JP2019183888A - 回転軸の軸受支持構造 - Google Patents

Abstract

【課題】二分割された転がり軸受を回転軸に固定するための作業工数を低減する。【解決手段】回転軸３０は、軸受固定部３２の軸方向の両側に、軸受固定部３２の外周より径方向外方に延在する第１壁部３４ａ及び第２壁部３４ｂを備えている。転がり軸受１０は、外輪１１と内輪１３と複数の転動体１５とを備えており、少なくとも内輪１３が周方向で二分割されて、軸受固定部３２の外周に組付けられている。第１壁部３４ａ及び第２壁部３４ｂのいずれか一方と内輪１３との間にばね部材２４が組込まれることによって、内輪１３が、第１壁部３４ａ及び第２壁部３４ｂのいずれか他方に向けて軸方向に押し付けられている。【選択図】図２

Description

本発明は、内輪が周方向に二分割された転がり軸受で回転支持される回転軸の軸受支持構造に関する。

自動車等の車両や船外機などに使用される内燃機関の回転軸としてのクランクシャフトは、従来、クランクジャーナルが滑り軸受によって支持されている。しかし、滑り軸受は、多量の潤滑油を供給する必要があり、専用の給油装置を必要とするので、車両の重量が増加する。そこで、近年、滑り軸受を転がり軸受に変更することによって給油装置を不要にして、車両を軽量化する取り組みが行われている。

クランクジャーナルは、クランクアームによって軸方向に挟まれた位置にある。このため、環状の転がり軸受をそのままの形で装着することができない。そこで、クランクシャフトを回転支持する転がり軸受には、周方向に二分割された分割型の転がり軸受が使用されている（特許文献１）。

しかしながら、内輪が周方向に分割されている場合には、仮に内輪の内径を軸の外径より小さくしたとしても、分割された内輪間にすきまが生じるに過ぎず、軸の外周に締りばめの状態で組付けることができない。このため、使用中に内輪が回動して、内周が摩耗する恐れがある。また、組合わせた内輪同士の突合せ部が、内輪が回動することによって、転がり軸受に作用する荷重の向きと重なる位置に変位した場合には、転動体が突き合せ部を通過するときに、異音を生じる恐れがある。

実開昭５２−１０３２４８号公報

特許文献１の転がり軸受では、内輪が、二つ割の締付輪をボルトで締め付けることによって、クランクジャーナルに固定されている。しかしながら、クランクシャフトでは、複数個所にクランクジャーナルが形成されているため、ボルト締めの作業を繰り返し行う必要があり、転がり軸受の取付工数が大きくなるという問題がある。更に、ボルトを組込むために軸方向に大きなスペースを必要するため、クランクシャフトの軸方向の寸法が増大し、内燃機関のコンパクト化が困難になるという問題がある。

本発明は、二分割された転がり軸受を用いて回転軸を回転支持する場合に、簡便な方法で回転軸に対する内輪の回動を防止することができる固定方法を提供することを目的としている。

本発明は、周方向に二分割された転がり軸受によって回転自在に支持された回転軸の軸受支持構造であって、前記回転軸は、前記転がり軸受を組付ける軸受固定部を有し、前記軸受固定部の軸方向の両側に、前記軸受固定部の外周より径方向外方に延在する第１壁部及び第２壁部を備えており、前記転がり軸受は、内輪と、前記内輪の径方向外方に同軸に組合わされた外輪と、前記内輪と前記外輪との間に転動自在に配置された複数の転動体とを備えており、少なくとも前記内輪が周方向で二分割されて、前記軸受固定部の外周に組付けられており、前記第１壁部及び前記第２壁部のいずれか一方と前記内輪との間にばね部材が組込まれることによって、前記内輪が前記第１壁部及び前記第２壁部のいずれか他方に向けて軸方向に押し付けられていることを特徴としている。

本発明によると、二分割された転がり軸受を用いて回転軸を回転支持する場合に、簡便な方法で回転軸に対する内輪の回動を防止することができる。このため、転がり軸受を組付ける際の作業工数を低減することができる。

本実施形態の転がり軸受が組付けられたクランクシャフトの軸方向断面図である。 クランクシャフトの軸方向断面の要部拡大図である。 図２のＹ−Ｙの位置で矢印の向きに見た断面図である。 図２の要部拡大図である。

本発明にかかる回転軸の軸受支持構造の実施形態を、図によって詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態（以下「本実施形態」という）である、転がり軸受１０によって回転支持された回転軸としてのクランクシャフト３０の形態を説明する説明図である。クランクシャフト３０は、船外機や自動車等の内燃機関に組込まれて、ピストン３１の往復運動を回転運動に変換する部品である。以下の説明では、クランクシャフト３０の中心軸ｍの方向を軸方向といい、中心軸ｍと直交する方向を径方向、中心軸ｍの回りを周回する方向を周方向という。

クランクシャフト３０は、炭素含有量が０．３〜０．５％程度の炭素鋼又は合金鋼を、熱間鍛造することによって製造されており、複数のクランクジャーナル３２（軸受固定部）と、複数のクランクピン３３と、各クランクジャーナル３２と各クランクピン３３とをつなぐ複数のクランクアーム３４とが、一体に形成されている。図１のクランクシャフト３０では、軸方向の５か所にクランクジャーナル３２が形成されており、軸方向の４か所にクランクピン３３が形成されている。

各クランクジャーナル３２は、円柱状であり、中心軸ｍに沿って互いに同軸に形成されている。クランクジャーナル３２の外周面３６（図２参照）は、高周波焼入れ等によって硬度を高くした後、研削加工が施されている。

各クランクピン３３は、円柱状で、クランクジャーナル３２から径方向に偏心した位置で、中心軸ｍと平行に設けられており、コンロッド４１を介してピストン３１と連結されている。クランクピン３３の外周面は、高周波焼入れ等によって硬度を高くした後、研削加工が施されている。

図２、図３によって、転がり軸受１０の形態を説明する。図２は、転がり軸受１０が組付けられた部分を拡大した、クランクシャフト３０の軸方向断面の要部拡大図である。図３は、図２のＹ−Ｙの位置で矢印の向きに見た中心軸ｍに直交する向きの断面図である。
本実施形態の転がり軸受１０は、図１において、最も左側のクランクジャーナル３２（図１にＫの記号を付して示す）を除くその他のクランクジャーナル３２に、それぞれ外嵌されており、 ばね部材２４を用いてクランクシャフト３０に固定されている。各転がり軸受１０の組付け状態は、各クランクジャーナル３２の位置で互いに同様であるため、図２では、図１にＪの符号を付したクランクジャーナル３２を例にして図示している。
なお、図２の説明では、図の左側を「軸方向の一方向側」とし、図２の右側を「軸方向の他方向側」とする。

転がり軸受１０は、針状ころ軸受であり、外輪１１と、内輪１３と、転動体としての複数の針状ころ１５と、保持器１６を備えている。外輪１１は、内輪１３の径方向外方で、内輪１３と同軸に配置されている。

外輪１１は、軸受鋼などの高炭素鋼で製造されており、周方向に二分割されている（図３参照）。以下の説明では、分割された外輪１１のそれぞれを「外輪片１１ａ」という場合がある。一体に組合わされた外輪片１１ａ，１１ａは、全体として略円筒形状である。
外輪１１の内周には、軸方向の中央に、全周にわたって外輪軌道面１２が形成されるとともに、小径の鍔１８，１８が、外輪軌道面１２の軸方向両外側に形成されている。外輪軌道面１２は、針状ころ１５が転動する面である。鍔１８，１８は、外輪軌道面１２より径方向内方に突出しており、針状ころ１５は、鍔１８，１８に案内されて周方向に転動する。
外輪片１１ａ，１１ａを組合わせたときには、外輪１１の外周面１７及び外輪軌道面１２は、それぞれ単一の円筒面で形成されている。外周面１７及び外輪軌道面１２は、外輪１１を焼入れした後、研削加工によって仕上げられている。

内輪１３は、軸受鋼などの高炭素鋼で製造されており、周方向に二分割されている（図３参照）。以下の説明では、分割された内輪１３のそれぞれを「内輪片１３ａ」という場合がある。一体に組合わされた内輪片１３ａ，１３ａは、全体として略円筒形状である。
内輪１３の外周には、全周にわたって内輪軌道面１４が形成されている。内輪軌道面１４は、針状ころ１５が転動する面である。内輪片１３ａ，１３ａを組合わせたときには、内輪軌道面１４及び内輪１３の内周面１９は、それぞれ単一の円筒面で形成されている。各内輪片１３ａ，１３ａの内周の曲率半径は、クランクジャーナル３２の外径の１／２と同等である。内輪軌道面１４及び内周面１９は、内輪１３を焼入れした後、研削加工によって仕上げられている。
内輪１３の軸方向両端では、内周面１９と外周面２１が、中心軸ｍと直交する平面からなる端面２２，２２でつながっている。

針状ころ１５は、直径に対して比較的、軸の方向に長い円柱状で、軸受鋼などの鋼材で製造されている。転がり軸受１０では、複数の針状ころ１５が、外輪１１と内輪１３との間で、その軸を中心軸ｍと同一の方向に向けて配置されている。
保持器１６は、薄肉の円筒形状で、ポリアミド等の樹脂材や薄肉の炭素鋼鋼板で製造される。保持器１６は、「ポケット」と呼ばれる径方向に貫通する複数の孔（図示を省略する）を備えている。ポケットは、周方向に等間隔で設けられており、針状ころ１５は、各ポケットに収容されることによって、周方向に等間隔で配置される。
なお、転がり軸受１０は、本実施形態の他、保持器１６を備えず、針状ころ１５を周方向に近接させて配置した、いわゆる総ころ型の転がり軸受であってもよい。

次に、ばね部材２４について説明する。図２に示したように、ばね部材２４は、転がり軸受１０の内輪１３と、軸方向の一方向側のクランクアーム３４との間に組込まれている。図４は、図２の要部拡大図で、ばね部材２４が組込まれている箇所と、内輪１３の軸方向の他方向側の端部がクランクアーム３４と当接する箇所を、それぞれ拡大して示している。なお、図４においても、中心軸ｍの方向を軸方向といい、中心軸ｍと直交する方向を径方向、中心軸ｍの回りを周回する方向を周方向という。

ばね部材２４は、工具鋼などの鋼材で製造されている。本実施形態のばね部材２４は、図４に示すように、矩形で薄板状の鋼材を略Ｕ字状に形成した形態であり、一対の当接部２５，２５と、一対の当接部２５，２５の端部を互いに連結する撓み部２６を備えている。一対の当接部２５，２５は、それぞれ平板状で、軸方向に所定の間隔をもって互いに平行に配置されている。撓み部２６は、周方向に見た形状が円弧形状である。また、軸方向の一方向側の当接部２５の端部には、係止部２７が形成されている。係止部２７は、当接部２５の端部を、軸方向の一方向側に直角に折り曲げて形成されている。
ばね部材２４が軸方向の圧縮荷重を受けたときには、撓み部２６が弾性変形して、一対の当接部２５，２５が、互いに接近する。なお、ばね部材２４の形態は例示であって、当該形態に限定されるものではない。

同じく、図４によって、転がり軸受１０が組付けられる箇所のクランクアーム３４の形態について、更に詳細に説明する。説明の便宜上、図２の軸方向の一方向側のクランクアーム３４を「第１クランクアーム３４ａ」（第１壁部）とし、軸方向の他方向側のクランクアーム３４を「第２クランクアーム３４ｂ」（第２壁部）とする。

第１クランクアーム３４ａとクランクジャーナル３２とがつながる部分に、ばね部材２４の係止部２７を収容する第１凹部５１（係合凹部）が形成されている。第１凹部５１は、中心軸ｍを中心とする環状の溝であって、第１外周面５１ａと第１内周面５１ｂと第１側面５１ｃとで画定される。
第１側面５１ｃは、中心軸ｍと直交する向きに形成されており、第１凹部５１の軸方向の深さは、ばね部材２４の係止部２７の軸方向長さより大きい。第１外周面５１ａは、中心軸ｍと同軸の円筒面である。また、第１内周面５１ｂは、クランクジャーナル３２と同一の外径の円筒面となっている。第１凹部５１の径方向の寸法（第１外周面５１ａの直径と第１内周面５１ｂの直径との差の１／２である）は、ばね部材２４の係止部２７の径方向の板厚より大きく、ばね部材２４が径方向の所定の位置に組込まれたときには、係止部２７が第１凹部５１の内側に収容される。

また、第２クランクアーム３４ｂとクランクジャーナル３２とがつながる部分に、内輪１３の端部を収容する第２凹部５２が形成されている。第２凹部５２は、中心軸ｍを中心とする環状の溝であって、第２外周面５２ａと第２内周面５２ｂと第２側面５２ｃとで画定される。
第２側面５２ｃは、中心軸ｍと直交する向きに形成されており、第２凹部５２の軸方向の深さは、好ましくはばね部材２４の軸方向の寸法（一対の当接部２５，２５を軸方向に跨ぐ外幅Ｗをいう）より小さい。第２外周面５２ａは、中心軸ｍと同軸の円筒面である。また、第２内周面５２ｂは、クランクジャーナル３２と同一の外径の円筒面となっている。第２凹部５２の径方向の寸法（第２外周面５２ａの直径と第２内周面５２ｂの直径との差の１／２である）は、内輪１３の径方向の板厚よりわずかに大きく、第２凹部５２の内側に、内輪１３の端部を収容することができる。

なお、本実施形態では、内輪１３の軸方向の一方向側にばね部材２４が組込まれているが、ばね部材２４が、内輪１３の軸方向の他方向側に組込まれてもよい。このときは、内輪１３の端部を収容する第２凹部５２は、内輪１３の軸方向の一方向側に形成される。

次に、図３及び図４を参照しつつ、転がり軸受１０の組付手順を説明する。
転がり軸受１０を組付けるときには、まず、二分割された内輪片１３ａ，１３ａが、クランクジャーナル３２の径方向外方から取り付けられる。各内輪片１３ａ，１３ａは、クランクジャーナル３２の外周に当接した後、軸方向に変位することによって、端部が第２凹部５２の内側に収容される。これにより、各内輪片１３ａ，１３ａが、第２凹部５２の内側で保持されるので、各内輪片１３ａ，１３ａの脱落を防止することができて、転がり軸受１０を組付ける際の組付効率を向上することができる。

次に、径方向外方から、ばね部材２４が組込まれる。本実施形態では、各内輪片１３ａ，１３ａに対してそれぞれ周方向の３か所から組込まれている。図３では、組付けられたばね部材２４にクロスハッチングを付している。ばね部材２４の数は、１以上であればよく、好ましくは、２以上のばね部材２４を周方向に所定の間隔を持って組込むことにより、各内輪片１３ａ，１３ａを、こじれを抑制しつつ軸方向に均等に付勢するのが望ましい。
また、本実施形態では、第１凹部５１は、中心軸ｍを中心とする環状の溝であって、第１クランクアーム３４ａの側面に全周にわたって形成されているが、ばね部材２４に対応する箇所のみが軸方向に窪んで、複数の第１凹部５１が、周方向に断続的に形成された形態であってもよい（図示を省略する）。これにより、係止部２７の周方向の変位が制限されるので、転がり軸受１０の回転中に、ばね部材２４が周方向に位置ずれするのを防止することができる。

自由状態におけるばね部材２４の外幅Ｗは、第１クランクアーム３４ａの側面３５と、内輪１３の軸方向の一方向側の端面２２との軸方向の寸法Ｌより大きい寸法に設定される。これにより、ばね部材２４は、軸方向に弾性的に圧縮された状態で組込まれるので、内輪１３が、軸方向の他方向側に付勢され、内輪１３の軸方向の他方向側の端面２２が、第２凹部５２の第２側面５２ｃに押し付けられる。

なお、係止部２７が軸方向に突出していることにより、ばね部材２４を組み込む過程では、ばね部材２４が、図４に示した状態より更に軸方向に圧縮される。このとき、当接部２５，２５が互いに接触しないように、ばね部材２４の内幅ｗが設定されている。ばね部材２４は、径方向の所定の位置に組込まれたときに、軸方向の圧縮変形が弾性的に復元し、図４に示すように、係止部２７が第１凹部５１に収容される。これによって、ばね部材２４の径方向の脱落が防止される。

次に、図３に示すように、針状ころ１５及び保持器１６と組合わされた外輪片１１ａ，１１ａが組付けられて、転がり軸受１０がクランクジャーナル３２に組付けられる。この転がり軸受１０は、エンジンブロック（図示を省略）と一体に形成された上部ハウジング４４と、オイルパン（図示を省略）側に設けられた下部ハウジング４５とで径方向に挟持されることによって、エンジンブロックに固定される。
上部ハウジング４４と下部ハウジング４５は、それぞれ半円状の内周面４６を有しており、図３のように組合わされたとき、その内周面４６は、転がり軸受１０の外輪１１の外径よりわずかに小さい直径の単一の円筒面となっている。下部ハウジング４５と上部ハウジング４４をボルト４７，４７で締結することによって、外輪１１が、各ハウジングの内周に、締りばめの状態で固定される。

こうして、クランクシャフト３０は、二分割された転がり軸受１０によって、回転自在に支持されており、クランクジャーナル３２を中心として回転することができる。内燃機関では、ガソリン等の燃料が周期的に爆発燃焼することによって、ピストン３１が図１の上下方向に変位し、クランクピン３３がクランクジャーナル３２の周りで回転する。

以上説明したように、本実施形態では、内輪１３が、ばね部材２４によって軸方向に付勢され、内輪１３が第２クランクアーム３４ｂの第２側面５２ｃに押し付けられている。このため、転がり軸受１０の回転中に、内輪１３を周方向に回動させる向きの力が作用した場合であっても、内輪１３の軸方向の他方向側の端面２２と第２側面５２ｃとの間には大きなすべり摩擦が生じるので、クランクジャーナル３２に対する内輪１３の回動を防止することができる。これにより、クランクジャーナル３２の外周面３６及び内輪１３の内周面１９の摩耗を抑制することができる。

また、第２クランクアーム３４ｂの第２側面５２ｃと当接する内輪１３の端面２２にローレット加工を施すことによって、内輪１３の回動を更に効果的に防止することができる。
なお、第２凹部５２については、必ずしも設置する必要はない。上記の説明で理解できるように、内輪１３が、ばね部材２４によって軸方向に付勢され、第２クランクアーム３４ｂの第２側面５２ｃに押し付けられることによって、クランクジャーナル３２に対する内輪１３の回動を防止することができる。第２凹部５２が形成されない場合は、クランクアーム３４の加工コストを削減することができる。

このように、本実施形態では、ボルト等を使用することなく、ばね部材２４を、内輪１３と第１クランクアーム３４ａとの間に、径方向に挿入するという簡便な方法で、内輪１３の回動を防止することができる。このため、転がり軸受１０の取付工数を大幅に低減することができる。更に、ばね部材２４は、薄板状の鋼材を略Ｕ字状に形成しただけの形態であり、軸方向の外幅Ｗを比較的小さくすることができる。このため、転がり軸受１０の軸方向の寸法増大を抑制し、クランクシャフト３０を小型化することができる。

以上説明したように、本実施形態の軸受支持構造では、内輪１３が周方向に分割された分割型の転がり軸受１０を使用してクランクシャフト３０を回転支持する場合に、簡便な方法で内輪１３を固定し、クランクジャーナル３２に対する内輪１３の回動を防止することができる。このため、クランクシャフト３０に転がり軸受１０を組付ける際の組付工数を低減することができる。

以上、本発明の実施の形態を説明した。しかしながら、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。例えば、上記の実施形態では、クランクシャフトを回転支持する場合について説明したが、その他の回転軸についても適用することができる。本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変更して実施することができる。

１０：転がり軸受、１１：外輪、１１ａ：外輪片、１２：外輪軌道面、１３：内輪、１４：内輪軌道面、１５：針状ころ、１６：保持器、１７：外周面(軸受)、１８：鍔、１９：内周面（軸受）、２２：端面、２４：ばね部材、２５：当接部、２６：撓み部、２７：係止部、３０：クランクシャフト、３１：ピストン、３２：クランクジャーナル、３３：クランクピン、３４：クランクアーム、３６：外周面（クランクジャーナル）、４１：コンロッド、４４：上部ハウジング、４５：下部ハウジング、４６：内周面（ハウジング）、４７：ボルト、５１：第１凹部、５２：第２凹部

Claims (3)

1. 周方向に二分割された転がり軸受によって回転自在に支持された回転軸の軸受支持構造であって、
   前記回転軸は、前記転がり軸受を組付ける軸受固定部を有し、前記軸受固定部の軸方向の両側に、前記軸受固定部の外周より径方向外方に延在する第１壁部及び第２壁部を備えており、
   前記転がり軸受は、内輪と、前記内輪の径方向外方に同軸に組合わされた外輪と、前記内輪と前記外輪との間に転動自在に配置された複数の転動体とを備えており、少なくとも前記内輪が周方向で二分割されて、前記軸受固定部の外周に組付けられており、
   前記第１壁部及び前記第２壁部のいずれか一方と前記内輪との間にばね部材が組込まれることによって、前記内輪が前記第１壁部及び前記第２壁部のいずれか他方に向けて軸方向に押し付けられていることを特徴とする回転軸の軸受支持構造。
2. 前記第１壁部及び前記第２壁部のいずれか他方は、前記内輪の端部を全周にわたって収容する軸方向に窪んだ凹部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載する回転軸の軸受支持構造。
3. 前記ばね部材は軸方向に突出した係止部を有し、前記第１壁部及び前記第２壁部のいずれか一方は、軸方向に窪んで前記係止部を収容する係合凹部を備えていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載する回転軸の軸受支持構造。

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