JP2018096407A - 半割軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】内周面側に溝を備える半割軸受において、潤滑油の漏れ量を抑える。
【解決手段】半割軸受１０は、半円筒形状に成形されており、上側の半割軸受と突き合せて円筒状のすべり軸受を形成し、回転軸を回転可能に支持する。半割軸受１０は、面取り部１１３、面取り部１１４、溝１１１および溝１１２を有する。面取り部１１３と面取り部１１４は、半割軸受１０が支持する回転軸方向の縁の内周面１２側を面取り加工して形成された部分である。溝１１１は、内周面１２の周方向に沿った溝であり、面取り部１１３の領域内に形成されている。溝１１２は、内周面１２の周方向に沿った溝であり、面取り部１１４の領域内に形成されている。面取り部１１３、面取り部１１４、溝１１１および溝１１２により、半割軸受１０から漏れるあるいは漏れようとする潤滑油が再び半割軸受に吸い戻される。
【選択図】図１

Description

本発明は、半割軸受に関する。

内燃機関では、クランク軸（主軸）やコネクティングロッド軸などを回転可能に支持するために、一対の半円筒形の軸受（半割軸受という）を突き合せたすべり軸受が用いられている。この軸受においては、潤滑油が回転軸と軸受の間に供給され、回転軸の回転に伴って油膜が形成されて回転軸が軸受から離れ、回転軸が油膜で支持されて回転する。

軸受からは潤滑油が漏れるが、潤滑油の漏れを抑制するために様々な発明がされている。例えば、特許文献１には、下側の半割軸受であって、軸方向の端部において、内周面の周方向に沿った溝を回転軸の回転方向下流側に形成した半割軸受が開示されている。

特開２０１４−１８１８１１号公報

特許文献１には、内周面側において、潤滑油の漏れを抑える半割軸受が開示されているが、潤滑油の漏れを抑えるために、溝の位置について改善の余地があった。

本発明は、内周面側に溝を備える半割軸受において、潤滑油の漏れ量を抑えることを目的とする。

本発明は、半円筒形状であって軸が摺動する内周面を有する半割軸受であって、軸方向の少なくとも一端の前記内周面側に形成された面取り部と、前記面取り部に形成され、前記内周面の周方向に延びる溝と、を備える半割軸受を提供する。

本発明においては、前記溝を前記軸方向に切断したときの前記溝の断面の形状がＵ字形状である構成としてもよい。

また、本発明においては、前記溝を前記軸方向に切断したときの前記溝の断面の形状がＶ字形状である構成としてもよい。

また、本発明においては、前記軸方向における前記溝の開口部中心は、前記軸方向における前記面取り部の中心よりも前記軸方向における前記内周面の中心側にある構成としてもよい。

また、本発明においては、前記面取り部および前記溝は、前記内周面の周方向の一部に設けられている構成としてもよい。

また、本発明においては、前記面取り部および前記溝は、前記内周面の周方向の中央より前記軸の回転方向下流側に設けられている構成としてもよい。

また、本発明においては、前記面取り部の一部に前記溝が設けられている構成としてもよい。

本発明によれば、内周面側に溝を備える半割軸受において、潤滑油の漏れ量を抑えることができる。

本発明の一実施形態に係る半割軸受１０の平面図。 図１のＡ−Ａ線断面図。 図１のＢ−Ｂ線断面図。 図２のＣ−Ｃ線断面図。 半割軸受２０を半割軸受１０側から見た図。

以下、本発明の一実施形態に係る半割軸受１０について図を参照しながら説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る半割軸受１０の平面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ線断面図である。また、図３は、図１のＢ−Ｂ線断面図である。図面においては、半割軸受１０の外周面の中心（中心軸）を原点とし、半割軸受１０の合せ面の内周面側の端と原点とを結ぶ線を始線とし、すべり軸受が支持する回転軸の中心軸（内周面の軸方向）の方向をｚ軸とする極座標を用いて説明する。この座標系においては、図２の紙面手前側から奥側に向かい、ｚ成分が増加する方向を＋ｚ方向とし、反対にｚ成分が減少する方向を−ｚ方向と定義する。なお、説明の便宜上、すべり軸受が支持する回転軸の中心軸方向を前後方向とし、図１の表から裏に向かう方向を前方向、図１の裏から表に向かう方向を後方向とする。また、前後方向と直交する図１の左右の方向を左右方向とし、前後方向と直交する図２の上下の方向を上下方向として方向を説明する場合がある。

半割軸受１０は、半円筒形状に成形されており、対となる後述する上側の半割軸受２０と突き合せて円筒状のすべり軸受を形成し、回転軸を回転可能に支持する。つまり、半割軸受１０は、すべり軸受の下側となる半割軸受であり、本発明に係る半割軸受の一例である。なお、半割軸受１０に支持される回転軸は、ｚ軸方向（前後方向）に沿って支持され、図２においては時計方向に回転する。本実施形態においては、支持される回転軸の径は、例えばφ３０〜１５０ｍｍであり、すべり軸受は、支持する回転軸の径に合わせた内径を有する。

半割軸受１０は、半円筒形状の外面となる外周面１１と、軸を支持する内周面１２を有する。半割軸受１０は、外周面１１側から内周面１２側に向かって裏金、ライニング層およびオーバレイ層の３層構造となっている。裏金は、ライニング層の機械的強度を補強するための層である。裏金は、例えば、鋼で形成される。

本実施形態においては、半割軸受１０の肉厚は均一ではなく、図１の左右方向の中心部ほど厚く、中心部から端部（合せ面）に向かうにつれ薄くなっている。これは、内径仕上円（内周面１２の描く円）の中心が、外径円（外周面１１が描く円）の中心から外側に偏心している（ずれている）ためである。この偏心により、いわゆるオイルリリーフが形成される。オイルリリーフとは、内径仕上円と、原点を外径円と同じとして外径円より半径が短い円である内径基準円との隙間をいう。オイルリリーフの深さ（量）は、合せ面から所定の高さ（例えば６〜１３ｍｍ）を基準として測定され、例えば、０．００５〜０．０２５ｍｍである。オイルリリーフは、合せ面付近のオイルクリアランスを拡大し、くさび膜圧力の形成を助ける。また、さらに、オイルリリーフは、油膜の形成を助け、油量を増加させ軸受を冷却させる。

ライニング層は、軸受としての特性、例えば、摩擦特性、耐焼付性、耐摩耗性、なじみ性、異物埋収性（異物ロバスト性）、および耐腐食性等の特性を与えるための層である。ライニング層は、軸受合金で形成されている。ライニング層は、軸との凝着を防ぐため、軸と同じ材料系は避け、軸とは別の材料系が用いられる。例えば、鋼で形成された軸の軸受として半割軸受１０が用いられる場合、アルミニウム合金が軸受合金として用いられる。なおアルミニウム合金以外にも、銅合金など、アルミニウム以外の金属をベースにした合金が用いられてもよい。

オーバレイ層は、軸を支持する内周面を形成し、ライニング層の摩擦係数、なじみ性、耐腐食性、および異物埋収性（異物ロバスト性）等の特性を改善するための層である。オーバレイ層は、例えば、少なくともバインダー樹脂を含む。バインダー樹脂としては、例えば熱硬化性樹脂が用いられる。具体的には、バインダー樹脂は、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）樹脂、ポリイミド（ＰＩ）樹脂、ポリアミド樹脂、フェノール樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリエーテルケーテルケトン樹脂、およびポリフェニレンサルファイド樹脂のうち少なくとも一種を含む。オーバレイ層は、さらに固体潤滑材を含んでもよい。固体潤滑材は、摩擦特性を改善するために添加される。固体潤滑剤は、例えば、ＭｏＳ₂、ＷＳ₂、ポリテトラフルオロエチレン（ＰＴＦＥ）、グラファイト、ｈ−ＢＮ、およびＳＢ₂Ｏ₃のうち少なくとも一種を含む。例えばＭｏＳ₂は、良好な潤滑性を与える。また、ＰＴＦＥは分子間凝集力が小さいので、摩擦係数を低減する効果がある。さらに、グラファイトは濡れ性を向上させ、初期なじみ性を向上させる。初期なじみ性とは、摺動開始後に相手材と摺接する際、摺動面が摩耗して平滑になり、摺動性を向上させる性質である。初期なじみ性の発現により摺動性が向上すると、摺動層全体としての摩耗量が低減される。なお、本実施形態においては、半割軸受１０は、オーバレイ層を備える構成であるが、オーバレイ層を備えず裏金とライニング層の２層構造であってもよい。

半割軸受１０は、クラッシリリーフ１３、クラッシリリーフ１４、合せ面１５、合せ面１６、溝１１１、溝１１２、面取り部１１３および面取り部１１４を有する。合せ面１５は、上側の半割軸受２０の合せ面に突き合される面であって、半割軸受１０が支える回転軸の回転方向上流側の合せ面であり、合せ面１６は、上側の半割軸受２０の合せ面に突き合される面であって、半割軸受１０が支える回転軸の回転方向下流側の合せ面である。

クラッシリリーフ１３は、軸の回転方向上流側のクラッシリリーフであり、合せ面１５に接している。クラッシリリーフ１４は、軸の回転方向下流側のクラッシリリーフであり、合せ面１６に接している。クラッシリリーフとは、半割軸受１０の内面側において、合せ面に接して半割軸受１０のｚ軸方向（前後方向）に設けた、幅の広い逃がしである。クラッシリリーフは、すべり軸受をハウジングに組み付け、合せ面近傍の内周面１２の軸側への倒れ込みが発生したときに、回転軸との接触を防ぐためのものである。また、クラッシリリーフは、潤滑作用を果たした潤滑油を合せ面近傍において排出して軸受を冷却する効果や、内周面１２側に侵入した異物を排出する効果を奏する。

面取り部１１３は、半割軸受１０の−ｚ方向（半割軸受１０が支持する回転軸方向）の縁の内周面１２側を面取り加工して形成された部分である。面取り部１１３においては、前後方向の中央側から−ｚ方向の縁へ向かうにつれて径方向の厚みが薄くなっている。面取り部１１４は、半割軸受１０の＋ｚ方向（半割軸受１０が支持する回転軸方向）の縁の内周面１２側を面取り加工して形成された部分である。面取り部１１４においては、前後方向の中央側から＋ｚ方向の縁へ向かうにつれて径方向の厚みが薄くなっている。

溝１１１と溝１１２は、内周面１２側に設けられた溝である。本実施形態においては、内周面側に設けられる溝は、溝１１１と溝１１２の２つのみとなっている。溝１１１は、内周面１２の周方向に沿った溝であり、面取り部１１３の領域内に形成されている。溝１１２は、内周面１２の周方向に沿った溝であり、面取り部１１４の領域内に形成されている。溝１１１の深さは、周方向の端部において、端部に近づくにつれて浅くなっている。溝１１２の深さも、周方向の端部において、端部に近づくにつれて浅くなっている。溝１１１と溝１１２は、回転軸の回転に伴って回転軸の回転方向への流れる潤滑油を、回転軸の回転方向とは逆方向へ戻す機能を有する。

次に、内周面１２の周方向における溝１１１の位置について見ると、図２に示したように、溝１１１の周方向の端のうち、回転軸の回転方向下流側の端（クラッシリリーフ１４側の端）の位置は、クラッシリリーフ１４に係らないようにクラッシリリーフ１４から離れている。具体的には、クラッシリリーフ１４から溝１１１のクラッシリリーフ１４側の端までの距離は、溝１１１の周方向の長さより短くなっている。また、溝１１１の周方向の端のうち、回転軸の回転方向上流側の端（クラッシリリーフ１３側の端）の位置は、合せ面１６の内周面側の端と外周面１１の原点Ａ１とを結ぶ仮想線Ｌ１を極座標の始線としたとき、原点Ａ１から偏角θ１で引いた線Ｌ２と内周面１２が交わる位置（点Ｐ２の位置）となっている。なお、本実施形態においては、偏角θ１は９０°未満の値となっている。偏角θ１は、３０°〜６０°の範囲内であるのが好ましい。

また、内周面１２の周方向における溝１１２の位置について見ると、図３に示したように、溝１１２の周方向の端のうち、回転軸の回転方向下流側の端（クラッシリリーフ１４側の端）の位置は、クラッシリリーフ１４に係らないようにクラッシリリーフ１４から離れている。具体的には、クラッシリリーフ１４から溝１１２のクラッシリリーフ１４側の端までの距離は、溝１１２の周方向の長さより短くなっている。また、溝１１２の周方向の端のうち、回転軸の回転方向上流側の端（クラッシリリーフ１３側の端）の位置は、合せ面１６の内周面側の端と外周面１１の原点Ａ１とを結ぶ仮想線Ｌ１を極座標の始線としたとき、原点Ａ１から偏角θ２で引いた仮想線Ｌ３と内周面１２が交わる位置（点Ｐ３の位置）となっている。なお、本実施形態においては、偏角θ２は９０°未満の値となっており、偏角θ１＝偏角θ２となっている。偏角θ２も３０°〜６０°の範囲内であるのが好ましい。

図４は、図２のＣ−Ｃ線断面図である。なお、図４においては、図面が煩雑になるのを防ぐため、裏金、ライニング層およびオーバレイ層を区別した図示を省略している。図４に示したように、内周面１２側から外周面１１側へ切断したときの断面を見ると、溝１１１の底と溝１１２の底は曲面（本実施形態ではＵ字形状）となっている。

また、溝１１１の開口部の中心から面取り部１１３の−ｚ方向の縁までの距離ｗ２は、溝１１１の中心から面取り部１１３の＋ｚ方向の縁までの距離ｗ１より長くなっている。また、溝１１２の中心から面取り部１１４の＋ｚ方向の縁までの距離ｗ４は、溝１１２の中心から面取り部１１４の−ｚ方向の縁までの距離ｗ３より長くなっている。即ち、溝１１１は、面取り部１１３の中央より前後方向の中央側に偏って形成されており、溝１１２は、面取り部１１４の中央より前後方向の中央側に偏って形成されている。

なお、溝１１１の開口部の前後方向の中央位置と面取り部１１３の前後方向の中央位置が一致し、溝１１２の開口部の前後方向の中央位置と面取り部１１４の前後方向の中央位置が一致している構成でもよい。また、溝１１１は、面取り部１１３の中央より−ｚ方向に偏って形成されており、溝１１２は、面取り部１１４の中央より＋ｚ方向に偏って形成されている構成であってもよい。なお、本発明においては、溝１１１の開口部の全てが面取り部１１３の領域内にあり、溝１１２の開口部の全てが面取り部１１４の領域内にあるのが好ましい。

また、面取り部１１３の前後方向の幅ｗ５は、本実施形態では２ｍｍとなっており、面取り部１１３の前後方向の幅ｗ６は、本実施形態では２ｍｍとなっている。幅ｗ５と幅ｗ６は、２ｍｍから３ｍｍの範囲内であるのが好ましいが、この範囲外であってもよい。

次に、面取り部１１３と面取り部１１４の角度について説明する。内周面１２と面取り部１１３の表面とが成す角度θ３は、本実施形態においては、１６０°であり、内周面１２と面取り部１１４の表面とが成す角度θ４は、本実施形態においては、１６０°となっている。θ３およびθ４は、１６０°から１５０°の範囲内であるのが好ましいが、この範囲外の角度であってもよい。

半割軸受１０を製造する際には、まず、半円筒形状とする前の板状の部材に対して切削加工を行うことにより、溝１１１と溝１１２を形成する。次に、板状の部材は、曲げ加工が行われて半円筒形状に成形される。半円筒形状に成形された後にプレス加工を行うことにより面取り部１１３と面取り部１１４が形成され、溝１１１の底と溝１１２の底が曲面となる。そして、面取り部１１３と面取り部１１４が形成された後、パッド印刷を行うことによりオーバレイ層が形成される。これにより、溝１１１と溝１１２の部分にはオーバレイ層がなく、ライニング層が露出している。なお、溝１１１と溝１１２の部分にもオーバレイ層があるようにしてもよい。

本実施形態によれば、溝１１１と内周面１２との間に面取り部１１３があり、溝１１２と内周面１２との間に面取り部１１４があるため、半割軸受１０から漏れるあるいは漏れようとする潤滑油を再び半割軸受に吸い戻す効果を高めることができる。また、本実施形態においては、切削加工により溝が形成された後、溝１１１がある部分と溝１１２がある部分にプレス加工を行うため、切削加工により生じたバリを落とすことができる。

図５は、半割軸受１０と対となる上側の半割軸受２０を半割軸受１０側から見た図である。半割軸受２０も、半円筒形状に成形されている。半割軸受２０は、半割軸受１０と同様に肉厚は均一ではなく、周方向の中心部ほど厚く、中心部から端部（合せ面）に向かうにつれて薄くなっており、オイルリリーフが形成されている。

半割軸受２０は、クラッシリリーフ２３、クラッシリリーフ２４、合せ面２５、合せ面２６、孔２７および溝２１１を有する。孔２７は、半割軸受２０の外周面から内周面まで貫通した孔である。半割軸受２０の外周面に供給される潤滑油は、孔２７を介して内周面２２側へ供給される。合せ面１５は、合せ面１５に突き合される面であり、合せ面２６は、合せ面１６に突き合される面である。クラッシリリーフ１３は、合せ面２５に接したクラッシリリーフであり、クラッシリリーフ２４は、合せ面１６に接したクラッシリリーフである。

溝２１１は、合せ面２５から合せ面２６まで半割軸受２０の周方向の全長に渡って形成されている。溝２１１の幅（合せ面に垂直な方向から半割軸受２０を見たときの溝の軸方向の長さ。以下「溝幅」という）は均一ではなく、クラッシリリーフ内では相対的に細く（狭く）、クラッシリリーフ以外の部分では相対的に太く（広く）なっている。以下、溝２１１のうち相対的に太い部分を太溝２１１１といい、相対的に細い部分を細溝２１１２という。太溝２１１１および細溝２１１２は、いずれも溝１１１より太く（広く）、且つ溝１１２より太い（広い）構成となっている。太溝２１１１から細溝２１１２に至る溝幅は連続的に（すなわち徐々に）変化するのではなく、急激に狭くなっている。なお、太溝２１１１の溝幅は、細溝２１１２との境界部近傍を除けば均一であり、細溝２１１２の溝幅は均一である。なお、溝幅が均一であるとは、溝幅のばらつきが一定範囲内、例えば溝幅の１／１０以下、好ましくは１／１００以下であることをいう。

また、溝２１１の深さも均一ではなく、クラッシリリーフ内では相対的に浅く、クラッシリリーフ以外の部分は相対的に深い。すなわち、太溝２１１１は相対的に深く、細溝２１１２は相対的に浅い。太溝２１１１から細溝２１１２に至る溝の深さは連続的に（すなわち徐々に）変化するのではなく、急激に浅くなっている。なお、太溝２１１１の深さは均一であり、細溝２１１２の深さは均一である。なお、深さが均一であるとは、深さのばらつきが一定範囲内、例えば溝の深さの１／１０以下、好ましくは１／１００以下であることをいう。ただし、厳密には、半割軸受２０の溝の底から外周面までの厚さが均一となるように製造される場合があり、この場合、オイルリリーフおよびクラッシリリーフに相当する分、溝の深さは変動する。

例えば、太溝２１１１の溝幅は、２〜５ｍｍであり、太溝２１１１の深さは、溝幅より小さく、例えば、０．５〜１．５ｍｍである。細溝２１１２の溝幅は太溝の溝幅よりも狭く、かつ細溝２１１２の深さは太溝の深さよりも浅い。

このように、クラッシリリーフ以外の部分における溝２１１が相対的に太く、深くなっていることにより、溝２１１の体積を十分に確保すること、すなわち摺動面に供給される潤滑油の量を十分に確保することができる。その上で、クラッシリリーフ内の部分における溝が相対的に細く、浅くなっていることにより、溝の幅および深さが均一な場合と比較して合せ面２５および合せ面２６からの漏れ油量を低減することができる。

［変形例］
以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限定されることなく、他の様々な形態で実施可能である。例えば、上述の実施形態を以下のように変形して本発明を実施してもよい。なお、上述した実施形態および以下の変形例は、各々を組み合わせてもよい。

本発明においては、溝１１１の壁面と溝１１２の壁面は、半割軸受１０の径方向に沿った方向となっているが、半割軸受１０の径方向に対して斜めの構成、即ち、溝の底から開口部に向かうにつれて溝の幅が広がっている構成であってもよい。

上述した実施形態においては、図４に示したように、溝１１１の底と溝１１２の底の形状は曲面（Ｕ字形状）となっているが、溝１１１の底と溝１１２の底の形状は鋭角（Ｖ字形状）であってもよい。また、溝１１１の底と溝１１２の底の形状は、溝の壁面と底が直角に交わる構成（凹字形状）であってもよい。また、本発明においては、溝１１１および溝１１２の周方向の端の面と溝の底が直角に交わる構成であってもよい。

本発明に係る半割軸受１０については、面取り部１１３と面取り部１１４については、半円筒形状に曲げる前に形成してもよい。
また、本発明に係る半割軸受１０については、溝１１１と溝１１２をプレス加工により形成してもよい。また、面取り部１１３と面取り部１１４については、切削加工により形成してもよく、曲げ加工で半円筒形状に成形するときに同時に形成するようにしてもよい。

上述した実施形態においては、半割軸受１０は、クラッシリリーフ１３とクラッシリリーフ１４を備えているが、クラッシリリーフ１３とクラッシリリーフ１４を備えていない構成であってもよい。

上述した実施形態においては、面取り部１１３と面取り部１１４は、半割軸受１０の周方向の全体に亘って設けられているが、周方向の全体に亘って設けられていなくてもよい。例えば、面取り部１１３の周方向の長さについて、溝１１１の周方向の長さ＋所定の長さとしてもよい。

本発明においては、溝１１１と溝１１２の周方向の長さは、図に示した長さだけでなく、他の長さであってもよい。例えば、上述した偏角θ１および偏角θ２が９０°以上となる構成であってもよく、また、図に示した角度以下の角度であってもよい。

上述した実施形態においては、溝１１１と溝１１２は、半割軸受１０の左右方向の中央部より左側（中央部より回転方向下流側）に設けられているが、半割軸受１０の左右方向の中央部より右側（中央部より回転方向上流側）に設けられている構成であってもよい。
また、溝１１１と溝１１２は、半割軸受１０の左右方向の中央部を跨ぐ構成であってもよい。

本発明においては、半割軸受１０は、溝１１１と面取り部１１３を有し、溝１１２と面取り部１１４を有していない構成、または溝１１１と面取り部１１３を有しておらず、溝１１２と面取り部１１４を有している構成であってもよい。

上述した実施形態においては、溝１１１は、面取り部１１３から半割軸受１０の径方向に凹み、溝１１２は、面取り部１１４から半割軸受１０の径方向に凹んでいるが、径方向から−ｚ方向又は＋ｚ方向へ傾いて凹んだ構成であってもよい。

１０…半割軸受
１１…外周面
１２…内周面
１３…クラッシリリーフ
１４…クラッシリリーフ
１５…合せ面
１６…合せ面
１１１…溝
１１２…溝
１１３…面取り部
１１４…面取り部
２０…半割軸受
２２…内周面
２３…クラッシリリーフ
２４…クラッシリリーフ
２５…合せ面
２６…合せ面
２７…孔
２１１…溝
２１１１…太溝
２１１２…細溝

Claims (7)

1. 半円筒形状であって軸が摺動する内周面を有する半割軸受であって、
   軸方向の少なくとも一端の前記内周面側に形成された面取り部と、
   前記面取り部に形成され、前記内周面の周方向に延びる溝と、
   を備える半割軸受。
2. 前記溝を前記軸方向に切断したときの前記溝の断面の形状がＵ字形状である
   請求項１に記載の半割軸受。
3. 前記溝を前記軸方向に切断したときの前記溝の断面の形状がＶ字形状である
   請求項１に記載の半割軸受。
4. 前記軸方向における前記溝の開口部中心は、前記軸方向における前記面取り部の中心よりも前記軸方向における前記内周面の中心側にある
   請求項１から請求項３のいずれか一項に記載の半割軸受。
5. 前記面取り部および前記溝は、前内周面の記周方向の一部に設けられている
   請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の半割軸受。
6. 前記面取り部および前記溝は、前記周内周面の方向の中央より前記軸の回転方向下流側に設けられている
   請求項５に記載の半割軸受。
7. 前記面取り部の一部に前記溝が設けられている
   請求項１から請求項６のいずれか一項に記載の半割軸受。

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