JP2007263263A - 軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 トルクを低減するとともに、耐久性の向上を図る。
【解決手段】 対向する一対の側壁２，３と、側壁２，３の挿通孔２ａ，３ａに挿入されて打刻かしめにより側壁２，３に固定された支軸４と、この支軸４の軸中間部の外周に配置された複数のころ５と、ころ５を介して支軸４に回転自在に支持された外輪６とを含む軸受装置であって、支軸４の軸端側の領域Ａの表面粗さが、中間領域Ｂの表面粗さより大きな値に設定されている。また、ころ５の外周面は、軸方向両端のクラウニング部５ａ，５ａと、これらクラウニング部５ａ，５ａの間で軸心に実質平行な直線部５ｂとからなり、直線部５ｂの軸方向長さＬｂが、ころ５の有効長さＬｏの５０〜７５％に設定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、自動車などのエンジンの動弁機構に備えられるロッカアームや、自動変速機の遊星歯車装置の遊星歯車支持部を構成する軸受装置に係り、詳しくは、一対の側壁に打刻かしめにより固定された支軸に、ころを介して外輪が回転自在に支持される構成の軸受装置に関する。

ロッカアームを構成する軸受装置は、対向する一対の側壁と、これら側壁間に架設された支軸と、この支軸の軸中間部の外周面を内輪軌道面として支軸の外周に配置された複数のころと、これらころを介して支軸に回転自在に支持された外輪とを含むものであって、多くの場合、支軸の軸端部は、側壁に形成された挿通孔に挿入されて、打刻かしめにより側壁に固定されている（例えば、特許文献１参照）。

上記の軸受装置で構成されるロッカアームにおいて、トルク（回転抵抗）が大きいと、エンジンへの負担が増大したり、動弁機構の円滑な高速動作に支障が生じたりするが、近年、エンジンの高出力化に伴い、ロッカアームに対して、トルクを一層低減して、エンジンへの負担軽減や高速動作の円滑化を図ることが求められている。

また、ロッカアームにおいて、トルクが大きいと、支軸の“連れ回り”が生じやすく、連れ回りが頻繁に生じると、支軸は抜け方向に動きやすくなり、耐久性が低下するおそれがある。

ロッカアームの耐久性に関しては、上記のようにトルクが大きいことによるばかりでなく、エンジンの高出力化に伴い、高荷重の負荷がロッカアームに作用することによっても、支軸の連れ回りが生じやすくなっている。また、高い振動数の負荷が作用することで、軌道面である支軸の外周面にフレッティングが生じやすくなっている。
特開２００３−３４３６９４公報

本件の発明者が、上記軸受装置において、トルクの低減について検討したところ、打刻かしめにより側壁に固定される支軸と、ころとの間では、以下のような要因により、トルクが増大する可能性があることを見出した。

すなわち、支軸の軸端部は、打刻かしめにより拡径し、その拡径部分が挿通孔の周縁に食い込んで側壁に固定されるのであるが、図４に示すように、支軸１４の軸端部１４ａの拡径は、実際には、挿通孔１２ａの内部のみにとどまらず、側壁１２の内側にも及び、ころ１５の転送面となっている部分も少なからず拡径する。そのため、ころ１５の外周面のうち、従来クラウニングにより支軸１４の外周面と接触しなかった部分も、支軸１４の外周面と干渉するようになって、支軸１４ところ１５との接触範囲が広がり、これにより、トルクが増大することが分かった。なお、図４において符号１６は外輪を示している。

本発明は、上記知見に基づいて、ロッカアーム等を構成する軸受装置において、トルクの低減を図ることを課題とする。

また、本発明は、トルク低減という上記課題と併せて、支軸の軌道面でフレッティング等の不具合が生じない状態で、支軸の連れ回りを防止し、耐久性の向上を図ることを課題とする。

本発明による軸受装置は、対向する一対の側壁と、これら側壁に形成された挿通孔に軸端部が挿入されて打刻かしめにより側壁に固定された支軸と、この支軸の軸中間部の外周面を内輪軌道面として支軸の外周に配置された複数のころと、これらころを介して支軸に回転自在に支持された外輪とを含む軸受装置であって、上記支軸の外周面のうち、上記側壁の厚みに相当する軸端側の領域の表面粗さが、上記軸端側の領域に挟まれた中間領域の表面粗さより大きな値に設定され、上記ころの外周面は、ころの軸方向両端でそれぞれクラウニング加工が施されたクラウニング部と、これらクラウニング部の間で軸心に実質平行に形成された直線部とからなり、この直線部の軸方向長さが、ころの有効長さの５０〜７５％に設定されていることを特徴とする。

上記構成の軸受装置では、ころの転送面となる支軸の中間領域の表面粗さは、軸端側の領域より小さな値で、より平滑な面となっているので、高い振動数の負荷が作用しても、フレッティングが生じにくい。一方、軸端側の領域は中間領域より粗面で、この粗面の部分が拡径して側壁の挿通孔の内周面に食い込むから、軸端部と挿通孔の内周面との摩擦抵抗が大きく、支軸の連れ回り、抜けが防止される。これにより、軸受装置の耐久性が向上する。

また、打刻かしめにより、支軸の外周面のうち、側壁に近い側でころの転送面となっている部分も少なからず拡径するが、ころの直線部の幅を従来よりも相対的に狭くし、クラウニング部の幅を広くしているから、側壁に近い側で、ころの外周面と、支軸の拡径した部分の外周面とが干渉するようなことがなく、支軸ところとの接触範囲が比較的狭い幅に収まり、支軸の拡径にもかかわらず、トルクの低減を図ることができる。

なお、上記支軸の軸端の領域と中間領域とを互いに異なる表面粗さとするには、中間領域に高周波焼入れ等により部分的に熱硬化処理を施し、軸端側の領域は熱硬化されない状態に残し、こののち、支軸の外周面の全体を一様に研磨すればよい。中間領域は熱硬化処理により硬質となっているので、研磨が効果的に進み、表面粗さ値の小さい平滑面となるが、軸端側の領域は硬化していないので、研磨が進まず、表面粗さ値のより大きい粗面として残る。

上記構成の軸受装置において、上記支軸の中間領域の表面粗さはＲａ０．１以下であることが望ましい。実験によれば、上記の表面粗さであれば、フレッティングの発生が大幅に抑制される。

また、上記構成の軸受装置において、上記ころの軸端側でのクラウニング量は、ころの有効長さの端から軸方向内方１ｍｍの位置で、直線部からの径方向の落ち量が少なくとも０．５μｍとなる量であることが望ましい。上記のクラウニング量であれば、支軸の拡径した部分の外周面に対するころの外周面の干渉を確実に防止しうる。

上記構成の軸受装置は、具体的には、外輪をカムに接触するローラとするロッカアームとすることが望ましい。または、遊星歯車装置の遊星歯車支持部としてもよい。

本発明によれば、トルクが低減されるとともに、併せて、フレッティングの発生や支軸の連れ回りが防止され、耐久性が向上する。

以下、本発明の最良の実施の形態を、図１ないし図３を参照して説明する。最良の実施の形態は、ロッカアームを構成する軸受装置に本発明を適用した実施形態であって、図１は、同実施形態に係る軸受装置の縦断側面図、図２は、上記軸受装置の一部である支軸の側面図、図３は、上記軸受装置の他の一部であるころの側面図である。

図１ないし図３に示すように、本実施形態の軸受装置１は、一対の対向する側壁２，３と、支軸４と、複数のころ５，５，…と、外輪６とを備えている。

一対の側壁２，３は、図示省略した胴体の一部であって、胴体の本体部分を介して互いに一体化している。一対の側壁２，３には同軸に挿通孔２ａ，３ａが形成されている。支軸４は、全長にわたって同径の軸体からなり、その両軸端部４ａ，４ｂが各側壁２の挿通孔２ａ，３ａに挿入されて、各軸端部４ａ，４ｂの端面への打刻かしめにより、両軸端部４ａ，４ｂが各側壁２，３に固定されている。図１において、符号４ｃは、打刻により支軸４の端面に形成される凹部を、４ｄは、打刻により拡径した部分を、それぞれ示している。

ころ５は、一対の側壁２，３の間で、支軸４の軸中間部の外周面に接する状態で該外周面に沿って配置されており、したがって、支軸４の軸中間部の外周面が内輪軌道面となっている。外輪６は、上記複数のころ５，５，…を介して支軸４に回転自在に支持されており、本実施形態では、この外輪６の外周面がカム（図示省略）に転接するようになっている。

上記構成において、カムが所定の軸位置で回転すると、該カムに転接する外輪６が支軸４の周りで回転するとともに、軸受装置１の全体が支軸４と直交する方向（図１の上下の方向）に変位する。

上記構成の軸受装置１において、本実施形態では、図２に明示するように、支軸４の外周面のうち、軸端側の上記側壁２，３の厚みＴ２，Ｔ３に相当する領域Ａの表面粗さＲ（Ａ）が、これら軸端側の領域Ａ，Ａに挟まれた中間領域Ｂの表面粗さＲ（Ｂ）より大きな値に設定されている、すなわち、
Ｒ（Ａ）＞Ｒ（Ｂ） ……………………（イ）
であることに特徴がある。具体的には、軸端側の領域Ａの表面粗さＲ（Ａ）をＲａ０．１以上とし、中間領域Ｂの表面粗さＲ（Ｂ）をＲａ０．１未満とすることが望ましい。

上記のように、支軸４の軸端側の領域Ａと中間領域Ｂとを互いに異なる表面粗さとするには、各領域Ａ，Ｂへの研磨の度合いを変えてもよいが、支軸４の外周面を内輪軌道面とするために、通常、支軸４の外周部に対して行う熱硬化処理を利用して、次のようにすればよい。

まず、支軸４の中間領域Ｂに高周波焼入れ等により部分的に熱硬化処理を施し、軸端側の領域Ａは熱硬化されない状態に残す。図１において、符号４ｅは、熱硬化処理による硬化部を示す。こののち、支軸４の外周面の全体を一様に研磨する。こうすれば、中間領域Ｂは熱硬化処理により硬質となっているので、研磨が効果的に進み、表面粗さ値の小さい平滑面となる。一方、軸端側の領域Ａは熱硬化処理されていないので、研磨が効果的には進まず、表面粗さ値の比較的大きい粗面として残る。これにより、軸端側の領域Ａの表面粗さＲ（Ａ）が中間領域Ｂの表面粗さＲ（Ｂ）より大きな値になる。

また、上記構成の軸受装置１において、ころ５の外周面は、図３に示すように、ころ５の軸方向両端でそれぞれクラウニング加工が施されたクラウニング部５ａ，５ａと、これらクラウニング部５ａ，５ａの間で軸心に実質平行に形成された直線部５ｂとからなるが、本実施形態では、ころ５の直線部５ｂの軸方向長さＬｂが、従来より短く、ころ５の有効長さＬｏの５０〜７５％に設定されていることに特徴がある。

これは、図４を参照して既に説明したように、支軸４の軸端部４ａ，４ｂを打刻かしめにより拡径して側壁２，３に固定した場合、軸端部４ａ，４ｂの拡径が側壁２，３の内側にも及ぶことに対応したものである。なお、ころ５のクラウニング部５ａにおけるクラウニング量は、ころ５の有効長さＬｏの端から軸方向内方１ｍｍの位置で、直線部５ｂからの径方向の落ち量ｄが少なくとも０．５μｍとなる量であることが望ましい。

上記した特徴を有する本実施形態の軸受装置１では、ころ５の転送面となる支軸４の中間領域Ｂは、熱硬化処理されている上に、その表面粗さが軸端側の領域Ａより小さな値で、より平滑な面となっているので、高い振動数の負荷が作用しても、フレッティングが生じにくい。一方、軸端側の領域Ａは中間領域Ｂより粗面で、この粗面の部分が拡径して側壁２，３の挿通孔２ａ，３ａの内周面に食い込むから、軸端部４ａ，４ｂと挿通孔２ａ，３ａの内周面との摩擦抵抗が大きく、高負荷が作用しても、支軸４の連れ回り、抜けの発生が防止される。

また、打刻かしめによる支軸４の軸端部４ａ，４ｂの拡径が、側壁２，３の内側にも及んでいても、ころ５の直線部５ｂの軸方向長さＬｂを従来よりも相対的に短くし、その結果、クラウニング部５ａの軸方向長さを長くしているから、側壁２，３に近い側で、ころ５の外周面と、支軸４の拡径した部分の外周面とが干渉するようなことがなく、トルクの低減を図ることができる。

本発明の最良の形態に係る軸受装置の縦断側面図。 図１の軸受装置の一部である支軸の側面図。 図１の軸受装置の他の一部であるころの側面図。 従来の軸受装置の要部の縦断側面図で、一部拡大して示している。

符号の説明

１ 軸受装置（全体）
２，３ 側壁
２ａ，３ａ 挿通孔
４ 支軸
４ａ，４ｂ 軸端部
５ ころ
５ａ クラウニング部
５ｂ 直線部
Ａ 軸端側領域
Ｂ 中間領域

Claims (5)

1. 対向する一対の側壁と、これら側壁に形成された挿通孔に軸端部が挿入されて打刻かしめにより側壁に固定された支軸と、この支軸の軸中間部の外周面を内輪軌道面として支軸の外周に配置された複数のころと、これらころを介して支軸に回転自在に支持された外輪とを含む軸受装置であって、
   上記支軸の外周面のうち、上記側壁の厚みに相当する軸端側の領域の表面粗さが、上記軸端側の領域に挟まれた中間領域の表面粗さより大きな値に設定され、
   上記ころの外周面は、ころの軸方向両端でそれぞれクラウニング加工が施されたクラウニング部と、これらクラウニング部の間で軸心に実質平行に形成された直線部とからなり、この直線部の軸方向長さが、ころの有効長さの５０〜７５％に設定されている、ことを特徴とする軸受装置。
2. 上記支軸の中間領域の表面粗さがＲａ０．１以下である、請求項１に記載の軸受装置。
3. 上記ころの軸端側でのクラウニング量は、ころの有効長さの端から軸方向内方１ｍｍの位置で、直線部からの径方向の落ち量が少なくとも０．５μｍとなる量である、請求項１または２に記載の軸受装置。
4. 上記軸受装置は、外輪をカムに接触するローラとするロッカアームである、請求項１ないし３のいずれかに記載の軸受装置。
5. 上記軸受装置は、遊星歯車装置の遊星歯車支持部である、請求項１ないし３のいずれかに記載の軸受装置。

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