JP2011241860A - 保持器付転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】潤滑オイル量が増大してもフリクショントルクを低減することが可能な保持器付転がり軸受を提供する。
【解決手段】内輪相当部材２０及び外輪相当部材１０と、それらの両者間に配置されて保持器４０に保持された転動体３０とを備える保持器付転がり軸受において、保持器４０は、一対の環状部４４と、当該一対の環状部を連結し周方向に等間隔にポケット４２を形成する複数の柱状部４６を備え、柱状部４６の転動体３０に対向する面は、保持器の回転中心軸に直交する断面において、保持器の回転方向の少なくとも前側の面４６ｆが、対向する転動体３０の曲率と逆方向の曲率を有するように形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、保持器付転がり軸受、特に、エンジンのカムシャフト等を支持するのに好適な保持器付転がり軸受に関する。

一般に、エンジンのカムシャフト等を支持する軸受装置では、エンジンの摩擦（フリクション）損失を低減して燃費を向上させる努力が払われている。このために、特許文献１には、従来の滑り軸受に換えてフリクショントルクの小さい転がり軸受を介してカムシャフトを回転可能に支持するカムシャフト装置が記載されている。この特許文献１に記載のカムシャフト装置では、カムシャフトを回転支持する軸受が、カムシャフトの外周面上に固定される内輪と、シャフトケースの内周面上に固定される外輪と、それら内輪と外輪とにそれぞれ形成された溝状の軌道面に嵌り込む形で配置される玉とを有する単一の主玉軸受と、カムシャフトのカム間外周面領域のいずれかに配置され、シャフトケースの内周面に嵌合する外輪と、該外輪の内周面に形成された軌道面とカムシャフトの対応するカム間外周面領域とに接して配置されるころとを有する複数のころ軸受と、を有する転がり軸受のみからなっている。

また、保持器付転がり軸受として、特許文献２には、一対の環状部と該環状部に差し渡された複数の柱部によって周方向に等間隔にポケットが形成された保持器に、円筒ころを収容するようにした転がり軸受が開示されている。

特開２００９−１６７８０７号公報 特開２００５−２０１４５７号公報

ところで、転がり軸受を用いるカムシャフトにおいて、振動や騒音を抑制するために転がり軸受への潤滑オイルの強制給油を実施し潤滑オイル量を増大させると、保持器ところとの接触面間の油膜の影響でフリクショントルクが増大し、フリクショントルクの小さい転がり軸受を用いる有利性が半減してしまうことが判明した。

しかしながら、特許文献１及び２に記載の転がり軸受は、保持器のポケット内に円筒ころが収容された形態を示すのみで、油膜の影響によるフリクショントルクに関しては何等言及されていない。

そこで、本発明の目的は、潤滑オイル量が増大してもフリクショントルクを低減することが可能な保持器付転がり軸受を提供することにある。

上記目的を達成する本発明の一形態の保持器付転がり軸受は、内輪相当部材及び外輪相当部材と、該内輪相当部材及び外輪相当部材の両者間に配置されて保持器に保持された転動体とを備える保持器付転がり軸受において、前記保持器は、一対の環状部と、当該一対の環状部を連結し周方向に等間隔にポケットを形成する複数の柱状部を備え、当該柱状部の前記転動体に対向する面は、前記保持器の回転中心軸に直交する断面において、前記保持器の回転方向の少なくとも前側の面が、対向する転動体の曲率と逆方向の曲率を有するように形成されていることを特徴とする。

なお、本発明において、内輪相当部材とは内輪そのもの又は回転軸を、外輪相当部材とは外輪そのもの又は転動体を支持する外側部材を意味する。

ここで、前記柱状部の前記転動体に対向する面は、前記保持器の回転中心軸に直交する断面において、前記保持器の回転方向の前側の面及び後側の面がそれぞれ対向する転動体の曲率と逆方向の曲率を有するように形成されていてもよい。

また、前記柱状部の前記転動体に対向する面は、前記保持器の回転中心軸に直交する断面において、前記保持器の回転方向の前側の面が対向する転動体の曲率と逆方向の曲率を有するように形成されると共に、前記保持器の回転方向の後側の面が対向する転動体の曲率と同方向の曲率を有するように形成され、当該後側の面には、前記転動体の自転軸軌跡円を挟む中央領域を除き、撥油膜が形成されていてもよい。

上記目的を達成する本発明の一形態によれば、内輪相当部材及び外輪相当部材が相対的に回転、例えば、外輪相当部材に対して内輪相当部材が時計回りに回転すると、保持器に保持された転動体は内輪相当部材及び外輪相当部材の軌道面を転がり、転動体の軸心を中心に反時計回りに自転すると共に、内輪相当部材の軸心を中心に時計回りに公転する。同時に、保持器も、この転動体の時計回りの公転により転動体に押圧されて内輪相当部材の軸心を中心に時計回りに回転する。このとき、保持器の回転中心軸に直交する断面において、対向する転動体の曲率と逆方向の曲率を有するように形成されている保持器の回転方向の少なくとも前側の面と転動体との接触面積は小さいので、フリクションが低下する。したがって、フリクショントルクを低減することができる。

ここで、上記本発明の一形態において、前記保持器の回転方向の前側の面及び後側の面がそれぞれ対向する転動体の曲率と逆方向の曲率を有するように形成されている形態によれば、転動体の公転により転動体に押圧される保持器の回転方向の後側の面及び潤滑オイル保持器の前側の面は転動体との接触面積が小さいことからフリクションが低下する。したがって、フリクショントルクを低減することができる。

また、上記本発明の一形態において、前記柱状部の前記転動体に対向する面が、前記保持器の回転中心軸に直交する断面において、前記保持器の回転方向の前側の面が対向する転動体の曲率と逆方向の曲率を有するように形成されると共に、前記保持器の回転方向の後側の面が対向する転動体の曲率と同方向の曲率を有するように形成され、当該後側の面には、前記転動体の自転軸軌跡円を挟む中央領域を除き、撥油膜が形成された形態によれば、対向する転動体の曲率と逆方向の曲率を有するように形成されている保持器の回転方向の前側の面と転動体との接触面積は小さいので、フリクションが低下する。そして、転動体の自転軸軌跡円を挟む中央領域を除き、撥油膜が形成されている保持器の後側の面では、この中央領域に関して、転動体の自転方向の上流側において、撥油膜に対する潤滑オイルのすべりが生ずること、及び中央領域に関して下流側においては、撥油膜に対する潤滑オイルのすべりによる剥離が促進されることから、中央領域に大きな油膜圧力が発生し、フリクションが低下する。したがって、さらにフリクショントルクを低減することができる。

本発明に係る保持器付転がり軸受の第１実施形態を模式的に示す側断面図である。 図１の保持器付転がり軸受における保持器を示す斜視図である。 本発明に係る保持器付転がり軸受の第２実施形態を模式的に示す側断面図である。 本発明に係る保持器付転がり軸受の第３実施形態を模式的に示す側断面図である。 本発明に係る保持器付転がり軸受の第４実施形態を模式的に示す側断面図である。 本発明に係る保持器付転がり軸受の第５実施形態を模式的に示す（Ａ）側断面図、及び（Ｂ）その一部拡大図である。

以下に、本発明の実施の形態を、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態において、転動体と保持器の柱状部との間の隙間は、添付図面において、理解の容易化のために誇張して図示されている。

まず、図１及び図２を参照して、本発明に係る保持器付転がり軸受の第１実施形態を説明する。

１０は外輪であり、本実施形態では、不図示のシリンダーヘッドに一体に形成されるか、又は別体に形成されてシリンダーヘッドに組み付けられるカムハウジングと、該カムハウジングに固定されるキャップとから構成されている軸受ハウジングに収容されている。２０は不図示のカムシャフトに嵌合される内輪であり、外輪１０と該内輪２０の間に複数個の転動体としての針状ころ３０が配置されている。そして、これらの複数個の針状ころ３０は、保持器４０に形成されたポケット４２内にそれぞれ保持されている。

ここで、保持器４０は、図２に示すように、一対の環状部４４と当該一対の環状部４４を連結し、周方向に等間隔に上述のポケット４２を形成する複数の柱状部４６を備えて形成されている。そして、当該一対の環状部４４は、その外周面が外輪１０の内周面にすべり接触するか、その内周面が内輪２０の外周面にすべり接触するように設定されている。かくて、不図示のカムシャフトを回転自在に支持する転がり軸受けが構成されている。

そして、本第１実施形態では、保持器４０の柱状部４６の上記針状ころ３０に対向する面は、保持器４０の回転中心軸、すなわち、不図示のカムシャフトの回転中心軸に直交する断面において、保持器４０の回転方向の前側及び後側の面が、対向する針状ころ３０の曲率と逆方向の曲率を有するように形成されている。換言すると、針状ころ３０が円形断面であるのに対し、保持器４０の柱状部４６は樽型断面を有するように形成されている。なお、外輪１０、内輪２０及び保持器４０は実際にはカムシャフトの回転中心軸を中心とする同心円上に存するが、図１においては、図示の簡略化のために直線上に示されている。

上記本発明の第１の実施形態によれば、外輪１０に対して内輪２０が、例えば、時計回り(図１において、左から右)に回転すると、保持器４０のポケット４２内に保持された針状ころ３０は内輪２０及び外輪１０の軌道面を転がり、針状ころ３０の軸心（自転軸）を中心に反時計回りに自転すると共に、内輪２０の軸心（カムシャフトの回転中心軸）を中心に時計回りに公転する。同時に、保持器４０も、この針状ころ３０の時計回りの公転により、針状ころ３０に押圧されて内輪２０の軸心を中心に時計回りに回転する。このとき、保持器４０の回転中心軸に直交する断面において、対向する針状ころ３０の曲率と逆方向の曲率を有する樽型断面に形成されている、保持器４０の柱状部４６の頂部が、針状ころ３０の自転軸Ｐの軌跡円Ｓ上において針状ころ３０の外周面に接触することになるが、保持器４０の柱状部４６の回転方向の前側の面４６ｆ及び後側の面４６ｒと針状ころ３０との接触面積は小さいので、フリクションが低下する。したがって、フリクショントルクを低減することができる。

次に、本発明に係る保持器付転がり軸受の第２実施形態を、図３を参照して説明する。この第２実施形態は、保持器４０の柱状部４６が上述の第１実施形態では樽型断面を有するように形成されているのに対し、楕円断面に形成されている点が異なるのみであるから、図２の第１実施形態と同一機能部材については同一符号を用い重複説明を避ける。

さらに、本発明に係る保持器付転がり軸受の第３実施形態を、図４を参照して説明する。この第３実施形態は、保持器４０の柱状部４６が上述の第１及び第２実施形態では、それぞれ、樽型及び楕円断面を有するように形成されているのに対し、六角形断面に形成されている点が異なるのみであるから、図２及び図３の第１及び第２実施形態と同一機能部材については同一符号を用い重複説明を避ける。

上記本発明の第２及び第３の実施形態においては、楕円断面及び六角形断面の柱状部４６の頂部が針状ころ３０の自転軸Ｐの軌跡円Ｓ上において針状ころ３０の外周面に接触することになるが、第１実施形態と同様に、保持器の柱状部４６の回転方向の前側の面４６ｆ及び後側の面４６ｒと針状ころ３０との接触面積は小さいので、フリクションが低下する。

ところで、上述の第１乃至第３の実施形態においては、いずれも、保持器４０の柱状部４６の回転方向の前側の面４６ｆ及び後側の面４６ｒと針状ころ３０との接触面積が小さくなるように構成し、フリクションを低下させるようにしている。しかし、この構成の場合、潤滑オイル量が不足すると、針状ころ３０の公転により針状ころ３０から押圧される（荷重を受ける）柱状部４６の保持器４０の回転方向の後側の面４６ｒは、針状ころ３０の外周面との間に潤滑オイルが介在しない直接接触となり、接触面積が小さいと磨耗し易くなる。

そこで、図５に示す本発明に係る保持器付転がり軸受の第４実施形態においては、柱状部４６の針状ころ３０に対向する面は、保持器４０の回転中心軸に直交する断面において、保持器４０の回転方向Ｄの前側の面４６ｆが、対向する針状ころ３０の曲率と逆方向の曲率を有するように形成され、保持器４０の回転方向Ｄの後側の面４６ｒは、対向する針状ころ３０の曲率と同方向の曲率を有するように形成されている。なお、上述の逆方向の曲率を有する柱状部４６の前側の面４６ｆの具体的な形状としては、前述の第１乃至第３の実施形態における、樽型、楕円、及び六角形断面の前側形状のうちのいずれかを用いればよく、また、同方向の曲率を有する柱状部４６の後側の面４６ｒは、針状ころ３０の円形断面と同じ曲率半径を有するように形成されればよい。

かくて、この第４実施形態によれば、針状ころ３０の公転により針状ころ３０に押圧される保持器４０の回転方向Ｄの柱状部４６の後側の面４６ｒでは、針状ころ３０とのすべり接触面積が大きく確保されるので、磨耗が軽減される。

次に、本発明に係る保持器付転がり軸受の第５実施形態を、図６を参照して説明する。この第５実施形態は、上述の第４実施形態における柱状部４６の後側の面４６ｒに対し、針状ころ３０の自転軸軌跡円を挟む中央領域を除き、撥油膜が形成されている点が異なるのみであるから、図５の第４実施形態と同一機能部材については同一符号を用い重複説明を避ける。

この第５実施形態では、保持器４０の柱状部４６の後側の面４６ｒに対し撥油膜４６ｈが形成されている。具体的には、図６（Ａ）に示すように、荷重が集中する針状ころ３０の自転軸Ｐの軌跡円Ｓを挟む中央領域Ｗを除き、後側の面４６ｒに対して針状ころ３０の自転方向Ｘの上流側Ｗｕ及び下流側Ｗｄに撥油膜４６ｈが形成されている。より具体的には、図６（Ｂ）に示すように、後側の面４６ｒの全高を１とするとき、中央領域Ｗは全高のほぼ１／３ないし１／２の範囲であり、中央領域Ｗを除く針状ころ３０の自転方向Ｘの上流側Ｗｕ及び下流側Ｗｄの領域は、それぞれ、全高のほぼ１／３ないし１／４の範囲である。

この第５実施形態においては、保持器４０の柱状部４６の後側の面４６ｒと針状ころ３０との隙間に潤滑オイルが介在するすべり接触が生ずる。このとき、隙間内の潤滑オイルは針状ころ３０の自転に伴ってその自転方向Ｘへ流動することになる。ところが、自転方向Ｘの上流側Ｗｕにおいては、撥油膜４６ｈが存在することから撥油膜４６ｈに対して潤滑オイルのすべりが生じ、隙間での潤滑オイルの平均速度が大きく、延いては、流量も多くなる。これに対し、中央領域Ｗでは、撥油膜が存在しないので潤滑オイルのすべりがなく、速度且つ流量が多くなることなく維持されるので、隙間での流量の釣り合いの結果として、中央領域Ｗには大きな油膜圧力が発生する。一方、自転方向Ｘの下流側Ｗｄにおいても、撥油膜４６ｈに対して潤滑オイルのすべりが生ずることにより、潤滑オイルの柱状部４６の後側の面４６ｒからの剥離が促進されるので、潤滑オイル膜内での負圧の発生が抑制される。

かくて、本発明の第５実施形態によれば、相対的に回転する針状ころ３０と柱状部４６の後側の面４６ｒとの間で針状ころ３０からの荷重により、両者間の隙間が狭くなったとき、荷重が集中する中央領域Ｗを挟んで針状ころ３０の自転方向Ｘの上流側Ｗｕ及び下流側Ｗｄの領域、換言すると、潤滑オイルの流れ方向の上流側及び下流側の領域に設けられている撥油膜４６ｈにより、潤滑オイル膜内の潤滑オイルの流れが制御されて、油膜圧力が増大されると共に、油膜内負圧の発生が防止される。かくて、潤滑オイルの粘性抵抗によるフリクショントルクを効果的に低減することができる。

なお、本発明は上に説明した図示の実施形態に限定されずに、適宜に変形されてもよい。例えば、撥油膜４６ｈは保持器４０の柱状部４６の後側の面４６ｒに形成するようにしたが、中央領域Ｗを除く限り、柱状部４６の全周に形成するようにしてもよい。

さらに、上述した実施形態は、本発明をエンジンのカムシャフトの軸受装置に適用した例であるが、本発明はこれに限定されずに、他の回転軸、例えば、ロッカーシャフト、バランスシャフト、クランクシャフト等の転がり軸受装置やクランクピンとコネクティングロッドとの連結部の転がり軸受であってもよい。

１０ 外輪
２０ 内輪
３０ 針状ころ
４０ 保持器
４２ ポケット
４４ 環状部
４６ 柱状部
４６ｆ 前側の面
４６ｒ 後側の面
４６ｈ 撥油膜
Ｐ 自転軸
Ｓ 針状ころ自転軸の軌跡円
Ｗ 中央領域

Claims (3)

1. 内輪及び外輪と、該内輪及び外輪の両者間に配置されて保持器に保持される転動体とを備える保持器付転がり軸受において、
   前記保持器は、
   一対の環状部と、
   当該一対の環状部を連結し周方向に等間隔にポケットを形成する複数の柱状部を備え、
   当該柱状部の前記転動体に対向する面は、前記保持器の回転中心軸に直交する断面において、前記保持器の回転方向の少なくとも前側の面が、対向する転動体の曲率と逆方向の曲率を有するように形成されていることを特徴とする保持器付転がり軸受。
2. 前記柱状部の前記転動体に対向する面は、前記保持器の回転中心軸に直交する断面において、前記保持器の回転方向の前側の面及び後側の面がそれぞれ対向する転動体の曲率と逆方向の曲率を有するように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の保持器付転がり軸受。
3. 前記柱状部の前記転動体に対向する面は、前記保持器の回転中心軸に直交する断面において、前記保持器の回転方向の前側の面が対向する転動体の曲率と逆方向の曲率を有するように形成されると共に、前記保持器の回転方向の後側の面が対向する転動体の曲率と同方向の曲率を有するように形成され、
   当該後側の面には、前記転動体の自転軸軌跡円を挟む中央領域を除き、撥油膜が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の保持器付転がり軸受。

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