JP2010071317A - 二つ割り転がり軸受およびこれを備えた軸受構造 - Google Patents

Abstract

【課題】転動体の合わせ面通過に伴う騒音や振動の発生を大幅に抑制することができる二つ割り転がり軸受を提供する。
【解決手段】円周方向に二つ割りになっている二つ一組の二つ割り外輪２ａ、２ｂと、両二つ割り外輪２ａ、２ｂの各内側面を転動し得るように配設される複数個の転動体３と、各転動体３を円周方向略等間隔に配置するように保持する保持器４とを備え、シャフト５が内嵌される二つ割り転がり軸受１。前記二つ割り外輪２ａ、２ｂの円周方向端面における内径側縁部に形成された逃げ面おいて、少なくとも前記転動体３が接触する範囲の断面形状が緩和曲線で構成されている。
【選択図】 図２

Description

本発明は二つ割り転がり軸受およびこれを備えた軸受構造に関する。

自動車や船舶などのエンジンにおいて、ピストンの往復動を回転運動に変換するクランクシャフトを支持する軸受は、カウンターウェイト間又はカウンターウェイトとコンロッド大端部との間に配置されることから、円周方向に２分割された二つ割り軸受が使用されている。

前記支持軸受としては、従来、滑り軸受が使用されてきたが、近年、より燃料消費量の少ないエンジンに対する要求が益々高まっていることから、回転損失を低減させるために、前記滑り軸受に代えて周方向に分割された転がり軸受を使用することが提案されている。

この分割型の転がり軸受は、例えば、二つ一組の二つ割り外輪と、両二つ割り外輪の各内側面を転動し得るように配設される複数個の転動体であるころと、各ころを円周方向略等間隔に配置するように保持する保持器とを備えている。そして、クランクシャフトが内輪部材として転がり軸受に内嵌される。

ところで、前記分割型の転がり軸受では、二つ一組の二つ割り外輪の円周方向端面同士が当接されて合わせ面を形成しているが、当該転がり軸受を収容する支持孔を有するハウジングへの組み付け誤差や、ハウジング嵌め合い面の加工状態により、前記合わせ面において、対向する外輪両端部にラジアル方向のズレが生じることがある。その結果、当該合わせ面にラジアル方向内側に突出する段差が形成されることがある。

そして、図６に示されるように、二つ割り外輪７２ａ、７２ｂの合わせ面Ｃにラジアル方向（図６において上下方向）に段差７５が生じると、この段差７５が生じている外輪の合わせ面Ｃ付近をころ７３が転走するときに、ころ７３の周面が前記段差７５の角７５ａに衝突し、騒音や振動が発生する惧れがある。

そこで、ころが段差を通過することに伴って発生する騒音や振動を抑制するために、前記合わせ面付近における外輪の軌道面をラジアル方向外側に逃がして「逃げ」ないしは「逃げ面」を形成することが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
特許文献１記載の軸受では、合わせ面を形成する一方の外輪の円周方向端部にＶ字状 凸部を設けるとともに、他方の外輪の円周方向端部にＶ字状凹部を設けている。そして、両外輪の円周方向端部のうち外輪軌道面を構成する内周面側に、先端縁に向かうにしたがって径方向の厚さ寸法を漸減させる方向に傾斜した傾斜面（逃げ面）を形成している。特許文献１記載の軸受によれば、外輪同士の合わせ面にラジアル方向のズレが生じたとしても、前記傾斜面を形成したことにより段差が生じるのを防ぐことができ、その結果、騒音や振動の発生が抑制される、とされている。

また、特許文献１記載の軸受では、前記「逃げ面」が直線的に直径を漸減または漸増させた傾斜面により構成されているが、これに代えて、外輪軌道面と逆曲率の円弧状曲面を合わせ面の内径側縁部に形成することが考えられる。

特開２００６−１２５６０６号公報

しかしながら、前述した傾斜面および円弧状曲面からなる「逃げ面」では、当該傾斜面または円弧状曲面と、外輪軌道面との境界である接合点においてころの速度ベクトルが急激に変化するため、騒音や振動の発生を十分には抑制できない。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、転動体の合わせ面通過に伴う騒音や振動の発生を大幅に抑制することができる二つ割り転がり軸受およびこれを備えた軸受構造を提供することを目的としている。

本発明の二つ割り転がり軸受は、円周方向に二つ割りになっている二つ一組の二つ割り外輪と、両二つ割り外輪の各内側面を転動し得るように配設される複数個の転動体と、各転動体を円周方向略等間隔に配置するように保持する保持器とを備え、シャフトが内嵌される二つ割り転がり軸受であって、
前記二つ割り外輪の円周方向端面における内径側縁部に形成された逃げ面おいて、少なくとも前記転動体が接触する範囲の断面形状が緩和曲線で構成されていることを特徴としている。

本発明の二つ割り転がり軸受では、二つ割り外輪の円周方向端面における内径側縁部に形成された逃げ面おいて、少なくとも転動体が接触する範囲の断面形状（二つ割り転がり軸受の軸方向に垂直な断面の形状）が緩和曲線で構成されているので、当該緩和曲線で構成された曲面と外輪軌道面との境界（接合点）近傍での転動体の速度ベクトルは徐々に変化する。このため、転動体の速度ベクトルの急激な変化に起因する振動や騒音の発生を抑制することができ、転動体の合わせ面通過に伴う振動や騒音の発生を大幅に抑制することができる。

前記緩和曲線をクロソイド曲線または三次放物線とすることができる。この場合、接合点近傍での転動体の速度ベクトルを徐々に変化させることができ、転動体の速度ベクトルの急激な変化に起因する振動や騒音の発生を抑制することができる。

また、本発明の軸受構造は、前述した二つ割り転がり軸受と、この二つ割り転がり軸受を密接して支持する支持孔を有するハウジングとを備えたことを特徴としている。
本発明の軸受構造では、前述した二つ割り転がり軸受を用いているので、接合点近傍での転動体の速度ベクトルを徐々に変化させることができ、転動体が合わせ面を通過することに伴う騒音や振動の発生を大幅に抑制することができる。

本発明の二つ割り転がり軸受およびこれを備えた軸受構造によれば、転動体の合わせ面通過に伴う騒音や振動の発生を大幅に抑制することができる。

以下、添付図面を参照しつつ、本発明の二つ割り転がり軸受（以下、単に「転がり軸受」ともいう）およびこれを用いた軸受構造の実施の形態を詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施の形態に係る転がり軸受１の断面説明図であり、図２は図１に示される転がり軸受１の合わせ面付近の拡大説明図である。この転がり軸受１は、円周方向に二つ割りになっている二つ一組の二つ割り外輪２ａ、２ｂと、両二つ割り外輪２ａ、２ｂの各内側面を転動し得るように配設される複数個の転動体であるころ３と、各ころ３を円周方向略等間隔に配置するように保持する保持器４とを備えている。保持器４は周方向１ヶ所に割り部が設けられており、シャフト５への組込み時に当該割り部を拡径することで保持器４が組込み可能とされる。ただし、周方向２ヶ所に割り部を設けた分割型としてもよい。シャフト５は、前記複数個のころ３によって支持されることにより前記転がり軸受１に内嵌されている。このシャフト５は内輪としても機能している。

二つ割り外輪２ａの円周方向端面と、この端面と対向する二つ割り外輪２ｂの円周方向端面とにより合わせ面Ｃが構成されている。本実施の形態では、図２に示されるように、この合わせ面Ｃを構成する二つ割り外輪２ａ、２ｂの各端面の内径側縁部に逃げ面である曲面Ｂが形成されており、この曲面Ｂのうち前記ころ３が転動して接触する範囲の断面形状が緩和曲線で構成されている。より詳細には、図３の（ａ）に示されるように、円周方向においては前記合わせ面Ｃから、二つ割り外輪２ａ、２ｂの各軌道面２ａ１、２ｂ１と前記曲面Ｂとの境界である接合点Ｊに至る範囲Ｌであり、径方向においては前記軌道面２ａ１、２ｂ１から径外方向にｈの範囲の曲面の断面形状が緩和曲線で構成されている。前記Ｌの大きさは、二つ割り外輪２ａ、２ｂの各軌道面２ａ１、２ｂ１の内径やころ３の直径に応じて適宜選定することができるが、通常、ころ３の直径をＤとすると２Ｄよりも小さい範囲で選定される。また、前記ｈの大きさは、外輪の合わせ面Ｃにおけるラジアル方向のズレ（段差）の大きさやころ３の直径により異なるが、通常、当該段差の大きさよりも大きい値が選定される。ｈの大きさを段差の大きさよりも大きい値としておけば、少なくともころ３が接触する範囲を緩和曲線とすることができる。
なお、前記曲面Ｂのうちころ３の接触範囲以外の曲面については、円弧状曲面としてもよいし、また、断面形状が緩和曲線で構成される曲面としてもよい。さらに、逃げ面として、本発明の断面形状が緩和曲線で構成される曲面と、この曲面の外径側（ハウジング側）に続く傾斜平面とからなるものを採用してもよい。

少なくともころ３が接触する範囲を緩和曲線とすることで、接合点Ｊにおけるころ３の速度ベクトルの変化を小さくすることができ、速度ベクトルの急激な変化に起因する振動や騒音の発生を抑制することができる。このような緩和曲線としては、代表的なクロソイド（ｃｌｏｔｈｏｉｄ）曲線（Ｃｏｒｎｕの螺旋）を好適に用いることができるが、当該クロソイド曲線に近似している三次放物線を用いることもできる。

図３は、外輪軌道に対する各種逃げ部の傾きを説明する図であり、（ａ）は各種逃げ部の断面形状を示しており、（ｂ）は外輪軌道に対する各種逃げ部の傾きを示している。図３において、外輪の直径は６０ｍｍ、逃げ部の座標角は５ｄｅｇ、逃げの深さは１ｍｍとしている。実線は三次放物線（緩和曲線）、破線は円弧、一点鎖線は一次漸増線を示している。一次漸増線では、合わせ面Ｃから接合点Ｊに至るまで（図３の（ａ）では下から上への移動であり、同（ｂ）においては右から左への移動）は外輪に対する逃げ面の傾きは一定の０．２ｍｍ／ｄｅｇであるが、接合点Ｊにおいて一気に０になる。すなわち、一次漸増線上を転動するころの速度ベクトルは当該接合点Ｊにおいて急激に変化する。このため、この接合点通過時に大きな振動や騒音が発生する。また、円弧では、合わせ面Ｃから接合点Ｊに至るまで前記傾きが一定の割合で小さくなっているが、接合点Ｊにおける傾きの変化は大きく、一次漸増線ほどではないが、接合点通過時に振動や騒音が発生する。これらに対し、三次放物線の場合は接合点Ｊに近づくにつれて前記傾きの変化の割合が小さくなっているので、当該接合点通過時におけるころの速度ベクトルの変化を小さくすることができる。その結果、速度ベクトルの急激な変化に起因する振動や騒音の発生を抑制することができ、ころの合わせ面通過に伴う振動や騒音の発生を大幅に抑制することができる。

つぎに本発明の軸受構造の実施の形態を説明する。図４は本発明の一実施の形態に係る軸受構造が適用されるコンロッド（コネクティングロッド）大端部の断面説明図である。コンロッド４０は、その大端部４１がクランクシャフト４２に支持され、図示しない小端部側に図示しないピストンがピンを介して取り付けられる。

前記大端部４１は、断面略半円形状の凹部を有する、第１ハウジング部である本体部４３に、断面略半円形状の凹部を有する、第２ハウジング部であるキャップ部４４をボルト４５で締結固定することにより断面略円形の支持孔４６を形成する構造である。この本体部４３とキャップ部４４とで形成される断面略円形の支持孔４６内に、二つ割り転がり軸受５１が組み込まれる。

この転がり軸受５１は、支持孔４６内に密接して配設される二つ一組の二つ割り外輪５２ａ、５２ｂと、両二つ割り外輪５２ａ、５２ｂの各内側面を転動し得るように配設される複数個の転動体であるころ５３と、各ころ５３を円周方向略等間隔に配置するように保持する保持器５４とを備えており、クランクシャフト４２が転がり軸受５１の内輪部材を構成している。そして、前記二つ割り外輪５２ａ、５２ｂの円周方向端面における内径側縁部に形成された逃げ面おいて、少なくとも前記ころ５３が接触する範囲の断面形状が緩和曲線であるクロソイド曲線で構成されている。

なお、図４に示される実施の形態では、軸受構造をコネクティングロッドの大端部に適用しているが、図５に示されるように、クランクシャフト固定部６０の一部を構成するハウジングであるアッパーブロック６１とこのアッパーブロック６１と一体に結合されるハウジングであるロアブロック６２により形成される支持孔内に配置される、クランクシャフト支持用の軸受として用いることもできる。なお、図５において、６３はアッパーブロック６１とロアブロック６２を一体に固定する固定ボルトであり、６４はクランクシャフトの支持軸である。

また、前述した実施の形態では、軸受に内嵌されるシャフトとして、クランクシャフトを例示したが、カムシャフトなど他のシャフトにも、本発明の軸受構造を適用することができる。
さらに、前述した実施の形態は、転動体としてころを用いたニードル軸受を備えているが、転動体としてボールを用いた玉軸受を採用することもできる。

本発明の転がり軸受の一実施の形態の断面説明図である。 図１に示される転がり軸受の合わせ面付近の拡大説明図である。 外輪軌道に対する各種逃げ部の傾きを説明する図である。 本発明の軸受構造の一実施の形態の断面説明図である。 本発明の軸受構造の他の実施の形態の断面説明図である。 従来の二つ割り外輪の合わせ面付近の断面説明図である。

符号の説明

１ 転がり軸受
２ａ、２ｂ 二つ割り外輪
３ ころ（転動体）
４ 保持器
５ シャフト
５１ 転がり軸受
５２ａ、５２ｂ 二つ割り外輪
５３ ころ
５４ 保持器
Ｂ 曲面
Ｃ 合わせ面
Ｊ 接合点

Claims (3)

1. 円周方向に二つ割りになっている二つ一組の二つ割り外輪と、両二つ割り外輪の各内側面を転動し得るように配設される複数個の転動体と、各転動体を円周方向略等間隔に配置するように保持する保持器とを備え、シャフトが内嵌される二つ割り転がり軸受であって、
   前記二つ割り外輪の円周方向端面における内径側縁部に形成された逃げ面おいて、少なくとも前記転動体が接触する範囲の断面形状が緩和曲線で構成されていることを特徴とする二つ割り転がり軸受。
2. 前記緩和曲線がクロソイド曲線または三次放物線である請求項１に記載の二つ割り転がり軸受。
3. 請求項１〜２のいずれかに記載の二つ割り転がり軸受と、
   この二つ割り転がり軸受を密接して支持する支持孔を有するハウジングと
   を備えたことを特徴とする軸受構造。

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