JP2005249091A - コネクティングロッド大端用ころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】コネクティングロッド大端用ころ軸受１において、コネクティングロッド１１の大端部１２およびクランクピン１４の摩耗を抑制するとともに、コネクティングロッド１１の動作円滑性を高める。
【解決手段】コネクティングロッド大端用ころ軸受１は、フープ材を基材として丸めて両端を溶接した溶接タイプの保持器３を用いる。この保持器３の内径面を多角形状にしてクランクピン１４の外周面１４ａで案内する内径案内とする。
【選択図】 図３

Description

本発明は、コネクティングロッド大端部とクランクピンとの間に介装される、保持器付きのコネクティングロッド大端用ころ軸受に関する。

コネクティングロッド大端用ころ軸受には、円周等配位置にポケットを有する一体型の保持器と、該保持器のポケット内に収容される複数の針状ころとを有し、これらをクランクピンとコネクティングロッドの大端部との間に挿入して当該保持器の外径面を大端部の内周面で案内させる外径案内としたものがある（特許文献１参照）。
実公平３−１０４１６号

このようなコネクティングロッド大端用ころ軸受の場合、外径案内とした保持器がコネクティングロッド大端部の内周面に摺接するため、回転遠心力でコネクティングロッド大端部の内周面側へ移動する潤滑油が、軸方向へ通過しにくくなって、ころによる潤滑油の攪拌抵抗が増大するとともに、潤滑油通過量が減少してコネクティングロッド大端部の内周面全体が経時的に摩耗しやすくなる。

本発明によるコネクティングロッド大端用ころ軸受は、保持器付きであって、当該保持器は、溶接タイプとされ、かつその内径面が円周方向に多角形状とされてクランクピンの外周面で案内される内径案内とされていることを特徴とするものである。この溶接タイプの保持器とは、例えば長手方向複数箇所にころ収納用のポケットを有するフープ材を丸めて両端を溶接したタイプの保持器である。また、フープ材とは、例えばプレス加工した帯状の鋼板のことであり、その表裏両面は比較的平滑で表面粗さが小さい。

好ましくは、前記保持器を、軸方向両側に平行に配置した第１、第２環状部と、両環状部間の円周方向複数箇所に設けた柱部と、各柱部の間に設けたポケットとで構成し、かつ、両環状部の内径面の各ポケット対応領域を湾曲形状になし、かつ各柱部対応領域と各柱部の内径面とを実質平坦な形状になすことにより、保持器の内径面を多角形状にすることができる。実質平坦とは、僅かに湾曲する形状も含む概念である。

本発明のように保持器を内径案内にしている場合、保持器の外径面とコネクティングロッド大端部の内周面との間のすきまが従来例の外径案内の場合よりも大きくなるので、回転遠心力で外径側に移動した潤滑油が軸方向両側へ円滑に通過するようになる。これにより、ころによる潤滑油の攪拌抵抗が軽減されるとともに、潤滑油通過量が増加してコネクティングロッド大端部の内周面における潤滑性が向上する。

ところで、保持器を内径案内にした場合、保持器の内径面がクランクピンの外周面に摺接するとともに、潤滑油が回転遠心力により外径側に移動するために、通常ならば保持器の内径面およびクランクピンの外径面が摩耗しやすくなる。仮に、保持器が鋼管を旋削して製作するソリッドタイプである場合、保持器の外径面および内径面に旋削目ができるなど表面粗さが大きくなるので、研磨することにより表面粗さを小さくする必要がある。しかし、一般的に、円筒形部品の外径面に対する研磨加工は技術的に容易である反面、内径面に対する研磨加工が困難であることから、保持器の外径面を研磨加工しても、保持器の内径面には研磨加工をしない。そのため、保持器内径面に旋削目が残るので、保持器内径面およびクランクピンの外周面における摩耗が進展しやすくなると考えられる。

これに対し、本発明のように、表面粗さの小さいフープ材を基材とした保持器を用いた場合、保持器の内径面を研磨しなくてもクランクピンの外周面が摩耗しにくくなる。しかも、本発明のように保持器の内径面を多角形状にした場合、保持器の内径面とクランクピンの外周面との間の円周方向複数箇所に比較的大きなすきまが形成されるから、このすきまが油溜まりとして機能し、保持器とクランクピンとの摺接部分の潤滑条件を良好にすることができる。これらの結果、保持器を内径案内にしても、クランクピンの摩耗を抑制できるようになる。

本発明によれば、コネクティングロッド大端部とクランクピンの摩耗を抑制できるとともに、コネクティングロッドの動作円滑性の向上に大きく貢献できるものとなる。

以下、本発明を実施するための最良の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本実施形態のコネクティングロッド大端用ころ軸受が適用される自動車のクランク機構周りを示す断面図、図２は、図１のころ軸受１の分解斜視図、図３は、図１の（３）−（３）線断面の矢視図、図４は、図３の（４）−（４）線断面の拡大矢視図、図５は、図３の一部を拡大して示す図である。

図１に示すように、エンジンのコネクティングロッド１１の大端部１２とクランクシャフト１３のクランクピン１４との間にころ軸受１が装着される。

ころ軸受１は、複数個の針状ころ２と、各針状ころ２を円周方向等間隔に保持する環状の保持器３とからなるケージアンドローラである。

コネクティングロッド１１の大端部１２の内周面１２ａとクランクピン１４の外周面１４ａはそれぞれ針状ころ２の外輪側と内輪側の転走面を構成する。

クランクピン１４には、針状ころ２の配置空間に潤滑油を供給するための油通路７が設けられている。この油通路７は、クランクピン１４における一端面側から外周面１４ａのころ転走領域へ潤滑油を導くものであり、油導入孔７ａと油搬送穴７ｂと油供給孔７ｃとで構成されている。油導入孔７ａは、クランクピン１４においてバランスウェイト１５に対する嵌合部に径方向に沿って設けられている。油搬送穴７ｂは、クランクピン１４の一端面側から他端側途中まで軸方向に沿って設けられており、この油搬送穴７ｂの開放端は蓋７ｄにより塞がれている。油供給孔７ｃは、油搬送穴７ｂの奥側からクランクピン１４の外周面１４ａにおけるころ転走領域まで径方向に沿って設けられている。ただし、油導入孔７ａはバランスウェイト１５内において油搬送穴７ｂに臨む部分のみが示され、油の導入口の図示は本発明の理解に特に必要としないから省略している。

図２ないし図５に示すように、保持器３は、溶接タイプの保持器とされ、保持器３の内径面は多角形状とされてクランクピン１４で案内される内径案内とされている。保持器３は、溶接タイプとして、冷間圧延鋼板からなるフープ材（帯状鋼板）を円形形状に丸めるとともに、その丸めたフープ材の両端を溶接することにより製作されており、鋼管を旋削して製作されるソリッドタイプの保持器よりも簡易に製作できる。

詳しくは、保持器３は、形状的には、いわゆる逆さ門形と称されるもので、構成要素として、軸方向両側に平行に配置した第１、第２環状部３ａ，３ｂと、両環状部３ａ，３ｂ間の円周方向複数箇所に設けた柱部３ｃと、各柱部３ｃの間に設けたポケット３ｄとを備える。

保持器３の厚み方向の中心円径Ｒは、図５で示すように、各ポケット３ｄそれぞれに収納された状態にある針状ころ２それぞれの中心を通る円の直径（Ｐ．Ｃ．Ｄ．）と同一かあるいはそれよりも小さく設定されている。

各柱部３ｃそれぞれの軸方向の中間部分３ｅは径方向内向きに凹んで薄肉に形成されている。各ポケット３ｄの円周方向幅は径方向内向きに狭くなっている。中間部分３ｅは両側部分３ｆ，３ｇよりも円周方向に凹んでおり、その円周方向幅は径方向内向きに狭くなっている。そのために、ポケット３ｄを間にして対向する一方側部分３ｆ，３ｆどうしの円周方向対向間隔、他方側部分３ｇ，３ｇどうしの円周方向対向間隔（図５では表されないが一方側部分３ｆ，３ｆと同じ）が、同じくポケット３ｄを間にして対向する中間部分３ｅ，３ｅどうしの円周方向対向間隔よりも小さくなっている。詳しくは、一方側部分３ｆ，３ｆどうしの外径端の円周方向対向間隔Ｗ１および他方側部分３ｇ，３ｇどうしの外径端の円周方向対向間隔Ｗ１それぞれを針状ころ２の直径ｄよりも大きくなし、一方側部分３ｆ，３ｆどうしの内径端の円周方向対向間隔Ｗ２および他方側部分３ｇ，３ｇどうしの内径端の円周方向対向間隔Ｗ２それぞれを針状ころ２の直径ｄよりも小さくなして、針状ころ２が径方向内向きへとポケット３ｄから抜け出すのを防いでいる。中間部分３ｅ，３ｅどうしの内径端の円周方向対向間隔Ｗ３および中間部分３ｅ，３ｅどうしの外径端の円周方向対向間隔Ｗ４は共に針状ころ２の直径ｄよりも大きくなされている。

さらに、図４で示すように、保持器３の第１、第２環状部３ａ，３ｂの内径面３ｈ，３ｉそれぞれとクランクピン１４の外周面１４ａとの間の案内すきまＳ１を、第１、第２環状部３ａ，３ｂの外径面３ｊ，３ｋそれぞれと大端部１２の内周面１２ａとの間のすきまＳ２よりも小さくすることにより、保持器３はクランクピン１４の外周面１４ａで回転案内される内径案内になっている。

また、保持器３の柱部３ｃの内径部分を径方向外向きに凹ませて柱部３ｃの厚み方向を薄くすることにより、図４で示すように柱部３ｃの内径面３ｍとクランクピン１４の外周面との間のすきまＳ３を、上記外径側の径方向すきまＳ２よりも大きくなし、油通路７の油供給孔７ｃから導入される潤滑油をすきまＳ３内に受け入れやすくするとともに、すきまＳ３に油溜まり用の空隙を作られるようになしている。

さらに、保持器３の両環状部３ａ，３ｂの外径面３ｊ，３ｋは、円形に形成されているが、両環状部３ａ，３ｂの内径面３ｈ，３ｉは多角形状（図では１６角形状）に形成されている。具体的に、両環状部３ａ，３ｂの内径面３ｈ，３ｉにおいて各ポケット３ｄに対応する領域は、円弧の一部をなす曲面に形成されている。一方、両環状部３ａ，３ｂの内径面３ｈ，３ｉにおいて各柱部３ｃに対応する領域および各柱部３ｃの内径面は、平坦面、つまり、各柱部３ｃの円周方向中央を径方向に通る線に対して直交するような平坦面になっている。また、各柱部３ｃの外径面（中間部分３ｅ、両側部分３ｆ，３ｇそれぞれの外径面）３ｎは、両環状部３ａ，３ｂの外径面３ｊ，３ｋの曲率と同一の曲面に形成されている。

図６ないし図１０を参照して以上の構成を備えた溶接タイプの保持器３の製作手順を説明する。

まず、図６に示すように、フープ材を基材２０とし、その表面側に長手方向に沿う溝２１を形成する。この溝２１は、柱部３ｃの外径側の凹みとなる。なお、基材２０の裏面側にも柱部３ｃの内径側の凹みとなる溝を形成するが、この溝の深さが浅いので、この溝の図示は図６から図８において省略している。

次いで、図７に示すように、この基材２０の長手方向複数箇所をパンチング工具（図示略）で厚み方向に打ち抜くことによりポケット３ｄを得る。この時点では、基材２０の柱部３ｃの断面形状は、図９に示すように、矩形であり、各ポケット３ｄは基材２０の厚み方向に真っ直ぐに貫通する形状になっている。この基材２０の隣り合う柱部３ｃの両側部分３ｆ，３ｇにおける対向間隔Ｗ５つまりポケット３ｄにおける軸方向両側部分の開口幅は針状ころ２の直径ｄよりも大きくなっている。

この基材２０を、図８の二点鎖線で示す位置で切断することにより所定長さにしてから、図１０に示すように、適宜の受け金型３０と複数個の押し金型３５を用いることにより環状に丸めて、その両端の突き合せ部を溶接する。基材２０を環状に丸めると、図５に示すように各ポケット３ｄの幅が径方向内向きに漸次狭くなり、また、保持器３が全体的に多角形状になる。なお、保持器３が多角形状となるのは、各柱部３ｃの存在する領域で屈曲しにくく、ポケット３ｄが存在する領域で屈曲しやすいからであり、しかも、各柱部３ｃの存在する領域が屈曲後のスプリングバックにより平坦になりやすいからである。

この後、保持器３の外径面を研磨加工することにより、両環状部３ａ，３ｂの外径面を円形にするとともに柱部３ｃの外径面を両環状部３ａ，３ｂの円形外径面と略同一曲率の曲面にする。保持器３の内径面に対しては研磨加工をしない。このようにして製作した保持器３の各ポケット３ｄに針状ころ２を組み込んでころ軸受１の組み立てが完成する。

以上説明したように、保持器３を内径案内にすることにより、保持器３の外径面とコネクティングロッド１１の大端部１２の内周面１２ａとの間のすきまＳ２を従来例の外径案内の場合よりも大きくしているので、回転遠心力で外径側に移動した潤滑油は軸方向両側へ円滑に通過するようになる。これにより、針状ころ２による潤滑油の攪拌抵抗が軽減され、潤滑油通過量が増加してコネクティングロッド１１の大端部１２の内径面における潤滑性が向上する。

保持器３を内径案内にした場合、保持器３の内径面はクランクピン１４の外周面１４ａに摺接するとともに、潤滑油は回転遠心力により外径側に移動するために、通常ならば保持器３の内径面およびクランクピン１４の外周面１４ａが摩耗しやすくなる。仮に、保持器３が鋼管を旋削して製作するソリッドタイプである場合、保持器３の外径面および内径面に旋削目ができるなど表面粗さが大きくなるので、研磨することにより表面粗さを小さくする必要がある。この場合、一般的には、円筒形部品の外径面に対する研磨加工は技術的に容易であるが、内径面に対する研磨加工は困難であることから、保持器外径面を研磨加工するが、保持器内径面には研磨加工をしない。そのために、保持器内径面に旋削目ができるので、保持器内径面およびクランクピン１４の外周面１４ａにおける摩耗が進展しやすくなる。

これに対し、本発明のように、表面粗さの小さいフープ材を基材とした保持器３を用いた場合、保持器３の内径面を研磨しなくてもクランクピン１４の外周面１４ａが摩耗しにくくなる。しかも、本発明のように保持器３の内径面を多角形状にした場合、保持器３の内径面とクランクピン１４の外周面１４ａとの間の円周方向複数箇所に比較的大きなすきまができるので、このすきまが油溜まりとなり、保持器３とクランクピン１４との摺接部分の潤滑条件が良好となる。これらのことから、保持器３を内径案内にしても、クランクピン１４の摩耗を抑制できるようになる。

したがって、本発明のころ軸受１によれば、コネクティングロッド１１の大端部１２の内周面１２ａおよびクランクピン１４の外周面１４ａにおける耐摩耗性、コネクティングロッド１１の動作円滑性を高めることができる。

以下、本発明の他の実施形態を説明する。

（１）保持器３は、少なくとも第１、第２環状部３ａ，３ｂの内径面がクランクピン１４で案内される形態であればよく、保持器３の柱部３ｃの形状については、図４に示した形状に限定されず、いろいろな変更が可能である。

（２）クランクピン１４に油通路７を設けていないものも本発明に含む。

（３）図１０に示す基材２０の丸め工程の後で保持器３の外径面に対する研磨加工を省略してもよい。この研磨加工を省略した場合、保持器３の両環状部３ａ，３ｂの外径面が多角形状のままになり、各柱部３ｃの外径面が内径面と同じように平坦になる。このようにした場合、研磨加工を省略できる分、コスト低減が可能になる。

本発明の一実施形態に係るコネクティングロッド大端用ころ軸受を使用するクランク機構周りの断面図 図１のころ軸受の分解斜視図 図１の（３）−（３）線断面の矢視図 図３の（４）−（４）線断面の拡大矢視図 図３の一部を拡大して示す図 図１の保持器の製造工程を示す図 図６の続きの工程を示す図 図７の続きの工程を示す図 図８で得た保持器基材の軸方向中央を長手方向に断面にした図 図８の続きの工程を示す図

符号の説明

１はコネクティングロッド大端用ころ軸受、２は針状ころ、３は保持器、３ａ，３ｂは環状部、３ｃは柱部、３ｄはポケット、１１はコネクティングロッド、１２は大端部、１４はクランクピン。

Claims (2)

1. コネクティングロッド大端部とクランクピンとの間に介装される、保持器付きコネクティングロッド大端用ころ軸受であって、
   前記保持器は、溶接タイプとされ、かつその内径面が円周方向に多角形状とされてクランクピンの外周面で案内される内径案内とされている、ことを特徴とするコネクティングロッド大端用ころ軸受。
2. 前記保持器は、軸方向両側に平行に配置した第１、第２環状部と、両環状部間の円周方向複数箇所に設けた柱部と、各柱部の間に設けたポケットとを備え、かつ、両環状部の内径面の各ポケット対応領域が湾曲形状とされ、かつ各柱部対応領域と各柱部の内径面とが実質平坦形状とされて、保持器の内径面が多角形状にされている、ことを特徴とする請求項１に記載のコネクティングロッド大端用ころ軸受。

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