(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
滑り軸受けにおいて、
略真円の軸受穴の表面には、流体潤滑条件の異なる領域が軸心から等角等方等距離に複数連続して備えるように内面加工されて成り、
該流体潤滑条件の異なる領域は、前記略真円の軸受穴の表面において、略真円の軸の表面とのクリアランスによって形成されるオイル流路内に、軸芯方向に向かう略凸状の狭い流路部が形成されるように真円度を変化させ、該狭い流路部で油圧変化を生じさせることで、
低回転領域から高回転領域まで高いセンタリング効果とノイズの発生を抑制することを特徴とする低振動形フローティングメタルベアリング。
【請求項２】
前記等角等方に穿設されるオイル供給孔の数が６個であり、
前記流体潤滑条件の異なる領域が、前記オイル流路内において軸芯に向かう略凸状の狭い流路部と、外周方向へ向かう略凹状の広い流路部とを穏やかに結ぶように真円度を変化させた領域であることを特徴とする請求項1に記載の低振動形フローティングメタルベアリング。
【請求項３】
前記流体潤滑条件の異なる領域が、軸心から等角等方等距離に６箇所であることを特徴とする前記請求項１または２に記載の、低振動形フローティングメタルベアリング。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸受けの技術に関し、詳しくは、滑り軸受けにおける軸受穴の表面に流体潤滑条件の異なる領域を軸心から等角等方的に複数備える内面加工を施すことによって、低回転領域から高回転領域まで高いセンタリング効果を発揮し、これによる振動抑制効果からノイズの発生を防止することを可能とする低振動形フローティングメタルベアリング技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
現代の産業界において、ベアリングの果たす役割は大きく、商品の性能や精度を決める重要な要素となっている。中でも、高温下や高負荷状態で高速回転を支持するベアリングでは、例え過酷な条件下でも一定の性能を維持しなければならない。ベアリングを大別すると滑り軸受けと転がり軸受けに分けられ、使用条件や目的などによって適する方が選択されるわけであるが、製品によっては、同一製品の同一部所においても双方が使い分けられることがある。【０００３】
例えば、自動車の内燃機関に用いられる排気タービン式過給機のタービン軸の軸受けには、フローティングメタルベアリングとボールベアリングが使い分けられている。フリクションなどの性能面ではボールベアリングの方が優れる点が多いものの、ボールベアリングタービンだと根本的に必要とするオイル量が多くなり、オイルラインのバンジョーボルト内などにオリフィスを取り付けて油量を抑制しないと、油量過多による諸問題が発生する。また、タービンの回転速度は20万rpmを超えるものもあり、高温の排気ガス（800 - 900℃）を直接受けるため、自然吸気に比べるとオイルが劣化しやすく、オイル管理のシビアなボールベアリングよりも、フローティングメタルが選ばれているものもある。また、製造コストもランニングコストもフローティングメタルベアリングの方が、経済的である。【０００４】
また、排気タービン式のターボチャージャーは、小排気量でも大幅な出力向上を図ることでき、特にディーゼルエンジンと相性が良いため、最近、小排気量化されたガソリンエンジンとターボチャージャーを組合せたエコカーや、排出ガスが抑えられたディーゼルエンジンにターボチャージャーを組み合わせたクリーンディーゼルなどが、ハイブリッドやＥＶ同様に注目されはじめている。【０００５】
従って、今後は、コストやオイル管理等の問題が少ないフローティングメタルベアリングが、ボールベアリング並みの摩擦特性や耐久性といった性能面の向上が図られることは、環境や資源などの社会的実情からも切に望まれるところである。ただし、滑り軸受けはボールベアリングに対してノイズ等の騒音が発生しやすいという大きな課題を未だに残している。高速で摺動する物質からノイズ等を取り除くという課題は一朝一夕に解決できるものではない。係る問題に対し、滑り軸受けの技術分野においては、フローティング化の技術開発などにより大幅な改善が図られてきたが、未だに十分なものとはいえない。【０００６】
このような社会的要望に応えるべく、従来からも種々の技術が提案されてきた。例えば、「一対のホイールを連結するロータリーシャフトを流体軸受によって回転可能に支持するターボチャージャーの軸受構造において、フローティングメタルの回転速度を抑制することにより、ロータリーシャフトのホワール振動に起因する騒音の発生を抑制することのできる軸受構造」（特許文献１参照）や、これと同様なものに「回転軸を一対の流体軸受によって回転可能に支持する軸受構造において、回転軸のホワール振動に起因する騒音の発生を抑制することのできる軸受構造」に関する技術が公知技術となっている（特許文献２参照）。【０００７】
係る上記の特許文献1及び特許文献2に記載されている発明は、いずれも騒音の発生を抑制するという目的において本発明のノイズを低減させるという目的と共通する。しかしながら、回転による相対滑り運動によって、潤滑流体膜に圧力（動圧）を発生させ，これによって負荷を支持する流体潤滑方式の軸受において、係る動圧による該メタルのセンタリング効果は、その動圧がフローティングメタルベアリング円周全体に作用するため、本発明と比較するとセンタリング効果が弱い。何故なら、軸の停止時から回転が始まっても、流れ込む流路の断面積が少ないために、大きな流速差が生じないからである。また、これらの先行技術はホワール振動を抑制するために、ブッシュフローティングメタルの回転を抑制するための構造（1つはオイル、１つはアウターブッシュ）ロータリーシャフトが内装するフローティングメタルを回転する軸方向に離間してそれぞれは位置するなど、構造が複雑であり、コスト的にも問題が残っている。【０００８】
更に先行する他の技術として、「タービンシャフトをベアリングハウジングにラジアル軸受及びスラスト軸受とブッシュを介して支持してなるターボチャージャにおいて，前記タービンロータ側はベアリングハウジングに保持された１個のラジアル軸受でシャフトを支持し，コンプレッサ側は前記シャフトと前記コンプレッサロータとの間に第１のブッシュ、ベアリングハウジングに固定されたスラスト軸受、第２のブッシュをこの順に挟みこみ、前記第１のブッシュに前記シャフトの外周面及び前記スラスト軸受の内周面の間に延びる円筒部を設け，前記スラスト軸受の前記円筒部に面する内周面に半月油溝を設け，該半月油溝にベアリングハウジング側の油穴からスラスト軸受に設けた油穴を介して潤滑油を供給するターボチャージャの軸受機構」に関する技術が公知技術となっている（特許文献３参照）。【０００９】
しかしながら、係る前記のターボチャージャーの軸受構造では、スラスト軸受、ラジアル軸受、複数のブッシュ、更には空気の加圧機構など、部品点数も多く、また、これらを納めるベアリングハウジングとしても、スペース的にもコスト的にも厳しいといえる。
また、ノイズを除去するための構成については何らの示唆も記載もない。【００１０】
従って、上記の先行技術によっては、これから求められる。フローティングメタルベアリングに期待される社会的要望に応えられるという解決には至っていない。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００８−１９０４９８号公報
【特許文献２】特開２００８−１１１５０２号公報
【特許文献３】実用新案登録公報第２５１７５４１号
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
そこで、本願発明者は、表面粗さや真円度など、様々な加工条件を見直して行く中で、高精度な真円度特性や表面粗さ特性を向上させても、なかなかノイズの発生、即ちそのノイズの原因となる振動の発生を抑えることが困難であったであった経緯から、軸受け穴の内面における真円度を多角形的に変化させることで、振動の発生を抑止できるのではないかという、着想の下に、真円度を種々変化させて繰り返し実験を行った結果、本発明の完成に至ったものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明は、滑り軸受けにおいて、軸芯から等角等方に穿設されるオイル供給孔を6箇所有し、略真円の軸受穴の表面には流体潤滑条件の異なる領域が軸心から等角等方等距離に少なくとも6箇所以上に複数連続して備えるように内面加工されて成り、該流体潤滑条件の異なる領域は、前記略真円の軸受穴の表面において、略真円の軸の表面とのクリアランスを変化させ、オイル流路内に軸芯方向に向かう略凸状の狭い流路部を形成し、該狭い流路部で油圧変化を生じさせることで、低回転領域から高回転領域まで高いセンタリング効果とノイズの発生を抑制することを特徴とする手段を採用した。
【００１４】
また本発明は、前記流体潤滑条件の異なる領域が、軸芯に向かう略凸状の狭い流路部と、外周方向へ向かう略凹状の広い流路部とを穏やかに結ぶようにクリアランスを変化させた領域であることを特徴とする手段を採用することもでき、また、前記流体潤滑条件の異なる領域が、軸心から等角等方等距離に６箇所である手段を採用することもできる。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係る低振動形フローティングメタルベアリングによれば、軸心から等角等方位置に複数の流体潤滑条件の異なる領域（軸の表面と軸受穴の内面とのクリアランス量を変化させることにより、狭い流路と広い流路を穏やかに結ぶ一つの領域）を軸心から等角等方的に複数連続して備える内面加工を施すことによって、低回転領域から高回転領域まで高いセンタリング効果と、不正振動や自励振動を起こししにくくするため、これらを原因とするノイズの発生を抑えることができるという優れた効果を発揮する。【００１６】
また、本発明に係る低振動形フローティングメタルベアリングによれば、滑り軸受けでありながら、ボールベアリング並の摩擦特性や耐久性といった性能的に優れた機能を発揮すると同時に、ボールベアリング等では必要となる油圧の制御や管理、その他特殊な部品を要することはい。【００１７】
前記センタリング効果は、回転が始まると同時に常に軸心に向かうように動圧が作用し、揺動を抑制する効果を発揮する。その結果、従来の円形同士から構成される通常のフローティングベアリングと比較した場合、回転抵抗が低減される。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明に係るフローティングメタルベアリングの概略説明図である。
【図２】本発明に係る軸受け穴の内面形状を示す真円度結果（１）である。
【図３】本発明に係る軸受け穴の内面形状を示す真円度結果（２）である。
【図４】本発明に係る軸受け穴の内面形状を示す真円度結果（３）である。
【図５】本発明に係る軸受け穴の内面形状を示す真円度結果（４）である。
【図６】本発明に係る軸受け穴の内面形状を示す真円度結果（５）である。
【図７】振動低減のための基本的着想を示す説明図である。
【図８】本発明に係る潤滑状態を説明するストライベック曲線のグラフである。
【図９】本発明に係るセンタリング機能説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
本発明は、軸の表面と軸受穴の内面とのクリアランス量を変化させることにより、狭い流路と広い流路との間を繰り返す表面加工を施したことを最大の特徴とする。
【００２０】
図１は、本発明に係る低振動形フローティングメタル１０の概略を説明する説明図であり、図１aは、斜視図である。図１（ｂ）は平面図及び、片断面側面図である。
図１に示されるように、外見からは、一見すると通常のフローティングメタルと何ら変わらない。外周縁中心には、等角等方にオイル供給孔３０が複数設けられている。なお、図示はしていないが、オイル供給溝を周設し、該オイル供給溝に該オイル孔「３０を設けるようにすることも有効である。なお、図１には、６個のオイル供給孔３０が表されているが、この数に限定されるものではなく、本発明の要部とも言うべき軸受穴４０の内径表面形状から生ずる効果が発揮される限りにおいて特に限定されるものではない。また、オイル供給孔３０の断面積やその他の要素によっても左右されるものではない。
【００２１】
図２から図６は、本発明に係る軸受穴４０の内面の真円度を測定した結果である。また、図2は、外周縁中心の真円度を測定したものであり、具体的には、片端面から内側へ４．１３ｍｍ入った位置を測定した結果を示している。
【００２２】
図３は、端面付近を測定したものであり、具体的には、片端面から０．８８ｍｍ内側へ入った位置を測定したものである。なお、反対端面の真円度については、図３とほぼ同様の結果となったので、省略する。
尚、図２から図６は、いずれも測定倍率を２０００倍としている。
【００２３】
図２及び図６に描かれている線はJIS  B7451にあるように、最も内側の円が最大高さ、最も外側の円は最大深さであり、その間に表されている円は、真円度の平均値を示したものである。最大高さと最大深さまでの真円度は図２では、４．８７μｍ、図３に示す端面付近は３．８３μｍであった。
なお、係る実験データに使用したメタルベアリングには、6個のオイル供給孔３０が設けられたものを用いている。ただし、これに特定されないのは上述の通りである。
【００２４】
図4は、真円度を追求したもので真円度が１．２８μｍである。他の図と比較すると明らかに真円度が高いことがわかる。しかし、振動計の測定では特段、振動減衰傾向は見られなかった。
【００２５】
図５は、真円度が乱れた状態を知るために、意図的に用意したものであり、通常の製品では品質確保の品質基準に達しない不良品レベルである。しかし、振動やノイズといった問題に対し、真円度の狂いは影響が少ないことがわかった。
【００２６】
図６は、等角等方に分割するには最も大分割となる三角形状となるように、１２０度開きで、動圧発生ポイントを設けた場合の真円度を表している。係る場合も前記同様に振動の発生は抑えられている。
【００２７】
なお、分割数は六角形状に配置するものが振動発生の抑制に貢献していた。
【００２８】
図８は、振動低減のための基本的着想を示す説明図である。図８（ａ）は縦軸に振動数（Ｇ）を、横軸には、算術平均粗さ（Ｒａ）を示している。グラフ上部に丸い印が横ばいに変化しているのは表面粗さを向上させても、ノイズの原因となる振動には影響しなかったことを示している。左側の表面はＲａ０．０６であり、右側はＲａ０．４付近である。
他方、グラフ左側の縦軸の変化、即ち振動の増減が○形状の真円度が高い○形状より多角形化していくと振動が減少することがわかる。
図８（ｂ）は、○形状における真円度を高めていくと却って振動が増加する現象を現している。左上が真円度０．８μｍ以下で、右下が真円度２．５から４μｍ］である。
【００２９】
図７は、本発明に係る低振動形フローティングメタルベアリング１０の潤滑状態を説明するために、一般的なストライベック曲線のグラフを利用したものである。図７に実線で描かれているグラフ線は、相対運動をする２面間における潤滑状態を説明するために、一般によく使用されるストライベック曲線であり、一点鎖線で描かれているのが、本発明に係る低振動形フローティングメタルベアリング１０の潤滑状態を実験結果を根拠とした仮想曲線である。
本発明に係る低振動形フローティングメタルベアリング１０は、振動を低減することができるため、振動による流体摩擦を軽減できるので、その差分の摩擦抵抗も減少するはずであるので、Ｓ２はその減少分が存在することを示している。また、後記に示す本発明の効果としてセンタリング性（自己求芯機能）の発揮が考えられ、回転に伴う動作流体による動圧が円周全体に作用することから、停止時の境界潤滑領域Ａから混合潤滑領域Ｂ、そして流体潤滑領域Ｃへの移行も低回転領域で進むもと考えられ、そのセンタリング作用による回転初期の摩擦減少分の存在をＳ１として示した。
【００３０】
図９は、本発明の効果であるセンタリング性（自己求芯機能）の説明図である。図９（ａ）は、くさび形すきまにおけるレイノルズ方程式から発生する圧力の分布であり、図９（ｂ）は、これを円周縁部に配置すると、回転により生じた圧力が等しく作用するため常に中心へ向かう圧力が等しく振動を抑え付ける作用が生じる。本発明の効果係るセンタリング機能によるものである。
【符号の説明】
【００３１】
１０  低振動形フローティングメタルベアリング
２０  オイル供給溝
３０  オイル供給孔
４０  軸受穴
Ｓ１  センタリング作用による回転初期の摩擦減少分
Ｓ２  センタリング作用による摩擦減少分
Ａ  境界潤滑領域
Ｂ  混合潤滑領域
Ｃ  流体潤滑領域
Ｐ  動圧
【要約】
フローティングメタルベアリングにおいて、低回転領域から高回転領域まで高いセンタリング効果を発揮し、これによる振動抑制効果からノイズの発生を防止すべく、軸受穴の表面に流体潤滑条件の異なる領域（軸の表面と軸受穴の内面とのクリアランス量を変化させることにより、狭い流路と広い流路を穏やかに結ぶ一つの領域）を軸心から等角等方的に複数連続して備える内面加工を施した。【図１】
0005477930.tif 000002
【図２】
0005477930.tif 000003
【図３】
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【図４】
0005477930.tif 000005
【図５】
0005477930.tif 000006
【図６】
0005477930.tif 000007
【図８】
0005477930.tif 000008
【図９】
0005477930.tif 000009
【図７】
0005477930.tif 000010