JP2011144936A - 針状ころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】外輪のハウジング内での回転を防止可能な針状ころ軸受を提供する。
【解決手段】針状ころ軸受は、軸受の軸線方向に延びる分割線によって分割された複数の外輪部材１２を有する外輪と、外輪の軌道面上に転動自在に配置される複数の針状ころと、外輪部材１２の外径面上に突出し、天壁１２ｃを有する位置決め突起部１２ａとを備える。
【選択図】図１１Ａ

Description

この発明は、自動車エンジン用クランクシャフト、カムシャフト、およびロッカーシャフト等を支持する針状ころ軸受に関するものである。

従来、図１に示すような自動車のクランクシャフト１等を支持する軸受としては、一般的に分割型の滑り軸受が使用されている。滑り軸受は負荷容量が高いので、高負荷環境下で使用される軸受として好適である。

しかし、近年では、環境への配慮から省燃費で騒音や振動の少ない自動車が求められるようになったことに伴い、滑り軸受に代えて針状ころ軸受が用いられることがある。針状ころ軸受は、滑り軸受と比較すると負荷容量は低いが、回転時の摩擦抵抗が小さいので、回転トルクの軽減や、支持部分の給油量を減らすことが可能となる。

ただし、クランクシャフト１のクランクピン２を支持する針状ころ軸受は、軸方向に圧入して組み込むことができない。そこで、このような場所に使用される針状ころ軸受が、例えば、米国特許第１９２１４８８号公報に記載されている。同公報によると、図２に示すように、外輪を軸受の軸線方向に延びる分割線によって分割した外輪部材４ａ，４ｂを有する針状ころ軸受３とすることにより、クランクピン２に組み込むことが可能となる。

また、図３に示すように、外輪７と、外輪７の軌道面上に転動自在に配置される複数の針状ころ８と、針状ころ８の間隔を保持する保持器９とを備える針状ころ軸受６を使用して軸５を支持する場合において、軸５の軸受両端部分の軸径を小さくして保持器９を径方向に突出させることによって、保持器９の軸方向へのずれを防止した針状ころ軸受６が、特表２００２−５２５５３３号公報に記載されている。

図１に示したようなクランクシャフト１等は、回転時に所定の方向に偏った荷重が作用するので、軸受の外輪円周上は、負荷が集中する領域（以下、「負荷領域」という）と、大きな負荷がかからない領域（以下、「非負荷領域」という）とに分かれ、図２に示したような針状ころ軸受３を軸に組み込む場合には、外輪部材４ａ，４ｂの境界４ｃが非負荷領域に位置するように位置決めをする。

しかし、針状ころ軸受３は、外輪部材４ａ，４ｂがハウジングに嵌め合いによって固定されているに過ぎないので、回転時に荷重を受けると外輪部材４ａ，４ｂがハウジング内で回転する可能性がある。このとき、外輪部材４ａ，４ｂの境界４ｃが負荷領域に移動すると、針状ころの回転不良や外輪部材４ａ，４ｂの破損等のトラブルを引き起こす可能性がある。

また、図３に示したような針状ころ軸受６は、保持器９の軸方向へのずれを防止するために軸５の加工が必要となるので、加工コストが増大するという問題がある。

米国特許第１９２１４８８号公報 特表２００２−５２５５３３号公報

そこで、本発明の目的は、外輪のハウジング内での回転を防止可能な針状ころ軸受を提供することである。

この発明のさらに他の目的は、高負荷環境下で使用する場合でも、外輪のハウジング内での回転を防止可能な針状ころ軸受を提供することである。

この発明に従った針状ころ軸受は、軸受の軸線方向に延びる分割線によって分割された複数の外輪部材を有する外輪と、外輪の軌道面上に転動自在に配置される複数の針状ころと、外輪部材の外径面上に突出し、天壁を有する位置決め突起部とを備える。

上記構成のように、位置決め突起部を外輪部材に設けることによって、外輪の円周方向への回転を防止することができる。これにより、外輪部材の境界が負荷領域に移動することが無くなるので、針状ころの回転不良や外輪部材の破損等のトラブルを回避することができる。また、上記構成の針状ころ軸受は、高負荷環境下で使用されることが多いので、位置決め突起部には、高い強度が要求される。そこで、位置決め突起部の先端に天壁を設けて強度を高めることにより、位置決め突起部の破損を防止することができる。

好ましくは、天壁は油孔を有する。これにより、針状ころの転動面に効率的に潤滑油を供給することができるので、潤滑性に優れた針状ころ軸受を得ることができる。

一つの実施形態では、針状ころ軸受の位置決め突起部は、使用時における荷重の作用する方向の強度が他の方向の強度よりも高くなる形状を有する。そのような形状の具体例として、位置決め突起部は、外輪部材の円周方向に長い楕円形状の断面を有する。

上記構成の位置決め突起部には、外輪部材の円周方向に荷重が負荷される。そこで、位置決め突起部の断面を荷重の作用する方向を長軸とする楕円形状とすることにより、位置決め突起部の強度を高めることができる。

この発明によれば、強度の高い位置決め突起部を設けることによって、高負荷環境下で使用する場合でも、軸受使用時に外輪の円周方向に回転するのを防止可能な針状ころ軸受を得ることができる。

自動車のクランクシャフトを示す図である。 径方向に分割可能な外輪を備える従来の針状ころ軸受を示す概略図である。 保持器の軸方向規制手段を備えた従来の針状ころ軸受を示す図である。 針状ころ軸受を示す正面図である。 図４Ａの線Ｂ−Ｂに沿って見た断面図である。 針状ころ軸受の外輪部材を示す図である。 図５Ａの外輪部材を矢印Ｂで示す方向から見た図である。 図５Ａの外輪部材を矢印Ｃで示す方向から見た図である。 ころ保持状態の保持器を示す図である。 図６Ａの線Ｂ−Ｂに沿って見た断面図である。 針状ころを示す図である。 位置決め係合部に設けられた孔と針状ころとの関係を示す図である。 針状ころを示す図である。 位置決め係合部に設けられた孔と針状ころとの関係を示す図である。 針状ころを示す図である。 針状ころを示すである。 位置決め係合部に設けられた孔と外輪部材との関係を示す図である。 この発明の一実施形態の位置決め突起部を示す断面図である。 さらに他の形態の位置決め突起部を示す断面図である。 さらに他の形態の位置決め突起部を示す図である。

図４Ａ〜図６Ｃを参照して、針状ころ軸受１１を説明する。

針状ころ軸受１１は、図４Ａおよび図４Ｂに示すように、軸受の軸線方向に延びる分割線によって分割された２つの外輪部材１２を有する外輪１３と、外輪１３の軌道面上に転動自在に配置される複数の針状ころ１４と、針状ころ１４の間隔を保持する保持器１５とを備える。

外輪部材１２は、図５Ａに示すように、その円周方向中央からずれた位置にハウジングと係合して位置決めを行う位置決め係合部としての突起１２ａと、外輪部材１２の幅方向端部から径方向内側に突出し、保持器１５の軸方向への移動を規制する係合爪１２ｂとを有する。

また、図５Ｂおよび図５Ｃに示すように、外輪部材１２の円周方向の一方側端部は凸形状で他方側端部は凹形状であり、２つの外輪部材１２の凹凸を組み合わせることによって、円筒状の外輪１３を形成する。ここで、外輪１３の分割線は、外輪１３を径方向に分割できればよく、厳密に軸方向と一致していなくてもよいものとする。

保持器１５は樹脂材料で形成され、図６Ａに示すように、円周上の複数個所に針状ころ１４を収容するポケットを有する。また、図６Ｂに示すように、保持器１５は円周上の一箇所で軸線方向に切断されており、保持器１５を弾性変形させて軸へ組み込んだ後、切断部分の凸部１５ａと凹部１５ｂとを係合させる。

上記構成の針状ころ軸受１１は、外輪１３および保持器１５の一部が切断されているので、自動車のクランクシャフト、カムシャフト、およびロッカーアーム等の軸方向に圧入できない箇所を支持する軸受として使用することができる。

また、外輪部材１２に突起１２ａを設けることによって、外輪１３の円周方向への回転を防止し、かつ、係合爪１２ｂを設けることによって、保持器１５の軸方向への移動を規制することができる。

ここで、外輪部材１２には、その円周方向中央部に軸受使用時に負荷領域となる中間領域１２ｄと、その円周方向両端部に軸受使用時に非負荷領域となる端部領域１２ｅとを設け、突起１２ａおよび係合爪１２ｂは、中間領域１２ｄを挟んで反対側の端部領域１２ｅに位置する。

例えば、外輪部材１２の内径面側からバーリング加工によって突起１２ａを形成した場合には、軌道面に凹部が形成されて平滑な面とはならず、凹部上を通過する針状ころの挙動は不安定となる。また、保持器１５の係合部分が係合爪１２ｂの側面に引っ掛かる可能性がある。そのため、突起１２ａや係合爪１２ｂが負荷領域に位置すると、針状ころの回転不良等の軸受の円滑な回転を阻害する原因となり、トラブルを引き起こす可能性がある。

そこで、突起１２ａと係合爪１２ｂとを非負荷領域となる端部領域に配置することにより、これらのトラブルを回避することが可能となる。また、突起１２ａと係合爪１２ｂとは、同じ側の端部領域に形成してもよいが、中間領域１２ｄを挟んで反対側の端部領域１２ｅに配置することにより、突起１２ａ、係合爪１２ｂ、および外輪部材１２それぞれの加工が容易となる。

さらに、外輪１３を２つの外輪部材１２で構成する場合においては、外輪部材１２の円周方向最外端１２ｃを基準とした中心角をφとすると、端部領域１２ｅは、５°≦φ≦４５°の範囲内とする。

これは、負荷領域となる中間領域１２ｄをできるだけ大きく設定するために、非負荷領域となる端部領域１２ｅは、外輪部材１２の両最外端からそれぞれ４５°以内に設定する必要がある。一方、端部領域１２ｅに配置される突起１２ａおよび係合爪１２ｂが外輪部材１２の円周方向最外端１２ｃに近すぎると、板状の外輪部材１２を円弧状に曲げ加工する場合などの曲げ応力の影響を受けることとなるので、円周方向最外端１２ｃから５°以上中間領域１２ｄ寄りとするのがよい。

上記の実施形態において、外輪１３は、径方向に二分割された外輪部材１２で構成される例を示したが、これに限ることなく、任意の数に分割することとしてもよい。

上記の実施形態においては、各外輪部材１２に一箇所ずつ突起１２ａおよび係合爪１２ｂを配置する例を示したが、これに限ることなく、外輪１３の全周で一箇所にのみ配置してもよいし、各外輪部材１２の複数個所に配置することとしてもよい。

また、上記の実施形態においては、外輪部材１２の軸方向端部の一部に係合爪１２ｂを設けた例を示したが、外輪部材１２の軸方向端部全域に係合爪１２ｂを設けることとしてもよい。この場合においては、係合爪１２ｂの側面に保持器１５が引っ掛かる恐れがないので、係合爪１２ｂが負荷領域に位置しても回転不良等の問題は生じない。

さらには、保持器１５は、樹脂に限らず金属材料をプレス加工等によって形成することとしてもよいし、保持器１５を必要としない総ころ軸受であってもよい。

好ましい実施形態として、外輪部材１２に形成される位置決め係合部としての突起１２ａの好ましいサイズを、図７Ａ〜図１０を用いて説明する。

外輪部材１２に形成される突起１２ａは、例えば、バーリング加工によって形成されるので、その中央部に外径面から内径面に貫通する孔１２ｃを有する。この孔１２ｃが大きすぎると、孔１２ｃ上を通過する針状ころ１４の挙動が不安定になり、振動や騒音の原因となるとともに、針状ころ軸受１１の早期破損を引き起こす恐れがある。

そこで、図７Ａおよび図７Ｂに示すように、孔１２ｃの直径ｄ_１と針状ころ１４の有効長さｔ_１とを、ｄ_１／ｔ_１＜０．５を満たす範囲内に設定する。これにより、孔１２ｃがどの位置にあっても針状ころ１４の有効長さの５０％以上が外輪１３の軌道面に接する状態となるので、孔１２ｃ上を通過する針状ころ１４の挙動を安定させることができる。その結果、針状ころ１４の円滑な回転を維持可能な針状ころ軸受１１を得ることができる。

なお、上記実施形態では、孔１２ｃの直径ｄ_１が針状ころ１４のころ径より大きい例を示したが、これに限ることなく、図８Ａおよび図８Ｂに示すように、孔２２ｃの直径ｄ_２が針状ころ２４のころ径より小さい場合でも、ｄ_２／ｔ_２＜０．５を満たすことにより、同様の効果が期待できる。

さらに、孔１２ｃ，２２ｃは、針状ころ１４，２４のころ長さの中央に位置している必要はなく、図９Ａおよび図９Ｂに示すように、ころ長さの中央からずれた位置に配置してもよい。

ただし、孔１２ｃ，２２ｃが、針状ころ１４，２４の端部１４ａ，２４ａと重なる位置に配置されると、孔１２ｃ，２２ｃが小さくても、孔１２ｃ，２２ｃ上を通過する針状ころ１４，２４の挙動を不安定にする。そこで、孔１２ｃ，２２ｃは、針状ころの端部１４ａ，２４ａと重ならない位置に配置することにより、上記の問題を解消することができる。

さらに、図１０に示すように、孔１２ｃの直径ｄ_１と外輪部材１２の内径Ｄとは、ｄ_１／Ｄ＜０．２を満たす範囲に設定される。この範囲を超えると、外輪部材１２の内径に対する孔１２ｃの割合が大きくなりすぎ、振動や騒音の原因となると共に、針状ころ軸受１１の早期破損を引き起こす恐れがあるからである。

次に、この発明の効果を確認するために、針状ころ軸受の外輪に所定の大きさの孔を設け、ラジアル荷重を負荷した状態で回転させたときの軸受寿命の測定する試験を行った。試験条件を以下に示す。また、試験結果は、表１の通りである。

孔の直径 ：φ３，φ５，φ６（ｍｍ）
ラジアル荷重：５０００（Ｎ）
回転数 ：３０００（ｒｐｍ）

表１は、孔の無い軸受を基準とした試験結果の寿命比（Ｌ_５０）を示す表である。これによると、孔の直径が針状ころの有効長さの５０％以下の場合には、軸受寿命の低下は見られなかった。また、孔をころ長さの中央に配置した場合と、中央からずれた位置に配置した場合とでそれぞれ試験を行ったが、試験結果に違いは見られなかった。これにより、この発明の効果が確認された。

図１１Ａ〜図１２を参照して、この発明の実施形態を説明する。上記構成の針状ころ軸受１１は、高負荷環境下で使用されることが多いので、位置決め突起部１２ａにも高い強度が要求される。そこで、好ましい実施形態では、位置決め突起部１２ａは、図１１Ａに示すように、先端に天壁１２ｃを有する。これにより、高負荷環境下で使用するのに十分な強度を確保することが可能となる。

また、他の実施形態として、図１１Ｂに示すように、位置決め突起部２２ａの天壁２２ｃに油孔２２ｄを有することとしてもよい。これにより、針状ころの転動面に効率的に潤滑油を供給することができるので、潤滑性に優れた針状ころ軸受を得ることができる。

さらに、強度を確保する他の方法として、図１２に示すように、位置決め突起部３２ａを外輪部材３２の円周方向に長い楕円形状の断面、すなわちａ＜ｂとしてもよい。外輪部材３２には、針状ころ１４が回転することで発生する転がり摩擦によるトルクが円周方向に負荷される。そこで、位置決め突起部３２ａの断面を荷重の作用する方向を長軸とする楕円形状とすることにより、位置決め突起部３２ａの強度を高めることができる。この場合は、高負荷環境下で使用するのに十分な強度を確保することができるので、位置決め突起部３２ａの先端は、開口端であっても、天壁を有していてもよい。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。また、各実施形態の特徴を任意に組み合わせることも可能である。

この発明は、自動車のクランクシャフト、カムシャフト、およびロッカーシャフト等を支持する針状ころ軸受に有利に利用される。

１１ 針状ころ軸受、１２ 外輪部材、１２ａ 位置決め突起部、１２ｃ 天壁、２２ 外輪部材、２２ａ 位置決め突起部、２２ｃ 天壁、２２ｄ 油孔、３２ 外輪部材、３２ａ 位置決め突起部。

Claims (4)

1. 軸受の軸線方向に延びる分割線によって分割された複数の外輪部材を有する外輪と、
   前記外輪の軌道面上に転動自在に配置される複数の針状ころと、
   前記外輪部材の外径面上に突出し、天壁を有する位置決め突起部とを備える、針状ころ軸受。
2. 前記天壁は、油孔を有する、請求項１に記載の針状ころ軸受。
3. 前記位置決め突起部は、使用時における荷重の作用する方向の強度が他の方向の強度よりも高くなる形状を有する、請求項１または２に記載の針状ころ軸受。
4. 前記位置決め突起部は、前記外輪部材の円周方向に長い楕円形状の断面を有する、請求項３に記載の針状ころ軸受。
   

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