(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクシャフトのジャーナル部分を回転自在に支持する主軸受けの内周面に、クランクシャフトの正規の中心軸線に平行で平坦な周面を加工した上で、その一部にエンジンの運転中に同主軸受け面に作用する前記ジャーナルの傾きと偏荷重の度合いに応じてその傾き方向に沿って漸次深くなるように切削したこと
を特徴とするクランクジャーナルの軸受け装置。
【請求項２】
前記主軸受けが上下に二分割された半円筒形の平軸受けメタルを備え、下側平軸受けメタルの内周面を前記ジャーナルの軸線方向に対し傾斜した方向に漸次切削したこと
を特徴とする請求項１記載のクランクジャーナルの軸受け装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ディーゼルエンジンやガソリンエンジンなどの往復動内燃機関や往復動外燃機関や往復ポンプや往復圧縮機などの往復動機械において、回転運動と往復運動とを相互に変換するためのクランクシャフトのジャーナル（クランクジャーナル：主軸ともいう）を回転自在に支持するための主軸受け装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
図６に示すように、クランク機構１０は、一般的にクランクシャフト１１とそのクランクジャーナル（回転主軸）１２の部分を回動自在に支持する主軸受装置から構成されている。主軸受装置は、一般的に上下に二分割された半円筒形の平軸受けメタル３・４（図３参照）を備えている。そして主軸受装置に回動自在に支持されるクランクジャーナル１２・１２間において、軸方向に間隔をあけて一対の相対向するクランクウエブ（クランクアーム）１５がクランクジャーナル１２端に一体に連結され、これらのクランクウエブ１５・１５間がクランクジャーナル１２の連結位置と相反する（最も離間した）位置でクランクピン１４により連結されている。たとえばクロスヘッド型内燃機関の場合には、シリンダ（気筒）内のピストンにクロスヘッドピンを介して一端が連結されたコンロッドの他端がクランクピン１４に連結される。また、右端のクランクジャーナル１２の外周面端部には、入出力用の外向きフランジ５が一体に形成されている。なお、図中の符号２は軸受け台、３は下側平軸受けメタル、４は上側平軸受けメタル、６は軸受けキャップである。
【０００３】
ところで、近年、たとえば舶用機関のディーゼルエンジンにおいて、省燃費化を図るためにピストンのストロークを長くする、いわゆるロングストローク化を図る傾向が強い。これは、ロングストロークにすると、燃焼室内の燃焼ガスが新気と置き換わり易くなるために、燃焼状態が改善され熱効率が良好になるために省燃費化を図れるからに他ならない。しかしながら、その反面、クランクウエブが延長された分だけ変形し易くなり、クランクシャフトにシリンダ内の爆発力とピストンの慣性力が加わって一回転するたびにクランクシャフトが弾性変形して軸線方向Ｓ（図１参照）に対してクランクジャーナルが傾斜し、このジャーナルを支持する主軸受けの内周面には前記力とともにジャーナルとの片当たりによる大きな偏荷重が作用する。そして、この状態が継続すると、ジャーナル部分の外周面に接触して支持している主軸受けメタルが短期間で摩耗・損傷したり、主軸受けメタルの表面にライニング等がされている場合にはそれが剥げ落ちたりするおそれがある。
【０００４】
そこで、上記のような不都合を解消する対策として、下記の公報に記載の方法が提案されている。
【０００５】
▲１▼  特開平６−３０７４３０号：クランクシャフトの複数のジャーナルを支持する各主軸受けに作用する軸受け荷重に応じて各主軸受けの少なくとも高さをそれぞれ設定し、各主軸受けの強度・剛性をバランスよく維持する。
【０００６】
▲２▼  特開平９−１４４７５９号：二分割された半円筒状下側主軸受けメタルの下面側を支持する軸受けサドル（軸受け台）に多数の凹穴を設けることにより、クランクジャーナルの片当たりにより発生する高い油膜圧力を弾性変形させて分散平準化する。
【０００７】
▲３▼  実開平２−１３０４１９号：クランクシャフトの軸部をつづみ形に形成するとともに、軸受け部の軸線方向中央部付近を軸線とほぼ平行な直線部を有する筒状面とする一方、軸受け部の両側軸端部を軸部のつづみ形凹曲面に対してほぼ均一な隙間を形成する凸曲面とすることにより、低速回転時には中央部付近が油の保持能力を発揮するとともに、高速回転時には両側軸端部の均一な軸受け隙間が流路抵抗を低く抑えて軸受け部の冷却作用を向上させ、油の粘度を適正に保たせる。
【０００８】
▲４▼  特開平１０−２５９８１９号：軸線方向のスラスト力を受ける軸受け部において、クランク軸と接触する面をテーパ状に形成することにより、スラスト力により軸受け部が変形し、軸受け部の内面にクランク軸が局部当たりすることによる過大な面圧が発生するのを防止する。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記した各公報に記載の対応方法では、次のような不都合が残る。すなわち、
▲１▼  特開平６−３０７４３０号の場合、クランクジャーナルの傾斜による片当たりには効果が少ない。
【００１０】
▲２▼  特開平９−１４４７５９号の場合、主軸受けおよびその周辺の軸受け台などの強度が低下する。
【００１１】
▲３▼  実開平２−１３０４１９号の場合、主軸受けおよびクランク軸の構造が複雑になって、コストアップの要因になる。
【００１２】
▲４▼  特開平１０−２５９８１９号の場合、軸線方向のスラスト力を受ける軸受け部の軸受けが対象になるが、本発明の対象とするクランクジャーナルの傾斜への対応が目的でないので、そのまま適用できない。
【００１３】
この発明は上述の点に鑑みなされたもので、エンジン運転時にクランクシャフトが爆発力等を受けて弾性変形によりクランクジャーナルが傾斜し、主軸受けに偏荷重を及ぼすおそれがある場合にその受圧面をクランクジャーナルの傾斜と偏荷重に応じて拡大し、荷重力を分散平準化し、長期間安定してエンジンを運転でき、構造が簡単で製作が容易なクランクジャーナルの軸受け装置を提供しようとするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために本発明に係るクランクジャーナルの軸受け装置は、クランクシャフトのジャーナル部分を回転自在に支持する主軸受けの内周面に、クランクシャフトの正規の中心軸線に平行で平坦な周面を加工した上で、その一部にエンジンの運転中に同主軸受け面に作用する前記ジャーナルの傾きと偏荷重の度合いに応じてその傾き方向に沿って漸次深くなるように切削したことを特徴とするものである。
【００１５】
上記の構成を有する請求項１記載のクランクジャーナルの軸受け装置によれば、たとえばエンジンのシリンダからの爆発力を受けてクランクジャーナルが主軸受けに対して傾斜しても、このジャーナルの傾斜方向に沿って主軸受けの内周面が切削されているので、ジャーナルは主軸受けの傾斜切削された内周面で支持されているから、荷重力は分散平準化され、局部的に過大な荷重が主軸受けに作用する、いわゆる片当たりがない。つまり、クランクシャフトの各ジャーナルが正規の軸線方向に対して一方へ傾斜しても、主軸受けの内周面にほぼ均等に荷重が作用する面があるで、短期間で主軸受けが摩耗したり損傷したりすることがなく、長期にわたり安定して使用できる。
【００１７】
また、上記の構成により、クランクシャフトが一回転する間に弾性変形してクランクジャーナルが傾斜することにより片当たりが生じ主軸受けの内周面に偏荷重を及ぼす際にはその荷重方向に沿って漸次深くなるように切削加工した切削部でクランクジャーナルを支持することで、偏荷重を分散平準化して支持する一方、その偏荷重状態はクランクシャフトが一回転するうちの一瞬（一時的）であることから、それ以外のときのクランクジャーナルが小さな傾斜で中心軸線にほぼ平行な状態で回転する（一回転のうち中心軸線にほぼ平行な状態で回転する方が時間的に長い）際には、中心軸線に平行で平坦な周面でクランクジャーナルを回転可能に支持できる。したがって、クランクジャーナルがいずれの状態であっても主軸受けの内周面と片当たりを生じにくく、長期間安定してクランクジャーナルを回転自在に支持することができる。
【００１８】
請求項２に記載のように、前記主軸受けが上下に二分割された半円筒形の平軸受けメタルを備え、下側平軸受けメタルの内周面を前記ジャーナルの軸線方向に対し傾斜した方向に漸次切削することができる。
【００１９】
請求項２記載の軸受け装置によれば、上下の平軸受けメタルのうち下側平軸受けメタルだけに切削加工を施してもよく、また、あらかじめ切削加工を施した下側平軸受けメタルを準備しておけば、下側平軸受けメタルが摩損したときにすぐに交換できる。なお、上下の平軸受けメタルのうち摩損し易いのが下側平軸受けメタルであるのは上記したとおり、シリンダ内の爆発力とピストンの慣性力がクランクジャーナルの荷重に加わって下側平軸受けメタルに作用するからである。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係るクランクジャーナルの軸受け装置について実施の形態を図面に基づき説明する。
【００２１】
図１（ａ）は本発明の実施例に係る軸受け装置の下側平軸受けメタルを取り外して上方から見た拡大斜視図で、図１（ｂ）は本発明の別の実施例に係る軸受け装置の下側平軸受けメタルを取り外して上方から見た拡大斜視図である。図２は図１の軸受け装置の全体を示す断面図で、図４に示す大型船舶用２サイクルディーゼルエンジンのクランクシャフトの一つのジャーナルを支持する主軸受け装置のＡ部を表している。図３は主軸受け装置の二分割された軸受けメタルを取り出して示す斜視図である。図４はクランクシャフトの一つのジャーナルを支持する大型船舶用２サイクルディーゼルエンジンの主軸受け装置の周辺を一部を省略して示す断面図である。図５は本発明の実施例に係るクランクジャーナルの軸受け装置を備えた大型船舶用２サイクルディーゼルエンジンの一部を切り欠いて示す斜視図である。
【００２２】
図４・図５に示すように、本例のクランク機構１０は直列６気筒の大型船舶用２サイクルディーゼルエンジン用で、クランクシャフト１１はシリンダ１９内を上下方向に往復動する各ピストン１８から下方に延設されたピストンロッド１７の下端に一端部がクロスヘッドピン１６を介して接続されたコンロッド１３の他端部をクランクピン１４を介して連結する複数組のクランクウエブ１５を備えている。また、クランクウエブ１５の一端にはクランクジャーナル（クランク軸）１２が配置され、各クランクジャーナル１２の周囲を、図３のように上下に二分割された半円筒状の平軸受けメタル３・４が回転自在に支持する。平軸受けメタル３・４の内周面には、とくに上側に潤滑油供給用の長溝３ａ・４ａが刻設されている。
【００２３】
図２に示すように、主軸受け装置１は軸受け台２の半円形凹状部２ａ上に、下側平軸受けメタル３が嵌合され、この平軸受けメタル３上にクランクジャーナル１２を支持した状態で、上側平軸受けメタル４が被せられている。さらに、上側平軸受けメタル４上に軸受けキャップ６が被せられ、締結ボルト７のねじ部に螺合するナット８により緊締されている。
【００２４】
さて、本発明の特徴部分である平軸受けメタル３・４の内周面、とくに下側平軸受けメタル３の内周面には、図１（ａ）に示すように、エンジンの運転時にクランクシャフト１１が弾性変形してクランクジャーナル１２が傾斜する方向に、つまり本例の場合には中心軸線Ｓに対してα°後方左側へ下向きに傾斜した方向Ｌに沿って漸次切削深さが深くなるように連続しかつ滑らかに（段差ができないように）切削されている。この切削部３ｂを示す、図１（ａ）の円弧状線ｈは等高線を表しており、各等高線ｈ間の切削深さの差は、本例では０．０５ｍｍである。本例の場合、図１（ａ）から明らかなように、下側軸受けメタル３の内周面上の中立位置（０°）から時計方向（左側）へ４５°の位置の後端側縁部が切削量０．３ｍｍで最大の切削量、つまり最薄肉部になっており、ジャーナル１２の片当たりによる偏荷重が最大になるのに対応している。このときの、傾斜角αは０．１４°である。
【００２５】
また、下側平軸受けメタル３の内周面には、上記のようにクランクジャーナル１２の傾斜方向Ｌに沿って軸受けメタル３の内周面に漸次深くなる切削部３ｂを切削加工するが、あらかじめ従来の一般的な平軸受けメタルと同様に中心軸線Ｓに平行で平坦な（外周面と内周面間の厚みが一定の）内周面３ｃを加工している。つまり、下側平軸受けメタル３の内周面における切削部３ｂは平坦な内周面３ｃの一部に設けており、切削部３ｂの占める割合は図１（ｂ）のように、クランクジャーナル１２の弾性変形による傾きと偏荷重によって変更している。つまり、図１（ｂ）は図１（ａ）に比べてクランクジャーナル１２の傾きは大きいが、片当たりによる偏荷重が少ない場合の実施例である。
【００２６】
さらに、上側平軸受けメタル４については、上記と同様な切削部を前記切削部３ｂと点対称に設ける場合と全く設けない場合とがあり、これについてもクランクシャフト１１の弾性変形の態様に応じて変更する。
【００２７】
ところで、上記のように切削部３ｂを下側平軸受けメタル３の平坦な内周面３ｃの一部に設けるが、これは、クランクシャフト１１が一回転する間に弾性変形してクランクジャーナル１２が傾斜することにより偏荷重を及ぼすのは一瞬（一時的）であり、それ以外のときは傾斜も小さく中心軸線Ｓにほぼ平行な状態で回転しているからで、一回転のうち中心軸線Ｓにほぼ平行な状態で回転する時間が長いことを考慮し、このときにもクランクジャーナル１２を十分に支持できるようにするためである。
【００２８】
本例の場合にはエンジンが６気筒を備えることから、クランクジャーナル１２を支持する主軸受け装置１は７カ所に配置されるが、クランクジャーナル１２の片当たりによる偏荷重がとくに大きく、軸受けメタルを摩損の可能性がある各主軸受け装置１の平軸受けメタル３・４についてクランクジャーナル１２の傾斜と偏荷重の度合いに応じて傾斜方向Ｌに切削部３ｂを加工している。
【００２９】
上記に本発明のクランクシャフトの軸受け装置に関する一実施例について説明したが、本発明の軸受け装置は、たとえば、上記した船舶用ディーゼルエンジンのほか、４サイクルエンジンや自動車用ディーゼルエンジンその他の内燃機関および外燃機関をはじめ、往復圧縮機や往復ポンプなどの往復動機械において往復運動と回転運動との間の変換機構としての各種クランクシャフトの軸受け装置に適用できることは言うまでもない。
【００３０】
【発明の効果】
以上に説明したことから明らかなように、本発明のクランクシャフトの軸受け装置には、次のような優れた効果がある。
【００３１】
（１）主軸受けの内周面にクランクジャーナルの傾きと偏荷重の度合いに応じて切削部を設けるだけであるので、構造が簡単で製作が容易であり、比較的安価に製作できる。
【００３２】
（２）ジャーナルは主軸受けの内周面でほぼ全体的に支持されているから、荷重力は分散平準化され、局部的に過大な荷重が主軸受けに作用することがない。つまり、クランクの各ジャーナルが正規の軸線方向に対して一方へ傾斜しても、主軸受けの傾斜した内周面にほぼ均等に荷重が作用するので、クランクジャーナルとの片当たりによる偏荷重で主軸受けが摩耗したり損傷したりすることがなく、長期にわたり安定して使用できる。
【００３３】
（３）また上記したように、クランクシャフトが一回転する間に弾性変形してクランクジャーナルが傾斜することにより片当たりを生じて主軸受けの内周面に偏荷重を及ぼす際にはその傾斜方向に沿って漸次深くなるように切削加工した切削部でクランクジャーナルを支持するので、偏荷重を分散平準化でき、さらにその偏荷重状態はクランクシャフトが一回転するうちの一瞬であるので、それ以外のときのクランクジャーナルが傾斜せずに中心軸線に平行な状態で回転する際にも、中心軸線に平行で平坦な周面でクランクジャーナルを回転可能に支持できるから、主軸受けの内周面が摩損しにくく、長期間安定してクランクジャーナルを回転自在に支持できる。
【００３４】
（４）請求項２記載の発明は、上下の平軸受けメタルのうち下側平軸受けメタルだけに切削加工を施してもよく、またあらかじめ切削加工を施した下側平軸受けメタルを準備しておくことにより、下側平軸受けメタルが摩損したときにすぐに交換できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１（ａ）は本発明の実施例に係る軸受け装置の下側平軸受けメタルを取り外して上方から見た拡大斜視図、図１（ｂ）は本発明の別の実施例に係る軸受け装置の下側平軸受けメタルを取り外して上方から見た拡大斜視図である。
【図２】図２は図１の軸受け装置の全体を示す断面図で、図４に示す大型船舶用２サイクルディーゼルエンジンのクランクシャフトの一つのジャーナルを支持する主軸受け装置のＡ部を表している。
【図３】主軸受け装置の二分割された軸受けメタルを取り出して示す斜視図である。
【図４】クランクシャフトの一つのジャーナルを支持する大型船舶用２サイクルディーゼルエンジンの主軸受け装置の周辺を一部を省略して示す断面図である。
【図５】本発明の実施例に係るクランクジャーナルの軸受け装置を備えた大型船舶用２サイクルディーゼルエンジンの一部を切り欠いて示す斜視図である。
【図６】従来の一般的な６気筒エンジン用クランク機構を示す正面図で、一部を断面で表している。
【符号の説明】
１  主軸受け装置
２  軸受け台
２ａ半円形凹状部
３  下側平軸受けメタル
３ｂ切削部
３ｃ平坦部
４  上側平軸受けメタル
５  入出力用外向きフランジ
６  軸受けキャップ
７  締結ボルト
８  ナット
１０  クランク機構
１１  クランクシャフト
１２  クランクジャーナル（クランク軸）
１３  コンロッド
１４  クランクピン
１５  クランクウエブ
１６  クロスヘッドピン
１７  ピストンロッド
１８  ピストン
１９  シリンダ
Ｓ  クランクシャフトの正規の中心軸線又はそれと平行な軸線
Ｌ  クランクジャーナルの傾斜方向又はそれと平行な切削中心軸線
α  ＳとＬとの傾斜角度
Ｚ  ＳとＬとの交点
【図１】
0003628644.tif 000002
【図２】
0003628644.tif 000003
【図３】
0003628644.tif 000004
【図４】
0003628644.tif 000005
【図５】
0003628644.tif 000006
【図６】
0003628644.tif 000007