JP3946463B2

JP3946463B2 - 軸受付きコンロッド

Info

Publication number: JP3946463B2
Application number: JP2001148886A
Authority: JP
Inventors: 直樹柴本
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2001-05-18
Filing date: 2001-05-18
Publication date: 2007-07-18
Anticipated expiration: 2021-05-18
Also published as: JP2002339944A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、エンジンに用いられる軸受付きコンロッドに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、図８に示すように、コンロッド５１の大端部５２および小端部５３の各穴に、シェルタイプの針状ころ軸受５５を圧入し、コンロッド幅ｄところ５７の長さｃとをほぼ同一に設定したものが提案されている（例えば、実開昭６４−３５２１６号）。このように寸法ｃ，ｄの関係を設定することにより、大端部５２３および小端部５３の張出し部分が小さく、その結果、軽量化ができ、またコンロッド５１を金属平板のプレス加工により製作することができる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
自動車用部品は、軽量化の要求があり、コンロッドにおいても軽量化が強く要求されている。このような軽量化の要求に応じるには、コンロッド５１の幅ｄを狭くする必要がある。しかし、コンロッド幅ｄの狭まりに合わせて、ころ５７の長さを短くすると、ころ５７の単位長さに作用する負荷が大きくなり、短寿命となる。コンロッドは、ピストンの爆発的な往復動作をクランクに伝える部品であるため、軸受に作用する荷重条件が厳しく、ころ長さを短くすると、寿命に与える影響が大きい。
【０００４】
この発明の目的は、軽量化と長寿命化の両方を実現することのできる軸受付きコンロッドを提供することである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
この発明の軸受付きコンロッドは、ロッド部の両端に大端部と小端部とを有し、これら大端部および小端部に貫通穴が設けられたコンロッドと、外輪およびこの外輪の転走面に沿って転走する複数のころを有し、上記各貫通穴に嵌合した軸受とを備えた軸受付きコンロッドにおいて、上記ころの有効長さが、上記コンロッドの貫通穴貫通方向の幅よりも長いことを特徴とする。
この構成によると、ころの有効長さをコンロッド幅よりも長くしたため、コンロッド幅を狭めてコンロッドの軽量化を図っても、ころ有効長さを確保し、軸受の長寿命化が図れる。
【０００６】
この発明において、上記外輪の転走面内径が開口側ほど大きくなるものであって、転走面内径の最小径と、ころの端部における転走面内径との径差が、２０μｍ以下となるようにする。
このように、外輪の転走面内径を、開口側ほど大きくなる形状としたため、ころの端部に大きな荷重が働く状態（いわゆるエッジロード）となることはなく、回転トルクが異常に大きくなることもない。ころ長さがコンロッド幅よりも長いころ軸受をコンロッドの穴に圧入した場合に、転走面内径が開口側ほど大きくなるように外輪が変形することがある。この場合に、ころ端部の位置における転走面内径が転走面最小径よりも２０μｍよりも大きくなるようでは、転走面がころ端部の位置でころを支持しなくなる。そのため、上記径差を２０μｍ以下に規定している。この２０μｍ以下という数値は、通常、軸受の転走面精度として円筒度は２０μｍ以下とすることが必要とされるため、その円筒度を確保する値となる。
【０００７】
この発明において、上記コンロッドはロッド部に凹所または穴を有するものとしても良い。このように凹所または穴を設けることにより、より一層の軽量化が図れる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
この発明の第１の実施形態を図１〜図３と共に説明する。この軸受付きコンロッドは、コンロッド１の大端部３および小端部４の貫通穴５に、それぞれ軸受６を嵌合させたものである。コンロッド１は、ロッド部２の両端に大端部３と小端部４とを有し、これら大端部３および小端部４に貫通穴５が設けられている。軸受６は、外輪７およびこの外輪７の内径面からなる転走面に沿って転走する複数のころ８を有し、各ころ８はリング状の保持器９に保持されている。ころ８と保持器９とは、互いに組立部品となる保持器付きころを構成するものであり、この保持器付きころを外輪７に挿入可能なようにしてある。外輪７は直円筒状のものとしてある。
【０００９】
ころ８の長さＢは、コンロッド１の貫通穴５の貫通方向の幅Ａよりも長くしてある。コンロッド１は、大端部３および小端部４の幅を上記の幅Ａとし、ロッド部２の部分の幅は上記の幅Ａよりも狭くしてある。軸受６の外輪７の幅は、ころ８の長さＢよりも大きく形成されている。なお、ここで言うころ８の長さＢは、ころ８の全長のことであるが、ころ８の有効長さ、つまり外周面が円筒形状を成している部分の長さを、コンロッド幅Ａよりも長くする。ころ８の有効長さは、ころ８の端部に面取部がある場合は、その面取部の長さを除いた長さである。したがって、ころ有効長さは、外輪７の転走面が幾何学上の円筒面であると考えた場合における転走面の有効幅に合致する。
【００１０】
軸受６は、外輪７をコンロッド１の穴５に圧入することにより、コンロッド１に取付けられており、この圧入のため、外輪７の転走面は、その内径が開口側ほど大きくなっている。転走面内径の最小径Ｄ₀（図３）と、ころ８が外輪軸方向の中立位置にあるときのころ８の端部における転走面内径Ｄ_Bとの径差ΔＤは、所定値以下とする。この所定値は、外輪７の転走面に要求される円筒度としてあり、数値で示すと、径差ΔＤは２０μｍ以下とする。
【００１１】
この構成によると、ころ８の長さＢをコンロッド幅Ａよりも長くしたため、コンロッド幅Ａを狭めてコンロッド１の軽量化を図りながら、ころ長さＢを確保し、軸受の長寿命化を図ることができる。
【００１２】
軸受寿命ところ長さＢの関係を説明する。軸受寿命は、次式（１）により表される。
Ｌ＝〔１０⁶／（６０×ｎ）〕×（Ｃｒ／Ｆｒ）^10/3 ……（１）
ここで、Ｃｒ：動定格荷重
Ｆｒ：ラジアル荷重
ｎ：回転速度
Ｌ：寿命時間
【００１３】
また、（１）式のＣｒは、次の（２）式により表される。
Ｃｒ＝ｆｃ（ｉ cosα）^0.78Ｚ^2/3Ｄａ^1.07ｌａ^0.78 ……（２）
ここで、ｆｃ：軸受の種類と材料によって決まる係数
ｉ：ころが有効に働いている列の数
α：接触角
Ｚ：１列あたりのころの数
Ｄａ：ころの直径
ｌａ：ころの接触長さ
よって、ころの接触長さｌａを長くすれば、寿命が向上する。ころの接触長さｌａは、外輪転走面が幾何学上の円筒面であるとすると、上記のころ有効長さとなる。ころ長さＢを長くすれば、ころの接触長さｌａも長くなり、したがって軸受寿命が向上する。
【００１４】
この実施形態では、ころ長さＢをコンロッド幅Ａよりも長くしたため、上記のように軽量化を図りながら、軸受寿命を向上させることができるが、ころ長さＢがコンロッド幅Ａよりも長いと、ころ軸受６をコンロッド１の貫通穴５に圧入した場合に、図４に誇張して示すように、転走面内径が開口側ほど大きくなるように外輪７が変形する。この場合に、ころ端部の位置における転走面内径Ｄ_B（図３）が転走面最小径Ｄ₀に比べて２０μｍよりも大きな径差ΔＤが生じるようでは、転走面がころ端部の位置でころ８を支持しなくなり、ころ長さＢを長くしても、実際には、ころ接触長さｌａを十分に長くすることができない。
そこで、上記径差ΔＤを２０μｍ以下に規定している。この２０μｍ以下という数値は、通常、軸受の転走面精度として円筒度は２０μｍ以下とすることが必要とされるため、その円筒度を確保する値とした。このように径差ΔＤを規定したため、上記のように外輪７の転走面の開口側の内径が大きくなる形状でありながら、長寿命化が確保される。
なお、外輪７の転走面の内径は、開口側ほど大きくなる形状であるため、ころ８の端部に大きな荷重が働く状態（いわゆるエッジロード）となることはなく、回転トルクが異常に大きくなることもない。
【００１５】
径差ΔＤを２０μｍ以下に抑えるには、外輪７に剛性の高いものを用いることが効果的である。すなわち、径差ΔＤを２０μｍ以下に抑えることができるだけの高い剛性を持つ外輪７を使用する。このような剛性を持つ外輪７としては、例えば直円筒状の削り出しタイプの外輪において、肉厚がある程度厚いものとする。外輪７の肉厚は、コンロッド１の貫通穴５との締代に応じて設定する。外輪７の材質は、軸受鋼であっても、低炭素鋼であっても良い。なお、保持器９の材質は自由であり、プレス・溶接・削り出し品のいずれの保持器であっても良い。保持器９には、焼き付き防止の表面処理加工をしても良い。ころ８は、保持器９に対して軸未組み込み状態で脱落するタイプであっても、非脱落タイプであっても良い。
【００１６】
なお、上記実施形態では、大端部３および小端部４の両方の軸受６について、ころ長さＢをコンロッド幅Ａよりも長くしたが、大端部３および小端部４のいずれか片方の軸受６についてのみ、ころ長さＢをコンロッド幅Ａよりも長くしても良い。また、ころ端部における転走面内径Ｄ_Bと最小径Ｄ₀の径差ΔＤを、２０μｍ以下とするのも、大端部３および小端部４のいずれか片方の軸受６についてのみであっても良い。
【００１７】
図５は、この発明の他の実施形態を示す。この実施形態は、第１の実施形態（図１〜図３）にかかる軸受付きコンロッドにおいて、削り出しタイプの外輪７を有する軸受６を用いる代わりに、シェルタイプの外輪７Ａを有する軸受６Ａを用いたものである。シェルタイプの外輪７Ａは、鋼板のプレス成形品からなり、両側に鍔７Ａａを有している。このシェルタイプの軸受６Ａも、コンロッド１の大端部３および小端部４の貫通穴５に圧入により固定される。この実施形態におけるその他の構成は、第１の実施形態と同じである。
シェルタイプの外輪７Ａを用いた場合も、圧入の締代の管理等を適宜に行うことにより、転走面内径の最小径と、ころ８の端部における転走面内径との径差が２０μｍ以下となるようにすることができる。
【００１８】
図６，図７は、この発明のさらに他の実施形態におけるコンロッド１Ｂを示す。このコンロッド１Ｂは、ロッド部２に凹所１１および穴１２を設けたものである。また、このコンロッド１Ｂは、１枚の平板状の鋼板から打ち抜き形成されたものとしてあり、コンロッド１Ｂの外周面および両側の貫通穴５が、打ち抜き加工面とされる。凹所１１および穴１２も、打ち抜き加工時に同時にプレス加工される。打ち抜き加工は、例えばファインブランキングプレスにより行われる。このコンロッド１Ｂは、第１の実施形態おいて、そのコンロッド１に代えて用いられる。
この実施形態におけるその他の構成は、第１の実施形態と同じである。第１の実施形態におけるころ長さＢとコンロッド軸受方向幅Ａの関係、および転走面内径の最小径Ｄ₀と、ころ端部における転走面内径Ｄ_Bとの径差ΔＤが、２０μｍ以下となる関係も、この実施形態において保持される。
この実施形態では、ロッド部２に凹所１１および穴１２を設けたため、より一層の軽量化が図れる。また、コンロッド１Ｂをファインブランキングプレスにより打ち抜き加工したため、その打ち抜き加工面に研削加工等の後加工が不要で、生産性に優れる。
【００１９】
【発明の効果】
この発明は、外輪およびころを有する軸受を、コンロッドの大端部および小端部の貫通穴に嵌合させた軸受付きコンロッドにおいて、ころの有効長さを、コンロッドの貫通穴貫通方向の幅よりも長くしたため、軽量化と長寿命化の両方を実現することができる。
上記外輪の転走面内径が開口側ほど大きくなり、上記転走面内径の最小径と、上記ころの端部における転走面内径との径差を２０μｍ以下としたため、軸受外輪の圧入によって転走面内径が開口側ほど大きくなるように変形しても、ころ端部まで転走面で支持することができ、長寿命化が確保できる。
上記ロッド部に凹所または穴を有する場合は、より一層の軽量化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（Ａ），（Ｂ）はそれぞれこの発明の第１の実施形態における軸受付きコンロッドの断面図および正面図である。
【図２】同軸受付きコンロッドの部分拡大断面図である。
【図３】図２の一部をさらに拡大して示す断面図である。
【図４】軸受付きコンロッドの外輪の変形状態を示す説明図である。
【図５】この発明の他の実施形態にかかる軸受付きコンロッドの断面図である。
【図６】この発明のさらに他の実施形態におけるコンロッドの正面図である。
【図７】同コンロッドの断面図である。
【図８】従来例の断面図である。
【符号の説明】
１，１Ｂ…コンロッド
２…ロッド部
３…大端部
４…小端部
５…貫通穴
６，６Ａ…軸受
７，７Ａ…外輪
８…ころ
１１…凹所
１２…穴
Ａ…コンロッド幅
Ｂ…ころの長さ

Claims

ロッド部の両端に大端部と小端部とを有し、これら大端部および小端部に貫通穴が設けられたコンロッドと、外輪およびこの外輪の転走面に沿って転走する複数のころを有し、上記各貫通穴に上記外輪が嵌合した軸受とを備えた軸受付きコンロッドにおいて、上記ころの有効長さが、上記コンロッドの貫通穴貫通方向の幅よりも長く、
上記外輪の転走面内径が開口側ほど大きくなり、上記転走面内径の最小径と、上記ころの端部における転走面内径との径差が、２０μｍ以下であることを特徴とする軸受付きコンロッド。
上記ロッド部に凹所または穴を有する請求項１に記載の軸受付きコンロッド。