JP2010255695A - 分割軌道輪とその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】自然割りによって分割する利点を活かす一方、軸方向に分割された分割軌道輪において、軌道輪半体相互の径方向へのずれ動きを防止する分割軌道輪、その分割軌道輪を用いた分割型軸受、その分割型軸受を用いた軸受装置及び分割軌道輪の製造方法を提供する。
【解決手段】分割軌道輪の径方向断面内において２個所の分割面１２ａ、１２ｂの内径側端点１５ａ、１５ｂを通る分割基準線１６に対し各分割面１２ａ、１２ｂが所定の傾斜角αを有する構成とした。
【選択図】図１

Description

この発明は、軸受の分割軌道輪、その分割軌道輪を用いた分割型軸受、その分割型軸受を用いた分割型軸受装置及び分割軌道輪の製造方法に関し、例えばエンジンのクランクシャフト等を支持するニードル軸受等に適用される。

ニードル軸受は軸受投影面積が小さい割には高負荷容量及び高剛性であり、滑り軸受に比べて低フリクションであるとともに少量の潤滑油でも機能する特性がある。この点に着目して、クランクシャフト等のジャーナル軸受としてニードル軸受を使用する提案が早くから行われている（特許文献１参照）。この場合のニードル軸受は、径方向に突き出したクランクアーム等があっても容易に組み付けることができるように分割型ニードル軸受が用いられる。

カムシャフトやバランスシャフトにおいても、そのジャーナル軸受としてニードル軸受を用いることができ、この場合もカムシャフトにおいてはジャーナルの両端にカム、バランスシャフトにおいてはジャーナルの両端にバランスウエイトがあるため、組付けの容易性から分割型ニードル軸受が使用される。

前記分割型ニードル軸受の軌道輪半体相互の径方向及び軸方向へのずれ動きを防止するために、分割面は径方向及び軸方向のいずれの方向に見た場合も屈曲面となるように形成される（特許文献１の図４参照）。

一方、前記のような分割面を加工する場合の加工効率、加工コスト等を考慮して、予め円筒状軌道輪素材の中心対称の位置に分割起点となるノッチを形成しておき、そのノッチ部分に外径方向から打撃を加えて分割する、いわゆる自然割りによる製作方法も知られている（特許文献２参照）。

さらに、前記ノッチに連続して外径面に軸方向のＶ形溝を曲線状に形成しておくことにより、分割面が軸方向に曲面となるように自然割りする方法も知られている（特許文献３参照）。

米国特許第１９２１４８８号明細書及び図面 特公昭６１−１６８５１号公報 特許第２６０６８７８号公報

前記の自然割りによる分割方法は、簡便で生産効率も高く、低コストであるが、前記特許文献２及び３のいずれの場合も、径方向に見た場合に各分割面が同一面上にあるため、軌道輪半体相互に径方向の偶力が作用した場合に径方向へずれ動くことがある。そのようなずれ動きが発生すると分割面間に段差が生じ、振動・騒音発生の原因となる問題がある。

前記の問題は、特許文献１に開示されているように、分割面を径方向に見た場合に同一面内に存在することがないように屈曲面に形成することにより防ぐことができる。しかし、その場合は自然割りによる分割方法を用いることができず、旋削加工等の機械加工が必要となり、生産効率、生産コスト等に及ぼす影響が大きい問題がある。

そこで、この発明は、自然割りによって分割する利点を活かす一方、径方向へのずれ動きを防止できる分割軌道輪、その分割軌道輪を用いた分割型軸受、その分割型軸受を用いた軸受装置及び分割軌道輪の製造方法を提供することを課題とする。

前記の課題を解決するために、分割軌道輪に係る発明は、円筒形の軌道輪素材を２個所の分割面で軸方向に分割することにより２つの軌道輪半体を形成し、前記軌道輪半体を前記分割面で円筒形に組み合わせてなる分割軌道輪において、前記軌道輪素材の径方向断面内において前記分割面の内径側端点を通る分割基準線に対し前記各分割面が所定の傾斜角を有する構成としたものである。

前記構成の分割軌道輪は、２個所の分割面が分割基準線に対してそれぞれ傾斜しているので、分割基準線の方向に偶力が作用しても各軌道輪半体は両方の分割面において相互に係合しているため、軌道輪半体相互のずれ動きが防止される。

前記の傾斜角は、分割基準線に対し、位相的に進んでいる場合（即ち、進み傾斜角を有する場合）、遅れている場合（即ち、遅れ傾斜角を有する場合）のいずれでもよいが、いずれか一方が進み傾斜角、他方が遅れ傾斜角である場合がさらに有効である。

前記の分割軌道輪は、一般的に分割型軸受の軌道輪として使用することができ、例えばクランクシャフト等の軸受装置に用いることができる。

前記の分割軌道輪の製造方法は、分割起点となるＶ形溝を内径面に形成する工程、分割個所の１個所ずつに個別に自然割りを加える工程を実施することに特徴がある。

具体的には、円筒形軌道輪素材の内径面の２個所に軸方向の両端間に達する第１と第２のＶ形溝を予め形成し、前記第１Ｖ形溝と第２Ｖ形溝からそれぞれ一定の周回方向に所定角度ずれた位置の外径面上に第１打撃位置及び第２打撃位置を設定し、前記第１Ｖ形溝及び第１打撃位置を含む軌道輪素材の一部を固定台上に露出させて当該軌道輪素材を固定し、前記第１打撃位置の外径線上に配置した打撃冶具により当該第１打撃位置に打撃を加え、その第１打撃位置と第１Ｖ形溝間にわたる第１分割面を形成し、その後、前記円筒形軌道輪素材の固定姿勢を変え、前記第２Ｖ形溝及び第２打撃位置を含む軌道輪素材の一部を固定台上に露出させて固定し、前記第２打撃位置の外径線上に配置した打撃冶具により当該第２打撃位置に打撃を加え、その第２打撃位置と第２Ｖ形溝間にわたる第２分割面を形成するようにしたものである。

前記軌道輪素材の径方向断面において、前記第１及び第２Ｖ形溝の溝底上の点を通る径方向の線を分割基準線として、前記第１及び第２分割面を同一周回方向に見た場合の分割基準線に対する傾斜角が両方とも進み傾斜角若しくは遅れ傾斜角、又はいずれか一方が進み傾斜角、他方が遅れ傾斜角であるように選定することができる。いずれか一方が進み傾斜角、他方が遅れ傾斜角である場合の方が、両方とも進み傾斜角若しくは遅れ傾斜角である場合よりもさらに有効である。

以上のように、この発明に係る分割軌道輪は、２個所の分割面がそれぞれ分割基準線に対して傾斜している結果、各分割面は径方向に見た場合の同一面内に存在しない。このため、軌道輪半体相互の径方向へのずれ動きを防止することができる。

また、前記分割面を軸方向に曲面となるように形成することにより、軸方向へのずれ動きも防止することができる。

さらに、この発明に係る分割軌道輪の製造方法は、２個所の分割面が分割基準線に対してそれぞれ所定の傾斜角を有する分割軌道輪を自然割りにより製作することがきる。

（ａ）は第１実施形態の分割軌道輪の端面図、（ｂ）は（ａ）図の一部拡大図である。 は図１（ａ）のＸ−Ｘ線の断面図である。 （ａ）は第１実施形態の分割軌道輪の他の例を示す端面図、（ｂ）は第１実施形態の分割軌道輪の他の例を示す端面図である。 は第２実施形態の使用状態における断面図である。 （ａ）は第３実施形態の製造過程の断面図、（ｂ）は（ａ）図のｂ−ｂ線の断面図である。 は図５（ａ）のＹ−Ｙ線の断面図である。 は第３実施形態の他の製造過程の断面図である。 は第３実施形態の他の製造過程の断面図である。 は第３実施形態の製造完了状態の断面図である。 は第３実施形態の製造過程の変形例の断面図である。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。

[第１実施形態]
図１及び図２に示した第１実施形態の分割軌道輪１１は、円筒形の軌道輪素材をいわゆる自然割りにより軸方向に分割して形成した２つの軌道輪半体、即ち第１軌道輪半体１３ａ、第２軌道輪半体１３ｂを２か所の分割面、即ち第１分割面１２ａ及び第２分割面１２ｂにおいて円筒形に組み合わせたものである。前記の軌道輪素材の材質は金属である。

前記の組み合わせ状態において、分割軌道輪１１の内径面の対向位置に内径方向に開放された第１Ｖ形溝１４ａ及び第２Ｖ形溝１４ｂが形成される。この分割軌道輪１１をその端面（一般的には、径方向断面）で見た場合、前記の分割面１２ａ、１２ｂが線として現れ、各Ｖ形溝１４ａ、１４ｂの溝底が点として現れる。線として現れた分割面１２ａ、１２ｂの第１内径側端点１５ａ及び第２内径側端点１５ｂは、Ｖ形溝１４ａ、１４ｂの溝底の点に一致する点であり、それぞれ自然割りの際の割れ起点となる。この発明においては、これらの内径側端点１５ａ、１５ｂを通る線を分割基準線１６と称する。

前記Ｖ形溝１４ａ、１４ｂの溝幅Ｗ（図１（ｂ）参照）は、０．０５ｍｍ〜０．８ｍｍに選定される。０．０５ｍｍより小さいと分割の起点とならない場合があり、また、０．８ｍｍより大きいと、転動体がこの溝に落ち込み、音響や振動の発生原因となるおそれがあるからである。また、各Ｖ形溝１４ａ、１４ｂの開き角度θは、３０°〜１２０°に選定される。３０°より小さいと溝加工が困難となり、また１２０°より大きいと分割の起点とならない場合があるからである。両方のＶ形溝１４ａ、１４ｂは、略１８０°の位置に設けられる。

前記第１Ｖ形溝１４ａは、図２（ａ）に示したように、分割軌道輪１１の両端間にわたり曲線状となるように形成される。図示を省略しているが第２Ｖ形溝１４ｂも同様である。曲線の形状としては、同図に示したように、分割軌道輪１１の軸方向両端間の中間部分で一つの頂部を有する緩やかな円弧状に形成されたもののほか、くの字形、Ｓ字状等の曲線であってもよい。各分割面１２ａ、１２ｂは軸方向には、これらの曲線を含む曲面に形成される。

前記の分割基準線１６から軌道輪１１を一定の周回方向（図示の場合、時計回り方向）Ａ（図１（ａ）参照）に見た場合、第１分割面１２ａは分割基準線１６に対し一定の傾斜角αだけ位相の進んだ位置にある。このような位置関係を、ここでは「進み傾斜角」と称し、＋αの記号で表す。他方の第２分割面１２ｂは分割基準線１６に対し一定の傾斜角αだけ位相の遅れた位置にあり、この場合は「遅れ傾斜角」と称し、−αの記号で表す。

前記進み傾斜角＋αと遅れ傾斜角−αの絶対値は、必ずしも同一である必要はなく、差があっても差し支えない。その大きさαは、５°〜４０°に設定される。５°より小さいと、軌道輪半体１３ａ、１３ｂのずれ動きを確実に防ぐことができず、また４０°より大きいと、自然割りにより所定の傾斜角をもった分割ができない場合があることによる。

分割面１２ａ、１２ｂが前記のような進み傾斜角＋αと遅れ傾斜角−αを持つことにより、一対の軌道輪半体１３ａ、１３ｂに分割基準線１６の方向の偶力が作用しても、両方の分割面１２ａ、１２ｂにおける各対向面が相互に係合するため、径方向へのずれ動きが防止される。

軸方向の偶力が作用した場合は、各分割面１２ａ、１２ｂがＶ形溝１４ａ、１４ｂを含む曲面で形成されていることにより、各軌道輪半体１３ａ、１３ｂの軸方向へのずれ動きが防止される。

軸方向の偶力が作用した場合は、各分割面１２ａ、１２ｂがＶ形溝１４ａ、１４ｂを含む曲面で形成されていることにより、各軌道輪半体１３ａ、１３ｂの軸方向へのずれ動きが防止される。

なお、両方の傾斜角＋α、−αの絶対値の大きさは、同一である必要はなく、異なった大きさであっても差し支えない。この点は以下に述べる変形例の場合（図３（ａ）、（ｂ））の場合も同様である。

図３（ａ）に示したもの変形例の一つであり、分割面１２ａ、１２ｂの両方とも遅れ傾斜角−αを持つように設定したものである。この場合も分割基準線１６の方向の偶力に対する各軌道輪半体１３ａ、１３ｂのずれ動きを防止することができる。

図３（ｂ）は他の変形例であり、この場合は各分割面１２ａ、１２ｂは共に進み傾斜角＋αを有する。この場合も前記と同様にずれ動きを防止することができる。

[第２実施形態]
次に、図４に基づいて第２実施形態を説明する。図４においては、分割型ニードル軸受２２をクランクシャフト２３の軸受装置として使用した例を示している。ニードル軸受２２の外輪２１は第１実施形態において説明した分割軌道輪を使用する。ニードル軸受２２は、左右のクランクアーム２７、２７の間のジャーナル部２４に取付けられ、ケーシング３１に固定される。

図中、２５は針状ころ、２６はその保持器、２８はカウンタウエイト、２９はクランクピン、３２はコンロッド軸受である。

前記のジャーナル２４の部分に分割型ニードル軸受２２を組み込む際は、外輪２１及び保持器２５が分割されているので、両側にクランクアーム２７等があっても容易に組み込むことができる。

なお、前記のような分割型ニードル軸受２２は、カムシャフト、バランスシャフト等の軸受装置においても同様に使用することができる。さらに、第１実施形態に係る分割軌道輪は、ニードル軸受に限らず、一般の軸受けの軌道輪として使用することができる。

[第３実施形態]
次に、第３実施形態として、第１実施形態に係る分割軌道輪の製造方法を図５から図１０に基づいて説明する。図５から図９は、先に第１実施形態として示したように、第１分割面１２ａが進み傾斜角＋α、第２分割面１２ｂが遅れ傾斜角−αをもった分割軌道輪１１（図１（ａ）参照）の製造方法について示している。図１０は、第１分割面１２ａ、第２分割面１２ｂが共に進み傾斜角＋αをもった分割軌道輪１１（図３（ｂ）参照）の製造方法を示している。

まず、図５（ａ）に示したように、円筒状の軌道輪素材３６の内径面の対向２か所に、自然割りの起点となる第１Ｖ形溝１４ａ、第２Ｖ形溝１４ｂを予め形成する。各Ｖ形溝１４ａ、１４ｂは、その全長にわたり緩やかに湾曲した円弧状の曲線からなる（図６参照）。

前記軌道輪素材３６の径方向断面に現れる両方のＶ形溝１４ａ、１４ｂの溝底に第１内径側端点１５ａ、第２内径側端点１５ｂを定め、これらを結ぶ線、即ち分割基準線１６を引く。図示のように、内径側端点１５ａ、１５ｂが中心対称の位置にあるときは、分割基準線１６は中心点Ｏを通過するが、内径側端点１５ａ、１５ｂが中心対称の位置にないときは中心点Ｏを通過しない。

前記第１内径側端点１５ａから進み傾斜角＋αをもって引いた第１角度補助線２０ａと外径面との交点を第１打撃位置１７ａと定め、その打撃位置１７ａと中心点Ｏを結ぶ線を第１打撃基準線１８ａと称する。同様に、第２内径側端点１５ｂから遅れ傾斜角−αをもって引いた第２角度補助線２０ｂと外径面との交点を第２打撃位置１７ｂと定め、その打撃位置１７ｂと中心点Ｏを結ぶ線を第２打撃基準線１８ｂと称する。

前記軌道輪素材３６の第１Ｖ形溝１５ａ及び第１打撃位置１７ａを含む部分を固定台１９上に露出させ、第１打撃基準線１８ａが垂直方向となるように固定台１９に固定する（図５（ａ）参照）。固定台１９は、軸方向に２分割された分割固定台１９ａ、１９ｂからなり（図５（ｂ）参照）、第１Ｖ形溝１５ａ及び第１打撃位置１７ａを含む部分を残し、軌道輪素材３６の大半の部分を軸方向から挟着固定しその内外径を拘束する。

前記の固定状態において、第１打撃基準線１８ａ上に設置した打撃治具３３は、プレス機等に取付けられたものであり、下端に軌道輪素材３６の略全長にわたる長さの直線状の先鋭部３４を有する。その先鋭部３４を前記の打撃位置１７ａに対向させて、打撃基準線１８ａに沿った垂直下向きの打撃を加え（図７の白抜き矢印参照）、自然割りを行う。

前記の自然割りにより、打撃位置１７ａからＶ形溝１４ａの内径側端点１５ａに至る第１分割面１２ａが径方向及び軸方向に形成される。この分割面１２ａは軌道輪素材３６の径方向断面で見た場合、分割基準線１６に対し進み傾斜角＋αを有する。分割面１２ａが、打撃の方向、即ち、打撃基準線１８ａの方向ではなく、傾斜角αをもった方向に形成されるのは、Ｖ形溝１４ａの溝底に衝撃荷重が集中して割れの起点となり、打撃位置１７ａに向かって割れが発生するためである。

このようにして第１分割面１２ａを形成したのち、分割固定台１９ａ、１９ｂの拘束を緩めて軌道輪素材３６を前記の周回方向Ａの方向に約１８０度回転させ、図８に示したように、第２打撃線１８ｂを垂直に保ち、第２打撃位置１７ｂを部分的に露出させ、残りの大半を再び固定台１９に固定する。

前記の固定状態において、打撃冶具３３により打撃基準線１８ｂに沿った垂直下向きの打撃を加え（図９の白抜き矢印参照）、自然割りを行う。その自然割りにより、前記の場合と同様に、打撃位置１７ｂからＶ形溝１４ｂの内径側端点１５ｂ至る第２分割面１２ｂが形成される。この分割面１２ｂは分割基準線１６から遅れ傾斜角−αを有する。

このようにして、進み傾斜角＋αをもった第１分割面１２ａと、遅れ傾斜角−αをもった第２分割面１２ｂを有する分割軌道輪が得られる（図９参照）。

また、第１分割面１２ａと第２分割面１２ｂがともに進み傾斜角＋αをもった前記の分割軌道輪（図３（ｂ）参照）を製作する場合は、第１分割面１２ａを前記の場合と同様に形成したのち、図１０に示したように、第２内径側端点１５ｂから進み傾斜角＋αをもって引いた第２角度補助線２０ｂと外径面との交点を第２打撃位置１７ｂと定める。その打撃位置１７ｂと中心点Ｏを結ぶ第２打撃基準線１８ｂが垂直位置にあるように設定して固定台１９に前記と同様の要領で固定する。

前記状態で自然割りを行うと（図１０の白抜き矢印参照）、分割基準線１６に対し進み傾斜角＋αをもった第２分割面１２ｂが形成される。その結果、第１及び第２分割面１２ａ、１２ｂがともに進み傾斜角＋αをもった分割軌道輪が得られる。

なお、両方の分割面１２ａ、１２ｂがともに遅れ傾斜−αをもった分割軌道輪（図３（ａ）参照）も同様に製作することができる。

１１ 分割軌道輪
１２ａ 第１分割面
１２ｂ 第２分割面
１３ａ 第１軌道輪半体
１３ｂ 第２軌道輪半体
１４ａ 第１Ｖ形溝
１４ｂ 第２Ｖ形溝
１５ａ 第１内径側端点
１５ｂ 第２内径側端点
１６ 分割基準線
１７ａ 第１打撃位置
１７ｂ 第２打撃位置
１８ａ 第１打撃基準線
１８ｂ 第２打撃基準線
１９ 固定台
１９ａ、１９ｂ 分割固定台
２０ａ 第１角度補助線
２０ｂ 第２角度補助線
２１ 外輪
２２ 分割型ニードル軸受
２３ クランクシャフト
２４ ジャーナル部
２５ 針状ころ
２６ 保持器
２７ クランクアーム
２８ カウンタウエイト
２９ クランクピン
３１ ケーシング
３２ コンロッド軸受
３３ 打撃冶具
３４ 先鋭部
３６ 軌道輪素材

Claims (12)

1. 円筒形の軌道輪素材を２個所の分割面で軸方向に分割することにより２つの軌道輪半体を形成し、前記軌道輪半体を前記分割面で円筒形に組み合わせてなる分割軌道輪において、前記軌道輪半体を組み合わせた円筒体の径方向断面内において前記各分割面の内径側端点を通る分割基準線に対し前記各分割面が所定の傾斜角を有することを特徴とする分割軌道輪。
2. 前記２個所の分割面の傾斜角は、同一周回方向に見た場合に、一方の分割面は前記分割基準線に対し進み傾斜角となり、他方の分割面が遅れ傾斜角となることを特徴とする請求項１に記載の分割軌道輪。
3. 前記２個所の分割面の傾斜角は、同一周回方向に見た場合に、両方の分割面が共に前記分割基準線に対し進み傾斜角となるか、遅れ傾斜角となるかのいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の分割軌道輪。
4. 前記進み傾斜角及び遅れ傾斜角の大きさが、５°〜４０°に設定されたことを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の分割軌道輪。
5. 前記各分割面の内径端にＶ形溝が形成され、前記分割基準線の内径側端点を前記Ｖ形溝の溝底に定めたことを特徴とする請求項１から４のいずれかに記載の分割軌道輪。
6. 前記Ｖ形溝が全長にわたり、又は部分的に曲線形状をなすように形成され、前記分割面がそのＶ形溝を含む曲面に形成されたことを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の分割軌道輪。
7. 請求項１から６のいずれかに記載の分割軌道輪を軌道輪として用いた分割型軸受。
8. 請求項７に記載の分割型軸受をクランクシャフト、カムシャフト又はバランスシャフトのいずれかの支持構造に用いた軸受装置。
9. 円筒形軌道輪素材の内径面の２個所に軸方向の両端間に達する第１と第２のＶ形溝を予め形成し、前記第１Ｖ形溝と第２Ｖ形溝からそれぞれ一定の周回方向に所定角度ずれた位置の外径面上に第１打撃位置及び第２打撃位置を設定し、前記第１Ｖ形溝及び第１打撃位置を含む軌道輪素材の一部を固定台上に露出させて当該軌道輪素材を固定し、前記第１打撃位置の外径線上に配置した打撃冶具により当該第１打撃位置に打撃を加え、その第１打撃位置と第１Ｖ形溝間にわたる第１分割面を形成し、その後、前記円筒形軌道輪素材の固定姿勢を変え、前記第２Ｖ形溝及び第２打撃位置を含む軌道輪素材の一部を固定台上に露出させて固定し、前記第２打撃位置の外径線上に配置した打撃冶具により当該第２打撃位置に打撃を加え、その第２打撃位置と第２Ｖ形溝間にわたる第２分割面を形成する分割軌道輪の製造方法。
10. 前記Ｖ形溝が、軸方向に見た場合に曲線に形成されたことを特徴とする請求項９に記載の分割軌道輪の製造方法。
11. 前記固定台により前記軌道輪素材を固定する際に、その半分を越える範囲を軸方向から固定してその内外径を拘束することを特徴とする請求項９又は１０のいずれかに記載の分割軌道輪の製造方法。
12. 前記軌道輪素材の径方向断面において、前記第１及び第２Ｖ形溝の溝底上の点を通る径方向の線を分割基準線として、前記第１及び第２分割面を同一周回方向に見た場合の分割基準線に対する傾斜角が両方とも進み傾斜角若しくは遅れ傾斜角、又はいずれか一方が進み傾斜角、他方が遅れ傾斜角であることを特徴とする請求項９から１１のいずれかに記載の分割軌道輪の製造方法。

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