JP2006071006A - ころ軸受用の軌道輪ならびにその軌道輪を用いたころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】非回転とされかつ周面にころ１３の軌道面を有するころ軸受１０用の軌道輪１２において、ころ１３に付着しているカーボンスーツ等の異物を効率よく取り除いて、軌道面の耐摩耗性を向上する。
【解決手段】軌道輪１２の軌道面に、ころ１３の転動に伴い当該ころ１３の周面に付着しているカーボンスーツ等の異物を取り除く筋状の凹部１４を設けた。軌道輪１２の軌道面上を複数個のころ１３が転動すると、このころ１３が軌道面に設けた凹部１４上を横切ることで、ころ１３の周面に付着しているカーボンスーツ等の異物が凹部１４の開口側の縁で取り除かれる。これにより、ころ１３と軌道輪１２との間への異物噛み込みを抑制または防止できる。
【選択図】図２

Description

本発明は、ころ軸受用の軌道輪ならびにその軌道輪を用いたころ軸受に関する。

例えば、自動車等のエンジン動弁機構やその他の各種のカム機構等に用いられるローラフォロアは、一対の対向側壁間に架け渡されて固定された支軸に、ローラを複数個のころを介して回転自在に外装した構成であり、回転するカム等がローラの外周面に当接されることで、ローラフォロア全体を所定方向に往復変位させるようになっている（例えば特許文献１参照。）。ディーゼルエンジンの場合、潤滑油（エンジンオイル）内におけるカーボンスーツ等の異物の混入量が多いために、この潤滑油がローラフォロアに供給されると、ころとローラの内周面および支軸の外周面との間に上記異物がかみ込みやすくなり、特に支軸の外周面が摩耗しやすくなる。
特開平５−３２１６１６号

本発明は、ころ軸受用の軌道輪において、ころに付着しているカーボンスーツ等の異物を効率よく取り除いて、軌道面の耐摩耗性を向上することを解決すべき課題とする。

本発明は、非回転とされかつ周面にころの軌道面を有するころ軸受用の軌道輪であって、該軌道面に、ころの転動に伴い当該ころの周面に付着している異物を取り除く筋状の凹部を設けたことを特徴としている。

なお、上記軌道輪とは、ころ軸受の外輪または内輪そのものの他、外輪として用いるケース等の外輪部材や内輪となりうる軸などの内輪部材も含む。また、軌道輪といっても中空、中実を問わないものである。

本発明によると、ころが軌道輪の軌道面上を転動することによって軌道面に設けた凹部上を横切ることで、ころの周面に付着しているカーボンスーツ等の異物が凹部の開口側の縁でかきとられて取り除かれることになる。そのため、ころと軌道面との間における上記異物の噛み込み量を従来例より大幅に減らすことができ、軌道面の耐摩耗性が向上する。

好ましくは、上記凹部は、中心軸線と平行または中心軸線に対して所定角度傾いた直線状で、ころとの軸方向接触域に形成することができる。この場合、軌道輪においてころとの軸方向接触域の全域をころが横切ることになるので、ころの周面全域に付着するカーボンスーツ等の異物を取り除くことが可能になる。

好ましくは、上記凹部を、軌道面におけるラジアル荷重の負荷圏においてころの公転方向上流側に設けたものとすることができる。この場合、ころが負荷圏に進入する際に上記異物を取り除くことができるから、ころと軌道輪との間の接触面圧の高い領域での上記異物の噛み込みを抑制または防止でき、摩耗抑制効果が向上する。なお、ここにおける上流側とは、負荷圏において、ころの公転方向上流端と一致する位置のみでなく、該上流端よりもさらに上流側の非負荷圏領域やあるいは該上流端より少し下流側の負荷圏領域も含まれる。

好ましくは、上記凹部に、上記ころの周面に付着している異物を自身に転移埋没するようにして取り除く軟質部材を埋め込んだものとすることができる。この場合、軟質部材がない場合に比べてころの周面が損傷しにくくなり、しかも、ころの周面から取り除いたカーボンスーツ等の異物が周囲に移動することを抑制または防止することができて、ころへ再付着することを抑制または防止できる。

本発明は、外周面にころの内輪軌道となる面を有する軸からなるころ軸受用の軌道輪であって、その外周面でころとの軸方向接触域に中心軸線と平行または中心軸線に対し所定角度傾いた筋状の凹部を設け、この凹部内にころの転動に伴い当該ころの周面に付着している異物を自身に転移埋没するようにして取り除く軟質金属を埋め込んだことを特徴としている。

この構成は、実用上、好適な構成に特定したものであり、上述した諸々の作用、効果が得られる。

本発明は、外輪部材および内輪部材の少なくともいずれか一方を有するころ軸受であって、上記一方部材を上記したころ軸受用の軌道輪としたことを特徴としている。

この場合、軌道輪による上記異物除去作用によって、ころと軌道輪との間への異物の噛み込みを抑制または防止できるようになるので、転がり特性ならびに寿命の向上が図れる。

本発明のころ軸受用の軌道輪によると、軌道面ところとの間へのカーボンスーツ等の異物の噛み込み量を減少できるので、耐摩耗性を向上できる。また、本発明のころ軸受によると、転がり特性ならびに寿命を向上できる。

図面を参照して本発明による最良の形態を説明する。図１はころ軸受の断面図、図２は、図１の（２）−（２）線断面の矢視図、図３は、軸の斜視図である。

ころ軸受１０は、外輪１１と内輪部材としての軸１２との間に複数個のころ１３を介装した総ころ軸受の構成である。

外輪１１は、絞り成形されて製造されるシェル形外輪と呼ばれるもので、円筒形本体部１１ａの軸方向一端に円筒形本体部１１ａと略同一厚みの径方向内向きの鍔部１１ｂが設けられ、軸方向他端に円筒形本体部１１ｂよりも薄い厚みの径方向内向きの鍔部１１ｃが設けられている。この外輪１１は、旋削加工により形成されるソリッド形と呼ばれるものでもよい。

ころ１３は、針状ころと呼ばれる細長いタイプであるが、円筒ころであってもよい。この複数個のころ１３は、外輪１１の内周面に外接された状態で円周方向隣り合わせに並べて組み込まれている。外輪１１にころ１３を組み込んだ組品と軸１２とを組み合わせた状態で、ころ１３は軸１２に内接される。

ここで、ころ軸受１０の使用環境で供給される潤滑油中に混入しているカーボンスーツ等の異物がころ１３の周面に付着するような状況において、ころ１３に付着しているカーボンスーツ等の異物を効率よく取り除けるようにしているので、詳しく説明する。

具体的に、軸１２を非回転とし、外輪１１を回転させる場合、非回転の軸１２の外周面に筋状の凹部１４を設け、この凹部１４に軟質部材１５を埋め込んでいる。図示した例では、凹部１４を軸１２の円周方向一箇所に軸１２の中心軸線Ｐに平行な直線溝とし、軸１２の軸方向全長にわたって形成している。そして、図２に示すように、凹部１４を、軸１２の軌道面におけるラジアル荷重の負荷圏１６においてころ１３の転動方向（図の矢印方向）の上流端１６ａに配置している。負荷圏１６は、ラジアル荷重を受ける範囲のことであり、その角度θは使用条件により適宜変わる。

凹部１４は、断面の形状が略半円形状となっており、この凹部１４の円周方向での開口幅は、ころ１１の直径より小さく設定されている。なお、凹部１４の断面形状はこれに限定されず、例えばＶ字形状であってもよい。

ここで、軸１２は、適宜の鋼材（例えばステンレス鋼、軸受鋼、炭素鋼、浸炭鋼等）を基材として適宜の硬化熱処理（例えば一般熱処理、浸炭処理、窒化処理、浸炭窒化処理等）を施したものとされ、軟質部材１５は、該素材より軟質な金属（例えば銅、鉛、錫、アルミニウム、銀、金、それらの合金等）とされる。

図５および図６を参照して、軸１２の凹部１４に軟質部材１５を埋め込む方法の一例を説明する。まず、図５に示すように、軸１２の所定位置に軸方向に貫通する孔１２ａを設け、この孔１２ａに線状の軟質部材１５を圧入した状態で、図６に示すように、軸１２の外周を仮想線の位置まで研削加工する。これにより、軸１２に凹部１４が形成されて軟質部材１５が表面に露出する。もちろん、このような方法に限らず、軸１２に凹部１４を形成してから、この凹部１４の断面形状に合った形状の軟質部材１５を嵌入させるようにしてもよい。

図４を参照して、動作を説明する。つまり、ころ１３が軸１２の軌道面上を転動することによって、軌道面に設けた軟質部材１５上を横切ると、ころ１３の周面に付着しているカーボンスーツ等の異物が軟質部材１５に転移して埋没されることになって取り除かれる。このように軟質部材１５に上記異物が保持されるので、軟質部材１５に転移した上記異物が周囲に移動することを抑制または防止することができて、新たに転動してくるころ１３へ上記異物が再付着することを抑制または防止できる。

特に、凹部１４を軸方向に沿う直線形状にして軸１２の全長に設けたうえでこの凹部１４内に軟質部材１５を埋め込んでいるので、ころ１３の接触領域の全域に付着するカーボンスーツ等の異物を取り除くことができる。しかも、軟質部材１５を軸１２におけるラジアル荷重の負荷圏１６においてころの公転方向上流側に設けているから、ころ１３が負荷圏１６に進入する際に上記異物を取り除くことができ、それによって、ころ１３と軸１２および外輪１１との間の接触面圧の高い領域にカーボンスーツ等の異物が噛み込むことを抑制または防止できる。

したがって、ころ１３と軸１２および外輪１１との間における上記異物の噛み込み量を従来例より大幅に減らすことができ、軸１２および外輪１１の軌道面の耐摩耗性が向上する。これにより、ころ軸受１０の転がり特性ならびに寿命の向上を図ることができる。

図７を参照して、上記実施形態での軸１２の摩耗試験の結果を説明する。従来例として軸１２に凹部１４および軟質部材１５を設けていない場合についても同様に摩耗試験を行ったので、その結果を図８に示している。

この軸１２の摩耗状態の測定方法は、図９に示すように、軸１２の外周面の円周方向一箇所にプローバ１８をあて、このプローバ１８を軸方向に移動させるようにしている。

試験に用いる本実施形態の軸１２は、ＪＩＳ規格ＳＵＪ２を材料として、表面硬さを６０〜６５ＨＲＣに硬化熱処理（焼入れ焼き戻し）したものを用い、軟質部材１５を銅合金とした。試験に用いる従来例の軸は、ＪＩＳ規格ＳＵＪ２を材料として、表面硬さを６０〜６５ＨＲＣに硬化熱処理（焼入れ焼き戻し）したものを用いた。試験には、カーボンスーツを３ｗｔ％含有したエンジンオイルを用いる。試験で外輪１１に負荷するラジアル荷重を４００Ｎとし、外輪１１を２０００ｒ／ｍｉｎで回転させた。

結果としては、図７と図８から明らかなように、従来例の場合、軸の最大摩耗深さが１６μｍであったのに対し、本実施形態の場合、最大摩耗深さが４μｍと従来例の約１／４程度に大幅に減少した。この結果より、軸１２に凹部１４を設け、この凹部１４内に軟質部材１５を埋め込んだことが、潤滑油中に混入するカーボンスーツ等の異物除去に効果があることが裏付けられたといえる。

以下、本発明の他の実施形態を説明する。

（１）凹部１４は、２本以上設けてもよいし、また、軸１２の中心軸線Ｐに平行な直線溝でなくてもよい。軸１３に対する凹部１４の形成パターンの一例を、図１０および図１１に示す。まず、図１０に示すように、軸１３の軸方向に離れた二箇所に円周方向に連続した環状溝からなる凹部１４ａ，１４ｂを形成し、この凹部１４ａ，１４ｂを軸１３の中心軸線Ｐに対して所定角度θ傾かせたうえで互いに平行に形成することができる。一方の凹部１４ａの端縁と他方の凹部１４ｂの端縁とは、一点鎖線で示すように軸方向で合致するように配置されており、ころ１３の有効軌道長さの全域が凹部１４ａ，１４ｂ上を横切ることになるので、ころ１３の周面に付着しているカーボンスーツ等の異物を効率よく取り除けるようになる。なお、溝どおしを連結して１本のらせん溝形状にしてもよい。また、図１１に示すように、二つの環状溝からなる凹部１４ａ，１４ｂの傾きを逆向きにして、互いに交差させるようにしている。

（２）図１２に示すように、凹部１４内に軟質部材１５を埋め込まないものも本発明に含まれる。この場合、凹部１４の円周方向の開口幅を小さくするのが好ましい。動作としては、軸１２上を転動するころ１３の周面に付着しているカーボンスーツ等の異物が凹部１４の開口側の縁でかきとられて取り除かれることになる。この場合も、凹部１４の形状や形成パターンは特に限定されない。

（３）凹部１４は、外輪１１の内周の軌道面に形成することができる。この場合、外輪１１を非回転とし、軸１２等の内輪部材を回転させる形態とする。

（４）本発明の軌道輪を用いるころ軸受の形式については、図１に示したもののみに限定されず、保持器付きころ軸受など、一般的に公知のころ軸受全般に適用できる。

（５）本発明は、自動車等のエンジン動弁機構、コネクティングロッド大端部やその他の各種のカム機構等に適用することができる。その一例を、図１３および図１４に示す。図において、１はカム、２はローラフォロアとしてのロッカアームを示す。ローラフォロア２は、胴体３、支軸４、ローラ５、および複数個のころ６を備える。この支軸４、ローラ５、複数個のころ６が図１から図４に示すころ軸受１０に対応し、支軸４の外周面に図１から図４に示した凹部１４や軟質部材１５が設けられたものとする。胴体３は、ほぼ平行な一対の対向側壁７，８を有している。支軸４は対向側壁７，８間に架け渡されており、対向側壁７，８の各軸孔７ａ，８ａに嵌入されて両端面が打刻かしめされることにより非回転に固定されている。ローラ５は、支軸４において対向側壁７，８間の領域に複数個のころ６を介して回転自在に外装されている。胴体３の長手方向一端にバルブ嵌入部３１が、さらに長手方向他端に上向き半球形のピボット部３２がそれぞれ設けられる。ピボット部３２は、不図示のシリンダヘッドに設置されるラッシュアジャスタ４１の上端に係合される。動作は、カム１の回転に伴いピボット部３２が支点となって胴体３が傾動されて、バルブ嵌入部３１が上下方向に反復変位させられることで、バルブ４０を開閉動作させる。つまり、このローラフォロア１はエンドピボッドタイプになっている。

なお、軸の固定方法はかしめに限定されず、例えば圧入のみなど他の方法でもよい。

このようなローラフォロア１は、潤滑油が希薄となり、潤滑条件が厳しいが、潤滑油に混入しているカーボンスーツ等の異物がころ６の周面に付着しても、この異物を上述したように支軸４に設けられる凹部１４および軟質部材１５によって効率よく取り除くことができるので、ころ６と支軸４およびローラ５との間への異物噛み込み量を減少できるので、ローラフォロア１の動作円滑性、耐久性を向上できる。なお、センターピボッドタイプのローラフォロアにも本発明を適用できる。

本発明の最良の形態に係るころ軸受を示す断面図 図１の（２）−（２）線断面の矢視図 図１における軸の斜視図 図１から図３に示すころ軸受の動作を説明する図 図１の軸を製造する方法の一例を示す図 図５の続きを示す図 図１から図３に示した軸の摩耗試験の結果を示す図 従来例の軸の摩耗試験の結果を示す図 図７、図８の測定方法を示す説明図 本発明の他のころ軸受で、図１に対応する図 本発明の他のころ軸受で、図１に対応する図 本発明の他のころ軸受で、図２に対応する図 本発明のころ軸受の使用例となるローラフォロアを示す側面図 図１３の（１４）−（１４）線断面の矢視図

符号の説明

１０…ころ軸受、１１…外輪、１２…軸、１３…ころ、１４…凹部、１５…軟質部材。

Claims (6)

1. 非回転とされかつ周面にころの軌道面を有するころ軸受用の軌道輪であって、該軌道面に、ころの転動に伴い当該ころの周面に付着している異物を取り除く筋状の凹部を設けたことを特徴とするころ軸受用の軌道輪。
2. 上記凹部は、中心軸線と平行または中心軸線に対して所定角度傾いた直線状で、ころとの軸方向接触域に形成したことを特徴とする請求項１に記載のころ軸受用の軌道輪。
3. 上記凹部を、軌道面におけるラジアル荷重の負荷圏においてころの転動方向上流側に設けたことを特徴とする請求項１または２に記載のころ軸受用の軌道輪。
4. 上記凹部に、上記ころの周面に付着している異物を自身に転移埋没するようにして取り除く軟質部材を埋め込んだことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載のころ軸受用の軌道輪。
5. 外周面にころの内輪軌道となる面を有する軸からなるころ軸受用の軌道輪であって、その外周面でころとの軸方向接触域に中心軸線と平行または中心軸線に対し所定角度傾いた筋状の凹部を設け、この凹部内にころの転動に伴い当該ころの周面に付着している異物を自身に転移埋没するようにして取り除く軟質金属を埋め込んだことを特徴とするころ軸受用の軌道輪。
6. 外輪部材および内輪部材の少なくともいずれか一方を有するころ軸受であって、上記一方部材を請求項１から５のいずれかに記載のころ軸受用の軌道輪としたことを特徴とするころ軸受。

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