JP2009014078A - Needle roller bearing and crankshaft supporting structure - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、針状ころ軸受に関し、特にクランクシャフトを回転自在に支持する針状ころ軸受に関するものである。 The present invention relates to a needle roller bearing, and more particularly to a needle roller bearing that rotatably supports a crankshaft.
図11を参照して、従来のクランクシャフト101は、軸部102と、クランクアーム103と、隣接するクランクアーム103の間にコンロッドを配置するためのクランクピン104とを有する。
Referring to FIG. 11, a
また、上記構成のクランクシャフト101の軸部102を回転自在に支持する転がり軸受が、例えば、特表平7−506889号公報(特許文献1)に記載されている。同公報に記載されている転がり軸受は、外輪と、外輪の内径面に沿って配置される複数の転動要素と、複数の転動要素を保持する保持器とを備える。
In addition, a rolling bearing that rotatably supports the
上記構成の転がり軸受は、軸部102に保持器付ころ、外輪、およびハウジングの順に組み込むことによって完成する。なお、クランクアーム103に挟まれた軸部102に径方向から組み込み可能とするために、外輪は、中心角が180°より大きい円弧形状の第1の部分と、中心角が180°より小さい円弧形状の第2の部分とを含む分割型外輪となっている。
ここで、第1の部分の割り口寸法は保持器付ころの最大外径より小さいので、割り口を広げる方向に弾性変形させなければ組み込むことができない。また、第1の部分の弾性変形量は、第1の部分の中心角が大きくなるのに伴って大きくなる。一方、弾性変形能は、第1の部分の肉厚の増加に伴って小さくなる。したがって、軸受の寸法関係によっては、外輪を容易に組み込むことができない。 Here, since the slit size of the first portion is smaller than the maximum outer diameter of the roller with cage, it cannot be incorporated unless it is elastically deformed in the direction of expanding the slit. Further, the amount of elastic deformation of the first portion increases as the central angle of the first portion increases. On the other hand, the elastic deformability decreases as the thickness of the first portion increases. Therefore, the outer ring cannot be easily incorporated depending on the dimensional relationship of the bearing.
そこで、この発明の目的は、分割型外輪を有する軸受であって、回転軸への組み込みが容易な針状ころ軸受を提供することである。 Therefore, an object of the present invention is to provide a needle roller bearing that has a split outer ring and can be easily incorporated into a rotating shaft.
この発明に係る針状ころ軸受は、中心角が180°より大きい第1の外輪部材、および中心角が180°より小さい第2の外輪部材を円周方向に連ねて形成される円筒形状の外輪と、外輪の内径面に沿って配置される複数の針状ころとを備える。そして、第1の外輪部材の円周方向両端面には、それぞれ工具を係止する凹部が設けられている。上記構成のように、第1の外輪部材の円周方向両端面に凹部を設けて、割り口を広げる際に使用する工具を係止することによって、針状ころ軸受の組立性が向上する。 The needle roller bearing according to the present invention includes a cylindrical outer ring formed by connecting a first outer ring member having a central angle larger than 180 ° and a second outer ring member having a central angle smaller than 180 ° in the circumferential direction. And a plurality of needle rollers disposed along the inner diameter surface of the outer ring. And the recessed part which latches a tool is provided in the circumferential direction both end surfaces of the 1st outer ring member, respectively. As in the above-described configuration, the assembly of the needle roller bearing is improved by providing recesses on both circumferential end surfaces of the first outer ring member and locking the tool used when expanding the slit.
好ましくは、外輪の内径寸法をD、および第1の外輪部材の内径面の円周方向端部を結ぶ線分の長さをXとすると、0<(D−X)/D≦0.003を満たす。上記の寸法関係を満足すれば、組込時における外輪の弾性変形量を小さく(内径寸法Dの0.3%以下)抑えることができる。その結果、外輪の肉厚がある程度厚くても回転軸に容易に組み込むことが可能となる。 Preferably, 0 <(D−X) /D≦0.003 where D is the inner diameter dimension of the outer ring and X is the length of the line segment connecting the circumferential ends of the inner diameter surface of the first outer ring member. Meet. If the above dimensional relationship is satisfied, the amount of elastic deformation of the outer ring during assembly can be reduced (0.3% or less of the inner diameter dimension D). As a result, even if the outer ring is thick to some extent, it can be easily incorporated into the rotating shaft.
好ましくは、外輪は自然割りによって第1および第2の外輪部材に分割される。自然割りは、刃具等を用いて外輪を切断する方法と比較して製造工程および加工時間を短縮することができる。その結果、針状ころ軸受の生産性が向上する。 Preferably, the outer ring is divided into first and second outer ring members by natural splitting. Natural splitting can shorten the manufacturing process and processing time as compared with a method of cutting an outer ring using a cutting tool or the like. As a result, the productivity of the needle roller bearing is improved.
さらに好ましくは、外輪には光輝焼入れが施されている。そして、外輪の平均硬度は653Hv以上である。光輝焼入れを施すことにより、外輪に必要な機械的性質、特に表面硬さ(653Hv以上)を得ることができる。なお、本明細書中「Hv」とは、ビッカース硬さを指すものとする。 More preferably, the outer ring is brightly quenched. And the average hardness of an outer ring | wheel is 653Hv or more. By performing bright quenching, mechanical properties necessary for the outer ring, in particular, surface hardness (653 Hv or more) can be obtained. In the present specification, “Hv” refers to Vickers hardness.
好ましくは、針状ころ軸受は、円周上に軸線方向に延びる分割線を有する分割型の保持器をさらに備える。外輪に加えて保持器も分割型とすることにより、さらに回転軸への組み込みが容易となる。 Preferably, the needle roller bearing further includes a split type retainer having a split line extending in the axial direction on the circumference. In addition to the outer ring, the cage is also divided, so that it can be easily incorporated into the rotating shaft.
一実施形態として、保持器は、浸炭焼入れおよび浸炭窒化焼入れのうちのいずれか一方を施した金属材料によって形成されている。そして、保持器の平均硬度は450Hv以上である。他の実施形態として、保持器は、射出成形可能な合成樹脂によって形成されている。そして、保持器の耐熱温度は120℃以上である。 As one embodiment, the cage is formed of a metal material subjected to any one of carburizing quenching and carbonitriding quenching. And the average hardness of a cage | basket is 450 Hv or more. In another embodiment, the cage is made of an injection moldable synthetic resin. And the heat-resistant temperature of a cage | basket is 120 degreeC or more.
この発明に係るクランクシャフト支持構造は、クランクシャフトと、クランクシャフトを回転自在に支持する上記のいずれかに記載の針状ころ軸受とを備える。上記構成の針状ころ軸受を採用することにより、組立性に優れたクランクシャフト支持構造を得ることができる。 A crankshaft support structure according to the present invention includes a crankshaft and the needle roller bearing according to any one of the above that rotatably supports the crankshaft. By adopting the needle roller bearing having the above-described configuration, a crankshaft support structure excellent in assemblability can be obtained.
この発明によれば、第1の外輪部材の円周方向両端面に凹部を設けて、割り口を広げる際に使用する工具を係止することにより、組立性に優れた針状ころ軸受およびクランクシャフト支持構造を得ることができる。 According to the present invention, the needle roller bearing and the crank that are excellent in assemblability are provided by providing the recesses on both circumferential end surfaces of the first outer ring member and locking the tool used when expanding the slit. A shaft support structure can be obtained.
図1〜図5を参照して、この発明の一実施形態に係る針状ころ軸受11を説明する。なお、図1は針状ころ軸受11を示す図、図2は第1の外輪部材13の円周方向端面を示す拡大図、図3は図2の他の実施形態を示す図、図4は保持器16を図1の矢印IVの方向から見た矢視図、図5は針状ころ軸受11の寸法関係を示す図である。
With reference to FIGS. 1-5, the needle roller bearing 11 which concerns on one Embodiment of this invention is demonstrated. 1 is a view showing the needle roller bearing 11, FIG. 2 is an enlarged view showing a circumferential end surface of the first
まず、図1を参照して、針状ころ軸受11は、外輪12と、外輪12の内径面に沿って配置される複数の針状ころ15と、隣接する針状ころ15の間隔を保持する保持器16とを備える。上記構成の針状ころ軸受11は、外輪12と針状ころ15とが線接触するので、軸受投影面積が小さい割りに高負荷容量と高剛性を得られる利点を有しており、自動車をはじめとして、あらゆる分野に広く利用されている。
First, referring to FIG. 1, the needle roller bearing 11 maintains an interval between the
図1を参照して、外輪12は、円弧形状の複数の外輪部材を円周方向に連ねて形成される。また、複数の外輪部材の中には、中心角が180°より大きい外輪部材が1つ含まれている。この実施形態においては、中心角が180°より大きい第1の外輪部材13、および中心角が180°より小さい第2の外輪部材14の2つを組み合わせて円筒形状の外輪12を構成している。
Referring to FIG. 1,
次に、図2を参照して、第1の外輪部材13の円周方向両端面には、凹部13aが設けられている。この凹部13aは、第1の外輪部材13の割り口を広げる際に使用する工具を係止するために設けられている。
Next, referring to FIG. 2,
なお、図2では、凹部13aを第1の外輪部材13の内径面(軌道面)に接する位置に設けた例を示したが、この構成では、軌道面となる第1の外輪部材13の内径面に段差が生じる。これは、針状ころ15の表面を傷つけたり、針状ころ15のスムーズな転動を阻害したりするおそれがある。
2 shows an example in which the
そこで、図3を参照して、他の実施形態としての凹部13bは、第1の外輪部材13の中央部に位置する。このように、4方を側壁で囲まれた凹部13b(図2では凹部13aの3方が側壁で囲まれている)を形成することにより、針状ころ15のスムーズな転動を妨げることがない。
Therefore, referring to FIG. 3, the recess 13 b as another embodiment is located at the center of the first
さらに、凹部の位置や形状(上記の実施形態では長方形)は、図2および図3に示す実施形態に限定されず、工具を係止可能な任意の構造を採用することができる。 Furthermore, the position and shape of the recess (rectangular in the above embodiment) are not limited to the embodiment shown in FIGS. 2 and 3, and any structure that can lock the tool can be adopted.
次に、図1および図4を参照して、保持器16は、各々が半円形状である2つの保持器セグメント17,18を円周方向に連ねて形成されている。図4を参照して、保持器セグメント17は、一対のリング部17a,17b、および一対のリング部17a,17bの間に配置される複数の柱部17cを含む。また、隣接する柱部17cの間には、針状ころ15を収容するポケット17dが形成されている。なお、保持器セグメント18の構成も共通するので、説明は省略する。
1 and 4, the
次に、上記構成の外輪12の製造方法は特に限定されないが、例えば、以下の方法で製造することができる。まず、出発材料としてのパイプ材に旋削加工を施して所定の外径寸法、内径寸法、および厚み寸法の円筒部材を形成する。次に、所定の機械的性質を得るために熱処理を施す。具体的には、光輝焼入れによって平均硬度を653Hv以上にする。また、光輝焼入れによって生じた残留応力や内部ひずみを低減し、靭性の向上や寸法を安定化させるために焼戻を行うのが望ましい。
Next, although the manufacturing method of the outer ring |
次に、円筒部材の表面、特に軌道面となる内径面に研削加工を施す。軌道面の表面粗さを所定値以下とすることにより、軌道面と針状ころ15との間の摩擦抵抗を低減して、回転時のトルク損失や発熱を抑制することができる。その結果、長寿命で信頼性の高い針状ころ軸受11を得ることができる。
Next, grinding is performed on the surface of the cylindrical member, in particular, the inner diameter surface serving as the raceway surface. By setting the surface roughness of the raceway surface to a predetermined value or less, the frictional resistance between the raceway surface and the
次に、円筒部材に衝撃を加えて円周方向に2分割することにより第1および第2の外輪部材13,14を得る。さらに、第1の外輪部材13の円周方向端面に凹部13aを形成する。このとき、分割部分の端面には研削加工等を施さないので、割れたときの凹凸が分割面に残っている。軸受使用時には、対応する端面を突合させることにより円筒形状の外輪12を得る。
Next, the first and second
なお、分割部分(外径面、または端面)に予めV字溝等の切欠きを形成しておけば、V字溝の根元に応力集中が生じ、この部分を基点として分割することができる。その結果、所望の中心角の第1および第2の外輪部材13,14を容易に得ることができる。
If a notch such as a V-shaped groove is formed in advance on the divided portion (outer diameter surface or end surface), stress concentration occurs at the root of the V-shaped groove, and the portion can be divided using this portion as a base point. As a result, the first and second
このような製造方法を「自然割り」という。自然割りは、刃具等を用いて外輪12を切断する方法と比較して製造工程および加工時間を短縮することができる。その結果、針状ころ軸受11の生産性が向上する。
Such a manufacturing method is called “natural split”. Natural splitting can shorten the manufacturing process and processing time as compared with a method of cutting the
次に、上記構成の保持器16の製造方法は特に限定されないが、例えば、以下の方法で製造することができる。まず、SCM,SCr,SNCM等の金属材料で形成されたパイプ材を所定の形状の円筒部材に加工する。次に、円筒部材の外径面に厚み方向に貫通する複数のポケット17d,18dを形成する。
Next, although the manufacturing method of the holder |
次に、所定の機械的性質を得るために円筒部材に熱処理を施す。具体的には、浸炭焼入れまたは浸炭窒化焼入れによって平均硬度を450Hv以上にする。また、上記の焼入れ後に焼戻を行うのが望ましい。そして、円筒部材を円周上の2箇所(180°の間隔)で切断して半円形状の保持器セグメント17,18を得る。
Next, in order to obtain predetermined mechanical properties, the cylindrical member is subjected to heat treatment. Specifically, the average hardness is set to 450 Hv or more by carburizing or carbonitriding. Further, it is desirable to perform tempering after the above quenching. Then, the cylindrical member is cut at two locations on the circumference (at intervals of 180 °) to obtain
なお、本明細書中「半円形状の保持器セグメント」とは、中心角が厳密に180°であるものに限定されない。つまり、中心角が180°より僅かに小さいが、実質的に180°であると評価できるものについては、「半円形状の保持器セグメント」に含むものとする。 In the present specification, the “semicircular cage segment” is not limited to one having a strictly central angle of 180 °. That is, those having a central angle slightly smaller than 180 ° but which can be evaluated to be substantially 180 ° are included in the “semicircular cage segment”.
具体的には、保持器セグメント17,18の突合部分には、円筒部材を切断する刃具の厚みに相当する隙間が形成される。また、高温環境下で使用される場合には、熱膨張を考慮して予め保持器セグメント17,18の突合部分に微小な隙間を設けておく必要がある。しかし、上記のような理由で中心角を僅かに減じたものについては、「半円形状の保持器セグメント」に含むものとする。
Specifically, a gap corresponding to the thickness of the cutting tool for cutting the cylindrical member is formed at the abutting portion of the
次に、図5を参照して、針状ころ軸受11の各種寸法関係を説明する。まず、外輪12の内径寸法をD、および第1の外輪部材13の内径面の円周方向端部を結ぶ線分l1の長さをX(「割り口寸法」という)とする。なお、外輪12の内径寸法Dは、保持器16に組み込まれた複数の針状ころ15の外接円径に一致する。
Next, various dimensional relationships of the
割り口寸法Xは、第1の外輪部材13の中心角が180°の時に最大(X=D)となるので、この実施形態においては常にX<Dを満たす。したがって、第1の外輪部材13を保持器付ころ(ポケット17d,18dに針状ころ15を組み込んだ状態を指す)に組み込む場合における割り口の弾性変形量δは、δ=D−X(=δ1+δ2)となる。
The slot dimension X is maximum (X = D) when the center angle of the first
ここで、この発明に係る第1の外輪部材13は、0<δ/D<0.003(以下「式1」という)を満たすように各種寸法を設定する。例えば、外輪12の内径寸法D=40mm、割り口寸法X=39.9mmとすると、弾性変形量δ=0.1mmとなる(δ/D=0.0025)。
Here, the first
図6〜図9を参照して、針状ころ軸受11をクランクシャフト1に組み込む方法を説明する。なお、図6は保持器付ころを組み込んだ状態を示す図、図7は第1の外輪部材13を組み込んだ状態を示す図、図8は針状ころ軸受11をクランクケース2上に載置した状態を示す図、図9は組み込み完了後の状態を示す図である。
A method of incorporating the
図6を参照して、まず、保持器セグメント17,18のポケット17d,18dに針状ころ15を組み込んで保持器付ころを形成する。次に、保持器セグメント17,18(保持器付ころ)をそれぞれクランクシャフト1の径方向から組み込む。
Referring to FIG. 6, first,
次に、工具21を凹部13aに係止して割り口を広げながら(X+δ)、第1の外輪部材13を保持器付ころに組み込む。このとき、組み込みに必要な割り口の弾性変形量δを式1の範囲内に制限したので、第1の外輪部材13の肉厚が厚くても容易に組み込むことができる。また、工具21を用いて割り口を広げることができるので、針状ころ軸受11の組立性がさらに向上する。
Next, the first
なお、第1の外輪部材13の円周方向両端面に凹部13aを設けず、第1の外輪部材13の内径面(軌道面)に工具21を直接係止して割り口を広げる方法も考えられる。しかし、この方法によれば、組立時に軌道面を傷つけて針状ころ15のスムーズな転動を阻害するおそれがある。そこで、このような問題を解消するためには、図2または図3に示したような凹部13a,13bを設けて、この凹部13a,13bに工具21を係止するのが望ましい。
It is also possible to consider a method in which the
次に、図7を参照して、第1の外輪部材13を保持器付ころに組み込んだ後、第1の外輪部材13を自然状態(弾性変形していない状態を指す)に戻す。このとき、割り口寸法Xは、針状ころ15の外接円径(=D)より小さくなるので、これ以降の組立工程において第1の外輪部材13が脱落するのを防止することができる。
Next, referring to FIG. 7, after incorporating the first
次に、図8を参照して、針状ころ軸受11をクランクケース2に載置する。次に、図9を参照して、第2の外輪部材14を第1の外輪部材13の円周方向に連ねて配置し、円筒形状の外輪12を形成する。これにより、針状ころ軸受11の組立が完了する。さらに、針状ころ軸受11にベアリングキャップ3を被せて、クランクケース2とベアリングキャップ3(以下、これらを総称して「ハウジング」という)とをボルト等で締結する。これにより、クランクシャフト支持構造の組立が完了する。
Next, referring to FIG. 8, the
上記の組立方法によれば、第1の外輪部材13が組立中に脱落する心配がなくなるので、針状ころ軸受11の組立性が向上する。また、外輪12の脱落を防止するサークリップ等を省略することができるので、部品点数の削減にも寄与する。
According to the above assembling method, there is no fear of the first
ここで、外輪12を不等分割したことにより、第1および第2の外輪部材13,14の突合部分と、ハウジングの突合部分との位置は必ずずれることになる。その結果、クランクシャフト支持構造の径方向のはぐみずれを有効に防止することができる。
Here, by dividing the
「はぐみずれ」とは、クランクケース2とベアリングキャップ3、および第1の外輪部材13と第2の外輪部材14とが径方向にずれて組立てられた状態を指す。これは、外輪を2等分割(中心角180°)し、外輪の突合部分とハウジングの突合部分とが一致したときに問題になる。
The “spinning” refers to a state in which the
なお、上記の実施形態において、外輪12を2分割(第1および第2の外輪部材13,14)した例を示したが、これに限ることなく、1つの中心角が180°を超えていれば、3分割以上であってもよい。
In the above embodiment, the
また、上記の実施形態において、半円形状の2つの保持器セグメント17,18によって保持器16を構成した例を説明したが、これに限ることなく、クランクシャフト1に径方向から組み込み可能な任意の構成を採用することができる。例えば、3つの保持器セグメントを円周方向に連ねて円筒形状の保持器を形成してもよいし、各々の中心角を異ならせてもよい。
Further, in the above-described embodiment, the example in which the
または、円周上の1箇所に軸線方向に延びる分割線を有する一体型保持器(いわゆる「C型保持器」)であってもよい。この場合、分割線を広げる方向に弾性変形させながらクランクシャフト1に組み込むことになるので、弾性変形能の高い樹脂材料で形成するのが望ましい。樹脂材料としては、射出成形可能な合成樹脂であることが望ましく、高温環境下で使用されるので、耐熱温度が120℃以上であることが望ましい。具体的には、ナイロン66、またはナイロン46等を採用することができる。
Alternatively, it may be an integrated cage having a dividing line extending in the axial direction at one place on the circumference (so-called “C-type cage”). In this case, since it is incorporated into the
さらに、図10を参照して、分割部分の一方側端面に他方側に向かって突出する凸部26eと、分割部分の他方側端面に凸部26eを受け入れる凹部26fとを形成する。そして、この凸部26eと凹部26fとを係合させて円筒形状の保持器26を得るのが望ましい。なお、その他の構成は保持器16と共通するので、説明は省略する。
Further, referring to FIG. 10, a
さらに、針状ころ軸受11は、自動車や二輪車等のあらゆるエンジンのクランクシャフトに適用可能である。また、エンジンの気筒数は単気筒であっても多気筒であってもよいが、図11のP部に示すような軸部102の両端にクランクアーム103が配置されている多気筒エンジン用のクランクシャフト101に適用することにより、より大きな効果が期待できる。
Furthermore, the
以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described with reference to drawings, this invention is not limited to the thing of embodiment shown in figure. Various modifications and variations can be made to the illustrated embodiment within the same range or equivalent range as the present invention.
この発明は、針状ころ軸受に有利に利用される。 The present invention is advantageously used for needle roller bearings.
1,101 クランクシャフト、2 クランクケース、3 ベアリングキャップ、11 針状ころ軸受、12 外輪、13,14 外輪部材、13a,13b 凹部、15 針状ころ、16 保持器、17,18 保持器セグメント、17a,17b,18a,18b リング部、17c,18c 柱部、17d,18d ポケット、17e 凸部、18e 凹部、21 工具。
1, 101 crankshaft, 2 crankcase, 3 bearing cap, 11 needle roller bearing, 12 outer ring, 13, 14 outer ring member, 13a, 13b recess, 15 needle roller, 16 cage, 17, 18 cage segment, 17a, 17b, 18a, 18b Ring, 17c, 18c Column, 17d, 18d Pocket, 17e Convex, 18e Concave, 21 Tool.
Claims (8)
前記外輪の内径面に沿って配置される複数の針状ころとを備え、
前記第1の外輪部材の円周方向両端面には、それぞれ工具を係止する凹部が設けられている、針状ころ軸受。 A cylindrical outer ring formed by connecting a first outer ring member having a central angle larger than 180 ° and a second outer ring member having a central angle smaller than 180 ° in the circumferential direction;
A plurality of needle rollers disposed along the inner diameter surface of the outer ring,
A needle roller bearing in which recesses for engaging the tool are provided on both circumferential end surfaces of the first outer ring member.
0<(D−X)/D≦0.003を満たす、請求項1に記載の針状ころ軸受。 When the inside diameter of the outer ring D, and a length of a line l 1 connecting circumferential ends of the inner surface of the first outer ring member is X,
The needle roller bearing according to claim 1, wherein 0 <(D−X) /D≦0.003 is satisfied.
前記外輪の平均硬度は、653Hv以上である、請求項1〜3のいずれかに記載の針状ころ軸受。 The outer ring has been subjected to bright quenching,
The needle roller bearing according to any one of claims 1 to 3, wherein the outer ring has an average hardness of 653 Hv or more.
前記保持器の平均硬度は、450Hv以上である、請求項5に記載の針状ころ軸受。 The cage is formed of a metal material subjected to any one of carburizing quenching and carbonitriding quenching,
The needle roller bearing according to claim 5, wherein the cage has an average hardness of 450 Hv or more.
前記保持器の耐熱温度は、120℃以上である、請求項5に記載の針状ころ軸受。 The cage is formed of a synthetic resin that can be injection molded,
The needle roller bearing according to claim 5, wherein the heat resistant temperature of the cage is 120 ° C or higher.
前記クランクシャフトを回転自在に支持する請求項1〜4のいずれかに記載の針状ころ軸受とを備える、クランクシャフト支持構造。 A crankshaft,
A crankshaft support structure comprising the needle roller bearing according to any one of claims 1 to 4, which rotatably supports the crankshaft.
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