JP2007032694A - 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１１は、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を保持する保持器１５と、外輪部材１２に設けられた孔１２ｃを有する係合部としての突起１２ａとを備える。そして、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。
【選択図】 図１

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、バランスシャフト、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８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の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少量の給油量でも機能を満足させることが可能となる。

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（特許文献１）に記載されている。同公報に記載されている針状ころ軸受は、図９に示すような、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。
米国特許第１９２１４８８号公報

図８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９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。

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。

この発明に係る針状ころ軸受は、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、外輪部材に設けられた孔を有する位置決め係合部とを備える。そして、孔の直径ｄと針状ころの有効長さｔとは、ｄ／ｔ＜０．５の関係を有する。

上記構成のように、位置決め係合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。

このとき、位置決め係合部に設けられた孔が大きすぎると、孔上を通過する針状ころの挙動が不安定となって、振動や騒音の原因となると共に、針状ころ軸受の早期破損の原因となる恐れがある。

そこで、孔の直径ｄと針状ころの有効長さｔとの関係をｄ／ｔ＜０．５の範囲内とする。これにより、孔がどの位置にあっても針状ころの有効長さの５０％以上が外輪の軌道面に接する状態となるので、針状ころの挙動が安定して上記の問題を解消することができる。

なお、本明細書中「針状ころの有効長さ」とは、針状ころ両端の面取り部を除いたころ長さであって、外輪部材の軌道面と接触する部分の長さを指すものとする。

さらに、孔の直径ｄと外輪部材の内径Ｄとは、ｄ／Ｄ＜０．２の関係を有するのが好ましい。これにより、針状ころの挙動がさらに安定するので、振動や騒音を有効に防止し、軸受寿命を延伸することができる。

好ましくは、孔は、針状ころの端部と重ならない位置に配置される。孔の直径を小さくしても、針状ころの端部が孔上を通過すると挙動が不安定になりやすい。そこで、針状ころが軸受内部で軸方向に移動しても、針状ころの端部と重ならない任意の位置に孔を設けることにより、針状ころの挙動を安定させることができる。

この発明は、適正な大きさの孔を有する位置決め係合部を設けることによって、軸受使用時に外輪の円周方向に回転するのを防止可能で、かつ、針状ころの円滑な回転を維持可能な針状ころ軸受を得ることができる。

図１〜図７を参照して、この発明の一実施形態に係る針状ころ軸受１１を説明する。

針状ころ軸受１１は、図５（ａ）および（ｂ）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を保持する保持器１５とを備える。

外輪部材１２は、図６（ａ）に示すように、孔１２ｃを有する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６（ｂ）および（ｃ）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７（ａ）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７（ｂ）に示すように、保持器１５は円周上の一箇所で軸線方向に分割されており、保持器１５を弾性変形させて軸へ組み込んだ後、突合部の凸部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の一部が分割されているので、自動車のクランクシャフト、カムシャフト、バランスシャフト、およびロッカーシャフト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。

なお、突起１２ａと係合爪１２ｂとは、非負荷領域に配置することが好ましいので、図５（ａ）に示すように、外輪部材１２の円周方向中央からずれた位置に配置する。これにより、突起１２ａや係合爪１２ｂのない負荷領域として使用可能な連続領域を十分に確保することができる。

上記構成の突起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１（ａ）および（ｂ）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２（ａ）および（ｂ）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３（ａ）および（ｂ）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４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。

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、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。

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。

この発明は、自動車のクランクシャフト、カムシャフト、バランスシャフト、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。

この発明の一実施形態に係る針状ころ軸受の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。 この発明の他の実施形態に係る針状ころ軸受の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。 この発明の他の実施形態に係る針状ころ軸受の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。 この発明の他の実施形態に係る針状ころ軸受の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に係る針状ころ軸受を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）はＡ−Ａ´における断面図である。 この発明の一実施形態に係る針状ころ軸受の外輪部材を示す図であって、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）をＢ方向から見た図、（ｃ）は（ａ）をＣ方向から見た図である。 この発明の一実施形態に係る針状ころ軸受の保持器を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ´における断面図である。 自動車のクランクシャフトを示す図である。 従来の針状ころ軸受に使用される外輪であって、径方向に分割可能な外輪を示す概略図である。

符号の説明

１ クランクシャフト、２ クランクピン、３，６，１１ 針状ころ軸受、４ａ，４ｂ，１２，２２ 外輪部材、４ｃ 境界、１３ 外輪、１４，２４ 針状ころ、１４ａ，２４ａ ころ端部、１５ 保持器、１２ａ，２２ａ 突起、１２ｂ 係合爪、１２ｃ，２２ｃ 孔、１５ａ 凸部、１５ｂ 凹部。

Claims (3)

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、
   前記外輪部材に設けられた孔を有する位置決め係合部とを備え、
   前記孔の直径ｄと、前記針状ころの有効長さｔとは、
   ｄ／ｔ＜０．５
   の関係を有する、針状ころ軸受。
2. 前記孔の直径ｄと、前記外輪部材の内径Ｄとは、
   ｄ／Ｄ＜０．２
   の関係を有する、請求項１に記載の針状ころ軸受。
3. 前記孔は、前記針状ころの端部と重ならない位置に配置される、請求項１または２に記載の針状ころ軸受。

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