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(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2023-08-04
(45)【発行日】2023-08-15
(54)【発明の名称】内燃機関のクランク軸用の半割スラスト軸受
(51)【国際特許分類】
F16C 9/02 20060101AFI20230807BHJP
F16C 17/04 20060101ALI20230807BHJP
F16C 33/10 20060101ALI20230807BHJP
F16C 33/12 20060101ALI20230807BHJP
F16C 33/14 20060101ALI20230807BHJP
【ＦＩ】
F16C9/02
F16C17/04 Z
F16C33/10 D
F16C33/12 Z
F16C33/14 Z
【請求項の数】
5
(21)【出願番号】P 2019062289
(22)【出願日】2019-03-28
(65)【公開番号】P2020159531
(43)【公開日】2020-10-01
【審査請求日】2021-11-11
(73)【特許権者】
【識別番号】591001282
【氏名又は名称】大同メタル工業株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110000855
【氏名又は名称】弁理士法人浅村特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】小栗 万里奈
(72)【発明者】
【氏名】後藤 志歩
【審査官】角田 貴章
(56)【参考文献】
【文献】特開平１１－２０１１４５（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２００９－２９３６６０（ＪＰ，Ａ）
【文献】特開２０１７－４４２５８（ＪＰ，Ａ）
(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)
Ｆ１６Ｃ ９／０２
１７／００－１７／２６
３３／００－３３／２８
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
内燃機関のクランク軸の軸線方向力を受けるための半円環形状の半割スラスト軸受であって、第１の表面及び前記第１の表面の反対側の第２の表面を画成するＦｅ合金製の裏金層と、前記裏金層の前記第１の表面上に設けられた軸受合金層とを有し、前記軸受合金層は、前記裏金層と反対側に前記半割スラスト軸受の摺動面を画成し、前記半割スラスト軸受の両方の周方向端面に隣接して２つのスラストリリーフが形成され、各スラストリリーフは、前記摺動面から前記両方の周方向端面それぞれに向かって前記半割スラスト軸受の壁厚が薄くなるように形成されたスラストリリーフ表面を有する、半割スラスト軸受において、前記スラストリリーフ表面は前記軸受合金層からなり、また前記裏金層は前記スラストリリーフにおいて前記両方の周方向端面それぞれに向かって厚さが薄くなるように形成され、したがって前記両方の周方向端面それぞれは、前記裏金層が露出する裏金端面と、前記軸受合金層が露出する軸受合金端面とを有し、
前記軸受合金端面上に散在するように配置された複数の固体潤滑部材をさらに有し、前記固体潤滑部材は、ＭｏＳ２、ＷＳ２、黒鉛、及びｈ－ＢＮのうちの少なくとも１種以上からなり、
前記裏金端面上の、前記軸受合金端面から所定の軸線方向距離（Ｔ３）までの範囲内にも前記固体潤滑部材が散在するよう配置され、また前記所定の軸線方向距離（Ｔ３）は、前記両方の周方向端面それぞれにおける前記裏金端面の軸線方向長さ（Ｔ２）の２５％～５０％である、
半割スラスト軸受。
【請求項2】
前記軸受合金端面における前記固体潤滑部材の面積率（ＡＲ１）が１～１０％である、請求項１に記載の半割スラスト軸受。
【請求項3】
前記軸受合金端面上の前記固体潤滑部材の厚さが０．１～１０ｎｍである、請求項１又は２に記載の半割スラスト軸受。
【請求項4】
前記両方の周方向端面それぞれにおける前記軸受合金端面の軸線方向長さ（Ｔ１）が、前記両方の周方向端面それぞれの軸線方向長さ（ＴＥ）の３０～６０％である、請求項１から３までのいずれか一項に記載の半割スラスト軸受。
【請求項5】
前記裏金端面上の、前記軸受合金端面から前記所定の軸線方向距離（Ｔ３）までの範囲内における前記固体潤滑部材の面積率（ＡＲ２）が、前記軸受合金端面における前記固体潤滑部材の面積率（Ａ１）の１．５～２．５倍である、請求項請求項１から４までのいずれか一項に記載の半割スラスト軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、内燃機関のクランク軸の軸線方向力を受ける半割スラスト軸受に関するものである。
【背景技術】
【0002】
内燃機関のクランク軸は、そのジャーナル部において、一対の半割軸受を円筒形状に組み合わせて構成される主軸受を介して、内燃機関のシリンダブロック下部に回転自在に支承される。
【0003】
一対の半割軸受のうちの一方又は両方が、クランク軸の軸線方向力を受ける半割スラスト軸受と組み合わせて用いられる。半割スラスト軸受は、半割軸受の軸線方向端面の一方又は両方に配設される。
【0004】
半割スラスト軸受は、クランク軸に生じる軸線方向力を受ける。すなわち、クラッチによってクランク軸と変速機とが接続される際等に、クランク軸に対して入力される軸線方向力を支承することを目的として配置されている。
【0005】
半割スラスト軸受の周方向両端近傍の摺動面側には、周方向端面へ向かって軸受部材の厚さが薄くなるようにスラストリリーフが形成されている。一般にスラストリリーフは、半割スラスト軸受の周方向端面から摺動面までの長さや周方向端面での深さが、径方向の位置によらずに一定になるよう形成される。スラストリリーフは、半割スラスト軸受を分割型軸受ハウジング内に組み付ける際の一対の半割スラスト軸受の端面同士の位置ずれを吸収するために形成される（特許文献１の図１０参照）。
【0006】
内燃機関のクランク軸は、そのジャーナル部において、一対の半割軸受からなる主軸受を介して、内燃機関のシリンダブロック下部に支承される。このとき潤滑油は、シリンダブロック壁内のオイルギャラリーから主軸受の壁内の貫通口を通じて、主軸受の内周面に沿って形成された潤滑油溝内に送り込まれる。潤滑油はこのようにして主軸受の潤滑油溝内に供給され、その後半割スラスト軸受に供給される。なお、内燃機関のクランク軸の軸線方向力を受けるスラスト軸受には、一般に、Ｆｅ合金製の裏金層の一方の表面にアルミニウム軸受合金層又は銅軸受合金層を形成した積層構造体が用いられる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0007】
【文献】特開平１１－２０１１４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0008】
クランク軸と変速機とが接続されること等によってクランク軸に対して入力される軸線方向力が半割スラスト軸受の摺動面に加わると、ほぼ同時に、半割スラスト軸受の周方向端面付近には衝撃力が加わるため、スラストリリーフあるいはスラストリリーフと隣接する摺動面の軸受合金層に疲労（割れや剥離）が生じる場合がある。
より詳細には、半割スラスト軸受は、シリンダブロック及び軸受キャップの側面に設けられた受け座（座面）に嵌合され使用されるが、受け座の内径は、半割スラスト軸受の外径よりも若干大きく形成されているので、半割スラスト軸受は周方向に僅かに移動可能である。一方、一対の半割スラスト軸受を円環形状に組み合わせて使用する場合（例えば特許文献１の図１０参照）、クランク軸からの軸線方向力がスラスト軸受の摺動面に入力する瞬間、クランク軸のスラストカラー面は、一対の半割スラスト軸受の両方の摺動面と同時に接触するのではなく、先に一方の半割スラスト軸受の摺動面と接触しがちである。このため、一方の半割スラスト軸受がスラストカラー面の回転とともに僅かに周方向に移動し、一方の半割スラスト軸受のクランク軸の回転方向の前方側の周方向端面が、他方の半割スラスト軸受のクランク軸の回転方向の後方側の周方向端面と衝突し、それら半割スラスト軸受の周方向端面付近に衝撃的な負荷が加わる。クランク軸と変速機とが接続されるたびに繰り返し加わるこの衝撃的な負荷の影響で、半割スラスト軸受の周方向端面に隣接するスラストリリーフあるいはスラストリリーフと隣接する摺動面の軸受合金層に疲労（割れや鋼裏金層からの剥離）が起き易い。
より詳細には、半割スラスト軸受は、シリンダブロック及び軸受キャップの側面に設けられた受け座（座面）に嵌合され使用されるが、受け座の内径は、半割スラスト軸受の外径よりも若干大きく形成されているので、半割スラスト軸受は周方向に僅かに移動可能である。一方、一対の半割スラスト軸受を円環形状に組み合わせて使用する場合（例えば特許文献１の図１０参照）、クランク軸からの軸線方向力がスラスト軸受の摺動面に入力する瞬間、クランク軸のスラストカラー面は、一対の半割スラスト軸受の両方の摺動面と同時に接触するのではなく、先に一方の半割スラスト軸受の摺動面と接触しがちである。このため、一方の半割スラスト軸受がスラストカラー面の回転とともに僅かに周方向に移動し、一方の半割スラスト軸受のクランク軸の回転方向の前方側の周方向端面が、他方の半割スラスト軸受のクランク軸の回転方向の後方側の周方向端面と衝突し、それら半割スラスト軸受の周方向端面付近に衝撃的な負荷が加わる。クランク軸と変速機とが接続されるたびに繰り返し加わるこの衝撃的な負荷の影響で、半割スラスト軸受の周方向端面に隣接するスラストリリーフあるいはスラストリリーフと隣接する摺動面の軸受合金層に疲労（割れや鋼裏金層からの剥離）が起き易い。
【0009】
したがって本発明の目的は、運転時に疲労が生じ難い内燃機関のクランク軸用半割スラスト軸受を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0010】
上記目的を達成するために、本発明によれば、
内燃機関のクランク軸の軸線方向力を受けるための半円環形状の半割スラスト軸受であって、第１の表面及び第１の表面の反対側の第２の表面を画成するＦｅ合金製の裏金層と、裏金層の第１の表面上に設けられた軸受合金層とを有し、軸受合金層は、裏金層と反対側に半割スラスト軸受の摺動面を画成し、半割スラスト軸受の周方向両端面に隣接して２つのスラストリリーフが形成され、各スラストリリーフは、摺動面から周方向端面に向かって半割スラスト軸受の壁厚が薄くなるように形成されたスラストリリーフ表面を有する、半割スラスト軸受において、
スラストリリーフ表面は軸受合金層からなり、また裏金層はスラストリリーフにおいて周方向端面に向かって厚さが薄くなるように形成され、したがって周方向端面は、裏金層が露出する裏金端面と、軸受合金層が露出する軸受合金端面とを有し、
軸受合金端面上に散在するように配置された複数の固体潤滑部材をさらに有し、固体潤滑部材は、ＭｏＳ２、ＷＳ２、黒鉛、及びｈ－ＢＮのうちの少なくとも１種以上からなる、半割スラスト軸受
が提供される。
内燃機関のクランク軸の軸線方向力を受けるための半円環形状の半割スラスト軸受であって、第１の表面及び第１の表面の反対側の第２の表面を画成するＦｅ合金製の裏金層と、裏金層の第１の表面上に設けられた軸受合金層とを有し、軸受合金層は、裏金層と反対側に半割スラスト軸受の摺動面を画成し、半割スラスト軸受の周方向両端面に隣接して２つのスラストリリーフが形成され、各スラストリリーフは、摺動面から周方向端面に向かって半割スラスト軸受の壁厚が薄くなるように形成されたスラストリリーフ表面を有する、半割スラスト軸受において、
スラストリリーフ表面は軸受合金層からなり、また裏金層はスラストリリーフにおいて周方向端面に向かって厚さが薄くなるように形成され、したがって周方向端面は、裏金層が露出する裏金端面と、軸受合金層が露出する軸受合金端面とを有し、
軸受合金端面上に散在するように配置された複数の固体潤滑部材をさらに有し、固体潤滑部材は、ＭｏＳ２、ＷＳ２、黒鉛、及びｈ－ＢＮのうちの少なくとも１種以上からなる、半割スラスト軸受
が提供される。
【0011】
軸受合金端面における固体潤滑部材の面積率（ＡＲ１）は１～１０％とすることができる。
【0012】
軸受合金端面上の固体潤滑部材の厚さは０．１～１０ｎｍとすることができる。
【0013】
周方向端面における軸受合金端面の軸線方向長さ（Ｔ１）は、周方向端面の軸線方向長さ（ＴＥ）の３０～６０％とすることができる。
【0014】
裏金端面上の、軸受合金端面から所定の軸線方向距離（Ｔ３）までの範囲内にも固体潤滑部材が散在するように配置され、またこの所定の軸線方向距離（Ｔ３）は、周方向端面における裏金端面の軸線方向長さ（Ｔ２）の２５％～５０％とすることができる。
【0015】
裏金端面上の、軸受合金端面から所定の軸線方向距離（Ｔ３）までの範囲内における固体潤滑部材の面積率（ＡＲ２）は、軸受合金端面における固体潤滑部材の面積率（ＡＲ１）の２～５倍（ＡＲ２／ＡＲ１＝１．５～２．５）とすることができる。
【発明の効果】
【0016】
上述したように、クランク軸用の半割スラスト軸受は、内燃機関のクランク軸の軸線方向力を受けるが、本発明によれば、半割スラスト軸受の周方向端面の軸受合金端面には、固体潤滑部材が散在するように設けられているため、軸受合金端面が衝撃負荷を受けた際に微小滑りが生じ、軸受合金層に加わる負荷が緩和される。
このため、スラストリリーフ表面の領域やスラストリリーフに隣接する摺動面の領域における軸受合金層には衝撃負荷が伝播し難く、したがってこれらの領域の軸受合金層に疲労が生じ難い。
このため、スラストリリーフ表面の領域やスラストリリーフに隣接する摺動面の領域における軸受合金層には衝撃負荷が伝播し難く、したがってこれらの領域の軸受合金層に疲労が生じ難い。
【図面の簡単な説明】
【0017】
【図1】軸受装置の分解斜視図である。
【図2】軸受装置の正面図である。
【図3】軸受装置の断面図である。
【図4】実施例１の半割スラスト軸受の正面図である。
【図5】実施例１の半割スラスト軸受の周方向端部の軸線方向に平行な断面図である。
【図7】半割軸受の正面図である。
【図9】実施例３の半割スラスト軸受の正面図である。
【図10】実施例３の半割スラスト軸受の周方向端部の側面図である。
【図11】実施例４の半割スラスト軸受の周方向端部の側面図である。
【図12】実施例１の半割スラスト軸受の周方向端面の正面図である。
【発明を実施するための形態】
【0018】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
【実施例1】
【0019】
（軸受装置の全体構成）
まず、図１～３を用いて本発明の実施例１に係る軸受装置１の全体構成を説明する。図１～３に示すように、シリンダブロック２の下部に軸受キャップ３を取り付けて構成された軸受ハウジング４には、両側面間を貫通する円形孔である軸受孔（保持孔）５が形成されており、側面における軸受孔５の周縁には円環状凹部である受座６、６が形成されている。軸受孔５には、クランク軸のジャーナル部１１を回転自在に支承する半割軸受７、７が円筒状に組み合わされて嵌合される。受座６、６には、クランク軸のスラストカラー１２を介して軸線方向力ｆ（図３参照）を受ける半割スラスト軸受８、８が円環状に組み合わされて嵌合される。
まず、図１～３を用いて本発明の実施例１に係る軸受装置１の全体構成を説明する。図１～３に示すように、シリンダブロック２の下部に軸受キャップ３を取り付けて構成された軸受ハウジング４には、両側面間を貫通する円形孔である軸受孔（保持孔）５が形成されており、側面における軸受孔５の周縁には円環状凹部である受座６、６が形成されている。軸受孔５には、クランク軸のジャーナル部１１を回転自在に支承する半割軸受７、７が円筒状に組み合わされて嵌合される。受座６、６には、クランク軸のスラストカラー１２を介して軸線方向力ｆ（図３参照）を受ける半割スラスト軸受８、８が円環状に組み合わされて嵌合される。
【0020】
図２に示すように、主軸受を構成する半割軸受７のうち、シリンダブロック２側（上側）の半割軸受７の内周面には潤滑油溝７１が形成され、また潤滑油溝７１内には外周面に貫通する貫通孔７２が形成されている（図７及び８も参照）。なお、潤滑油溝は、上下両方の半割軸受に形成することもできる。
【0021】
また半割軸受７には、半割軸受７同士の当接面に隣接して、周方向両端部にクラッシュリリーフ７３、７３が形成されている（図２参照）。クラッシュリリーフ７３は、半割軸受７の周方向端面に隣接する領域の壁厚が、周方向端面に向かって徐々に薄くなるように形成された壁厚減少領域である。クラッシュリリーフ７３は、一対の半割軸受７、７を組み付けたときの突合せ面の位置ずれや変形を吸収することを企画して形成される。
【0022】
（半割スラスト軸受の構成）
次に、図２～６を用いて実施例１の半割スラスト軸受８の構成について説明する。本実施例の半割スラスト軸受８は、Ｆｅ合金製の裏金層８４に薄い軸受合金層８５を接着したバイメタルを用いて、半円環形状の平板に形成される。なお、裏金層８４のＦｅ合金として、鋼やステンレス鋼等を用いることができる。また軸受合金層８５として、Ｃｕ軸受合金やＡｌ軸受合金等を用いることができる。軸受合金層８５は、Ｆｅ合金製の裏金層８４に対し硬さが低く（軟らかく）、したがって外力を受けた場合に弾性変形量が多い。
半割スラスト軸受８は、周方向中央領域に軸受合金層８５から構成される摺動面８１（軸受面）と、周方向両端面８３、８３に隣接する領域にスラストリリーフ８２、８２とを有し、スラストリリーフ８２は、平坦なスラストリリーフ表面（平面）８２ｓを有している。摺動面８１には、潤滑油の保油性を高めるために、両側のスラストリリーフ８２、８２の間に２つの油溝８１ａ、８１ａが形成されている。
次に、図２～６を用いて実施例１の半割スラスト軸受８の構成について説明する。本実施例の半割スラスト軸受８は、Ｆｅ合金製の裏金層８４に薄い軸受合金層８５を接着したバイメタルを用いて、半円環形状の平板に形成される。なお、裏金層８４のＦｅ合金として、鋼やステンレス鋼等を用いることができる。また軸受合金層８５として、Ｃｕ軸受合金やＡｌ軸受合金等を用いることができる。軸受合金層８５は、Ｆｅ合金製の裏金層８４に対し硬さが低く（軟らかく）、したがって外力を受けた場合に弾性変形量が多い。
半割スラスト軸受８は、周方向中央領域に軸受合金層８５から構成される摺動面８１（軸受面）と、周方向両端面８３、８３に隣接する領域にスラストリリーフ８２、８２とを有し、スラストリリーフ８２は、平坦なスラストリリーフ表面（平面）８２ｓを有している。摺動面８１には、潤滑油の保油性を高めるために、両側のスラストリリーフ８２、８２の間に２つの油溝８１ａ、８１ａが形成されている。
【0023】
スラストリリーフ８２は、周方向両端面８３、８３に隣接する摺動面８１側の領域に、半割スラスト軸受８の壁厚Ｔが端面に向かって徐々に薄くなるように形成される壁厚減少領域であり、半割スラスト軸受８の周方向端面８３の径方向全長に亘って延びている。スラストリリーフ８２は、半割スラスト軸受８を分割型の軸受ハウジング４内に組み付けた際の位置ずれ等に起因する、一対の半割スラスト軸受８、８の周方向端面８３、８３同士の位置ずれを緩和するために形成される。
【0024】
図４に示すように、本実施例のスラストリリーフ８２は、半割スラスト軸受８の径方向内側端部と径方向外側端部の間で一定のスラストリリーフ長さＬ１を有している。
乗用車用等の小型内燃機関のクランク軸（ジャーナル部の直径が３０～１００ｍｍ程度）に使用する場合、半割スラスト軸受８の周方向端面８３からのスラストリリーフ長さＬ１は、３～２５ｍｍになされる。
乗用車用等の小型内燃機関のクランク軸（ジャーナル部の直径が３０～１００ｍｍ程度）に使用する場合、半割スラスト軸受８の周方向端面８３からのスラストリリーフ長さＬ１は、３～２５ｍｍになされる。
【0025】
ここで、スラストリリーフ長さＬ１とは、半割スラスト軸受８の周方向両端面８３を通る平面（スラスト軸受分割平面ＨＰ）から垂直方向に測った長さとして定義される。特に、径方向内側端部におけるスラストリリーフ長さＬ１は、半割スラスト軸受８の周方向端面８３から、スラストリリーフ表面８２ｓが摺動面８１の内周縁と交わる点までの垂直方向の長さとして定義される。
【0026】
また半割スラスト軸受８のスラストリリーフ８２は、周方向端面８３において、半割スラスト軸受８の径方向内側端部と径方向外側端部との間で一定の軸線方向深さＲＤ１を有するように形成される。
スラストリリーフ８２の軸線方向の深さＲＤ１は、０．１～１ｍｍになされることができる。
スラストリリーフ８２の軸線方向の深さＲＤ１は、０．１～１ｍｍになされることができる。
【0027】
ここで、軸線方向深さとは、半割スラスト軸受８の摺動面８１を含む平面からスラストリリーフ表面８２ｓまでの軸線方向距離を意味する。換言すれば、軸線方向深さは、摺動面８１をスラストリリーフ８２上まで延長した仮想摺動面からスラストリリーフ表面８２ｓまで垂直に測った距離である。したがって軸線方向深さＲＤ１は、特に、半割スラスト軸受８の周方向端面８３におけるスラストリリーフ表面８２ｓから仮想摺動面までの深さとして定義される。
【0028】
図５に示すように、裏金層８４は２つの表面、すなわち軸受合金層８５が接着される第１の表面８４ａと、半割スラスト軸受８の背面を構成する第２の表面８４ｂとを画成している。
【0029】
なお、実際の製造の観点から、スラストリリーフ表面８２ｓの形状は、摺動面８１に垂直な周方向断面で、僅かに湾曲した曲線であってもよく、同様にスラストリリーフ８２における裏金層８４の第１の表面８４ａの形状は、摺動面８１に垂直な周方向断面で、僅かに湾曲した曲線であってもよい。
【0030】
軸受合金層８５は、スラストリリーフ表面８２ｓが軸受合金層８５からなるように、裏金層８４の第１の表面８４ａを覆って周方向端面８３まで延びている。したがって図５及び６に示されるように、半割スラスト軸受８の周方向端面８３は、軸受合金層８５が露出する軸受合金端面８６と、裏金層８４が露出する裏金端面８７とを有する。
【0031】
図１２は、周方向端面８３（すなわち軸受合金端面８６及び裏金端面８７）をその正面（図６のＺＩＩ矢視方向）から見た図である。また図１３Ａは、周方向端面８３を横から見た、すなわちスラストリリーフ表面８２ｓ側（図６のＺＩ矢視方向）から見た拡大図であり、図１３Ｂは、軸受合金端面８６をその正面（図６のＺＩＩ矢視方向）からみた拡大図である。特に図１３Ａ及び１３Ｂに示されるように、軸受合金端面８６には、複数の固体潤滑部材８８が散在するように設けられ、したがって軸受合金端面８６には、軸受合金層８５が露出した部分と固体潤滑部材８８とが混在していることが理解される（図１３Ｂ）。この固体潤滑部材８８は、ＭｏＳ２、ＷＳ２、黒鉛、及びｈ－ＢＮのうちの少なくとも１種以上からなり、また軸受合金端面８６の表面積に対する固体潤滑部材８８全体の面積率は１～１０％である。
【0032】
実施例１において、固体潤滑部材８８の厚さＴ４、すなわち軸受合金端面８６からの垂直方向高さＴ４は０．１～１０ｎｍである。
固体潤滑部材８８の厚さＴ４が０．１ｎｍ未満であると、衝撃負荷を受けた際に軸受合金８５に加わる衝撃負荷を緩和する作用が不十分であり、しかし厚さＴ４が１０ｎｍを超えると、衝撃負荷を受けた際に固体潤滑部材８８に割れが発生したり、軸受合金端面８６からせん断され易くなる場合がある。
固体潤滑部材８８の厚さＴ４が０．１ｎｍ未満であると、衝撃負荷を受けた際に軸受合金８５に加わる衝撃負荷を緩和する作用が不十分であり、しかし厚さＴ４が１０ｎｍを超えると、衝撃負荷を受けた際に固体潤滑部材８８に割れが発生したり、軸受合金端面８６からせん断され易くなる場合がある。
【0033】
また実施例１において、周方向端面８３における軸受合金端面８６の軸線方向長さＴ１は、周方向端面８３の軸線方向長さ（厚さ）ＴＥに対して３０～６０％である。その理由は、周方向端面８３における軸受合金端面８６の軸線方向長さＴ１が、周方向端面８３の軸線方向長さＴＥに対して６０％を超えると、周方向端面８３における裏金端面８７の割合が小さくなりすぎて、周方向端面８３付近の裏金層８７が塑性変形する場合があるからである。
【0034】
なお、図６において、スラストリリーフ表面８２ｓと軸受合金端面８６の接続部、及びスラストリリーフ８２における裏金層８４の第１の表面８４ａと裏金端面８７の接続部は、直線的に形成されて（すなわち角を形成して）いるが、これら接続部は、曲線的に形成されて（すなわちアールを付されて）いてもよい。
【0035】
（実施例１による作用）
上述したようにクランク軸からの軸線方向力ｆが半割スラスト軸受８の摺動面８１に入力するのとほぼ同時に、一方の半割スラスト軸受８の周方向端面８３と他方の半割スラスト軸受８の周方向端面８３とが衝突し、それにより、それら半割スラスト軸受８の周方向端面８３付近に衝撃的な負荷が加わる。なお、本実施例の構成とは異なり、図１に示すシリンダブロック２の下部に軸受キャップ３を取り付けて構成された軸受ハウジング４のうちシリンダブロック２の側面にだけ軸受孔５の周縁の円環状凹部である受座６が形成され、したがって軸受ハウジング４の一方の側面にただ１つの半割スラスト軸受が配置される場合には、半割スラスト軸受８の周方向端面８３は、軸受キャップ３の端面（分割面）と衝突し、それにより半割スラスト軸受８の周方向端面８３付近に衝撃的な負荷が加わる。
上述したようにクランク軸からの軸線方向力ｆが半割スラスト軸受８の摺動面８１に入力するのとほぼ同時に、一方の半割スラスト軸受８の周方向端面８３と他方の半割スラスト軸受８の周方向端面８３とが衝突し、それにより、それら半割スラスト軸受８の周方向端面８３付近に衝撃的な負荷が加わる。なお、本実施例の構成とは異なり、図１に示すシリンダブロック２の下部に軸受キャップ３を取り付けて構成された軸受ハウジング４のうちシリンダブロック２の側面にだけ軸受孔５の周縁の円環状凹部である受座６が形成され、したがって軸受ハウジング４の一方の側面にただ１つの半割スラスト軸受が配置される場合には、半割スラスト軸受８の周方向端面８３は、軸受キャップ３の端面（分割面）と衝突し、それにより半割スラスト軸受８の周方向端面８３付近に衝撃的な負荷が加わる。
【0036】
本実施例では、半割スラスト軸受の周方向端面８３の軸受合金端面８６に、固体潤滑部材８８が散在するように設けられているため、軸受合金端面８６が衝撃負荷を受けた際に微小滑りが生じ、軸受合金層８５に加わる負荷が緩和される。このため、スラストリリーフ表面８２ｓの領域やスラストリリーフ８２に隣接する摺動面８１の領域における軸受合金層８５には衝撃負荷が伝播し難く、したがってこれらの領域の軸受合金層８５に疲労が生じ難い。
【0037】
また本発明では、固体潤滑部材８８が軸受合金端面８６上に散在していることにより、スラスト軸受８の周方向端面８３に衝撃負荷が加わったとき、各固体潤滑部材は軸受合金端面８６内に押し込まれ、周囲を軸受合金により囲まれ拘束されるので、軸受合金端面８６に平行な方向への固体潤滑部材８８の変形が起き難く、固体潤滑部材８８は軸受合金端面８６からせん断され難い。
これに対して、本発明とは異なり軸受合金端面８６全面に固体潤滑部材を設けた場合、上述した軸受合金による周囲拘束作用がないため、固体潤滑部材の変形が大きく、固体潤滑部材に割れが発生し、軸受合金端面８６から容易にせん断される。
あるいは、予め固体潤滑部材の粒子が軸受合金端面８６と面一となるように埋収されていると、内燃機関を運転する際の熱で半割スラスト軸受８の軸受合金が固体潤滑部材８８よりも多く熱膨張するため、軸受合金端面８６に対して固体潤滑部材の表面が窪んだ状態となり、本発明と同じ作用が得られない。
これに対して、本発明とは異なり軸受合金端面８６全面に固体潤滑部材を設けた場合、上述した軸受合金による周囲拘束作用がないため、固体潤滑部材の変形が大きく、固体潤滑部材に割れが発生し、軸受合金端面８６から容易にせん断される。
あるいは、予め固体潤滑部材の粒子が軸受合金端面８６と面一となるように埋収されていると、内燃機関を運転する際の熱で半割スラスト軸受８の軸受合金が固体潤滑部材８８よりも多く熱膨張するため、軸受合金端面８６に対して固体潤滑部材の表面が窪んだ状態となり、本発明と同じ作用が得られない。
【0038】
なお、本実施例とは異なり、軸受合金端面８６における固体潤滑部材８８の面積率が１％未満であると、衝撃負荷を受けた際に微小な滑りがおこって衝撃負荷を緩和する作用が不十分であり、一方、面積率が３０％を越えると固体潤滑部材８８が軸受合金端面８６からせん断され易くなる場合がある。
【0039】
（軸受合金層及び裏金層の寸法）
図５は、半割スラスト軸受８の周方向端部８３近傍を、内側（図４のＹＩ矢視方向）から見た側面の断面図である。
乗用車用等の小型内燃機関のクランク軸（ジャーナル部の直径が３０～１００ｍｍ程度）に使用する場合、摺動面８１が形成される領域において、半割スラスト軸受８の厚さＴは１．５～３．５ｍｍであり、裏金層８４の厚さＴＢは１．１～３．２ｍｍであり、軸受合金層８５の厚さＴＡは０．１ｍｍ～０．７ｍｍである。摺動面８１が形成される領域において、裏金層８４の厚さＴＢおよび軸受合金層８５の厚さＴＡは、一定とすることが好ましい。
また図５及び６に示すように、スラストリリーフ８２が形成された領域において、軸受合金層８５および裏金層８４の厚さは、周方向中央側から周方向端面８３に向かって小さくなっている。周方向端面８３での軸受合金端面８６の軸線方向長さ（厚さ）Ｔ２は、０．０５～０．６ｍｍとすることが好ましい。
図５は、半割スラスト軸受８の周方向端部８３近傍を、内側（図４のＹＩ矢視方向）から見た側面の断面図である。
乗用車用等の小型内燃機関のクランク軸（ジャーナル部の直径が３０～１００ｍｍ程度）に使用する場合、摺動面８１が形成される領域において、半割スラスト軸受８の厚さＴは１．５～３．５ｍｍであり、裏金層８４の厚さＴＢは１．１～３．２ｍｍであり、軸受合金層８５の厚さＴＡは０．１ｍｍ～０．７ｍｍである。摺動面８１が形成される領域において、裏金層８４の厚さＴＢおよび軸受合金層８５の厚さＴＡは、一定とすることが好ましい。
また図５及び６に示すように、スラストリリーフ８２が形成された領域において、軸受合金層８５および裏金層８４の厚さは、周方向中央側から周方向端面８３に向かって小さくなっている。周方向端面８３での軸受合金端面８６の軸線方向長さ（厚さ）Ｔ２は、０．０５～０．６ｍｍとすることが好ましい。
【0040】
（軸受合金層の材質）
軸受合金は、従来から既知のＣｕ軸受合金やＡｌ軸受合金を用いることができる。例えば、Ｃｕ軸受合金は、Ｓｎ、Ｐ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ａｇ、Ｂｉ、Ｐｂから選ばれる１種以上の成分を含むＣｕ合金であればよい。Ａｌ軸受合金は、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｖから選ばれる１種以上の成分を含むＡｌ合金であればよい。なお、Ｃｕ軸受合金およびＡｌ軸受合金は、上記に示す以外の成分を含むようにすることもできる。
軸受合金は、従来から既知のＣｕ軸受合金やＡｌ軸受合金を用いることができる。例えば、Ｃｕ軸受合金は、Ｓｎ、Ｐ、Ｎｉ、Ｚｎ、Ｆｅ、Ａｇ、Ｂｉ、Ｐｂから選ばれる１種以上の成分を含むＣｕ合金であればよい。Ａｌ軸受合金は、Ｓｉ、Ｓｎ、Ｃｕ、Ｆｅ、Ｃｒ、Ｍｇ、Ｍｎ、Ｚｒ、Ｔｉ、Ｖから選ばれる１種以上の成分を含むＡｌ合金であればよい。なお、Ｃｕ軸受合金およびＡｌ軸受合金は、上記に示す以外の成分を含むようにすることもできる。
【0041】
（裏金層の材質）
裏金層は、０．０３～０．３５質量％の炭素を含有するＦｅ合金を用いることができる。
さらに、裏金層の組成は、０．０３～０．３５質量％のＣ、０．４質量％以下のＳｉ、１質量％以下のＭｎ、０．０４質量％以下のＰ、０．０５質量％以下のＳを含み、残部がＦｅ及び不可避不純物であることが好ましい。
なお、裏金層の組成は、上記組成に限定されないで他のＦｅ合金であってもよい。
裏金層は、０．０３～０．３５質量％の炭素を含有するＦｅ合金を用いることができる。
さらに、裏金層の組成は、０．０３～０．３５質量％のＣ、０．４質量％以下のＳｉ、１質量％以下のＭｎ、０．０４質量％以下のＰ、０．０５質量％以下のＳを含み、残部がＦｅ及び不可避不純物であることが好ましい。
なお、裏金層の組成は、上記組成に限定されないで他のＦｅ合金であってもよい。
【0042】
（固体潤滑部材の面積率の測定）
半割スラスト軸受８の周方向端面８３の軸受合金端面８６における固体潤滑部材８８の面積率は、ＥＰＭＡ（電子線マイクロアナライザー）を用い、倍率５０００倍で軸受合金端面８６の複数箇所（例えば３箇所以上）について成分の定量分析を行うことで確認できる。定量分析における検出元素として、固体潤滑部材を構成する元素（例えばＭｏＳ２の場合は、Ｍｏ元素、Ｓ元素）及び軸受合金に含まれる成分元素（例えばＡｌ軸受合金の場合は、Ａｌ元素、Ｓｉ元素、Ｓｎ元素等）を選択し、これら元素の特性Ｘ線強度をＺＡＦ補正計算法により質量濃度に変換した後、体積濃度に変換する。各測定箇所での固体潤滑部材を構成する元素の合計の体積濃度が、固体潤滑部材の体積濃度であり、各測定箇所でのこの体積濃度の値を算術平均して固体潤滑部材８８の面積割合が確認できる。なお、軸受合金が固体潤滑部材と同じ元素を含む組成である場合には、上記固体潤滑部材の元素の体積濃度の値から、軸受合金に含まれる固体潤滑部材と同じ元素の体積濃度分を除いた値が、固体潤滑部材８８の面積割合となる。この定量分析は、倍率は５０００倍に限定されないで、例えば５０００倍を超える倍率で行なってもよい。
なお、後述する半割スラスト軸受８の周方向端面８３の、軸受合金端面８６に隣接する裏金端面８７における固体潤滑部材８８の面積率も同様の方法で測定することができる。
半割スラスト軸受８の周方向端面８３の軸受合金端面８６における固体潤滑部材８８の面積率は、ＥＰＭＡ（電子線マイクロアナライザー）を用い、倍率５０００倍で軸受合金端面８６の複数箇所（例えば３箇所以上）について成分の定量分析を行うことで確認できる。定量分析における検出元素として、固体潤滑部材を構成する元素（例えばＭｏＳ２の場合は、Ｍｏ元素、Ｓ元素）及び軸受合金に含まれる成分元素（例えばＡｌ軸受合金の場合は、Ａｌ元素、Ｓｉ元素、Ｓｎ元素等）を選択し、これら元素の特性Ｘ線強度をＺＡＦ補正計算法により質量濃度に変換した後、体積濃度に変換する。各測定箇所での固体潤滑部材を構成する元素の合計の体積濃度が、固体潤滑部材の体積濃度であり、各測定箇所でのこの体積濃度の値を算術平均して固体潤滑部材８８の面積割合が確認できる。なお、軸受合金が固体潤滑部材と同じ元素を含む組成である場合には、上記固体潤滑部材の元素の体積濃度の値から、軸受合金に含まれる固体潤滑部材と同じ元素の体積濃度分を除いた値が、固体潤滑部材８８の面積割合となる。この定量分析は、倍率は５０００倍に限定されないで、例えば５０００倍を超える倍率で行なってもよい。
なお、後述する半割スラスト軸受８の周方向端面８３の、軸受合金端面８６に隣接する裏金端面８７における固体潤滑部材８８の面積率も同様の方法で測定することができる。
【0043】
（固体潤滑部材の被覆方法）
固体潤滑部材の被覆方法として、一般的な投射法等を用いて、軸受合金端面８６を固体潤滑部材８８で被覆することが可能である。固体潤滑部材８８の固体潤滑剤粒子を室温もしくは固体潤滑剤が分解しない温度に加熱した状態で圧縮気体の力により周方向端面８６に衝突させ被覆する一般的な投射法を用いて、固体潤滑剤の粒子径、投射速度、投射時間、圧縮気体圧力等の条件の調整により半割スラスト軸受８の周方向端面８３の軸受合金端面８６、または、軸受合金端面８６およびこれに隣接する裏金端面８７の所定の領域にも固体潤滑剤を散在するように被覆させることができる。
固体潤滑部材の被覆方法として、一般的な投射法等を用いて、軸受合金端面８６を固体潤滑部材８８で被覆することが可能である。固体潤滑部材８８の固体潤滑剤粒子を室温もしくは固体潤滑剤が分解しない温度に加熱した状態で圧縮気体の力により周方向端面８６に衝突させ被覆する一般的な投射法を用いて、固体潤滑剤の粒子径、投射速度、投射時間、圧縮気体圧力等の条件の調整により半割スラスト軸受８の周方向端面８３の軸受合金端面８６、または、軸受合金端面８６およびこれに隣接する裏金端面８７の所定の領域にも固体潤滑剤を散在するように被覆させることができる。
【0044】
本実施例では、半割軸受７と半割スラスト軸受８が分離しているタイプの軸受装置１について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、半割軸受７と半割スラスト軸受８が一体化したタイプの軸受装置１にも適用できる。また、半割スラスト軸受８は、軸受合金層８５の摺動面８１や、スラストリリーフ表面８２ｓおよび／または裏金層８４の第２の表面８４ｂに、固体潤滑部材が散在するように被覆することもできる。
【0045】
以上、図面を参照して、本発明の実施例を詳述してきたが、具体的な構成はこの実施例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない程度の設計的変更は本発明に含まれる。
【実施例2】
【0046】
実施例２の半割スラスト軸受８では、裏金端面８７の、軸受合金端面８６に隣接する領域８９にも固体潤滑部材が散在するように形成されており、その他の構成は、実施例１と同じである。
具体的には、本実施例では、軸受合金端面８６に加えて、裏金端面８７の、軸受合金端面８６から所定の軸線方向距離Ｔ３までの範囲８９にも固体潤滑部材８８が散在しており、この軸線方向距離Ｔ３は、周方向端面における裏金端面８７の軸線方向長さＴ２の２５％～５０％である（図１２）。
裏金層８４の裏金端面８７のスラストリリーフ表面８２ｓ側に固体潤滑部材８８を形成することで、微小すべりが発生し、軸受合金端面８６に隣接する裏金端面８７の領域８９においても衝撃負荷が緩和される。
一方、裏金層８４の裏金端面８７の背面側（スラストリリーフ表面８２ｓと反対側）では、裏金端面８７のみが露出しているため、衝撃負荷は、主に裏金端面８７のうち軸受合金層８５から離間した領域に加わる。このため、スラストリリーフ表面８２ｓの領域やスラストリリーフ８２に隣接する摺動面８１の領域における軸受合金層８５には衝撃負荷が伝播し難く、したがってこれらの領域の軸受合金層８５に疲労が生じ難い。
また、裏金層８４の表面（裏金端面８７）は、軸受合金層８５の表面（軸受合金端面８６）に比べて、相手部材と衝撃的に接する際の摩擦力が高い。このため、衝撃負荷を受けた際に微小すべりが発生し易くなるように、裏金端面８７上の、軸受合金端面から所定の軸線方向距離Ｔ３までの範囲８９内における固体潤滑部材８８の面積率（ＡＲ２）は、軸受合金端面８６における固体潤滑部材８８の面積率（ＡＲ１）の１．５～２．５倍（ＡＲ２／ＡＲ１＝２～５）であることが好ましい。
裏金端面８７上の、軸受合金端面から所定の軸線方向距離Ｔ３までの範囲８９内における固体潤滑部材８８の面積率が軸受合金端面８６における固体潤滑部材８８の面積率の１．５倍未満であると、裏金端面８７においても衝撃負荷を緩和する作用が十分に得られ難い場合があり、また２．５倍を超えると、固体潤滑部材８８が裏金端面８７からせん断され易くなる場合がある。
具体的には、本実施例では、軸受合金端面８６に加えて、裏金端面８７の、軸受合金端面８６から所定の軸線方向距離Ｔ３までの範囲８９にも固体潤滑部材８８が散在しており、この軸線方向距離Ｔ３は、周方向端面における裏金端面８７の軸線方向長さＴ２の２５％～５０％である（図１２）。
裏金層８４の裏金端面８７のスラストリリーフ表面８２ｓ側に固体潤滑部材８８を形成することで、微小すべりが発生し、軸受合金端面８６に隣接する裏金端面８７の領域８９においても衝撃負荷が緩和される。
一方、裏金層８４の裏金端面８７の背面側（スラストリリーフ表面８２ｓと反対側）では、裏金端面８７のみが露出しているため、衝撃負荷は、主に裏金端面８７のうち軸受合金層８５から離間した領域に加わる。このため、スラストリリーフ表面８２ｓの領域やスラストリリーフ８２に隣接する摺動面８１の領域における軸受合金層８５には衝撃負荷が伝播し難く、したがってこれらの領域の軸受合金層８５に疲労が生じ難い。
また、裏金層８４の表面（裏金端面８７）は、軸受合金層８５の表面（軸受合金端面８６）に比べて、相手部材と衝撃的に接する際の摩擦力が高い。このため、衝撃負荷を受けた際に微小すべりが発生し易くなるように、裏金端面８７上の、軸受合金端面から所定の軸線方向距離Ｔ３までの範囲８９内における固体潤滑部材８８の面積率（ＡＲ２）は、軸受合金端面８６における固体潤滑部材８８の面積率（ＡＲ１）の１．５～２．５倍（ＡＲ２／ＡＲ１＝２～５）であることが好ましい。
裏金端面８７上の、軸受合金端面から所定の軸線方向距離Ｔ３までの範囲８９内における固体潤滑部材８８の面積率が軸受合金端面８６における固体潤滑部材８８の面積率の１．５倍未満であると、裏金端面８７においても衝撃負荷を緩和する作用が十分に得られ難い場合があり、また２．５倍を超えると、固体潤滑部材８８が裏金端面８７からせん断され易くなる場合がある。
【実施例3】
【0047】
例えば図９及び１０に示すように、位置決め及び回転止めのために、半径方向外側に突出する突出部８ｐを備える半割スラスト軸受８’に本発明を適用することもできる。さらに、この半割スラスト軸受８’の円周方向長さは、実施例１に示す半割スラスト軸受８よりも所定の長さＳ１だけ短くてもよい。また、半割スラスト軸受８’は、周方向端部８３近傍において内周面を半径Ｒの円弧状に切り欠くこともできる。同様に、半割スラスト軸受８’の摺動面側の径方向外側縁部や径方向内側縁部に、周方向に亘って面取りを形成するもこともできる。
【実施例4】
【0048】
図１１に示すように、実施例４による半割スラスト軸受８’’は、摺動面８１と反対側の背面（裏金層８４の第２表面８４ｂ）の周方向両端部にもスラストトリリーフに似た形状の背面リリーフ９０を有することができる。なお、この場合に、裏金層８４の厚さは背面リリーフ９０を形成しなかった場合の第２の表面８４ｂから測定される厚さとして定義される。
あるいは背面リリーフ９０は、摺動面８１と平行な平面を有するように構成することもできる。
なお、図１１に示すように背面リリーフ９０のリリーフ長さＬ３は、上述したスラストリリーフ８２のスラストリリーフ長さＬ１より大きいが、これに限定されるものではなく、スラストリリーフ長さＬ１と同じであってもよく、あるいはスラストリリーフ長さＬ１よりも小さくてもよい。
あるいは背面リリーフ９０は、摺動面８１と平行な平面を有するように構成することもできる。
なお、図１１に示すように背面リリーフ９０のリリーフ長さＬ３は、上述したスラストリリーフ８２のスラストリリーフ長さＬ１より大きいが、これに限定されるものではなく、スラストリリーフ長さＬ１と同じであってもよく、あるいはスラストリリーフ長さＬ１よりも小さくてもよい。
【0049】
また実施例１では、軸受装置１に半割スラスト軸受８を４つ使用しているが、本発明はこれに限定されるものではなく、少なくとも１つの本発明による半割スラスト軸受８を使用することで所望の効果を得ることができる。また、本発明による半割スラスト軸受８と従来のスラスト軸受を対として構成した円環形状のスラスト軸受を使用してもよい。さらに、本発明の軸受装置１において、半割スラスト軸受８は、クランク軸を回転自在に支承する半割軸受７の軸線方向の一方又は両方の端面に一体に形成されてもよい。
【符号の説明】
【0050】
Ｌ１ 径方向内側端部におけるスラストリリーフ長さ
ＲＤ１ 周方向端面におけるスラストリリーフ深さ
１ 軸受装置
４ 軸受ハウジング
７ 半割軸受
８ 半割スラスト軸受
１１ ジャーナル部
１２ スラストカラー
７１ 潤滑油溝
７２ 貫通孔
７３ クラッシュリリーフ
８１ 摺動面
８２ スラストリリーフ
８２ｓ スラストリリーフ表面
８３ 周方向端面
８４ 裏金層
８４ａ 第１の表面
８４ｂ 第２の表面
８５ 軸受合金層
８６ 軸受合金端面
８７ 裏金端面
８８ 固体潤滑部材
８９ 裏金端面の所定の範囲
９０ 背面リリーフ
ＲＤ１ 周方向端面におけるスラストリリーフ深さ
１ 軸受装置
４ 軸受ハウジング
７ 半割軸受
８ 半割スラスト軸受
１１ ジャーナル部
１２ スラストカラー
７１ 潤滑油溝
７２ 貫通孔
７３ クラッシュリリーフ
８１ 摺動面
８２ スラストリリーフ
８２ｓ スラストリリーフ表面
８３ 周方向端面
８４ 裏金層
８４ａ 第１の表面
８４ｂ 第２の表面
８５ 軸受合金層
８６ 軸受合金端面
８７ 裏金端面
８８ 固体潤滑部材
８９ 裏金端面の所定の範囲
９０ 背面リリーフ
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13A】
【図13B】
