(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0007】
本発明は以上の如き状況に鑑みてなされたものであり、その解決しようとする課題は、異物埋収性を向上させ、且つ、樹脂オーバレイ層が有する有利な性能が低下するのを抑制することができるすべり軸受を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0008】
本発明の解決しようとする課題は以上の如くであり、次にこの課題を解決するための手段を説明する。
【0009】
即ち、請求項1においては、径方向に積層された複数の層を有し、軸部材を回転可能に支持するすべり軸受であって、前記径方向の最も内側に配置された内側層は、軟質金属からなり、前記内側層の軸線方向中央部に配置された金属オーバレイ層と、樹脂と固体潤滑剤とを含有し、前記金属オーバレイ層の軸線方向両側にそれぞれ配置された樹脂オーバレイ層と、を具備するものである。
【0010】
請求項2においては、前記内側層の摺動面には、前記軸部材の内部から吐出口を介して潤滑油が供給され、前記金属オーバレイ層は、前記吐出口と対向して配置され、前記軸線方向における前記金属オーバレイ層の幅は、前記軸線方向における前記吐出口の幅よりも大きく形成されるものである。
【0011】
請求項3においては、前記軸線方向における前記金属オーバレイ層の幅は、前記軸線方向における前記吐出口の幅よりも、0.5mm〜2mmの範囲で大きく形成されるものである。
【0012】
請求項4においては、前記軸部材は、クランクシャフトのクランクピンであるものである。
【発明の効果】
【0013】
本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。
【0014】
請求項1においては、異物埋収性を向上させ、且つ、樹脂オーバレイ層が有する有利な性能が低下するのを抑制することができる。
【0015】
請求項2においては、異物埋収性をより向上させることができる。
【0016】
請求項3においては、異物埋収性をより向上させ、且つ、樹脂オーバレイ層が有する有利な性能が低下するのを効果的に抑制することができる。
【0017】
請求項4においては、クランクピンにおける不具合(焼付きや摩耗等)の発生を抑制することができる。
【発明を実施するための形態】
【0019】
以下では、図中の矢印U、矢印D、矢印F、矢印B、矢印L及び矢印Rで示した方向を、それぞれ上方向、下方向、前方向、後方向、左方向及び右方向と定義して説明を行う。
【0020】
まず、
図1を用いて、本発明に係るすべり軸受の一実施形態に係るコンロッド軸受4が設けられるクランクシャフト1に関する構成の概略について説明する。
【0021】
クランクシャフト1は内燃機関(エンジン)を構成する部材であり、ピストンの往復運動を回転運動に変換するためのものである。クランクシャフト1は、主としてクランクジャーナル1a、クランクアーム1b、クランクピン1c及び連通油路1dを具備する。
【0022】
クランクジャーナル1aは、主軸受2を介してシリンダブロック3に回転可能に支持される。主軸受2には、その外周面と内周面とを連通する貫通孔2aが形成される。クランクピン1cは、クランクアーム1bを介してクランクジャーナル1aと連結される。クランクピン1cは、コンロッド軸受4を介してコンロッド5に回転可能に連結される。連通油路1dは、クランクジャーナル1aの外周面とクランクピン1cの外周面とを連通するように、クランクシャフト1内に形成される。
【0023】
このような構成において、シリンダブロック3に形成された潤滑油路3aを介して、図示せぬメインオイルホールからの潤滑油が主軸受2へと供給される。さらに当該潤滑油は、主軸受2の貫通孔2aを介して、当該主軸受2の内周面側へと供給される。当該潤滑油によって主軸受2とクランクジャーナル1aとの摺動面が潤滑される。
【0024】
主軸受2の内周面側へと供給された潤滑油は、さらに連通油路1d(より詳細には、
図2等に示す吐出口1e)を介してクランクピン1cの外周面へと供給される。当該潤滑油によってクランクピン1cとコンロッド軸受4との摺動面が潤滑される。
【0025】
以下では、
図2を用いて、クランクピン1cとコンロッド5との連結部の構成について説明する。
【0026】
コンロッド5の下端部(大端部)には、クランクピン1cと連結されるハウジング(本体側ハウジング5a及びキャップ5b)が形成される。本体側ハウジング5aの軸受部5cとキャップ5bの軸受部5dとの間に、クランクピン1cが挟み込まれるようにして支持される。この際、コンロッド5とクランクピン1cとの間にはコンロッド軸受4が介装される。
【0027】
このような構成において、クランクピン1cが回転(本実施形態においては、正面視時計回りに回転するものとする)すると、当該クランクピン1cの外周面とコンロッド軸受4の内周面との間に、連通油路1dを介して供給される潤滑油の油膜が形成される。クランクピン1cは、当該油膜を介してコンロッド軸受4に回転可能に支持される。
【0028】
以下では、
図2から
図5を用いて、コンロッド軸受4の構成について詳細に説明する。
【0029】
図2から
図5に示すコンロッド軸受4は、クランクピン1cを回転可能に支持する円筒状のすべり軸受である。コンロッド軸受4は、一対の半円筒状軸受(ロア側軸受10及びアッパー側軸受20)を具備する。ロア側軸受10とアッパー側軸受20とを向かい合わせに上下に組み合わせることで、円筒状のコンロッド軸受4が形成される。
【0030】
ロア側軸受10は、コンロッド軸受4のうち下半部を形成する部材である。ロア側軸受10は、半円筒状(円筒を、軸線を通る直径で切断した形状)に形成される。ロア側軸受10は、その内周面を上方に向けた状態でコンロッド5のキャップ5bの軸受部5dに配置される。
【0031】
アッパー側軸受20は、コンロッド軸受4のうち上半部を形成する部材である。アッパー側軸受20は、半円筒状に形成される。アッパー側軸受20は、その内周面を下方に向けた状態でコンロッド5の本体側ハウジング5aの軸受部5cに配置される。
【0032】
なお、本実施形態に係るロア側軸受10とアッパー側軸受20は、同一の構成となるように形成される。よって以下では、ロア側軸受10の構成についてより詳細に説明する。また、アッパー側軸受20のうちロア側軸受10と同一形状の部分には同一の符号を付し、説明を省略する。
【0033】
ロア側軸受10は、クラッシュリリーフ11を具備する。
【0034】
図3及び
図4に示すクラッシュリリーフ11は、ロア側軸受10の内周面を凹状に切り欠いて形成される部分である。クラッシュリリーフ11は、ロア側軸受10の両端部、すなわち右上端部(クランクピン1cの回転方向上流側の端部)及び左上端部(クランクピン1cの回転方向下流側の端部)にそれぞれ形成される。
【0035】
このように、ロア側軸受10にクラッシュリリーフ11を設けることで、当該ロア側軸受10の両端部近傍において変形が生じた場合であっても、不具合(具体的には、変形した部分がクランクピン1cに局部当たりすること)の発生を防止することができる。また、ロア側軸受10とクランクピン1cとの間(摺動面)に混入した異物を、クラッシュリリーフ11から排出することができる(
図6参照)。
【0036】
図4及び
図5に示すように、上述の如き構成のロア側軸受10は、径方向に積層された複数の層を具備する。前記複数の層には、裏金層41、軸受合金層42及び被覆層43が含まれる。
【0037】
裏金層41は、ロア側軸受10の複数の層において、径方向の最も外側に配置された層である。裏金層41は、ロア側軸受10の基礎(主たる構造)となる。裏金層41は、鋼板等の公知の材料から適宜選択することができる。
【0038】
軸受合金層42は、ロア側軸受10の複数の層において、裏金層41の径方向の内側に配置された層である。軸受合金層42は、裏金層41と径方向に隣り合うように配置される。軸受合金層42は、例えば銅合金や、アルミニウム合金等の公知の材料から適宜選択することができる。軸受合金層42は、ロア側軸受10の周方向の全体に亘って(すなわち、クラッシュリリーフ11が形成されている両端部にも)形成されている。
【0039】
被覆層43は、ロア側軸受10の複数の層において、軸受合金層42の径方向の内側に配置された層である。被覆層43は、軸受合金層42と径方向に隣り合うように配置される。また、被覆層43は、径方向の最も内側に配置される。被覆層43は、クランクピン1cの外周面と対向するように配置され、当該クランクピン1cの外周面との摺動面となる。被覆層43は、ロア側軸受10の周方向の全体に亘って(すなわち、クラッシュリリーフ11が形成されている両端部にも)形成されている。被覆層43には、軸線方向に順番に並べられた2種類の層が含まれる。具体的には、被覆層43には、金属オーバレイ層43a及び樹脂オーバレイ層43bが含まれる。
【0040】
金属オーバレイ層43aは、軸線方向において被覆層43の中途部(中央部)に配置された層である。すなわち、金属オーバレイ層43aは、軸線方向において被覆層43の両側端部を除いた部分に形成される。金属オーバレイ層43aは、例えばSn系合金や、Bi又はBi合金からなる軟質金属として形成される。金属オーバレイ層43aは、後述する樹脂オーバレイ層43bと比較して柔らかく、比較的低荷重で塑性変形を起こすため、なじみ性や、異物埋収性(異物ロバスト性)、耐焼付性に優れているという特性を有する。
【0041】
また、
図5に示すように、金属オーバレイ層43aは、連通油路1dの吐出口1eと径方向に対向するように形成される。そして、軸線方向における金属オーバレイ層43aの幅(
図5に示すL1)は、当該軸線方向における連通油路1dの吐出口1eの幅(
図5に示すL2)よりも大きく形成される。本実施形態においては、金属オーバレイ層43aの幅L1と吐出口1eの幅L2との差は、0.5mm〜2mmの範囲となるように形成される。すなわち、吐出口1eは、軸線方向において金属オーバレイ層43aの内側に(すなわち、樹脂オーバレイ層43bと対向しないように)配置される。なお、本実施形態において、吐出口1eには、面取り部も含んでいる。
【0042】
樹脂オーバレイ層43bは、軸線方向において金属オーバレイ層43aを中央に介在させて被覆層43の両側にそれぞれ配置された層である。こうして、樹脂オーバレイ層43bは、軸線方向において被覆層43の両側端部にそれぞれ形成される。樹脂オーバレイ層43bは、例えばベースとなる樹脂に固体潤滑剤を含有させた固体潤滑剤含有樹脂として形成される。樹脂オーバレイ層43bは、金属オーバレイ層43aと比較して硬いため、低摩擦性や、耐摩耗性に優れているという特性を有する。
【0043】
このように、被覆層43においては、金属オーバレイ層43a及び樹脂オーバレイ層43bが、軸線方向に順番に並べられる。また、
図5に示すように、金属オーバレイ層43a及び樹脂オーバレイ層43bは、軸線方向に面一となるように形成される。すなわち、金属オーバレイ層43a及び樹脂オーバレイ層43bの表面(内周面)は、径方向において同一の位置となるように形成される。こうして、金属オーバレイ層43a及び樹脂オーバレイ層43bの表面は、クランクピン1cが回転すると、クランクピン1cの内周面に対して摺動する。
【0044】
以下では、
図3を用いて、コンロッド軸受4(アッパー側軸受20及びロア側軸受10)における潤滑油の流れについて説明する。
【0045】
図3に示すように、クランクピン1cの回転に伴って、連通油路1d(吐出口1e)を介して潤滑油がコンロッド軸受4へと供給される。供給された潤滑油は、クランクピン1cの回転に伴ってコンロッド軸受4とクランクピン1cとの間を正面視時計回りに流通する。こうして、連通油路1dを介して供給された潤滑油が、アッパー側軸受20及びロア側軸受10とクランクピン1cとの間(摺動面)に供給され、当該摺動面に油膜を形成する。なお、コンロッド軸受4とクランクピン1cとの間を流通する潤滑油の一部は、クラッシュリリーフ11を介して当該コンロッド軸受4の外部へと排出される。
【0046】
ここで、潤滑油の中には、塵挨や金属摩耗によって発生した粉等の異物が混入する場合がある。例えば、連通油路1dを介して供給される潤滑油の中に異物が混入している場合には、当該異物がアッパー側軸受20及びロア側軸受10とクランクピン1cとの間(摺動面)に入り込んで、当該異物を起因とする焼付き等の不具合が発生するおそれがある。
【0047】
そこで、本実施形態に係るコンロッド軸受4においては、
図5に示すように、連通油路1dの吐出口1eと対向する位置に、金属オーバレイ層43aが形成されている。すなわち、連通油路1dを介して供給される潤滑油の中に異物が混入していた場合には、当該異物を金属オーバレイ層43aの中に埋収させることができる。また、異物を金属オーバレイ層43aの中に埋収させたことにより当該金属オーバレイ層43aに損傷が生じた場合(例えば、径方向の内側に盛り上がった部分等が生じた場合)であっても、金属オーバレイ層43aはなじみ性に優れているため、クランクピン1cの回転に伴って、当該損傷をなじませることができる。こうして、コンロッド軸受4においては、異物を起因とする焼付き等の不具合の発生を抑制することができる。
【0048】
なお、連通油路1dを介して供給される潤滑油の中に異物が混入していた場合に、当該異物が金属オーバレイ層43aの中に埋収されない場合も想定される。具体的には、当該異物が連通油路1dの吐出口1eに引っ掛かり、当該吐出口1eと共にコンロッド軸受4に対して回転(移動)する場合である。例えば、
図6に示すように、クランクピン1cと共に回転する連通油路1dが位置P1の場合に、異物(以下では「異物F」と称する)が連通油路1dの吐出口1eに引っ掛かった場合を想定する。このような場合、連通油路1dの吐出口1eに引っ掛かった異物Fは、金属オーバレイ層43aと接触しながら回転(移動)し、連通油路1dの吐出口1eがクラッシュリリーフ11と対向する位置(位置P2)に到達した際に、当該クラッシュリリーフ11から排出される。こうして、連通油路1dの吐出口1eが位置P1から位置P2に到達するまでの範囲Xにおいて、金属オーバレイ層43aに損傷が生じることとなる。
【0049】
しかしながら、本実施形態に係るコンロッド軸受4においては、上述の如くクランクピン1cの回転に伴って、金属オーバレイ層43aに形成された損傷をなじませることができる。こうして、コンロッド軸受4においては、異物が金属オーバレイ層43aの中に埋収されない場合であっても、異物を起因とする焼付き等の不具合の発生を抑制することができる。
【0050】
ここで、本実施形態に係るコンロッド軸受4において、被覆層43(摺動面)の軸線方向の両側端部には、樹脂オーバレイ層43bが形成されている。すなわち、コンロッド軸受4においては、すべり軸受としてクランクピン1cと主に摺動する部分に樹脂オーバレイ層43bが形成されている。こうして、コンロッド軸受4においては、金属オーバレイ層43aを有しながらも、耐摩耗性や低フリクション性を高めることができる(樹脂オーバレイ層43bが有する有利な性能が低下するのを抑制することができる)。
【0051】
以上のように、本実施形態に係るコンロッド軸受4は、
径方向に積層された複数の層(裏金層41、軸受合金層42及び被覆層43)を有し、クランクピン1c(軸部材)を回転可能に支持するすべり軸受であって、
前記径方向の最も内側に配置された被覆層43(内側層)は、
軟質金属からなり、前記被覆層43(内側層)の軸線方向中央部に配置された金属オーバレイ層43aと、
樹脂と固体潤滑剤とを含有し、前記金属オーバレイ層43aの軸線方向両側にそれぞれ配置された樹脂オーバレイ層43bと、
を具備するものである。
【0052】
このような構成により、異物埋収性を向上させ、且つ、樹脂オーバレイ層43bが有する有利な性能が低下するのを抑制することができる。
【0053】
また、コンロッド軸受4において、
前記被覆層43(内側層)の摺動面には、前記軸部材の内部から吐出口1eを介して潤滑油が供給され、
前記金属オーバレイ層43aは、前記吐出口1eと対向して配置され、
前記軸線方向における前記金属オーバレイ層43aの幅L1は、前記軸線方向における前記吐出口1eの幅L2よりも大きく形成されるものである。
【0054】
このような構成により、吐出口1eを介して供給される潤滑油に異物が混入していた場合には、当該異物を樹脂オーバレイ層43bではなく、金属オーバレイ層43aで受けることができるため、異物埋収性をより向上させることができる。
【0055】
また、コンロッド軸受4において、
前記軸線方向における前記金属オーバレイ層43aの幅L1は、前記軸線方向における前記吐出口1eの幅L2よりも、0.5mm〜2mmの範囲で大きく形成されるものである。
【0056】
このような構成により、吐出口1eを介して供給される潤滑油に異物が混入していた場合には、当該異物を樹脂オーバレイ層43bではなく、確実に金属オーバレイ層43aで受けることができるため、異物埋収性をより向上させることができる。また、コンロッド軸受4の摺動面において、異物埋収性をより向上させながらも、金属オーバレイ層43aの幅を必要最小限のものとし、樹脂オーバレイ層43bの幅をできるだけ大きく形成することができる。こうして、樹脂オーバレイ層43bが有する有利な性能が低下するのを効果的に抑制することができる。
【0057】
また、コンロッド軸受4において、
前記軸部材は、
クランクシャフト1のクランクピン1cであるものである。
【0058】
このような構成において、クランクピン1cにおける不具合(焼付きや摩耗等)の発生を抑制することができる。
【0059】
以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明は上記構成に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で種々の変更が可能である。
【0060】
例えば、本実施形態においては、すべり軸受をクランクピン1cを回転可能に支持するコンロッド軸受4に適用した例を示したが、その他のすべり軸受(例えば、クランクシャフト1を回転可能に支持する主軸受等)に適用することも可能である。
【0061】
また、金属オーバレイ層43a及び樹脂オーバレイ層43bの材料は、本実施形態において例示したものに限定されず、金属オーバレイ層43a及び樹脂オーバレイ層43bが有する有利な性能を維持できる範囲内で任意に採用することができる。
【0062】
また、コンロッド軸受4(アッパー側軸受20及びロア側軸受10)が有する複数の層は、本実施形態に例示した3つに限定されず、任意の数とすることができる。
【0063】
また、軸線方向における金属オーバレイ層43aと吐出口1eとの幅の差は、2mmよりも大きく形成されてもよい。また、軸線方向における金属オーバレイ層43aと吐出口1eとの幅の差は、0.5mmよりも小さく形成されてもよい。
【0064】
また、金属オーバレイ層43a及び樹脂オーバレイ層43bの表面(内周面)は、径方向において同一の位置となるように形成されるものでなくてもよい。具体的には、
図7に示すように、金属オーバレイ層43aの表面(内周面)は、樹脂オーバレイ層43bの表面(内周面)に対して、径方向において外側の位置となるように形成されるものであってもよい。このような構成によれば、吐出口1eを介して供給される潤滑油に異物が混入していた場合には、当該異物をクラッシュリリーフ11から排出し易くすると共に、樹脂オーバレイ層43bが有する有利な性能が低下するのを抑制することができる。