JP4766141B2 - 軸受装置 - Google Patents

Description

本発明は軸受装置に関し、詳しくはクランクシャフトのクランクアームに摺接するリング状のスラスト軸受を備えた軸受装置に関する。

従来、クランクシャフトのジャーナルを軸支する２つの半割メイン軸受と、一方の半割メイン軸受を保持するハウジングと、上記ハウジングに固定されて他方の半割メイン軸受を保持するキャップと、上記ハウジングおよびキャップの側面に設けられるとともに上記ジャーナルを囲繞し、上記クランクシャフトのクランクアームに摺接するリング状のスラスト軸受とを備えた軸受装置が知られている。
そして、このような軸受装置として、上記ハウジングおよびキャップの側面に上記スラスト軸受を収容する環状凹部を形成し、また上記スラスト軸受の外周に回転防止突起を設けるとともに、上記環状凹部に上記回転防止突起が嵌合する回転防止溝を形成した軸受装置が知られている（特許文献１）

実開平１−１０６６１８号公報

ここで、上記ハウジングおよびキャップの側面に回転防止溝を形成する際、これらを別々の工程で加工すると、回転防止溝が環状凹部よりも浅く形成されてしまう恐れがある。
すると、スラスト軸受がクランクアームよりスラスト方向の荷重を受けた際に、上記回転防止突起がクランクアーム側に突出してしまい、該回転防止突起がクランクアームに片あたりして十分な摺動性能が得られなくなる。
逆に、回転防止溝が環状凹部よりも深く形成されてしまうと、スラスト軸受がクランクアームよりスラスト方向の荷重や油膜圧力を受けた際に、回転防止溝と重合する部分に応力が集中して当該部分が破損する恐れがある。
このような問題に鑑み、本発明はスラスト軸受の片あたりを防止するとともに、応力集中による破損を可及的に防止することが可能な軸受装置を提供するものである。

すなわち、本発明にかかる軸受装置は、クランクシャフトのジャーナルを軸支する２つの半割メイン軸受と、一方の半割メイン軸受を保持するハウジングと、上記ハウジングに固定されて他方の半割メイン軸受を保持するキャップと、上記ハウジングおよびキャップの側面に設けられるとともに上記ジャーナルを囲繞し、上記クランクシャフトのクランクアームに摺接するリング状のスラスト軸受とを備え、
上記ハウジングおよびキャップの側面に上記スラスト軸受を収容する環状凹部を形成し、また上記スラスト軸受の外周に回転防止突起を設けるとともに、上記環状凹部に上記回転防止突起が嵌合する回転防止溝を形成した軸受装置において、
上記回転防止溝を上記環状凹部よりも深く形成するとともに、上記スラスト軸受におけるクランクアーム側の表面に、回転防止突起からスラスト軸受の内周部にかけて溝を形成したことを特徴としている。

上記軸受装置によれば、上記回転防止溝を上記環状凹部よりも深く形成することで、スラスト軸受がクランクアームより荷重や油膜圧力を受けても回転防止突起は回転防止溝に向けて変形するため、片あたりによる摺動性能の悪化を阻止することができる。
また、上記スラスト軸受におけるクランクアーム側の表面に、回転防止突起からスラスト軸受の内周部にかけて溝を形成することで、回転防止溝に重合する部分に応力が集中してしまうのを阻止することができ、スラスト軸受の破損を可及的に防止することができる。

本実施例にかかる軸受装置を示す断面側面図。 図１をＩＩ―ＩＩ部から見た図。 図２におけるＩＩＩ―ＩＩＩ部の断面図。 シミュレーション結果を示した図。 その他の実施例を示す図。

以下図示実施例について説明すると、図１はエンジンの軸受装置１を示し、クランクシャフト２と、該クランクシャフト２を軸支するシリンダブロックに設けられたハウジング３と、図示しないピストンに連結されたコンロッド４とを示している。
上記クランクシャフト２は上記ハウジング３に軸支される複数のジャーナル２ａと、上記コンロッド４に回転可能に連結された複数のクランクピン２ｂと、これらジャーナル２ａとクランクピン２ｂとを偏心した状態で連結保持するクランクアーム２ｃとから構成されている。
上記クランクシャフト２はハウジング３に設けられたメイン軸受５によって軸支されており、該メイン軸受５は、上記シリンダブロックのハウジング３の先端部に保持されたアッパ側半割メイン軸受５ａと、ハウジング３の先端に固定されたキャップ６に保持されたロア側半割メイン軸受５ｂとから構成されている。
そして、例えば直列４気筒のエンジンの場合、中央に位置するハウジング３およびキャップ６の側面には、上記ジャーナル２ａを囲繞するとともに、上記クランクアーム２ｃに摺接するリング状のスラスト軸受７が設けられている。
上記スラスト軸受７は、クランクシャフト２がクラッチの断続などによって軸方向に移動することで、クランクアーム２ｃからスラスト方向の荷重を受けるようになっている。

図２は図１をＩＩ―ＩＩ部の方向から見た図を示し、上記スラスト軸受７は上記ハウジング３側に設けられるアッパ側半割スラスト軸受１１と、上記キャップ６側に設けられるロア側半割スラスト軸受１２とから構成され、このスラスト軸受７を保持するため、ハウジング３およびキャップ６の側面には環状凹部３ａ、６ａが形成されている。
アッパ側半割スラスト軸受１１およびロア側半割スラスト軸受１２におけるクランクアーム２ｃ側の表面にはライニング層が形成されており、該ライニング層が上記クランクアーム２ｃと摺接するようになっている。
上記アッパ側半割スラスト軸受１１の両端にはアッパ側係合部１１ａが設けられ、さらにクランクアーム２ｃ側の表面には、内周から外周に貫通する油溝１１ｂが２箇所に形成されている。
上記油溝１１ｂは、ジャーナル２ａと上記メイン軸受５との間に供給された潤滑油を、スラスト軸受７とクランクアーム２ｃとの間に供給するようになっている。
上記ロア側半割スラスト軸受１２の両端にはロア側係合部１２ａが設けられており、さらにロア側半割スラスト軸受１２の外周には回転防止突起１２ｂが設けられている。

図視左方に位置するアッパ側係合部１１ａはアッパ側半割スラスト軸受１１の外周側に形成された突起であって、これに係合する図視左方に位置するロア側係合部１２ａはロア側半割スラスト軸受１２の内周側に形成された突起となっている。
一方、図視右方に位置するアッパ側係合部１１ａはアッパ側半割スラスト軸受１１の内周側に形成された突起であって、これに係合する図視右方に位置するロア側係合部１２ａはロア側半割スラスト軸受１２の外周側に形成された突起となっている。
さらに、上記アッパ側係合部１１ａおよびロア側係合部１２ａは、それぞれ先端に向けて徐々に薄くなるような傾斜が形成されている。
なお、このようなアッパ側係合部１１ａおよびロア側係合部１２ａは従来公知であり、上記突起形状のほか、さまざまな形状を用いてアッパ側半割スラスト軸受１１とロア側半割スラスト軸受１２とを係合させることが可能となっている。

上記回転防止突起１２ｂは、ロア側半割スラスト軸受１２の中心に対して偏心した位置に設けられ、またその中心線はスラスト軸受７の中心を通過する直線に対して傾斜した方向に突出している。
そして上記キャップ６における上記環状凹部６ａには、上記回転防止突起１２ｂが嵌合する回転防止溝６ｂが形成され、該回転防止溝６ｂはキャップ６の外周から内周にかけて貫通するように形成されている。
上記回転防止溝６ｂを加工するには、上記キャップ６の側面に環状凹部６ａを加工した後に、上記環状凹部６ａを横断するように上記回転防止溝６ｂを加工すればよい。
そして上記回転防止溝６ｂは上記回転防止突起１２ｂと同様、スラスト軸受７の中心から偏心した位置に設けられており、このようなアッパ側係合部１１ａ、ロア側係合部１２ａおよび回転防止突起１２ｂにより、アッパ側半割スラスト軸受１１とロア側半割スラスト軸受１２とを組み合わせると、スラスト軸受７を軸受装置１に組み付ける際に、上記ライニング層が確実にクランクアーム２ｃ側に現れることとなり、組み付け不良を防止するようになっている。

そして本実施例の軸受装置１は、図３に示すような以下の構成を有している。
まず、上記キャップ６の回転防止溝６ｂは、上記環状凹部６ａよりも深く形成されている。これは上記回転防止溝６ｂを形成する際、上記環状凹部６ｂよりも加工深さを深くすることで得ることができる。
次に、ロア側半割スラスト軸受１２のクランクアーム２ｃ側の表面には、回転防止突起１２ｂからロア側半割スラスト軸受１２の内周部にかけて溝１２ｃが形成されており、さらにこの溝１２ｃは上記回転防止溝６ｂよりも幅広に形成されている。
換言すると、上記回転防止突起１２ｂと溝１２ｃとは、上記キャップ６に形成された回転防止溝６ｂと重合する位置に形成され、これに伴い、上記回転防止突起１２ｂの板厚は上記ロア側半割スラスト軸受１２の内周部における溝１２ｃの形成された部分と同じ板厚となっている。

そして、上記構成を有するスラスト軸受７により、以下の効果を得ることができる。
まず、キャップ６の回転防止溝６ｂを環状凹部６ａよりも深く形成することで、良好な摺動性能を得ることができる。
上述したように、キャップ６を製造する際に環状凹部６ａと回転防止溝６ｂとを別々の工程で加工する場合、これらを同じ深さに加工しようとしても、何らかの要因で回転防止溝６ｂが環状凹部６ａよりも浅く形成されてしまうことがある。
この状態でスラスト軸受７がクランクアーム２ｃからスラスト方向の荷重を受けると、ロア側半割スラスト軸受１２における回転防止溝６ｂと重合する部分がクランクアーム２ｃ側に突出するため、片あたりにより摺動性能の悪化や耐久性の低下といった問題が生じることとなる。
これに対し、回転防止溝６ｂを環状凹部６ａよりも深く形成することで、ロア側半割スラスト軸受１２における回転防止溝６ｂと重合する部分は、クランクアーム２ｃからのスラスト荷重によって回転防止溝６ｂの底部に向けて変形するため、上記片あたりが発生せず、良好な摺動性能や耐久性の向上といった効果が得られる。

次に、スラスト軸受７のクランクアーム２ｃ側に上記溝１２ｃを形成することで、クランクアーム２ｃからのスラスト方向の荷重によって上記回転防止溝６ｂに重合する部分に応力が集中してしまうのを防止し、スラスト軸受７の破損を防止することができる。
まず、スラスト軸受７がクランクアーム２ｃからスラスト方向の荷重を受ける際、実際にはスラスト軸受７とクランクアーム２ｃとの間に介在する潤滑油による油膜圧力がスラスト軸受７の摺動面に作用する。
本実施例ではキャップ６の回転防止溝６ｂを環状凹部６ａよりも深く形成しているため、ロア側半割スラスト軸受１２に上記溝１２ｃを形成していない場合、回転防止溝６ｂに重合する部分には、上記油膜圧力によって回転防止溝６ｂの底部に向けて変形する応力が発生し、この油膜圧力が繰り返し作用することでロア側半割スラスト軸受１２が疲労折損する恐れがある。
これに対し、本実施例のように上記溝１２ｃを形成することで、上記回転防止突起１２ｂおよび溝１２ｃに作用する油膜圧力を減少させることができ、当該部分への応力を減少させることができるため、ロア側半割スラスト軸受１２の疲労折損を可及的に防止することができる。
さらに、上記溝１２ｃを回転防止溝６ｂよりも広く形成することで、スラスト軸受７における回転防止溝６ｂの開口縁近傍に集中していた応力をさらに減少させることができ、より効果的に疲労折損を防止することができる。
そして従来のスラスト軸受７において、上記ロア側半割スラスト軸受１２にも上記アッパ側半割スラスト軸受１１の油溝１１ｂと同様の油溝が形成されているものが知られているが、上記溝１２ｃはこの油溝としても利用することが可能であり、ロア側半割スラスト軸受１２に別途油溝を形成しないようにすることも可能である。

図４は本実施例における溝１２ｃを形成したスラスト軸受７（以下、発明品とする）と、溝１２ｃを形成していないスラスト軸受７（以下、従来品とする）とについて行ったシミュレーション結果について説明する。
上記シミュレーションでは、上記溝１２ｃの有無以外は同一条件となっており、特に、図示しないキャップ６の回転防止溝６ｂは、発明品および従来品のいずれにおいても上記環状凹部６ａよりも深く設定した。
そして、シミュレーションにおいて、スラスト軸受におけるクランクアーム側の摺動面に６７．３８ｋＮの荷重を作用させて、スラスト軸受７に発生する応力を測定した。
まず、従来品においては回転防止溝６ｂに重合する部分と、回転防止突起１２ｂの基部とに応力が集中することが判明し、最大で９５８ＭＰａの応力集中が認められた。
これに対し、発明品においては応力が集中した部分は認められず、最大でも６ＭＰａ程度の応力しか認められなかった。
以上のことから、発明品は従来品に比べてクランクアームからの荷重や油膜圧力によって疲労折損する恐れが少ないことが確認できた。

図５は本発明にかかる第２実施例の軸受装置１０１を示したものである。なお、上記第１実施例と共通する部材については、第１実施例で使用した符号に１００を加算して説明する。
本実施例のスラスト軸受１０７のアッパ側半割スラスト軸受１１１には、図示右方に上記アッパ側係合部１１１ａが設けられ、図示左方の端部には先端に向けて徐々に薄くなるような傾斜が形成されている。
ロア側半割スラスト軸受１１２には、図示右方にロア側係合部１１２ａが設けられ、図示左方には外周に向けて回転防止突起１１２ｂが設けられている。
上記キャップ１０６における環状凹部１０６ａの図示左方には、上記回転防止突起１１２ｂを嵌合するための回転防止溝１０６ｂが形成され、該回転防止溝１０６ｂは上記環状凹部１０６ａよりも深く形成されている。
そして、上記ロア側半割スラスト軸受１１２には、上記回転防止溝１０６ｂよりも幅広の溝１１２ｃが形成されている。具体的には、上記回転防止突起１１２ｂを含む上記回転防止溝１０６ｂよりも広範囲の部分が薄肉状に形成されたものとなっている。
本実施例のように、上記スラスト軸受１０７における回転防止突起１１２ｂの位置は任意に設定することができ、またこの回転防止突起１１２ｂの位置に応じて形成される回転防止溝１０６ｂに対して、上記溝１１２ｃを幅広に設定することで、上記第１実施例と同様の効果を得ることができる。
そして、上記各実施例では上記回転防止突起はロア側半割スラスト軸受に設けられているが、これをアッパ側半割スラスト軸受に設けてもよく、これに応じて上記回転防止溝をハウジングに形成してもよい。
また、上記溝１２ｂ、１１２ｂの断面形状は、台形や円弧状に形成してもよい。

１ 軸受装置 ２ クランクシャフト
３ ハウジング ６ キャップ
６ａ 環状凹部 ６ｂ 回転防止溝
７ スラスト軸受 １１ アッパ側半割スラスト軸受
１２ ロア側半割スラスト軸受 １２ｂ 回転防止突起
１２ｃ 溝

Claims (2)

1. クランクシャフトのジャーナルを軸支する２つの半割メイン軸受と、一方の半割メイン軸受を保持するハウジングと、上記ハウジングに固定されて他方の半割メイン軸受を保持するキャップと、上記ハウジングおよびキャップの側面に設けられるとともに上記ジャーナルを囲繞し、上記クランクシャフトのクランクアームに摺接するリング状のスラスト軸受とを備え、
   上記ハウジングおよびキャップの側面に上記スラスト軸受を収容する環状凹部を形成し、また上記スラスト軸受の外周に回転防止突起を設けるとともに、上記環状凹部に上記回転防止突起が嵌合する回転防止溝を形成した軸受装置において、
   上記回転防止溝を上記環状凹部よりも深く形成するとともに、上記スラスト軸受におけるクランクアーム側の表面に、回転防止突起からスラスト軸受の内周部にかけて溝を形成したことを特徴とする軸受装置。
2. 上記スラスト軸受における回転防止突起からスラスト軸受の内周部にかけて形成した上記溝の幅を、上記回転防止溝の幅よりも広く形成したことを特徴とする請求項１に記載の軸受装置。