JP2005180459A - ころ軸受、レース板の製造方法及び保持体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
分割可能なレースや保持器を有しながらも、適切な動作を確保できるころ軸受及びそのレース板及び保持体の製造方法を提供する。
【解決手段】
板材Ｍの両端近傍（点線で示す位置）を面押し加工する。面押し加工により、打ち抜いた板材Ｍの端部のバリ・カエリが補正され、また端部形状も補正されるため、組み込み時の精度がよくなる。
【選択図】 図４

Description

本発明は、内燃機関に用いられると好ましいころ軸受及びそのレース板及び保持体の製造方法に関する。

例えば内燃機関において、カムシャフトをシリンダヘッドに回転自在に支持する場合、一般的には滑り軸受が用いられている。しかるに、近年においては、資源の有効利用や二酸化炭素の削減等の観点から、より省燃費の内燃機関が注目されているという実情がある。そこで、滑り軸受を、一般的にはより引きずり抵抗が小さい転がり軸受に変更することで、内燃機関における動力ロスをより少なくしようとする試みがある（特許文献１参照）。特に、いわゆるＤＯＨＣ型の内燃機関やＶ型の内燃機関では、その構造上カムシャフトの数が比較的多くなるため、転がり軸受への変更により、ある程度燃費の向上又は潤滑用ポンプの容量を低くできるなどのメリットが期待される。

ところで、カムシャフトには、気筒ごとに通常一対のカムローブが形成されており、また転がり軸受に支持されるジャーナル部は、カムローブ間又はカムローブ及び端部大径部間に配置されているため、通常の転がり軸受では、より外径側に張り出したカムローブ等を通過してジャーナル部に装着できないという問題がある。そこで、従来用いられていた滑り軸受と同様に、転がり軸受の保持器を周方向に分割し、これをカムローブ等を通過させることなく外径側からジャーナル部に組み込むことが考えられている（特許文献２参照）。
特開平８−１２８３０６号公報 特開２００１−１２２１４号公報

しかるに、ころが転動する軌道面を確保するために、シリンダヘッドとキャップにレースを組み込むことが望ましく、そのため保持器と同様にこれも周方向に分割して組み込むことが必要とされる。このように、レースと保持器とを分割して組み込む場合、例えば真円度の確保など、元々円筒状のレースとを組み込む場合とは異なる問題が予想される。

本発明は、上述した問題点に鑑みてなされたものであり、分割可能なレースや保持器を有しながらも、適切な動作を確保できるころ軸受及びそのレース板及び保持体の製造方法を提供することを目的とする。

第１の本発明のころ軸受は、
内燃機関の回転軸を、本体及びキャップとの間で相対回転自在に支持するころ軸受であって、
複数のころと、周方向に分割され前記ころを保持する複数の保持体からなる保持器と、周方向に分割され前記ころの軌道面を有する複数のレース板からなる外側レースとを有し、
前記レース板は、回転軸とキャップの凹部に組み込まれており、前記レース板の少なくとも一つは、フリーな状態で、前記凹部の曲率半径より大きい曲率半径を有する外周面を有していることを特徴とする。

第２の本発明のレース板の製造方法は、
複数のころと、周方向に分割され前記ころを保持する複数の保持体からなる保持器と、周方向に分割され前記ころの軌道面を有する複数のレース板からなる外側レースとを有する内燃機関用のころ軸受におけるレース板の製造方法において、
少なくとも一つの端部に、別の板材の端部が相補する形状が形成されるように、板材を打ち抜くステップと、
打ち抜いた前記板材の少なくとも一端側を面押しするステップと、
前記板材を丸めるステップと、
前記板材に熱処理を施すステップと、
前記板材にバレル加工を行うステップとを有することを特徴とする。

第３の本発明の保持体の製造方法は、
複数のころと、周方向に分割され前記ころを保持する複数の保持体からなる保持器と、周方向に分割され前記ころの軌道面を有する複数のレース板からなる外側レースとを有する内燃機関用のころ軸受における保持体の製造方法において、
前記保持体に形成された最も端部側の柱部の幅が、それ以外の柱部の幅よりも狭くなるように、板材を打ち抜くステップと、
前記板材を丸めるステップと、
前記板材に熱処理を施すステップと、
前記板材に銅メッキ及び銀メッキの少なくとも一方を被覆するステップとを有することを特徴とする。

第１の本発明のころ軸受は、前記レース板が、前記凹部に組み込まれており、前記レース板の少なくとも一つは、フリーな状態で、前記凹部の曲率半径より大きい曲率半径を有する外周面を有しているので、フリーな状態で前記レース板の精度が少々悪くても、前記凹部に組み込むことによって、その凹部の真円度にならうように変形するため、前記レース板を組み込んだ状態では、真円に近くなったその軌道面上を前記ころが適切に転動することを確保できる。

前記レース板の板厚は、０．５〜１．５ｍｍであると好ましい。

シリンダヘッド、エンジンブロック又はコンロッドとキャップとで形成する円筒状面に複数の前記レース板を組み込んだとき、最低基準温度において、前記レース板同士の間隙は０．１ｍｍ以上でレース外径の１．０％以下であると好ましい。

シリンダヘッド、エンジンブロック又はコンロッドとキャップとで形成する円筒状面に複数の前記保持体を組み込んだとき、常温において、前記保持体同士の間隙は０．１〜２．５ｍｍであると好ましい。

前記保持体には、銅メッキ及び銀メッキの少なくとも一方が施されていると、潤滑性がよくなるので好ましい。

前記回転軸はカムシャフトであり、前記本体はシリンダヘッドであると好ましく、前記回転軸はクランクシャフトであり、前記本体はエンジンブロックであると好ましく、前記回転軸はクランクシャフトであり、前記本体はコンロッドであると好ましく、前記回転軸はピストンピンであり、前記本体はコンロッドであると好ましい。

第２の本発明のレース板の製造方法は、少なくとも一つの端部に、別の板材の端部が相補する形状が形成されるように、板材を打ち抜くステップと、打ち抜いた前記板材の少なくとも一端側を面押しするステップと、前記板材を丸めるステップと、前記板材に熱処理を施すステップと、前記板材にバレル加工を行うステップとを有するので、例えば板材を打ち抜くことで、その端面にバリやカエリ等の形状不良が生じた場合でも、前記板材の少なくとも一端側を面押しすることにより、それらの形状不良を補正し、前記ころ軸受の適切な動作を確保できる。

第３の本発明の保持体の製造方法は、前記保持体に形成された最も端部側の柱部の幅が、それ以外の柱部の幅よりも狭くなるように、板材を打ち抜くステップと、前記板材を丸めるステップと、前記板材に熱処理を施すステップと、前記板材に銅メッキ及び銀メッキの少なくとも一方を被覆するステップとを有するので、前記保持体を組み合わせて保持器を形成するときに、突き合わせた保持体においおて、最も端部に近い位置で保持されるころの間隔を、それ以外のころの間隔に近づけることができるため、ころ軸受動作時の荷重変動を抑制できる。

以下、本発明の実施の形態を図面を参照して以下に詳細に説明する。図１は、本実施の形態にかかる内燃機関のシリンダヘッドの分解図であるが、カムシャフトは省略して示している。図２は、カムシャフトの一部を拡大して示す図である。図１において、シリンダヘッド１０に対して、半環状のキャップ１１をボルト１２（一本のみ図示）で締め付けることで円筒状面が形成され、その内部に配置したころ軸受１４を介して、不図示のカムシャフトがシリンダヘッド１０に組み付けられることとなる。

図２において、カムシャフト１３は、カムローブ１３ａと、ころ軸受１４により支持される円筒状のジャーナル部１３ｂと、端部大径部１３ｄとを有している。ジャーナル部１３ｂの外径は、カムローブ１３ａの最大寸法及び端部外径部１３ｄの外径より小さくなっている。ころ軸受１４は、本実施の形態では、複数のころ１４ａと、周方向に二分された略半円筒状の保持体１４ｃ、１４ｄと、シリンダヘッド１０及びキャップ１１との間に配置される周方向に二分された略半円筒状のレース板１４ｅ、１４ｆとを有している。尚、保持体１４ｃ、１４ｄで保持器を構成し、レース板１４ｅ、１４ｆで外側レースを構成し、レース板１４ｅ、１４ｆの内周面がころの軌道面となる。

保持体１４ｃの周方向両端部は、図２に示すようにサインカーブに類似した波形（凹凸）形状を有しており、これに対向する保持体１４ｄの周方向両端部は、相補する波形（凸凹）形状を有している。又、レース板１４ｅの周方向一端は楔形状で他端は谷形状であり、これに対向するレース板１４ｆの周方向一端は、相補する谷形状であり、他端は相補する楔形状を有している。

更に、キャップ１１側のレース板１４ｅは、中央部両側から半径方向外側に突出した一対の突起（突片を折り曲げてなる）１４ｇ、１４ｇを有している。一方、キャップ１１には、突起１４ｇ、１４ｇに対応したくぼみ１１ａ（１つのみ図示）が形成されている。レース板１４ｅをキャップ１１の半円筒面を有する凹部に組み付けたとき、その突起１４ｇがくぼみ１１ａにそれぞれ係合し、キャップ１１に対してレース板１４ｅの周方向移動及び軸線方向移動を阻止するようになっている。

レース板１４ｆは、中央部の両側から半径方向外側に突出した一対の突起（突片を折り曲げてなる）１４ｈ、１４ｈを有している。一方、シリンダヘッドの受け部１０ａには、突起１４ｈ、１４ｈに対応したくぼみ１０ｂ（１つのみ図示）が形成されている。レース板１４ｆを受け部１０ａの半円筒面を有する凹部に組み付けたとき、その突起１４ｈがくぼみ１０ｂにそれぞれ係合し、受け部１０ａに対してレース板１４ｆの周方向移動及び軸線方向移動を阻止するようになっている。

本実施の形態によれば、保持体１４ｃ、１４ｄの端部同士を組み合わせて円筒状の保持器を構成しているので、ころ軸受１４の動作中に、端部波形形状の組み合わせにより保持体１４ｃ、１４ｄ間の荷重移動が急激でなくなり、また端部波形形状凸が各保持体１４ｃ、１４ｄの軸線方向移動を抑制するため、ころ軸受１４の動作を円滑に行うことができる。又、保持体１４ｃ、１４ｄの組付時における対向する端部間の隙間は、最低基準温度（例えば−４０℃）で０より大きくなっている（常温で０．１〜２．５ｍｍの隙間）ため、内燃機関を冷間起動する際にも、保持器の変形が生じることがなく、ころ軸受１４の適切な動作を確保できる。

更に、レース板１４ｅ、１４ｆの端部同士を組み合わせて円筒状の外側レースを構成しているので、ころ軸受１４の動作中に、端部楔形状と谷形状の組み合わせによりレース板１４ｅ、１４ｆとの間でころ１４ａが乗り移る際の荷重移動が急激でなくなり、またレース板１４ｅ、１４ｆの軸線方向移動を抑制するため、ころ軸受１４の動作を円滑に行うことができる。又、レース板１４ｅ、１４ｆの組付時における対向する端部間の隙間は、最低基準温度（例えば−４０℃）で０より大きくなっている（好ましくは０．１ｍｍ以上、レース外径の１．０％以下の隙間）ため、内燃機関を冷間起動する際にも、レースの変形が生じることがなく、ころ軸受１４の適切な動作を確保できる。

更に、レース板１４ｅ、１４ｆは別個に焼き入れ処理などを行うことで、硬度を増大でき耐摩耗性を向上させることができるため、シリンダヘッド１０の支持部に焼き入れ処理を施す必要がなくなり、製造工程の簡素化を図れる。同様な理由により、ころ軸受１４とカムシャフト１３のジャーナル部１３ｂとの間に、外側のレースと同様に分割された内側のレースを設ければ、カムシャフト１３のジャーナル部１３ｂに焼き入れ処理を施す必要がなくなり、製造工程の簡素化を図れる。

尚、保持体１４ｃ、１４ｄの端部を楔形状及び谷形状としても良く、逆にレース板１４ｅ、１４ｆの端部を波形形状としても良いし、両側縁と直交しない直線状の端部形状（レース板を平面に展開すると平行四辺形状となる）でもよい。すなわち、対向するレース板同士を付き合わせたときに、軸線方向に互いに重合し合う端部形状であれば足りる。

図３は、本実施の形態のレース板を製造する工程を示すフローチャート図である。レース板の素材となる板材は、厚さが０．５〜１．５ｍｍであると好ましい。その理由は、０．５ｍｍより薄いと、熱処理時に割れやすくなり、１．５ｍｍを超えると、剛性が高くなりすぎて、キャップ１１及び受け部１０ａの凹部に組み込まれたとき密着度が低下して、良好な真円度を得られない恐れがあるからである。

図３のステップＳ１０１に示すように、かかる板材Ｍを打ち抜く。かかる板材Ｍの形状は、図４に示すものである。続いて、板材Ｍの両端近傍（点線で示す位置）を面押し加工する。面押し加工により、打ち抜いた板材Ｍの端部のバリ・カエリが補正され、また端部形状も補正されるため、組み込み時の精度がよくなる。尚、板材Ｍの尖った端部の先の曲率半径ｒ１は、反対側端部のくぼんだ端部の奥の曲率半径ｒ２よりも大きくなっている。

ステップＳ１０３において、板材Ｍを丸める加工を行う。このとき、図５において、受け部もしくはキャップの凹部Ｃの曲率半径Ｒ１に対して、フリーな状態の板材Ｍ（すなわちレース板）の外周面の曲率半径Ｒ２が、わずかに大きくなるように曲げている。このような形状とすれば、レース板を受け部やキャップの凹部に組み込んだとき、凹部の真円度を適切にすることで、レース板がそれにならい、ころが真円の軌道面に沿って転動するため、不要な振動を抑制し、ころ軸受の寿命を長くすることができる。尚、打ち抜き時の剪断面を、内側（軌道面側）にするように丸めると、破断面に生じたバリなどの影響を回避できる。

丸められた板材Ｍは、図３のステップＳ１０４で焼き入れ・焼き戻しの熱処理を施され、ステップＳ１０５でバレル加工を行ってバリ等が除去され、レース板が完成する。

図６は、本実施の形態の保持体を製造する工程を示すフローチャート図である。図６のステップＳ２０１に示すように、かかる板材Ｎを打ち抜く。かかる板材Ｎの形状は、図７に示すものである。このとき、板材Ｎにポケット部を打ち抜き形成することによって柱部Ｎａ、Ｎｂが生じる。ここで、両端部の柱部Ｎａの幅（Ｐ／２）は、それ以外の柱部Ｎｂの幅（Ｐ）の半分となっている。従って、かかる板材Ｎから形成した一対の保持体を組み合わせて保持器を形成した場合、ポケット部に保持されるころの間隔を、場所によらず等間隔とできる。尚、両端部の柱部Ｎａの幅は、それ以外の柱部Ｎｂの幅の半分に限らず、それより小さければ足りる。

さらに、図６のステップＳ２０２において、板材Ｎを丸める加工を行う。丸められた板材Ｎは、ステップＳ２０３で焼き入れ・焼き戻しの熱処理を施され、ステップＳ２０４でバレル加工を行ってバリ等が除去され、ステップＳ２０５で銅メッキもしくは銅＋銀メッキが施され、保持体が完成する。

図８は、本実施の形態にかかる内燃機関のエンジンブロックの分解図である。図８において、エンジンブロック２０に対して、ベアリングキャップ（キャップともいう）２１を不図示のボルトで締め付けることで円筒状面が形成され、その内部に配置したころ軸受２４を介して、クランクシャフト２３はシリンダヘッド２０に組み付けられることとなる。

クランクシャフト２３は、ころ軸受２４により支持される円筒状のジャーナル部２３ｂを有している。ころ軸受２４は、本実施の形態では、複数のころ２４ａと、周方向に二分された保持体２４ｃ、２４ｄとを有している。尚、保持体２４ｃ、２４ｄで保持器を構成している。図示していないが、保持体２４ｃ、２４ｄとエンジンブロック２０及びキャップ２１との間には、図１，２に示すようなレース板（レース）が配置されている。本実施の形態においても、上述の実施の形態と同様な効果が得られる。

図９（ａ）は、別な実施の形態にかかる保持体２３’の端部同士を突き合わせて半径方向から見た状態を示す図であり、図９（ｂ）は、保持体２３’の端部同士を突き合わせて軸線方向から見た状態を示す図である。図９（ａ）に示すように、半径方向に見た保持体２３’の端部の角部には、任意の角度或いは曲率半径の面取り部ＲＣを形成している。

さらに、図９（ｂ）に示すように、軸線方向に見た保持体２３’の内側角部にも、任意の角度或いは曲率半径の面取り部ＲＣを形成している。尚、保持体２３’の端部外周面は、丸める加工によって本来的には円筒面の一部となるはずであるが、端部から距離Δ（例えば１ｍｍ）にわたって平面が形成されるよう、切削もしくは面押し加工されるとよい。

図１０は、更に別な実施の形態にかかるころ軸受を適用したコンロッドを示す図である。図１０において、コンロッド３０は、大端部側が分割可能となっており、キャップ３１と、本体３２とから構成されている。本体３２の凹部には、上述の実施の形態と同様な形状のレース体３４ｅが装着され、キャップ３１の凹部にも同様な形状のレース体３４ｆが装着される。

組み付け時には、クランクシャフトのピン部２３ｃの両側から、上述した実施の形態と同様な形状の、ころを保持する保持体３４ｃ、３４ｄを介在させながら、キャップ３１，本体３２を接近させ、２本のボルト３５を用いて締結することで、コンロッド３０は一体となってクランクシャフトに取り付けられる。なお、コンロッド３０の小端部にはブッシュ３０ａが配置され、不図示のピストンピンを相対回転可能に保持している。

以上、本発明を実施例を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。例えば、レースや保持器は周方向に３つ以上分割されていて良い。

本実施の形態にかかる内燃機関のシリンダヘッドの分解図である。 カムシャフトの一部を拡大して示す図である。 本実施の形態のレース板を製造する工程を示すフローチャート図である。 レース板を形成する板材Ｍの打ち抜き後の形状を示す図である。 本実施の形態のレースをキャップ等に組み込む状態を示す側面図である。 本実施の形態の保持体を製造する工程を示すフローチャート図である。 保持体を形成する板材Ｎの打ち抜き後の形状を示す図である。 本実施の形態にかかる内燃機関のエンジンブロックの分解図である。 図９（ａ）は、別な実施の形態にかかる保持体２３’の端部同士を突き合わせて半径方向から見た状態を示す図であり、図９（ｂ）は、保持体２３’の端部同士を突き合わせて軸線方向から見た状態を示す図である。 更に別な実施の形態にかかるころ軸受を適用したコンロッドを示す図である。

符号の説明

１０ シリンダヘッド
１３ カムシャフト
１４、２４ ころ軸受
２０ エンジンブロック
２３ クランクシャフト
３０ コンロッド

Claims (11)

1. 内燃機関の回転軸を、本体及びキャップとの間で相対回転自在に支持するころ軸受であって、
   複数のころと、周方向に分割され前記ころを保持する複数の保持体からなる保持器と、周方向に分割され前記ころの軌道面を有する複数のレース板からなる外側レースとを有し、
   前記レース板は、回転軸とキャップの凹部に組み込まれており、前記レース板の少なくとも一つは、フリーな状態で、前記凹部の曲率半径より大きい曲率半径を有する外周面を有していることを特徴とするころ軸受。
2. 前記レース板の板厚は、０．５〜１．５ｍｍであることを特徴とする請求項１に記載のころ軸受。
3. 本体とキャップとで形成する円筒状面に複数の前記レース板を組み込んだとき、最低基準温度において、前記レース板同士の間隙は０．１ｍｍ以上でレース外径の１．０％以下であることを特徴とする請求項１又は２に記載のころ軸受。
4. 本体とキャップとで形成する円筒状面に複数の前記保持体を組み込んだとき、常温において、前記保持体同士の間隙は０．１〜２．５ｍｍであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載のころ軸受。
5. 前記保持体には、銅メッキ及び銀メッキの少なくとも一方が施されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載のころ軸受。
6. 前記回転軸はカムシャフトであり、前記本体はシリンダヘッドであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のころ軸受。
7. 前記回転軸はクランクシャフトであり、前記本体はエンジンブロックであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のころ軸受。
8. 前記回転軸はクランクシャフトであり、前記本体はコンロッドであることを特徴とする請求項１乃至５のいずれかに記載のころ軸受。
9. 複数のころと、周方向に分割され前記ころを保持する複数の保持体からなる保持器と、周方向に分割され前記ころの軌道面を有する複数のレース板からなる外側レースとを有する内燃機関用のころ軸受におけるレース板の製造方法において、
   少なくとも一つの端部に、別の板材の端部が相補する形状が形成されるように、板材を打ち抜くステップと、
   打ち抜いた前記板材の少なくとも一端側を面押しするステップと、
   前記板材を丸めるステップと、
   前記板材に熱処理を施すステップと、
   前記板材にバレル加工を行うステップとを有することを特徴とするレース板の製造方法。
10. 打ち抜いたときに生じる剪断面を前記ころの軌道面側とするように、前記板材を丸めることを特徴とする請求項９に記載のレース板の製造方法。
11. 複数のころと、周方向に分割され前記ころを保持する複数の保持体からなる保持器と、周方向に分割され前記ころの軌道面を有する複数のレース板からなる外側レースとを有する内燃機関用のころ軸受における保持体の製造方法において、
    前記保持体に形成された最も端部側の柱部の幅が、それ以外の柱部の幅よりも狭くなるように、板材を打ち抜くステップと、
    前記板材を丸めるステップと、
    前記板材に熱処理を施すステップと、
    前記板材に銅メッキ及び銀メッキの少なくとも一方を被覆するステップとを有することを特徴とする保持体の製造方法。
    

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