JP2008032069A - ２分割ころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】 ころと内輪または軸、およびころと外輪の接触面圧を軽減することができて、振動や騒音が少なく、かつころのスキューの発生を極力少なくして、転動疲労寿命の長い２分割ころ軸受を提供する。
【解決手段】 ２分割ころ軸受は、一対の円環部５およびこれら円環部５間を繋ぐ円周方向複数箇所の柱部６を有し隣合う柱部６間がそれぞれポケット３ａとなるリング状の保持器３と、この保持器３の前記各ポケット３ａに保持された複数のころ２と、前記複数のころ２が転接する外輪１とを備える。外輪１の端部１ｂの内径を軌道面１ａの内径よりも大きく形成し、保持器３の円環部５の外周面が外輪１の端部１ｂの内周面に滑り接触して滑り軸受として機能する。
【選択図】 図１

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１１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の支持部に用いられる軸受１２や、コンロッド１１とクランク軸１０の連結部に用いられる軸受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。このため、上記軸受として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、軸受の長寿命化が望まれる。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、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１）。

また、クランク軸の主支承装置の製造および組立を容易にするために、クランク軸支持用軸受を、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従来技術がある（特許文献２）。
特開平６−２２９４１５号公報 特表２００２−５２５５３３号公報

特許文献１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均一間隔の間隙を形成し、その間隙に潤滑油を充填してオイルフィルムとしたものである。この構成は、オイルフィルムのクッション作用は得られるものの、潤滑油自体でラジアル方向の軸荷重を支持するという作用はあまり得られない。このため、クランク軸の支持部や、コンロッドとクランク軸の連結部等の変動荷重を受ける箇所に使用した場合、振動や騒音の低減を十分に達成することはできない。また、軸受の長寿命化の達成は困難である。

また、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滑りが生じてころが軸方向に移動し、それに伴って保持器も軸方向に移動することにより、保持器がころを正常に保持できなくなる。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。

この発明の目的は、ころと内輪または軸、およびころと外輪の接触面圧を軽減することができて、振動や騒音が少なく、かつころのスキューによる弊害を極力少なくして、転動疲労寿命の長い２分割ころ軸受を提供することである。

この発明の２分割ころ軸受は、一対の円環部およびこれら円環部間を繋ぐ円周方向複数箇所の柱部を有し隣合う柱部間がそれぞれポケットとなるリング状の保持器と、この保持器の前記各ポケットに保持された複数のころと、前記複数のころが転接する外輪とを備え、前記外輪および前記保持器の両方、またはいずれか一方を、円周方向に並ぶ２個の分割体に分割したころ軸受において、前記外輪の端部の内径を軌道面の内径よりも大きく形成し、前記保持器の前記円環部の外周面が前記外輪の端部の内周面に滑り接触して滑り軸受として機能するものとしたことを特徴とする。保持器円環部の外周面と外輪端部の内周面との間には潤滑油を保持させる。
この構成とすると、保持器の円環部が外輪の端部に対する滑り軸受として機能するため、保持器により軸荷重の一部を負担することができる。そのため、ころと外輪の接触面圧を軽減することができる。接触面圧が低下することで、ころと外輪との接触部で生じる振動を低減し、かつ軸受の騒音を低減することができる。加えて、転動疲労に対する軸受寿命の延長が可能となる。
また、保持器の円環部を案内する外輪の端部を外輪の軌道面に対して内径を大きくして、外輪の内周面を段付き形状としているため、ころがスキューした場合、外輪内周面の段部に保持器の円環部の側面が係合して保持器の軸方向移動が制限される。このため、保持器が常にころを正常に保持することができ、かつ、ころが大きくスキューすることを防止でき、軸受温度上昇、潤滑油劣化、軸受寿命低下を抑えることができる。

この発明において、前記複数のころが、内輪または軸の外周面からなる内輪側周面に転接し、前記保持器の前記円環部の内周面が前記内輪側周面に滑り接触して滑り軸受として機能するように構成する。保持器円環部の内周面と内輪側周面との間には潤滑油を保持させる。
この構成とすると、保持器の円環部が内輪または軸に対する滑り軸受として機能するため、保持器により軸荷重の一部を負担することができる。そのため、ころと内輪または軸の接触面圧を軽減することができる。接触面圧が低下することで、ころと内輪または軸の接触部で生じる振動を低減し、かつ軸受の騒音を低減することができる。加えて、転動疲労に対する軸受寿命の延長が可能となる。

前記保持器の前記滑り軸受として機能する面に、油膜形成能力を高める手段を設けるのが良い。その場合、油膜形成能力を高める手段は、保持器の周面に付与され、軸方向に垂直な断面が、円弧状、三角形状、若しくは長方形状等の波形となる断面形状、または前記保持器の内周面および外周面に分散して設けたディンプル若しくは突起とすることができる。
このように保持器の滑り軸受として機能する面に油膜形成能力を高める手段を設けると、保持器円環部の外周面と外輪端部の内周面との間、および保持器円環部の内周面と内輪側周面との間に形成される潤滑油の油膜が安定する。その安定した油膜によって外力を支持することにより、ころと外輪、およびころと内輪または軸の接触面圧を軽減することが可能になる。

前記保持器の柱部に、軸方向中央部分と両側の円環部との間に位置して薄肉部を設けると良い。上記薄肉部を設けることによって、保持器柱部の軸方向中央部分と円環部とが弾性的に連結されるため、軸あるいは外輪に作用した荷重変動によるころ転動面と外輪および内輪または軸の軌道面との接触面圧の変動を小さくして、振動を抑制することができる。

前記保持器の円環部が、互いに内外に位置してそれぞれ材質が異なる複数の保持器部材からなるものとすることができる。例えば、滑り軸受として機能する箇所には滑り軸受に好適な材質を用い、これを支持する箇所には強度の高い材質を用いると良い。

前記外輪の外周面に、軸受ハウジングに設けられた係合手段に係合して外輪が軸方向に移動することを制限する被係合部を設けても良い。
前述したように、ころのスキューにより保持器が軸方向に移動した場合、外輪内周面の段部に保持器の円環部の側面が係合することにより、保持器の軸方向移動が制限される。その際、外輪には軸方向のアキシアル力が作用する。被係合部は、このアキシアル力により外輪が軸方向に移動するのを制限するためのものである。軸受ハウジング側に外輪の端面に当接して軸受の軸方向移動を規制する部材を設けられない場合、前記被係合部に軸受ハウジングの係合手段を係合させることにより、外輪の軸方向移動を制限することが可能になる。

この発明の２分割ころ軸受は、一対の円環部およびこれら円環部間を繋ぐ円周方向複数箇所の柱部を有し隣合う柱部間がそれぞれポケットとなるリング状の保持器と、この保持器の前記各ポケットに保持された複数のころと、前記複数のころが転接する外輪とを備え、前記外輪および前記保持器の両方、またはいずれか一方を、円周方向に並ぶ２個の分割体に分割したころ軸受において、前記外輪の端部の内径を軌道面の内径よりも大きく形成し、前記保持器の前記円環部の外周面が前記外輪の端部の内周面に滑り接触して滑り軸受として機能するものとしたため、ころと内輪または軸、およびころと外輪の接触面圧を軽減することができて、振動や騒音が少なく、かつころのスキューによる弊害を極力少なくして、転動疲労寿命の延長を図ることができる。

この発明の第１の実施形態を図１〜図６と共に説明する。この２分割ころ軸受は、外輪１と、この外輪１の内周に形成された軌道面１ａに転接する複数のころ２と、リング状の保持器３とを有する。保持器３は円周方向に並ぶ複数のポケット３ａを有し、各ポケット３ａにころ２が保持されている。内輪は無く、この軸受が支持する軸４の外周面からなる内輪側周面４ａにころ２が転接するものとされている。外輪１と軸４との間の軸受空間は図示しない密封手段により密封されており、この密封された軸受空間内に潤滑油が保持されている。あるいは、図示しない潤滑油供給孔から潤滑油が供給され軸受空間内に潤滑油が保持される。図２に示すように、外輪１および保持器３は、それぞれ円周方向に並ぶ２個の外輪分割体１_１，１_２および保持器分割体３_１，３_２に分割されている。

外輪１は、内周の中央部が軌道面１ａとされ、その両側の端部１ｂは軌道面１ａよりも内径が大きく形成されている。保持器３は、上記外輪１の内周端部１ｂに嵌合する左右一対の円環部５と、これら円環部５間を繋ぐ円周方向複数個所の柱部６とからなり、隣合う柱部６間が、ころ２を保持するポケット３ａとなっている。この実施形態では、円環部５の内周面および外周面は、内輪側周面４ａおよび外輪１の内周端部１ｂにそれぞれ沿う平滑面として形成されている。外輪軌道面１ａに対向する内輪側周面４ａの箇所が軸４の軌道面となる。

保持器３が上記形状であることにより、保持器円環部５の内周面と軸４の内輪側周面４ａとの間の隙間、および保持器円環部５の外周面と外輪１の内周端部１ｂとの間の隙間に潤滑油が保持される。このように保持された潤滑油の油膜を介して、保持器３と軸４、および保持器３と外輪１とが互いに滑り接触する。このため、保持器円環部５の内周面は、軸４と円滑に回転自在でラジアル方向の荷重を支持することのできる滑り軸受として機能する。同様に、保持器円環部５の外周面は、外輪１と円滑に回転自在でラジアル方向の荷重を支持することのできる滑り軸受として機能する。すなわち、保持器３は、複数のころ２を等間隔に保持する役割と、ころ２と共に軸荷重の一部を負担する役割とを担っている。

この２分割ころ軸受は、例えば図１１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に適用される。軸受１２に適用する場合、軸４はクランク軸１０の回転中心軸１０ａである。また、軸受１３に適用する場合、軸４はクランク軸１０のクランクピン１０ｃであり、外輪１はコンロッド１１の大径端部１１ａである。この２分割ころ軸受は、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適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適用することができる。外輪１および保持器３が２分割されているため、組立性が良好である。

上記構成の２分割ころ軸受は、保持器円環部５の内周面、および保持器円環部５の外周面が、滑り軸受として機能してラジアル方向の荷重を支持するため、ころ２と軸４との接触面圧、およびころ２と外輪１との接触面圧を軽減することができる。接触面圧が低下することで、ころ２と軸４との接触部およびころ２と外輪１との接触部で生じる振動を低減し、かつ軸受の騒音を低減することができる。加えて、転動疲労に対する軸受寿命の延長が可能となる。

また、保持器３の円環部５を案内する外輪１の内周端部１ｂを軌道面１ａに対して内径を大きくして、外輪１の内周面を段付き形状としているため、ころ２がスキューした場合、外輪内周面の段部１ｃに保持器３の円環部５の側面が係合して保持器３の軸方向移動が制限される。このため、保持器３が常にころ２を正常に保持することができ、かつ、ころ２が大きくスキューすることを防止でき、軸受温度上昇、潤滑油劣化、軸受寿命低下を抑えることができる。

図４〜図６は上記実施形態のものとは円環部５の内外表面の軸方向に垂直な断面形状が異なる保持器を示す。図４は円弧を連ねてなる波形の断面形状としたものである。図５は三角形状の凹凸となる波形の断面形状としたものである。図６は長方形状の凹凸となる波形状断面形状としたものである。

保持器円環部５の内周面および外周面を図４〜図６のいずれの断面形状にした場合でも、保持器３と軸４、あるいは保持器３と外輪１が相対運動する時、保持器円環部５の内周面と内輪側周面４ａとの間、および保持器円環部５の外周面と外輪１の内周端部１ｂとの間に油膜形成を促進することができる。このため、安定した油膜を得ることができ、その安定した油膜を介して保持器３が軸荷重の一部を支持することにより、ころ２と軸４との接触面圧、およびころ２と外輪１との接触面圧を軽減することが可能になる。

保持器３の内周面および外周面での油膜形成能力を高める手段としては、上記図４〜図６のように表面を波形となる断面形状とする代わりに、表面にディンプル若しくは突起を分散して設けたものとしても良い（図示省略）。

図７はこの発明の第２の実施形態を示す。この２分割ころ軸受が前記第１の実施形態と異なる点は、保持器３の柱部６に、軸方向中央部分６ａと両側の円環部５との間に位置して薄肉部６ｂが設けられていることである。薄肉部６ｂを設けることによって、保持器柱部６の軸方向中央部分６ａと円環部５とが弾性的に連結されるため、軸４あるいは外輪１に作用した荷重変動によるころ２の転動面と外輪１および軸４の軌道面１ａ，４ａとの接触面圧の変動を小さくして、振動を抑制することができる。

保持器円環部５の内周面および外周面が滑り軸受として同等の機能をするのではなく、保持器円環部５の外周面が主たる滑り軸受として機能するようにしても良い。その場合、図８および図９に示すように、保持器３の円環部５を材質が異なる内周側と外周側の保持器部材７，８からなるものとし、内周側部材７は滑り軸受として好適な性質を有する材質、例えば樹脂、ホワイトメタル、銅鉛合金、鉛青銅、アルミニウム合金等で成形し、外周側部材８は内周側部材７の支持部材として強度が高く加工が容易な材質、例えば機械構造用鋼によって製造するのが良い。両保持器部材７，８は、例えば圧入、ピン止め、コーティング、または物理的な抜け止め等を用いて接合することができる。用途によっては、保持器３の円環部５を互いに内外に位置してそれぞれ材質が異なる３種以上の複数の保持器部材からなるものとしても良い。

また、図１０に示すように、外輪１の外周面に、軸受ハウジング（図示せず）に設けられた係合手段９ａに係合して外輪１が軸方向に移動することを制限する被係合部９を設けても良い。図１０の例では、被係合部９が、外輪１の外周面の２箇所に設けた凹部とされている。
ころ２のスキューにより保持器３が軸方向に移動した場合、外輪１の内周段部１ｃに保持器３の円環部５の側面が係合することにより、保持器３の軸方向移動が制限される。その際、外輪１には軸方向のアキシアル力が作用する。被係合部９は、このアキシアル力により外輪１が軸方向に移動するのを制限するためのものである。軸受ハウジングに外輪の端面に当接して軸受の軸方向移動を規制する部材を設けられない場合、被係合部９に軸受ハウジングの係合手段９ａを係合させることにより、外輪１の軸方向移動を制限することができる。

上記各実施形態では、内輪が無く、ころ２が軸４に直接に接触する構成の２分割ころ軸受を例示しているが、この発明の２分割ころ軸受は、内輪を有する構成であっても良く、その場合も上記各実施形態と同様な作用効果が得られる。

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図で、（Ａ）はＩＡ−Ｏ−ＩＡ断面図、（Ｂ）はＩＢ−ＩＢ断面図、（Ｃ）はＩＣ−ＩＣ断面図である。 同２分割ころ軸受の外輪および保持器を示す正面図である。 図１（Ｂ）のIII部拡大図である。 異なる保持器を有する２分割ころ軸受の一部の断面図である。 さらに異なる保持器を有する２分割ころ軸受の一部の断面図である。 さらに異なる保持器を有する２分割ころ軸受の一部の断面図である。 この発明の異なる実施形態にかかる２分割ころ軸受の一部を省略した断面図である。 （Ａ）この発明のさらに異なる実施形態にかかる２分割ころ軸受の一部を省略した断面図、（Ｂ）はそのVIIIＢ−VIIIＢ断面図である。 図８（Ｂ）のIX部拡大図である。 この発明のさらに異なる実施形態にかかる２分割ころ軸受の一部を省略した図で、（Ａ）はＸＡ−Ｏ−ＸＡ断面図、（Ｂ）はＸＢ−ＸＢ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…外輪
１_１，１_２…外輪分割体
１ａ…外輪軌道面
１ｂ…外輪内周端部
２…ころ
３…保持器
３_１，３_２…保持器分割体
３ａ…ポケット
４…軸
４ａ…内輪側周面
５…円環部
６…柱部
７…内周側部材
８…外周側部材
９…被係合部
９ａ…係合手段

Claims (7)

1. 一対の円環部およびこれら円環部間を繋ぐ円周方向複数箇所の柱部を有し隣合う柱部間がそれぞれポケットとなるリング状の保持器と、この保持器の前記各ポケットに保持された複数のころと、前記複数のころが転接する外輪とを備え、前記外輪および前記保持器の両方、またはいずれか一方を、円周方向に並ぶ２個の分割体に分割したころ軸受において、
   前記外輪の端部の内径を軌道面の内径よりも大きく形成し、前記保持器の前記円環部の外周面が前記外輪の端部の内周面に滑り接触して滑り軸受として機能するものとしたことを特徴とする２分割ころ軸受。
2. 請求項１において、前記複数のころが、内輪または軸の外周面からなる内輪側周面に転接し、前記保持器の前記円環部の内周面が前記内輪側周面に滑り接触して滑り軸受として機能するものとした２分割ころ軸受。
3. 請求項１または請求項２において、前記保持器の前記滑り軸受として機能する面に、油膜形成能力を高める手段を設けた２分割ころ軸受。
4. 請求項３において、前記油膜形成能力を高める手段が、保持器の周面に付与され、軸方向に垂直な断面が、円弧状、三角形状、若しくは長方形状等の波形となる断面形状、または前記保持器の内周面および外周面に分散して設けたディンプル若しくは突起である２分割ころ軸受。
5. 請求項１〜請求項４のいずれか１項において、前記保持器の柱部に、軸方向中央部分と両側の円環部との間に位置して薄肉部を設けた２分割ころ軸受。
6. 請求項１〜請求項５のいずれか１項において、前記保持器の円環部が、互いに内外に位置してそれぞれ材質が異なる複数の保持器部材からなる２分割ころ軸受。
7. 請求項１〜請求項６のいずれか１項において、前記外輪の外周面に、軸受ハウジングに設けられた係合手段に係合して外輪が軸方向に移動することを制限する被係合部を設けた２分割ころ軸受。

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