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JP7627170B2 - Engine bearing metal - Google Patents
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JP7627170B2 - Engine bearing metal - Google Patents

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Description

本開示は、エンジン用の軸受メタルに関し、特に、エンジンが備えるピストンピンやクランクピン、クランクジャーナルなどを支持する軸受メタルに関する。 This disclosure relates to bearing metals for engines, and in particular to bearing metals that support piston pins, crank pins, crank journals, and the like that are equipped in engines.

エンジン本体(エンジンフレーム)には、クランクシャフトが設置される貫通孔が形成されている。この貫通孔の内周面には軸受メタル(すべり軸受)が設置されており、クランクシャフトを構成するクランクジャーナル(メインジャーナル)がこの貫通孔に設置された軸受メタルによって摺動可能に支持される。他方、コンロッド(コネクティングロッド)の小端部および大端部にも、その内周面に軸受メタルが設置される貫通孔がそれぞれ形成されている。そして、コンロッドの大端部は、クランクシャフトを構成するクランクピンが軸受メタルを介して大端部の貫通孔に設置されることで、クランクシャフトに連結される。また、コンロッドの小端部は、ピストンピンにより、小端部の貫通孔の内周面に設置された軸受メタルを介してピストンに取り付けられる。 The engine body (engine frame) is formed with a through hole in which the crankshaft is installed. A bearing metal (slide bearing) is installed on the inner circumferential surface of this through hole, and the crank journal (main journal) that constitutes the crankshaft is slidably supported by the bearing metal installed in this through hole. On the other hand, the small end and big end of the connecting rod also have through holes on their inner circumferential surfaces in which bearing metal is installed. The big end of the connecting rod is connected to the crankshaft by installing the crank pin that constitutes the crankshaft in the through hole of the big end via the bearing metal. The small end of the connecting rod is attached to the piston by the piston pin via the bearing metal installed on the inner circumferential surface of the through hole of the small end.

上述したクランクジャーナルや、クランクピン、ピストンピンなど、エンジンが有する各種の軸は、昨今のエンジンの軽量化及び高出力化の流れの中で曲げ剛性が相対的に低くなっている。このため、以前と比べて、軸受部は、(1)軸受面に加わる圧力(軸受面圧)の局部的な高圧化、(2)軸受端部への片当たり程度の増大、(3)潤滑油温上昇による油膜厚さの低下、等が発生しやすい傾向にある。これらが発生すると、軸受面の摩耗、焼き付き、疲労破壊等の原因となり、エンジンの更なる軽量化、高出力化及び長寿命化の妨げとなっている。 The bending rigidity of various shafts in engines, such as the crank journals, crank pins, and piston pins mentioned above, has become relatively low in the current trend toward lighter engines and higher power output. As a result, compared to the past, bearings are more prone to problems such as (1) localized high pressure on the bearing surface (bearing surface pressure), (2) increased uneven contact with the bearing end, and (3) a decrease in oil film thickness due to an increase in lubricating oil temperature. When these problems occur, they can cause wear, seizure, fatigue failure, and other problems on the bearing surface, preventing further weight reduction, higher power output, and longer life for engines.

この対策として、例えば、特許文献1には、クランクシャフトを軸支する軸受メタル(すべり軸受)の摺動面の軸方向の端部(両端部)にクラウニングを形成することが開示されている。また、特許文献2には、小端部とピストンピンとが摺動する摺動面に弾性潤滑剤としてのフッ素樹脂をコーティングすることで、シリンダ内でピストンが傾くのを防ぐことが開示されている。特許文献3にはピン孔の内周面のうちの特定の領域に複数の凹部を設けることで、潤滑油の量を多くし、小端部での焼き付きを防止することが開示されている。特許文献4では、小端部の壁面に三次元網目構造(ラティス構造)を形成することにより、表面積の拡大による、放熱性の向上とオイルの保持を行うことが開示されている。なお、特許文献5には、上記のラティス構造を有する部品についての開示がある。 As a countermeasure against this, for example, Patent Document 1 discloses that crowning is formed on the axial ends (both ends) of the sliding surface of the bearing metal (slide bearing) that supports the crankshaft. Patent Document 2 discloses that the sliding surface where the small end and the piston pin slide is coated with a fluororesin as an elastic lubricant to prevent the piston from tilting in the cylinder. Patent Document 3 discloses that the amount of lubricating oil is increased by providing multiple recesses in a specific area of the inner circumferential surface of the pin hole, thereby preventing seizure at the small end. Patent Document 4 discloses that a three-dimensional mesh structure (lattice structure) is formed on the wall surface of the small end to increase the surface area and improve heat dissipation and oil retention. Patent Document 5 discloses a part having the above-mentioned lattice structure.

国際公開第2008/072548号International Publication No. 2008/072548 特開2007-40137号公報JP 2007-40137 A 特開2018-9634号公報JP 2018-9634 A 特開2018-168895号公報JP 2018-168895 A 特開2015-93461号公報JP 2015-93461 A

軸受面圧の局部的な高圧化に対する対策としては、軸受メタルの材料を高強度化する方向で種々の材料が開発されているが、材料のコストアップをまねくという問題がある。また、軸受端部への片当たり程度が増大することに対する対策としては、特許文献1のように、軸受メタルの端部(両端部)にクラウニングやテーパ加工を施すことが考えられるが、加工した面積の分だけ、軸受メタルにおける平行部分(加工以外の部分)の面積が減るため、軸受面圧が上昇して軸受メタルの疲労破壊の一因となり得る。さらに、様々な負荷で運転されるエンジンの場合など、軸側の変形量が一定ではない場合には、予めクラウニング等の加工を行う方法では、上記の片当たりを様々なエンジンの負荷に応じて適切に防止することは難しい。 As a countermeasure against the localized increase in bearing surface pressure, various materials have been developed to increase the strength of the bearing metal material, but this leads to the problem of increasing material costs. As a countermeasure against the increase in the degree of uneven contact with the bearing end, crowning or tapering the ends (both ends) of the bearing metal, as in Patent Document 1, is considered. However, since the area of the parallel part (part not machined) of the bearing metal is reduced by the amount of the machined area, the bearing surface pressure increases and this can be a factor in fatigue failure of the bearing metal. Furthermore, in the case of an engine that operates under various loads, when the amount of deformation on the shaft side is not constant, it is difficult to appropriately prevent the uneven contact described above according to the various engine loads using a method of performing processing such as crowning in advance.

また、軸受メタルの下側(貫通孔の形成部材)を薄肉構造、切り欠き構造にして柔構造化することも考えられるが、薄肉部分や切り欠き部分の応力集中の制約により、目標とする柔構造を達成するのが難しい場合が考えられる。あるいは、軸受メタルの軸に対する摺動面の背面(本体部)を切り欠き構造にして柔構造化することも考えられる。しかし、軸受メタルを貫通孔に嵌め込む際のメタルクラッシュ(軸受メタルの締まり嵌め)時に切り欠き部が反り返ることによる軸受としての有効面積の減少、軸受メタルと貫通孔の形成部材との接触面積の減少に伴い生じる軸受メタル設置の安定度の低下、及びこの安定度の低下による接触面でのフレッティングの発生などが懸念される。 It is also possible to make the underside of the bearing metal (the member forming the through hole) flexible by making it thin-walled or notched, but it may be difficult to achieve the desired flexible structure due to the constraints of stress concentration in the thin-walled or notched parts. Alternatively, it is possible to make the back surface (main body) of the bearing metal's sliding surface against the shaft flexible by making it notched. However, there are concerns that the effective bearing area will be reduced due to the notched part warping during metal crush (tight fit of the bearing metal) when the bearing metal is fitted into the through hole, that the stability of the bearing metal installation will be reduced due to the reduced contact area between the bearing metal and the member forming the through hole, and that this reduced stability will cause fretting at the contact surface.

潤滑油温上昇による油膜厚さの低下に対する対策としては、軸受クリアランスを広げ、潤滑油流量を増加させて熱を奪う方法が考えられるが、軸受クリアランスの増大は油膜形成に不利に働くため、最高油膜圧力の増加や油膜厚さの低下を招くという問題がある。
また、軸受面に潤滑油を供給するために油溝を形成する場合があるが、油溝の端部でキャビテーションエロージョンが発生する場合があり、これによって、軸受寿命の低下やキャビテーションエロージョンで発生した破片による軸受面の損傷を招く場合がある。
One possible solution to the decrease in oil film thickness caused by rising lubricating oil temperature is to increase the bearing clearance and lubricating oil flow rate to remove heat. However, increasing the bearing clearance is detrimental to oil film formation, which can lead to an increase in maximum oil film pressure and a decrease in oil film thickness.
Furthermore, oil grooves may be formed to supply lubricating oil to the bearing surface, but cavitation erosion may occur at the ends of the oil grooves, which may shorten the bearing life and damage the bearing surface due to debris generated by cavitation erosion.

本開示は、上述の事情に鑑みて、ピストンピンやクランクピン、クランクジャーナルなどの軸を支持する軸受に発生する軸受面の局部的な高面圧化、軸受端部での片当たり程度の増大及び潤滑油温上昇による油膜厚さの低下を防止することが可能な軸受メタルを提供することを目的とする。 In view of the above circumstances, the present disclosure aims to provide a bearing metal that can prevent localized high surface pressure on the bearing surface of bearings that support shafts such as piston pins, crank pins, and crank journals, as well as increased uneven contact at the bearing ends and a decrease in oil film thickness due to an increase in lubricating oil temperature.

本開示に係るエンジン用軸受メタルの一態様は、コンロッドの小端部に形成された貫通孔に設置されたピストンピンである軸と前記コンロッドが揺動可能となるように接続するための軸受メタルであって、前記貫通孔の内周面に設置される本体部と、前記本体部の内周側に形成された軸受層であって、前記軸に対して摺動可能に構成される摺動面が形成された軸受層と、を備え、前記本体部は、前記本体部の少なくとも一部に形成されたラティス構造部を含み、前記ラティス構造部には、前記コンロッドの内部に形成された潤滑油路から潤滑油が供給されるように構成されている。 One aspect of the engine bearing metal according to the present disclosure is a bearing metal for connecting a connecting rod to a shaft, which is a piston pin, installed in a through hole formed in the small end of the connecting rod so that the connecting rod can swing, the bearing metal comprising: a main body portion installed on the inner circumferential surface of the through hole; and a bearing layer formed on the inner circumferential side of the main body portion, the bearing layer having a sliding surface configured to be slidable against the shaft, the main body portion including a lattice structure portion formed in at least a part of the main body portion, and the lattice structure portion configured to receive lubricating oil from a lubricating oil passage formed inside the connecting rod.

本開示に係る軸受メタルの一態様は、コンロッドの大端部に形成された貫通孔に設置されたクランクシャフトのクランクピンである軸と前記コンロッドを回転可能に接続するための軸受メタルであって、前記貫通孔の内周面に設置される本体部と、前記本体部の内周側に形成された軸受層であって、前記軸に対して摺動可能に構成される摺動面が形成された軸受層と、を備え、前記本体部は、前記本体部の少なくとも一部に形成されたラティス構造部を含み、前記ラティス構造部には、エンジン本体の内部に形成された潤滑油路から潤滑油が供給されるように構成されている。 One aspect of the bearing metal according to the present disclosure is a bearing metal for rotatably connecting a connecting rod to an axis, which is a crank pin of a crankshaft, installed in a through hole formed in the big end of the connecting rod, the bearing metal comprising: a main body portion installed on the inner circumferential surface of the through hole; and a bearing layer formed on the inner circumferential side of the main body portion, the bearing layer having a sliding surface configured to be slidable against the axis, the main body portion including a lattice structure portion formed in at least a part of the main body portion, and the lattice structure portion configured to receive lubricating oil from a lubricating oil passage formed inside the engine body.

本開示に係る軸受メタルの一態様は、エンジン本体に形成された貫通孔に設置されたクランクシャフトのクランクジャーナルである軸を回転可能に支持するための軸受メタルであって、前記貫通孔の内周面に設置される本体部と、前記本体部の内周側に形成された軸受層であって、前記軸に対して摺動可能に構成される摺動面が形成された軸受層と、を備え、前記本体部は、前記本体部の少なくとも一部に形成されたラティス構造部を含み、前記ラティス構造部には、前記エンジン本体の内部に形成された潤滑油路から潤滑油が供給されるように構成されている。 One aspect of the bearing metal according to the present disclosure is a bearing metal for rotatably supporting a shaft, which is a crank journal of a crankshaft, installed in a through hole formed in an engine body, comprising a main body portion installed on the inner circumferential surface of the through hole, and a bearing layer formed on the inner circumferential side of the main body portion, the bearing layer having a sliding surface configured to be slidable against the shaft, the main body portion including a lattice structure portion formed in at least a part of the main body portion, and the lattice structure portion configured to receive lubricating oil from a lubricating oil passage formed inside the engine body.

本開示に係るエンジン用軸受メタルの幾つかの態様によれば、ピストンピンやクランクピン、クランクジャーナルなどの軸を支持する際に、軸受メタルの摺動面(軸受面)に加わる圧力を均一化でき、かつ軸受端部での片当たりを防止できると共に、該摺動面を流れる潤滑油の昇温を抑制して摺動面の油膜厚を保持できる。従って、該摺動面の摩耗、焼き付き、及び疲労破壊等を防止できるため、エンジンの更なる軽量化、高出力化及び長寿命化を実現できる。 According to some aspects of the engine bearing metal disclosed herein, when supporting shafts such as piston pins, crank pins, and crank journals, the pressure applied to the sliding surface (bearing surface) of the bearing metal can be made uniform, uneven contact at the bearing end can be prevented, and the oil film thickness on the sliding surface can be maintained by suppressing the temperature rise of the lubricating oil flowing on the sliding surface. Therefore, wear, seizure, fatigue failure, etc. on the sliding surface can be prevented, and further weight reduction, high output, and long life can be achieved for the engine.

一実施形態に係る軸受メタルを備えたコンロッドを一部を断截して示す正面図である。FIG. 1 is a front view showing a connecting rod provided with a bearing metal according to an embodiment, with a part cut away; 図1中のA―A線に沿い、一部を拡大して示す側面視断面図である。2 is a side cross-sectional view taken along line AA in FIG. 1, showing a part thereof in an enlarged scale. 図1中のコンロッドの小端部を一部を断截して示す正面視断面図である。2 is a front cross-sectional view of a small end portion of the connecting rod in FIG. 1 , with a portion cut away. FIG. ラティス構造の一例を示す斜視図である。FIG. 1 is a perspective view showing an example of a lattice structure. 図1中のB部を拡大して示す正面視断面図である。FIG. 2 is an enlarged cross-sectional front view of a portion B in FIG. 1 . 図2中のC―C線に沿う断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view taken along line CC in FIG. 2. 別な実施形態に係る軸受メタルを示し、図5に相当する正面視断面図である。FIG. 7 is a front cross-sectional view corresponding to FIG. 5 , showing a bearing metal according to another embodiment. 一実施形態に係るクランクシャフトの支持部を示す側面視断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional side view showing a support portion of a crankshaft according to one embodiment. 一実施形態に係る軸受メタルの一部の断面を示す正面視断面図である。FIG. 2 is a front cross-sectional view showing a cross section of a portion of a bearing metal according to one embodiment. 図8中のD―D線に沿う断面図である。9 is a cross-sectional view taken along line D-D in FIG. 8 . 別な実施形態に係る軸受メタルを示し、図9に相当する正面視断面図である。FIG. 10 is a front cross-sectional view corresponding to FIG. 9 , showing a bearing metal according to another embodiment. 別な実施形態に係る軸受メタルを示し、図6に相当する断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view corresponding to FIG. 6 , showing a bearing metal according to another embodiment. 図12中のE―E線に沿う断面図ある。This is a cross-sectional view taken along line E-E in FIG.

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。 Below, several embodiments of the present invention will be described with reference to the attached drawings. However, the dimensions, materials, shapes, relative positions, etc. of the components described as the embodiments or shown in the drawings are not intended to limit the scope of the present invention and are merely illustrative examples.

例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。 For example, expressions expressing relative or absolute arrangements, such as "in a certain direction," "along a certain direction," "parallel," "orthogonal," "center," "concentric," or "coaxial," do not only express such an arrangement strictly, but also express a state in which there is a relative displacement with a tolerance or an angle or distance to the extent that the same function is obtained.

例えば、「同一」、「等しい」及び「均質」等の物事が等しい状態であることを表す表現は、厳密に等しい状態を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の差が存在している状態も表すものとする。 For example, expressions such as "same," "equal," and "homogeneous" that express a state in which things are equal do not only express a state in which they are strictly equal, but also express a state in which there is a tolerance or a difference to the extent that the same function is obtained.

例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。 For example, expressions describing shapes such as a square or cylindrical shape do not only refer to shapes such as a square or cylindrical shape in the strict geometric sense, but also to shapes that include uneven parts, chamfered parts, etc., to the extent that the same effect can be obtained.

一方、一つの構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。 On the other hand, the expressions "comprise," "include," "have," "include," or "have" a component are not exclusive expressions that exclude the presence of other components.

図1は、一実施形態に係るコンロッド20を一部を断截して示す正面図である。図2は、図1中のA-A線に沿う側面視断面図である。図3は、図1に示すコンロッド20の小端部22を一部を断截して示す正面視断面図である。図4は、ラティス構造の一例を示す斜視図である。
なお、コンロッド20の小端部22又は大端部24の断面中心を通り、小端部22又は大端部24の軸方向に延在する直線を中心線CLと呼ぶ。また、図1のように、中心線CLが点状に見えるように視認する場合を正面視と呼び、図2のように、中心線CLと、コンロッド20の連接棒26の軸方向(連接棒26の延在方向)に延びる直線とを含む面を視認する場合を側面視と呼ぶ。一実施形態に係る軸受メタル10(10A)がピストンピン孔22aに設置された状態では、軸受メタル10(10A)の中心線CLとピストンピン孔22aの中心線CLとは一致する。また、一実施形態に係る軸受メタル10(10B)がクランクピン32aに設置された状態では、軸受メタル10(10B)の中心線CLとクランクピン32aの中心線CLとは一致する。
Fig. 1 is a partially cutaway front view of a connecting rod 20 according to one embodiment. Fig. 2 is a side cross-sectional view taken along line A-A in Fig. 1. Fig. 3 is a partially cutaway front cross-sectional view of a small end 22 of the connecting rod 20 shown in Fig. 1. Fig. 4 is a perspective view showing an example of a lattice structure.
A straight line passing through the center of the cross section of the small end 22 or the big end 24 of the connecting rod 20 and extending in the axial direction of the small end 22 or the big end 24 is called a center line CL. A front view is a view in which the center line CL appears dotted, as in FIG. 1, and a side view is a view in which a plane including the center line CL and a straight line extending in the axial direction of the connecting rod 26 of the connecting rod 20 (extending direction of the connecting rod 26), as in FIG. 2. When the bearing metal 10 (10A) according to the embodiment is installed in the piston pin hole 22a, the center line CL of the bearing metal 10 (10A) and the center line CL of the piston pin hole 22a coincide with each other. When the bearing metal 10 (10B) according to the embodiment is installed in the crank pin 32a, the center line CL of the bearing metal 10 (10B) and the center line CL of the crank pin 32a coincide with each other.

図1及び図2に示すように、コンロッド20は、エンジン(内燃機関)が備えるピストン(不図示)の往復運動をクランクシャフト32の回転運動に変換させるための部品である。コンロッド20は、小端部22と、大端部24と、小端部22と大端部24とを連結する連接棒26とを有している。そして、小端部22にピストンピン30(軸)が連結され、大端部24にクランクシャフト32(軸)(図7参照)が連結されることで、コンロッド20を介してピストン(不図示)とクランクシャフト32とが連結される。 As shown in Figures 1 and 2, the connecting rod 20 is a component for converting the reciprocating motion of a piston (not shown) in an engine (internal combustion engine) into the rotational motion of a crankshaft 32. The connecting rod 20 has a small end 22, a big end 24, and a connecting rod 26 that connects the small end 22 and the big end 24. A piston pin 30 (shaft) is connected to the small end 22, and a crankshaft 32 (shaft) (see Figure 7) is connected to the big end 24, thereby connecting the piston (not shown) and the crankshaft 32 via the connecting rod 20.

後述する図8に示すように、クランクシャフト32は、コンロッド20の大端部24と連結されるクランクピン32a(軸)と、例えば、シリンダブロック、クランクケースといったエンジン本体40に支持されるクランクジャーナル32b(軸)と、を有している。他方、エンジン本体40に形成された主軸受部42には、クランクジャーナル32bを取り付けるための主軸孔42a(貫通孔)が形成されている。
なお、本明細書において、「エンジン本体」とは、エンジンフレーム、クランクケースなどと呼称されるエンジンのケーシングを指す。
8, which will be described later, the crankshaft 32 has a crank pin 32a (shaft) that is connected to the big end 24 of the connecting rod 20, and a crank journal 32b (shaft) that is supported by an engine body 40, such as a cylinder block or a crankcase. On the other hand, a main bearing portion 42 formed in the engine body 40 is formed with a main shaft hole 42a (through hole) for attaching the crank journal 32b.
In this specification, the term "engine body" refers to the casing of the engine, also known as the engine frame, crankcase, etc.

(コンロッド20の小端部22に設けられる軸受メタル10(10A)の構成)
図3に示すように、一実施形態に係る軸受メタル10(10A)は、コンロッド20の小端部22に形成されたピストンピン孔22a(貫通孔)に設けられ、ピストンピン30(軸)とコンロッド20が揺動可能となるように接続する。軸受メタル10(10A)は、ピストンピン孔22aを形成する小端部22の内周面に接するように設けられた本体部12と、本体部12の内周側に形成された軸受層14と、を備えている。軸受層14の内周面14aは、ピストンピン30の外周面に対して摺動可能な摺動面を形成する。本体部12は、本体部12の少なくとも一部にラティス構造部16を含んでいる。コンロッド20の内部に潤滑油路が形成され、ラティス構造部16はこの潤滑油路と連通しており、ラティス構造部16には潤滑油路から潤滑油が供給される。
(Configuration of the bearing metal 10 (10A) provided at the small end 22 of the connecting rod 20)
As shown in FIG. 3, a bearing metal 10 (10A) according to one embodiment is provided in a piston pin hole 22a (through hole) formed in a small end 22 of a connecting rod 20, and connects a piston pin 30 (shaft) and the connecting rod 20 so as to be able to swing. The bearing metal 10 (10A) includes a main body 12 provided so as to contact the inner peripheral surface of the small end 22 forming the piston pin hole 22a, and a bearing layer 14 formed on the inner peripheral side of the main body 12. The inner peripheral surface 14a of the bearing layer 14 forms a sliding surface that can slide against the outer peripheral surface of the piston pin 30. The main body 12 includes a lattice structure 16 in at least a part of the main body 12. A lubricating oil passage is formed inside the connecting rod 20, and the lattice structure 16 is in communication with this lubricating oil passage, and lubricating oil is supplied to the lattice structure 16 from the lubricating oil passage.

本明細書で、「ラティス構造」とは、以下説明する構造を意味する。即ち、ラティス構造とは、3次元の格子状又は網目状の構造を有し、中空又は中実の複数の柱状体(例えば、円柱状)が所定の連結パターンでつなぎ合わされ、柱状体の間には連続した空間を形成する空洞部が形成されている。該柱状体は断面積が一定の柱状であってもよいし、断面積が変化する柱状であってもよい。空洞部の空隙率(体積密度)を変えることによって、剛性などの材料物性値を任意に調整可能である。 In this specification, "lattice structure" refers to a structure described below. That is, a lattice structure has a three-dimensional grid or mesh structure in which multiple hollow or solid pillars (e.g., cylindrical) are connected in a predetermined connection pattern, and cavities that form continuous spaces are formed between the pillars. The pillars may have a constant cross-sectional area or may have a variable cross-sectional area. By changing the porosity (volume density) of the hollows, the material properties such as rigidity can be adjusted as desired.

図4は、ラティス構造の一例を示す斜視図である。図4に示すように、中空又は中実の複数の柱状体100が所定の連結パターンでつなぎ合わされた3次元構造を有する。図4は、最小単位の連結パターンの例を示している。柱状体100の間に空洞部caが形成される。複数の連結パターンが連結されていても、各連結パターンに形成された空洞部caは複数の連結パターンに亘って連続した空間を形成する。図4はラティス構造の一例にすぎず、別な例では、柱状体100の長さ、向きや数が変更され、あるいは柱状体100の断面形状が変更される。ラティス構造部16は空洞部caを有するため、周囲の本体部12より低い剛性を有する。 Figure 4 is a perspective view showing an example of a lattice structure. As shown in Figure 4, a three-dimensional structure is formed in which multiple hollow or solid pillars 100 are connected in a predetermined connection pattern. Figure 4 shows an example of a minimum unit connection pattern. A cavity ca is formed between the pillars 100. Even if multiple connection patterns are connected, the cavity ca formed in each connection pattern forms a continuous space across the multiple connection patterns. Figure 4 is only one example of a lattice structure, and in other examples, the length, orientation, or number of the pillars 100 is changed, or the cross-sectional shape of the pillars 100 is changed. Since the lattice structure portion 16 has the cavity ca, it has a lower rigidity than the surrounding main body portion 12.

軸受層14は、ピストンピン30、クランクピン32a、クランクジャーナル32b等の軸に対して摺動性を良くするため、例えば、軟質材料で構成される。 The bearing layer 14 is made of, for example, a soft material to improve sliding properties with respect to the shafts such as the piston pin 30, crank pin 32a, and crank journal 32b.

図1~3に、小端部22に形成される潤滑油路の一実施形態を示す。図1~3において、連接棒26の内部に連接棒26の軸方向に沿って潤滑油路50が形成されている。また、軸受メタル10(10A)の外周面に接する小端部22の内周面に、軸受メタル10(10A)を囲んで軸受メタル10(10A)の周方向に沿って凹溝52が形成されている。凹溝52は潤滑油路50に連通している。さらに、凹溝52に連通する複数の開口孔54が形成されている。複数の開口孔54は、軸受メタル10(10A)の周方向に沿って分散配置され、軸受メタル10(10A)と交差するように、軸受メタル10(10A)の径方向内側へ延在し、軸受メタル10(10A)の本体部12を貫通してラティス構造部16に連通し、さらに軸受層14の内周面14aに開口している。開口孔54はラティス構造部16に形成された空洞部caに形成された空間に連通している。さらに、内周面14aにおいて、開口孔54の開口を含む領域に凹溝56が形成されている。
一実施形態では、本体部12に形成された開口孔54にラティス構造部16が充填されている。他方、別な実施形態では、本体部12に形成された開口孔54にラティス構造部16は充填されない。
1 to 3 show an embodiment of the lubricating oil passage formed in the small end portion 22. In FIG. 1 to 3, a lubricating oil passage 50 is formed inside the connecting rod 26 along the axial direction of the connecting rod 26. In addition, a groove 52 is formed in the inner peripheral surface of the small end portion 22 that contacts the outer peripheral surface of the bearing metal 10 (10A) so as to surround the bearing metal 10 (10A) and extend along the circumferential direction of the bearing metal 10 (10A). The groove 52 is connected to the lubricating oil passage 50. Furthermore, a plurality of opening holes 54 are formed that are connected to the groove 52. The plurality of opening holes 54 are distributed along the circumferential direction of the bearing metal 10 (10A), extend radially inward of the bearing metal 10 (10A) so as to intersect with the bearing metal 10 (10A), penetrate the main body portion 12 of the bearing metal 10 (10A) and communicate with the lattice structure portion 16, and further open to the inner peripheral surface 14a of the bearing layer 14. The opening hole 54 communicates with a space formed in a cavity portion ca formed in the lattice structure portion 16. Furthermore, a recessed groove 56 is formed in a region including the opening of the opening hole 54 on the inner circumferential surface 14a.
In one embodiment, the openings 54 formed in the body 12 are filled with the lattice structure 16. However, in another embodiment, the openings 54 formed in the body 12 are not filled with the lattice structure 16.

図3に示すように、潤滑油oは、潤滑油路50から凹溝52及びラティス構造部16より外周側の開口孔54を経てラティス構造部16の空洞部caに流入する。空洞部caに流入した潤滑油oは、ラティス構造部16より内周面14a側の開口孔54を経て凹溝56から内周面14a(摺動面)に流入し、内周面14aを潤滑する。 As shown in FIG. 3, the lubricating oil o flows from the lubricating oil passage 50 through the groove 52 and the opening hole 54 on the outer circumferential side of the lattice structure 16 into the cavity ca of the lattice structure 16. The lubricating oil o that flows into the cavity ca flows through the opening hole 54 on the inner circumferential surface 14a side of the lattice structure 16 and flows from the groove 56 into the inner circumferential surface 14a (sliding surface) to lubricate the inner circumferential surface 14a.

図2に示すように、本体部12の内部において、ラティス構造部16は小端部22の軸方向(中心線CLの延在方向)両端面に達するまで延在する。潤滑油は、凹溝52から開口孔54を介して空洞部caに流入し、空洞部caを軸受メタル10(10A)の軸方向に流れて本体部12の熱を吸収した後、小端部22の軸方向両端面から流出する流路と、凹溝52から開口孔54を通って凹溝56に流出し、軸受メタル10(10A)の摺動面(軸受面。軸受層14の内周面14a)の潤滑に供する流れとの2通りの流路を形成する。これら2通りの流れの各々の流量は、ラティス構造部16の構造や空洞部caの空隙率で調整される。 As shown in FIG. 2, inside the main body 12, the lattice structure 16 extends to reach both axial end faces of the small end 22 (extending direction of the center line CL). The lubricating oil flows from the groove 52 through the opening hole 54 into the cavity ca, flows through the cavity ca in the axial direction of the bearing metal 10 (10A) to absorb heat from the main body 12, and then forms two flow paths: one that flows out from both axial end faces of the small end 22, and the other that flows out from the groove 52 through the opening hole 54 into the groove 56 to lubricate the sliding surface (bearing surface; inner circumferential surface 14a of the bearing layer 14) of the bearing metal 10 (10A). The flow rate of each of these two flows is adjusted by the structure of the lattice structure 16 and the porosity of the cavity ca.

このような構成によれば、軸受メタル10(10A)は、本体部12の少なくとも一部にラティス構造部16が形成され、ラティス構造部16は、周囲の本体部12よりも低い剛性を有するため、軸受メタル10(10A)が弾性変形可能になる。これによって、ピストンピン30から軸受メタル10(10A)の摺動面に加わる圧力や、ピストンピン30による軸受の軸方向両端部での片当たりに応じて軸受メタル10(10A)が変形できるため、該摺動面に加わる圧力を均一化でき、かつ軸受メタル10(10A)に対する片当たりを抑制できる。 With this configuration, the bearing metal 10 (10A) has a lattice structure 16 formed on at least a portion of the main body 12, and the lattice structure 16 has a lower rigidity than the surrounding main body 12, allowing the bearing metal 10 (10A) to elastically deform. This allows the bearing metal 10 (10A) to deform in response to the pressure applied to the sliding surface of the bearing metal 10 (10A) from the piston pin 30 and the uneven contact of the piston pin 30 with both axial ends of the bearing, making it possible to equalize the pressure applied to the sliding surface and suppress uneven contact with the bearing metal 10 (10A).

図2に示す実施形態によれば、ラティス構造部16は、小端部22の軸方向両端面に達するまで延在しているため、該両端面まで及ぶラティス構造部16の弾性変形能によって、ピストンピン30の片当たりを効果的に抑制できる。 In the embodiment shown in FIG. 2, the lattice structure 16 extends to both axial end faces of the small end 22, so that the elastic deformation of the lattice structure 16 that reaches both end faces can effectively prevent the piston pin 30 from hitting one side.

また、ラティス構造部16は内部に連続した空洞部caを形成し、ラティス構造部16には、コンロッド20に形成された潤滑油路50から潤滑油が供給されるため、空洞部caに潤滑油流路が形成される。こうして、空洞部caを定常的に流れる潤滑油によって軸受メタル10(10A)を冷却できるため、軸受メタル10(10A)の昇温を抑制できると同時に、摺動面14aを流れる潤滑油の昇温を抑制できるため、摺動面14aの油膜厚を保持できる。 The lattice structure 16 also forms a continuous cavity ca inside, and lubricating oil is supplied to the lattice structure 16 from the lubricating oil passage 50 formed in the connecting rod 20, forming a lubricating oil flow path in the cavity ca. In this way, the bearing metal 10 (10A) can be cooled by the lubricating oil steadily flowing through the cavity ca, so that the temperature rise of the bearing metal 10 (10A) can be suppressed, and at the same time, the temperature rise of the lubricating oil flowing on the sliding surface 14a can be suppressed, so the oil film thickness on the sliding surface 14a can be maintained.

これによって、従来のように、ピストンピン孔22aに対する軸受クリアランスを広げて潤滑油量を増やし、冷却機能を受け持たせる必要がなくなるため、軸受クリアランスを軸受油膜特性に最適なクリアランスに設定できる。また、軸受クリアランスの初期値を狭くすることができるので、軸受の許容摩耗量が結果的に増大し、軸受寿命を延ばすことができる。
さらに、ラティス構造部16は3Dプリンタといった三次元造形装置などを用いて製作できるため、想定される軸受面圧及び片当たり状態に応じた任意の剛性分布で製作できる。これによって、強度と柔構造とを両立した軸受メタルを実現できる。
以上から、摺動面14a(軸受面)の摩耗、焼き付き、及び疲労破壊等を防止でき、エンジンの更なる軽量化、高出力化及び長寿命化を達成できる。
This eliminates the need to widen the bearing clearance for the piston pin hole 22a to increase the amount of lubricating oil and provide a cooling function, as in the past, and allows the bearing clearance to be set to an optimal clearance for the bearing oil film characteristics. Also, the initial value of the bearing clearance can be narrowed, which results in an increase in the allowable amount of wear of the bearing and an extension of the bearing life.
Furthermore, since the lattice structure 16 can be manufactured using a three-dimensional modeling device such as a 3D printer, it can be manufactured with any stiffness distribution according to the expected bearing surface pressure and one-sided contact state. This makes it possible to realize a bearing metal that is both strong and flexible.
As a result, wear, seizure, fatigue damage, and the like of the sliding surface 14a (bearing surface) can be prevented, and further weight reduction, higher output, and longer life of the engine can be achieved.

なお、上記実施形態では、軸受メタル10(10A)に設けられたラティス構造部16は、小端部22の軸方向の全域及び摺動面14aの周方向全面に設けられているが、別な実施形態では、小端部22の軸方向の領域の一部又は摺動面14aの周方向の一部の領域に設けられていてもよい。 In the above embodiment, the lattice structure 16 provided on the bearing metal 10 (10A) is provided over the entire axial area of the small end 22 and the entire circumferential area of the sliding surface 14a, but in another embodiment, it may be provided over a portion of the axial area of the small end 22 or a portion of the circumferential area of the sliding surface 14a.

また、上記実施形態では、図2に示すように、ラティス構造部16は、小端部22の軸方向両端面を除き、本体部12に内包されている。他方、別な実施形態では、ピストンピン孔22aの内周面とラティス構造部16との間の本体部12をなくし、ピストンピン孔22aの内周面とラティス構造部16とが直接接するように構成してもよい。 In the above embodiment, as shown in FIG. 2, the lattice structure 16 is contained within the main body 12 except for both axial end faces of the small end 22. On the other hand, in another embodiment, the main body 12 between the inner circumferential surface of the piston pin hole 22a and the lattice structure 16 may be eliminated, and the inner circumferential surface of the piston pin hole 22a and the lattice structure 16 may be configured to be in direct contact with each other.

一実施形態では、図1に示すように、ラティス構造部16は、ピストンピン孔22aの断面中心を通り、小端部22の軸方向に延在する中心線CLよりも、コンロッド20の軸方向における大端部側方向にある領域(例えば、図1に示す領域R1)に設けられている。領域R1は、軸受メタル10(10A)の本体部12において、ピストンピン30の片当たりが大きく、片当たりが生じ易い部分である。即ち、ピストンピン30に対する片当たりは、ピストンピン孔22aにおける連接棒26側の方が、その反対側よりも大きい。このように、片当たりが生じやすい部位にラティス構造部16を形成することで、軸受面圧の均一化効果及び片当たり抑制効果等を効果的に発揮させることができる。 In one embodiment, as shown in FIG. 1, the lattice structure 16 is provided in a region (e.g., region R1 shown in FIG. 1) that is located toward the big end in the axial direction of the connecting rod 20 from the center line CL that passes through the cross-sectional center of the piston pin hole 22a and extends in the axial direction of the small end 22. Region R1 is a portion of the main body 12 of the bearing metal 10 (10A) where the piston pin 30 makes a large one-sided contact and is prone to one-sided contact. That is, the one-sided contact with the piston pin 30 is greater on the connecting rod 26 side of the piston pin hole 22a than on the opposite side. In this way, by forming the lattice structure 16 in a portion where one-sided contact is likely to occur, the effect of equalizing the bearing surface pressure and the effect of suppressing one-sided contact can be effectively achieved.

(コンロッド20の大端部24に設けられる軸受メタル10(10B)の構成)
図5は図1中のB部拡大図(正面視断面図)であり、図6は、図2中のC-C線に沿う断面図である。図1に示すように、一実施形態に係る軸受メタル10(10B)は、コンロッド20の大端部24に形成されたクランクピン孔24a(貫通孔)に設置されたクランクシャフト32の後述するように、(軸)とコンロッドを回転可能に接続するための軸受メタルである。
(Configuration of the bearing metal 10 (10B) provided at the big end 24 of the connecting rod 20)
Fig. 5 is an enlarged view (front cross-sectional view) of part B in Fig. 1, and Fig. 6 is a cross-sectional view taken along line CC in Fig. 2. As shown in Fig. 1, a bearing metal 10 (10B) according to one embodiment is a bearing metal for rotatably connecting a crankshaft 32 installed in a crankpin hole 24a (through hole) formed in a big end 24 of a connecting rod 20, as described below, to a connecting rod.

図5及び図6に示すように、軸受メタル10(10B)は、クランクピン孔24aを形成する大端部24の内周面に接するように設けられた本体部12と、本体部12の内周側に形成された軸受層14と、を備えている。軸受層14の内周面14aは、クランクピン32aの外周面に対して摺動可能な摺動面を形成する。本体部12は、少なくとも一部にラティス構造部16を含んでいる。後述する図8に示すように、エンジン本体40には潤滑油路70が形成され、ラティス構造部16の内部に形成された空洞部caには、潤滑油路70から供給される潤滑油oが、後述するように、クランクピン32aなどに形成された潤滑油路及び内周面14aに形成された凹溝64を介して供給される。 As shown in Figs. 5 and 6, the bearing metal 10 (10B) includes a main body 12 provided to contact the inner peripheral surface of the big end 24 that forms the crankpin hole 24a, and a bearing layer 14 formed on the inner peripheral side of the main body 12. The inner peripheral surface 14a of the bearing layer 14 forms a sliding surface that can slide against the outer peripheral surface of the crankpin 32a. The main body 12 includes at least a lattice structure 16. As shown in Fig. 8, which will be described later, a lubricating oil passage 70 is formed in the engine body 40, and the lubricating oil o supplied from the lubricating oil passage 70 is supplied to the cavity ca formed inside the lattice structure 16 through the lubricating oil passage formed in the crankpin 32a, etc., and the recessed groove 64 formed in the inner peripheral surface 14a, as will be described later.

大端部24に形成される潤滑油路は、軸受メタル10(10B)の外周面に接する大端部24の内周面24aに、軸受メタル10(10B)を囲むように軸受メタル10(10B)の周方向に沿って形成された凹溝60を有する。凹溝60は連接棒26に形成された潤滑油路50と連通している。さらに、凹溝60に連通する複数の開口孔62が形成され、複数の開口孔62は、軸受メタル10(10B)の周方向に沿って分散配置され、軸受メタル10(10B)と交差するように、軸受メタル10(10B)の径方向に延在し、軸受メタル10(10B)の本体部12を貫通してラティス構造部16に連通し、さらに軸受層14の内周面14aに開口している。開口孔62はラティス構造部16に形成された空洞部caに形成された空間に連通している。さらに、内周面14aに凹溝64が形成され、内周面14aにおいて、開口孔62は凹溝64が形成された領域に開口している。
図5に示す実施形態では、本体部12に形成された開口孔62に開口孔62にはラティス構造部16が充填されている。他方、別な実施形態では、本体部12に形成された開口孔62にラティス構造部16は充填されない。
The lubricating oil passage formed in the big end 24 has a groove 60 formed along the circumferential direction of the bearing metal 10 (10B) so as to surround the bearing metal 10 (10B) on the inner peripheral surface 24a of the big end 24 that contacts the outer peripheral surface of the bearing metal 10 (10B). The groove 60 is connected to the lubricating oil passage 50 formed in the connecting rod 26. In addition, a plurality of opening holes 62 are formed that communicate with the groove 60, and the plurality of opening holes 62 are distributed along the circumferential direction of the bearing metal 10 (10B), extend in the radial direction of the bearing metal 10 (10B) so as to intersect with the bearing metal 10 (10B), penetrate the main body portion 12 of the bearing metal 10 (10B) and communicate with the lattice structure portion 16, and further open to the inner peripheral surface 14a of the bearing layer 14. The opening holes 62 are connected to a space formed in a cavity portion ca formed in the lattice structure portion 16. Furthermore, a recessed groove 64 is formed in the inner circumferential surface 14a, and the opening hole 62 opens in the region of the inner circumferential surface 14a where the recessed groove 64 is formed.
5, the openings 62 formed in the body 12 are filled with the lattice structure 16. On the other hand, in another embodiment, the openings 62 formed in the body 12 are not filled with the lattice structure 16.

図6に示すように、本体部12の内部において、ラティス構造部16は大端部24の軸方向(中心線CLの延在方向)両端面に達するまで延在する。潤滑油oは、潤滑油路70から後述する潤滑油路を経て凹溝64に流入する。その後、潤滑油oは、軸受メタル10(10B)の摺動面(軸受面。軸受層14の内周面14a)の潤滑に供する流れと、凹溝64から開口孔62を経てラティス構造部16の空洞部caに流入し、空洞部caで軸受メタル10(10B)の軸方向に流れて本体部12の熱を吸収した後、大端部24の軸方向両端面から流出する流路と、の2通りの流路を形成する。これら2通りの流れの各々の流量は、ラティス構造部16の構造や空洞部caの空隙率で調整される。 As shown in FIG. 6, inside the main body 12, the lattice structure 16 extends until it reaches both end faces of the big end 24 in the axial direction (extension direction of the center line CL). The lubricating oil o flows from the lubricating oil passage 70 through the lubricating oil passage described later into the groove 64. The lubricating oil o then forms two flow paths: one for lubricating the sliding surface (bearing surface, inner surface 14a of the bearing layer 14) of the bearing metal 10 (10B), and the other for flowing from the groove 64 through the opening hole 62 into the cavity ca of the lattice structure 16, flowing in the axial direction of the bearing metal 10 (10B) in the cavity ca to absorb heat from the main body 12, and then flowing out from both axial end faces of the big end 24. The flow rate of each of these two flows is adjusted by the structure of the lattice structure 16 and the porosity of the cavity ca.

このような構成によれば、軸受メタル10(10B)は、本体部12の少なくとも一部にラティス構造部16が形成され、ラティス構造部16は、本体部12の周囲の部分よりも低い剛性を有するため、軸受メタル10(10B)が弾性変形可能になる。これによって、軸受メタル10(10B)は、クランクピン32aから受ける軸受面圧や、クランクピン32aによる軸受端部での片当たりに応じて変形することができるため、軸受面圧を均一化できると共に、片当たりを抑制できる。さらに、ラティス構造部16に形成された連続した空洞部caに潤滑油を供給することで、空洞部caに潤滑油路を形成でき、これによって、軸受メタル10(10B)の冷却効果を高めることができる。加えて、上述した軸受メタル10(10A)と同様の作用効果を得ることができる。 According to this configuration, the bearing metal 10 (10B) has a lattice structure 16 formed on at least a part of the main body 12, and the lattice structure 16 has a lower rigidity than the surrounding part of the main body 12, so that the bearing metal 10 (10B) can be elastically deformed. As a result, the bearing metal 10 (10B) can deform in response to the bearing surface pressure received from the crank pin 32a and the uneven contact of the crank pin 32a with the bearing end, so that the bearing surface pressure can be made uniform and uneven contact can be suppressed. Furthermore, by supplying lubricating oil to the continuous cavity ca formed in the lattice structure 16, a lubricating oil passage can be formed in the cavity ca, and the cooling effect of the bearing metal 10 (10B) can be improved. In addition, the same action and effect as the bearing metal 10 (10A) described above can be obtained.

図6に示す実施形態によれば、ラティス構造部16は、大端部24の軸方向両端面に達するまで延在しているため、該両端面まで及ぶラティス構造部16の弾性変形能によって、クランクピン32aの片当たりを効果的に抑制できる。 In the embodiment shown in FIG. 6, the lattice structure 16 extends to both axial end faces of the big end 24, so that the elastic deformation of the lattice structure 16 that reaches both end faces can effectively prevent the crank pin 32a from hitting one side.

なお、本実施形態では、軸受メタル10(10B)に設けられたラティス構造部16は、大端部24の軸方向の全域及び摺動面14aの周方向全面に設けられているが、別な実施形態では、大端部24の軸方向の領域の一部又は摺動面14aの周方向の一部の領域に設けられていてもよい。 In this embodiment, the lattice structure 16 provided on the bearing metal 10 (10B) is provided over the entire axial area of the big end 24 and the entire circumferential area of the sliding surface 14a, but in other embodiments, it may be provided over only a portion of the axial area of the big end 24 or a portion of the circumferential area of the sliding surface 14a.

また、上記実施形態では、図6に示すように、ラティス構造部16は、大端部24の軸方向両端面を除き、本体部12に内包されている。しかし、別な実施形態では、クランクピン32aの内周面とラティス構造部16との間の本体部12をなくし、クランクピン32aの内周面とラティス構造部16とが直接接するように構成してもよい。 In the above embodiment, as shown in FIG. 6, the lattice structure 16 is contained within the main body 12, except for both axial end faces of the big end 24. However, in another embodiment, the main body 12 between the inner circumferential surface of the crank pin 32a and the lattice structure 16 may be eliminated, and the inner circumferential surface of the crank pin 32a and the lattice structure 16 may be configured to be in direct contact with each other.

図7は、軸受メタル10(10B)の別な実施形態を示す。この実施形態では、軸受メタル10(10B)が2つ割りで形成され、半円形を有する一対の軸受メタル片を合わせ面25で接触して組み立てられる。この実施形態では、図7に示すように、ラティス構造部16は、軸受メタル10(10B)の周方向において合わせ面25まで延在されていない。そのため、一対の軸受メタル片を合わせ面25を接触させて組み立てるとき、安定した組立てが可能になる。 Figure 7 shows another embodiment of the bearing metal 10 (10B). In this embodiment, the bearing metal 10 (10B) is formed in two pieces, and a pair of semicircular bearing metal pieces are assembled by contacting the mating surfaces 25. In this embodiment, as shown in Figure 7, the lattice structure portion 16 does not extend to the mating surfaces 25 in the circumferential direction of the bearing metal 10 (10B). Therefore, when the pair of bearing metal pieces are assembled by contacting the mating surfaces 25, stable assembly is possible.

一実施形態では、軸受メタル10(10B)のラティス構造部16は、大端部24のクランクピン孔24aの断面中心を通る中心線CLよりも、コンロッド20の軸方向における小端部22側方向、例えば、図1中の領域R2に設けられている。
大端部24では領域R2で大端部24に対するクランクピン32aの片当たりが大きく、従って、上記領域で片当たりが生じ易い。このように、片当たりが生じやすい部位にラティス構造部16を形成することで、軸受面圧の均一化効果及び片当たり抑制効果等を効果的に発揮させることができる。
In one embodiment, the lattice structure portion 16 of the bearing metal 10 (10B) is provided toward the small end 22 in the axial direction of the connecting rod 20, from the center line CL that passes through the cross-sectional center of the crankpin hole 24a of the big end 24, for example, in the region R2 in FIG. 1.
In the big end 24, the crank pin 32a makes large one-sided contact with the big end 24 in region R2, and therefore one-sided contact is likely to occur in the above region. By forming the lattice structure portion 16 in this manner in the area where one-sided contact is likely to occur, it is possible to effectively achieve the effects of equalizing the bearing surface pressure and suppressing one-sided contact.

(クランクジャーナルに設けられる軸受メタル10(10C)の構成)
図8は、クランクシャフト32の支持部を示す側面視断面図である。図9は、軸受メタル10(10C)の一部を拡大して示す正面視断面図である。図10は、図8中のD-D線に沿う断面図である。
(Configuration of the bearing metal 10 (10C) provided on the crank journal)
Fig. 8 is a side cross-sectional view showing a support portion of the crankshaft 32. Fig. 9 is a front cross-sectional view showing an enlarged portion of the bearing metal 10 (10C). Fig. 10 is a cross-sectional view taken along line D-D in Fig. 8.

一実施形態に係る軸受メタル10(10C)は、図8に示すように、エンジン本体40の主軸受部42に形成された主軸孔42a(貫通孔)に設置されたクランクシャフト32のクランクジャーナル32b(軸)を回転可能に支持するための軸受メタルである。クランクジャーナル32bが、軸受メタル10(10C)が設置された主軸孔42aに挿通されることで、クランクシャフト32がエンジン本体40に支持される。 As shown in FIG. 8, the bearing metal 10 (10C) according to one embodiment is a bearing metal for rotatably supporting the crank journal 32b (shaft) of the crankshaft 32 installed in the main shaft hole 42a (through hole) formed in the main bearing portion 42 of the engine body 40. The crank journal 32b is inserted into the main shaft hole 42a in which the bearing metal 10 (10C) is installed, thereby supporting the crankshaft 32 on the engine body 40.

図9に示すように、軸受メタル10(10C)は、主軸孔42aの内周面に設置される本体部12と、本体部12の内周側に形成された軸受層14とを備え、軸受層14の内周面14aはクランクジャーナル32bに対して摺動可能な摺動面を形成する。本体部12の少なくとも一部にラティス構造部16が形成され、ラティス構造部16の空洞部caに、エンジン本体40の内部に形成された潤滑油路70から潤滑油が供給可能に構成されている。 As shown in FIG. 9, the bearing metal 10 (10C) comprises a main body 12 installed on the inner circumferential surface of the main shaft hole 42a and a bearing layer 14 formed on the inner circumferential side of the main body 12, and the inner circumferential surface 14a of the bearing layer 14 forms a sliding surface that can slide against the crank journal 32b. A lattice structure 16 is formed on at least a part of the main body 12, and lubricating oil can be supplied to the cavity ca of the lattice structure 16 from a lubricating oil passage 70 formed inside the engine body 40.

軸受メタル10(10C)の外周面に接する主軸受部42の内周面に、軸受メタル10(10C)を囲んで軸受メタル10(10C)の周方向に凹溝72が形成され、凹溝72は潤滑油路70と連通している。また、軸受メタル10(10C)の周方向に沿って分散配置され、凹溝72に連通する複数の開口孔74が形成されている。複数の開口孔74の各々は、軸受メタル10(10C)と交差するように、軸受メタル10(10C)の径方向に延在し、本体部12を貫通してラティス構造部16に連通し、さらに軸受層14の内周面14aに開口している。開口孔74はラティス構造部16に形成された空洞部caに形成された空間に連通している。
図9に示す実施形態では、本体部12に形成された開口孔74にはラティス構造部16が充填されている。他方、別な実施形態では、本体部12に形成された開口孔74にはラティス構造部16は充填されない。
さらに、図10に示すように、軸受層14の内周面14aに内周面14aの周方向に沿って延在する凹溝76が形成され、開口孔74は凹溝76が形成された摺動面14aの領域内に開口している。
A groove 72 is formed in the circumferential direction of the bearing metal 10 (10C) surrounding the bearing metal 10 (10C) on the inner peripheral surface of the main bearing portion 42 that contacts the outer peripheral surface of the bearing metal 10 (10C), and the groove 72 is connected to the lubricating oil passage 70. In addition, a plurality of opening holes 74 are formed that are distributed along the circumferential direction of the bearing metal 10 (10C) and communicate with the groove 72. Each of the plurality of opening holes 74 extends in the radial direction of the bearing metal 10 (10C) so as to intersect with the bearing metal 10 (10C), penetrates the main body portion 12, communicates with the lattice structure portion 16, and further opens to the inner peripheral surface 14a of the bearing layer 14. The opening hole 74 is connected to a space formed in a cavity portion ca formed in the lattice structure portion 16.
9, the openings 74 formed in the body 12 are filled with the lattice structure 16. On the other hand, in another embodiment, the openings 74 formed in the body 12 are not filled with the lattice structure 16.
Furthermore, as shown in FIG. 10 , a groove 76 extending circumferentially of the inner circumferential surface 14a of the bearing layer 14 is formed, and the opening hole 74 opens within the region of the sliding surface 14a in which the groove 76 is formed.

図9に示すように、潤滑油路70から供給された潤滑油oは、凹溝72及びラティス構造部16より外周側の開口孔74を経てラティス構造部16の空洞部caに流入する。空洞部caに流入した潤滑油oは空洞部caを巡回した後、ラティス構造部16より内周側の開口孔74に流出し、凹溝76から摺動面14aに流出し、摺動面14aを潤滑する。 As shown in FIG. 9, the lubricating oil o supplied from the lubricating oil passage 70 flows into the cavity ca of the lattice structure portion 16 through the groove 72 and the opening hole 74 on the outer periphery side of the lattice structure portion 16. After flowing into the cavity ca, the lubricating oil o circulates around the cavity ca, then flows out of the opening hole 74 on the inner periphery side of the lattice structure portion 16, and flows out of the groove 76 onto the sliding surface 14a, lubricating the sliding surface 14a.

図10に示すように、本体部12の内部において、ラティス構造部16は主軸受部42の軸方向(中心線CLの延在方向)両端面に達するまで延在する。潤滑油路70から供給された潤滑油oは、凹溝72から開口孔74を介して空洞部caに流入する。その後、潤滑油oは、空洞部caで軸受メタル10(10C)の軸方向に流れて本体部12の熱を吸収した後、主軸受部42の軸方向両端面から流出する流路と、空洞部caから凹溝76に流出して軸受メタル10(10C)の摺動面(軸受面。軸受層14の内周面14a)の潤滑に供する流れと、の2通りの流路を形成する。これら2通りの流れの各々の流量は、ラティス構造部16の構造や空洞部caの空隙率で調整される。 As shown in FIG. 10, inside the main body 12, the lattice structure 16 extends until it reaches both end faces of the axial direction (extension direction of the center line CL) of the main bearing 42. The lubricating oil o supplied from the lubricating oil passage 70 flows from the groove 72 through the opening hole 74 into the cavity ca. After that, the lubricating oil o flows in the axial direction of the bearing metal 10 (10C) in the cavity ca to absorb the heat of the main body 12, and then forms two flow paths: one that flows out from both axial end faces of the main bearing 42, and one that flows out from the cavity ca to the groove 76 to lubricate the sliding surface (bearing surface; inner peripheral surface 14a of the bearing layer 14) of the bearing metal 10 (10C). The flow rate of each of these two flows is adjusted by the structure of the lattice structure 16 and the porosity of the cavity ca.

以下、一実施形態として、軸受メタル10(10A~10C)に供給される潤滑油oの流路を説明する。図8に示すように、潤滑油路70から軸受メタル10(10C)を経て凹溝76に達した潤滑油oは、凹溝76から主軸受部42に形成された潤滑油路80に流入する。クランクピン32aの内部には一端が潤滑油路80に連通する潤滑油路82と、一端が潤滑油路82に連通し、他端が凹溝64に連通する潤滑油路84が形成されている。潤滑油oは、潤滑油路80から潤滑油路82、84及び凹溝64を経て大端部24に設けられた軸受メタル10(10B)のラティス構造部16に達する。さらに、図5に示すように、軸受メタル10(10B)のラティス構造部16の空洞部caから軸受層14の内周面14a(摺動面)に供給される流路と、開口孔62及び凹溝60を経て、連接棒26に形成された潤滑油路50に流入する流路とに分かれる。潤滑油路50に流入した潤滑油oは、上述のように、凹溝52、開口孔54及び凹溝56を経て軸受メタル10(10A)の摺動面(軸受面)14aに供給される。 The flow path of the lubricating oil o supplied to the bearing metal 10 (10A-10C) will be described below as one embodiment. As shown in FIG. 8, the lubricating oil o that has reached the groove 76 from the lubricating oil passage 70 through the bearing metal 10 (10C) flows from the groove 76 into the lubricating oil passage 80 formed in the main bearing portion 42. Inside the crank pin 32a, a lubricating oil passage 82 is formed, one end of which is connected to the lubricating oil passage 80, and a lubricating oil passage 84 is formed, one end of which is connected to the lubricating oil passage 82 and the other end of which is connected to the groove 64. The lubricating oil o travels from the lubricating oil passage 80 through the lubricating oil passages 82, 84 and the groove 64 to reach the lattice structure portion 16 of the bearing metal 10 (10B) provided in the big end 24. Furthermore, as shown in FIG. 5, the flow path is divided into a flow path that is supplied from the cavity ca of the lattice structure 16 of the bearing metal 10 (10B) to the inner circumferential surface 14a (sliding surface) of the bearing layer 14, and a flow path that flows into the lubricating oil passage 50 formed in the connecting rod 26 through the opening hole 62 and the groove 60. The lubricating oil o that flows into the lubricating oil passage 50 is supplied to the sliding surface (bearing surface) 14a of the bearing metal 10 (10A) through the groove 52, the opening hole 54, and the groove 56 as described above.

本実施形態によれば、軸受メタル10(10C)は、本体部12の少なくとも一部にラティス構造部16が形成され、ラティス構造部16は、周囲の本体部12よりも低い剛性を有するため、軸受メタル10(10C)が弾性変形可能になる。これによって、軸受メタル10(10C)は、クランクシャフト32から受ける軸受面圧や、クランクシャフト32による軸受端部での片当たりに応じて変形することができるため、軸受面圧を均一化できると共に、片当たりを抑制でき、さらに、ラティス構造部16に形成された空洞部caに潤滑油を供給することで、潤滑油の冷却効果を高めることができる。加えて、上述の軸受メタル10(10A、10B)と同様の作用効果を得ることができる。 According to this embodiment, the bearing metal 10 (10C) has a lattice structure 16 formed on at least a part of the main body 12, and the lattice structure 16 has a lower rigidity than the surrounding main body 12, so that the bearing metal 10 (10C) can be elastically deformed. As a result, the bearing metal 10 (10C) can deform in response to the bearing surface pressure received from the crankshaft 32 and the uneven contact at the bearing end by the crankshaft 32, so that the bearing surface pressure can be made uniform and uneven contact can be suppressed. Furthermore, by supplying lubricating oil to the cavity ca formed in the lattice structure 16, the cooling effect of the lubricating oil can be improved. In addition, the same effects as those of the above-mentioned bearing metal 10 (10A, 10B) can be obtained.

図8~10に示す実施形態によれば、軸受メタル10(10C)のラティス構造部16は、主軸受部42の軸方向両端面に達するまで延在しているため、該両端面まで及ぶラティス構造部16の弾性変形能によって、クランクジャーナル32bの片当たりを効果的に抑制できる。 In the embodiment shown in Figures 8 to 10, the lattice structure 16 of the bearing metal 10 (10C) extends to both axial end faces of the main bearing portion 42, so that the elastic deformation ability of the lattice structure 16 that reaches both end faces can effectively suppress uneven contact of the crank journal 32b.

なお、本実施形態では、軸受メタル10(10C)に設けられたラティス構造部16は、クランクジャーナル32bの軸方向の全域及び摺動面14aの周方向全面に設けられているが、別な実施形態では、クランクジャーナル32bの軸方向の領域の一部又は摺動面14aの周方向の一部の領域に設けられていてもよい。 In this embodiment, the lattice structure 16 provided on the bearing metal 10 (10C) is provided over the entire axial area of the crank journal 32b and the entire circumferential area of the sliding surface 14a, but in other embodiments, it may be provided over a portion of the axial area of the crank journal 32b or a portion of the circumferential area of the sliding surface 14a.

また、上記実施形態では、図10に示すように、ラティス構造部16は、主軸受部42の軸方向両端面を除き、本体部12に内包されている。しかし、別な実施形態では、主軸孔42aを形成する主軸受部42の内周面とラティス構造部16との間の本体部12をなくし、主軸受部42の内周面とラティス構造部16とが直接接するように構成してもよい。 In the above embodiment, as shown in FIG. 10, the lattice structure 16 is contained within the body 12 except for both axial end surfaces of the main bearing 42. However, in another embodiment, the body 12 between the inner peripheral surface of the main bearing 42 that forms the main shaft hole 42a and the lattice structure 16 may be eliminated, and the inner peripheral surface of the main bearing 42 and the lattice structure 16 may be in direct contact with each other.

一実施形態では、ラティス構造部16は、貫通孔14aの断面中心を通る中心線CLよりも、エンジン本体40の下方側に位置する領域に設けられている。例えば、図8で示せば、領域R3及びR4に設けられる。即ち、領域R3及びR4はクランクジャーナル32bの片当たりが大きいために片当たりが生じ易い部分であり、ラティス構造部16をこのような片当たりが生じ易い部位に形成する。このように、片当たりが生じやすい部位にラティス構造部16を形成することで、軸受面圧の均一化効果及び片当たり抑制効果等を効果的に発揮させることができる。 In one embodiment, the lattice structure 16 is provided in a region located below the center line CL passing through the cross-sectional center of the through hole 14a on the engine body 40. For example, as shown in FIG. 8, it is provided in regions R3 and R4. That is, regions R3 and R4 are areas where uneven contact of the crank journal 32b is large and uneven contact is likely to occur, and the lattice structure 16 is formed in the area where such uneven contact is likely to occur. In this way, by forming the lattice structure 16 in the area where uneven contact is likely to occur, it is possible to effectively achieve the effects of equalizing the bearing surface pressure and suppressing uneven contact.

また、領域R3及びR4のように、ラティス構造部16は軸受メタル10(10C)の軸方向両端部側に形成されていてもよい。あるいは少なくとも一方の端部側に形成されてもよい。即ち、ラティス構造部16は、軸受メタル10(10C)の摺動面14aにおいてクランクジャーナル32bの片当たりを受ける領域に設けられる。
このようにラティス構造部16をクランクジャーナル32bの片当たりが生じ易い部分に設けると、ラティス構造部16は、クランクジャーナル32bが曲がることにより受ける片当たりの方向に、その片当たりの大きさに応じて弾性変形する。即ち、ラティス構造部16は、図8に示すように、クランクジャーナル32b(鎖線)が曲がるのに応じて弾性変形する。また、摺動面14aも、ラティス構造部16の弾性変形に伴って弾性変形する。これによって、クランクジャーナル32bの片当たりによって、摺動面14aにおける油膜圧力が局部的に高くなり、もしくは油膜厚さが局部的に薄くなる領域が生じるのを抑制することが可能となる。
Also, like regions R3 and R4, the lattice structure 16 may be formed on both axial end sides of the bearing metal 10 (10C), or on at least one end side. That is, the lattice structure 16 is provided in an area of the sliding surface 14a of the bearing metal 10 (10C) that receives partial contact with the crank journal 32b.
When the lattice structure portion 16 is provided in a portion where the crank journal 32b is likely to make one-sided contact in this manner, the lattice structure portion 16 elastically deforms in the direction of the one-sided contact caused by the bending of the crank journal 32b, according to the magnitude of the one-sided contact. That is, as shown in Fig. 8, the lattice structure portion 16 elastically deforms in response to the bending of the crank journal 32b (dash line). The sliding surface 14a also elastically deforms in response to the elastic deformation of the lattice structure portion 16. This makes it possible to prevent the occurrence of regions where the oil film pressure on the sliding surface 14a becomes locally high or the oil film thickness becomes locally thin, due to the one-sided contact of the crank journal 32b.

また、軸受メタル10(10C)においては、片当たりが大きくなる部位はエンジンの種類によって異なる。従って、別な実施形態では、エンジンの種類に応じて片当たりが大きくなる部位を計算で予測し、予測した部位にラティス構造部16を設けるようにする。 In addition, in the bearing metal 10 (10C), the areas where the uneven contact is large differ depending on the type of engine. Therefore, in another embodiment, the areas where the uneven contact is large depending on the type of engine are predicted by calculation, and the lattice structure portion 16 is provided in the predicted areas.

図11は、軸受メタル10(10C)の別な実施形態を示す。この実施形態では、軸受メタル10(10C)が2つ割りで形成され、半円形を有する一対の軸受メタル片を合わせ面25で接触して組み立てられる。この実施形態では、図11に示すように、ラティス構造部16は合わせ面25まで延在されていない。そのため、一対の軸受メタル片を合わせ面25を接触させて組み立てるとき、安定した組立てが可能になる。 Figure 11 shows another embodiment of the bearing metal 10 (10C). In this embodiment, the bearing metal 10 (10C) is formed in two pieces, and a pair of semicircular bearing metal pieces are assembled by contacting the mating surfaces 25. In this embodiment, as shown in Figure 11, the lattice structure 16 does not extend to the mating surfaces 25. Therefore, when the pair of bearing metal pieces are assembled by contacting the mating surfaces 25, stable assembly is possible.

図12は、さらに、別な実施形態に係り、図6に相当する断面図である。図13は、図12中のE-E線に沿う断面図である。
この実施形態においては、大端部24の内周面14aに設けられた軸受メタル10(10B)において、軸受層14の内周面14aに凹溝64が形成され、さらに、凹溝64の内側領域において、軸受層14が除去されてラティス構造部16が露出する切欠部14bが形成されている。切欠部14bによって、ラティス構造部16が内周側に露出している。潤滑油oは、潤滑油路70から前述の潤滑油路80、82及び84等を通って摺動面14aに供給され、さらに、凹溝64から切欠部14bを通ってラティス構造部16の空洞部caに供給される。空洞部caに供給された潤滑油oは、一部が軸受メタル10(10B)の軸方向両端面から流出し、一部が凹溝60に流出する。
Fig. 12 relates to yet another embodiment and is a cross-sectional view corresponding to Fig. 6. Fig. 13 is a cross-sectional view taken along line EE in Fig. 12.
In this embodiment, in the bearing metal 10 (10B) provided on the inner peripheral surface 14a of the big end 24, a groove 64 is formed in the inner peripheral surface 14a of the bearing layer 14, and further, in the inner region of the groove 64, a notch 14b is formed in which the bearing layer 14 is removed to expose the lattice structure portion 16. The notch 14b exposes the lattice structure portion 16 on the inner peripheral side. The lubricating oil o is supplied to the sliding surface 14a from the lubricating oil passage 70 through the above-mentioned lubricating oil passages 80, 82, and 84, and is further supplied from the groove 64 through the notch 14b to the cavity portion ca of the lattice structure portion 16. A part of the lubricating oil o supplied to the cavity portion ca flows out from both axial end faces of the bearing metal 10 (10B), and a part flows out into the groove 60.

また、ラティス構造部16は、第1空隙率P1を有する第1ラティス構造部16(16a)と、第1空隙率P1よりも大きい第2空隙率P2を有する第2ラティス構造部16(16b)と、を有する。そして、第2ラティス構造部16(16b)は切欠部14bに面するように配置され、内周側に露出している。 The lattice structure portion 16 has a first lattice structure portion 16 (16a) having a first porosity P1 and a second lattice structure portion 16 (16b) having a second porosity P2 larger than the first porosity P1. The second lattice structure portion 16 (16b) is disposed to face the cutout portion 14b and is exposed on the inner peripheral side.

図13に示された実施形態では、切欠部14bを除く凹溝64の底面(図13に示す領域R5)に軸受層14が形成されている。軸受層14は一定の厚さで形成される。他方、別な実施形態では、凹溝64の底面に軸受層14を形成せずに、本体部12が内周側に露出するようにしてもよい。
また、図13に図示した実施形態では、凹溝64の断面はラティス構造部16(16b)に向かって底面が滑らかに深くなる円弧形状を有している。
In the embodiment shown in Fig. 13, the bearing layer 14 is formed on the bottom surface of the groove 64 excluding the cutout portion 14b (region R5 shown in Fig. 13). The bearing layer 14 is formed to a constant thickness. On the other hand, in another embodiment, the bearing layer 14 may not be formed on the bottom surface of the groove 64, and the main body portion 12 may be exposed to the inner periphery.
In the embodiment shown in FIG. 13, the cross section of the groove 64 has an arc shape whose bottom surface smoothly becomes deeper toward the lattice structure portion 16 (16b).

こうして、切欠部14bに面して大きな空隙率を有する第2ラティス構造部16(16b)が配置されているため、摺動面14aから第2ラティス構造部16(16b)に流入する潤滑油量を増加できる。従って、軸受メタル10(10B)の摺動面(軸受面)14aを流れる潤滑油量を増加できるため、摺動面14aを流れる潤滑油oの昇温を抑制でき、かつ摺動面14aの油膜厚を有効に保持できる。 In this way, the second lattice structure portion 16 (16b) having a large porosity is arranged facing the cutout portion 14b, so the amount of lubricating oil flowing from the sliding surface 14a to the second lattice structure portion 16 (16b) can be increased. Therefore, the amount of lubricating oil flowing on the sliding surface (bearing surface) 14a of the bearing metal 10 (10B) can be increased, so that the temperature rise of the lubricating oil o flowing on the sliding surface 14a can be suppressed and the oil film thickness on the sliding surface 14a can be effectively maintained.

さらに、切欠部14bの大きさや形状又は切欠部14bから露出する第2ラティス構造部16(16b)の空隙率を調整することで、凹溝64に流入する潤滑油oの油量を調整できるため、軸受メタル10(10B)の冷却効果を向上でき、かつ凹溝64の周辺で起こるキャビテーションを抑制できる。これによって、軸受メタル10(10B)の摺動面14aの焼き付き防止及び長寿命化を実現できる。 Furthermore, by adjusting the size and shape of the notch 14b or the porosity of the second lattice structure portion 16 (16b) exposed from the notch 14b, the amount of lubricating oil o flowing into the groove 64 can be adjusted, improving the cooling effect of the bearing metal 10 (10B) and suppressing cavitation that occurs around the groove 64. This makes it possible to prevent seizure and extend the life of the sliding surface 14a of the bearing metal 10 (10B).

図13に示す実施形態では、切欠部14bの配置領域と第2ラティス構造部16(16b)の配置領域が一致しているため、摺動面14aから第2ラティス構造部16(16b)に流入する潤滑油量を増加できると共に、凹溝64の周辺におけるキャビテーションの抑制効果をさらに向上できる。 In the embodiment shown in FIG. 13, the arrangement area of the notch 14b coincides with the arrangement area of the second lattice structure portion 16 (16b), so that the amount of lubricating oil flowing from the sliding surface 14a to the second lattice structure portion 16 (16b) can be increased and the effect of suppressing cavitation around the groove 64 can be further improved.

上記実施形態は、切欠部14bを軸受メタル10(10B)に設けた実施形態であるが、この実施形態は、軸受メタル10(10A、10C)にも適用できることは言うまでもない。 The above embodiment is an embodiment in which the notch 14b is provided in the bearing metal 10 (10B), but it goes without saying that this embodiment can also be applied to the bearing metal 10 (10A, 10C).

図1~図11示す各実施形態について説明すると、ピストンピン孔22a、クランクピン孔24a、クランクジャーナル32b等の貫通孔は真円状の断面形状となるような筒状の形状を有している。また、エンジンは多気筒のエンジンであり、クランクシャフト32は、複数のクランクピン32aと複数のクランクジャーナル32bを有している。また、V型エンジンでもあり、各クランクピン32aには、V型の各バンクの各々の気筒内のピストン(不図示)に連結される2つのコンロッド20が連結されるようになっている。 Regarding each embodiment shown in Figures 1 to 11, the through holes such as the piston pin hole 22a, the crank pin hole 24a, and the crank journal 32b have a cylindrical shape that has a perfectly circular cross section. The engine is a multi-cylinder engine, and the crankshaft 32 has multiple crank pins 32a and multiple crank journals 32b. It is also a V-type engine, and each crank pin 32a is connected to two connecting rods 20 that are connected to pistons (not shown) in each cylinder of each bank of the V.

なお、図1~図11に示す各実施形態では、小端部22と連接棒26とが一体的に製造(造形)されており、連接棒26と大端部24とがボルト90で締結されるよう構成されているが、大端部24、小端部22、又は連接棒26の少なくとも2つが一体的に製造されても良い。 In each embodiment shown in Figures 1 to 11, the small end 22 and the connecting rod 26 are integrally manufactured (formed), and the connecting rod 26 and the big end 24 are configured to be fastened with a bolt 90, but at least two of the big end 24, the small end 22, and the connecting rod 26 may be integrally manufactured.

本開示に係る軸受メタルは上述した実施形態に限定されることはなく、上述した実施形態に変形を加えた形態や、これらの形態を適宜組み合わせた形態も含む。 The bearing metal according to the present disclosure is not limited to the above-mentioned embodiment, but also includes modifications to the above-mentioned embodiment and appropriate combinations of these embodiments.

上記各実施形態に記載の内容は、例えば以下のように把握される。 The contents described in each of the above embodiments can be understood, for example, as follows:

1)一実施形態に係るエンジン用軸受メタル(10)は、コンロッド(20)の小端部(22)に形成された貫通孔(22a)に設置されたピストンピン(30)である軸と前記コンロッド(20)が揺動可能となるように接続するための軸受メタル(10(10A))であって、前記貫通孔(22a)の内周面に設置される本体部(12)と、前記本体部(12)の内周側に形成された軸受層であって、前記軸に対して摺動可能に構成される摺動面(14a)が形成された軸受層(14)と、を備え、前記本体部(12)は、前記本体部(12)の少なくとも一部に形成されたラティス構造部(16)を含み、前記ラティス構造部(16)には、前記コンロッド(20)の内部に形成された潤滑油路(50)から潤滑油(o)が供給されるように構成されている。 1) In one embodiment, the engine bearing metal (10) is a bearing metal (10 (10A)) for connecting a connecting rod (20) to an axis, which is a piston pin (30) installed in a through hole (22a) formed in the small end (22) of the connecting rod (20) so that the connecting rod (20) can swing, and includes a main body (12) installed on the inner peripheral surface of the through hole (22a) and a bearing layer (14) formed on the inner peripheral side of the main body (12) and having a sliding surface (14a) configured to be slidable against the axis, the main body (12) includes a lattice structure (16) formed in at least a part of the main body (12), and the lattice structure (16) is configured to be supplied with lubricating oil (o) from a lubricating oil passage (50) formed inside the connecting rod (20).

このような構成によれば、上記ラティス構造部は、本体部の周囲の部分よりも低い剛性を有するため、軸受メタルが弾性変形できるようになる。これによって、ピストンピン(軸)から軸受メタルの摺動面(軸受面)に加わる圧力や、ピストンピンによる軸受端部での片当たりに応じて軸受メタルが変形できるため、摺動面に加わる圧力を均一化でき、かつ軸受メタルに対する片当たりを抑制できる。 With this configuration, the lattice structure has a lower rigidity than the surrounding area of the main body, allowing the bearing metal to deform elastically. This allows the bearing metal to deform in response to the pressure applied from the piston pin (shaft) to the sliding surface (bearing surface) of the bearing metal and the uneven contact of the piston pin with the bearing end, making it possible to equalize the pressure applied to the sliding surface and suppress uneven contact with the bearing metal.

また、ラティス構造部は内部に連続した空洞部を形成し、この空洞部にコンロッドの内部に形成された潤滑油路から潤滑油が供給され、潤滑油が空洞部を流れる潤滑油流路を形成できるため、空洞部を流れる潤滑油によって軸受メタルを冷却できる。こうして、軸受メタルの昇温を抑制でき、同時に軸受メタルの摺動面を流れる潤滑油の昇温を抑制できるため、該摺動面の油膜厚を保持できる。
また、従来のように、軸受クリアランスを広げて潤滑油量を増やし、冷却機能を受け持たせる必要がなくなるため、軸受クリアランスを軸受油膜特性に最適なクリアランスに設定できる。また、軸受クリアランスの初期値を狭くすることができるので、軸受の許容摩耗量が結果的に増大し、軸受寿命を延ばすことができる。
In addition, the lattice structure has a continuous cavity formed therein, and the lubricating oil is supplied to this cavity from the lubricating oil passage formed inside the connecting rod, forming a lubricating oil flow path through which the lubricating oil flows, so that the bearing metal can be cooled by the lubricating oil flowing through the cavity. This makes it possible to suppress a rise in temperature of the bearing metal, and at the same time, to suppress a rise in temperature of the lubricating oil flowing on the sliding surface of the bearing metal, thereby maintaining the oil film thickness on the sliding surface.
In addition, since it is no longer necessary to widen the bearing clearance to increase the amount of lubricating oil and provide a cooling function as in the past, the bearing clearance can be set to an optimal clearance for the bearing oil film characteristics.In addition, since the initial value of the bearing clearance can be narrowed, the allowable amount of wear of the bearing is increased as a result, and the bearing life can be extended.

さらに、ラティス構造部は3Dプリンタといった三次元造形装置などを用いて製作できるため、想定される軸受面圧及び片当たり状態に応じた任意の剛性分布で製作できる。これによって、強度と柔構造とを両立した軸受メタルを実現できる。
以上から、本開示に係る軸受メタルの一態様によれば、摺動面(軸受面)の摩耗、焼き付き、及び疲労破壊等を防止できるため、エンジンの更なる軽量化、高出力化及び長寿命化を達成できる。
Furthermore, because the lattice structure can be manufactured using a three-dimensional modeling device such as a 3D printer, it can be manufactured with any stiffness distribution according to the expected bearing surface pressure and one-sided contact state. This makes it possible to realize a bearing metal that is both strong and flexible.
As described above, according to one embodiment of the bearing metal of the present disclosure, wear, seizure, fatigue failure, etc. of the sliding surface (bearing surface) can be prevented, thereby achieving further weight reduction, higher output, and longer life of the engine.

2)別な態様に係る軸受メタル(10)は、1)に記載の軸受メタル(10(10A))であって、前記ラティス構造部(16)は、前記貫通孔(22a)の断面中心を通る中心線(CL)よりも、前記コンロッド(20)の軸方向における大端部(24)側方向に設けられている。 2) Another embodiment of the bearing metal (10) is the bearing metal (10 (10A)) described in 1), in which the lattice structure portion (16) is disposed toward the big end (24) side in the axial direction of the connecting rod (20) from the center line (CL) passing through the cross-sectional center of the through hole (22a).

このような構成によれば、ラティス構造部は、軸受メタルに対するピストンピンの片当たりが大きい部分など、片当たりが生じ易い部分に設けられる。即ち、ピストンピン(軸)の片当たりは、小端部の貫通孔における大端部側の方が、その逆側よりも大きい。従って、片当たりが生じやすい部位にラティス構造部を形成することで、軸受面圧の均一化効果及び片当たり抑制効果等を効果的に発揮させることができる。 With this configuration, the lattice structure is provided in areas where uneven contact is likely to occur, such as areas where the piston pin makes large uneven contact with the bearing metal. In other words, the uneven contact of the piston pin (shaft) is greater on the large end side of the through hole at the small end than on the opposite side. Therefore, by forming a lattice structure in an area where uneven contact is likely to occur, it is possible to effectively achieve the effects of equalizing the bearing surface pressure and suppressing uneven contact.

3)さらに別な態様に係る軸受メタル(10)は、コンロッド(20)の大端部(24)に形成された貫通孔(24a)に設置されたクランクシャフト(32)のクランクピン(32a)である軸と前記コンロッド(20)を回転可能に接続するための軸受メタル(10(10B))であって、前記貫通孔(24a)の内周面に設置される本体部(12)と、前記本体部(!2)の内周側に形成された軸受層であって、前記軸に対して摺動可能に構成される摺動面(14a)が形成された軸受層(14)と、を備え、前記本体部(12)は、前記本体部(12)の少なくとも一部に形成されたラティス構造部(16)を含み、前記ラティス構造部(16)には、エンジン本体(40)の内部に形成された潤滑油路(70)から潤滑油(o)が供給されるように構成されている。 3) A bearing metal (10) according to yet another embodiment is a bearing metal (10 (10B)) for rotatably connecting an axis, which is a crank pin (32a) of a crankshaft (32) installed in a through hole (24a) formed in the big end (24) of a connecting rod (20), to the connecting rod (20), and includes a main body portion (12) installed on the inner peripheral surface of the through hole (24a), and a bearing layer (14) formed on the inner peripheral side of the main body portion (!2), the bearing layer having a sliding surface (14a) configured to be slidable against the axis, the main body portion (12) includes a lattice structure portion (16) formed in at least a part of the main body portion (12), and the lattice structure portion (16) is configured to be supplied with lubricating oil (o) from a lubricating oil passage (70) formed inside the engine body (40).

このような構成によれば、上記ラティス構造部は、本体部の周囲の部分よりも低い剛性を有するため、軸受メタルが弾性変形可能になる。これによって、軸受メタルは、クランクピン(軸)から受ける軸受面圧や、クランクピンによる軸受端部での片当たりに応じて変形することができるため、軸受面圧を均一化できると共に、片当たりを抑制できる。さらに、ラティス構造部の連続した空洞部に潤滑油を供給することで、該空洞部に潤滑油路を形成でき、これによって、軸受メタルの冷却効果を高めることができる。加えて、(1)の構成を有する軸受メタルと同様の作用効果を得ることができる。 With this configuration, the lattice structure has a lower rigidity than the surrounding portion of the main body, allowing the bearing metal to elastically deform. This allows the bearing metal to deform in response to the bearing surface pressure received from the crank pin (shaft) and uneven contact at the bearing end by the crank pin, making it possible to equalize the bearing surface pressure and suppress uneven contact. Furthermore, by supplying lubricating oil to the continuous hollow portions of the lattice structure, a lubricating oil passage can be formed in the hollow portions, thereby enhancing the cooling effect of the bearing metal. In addition, the same action and effect can be obtained as with the bearing metal having the configuration of (1).

4)さらに別な態様に係る軸受メタルは、3)に記載の軸受メタル(10(10B))であって、前記ラティス構造部(16)は、前記貫通孔(24a)の断面中心を通る中心線(CL)よりも、前記コンロッド(20)の軸方向における小端部(22)側方向に設けられている。 4) A further embodiment of the bearing metal is the bearing metal (10 (10B)) described in 3), in which the lattice structure portion (16) is disposed toward the small end portion (22) of the connecting rod (20) in the axial direction, away from the center line (CL) passing through the center of the cross section of the through hole (24a).

このような構成によれば、ラティス構造部は、軸受メタルに対するクランクピンの片当たりが大きい部分など、片当たりが生じ易い部分、即ち、コンロッドの軸方向における小端部側方向に設けられる。このように、片当たりが生じやすい部位にラティス構造部を形成することで、軸受面圧の均一化効果及び片当たり抑制効果等を効果的に発揮させることができる。 With this configuration, the lattice structure is provided in areas where uneven contact is likely to occur, such as areas where the crank pin makes large uneven contact with the bearing metal, i.e., toward the small end in the axial direction of the connecting rod. In this way, by forming the lattice structure in areas where uneven contact is likely to occur, it is possible to effectively achieve the effects of equalizing the bearing surface pressure and suppressing uneven contact.

5)さらに別な態様に係る軸受メタル(10)は、エンジン本体(40)に形成された貫通孔(42a)に設置されたクランクシャフト(32)のクランクジャーナル(32b)である軸を回転可能に支持するための軸受メタル(10(10C))であって、前記貫通孔(42a)の内周面に設置される本体部(12)と、前記本体部(12)の内周側に形成された軸受層であって、前記軸に対して摺動可能に構成される摺動面(14a)が形成された軸受層(14)と、を備え、前記本体部(12)は、前記本体部(12)の少なくとも一部に形成されたラティス構造部(16)を含み、前記ラティス構造部(16)には、前記エンジン本体(40)の内部に形成された潤滑油路(70)から潤滑油(o)が供給されるように構成されている。 5) A bearing metal (10) according to yet another embodiment is a bearing metal (10 (10C)) for rotatably supporting an axis, which is a crank journal (32b) of a crankshaft (32) installed in a through hole (42a) formed in an engine body (40), and includes a main body portion (12) installed on the inner peripheral surface of the through hole (42a), and a bearing layer (14) formed on the inner peripheral side of the main body portion (12), the bearing layer having a sliding surface (14a) configured to be slidable against the axis, the main body portion (12) includes a lattice structure portion (16) formed on at least a part of the main body portion (12), and the lattice structure portion (16) is configured to be supplied with lubricating oil (o) from a lubricating oil passage (70) formed inside the engine body (40).

このような構成によれば、上記ラティス構造部は、本体部の内部の周囲の部分よりも低い剛性を有するため、軸受メタルが弾性変形可能になる。これによって、軸受メタルは、クランクシャフト(軸)から受ける軸受面圧や、クランクシャフトによる軸受端部での片当たりに応じて変形することができるため、軸受面圧を均一化できると共に、片当たりを抑制でき、さらに、ラティス構造部の空洞部に潤滑油を供給することで、潤滑油の冷却効果を高めることができる。加えて、(1)又は(3)の構成を有する軸受メタルと同様の作用効果を得ることができる。 With this configuration, the lattice structure has a lower rigidity than the surrounding portion inside the main body, allowing the bearing metal to elastically deform. This allows the bearing metal to deform in response to the bearing surface pressure received from the crankshaft (axis) and uneven contact at the bearing end by the crankshaft, making it possible to equalize the bearing surface pressure and suppress uneven contact. Furthermore, by supplying lubricating oil to the hollow portion of the lattice structure, the cooling effect of the lubricating oil can be improved. In addition, the same effects as those of the bearing metal having the configuration of (1) or (3) can be obtained.

6)さらに別な態様に係る軸受メタル(10)は、5)に記載の軸受メタル(10(10C))であって、前記ラティス構造部(16)は、前記貫通孔(42a)の断面中心を通る中心線(CL)よりも、前記エンジン本体(40)の下方側に設けられている。 6) A further embodiment of the bearing metal (10) is the bearing metal (10 (10C)) described in 5), in which the lattice structure portion (16) is provided below the center line (CL) passing through the cross-sectional center of the through hole (42a) on the engine body (40).

このような構成によれば、ラティス構造部は、クランクケースに形成された貫通孔に設置された軸受メタルの本体部における、クランクジャーナル(軸)の片当たりが大きい部分など、片当たりが生じ易い部分、即ち、貫通孔の断面中心を通る中心線よりも、前記クランクケースの下方側に設けられる。このように、片当たりが生じやすい部位にラティス構造部を形成することで、軸受面圧の均一化効果及び片当たり抑制効果等を効果的に発揮させることができる。 According to this configuration, the lattice structure is provided on the lower side of the crankcase from the center line passing through the cross-sectional center of the through hole in the part where uneven contact is likely to occur, such as the part where the crank journal (shaft) is in large uneven contact in the main body of the bearing metal installed in the through hole formed in the crankcase. In this way, by forming the lattice structure in the part where uneven contact is likely to occur, it is possible to effectively achieve the effect of equalizing the bearing surface pressure and the effect of suppressing uneven contact.

7)さらに別な態様に係る軸受メタル(10)は、1)乃至6)の何れかに記載の軸受メタル(10)であって、前記軸受層(14)は、前記ラティス構造部(16)が内周側に露出する切欠部(14b)が形成され、前記ラティス構造部(16)は、第1空隙率(P1)を有する第1ラティス構造部(16(16a))と、前記第1空隙率(P1)よりも大きい第2空隙率(P2)を有する第2ラティス構造部(16(16b))と、を含み、前記第2ラティス構造部(16(16b))は前記切欠部(14b)に面して配置され、内周側に露出するように構成されている。 7) A further embodiment of the bearing metal (10) is the bearing metal (10) according to any one of 1) to 6), in which the bearing layer (14) has a notch (14b) through which the lattice structure portion (16) is exposed on the inner periphery side, the lattice structure portion (16) includes a first lattice structure portion (16 (16a)) having a first porosity (P1) and a second lattice structure portion (16 (16b)) having a second porosity (P2) greater than the first porosity (P1), and the second lattice structure portion (16 (16b)) is arranged facing the notch (14b) and is configured to be exposed on the inner periphery side.

このような構成によれば、上記切欠部に面して空隙率が大きい第2ラティス構造部が配置されているため、軸受メタルの軸受面を流れる潤滑油量を増加できる。これによって、軸受メタルの冷却効果を増大できると共に、軸受メタルの摺動面(軸受面)を流れる潤滑油の昇温も抑制できるため、該摺動面の油膜厚を保持できる。また、切欠部の形状若しくは大きさ又は第2ラティス構造部の空隙率を調整することで、凹溝に流入する潤滑油の油量を調整できるため、軸受メタルの冷却効果を向上でき、かつ凹溝の周辺で起こるキャビテーションを抑制できる。これによって、軸受メタルの摺動面の焼き付き防止及び長寿命化を実現できる。 With this configuration, the second lattice structure portion with a large porosity is disposed facing the notch portion, so the amount of lubricating oil flowing on the bearing surface of the bearing metal can be increased. This increases the cooling effect of the bearing metal and also suppresses the rise in temperature of the lubricating oil flowing on the sliding surface (bearing surface) of the bearing metal, so the oil film thickness on the sliding surface can be maintained. In addition, by adjusting the shape or size of the notch portion or the porosity of the second lattice structure portion, the amount of lubricating oil flowing into the groove can be adjusted, so the cooling effect of the bearing metal can be improved and cavitation that occurs around the groove can be suppressed. This makes it possible to prevent seizure on the sliding surface of the bearing metal and to achieve a longer life.

10(10A、10B、10C) 軸受メタル
12 本体部
14 軸受層
14a 内周面(摺動面)
14b 切欠部
16 ラティス構造部
16(16a) 第1ラティス構造部
16(16b) 第2ラティス構造部
20 コンロッド
22 小端部
22a ピストンピン孔
24 大端部
24a クランクピン孔
25 合わせ面
26 連接棒
30 ピストンピン(軸)
32 クランクシャフト
32a クランクピン(軸)
32b クランクジャーナル(軸)
40 エンジン本体
42 主軸受部
42a 主軸孔
50、70、80、82、84 潤滑油路
52、56、60、64、72、76 凹溝
54、62、74 開口孔
90 ボルト
100 柱状体
CL 中心線
P1 第1空隙率
P2 第2空隙率
R1、R2、R3、R4 ラティス構造部16が配置される領域
ca 空洞部
o 潤滑油
10 (10A, 10B, 10C) Bearing metal 12 Body portion 14 Bearing layer 14a Inner peripheral surface (sliding surface)
14b Cutout portion 16 Lattice structure portion 16 (16a) First lattice structure portion 16 (16b) Second lattice structure portion 20 Connecting rod 22 Small end portion 22a Piston pin hole 24 Big end portion 24a Crank pin hole 25 Mating surface 26 Connecting rod 30 Piston pin (shaft)
32 Crankshaft 32a Crankpin (shaft)
32b Crank journal (shaft)
Reference Signs List 40 Engine body 42 Main bearing portion 42a Main shaft hole 50, 70, 80, 82, 84 Lubricating oil passage 52, 56, 60, 64, 72, 76 Groove 54, 62, 74 Opening hole 90 Bolt 100 Columnar body CL Center line P1 First porosity P2 Second porosity R1, R2, R3, R4 Region where lattice structure portion 16 is arranged ca Cavity o Lubricating oil

Claims (6)

コンロッドの小端部に形成された貫通孔に設置されたピストンピンである軸と前記コンロッドが揺動可能となるように接続するための軸受メタルであって、A bearing metal for connecting a connecting rod to a shaft, which is a piston pin, in a through hole formed in a small end of the connecting rod so as to be able to swing,
前記貫通孔の内周面に設置される本体部と、A main body portion is installed on an inner circumferential surface of the through hole;
前記本体部の内周側に形成された軸受層であって、前記軸に対して摺動可能に構成される摺動面が形成された軸受層と、a bearing layer formed on an inner circumferential side of the main body, the bearing layer having a sliding surface configured to be slidable relative to the shaft;
を備え、Equipped with
前記本体部は、前記本体部の少なくとも一部に形成されたラティス構造部を含み、the body portion includes a lattice structure formed on at least a portion of the body portion;
前記ラティス構造部には、前記コンロッドの内部に形成された潤滑油路から潤滑油が供給されるように構成され、The lattice structure is configured to receive lubricating oil from a lubricating oil passage formed inside the connecting rod,
前記軸受層は、前記ラティス構造部が内周側に露出する切欠部が形成され、the bearing layer is formed with a notch through which the lattice structure is exposed to an inner circumferential side,
前記ラティス構造部は、第1空隙率を有する第1ラティス構造部と、前記第1空隙率よりも大きい第2空隙率を有する第2ラティス構造部と、を含み、The lattice structure includes a first lattice structure having a first porosity and a second lattice structure having a second porosity greater than the first porosity;
前記第2ラティス構造部は前記切欠部に面して配置され、内周側に露出するように構成されているエンジン用軸受メタル。The second lattice structure portion is arranged facing the cutout portion and is configured to be exposed on the inner circumferential side.
前記ラティス構造部は、前記貫通孔の断面中心を通る中心線よりも、前記コンロッドの軸方向における大端部側方向に設けられている
請求項1に記載のエンジン用軸受メタル。
2. The engine bearing metal according to claim 1, wherein the lattice structure portion is provided toward the big end side in the axial direction of the connecting rod with respect to a center line passing through a cross-sectional center of the through hole.
コンロッドの大端部に形成された貫通孔に設置されたクランクシャフトのクランクピンである軸と前記コンロッドを回転可能に接続するための軸受メタルであって、A bearing metal for rotatably connecting a connecting rod to a shaft, which is a crank pin of a crankshaft, disposed in a through hole formed in a big end of the connecting rod,
前記貫通孔の内周面に設置される本体部と、A main body portion is installed on an inner circumferential surface of the through hole;
前記本体部の内周側に形成された軸受層であって、前記軸に対して摺動可能に構成される摺動面が形成された軸受層と、a bearing layer formed on an inner circumferential side of the main body, the bearing layer having a sliding surface configured to be slidable relative to the shaft;
を備え、Equipped with
前記本体部は、前記本体部の少なくとも一部に形成されたラティス構造部を含み、the body portion includes a lattice structure formed on at least a portion of the body portion;
前記ラティス構造部には、エンジン本体の内部に形成された潤滑油路から潤滑油が供給されるように構成され、The lattice structure is configured to receive lubricating oil from a lubricating oil passage formed inside the engine body,
前記軸受層は、前記ラティス構造部が内周側に露出する切欠部が形成され、the bearing layer is formed with a notch through which the lattice structure is exposed to an inner circumferential side,
前記ラティス構造部は、第1空隙率を有する第1ラティス構造部と、前記第1空隙率よりも大きい第2空隙率を有する第2ラティス構造部と、を含み、The lattice structure includes a first lattice structure having a first porosity and a second lattice structure having a second porosity greater than the first porosity;
前記第2ラティス構造部は前記切欠部に面して配置され、内周側に露出するように構成されているエンジン用軸受メタル。The second lattice structure portion is arranged facing the cutout portion and is configured to be exposed on the inner circumferential side.
前記ラティス構造部は、前記貫通孔の断面中心を通る中心線よりも、前記コンロッドの軸方向における小端部側方向に設けられている請求項3に記載のエンジン用軸受メタル。 The engine bearing metal according to claim 3, wherein the lattice structure is disposed toward the small end of the connecting rod in the axial direction from a center line passing through the cross-sectional center of the through hole. エンジン本体に形成された貫通孔に設置されたクランクシャフトのクランクジャーナルである軸を回転可能に支持するための軸受メタルであって、A bearing metal for rotatably supporting a shaft, which is a crank journal of a crankshaft, installed in a through hole formed in an engine body, comprising:
前記貫通孔の内周面に設置される本体部と、A main body portion is installed on an inner circumferential surface of the through hole;
前記本体部の内周側に形成された軸受層であって、前記軸に対して摺動可能に構成される摺動面が形成された軸受層と、a bearing layer formed on an inner circumferential side of the main body, the bearing layer having a sliding surface configured to be slidable relative to the shaft;
を備え、Equipped with
前記本体部は、前記本体部の少なくとも一部に形成されたラティス構造部を含み、the body portion includes a lattice structure formed on at least a portion of the body portion;
前記ラティス構造部には、前記エンジン本体の内部に形成された潤滑油路から潤滑油が供給されるように構成され、The lattice structure is configured to receive lubricating oil from a lubricating oil passage formed inside the engine body,
前記軸受層は、前記ラティス構造部が内周側に露出する切欠部が形成され、the bearing layer is formed with a notch through which the lattice structure is exposed to an inner circumferential side,
前記ラティス構造部は、第1空隙率を有する第1ラティス構造部と、前記第1空隙率よりも大きい第2空隙率を有する第2ラティス構造部と、を含み、The lattice structure includes a first lattice structure having a first porosity and a second lattice structure having a second porosity greater than the first porosity;
前記第2ラティス構造部は前記切欠部に面して配置され、内周側に露出するように構成されているエンジン用軸受メタル。The second lattice structure portion is arranged facing the cutout portion and is configured to be exposed on the inner circumferential side.
前記ラティス構造部は、前記貫通孔の断面中心を通る中心線よりも、前記エンジン本体の下方側に設けられている請求項5に記載のエンジン用軸受メタル。
6. The engine bearing metal according to claim 5, wherein the lattice structure portion is provided on a lower side of the engine body than a center line passing through a cross-sectional center of the through hole.
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