JP2007303598A - ２分割ころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】ころのスキューを極力少なくして、軌道輪につば等を設けることなくころの軸方向移動を防ぐことができ、かつ接触面圧の増大を防いで転動疲労寿命の延長を図ることができる２分割ころ軸受を提供する。
【解決手段】このころ軸受は、内輪１と、外輪と、円周方向に並ぶ複数のポケットを有するリング状の保持器と、この保持器の前記各ポケット内に保持された複数のころ３とを備え、外輪１および保持器が円周方向に並ぶ２つの分割体に分割されたものである。上記ころ軸受において、内輪１の外周面１ａ，１ｂは、軸方向の両端部が側縁に近づくに従って大径となる溝形であり、ころ３は、軸方向の中央部３ａの外周面が円筒面に形成され、この中央部３ａが外輪の内周面と接触し、かつ軸方向の両端部３ｂが先細り形状に形成され、この両端部３ｂが内輪１の外周面１ｂと接触する。
【選択図】図３

Description

この発明は、特に自動車用エンジンのクランク軸やカムシャフトの支持部、あるいはコンロッドとクランク軸およびピストンとの連結部等のような変動荷重を受ける箇所に使用するに適した２分割ころ軸受に関する。

図７は自動車用エンジンのクランク軸およびコンロッドを示している。クランク軸１０は、回転中心軸１０ａと、バランスウェイト１０ｂと、クランクピン１０ｃとで構成され、回転中心軸１０ａが軸受１２により回転自在に支持されている。コンロッド１１は、両端の大径端部１１ａおよび小径端部１１ｂにそれぞれピン挿入穴１１ｃが形成されており、大径端部１１ａのピン挿入穴１１ｃには前記クランクピン１０ｃがコンロッド１１に対して軸受１３を介して回転自在に挿入され、小径端部１１ｂのピン挿入穴１１ｃにはピストンピン（図示せず）が軸受（図示せず）を介してコンロッド１１に対して回転自在に挿入されている。

上記クランク軸１０の支持部の軸受１２や、コンロッド１１とクランク軸１０の連結部の軸受１３に対し、組立を容易にするために、２分割ころ軸受とすることが求められる場合がある。２分割ころ軸受の従来例としては、例えば特許文献１に記載のものがある。この従来例は、外輪に当たるハーフシェルが分割され、それがスリットの設けられた弾性的リングで取り囲んだ構造としたものである。

ところで、自動車用エンジンに用いられる前記軸受１２，１３は、ピストンの爆発的な往復運動に伴う変動荷重を受けるため、ころ軸受または針状ころ軸受が使用される場合、振動や騒音が大きいという問題がある。また、転動疲労により軸受寿命が短いことも問題となっている。これらの問題は、カムシャフトを支持する軸受についても言える。

このような問題に対する従来技術として、クランクシャフト用のものについては、転がり軸受のアウターレースの外周面とシャフト穴内周面との間にオイルフィルム部を形成して騒音の防止を図ったものがある（特許文献２）。また、金属メッキ槽等の高温、高荷重状態で使用されるものについては、ころの中間部が円筒状の内輪と接触し、ころの両端を凸状とし、凹球面の外輪と接触するようにしたものがある（特許文献３）。
特表２００２−５２５５３３号公報 特開平６−２２９４１５号公報 特開平５−１４９３２８号公報

自動車用エンジンに用いられる前記軸受１２，１３は、変動荷重により、ころが正規の転動面に対して傾くスキューという現象が生じやすい。スキューが生じると、ころの転動面と軌道輪の軌道面との接触部にすべりが生じて、ころが軸方向に移動し、軸受としての機能低下を招いてしまう。また、スキューは、軸受温度上昇、潤滑油劣化、軸受寿命低下の原因ともなる。ころの軸方向移動を防ぐには、軌道輪につばを設けることが考えられるが、つばを設けるのは、ころと軌道輪との接触抵抗が増大するという問題がある。

特許文献２に記載の軸受は、アウターレースの外周面とシャフト穴内周面との間に形成された間隙に潤滑油を充填してオイルフィルムとし、このオイルフィルムのクッション作用でラジアル方向の軸荷重を吸収しようとするものであり、スキューに対しては特別な対策がとられていない。また、特許文献３に記載の軸受は、軸の熱変形に対する対策が主眼であり、スキューによるころの軸方向移動を積極的に防止しようとするものではない。

この発明の目的は、ころのスキューを極力少なくして、軌道輪につば等を設けることなくころの軸方向移動を防ぐことができ、かつ接触面圧の増大を防いで転動疲労寿命の延長を図ることができる２分割ころ軸受を提供することである。

この発明における第１の発明の２分割ころ軸受は、内輪と、外輪と、円周方向に並ぶ複数のポケットを有するリング状の保持器と、この保持器の前記各ポケット内に保持された複数のころとを備え、前記外輪および保持器が円周方向に並ぶ２つの分割体に分割され、前記内輪の外周面は、軸方向の両端部が側縁に近づくに従って大径となる溝形であり、前記ころは、軸方向の中央部の外周面が円筒面に形成され、この中央部が外輪の内周面と接触し、かつ軸方向の両端部が先細り形状に形成され、この両端部が前記内輪の外周面と接触するものである。

また、この発明における第２の発明の２分割ころ軸受は、内輪と、円周方向に並ぶ複数のポケットを有するリング状の保持器と、この保持器の前記各ポケット内に保持された複数のころとを備え、前記保持器が円周方向に並ぶ２つの分割体に分割され、前記内輪の外周面は、軸方向の両端部が側縁に近づくに従って大径となる溝形であり、前記ころは、軸方向の中央部の外周面が円筒面に形成され、この中央部がこの軸受の組み込まれるハウジングの内周面と接触し、かつ軸方向の両端部が先細り形状に形成され、この両端部が前記内輪の外周面と接触するものである。

上記第１および第２の発明の２分割ころ軸受において、前記ころと内輪の寸法関係につき、
Ｒｒ１を、ころと内輪の外周面とが接触する接触部の軸方向中央よりも内輪幅方向中央側のころ半径、
Ｒｒ２を、前記接触部の軸方向中央よりも内輪幅方向端部側のころ半径、
Ｒｉ１を、前記接触部の軸方向中央よりも内輪幅方向中央側の内輪半径、
Ｒｉ２を、前記接触部の軸方向中央よりも内輪幅方向端部側の内輪半径、
としたとき、
（Ｒｒ２／Ｒｒ１）＜（Ｒｉ２／Ｒｉ１）
が成り立つ関係とした、ことを特徴とする。

上記関係が成り立つと、次の作用が得られる。すなわち、ころにスキューが生じ、ころが軸方向に移動しようとする場合、ころが内輪幅方向端部側へ移動する側のころと内輪との接触部において、ころの軸方向移動に伴うころの回転半径増大量の方が、ころの軸方向移動に伴う内輪の回転半径増大量よりも大きいことから、内輪幅方向端部側へ移動した側のころの周速度が増大して、同側のころと内輪との接触部が内輪幅方向中央側に戻されるようにころが動作する。これにより、ころのスキューおよび軸方向移動が規制される。そのため、ころの軸方向移動を拘束するつば等の拘束手段を設ける必要がない。また、スキューの発生を抑えることができるため、接触面圧の増大を防ぐことができ、軸受の疲労寿命の延長を図ることができる。

また、第１の発明の２分割ころ軸受の場合は、外輪および保持器が２つの分割体に分割され、第２の発明の２分割ころ軸受の場合は、保持器が２つの分割体に分割されているため、予め内輪を軸に装着しておくことで、組込性が良好なものとすることができる。

この発明の２分割ころ軸受は、内輪が円周方向に並ぶ２つの分割体に分割されたものとしても良い。内輪も２分割されていると、予め内輪を軸に装着しておくことができない場合でも、組込性が良好なものとすることができる。

この発明の２分割ころ軸受は、前記ころと内輪の寸法関係による前記作用が得られると共に、組込性が良好であるため、自動車用エンジンのクランク軸、またはコンロッドの支持軸受用として好適に使用することができる。

この発明の２分割ころ軸受は、第１の発明については、内輪と、外輪と、円周方向に並ぶ複数のポケットを有するリング状の保持器と、この保持器の前記各ポケット内に保持された複数のころとを備え、前記外輪および保持器が円周方向に並ぶ２つの分割体に分割され、前記内輪の外周面は、軸方向の両端部が側縁に近づくに従って大径となる溝形であり、前記ころは、軸方向の中央部の外周面が円筒面に形成され、この中央部が外輪の内周面と接触し、かつ軸方向の両端部が先細り形状に形成され、この両端部が前記内輪の外周面と接触するものであり、また、第２の発明については、内輪と、円周方向に並ぶ複数のポケットを有するリング状の保持器と、この保持器の前記各ポケット内に保持された複数のころとを備え、前記保持器が円周方向に並ぶ２つの分割体に分割され、前記内輪の外周面は、軸方向の両端部が側縁に近づくに従って大径となる溝形であり、前記ころは、軸方向の中央部の外周面が円筒面に形成され、この中央部がこの軸受が組み込まれるハウジングの内周面と接触し、かつ軸方向の両端部が先細り形状に形成され、この両端部が前記内輪の外周面と接触するものであり、第１および第２の発明のいずれについても、前記ころと外輪の寸法関係につき、
Ｒｒ１を、ころと内輪の外周面とが接触する接触部の軸方向中央よりも内輪幅方向中央側のころ半径、
Ｒｒ２を、前記接触部の軸方向中央よりも内輪幅方向端部側のころ半径、
Ｒｉ１を、前記接触部の軸方向中央よりも内輪幅方向中央側の内輪半径、
Ｒｉ２を、前記接触部の軸方向中央よりも内輪幅方向端部側の内輪半径、
としたとき、
（Ｒｒ２／Ｒｒ１）＜（Ｒｉ２／Ｒｉ１）
が成り立つ関係としたため、ころのスキューを極力少なくして、軌道輪につば等を設けることなくころの軸方向移動を防ぐことができ、かつ接触面圧の増大を防いで転動疲労寿命の延長を図ることができる。

この発明の実施形態を図１ないし図３と共に説明する。この２分割ころ軸受は、内輪１と、外輪２と、内輪１の外周面および外輪２の内周面に転接する複数のころ３と、リング状の保持器４とを有する。保持器４は円周方向に並ぶ複数のポケット４ａを有し、各ポケット４ａにころ３が保持されている。外輪２および保持器４は、図２に示すように、それぞれ円周方向に並ぶ２個の外輪分割体２_１，２_２および保持器分割体４_１，４_２に２分割されている。図１はこのころ軸受を軸に組み込んだ状態を示すものであり、内輪１の内周に、内輪１と一体回転するように軸５が挿通されている。

図３に示すように、内輪１の外周面は、軸方向の両端部が側縁に近づくに従って大径となる溝形に形成されている。詳しくは、内輪１の外周面における軸方向中央部１ａはころ３と接触しないため任意の形状でよく、例えば円筒状であり、軸方向両端部１ｂは円すい台周面状とされている。また、ころ３は、軸方向の中央部３ａの外周面が円筒面に形成され、軸方向の両端部３ｂが先細り形状に形成されている。詳しくは、軸方向の両端部３ｂは、外径側に凸となる曲面、例えば軸方向に沿う断面が円弧状となる曲面とされている。そして、ころ３の中央部３ａが外輪２の内周面と接触し、かつころ３の両端部３ｂが内輪１の外周面軸方向両端部１ｂと接触している。

内輪１の外周面、およびころ３を上記形状としたことにより、両者の寸法関係につき次の関係が成り立つ（図３参照）。
（Ｒｒ２／Ｒｒ１）＜（Ｒｉ２／Ｒｉ１）
ここで、
Ｒｒ１は、ころ３の端部３ｂと内輪１の外周面軸方向両端部１ｂとが接触する接触部の軸方向中央６よりも内輪幅方向中央側のころ半径、
Ｒｒ２は、前記接触部の軸方向中央６よりも内輪幅方向端部側のころ半径、
Ｒｉ１は、前記接触部の軸方向中央６よりも内輪幅方向中央側の内輪半径、
Ｒｉ２は、前記接触部の軸方向中央６よりも内輪幅方向端部側の内輪半径、
とする。
ころ３の端部３ｂと内輪１の外周面軸方向端部１ｂとの接触部は、幾何学上は点であるが、実際には内輪１およびころ３が変形するため、両者は面または線で接触する。接触部の軸方向中央６とは、この接触面における軸方向の中央位置のことである。Ｒｒ１，Ｒｉ１は、接触部の軸方向中央６よりも内輪幅方向中央側の任意位置７におけるころ半径および内輪半径のことであり、上記任意位置７は、前記接触部の軸方向中央６に限りなく近い位置から内輪１の軸方向中央部１ａまでの位置、またはころの中央部３ａまでのどの位置にとってもよい。また、Ｒｒ２，Ｒｉ２は、接触部の軸方向中央６よりも内輪幅方向中央側の任意位置８におけるころ半径および内輪半径のことであり、上記任意位置８は、前記接触部の軸方向中央６に限りなく近い位置から内輪１の末端、またはころ３の末端までのどの位置にとってもよい。図において、ｘは、上記２つの任意位置７，８間の軸方向距離である。

上記関係が成り立つと、次の作用が得られる。すなわち、ころ３にスキューが生じ、ころ３が軸方向に移動しようとする場合、ころ３が外輪幅方向端部側へ移動する側のころ３と内輪１との接触部において、ころ３の軸方向移動に伴うころ３の回転半径増大量の方が、ころ３の軸方向移動に伴う内輪１の回転半径増大量よりも大きいことから、内輪幅方向端部側へ移動した側のころ３の周速度が増大して、同側のころ３と内輪１との接触部が外輪幅方向中央側に戻されるようにころ３が動作する。これにより、ころ３のスキューおよび軸方向移動が規制される。そのため、ころ３の軸方向移動を拘束するつば等の拘束手段を設ける必要がない。また、スキューの発生を抑えることができるため、接触面圧の増大を防ぐことができ、軸受の疲労寿命の延長を図ることができる。

図４は、内輪１の外周面およびころ３の形状が異なる例を示す。この内輪１の外周面は、軸方向中央部１ａに関しては、ころ３と接触しないため任意の形状でよく、例えば円筒状であり、軸方向両端部１ｂが外径側に凸となる曲面、例えば軸方向に沿う断面が円弧状となる曲面とされている。この場合も、内輪１の外周面は、軸方向の両端部が側縁に近づくに従って大径となる溝形である。また、ころ３は、軸方向の中央部３ａの外周面が円筒面に形成され、軸方向の両端部３ｂが円すい台周面状とされている。この場合も、ころ３は、軸方向の両端部が先細り形状である。そして、ころ３の中央部３ａが外輪２の内周面と接触し、かつころ３の両端部３ｂが内輪１の外周面軸方向両端部１ｂと接触している。

内輪１の外周面およびころ３を上記形状とした場合も、図３に示す形状である場合と同様に、（Ｒｒ２／Ｒｒ１）＜（Ｒｉ２／Ｒｉ１）の関係が成り立ち、ころ３の軸方向移動を拘束するつば等の拘束手段を設けることなく、ころ３のスキューおよび軸方向移動を規制することができ、接触面圧の増大を防いで、軸受の疲労寿命の延長を図ることができる。

この２分割ころ軸受は、上記作用が得られるため、例えば図７に示すクランク軸１０支持用の軸受１２や、コンロッド１１とクランク軸１０の連結部の軸受１３に好適に使用することができる。その場合、外輪２および保持器４が２分割されているので、予め内輪１を軸５に装着しておくことにより、軸受の組込みを容易に行なうことができる。なお、軸受１２に使用する場合、軸５はクランク軸１０の回転中心軸１０ａである。また、軸受１３に使用する場合、軸５はクランク軸１０のクランクピン１０ｃである。このころ軸受は、上記軸受１２，１３の他に、コンロッド１１の小径端部１１ｂとピストンピン（図示せず）との連結部の軸受や、カムシャフト支持部の軸受にも使用することもできる。さらに、これら以外の変動荷重を受ける箇所の軸受として使用することができる。

諸事情により予め内輪１を軸５に装着しておくことができない場合は、図５に示すように、内輪１も円周方向に並ぶ２個の内輪分割体１_１，１_２に分割した構成としておけば、軸受の組込みが容易になる。

図６は異なる実施形態を示す。このころ軸受は、外輪が無く、ころ３がこのころ軸受が組み込まれるハウジング９の内周面に転接している。それ以外は前記実施形態と同じ構成であり、構成が同じ箇所については同一符号を付して説明を省略する。この実施形態の場合も、前記実施形態と同様の作用効果が得られる。

（Ａ）はこの発明の実施形態にかかる２分割ころ軸受の一部を省略した断面図で、同図（Ｂ）のＩＡ−１Ａ断面図、（Ｂ）はそのＩＢ−Ｏ−ＩＢ断面図である。 同２分割ころ軸受の正面図である。 同２分割ころ軸受の内輪およびころの形状を示す説明図である。 異なる２分割ころ軸受の内輪およびころの形状を示す説明図である。 異なる２分割ころ軸受の正面図である。 （Ａ）はさらに異なる２分割ころ軸受の一部を省略した断面図で、同図（Ｂ）のVIＡ−VIＡ断面図、（Ｂ）はそのVIＢ−Ｏ−VIＢ断面図である。 自動車用エンジンのクランク軸およびコンロッドを示す説明図である。

符号の説明

１…内輪
１_１，１_２…内輪分割体
１ａ…内輪外周面の軸方向中央部
１ｂ…内輪外周面の軸方向端部
２…外輪
２_１，２_２…外輪分割体
３…ころ
３ａ…ころの軸方向中央部
３ｂ…ころの軸方向端部
４…保持器
４_１，４_２…保持器分割体
４ａ…ポケット
５…軸
６…接触部の軸方向中央

Claims (4)

1. 内輪と、外輪と、円周方向に並ぶ複数のポケットを有するリング状の保持器と、この保持器の前記各ポケット内に保持された複数のころとを備え、前記外輪および保持器が円周方向に並ぶ２つの分割体に分割された２分割ころ軸受であって、
   前記内輪の外周面は、軸方向の両端部が側縁に近づくに従って大径となる溝形であり、前記ころは、軸方向の中央部の外周面が円筒面に形成され、この中央部が外輪の内周面と接触し、かつ軸方向の両端部が先細り形状に形成され、この両端部が前記内輪の外周面と接触するものであり、
   前記ころと内輪の寸法関係につき、
   Ｒｒ１を、ころと内輪の外周面とが接触する接触部の軸方向中央よりも内輪幅方向中央側のころ半径、
   Ｒｒ２を、前記接触部の軸方向中央よりも内輪幅方向端部側のころ半径、
   Ｒｉ１を、前記接触部の軸方向中央よりも内輪幅方向中央側の内輪半径、
   Ｒｉ２を、前記接触部の軸方向中央よりも内輪幅方向端部側の内輪半径、
   としたとき、
   （Ｒｒ２／Ｒｒ１）＜（Ｒｉ２／Ｒｉ１）
   が成り立つ関係とした、
   ことを特徴とする２分割ころ軸受。
2. 内輪と、円周方向に並ぶ複数のポケットを有するリング状の保持器と、この保持器の前記各ポケット内に保持された複数のころとを備え、前記保持器が円周方向に並ぶ２つの分割体に分割された２分割ころ軸受であって、
   前記内輪の外周面は、軸方向の両端部が側縁に近づくに従って大径となる溝形であり、前記ころは、軸方向の中央部の外周面が円筒面に形成され、この中央部がこの軸受の組み込まれるハウジングの内周面と接触し、かつ軸方向の両端部が先細り形状に形成され、この両端部が前記内輪の外周面と接触するものであり、
   前記ころと内輪の寸法関係につき、
   Ｒｒ１を、ころと内輪の外周面とが接触する接触部の軸方向中央よりも内輪幅方向中央側のころ半径、
   Ｒｒ２を、前記接触部の軸方向中央よりも内輪幅方向端部側のころ半径、
   Ｒｉ１を、前記接触部の軸方向中央よりも内輪幅方向中央側の内輪半径、
   Ｒｉ２を、前記接触部の軸方向中央よりも内輪幅方向端部側の内輪半径、
   としたとき、
   （Ｒｒ２／Ｒｒ１）＜（Ｒｉ２／Ｒｉ１）
   が成り立つ関係とした、
   ことを特徴とする２分割ころ軸受。
3. 請求項１または請求項２において、内輪が円周方向に並ぶ２つの分割体に分割された２分割ころ軸受。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれか１項において、自動車用エンジンのクランク軸、またはコンロッドの支持軸受用として用いられるものとした２分割ころ軸受。

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