형성된다. 따라서 크래시 릴리프(70)의 표면의 곡률 중심 위치는, 그 외의 영역에 있어서의 슬라이딩면(7)의 곡률 중심 위치와 상이하다(SAE J506(항목 3.26 및 항목 6.4), DIN 1497, 섹션 3.2, J1S D3102 참조). 일반적으로, 승용차용의 소형의 내연기관용 베어링의 경우, 하프 베어링의 원주 방향 단면에 있어서의 크래시 릴리프(70)의 깊이(본래의 슬라이딩면으로부터의 둘레 방향 단면(76)에 있어서의 크래시 릴리프(70)까지의 거리)는 0.01~0.05㎜ 정도이다.

또한, 오목부(71)의 형성 범위는, 하프 베이렁(31, 32)의 둘레 방향 중앙부 부근의 슬라이딩면(7)에만 한정되지 않고, 둘레 방향의 임의의 범위인 슬라이딩면(7)에 형성할 수도 있다. 또한, 오목부(71)는, 크래시 릴리프(70)에 형성해도 된다.

제 3 구체예

도 11~도 14는, 복수의 오목부(71)가, 슬라이딩면에 대략 균일하게 배치되어 있지만, 타원 형상의 개구를 가지고, 그 장축이 하프 베어링(31, 32)의 둘레 방향과 평행한 방향을 향하고 있다. 또한, 오목부의 타원 형상의 개구는, 그 장축이 하프 베어링(31, 32)의 둘레 방향과 평행한 방향 이외의 방향, 예를 들면, 하프 베어링(31, 32)의 축선 방향을 향하도록 해도 된다.

이 오목부(71)의 오목부 표면은, 하프 베어링(31, 32)의 둘레 방향에 평행한 단면에서 볼 때, 하프 베어링(31, 32)의 외경측으로 팽창 돌출(외경측으로 볼록)될 뿐 아니라, 하프 베어링(31, 32)의 둘레 방향에 평행한 방향 이외의 어느 방향의 단면에서 볼 때에도, 하프 베어링(31, 32)의 외경측으로 팽창 돌출(외경측으로 볼록)되는 곡면으로 되어 있다.

오목부(71)의 복수의 둘레 방향 홈(731)은, 단면 형상이 원호 형상을 가지고(도 14 참조), 오목부(71)의 하프 베어링 축선 방향의 단부의 둘레 방향 홈을 제외하고, 홈 폭(W)은, 오목부의 주연측에서 최대이며, 오목부의 중앙부측을 향해 작아지고 있다. 마찬가지로, 홈 깊이(D2)도 오목부의 주연측에서 최대이며, 오목부의 중앙부측을 향해 작아지고 있다.

오목부(71)는, 하프 베어링(31, 32)의 둘레 방향 중앙부(CL)에 가깝게 위치하는 것일수록, 오목부(71)의 깊이(D1)(최대 깊이)가 크고, 둘레 방향 단면(76)에 가까울수록 오목부 깊이(D1)가 작게 되어 있다. 또한, 하프 베어링(31, 32)의 둘레 방향 중앙부(CL)에 가깝게 위치하는 것일수록, 오목부(71)의 면적(A1)이 크고, 둘레 방향 단면(76)에 가까울수록 오목부의 면적(A1)이 작게 되어 있다.

또한, 오목부(71)는, 하프 베어링(31, 32)의 슬라이딩면(7)의 둘레 방향에서의 배치 위치가, 하프 베어링(31, 32)의 둘레 방향 중앙부(CL)에 가까울수록, 오목부에 있어서의 홈 형성 영역의 면적 비율(S1)이 작고, 둘레 방향 단면(76)에 가까울수록 면적 비율(S1)이 크게 되어 있다.

도 12 및 도 13에는, 하프 베어링(31, 32)의, 각각 둘레 방향 중앙부에 가까운 오목부(71C)(도 12), 및 둘레 방향 단면(76)에 가까운 오목부(71E)를 슬라이딩면(7)측에서 본 도를 나타낸다.

4사이클 내연 기관에서는, 하프 베어링의 둘레 방향 중앙부측의 슬라이딩면에 배치되는 오목부일수록, 오목부 내의 오일은 고압이 되고, 둘레 방향 단면측일 수록, 오목부 내의 유압의 증가가 적다. 본 구체예의 오목부(71)는, 하프 베어링(31, 32)의 슬라이딩면(7)의 둘레 방향 중앙(CL)에 가깝게 배치되는 것일수록, 오목부에 차지하는 홈 형성 영역(73)의 면적 비율(S1)이 작아, 평면 영역(72)의 면적 비율이 커진다. 도 15는, 하프 베어링(31, 32)의 슬라이딩면(7)의 둘레 방향 중앙부(CL) 가까이 배치된 오목부(71C)를 슬라이딩면(7)측에서 본 도를 나타내고, 슬라이딩면(7)과 축(5) 표면이 가장 근접했을 때의 오목부(71) 내로부터 슬라이딩면(7)과 축 표면과에 사이의 간극으로 유출되는 오일 흐름(F2)을 나타내는 도면이며, 화살표 Z는, 축의 회전 방향을 나타낸다.

만약 홈 형성 영역(73)의 면적 비율(S1)이 크고, 평면 영역(72)의 면적 비율이 작은 경우에는, 오목부 개구의 중앙부 부근에서 고압이 된 오일이, 둘레 방향 홈(731)에 유도되어, 오목부(71)로부터 슬라이딩면(7)과 축 표면과의 사이의 간극으로의 축 회전 방향(Z)과 동일한 방향의 오일 흐름(F2)뿐만 아니라, 축회전 방향(Z)과는 역방향의 오일 흐름이 형성되는 경우가 있다. 이 축회전 방향(Z)과는 역방향의 오일 흐름이 형성되면, 축 표면에 부수하여 축 회전 방향(Z)과 평행한 방향으로 흐르는 오일 흐름(F3)과 충돌하여 난류가 발생한다.

반대로, 본 구체예의 오목부(71C)와 같이, 홈 형성 영역(73)의 면적 비율(S1)이 작고 평면 영역(72)의 면적 비율이 크면, 평면 영역(72)에 있어서, 축 회전 방향(Z)과는 상이한 방향으로의 오일 흐름(F1)이 형성되기 쉬워져, 오일 흐름(F1) 중에서 축 회전 방향(Z)과 역방향의 오일 흐름 성분이 적어진다. 평면 영역(72)의 면적이 크면, 오목부(71C)의 중앙부 부근의 평면 영역(72)에서 고압이 된 오일이, 홈 형성 영역(73)에 도달할 때까지, 압력이 저하되기 쉬워진다. 이 때문에, 오목부(71C)의 축회전 방향(Z)의 후방측에 형성된 둘레 방향 홈(731)이, 슬라이딩면(7)과 축 표면과의 사이의 간극을 축 표면에 부수하여 축의 회전 방향(Z)과 평행 방향으로 흐르는 오일 흐름(F3)의 일부로부터, 오목부(71C) 내에 유도하는 오일 흐름(F3)이 형성되게 된다.

한편, 오목부(71E)는, 축 표면과 오목부(71E)의 표면이 가장 근접했을 때라도, 오목부(71E) 내의 오일의 압력은 높아지기 어려워, 오목부(71E) 내의 오일은, 축 회전 방향(Z)과는 역방향의 오일 흐름이 형성되기 어렵기 때문에, 오목부(71E)의 홈 형성 영역(73)의 면적 비율을 크게 하여, 둘레 방향 홈(731)에 의한 오목부(71E) 내의 오일을 축회전 방향(Z)과 동일한 방향을 향하는 오일 흐름(F2)을 형성하는 효과를 높인 것이 좋다.

제 4 구체예

도 16은, 슬라이딩면(7)에서의 개구 형상이 사각형인 오목부(71)를 나타낸다. 화살표 Z는, 축회전 방향을 나타내고, 오목부의 개구 형상의 사각형의 2변은, 축 회전 방향과 평행하게 배치된다. 또한, 도 16은, 둘레 방향 홈(731)을 생략하여 도시하고 있다.

도 17은, 도 16에 나타내는 오목부(71)의 B-B부의 단면(하프 베어링(31, 32)의 축선 방향의 단면)을 나타낸다. 이 단면 형상은, 역사다리꼴 형상이며, 오목부(71)의 표면의 축선 방향의 양 단부를 제외한 표면은, 슬라이딩면(7)과 평행하게 이루어져 있다. 도 16도, 둘레 방향 홈(731)을 생략하여 도시하고 있다. 또한, 오목부(71)의 하프 베어링(31, 32)의 둘레 방향에 평행한 단면에서 볼 때에의 표면은, 하프 베어링(31, 32)의 외경측으로 팽창 돌출되는 곡면으로 되어 있다.

제 5 구체예

도 18에 슬라이딩면(7)에서의 개구 형상이 사각형인 오목부(71)를 나타낸다. 도 16과는 상이하며, 오목부의 개구 형상의 사각형의 대각선이, 축 회전 방향과 평행해지도록 배치된다. 도 18에 나타내는 오목부(71)는, 오목부(71)의 하프 베어링(31, 32)의 둘레 방향에 평행한 단면에서 볼 때에의 표면, 및, 하프 베어링(31, 32)의 축선 방향에 평행한 단면에서 볼 때에의 표면은, 하프 베어링(31, 32)의 외경측으로 팽창 돌출되는 곡면으로 되어 있다. 또한, 도 18도 둘레 방향 홈(731)을 생략하여 도시하고 있다.

상기에 오목부(71)의 개구 형상으로서, 원형, 타원형 및 사각형을 나타냈지만, 이들의 개구 형상은, 기하학적으로 엄밀한 원형, 타원형 및 사각형을 의미하는 것은 아니고, 대략 원형, 대략 타원형, 및 대략 사각형이면 된다. 또한, 오목부(71)의 개구 형상은, 이들의 형상에 한정되지 않고, 다른 형상이어도 된다.

상기 설명은, 발명의 하프 베어링을 내연 기관의 크랭크축의 크랭크 핀을 지지하는 콘로드 베어링에 적용한 예를 나타냈지만, 발명의 하프 베어링은, 크랭크축의 저널부를 지지하는 주베어링을 구성하는 한 쌍의 하프 베어링의 일방 또는 양방에 적용할 수 있다. 또한, 하프 베어링은, 오일 구멍이나 오일 홈을 가지도록 해도 되고, 하프 베어링은, 오목부(71)를 제외한 슬라이딩면의 전체가 하프 베어링의 둘레 방향으로 연장되는 복수의 홈부를 가지고 구성되어도 된다.

1 베어링 장치
2 콘로드
3 콘로드 베어링
4 주베어링
5 크랭크 핀
5a, 5b 윤활 유로
5c 토출구
6 저널부
6a 윤활 유로
6c 입구 개구
31, 32 하프 베어링
41, 42 하프 베어링
41a 오일 홈
7 슬라이딩면
70 크래시 릴리프
71, 71C, 71E 오목부
72 평면 영역
73 홈 형성 영역
731 둘레 방향 홈
76 둘레 방향 단면
CL 하프 베어링의 둘레 방향 중앙
D1 오목부의 깊이
D2 둘레 방향 홈의 깊이
W 둘레 방향 홈의 폭
Z 크랭크 핀의 회전 방향
X 저널부의 회전 방향
M 축의 이동 방향
θ1 오목부 형성의 각도 범위

Claims

내연기관의 크랭크축을 지지하는 미끄럼 베어링을 구성하는 하프 베어링으로서, 반원통 형상을 가지고, 내주면이 슬라이딩면을 형성하고 있는 상기 하프 베어링에 있어서,
상기 하프 베어링의 상기 슬라이딩면에 복수의 오목부가 형성되어 있으며, 상기 오목부는, 상기 슬라이딩면으로부터 상기 하프 베어링의 외경측으로 후퇴한 평활한 오목부 표면을 가지고, 상기 오목부 표면은, 상기 하프 베어링의 둘레 방향에 평행한 단면에서 볼 때에, 상기 하프 베어링의 외경측에 볼록한 곡선을 형성하고 있으며,
상기 오목부에는, 상기 오목부의 주연에 인접하여 홈 형성 영역이 형성되어 있고, 당해 홈 형성 영역에는, 상기 오목부 표면으로부터 상기 하프 베어링의 외경측으로 후퇴한 복수의 둘레 방향 홈이 형성되어 있으며, 상기 복수의 둘레 방향 홈은, 상기 오목부의 주연으로부터 상기 하프 베어링의 둘레 방향으로 연장되고 있는 것을 특징으로 하는 하프 베어링.
제 1 항에 있어서,
상기 오목부의 깊이가 2~50㎛인 것을 특징으로 하는 하프 베어링.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 둘레 방향 홈의 깊이는, 상기 오목부의 중앙측으로부터 주연측을 향해 크게 되어 있는 것을 특징으로 하는 하프 베어링.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 둘레 방향 홈의 최대 깊이가 0.5~3㎛인 것을 특징으로 하는 하프 베어링.
제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 둘레 방향 홈의 최대 폭이 20~150㎛인 것을 특징으로 하는 하프 베어링.
제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 홈 형성 영역이 상기 오목부에 차지하는 면적 비율은 0.15~0.55인 것을 특징으로 하는 하프 베어링.
제 1 항 내지 제 6 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 오목부의 개구 형상은, 원형, 또는 타원형, 또는 사각형의 형상을 가지는 것을 특징으로 하는 하프 베어링.
제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 오목부 표면은, 하프 베어링의 축선 방향의 단면에서 볼 때에, 하프 베어링의 외경측으로 볼록 형상의 곡선을 형성하는 것을 특징으로 하는 하프 베어링.
제 1 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 복수의 오목부가, 상기 하프 베어링의 슬라이딩면의 전체에 균일하게 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 하프 베어링.
제 1 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 오목부는, 상기 하프 베어링의 둘레 방향 중앙부에 가까울수록 깊이가 커지는 것을 특징으로 하는 하프 베어링.
제 1 항 내지 제 10 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 오목부는, 상기 하프 베어링의 둘레 방향 중앙부에 가까울수록, 개구 면적이 커지는 것을 특징으로 하는 하프 베어링.
제 1 항 내지 제 11 항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 하프 베어링의 둘레 방향 중앙부에 가까울수록, 상기 홈 형성 영역이 상기 오목부에 차지하는 면적 비율은 작아지는 것을 특징으로 하는 하프 베어링.
제 1 항 내지 제 12 항 중 어느 한 항에 기재된 하프 베어링을 구비한, 내연 기관의 크랭크축을 지지하는 원통 형상의 미끄럼 베어링.
제 13 항에 있어서,
상기 하프 베어링의 한 쌍을 조합하여 구성되는 것을 특징으로 하는 미끄럼 베어링.