(57)【要約】      （修正有）【課題】回転摩擦を低減可能な回転体の軸受構造を提供する。【解決手段】回転体２を回転可能に支持する軸受１２と、軸受１２における回転体２に対向する軸受面１１ａに潤滑油を供給する潤滑油供給路２１と、軸受１２に形成され、軸受面１１ａに開口する軸受面開口３０ａと軸受１２の外面に開口する外面開口３０ｂとを連通する連通孔３０と、連通孔３０に設けられ、外面開口３０ｂ側から軸受面開口３０ａ側へ空気を流通させて軸受面１１ａの内側に空気を導入する空気導入機構４０とを有するものとし、軸受隙間で負圧が発生したときに連通孔３０から空気が導入されるようする。【選択図】図３
2015034572.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転体を回転可能に支持する軸受と、
前記回転体に対向する前記軸受の軸受面に潤滑油を供給する潤滑油供給路と、
前記軸受に形成され、前記軸受面に開口する軸受面開口と前記軸受の外面に開口する外面開口とを連通する連通孔と、
前記連通孔に設けられ、前記外面開口側から前記軸受面開口側へ空気を流通させて前記軸受面の内側に空気を導入する空気導入機構と
を有することを特徴とする回転体の軸受構造。
【請求項２】
前記軸受面開口は、前記回転体の回転中心が前記軸受面から離れ始めたときに軸受隙間が拡大する部位に対して前記回転体の回転方向下流側の位置に設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の回転体の軸受構造。
【請求項３】
前記回転体は内燃機関のクランクシャフトであり、
前記軸受は、シリンダブロックおよび当該シリンダブロックに締結されるベアリングキャップにより構成される軸受支持部と、前記シリンダブロックおよび前記ベアリングキャップのそれぞれに装着されるブロック側軸受半体およびキャップ側軸受半体により構成される軸受メタルとを有するクランクジャーナル軸受であり、
前記連通孔の前記軸受面開口が、前記キャップ側軸受半体の軸受面における周方向の中央に対して前記クランクシャフトの回転方向下流側に形成され、
前記連通孔の前記外面開口が、前記軸受面開口よりも鉛直方向で下方に形成されていることを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の回転体の軸受構造。
【請求項４】
前記潤滑油供給路は、前記クランクシャフトの内部に形成されて前記クランクシャフトのジャーナルの外面に開口するシャフト内油路を含み、
前記ブロック側軸受半体および前記キャップ側軸受半体はともに、縦断面において平坦な軸受面を有するプレーンベアリングであることを特徴とする、請求項３に記載の回転体の軸受構造。
【請求項５】
前記ブロック側軸受半体および前記キャップ側軸受半体は、それぞれ貫通孔を有する同一の形状に形成され、
前記潤滑油供給路は、前記シリンダブロックに形成されて、前記内燃機関に設けられるオイルポンプから供給される前記潤滑油を前記ブロック側軸受半体の前記貫通孔に供給するメイン油路を含むことを特徴とする、請求項３または請求項４に記載の回転体の軸受構造。
【請求項６】
前記空気導入機構は、潤滑油に比べて大きな流量をもって空気を流通させる螺旋状オリフィスを含むことを特徴とする、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の回転体の軸受構造。
【請求項７】
前記空気導入機構は、前記軸受面側の圧力が正のときに閉弁し、前記軸受面側の圧力が所定の負圧力を超えると開弁する一方向弁を含むことを特徴とする、請求項１〜請求項５のいずれか一項に記載の回転体の軸受構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、回転体を回転可能に支持する軸受と、回転体に対向する軸受面に潤滑油を供給する潤滑油供給機構とを備える軸受構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関のクランクシャフトは、シリンダブロック（アッパブロックあるいはクランクケースアッパ）とこれに締結されるベアリングキャップ（あるいはロアブロック）とにより構成されるジャーナル軸受によってジャーナルを回転自在に支持されている。ジャーナル軸受は、一般的にシリンダブロックおよびベアリングキャップを軸受支持部としており、それぞれに装着された半割りの軸受板（軸受メタル）によって軸受面が形成される。この軸受面にはクランクシャフトの回転摩擦を低減するために潤滑油が供給されている。また、クランクシャフトのピンにはコネクティングロッドの大端部が回転自在に連結されおり、このピンにより枢支される大端部のピン軸受の軸受面にもクランクシャフトの内部に形成される油路から潤滑油が供給されている。
【０００３】
クランクシャフトの給油方式として、シリンダブロックに形成した油路から各ジャーナル軸受に潤滑油を供給し、隣接するピン軸受に対しては、ピンの外周面および隣接するジャーナルの外周面に開口するようにクランクシャフト内に形成したシャフト内油路を介して潤滑油を給油するものがある（以下、ブロック給油方式と呼ぶものとする）。このブロック給油方式では、ピン軸受へ給油するジャーナル軸受において、ピン軸受への給油が滞らないように、シリンダブロック側の軸受半体（ベアリングハーフ）であるアッパベアリングの内面に周方向の全長にわたって油溝を形成した溝付きのプレーンベアリングを用い、ベアリングキャップ側の軸受半体であるロアベアリングに溝なしのプレーンベアリングを用いることになる。
【０００４】
また、他の給油方式として、クランクシャフト内部に形成したシャフト内油路にクランク軸方向の一端から潤滑油を供給し、遠心力による加圧を利用して各ピンおよび各ジャーナルに潤滑油を給油するセンター給油方式（例えば、特許文献１）や、シリンダブロック側から給油されるジャーナルとこのジャーナルからシャフト内油路を介して給油されるジャーナルとが混在する給油方式（例えば、特許文献２）もある（以下、シャフト内給油方式と呼ぶものとする）。これらのシャフト内給油方式では、シャフト内油路から給油されるジャーナル軸受についてはアッパおよびロアの両軸受半体に溝なしのプレーンベアリングを使用することができる。そのため、前述したアッパベアリングに溝付きのプレーンベアリングを用いる方式に比べ、軸受面とジャーナル外面との隙間（以下、軸受隙間と呼ぶものとする）からの潤滑油の漏れ量を少なくすることができ、オイルポンプの小型化が可能になるとともに、潤滑油のクランクシャフトによる飛散および飛散した潤滑油のクランクシャフトとの衝突に起因する撹拌抵抗を低減させることかできる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００９−２０４００１号公報
【特許文献２】特許第４３９７２６３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、従来のクランクシャフトの給油方式においても回転摩擦を低減させる余地があった。
【０００７】
本発明は、このような背景に鑑みなされたもので、回転摩擦を低減可能な回転体の軸受構造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】
【０００８】
本願発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、従来のクランクシャフトの給油方式を採用して、図１２に示すようなブロック給油方式のクランクシャフト１０１および図１３に示すようなシャフト内給油方式のクランクシャフト１０２において、ロアベアリングの表面圧力が負圧になることがあることを見出した。なお、ここではクランクシャフトを直列４気筒内燃機関用としており、図１２および図１３中の矢印は給油の方向を示している。図１２に示すブロック給油方式のクランクシャフト１０１では、左から順に第１〜第５のジャーナル軸受のすべてにおいて、アッパベアリングに溝付きのプレーンベアリングが用いられる。これに対し、図１３に示すシャフト内給油方式のクランクシャフト１０２では、左から順に第１〜第５としたジャーナル軸受のうち、第２および第４ジャーナル軸受において、アッパベアリングに溝付きのプレーンベアリングが用いられる一方、第１、第３および第５ジャーナル軸受においては、アッパおよびロアの両方に溝なしのプレーンベアリングを用いて全周にわたって溝がない構成となっている。
【０００９】
図１４は、回転速度を２０００ｒｐｍ、供給油圧を３００ｋＰａとしたときの、図１２および図１３に示す両給油方式のクランクシャフト１０１、１０２の第３ジャーナル（シャフト中央部）におけるロアベアリングの表面圧力の推移を示している。同図からわかるように、ロアベアリングの表面圧力は上昇および下降を繰り返す波形を示しており、表面圧力が最も低くなる所定の区間（期間）で表面圧力が負の値になっている。この区間ではジャーナルの回転中心がロアベアリングから離れる方向に振れ、軸受隙間の体積が拡大することによって負圧が発生しているものと考えられる。
【００１０】
また、本願発明者らは、外部の電動オイルポンプからの供給油圧を２５０ｋＰａに低下させ、供給油圧を一定に保ったまま回転速度を変化させたときの両クランクシャフト１０１、１０２を用いた内燃機関のモータリングフリクションを計測した。その結果、図１５に示すように、アッパベアリングに溝なしのプレーンベアリングを多用できる図１３に示すシャフト内油路給油方式のクランクシャフト１０２の方が、図１２に示すブロック給油方式のクランクシャフト１０１に比べてフリクションが低くなることを見出した。
【００１１】
いずれの給油方式のクランクシャフト１０１、１０２においても、供給油圧の低下によってリークオイルの撹拌抵抗は減少するが、潤滑油の漏れ量が多い図１２に示すブロック給油方式の方が撹拌抵抗の減少幅は大きいものと考えられる。ところが、図１５に示すように、低回転域からフリクションに差が生じており、溝付きのアッパベアリングを使用せざるを得ない図１２に示すブロック給油方式のクランクシャフト１０１のジャーナル軸受において撹拌抵抗が減少した影響よりも大きな影響が、図１３に示すシャフト内給油方式のクランクシャフト１０２のジャーナル軸受において発生しているものと考えられる。図１３に示すシャフト内給油方式のクランクシャフト１０２については、全周溝なしのプレーンベアリングを３つのジャーナル軸受に適用していることから、この影響は、この３つのジャーナル軸受において、図１６のイメージ図に示すように、供給油圧の低下によって軸受隙間に粘性の低い空気膜層が構成され、粘性引き摺り抵抗が低減したことによるものと推測できる。
【００１２】
前述したようなジャーナルの回転中心の暴れにより軸受隙間の体積が変化してプレーンベアリングの軸受面で負圧が発生することは、一方の軸受半体に溝なしのプレーンベアリングを用いた従来の内燃機関においても生じていたものと推測される。ただし、負圧により吸入される流体は、溝付きのプレーンベアリング側にシリンダブロックから供給された潤滑油またはプレーンベアリングから側方に漏れた直後の周辺オイルであると考えられる。このような粘性流体を主体とする流体が負圧部へ充填されたのでは、大きな軸受摩擦損失の低減効果は期待できない。
【００１３】
同様に、両方の軸受半体に溝なしのプレーンベアリングを使用できるシャフト内給油方式の内燃機関においても、負圧によって充填される流体は、溝付きのプレーンベアリングよりは少ないが、プレーンベアリングの側部から再流入する周辺オイルが大半を占めるものと予想される。したがって、ジャーナルの回転中心が離れて荷重が加わらなくなる区間においても潤滑油の粘性によって軸受摩擦損失が発生していると考えられる。
【００１４】
なお、静圧軸受に分類される空気軸受の技術は存在するが、この技術は専用の高圧空気発生装置で作った圧縮空気を軸受隙間に供給して回転体を浮上させる技術であり、別途、コンプレッサやサージタンク、圧力配管などの装置が必要になる。そのため、軸受摩擦を低減させることは可能であるが、重量、コスト、消費エネルギの点で不利になる。
【００１５】
本発明は、本願発明者らのこのような知見に基づきなされたものである。前述した回転摩擦を低減させるという課題は、本発明の一側面によれば、回転体（２）を回転可能に支持する軸受（１２）と、前記回転体（２）に対向する前記軸受（１２）の軸受面（１１ａ）に潤滑油を供給する潤滑油供給路（２１〜２４）と、前記軸受（１２）に形成され、前記軸受面（１１ａ）に開口する軸受面開口（３０ａ）と前記軸受（１２）の外面に開口する外面開口（３０ｂ）とを連通する連通孔（３０）と、前記連通孔（３０）に設けられ、前記外面開口（３０ｂ）側から前記軸受面開口（３０ａ）側へ空気を流通させて前記軸受面（１１ａ）の内側に空気を導入する空気導入機構（４０、５０）とを有することを特徴とする回転体の軸受構造を提供することにより達成される。
【００１６】
このように、回転体を軸支する軸受の軸受面と外部空間との間に、空気を軸受面に導入する空気導入機構が設けられることにより、軸受隙間に効率よく空気が取り込まれて軸受面に空気層が形成されるため、潤滑油が取り込まれる従来の構成に比べて回転体の粘性抵抗を低減させることができる。
【００１７】
また、本発明の一側面によれば、前記軸受面開口（３０ａ）は、前記回転体（２）の回転中心が前記軸受面（１１ａ）から離れ始めたときに軸受隙間が拡大する部位に対して前記回転体（２）の回転方向下流側の位置に設けられている構成とすることができる。
【００１８】
軸受面の円周上のこのような角度位置に軸受面開口を設けることにより、軸受面と回転軸との隙間が拡大している周方向の区間で空気層を形成しやすくすることができ、回転摩擦の低減効果をより高くすることができる。
【００１９】
また、本発明の一側面によれば、前記回転体は、内燃機関（１）のクランクシャフト（２）であり、前記軸受は、シリンダブロック（７）および当該シリンダブロック（７）に締結されるベアリングキャップ（９）により構成される軸受支持部（１０）と、前記シリンダブロック（７）および前記ベアリングキャップ（９）のそれぞれに装着されるブロック側軸受半体（１１Ｕ）およびキャップ側軸受半体（１１Ｌ）により構成される軸受メタル（１１）とを有するクランクジャーナル軸受（１２）であり、前記連通孔（３０）の前記軸受面開口（３０ａ）が、前記キャップ側軸受半体（１１Ｌ）の軸受面における周方向の中央に対して前記クランクシャフト（２）の回転方向下流側に形成され、前記連通孔（３０）の前記外面開口（３０ｂ）が、前記軸受面開口（３０ａ）よりも鉛直方向で下方に形成されている構成とすることができる。
【００２０】
この構成によれば、ブロック側軸受半体およびキャップ側軸受半体の回転方向上流側に軸受面開口が形成されないため、クランクシャフトのジャーナル軸受に適用した場合に内燃機関の膨張行程において潤滑油が連通孔を逆流することを防止できる。また、外面開口が軸受面開口よりも鉛直方向で下方に形成されることにより、連通孔内の潤滑油の排出が容易になる。
【００２１】
また、本発明の一側面によれば、前記潤滑油供給路は、前記クランクシャフト（２）の内部に形成されて前記クランクシャフト（２）のジャーナル（３）の外面に開口するシャフト内油路（２４）を含み、前記ブロック側軸受半体（１１Ｕ）および前記キャップ側軸受半体（１１Ｌ）はともに、縦断面において平坦な軸受面を有するプレーンベアリングである構成とすることができる。
【００２２】
この構成によれば、両軸受半体にプレーンベアリングを用いているため、クランクシャフトと軸受面との間で発生する負圧が大きくなり、より多くの空気を軸受隙間に流入させることができる。
【００２３】
また、本発明の一側面によれば、前記ブロック側軸受半体（１１Ｕ）および前記キャップ側軸受半体（１１Ｌ）は、それぞれ貫通孔（１１ｄ）を有する同一の形状に形成され、前記潤滑油供給路は、前記シリンダブロック（７）に形成されて、前記内燃機関（１）に設けられるオイルポンプから供給される前記潤滑油を前記ブロック側軸受半体（１１Ｕ）の前記貫通孔（１１ｄ）に供給するメイン油路（２２）を含む構成とすることができる。
【００２４】
この構成によれば、内燃機関の組立工程で組み込むベアリングの種類を少なくする（最も少ない場合、油溝に大径の油孔が開口する溝付きのプレーンベアリング、および単一の小径の油孔が穿設された溝なしのプレーンベアリングの２種類にする）ことができるため、作業者による誤組立を防止できるとともに、部品管理コストを削減できる。
【００２５】
また本発明の一側面によれば、前記空気導入機構（４０）は、潤滑油に比べて大きな流量をもって空気を流通させる螺旋状オリフィス（４３）を含む構成とすることができる。
【００２６】
この構成によれば、空気導入機構に螺旋状オリフィスを用いることにより、クランクシャフト側の高圧の潤滑油が螺旋状オリフィスを通過して漏れ出すことを防止でき、動圧軸受としての機能を損なうことがない。また、軸受隙間が拡大して負圧が発生した場合には、外部空間から粘性の低い空気を吸い込ませ、螺旋状オリフィスを通過させて軸受隙間に供給することができる。
【００２７】
また、本発明の一側面によれば、前記空気導入機構（５０）は、前記軸受面（１１ａ）側の圧力が正のときに閉弁し、前記軸受面（１１ａ）側の圧力が所定の負圧力を超えると開弁する一方向弁（５２）を含む構成とすることができる。
【００２８】
この構成によれば、空気導入機構が一方向弁を含むことにより、クランクシャフト側の高圧の潤滑油が外部空間側へ漏れ出すことを閉弁した一方向弁によって防止でき、動圧軸受としての機能を損なうことがない。また、軸受隙間が拡大して所定の負圧力を超える負圧が発生した場合には、一方向弁が開弁して外部空間から粘性の低い空気を吸い込ませて軸受隙間に空気を供給することができる。
【発明の効果】
【００２９】
このように本発明によれば、回転摩擦を低減可能な回転体の軸受構造を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】第１実施形態に係る回転体の軸受構造の縦断面図
【図２】図１中のII−II断面図
【図３】図１中のIII−III断面図
【図４】図３中のIV部拡大図
【図５】図４に示すオリフィスによる潤滑油の加圧テスト結果を示すグラフ
【図６】図４に示すオリフィスによる空気の減圧テスト結果を示すグラフ
【図７】図４に示すオリフィスの寸法に応じた潤滑油および空気の流量を示すグラフ
【図８】図１に示す軸受構造および比較例のフリクショントルクを示すグラフ
【図９】図１に示すロアベアリングの最小油圧を示すグラフ
【図１０】第２実施形態に係る回転体の軸受構造の図３に対応する断面図
【図１１】図１０中のXI部拡大図
【図１２】従来のブロック給油方式によるクランク軸受の説明図
【図１３】従来のシャフト内給油方式によるクランク軸受の説明図
【図１４】従来の両給油方式によるクランク軸受におけるロアベアリングの表面圧力のタイムチャート
【図１５】従来の両給油方式によるクランク軸受のフリクショントルクを示すグラフ
【図１６】従来のシャフト内給油方式によるクランク軸受における撹拌抵抗が減少するメカニズムを示すイメージ図
【発明を実施するための形態】
【００３１】
以下、図面を参照して、本発明を自動車用の内燃機関１に適用した実施形態について詳細に説明する。
【００３２】
≪第１実施形態≫
まず、図１〜図９を参照して第１実施形態に係る回転体の軸受構造について説明する。図１に示すように、軸受構造は、直列４気筒内燃機関（以下、単に内燃機関１と呼ぶ）のクランクシャフト２に適用されている。クランクシャフト２は、同軸にかつ軸方向に離間する位置に設けられた５つのジャーナル３と、隣接する２つのジャーナル３間において、各ジャーナル３の軸端に接続する一対のウェブ４によってジャーナル３の回転中心から離間した位置に配置される４つのクランクピン５とを有している。ウェブ４は、クランクアームを構成するものであり、クランクピン５と相反する側の適宜の位置に一体に形成されたカウンタウェイト６を備えている。クランクシャフト２の図中の左端には、内燃機関１のカムシャフトを駆動するためのスプロケットや補機を駆動するためのクランクプーリなどが取り付けられる。一方、クランクシャフト２の図中の右端には、変速機を備える伝動装置に結合されるフライホイールが取り付けられる。
【００３３】
内燃機関１は、直列配置された４つのシリンダを構成するアッパブロック７（シリンダブロック）を有し、アッパブロック７の下部には、クランクケースの上部を構成するスカートと共にクランクシャフト２を支持する５つの支持壁８が一体に形成されている。各支持壁８の下部にはベアリングキャップ９が締結され、支持壁８とベアリングキャップ９とによって５つのジャーナル支持部１０が構成される。本実施形態では、内燃機関１がシリンダ軸線を鉛直方向に延在させた直立状態にあるものとして説明するが、内燃機関１の搭載角度はこれに限定される必要はない。
【００３４】
各ジャーナル支持部１０では、支持壁８とベアリングキャップ９とにより略円形断面の円筒孔が形成されており、この円筒孔にジャーナル３の軸受面１１ａを構成する半割りの軸受メタル１１（１１Ｕ、１１Ｌ）が装着されることにより、クランクシャフト２のジャーナル３を回転可能に支持するジャーナル軸受１２が構成される。以下、支持壁８に形成された半円形状の切欠部に装着される軸受メタル１１の半体をアッパベアリング１１Ｕと称し、ベアリングキャップ９に形成された半円形状の切欠部に装着される軸受メタル１１の半体をロアベアリング１１Ｌと称する。また、５つのジャーナル軸受１２およびこれを構成する要素やこれに対応するジャーナル３などの要素を、図１の左側から順に第１、第２・・第５とし、クランクピン５を、図１の左側から順に第１、第２・・第４として説明する。
【００３５】
図２および図３に示すように、本実施形態では、５つのベアリングキャップ９は、アッパブロック７の下面に締結されるロアブロック１３と一体に形成されている。他の実施形態では、ベアリングキャップ９は、それぞれ別体に構成されてもよく、一体のラダーフレームとしてロアブロック１３と別体に構成されてもよい。
【００３６】
アッパブロック７の吸気側および排気側にはウォータージャケット１４が形成されている。また、両ウォータージャケット１４間のクランクシャフト２よりも上方部分には、クランクシャフト２と平行にシリンダ列方向に延在するオイルギャラリ２１が形成されている。オイルギャラリ２１には内燃機関１に付設されたオイルポンプから潤滑油が供給される。
【００３７】
図１および図２に示すように、第２および第４ジャーナル軸受１２では、それぞれアッパブロック７と一体の支持壁８に、第２および第４ジャーナル軸受１２に潤滑油を供給するためのメイン油路２２が支持壁８の厚さ方向の中央を通ってオイルギャラリ２１から下方へ延びるように形成されている。第２および第４ジャーナル軸受１２では、アッパベアリング１１Ｕの外側すなわち支持壁８の半円筒状切欠の内周面に、周方向に延びる油供給溝２３が形成されている。
【００３８】
本実施形態では、オイルギャラリ２１の潤滑油が図１の矢印で示すように第２および第４支持壁８に形成されたメイン油路２２を通って第２および第４ジャーナル軸受１２に供給され、第２および第４ジャーナル３に供給された潤滑油が、クランクシャフト２内に形成されたシャフト内油路２４を通って隣接するクランクピン５およびジャーナル３に供給されるようになっている。
【００３９】
シャフト内油路２４は、各ジャーナル３の外面に開口するようにジャーナル３内に形成されたジャーナル油路２６と、各クランクピン５の外面に開口するようにクランクピン５内に形成されたピン油路２７と、互いに隣接するジャーナル油路２６とピン油路２７とを連通させるようにクランクシャフト２の軸方向および径方向に延在する連通油路２８とにより構成される。連通油路２８（２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｃ、２８Ｄ）は、第２ジャーナル３のジャーナル油路２６から第１クランクピン５のピン油路２７を経由して第１ジャーナル３のジャーナル油路２６に至る第１分岐油路２８Ａと、第２ジャーナル３のジャーナル油路２６から第２クランクピン５のピン油路２７を経由して第３ジャーナル３のジャーナル油路２６に至る第２分岐油路２８Ｂと、第４ジャーナル３のジャーナル油路２６から第３クランクピン５のピン油路２７に至る第３分岐油路２８Ｃと、第４ジャーナル３のジャーナル油路２６から第４クランクピン５のピン油路２７を経由して第５ジャーナル３のジャーナル油路２６に至る第４分岐油路２８Ｄとから構成されている。
【００４０】
第２および第４ジャーナル軸受１２では、油供給溝２３に整合するアッパベアリング１１Ｕの軸方向中央であって周方向に異なる位置に、外周面と内周面とにそれぞれ開口する２つの給油孔１１ｂが形成されている。そして、第２および第４ジャーナル軸受１２では、クランクシャフト２内の連通油路２８を介して他の軸受部分に継続的に潤滑油を供給するために、アッパベアリング１１Ｕが、軸受面１１ａをなす内周面の軸方向の中央にて周方向の全長にわたって延在する給油溝１１ｃが形成された溝付きのプレーンベアリングとされるともに、ジャーナル油路２６が、ジャーナル３の周方向に１８０度異なる位置で外面に開口する貫通孔により形成されている。一方、第２および第４ジャーナル軸受１２のロアベアリング１１Ｌは、縦断面において平坦な軸受面１１ａを有する溝なしのプレーンベアリングとされている。
【００４１】
図１および図３に示すように、第１、第３および第５ジャーナル軸受１２では、第１、第２および第４分岐油路２８Ａ、２８Ｂ、２８Ｄから潤滑油が供給されるため、支持壁８にメイン油路２２が形成されておらず、アッパベアリング１１Ｕおよびロアベアリング１１Ｌともに、軸受面１１ａに給油溝１１ｃが形成されない溝なしのプレーンベアリングとされている。ジャーナル油路２６は、第２および第４ジャーナル３とは異なり、ジャーナル３の中央から径方向の一方に延びてジャーナル３の外面に開口するように形成されている。
【００４２】
一方、第１、第３および第５ジャーナル軸受１２では、図３および図４に示すように、各ベアリングキャップ９およびロアベアリング１１Ｌに、軸受面１１ａに開口する軸受面開口３０ａとベアリングキャップ９の外面（ウォータージャケット１４ではなくオイル溜めを画成する面）に開口する外面開口３０ｂとを連通する連通孔３０が形成されている。連通孔３０は、ベアリングキャップ９に形成された貫通孔９ａと、これに接続するようにロアベアリング１１Ｌに形成された貫通孔１１ｄとにより構成されており、ロアベアリング１１Ｌに形成された貫通孔１１ｄの内側端部が軸受面開口３０ａとなっている。ロアベアリング１１Ｌの貫通孔１１ｄは、第２および第４ジャーナル軸受１２（図２）のアッパベアリング１１Ｕに形成された給油孔１１ｂに比べて小径とされている。
【００４３】
連通孔３０には、外面開口３０ｂ側から軸受面開口３０ａ側へ空気を流通させて軸受面１１ａの内側に空気を導入する空気導入機構４０が設けられている。本実施形態の空気導入機構４０は、図４に示すように、ベアリングキャップ９の貫通孔９ａにおけるロアベアリング１１Ｌ側の端部に形成されたねじ孔４１と、このねじ孔４１に螺合する止めねじ４２（いもねじ）とによって形成される両者間の螺旋状オリフィス４３である。止めねじ４２は、ロアベアリング１１Ｌ側の端面に六角穴が形成された六角穴付き止めねじ４２である。なお、螺旋状オリフィス４３と第１貫通穴との連通を確保するため、止めねじ４２の六角穴と相反する側の端面が斜めまたは凹凸面に形成されるとよい。
【００４４】
螺旋状オリフィス４３は、ねじ山の頂とねじ溝の谷底との間に形成される隙間に加え、止めねじ４２の追い側フランク４２ａとこれに対向するねじ孔４１の進み側フランク４１ａとの間に形成される隙間により構成され、ロアベアリング１１Ｌの背面に隣接する位置に設けられている。なお、図示は省略するが、このフランク間に形成される隙間を安定させるために、ロアベアリング１１Ｌと止めねじ４２との間に弾性部材を介装して止めねじ４２を外面開口３０ｂ側に常時付勢するとよい。
【００４５】
あるいは、螺旋状オリフィス４３を、止めねじ４２の進み側フランク４２ｂとこれに対向するねじ孔４１の追い側フランク４１ｂとの間に形成される隙間によって形成されるように構成してもよい。この場合には、フランク間に形成される隙間を安定させるために、ねじ孔４１の底と止めねじ４２との間に皿ばねなどの弾性部材を介装して止めねじ４２を軸受面開口３０ａ側に常時付勢するとよい。
【００４６】
螺旋状オリフィス４３は、外面開口３０ｂ側から軸受面開口３０ａ側へ空気を流通させる一方、軸受面開口３０ａ側から外面開口３０ｂ側への潤滑油の流通を阻害するようにその寸法が設定されている。これにより、軸受隙間に負圧が発生したときに螺旋状オリフィス４３を流通した空気が連通孔３０を介して軸受隙間に導入される。螺旋状オリフィス４３の寸法および性能については後に詳述する。
【００４７】
図３に示すように、クランクシャフト２は矢印で示すように図中において時計回りに回転しており、ジャーナル３はピストンの往復運動の影響によって上下方向に大きく振れる。連通孔３０は、ロアベアリング１１Ｌの軸受面１１ａにおける最下端（中方向の中央）に対して左方すなわちクランクシャフト２の回転方向の下流側に位置に軸受面開口３０ａを形成している。つまり、軸受面開口３０ａは、ジャーナル３の回転中心がロアベアリング１１Ｌの最下端で軸受面１１ａから離れ始めたときに軸受隙間が拡大する部位に対してジャーナル３の回転方向下流側の位置に設けられている。
【００４８】
また、連通孔３０は、軸受面開口３０ａから左斜め下方へ延びてベアリングキャップ９の外面に外面開口３０ｂを形成している。つまり、連通孔３０の外面開口３０ｂが、軸受面開口３０ａよりも鉛直方向で下方に形成されている。そのため、螺旋状オリフィス４３を通過した若干の潤滑油は連通孔３０を下降して外面開口３０ｂからオイル溜めに排出され、第１、第３および第５ジャーナル軸受１２の軸受隙間が負圧になると、空気を優先的に流通させて軸受面１１ａの内側に空気を導入する。
【００４９】
なお、第２および第４ジャーナル軸受１２（図２）のロアベアリング１１Ｌ、並びに第１、第３および第５ジャーナル軸受１２（図３）のアッパベアリング１１Ｕには、貫通孔１１ｄが形成された第１、第３および第５ジャーナル軸受１２（図３）のロア軸受と同一形状のものが用いられている。
【００５０】
次に、螺旋状オリフィス４３の寸法および性能について説明する。発明者らは、螺旋状オリフィス４３を形成する止めねじ４２の寸法（ねじ孔４１の寸法も合わせて）を変化させて軸受面１１ａ側に充填した潤滑油に正圧を加え、螺旋状オリフィス４３を通過する潤滑油の流量を測定する実験を行った。止めねじ４２の寸法としては、ねじの呼びＭ４、Ｍ８の２つの径を用意し、Ｍ４については長さ５ｍｍおよび１０ｍｍの２つの長さを、Ｍ８については長さ４．４ｍｍ、８．８ｍｍおよび１７．６ｍｍの３つの長さをそれぞれ用意し、合計５つの異なる寸法について実験を行った。結果は図５に示す通りであった。
【００５１】
また、ねじの呼びＭ８、長さ１７．６ｍｍを除く４つの異なる寸法の止めねじ４２について、軸受面１１ａ側に充填した空気に負圧を加え、螺旋状オリフィス４３を通過する空気の流量を測定する実験を行った。結果は図６に示す通りであった。これら４つの寸法の止めねじ４２による潤滑油の流量と空気の流量とを比較したグラフが図７である。図７に示すように、ねじの呼びＭ４、長さ５ｍｍの止めねじ４２において、潤滑油流量に対する空気流量の比率が最も大きくなり、本発明に適した特性が示されたことから、ねじの呼びＭ４、長さ５ｍｍの止めねじ４２を空気導入機構４０に採用し、モータリングフリクションを測定した。
【００５２】
モータリングフリクションの測定は、先に述べた従来の給油方式のクランクシャフト１０１、１０２について行った条件と同一の条件、すなわち、オイルポンプからの供給油圧を２５０ｋＰａで一定にして、回転速度を変化させて行った。結果は図８に示す通りとなり、本発明に係る軸受構造では、従来の両給油方式のクランクシャフト１０１、１０２に比べてフリクショントルクが減少した。特に、低回転速度域でフリクショントルクの減少量が大きくなっている。
【００５３】
これは、本発明に係る軸受構造において、供給油圧を様々な値で一定にしたときの、クランクシャフト２の回転速度とロアベアリング１１Ｌの軸受面１１ａにおける最小圧力（油圧）との関係を示す図９のグラフに示されるように、低回転速度域においてロアベアリング１１Ｌの表面圧力が最小になっていることと調和する。すなわち、ロアベアリング１１Ｌの軸受面１１ａで発生する負圧により、粘性の低い空気が軸受隙間に混入することによって油膜粘性抵抗が低下したことに起因するものと考えられる。
【００５４】
このように、第１、第３および第５ジャーナル軸受１２（図３および図４）において、軸受隙間（軸受面１１ａ）と外部（オイル溜め）とを連通する連通孔３０に外部側から軸受隙間側に優先的に空気を流通させる螺旋状オリフィス４３が設けられたことにより、軸受隙間に負圧が発生したときに軸受隙間に効率よく空気が取り込まれて軸受面１１ａに空気層が形成されるため、潤滑油が取り込まれる従来の構成に比べてクランクシャフト２の回転摩擦が低減する。
【００５５】
また、連通孔３０の軸受面開口３０ａが、ロアベアリング１１Ｌの最下端に対してクランクシャフト２の回転方向の下流側に位置、すなわちジャーナル３の回転中心がロアベアリング１１Ｌにおける内燃機関１の膨張行程におけるピストン移動方向の端部で軸受面１１ａから離れ始めたときに軸受隙間が拡大する部位に対してジャーナル３の回転方向下流側の位置に設けられたことにより、軸受面１１ａとジャーナル３との隙間が拡大している周方向の区間で空気層が形成されやすくなり、クランクシャフト２の回転摩擦（粘性抵抗）がより効果的に低減する。
【００５６】
さらに、連通孔３０の軸受面開口３０ａが、ロアベアリング１１Ｌの最下端に対してクランクシャフト２の回転方向下流側に形成されたことにより、内燃機関１の膨張行程において潤滑油が連通孔３０を逆流することが防止される。また、連通孔３０の外面開口３０ｂが軸受面開口３０ａよりも鉛直方向で下方に形成されたことにより、連通孔３０内の潤滑油の排出が容易になり、軸受隙間が負圧になったときに空気が優先的に軸受面１１ａの内側に導入される。
【００５７】
本実施形態では、図１に示すように、クランクシャフト２の内部にジャーナル３の外面に開口するシャフト内油路２４が形成され、第１、第３および第５ジャーナル軸受１２において、アッパベアリング１１Ｕおよびロアベアリング１１Ｌがともに、縦断面において平坦な軸受面１１ａを有するプレーンベアリングとされたことにより、ジャーナル３と軸受面１１ａとの間で発生する負圧が大きくなり、より多くの空気を軸受隙間に流入させてクランクシャフト２の回転摩擦がより効果的に低減させることができる。
【００５８】
そして、第２および第４ジャーナル軸受１２（図２）のロアベアリング１１Ｌ、並びに第１、第３および第５ジャーナル軸受１２（図３）のアッパベアリング１１Ｕに、貫通孔１１ｄが形成された第１、第３および第５ジャーナル軸受１２（図３）のロア軸受と同一形状のものが用いられることにより、５つのジャーナル軸受１２に２種類のベアリングハーフのみが用いられることになり、これにより、作業者による誤組立の防止が図られるとともに、部品管理コストが削減される。
【００５９】
また本実施形態では、空気導入機構４０が連通孔３０の所定位置に設けられた螺旋状オリフィス４３によって構成されることにより、クランクシャフト２側の高圧の潤滑油が螺旋状オリフィス４３を通過して漏れ出すことが防止され、動圧軸受としての機能が損なわれることはない。また、軸受隙間が拡大して負圧が発生した場合には、外部空間から粘性の低い空気を吸い込ませ、吸い込んだ空気を螺旋状オリフィス４３を通過させて軸受隙間に供給することが可能である。
【００６０】
≪第２実施形態≫
次に、図１０および図１１を参照して第２実施形態に係る回転体の軸受構造について説明する。なお、第１実施形態と形態または機能が同一または同様の要素には同一の符号を付し、重複する説明は省略する。
【００６１】
本実施形態の軸受構造では、第１、第３および第５ジャーナル軸受１２（図１参照）に設けられる空気導入機構５０が第１実施形態と異なっている。本実施形態の空気導入機構５０は、ベアリングキャップ９に形成された貫通孔９ａのロアベアリング１１Ｌ側の端部が拡径されることによって形成された弁収容部５１と、弁収容部５１に収容されて外面開口３０ｂ側から軸受面開口３０ａ側のみに流体を流通させる一方向弁５２とにより構成されている。
【００６２】
弁収容部５１は、連通孔３０が開口する底面の中央に弁座５１ａが形成される一方、開放面がロアベアリング１１Ｌによって覆われている。開放面の中央にはロアベアリング１１Ｌの貫通孔１１ｄが配置されている。一方向弁５２は、ハウジング５３と、弁座５１ａに着座するチェックボール５４と、チェックボール５４とハウジング５３との間に介装されてチェックボール５４を弁座５１ａ側に常時付勢する付勢手段である圧縮コイルばね５５とを備えている。これにより、一方向弁５２は、軸受面１１ａ側の圧力が正のときに閉弁し、軸受面１１ａ側の圧力が所定の負圧力を超えると開弁する。
【００６３】
空気導入機構５０がこのように構成されることにより、クランクシャフト２側の高圧の潤滑油が外部空間側へ漏れ出すことが閉弁した一方向弁５２によって防止され、動圧軸受としての機能が損なわれることはない。また、軸受隙間が拡大して所定の負圧力を超える負圧が発生した場合には、一方向弁５２が開弁して外部空間から粘性の低い空気が吸い込まれ、軸受隙間に空気が供給される。
【００６４】
以上で具体的実施形態の説明を終えるが、本発明は上記実施形態に限定されることなく幅広く変形実施することができる。例えば、上記実施形態では、一例として自動車用の内燃機関１のクランク軸受として軸受構造の説明を行ったが、他の用途に用いる内燃機関のクランクシャフトや、クランクシャフト以外の軸受にも当然に適用可能である。また、クランクシャフトに適用する場合には、直列４気筒に限らず、２気筒や３気筒、あるいは５気筒以上の直列気筒型、Ｖ型並びに水平対向型などの内燃機関にも適用することができる。また、潤滑油供給路や空気導入機構４０、連通孔３０、その他の部材や部位の具体的構成や配置、数量、角度など、本発明の趣旨を逸脱しない範囲であれば適宜変更可能である。一方、上記実施形態に示した軸受構造の各構成要素は必ずしも全てが必須ではなく、適宜選択することができる。
【符号の説明】
【００６５】
１      内燃機関
２      クランクシャフト（回転体）
３      ジャーナル
７      アッパブロック（シリンダブロック）
９      ベアリングキャップ
１０    ジャーナル支持部（軸受支持部）
１１    軸受メタル
１１Ｌ  ロアベアリング（キャップ側軸受半体）
１１Ｕ  アッパベアリング（ブロック側軸受半体）
１１ａ  軸受面
１１ｄ  貫通孔
１２    ジャーナル軸受
２１    オイルギャラリ
２２    メイン油路
２３    油供給溝
２４    シャフト内油路
３０    連通孔
３０ａ  軸受面開口
３０ｂ  外面開口
４０    空気導入機構
４３    螺旋状オリフィス
５０    空気導入機構
５２    一方向弁
【図１】
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【図２】
2015034572.tif 000004
【図３】
2015034572.tif 000005
【図４】
2015034572.tif 000006
【図５】
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【図６】
2015034572.tif 000008
【図７】
2015034572.tif 000009
【図８】
2015034572.tif 000010
【図９】
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【図１０】
2015034572.tif 000012
【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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