(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸と軸受とを含む硬質薄膜コート軸受構造であって、
前記軸の軸面上、前記軸受の軸受面上の少なくとも一方に硬質薄膜が形成されており、
前記軸内又は前記軸受内に、オイル出口を前記軸面又は前記軸受面に有するオイル供給路が形成されており、
前記軸の前記軸面及び／又は前記軸受の前記軸受面が、
前記軸の周方向の任意位置について、前記オイル出口からの前記軸の軸心方向の距離がより離れた箇所の軸受隙間の方がより広くなる形状に加工されている
ことを特徴とする硬質薄膜コート軸受構造。
【請求項２】
前記オイル出口からの前記軸の軸心方向の距離が所定範囲内に入っている箇所の軸受間隔が一定値である
ことを特徴とする請求項１記載の硬質薄膜コート軸受構造。
【請求項３】
前記軸が、第２軸を偏心支持するための軸受面を有する部材であると共に、前記オイル供給路として、当該軸受面にオイル入口を有するものが形成されている部材であり、
前記第２軸が、前記オイル入口の位置に応じた位置に第２オイル出口を有する第２オイル供給路が形成されている部材であり、
前記第２軸の軸面上、前記軸の前記軸受面上の少なくとも一方に硬質薄膜が形成されており、
前記第２軸の前記軸面及び／又は前記軸の前記軸受面が、
前記第２軸の周方向の任意位置について、前記第２オイル出口からの前記第２軸の軸心方向の距離がより離れた箇所の軸受隙間の方がより広くなる形状に加工されている
ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の硬質薄膜コート軸受構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸と軸受とを含む硬質薄膜コート軸受構造に関する。
【背景技術】
【０００２】
各種の機械に用いられている軸受構造（すべり軸受構造）の多くは、合金製の軸を合金製の軸受（軸受メタル）で受けるもの（例えば、特許文献１、２参照）となっている。ただし、セラミック軸受を備えた、水力機械用の軸受構造（例えば、特許文献３参照）も知られている。また、ＤＬＣ（Diamond-like Carbon）薄膜等の硬質薄膜で軸面又は軸受面
がコートされていると共に、軸又は軸受内に、軸面・軸受面間へ直接オイル（潤滑油）を供給するための通路が形成されている軸受構造も知られている。
【０００３】
【特許文献１】特開平０８−１５９１４２号公報
【特許文献２】特開２００２−２６６８４８号公報
【特許文献３】実開平５−２７３４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記した、硬質薄膜で軸面又は軸受面がコートされた、軸面・軸受面間へ直接オイルが供給される軸受構造（以下、従来軸受構造と表記する）は、耐摩耗性が良い等の利点を有している。しかしながら、発明者は、鋭意研究した結果、従来軸受構造は、軸受間隔がほぼ一定値となっているものであるが故（詳細は後述）に、突然、性能が悪化する（軸・軸受間の摩擦係数が増大する）場合があるものであることを見出した。
【０００５】
そこで、本発明の課題は、硬質薄膜で軸面又は軸受面がコートされた、軸面・軸受面間へ直接オイルが供給されるタイプの、上記のような現象が生じにくい硬質薄膜コート軸受構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の硬質薄膜コート軸受構造は、軸の軸面上、軸受の軸受面上の少なくとも一方に硬質薄膜が形成されており、前記軸内又は前記軸受内に、オイル出口を前記軸面又は前記軸受面に有するオイル供給路が形成されており、前記軸の前記軸面及び／又は前記軸受の前記軸受面が、前記軸の周方向の任意位置について、前記オイル出口からの前記軸の軸心方向（軸心に平行な方向）の距離がより離れた箇所の軸受隙間の方がより広くなる形状に加工されている構成を有する。
【０００７】
すなわち、本発明者は、高性能な硬質薄膜コート軸受構造を開発すべく、“硬質薄膜で軸面又は軸受面がコートされた、軸面・軸受面間へ直接的にオイルが供給される構成を有する軸受構造”について、鋭意、研究を行ったところ、そのような構成を有する、各位置における軸受隙間がほぼ等しい従来軸受構造では、突然、性能が悪化する場合があることを見出した。また、そのような現象は、軸面／軸受面上の硬質薄膜の一部が剥離する結果（及び、剥離した硬質物質により摺動面の損傷が加速される結果）として生じていることも見出した。
【０００８】
ここで、硬質薄膜の剥離は、一般に、局所的に高面圧がかかったときに生ずるものであることや、従来軸受構造において、硬質薄膜の一部に高面圧がかかる原因となり得るものが、オイルと共に摺動面間に供給される金属粉等の微粒子であることを考えると、当該微粒子が短時間で摺動面間から排出されるように、従来軸受構造を改良すれば、“突然、性
能が悪化する”といった現象を発生しにくい硬質薄膜コート軸受構造を実現できることになる。そして、「前記軸の前記軸面及び／又は前記軸受の前記軸受面が、前記軸の周方向の任意位置について、前記オイル出口からの前記軸の軸心方向の距離がより離れた箇所の軸受隙間の方がより広くなる形状に加工されている」構成を採用しておけば、オイルの流出による負圧効果と軸受隙間の拡大による効果で摺動面間に供給された微粒子を積極的に外部に排出することが出来ることに想到したため、上記構成の硬質薄膜コート軸受構造を、発明するに到ったのである。
【０００９】
なお、本発明の硬質薄膜コート軸受構造の軸内又は軸受内に形成されるオイル供給路は、軸面／軸受面を一周する形状のオイル出口を有するものであっても、軸面／軸受面に複数のオイル出口を有するものであっても良い。また、軸の軸面上及び／或いは軸受の軸受面上に形成しておく硬質薄膜は、軸材料／軸受材料よりも硬質な材料の薄膜であれば良いが、特に硬質な材料であるＤＬＣ、窒化チタン、窒化クロム、シリコンカーバイド等の薄膜であることが望ましい。
【００１０】
また、本発明の硬質薄膜コート軸受構造を実現する際には、前記オイル出口からの前記軸の軸心方向の距離が所定範囲内に入っている箇所の軸受間隔が一定値となるようにしておくことも出来る。ただし、軸受間隔が一定値となっている部分の幅（軸の軸心方向の長さ）が過度に広いと、上記現象の発生確率を十分に下げることができなくなる。このため、当該部分の幅は、上記現象の発生確率を十分に下げることができる、摺動部分の幅の６０％以下としておくことが望ましい。
【００１１】
また、本発明の硬質薄膜コート軸受構造を、「前記軸が、第２軸を偏心支持するための軸受面を有する部材であると共に、前記オイル供給路として、当該軸受面にオイル入口を有するものが形成されている部材であり、前記第２軸が、前記オイル入口の位置に応じた位置に第２オイル出口を有する第２オイル供給路が形成されている部材であり、前記第２軸の軸面上、前記軸の前記軸受面上の少なくとも一方に硬質薄膜が形成されており、前記第２軸の前記軸面及び／又は前記軸の前記軸受面が、前記第２軸の周方向の任意位置について、前記第２オイル出口からの前記第２軸の軸心方向の距離がより離れた箇所の軸受隙間の方がより広くなる形状に加工されている」ものとして実現しておくことも出来る。
【００１２】
なお、そのような形で実現した本発明の硬質薄膜コート軸受構造は、２部材間の相対位置の制御（変更）に用いれる、各摺動面上の硬質薄膜の剥離が生じにくい硬質薄膜コート軸受構造として機能することになる。従って、２部材間の相対位置の制御が必要な機械（クランクケース内をシリンダブロックが移動する可変圧縮比エンジン等）の構成要素として、この硬質薄膜コート軸受構造を用いておけば、長期間に渡って安定的に動作する機械を製造できることになる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、突然、性能が悪化するといった現象がより生じにくい硬質薄膜コート軸受構造を提供することが出来る。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、本発明を実施するための最良の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
【００１５】
まず、図１及び図２を用いて、本発明の一実施形態に係る硬質薄膜コート軸受構造が用いられている可変圧縮比エンジン２０の概要（基本構成）を説明する。
【００１６】
図１に示してあるように、可変圧縮比エンジン２０は、複数のシリンダを有するシリンダブロック２１、シリンダブロック２１をシリンダの軸線方向（以下、上下方向と表記す
る）に移動可能な形で保持するクランクケース２２、モータ４１、２つの偏心軸アッセンブリ３０、複数のフリー軸ハウジング２３、２つの偏心軸カバー２５等を備えたエンジンである。
【００１７】
可変圧縮比エンジン２０が備える各偏心軸アッセンブリ３０は、図２に示してあるように、軸部３１に、ウォームホイール３２、複数のフリー軸３３及び複数のジャーナル３４を取り付けた部材である。なお、図２には、一方の偏心軸アッセンブリ３０のみを示してあるが、他方の偏心軸アッセンブリ３０は、図示してある偏心軸アッセンブリ３０を、シリンダブロック２１の各シリンダの軸線を通る面で反転した構成を有するものである。
【００１８】
フリー軸３３は、軸部３１（後述する取付部３１ａ以外の部分）が通る形状の貫通孔が偏心した状態で形成されている円柱状の部材である。このフリー軸３３の詳細については後述するが、フリー軸３３は、その中央部（両端面／両底面から等距離の部分）に、厚み方向を連通する給油孔が所定角度毎に（円周方向に等間隔で）形成されている部材となっている。さらに、フリー軸３３は、その内面に、各給油孔を繋ぐ形状（フリー軸３３の内面を一周する形状）の凹部が形成されている部材ともなっている。
【００１９】
ジャーナル３４も、軸部３１が通る形状の貫通孔が偏心した状態で形成されている円柱状の部材である。このジャーナル３４も、フリー軸３３と同様の給油孔、凹部が形成されている部材となっている。なお、詳細は後述するが、フリー軸３３／ジャーナル３４に形成されている各給油孔は、凹部側からオイル（潤滑油）が入り、外側面側からオイルが出る孔となっている。このため、以下では、フリー軸３３／ジャーナル３４に形成されている各給油孔の外側面側の部分のことを、オイル出口とも表記することにする。
【００２０】
軸部３１は、その中央部に、ジャーナル３４と同外径の円柱状部分（以下、取付部３１ａと表記する）が設けられている円柱状部材である。軸部３１に設けられている取付部３１ａは、ジャーナル３４の偏心量（ジャーナル３４の中心と、ジャーナル３４に設けられている貫通孔の中心との間の距離）と同量だけ、その中心位置が軸部３１の中心位置からずれた形状を有している。
【００２１】
また、軸部３１は、その内部に、取付部３１ａ、フリー軸３３／ジャーナル３４の取り付け部分（フリー軸３３／ジャーナル３４の凹部に対向する箇所）にオイル出口を有し、軸部３１の端面にオイル入口を有するオイル供給路が形成されている部材となっている。
【００２２】
そして、偏心軸アッセンブリ３０は、ウォームホイール３２が軸部３１の取付部３１ａに固定され、各ジャーナル３４が取付部３１ａと同姿勢で軸部３１に固定され、各フリー軸３３が軸部３１に回転可能に取り付けられたものとなっている。
【００２３】
可変圧縮比エンジン２０が備えるフリー軸ハウジング２３（図１）は、偏心軸アッセンブリ３０のフリー軸３３を回転可能な形でシリンダブロック２１に対して固定するための部材である。このフリー軸ハウジング２３は、偏心軸アッセンブリ３０のフリー軸３３が所定のクリアランスをもって通る形状（詳細は後述）の貫通孔を備えている。そして、フリー軸ハウジング２３は、偏心軸アッセンブリ３０のフリー軸３３部分に取り付けた後、クランクケース２２の各長手方向側面に設けられている開口部を通す形で（図示してある形とは異なる形で）、シリンダブロック２１に固定される部材となっている。
【００２４】
可変圧縮比エンジン２０のクランクケース２２には、偏心軸カバー２５を取り付けることにより、偏心軸アッセンブリ３０の各ジャーナル３４、取付部３１ａの軸受として機能することになる部分（図では、主軸受）も設けられている。さらに、クランクケース２２の下方部分には、各偏心軸アッセンブリ３０のウォームホイール３２と噛み合う位置にウ
ォーム４２（図１、図２参照）を備えた駆動軸が回転可能に保持されている。なお、この駆動軸が備える２つのウォーム４２は、逆向きのねじが形成されているものである。
【００２５】
そして、可変圧縮比エンジン２０は、図示せぬオイルポンプからのオイル（潤滑油）が、各軸部３１の端部に供給されるよう構成したエンジンとなっている。換言すれば、可変圧縮比エンジン２０は、オイルポンプからのオイルが、各軸部３１内や各フリー軸３３の供給孔を通って、フリー軸３３と軸部３１との間（フリー軸３３と軸部３１とが摺動する部分）や、フリー軸３３とフリー軸ハウジング２３の間等に供給されるエンジンとして構成されている。
【００２６】
以上のことを前提に、以下、可変圧縮比エンジン２０が備える各軸受構造（本実施形態に係る硬質薄膜コート軸受構造）の構成を、さらに具体的に説明する。
【００２７】
可変圧縮比エンジン２０の、さまざまな箇所に設けられている軸受構造（フリー軸３３とフリー軸ハウジング２３とからなる軸受構造等）は、『軸の軸面上、軸受の軸受面上の少なくとも一方に硬質薄膜が形成されており、前記軸内又は前記軸受内に、オイル出口を前記軸面又は前記軸受面に有するオイル供給路が形成されており、前記軸の前記軸面及び／又は前記軸受の前記軸受面が、前記軸の周方向の任意位置について、前記オイル出口からの前記軸の軸心方向の距離がより離れた箇所の軸受隙間（軸面と軸受面との間の間隔）の方がより広くなる形状に加工されている』ものとなっている。
【００２８】
具体的には、偏心軸アッセンブリ３０の軸部３１内には、既に説明したように、オイル出口を軸面に有するオイル供給路が形成されているが、この軸部３１の軸面（表面、外側面）には、図３に模式的に示してあるように、ＤＬＣ薄膜が形成されている。
【００２９】
一方、軸部３１の軸受としても機能するフリー軸３３は、同図に示してあるように、その軸受面（内面）が、中央部分（軸部３１のオイル出口が存在する部分）の軸受隙間が最も狭く、中央部分から離れた箇所の軸受隙間の方がより広くなる形状に加工されている部材となっている。
【００３０】
さらに、フリー軸３３の軸面（外側面）は、フリー軸３３のオイル出口（フリー軸３３に形成されている上記した供油孔の外側面側部分）からのフリー軸３３の軸心方向の距離がより離れた箇所の軸受隙間の方がより広くなる形状に加工されている。そして、フリー軸３３は、そのように加工されている軸面上に、ＤＬＣ薄膜を形成した部材となっている。
【００３１】
なお、図示は省略するが、フリー軸３３は、周方向の任意位置について、上記条件が満たされるように、その軸受面及び軸面が加工されている部材となっている。また、偏心軸アッセンブリ３０のジャーナル３４も、その軸面を、フリー軸３３の軸面と同様の形状に加工した上で、加工した軸面上にＤＬＣ薄膜を形成した部材となっている。
【００３２】
以上、説明したように、本実施形態に係る硬質薄膜コート軸受構造（可変圧縮比エンジン２０が備える各軸受構造）は、摺動面に設けられているオイル出口（摺動面間へのオイル供給口）から離れるにつれ、軸受間隔が広くなる構成を採用したものとなっている。従って、本実施形態に係る硬質薄膜コート軸受構造では、摺動面間にオイル（潤滑油）と共に供給された微粒子が、オイルの硬質薄膜コート軸受構造外への流出による負圧効果と軸受隙間の拡大による効果により、積極的に外部に排出されることになる。そして、その結果として、本実施形態に係る硬質薄膜コート軸受構造は、軸受間隔について特に工夫を施していない軸受構造に比して、突然、性能が悪化する（軸・軸受間の摩擦係数が増大する）といった現象が生じにくいものとして機能することになる。
【００３３】
実際、さまざまな面形状を有するフリー軸３３及びジャーナル３４を組み込んだ各種可変圧縮比エンジン２０についての実験結果からは、オイル出口における軸受間隔と端部における軸受間隔との差が５μｍ程度あれば、上記現象の発生確率を十分に下げることが出来ることが分かっている。また、オイル出口における軸受間隔と端部における軸受間隔との差が５μｍ程度あれば、硬質薄膜コート軸受構造の中央部分の軸受間隔を一定値としておいても、上記現象の発生確率を下げることが出来ることも確認されている。ただし、軸受間隔を一定値とする部分の幅（軸心方向の長さ）を、過度に長くすると上記現象の発生確率を十分に下げられないことも分かっている。このため、硬質薄膜コート軸受構造を、軸受間隔が一定値となっている部分を有するものとして実現（製造）する際には、当該部分の長さが、上記現象の発生確率を十分に下げられることが確認できている、摺動部分の幅の６０％以下となるようにしておくことが望ましい。
【００３４】
なお、上記実験結果が得られた可変圧縮比エンジン２０は、フリー軸３３の幅（図３における左右方向の長さ）、フリー軸ハウジング２３の幅、各硬質薄膜コート軸受構造の軸受間隔の最小値（オイル出口が存在する部分の軸受間隔）を、それぞれ、４０ｍｍ、３８ｍｍ、７．５μｍに固定したもの（フリー軸３３等の面形状のみを変えたもの）である。
【００３５】
《変形形態》
上記した硬質薄膜コート軸受構造は、各種の変形を行うことが出来る。例えば、硬質薄膜コート軸受構造を、ＤＬＣ薄膜とは異なる硬質薄膜（窒化チタン、窒化クロム、シリコンカーバイド等の薄膜）が軸面上に形成されているものに変形することが出来る。また、硬質薄膜コート軸受構造を、軸面上にではなく軸受面上に硬質薄膜が形成されているものや、軸面上と軸受面上の双方に硬質薄膜が形成されているものに変形することが出来る。
【００３６】
硬質薄膜コート軸受構造を、軸受面の形状が加工されているものや、軸受面の形状及び軸面の形状が加工されているものに変形することも出来る。また、上記した硬質薄膜コート軸受構造を、通常のエンジンに用いても良いことや、エンジンではない機械に用いても良いことなどは、当然のことである。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の一実施形態に係る硬質薄膜コート軸受構造が用いられている可変圧縮比エンジンの分解図である。
【図２】可変圧縮比エンジンの要部構成図である。
【図３】可変圧縮比エンジンが備える硬質薄膜コート軸受構造の構成図である。
【符号の説明】
【００３８】
２０・・・可変圧縮比エンジン
２１・・・シリンダブロック
２２・・・クランクケース
２３・・・フリー軸ハウジング
３０・・・偏心軸アッセンブリ
３１・・・軸部
３１ａ・・・取付部
３２・・・ウォームホイール
３３・・・フリー軸
３４・・・ジャーナル
４１・・・モータ
４２・・・ウォーム
【図１】
0005045566.tif 000002
【図２】
0005045566.tif 000003
【図３】
0005045566.tif 000004