JP2008008412A - ジャーナル軸受ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】 ジャーナル軸受において、ジャーナルの低速回転時及び高速回転時に関係なく、トルクが小さくなるようにすることである。
【解決手段】 ジャーナル１にすきまばめによって嵌合装着された滑り軸受２の外側に、転がり軸受３の内輪５をしまりばめによって嵌合装着させ、ジャーナル１の低速回転時においては、ジャーナル１と滑り軸受２と転がり軸受２の内輪５を一体にさせて転がり軸受２の外輪６に対して回転させると共に、ジャーナル１の高速回転時においては、ジャーナル１を滑り軸受２に対して回転させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、クランク軸等のジャーナルを回転可能に支持するためのジャーナル軸受ユニットに関するものである。

クランク軸等のジャーナルを回転可能に支持するためのジャーナル軸受は、低トルクでかつ低騒音であるものが求められている。クランクジャーナルの軸受装置として、特許文献１に開示されるものがある。ここで、ジャーナル軸受として滑り軸受を使用すると、低速回転時に油膜が形成されないため、軸受のトルクが大きくなってしまう。また、ジャーナル軸受として転がり軸受を使用すると、高速回転時に潤滑油の攪拌抵抗により、トルクが大きくなってしまう。その状態を、図３に示す。これにより、異音が発生したり、軸受が焼き付いたりしてしまう。上記した結果、軸受トルクの観点から考えると、低速回転時には転がり軸受を使用することが望ましく、高速回転時には滑り軸受を使用することが望ましい。
特開平９−１５１９３９号公報

本発明は、上記した不具合に鑑み、ジャーナル軸受において、ジャーナルの低速回転時及び高速回転時のいずれの場合においても、軸受のトルクが増大しないようにすることを課題としている。

課題を解決するための手段及び発明の効果

上記課題を達成するための本発明は、クランク軸等のジャーナルを回転可能に支持するためのジャーナル軸受ユニットであって、内外の軌道輪とその間に配置された転動体とを有する転がり軸受と、内周面又は外周面に回転により流体幕を伴う滑り面が形成される滑り軸受とのうち、一方が固定部側に支持される外側軸受に構成され、他方が前記ジャーナルを回転可能に支持する内側軸受に構成されるようにラジアル方向に積層配置され、その積層配置形態にかかわらず前記ジャーナルは、その低速回転時においては、前記転がり軸受の内外の軌道輪の相対回転によって回転可能に支持される一方、その高速回転時においては、前記滑り軸受の滑り面を介して回転可能に支持されることを特徴としている。

請求項１の発明では、滑り軸受と転がり軸受がラジアル方向に積層状態で配置されている。ジャーナルの低速回転時には、前記ジャーナルは転がり軸受によって回転可能に支持されため、軸受のトルクは小さくなる。また、ジャーナルの高速回転時には、前記ジャーナルは滑り軸受によって回転可能に支持されるため、軸受のトルクは小さくなる。この結果、ジャーナルの低速回転時及び高速回転時のいずれの場合であっても、軸受のトルクを小さくすることができ、異音の発生や焼付きを防止することができる。

請求項２の発明は、クランク軸等のジャーナルを回転可能に支持するためのジャーナル軸受ユニットであって、内外の軌道輪とその間に配置された転動体とを有する転がり軸受が固定部側に支持される外側軸受に構成され、前記ジャーナルに接する内周面又は前記外側軸受に接する外周面に回転により流体幕を伴う滑り面が形成される滑り軸受が、前記ジャーナルを回転可能に支持する内側軸受に構成されるようにラジアル方向に積層配置され、前記ジャーナルは、その低速回転時においては、前記外側軸受を構成する転がり軸受の前記内外の軌道輪の相対回転によって回転可能に支持される一方、その高速回転時においては、前記内側軸受を構成する滑り軸受の前記滑り面を介して回転可能に支持されることを特徴としている。

請求項２の発明は、請求項１の発明の特定の態様であり、滑り軸受が内側軸受となっていて、転がり軸受が外側軸受となって積層配置されている。ジャーナル軸受ユニットを上記のように構成することにより、ジャーナルのラジアル方向外周面と滑り軸受の内周面との間の滑り面に潤滑流体を供給するための機構を、容易に設けることができる。

請求項３の発明は、請求項１又は２の発明を前提として、前記滑り軸受は、前記内周面と前記外周面のうち、滑り面を構成する一方の面のはめあい公差がすきまばめ又は中間ばめであり、他方の面のはめあい公差がしまりばめであることを特徴としている。

請求項３の発明では、滑り軸受のうち、滑り面を構成する一方の面のはめあい公差がすきまばめ又は中間ばめであるため、一方の面（滑り面の側の面）における部材の回転に支障は生じないと共に、他方の面のはめあい公差がしまりばめであるため、他方の面における部材が連れ回りするおそれはない。これにより、滑り軸受の一方の面における部材の回転が安定する。

請求項４の発明は、請求項２又は３の発明を前提として、前記ジャーナルの軸心部分には、そのアキシアル方向に潤滑流体の通し孔が設けられていると共に、滑り面に潤滑流体を供給するための排出孔が、前記通し孔と連通してラジアル方向に設けられていて、前記ジャーナルの通し孔を流れた潤滑流体が、前記排出孔を介して滑り面に供給されることを特徴としている。

請求項４の発明では、滑り面に供給される潤滑流体は、ジャーナルの軸心部分に設けられた通し孔及び前記通し孔と連通してラジアル方向に設けられた排出孔を介して供給されるため、その構成を簡単なものにすることができると共に、潤滑流体の供給を確実に行うことができる。

本発明の実施例を説明する。図１は第１実施例のジャーナル軸受ユニットＵ１の側面断面図、図２は同じく正面図、図３はジャーナル１の回転速度に対する軸受のトルクの変位を表すグラフである。

図１及び図２に示されるように、本発明の第１実施例のジャーナル軸受ユニットＵ１は、ジャーナル１の所定位置に嵌合装着される滑り軸受２と、滑り軸受２の外側でその外周面に嵌合装着される転がり軸受（本実施例の場合、玉軸受３）とを有している。ジャーナル１と滑り軸受２との滑り面４とのはめあい公差は、すきまばめ（又は中間ばめ）であり、滑り軸受２と玉軸受３の内輪５とのはめあい公差はしまりばめである。そして、玉軸受３の外輪６は、ハウジング７に固定されている。このため、第１実施例のジャーナル軸受ユニットＵ１では、ジャーナル１は、滑り軸受２に対して回転可能に支持されると共に、ジャーナル１と滑り軸受２とが一体になって、複数個の転動体（玉８）を介して玉軸受３の外輪６に対して回転可能に支持される。

滑り軸受２の内周面には、潤滑油を貯留するための溝部９が全周に亘って形成されている。また、ジャーナル１の軸心部分には、アキシアル方向に潤滑油の通し孔１０が設けられている。ジャーナル１において滑り軸受２の溝部９と対応する部分には、通し孔１０と連通する排出孔１１が、ラジアル方向に設けられている。ジャーナル１の通し孔１０を流れた潤滑油は、排出孔１１から排出され、滑り軸受２の溝部９にいったん貯留された後、滑り面４に流出する。これにより、滑り面４（ジャーナル１のラジアル方向周辺部と滑り軸受２の内周面）との間に油膜が形成され、ジャーナル１が回転可能に支持される。

ここで、滑り軸受２は、自己潤滑性を有する金属材料（例えば、銅、モリブデン、タングステン）や自己潤滑性金属基の複合材料、フッ素系樹脂で製作することが望ましい。これにより、潤滑油の欠損が回避され易くなると共に、本発明に係るジャーナル軸受ユニットＵ１を大気中のみならず、真空中でも使用することができる。

第１実施例のジャーナル軸受ユニットＵ１の作用について説明する。ジャーナル１が回転し始めた時点においては、ジャーナル１の軸心部分に設けられた通し孔１０を流れた潤滑油が排出孔５から排出されるものの、滑り面４には十分な油膜が形成されていない。このため、ジャーナル１は滑り軸受２に対してスムーズに回転できず、トルクが大きくなってしまう。しかし、本実施例のジャーナル軸受ユニットＵ１では、滑り軸受２の外側に玉軸受３が取り付けられている。そして、玉軸受３の回転開始時のトルクは小さい。しかも、滑り軸受２と玉軸受３の内輪５とのはめあい公差は、しまりばめである。この結果、ジャーナル１、滑り軸受２及び玉軸受３の内輪５は一体となり、各玉８を介して玉軸受３の外輪６に対して回転される。これにより、ジャーナル１の低速回転時のトルクが小さくなる。

ジャーナル１の回転が徐々に高速になるのに伴い、玉軸受３における潤滑油の攪拌抵抗が大きくなり、玉軸受３のトルクが大きくなる。また、滑り面４には油膜が形成されるため、滑り軸受２のトルクは小さくなる。図３において、ジャーナル１の回転速度に対する滑り軸受２及び玉軸受３の各トルク曲線１２，１３をグラフに示す。図３に示されるように、ジャーナル１の低速回転時においては滑り軸受２のトルクが大きく、高速回転時においては、玉軸受３のトルクが大きい。そして、ジャーナル１の回転速度が所定値に達すると、両トルク曲線１２，１３が交差する。そのときのジャーナル１の臨界回転速度（両トルク曲線１２，１３の交点）を、符号１４で示す。ジャーナル１の回転速度が臨界回転速度１４よりも大きくなって、滑り軸受２のトルクが玉軸受３のそれよりも小さくなると、ジャーナル１の回転は滑り軸受２によって支持される。このとき、玉軸受３は、ほぼ静止状態に保持される。

上記した結果、第１実施例のジャーナル軸受ユニットＵ１のトルク曲線１５は、図３において破線で示されるように、ジャーナル１の回転速度が臨界回転速度１４よりも小さい場合には、滑り軸受２のトルク曲線１２とほぼ同一となり、ジャーナル１の回転速度が臨界回転速度１４よりも大きくなると、玉軸受３のトルク曲線１３とほぼ同一となる。即ち、本発明に係るジャーナル軸受ユニットＵ１では、回転速度の大小にかかわらず、軸受のトルクは小さくなり、異音の発生や焼付きが防止される。

上記した第１実施例のジャーナル軸受ユニットＵ１の場合、ジャーナル１と滑り軸受２とのはめあい公差は、すきまばめであり、滑り軸受２と玉軸受３の内輪５とのはめあい公差は、しまりばめである。換言すれば、ジャーナル１と滑り軸受２との間に滑り面４が形成されている。この場合、ジャーナル１から滑り面４に潤滑油を供給することができるため、潤滑油を供給するための機構が簡単になるという利点がある。しかし、ジャーナル１と滑り軸受２のはめあい公差をしまりばめとし、滑り軸受２と玉軸受３の内輪５とのはめあい公差を、すきまばめとしてもよい。この場合、ジャーナル１と滑り軸受２とが一体に回転され、滑り軸受２と玉軸受３の内輪５との間に滑り面４が形成される。

次に、第２実施例のジャーナル軸受ユニットＵ２について説明する。図４に示されるように、第２実施例のジャーナル軸受ユニットＵ２は、内側に玉軸受３が配置されていて、外側に滑り軸受２が配置された形態である。即ち、ジャーナル１に玉軸受３がしまりばめによって嵌合装着されていて、玉軸受３の外輪６に滑り軸受２がすきまばめによって嵌合装着されている。これにより、滑り軸受２と玉軸受３の外輪６との間に滑り面１６が形成されている。滑り軸受２への潤滑油の供給は、ハウジング７に設けられた供給孔１７から行われる。第２実施例のジャーナル軸受ユニットＵ２では、ジャーナル１の低速回転時には、ジャーナル１は玉軸受３によって回転され、同じく高速回転時には、ジャーナル１は玉軸受３と一体になり、滑り軸受２によって回転される。このため、第１実施例のジャーナル軸受ユニットＵ１と同様な効果が奏される。

上記した各実施例のジャーナル軸受ユニットＵ１，Ｕ２では、滑り軸受２の滑り面４，１６に潤滑油が供給され、油膜を形成する場合である。しかし、各滑り面４，１６に供給される流体は、潤滑油以外のもの（例えば気体）であってもよい。また、各滑り面４，１６を静圧軸受又は動圧軸受としてもよい。

第１実施例のジャーナル軸受ユニットＵ１の側面断面図である。 同じく正面図である。 ジャーナル１の回転速度に対するトルクの変位を表すグラフである。 第２実施例のジャーナル軸受ユニットＵ２の側面断面図である。

符号の説明

Ｕ１，Ｕ２：ジャーナル軸受ユニット
１：ジャーナル
２：滑り軸受
３：玉軸受（転がり軸受）
４：滑り面
５：内輪（内側の軌道面）
６：外輪（外側の軌道面）
７：ハウジング（固定部側）
８：玉（転動体）
１０：通し孔
１１：排出孔

Claims (4)

1. クランク軸等のジャーナルを回転可能に支持するためのジャーナル軸受ユニットであって、
   内外の軌道輪とその間に配置された転動体とを有する転がり軸受と、内周面又は外周面に回転により流体膜を伴う滑り面が形成される滑り軸受とのうち、一方が固定部側に支持される外側軸受に構成され、他方が前記ジャーナルを回転可能に支持する内側軸受に構成されるようにラジアル方向に積層配置され、その積層配置形態にかかわらず前記ジャーナルは、
   その低速回転時においては、前記転がり軸受の内外の軌道輪の相対回転によって回転可能に支持される一方、
   その高速回転時においては、前記滑り軸受の滑り面を介して回転可能に支持されることを特徴とするジャーナル軸受ユニット。
2. クランク軸等のジャーナルを回転可能に支持するためのジャーナル軸受ユニットであって、
   内外の軌道輪とその間に配置された転動体とを有する転がり軸受が固定部側に支持される外側軸受に構成され、前記ジャーナルに接する内周面又は前記外側軸受に接する外周面に回転により油膜を伴う滑り面が形成される滑り軸受が、前記ジャーナルを回転可能に支持する内側軸受に構成されるようにラジアル方向に積層配置され、前記ジャーナルは、
   その低速回転時においては、前記外側軸受を構成する転がり軸受の前記内外の軌道輪の相対回転によって回転可能に支持される一方、
   その高速回転時においては、前記内側軸受を構成する滑り軸受の前記滑り面を介して回転可能に支持されることを特徴とするジャーナル軸受ユニット。
3. 前記滑り軸受は、前記内周面と前記外周面のうち、滑り面を構成する一方の面のはめあい公差が中間ばめ又はすきまばめであり、他方の面のはめあい公差がしまりばめであることを特徴とする請求項１又は２に記載のジャーナル軸受ユニット。
4. 前記ジャーナルの軸心部分には、そのアキシアル方向に潤滑流体の通し孔が設けられていると共に、滑り面に潤滑流体を供給するための排出孔が、前記通し孔と連通してラジアル方向に設けられていて、
   前記ジャーナルの通し孔を流れた潤滑流体が、前記排出孔を介して滑り面に供給されることを特徴とする請求項２又は３に記載のジャーナル軸受ユニット。

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