JP2007154928A - 針状ころ軸受および針状ころ軸受の外輪の分割方法 - Google Patents

Abstract

【課題】分割部周辺の変形量が少ない針状ころ軸受の外輪の分割方法を提供する。
【解決手段】まず、第１の工程として、外輪１２の一方側の軸方向端面の２箇所に、切欠部としての断面形状がＶ字型のＶ字溝１２ｂを形成する。第２の工程として、この外輪１２のＶ字溝１２ｂを下にして載置台１７上に載置する。なお、この載置台１７には中央に溝１７ａが形成されており、Ｖ字溝１２ｂ周辺には空間が形成されている。第３の工程として、Ｖ字溝１２ｂが形成されていない側の端面に工具１８によって端面と交差する方向に荷重を加える。
【選択図】図１

Description

この発明は、クランクシャフトを支持する針状ころ軸受に使用される外輪の分割方法に関するものである。

クランクシャフト１は、図７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８に示すように滑り軸受２０によって回転自在に支持され、さらに、滑り軸受２０の外側には図示しないシリンダブロックおよびベアリングキャップが取り付けられる。

また、一般的に軸部材を支持する軸受として、滑り軸受２０に代えて例えば、図９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２０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８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１０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１１（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１１（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

上記方法により外輪９を分割した場合、図１２（ａ）に示すように、分割部周辺が径方向内側に大きく変形する。また、この外輪９をシリンダブロックおよびベアリングキャップに組込むと、図１２（ｂ）に示すように、分割部周辺の径は設計値より小さくなり、中央部の径は設計値より大きくなる。

これによって、軸部２と外輪９の内径面との間にできる針状ころの転動する空間（以下、「転動空間」という）は円周方向に変化するので、針状ころの回転が不安定となる。その結果、軸受回転時の異音や振動の発生、または油膜切れによるフレーキングや焼付き等のトラブルが発生する恐れがある。また、外輪９の厚み寸法を小さくした場合は、分割に伴う変形が大きく、この問題が顕著となる。

そこで、この発明の目的は、分割部周辺の変形量が少ない針状ころ軸受の外輪の分割方法を提供することである。

この発明に係る針状ころ軸受の外輪の分割方法は、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を備える針状ころ軸受の外輪の分割方法である。具体的には、円筒状材料の端面に端面と交差する方向に荷重を加えて円筒状材料を分割し、外輪を形成する。

例えば、円筒状材料の一方側の軸方向端面に径方向に延びる切欠部を形成する工程と、切欠部を有する端面を下にして、切欠部周辺に空間を設けて載置する工程と、切欠部を有しない端面に荷重を加えて、円筒状材料を分割する工程とを含む。

または、円筒状材料の両側の軸方向端面に径方向に延びる切欠部を形成する工程と、一方側端面を下にして、切欠部周辺に空間を設けて載置する工程と、他方側端面の切欠部を避けた位置に荷重を加えて、円筒状材料を分割する工程とを含む。

上記の各分割方法は外輪に径方向の荷重を負荷しないので、分割部周辺の変形量を小さくすることができる。その結果、針状ころの回転が安定し、トラブルの発生を抑えることができる。

好ましくは、切欠部は断面形状がＶ字型のＶ字溝であって、Ｖ字溝の角度θは、５°≦θ≦１５０°であり、外輪の軸方向幅ｗと、Ｖ字溝の溝深さｄとは、ｄ／ｗ≦０．２の関係を有する。

角度θが大きすぎると、Ｖ字溝の根元部分に生じる応力集中の度合いも小さくなるので、外輪を分割するのに必要な荷重が大きくなる。一方、Ｖ字溝の角度θが小さすぎると、Ｖ字溝を形成するのが困難となる。そこで、外輪の分割性およびＶ字溝の加工性の観点から、Ｖ字溝の角度θは、５°≦θ≦１５０°の範囲内に設定するのが望ましい。また、Ｖ字溝の溝深さｄが大きすぎると、軸受回転時に針状ころとＶ字溝が干渉し、針状ころの回転不良を生じる恐れがある。そこで、ｄ／ｗ≦０．２とすることにより、この問題を回避することができる。
また、好ましくは、外輪の厚み寸法ｔは、ｔ≦５ｍｍである。外輪の厚み寸法ｔが小さいほど、分割部周辺の変形量が大きくなるので、ｔ≦５ｍｍの外輪にこの発明を適用することにより、より高い効果を期待することができる。

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を備える。そして、外輪は、その端面に端面と交差する方向に荷重を加えて分割される。

上記の外輪部材は、径方向に荷重を加えることなく形成されるので、分割部周辺の変形量を小さくすることができる。その結果、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。

好ましくは、外輪は端面に断面形状がＶ字型のＶ字溝を有し、Ｖ字溝の角度θは、５°≦θ≦１５０°であり、外輪の軸方向幅ｗと、Ｖ字溝の溝深さｄとは、ｄ／ｗ≦０．２の関係を有する。また、外輪の厚み寸法ｔはｔ≦５ｍｍであることが好ましい。

この発明は、円筒状材料の端面に交差する方向に荷重を加えて外輪を形成することにより、分割部周辺の変形を抑え、針状ころの安定した回転を維持可能な針状ころ軸受の外輪の分割方法を得ることができる。

図２および図３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２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複数の外輪部材１２ａを有する外輪１２と、外輪１２の内径面に形成された軌道面上に転動自在に配置される複数の針状ころ１３と、針状ころ軸受１３を収容するポケットを有し、２つの保持器部材１４ａを組み合わせた保持器１４とを備え、シリンダブロック１６ａとベアリングキャップ１６ｂとの間に配置されて、クランクシャフト１５を回転自在に支持する。

外輪部材１２ａは、図３（ａ）に示すような円筒状材料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１２を得る。なお、このような製造方法を「自然割り」という。

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を組込んだ保持器部材１４ａ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、その上に一方側の保持器部材１４ａ、クランクシャフト１５、他方側の保持器部材１４ａ、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。

次に、図１を参照して、自然割りによって針状ころ軸受の外輪１２を分割する方法を説明する。

まず第１の工程として、図１（ａ）に示すように、外輪１２となる円筒状材料の一方側の軸方向端面の２箇所に、径方向に延びる切欠部としてのＶ字溝１２ｂを形成する。第２の工程として、この円筒状材料を、Ｖ字溝１２ｂを下にして載置台１７上に載置する。この載置台１７には中央に溝１７ａが形成されており、Ｖ字溝１２ｂ周辺には空間が形成されている。なお、図１（ｂ）は、図１（ａ）の平面図である。

第３の工程として、Ｖ字溝１２ｂが形成されていない側の端面に工具１８によって端面と交差する方向に荷重を加える。これにより、Ｖ字溝１２ｂの根元部分に応力集中が生じ、この部分を基点として分割される。

上記の分割方法は、外輪１２の径方向に荷重を負荷しないので、図４（ａ）に示すように、外輪１２の分割部周辺が径方向内側に大きく変形することがない。この外輪１２をクランクシャフト１５等に組込むと、図４（ｂ）に示すように、高い真円度を維持することができる。その結果、転動空間が軸受の円周方向で一定となるので針状ころ１３の回転が安定し、騒音や振動の発生、または、油膜切れに起因するフレーキングや焼付き等のトラブルを防止することができる。

なお、上記構成の外輪１２は、一方側の軸方向端面に２箇所のＶ字溝１２ｂを設けて２つの外輪部材１２ａに分割する例を示したが、これに限ることなく、３箇所以上にＶ字溝１２ｂを設けて３つ以上の外輪部材１２ａに分割してもよい。

また、自然割りの他の実施形態として、図５に示すように、第１の工程として、外輪２２となる円筒状材料の両側の軸方向端面に径方向に延びる切欠部としてのＶ字溝２２ｂを形成する。第２の工程として、載置台２７上にＶ字溝２２ｂ周辺に空間を設けて載置する。第３の工程として、他方側端面のＶ字溝２２ｂを避けた位置に工具２８で端面と交差する方向に荷重を加えて分割することとしてもよい。

次に、図６を参照して、上記の各実施形態におけるＶ字溝の形状について説明する。

まず、Ｖ字溝１２ｂの角度θは、５°≦θ≦１５０°の範囲内に設定する。Ｖ字溝１２ｂの根元部分に応力集中を発生させるにはＶ字溝１２ｂの角度θは小さいほうがよい。しかし、θが小さすぎると、Ｖ字溝１２ｂの形成が難しくなる。そこで、外輪１２の分割性およびＶ字溝１２ｂの加工性を考慮して、上記範囲内に設定するのが望ましい。

また、Ｖ字溝１２ｂの溝深さｄは、外輪１２の軸方向幅をｗとすると、ｄ／ｗ≦０．２の範囲内に設定する。Ｖ字溝１２ｂの溝深さｄが必要以上に大きいと、Ｖ字溝１２ｂ上を通過する針状ころ１３の回転が不安定となるからである。

さらに、この発明は、厚み寸法ｔが５ｍｍ以下の外輪１２に適用することにより、より高い効果を発揮することができる。従来の方法で外輪１２を分割する場合、厚み寸法ｔが小さい程、分割部周辺の変形量が大きいからである。

なお、上記の実施形態における針状ころ軸受１１は、自動車や二輪車等のエンジンのクランクシャフト１５を支持する軸受とした例を示したが、その他のあらゆる用途に使用可能である。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７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。

この発明の一実施形態に係る針状ころ軸受の外輪の分割方法を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は平面図である。 この発明の一実施形態に係る針状ころ軸受、およびこの針状ころ軸受をクランクシャフトに組込む状態を示す図である。 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１の方法により分割された外輪の真円度を示す図であって、（ａ）は組込み前の状態、（ｂ）は組込み後の状態を示す図である。 この発明の他の実施形態に係る針状ころ軸受の外輪の分割方法を示す図である。 図１で使用する外輪の各種寸法を示す図である。 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。 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。 図１１の方法で分割した外輪の真円度を示す図であって、（ａ）は組込み前の状態、（ｂ）は組込み後の状態を示す図である。

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、６，９，１２，２２ 外輪、９ａ，９ｂ，１２ａ 外輪部材、９ｃ 分割線、９ｄ，１２ｂ，２２ｂ Ｖ字溝、７，１３ 針状ころ、８，１４， 保持器、１４ａ 保持器部材、１６ａ シリンダブロック、１６ｂ ベアリングキャップ、１７，２７ 載置台、１７ａ，１７ｂ 溝、１８，２８ 工具。２０ 滑り軸受。

Claims (8)

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を備える針状ころ軸受の前記外輪の分割方法であって、
   円筒状材料の端面に該端面と交差する方向に荷重を加えて前記円筒状材料を分割し、前記外輪を形成する、針状ころ軸受の外輪の分割方法。
2. 前記針状ころ軸受の外輪の分割方法は、前記円筒状材料の一方側の軸方向端面に径方向に延びる切欠部を形成する工程と、
   前記切欠部を有する端面を下にして、前記切欠部周辺に空間を設けて載置する工程と、
   前記切欠部を有しない端面に荷重を加えて、前記円筒状材料を分割する工程とを含む、請求項１に記載の針状ころ軸受の外輪の分割方法。
3. 前記針状ころ軸受の外輪の分割方法は、前記円筒状材料の両側の軸方向端面に径方向に延びる切欠部を形成する工程と、
   一方側端面を下にして、前記切欠部周辺に空間を設けて載置する工程と、
   他方側端面の前記切欠部を避けた位置に荷重を加えて、前記円筒状材料を分割する工程とを含む、請求項１に記載の針状ころ軸受の外輪の分割方法。
4. 前記切欠部は、断面形状がＶ字型のＶ字溝であって、
   前記Ｖ字溝の角度θは、５°≦θ≦１５０°であり、
   前記外輪の軸方向幅ｗと、前記Ｖ字溝の溝深さｄとは、ｄ／ｗ≦０．２の関係を有する、請求項２または３に記載の針状ころ軸受の外輪の分割方法。
5. 前記外輪の厚み寸法ｔは、ｔ≦５ｍｍである、請求項１〜４のいずれかに記載の針状ころ軸受の外輪の分割方法。
6. 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を備え、
   前記外輪は、その端面に端面と交差する方向に荷重を加えて分割された、針状ころ軸受。
7. 前記外輪は、端面に断面形状がＶ字型のＶ字溝を有し、
   前記Ｖ字溝の角度θは、５°≦θ≦１５０°であり、
   前記外輪の軸方向幅ｗと、前記Ｖ字溝の溝深さｄとは、ｄ／ｗ≦０．２の関係を有する、請求項６に記載の針状ころ軸受。
8. 前記外輪の厚み寸法ｔは、ｔ≦５ｍｍである、請求項６または７に記載の針状ころ軸受。

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