JP2007127224A - 針状ころ軸受およびクランクシャフト支持構造 - Google Patents

Abstract

【課題】より低コストでクランクシャフト等を支持可能な針状ころ軸受を提供する。
【解決手段】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、円周上の複数箇所に軸線方向に延びる切断部を有する分割型の保持器１４とを備える。そして、Ｖ字溝１４ｄにタガネ等の先鋭工具１７によって衝撃荷重を加えることにより、Ｖ字溝１４ｄの根元部分を基点として分割する。
【選択図】図１

Description

この発明は、自動車等のエンジンに使用するクランクシャフトを支持する針状ころ軸受に関するものである。

クランクシャフト１は、図９に示すように、軸部２と、クランクアーム３と、隣接するクランクアーム３の間にコンロッドを配置するためのクランクピン４とを有する。そして、軸部２は図１０に示すように、滑り軸受２０によって回転自在に支持されている。

また、一般的に軸部材を支持する軸受として、例えば図１１に示すような、外輪６と、外輪６の内径面に沿って配置される針状ころ７と、隣接する針状ころ７の間隔を保持する金属製の保持器８とを備える針状ころ軸受５がある。

このような針状ころ軸受５は、針状ころ７と軌道面とが線接触するので、軸受投影面積が小さい割に高負荷容量と高剛性が得られる利点を有しており、自動車や二輪エンジン等、あらゆる分野に広く利用されている。また、針状ころ軸受５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、回転トルクの低減や支持部分の給油量を減らすことが可能となる。

ただし、図１０に示すように、軸部２の両端にはクランクアーム３が配置されており、針状ころ軸受５を軸方向に挿入することができない。そこで、このような場所に使用可能な軸受が、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１２に示すような、外輪９を軸受の軸線方向に延びる分割線９ｃによって分割した外輪部材９ａ，９ｂと、同様に分割した保持器（図示せず）とを備える。

そして、外輪９を分割する方法が、例えば、特開平７−３１７７７８号公報（特許文献２）に開示されている。同公報によると、図１３（ａ）に示すように、外輪９の両端面に断面形状がＶ字型の溝９ｄ（以下、「Ｖ字溝」という）を形成し、図１３（ｂ）に示すように、Ｖ字溝９ｄを形成した部分に径方向両側から加圧することにより２つの外輪部材９ａ，９ｂに分割すると記載されている。
米国特許第１９２１４８８号公報 特開平７−３１７７７８号公報

一方、保持器を分割する方法としては、砥石式切断機による切断方法が一般的である。この方法の場合、分割した保持器を組み合わせたときに、その切断部分に砥石幅だけ隙間を生じることになる。

分割型保持器の円周方向隙間を小さくする一つの方法としては、砥石幅を薄くすることが考えられる。しかし、加工中に砥石が破損する等のトラブルが予想される。また、他の方法として、２つの保持器からそれぞれ１つずつ半円形状の分割保持器を取り出して組み合わせる方法が考えられる。しかし、半円に満たない側の分割保持器を廃棄しなければならないため、材料の歩留まり率が高く製造コストの増大を招く。

そこで、この発明の目的は、より簡単な方法で保持器を分割することにより、コストを抑えた針状ころ軸受を提供することである。また、このような針状ころ軸受を使用したクランクシャフト支持構造を提供することを目的とする。

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、円周上の複数箇所に軸受の軸線方向に延びる切断部を有する保持器とを備える。そして、保持器は、切断部に相当する位置に断面Ｖ字型の溝を有し、この溝の根元部分を基点として切断されている。

上記の保持器分割方法により、簡単に切断部分に生じる隙間を小さくすることができる。その結果、製造コストを抑えた針状ころ軸受を得ることができる。

好ましくは、保持器は、炭素含有量が０．１５％以上１．１％以下の炭素鋼により形成されている。炭素含有量が０．１５％未満の場合、十分な熱処理効果を得ることができない。一方、炭素含有量が１．１％を超えると、加工が非常に困難となる。そこで、上記範囲とすることにより、焼入れ性および加工性に優れた針状ころ軸受を得ることができる。

好ましくは、溝の溝深さｔと、保持器の厚み寸法ｗとは、０．０３≦ｔ／ｗ≦０．１５の関係を有する。ｔ／ｗ≦０．０３の場合、Ｖ字溝が浅すぎて保持器をＶ字溝に沿って真直ぐに分割するのが困難となる。一方、０．１５≦ｔ／ｗの場合、保持器の厚み寸法が小さくなりすぎる。そこで、上記範囲内とすることにより、加工性に優れ、かつ高強度の針状ころ軸受を得ることができる。

この発明に係るクランクシャフト支持構造は、クランクシャフトと、クランクシャフトを回転自在に支持する針状ころ軸受とを備える。針状ころ軸受に注目すると、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、円周上の複数箇所に軸受の軸線方向に延びる切断部を有する保持器とを備える。そして、保持器は切断部に相当する位置に断面Ｖ字型の溝を有し、この溝の根元部分を基点として切断されている。

上記の方法によって保持器を分割した針状ころ軸受を使用することにより、低廉なクランクシャフト支持構造を得ることができる。

この発明は、保持器の円周上に設けたＶ字溝の根元部分を基点として分割することにより、簡単に切断部分の隙間を小さくすることができるので、製造コストを抑えた針状ころ軸受を得ることができる。また、このような針状ころ軸受を使用することにより、低廉なクランクシャフト支持構造を得ることができる。

図１〜図４を参照して、この発明の一実施形態に係るクランクシャフト支持構造を説明する。

図２に示すクランクシャフト支持構造は、クランクシャフト１５と、シリンダブロック１６ａと、ベアリングキャップ１６ｂと、クランクシャフト１５とベアリングキャップ１６ｂとの間に配置され、クランクシャフト１５を回転自在に支持する針状ころ軸受１１とを備える。

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複数の外輪部材１２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１３と、円周上の複数箇所に軸線方向に延びる切断部を有する分割型の保持器１４とを備える。

外輪部材１２は、図３（ａ）に示すような円筒を切削加工により形成し、図３（ｂ）に示すように円周方向の２箇所で割ることによって得られる。このとき、分割部分の端面には研削加工等を施さないので、図３（ｃ）に示すように割れたときの凹凸が残っている。軸受使用時には、対応する端面を突合させることにより円筒形状の外輪を得る。なお、このような製造方法を「自然割り」という。上記構成の外輪は、２つの外輪部材１２からなる例を示したが、これに限ることなく、３つ以上の外輪部材１２を組み合わせるものであってもよい。

保持器１４は、図４（ｂ）に示すように、一対のリング部１４ａと、一対のリング部１４ａの間にＭ字型の柱部１４ｂと、隣接する柱部１４ｂの間に針状ころ１３を収容するポケット１４ｃとを有し、柱部１４ｂのポケット１４ｃ側の壁面には、針状ころ１３の脱落を防止するころ止め部（図示せず）を有する金属製の保持器である。また、ポケット１４ｃを跨いで軸受の軸線方向に延びるＶ字溝が形成されている。このＶ字溝の溝深さｔと、保持器１４の厚み寸法ｗとは、図４（ｃ）に示すように、０．０３≦ｔ／ｗ≦０．１５の関係を有する。

上記構成の保持器１４の材料としては、例えば、ＳＴＫＭ１２ＣやＳＣＭ４１５等の炭素含有量が０．１５％以上１．１％以下の炭素鋼を用い、光輝焼入れや高周波焼入れ等によって芯部まで焼入れが施される。

さらに、焼入れ後の保持器１４は、図１（ａ）および（ｂ）に示すように、Ｖ字溝１４ｄにタガネ等の先鋭工具１７によって衝撃荷重を加えることにより、Ｖ字溝１４ｄの根元部分を基点として分割する。なお、切断面は研削加工を施して平坦としてもよいし、そのままの状態で使用してもよい。

上記構成の保持器１４は、Ｖ字溝１４ｄの根元部分を基点として分割することにより、簡単に切断部分に生じる隙間を小さくすることができる。その結果、製造コストを抑えた針状ころ軸受１１を得ることができる。

上記の各実施形態における保持器材料として、炭素含有量が０．１５％以上１．１％以下の炭素鋼で形成することにより、焼入れ性および加工性を向上することができる。なお、炭素含有量が０．１５％未満の場合、十分な熱処理効果が得られず、１．１％を超える場合、加工性が著しく低下する。

さらに、Ｖ字溝の溝深さｔを０．０３≦ｔ／ｗ≦０．１５の範囲内に設定することにより、保持器１４の適正な厚み寸法を確保することができる。なお、ｔ／ｗ＜０．０３の場合、Ｖ字溝１４ｄに沿って真直ぐ分割することが困難となり、０．１５＜ｔ／ｗの場合、保持器１４の厚み寸法が小さすぎて強度を確保することができない。

上記の実施形態においては、保持器１４の円周面上の径方向内側および径方向外側の２箇所にＶ字溝１４ｄを設けた例を示したが、これに限ることなく、どちらか一方にのみ設けてもよいし、円周面上に加えて両端面に設けてもよい。

また、上記の実施形態においては、Ｍ字型の柱部１４ｂを有する保持器１４の例を示したが、これに限ることなく、図５（ａ）および（ｂ）に示すように、ストレート形状の柱部２４ｂを有する保持器２４であってもよいし、図６（ａ）および（ｂ）に示すように、径方向内側にころ止め部を有しない保持器３４であってもよい。

さらに、上記の実施形態においては、ポケット１４ｃを跨いでＶ字溝１４ｄを設けた例を示したが、これに限ることなく、図５（ｂ）に示すように、柱部２４ｂにＶ字溝２４ｄを設けてもよいし、図６（ｂ）に示すように、針状ころ３３を収容するポケット３４ｃより軸方向および円周方向に小さいポケット３４ｅを跨いでＶ字溝３４ｄを設けてもよい。

なお、図４〜図６に示した保持器１４，２４，３４において、柱部１４ｂ，２４ｂ，３４ｂの形状と、Ｖ字溝１４ｄ，２４ｄ，３４ｄの位置とは無関係であり、任意の組み合わせとすることができる。また、図５および図６に示した保持器２４，３４の基本構成は、図４に示した保持器１４と同様であるので説明は省略する。

上記の実施形態では、タガネ等の先鋭工具１７を用いて保持器１４を切断した例を示したが、これに限ることなく、例えば、図７および図８に示すような方法により切断してもよい。

図７に示す切断方法は、保持器４４をＶ字溝４４ｄが鉛直方向を向くように作業台４１上に載置し、左右をガイド４２で固定する。この状態で、パンチ４３で保持器４４に圧縮荷重を加えることにより、Ｖ字溝４４ｄの根元部分に応力集中が生じ、この部分を基点として保持器４４が切断される。

また、図８に示す切断方法は、保持器５４をＶ字溝５４ｄが水平方向を向くように作業台５１に載置し、保持器５４の下半分を左右からガイド５２で固定する。この状態で、パンチ５３で保持器５４の上半分に水平方向からせん断荷重を加えることにより、Ｖ字溝５４ｄの根元部分に応力集中が生じ、この部分を基点として保持器５４が切断される。

次に、上記構成の針状ころ軸受１１をクランクシャフト１５に組込む方法を説明する。

まず、各ポケットに予め針状ころ１３を組込んだ保持器１４を準備する。次に、一方側の外輪部材１２ａをシリンダブロック１６ａに組込み、その上に一方側の分割保持器１４、クランクシャフト１５、他方側の分割保持器１４、他方側の外輪部材１２ａを置く。最後にベアリングキャップ１６ｂを組み込み固定する。上記の組込み手順とすることにより、両端をクランクアームで挟まれた軸部にも組込みが可能となる。

なお、この発明に係るクランクシャフト支持構造は、自動車や二輪車等のあらゆるエンジンのクランクシャフトに適用可能である。また、エンジンの気筒数は単気筒であっても多気筒であってもよいが、図９のＰ部に示すような両端をクランクアームで挟まれた軸部を有する多気筒エンジンに使用されるクランクシャフトに適用することにより、より大きな効果が期待できる。

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、エンジンのクランクシャフトを支持する針状ころ軸受に有利に利用される。

この発明の特徴部分を示す図であって、保持器を分割する方法を示す図である。 この発明の一実施形態に係るクランクシャフト支持構造を示す図である。 図２の針状ころ軸受の外輪部材を示す図であって、（ａ）分割前の正面図、（ｂ）は（ａ）を２箇所で分割した状態を示す図、（ｃ）は（ｂ）の分割部分の拡大図である。 図２の針状ころ軸受の保持器を示す図であって、（ａ）は柱部の形状を示す図、（ｂ）はＶ字溝の位置を示す図、（ｃ）はＶ字溝の大きさを示す図である。 この発明に使用される針状ころ軸受用保持器の他の例を示す図である。 この発明に使用される針状ころ軸受用保持器の他の例を示す図である。 この発明に使用される針状ころ軸受用保持器を分割する他の例を示す図である。 この発明に使用される針状ころ軸受用保持器を分割する他の例を示す図である。 従来のクランクシャフトを示す図である。 図７のＰ部の拡大図である。 従来のクランクシャフトの軸部を支持する針状ころ軸受を示す図である。 従来の分割外輪を示す図である。 外輪を分割する従来の方法を示す図である。

符号の説明

１，１５ クランクシャフト、２ 軸部、３ クランクアーム、４ クランクピン、５，１１ 針状ころ軸受、６，９ 外輪、９ａ，９ｂ，１２ 外輪部材、９ｃ 分割線、９ｄ Ｖ字溝、７，１３，２３，３３ 針状ころ、８，１４，２４，３４，４４，５４ 保持器、１４ａ，２４ａ，３４ａ リング部、１４ｂ，２４ｂ，３４ｂ 柱部、１４ｃ，２４ｃ，３４ｃ ポケット、１４ｄ，２４ｄ，３４ｄ，４４ｄ，５４ｄ Ｖ字溝、１６ａ シリンダブロック、１６ｂ ベアリングキャップ、１７ 先鋭工具、２０ 滑り軸受、４１，５１ 作業台、４２，５２ ガイド、４３，５３ パンチ。

Claims (4)

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、
   円周上の複数箇所に軸受の軸線方向に延びる切断部を有する保持器とを備え、
   前記保持器は、前記切断部に相当する位置に断面Ｖ字型の溝を有し、この溝の根元部分を基点として切断されている、針状ころ軸受。
2. 前記保持器は、炭素含有量が０．１５％以上１．１％以下の炭素鋼により形成されている、請求項１に記載の針状ころ軸受。
3. 前記溝の溝深さｔと、前記保持器の厚み寸法ｗとは、
   ０．０３≦ｔ／ｗ≦０．１５
   の関係を有する、請求項１または２に記載の針状ころ軸受。
4. クランクシャフトと、
   前記クランクシャフトを回転自在に支持する針状ころ軸受とを備えたクランクシャフト支持構造であって、
   前記針状ころ軸受は、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、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、円周上の複数箇所に軸受の軸線方向に延びる切断部を有する保持器とを備え、前記保持器は、前記切断部に相当する位置に断面Ｖ字型の溝を有し、この溝の根元部分を基点として切断されている、クランクシャフト支持構造。

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