JP6442254B2 - 半割軸受 - Google Patents

Description

本発明は、半割軸受に供給する潤滑油量を低減させる技術に関する。

内燃機関のクランク軸（主軸）は、一対の半円筒形の軸受（半割軸受という）から成る主軸受により支持される。この主軸受を潤滑にするために、オイルポンプによって吐出された潤滑油が、主軸受の壁に形成された貫通口を通して、主軸受の内周面に沿って形成された油溝に供給される。

従来技術において主軸受の油溝は、一対の半割軸受のうちの少なくとも一方の内周面に、その周方向の全長にわたって形成されていた。この場合、油溝に供給された潤滑油は半割軸受の周方向端部まで流れ、その多くが、半割軸受の接合部で軸線方向に形成された溝を通して軸受外部に排出される。このように周方向の全長にわたって油溝を形成すると形成された油溝の体積分の潤滑油が必要となり、潤滑油の漏れ量（以下、漏れ油量という）も多くなる。

軸受に設けられた油溝からの漏れ油量を減少させるために様々な溝の形状が検討されている。
特許文献１には、端部において溝幅が開口部の細い溝幅へ切り替わるように段状に形成された給油溝が記載されている（段落８４）。
特許文献２には、内周面側に一方の下端面から他方の下端面まで周方向に油溝が形成され、その油溝の深さは、内周に対し偏心しており、かつ、下端面では「０」である「偏心油溝型」のアッパーメタルが記載されている（段落２６）。

特開２００５−６９２８４号公報 特開２０１１−１７９３６６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の技術では、溝は半割軸受同士が接合する接合面に向かう途中で幅が非連続的に狭くなるので、漏れ油量が低減する効果はあるものの、幅が狭くなった箇所で油の流れが乱れることがある。その結果、狭くなったその箇所に異物が堆積し、キャビテーションの発生原因となる可能性がある。
また、特許文献２に記載の技術では、溝は接合面に近づくほど浅くなるものの、溝の幅は一定であるため、その幅に応じた一定量の油漏れが生じていた。
本発明の目的の１つは、従来技術に比べて漏れ油量を抑制するとともに異物排出性を向上させた半割軸受を提供することである。

上述した課題を解決するため、本発明に係る半割軸受は、対をなす他の半割軸受と突合せて全体として内周面の側に軸を収容する円筒状の軸受を形成する半割軸受であって、前記他の半割軸受の接合面と突合せる２つの接合面と、前記内周面の周方向に沿って形成され、２つの前記接合面のいずれにも達していない、第１の幅を有する第１溝と、前記内周面の周方向に沿って前記第１溝に重ねて形成され、２つの前記接合面のいずれかに達している、前記第１の幅よりも細い第２の幅を有する第２溝と、を有し、前記第１溝および前記第２溝はいずれも、２つの前記接合面のいずれか近い方に近づくほど浅くなり、前記第２溝は、１本のみであって、前記第１溝よりも深いことを特徴とする。

好ましくは、前記第２溝は、前記第１溝よりも一定の深さだけ深いとよい。
また、上述の態様において、２つの前記接合面には、それぞれ前記内周面に沿ってクラッシュリリーフが設けられ、前記第１溝は、２つの前記接合面のクラッシュリリーフのいずれにも達していないことが望ましい。
また、上述の態様において、前記第２溝は、２つの前記接合面のうち、前記軸の回転方向の下流側の接合面に達しており、該回転方向の上流側の接合面に達していないことが望ましい。

本発明によれば、従来技術に比べて漏れ油量を抑制するとともに異物排出性を向上させることができる。

半割軸受の概要を示す図。 半割軸受における溝の深さを説明するための図。 従来の半割軸受の一例を示す図。 従来の半割軸受における溝の深さを説明するための図。 従来の半割軸受の別の一例を示す図。 従来の半割軸受における溝の深さを説明するための図。

１．実施形態
以下、本発明の一実施形態に係る半割軸受１の構造を説明する。図において、半割軸受１の各構成が配置される空間をｘｙｚ右手系座標空間として表す。図に示す座標記号のうち、白い円の中に互いに交差する２本の斜線を描いた記号は、紙面手前側から奥側へ向かう矢印を表す。空間においてｘ軸に沿う方向をｘ軸方向という。また、ｘ軸方向のうち、ｘ成分が増加する方向を＋ｘ方向といい、ｘ成分が減少する方向を−ｘ方向という。ｙ、ｚ成分についても、上記の定義に沿ってｙ軸方向、＋ｙ方向、−ｙ方向、ｚ軸方向、＋ｚ方向、−ｚ方向を定義する。

図１は、半割軸受１の概要を示す図である。半割軸受１は、対をなす下方側の半割軸受（図示せず）と突合せて全体として内周面１３の側に軸を収容する円筒状のすべり軸受を形成する上方側の半割軸受である。この半割軸受１が内周面１３の側に収容する軸は、クランク軸（主軸）である。図１において、半割軸受１は、内周面１３の側に収容する軸がｘ軸方向に沿うように配置されている。なお、図１において＋ｚ方向が上方であり、−ｚ方向が下方である。

半割軸受１を下方から上方へ向かう方向（＋ｚ方向）に見た形状を図１（ａ）に示す。図１（ａ）に示すように半割軸受１の内周面１３には幅方向（ｘ軸方向）の中央を周方向に沿って幅がｗ１１の第１溝１１が形成されている。第１溝１１のうち所定の位置には外周面１９に向けて貫通した油孔Ｈ１１，Ｈ１２が設けられている。半割軸受１を外周面１９の側から支持するケーシング（図示略）には、潤滑油の給油口が設けられており、この給油口から油孔Ｈ１１，Ｈ１２に潤滑油が供給される。なお、油孔の数は２に限られず１でも３以上でもよい。

半割軸受１を幅方向（ｘ軸方向）の中心（図１（ａ）の矢視Ib−Ib）で切断した断面図を図１（ｂ）に示す。内周面１３に収容される軸は、矢印Ｄに沿って回転する。この矢印
Ｄが示す回転方向により上流側および下流側を定義する。

接合面１４は上流側の接合面であり、接合面１５は下流側の接合面である。接合面１４，１５は、いずれも下方側（−ｚ方向）の半割軸受の接合面と突合せる接合面である。油孔Ｈ１１は、油孔Ｈ１２よりも上流側に位置している。

内周面１３に形成された上述の第１溝１１は、図１（ｂ）に示すように、周方向の両端が接合面１４および接合面１５のいずれにも達していない。内周面１３のうち、第１溝１１が形成された領域を第１領域Ａ１という。内周面１３のうち、第１領域Ａ１よりも下流側の領域を第２領域Ａ２とし、第１領域Ａ１よりも上流側の領域を第３領域Ａ３とする。第１領域Ａ１の上流側の端部は、接合面１５よりも接合面１４に近い位置にあり、第１領域Ａ１の下流側の端部は、接合面１４よりも接合面１５に近い位置にある。

なお、図１（ｂ）に示した中間点Ｃが、内周面１３の周方向における接合面１４，１５の中間の位置であるとすると、第１領域Ａ１の上流側の端部は、内周面１３の周方向において中間点Ｃよりも上流側にあり、第１領域Ａ１の下流側の端部は、内周面１３の周方向において中間点Ｃよりも下流側にあるといえる。

第１溝１１は、第１領域Ａ１の中間点Ｃから両端に近づくほど浅くなる。すなわち、第１溝１１は、接合面１４，１５のいずれか近い方に近づくほど浅くなるように形成されている。

第２溝１２は、半割軸受１の内周面１３において、周方向の全面、つまり周方向の一端から他端までにわたって、内周面１３の幅方向における中央を周方向に沿って、第１溝１１に重ねて形成されている。

第２溝１２は、第１溝１１よりも細く、かつ長い溝である。すなわち、第２溝１２の幅であるｗ１２は、第１溝１１の幅であるｗ１１との間で、ｗ１２＜ｗ１１という関係がある。また、第２溝１２が周方向に形成された範囲は、第１領域Ａ１に加えて、第１領域Ａ１よりも下流側にある第２領域Ａ２を含み、かつ、第１領域Ａ１よりも上流側にある第３領域Ａ３を含むので、第２溝１２は、第１領域Ａ１に形成された第１溝１１よりも長い。

また、第２溝１２は、第１溝１１よりも深い。図２は、半割軸受１における溝の深さを説明するための図である。半割軸受１を図１（ｂ）の矢視IIa−IIaで切断した断面図を図２（ａ）に示し、矢視IIb−IIbで切断した断面図を図２（ｂ）に示す。矢視IIa−IIaで切断した断面は、中間点Ｃを含む断面であり、矢視IIb−IIbで切断した断面図は、第１領域Ａ１と第２領域Ａ２との境界を含む断面である。

図２（ａ）に示すように、第２溝１２が第１溝１１の幅方向の中央に重ねて形成されており、第２溝１２の幅であるｗ１２が第１溝１１の幅であるｗ１１よりも細く、第２溝１２の深さであるｔ１２が第１溝１１の深さであるｔ１１よりも深いため、断面において溝の底は２段になる。そして、図２（ｂ）に示すように、第１領域Ａ１と第２領域Ａ２との境界で第１溝１１が切り上がるため、断面では、第１溝１１の底が内周面１３と繋がり、溝の底は第２溝１２の底のみになる。

なお、第２溝１２の接合面における深さは「０」であってもよいし、「０」でなくてもよい。例えば、図１（ａ）に示す第２溝１２は、下流側の接合面１５において「０」ではない深さｔ１０を有する。これにより、第２溝１２は、接合面１５の開口部となるため、接合面１５において深さが「０」である場合に比べて異物排出性が向上する。また、第１溝１１および第２溝１２の断面は矩形であってもよいが、図２に示したように台形であっ
てもよい。この場合、これら溝の幅とは台形の長辺である。

２．従来技術との比較
（１）幅が一定の溝を有する半割軸受との比較
図３は、従来の半割軸受の一例を示す図である。半割軸受７は、従来の半割軸受の一例であり、例えば特許文献２に記載された偏心油溝型のアッパーメタルなどである。

半割軸受７は、対をなす下方側の半割軸受（図示せず）と突合せて全体として内周面７３の側に軸を収容する円筒状のすべり軸受を形成する上方側の半割軸受である。この半割軸受７が内周面７３の側に収容する軸は、クランク軸（主軸）である。図３において、半割軸受７は、内周面７３の側に収容する軸がｘ軸方向に沿うように配置されている。なお、図３において＋ｚ方向が上方であり、−ｚ方向が下方である。

半割軸受７を下方から上方へ向かう方向（＋ｚ方向）に見た形状を図３（ａ）に示す。また、半割軸受７を幅方向（ｘ軸方向）の中心（図３（ａ）の矢視IIIb−IIIb）で切断した断面図を図３（ｂ）に示す。

半割軸受７は、一定の幅ｗ７１を有する溝７１が、軸の回転方向における上流側の接合面７４から、下流側の接合面７５にわたって形成されている。溝７１のうち所定の位置には外周面７９に向けて貫通した油孔Ｈ７１，Ｈ７２が設けられている。この溝７１の深さは、中間点Ｃで最も深くなり、両端に近づくほど浅くなる。つまり、溝７１は、接合面７４，７５のいずれか近い方に近づくほど浅くなるように形成されている。

図４は、半割軸受７における溝の深さを説明するための図である。半割軸受７を図３（ｂ）の矢視IV−IVで切断した断面図を図４に示す。矢視IV−IVで切断した断面は、内周面７３の周方向における接合面７４，７５の中間の位置である中間点Ｃを含む断面である。この場合、溝７１の中間点Ｃにおける断面は、幅（台形の場合は長辺）がｗ７１で深さがｔ７１の矩形または台形である。一方、半割軸受１では、溝の断面が、幅がｗ１１で深さがｔ１１の第１溝１１と、幅がｗ１２で深さがｔ１２の第２溝１２とが重なった部分であり、その底は２段になっている。ここで幅ｗ７１が第１幅ｗ１１と等しく、深さｔ７１が深さｔ１２と等しい場合、第１溝１１の底が溝７１の底よりも浅い分だけ半割軸受１の方が半割軸受７よりも中間点Ｃにおける溝の断面積が抑えられる。その結果、半割軸受１は半割軸受７に比べて給油量を少なくすることができる。

また、溝７１の底は、接合面７４，７５のいずれかに近づくほど浅くなるが、溝７１の幅ｗ７１は接合面７４，７５に至るまで変わらない。一方、半割軸受１では、図２（ｂ）に示したように、第１領域Ａ１の両端で第１溝１１が切り上がるので、第２領域Ａ２および第３領域Ａ３において溝は第２溝１２のみとなり、その幅である第２幅ｗ１２は、中間点Ｃにおける太い方の第１幅ｗ１１よりも細くなる。溝に蓄えられた油は主に接合面で外部に漏れ出すため、接合面における幅が細くなると漏れ油量が低減される。したがって、幅ｗ７１が第１幅ｗ１１と等しい場合、漏れ油量は、半割軸受１の方が半割軸受７よりも少なくなる。

（２）幅が段状に変化する溝を有する半割軸受との比較
図５は、従来の半割軸受の別の一例を示す図である。半割軸受８は、従来の半割軸受の一例であり、例えば特許文献１に記載された、端部で溝幅が切り替わるように段状に形成された給油溝を有するクランクベアリングなどである。

半割軸受８は、対をなす下方側の半割軸受（図示せず）と突合せて全体として内周面８３の側に軸を収容する円筒状のすべり軸受を形成する上方側の半割軸受である。この半割
軸受８が内周面８３の側に収容する軸は、クランク軸（主軸）である。図５において、半割軸受８は、内周面８３の側に収容する軸がｘ軸方向に沿うように配置されている。なお、図５において＋ｚ方向が上方であり、−ｚ方向が下方である。

半割軸受８を下方から上方へ向かう方向（＋ｚ方向）に見た形状を図５（ａ）に示す。また、半割軸受８を幅方向（ｘ軸方向）の中心（図５（ａ）の矢視Vb−Vb）で切断した断面図を図５（ｂ）に示す。

半割軸受８は、内周面８３の周方向に沿って形成された溝８０を有する。溝８０のうち所定の位置には外周面８９に向けて貫通した油孔Ｈ８１，Ｈ８２が設けられている。溝８０は、中央の第１溝８１と、その両側の第２溝８２と、の３箇所の部分を含む。第１溝８１は、第１幅ｗ８１を有する溝であり、中間点Ｃを含む第１領域Ａ１に形成されている。第１領域Ａ１は、内周面８３の周方向における両端を含んでおらず、その下流側には第２領域Ａ２が、上流側には第３領域Ａ３が接している。第１領域Ａ１と第２領域Ａ２との境界、および第１領域Ａ１と第３領域Ａ３との境界では、第１溝８１が第２溝８２に切り替わる。第２溝８２は、第１幅ｗ８１よりも細い第２幅ｗ８２を有する溝である。上記した２箇所の境界で、溝８０の幅は第１幅ｗ８１から第２幅ｗ８２に段状に切り替わる。

溝８０の深さｔ８１は、中間点Ｃにおいて最も深い。そして、この深さｔ８１が接合面８４，８５に近づくほど浅くなるように、溝８０は形成されている。溝８０の深さは、第１溝８１から第２溝８２へ切り替わる箇所においても連続的に変化する。

図６は、半割軸受８における溝の深さを説明するための図である。半割軸受８を図５（ｂ）の矢視VIa−VIaで切断した断面図を図６（ａ）に示し、半割軸受８を図５（ｂ）の矢視VIb−VIbで切断した断面図を図６（ｂ）に示す。矢視VIa−VIaで切断した断面は、内周面８３の周方向における接合面８４，８５の中間の位置である中間点Ｃを含む断面であり、矢視VIb−VIbで切断した断面図は、第１領域Ａ１と第２領域Ａ２との境界を含む断面である。

図６（ａ）に示したように、溝８０の中間点Ｃにおける断面は、幅（台形の場合は長辺）がｗ８１で深さがｔ８１の矩形ないし台形である。一方、半割軸受１では、溝の断面が、第１幅ｗ１１で深さｔ１１の第１溝１１と、第２幅ｗ１２で深さｔ１２の第２溝１２とが重なった部分であり、その底は２段になっている。ここで第１幅ｗ８１が第１幅ｗ１１と等しく、深さｔ８１が深さｔ１２と等しい場合、第１溝１１の底が第１溝８１の底よりも浅い分だけ半割軸受１の方が半割軸受８よりも中間点Ｃにおける溝の断面積が抑えられる。その結果、半割軸受１は半割軸受８に比べて給油量を少なくすることができる。

また、図６（ｂ）に示したように、第１領域Ａ１とその両側の領域（ここでは第２領域Ａ２）との境界では、溝８０の幅が非連続的に第１幅ｗ８１から第２幅ｗ８２に切り替わる。このため、溝８０に保持された油の流れは、この切り替わりの箇所で乱れる場合があり、油に異物が混入している場合に、その異物がこの箇所で堆積し、キャビテーションを発生させる原因となる可能性がある。また、半割軸受８では、油に混入した異物が上記の箇所に堆積するため、異物の排出性が下がる可能性がある。

一方、半割軸受１では、図２（ｂ）に示したように、第１領域Ａ１からその両側の領域に近づくにつれて第１溝１１が徐々に浅くなり、第１領域Ａ１とその両側の領域との境界に至ると深さが「０」になるから、溝の断面積が急に変化することがない。したがって、第１溝１１および第２溝１２に保持された油の流れは、半割軸受８の溝８０に保持された油に比べて乱れる可能性が低く、異物の堆積やキャビテーションの発生の可能性は、半割軸受１の方が半割軸受８よりも少なくなる。

３．変形例
以上が実施形態の説明であるが、この実施形態の内容は以下のように変形し得る。また、以下の変形例を組み合わせてもよい。

３−１．深さの差
第２溝１２は、第１溝１１よりも一定の深さだけ深くなるように構成されていてもよい。例えば、軸方向（ｘ軸方向）に平行な所定の軸を中心とする円弧状に溝を形成する場合、第１溝１１および第２溝１２の各中心軸を内周面１３の中心軸から偏心させ、かつ、これら各中心軸を一致させることにより、第１溝１１と第２溝１２の深さの差は一定となる。これにより、油に異物が含まれていた場合に、第２溝１２がその異物の通路として一定の断面積を確保するため、上述した深さの差が変動する場合に比べて異物の排出性が向上する。

３−２．クラッシュリリーフとの位置関係
接合面１４，１５には、それぞれ内周面１３に沿ってクラッシュリリーフが設けられていてもよい。この場合、第１溝１１は、２つの接合面１４，１５のクラッシュリリーフのいずれにも達していないように形成されていてもよい。クラッシュリリーフは、内周面１３を例えば掘削することにより形成されるため、本来、内周面１３があった位置よりも深い。このクラッシュリリーフと第１溝１１が重なると、第１溝１１に保持された油が、第２溝１２ではなくクラッシュリリーフを介して接合面１４，１５から漏れるため漏れ油量が増加する場合がある。したがって、第１溝１１を、クラッシュリリーフに達しないように形成することにより、漏れ油量が抑制される。

３−３．下流側接合面からの異物排出
第２溝１２は、２つの接合面１４，１５のうち、軸の回転方向の下流側の接合面である接合面１４に達しており、この回転方向の上流側の接合面である接合面１５に達していないように形成されていてもよい。供給される油に異物が含まれている場合、この異物は油の流れに沿って排出されることが多い。つまり、異物は第２溝１２の上流側から排出されることは少なく、下流側から排出される可能性が高い。したがって、第２溝１２は、上流側の接合面１５に達していなくても、下流側の接合面１４に達していれば、異物の排出が可能である。また、上流側の接合面１５に達しないように第２溝１２を形成することにより、給油量は低減される。

３−４．コーティング
内周面１３のうち、第１溝１１および第２溝１２が形成されていない部分にはコーティング（被覆層という）が施されていてもよい。この被覆層は、例えば、樹脂やメッキ、硬質膜、固体潤滑剤、軟質金属などであってもよい。また、薬剤処理や熱処理などにより内周面１３の表面を改質して得られたものであってもよい。これにより、軸と内周面１３との摩擦が低減される。

３−５．溝の形状
上述した実施形態において、溝の形状は軸を中心とした円弧状であったが、これに限られない。第１溝１１および第２溝１２は、例えば、軸方向からみて楕円形になるように形成されてもよいし、軸方向からみて放物線を描くように形成されてもよい。また、重ねて形成される溝の数は２に限られず、３以上であってもよい。この場合、３以上の溝のいずれかが、内周面１３の周方向に沿って形成され、２つの接合面１４，１５のいずれにも達していない第１溝１１であればよい。そして、３以上の溝のうち、上記の第１溝１１を除く溝のいずれかが、内周面１３の周方向に沿って第１溝１１に重ねて形成され、２つの接合面１４，１５のいずれかに達していて、第１幅ｗ１１よりも細い第２幅ｗ１２を有し、
かつ、第１溝１１よりも深い第２溝１２であればよい。

１…半割軸受、１１…第１溝、１２…第２溝、１３…内周面、１４…接合面、１５…接合面、１９…外周面、７…半割軸受、７１…溝、７３…内周面、７４…接合面、７５…接合面、８…半割軸受、８０…溝、８１…第１溝、８２…第２溝、８３…内周面

Claims (4)

1. 対をなす他の半割軸受と突合せて全体として内周面の側に軸を収容する円筒状の軸受を形成する半割軸受であって、
   前記他の半割軸受の接合面と突合せる２つの接合面と、
   前記内周面の周方向に沿って形成され、２つの前記接合面のいずれにも達していない、第１の幅を有する第１溝と、
   前記内周面の周方向に沿って前記第１溝に重ねて形成され、２つの前記接合面のいずれかに達している、前記第１の幅よりも細い第２の幅を有する第２溝と、を有し、
   前記第１溝および前記第２溝はいずれも、２つの前記接合面のいずれか近い方に近づくほど浅くなり、
   前記第２溝は、１本のみであって、前記第１溝よりも深い
   ことを特徴とする半割軸受。
2. 前記第２溝は、前記第１溝よりも一定の深さだけ深い
   ことを特徴とする請求項１に記載の半割軸受。
3. ２つの前記接合面には、それぞれ前記内周面に沿ってクラッシュリリーフが設けられ、
   前記第１溝は、２つの前記接合面のクラッシュリリーフのいずれにも達していない
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の半割軸受。
4. 前記第２溝は、２つの前記接合面のうち、前記軸の回転方向の下流側の接合面に達しており、該回転方向の上流側の接合面に達していない
   ことを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の半割軸受。

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