JP2007225079A - 斜め割りコンロッド用のすべり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】 合わせ面の近傍に形成される油溜まりや二次溝における軸受疲労を防止することができる斜め割りコンロッド用のすべり軸受を提供する。
【解決方法】 すべり軸受１０ａは、２分割大端部のうちの最大荷重を受ける側のロッド側大端部の内周面に固定されるすべり軸受１０ａの軸受内面１５ａに形成される油溜まり部１２を円周方向に延びる所定ピッチの細溝１３で形成することにより、細溝１３の凸部１３ａが油膜を保持して負荷容量を落とすことがないため、軸受疲労によるクラックが発生しない。また、細溝１３の凹部１３ｂによって給油効果を保持することができると共に、キャビテーションの発生を抑制することができる。
【選択図】 図２

Description

内燃機関のピストンとクランクシャフトとを連結する斜め割りコンロッドの２分割大端部のそれぞれの内周面に固定されるように半割形状に形成されたすべり軸受に関するものである。

従来、発電機や船舶用の内燃機関のピストンとクランクシャフトとを連結するコンロッドは、その下方の大端部がシリンダ軸線に対して傾斜する面で分割するように形成されているため、その斜め割りコンロッドのそれぞれの内周面に固定される半割形状のすべり軸受も、その合わせ面がコンロッドの合わせ面と同一になるように組み付けられる。このため、すべり軸受における最大荷重を受ける部分が合わせ面に近い位置となっている。一方、すべり軸受の合わせ面に近い部分には、特開平３−４８０１７号公報や特開２００３−２２２１１９号公報に示されるように、すべり軸受とクランクシャフトとの間に潤滑油の供給をスムーズにして油膜を形成しやすくするため、あるいはキャビテーション対策として油溜まりや油溝（及び油溝に連通する二次溝）を形成している。
特開平３−４８０１７号公報（第１図〜第４図） 特開２００３−２２２１１９号公報（図１、図７）

しかしながら、上記したように、斜め割りコンロッドのそれぞれの内周面に固定される半割形状のすべり軸受は、その合わせ面がコンロッドの合わせ面と同一になるように組み付けられるため、合わせ面に近い油溜まりや二次溝が最大荷重を受ける部分に極めて近い位置にあり、このため、油溜まりや二次溝の、特にそれぞれの立ち上がり部にクラック等の軸受疲労が発生するという問題があった。

本発明は、上記した事情に鑑みなされたもので、その目的とするところは、合わせ面の近傍に形成される油溜まりや二次溝における軸受疲労を防止することができる斜め割りコンロッド用のすべり軸受を提供することにある。

上記した目的を達成するために採用された解決手段として、請求項１に係る発明は、内燃機関のピストンとクランクシャフトとを連結する斜め割りコンロッドの２分割大端部のそれぞれの内周面に固定されるように半割形状に形成されたすべり軸受において、前記２分割大端部のうちの最大荷重を受ける側の大端部の内周面に固定されるすべり軸受の軸受内面に形成される油溜まり部又は二次溝部を円周方向に延びる所定ピッチの細溝で形成したことを特徴とする。

また、請求項２に係る発明は、前記油溜まり部又は二次溝部には、当該すべり軸受の片側端部まで形成される油溝が連通するように形成されていることを特徴とする。

更に、請求項３に係る発明は、前記軸受内面がボーリング加工によって微細溝を有するように形成されると共に、該微細溝のピッチと前記油溜まり部又は二次溝に形成される細溝の所定ピッチとが異なるように形成されていることを特徴とする。

請求項１に係る発明においては、２分割大端部のうちの最大荷重を受ける側の大端部の内周面に固定されるすべり軸受の軸受内面に形成される油溜まり部又は二次溝部を円周方向に延びる所定ピッチの細溝で形成することにより、細溝の凸部が油膜を保持し、負荷容量を落とすことがないため、軸受疲労によるクラックが発生しない。また、細溝の凹部によって給油効果を保持することができると共に、キャビテーションの発生を抑制することができる。

また、請求項２に係る発明においては、前記油溜まり部又は二次溝部には、当該すべり軸受の片側端部まで形成される油溝が連通するように形成されているので、油溜まり部又は二次溝部の潤滑油の移動をスムーズに行うことができる。

更に、請求項３に係る発明においては、前記軸受内面がボーリング加工によって微細溝を有するように形成されると共に、該微細溝のピッチと前記油溜まり部又は二次溝部に形成される細溝の所定ピッチとが異なるように形成されているので、それらのピッチが同一ピッチの場合に比べて油溜まり部又は二次溝部の細溝から軸受内面の微細溝への潤滑油の移動がスムーズではなく、このため、充分に油溜まり部と二次溝部に潤滑油を保持することができると共に、最大荷重部への潤滑油の供給を徐々に行うことができるので、非焼付性や摺動特性が向上する。

以下、本発明の実施形態について図１乃至図４を参照して説明する。図１は、斜め割りコンロッド１の大端部を示す正面図であり、図２は、最大荷重を受けるアッパー側のすべり軸受１０ａの断面図（Ａ）、底面図（Ｂ）、細溝部分の断面図（Ｃ）であり、図３は、二次溝が形成されるすべり軸受１０ａの断面図（Ａ）、底面図（Ｂ）であり、図４は、油溜まり部の形状及び二次溝の形状がことなるすべり軸受１０ａの底面図である。

図１において、斜め割りコンロッド１は、シリンダ軸線に対して傾斜する合わせ面３，４に沿って２分割された大端部２を備えている。その２分割された大端部２のロッド側大端部２ａとキャップ側大端部２ｂとは、合わせ面３，４を貫通するボルト挿通孔５，６に挿通される一対の連結ボルト７，８によって連結されている。また、２分割された大端部２のロッド側大端部２ａとキャップ側大端部２ｂとを連結したときに、大端部２に形成される円形開口の内周面９ａ，９ｂに半割形状に形成されたすべり軸受１０ａ，１０ｂが固定されている。この場合、すべり軸受１０ａ，１０ｂの合わせ面が大端部２の合わせ面３，４と同一になるように組み付け固定されている。なお、大端部２のロッド側大端部２ａはシリンダボア（図示しない）の上方からシリンダブロック内に挿入されるため、大端部２におけるシリンダボアの径方向に沿う幅Ｌは、シリンダボアの径よりも小さく形成されている。

また、本実施形態に係るすべり軸受１０ａ，１０ｂは、鋼製鉄板を円弧状に曲げて半割形状に形成されており、このすべり軸受１０ａ，１０ｂを２個組み合わせることにより円筒形に構成してクランクシャフト（図示省略）を回転可能に支持するものである。このすべり軸受１０ａ，１０ｂの軸受内面１５ａ，１５ｂは、非焼付性などすべり軸受１０ａ，１０ｂの軸受特性を満足するために、例えば、銅系合金、アルミニウム合金、錫系または鉛系合金の摺動材がライニングされており、必要に応じて錫系あるいは鉛系合金や合成樹脂系のオーバーレイが施されている。

また、図２に示すように、すべり軸受１０ａ，１０ｂ（図２には一方のすべり軸受１０ａを示すが、他方のすべり軸受１０ｂも同じ。）の軸受内面１５ａ，１５ｂには、すべり軸受１０ａ，１０ｂとすべり軸受１０ａ，１０ｂに支持されるクランクシャフトとの間に潤滑油を供給するための油溝１１が、片側端部中央から円周方向に沿って形成されている。この油溝１１は、所定の範囲に亘って一定の深さで形成される。ただし、２つのすべり軸受１０ａ，１０ｂのうち、最大荷重を受ける側のロッド側大端部２ａの内周面に固定されるすべり軸受１０ａの軸受内面１５ａには、その油溝１１と連通するように油溜まり部１２が形成されている。この油溜まり部１２は、潤滑油の供給をスムーズにして油膜を形成しやすくするため、あるいはキャビテーションによる侵食を防止するために形成されるものである。

ところで、上記した油溜まり部１２は、図２（Ｃ）（図２（Ｂ）のａ−ａ断面図、ｂ−ｂ断面図）に示すように、油溜まり部１２自体が円周方向に延びる所定ピッチｐの複数の細溝１３によって形成されている。この細溝１３の凸部１３ａの頂点を結ぶ線は、すべり軸受１０ａの軸受内面１５ａと合致する。そして、油溜まり部１２の細溝１３は、ボーリング加工によって形成される。なお、図示はしないが、軸受内面１５ａ，１５ｂもボーリング加工によって形成されている。そして、軸受内面１５ａ，１５ｂの凹凸のピッチ（例えば、０．０２ｍｍ）と上記細溝１３のピッチｐとは、その寸法が異なるように形成されている。

なお、図２に示すすべり軸受１０ａは、外径（Ｄ）２１０ｍｍ×幅（Ｗ）８０ｍｍ×肉厚（Ｔ）５ｍｍの大きさで、油溜まり部１２は、楕円形状（長径５０ｍｍ×短径３０ｍｍ）で深さ（ｈ）０．２ｍｍ、細溝ピッチ（ｐ）０．４ｍｍで形成されている。また、すべり軸受１０ａの片側端部から油溜まり部１２の中心位置までの角度（Ａ）は８０度となっている。もちろん、上記の寸法は、一例であり、発電機や船舶の内燃機関に用いられる斜め割りコンロッド用のすべり軸受の寸法として、外径（Ｄ）＝１２０〜４９５ｍｍ，幅（Ｗ）＝４０〜２８０ｍｍ，肉厚（Ｔ）＝３〜１０ｍｍの範囲のものが使用され、油溜まり部１２として、深さ（ｈ）＝０．００４〜０．２００ｍｍ，細溝ピッチ（ｐ）＝０．１〜１．０ｍｍ、角度（Ａ）＝５〜９０度の範囲で形成される。ただし、油溜まり部１２の形状は、楕円形状に限らず、例えば、図４（Ａ）に示すような横楕円形状の油溜まり部２０や、図４（Ｂ）に示すような方形状の油溜まり部２１であっても良い。更に、軸受内面１５ａ，１５ｂの凹凸ピッチと細溝１３のピッチｐが、１対１０〜１対２０の場合に良好な耐キャビテーション性が維持できる。

また、２つのすべり軸受１０ａ，１０ｂのうち、最大荷重を受ける側のロッド側大端部２ａの内周面に固定されるすべり軸受１０ａの軸受内面１５ａには、図３に示すように、上記した油溜まり部１２に代えて、油溝１１から連続して徐々に浅くなるように傾斜状に形成される二次溝部１４が形成されるものもある。この二次溝部１４も潤滑油の供給をスムーズにして油膜を形成しやすくするため、耐キャビテーション性を低下させることなく、耐荷重性の向上を図ることができるものである。そして、図３に示す場合にも、二次溝部１４は、油溜まり部１２と同様に二次溝部１４自体が所定ピッチｐの複数の細溝１３によって形成されている。なお、図３に示す二次溝部１４は、方形状となっているが、図４（Ｃ）に示すように、放物線状の形状であっても良い。

以上、実施形態に係るすべり軸受１０ａの構造について説明してきたが、本実施形態に係るすべり軸受１０ａは、２分割大端部２ａ，２ｂのうちの最大荷重を受ける側のロッド側大端部２ａの内周面に固定されるすべり軸受１０ａの軸受内面１５ａに形成される油溜まり部１２，２０，２１又は二次溝部１４，２２を円周方向に延びる所定ピッチの細溝１３で形成することにより、細溝１３の凸部１３ａが油膜を保持し、負荷容量を落とすことがないため、軸受疲労によるクラックが発生しない。ここで、細溝１３の凸部１３ａの頂点が、油溜まり部１２，２０，２１又は二次溝部１４，２２の中央付近で部分的に凹状となっても、エッジ近辺で凸部１３ａの頂点を結ぶ線が、すべり軸受１０ａの軸受内面１５ａに合致していれば同様の効果が得られる。また、細溝１３の凹部１３ｂによって給油効果を保持することができると共に、キャビテーションの発生を抑制することができる。

また、本実施形態においては、油溜まり部１２，２０，２１又は二次溝部１４，２２には、当該すべり軸受１０ａの片側端部まで形成される油溝１１が連通するように形成されているので、油溜まり部１２，２０，２１又は二次溝部１４，２２の潤滑油の移動をスムーズに行うことができる。

更に、本実施形態においては、軸受内面１５ａ，１５ｂがボーリング加工によって微細溝を有するように形成されると共に、該微細溝のピッチと油溜まり部１２，２０，２１又は二次溝１４，２２に形成される細溝の所定ピッチ（ｐ）とが異なるように形成されているので、それらのピッチが同一ピッチの場合に比べて油溜まり部１２，２０，２１又は二次溝部１４，２２の細溝１３から軸受内面１５ａの微細溝１３への潤滑油の移動がスムーズではなく、このため、充分に油溜まり部１２，２０，２１と二次溝部１４，２２に潤滑油を保持することができると共に、最大荷重部への潤滑油の供給を徐々に行うことができるので、非焼付性や摺動特性が向上する。

なお、図５に示す概略図によって表される試験装置で表１に示す試験条件にて油溜まり部の境界部分への負荷により軸受疲労試験を行った結果、表２に示されるように、油溜まり部に細溝を形成した実施例と単なる油溜まり部だけが形成されている比較例とでは、面圧負荷が２０ＭＰａでは実施例及び比較例共に疲労クラックの発生は認められなかった。さらに面圧負荷を増大させて２５ＭＰａとしたときに、実施例では疲労クラックの発生が認められなかったが、比較例においては、油溜まり部の切り上がり部で顕微鏡による観察で疲労クラックの発生が認められた。さらに面圧負荷を３０ＭＰａ〜５０ＭＰａに増加させたときに、実施例では疲労クラックの発生が認められなかったが、比較例においては、油溜まり部の切り上がり部で目視による観察で疲労クラックの発生が認められた。この試験結果から、油溜まり部に細溝を形成した場合の負荷能力は、細溝の凸部が軸と接触して負荷容量を落とすことがないため、軸受疲労によるクラックが発生しないことが確認できる。

また、図２に示す油溝１１と細溝１３付きの油溜まり部１２とが形成された実施例と、油溝１１と細溝なし油溜まり部１２とが形成された比較例とを実際の斜め割りコンロッドに固定して表３の試験条件でキャビテーション試験を行った結果、表４に示されるように、実施例及び比較例共に、キャビテーションの発生は認められなかった。この試験結果から、油溜まり部に細溝を形成した場合においても、従来の単に油溜まり部を形成することにより耐キャビテーション性を向上させたものと同等の効果を奏するものであることが確認できる。

なお、以上説明したすべり軸受１０ａは、斜め割りコンロッドに使用されるものとして説明したが、細溝１３の機能に着目すれば、すべり軸受の内周面に凹状に形成された部分があれば、その凹状部分に細溝を形成することにより耐疲労性、耐キャビテーション性の向上を図ることができると考えられるため、必ずしも斜め割りコンロッドに用いられるすべり軸受でなくとも良いと考えられる。

斜め割りコンロッドの大端部を示す正面図である。 最大荷重を受けるアッパー側のすべり軸受の断面図（Ａ）、底面図（Ｂ）、細溝部分の断面図（Ｃ）である。 二次溝が形成されるすべり軸受の断面図（Ａ）、底面図（Ｂ）である。 油溜まり部の形状及び二次溝の形状が異なるすべり軸受の底面図である。 油溜まり部の境界部分への負荷により軸受疲労試験を行うための試験装置の概略図である。

符号の説明

１ 斜め割りコンロッド
２ 大端部
２ａ ロッド側大端部
２ｂ キャップ側大端部
３ 合わせ面
４ 合わせ面
９ａ，９ｂ 内周面
１０ａ，１０ｂ すべり軸受
１１ 油溝
１２ 油溜まり部
１３ 細溝
１３ａ 凸部
１３ｂ 凹部
１４ 二次溝
１５ａ，１５ｂ 軸受内面
２０ 油溜まり部
２１ 油溜まり部
２２ 二次溝

Claims (3)

1. 内燃機関のピストンとクランクシャフトとを連結する斜め割りコンロッドの２分割大端部のそれぞれの内周面に固定されるように半割形状に形成されたすべり軸受において、
   前記２分割大端部のうちの最大荷重を受ける側の大端部の内周面に固定されるすべり軸受の軸受内面に形成される油溜まり部又は二次溝部を円周方向に延びる所定ピッチの細溝で形成したことを特徴とする斜め割りコンロッド用のすべり軸受。
2. 前記油溜まり部又は二次溝部には、当該すべり軸受の片側端部まで形成される油溝が連通するように形成されていることを特徴とする請求項１記載の斜め割りコンロッド用のすべり軸受。
3. 前記軸受内面がボーリング加工によって微細溝を有するように形成されると共に、該微細溝のピッチと前記油溜まり部又は二次溝に形成される細溝の所定ピッチとが異なるように形成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の斜め割りコンロッド用のすべり軸受。
   
   

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