滚针轴承及其制造方法
技术区域
本发明涉及一种支撑汽车发动机用曲柄轴、凸轮轴、平衡轴、摇臂轴等的滚针轴承,尤其涉及具有通过在轴承的轴线方向上延伸的分割线被分割的外圈构件的分割型滚针轴承。
背景技术
从前,分割型的滑动轴承一般被用作汽车发动机用曲柄轴、凸轮轴、摇臂轴的支撑装置。滑动轴承由于负载容量高,所以适合在高负载环境下作为轴承使用。
但是近年,由于对环境的考虑,随着对省燃料的汽车的需求,滚针轴承用于取代滑动轴承。滚针轴承与滑动轴承相比,虽然负载容量低,但是由于旋转时的摩擦阻力小,所以可以使旋转转矩降低、使向支撑部分的给油量减少。
但是,作为上述用途的支撑装置组装一般的滚针轴承,在构造上是困难的。图1是表示一般的汽车的曲柄轴的示意图。从此图可以看出,无法将支撑曲柄轴1的曲柄销2的滚针轴承在轴向上压入组装。因此,在仅由护圈以及滚子构成的带护圈滚子中,使用使护圈成为分割型的轴承作为上述用途的支撑装置。在这样的构造的滚针轴承中,具有将护圈在圆周方向的两个地方分割的两分割型,和将护圈在圆周方向的一个地方分割的一分割型等。另外,一般分割型的护圈的材质是铁材料和树脂材料,但公知的是,在为一分割型的护圈的情况下,与铁材料相比树脂材料更容易形成。
另外,滚针轴承具有带外圈的滚针轴承,其由外圈、以与外圈的内径面旋转相接的方式沿圆周方向排列的多个滚子、和保持这些滚子的护圈构成(例如专利第3073937号公报)。这样的带外圈的滚针轴承,由于是滚子和外圈线接触的构造,所以具有虽然轴承投影面积小,但可得到高负载容量和高刚性的优点。因此,不仅可用于汽车,还可以在所有区域广泛应用。作为这种情况下的外圈,具有通过切削加工制造的实心(solid)外圈和通过冲压加工制造的壳(shell)外圈。
美国专利第1921488号公报公开了一种在将护圈做成分割型的同时将外圈两分割的分割外圈型(半壳(half-shell))的滚针轴承。图2表示在美国专利第1921488号公报中公开的外圈。如图所示,将由冷轧钢板(SPC材)等形成的滚针轴承的外圈,通过在轴承的轴线方向上延伸的分割线4c分割成具有两个外圈构件4a、4b,从而可以组装到曲柄销2。
图3表示日本特表2002-525533号公报中公开的滚针轴承6。滚针轴承6支持轴5,并具备:外圈7、滚动自如地被配置在外圈7的滚道面上的多个针状滚子8、和保持针状滚子8的护圈9。在该滚针轴承6中,通过减小轴5的轴承两端部分的轴径、使护圈9向径向内侧突出,从而防止护圈9向轴向脱离。
在日本专利第3073937号公报和美国专利第1921488号公报中公开的分割型滚针轴承中,在向顾客的运输中,要把轴承分解为外圈和带护圈滚子、或者分解为外圈和护圈和滚子。这种情况下,顾客一方不得不再次非常注意地组装。另外,还存在分解的轴承零件遗失的顾虑。
在日本特表2002-525533号公报中公开的滚针轴承,由于具有实现在护圈和外圈之间、或在护圈和轴之间的在轴向上的定位的构造,因此可以防止运输中轴承零件的分解。但是,由于护圈的截面形状为特别的形状,因此用于成形护圈的注射成形模具的形状和工序变得复杂,就存在导致成本提高的问题。
图1所示的曲柄轴1等,由于在旋转时作用有偏向规定的方向的载重,所以轴承的外圈圆周上被分成负载集中的区域(以下称为“负载区域”)和不施加大负载的区域(以下称为“非负载区域”)。所以,在将如图2所示的滚针轴承的外圈组装到轴上的情况下,进行定位使得外圈构件4a、4b的边界4c位于非负载区域上。
但是,由于外圈构件4a、4b只不过是通过嵌合在外壳上而被固定,所以若在旋转时承受载重,则外圈构件4a、4b在外壳内旋转有引起位置偏离的可能性。这时,如果外圈构件4a、4b的边界4c向负载区域移动,则有引起针状滚子的旋转不良和外圈构件4a、4b的破损等的故障的可能性。
另外,如图3所示的滚针轴承6,为了防止护圈9向轴向脱离,有必要对轴5进行加工,所以有加工成本增大的问题。另外,如果护圈限制机构9a过小,则在大的轴向载重作用的情况下,无法阻止护圈9的脱落。另一方面,如果护圈限制机构9a过大,则有干扰轴5的忧虑。
并且,外圈构件4a、4b使用的冷轧钢板(SPC材)由于碳含量低,为0.04wt%~0.15wt%,所以加工性高,但相反淬火性低。因此,为了确保外圈构件4a、4b的滚动面有必要的硬度(Hv653以上),有必要进行渗碳氮化处理。但是,渗碳氮化处理设备与其他的热处理设备相比,设备费用高,并且碳含量低的冷轧钢板上不能形成深的渗碳层,所以在轴承使用时,有发生表面起点型剥离等故障的忧虑。
发明内容
本发明的目的是提供一种组装容易并且可以低价制造的分割型滚针轴承。
本发明的其他目的是提供一种滚针轴承,其是在外圈的外壳内可以防止在内部的旋转、具备护圈的轴向限制机构的滚针轴承,并具备低价格、长寿命的外圈构件。
此发明另外其他的目的是,提供一种滚针轴承,其为了防止护圈向轴向偏离,具备不需要周边构造的加工的护圈的轴向限制机构。
本发明涉及的滚针轴承,其是分割型滚针轴承,具备:在圆周方向上具有分割部的外圈、沿着该外圈的内径面滚动自如的多个滚子、和保持这些多个滚子的护圈,其特征是,外圈在其宽度方向端部具有卡合爪,所述卡合爪向径向内侧突出,限制护圈向轴向的移动。
根据上述结构的滚针轴承,由于设置从外圈的侧缘向内径侧突出并与护圈的宽度面接触的卡合爪,所以在轴承制造后的运输中,外圈和护圈在轴向上不用分解。另外,在将轴承组装到轴上时,由于通过上述卡合爪实现护圈相对于外圈的在轴向上的定位,所以组装变得容易。虽然因设置卡合爪外圈的形状变得复杂,但是外圈上追加卡合爪可以通过采用适当的制造方法较容易地进行。通过设置上述卡合爪,护圈没有必要对定位用的部位进行特别加工,简单的形状就可以,制造变得简单。另外,轴也变成简单的形状。因此具有护圈的定位功能,同时可以低价地制造。并且,与在进行旋转运动的护圈上设置定位用的构造相比,在固定侧构件即外圈上设置定位用的卡合爪更可以减小随着旋转引起的能量损耗。
在一实施方式中,外圈具有无凸缘圆筒形,卡合爪被局部地设置于圆周状延伸的外圈的侧缘的一部分。卡合爪被局部地设置于圆周方向的一部分上,不会产生由于卡合爪的存在而阻碍润滑油流动的问题。
优选的是卡合爪设置在适于保持储存在外圈内的润滑油的位置上。从所述观点来看,在一实施方式中卡合爪设置于使用时轴承的最下方位置。
护圈的材质例如是树脂制,护圈的沿着轴向的截面形状例如是大致长方形。这种情况下,虽然在圆周方向的多处设置保持滚子的洼坑,没有洼坑的护圈形状的在圆周方向的任意位置的截面形状是大致长方形。在护圈是树脂制的情况下,若是这样的长方形的截面形状,则其成形模具可以是简单的模具,另外不需要复杂的成形工序,可以容易地制造护圈。因此,可以进一步降低成本。
外圈的外径面上最好设置将此外圈相对于外壳进行定位的定位突起。这种情况下,最好使支撑分割型滚针轴承的外壳为分割型。这样若在外圈的外径面上设置定位突起,则通过使外圈的定位突起与在外壳上设置的孔等卡合,可以进行分割型滚针轴承相对于外壳的定位。
护圈最好对圆周方向的一处或者两处进行分割。若护圈成为所述的分割型,则组装作业变得更容易。
本发明的其他实施方式涉及的滚针轴承具备:具有由在轴承的轴线方向上延伸的分割线分割的多个外圈构件的外圈、滚动自如地配置在外圈的滚道面上的多个针状滚子、和保持多个针状滚子的护圈。而且,外圈构件在从其圆周方向中央偏离的位置上具有用于与外壳卡合来进行定位的定位卡合部,在宽度方向端部具有向径向内侧突出、限制护圈向轴向的移动的卡合爪。另外,外圈构件的碳含量是0.15wt%~1.1wt%。
如上述结构,通过将定位卡合部设置在外圈构件上,可以防止外圈向圆周方向的旋转。由此,由于外圈构件的边界向负载区域移动的情况消除,所以可以避免针状滚子的旋转不良和外圈构件的破损等故障。另外,通过在外圈构件的宽度方向端部上设置卡合爪,不用对轴等的周边构造施加加工,可以限制护圈的轴向的移动。
另外,碳含量为0.15wt%以上的材料,通过渗碳淬火处理可以得到外圈构件要求的足够的硬度(Hv653以上)。由于渗碳淬火处理设备与渗碳氮化处理设备相比设备费用便宜,所以可以得到良家的滚针轴承。另一方面,碳含量超过1.1wt%的材料加工性低,不适于用作通过冲压加工等制造的外圈构件用的材料。
外圈构件例如实施了高频淬火处理或者光亮淬火处理。优选的是,外圈构件的碳含量是0.5wt%~1.1wt%。并且,含有0.5wt%以上的碳的材料,通过光亮淬火处理或高频淬火处理可以得到足够的强度。光亮淬火处理设备或高频淬火处理设备与渗碳氮化处理设备或渗碳淬火处理设备相比设备费用便宜,特别是高频淬火处理由于不使用燃气所以是对环境有益的热处理方法。
优选的是,外圈构件具有:位于所述外圈构件的圆周方向中央部、在轴承使用时成为负载区域的中间区域,和位于所述外圈构件的圆周方向端部、在轴承使用时成为非负载区域的端部区域,定位卡合部以及卡合爪,隔着中间区域位于相反侧的所述端部区域。
例如,在从外圈构件的内径面一侧通过内缘翻边加工形成定位卡合部的情况下,在滚道面上形成凹部不会成为平滑面。若此凹部被配置在负载区域,有可能发生通过凹部上的针状滚子的旋转不良等故障。因此,通过配置在成为非负载区域的端部区域上,可以避免这些故障。另外,通过将卡合爪配置在外圈构件的端部区域,可以防止因护圈和卡合爪的接触引起的旋转不良或破损等故障。
本发明的另外其他的实施方式涉及的滚针轴承具备:具有由在轴承的轴线方向上延伸的分割线分割的多个外圈构件的外圈、滚动自如地配置在外圈的滚道面上的多个针状滚子、和保持多个针状滚子的护圈。而且,外圈构件具有卡合爪,该卡合爪在外圈构件的宽度方向端部向径向内侧突出而限制护圈向轴向的移动,护圈具有使在轴线方向切断的切断面对顶的对顶部,在对顶部的宽度方向端面上具有倒角部。
如上述结构,通过在外圈构件的宽度方向端部设置卡合爪,不用对轴等的周边构造实施加工,就可以限制护圈的轴向的移动。这时,如果护圈的对顶部向轴向偏离,卡合爪挂在切断面上,则有阻碍轴承的圆滑的旋转的可能性。因此,通过在对顶部的宽度方向端面上设置倒角部,可以缓和与卡合爪的相挂住。
优选的是,对顶部具有防止向轴线方向偏离的嵌合部,切断面上的倒角部的轴向长度比嵌合部的轴向的游隙大。从制造上的观点看,在嵌合部需要有一定程度的游隙。但是,若与此游隙相比对顶部的一侧向轴向突出,则有挂在卡合爪上的忧虑。因此,通过将切断面上的倒角部的轴向长度设定为比嵌合部的轴向的游隙大,可以缓和护圈和卡合爪的相挂。
优选的是,倒角部的圆周方向的长度比卡合爪的圆周方向长度短。在上述结构的护圈中,在对顶部的宽度方向端面上通过切断面的两侧的倒角部形成凹部,有卡合爪落进所述凹部的忧虑。因此,通过使倒角部的圆周方向长度比卡合爪的圆周方向长度短,防止卡合爪落进通过倒角部形成的凹部。
优选的是,外圈构件在从其圆周方向中央偏离的位置具有用于与外壳卡合来进行定位的定位卡合部。如上述结构,通过将定位卡合部设置在外圈构件上,可以防止外圈向圆周方向的旋转以及向轴向的动作。由此,外圈构件的边界不会向负载区域移动,可以避免针状滚子的旋转不良和外圈构件的破损等故障。
优选的是,卡合爪设置在外圈构件的轴向端部整个区域。
本发明的另外其他的实施方式涉及的滚针轴承具备:具有由在轴承的轴线方向上延伸的分割线分割的多个外圈构件的外圈、滚动自如地配置在外圈的滚道面上的多个针状滚子、和保持多个针状滚子的护圈。而且,外圈构件在其宽度方向端部具有向径向内侧突出而限制护圈向轴向的移动的卡合爪和贯穿卡合爪的孔。
通过形成上述结构,不用对轴等的周边构造施加加工,可以限制护圈在轴向上的移动。另外,通过在卡合爪上设置贯穿的孔,可以缓和由于外圈构件的弯曲加工而在卡合爪上产生的压缩应力,所以可以抑制制造时的外圈构件的变形等。
优选的是,卡合爪被配置在外圈构件的宽度方向端部的整个区域。如上述结构,通过在卡合爪上设置用于缓和压缩应力的孔,可以将卡合爪设置在外圈构件的宽度方向端部的整个区域。其结果是可以防止护圈和卡合爪的端面的相挂,所以可以防止轴承的旋转不良等。
孔例如是在圆周方向长的长孔。由此,因为在卡合爪上产生的压缩应力的吸收能提高,所以可以更有效地抑制制造时的变形等。
优选的是,孔设置于圆周方向的多处。因此,例如,即使在卡合爪被设置在外圈构件的宽度方向端部的整个区域的情况下等,也可以均等吸收卡合爪的圆周方向的各部上产生的压缩应力。
而且,多个孔例如也可以是互相大小不同。例如,在外圈构件的中央部和两端部上,施加在卡合爪上的压缩应力的大小不同。因此,通过在压缩应力大的部分设置大孔,在压缩应力小的部分设置小孔,可以均等吸收在卡合爪的圆周方向的各部产生的压缩应力。
为了提高储存在外圈内的润滑油的保持性,在一实施方式中,上述的孔避开在外圈内储存润滑油的区域设置。
优选的是,外圈构件在从其圆周方向中央偏离的位置具有用于与外壳卡合来进行定位的定位卡合部。如上述结构,通过将定位卡合部设置在外圈构件上,可以防止外圈向圆周方向的旋转。由此,因为外圈构件的边界不会在负载区域移动,所以可以避免针状滚子的旋转不良和外圈构件的破损等故障。
本发明另外其他的实施方式涉及的滚针轴承具备:具有由在轴承的轴线方向上延伸的分割线分割的多个外圈构件的外圈、滚动自如地配置在外圈的滚道面上多个针状滚子、保持多个针状滚子的护圈、和在外圈构件的宽度方向端部向径向内侧突出而限制护圈向轴向的移动的卡合爪。而且,护圈的径向宽度w1、和卡合爪与护圈的卡合宽度w2具有w2/w1>0.2的关系。
根据上述结构,不用对轴等的周边构造实施加工,可以限制护圈在轴向上的移动。这时,若卡合爪过小,则大的轴向载重作用在滚针轴承上的情况下,有护圈通过卡合爪而脱落的可能性。因此,通过使卡合爪和护圈的卡合宽度w2大于护圈的径行宽度w1的20%,可以解除上述问题。
优选的是,卡合爪的前端和滚针轴承的内径面的径向间隙大于0.1mm。若卡合爪对轴干涉,则有破损的危险性。因此,考虑轴的挠度,最好确保轴和卡合爪的前端之间的间隙比0.1mm大。
另外,本说明书中的所谓“滚针轴承的内径面”,是指连结针状滚子的滚动面的最内径侧的面,与滚针轴承支撑的旋转轴的外形面一致。
本发明的另外其他的实施方式涉及的滚针轴承具备:具有由在轴承的轴线方向上延伸的分割线分割的多个外圈构件的外圈、滚动自如地配置在外圈的滚道面上多个针状滚子、保持多个针状滚子的护圈、和在外圈构件的宽度方向端部向径向内侧突出而限制护圈向轴向的移动的卡合爪。而且,卡合爪的与护圈相对的面具有其中央部相比于两端部更向护圈侧突出的形状。
通过形成上述结构,不用对轴等的周边构造实施加工,可以限制护圈在轴向上的移动。这时,若轴向载重作用在滚针轴承上,则有护圈挂在卡合爪的角部上而阻碍针状滚子旋转的可能性。因此,通过使卡合爪的与护圈相对的面具有中央部相比于两端部更向护圈侧突出的形状,可以得到可维持针状滚子的圆滑的旋转的滚针轴承。
卡合爪的与护圈相对的面,例如是中央部突出的曲面。另外,卡合爪的与护圈相对的面,例如在两端部具有锥部。根据上述结构,由于护圈向轴向的移动被中央部限制,所以可以有效防止护圈挂在角部上。
优选的是,护圈具有使在轴线方向切断的切断面对顶的对顶部,中央部的突出量比对顶部的轴向的游隙大。从制造上的观点看,在对顶部上有必要有一定程度的游隙。但是,若相比此游隙对顶部的一侧向轴向突出,则有挂在卡合爪的角部上的忧虑。因此,通过将中央部的突出量设定为比对顶部的轴向的游隙大,可以有效防止护圈挂在角部上。
本发明的另外其他的实施方式涉及的滚针轴承具备:具有由在轴承的轴线方向上延伸的分割线分割的多个外圈构件的外圈、滚动自如地配置在外圈的滚道面上多个针状滚子、保持多个针状滚子的护圈、和在外圈构件的宽度方向端部向径向内侧突出而限制护圈向轴向的移动的卡合爪。而且,外圈构件的板厚t和卡合爪的根宽度B有1.0≤B/t≤4.0的关系。
根据上述结构,不用对轴等的周边构造实施加工,可以限制护圈在轴向上的移动。
在此,作为外圈构件的加工方法,例如考虑将卡合爪向板状的外圈构件的壁厚方向弯曲后,将外圈构件整体弯曲成规定的曲率。这时若卡合爪的根宽度大,则卡合爪根的刚性变高,有外圈构件产生波动等形状变形的忧虑。因此,通过将外圈构件的板厚t和卡合爪的根宽度B设定在1.0≤B/t≤4.0的范围,可以防止外圈构件的变形等。
本发明的其他方面涉及的滚针轴承具备:具有由在轴承的轴线方向上延伸的分割线分割的多个外圈构件的外圈、滚动自如地配置在外圈的滚道面上多个针状滚子、保持多个针状滚子的护圈、和在外圈构件的宽度方向端部向径向内侧突出的卡合爪。而且,卡合爪具有外圈构件附近的根部和限制护圈向轴向的移动的引导部,引导部的宽度A和根部的宽度B有1≤A/B≤3的关系。
在上述结构中,不用对轴等的周边构造实施加工,可以限制护圈在轴向上的移动。
这时,引导部为确保限制护圈的移动而必要的强度,有必要满足1≤A/B。另外,若引导部的宽度相比根部过大,则有在轴承旋转时护圈与引导部的端部接触而在卡合爪上产生变形等忧虑,所以有必要满足A/B≤3。
优选的是,引导部不与外圈构件接触。若卡合爪的引导部与外圈构件接触程度大,则对外圈构件的加工造成障碍。因此,有必要将引导部的宽度A设定在与外圈构件不干涉的范围。
本发明涉及的滚针轴承的制造方法中,该滚针轴承具备:外圈,该外圈具有由在轴承的轴线方向上延伸的分割线分割的多个外圈构件;多个针状滚子,其滚动自如地配置在外圈的滚道面上;护圈,其保持多个针状滚子;以及卡合爪,其在外圈构件的宽度方向端部向径向内侧突出,限制护圈向轴向的移动。具体的说,该滚针轴承的制造方法在通过弯曲加工将卡合爪向外圈构件的壁厚方向弯曲的工序后,具有将外圈构件弯曲成规定曲率的工序。
若在将外圈构件弯曲成规定曲率后进行卡合爪的弯曲加工,则在卡合爪的加工时有外圈构件产生变形的忧虑。因此,在卡合爪的加工后,通过进行将外圈构件弯曲成规定曲率的加工,可以解决上述问题。
附图说明
图1是表示汽车的曲柄轴的示意图;
图2是表示现有的滚针轴承使用的分割型外圈的立体图;
图3是表示具备对护圈的轴向移动进行限制的机构的现有的滚针轴承的截面图;
图4A是表示本发明的一实施方式涉及的分割型滚针轴承的示意图;
图4B是沿着图4A的线B-B观察的截面图;
图5A是表示分割型滚针轴承中的外圈构件的示意图;
图5B是从箭头B指示的方向观察图5A的外圈构件的示意图;
图5C是从箭头C指示的方向观察图5A的外圈构件的示意图;
图6A是表示滚子保持状态的护圈的示意图;
图6B是沿着图6A的线B-B观察的截面图;
图7是分割型滚针轴承的护圈卡合片部分的截面图;
图8A是表示分割型滚针轴承的护圈卡合片部分的其他例子的截面图;
图8B是表示分割型滚针轴承的护圈卡合片部分的另一个其他例子的截面图;
图8C是表示分割型滚针轴承的护圈卡合片部分的另一个其他例子的截面图;
图9是表示分割型滚针轴承的外圈的定位突起部分的侧视图;
图10A是表示构成外圈的半圆状分割体的弯曲加工前的带状毛坯件的示意图;
图10B是图10A中的B部的放大图;
图11是本发明的其他实施方式涉及的外圈的侧视图;
图12是图11中的C部的扩大主视图;
图13A是对应于图6B的P部的放大图的示意图,是表示在对顶面的宽度方向端面上设置的倒角部的形状的示意图;
图13B是表示倒角部的其他形状的例子的示意图;
图13C是表示倒角部的另一其他形状的例子的示意图;
图14A是对应于图6的P部的放大图的示意图,是表示倒角部的轴向长度和嵌合部的游隙之间的尺寸关系的示意图;
图14B是表示倒角部的轴向长度和嵌合部的游隙之间的尺寸关系的示意图;
图15A是对应于图6的P部的放大图的示意图,是表示倒角部的圆周方向长度和卡合爪的圆周方向长度的尺寸关系的示意图;
图15B是表示倒角部的圆周方向长度和卡合爪的圆周方向长度的尺寸关系的示意图;
图16A是本发明其他实施方式涉及的滚针轴承的主视图;
图16B是沿图16A的线B-B观察的截面图;
图17A是表示本发明其他实施方式涉及的滚针轴承的外圈构件的主视图;
图17B是从箭头B的方向观察图17A的外圈构件的示意图;
图17C是从箭头C的方向观察图17A的外圈构件的示意图;
图18A是表示在外圈构件的卡合爪的根部分设有长孔的状态的示意图;
图18B是表示在外圈构件的卡合爪的根部分设有圆孔的状态的示意图;
图18C是表示在外圈构件的卡合爪的根部分设有大小不同的孔的状态的示意图;
图19是表示本发明的一个实施方式涉及的滚针轴承的护圈和卡合爪之间关系的示意图;
图20是表示本发明的其他实施方式涉及的滚针轴承的护圈和卡合爪之间关系的示意图;
图21A是表示卡合爪的示意图;
图21B是表示卡合爪和护圈的位置关系的示意图;
图22A是表示优选形状的卡合爪的示意图;
图22B是表示卡合爪和护圈的位置关系的示意图;
图23A是表示优选形状的卡合爪的示意图;
图23B是表示卡合爪和护圈的位置关系的示意图;
图24是表示本发明的一个实施方式涉及的滚针轴承使用的外圈构件的板厚和卡合爪的根宽度的关系的示意图;
图25A是在本发明的其他实施方式涉及的滚针轴承用外圈上设置的卡合爪的根部和引导部的关系的示意图;
图25B是表示卡合爪的根部和引导部的关系的示意图;
图26是表示本发明的一实施方式涉及的滚针轴承用外圈构件的制造工序的一部分的示意图。
具体实施方式
用图4A~图6B来说明本发明的一实施方式。如图4A以及图4B所示,滚针轴承11具备:壳型外圈13,其具有由在轴承的轴线方向上延伸的分割线分割的两个外圈构件12;多个针状滚子14,其滚动自如地配置在外圈13的滚道面上;和保持针状滚子14的护圈15。
外圈13具有无凸缘圆筒形,在其两侧缘上向内径侧突出设有多个卡合爪12b。这些卡合爪12b接触于护圈15的宽度面而在轴向上对护圈15进行定位,在圆周方向的一部分上局部地设置,并呈舌片状。
外圈构件12如图5A所示,具有:突起12a,其作为定位卡合部,在从外圈构件12的圆周方向中央偏离的位置上与外壳卡合进行定位;卡合爪12b,其从外圈构件12的宽度方向端部向径向内侧突出,限制护圈15向轴向的移动。
如图5B以及图5C所示,外圈构件12的圆周方向的一侧端部是V字状突出的凸形,另一端部是倒V字状凹陷的凹形。通过将两个外圈构件12的凹凸组合起来,形成圆筒状的外圈13。在此,外圈13的分割线只要能将外圈13在圆周方向上分割即可,即使与轴向不严格一致也可以。
护圈15由树脂材料形成,如图6A所示,在圆周上的多个部位具有收容针状滚子14的洼坑(pocket)。另外,如图6B所示,护圈15在圆周方向的一处具有分割部,而整体形状成C字状。在使护圈15弹性变形而向轴组装后,使切断部分的凸部15a和凹部15b卡合。
护圈15的沿着轴向的截面形状,除了洼坑部位,全周都是相同形状,被形成为大致长方形。也就是说,护圈15使没有洼坑的部分形状在圆周方向的任意位置的截面形状形成为大致长方形。
作为半圆状分割体的外圈构件12如图10A所示,是将从钢板冲压加工的带状毛坯件弯曲加工成半圆状而形成的。带状毛坯件的一端为V字状突出的卡合凸部,另一端为V字状凹进的卡合凹部。在接近带状毛坯件的卡合凸部的端部侧的一面,通过内缘翻边加工形成如图9所示的定位突起12a。对带状毛坯件进行弯曲加工,以使该定位突起12a的突出侧成为外径面。在接近于带状毛坯件的卡合凹部的端部侧的两侧缘上,向宽度方向突出而分别一体形成有卡合爪12b。这些卡合爪12b在定位突起12a的突出侧的相反侧以90度弯折。图7表示90度弯折卡合爪12b的状态。
如将图10A的B部放大的图10B所示,为了使上述弯折加工容易进行,卡合爪12b的基部12bb被形成为宽度比前端部12ba窄的小宽度部。一对外圈构件12、12是互相相同的形状,通过使这些分割体的端部的卡合凸部和卡合凹部相互卡合,构成无凸缘圆筒状的外圈13。卡合凸部和卡合凹部的卡合部为外圈13的分割部。
在从各外圈构件12的一端部(卡合凸部侧)在圆周方向上隔开30°的位置,定位突起12a被设置在宽度方向的中央位置。通过在这个位置上设置定位突起12a,可以使定位突起12a从摇动运动时的负载区域错开。另外,外圈构件1的定位突起12a的位置不限于上述位置,设置在什么样的位置上都可以。另外,在此,虽然在一个外圈构件12的一处设置定位突起12a,但是也可以在两处以上设置定位突起12a。并且,定位突起12a的形状也不限于基于上述的内缘翻边加工的形状,也可以是标签状等其他各种形状。
另外,有关优选的实施方式的定位突起12a以及卡合爪12b的位置关系,以后详细说明。
上述结构的滚针轴承11,由于外圈13以及护圈15的一部分被切断,所以可以用作对汽车发动机用曲柄轴、凸轮轴、平衡轴、摇臂轴等的在轴向上无法组装的部位进行支撑的轴承。
该分割型滚针轴承,由于具有从外圈13的侧缘突出而接触于护圈15的宽度面的卡合爪12b,所以在轴承制造后的运输中,外圈13和护圈15不会在轴向分解。另外,在将轴承组装到轴上时,因为通过上述卡合爪12b进行护圈15相对于外圈13的在轴向上的定位,所以组装容易。由于在外圈1上设有卡合爪12b,所以护圈15没必要特别加工定位用的部位,只要是简单的形状就可以。因此,护圈15的注射成形模具成为简单的形状,另外不需要复杂的工序就可以制造护圈15,可以廉价地制造护圈15。在上述实施方式中,因为使沿着护圈15的轴向的截面形状为简单的大致长方形,所以护圈15的构造变得更简单,可以进一步降低成本。
虽然因为形成卡合爪12b使得外圈13的形状变得有点复杂,但是外圈13上的卡合爪12b的追加,通过采用适当的制造方法就可以容易地进行。在外圈13是壳型的情况下,与以往的外圈加工相比,只是连续冲压内的模具一部分改变,若与树脂制的护圈成为复杂形状的情况相比,由此可以减小成本的增量。
在外圈13的外径面上设有定位突起12a的情况下,通过使外圈的定位突起12a与设置在外壳(未图示)上的孔等相卡合,可以对分割型滚针轴承相对于外壳进行定位。这种情况下,也可以使支撑分割型滚针轴承的外壳为分割型。
另外,在上述实施方式中,在一个半圆状分割体即外圈构件12的两侧缘上分别设置一个卡合爪12b,从而作为外圈13的整体设有四个卡合爪12b。作为其他的实施方式,例如也可以通过在一方的外圈构件12的一侧缘上设置一个卡合爪12b,在另一方的外圈构件12的另一方侧缘上设置一个卡合爪12b,从而作为外圈13的整体而设置两个卡合爪12b。卡合爪12b不限于局部地设置在外圈13的圆周方向的一部分上,也可以连续地设置在外圈13的整周上。另外,卡合爪12b的形状、尺寸以及个数,即使在构成外圈13的一对外圈构件上各不相同也可以。
另外,卡合爪12b不限于如图7所示那样只简单弯折90度的形状,例如也可以如图8A所示,在小宽度部12bb和前端部12ba的中间,分别向相同一侧弯折90度,截面形成为L字状,前端部12ba的端面与护圈15的宽度面接触。另外,也可以如图8B那样,在小宽度部12bb以90度、在前端部12ba的中间以45度分别向相同一侧弯折,截面形成J字状,前端部12ba的端缘与护圈3的宽度面接触。并且,还可以如图8C那样,在小宽度部12bb以90度、在前端部12ba的中间以180度分别向相同一侧弯折,使前端部12ba成为重叠两层的状态,此重叠两层的部分与护圈15的宽度面接触。
对于外圈13,在上述实施方式中表示两分割的情况,但是不限于此,也可以使外圈13成为如图11那样在圆周方向的一处具有分割部4的一分割型。在图11的例中,外圈构件13被形成为具有一处的分割部4、且整体呈C字状。如图11的C部的放大图即图12所示,该一分割型的外圈1,通过使由其一端部的卡合凸部4a和另一端部的卡合凹部4b组成的分割部4卡合,构成为无凸缘圆筒状。其他的结构与前面的实施方式的情况相同。
如上所述,在本发明的优选的实施方式中,通过在外圈构件12上设置突起12a,防止外圈13向圆周方向的旋转,并且,通过设置卡合爪12b,可以限制护圈15向轴向的移动。
在此,在外圈构件12上,在其圆周方向中央部设有在轴承使用时成为负载区域的中间区域12d,在其圆周方向两端部设有在轴承使用时成为非负载区域的端部区域12e,突起12a以及卡合爪12b隔着中间区域12d位于相反侧的端部区域12e。
突起12a和卡合爪12b虽然可以形成于相同侧的端部区域,但是通过隔着中间区域12d配置在相反侧的端部区域12e,使分别对突起12a、卡合爪12b以及外圈构件12的加工变得容易。
并且,在由两个外圈构件12构成外圈13的情况下,若设以外圈构件1 2的圆周方向最外端12c为基准的中心角为Φ,则端部区域12e在5°≤Φ≤45°的范围内。
为了尽可能大的设定成为负载区域的中间区域12d,成为非负载区域的端部区域12e有必要设定在离外圈构件12的两个最外端各自45°以内。另一方面,若配置在端部区域12e上的突起12a以及卡合爪12b过于接近外圈构件12的圆周方向最外端12c,则因为受到将板状的外圈构件12弯曲加工成圆弧状的情况等下的弯曲应力的影响,所以最好从圆周方向最外端12c靠近中间区域12d5°以上。
上述的滚针轴承11的外圈构件12由含碳量为0.15wt%~1.1wt%的材料形成。例如,是SCM415或S50C等。这些材料由于碳含量高,所以通过热处理形成的有效硬化深度变深。其结果,通过渗碳淬火处理可以得到外圈构件12所必要的硬度(Hv653以上)。渗碳淬火处理设备与渗碳氮化处理设备相比,设备费用便宜,所以结果是可以得到低廉的滚针轴承。但是,碳含量若超过1.1wt%,则加工性变低,所以不适合于通过冲压加工等制造的外圈构件12。
另外,若由碳含量在0.5wt%以上的材料、例如由SAE1070、SK5等材料形成外圈构件12,则通过光亮淬火处理或高频淬火处理可以得到足够的硬度。光亮淬火处理设备和高频淬火处理设备,与渗碳氮化处理设备或渗碳淬火处理设备相比设备费用便宜,特别是因为高频淬火处理不使用燃气,所以是对环境有益的热处理设备。
在上述实施方式中,示出了外圈13由在径向上被两分割的外圈构件12构成的例子,但是不限于此,分割成任意数都可以。
在上述实施方式中,示出了在各外圈构件12上一处一处地配置突起12a以及卡合爪12b的例子,但是不限于此,也可以在外圈13的全周上只在一处配置,也可以配置在各外圈构件12的多处。
另外,在上述实施方式中,示出了在外圈构件12的轴向端部的一部分上设置卡合爪12b的例子,但是也可以在外圈构件12的轴向端部整个区域设置卡合爪12b。这种情况下,由于没有护圈15挂在卡合爪12b的侧面的忧虑,所以即使卡合爪12b位于负载区域也不会产生旋转不良等问题。
并且,护圈15可以不限于树脂而通过冲压加工金属材料等形成,也可以是不要护圈15的总轴承。
利用图13A~图15B来说明本发明的其他实施方式中的特征。如对应于图6B的P部的放大图的图13A所示,在护圈15的对顶部的宽度方向端面上设有倒角部15c。
上述结构的护圈15,通过由凸部15a和凹部15b组成的嵌合部,可以抑制切断面的一方向轴向偏离。另外,即使在对顶部的一侧向轴向偏离一定程度的情况下,通过在对顶部的宽度方向端部设置倒角部15c,可以缓和卡合爪12b的挂住。
但是,嵌合部从制造上的观点出发,需要有一定程度的游隙,最大的游隙由护圈卡合部的游隙决定。如图14A所示,若嵌合部的轴向的游隙t0比倒角部15c的轴向长度t1大,则有卡合爪12b和切断面卡住而阻碍轴承顺利旋转的忧虑。因此,如图14B所示,通过使倒角部15c的轴向宽度t2大于嵌合部的轴向的游隙t0,可以缓和卡合爪12b的挂住。
并且,在对顶部的宽度方向端部,通过切断面的两侧的倒角部15c形成凹部15d。这时,如图15A所示,若倒角部15c的圆周方向长度w1比卡合爪12b的圆周方向长度w0大,则卡合爪12b陷入凹部15d,有阻碍轴承顺利旋转的忧虑。因此,如图15B所示,通过将倒角部15c的圆周方向长度w2设定为比卡合爪12b的圆周方向长度w0小,可以避免上述那样的问题。
另外,在上述实施方式中,倒角部15c的形状示出了图13A所示的C倒角的例子,但是不限于此,也可以是如图13B所示的R倒角,或者也可以如图13C所示,相对于端面以规定的角度θ切断。
另外,在上述实施方式中,示出了由一个凸部15a和一个凹部15b组成的嵌合部的例子,但是不限于此,也可以是组合多个凸部和凹部的嵌合部。
参照图16A~图18C,说明本发明的另一其他实施方式涉及的滚针轴承。图16A所示的外圈构件12的卡合爪12b,被设置在外圈构件12的宽度方向端部的整个区域上,在其根部分以等间距配置有贯穿卡合爪12b的孔12f。另外,如图17A以及17B所示,外圈构件12的圆周方向的一侧端部是凸状,另一侧端部是凹状,通过将两个外圈构件12的凹凸组合起来,形成圆筒状的外圈13。在此,外圈13的分割线可以在径向上将外圈13分割,也可以与轴向不严格一致。
上述结构的外圈构件12通过冲压加工等形成冷轧钢板等带材料。加工顺序是,例如,将卡合爪12b向板状的外圈构件12的壁厚方向弯曲,然后将外圈构件12整体弯曲成规定的曲率。其结果是卡合爪12b因外圈构件12的弯曲加工而承受压缩应力,有产生变形等的忧虑。
因此,在卡合爪12b的根部设置孔12f。由此在外圈构件12的弯曲加工时通过孔12f变形可以吸收或缓和压缩应力,所以可以抑制卡合爪12b的变形等。
另外,在上述实施方式中,由于在外圈构件12的宽度方向端部的整个区域上设有卡合爪12b,所以护圈15和卡合爪12b的端面不会挂住。其结果,可以确保滚针轴承11的顺利的旋转。
这时,为了缓和在卡合爪12的各部分上产生的大的压缩应力,将孔12f做成压缩应力的吸收能高的圆周方向上长的长孔。并且,为了均等吸收卡合爪12b各部分的压缩应力,在多个地方设置孔12f。
另外,在上述实施方式中,示出了将卡合爪12b设在外圈构件12的宽度方向端部的整个区域上的例子,但是不限于此,也可以是在外圈构件12的圆周方向的一部分分割后的多个卡合爪12b。这种情况下,在卡合爪12b的根部上设置的孔12f对于各个卡合爪12b,最好至少各设置一处。
另外,示出了在卡合爪12b的根部上设置的孔12f是如图18A所示的长孔的例子,但是不限于此,也可以是设置图18B所示的圆孔、或设置图18C所示的因被负荷的压缩应力的大小的不同而大小不同多个孔等、可吸收卡合爪12b上产生的压缩应力的所有形式。
并且在上述实施方式中,示出了等间距地配置多个孔12f的例子,但是不限于此,也可以在大压缩应力产生的部分上配置多个孔12f,在只产生小压缩应力的部分减少孔12f的数量。
参照图19以及图20,说明本发明另一其他的实施方式涉及的滚针轴承。在图19所示的实施方式中,护圈15的径向宽度w1、和卡合爪12b与护圈15的卡合宽度w2被设定为w1/w2>0.2。这是因为,由此若卡合爪12b变小,则在大的轴向载重作用在滚针轴承11上时,有护圈15通过卡合爪12b而脱落的忧虑。
另外,卡合爪12b的前端和滚针轴承11的内径面的径向间隙δ是δ>0.1mm。由此即使在轴倾斜的情况下,也可以防止卡合爪12b和轴的干涉。
另外,在上述实施方式中,示出了在外圈构件12的轴向端部的一部分设有卡合爪12b的例子,但是也可以在外圈构件12的轴向端部的整个区域上设置卡合爪12b。
参照图21A~图23B,说明本发明另一其他实施方式涉及的滚针轴承。如上所述,通过在外圈构件12上设置突起12a,防止外圈13向圆周方向的旋转,并且通过设置卡合爪12b,可以限制护圈15向轴向的移动。在此,如图21A所示,在卡合爪12b的相对于护圈15的面12c是平坦面的情况下,通过在滚针轴承11上施加轴向载重,从而有护圈15的对顶部向轴向偏离、其一侧与卡合爪12b的角部12c相挂住的忧虑。此状态在图21B中表示。这成为滚针轴承11旋转不良的原因。
因此,本发明优选的实施方式涉及的滚针轴承11的卡合爪12b,例如如图22A所示,将相对于护圈15的面12d设为中央部12e突出的曲面。这样,通过将卡合爪12b的与护圈15相对的面12d形成为中央部12e相比于两端部更向护圈侧突出的形状,如图22B所示,可以防止护圈15挂在角部12c上。
另外,从制造上的观点出发,在护圈15的对顶部有必要有一定程度的游隙。因此如图22B所示,通过将卡合爪12b的中央部12e的突出量t1设定为比对顶部的轴向的游隙量t2大,即使在护圈15的对顶部最大限度偏离的情况下,也可以防止护圈15和角部12c的相挂住。
另外,在上述实施方式中,示出了将卡合爪12b的相对于护圈15的面12d做成为曲面形状的例子,但是不限于此,例如图23A以及图23B所示,也可以在两端部上具有锥部22f,锥部22f可以是平面形状也可以是曲面形状。这时,中央部22e的突出量t3也比护圈25的轴向的游隙量t4大。并且,卡合爪12b的相对于护圈15的面12d的中央部12e相比于两端部更向护圈侧突出的所有形状,可以期待同样的效果。
参照图24,说明本发明一实施方式涉及的滚针轴承用外圈构件的制造方法。外圈构件12的制造例如按图26所示的顺序进行。首先,通过冲裁加工形成外圈构件12的外形(步骤“a”),接着通过弯曲加工将卡合爪12b弯曲向外圈构件12的壁厚方向(步骤“b”),然后将外圈构件12弯曲成规定曲率(步骤“c”)。
在先进行外圈构件12的弯曲工序(步骤“c”)的情况下,在卡合爪12b的弯曲工序(步骤“b”)中,有在外圈构件12上产生变形的忧虑,这是因为存在阻碍针状滚子14的圆滑的旋转的可能性。
在通过上述方法制造外圈构件12的情况下,若卡合爪12b的根宽度大,则根部12c的刚性变高,有外圈构件12产生波浪等变形等的忧虑。因此如图24所示,通过将外圈构件12的板厚t和卡合爪12b的根宽度B设定在1.0≤B/t≤4.0的范围,可以防止外圈构件12的变形等。
并且,如图25A所示,卡合爪12b具有:外圈构件12附近的根部12c、和限制护圈15向轴向的移动的引导部12d。在此,引导部12d为了限制护圈15的移动而需要有一定程度的强度。另外,若引导部12d的宽度与根部12c相比过大,则在轴承旋转时,有护圈15与引导部12d的端部接触而在卡合爪12b上产生变形等忧虑。
因此,引导部12d的宽度A和根部12c的宽度B设定在满足1≤A/B≤3的范围。另外,如图25B所示,从制造上的观点出发,引导部12d设定在不与外圈构件12接触的宽度。
工业实用性
本发明可有利利用于支撑汽车的曲柄轴、凸轮轴、平衡轴以及摇臂轴等的滚针轴承。
以上,参照附图说明了本发明的实施方式,但是本发明不限于图示的实施方式。对于图示的实施方式,在与本发明同一范围内,或者均等的范围内,可以施加各种修正和变形。另外,还可以任意组合各实施方式的特征。