(57)【要約】【課題】剥離の発生を防止し得る潤滑溝を有する軸受メタルを提供する。【解決手段】上下二分割構造にされて回転軸体を支持するとともに内周面に潤滑溝が形成された軸受メタル１１であって、上分割メタル１２側に円周方向で形成される潤滑溝については、回転軸体の回転時に当該回転軸体が回転軸心と直交する平面内での最大変位方向が上下分割メタル１２，１３の合わせ面Ｓより上方である場合に、少なくとも、当該最大変位方向における合わせ面からその合わせ面近傍Ｍを超えた上方部分Ｎまで、上側潤滑溝１４を配置しないようにするとともに、下分割メタル１３側に円周方向で形成される潤滑溝については、上記最大変位方向とは反対側の合わせ面近傍Ｍに、下側潤滑溝１５を配置したことを特徴とする軸受メタル。【選択図】図４
2008286291.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
上下二分割構造にされて回転軸体を支持するとともに内周面に潤滑溝が形成された軸受メタルであって、
上分割メタル側に円周方向で形成される潤滑溝については、回転軸体の回転時に当該回転軸体が回転軸心と直交する平面内での最大変位方向が上下分割メタルの合わせ面近傍である場合に、少なくとも、当該合わせ面近傍にて潤滑溝が配置されないようにするとともに、
下分割メタル側に円周方向で形成される潤滑溝については、上記最大変位方向とは反対側の合わせ面近傍に配置したことを特徴とする軸受メタル。
【請求項２】
上下二分割構造にされて回転軸体を支持するとともに内周面に潤滑溝が形成された軸受メタルであって、
上分割メタル側に円周方向で形成される潤滑溝については、回転軸体の回転時に当該回転軸体が回転軸心と直交する平面内での最大変位方向が上下分割メタルの合わせ面より上方である場合に、少なくとも、当該最大変位方向における合わせ面からその合わせ面近傍を超えた上方部分まで、潤滑溝を配置しないようにしたことを特徴とする軸受メタル。
【請求項３】
上下二分割構造にされて回転軸体を支持するとともに内周面に潤滑溝が形成された軸受メタルであって、
上分割メタル側に円周方向で形成される潤滑溝については、回転軸体の回転時に当該回転軸体が回転軸心と直交する平面内での最大変位方向が上下分割メタルの合わせ面より上方である場合に、少なくとも、当該最大変位方向における合わせ面からその合わせ面近傍を超えた上方部分まで、潤滑溝を配置しないようにするとともに、
下分割メタル側に円周方向で形成される潤滑溝については、上記最大変位方向とは反対側の合わせ面近傍に、潤滑溝を配置したことを特徴とする軸受メタル。
【請求項４】
最大変位方向が、軸受メタルに対する回転軸体の偏心率が０．９以上の範囲であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の軸受メタル。
【請求項５】
合わせ面近傍が、合わせ面に対して略±１０°の範囲であることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか一項に記載の軸受メタル。
【請求項６】
上方部分が合わせ面近傍からさらに略１０°の範囲であることを特徴とする請求項２または３に記載の軸受メタル。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば船舶の主機関におけるクランク軸の軸受に設けられる軸受メタルに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
通常、船舶の主機関である大型ディーゼルエンジンのクランク軸のジャーナル（以下、軸体という）を支持する軸受としては、すべり軸受が用いられるとともに、このすべり軸受の内側には、上下二分割構造の軸受メタルが設けられており、当然に、この軸受メタルには、潤滑溝が形成されている。
【０００３】
従来、この種の潤滑溝の形成範囲は、図１０に示すように、上分割メタル５１の全部（半円周の全長である）には上側潤滑溝５３が形成されるとともに、下分割メタル５２の両端部には、所定角度範囲［合わせ面Ｓから１０〜１５°（軸体中心ＯＭに対する円弧角度）程度の範囲］でもって下側潤滑溝５４がそれぞれ形成されていた。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかし、上述のディーゼルエンジンにおけるすべり軸受の軸受メタルの内周面に形成される潤滑溝５３，５４は、上分割メタル５１の全部と、下分割メタル５２の両端部近傍に形成されていたが、上下の分割メタル５１，５２同士の合わせ面Ｓの近傍で剥離が発生するという問題があった。
【０００５】
そこで、本発明は、剥離の発生を防止し得る軸受メタル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】
【０００６】
上記課題を解決するため、本発明の請求項１に係る軸受メタルは、上下二分割構造にされて回転軸体を支持するとともに内周面に潤滑溝が形成された軸受メタルであって、
上分割メタル側に円周方向で形成される潤滑溝については、回転軸体の回転時に当該回転軸体が回転軸心と直交する平面内での最大変位方向が上下分割メタルの合わせ面近傍である場合に、少なくとも、当該合わせ面近傍にて潤滑溝が配置されないようにするとともに、
下分割メタル側に円周方向で形成される潤滑溝については、上記最大変位方向とは反対側の合わせ面近傍に配置したものである。
【０００７】
また、請求項２に係る軸受メタルは、上下二分割構造にされて回転軸体を支持するとともに内周面に潤滑溝が形成された軸受メタルであって、
上分割メタル側に円周方向で形成される潤滑溝については、回転軸体の回転時に当該回転軸体が回転軸心と直交する平面内での最大変位方向が上下分割メタルの合わせ面より上方である場合に、少なくとも、当該最大変位方向における合わせ面からその合わせ面近傍を超えた上方部分まで、潤滑溝を配置しないようにしたものである。
【０００８】
また、請求項３に係る軸受メタルは、上下二分割構造にされて回転軸体を支持するとともに内周面に潤滑溝が形成された軸受メタルであって、
上分割メタル側に円周方向で形成される潤滑溝については、回転軸体の回転時に当該回転軸体が回転軸心と直交する平面内での最大変位方向が上下分割メタルの合わせ面より上方である場合に、少なくとも、当該最大変位方向における合わせ面からその合わせ面近傍を超えた上方部分まで、潤滑溝を配置しないようにするとともに、
下分割メタル側に円周方向で形成される潤滑溝については、上記最大変位方向とは反対側の合わせ面近傍に、潤滑溝を配置したものである。
【０００９】
また、請求項４に係る軸受メタルは、請求項１乃至３のいずれかに記載の軸受メタルにおいて、最大変位方向が、軸受メタルに対する回転軸体の偏心率が０．９以上の範囲としたものである。
【００１０】
また、請求項５に係る軸受メタルは、請求項１乃至３のいずれかに記載の軸受メタルにおいて、合わせ面近傍が、合わせ面に対して略±１０°の範囲としたものである。
さらに、請求項６に係る軸受メタルは、請求項２または３に記載の軸受メタルにおいて、上方部分が合わせ面近傍からさらに略１０°の範囲としたものである。
【発明の効果】
【００１１】
上記請求項１に係る軸受メタルの構成によると、上分割メタル側に円周方向で形成される潤滑溝については、回転軸体の回転時に当該回転軸体がその回転軸心と直交する平面内で変位した際に、その最大変位方向が上下分割メタルの合わせ面近傍である場合、少なくとも、当該合わせ面近傍に潤滑溝を配置しないようにしたので、最大変位方向側で摩擦熱が発生した場合でも潤滑油が直接に供給されることがないため、熱歪が小さくなり、したがって軸受メタルに剥離などの損傷が発生するのを防止することができる。
【００１２】
また、請求項２および請求項３に係る軸受メタルの構成によると、上分割メタル側に円周方向で形成される潤滑溝については、回転軸体の回転時に当該回転軸体がその回転軸心と直交する平面内で変位した際に、少なくとも、その最大変位方向が分割メタル同士の合わせ面近傍より上方である場合、当該上方部分に潤滑溝を配置しないようにしたので、最大変位方向で摩擦熱が発生した場合でも潤滑油が直接に供給されることがないため、当該上方部分での熱歪が小さくなり、したがって軸受メタルに剥離などの損傷の発生を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
［実施の形態］
以下、本発明の実施の形態に係る軸受メタルを、図１〜図７に基づき説明する。
本実施の形態に係る軸受メタルは、例えば船舶に搭載される大型の舶用ディーゼルエンジン（所謂、主機関である）のクランク軸を支持する軸受（主軸受ともいう）の内面に配置されるものとして説明する。
【００１４】
まず、このエンジンの構成を概略的に説明すると、図１に示すように、例えば７個のピストン１を有しており、そのクランク軸２は、８個（＃１〜＃８）の軸受３により支持されるとともに、船尾側の後端部はさらに隔壁に設けられた＃９の軸受３により支持されている。なお、＃１は船首側（Ｆｏｒｅ）のものを示し、＃８は船尾側（Ａｆｔ）のものを示す。勿論、クランク軸２の各ピストン１に対応する位置には、クランクアーム４を介してクランクピン５が設けられるとともに、このクランクピン５とピストン１とがそれぞれコネクティングロッド６を介して連結されている。
【００１５】
次に、軸受メタルが設けられる軸受３について説明する。
すなわち、図２および図３に示すように、この軸受３内には、上記クランク軸２のジャーナル（回転軸体の一例で、以下、軸体と称するとともにクランク軸と同一の部材番号２を付して説明する）を回転可能に支持する軸受メタル１１が設けられている。
【００１６】
この軸受メタル１１は上下二分割構造にされ、上半円周部の上分割メタル１２および下半円周部の下分割メタル１３により構成されている。
そして、これら各分割メタル１２，１３の内周面には、円周方向に沿って所定幅の上側および下側潤滑溝１４，１５が形成されている。
【００１７】
まず、軸受メタルの潤滑溝を形成（配置）する際の基本的な考え方について説明しておく。
軸受メタル１１の剥離状態を調べた結果、剥離箇所（剥離部位）と軸体２に作用する力（荷重）の方向とは必ずしも一致していないという知見、および軸体２と軸受メタル１１との摩擦による加熱（所謂、摩擦熱）と潤滑油の供給による冷却とが繰り返し行われることにより発生する熱歪に起因しているという知見を得たことに基づく。
【００１８】
ところで、摩擦熱は、油膜切れが生じ易い箇所、例えば軸受中心付近の水平面およびその上側領域などの潤滑油を巻き込みにくい箇所に軸体２が軸受メタル１１内で比較的大きく変位（移動）したことにより、発生するものと考えられる。なお、軸体２が大きく変位する箇所は、上述したように、必ずしも、最大荷重が作用する位置ではなく、軸体が回転している場合、潤滑油を巻き込みその回転方向の上手側に少しずれた位置となる。これらを考慮すると、摩擦熱が発生する箇所は、所謂、軸受３の合わせ面近傍およびその上方部分となる。
【００１９】
したがって、剥離に対処する方法としては、図４に示すように、油膜切れが生じ易い箇所、すなわち水平付近である合わせ面近傍Ｍおよびその上方部分Ｎに、潤滑油を直接供給しないようにすればよい。
【００２０】
このために、軸体２の回転時に、当該軸体２の変位を計測することにより、または軸体２の挙動の理論解析により、軸体２が合わせ面近傍Ｍおよびその上方部分Ｎにおいて、大きく変位している箇所（以下、最大変位方向という）を見つければよく、その方法としては、実際の計測（以下、実測という）による方法と理論解析による方法とがある。
【００２１】
例えば、＃１，＃２，＃４および＃８の各軸受３における軸体２の変位を実測した結果を図５（ａ）に示し、また理論解析による軸体２の変位を求めた結果を図５（ｂ）に示す。この図５に示す変位は偏心率を示している。
【００２２】
この偏心率は、図６に示すように、軸体２と軸受メタル１１に対する軸体２の半径隙間（軸体２の中心Ｏと軸受メタル１１の中心ＯＭとが一致した状態での半径隙間である）ｃに対する軸体２の中心Ｏの変位量δの割合（δ／ｃ）および変位方向を、その軸体２の回転角度θをパラメータとして示したものである。図５において、０°を「Top」、９０°を「Port」、１８０°を「Bottom」および２７０°を「Starboard」で表している。
【００２３】
また、以下の説明において、両分割メタル１２，１３同士の合わせ面（通常の設置状態に則して言うと、水平面に相当する）Ｓは左側部（９０°）および右側部（２７０°）を含む平面（軸受が正しく設置されている場合は水平面である）を表し、また合わせ面近傍Ｍについては、左側部（９０°）または右側部（２７０°）に対して、つまり水平面に対して、略±１０°の範囲（つまり、２０°の範囲であり、所定範囲と呼ぶこともできる）を表し、また合わせ面近傍Ｍを超える上方部分Ｎについても、略１０°の範囲（所定範囲と呼ぶこともできる）を表すものとする（図４参照）。なお、「略」の範囲としては±２割程度であるが、好ましくは、±１割程度である。また、上記角度については、軸受メタル１１の中心ＯＭを中心とする円弧角度を示している（以下、同じ）。
【００２４】
図５（ａ）および（ｂ）から、実測結果および解析結果とも、最大変位部分（具体的には、偏心率が０．９以上の部分）は、上分割メタル１４と下分割メタル１５との合わせ面近傍Ｍで発生していることが分かり、また＃８軸受３では、合わせ面近傍Ｍを含めてその上方部分Ｎで発生していることが分かる。これらの結果から、従来の軸受メタルでの剥離箇所に対応していることが分かる。
【００２５】
すなわち、最大変位部分（大きい変位箇所）が合わせ面近傍Ｍまたはその上方部分Ｎにくると、軸受メタル１１との接触による摩擦熱が生じるとともに、この部分に潤滑溝がかかっていると、潤滑油の冷却機能により熱歪が起こり剥離現象が発生する。したがって、この最大変位部分に潤滑油が直接供給されないように潤滑溝を配置すればよく、剥離現象をなくすことができる。
【００２６】
纏めると、上分割メタル１２側に円周方向で形成される上側潤滑溝１４については、図７に示すように、軸体２の回転時に当該軸体２が回転軸心と直交する平面内で変位した際に、その最大変位方向が上下分割メタル１２，１３の合わせ面近傍Ｍである場合、少なくとも、当該合わせ面近傍（１０°付近まで）Ｍには潤滑溝を形成しないようにするとともに、下分割メタル１３側の下側潤滑溝１５については、上記最大変位方向とは反対側の合わせ面近傍（−１０°付近まで）Ｍに潤滑溝１５を形成したものである。なお、反対側の合わせ面近傍Ｍまで潤滑溝１５を設けたのは、特に、熱歪を考慮する必要がないからである。
【００２７】
さらに、上分割メタル１２側に円周方向で形成される上側潤滑溝１４については、軸体２の回転時に当該軸体２が回転軸心と直交する平面内で変位した際に、その最大変位方向が上下分割メタル１２，１３の合わせ面Ｓより上方である場合に、少なくとも、当該最大変位方向における合わせ面近傍Ｍを超えた上方部分Ｎまで、つまり０〜２０°付近までについては、潤滑溝を形成しないようにするとともに、下分割メタル１３側に円周方向で形成される下側潤滑溝１５については、上記最大変位方向とは反対側の合わせ面近傍Ｍに潤滑溝を形成したものである。
【００２８】
ここで、より具体的に、潤滑溝の配置範囲を図５に基づき説明しておく。
＃１軸受３においては、変位軌跡は略８０°〜略２６５°の範囲であり、この場合は、上分割メタル１２側にだけ上側潤滑溝１４を形成すればよい。すなわち、従来の下分割メタル１３に設けられていた潤滑溝については、設ける必要はない。
【００２９】
＃２軸受３においては、変位軌跡は略１００°〜略２３０°の範囲であり、この場合は、従来の潤滑溝のままでよい。
＃４軸受３においては、変位軌跡は略８０°〜略２６０°の範囲であり、この場合は、例えば上分割メタル１２側および下分割メタル１３の右側にだけ潤滑溝１４，１５を形成すればよい。
【００３０】
＃８軸受３においては、変位軌跡は略全周に亘っているが、その偏心率が大きい軌跡に着目すると、４０°〜略１８０°の範囲であり、この場合は、例えば上分割メタル１２の左側部（９０°）に近い部分（つまり、合わせ面近傍）については、上側潤滑溝１４を形成しないとともに、下分割メタル１３の右側部については下側潤滑溝１５を形成すればよい。
【００３１】
したがって、上分割メタル１２の左側部（９０°）に近い部分は設けずに、下分割メタル１３の右側部（２７０°）に潤滑溝を形成すればよい。
すなわち、潤滑溝の配置範囲（形成範囲）を説明すると、合わせ面近傍Ｍおよびその上方部分Ｎの範囲で、軸体２の偏心率が０．９以上である範囲については、潤滑溝を設けないようにしたものである。
【００３２】
ところで、潤滑溝の配置範囲すなわち軸心の挙動範囲については、実測する方法と計算により解析する方法（理論解析）とがある。実測については説明する必要はないが、その解析方法を概略的に説明すると、クランク軸系を、ジャーナル、クランクアームおよびクランクピンの構成を保持しつつ少数の梁要素で置換し、軸受の潤滑解析には短軸受解のモビリティ法を用い、そして軸系の挙動と潤滑解析の連成解析に伝達マトリックス法を適用するものである。以下、その手順を簡単に説明する。
【００３３】
（１）まず、伝達マトリックス法によりクランク角度０゜の軸受に作用する軸受荷重およびジャーナルの傾きを求める。
（２）次に、軸受の変位量から軸受荷重を計算し、モビリティ法でジャーナルの偏心率を求める。
【００３４】
（３）次に、求められた偏心率を伝達マトリックス計算に反映させて、次のクランク角度ステップにおける軸受荷重とジャーナルの傾きを求める。
（４）最後に、１サイクルにわたり上記（１）〜（３）までの手順を繰り返し、クランク角度０゜における偏心量とクランク角度３６０゜における偏心量の差がある設定値以下になるまで繰り返せばよい。通常は３回から４回の繰返しで十分に収束する。
【００３５】
以上の手順により、１サイクル中の全ての軸受内の軸体（ジャーナル）の偏心量や軸の傾きが求められる。
このように、軸受メタル１１の上分割メタル１２側に円周方向で形成される上側潤滑溝１４については、軸体２の回転時に当該軸体２がその回転軸心と直交する平面内で変位した際に、その変位が大きい方向つまり最大変位方向が上下分割メタル１４，１５の合わせ面近傍Ｍである場合に、当該合わせ面近傍Ｍに上側潤滑溝１４を配置しないようにしたので、最大変位方向で摩擦熱が発生した場合でも潤滑油が直接に供給されることがないため、熱歪が小さくなり、したがって軸受メタルに剥離などの損傷が発生するのを防止することができる。この場合、下分割メタル１３に設けられる下側潤滑溝１５については、上記最大変位方向とは反対側の合わせ面近傍Ｍに例えば略１０°程度の範囲でもって下側潤滑溝１５が形成され、摩擦熱が発生しない部分には潤滑油が供給されて潤滑機能が維持されている。
【００３６】
ところで、上記実施の形態においては、回転軸体の最大変位方向が合わせ面近傍Ｍまたはそれより上方部分Ｎである場合に、少なくとも、その最大変位方向での上分割メタル１２の合わせ面近傍Ｍおよび上方部分Ｎに上側潤滑溝１４を配置しないようにしたが、図９に示すように、反対側の同じ範囲にて、上側潤滑溝を配置しないようにしてもよい。したがって、この場合は、下分割メタル１３については、潤滑溝が形成されないことになる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施の形態に係る軸受メタルを有する軸受が設けられたエンジンの模式図である。
【図２】同軸受メタルの斜視図である。
【図３】同軸受メタルの分解斜視図である。
【図４】同軸受メタルにおける潤滑溝の配置範囲を説明する側面図である。
【図５】同軸受メタルに対する回転軸体の変位状態を示す図で、（ａ）は実測した値を示し、（ｂ）は理論解析による値を示す。
【図６】同軸受メタルに対する回転軸体の偏心率を説明する断面図である。
【図７】同軸受メタルの潤滑溝の配置状態を示す模式側面図である。
【図８】本発明の他の実施の形態における軸受メタルの潤滑溝の配置状態を示す模式側面図である。
【図９】本発明の他の実施の形態における軸受メタルの潤滑溝の配置状態を示す模式側面図である。
【図１０】従来例の軸受メタルの断面図である。
【符号の説明】
【００３８】
１      ピストン
２      クランク軸（回転軸体）
３      軸受
１１      軸受メタル
１２      上分割メタル
１３      下分割メタル
１４      上側潤滑溝
１５      下側潤滑溝
【図１】
2008286291.tif 000003
【図２】
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【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】
2008286291.tif 000010
【図９】
2008286291.tif 000011
【図１０】
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