(57)【要約】【課題】摺動摩擦損失を低減しつつ異物排出性を向上させたスラスト軸受及び軸受装置を提供する。【解決手段】スラスト軸受の摺動面には、規定のすべり方向に沿って平面部とテーパ部とポケット部とが順に形成されている。テーパ部は、平面部の端部からすべり方向に向かうにつれて壁厚が徐々に薄くなるテーパ面によって構成される。ポケット部は、テーパ部の最薄部よりも更に壁厚が薄くなるように構成された底面と、テーパ部の側の第一側面と、第一側面と対向する側の第二側面と、を含んで構成される。テーパ部は、最薄部までの深さが１０μｍから８０μｍの間になるように構成される。ポケット部は、底面を延長した仮想面と第二側面との間の第一角度が９０°から１２０°の間になるように構成され、第一側面を延長した仮想面とテーパ面との間の第二角度が６０°から１２０°の間となるように構成される。【選択図】図４
2019108923.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
円環形状又は半割円環形状の摺動面を有するスラスト軸受であって、
前記スラスト軸受の前記摺動面には、規定のすべり方向に沿って平面部とテーパ部とポケット部とが順に形成され、
前記平面部は、壁厚が一定となる平面によって構成され、
前記テーパ部は、前記平面部の端部から前記すべり方向に向かうにつれて壁厚が徐々に薄くなるテーパ面によって構成され、
前記ポケット部は、
前記テーパ部の最薄部よりも更に壁厚が薄くなるように構成された底面と、
前記テーパ部の側に構成された第一側面と、
前記第一側面と対向する側に構成された第二側面と、を含んで構成され、
前記テーパ部は、前記平面部の前記平面から前記最薄部までの深さが１０μｍから８０μｍの間になるように構成され、
前記ポケット部は、
前記底面を延長した仮想面と前記第二側面との間の角度である第一角度が９０°から１２０°の間になるように構成され、前記第一側面を延長した仮想面と前記テーパ面との間の角度である第二角度が６０°から１２０°の間となるように構成されている
ことを特徴とするスラスト軸受。
【請求項２】
前記摺動面には、前記平面部、前記テーパ部及び前記ポケット部から構成される構造体が複数個連続して形成されていることを特徴とする請求項１に記載のスラスト軸受。
【請求項３】
前記ポケット部は、前記平面部の前記平面から前記ポケット部の前記底面までの深さが０．１ｍｍ以上となるように構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のスラスト軸受。
【請求項４】
前記スラスト軸受は、対象軸の径方向の力を受けるすべり軸受と一体に構成されたフランジ型の軸受として構成されていることを特徴とする請求項１乃至３の何れか１項に記載のスラスト軸受。
【請求項５】
内燃機関のクランクシャフトを支持するクランクシャフトの軸受装置であって、
前記軸受装置は、
軸受孔と、前記軸受孔の周囲に形成された受座と、を有し、前記クランクシャフトのジャーナルを前記軸受孔によって支持する軸受支持部と、
請求項１乃至４の何れか１項に記載のスラスト軸受と、を備え、
前記スラスト軸受は、前記クランクシャフトの回転方向と規定のすべり方向とが一致する向きで前記受座に配置されることを特徴とするクランクシャフトの軸受装置。
【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シャフトの軸線方向の力を受けるスラスト軸受及び軸受装置の構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、内燃機関のクランクシャフトの軸線方向の力を受けるスラスト軸受が知られている。例えば特許文献１には、クランクシャフトを軸線方向に支承する摺動面と、クランクシャフトの回転方向に向かって壁厚が薄くなるように形成された逆くさび面と、を一方の面に備えた半割円環形状の半割スラスト軸受が提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−２０２２９５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上述した逆くさび面のように、クランクシャフトのすべり方向に向かって軸受隙間が拡がるように構成されたテーパ面には、発生した負圧によって潤滑油が呼び込まれる。負圧が発生した摺動面では、潤滑油中に溶けていた空気が気泡となるキャビテーションと呼ばれる現象が発生する。キャビテーションが発生すると、流体のせん断抵抗が小さくなることによる摺動摩擦損失の低減効果が得られる。
【０００５】
しかしながら、このようなテーパ面を備えるスラスト軸受は、潤滑油とともに異物も摺動面に呼び込んでしまうという課題がある。上記従来のスラスト軸受では、潤滑油に混入する異物が逆くさび面によって形成される隙間によって軸受外部に排出されるとしている。しかしながら、本願発明者らの見解では、このような逆くさび面には負圧が発生するため、必ずしも異物が円滑に排出されるとは限らない。このように、負圧が発生するテーパ面を備えるスラスト軸受では、摺動摩擦損失を低減しつつ、潤滑油とともに呼び込まれた異物を効率よく排出することが望まれる。
【０００６】
本発明は、上述のような課題を解決するためになされたもので、摺動摩擦損失を低減しつつ異物排出性を向上させたスラスト軸受及び軸受装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
上記目的を達成するため、第１の発明は、円環形状又は半割円環形状の摺動面を有するスラスト軸受に適用される。スラスト軸受の摺動面には、規定のすべり方向に沿って平面部とテーパ部とポケット部とが順に形成されている。平面部は、壁厚が一定となる平面によって構成されている。テーパ部は、平面部の端部からすべり方向に向かうにつれて壁厚が徐々に薄くなるテーパ面によって構成されている。ポケット部は、テーパ部の最薄部よりも更に壁厚が薄くなるように構成された底面と、テーパ部の側に構成された第一側面と、第一側面と対向する側に構成された第二側面と、を含んで構成されている。テーパ部は、平面部の平面から最薄部までの深さが１０μｍから８０μｍの間になるように構成されている。そして、ポケット部は、底面を延長した仮想面と第二側面との間の角度である第一角度が９０°から１２０°の間になるように構成され、第一側面を延長した仮想面とテーパ面との間の角度である第二角度が６０°から１２０°の間となるように構成されている。
【０００８】
第２の発明は、第１の発明において、更に以下の特徴を有する。
摺動面には、平面部、テーパ部及びポケット部から構成される構造体が複数個連続して形成されている。
【０００９】
第３の発明は、第１又は第２の発明において、更に以下の特徴を有する。
ポケット部は、平面部の平面からポケット部の底面までの深さが０．１ｍｍ以上となるように構成されている。
【００１０】
第４の発明は、第１乃至第３の何れか１つの発明において、更に以下の特徴を有する。
スラスト軸受は、対象軸の径方向の力を受けるすべり軸受と一体に構成されたフランジ型の軸受として構成されている。
【００１１】
第５の発明は、内燃機関のクランクシャフトを支持するクランクシャフトの軸受装置に適用される。軸受装置は、軸受支持部と、第１乃至第４の何れか１つに記載のスラスト軸受と、を備えている。軸受支持部は、軸受孔と、軸受孔の周囲に形成された受座と、を有し、クランクシャフトのジャーナルを軸受孔によって支持するように構成されている。スラスト軸受は、クランクシャフトの回転方向と規定のすべり方向とが一致する向きで受座に配置される。
【発明の効果】
【００１２】
第１の発明によれば、平面部はスクイズ効果を生み出し、テーパ部はキャビテーションを発生させ、そしてポケット部は異物の捕捉効果を生み出す。負圧によってテーパ部に呼び込まれた異物は、ポケット部に捕捉される。第二側面は、流体の曲がり損失を生み出すことによって、異物をポケット部に捕捉する機能を発揮する。この曲がり損失は、ポケット部の第一角度が大きいほど大きくなる。第１の発明では、第一角度を９０°から１２０°の間にすることにより、ポケット部に捕捉された異物が平面部へと流れることを抑制することができる。また、第一側面は、ポケット部に負圧を生み出すことによって異物を呼び込む機能と、ポケット部の内部に乱流を生み出すことによって異物の戻りを防ぐ機能とを発揮する。ポケット部に発生する負圧は第二角度が大きいほど小さくなり、ポケット部に発生する乱流は第二角度が大きいほど大きくなる。第１の発明では、第二角度を６０°から１２０°の間にすることにより、ポケット部に異物を引き込む機能と異物の戻りを防ぐ機能の両立を図ることができる。
【００１３】
第２の発明によれば、スクイズ効果、キャビテーションの発生及び異物の捕捉効果を摺動面においてバランスよく発揮することができる。
【００１４】
テーパ面に引き込まれる異物のサイズは最大でも０．１ｍｍ程度である。このため、第３の発明によれば、最大サイズの異物をポケット部に捕捉した場合に異物の噛み込みを防ぐことが可能となる。
【００１５】
第４の発明によれば、スラスト軸受は、すべり軸受と一体に構成されたフランジ軸受として構成されている。このため、本発明によれば、部品点数を削減することができる。
【００１６】
第５の発明によれば、クランクシャフトの回転方向と規定のすべり方向とが一致する向きでスラスト軸受が配置される。このため、本発明の軸受装置によれば、クランクシャフトとの摺動摩擦損失を低減しつつ異物排出性を向上させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施の形態１に係るクランクシャフトの軸受装置が適用された内燃機関のエンジン本体の構成を示す図である。
【図２】図１におけるクランクシャフトの軸受部Ａを拡大した図である。
【図３】図２における軸受部をＢ−Ｂ線に沿って切断してクランクシャフトの軸線方向から見た模式図である。
【図４】スラスト軸受の構成を説明するための図である。
【図５】図４中の曲線Ｃ−Ｃに沿って軸受を切断したときの断面形状を模式的に示す図である。
【図６】スラスト軸受の平面部及びテーパ部に発生する油膜圧力の分布を示す図である。
【図７】キャビテーション領域深さに対するスクイズ効果指数及びキャビテーション発生指数を示す検証結果の一例である。
【図８】スラスト軸受のポケット部の形状を説明するための図である。
【図９】ポケット部の第二側面部の形状を説明するための図である。
【図１０】ポケット部に流入する潤滑油の、第一角度θ１に対する曲がり損失指数の変化を示す図である。
【図１１】ポケット部の第一側面の形状を説明するための図である。
【図１２】第二角度θ２に対するキャビテーション発生指数及び乱流発生指数を示す検証結果の一例である。
【図１３】スラスト軸受の構成の変形例を示す図である。
【図１４】軸受装置の構造の変形例を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。ただし、以下に示す実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、以下に示す実施の形態において説明する構造は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。
【００１９】
実施の形態１．
以下、図面を参照して本発明の実施の形態１について説明する。
【００２０】
１．実施の形態１の構成
図１は、実施の形態１に係るクランクシャフトの軸受装置が適用された内燃機関（エンジン）のエンジン本体の構成を示す図である。図１は、エンジン本体をクランクシャフトの中心軸を通る鉛直面で切断した断面を模式的に示している。本実施の形態のエンジンは火花点火式エンジンである。エンジンは、動力源として車両に搭載される。このエンジンのエンジン本体１には複数の気筒が備えられている。図１では４つの気筒を直列に配置した例が示されているが、気筒数と気筒の配列には限定はない。
【００２１】
エンジン本体１には、軸受装置の対象軸としてのクランクシャフト２が内蔵されている。クランクシャフト２の一端側には、図示しない変速機が連結されている。変速機は、トルクコンバータを備えたオートマチック・トランスミッション（ＡＴ）や連続可変変速機（ＣＶＴ）でもよいし、またクラッチを備えた変速機であってもよい。なお、以下の説明では、エンジン本体１において、変速機が設けられている側を「エンジン後側」と称し、変速機が設けられていない側を「エンジン前側」と称することとする。
【００２２】
図２は、図１におけるクランクシャフトの軸受部Ａを拡大した図である。また、図３は、図２における軸受部をＢ−Ｂ線に沿って切断してクランクシャフトの軸線方向から見た模式図である。以下、図２及び図３を参照して、クランクシャフト２の軸受装置について更に詳しく説明する。図２に示すように、クランクシャフト２は、軸受支持部の両側面を貫通する軸受孔１８に配置されたすべり軸受１２１，１２２によって回転自在に支持されている。すべり軸受１２１，１２２は、クランクシャフトの径方向の力を受けるための軸受であり、円筒形状の部品をその軸を含む平面で二分割した半割型の一対の軸受として構成されている。すべり軸受１２１，１２２は、それぞれ軸受支持部としてのサドル部１４とキャップ部１６に設置される。サドル部１４は、エンジン本体１のエンジンブロック側に構成された構造物であり、また、キャップ部１６は、エンジン本体１のエンジンブロックとは別部品として構成された構造物である。キャップ部１６がサドル部１４に固定されることにより、すべり軸受１２１，１２２が配置された軸受孔１８が形成される。
【００２３】
第２気筒と第３気筒の間に位置するサドル部１４の２つの側面のうち、エンジン後側（つまり変速機の側）に面する側面には、受座１４１が設けられる。また、サドル部１４の２つの側面のうち、エンジン前側（つまり変速機と反対側）に面する側面には、受座１４２が設けられる。受座１４１，１４２はスラスト軸受３，４の位置決めを行うための凹部であり、軸受孔１８の周縁に設けられる。スラスト軸受３，４は、厚さ２ｍｍ程度の円環形状の部品をその軸を含む平面で二分割した半割円環形状の軸受として構成されている。スラスト軸受３，４は、半割円環形状の摺動面３１，４１がクランクシャフト２の摺動面２２に対向するように受座１４１，１４２の上にそれぞれ配置される。摺動面２２は、ジャーナル２１の両端に設けられた円環形状の平面である。クランクシャフト２の摺動面２２とスラスト軸受３，４の摺動面３１，４１との間には、潤滑油による油膜によって軸受隙間が形成される。クランクシャフト２が回転すると、摺動面２２が摺動面３１，４１に対して油膜を介して摺動する。このような構成によれば、スラスト軸受３，４は、クランクシャフト２に発生する軸線方向のスラスト荷重を摺動面３１，４１によって受け止める。
【００２４】
２．スラスト軸受の構成
次に、実施の形態１の軸受装置の特徴であるスラスト軸受の構成について説明する。なお、スラスト軸受３の摺動面３１は、スラスト軸受４の摺動面４１と鏡像対称な形状を有している。そこで、以下の説明では、スラスト軸受４を例に、スラスト軸受の具体的な形状について説明する。図４は、スラスト軸受の構成を説明するための図である。また、図５は、図４中の曲線Ｃ−Ｃに沿って軸受を切断した場合の断面形状を模式的に示す図である。なお、これらの図中に示すすべり方向は、摺動面４１に対するクランクシャフト２の摺動面２２の回転方向を示している。これらの図に示すように、実施の形態１のスラスト軸受４の摺動面４１には、平面部４２と、テーパ部４４と、ポケット部４６とが形成されている。
【００２５】
平面部４２は、軸受の厚さである壁厚が一定となる平面によって構成されている。平面部４２の軸受隙間には正圧の油膜圧力が発生する。平面部４２は、この正圧の油膜によるスクイズ効果によってクランクシャフト２の歪みによる摺動面２２のブレを抑える機能を発揮する。なお、以下の説明では、スラスト軸受４の摺動面４１のうち、平面部４２が形成された領域を「スクイズ効果領域」と称する。
【００２６】
テーパ部４４は、平面部４２の端部からクランクシャフト２の摺動面２２のすべり方向に向かうに連れて壁厚が徐々に薄くなるように傾斜した平面のテーパ面によって構成されている。テーパ部４４の軸受隙間には、潤滑油が呼び込まれることによって負圧の油膜圧力が発生する。
【００２７】
ここで、負圧が発生した摺動面には、キャビテーションが発生する。流体の粘度ηは、潤滑油がη＝１〜１００ｍＰａｓ程度であるのに対して、空気はη＝０．０１〜０．１ｍＰａｓ程度と遥かに小さい。次式（１）で表されるように、流体のせん断抵抗τは、粘度η及びすべり速度Ｕに比例し、油膜の膜厚ｈに反比例する。このため、軸受隙間の油膜にキャビテーションが発生すると、油膜のせん断抵抗τが小さくなり、これにより摺動摩擦が低減される。以下の説明では、スラスト軸受４の摺動面４１のうち、テーパ部４４が形成された領域を「キャビテーション領域」と称する。また、テーパ部４４の最厚部と最薄部の壁厚の差で表されるテーパ部４４の深さＨｃを「キャビテーション領域深さ」と称する。
【００２８】
【数１】
2019108923.tif 000003
【００２９】
さらに、ポケット部４６は、テーパ部４４の最薄部よりも更に壁厚が薄くなるように構成された底面４６２と、テーパ部４４の側に構成された第一側面４６１と、第一側面４６１と対向する側に構成された第二側面４６３と、を含んで構成されている。ポケット部４６には、テーパ部４４から潤滑油が流入する。これにより、ポケット部４６は、テーパ部４４に呼び込まれた異物を捕捉する機能を発揮する。摺動面４１には、これら平面部４２、テーパ部４４及びポケット部４６から成る一連の構造体が複数個連続して形成されている。
【００３０】
３．スラスト軸受の特徴
本出願の発明者らは、スラスト軸受４の摺動面４１を流動する潤滑油の動きに着眼して鋭意研究を重ねた。その結果、スクイズ効果を損なわずにキャビテーションの発生による効果を最大限に得るためのテーパ部４４の最適形状、及びテーパ部４４に呼び込まれた異物を効果的に捕捉するためのポケット部４６の最適形状を見出した。
【００３１】
３−１．テーパ部の特徴
先ず、テーパ部４４の最適形状について説明する。図６は、スラスト軸受の平面部及びテーパ部に発生する油膜圧力の分布を示す図である。この図に示すように、スラスト軸受４の平面部４２は、正圧によるスクイズ効果の発生に影響を与えている。これに対して、スラスト軸受４のテーパ部４４は、負圧によるキャビテーションの発生に影響を与えている。スラスト軸受４では、クランクシャフト２からのスラスト荷重を支持しつつ摺動摩擦を低減するように、これら２つの効果をバランスよく発揮することが求められる。
【００３２】
図７は、キャビテーション領域深さに対するスクイズ効果指数及びキャビテーション発生指数を示す検証結果の一例である。なお、スクイズ効果指数は、スクイズ効果による軸受機能の優劣を判断するための指数であって、例えば以下の式（２）によって算出される。また、キャビテーション発生指数は、キャビテーション発生による摺動摩擦低減機能の優劣を判断するための指数であって、例えば以下の式（３）によって算出される。なお、次式（２）、（３）において、ｐは油膜圧力を示し、ｘは滑り方向の座標を示し、ηは油膜の粘度を示し、Ｕはクランクシャフト２のすべり速度を示し、ｈは油膜厚さを示し、そしてＶはクランクシャフト２のスラスト軸受４への接近速度を示している。
【００３３】
【数２】
2019108923.tif 000004
【００３４】
図７に示す検証結果によれば、スクイズ効果指数は、キャビテーション領域深さが０のときに最も優勢であり、キャビテーション領域深さが深いほど劣勢となっている。これに対して、キャビテーション発生指数は、キャビテーション領域深さが０のときに最も劣勢であり、キャビテーション領域深さが８０μｍのときに最も優勢となり、そしてキャビテーション領域深さが更に深くなるほど劣勢となっている。
【００３５】
このように、図７に示す検証結果によれば、スクイズ効果の観点から見ると、キャビテーション領域深さは小さいほうが好ましく、キャビテーションの発生による効果の観点から見るとキャビテーション領域深さは８０μｍ前後が好ましい。但し、キャビテーション領域深さは、８０μｍより大きい範囲ではスクイズ効果が劣勢になる一方であり、また、キャビテーション領域深さが１０μｍ未満の範囲ではキャビテーションの発生が期待できない。そこで、実施の形態１のスラスト軸受４では、キャビテーションの発生を最大限の領域まで確保しつつスクイズ効果を損なわない範囲として、キャビテーション領域深さが１０μｍから８０μｍの範囲となるようにテーパ部４４の形状が設定される。
【００３６】
３−２．ポケット部の特徴
次に、ポケット部４６の形状について説明する。図８は、スラスト軸受のポケット部の形状を説明するための図である。テーパ部４４には、潤滑油とともに異物が呼び込まれる場合がある。テーパ部４４に呼び込まれた異物は、ポケット部４６に捕捉される。このため、ポケット部４６は、想定される最大サイズの異物を捕捉した場合に異物が摺動面に接触しない大きさに設定されることが好ましい。次式（４）は、ポケット部４６に捕捉された異物がクランクシャフト２の摺動面２２に接触しないための条件を示している。ポケット部４６の底面４６２から平面部４２までの高さで規定されるポケット深さＨｐは、例えば次式（４）の条件を満たす範囲で決定することが好ましい。なお、式（４）において、Ｒａはクランクシャフト２の摺動面２２の表面粗さ［ｍｍ］を示し、Ｒｂはスラスト軸受４の摺動面４１の表面粗さ［ｍｍ］を示し、Ｈａは異物の大きさ［ｍｍ］を示している。
【００３７】
【数３】
2019108923.tif 000005
【００３８】
例えば、Ｒａが０．０００５ｍｍ、Ｒｂが０．００１ｍｍであるとすると、式（４）におけるＲａ及びＲｂの項は無視できるほどに小さな値となるため、ポケット深さＨｐは、Ｈｐ≧ｈａを満たせばよいこととなる。このため、異物サイズｈａが最大で０．１ｍｍであることを想定すると、ポケット深さＨｐは０．１ｍｍ以上に設定することが好ましい。実施の形態１のスラスト軸受４では、ポケット部４６が油溝としての機能も果たすことも考慮して、ポケット深さＨｐを０．８ｍｍから１．２ｍｍ程度に設定し、ポケット幅Ｗｐを２ｍｍから３ｍｍ程度に設定することとしている。
【００３９】
３−３．ポケット部の形状の問題点
ポケット部４６は、ポケット深さＨｐを確保しているとしても、第一側面４６１及び第二側面４６３の形状によっては、捕捉された異物が再びテーパ部４４或いは平面部４２へと戻ってしまうことも想定される。そこで、実施の形態１のスラスト軸受４では、第一側面４６１及び第二側面４６３の傾斜角を規定することによって、異物の戻りを防ぐこととしている。
【００４０】
３−４．ポケット部の第二側面の特徴
図９は、ポケット部の第二側面部の形状を説明するための図である。この図に示すように、底面４６２を延長した仮想面と第二側面４６３とが成す第一角度θ１は、ポケット部４６に流入する潤滑油の曲がり損失指数に影響を与える。図１０は、ポケット部に流入する潤滑油の、第一角度θ１に対する曲がり損失指数の変化を示す図である。この図に示すように、ポケット部４６に流入する潤滑油の曲がり損失は、第一角度θ１が大きいほど大きくなる傾向を示している。但し、第一角度θ１を９０°を超えて大きくすると、第二側面４６３と平面部４２とが成す角度が鋭角になることによる耐久性や加工性に懸念が生じる。そこで、実施の形態１のスラスト軸受４では、異物の戻りを防ぐための第二側面４６３の構成として、第一角度θ１が、９０°≦θ１≦１２０°の範囲に設定される。なお、耐久性や加工性を勘案すると、第一角度θ１は、９０°≦θ１≦１００°の範囲が更に好ましく、当該範囲の中でも特にθ１＝９０°とすることが好ましい。
【００４１】
３−５．ポケット部の第一側面の特徴
図１１は、ポケット部の第一側面の形状を説明するための図である。ポケット部４６に潤滑油が流れ込むと、流体の曲がり抵抗によってポケット部４６の内部の第一側面４６１の側には剥離に伴う乱流が発生する。ポケット部４６の内部に乱流が発生すると、ポケット部４６の内部からテーパ部４４へと戻る油流れが阻害される。テーパ部４４のテーパ面を延長した仮想面と第一側面４６１とが成す第二角度θ２は、この乱流の発生度合に影響を与える。このため、できるだけ乱流の発生を活発化するように第二角度θ２を設定すれば、ポケット部４６に捕捉された異物の戻りを防ぐことができる。
【００４２】
図１２は、第二角度θ２に対するキャビテーション発生指数及び乱流発生指数を示す検証結果の一例である。この図に示すように、ポケット部４６内の乱流発生指数は、第二角度θ２が大きいほど優勢になる傾向を示している。このため、乱流の発生を活発化するためには、第二角度θ２を、例えば９０°以上の範囲に設定することが好ましい。
【００４３】
しかしながら、第二角度θ２は、乱流の発生だけでなく、負圧による異物の呼び込み効果にも影響を及ぼす。図１２に示すように、キャビテーション発生指数は、第二角度θ２が大きいほど劣勢になる傾向を示している。この検証結果によれば、第二角度θ２が９０°よりも小さい場合であっても、キャビテーションが発生するような負圧が発生している場合には、異物の呼び込み効果が期待できると考えられる。図１２に示す実線は、キャビテーション発生指数と乱流発生指数を乗算した目的関数である。この目的関数によれば、第二角度θ２が６０°となる場合に、負圧による異物の呼び込みと乱流の発生とから得られる総合的な効果が最大となることを示している。
【００４４】
そこで、実施の形態１のスラスト軸受４では、異物の呼び込みを促進しつつ異物の戻りを防ぐための第一側面４６１の構成として、第二角度θ２が６０°≦θ２≦１２０°の範囲に設定される。なお、耐久性や加工性を勘案すると、第二角度θ２は、９０°≦θ２≦１００°の範囲が好ましく、当該範囲の中でも特にθ２＝９０°とすることが好ましい。
【００４５】
以上説明したポケット部４６の構成によれば、負圧によってテーパ部４４に呼び込まれた異物を捕捉するとともに、当該異物が再びテーパ部４４へと戻ることを防ぐことができる。このように、実施の形態１のスラスト軸受４及び軸受装置によれば、スクイズ効果、キャビテーションの発生、及び異物捕捉効果を両立させることによって、摺動摩擦損失を低減しつつ異物排出性を向上させることが可能となる。
【００４６】
［軸受装置の構造の変形例］
実施の形態１の軸受装置は、例えば以下のように変形した構成を採用してもよい。
【００４７】
図１３は、スラスト軸受の構成の変形例を示す図である。この図に示すように、キャビテーション領域を構成しているスラスト軸受４のテーパ部４４は、軸受隙間が線形に変化しなくてもよい。すなわち、テーパ部４４は、すべり方向へ向かうに連れて軸受隙間が徐々に狭くなるような面で構成されていればよい。例えば、図１３に示すように、上方に凸状となる曲面で構成されていてもよいし、また、下方に凸状となる曲面で構成されていてもよい。
【００４８】
図１４は、軸受装置の構造の変形例を示す図である。この図に示す例では、スラスト軸受３，４が、すべり軸受１２１と一体となったフランジ型のフランジ軸受７として構成されている。このような軸受装置の構造によれば、部品点数を削減することができる。
【００４９】
スラスト軸受３，４は、サドル部１４に替えてまたはサドル部１４に加えて、キャップ部１６の両側面に設けられていてもよい。
【符号の説明】
【００５０】
１  エンジン本体
２  クランクシャフト
３，４  スラスト軸受
７  フランジ軸受
１４  サドル部
１６  キャップ部
１８  軸受孔
２１  ジャーナル
２２  摺動面
３１，４１  摺動面
４２  平面部
４４  テーパ部
４６  ポケット部
１２１，１２２  すべり軸受
１４１，１４２  受座
４６１  第一側面
４６２  底面
４６３  第二側面
【図１】
2019108923.tif 000006
【図２】
2019108923.tif 000007
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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