(57)【要約】【課題】従来技術に比べて漏れ油量を抑制する。【解決手段】軸を６６００ｒｐｍで回転させた場合において、半径ｒに対する第２溝１２の深さｔ１２の割合を１．５４％未満とすることにより、半割軸受１の漏れ油量は従来の半割軸受７の漏れ油量よりも抑制される。また、半割軸受１の全幅ｗに対する第２溝１２の幅ｗ１２の割合を１１％未満とすることにより、半割軸受１の漏れ油量は従来の半割軸受７の漏れ油量よりも抑制される。また、半割軸受１の内周面１３の周方向に沿った全長Ｌに対する第２溝１２の長さＬ１２の割合を２．４５％以上とすることにより、半割軸受１の漏れ油量は従来の半割軸受７の漏れ油量よりも抑制される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
対をなす他の半割軸受と突合せて全体として内周面の側に軸を収容する円筒状の軸受を形成する半割軸受であって、
前記他の半割軸受の接合面と突合せる２つの接合面と、
前記内周面の周方向に沿って形成され、２つの前記接合面のいずれにも達していない、第１の幅を有する第１溝と、
前記周方向における前記第１溝の端部から、２つの前記接合面のうち、該端部に近い方の該接合面までを開口する、前記第１の幅よりも細い第２の幅を有する第２溝と、を有し、
前記第２溝の前記内周面からの深さは、該内周面の半径に対して１．５４％未満である
ことを特徴とする半割軸受。
【請求項２】
前記第２の幅は、前記内周面の全幅に対して１１％未満である
ことを特徴とする請求項１に記載の半割軸受。
【請求項３】
前記内周面における前記第２溝の前記周方向に沿った長さは、該内周面の該周方向の全長に対して２．４５％以上である
ことを特徴とする請求項１または２に記載の半割軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半割軸受から漏れる潤滑油の量を低減させる技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関のクランク軸（主軸）は、一対の半円筒形の軸受（半割軸受という）から成る主軸受により支持される。この主軸受を潤滑にするために、オイルポンプによって吐出された潤滑油が、主軸受の壁に形成された貫通口を通して、主軸受の内周面に沿って形成された油溝に供給される。
【０００３】
従来技術において主軸受の油溝は、一対の半割軸受のうちの少なくとも一方の内周面に、その周方向の全長にわたって同じ深さで形成されていた。この場合、油溝に供給された潤滑油は半割軸受の周方向端部まで流れ、その多くが、半割軸受の接合部で軸線方向に形成された溝を通して軸受外部に排出される。このように周方向の全長にわたって同じ深さで油溝を形成すると形成された油溝の体積分の潤滑油が必要となり、潤滑油の漏れ量（以下、漏れ油量という）も多くなる。
【０００４】
軸受に設けられた油溝からの漏れ油量を減少させるために様々な溝の形状が検討されている。
特許文献１には、端部において溝幅が開口部の細い溝幅へ切り替わるように段状に形成された給油溝が記載されている（段落８４）。
特許文献２には、内周面側に一方の下端面から他方の下端面まで周方向に油溝が形成され、その油溝の深さは、内周に対し偏心しており、かつ、下端面では「０」である「偏心油溝型」のアッパーメタルが記載されている（段落２６）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−６９２４８号公報
【特許文献２】特開２０１１−１７９３６６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、特許文献２に記載の技術では、溝は接合面に近づくほど浅くなるものの、溝の幅は一定であるため、その幅に応じた一定量の油漏れが生じていた。
【０００７】
特許文献１に記載の技術では、溝は半割軸受同士が接合する接合面に向かう途中で幅が非連続的に狭くなる「絞部」が存在するので、漏れ油量が低減する効果がある。しかし、この絞部を具体的にどの程度の寸法にすると効果的であるかについては検討がなされていない。
【０００８】
本発明の目的の１つは、従来技術に比べて漏れ油量を抑制することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上述した課題を解決するため、本発明に係る半割軸受は、対をなす他の半割軸受と突合せて全体として内周面の側に軸を収容する円筒状の軸受を形成する半割軸受であって、前記他の半割軸受の接合面と突合せる２つの接合面と、前記内周面の周方向に沿って形成され、２つの前記接合面のいずれにも達していない、第１の幅を有する第１溝と、前記周方向における前記第１溝の端部から、２つの前記接合面のうち、該端部に近い方の該接合面までを開口する、前記第１の幅よりも細い第２の幅を有する第２溝と、を有し、前記第２溝の前記内周面からの深さは、該内周面の半径に対して１．５４％未満であることを特徴とする。
【００１０】
上述の態様において、前記第２の幅は、前記内周面の全幅に対して１１％未満であることが望ましい。
【００１１】
また、上述の態様において、前記内周面における前記第２溝の前記周方向に沿った長さは、該内周面の該周方向の全長に対して２．４５％以上であることが望ましい。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、従来技術に比べて漏れ油量を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１３】
【図１】半割軸受の概要を示す図。
【図２】半割軸受における溝の深さを説明するための図。
【図３】従来の半割軸受の一例を示す図。
【図４】半割軸受における溝の深さを説明するための図。
【図５】半割軸受の第２溝の寸法を示す斜視図。
【図６】溝深さを変化させた場合の数値計算結果を示すグラフ。
【図７】溝幅を変化させた場合の数値計算結果を示すグラフ。
【図８】溝長さを変化させた場合の数値計算結果を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１４】
１．実施形態
以下、本発明の一実施形態に係る半割軸受１の構造を説明する。図において、半割軸受１の各構成が配置される空間をｘｙｚ右手系座標空間として表す。図に示す座標記号のうち、白い円の中に互いに交差する２本の斜線を描いた記号は、紙面手前側から奥側へ向かう矢印を表す。空間においてｘ軸に沿う方向をｘ軸方向という。また、ｘ軸方向のうち、ｘ成分が増加する方向を＋ｘ方向といい、ｘ成分が減少する方向を−ｘ方向という。ｙ、ｚ成分についても、上記の定義に沿ってｙ軸方向、＋ｙ方向、−ｙ方向、ｚ軸方向、＋ｚ方向、−ｚ方向を定義する。
【００１５】
図１は、半割軸受１の概要を示す図である。半割軸受１は、対をなす下方側の半割軸受（図示せず）と突合せて全体として内周面１３の側に軸を収容する円筒状のすべり軸受を形成する上方側の半割軸受である。この半割軸受１が内周面１３の側に収容する軸は、クランク軸（主軸）である。図１において、半割軸受１は、内周面１３の側に収容する軸がｘ軸方向に沿うように配置されている。なお、図１において＋ｚ方向が上方であり、−ｚ方向が下方である。
【００１６】
半割軸受１を下方から上方へ向かう方向（＋ｚ方向）に見た形状を図１（ａ）に示す。図１（ａ）に示すように、半割軸受１の全幅ｗはｘ軸方向の全長であり、どの位置においても一定である。
【００１７】
また、半割軸受１の内周面１３には幅方向（ｘ軸方向）の中央を周方向に沿って幅ｗ１１の第１溝１１が形成されている。第１溝１１のうち所定の位置には外周面１９に向けて貫通した油孔Ｈ１１，Ｈ１２が設けられている。半割軸受１を外周面１９の側から支持するケーシング（図示略）には、潤滑油の給油口が設けられており、この給油口から油孔Ｈ１１，Ｈ１２に潤滑油が供給される。なお、油孔の数は２に限られず１でも３以上でもよい。
【００１８】
半割軸受１を幅方向（ｘ軸方向）の中心（図１（ａ）の矢視Ib−Ib）で切断した断面図を図１（ｂ）に示す。内周面１３に収容される軸は、矢印Ｄに沿って回転する。この矢印Ｄが示す回転方向により上流側および下流側を定義する。
半割軸受１の内周面１３の側に収容される軸の中心Ｏは、内周面１３の中心と一致している。内周面１３は中心Ｏから半径ｒの距離にある半円筒状の曲面である。
【００１９】
接合面１４は上流側の接合面であり、接合面１５は下流側の接合面である。接合面１４，１５は、いずれも下方側（−ｚ方向）の半割軸受の接合面と突合せる接合面である。油孔Ｈ１１は、油孔Ｈ１２よりも上流側に位置している。
【００２０】
内周面１３に形成された上述の第１溝１１は、図１（ｂ）に示すように、周方向の両端が接合面１４および接合面１５のいずれにも達していない。内周面１３のうち、第１溝１１が形成された領域を第１領域Ａ１という。内周面１３のうち、第１領域Ａ１よりも下流側の領域を第２領域Ａ２とし、第１領域Ａ１よりも上流側の領域を第３領域Ａ３とする。第１領域Ａ１の上流側の端部は、接合面１５よりも接合面１４に近い位置にあり、第１領域Ａ１の下流側の端部は、接合面１４よりも接合面１５に近い位置にある。
【００２１】
なお、図１（ｂ）に示した中間点Ｃが、内周面１３の周方向における接合面１４，１５の中間の位置であるとすると、第１領域Ａ１の上流側の端部は、内周面１３の周方向において中間点Ｃよりも上流側にあり、第１領域Ａ１の下流側の端部は、内周面１３の周方向において中間点Ｃよりも下流側にあるといえる。
【００２２】
第１溝１１は、第１領域Ａ１の中間点Ｃから両端に近づくほど浅くなる。すなわち、第１溝１１は、接合面１４，１５のいずれか近い方に近づくほど浅くなるように形成されている。
【００２３】
第２溝１２は、内周面１３の周方向における、第１溝１１の端部から、２つの接合面１４，１５のうち、その端部に近い方の接合面までを開口するように形成されている。図１に示した例では、第２溝１２は２つあり、それぞれが第１溝１１の両端から周方向に沿って接合面１４，１５に伸びている。すなわち、この例において、第２溝１２は、第１領域Ａ１よりも下流側にある第２領域Ａ２、および第１領域Ａ１よりも上流側にある第３領域Ａ３のそれぞれに設けられている。
【００２４】
溝の長さは、内周面１３における周方向に沿った長さで定める。図１に示した半割軸受１で、第２領域Ａ２に設けられた第２溝１２の長さと、第３領域Ａ３に設けられた第２溝１２の長さとは同じである。第２領域Ａ２に設けられた第２溝１２の長さは、図１（ｂ）に示す長さＬ１２である。第２領域Ａ２は中心Ｏにおける円弧状の領域であり、その角度をθ（ｒａｄ：ラジアン角）とすると長さＬ１２は以下の式（１）に従って算出される。
Ｌ１２＝ｒ×θ    …（１）
一方、半割軸受１の内周面１３の周方向における全長Ｌは、以下の式（２）に従って算出される。
Ｌ＝ｒ×π    …（２）
これは、半割軸受１が中心Ｏを通る平面で円筒を分割した半円筒の形状をしているため、内周面１３の全領域に相当する角度が二直角相当、すなわちπ（ｒａｄ）となるからである。
【００２５】
第２溝１２は、第１溝１１よりも細い溝である。すなわち、第２溝１２の幅ｗ１２は、第１溝１１の幅ｗ１１との間で、ｗ１２＜ｗ１１という関係がある。
【００２６】
また、第２溝１２は、第１溝１１の端部から接合面１４，１５のいずれか近い方に至るまで一定の深さで形成されている。
【００２７】
図２は、半割軸受１における溝の深さを説明するための図である。半割軸受１を図１（ｂ）の矢視IIa−IIaで切断した断面図を図２（ａ）に示し、矢視IIb−IIbで切断した断面図を図２（ｂ）に示す。矢視IIa−IIaで切断した断面は、中心Ｏおよび中間点Ｃを含む断面であり、矢視IIb−IIbで切断した断面図は、中心Ｏおよび第１領域Ａ１と第２領域Ａ２との境界を含む断面である。
【００２８】
図２（ａ）に示すように、中間点Ｃを含む断面では、第１溝１１の形状が現れる。第１溝１１の中間点Ｃにおける断面は、幅ｗ１１で深さｔ１１の矩形である。第１溝１１の深さｔ１１は、この中間点Ｃを含む断面において最も深い。
【００２９】
そして、図２（ｂ）に示すように、第１領域Ａ１と第２領域Ａ２との境界で第１溝１１と第２溝１２とが切り替わるため、断面には第１溝１１の端部の面と第２溝１２の形状とが現れる。第２溝１２の深さｔ１２は、内周面１３を基準とした深さであり、中心Ｏからｙｚ平面上を放射状に伸びる線に沿って測られる内周面１３との距離である。
【００３０】
図２（ｂ）に示した第１領域Ａ１と第２領域Ａ２との境界における断面で、第１溝１１の深さｔ１１よりも第２溝１２の深さｔ１２の方が浅く、かつ、第１溝１１の幅ｗ１１よりも第２溝１２の幅ｗ１２の方が狭いため、第１溝１１に保持された油の流路は下流側である第２領域Ａ２において断面積が小さい第２溝１２に切り替わる。すなわち、第２溝１２は、第１溝１１の流れを端部で絞る「絞部」として機能する。
【００３１】
２．従来技術との比較
図３は、従来の半割軸受の一例を示す図である。半割軸受７は、従来の半割軸受の一例であり、例えば特許文献２に記載された偏心油溝型のアッパーメタルなどである。
【００３２】
半割軸受７は、対をなす下方側の半割軸受（図示せず）と突合せて全体として内周面７３の側に軸を収容する円筒状のすべり軸受を形成する上方側の半割軸受である。この半割軸受７が内周面７３の側に収容する軸は、クランク軸（主軸）である。図３において、半割軸受７は、内周面７３の側に収容する軸がｘ軸方向に沿うように配置されている。なお、図３において＋ｚ方向が上方であり、−ｚ方向が下方である。
【００３３】
半割軸受７を下方から上方へ向かう方向（＋ｚ方向）に見た形状を図３（ａ）に示す。また、半割軸受７を幅方向（ｘ軸方向）の中心（図３（ａ）の矢視IIIb−IIIb）で切断した断面図を図３（ｂ）に示す。
【００３４】
半割軸受７は、一定の幅ｗ７１を有する溝７１が、軸の回転方向における上流側の接合面７４から、下流側の接合面７５にわたって形成されている。溝７１のうち所定の位置には外周面７９に向けて貫通した油孔Ｈ７１，Ｈ７２が設けられている。この溝７１の深さは、中間点Ｃで最も深くなり、両端に近づくほど浅くなる。つまり、溝７１は、接合面７４，７５のいずれか近い方に近づくほど浅くなるように形成されている。
【００３５】
図４は、半割軸受７における溝の深さを説明するための図である。半割軸受７を図３（ｂ）の矢視IV−IVで切断した断面図を図４に示す。矢視IV−IVで切断した断面は、内周面７３の周方向における接合面７４，７５の中間の位置である中間点Ｃを含む断面である。この場合、溝７１の中間点Ｃにおける断面は、幅ｗ７１で深さｔ７１の矩形である。
【００３６】
ここで幅ｗ７１が幅ｗ１１と等しく、深さｔ７１が深さｔ１１と等しい場合、半割軸受１と半割軸受７とで中心Ｏおよび中間点Ｃを含む溝の断面に差はない。
【００３７】
一方、溝７１は、上述したとおり接合面７４，７５のいずれか近い方に近づくほど浅くなるように形成されているため、中間点Ｃから接合面７４または接合面７５に近づくほど油を保持する溝７１の断面積は小さくなるが、第１領域Ａ１と第２領域Ａ２との境界では絞部となる第２溝１２の方が溝７１よりも断面積が小さい。したがって、半割軸受１の方が、半割軸受７よりも漏れ油量が抑えられる。
【００３８】
３．計算例
図５は、半割軸受１の第２溝１２の寸法を示す斜視図である。図５に示すように、第２溝１２は、深さｔ１２、幅ｗ１２、および長さＬ１２を有する溝である。
ここで、第２溝１２のこれらの寸法は、そのそれぞれについてある範囲に限定することにより、従来よりも漏れ油量が抑制されることが数値計算の結果により明らかとなった。以下に、数値計算結果に基づいてこれらの範囲について説明する。
【００３９】
本願発明の発明者らは、第２溝１２の（１）溝深さ、（２）溝幅、および（３）溝長さ、のそれぞれを変化させた場合の漏れ油量を数値計算により算出し、それらの漏れ油量を従来技術である半割軸受７を用いた場合の漏れ油量と比較した。この数値計算には、質量保存を考慮したレイノルズ方程式による油膜解析を用いた。また、この数値計算は、半割軸受１または半割軸受７を含むすべり軸受の各内周面の側に収容された軸を、高速回転である６６００ｒｐｍ、および、低速回転である２０００ｒｐｍでそれぞれ回転させた場合について行った。
【００４０】
（１）溝深さ
図６は、溝深さを変化させた場合の数値計算結果を示すグラフである。図６の横軸は、半径ｒに対する第２溝１２の深さｔ１２の割合を示す百分率である。図６（ａ）の縦軸は、軸を６６００ｒｐｍで回転させたときの単位時間当たりの漏れ油量を示している。図６（ａ）に示す比較例は、縦軸の値のみを示す線で従来の半割軸受７を用いて、軸を６６００ｒｐｍで回転させたときの漏れ油量を示す。
【００４１】
この数値計算の結果により、軸を６６００ｒｐｍで回転させた場合において、半径ｒに対する第２溝１２の深さｔ１２の割合を１．５４％未満とすることにより、半割軸受１の漏れ油量は従来の半割軸受７の漏れ油量よりも抑制されることがわかった。
【００４２】
なお、図６（ｂ）の縦軸は、軸を２０００ｒｐｍで回転させたときの単位時間当たりの漏れ油量を示し、図６（ｂ）に示す比較例は、従来の半割軸受７を用いて、軸を２０００ｒｐｍで回転させたときの漏れ油量を示している。この数値計算の結果により、軸を２０００ｒｐｍで回転させた場合において、第２溝１２の深さに関わらず、半割軸受１の漏れ油量は従来の半割軸受７の漏れ油量よりも抑制されることがわかった。
【００４３】
（２）溝幅
図７は、溝幅を変化させた場合の数値計算結果を示すグラフである。図７の横軸は、半割軸受１の全幅ｗに対する第２溝１２の幅ｗ１２の割合を示す百分率である。図７（ａ）の縦軸は、軸を６６００ｒｐｍで回転させたときの単位時間当たりの漏れ油量を示している。図７（ａ）に示す比較例は、図６と同様、従来の半割軸受７を用いた場合の漏れ油量を示す。
【００４４】
この数値計算の結果により、軸を６６００ｒｐｍで回転させた場合において、半割軸受１の全幅ｗに対する第２溝１２の幅ｗ１２の割合を１１％未満とすることにより、半割軸受１の漏れ油量は従来の半割軸受７の漏れ油量よりも抑制されることがわかった。
【００４５】
なお、図７（ｂ）の縦軸は、軸を２０００ｒｐｍで回転させたときの単位時間当たりの漏れ油量を示し、図７（ｂ）に示す比較例は、従来の半割軸受７を用いて、軸を２０００ｒｐｍで回転させたときの漏れ油量を示している。この数値計算の結果により、軸を２０００ｒｐｍで回転させた場合において、第２溝１２の幅に関わらず、半割軸受１の漏れ油量は従来の半割軸受７の漏れ油量よりも抑制されることがわかった。
【００４６】
（３）溝長さ
図８は、溝長さを変化させた場合の数値計算結果を示すグラフである。図８の横軸は、半割軸受１の内周面１３の周方向に沿った全長Ｌに対する第２溝１２の長さＬ１２の割合を示す百分率である。図８（ａ）の縦軸は、軸を６６００ｒｐｍで回転させたときの単位時間当たりの漏れ油量を示している。図８（ａ）に示す比較例は、図６と同様、従来の半割軸受７を用いた場合の漏れ油量を示す。
【００４７】
この数値計算の結果により、軸を６６００ｒｐｍで回転させた場合において、半割軸受１の内周面１３の全長Ｌに対する第２溝１２の長さＬ１２の割合を２．４５％以上とすることにより、半割軸受１の漏れ油量は従来の半割軸受７の漏れ油量よりも抑制されることがわかった。
【００４８】
なお、図８（ｂ）の縦軸は、軸を２０００ｒｐｍで回転させたときの単位時間当たりの漏れ油量を示し、図８（ｂ）に示す比較例は、従来の半割軸受７を用いて、軸を２０００ｒｐｍで回転させたときの漏れ油量を示している。この数値計算の結果により、軸を２０００ｒｐｍで回転させた場合において、第２溝１２の長さに関わらず、半割軸受１の漏れ油量は従来の半割軸受７の漏れ油量よりも抑制されることがわかった。
【００４９】
４．変形例
以上が実施形態の説明であるが、この実施形態の内容は以下のように変形し得る。また、以下の変形例を組み合わせてもよい。
【００５０】
４−１．寸法の項目
上述した実施形態において、第２溝１２は、溝深さ、溝幅、および溝長さの全てが、それぞれ示した範囲内に収まるように形成されていたが、これらの少なくとも１つについて、上記範囲内に収まるように形成されていてもよい。例えば、第２溝１２は、半径ｒに対する深さｔ１２の割合が１．５４％未満であればよい。
【００５１】
４−２．クラッシュリリーフとの位置関係
接合面１４，１５には、それぞれ内周面１３に沿ってクラッシュリリーフが設けられていてもよい。この場合、第１溝１１は、２つの接合面１４，１５のクラッシュリリーフのいずれにも達していないように形成されていてもよい。クラッシュリリーフは、内周面１３を例えば掘削することにより形成されるため、本来、内周面１３があった位置よりも深い。このクラッシュリリーフと第１溝１１が重なると、第１溝１１に保持された油が、第２溝１２ではなくクラッシュリリーフを介して接合面１４，１５から漏れるため漏れ油量が増加する場合がある。したがって、第１溝１１を、クラッシュリリーフに達しないように形成することにより、漏れ油量が抑制される。
【００５２】
４−３．第２溝の形成位置
上述した実施形態において、第２溝１２は、第１領域Ａ１よりも下流側にある第２領域Ａ２、および第１領域Ａ１よりも上流側にある第３領域Ａ３のそれぞれに設けられていたが、第２領域Ａ２だけに設けられていてもよい。
【００５３】
供給される油に異物が含まれている場合、この異物は油の流れに沿って排出されることが多い。つまり、異物は第１溝１１の上流側から排出されることは少なく、下流側から排出される可能性が高い。したがって、第２溝１２は、第１溝１１の上流側にある第３領域Ａ３に設けられていなくても、下流側の第２領域Ａ２に設けられていれば、異物の排出が可能である。また、第１溝１１の上流側に第２溝１２を形成しないことにより、給油量は低減される。
【００５４】
４−４．コーティング
内周面１３のうち、第１溝１１および第２溝１２が形成されていない部分にはコーティング（被覆層という）が施されていてもよい。この被覆層は、例えば、樹脂やメッキ、硬質膜、固体潤滑剤、軟質金属などであってもよい。また、薬剤処理や熱処理などにより内周面１３の表面を改質して得られたものであってもよい。これにより、軸と内周面１３との摩擦が低減される。
【００５５】
４−５．溝の形状
上述した実施形態において、溝の形状は軸を中心とした円弧状であったが、これに限られない。第１溝１１および第２溝１２は、例えば、軸方向からみて楕円形になるように形成されてもよいし、軸方向からみて放物線を描くように形成されてもよい。
【符号の説明】
【００５６】
１…半割軸受、１１…第１溝、１２…第２溝、１３…内周面、１４…接合面、１５…接合面、１９…外周面、７…半割軸受、７１…溝、７３…内周面、７４…接合面、７５…接合面、７９…外周面、Ａ１…第１領域、Ａ２…第２領域、Ａ３…第３領域、Ｃ…中間点、Ｄ…矢印、Ｈ１１，Ｈ１２，Ｈ７１，Ｈ７２…油孔、Ｌ…全長、Ｏ…中心、ｗ…全幅、ｗ１１…幅、ｗ１２…幅、ｗ７１…幅。
【図１】
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【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】
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