JP3980711B2 - 割り形すべり軸受の製造方法 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
本発明は、円筒状のすべり軸受の一部を構成する割り形すべり軸受に係り、特にすべり面に細溝を形成して軸荷重の変動によって発生する異音を防止するようにした割り形すべり軸受およびその製造方法に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
例えば自動車用エンジンのクランク軸を受ける主軸受1は、図12に示すように、二つ割りされた割り形すべり軸受(以下、半割り軸受)2,3により構成され、一方の半割り軸受2はシリンダブロックに取り付けられ、他方の半割り軸受3は軸受キャップに取り付けられる。そして、軸受キャップをシリンダブロックに固定することによって2個の半割り軸受2,3は円筒状の主軸受1として構成され、クランク軸を受ける。
【0003】
このような主軸受1に対しては、通常、シリンダブロック側の半割り軸受2に穿設された油孔4から潤滑油が供給される。油孔4に供給された潤滑油は、シリンダブロック側の半割り軸受2のすべり面の周方向全体に形成された油溝5、軸受キャップ側の半割り軸受3の周方向の両端部に形成された部分溝6を通じて、半割り軸受2,3のすべり面に流れ入る。これにより、すべり面は油切れやこれに起因する金属接触を起こすことなく良好に潤滑される。
【0004】
上記軸受キャップ側の半割り軸受3の両端部に設けられた部分溝6は、シリンダブロック側の半割り軸受2に形成された油溝5の終端部を構成する。このように、軸受キャップ側の半割り軸受3の油溝を部分溝6とし、周方向全体に延びる油溝としない理由は次の通りである。
【0005】
上記2個の半割り軸受2,3のうち、軸受キャップ側の半割り軸受3には、シリンダ内で生ずる燃料の爆発力が伝達されるため、そのすべり面には、シリンダブロック側の半割り軸受2に比べて大きな荷重が加わる。しかしながら、2個の半割り軸受2,3の幅は全周に渡って一定であり、その幅寸法は主軸受1に加わる最大荷重を基にして定められている。
【0006】
このため、軸受キャップ側の半割り軸受3については、シリンダブロック側の半割り軸受2と同様の油溝5を形成すると、すべり面の面積が小さくなってしまい、面圧が異常に高くなる。そこで、高荷重が加わる軸受キャップ側の半割り軸受3について、すべり面を狭くする結果となる油溝を全周に渡り形成することは避けるようにしているのである。
【0007】
【発明が解決しようとする課題】
クランク軸が上述の主軸受1により支えられた自動車用エンジンでは、アイドリング時、或いは発進時などに、「パチパチ」という高周波音が発生することがあった。
本発明者の試験によれば、このパチパチ音は、主軸受1部分で発生し、しかも、シリンダブロック側の半割り軸受2ではほとんど発生せず、軸受キャップ側の半割り軸受3において発生することが分かった。これは、次のような理由によるものと思われる。
【0008】
すなわち、クランク軸と主軸受1との間には、僅かではあるがオイルクリアランスが設けられているため、特に、アイドリング時、或いは発進時などでは、クランク軸がそのクリアランスの範囲内で上下左右(径方向)に動き易く、そのクランク軸の径方向の移動により、すべり面の油膜圧力が変動するという事情がある。このとき、シリンダブロック側の半割り軸受2では、周方向全体に油溝5が形成されているため、油膜圧力が高くなると、すべり面の潤滑油が油溝5に逃げ出るようになり、油膜の圧力上昇が防止される。従って、シリンダブロック側の半割り軸受2では、油膜圧力の変動幅はそれ程大きくはない。
【0009】
ところが、軸受キャップ側の半割り軸受3では、シリンダブロック側の半割り軸受2のような油溝5が設けられておらず、潤滑油の逃げ場所がないため、クランク軸の移動によって油膜圧力が大きく上昇する。それ故に、シリンダブロック側の半割り軸受2よりも軸受キャップ側の半割り軸受3の方が、油膜の圧力変動幅は大きい。
【0010】
一方、すべり面に供給される潤滑油中には、微細な気泡がたくさん含まれており、油膜圧力の変動の度合いによっては、潤滑油中に含まれる気泡が膨脹し、続く油膜圧力の上昇時には、潤滑油中の気泡が潰されるというキャビテーション現象を生ずる。上述のようにシリンダブロック側の半割り軸受2では、油膜圧力の変動が小さいので、このキャビテーション現象は起き難い。これに対し、軸受キャップ側の半割り軸受3では、シリンダ内の爆発力を受けるため、本来的に面圧が大きいことに加え、上述のように油膜圧力の変動幅が大きいため、キャビテーション現象を生じ易く、潤滑油中の気泡が潰れる際にパチパチという異音が出るものと思われる。
【0011】
本発明は上記の事情に鑑みてなされたもので、その目的は、異音の発生を防止できる割り形すべり軸受を少ない工程数で製造することができる割り形すべり軸受の製造方法を提供するにある。
【0012】
【課題を解決するための手段】
パチパチ音の発生を防止するために、軸との相対回転に伴い、すべり面に受ける荷重が周方向で大小異なる円筒状の割り形すべり軸受の一部を構成するものであって、高荷重側のすべり面を構成する割り形すべり軸受において、すべり面の周方向端部に反対側の端部に向かって次第に浅くなる部分溝を形成し、この部分溝の形成部位以外のすべり面の全体には前記部分溝に連通して周方向に延びる細溝を形成した。
【0013】
この割り形すべり軸受によれば、軸が動いて、すべり面の油膜圧力が変動すると、すべり面の潤滑油は細溝に逃げ出る。このため、油膜圧力の上昇が防止され、従って、潤滑油に含まれる気泡が潰されるというキャビテーションが発生し難くなるので、パチパチという異音の発生を防止できる。
【0014】
このような割り形すべり軸受を製造するために、本発明は、割り形すべり軸受の内径寸法より小なる外径寸法の回転カッタに、部分溝を切削する第1刃部を設けると共に、細溝を切削する第2刃部を前記第1刃部よりも径方向外側に突出して設け、この回転カッタを、回転させながら、割り形すべり軸受のすべり面の曲率中心からずれた点を中心にして公転運動させることにより、すべり面に対する回転カッタの切り込み深さが部分溝を形成する端部では深く、当該端部から離れるに従って次第に浅くなるようにして、部分溝を形成する端部では、第1および第2刃部によりすべり面を切削し、それ以外では第2刃部のみによってすべり面を切削するように構成したものである。
【0015】
また、別の製造方法として、割り形すべり軸受の内径寸法より大なる外径寸法の回転カッタに、部分溝を切削する第1刃部を設けると共に、細溝を切削する第2刃部を第1刃部よりも径方向外側に突出するように設け、この回転カッタを、割り形すべり軸受のすべり面の曲率中心からずれた点を中心にして回転させることにより、すべり面に対する回転カッタの切り込み深さが部分溝を形成する端部では深く、当該端部から離れるに従って次第に浅くなるようにして、部分溝を形成する端部では、第1および第2刃部によりすべり面を切削し、それ以外では第2刃部のみによって前記すべり面を切削するように構成したものである。
【0016】
このような製造方法によれば、幅寸法が異なるため、本来、部分溝と細溝とは別工程で別のカッタで加工しなければならないところ、同一の回転カッタで同時加工することができる。
【0017】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を自動車用エンジンのクランク軸を受ける主軸受に適用した一実施例につき図1〜図9を参照しながら説明する。
この主軸受11は、図1に示すように、複数分割、この実施例では、二つ割りされた割り形すべり軸受(以下、半割り軸受)12,13により構成され、一方の半割り軸受12はシリンダブロックに取り付けられ、他方の半割り軸受13は軸受キャップに取り付けられる。そして、軸受キャップをシリンダブロックに固定することによって2個の半割り軸受12,13は円筒状の主軸受11として構成され、クランク軸を受ける。
【0018】
上記半割り軸受12,13のうち、軸受キャップ側の半割り軸受13には、シリンダ内で生ずる燃料の爆発力がクランク軸を介して伝達されるため、キャップ側の半割り軸受12よりも大きな荷重が加わる。従って、軸受キャップ側の半割り軸受13は、本発明が対象とする高荷重側のすべり面を構成する割り形すべり軸受に相当する。
【0019】
さて、シリンダブロック側の半割り軸受12のすべり面には、その幅方向中央部に位置して周方向の一端から他端まで延びる油溝14が形成され、その油溝14は、油孔15によって半割り軸受12の外周面に開放されている。また、軸受キャップ側の半割り軸受13のすべり面には、その周方向両端部の幅方向中央部に位置して部分溝16が形成されており、この部分溝16は両半割り軸受12,13を突き合わせて主軸受11として構成したとき、油溝14に連続して当該油溝14の終端部を構成するようになっている。
【0020】
このように、シリンダブロック側の半割り軸受12に比べて大きな荷重を受ける軸受キャップ側の半割り軸受13には、すべり面の面積を狭めるような幅広の油溝は形成されていないが、そのすべり面には、幅方向の中央部に位置して両端部の部分溝16を繋ぐように周方向に延びる細溝17が形成されている。この細溝17は1mm程度の非常に狭い幅寸法に設定され、これによりすべり面の面積減少を最小限に止めるようにしている。なお、半割り軸受13は、内径約80mm、幅約37mmのものである。
【0021】
両半割り軸受12,13によって構成される主軸受11には、油孔15から潤滑油が供給される。油孔15に供給された潤滑油は、油溝14から部分溝16へ、更に少量ではあるが細溝17へと流れ、両半割り軸受12,13のすべり面に供給される。このようにして主軸受11の潤滑が行なわれる。
【0022】
さて、部分溝16は、図2(a)にも示すように、半割り軸受13の端面から反対側の端面に向かって次第に幅狭となる略三角形状に形成され、その深さも、図2(b)に示すように、半割り軸受13の端面から反対側の端面に向かって次第に浅くなるように形成されている。なお、部分溝16の幅方向の断面形状は、図3(a)および(b)に示すように、中央部が深い円弧凹面状をなしている。
【0023】
細溝17は、半割り軸受13の両端部の部分溝16間のすべり面だけでなく、それら部分溝16の底面部にも形成されている。そして、その細溝17の深さは、部分溝16内に存在する部分については一定の深さ寸法に形成され、部分溝16から周方向中央に向かって次第に浅くなるように形成されている。なお、細溝17の底部は、図3(c)に示すように断面半円状をなしている。
【0024】
軸受キャップ側の半割り軸受13を上述のように構成した主軸受11では、エンジンのアイドリング時、或いは自動車の発進時などにクランク軸が主軸受11内で上下左右に動くと、すべり面の油膜圧力が大小変化する。エンジンブロック側の半割り軸受12では、中央に油溝15が形成されているので、油膜圧力が上昇すると、すべり面の潤滑油は油溝15内に逃げ出る。また、軸受キャップ側の半割り軸受13についても、中央に細溝17が形成されているので、油膜圧力が上昇すると、すべり面の潤滑油はその細溝17内に逃げ出るようになる。
【0025】
この結果、比較的面圧の低いシリンダブロック側の半割り軸受12はもちろん、シリンダ内での燃料の爆発力が伝達される関係上、面圧が本来的に高い軸受キャップ側の半割り軸受13についても、油膜圧力の異常上昇ないし油膜圧力の大きな変動が防止される。この結果、潤滑油に含まれている気泡が潰されるというキャビテーションの発生を防止でき、従って、気泡潰れによるパチパチ音の発生を効果的に防止できる。
【0026】
ところで、ディーゼルエンジンでは、もともと燃料の爆発圧力が高く、また、ディーゼルエンジン、ガソリンエンジンを問わず、最近ではエンジンの高出力化が要求されてきている。このようなことを考慮すると、本発明は、上述したように、すべり面の面積をそれ程減少することのない細溝17によりキャビテーションの発生を防止できるので、ディーゼルエンジン、高出力エンジンにおいて、キャビテーションを抑止するための構造として最適のものとなる。
【0027】
次に、軸受キャップ側の半割り軸受13の製造方法、特に、部分溝16および細溝17の製造方法につき説明する。
部分溝16および細溝17は、予め半円に加工された半割り軸受13のすべり面を切削加工することにより形成される。これら部分溝16と細溝17は、幅寸法が異なるので、通常、別々のカッタを用いて、別工程で加工されるが、これでは、製造コストがかさみ、不利である。
【0028】
しかしながら、本発明の製造方法によれば、部分溝16と細溝17とを1工程で切削加工でき、製造コストの上昇を抑制することができる。
部分溝16と細溝17とは、図7に示す回転カッタとしてのミーリングカッタ18によって切削加工される。このミーリングカッタ18は、外周部に多数の刃部19を有しており、その刃部19は、図8に示すように、部分溝16の幅方向の断面形状に合致した形状の第1刃部19aと、この第1刃部19aの幅方向中央部に該第1刃部19aよりも径方向外側に突出して設けられ細溝17の幅方向の断面形状に合致した形状の第2刃部19bとを有している。
【0029】
なお、円弧凸面状の第1刃部19aの幅寸法は、部分溝16の最大幅寸法よりも大きく設定され、これにより、部分溝16とすべり面との間に段差が形成されることのないようにしている。
【0030】
このミーリングカッタ18を用いて部分溝16と細溝17とを加工する工作機械は、図9に示すように、半割り軸受13をテーブル20上に固定するクランプ21と、このクランプ21に固定された半割り軸受13の周方向に沿う方向に回転運動する刃物台22と、この刃物台22に偏心して設けられた回転軸23とを備えている。なお、回転軸23は刃物台22の回転中心O1 からの距離(偏心量)Eを変えることができるようになっている。
【0031】
この工作機械により部分溝16と細溝17とを加工するには、図4に示すように、半割り軸受13を刃物台22の回転運動の中心O1 に対して偏心させて固定し、そして、回転軸23を回転させながら刃物台22を低速度で回転させることにより、ミーリングカッタ18を回転させつつ刃物台22の回転中心O1 を中心に公転円運動を行わせる。
【0032】
このとき、回転軸23を刃物台22の回転中心O1 からの偏心量は、ミーリングカッタ18が回転しながら公転円運動するとき、その第1刃部19aの回転軌跡の外接包絡線C1 の半径が半割り軸受13のすべり面の半径よりも若干大きくなるように(部分溝16の幅や長さ等を考慮して)定めるものとする。
【0033】
ところで、ミーリングカッタ18を回転させながら公転円運動させるとき、仮に半割り軸受13がすべり面の曲率中心O2 をミーリングカッタ18の公転中心O1 と一致させる位置に固定されていたとすると、ミーリングカッタ18の刃部19は半割り軸受13のすべり面を周方向全体に渡り一定の切り込み深さで切削して行くようになり、この結果、すべり面の幅方向中央部にはその周方向全体に渡って第1刃部19aによって切削される幅広の溝と、この幅広の溝の底部に第2刃部19bによって切削される幅狭の溝とが形成される。
【0034】
これに対し、半割り軸受13をミーリングカッタ18の公転円運動の中心O1 に対して所定量偏心させると、図4に示すように、ミーリングカッタ18のすべり面への切り込み深さが公転位置によって変化するようになる。
具体的には、半割り軸受13の曲率中心O2 を公転円運動の中心O1 に一致させた位置から、半割り軸受13を、その曲率中心O2 を通って半割り軸受13を二等分する直線Sに沿って公転円運動の中心O1 が半割り軸受13の外側にずれる方向に所定量偏心させる。
【0035】
本実施例では、このようにして半割り軸受13を偏心させた状態でミーリングカッタ18を回転させながら例えば矢印D方向に公転円運動させるものである。すると、半割り軸受13のすべり面に対するミーリングカッタ18の切り込み量は、切削開始側の端部からすべり面の周方向中心に向かって次第に浅く、そして周方向中心から切削終了側の端部に向かって次第に深くなるように変化するようになる。
【0036】
すなわち、第1刃部19aの包絡線C1 は、半割り軸受13のすべり面に対しその両端部においてだけ重なり、第2刃部19bの包絡線C2 は半割り軸受13のすべり面にその周方向全体において重なるようになる。このため、ミーリングカッタ18を矢印D方向に公転円運動させると、まず、図5に示すように、半割り軸受13の一端部に反対側の端部に向かって次第に浅くなる部分溝16が切削されると同時にその部分溝16の底部に細溝17が形成され始める。
【0037】
そして、ミーリングカッタ18が所定の位置まで公転すると、第1刃部19aがすべり面から離れるため、図6に示すように、すべり面には細溝17だけが切削形成されるようになり、その細溝17の切削深さは次第に浅くなっていく。ミーリングカッタ18が半割り軸受13の周方向中央部まで公転すると、第2刃部19bによる細溝17の切削深さは最も浅くなり、この位置からミーリングカッタ18が半割り軸受13の他端部近くに公転するまで第2刃部19bによる細溝17の切削深さは次第に深くなってゆく。
【0038】
ミーリングカッタ18が半割り軸受13の他端部近くまで公転すると、再び第1刃部19aがすべり面を切削して他端部の部分溝16を加工し始めるようになると同時に、第2刃部19bが部分溝16の底部に細溝17を形成してゆく。そして、ミーリングカッタ18が半割り軸受13の他端部から離れると、部分溝16、細溝17の加工が終了する。
本実施例では以上のような切削方法によって部分溝16、細溝17の加工を行うので、両溝16,17を同時に加工でき、生産性が向上する。
【0039】
図10は部分溝16、細溝17の他の加工方法に関する他の実施例を示すものである。この実施例では、回転カッタとして、半割り軸受13のすべり面の径寸法より大なる径寸法のミーリングカッタ24を使用して両溝16,17を同時加工する。
【0040】
上記ミーリングカッタ24の外周部には、多数の刃部25が設けられ、その刃部25は、前記一実施例のミーリングカッタ18の刃部19と同様に、部分溝16との幅方向の断面形状に合致した形状の第1刃部25aと、この第1刃部25aの幅方向中央部に該第1刃部25aよりも径方向外側に突出して設けられ細溝17の幅方向断面に合致した形状の第2刃部25bとを有している。そして、第1刃部25aの径寸法は、上記一実施例における第1刃部19aの包絡線C1 と同一の径寸法に設定され、第2刃部25bの径寸法は、同じく上記一実施例における第1刃部19bの包絡線C2 と同一の径寸法に設定されている。
【0041】
このミーリングカッタ24により両溝16,17を切削加工する場合、半割り軸受13を工作機械のテーブルに固定され、ミーリングカッタ24は刃物台の回転軸に取り付けられる。刃物台は回転軸を半割り軸受13の曲率中心O2 を通って半割り軸受13を二等分する直線Sに沿って移動させるように直線移動するように構成されている。
【0042】
この状態で、ミーリングカッタ24を回転させながら刃物台を直線移動させる。すると、ミーリングカッタ24は次第に半割り軸受13に接近し、まず、すべり面の周方向両端部を第2刃部25bにより切削して細溝17を加工し始め、その第2刃部25bによる細溝17の切削加工領域は刃物台の直線移動に伴って次第に半割り軸受13の周方向中央に向かって拡大されてゆく。
【0043】
このようにして細溝17が切削され、その切削加工領域の拡大と共にその深さが次第に増加してゆくと、やがて第1刃部25aが半割り軸受13のすべり面の周方向両端部を切削して部分溝16を加工し始めるようになる。そして、ミーリングカッタ24の回転中心O3 が半割り軸受13の曲率中心O2 に一致する手前の所定量偏心した位置に至ったところで刃物台の送り移動を停止する。これにより、半割り軸受13の両端部に反対側の端部に向かって次第に浅くなる部分溝16が形成される共に、それら両部分溝16間のすべり面に細溝17が形成されるのである。このようにしても両溝16,17を同時に形成することができる。
【0044】
なお、本発明は上記し且つ図面に示す実施例に限定されるものではなく、以下のような拡張或いは変更が可能である。
部分溝16は周方向両端部のうち、いずれか一方(軸の回転方向に向かって先頭側の端部)にだけ設けるようにしても良い。この場合、図4の例では、同図の状態から半割り軸受13を更に直線Sに直交する方向にも偏心させ、或いは、半割り軸受13の曲率中心O2 を通って両端を結ぶ直線上でミーリングカッタ18の公転円運動の中心O1 を偏心させることにより、第1刃部19aがすべり面の一方の端部だけを切削するように構成し、図10の例では、同図の状態から半割り軸受13を更に直線Sに直交する方向にも偏心させ、或いは、半割り軸受13の曲率中心O2 を通って両端を結ぶ直線上でミーリングカッタ24の回転中心O3 を偏心させることにより、第1刃部25aがすべり面の一方の端部だけを切削するように構成すれば、部分溝16と細溝17とを同時に加工できる。
【0045】
部分溝16と細溝17とを別々に切削加工するものであれば、本発明の更に異なる他の実施例を示す図11のように、軸受キャップ側の半割り軸受13のすべり面の周方向端部に従来と同様の部分溝26を形成し、その部分溝26間のすべり面に周方向に延びる細溝17を形成するようにしても良い。
【0046】
本発明はエンジンの主軸受に限られず、複数の割り形すべり軸受によって円筒状に構成されるすべり軸受において、軸の回転に伴って周方向に荷重が大小異なる場合、その高荷重を受ける割り形すべり軸受に広く適用できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す斜視図
【図2】軸受キャップ側の半割り軸受を示すもので、(a)は平面図、(b)は断面図
【図3】(a),(b),(c)は図2(b)のa−a,b−b,c−cの各線に沿う断面図
【図4】部分溝と細溝との同時加工方法を示す断面図
【図5】部分溝を切削加工する状態を示す断面図
【図6】細溝だけを切削加工する状態を示す断面図
【図7】ミーリングカッタの片側半分の側面図
【図8】同刃部の断面図
【図9】溝加工のための工作機械の概略構成を示す断面図
【図10】本発明の他の実施例を示す図4相当図
【図11】 本発明の更に異なる他の実施例を示す図1相当図
【図12】 従来例を示す図1相当図
【符号の説明】
図中、13は半割り軸受(割り形すべり軸受)、16は部分溝、17は細溝、18,25はミーリングカッタ(回転カッタ)、26は部分溝である。
Claims (2)
- 軸との相対回転に伴い、すべり面に受ける荷重が周方向で大小異なる円筒状の割り形すべり軸受の一部を構成するものであって、高荷重側のすべり面を構成し、当該すべり面の周方向端部に反対側の端部に向かって次第に浅くなる部分溝を形成し、この部分溝の形成部位以外のすべり面の全体には前記部分溝に連通して周方向に延びる細溝を形成した割り形すべり軸受を製造する方法であって、
前記割り形すべり軸受の内径寸法より小なる外径寸法の回転カッタに、前記部分溝を切削する第1刃部を設けると共に、前記細溝を切削する第2刃部を前記第1刃部よりも径方向外側に突出して設け、
この回転カッタを、回転させながら、前記割り形すべり軸受のすべり面の曲率中心からずれた点を中心にして公転運動させることにより、前記すべり面に対する前記回転カッタの切り込み深さが前記部分溝を形成する端部では深く、当該端部から離れるに従って次第に浅くなるようにして、前記部分溝を形成する端部では、前記第1および第2刃部により前記すべり面を切削し、それ以外では前記第2刃部のみによって前記すべり面を切削するように構成したことを特徴とする割り形すべり軸受の製造方法。 - 軸との相対回転に伴い、すべり面に受ける荷重が周方向で大小異なる円筒状の割り形すべり軸受の一部を構成するものであって、高荷重側のすべり面を構成し、当該すべり面の周方向端部に反対側の端部に向かって次第に浅くなる部分溝を形成し、この部分溝の形成部位以外のすべり面の全体には前記部分溝に連通して周方向に延びる細溝を形成した割り形すべり軸受を製造する方法であって、
前記割り形すべり軸受の内径寸法より大なる外径寸法の回転カッタに、前記部分溝を切削する第1刃部を設けると共に、前記細溝を切削する第2刃部を前記第1刃部よりも径方向外側に突出するように設け、
この回転カッタを、前記割り形すべり軸受のすべり面の曲率中心からずれた点を中心にして回転させることにより、前記すべり面に対する前記回転カッタの切り込み深さが前記部分溝を形成する端部では深く、当該端部から離れるに従って次第に浅くなるようにして、前記部分溝を形成する端部では、前記第1および第2刃部により前記すべり面を切削し、それ以外では前記第2刃部のみによって前記すべり面を切削するように構成したことを特徴とする割り形すべり軸受の製造方法。
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