JP6595572B2 - 半割スラスト軸受 - Google Patents
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Description
この状況に対処するために、特許文献1は、摺動面に周方向に沿った油溝を設けることによって、特許文献2は、摺動面に複数の微小な凹部を設けることによって、摺動面の潤滑油の保油性を高める構成を開示している。
また、特許文献2の技術を採用しても、内燃機関の運転時の半割スラスト軸受の摺動面とクランク軸のスラストカラー面とが近接する動作時に、凹部付近の油の流れに乱流が生じる。この乱流の発生により摩擦損失が発生し、さらに凹部に隣接する摺動面とスラストカラー面との間の油の圧力が大きく低下するために、軸の負荷を支承できなくなり摺動面とスラストカラー面とが直接接触し、摩擦損失が大きくなるという問題があった。
本発明の一具体例によれば、周方向溝の深さが0.2〜3μmであることが好ましい。また、周方向溝の幅が5〜50μmであることが好ましい。また、周方向溝のピッチが5〜100μmであることが好ましい。
本発明の一具体例によれば、凹部表面は、半割軸受の径方向断面視にて、半割スラスト軸受の背面側に凸になっていることが好ましい。
本発明の一具体例によれば、凹部は、半割スラスト軸受の摺動面の径方向の外側縁部に近いほど、開口面積が大きいことが好ましい。
まず、図1、図7及び図8を用いて本発明の半割スラスト軸受8を備える軸受装置1の全体構成を説明する。図1、図7及び図8に示すように、シリンダブロック2の下部に軸受キャップ3を取り付けて構成された軸受ハウジング4には、両側面間を貫通する円形孔である軸受孔5が形成されており、側面における軸受孔5の周縁には円環状凹部である受座6、6が形成されている。軸受孔5には、クランク軸のジャーナル部11を回転自在に支承する半割軸受7、7が円筒状に組み合わされて嵌合されている。受座6、6には、クランク軸のスラストカラー12を介して軸線方向力f(図8参照)を受ける半割スラスト軸受8、8が円環状に組み合わされて嵌合されている。
図2〜図7に本発明の第1の具体例による半割スラスト軸受8の構成を示す。この半割スラスト軸受8は、鋼製の裏金層に薄い軸受合金層を接着させたバイメタルによって、半円環形状の平板に形成されたものである。半割スラスト軸受8は、軸受合金層の表面でありスラストカラー12を支承する摺動面81を有し、摺動面81は、裏金層の軸受合金相を接着させた側と反対側の表面である背面と平行になされている。半割スラスト軸受8は、軸受合金層表面の周方向両側の端面83、83に隣接する領域にスラストリリーフ81b、81bを備えていてもよい。また、軸受合金層表面には、摺動面8への油の供給性を高めるために、両側のスラストリリーフ81b、81bの間に2つの油溝81a、81aが形成されていてもよい。本明細書において「摺動面81」とは、軸受合金層表面からスラストリリーフ81b、81bや油溝81a、81aを除いた平面を指すものとする。
一具体例によれば、凹部84は、半割スラスト軸受8の周方向以外のいずれの方向の断面(ここで、「断面」は摺動面7に垂直方向の断面をいう)においても、例えば半割スラスト軸受の径方向でも、半割軸受31、32の外径側に膨出する曲線になることが好ましい。
換言すれば、複数の周方向溝84Gは、クランク軸のスラストカラー12の表面の回転方向X(スラストカラー12と摺動面81との摺動方向)に延びる。なお、周方向溝84Gは、半割スラスト軸受8の周方向に対し僅かに傾斜(最大3°)して延びることは許容される。
また、周方向溝84Gの幅W(凹部84の表面84Sにおける周方向溝84Gの半割スラスト軸受の径方向の長さ、図6参照)は、5〜50μmとすることが好ましい。なお、周方向溝84Gの幅Wは、1つの凹部84に対して、少なくとも5以上の周方向溝84Gが形成される寸法にすることが好ましい。各凹部84は、凹部の表面における半割スラスト軸受8の径方向でのピッチP(隣接する周方向溝84Gの最深部の間の、半割スラスト軸受の径方向の長さ、図6参照)は、5〜100μmとすることが好ましい。
しかし、周方向溝84Gの深さD2や幅Wは、周方向溝84Gの長手方向に沿って変化させてもよい。この場合、「周方向溝の深さ」、「周方向溝の幅」は、周方向溝84Gの最大溝深さ、最大幅をいい、これらの最大値が上記寸法となることが好ましい。
複数の凹部84を有する半割スラスト軸受8の摺動面81とクランク軸のスラストカラー12の表面が、離間した状態から相対的に近接するように動作し、摺動面81とスラストカラー12の表面が最近接した状態を図9に示す。そのとき、凹部84内の油は圧縮され高圧となり、凹部84内から摺動面/スラストカラー隙間へ流出する。凹部84の表面には、半割スラスト軸受8の周方向Mと平行な方向に延びる複数の周方向溝84Gが形成されているため、スラストカラー12の表面に付随しスラストカラー12の表面の回転方向Xに流れる油流F2の一部が、凹部84の周方向溝84Gに回転方向Xの後方側の摺動面/スラストカラー隙間から凹部84内に流れる油流F21を形成するようになる。それにより、凹部84内の油は、周方向溝84Gに誘導され、半割スラスト軸受8の周方向M(スラストカラー12の表面の回転方向X)と同方向に向かって流れ、摺動面/スラストカラー隙間に周方向Mに沿って流出する。
第2の具体例
図10および図11に示す例では、複数の凹部84が摺動面にほぼ均一に配されているが、凹部84は楕円形状の開口を有し、その長軸L1が半割スラスト軸受8の周方向Mと平行な方向を向いており、短軸L2が半割スラスト軸受8の径方向と平行な方向を向いている。なお、凹部84の楕円形状の開口の長軸Lは、半割スラスト軸受8の周方向に対し僅かに傾斜(最大3°)していることは許容される。
図12に示す例でも、複数の凹部84が摺動面にほぼ均一に配され、楕円形状の開口を有し、その長軸L1が半割スラスト軸受8の周方向Mと平行な方向を向いており、短軸L2が半割スラスト軸受8の径方向と平行な方向を向いている。この凹部84の表面は、半割スラスト軸受8の周方向断面視にて、半割スラスト軸受8の背面側に膨出(背面側に凸)するだけでなく、半割スラスト軸受8の周方向以外のいずれの方向の断面視でも、半割スラスト軸受8の背面側に膨出(背面側に凸)する曲面となっている。各凹部84の摺動面81からの最大深さD1は、同じになされている。
図13に示す例は、2本の油溝81a、81aが形成され、複数の凹部84は、半割スラスト軸受8の油溝81aと周方向端面83(またはスラストリリーフ81b)との間の範囲の摺動面のみに均一に形成され、2本の油溝81a、81aの間の領域には凹部84は形成されない。他の構成は既に説明した第1の具体例に説明した半割スラスト軸受の構成と同じである。
図14に示す例は、摺動面81での開口形状が四角形である凹部84を示す。矢印Mは、半割スラスト軸受8の周方向を示し、凹部の開口形状の四角形の2辺は、半割スラスト軸受8の周方向を向くように配される。なお、図14は、周方向溝84Gを省略して図示している。
図15は、図14に示す凹部84のC―C部の断面(半割スラスト軸受8の径方向断面(径方向に沿って切断した断面))示す。この断面形状は、逆台形形状であり、凹部84の表面の径方向の両端部を除く表面は、摺動面81と平行になされている。図15も、周方向溝84Gを省略して図示している。なお、凹部84の半割スラスト軸受8の周方向断面視での表面は、半割スラスト軸受8の背面側に膨出する曲面となっている。
図16に摺動面81での開口形状が四角形である凹部84を示す。図14とは異なり、凹部の開口形状の四角形の対角線が、半割スラスト軸受8の周方向を向くように配される。図16に示す凹部84は、凹部84の半割スラスト軸受8に平行な断面視での表面、及び、半割スラスト軸受8の径方向に平行な断面視での表面は、半割スラスト軸受8の背面側に膨出する曲面となっている。なお、図16も周方向溝84Gを省略して図示している。
上記説明は、発明の半割スラスト軸受は、一対を組み合わせて円環形状とし内燃機関のクランク軸の軸線方向力をうけるスラスト軸受に適用した例を示したが、発明の半割スラスト軸受は、単独で内燃機関のクランク軸の軸線方向力をうけるスラスト軸受にも適用できる。
Claims (10)
- 内燃機関のクランク軸の軸線方向力を受けるための半円環形状の半割スラスト軸受であって、
前記半割スラスト軸受は、前記軸線方向力を受ける摺動面およびその反対側の背面を有し、
前記摺動面に複数の凹部が形成され、該凹部は、前記半割スラスト軸受の前記摺動面から前記背面側に向かって後退した凹部表面を有し、該凹部表面は、前記半割スラスト軸受の周方向断面視にて、前記半割スラスト軸受の前記背面側に向かって凸になっており、
前記凹部表面には、該凹部表面から前記半割スラスト軸受の前記背面側に向かって後退した複数の周方向溝が形成され、該周方向溝は、前記半割スラスト軸受の周方向に延び、それにより、前記凹部表面には平滑面と前記周方向溝とが交互に配置されている、半割スラスト軸受。 - 前記凹部の深さが2〜50μmである、請求項1に記載された半割スラスト軸受。
- 前記周方向溝の深さが0.2〜3μmである、請求項1または請求項2に記載された半割スラスト軸受。
- 前記周方向溝の幅が5〜50μmである、請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載された半割スラスト軸受。
- 前記周方向溝のピッチが5〜100μmである、請求項1から請求項4までのいずれか1項に記載された半割スラスト軸受。
- 前記凹部の開口形状が、円形、楕円形、又は四角形の形状を有する、請求項1から請求項5までのいずれか1項に記載された半割スラスト軸受。
- 前記凹部表面は、前記半割スラスト軸受の径方向断面視にて、前記半割スラスト軸受の前記背面側に向かって凸になっている、請求項1から請求項6までのいずれか1項に記載された半割スラスト軸受。
- 前記複数の凹部が、前記半割スラスト軸受の前記摺動面の全体に均一に形成されている、請求項1から請求項7までのいずれか1項に記載された半割スラスト軸受。
- 前記凹部は、前記半割スラスト軸受の前記摺動面の径方向の外側縁部に近いほど、開口面積が大きくなっている、請求項1から請求項8までのいずれか1項に記載された半割スラスト軸受。
- 前記凹部の開口形状が楕円形であり、該楕円形の長軸は、前記半割スラスト軸受の周方向を向いている、請求項1から請求項9までのいずれか1項に記載された半割スラスト軸受。
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