JP2008157268A - 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低減して、振動や騒音の抑制および転動疲労寿命の延長を図ることができ、保持器の側面を摩耗させることなく、ころおよび保持器の軸方向移動を制限して、常にころを外輪、および内輪または軸の軌道面内に保持することができるころ軸受を提供する。
【解決手段】 ころ軸受は、一対の円環部７およびこれら円環部７間を繋ぐ円周方向複数箇所の柱部８を有し隣合う柱部８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の各ポケット３ａに保持された複数のころ２とを備え、これら複数のころ２が、内輪または軸６の外周面からなる内輪側周面６ａ、および外輪１の内周面１ａに転接し、外輪１がハウジング５の内周に嵌合する。
【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ころ軸受に関する。

図８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２０は、回転中心軸２０ａと、バランスウェイト２０ｂと、クランクピン２０ｃとで構成され、回転中心軸２０ａが軸受２２により回転自在に支持されている。コンロッド２１は、両端の大径端部２１ａおよび小径端部２１ｂにそれぞれピン挿入穴２１ｃが形成されており、大径端部２１ａのピン挿入穴２１ｃには前記クランクピン２０ｃがコンロッド２１に対して軸受２３を介して回転自在に挿入され、小径端部２１ｂのピン挿入穴２１ｃ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２１に対して回転自在に挿入されている。

上記クランク軸２０の支持部に用いられる軸受２２や、コンロッド２１とクランク軸２０の連結部に用いられる軸受２３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孔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２２，２３は、変動荷重を受けて、ころがスキューしやすい。ころがスキューした場合、ころが保持器と共に軸方向に移動して、ころを外輪、および内輪または軸の軌道面内に保持できなくなるおそれがある。それを防ぐためには、外輪、または軸受を収容するハウジングに保持器の軸方向移動を防止する止め輪を設けることが考えられる。しかし、止め輪で保持器の軸方向移動を防止する構成とし場合、保持器が止め輪に当たったときの衝撃が大きく、保持器の側面が摩耗する。

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低減して、振動や騒音の抑制および転動疲労寿命の延長を図ることができ、保持器の側面を摩耗させることなく、ころおよび保持器の軸方向の移動範囲を制限して、常にころを外輪、および内輪または軸の軌道面内に保持することができるころ軸受を提供することである。

この発明のころ軸受は、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を備え、これら複数のころが、内輪または軸の外周面からなる内輪側周面、および外輪の内周面に転接し、前記外輪がハウジングの内周に嵌合するころ軸受において、前記保持器の円環部を、その内周面および外周面が前記内輪側周面および前記外輪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、前記保持器の軸方向外側に位置して、保持器の軸方向の移動範囲を制限する環状の弾性体を、外輪の内周に設けたことを特徴とする。

この構成とすると、保持器の円環部が、内輪または軸、および外輪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、およびころと外輪の接触面圧を低減することができる。接触面圧が低下することで、転動疲労に対する軸受寿命の延長が可能である。また、保持器の円環部と内輪または軸との接触部、および保持器の円環部と外輪との接触部に油膜が形成されるため、この油膜のスクイズフィルムダンパの作用で振動および騒音を低減することができる。

前記保持器の軸方向外側に弾性体が設けられているため、ころがスキューしてころおよび保持器が軸方向に移動した場合、弾性体が保持器を受け止めることで、ころおよび保持器が軸方向に大きく移動することが防がれる。このため、常にころを外輪、および内輪または軸の軌道面内に保持できる。また、保持器が軸方向に大きな速度で移動した場合は、弾性体によるクッション作用によって保持器の軸方向の相対移動速度を低下させることができる。

この発明において、外部から供給される潤滑油を前記ころの軸方向両端近傍の空間部に導く油路を前記ハウジングおよび外輪に設けると良い。
保持器の両端部を内輪または軸、および外輪に対して滑り接触する円環部としたことにより、軸受空間が狭くなり、軸受内部の潤滑油が不足するおそれがある。そこで、油路を介して軸受空間内に潤滑油を強制的に導入することで、軸受内部の潤滑油不足を防ぐことができる。これにより、ころと内輪または軸、およびころと外輪の潤滑を円滑に行える。
保持器円環部が滑り軸受として機能する構成としたため、保持器円環部と内輪または軸、および外輪との隙間が狭くなり、軸受の側方から軸受空間内に潤滑油を供給することは困難である。しかし、ハウジングおよび外輪を経由することで、潤滑油を軸受空間内に無理なく供給することができる。
潤滑油が導入されるころの軸方向両端近傍は、ころと内輪または軸との接触部、ころと外輪との接触部、保持器円環部と内輪または軸との接触部、および保持器円環部と外輪との接触部に近い位置にあるため、これらの接触部に潤滑油を円滑に供給することができる。
加えて、前記弾性体を潤滑油保持能力の高い材質にすると、外部からの潤滑油の導入が十分でない起動時に、弾性体から滲み出る潤滑油により軸受内部の潤滑油不足を補うことができる。

弾性体を外輪、および内輪または軸との間に隙間を開けて設ける場合、前記弾性体の軸方向外側に、弾性体の軸方向移動を規制する止め輪を前記外輪またはハウジングに設けるのが良い。
これにより、弾性体が所定の軸方向位置からずれることを防ぐことができ、保持器の軸方向移動を確実に防止できる。

この発明において、前記保持器および外輪のいずれかまたは両方を、円周方向に並ぶ２個の分割体に分割することができる。
保持器や外輪を２個の分割体に分割すると、軸受の組立が容易になる。

この発明のころ軸受は、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を備え、これら複数のころが、内輪または軸の外周面からなる内輪側周面、および外輪の内周面に転接し、前記外輪がハウジングの内周に嵌合するころ軸受において、前記保持器の円環部を、その内周面および外周面が前記内輪側周面および前記外輪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、前記保持器の軸方向外側に位置して、保持器の軸方向の移動範囲を制限する環状の弾性体を、外輪の内周に設けたため、ころと内輪または軸、およびころと外輪の接触面圧を低減して、振動や騒音の抑制および転動疲労寿命の延長を図ることができ、保持器の側面を摩耗させることなく、ころおよび保持器の軸方向の移動範囲を制限して、常にころを外輪、および内輪または軸の軌道面内に保持することができる。

この発明の実施形態を図１〜図５と共に説明する。このころ軸受は、外輪１と、この外輪１の内周面１ａに転接する複数のころ２と、リング状の保持器３と、この保持器３の軸方向外側に設けた一対の弾性体４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。外輪１の外周には、ハウジング５が嵌合している。外輪１はしまりばめ、あるいは係止部材によりハウジング９に固定されている。内輪は無く、この軸受が支持する軸６の外周面からなる内輪側周面６ａにころ２が転接している。

保持器３は、軸方向両側の円環部７と、両円環部７を繋ぐ円周方向複数箇所の柱部８とからなり、隣合う柱部８間が、ころ２を保持するポケット３ａとなっている。図１および図４に示すように、この実施形態では、保持器円環部７の内周面および外周面は、軸６の内輪側周面６ａおよび外輪１の内周面１ａにそれぞれ沿う平滑面として形成されている。

保持器３が上記形状であることにより、保持器円環部７の内周面と内輪側周面６ａとの間の隙間、および保持器円環部７の外周面と外輪内周面１ａとの間の隙間に潤滑油が保持される。軸受空間内への潤滑油の供給方法については、後で説明する。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６、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７の内周面は、軸６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７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。

弾性体４は、圧入により外輪１の内周に固定されている。保持器３が軸方向の中立位置にあるとき、保持器３の両端面と両側の弾性体４の軸方向内側の側面との間に若干の隙間ｓが存在する。このため、保持器３は、軸方向両側へ隙間ｓの範囲内で移動可能であるが、それ以上の移動は弾性体４により制限される。

弾性体４の材質は、保持器３の材質（鋼、黄銅、プラスチック等）よりも硬度の低いものが好ましく、例えば樹脂、ゴム、金属等を使用できる。金属材料とする場合、比較的硬度の低い銅合金、アルミ合金等の軟質金属とするのが良い。

弾性体４の材質を樹脂またはゴムとする場合、発泡して多孔質化されたものであるのが好ましい。このような多孔質弾性体を構成する樹脂成分は、樹脂またはゴム等のうち、エラストマーまたはプラストマーのいずれかまたは両方を、アロイまたは共重合成分として採用できる。
ゴムの場合、天然ゴム、イソプレンゴム、ブタジエンゴム、スチレンブタジエンゴム、クロロプレンゴム、ブチルゴム、ニトリルゴム、エチレンプロピレンゴム、シリコーンゴム、ウレタンエラストマー、フッ素ゴム、クロロスルフォンゴム等の各種ゴムを採用できる。
また、樹脂の場合、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリスチレン、ポリ塩化ビニル、ポリアセタール、ポリアミド４，６（ＰＡ４，６）、ポリアミド６，６（ＰＡ６，６）、ポリアミド６Ｔ（ＰＡ６Ｔ）、ポリアミド９Ｔ（ＰＡ９Ｔ）等の汎用樹脂やエンジニアリング樹脂を挙げられる。
上記樹脂に限らず、軟質ウレタンフォーム、硬質ウレタンフォーム、半硬質ウレタンフォーム等のポリウレタンフォームやポリウレタンエラストマー等を用いることもできる。
また、ウレタン系接着剤、シアノアクリレート系接着剤、エポキシ樹脂系接着剤、ポリ酢酸ビニル系接着剤、ポリイミド系接着剤等の各種接着剤を発泡および硬化させて使用することもできる。
弾性体４を金属材料とする場合も、焼結金属等の多孔質金属とするのが好ましい。

潤滑油は図示しない潤滑油供給手段により外部から供給される。潤滑油を軸受空間内に導入するための油路は、外部とハウジング５の内周側とを結ぶ第１油路１１と、外輪１の外周面に軸方向に形成され、中央部が前記第１油路１１と繋がる第２油路１２と、外輪１を径方向に貫通して、前記第２油路１２の両端と軸受空間とを連通する軸方向２箇所の第３油路１３とからなる。この実施形態では、これら各油路１１，１２，１３は円周方向の２箇所に設けられている。第３油路１３の軸受空間側の出口部分には、円周溝１４が外輪１の内周に設けられている。第３油路１３の軸受空間側の出口は、ころ２の軸方向両端より軸方向外側で、かつ近傍とされている。円周溝１４に対向する保持器円環部７の外周面には、環状の切欠き１５が設けられている。

図５に示すように、軸受の組立性を向上させるために、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。

このころ軸受は、例えば図８に示すクランク軸２０支持用の軸受２２や、コンロッド２１とクランク軸２０の連結部の軸受２３に適用される。軸受２２に適用する場合、軸６はクランク軸２０の回転中心軸２０ａである。また、軸受２３に適用する場合、軸６はクランク軸２０のクランクピン２０ｃであり、外輪１はコンロッド２１の大径端部２１ａである。このころ軸受は、上記軸受２２，２３の他に、コンロッド２１の小径端部２１ｂ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が円周方向に２分割されているため、組立性が良好である。

上記構成のころ軸受は、保持器３の円環部７が軸６および外輪１に対して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６との接触面圧、およびころ２と外輪１との接触面圧を低減することができる。接触面圧が低下することで、転動疲労に対する軸受寿命の延長が可能となる。また、保持器円環部７と軸６との間の隙間、および保持器円環部７と外輪１との間の隙間に形成される油膜のスクイズフィルムダンパの作用によって、ころ２と軸６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や騒音を低減することができる。

保持器３の軸方向外側に弾性体４が設けられているため、ころ２がスキューしてころ２および保持器３が軸方向に移動した場合、弾性体４が保持器３を受け止めることで、ころ２および保持器３が軸方向に大きく移動することが防がれる。このため、常にころ２を外輪１および軸６の軌道面内に保持できる。保持器３が軸方向に大きな速度で移動した場合には、弾性体４によるクッション作用によって保持器３の軸方向の相対移動速度を低下させることができる。また、弾性体４は保持器３よりも硬度の低い材質とされているので、保持器３と弾性体４との接触による保持器円環部７の側面の摩耗を抑えることができる。弾性体４の材質を樹脂あるいは軟質金属とすると、弾性体４の強度が大きいので、軸の回転速度が大きい場合や荷重の大きい場合にも対応することができる。

このころ軸受の使用時には、潤滑油供給手段（図示せず）により軸受空間内に潤滑油が供給される。潤滑油は、第１油路１１、第２油路１２、および第３油路１３を順に通り、円周溝１４および切欠き１５からなる空間部に導かれる。この空間部は、ころ２の軸方向両端の近傍に位置する。円周溝１４および切欠き１５が設けられているため、第２油路１３から軸受空間内の導入された潤滑油が、円周方向に均一に供給される。そして、ころ２と軸６との接触部、ころ２と外輪１との接触部、保持器円環部７と軸６との接触部、および保持器円環部７と外輪１との接触部に送られて、これら接触部を潤滑する。潤滑油が導入されるころ２の軸方向両端近傍は、上記各接触部に近い位置にあるため、各接触部に潤滑油を円滑に供給することができる。
起動時には、潤滑油供給手段が作動していないため、軸受空間内の潤滑油が不足状態となる。しかし、弾性体４の材質を、発泡して多孔質化された樹脂またはゴムや多孔質金属としておけば、弾性体４が潤滑油を保持することができるので、起動時においてもこの弾性体４から滲み出る潤滑油により軸受空間内の潤滑油不足を補うことができる。

前記円周溝１４を設けるのは、上述した潤滑油を円周方向に供給するという機能的な面の他に、第３油路１３の加工を、外輪１の内周面に加工痕を残さずに、容易かつ低コストで行うという目的がある。したがって、円周溝１４が無くても、軸受空間内に導入された潤滑油が十分に円周方向に拡散される構造であり、かつ外輪１の内周面に加工痕を残さず第３油路１３を加工することができるのであれば、円周溝１４は設けなくても良い。

円周溝１４および切欠き１５を設けない構成とした場合、保持器柱部８の外周面における円環部近傍部分を円環部７の外周面と同一の平滑面とし、この円環部近傍部分を、潤滑油の油膜を介して外輪１の内周面１ａ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。このように、保持器柱部８の外周面における円環部近傍部分も滑り軸受として機能させれば、ころ２と外輪１との接触面圧をさらに低減することができる。

また、この実施形態では、第１〜第３油路１１，１２，１３を円周方向２箇所に設けているが、これらの油路を円周方向１箇所または３箇所以上に設けてもよい。

図６は異なる実施形態を示す。この実施形態は、弾性体４が外輪１および軸６との間に隙間を開けて設けられて、軸方向に移動自在とされている。そこで、弾性体４の軸方向外側に、弾性体４の軸方向移動を制限する止め輪９が外輪１の内周に装着してある。この止め輪９は、例えば、周方向の１箇所に割り部が形成され、縮径および拡径可能な弾性を有するものであり、その弾性を利用して、外輪内周面１ａに形成された溝９ａに装着される。これにより、弾性体４が所定の軸方向位置からずれることを防ぐことができ、保持器３の軸方向移動を確実に防止することができる。他は前記実施形態と同じ構成である。

図７はさらに異なる実施形態を示す。この実施形態も、弾性体４が外輪１および軸６との間に隙間を開けて設けられて、軸方向に移動自在とされたものである。この実施形態が図６の実施形態と異なる点は、弾性体４の軸方向移動を制限する止め輪９をハウジング５の内周に形成された溝９ｂに装着したことである。このように止め輪９を設けても、前記同様、保持器３の軸方向移動を確実に防止することができる。他は前記実施形態と同じ構成である。

上記各実施形態では、内輪が無く、ころ２が軸６に直接に接触する構成のころ軸受を例示しているが、この発明は、内輪を有するころ軸受にも適用できる。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ころ軸受の一部を省略した断面図で、図２のＩ−Ｏ−Ｉ´断面を示す。 図１のII−II断面図である。 図１のIII−III断面図である。 図１のIV−IV断面図である。 同ころ軸受の外輪および保持器を示す正面図である。 この発明の異なる実施形態にかかるころ軸受の一部を省略した断面図である。 この発明のさらに異なる実施形態にかかるころ軸受の一部を省略した断面図である。 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…外輪の内周面
２…ころ
３…保持器
３_１，３_２…保持器分割体
３ａ…ポケット
４…弾性体
５…ハウジング
６…軸
６ａ…内輪側周面
７…円環部
８…柱部
９…止め輪
１１…第１油路
１２…第２油路
１３…第３油路

Claims (4)

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を備え、これら複数のころが、内輪または軸の外周面からなる内輪側周面、および外輪の内周面に転接し、前記外輪がハウジングの内周に嵌合するころ軸受において、
   前記保持器の円環部を、その内周面および外周面が前記内輪側周面および前記外輪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、
   前記保持器の軸方向外側に位置して、保持器の軸方向の移動範囲を制限する環状の弾性体を、外輪の内周に設けたことを特徴とするころ軸受。
2. 請求項１において、外部から供給される潤滑油を前記ころの軸方向両端近傍の空間部に導く油路を前記ハウジングおよび外輪に設けたころ軸受。
3. 請求項１または請求項２において、前記弾性体の軸方向外側に、弾性体の軸方向移動を規制する止め輪を前記外輪またはハウジングに設けたころ軸受。
4. 請求項１〜請求項３のいずれか１項において、前記保持器および外輪のいずれかまたは両方を、円周方向に並ぶ２個の分割体に分割したころ軸受。

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