JP2008089077A

JP2008089077A - ２分割ころ軸受

Info

Publication number: JP2008089077A
Application number: JP2006270368A
Authority: JP
Inventors: Tatsuo Kawase; 達夫川瀬; Kenji Tamada; 健治玉田
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2006-10-02
Filing date: 2006-10-02
Publication date: 2008-04-17

Abstract

【課題】２つの外輪分割体の接合箇所での軌道面の段差が無く、かつ真円性を保持して、振動や騒音が少なく、かつ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】内周にころ２の軌道面１ａが形成された外輪１を備え、この外輪１は円周方向に並ぶ２個の分割体１_１，１_２に分割されている。外輪１の分割箇所を含む内周の一部に、軌道面１ａに対して凹部７を設け、この凹部７に、固形性を有する潤滑剤、外輪１の構成材料よりも硬度が低い樹脂や軟質金属材料、または外輪１の構成材料よりも縦弾性係数が大きい材料、または外輪１の構成材料よりも摩擦係数が小さい材料、または外輪１の構成材料よりも耐摩耗性に優れた材料からなる埋め込み部材８を前記両分割体１_１，１_２に対して固定して設ける。または、外輪１の分割箇所を含む軌道面１ａの一部に、ダイヤモンド・ライク・カーボンまたはクロム、チタン、タングステン等の金属化合物からなる表面処理膜を設ける。
【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６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。

また、上記軸受１２，１３に供されるころ軸受は、組立を容易にするために、外輪および保持器を２分割にすることが必要となる。外輪を２分割する方法の従来技術として、例えば特許文献１，２がある。これらに開示されている技術は、外輪の端面に割りを誘発するノッチを施してからプレスすることにより、外輪が希望の分割線に沿って良好に分割されるようにしたものである。

しかし、２分割された外輪を組み立てた場合、２つの分割体の接合部に軌道面の段差が生じることがある。軌道面に段差があると、外輪ところの接触面圧が不均一となり、疲労寿命の低下や振動、騒音の発生等の不具合が生じる。

これの対策として、特許文献３には、図７に示すように、分割面を軸方向から見てクランク状に形成し、かつ２つの外輪分割体２１_１，２１_２の外側の分割面同士の間に隙間Ｓを形成することで、両外輪分割体２１_１，２１_２を組み合わせたときの外輪２１の軌道面２１ａの真円度を高めるとともに、ころ２３の軌道面２１ａに段差が生じることを防ぐ技術が開示されている。

また、特許文献４には、図８に示すように、２つの外輪分割体３１_１，３１_２の接合箇所となる円周方向の端部に、外周側から見てＶ字状をなす凸部３２および凹部３３をそれぞれ個別に設け、これら凸部３２と凹部３３とを互いに嵌合させて両外輪分割体３１_１，３１_２を接合し、前記凸部３２および凹部３３を構成する外輪分割体３１_１，３１_２の端部の内周面を、軸方向から見てころ３４の軌道面３１ａに対し軌道面３１ａから後退する側に傾斜する傾斜面３１ｂ，３１ｃとすることで、組立時に両外輪分割体３１_１，３１_２間で周方向および径方向のいずれの方向のずれが生じた場合でも、軌道面３１ａに段差が生じることを防ぐ技術が開示されている。

特開昭５５−３６６４３号公報特開平７−３１７７７８号公報特開２００３−２１４４４２号公報特開２００６−１２５６０６号公報

特許文献３は、分割面２１ａを軸方向から見てクランク状に形成し、２つの外輪分割体２１_１，２１_２の外側の分割面２２ａ_１，２２ａ_２同士の間に隙間Ｓを形成することで、両外輪分割体２１_１，２１_２の径方向の位置決めと内側の分割面２２ｂ_１，２２ｂ_２同士の密着とを図り、それによって軌道面２１ａに段差が生じるのを防ぐというものである。確かにこの構成とすると、クランク状の分割面で両外輪分割体２１_１，２１_２が中央の分割面２２ｃ_１，２２ｃ_２同士が接することで径方向の位置決めがなされるため、通常の場合には軌道面２１ａに段差が生じない。しかし、独立した２個の外輪分割体２１_１，２１_２をその端部で突き合わせただけであることに違いないので、熱膨張や熱収縮により両外輪分割体２１_１，２１_２の端部の径方向寸法に微小な差が生じた場合等に軌道面２１ａに段差が生じることが避けられない。また、製造上、寸法公差を厳しく管理する必要があるためコストがかかるという問題がある。

また、特許文献４は、組立時に両外輪分割体３１_１，３１_２が周方向または径方向または周方向・径方向の両方にずれが生じた場合、両外輪分割体３１_１，３１_２にそれぞれ形成されている軌道面３１ａを傾斜面３１ｂ，３１ｃで接続することで、軌道面３１ａに段差が生じることを防ぐというものである。しかし、両外輪分割体３１_１，３１_２に径方向のずれが生じた場合、両外輪分割体３１_１，３１_２のそれぞれの軌道面３１ａの径が異なるので、両外輪分割体３１_１，３１_２の軌道面３１ａを傾斜面３１ｂ，３１ｃで接続しても、軌道面３１ａの真円性が損なわれる。このため、振動や騒音が発生する。

この発明の目的は、２つの外輪分割体の接合箇所での軌道面の段差が無く、かつ真円性を保持して、振動や騒音が少なく、かつ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、内周にころの軌道面が形成された外輪を備え、この外輪は円周方向に並ぶ２個の分割体に分割されたものであるころ軸受において、前記外輪の分割箇所を含む内周の一部に、軌道面に対して凹部を設け、この凹部に、固形性を有する潤滑剤、外輪の構成材料よりも硬度が低い樹脂や軟質金属材料、または外輪の構成材料よりも縦弾性係数が大きい材料、または外輪の構成材料よりも摩擦係数が小さい材料、または外輪の構成材料よりも耐摩耗性に優れた材料からなる埋め込み部材を前記両分割体に対して固定して設けたことを特徴とする。

この構成とすると、２つの分割体のそれぞれの軌道面を、埋め込み部材の内周面を介して連続する滑らかな面として繋げることができる。埋め込み部材は外輪の両分割体に固定されるので、両分割体のずれが規制され、真円性を保持することができる。これにより、２分割された外輪の接合面に起因する振動や騒音を軽減することができる。
埋め込み部材が固形性を有する潤滑剤である場合は、外輪ところの潤滑性を向上させることができる。
埋め込み部材が外輪の構成材料よりも硬度が低い樹脂や軟質金属材料である場合は、ころの摩耗を抑えることができる。
埋め込み部材が外輪の構成材料の縦弾性係数よりも縦弾性係数が大きい材料である場合は、上記同様、ころの摩耗を抑えることができる。
埋め込み部材が外輪の構成材料よりも摩擦係数が小さい材料である場合は、埋め込み部材が、ころが軌道面に沿って転接することの障害とならない。
埋め込み部材が外輪の構成材料よりも耐摩耗性に優れた材料である場合は、埋め込み部材の摩耗を防いで、長時間品質を保持できる。

また、この発明の２分割ころ軸受は、内周にころの軌道面が形成された外輪を備え、この外輪は円周方向に並ぶ２個の分割体に分割されたものであるころ軸受において、前記外輪の分割箇所を含む軌道面の一部に、ダイヤモンド・ライク・カーボンまたはクロム、チタン、タングステン等の金属化合物からなる表面処理膜を設けたことを特徴とする。

この構成とすると、２つの分割体のそれぞれの軌道面を、表面処理膜を介して連続する滑らかな面として繋げることができる。表面処理膜により外輪の両分割体が互いに一体化されるので、両分割体のずれが規制され、真円性を保持することができる。これにより、２分割された外輪の接合面に起因する振動や騒音を軽減することができる。
表面処理膜を硬度の高いダイヤモンド・ライク・カーボンまたはクロム、チタン、タングステン等の金属化合物からなる膜とすることで、表面処理膜の摩耗を防いで、長時間品質を保持できる。

この発明において、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ころを保持するポケットとなるリング状の保持器を備え、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を前記外輪の端部の内周面に滑り接触させて滑り軸受として機能させることができる。
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、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ころを保持するポケットとなるリング状の保持器を備え、内輪または軸の外周面からなる内輪側周面がころの軌道面として形成され、前記保持器の前記円環部の内周面を前記内輪側周面に滑り接触させて滑り軸受として機能させることができる。
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。

この発明の２分割ころ軸受は、内周にころの軌道面が形成された外輪を備え、この外輪は円周方向に並ぶ２個の分割体に分割されたものであるころ軸受において、前記外輪の分割箇所を含む内周の一部に、軌道面に対して凹部を設け、この凹部に、固形性を有する潤滑剤、外輪の構成材料よりも硬度が低い樹脂や軟質金属材料、または外輪の構成材料よりも縦弾性係数が大きい材料、または外輪の構成材料よりも摩擦係数が小さい材料、または外輪の構成材料よりも耐摩耗性に優れた材料からなる埋め込み部材を前記両分割体に対して固定して設けるか、または前記外輪の分割箇所を含む軌道面の一部に、ダイヤモンド・ライク・カーボンまたはクロム、チタン、タングステン等の金属化合物からなる表面処理膜を設けたため、２つの外輪分割体の接合箇所での軌道面の段差を無く、かつ真円性を保持して、振動や騒音が少なくし、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、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。

図３はころ軸受の外輪のみを示す図である。この図に示すように、外輪１は、２つの外輪分割体１_１，１_２の分割箇所を含む内周の一部に、軌道面１ａに対して凹む断面三角形の凹部７が設けられ、この凹部７に埋め込み部材８が外輪分割体１_１，１_２に固定して設けられている。埋め込み部材８の材質としては、固形性を有する潤滑剤、外輪分割体１_１，１_２を構成する鉄系材料よりも硬度が低い樹脂や軟質金属材料、例えば銅鉛合金、鉛青銅、アルミニウム合金等、または前記鉄系材料の縦弾性係数よりも縦弾性係数が大きい材料、または外輪の構成材料よりも摩擦係数が小さい材料、または外輪の構成材料よりも耐摩耗性に優れた材料が適している。埋め込み部材８の外輪分割体１_１，１_２への固定方法としては、接着、圧入、ピン止め、または物理的な抜け止め等を採用することができる。

この２分割ころ軸受は、例えば図６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。

埋め込み部材８を固形性を有する潤滑剤とすると、外輪１ところ２の潤滑性を向上させることができる。埋め込み部材８を外輪１を構成する鉄系材料よりも硬度が低い樹脂や軟質金属材料とすると、ころ２の摩耗を抑えることができる。埋め込み部材８を前記鉄系材料の縦弾性係数よりも縦弾性係数が大きい材料とした場合も、上記同様、ころ２の摩耗を抑えることができる。埋め込み部材８を前記鉄系材料よりも摩擦係数が小さい材料とすると、埋め込み部材８が、ころ２が軌道面１ａに沿って転接することの障害とならない。埋め込み部材８を前記鉄系材料よりも耐摩耗性に優れた材料とすると、埋め込み部材８の摩耗を防いで、長時間品質を保持できる。

図４は外輪１の前記凹部７および埋め込み部材８の断面形状を矩形とした例である。この場合も、前記同様の材料からなる埋め込み部材８を、前記同様の固定方法により凹部７に固定して設ける。これにより、前記同様の作用効果が得られる。

図５は、２つの外輪分割体の接合箇所での軌道面の段差が無く、かつ真円性を保持するために、図３および図４の各外輪とは異なる構成を採用した外輪を示す。この外輪１は、２つの外輪分割体１_１，１_２の分割箇所を含む軌道面１ａの一部に、ダイヤモンド・ライク・カーボンまたはクロム、チタン、タングステン等の金属化合物からなる表面処理膜９が設けられている。

この構成とすると、２つの外輪分割体１_１，１_２のそれぞれの軌道面１ａが、表面処理膜９を介して連続する滑らかな面として繋がっているため、軌道面１ａの段差を無くすことができる。また、表面処理膜９により両外輪分割体１_１，１_２が互いに一体化されるので、両外輪分割体１_１，１_２のずれを規制して、真円性を保持することができる。これにより、２分割された外輪の接合面に起因する振動や騒音を軽減することができる。さらに、表面処理膜９が硬度の高いダイヤモンド・ライク・カーボンまたはクロム、チタン、タングステン等の金属化合物からなる膜であるため、表面処理膜９の摩耗を防いで、長時間品質を保持できる。

上記実施形態では、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。同２分割ころ軸受の外輪の破断正面図である。異なる外輪の破断正面図である。さらに異なる外輪の破断正面図である。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。従来のころ軸受の外輪の要部の正面図である。（Ａ）は従来の異なるころ軸受の外輪の要部の平面図、（Ｂ）はその正面図である。

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…凹部
８…埋め込み部材
９…表面処理膜

Claims

内周にころの軌道面が形成された外輪を備え、この外輪は円周方向に並ぶ２個の分割体に分割されたものであるころ軸受において、
前記外輪の分割箇所を含む内周の一部に、軌道面に対して凹部を設け、この凹部に、固形性を有する潤滑剤、外輪の構成材料よりも硬度が低い樹脂や軟質金属材料、または外輪の構成材料よりも縦弾性係数が大きい材料、または外輪の構成材料よりも摩擦係数が小さい材料、または外輪の構成材料よりも耐摩耗性に優れた材料からなる埋め込み部材を前記両分割体に対して固定して設けたことを特徴とする２分割ころ軸受。
内周にころの軌道面が形成された外輪を備え、この外輪は円周方向に並ぶ２個の分割体に分割されたものであるころ軸受において、
前記外輪の分割箇所を含む軌道面の一部に、ダイヤモンド・ライク・カーボンまたはクロム、チタン、タングステン等の金属化合物からなる表面処理膜を設けたことを特徴とする２分割ころ軸受。
請求項１または請求項２において、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ころを保持するポケットとなるリング状の保持器を備え、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２分割ころ軸受。
請求項１または請求項２において、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ころを保持するポケットとなるリング状の保持器を備え、内輪または軸の外周面からなる内輪側周面がころの軌道面として形成され、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。