以下、本発明の好適な実施の形態に係る� ��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� ��船舶に搭載される大型の舶用ディーゼルエ� ��ジン(所謂、主機関である)のクランク軸を� �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。

 まず、このエンジンの構成を概略的に説� ��すると、図1に示すように、例えば7個のピ� �トン1を有しており、そのクランク軸2は、8� �(#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� ��受3により支持されている。なお、#1は船首� ��(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� ��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� �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。

 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、� �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� �ともにクランク軸と同一の部材番号2を付し� ��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。

 この軸受メタル11は上下二分割構造にさ� �、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� �には、円周方向に沿って所定幅の上側およ� �下側潤滑溝14,15が形成されている。

 まず、軸受メタルの潤滑溝を形成(配置)� �る際の基本的な考え方について説明してお� �。

 軸受メタル11の剥離状態を調べた結果、� �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� ��却とが繰り返し行われることにより発生す� ��熱歪に起因しているという知見を得たこと� ��基づく。

 ところで、摩擦熱は、油膜切れが生じ易� ��箇所、例えば軸受中心付近の水平面および� ��の上側領域などの潤滑油を巻き込みにくい� ��所に軸体2が軸受メタル11内で比較的大きく� ��位(移動)したことにより、発生するものと� �えられる。なお、軸体2が大きく変位する箇� ��は、上述したように、必ずしも、最大荷重� ��作用する位置ではなく、軸体が回転してい� ��場合、潤滑油を巻き込みその回転方向の上� ��側に少しずれた位置となる。これらを考慮� ��ると、摩擦熱が発生する箇所は、所謂、軸� ��3の合わせ面近傍およびその上方部分となる 。

 したがって、剥離に対処する方法として� ��、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� �よびその上方部分Nに、潤滑油を直接供給し� ��いようにすればよい。

 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� ��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� ��している箇所(以下、最大変位方向という)� �見つければよく、その方法としては、実際� �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。

 例えば、#1,#2,#4および#8の各軸受3におけ� �軸体2の変位を実測した結果を図5Aに示し、� �た理論解析による軸体2の変位を求めた結果� ��図5Bに示す。これら図5Aおよび図5Bに示す変� ��は偏心率を示している。

 この偏心率は、図6に示すように、軸体2と� �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O _M とが一致した状態での半径隙間である)cに対� ��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5Aおよび図5 Bにおいて、0°を「Top」、90°を「Port」、180°� ��「Bottom」および270°を「Starboard」で表して� �る。

 また、以下の説明において、両分割メタル1 2,13同士の合わせ面(通常の設置状態に則して� ��うと、水平面に相当する)Sは左側部(90°)お� �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� �合わせ面近傍Mについては、左側部(90°)また� ��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)� ��表すものとする(図4参照)。なお、「略」の� ��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� ��、軸受メタル11の中心O _M を中心とする円弧角度を示している(以下、� �じ)。

 図5Aおよび図5B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� �が0.9以上の部分)は、上分割メタル14と下分� �メタル15との合わせ面近傍Mで発生している� �とが分かり、また#8軸受3では、合わせ面近� �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。

 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� ��るとともに、この部分に潤滑溝がかかって� ��ると、潤滑油の冷却機能により熱歪が起こ� ��剥離現象が発生する。したがって、この最� ��変位部分に潤滑油が直接供給されないよう� ��潤滑溝を配置すればよく、剥離現象をなく� ��ことができる。

 纏めると、上分割メタル12側に円周方向� �形成される上側潤滑溝14については、図7に� �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の両分割メタル12,13の合� ��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� �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� ��とは反対側の合わせ面近傍(-10°付近まで)M� �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。

 さらに、上分割メタル12側に円周方向で� �成される上側潤滑溝14については、軸体2の� �転時に当該軸体2が回転軸心と直交する平面� ��で変位した際に、その最大変位方向が上下� ��両分割メタル12,13の合わせ面Sより上方であ� ��場合に、少なくとも、当該最大変位方向に� ��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� �成しないようにされている。また、下分割� �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� ��合わせ面近傍Mに潤滑溝を形成したものであ る。

 ここで、より具体的に、潤滑溝の配置範� ��を図5Aおよび図5B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26 5°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。� �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。

 #2軸受3においては、変位軌跡は略100°~略2 30°の範囲であり、この場合は、従来の潤滑� �のままでよい。

 #4軸受3においては、変位軌跡は略80°~略26 0°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� �潤滑溝14,15を形成すればよい。

 #8軸受3においては、変位軌跡は略全周に� ��っているが、その偏心率が大きい軌跡に着� ��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� ��部分(つまり、合わせ面近傍)については、� �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� �すればよい。

 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)� �説明すると、合わせ面近傍Mおよびその上方� ��分Nの範囲で、軸体2の偏心率が0.9以上であ� �範囲については、潤滑溝を設けないように� �たものである。

 ところで、潤滑溝の配置範囲すなわち軸� ��の挙動範囲については、実測する方法と計� ��により解析する方法(理論解析)とがある。� �測については説明する必要はないが、その� �析方法を概略的に説明すると、クランク軸� �を、ジャーナル、クランクアームおよびク� �ンクピンの構成を保持しつつ少数の梁要素� �置換し、軸受の潤滑解析には短軸受解のモ� �リティ法を用い、そして軸系の挙動と潤滑� �析の連成解析に伝達マトリックス法を適用� �るものである。以下、その手順を簡単に説� �する。

 (1)まず、伝達マトリックス法によりクラ� ��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� ��し、モビリティ法でジャーナルの偏心率を� ��める。

 (3)次に、求められた偏心率を伝達マトリ� ��クス計算に反映させて、次のクランク角度� ��テップにおける軸受荷重とジャーナルの傾� ��を求める。

 (4)最後に、1サイクルにわたり上記(1)~(3)� �での手順を繰り返し、クランク角度0゜にお� ��る偏心量とクランク角度360゜における偏心� ��の差がある設定値以下になるまで繰り返せ� ��よい。通常は3回から4回の繰返しで十分に� �束する。

 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� ��が求められる。

 このように、軸受メタル11の上分割メタ� �12側に円周方向で形成される上側潤滑溝14に� ��いては、軸体2の回転時に当該軸体2がその� �転軸心と直交する平面内で変位した際に、� �の変位が大きい方向つまり最大変位方向が� �下の両分割メタル12,13の合わせ面近傍Mであ� �場合に、当該合わせ面近傍Mに上側潤滑溝14� �配置しないようにしたので、最大変位方向� �摩擦熱が発生した場合でも潤滑油が直接に� �給されることがないため、熱歪が小さくな� �、したがって軸受メタルに剥離などの損傷� �発生するのを防止することができる。この� �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� ��合わせ面近傍Mに例えば略10°程度の範囲で� �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。

 ところで、上記実施の形態においては、� ��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� �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1 4を配置しないようにしたが、図9に示すよう� ��、反対側の同じ範囲にて、上側潤滑溝を配� ��しないようにしてもよい。したがって、こ� ��場合は、下分割メタル13については、潤滑� �が形成されないことになる。