JP5245760B2

JP5245760B2 - クランク軸装置

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Publication number: JP5245760B2
Application number: JP2008300943A
Authority: JP
Inventors: 浩一太田
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2008-11-26
Filing date: 2008-11-26
Publication date: 2013-07-24
Anticipated expiration: 2028-11-26
Also published as: JP2010127343A

Description

本発明は、近接して隣り合うクランク軸の各偏心部位にラジアル軸受が組み込まれるクランク軸装置に関する。

従来、クランク軸の偏心部位の周囲にラジアル軸受を介して駆動部品を配置し、クランク軸の回転によって駆動部品を駆動するようにしたクランク軸装置において、ラジアル軸受としてケージアンドローラが使用されるものが考案されている（例えば、特許文献１参照）。

例えば、図１１に示すようなクランク軸装置１００では、連結部１４を介して近接して隣り合う複数（本実施形態では、２つ）の偏心部位１２，１３を有するクランク軸１１と、各偏心部位１２，１３の周囲に配置される複数（本実施形態では、２つ）のラジアル軸受であるケージアンドローラ１５，１６と、クランク軸１１が回転することで該ケージアンドローラ１５，１６の周囲で偏心駆動される駆動部品１７，１８とを備える。

クランク軸１１は、カラーや軸受等の支持部材１９，２０によって中心軸Ａ周りに回転可能に支持され、また、その偏心部位１２，１３は、円柱状に形成されており、これらの偏心軸Ｂ、Ｃは、中心軸Ａに対して互いに異なる位相でオフセットされている。なお、このクランク軸装置１００では、各偏心部位１２，１３の外径ｄ_Ｂ，ｄ_Ｃは等しく、偏心軸Ｂ，Ｃは、互いに１８０°ずれて中心軸Ａに対してそれぞれ偏心量ｅだけオフセットしているものとする。また、各支持部材１９，２０と２つの偏心部位１２，１３の各軸方向端面間には、ワッシャー２１，２２がそれぞれ挟持されている。

各ケージアンドローラ１５，１６は、偏心部位１２，１３の外周面と駆動部品１７，１８の内周面を軌道面として転動する複数のころ３０，３１と、複数のころ３０，３１を所定の間隔で転動自在に保持するＭ型形状保持器３２，３３と、をそれぞれ備える。Ｍ型形状保持器３２，３３は、図１２に示すように、ころ３０，３１の両端面を覆う一対の円環部３４，３５と、一対の円環部３４，３５間を連結し、外径側バレ止め部３６と内径側バレ止め部３７とがフォーム加工された複数の柱部３８と、を有する。ポケットを挟んで対向するバレ止め部３６，３７間の各距離は、嵌め合い代（通称、パチン代）分だけ、ころ径より小さく形成されており、ころ３０，３１を押し込んで外径側バレ止め部３６と内径側バレ止め部３７との間に嵌め込むことで組み立てられる。
特開２００８−１５１３２２号公報

ところで、上記のクランク軸装置では、偏心部位にてラジアル軸受が隣接して使用される運転環境と近年の稼動条件の厳しさが重なり、軸受の姿勢制御等が場合によっては上手く行なえない状況も想定される。そのような状況下で軸受が運転され続けると、軸受の保持器破損の可能性も懸念される。また、この懸念を回避するために、つば付きの軌道輪（外輪や内輪）を追加すると、ころサイズの縮小が必要となり、軸受の定格容量が低下してしまう。

具体的に、図１１に示すようなクランク軸装置１００では、隣接するケージアンドローラ１５，１６同士が偏心回転すると、軸方向においてクランク軸１１の連結部１４とオーバーラップして位置する互いの円環部３５，３５が競り合いながら回転することになる。また、ケージアンドローラ１５，１６は、支持部材１９，２０と共に組み込まれたワッシャー２１，２２との間でも偏心回転することになり、軸受の挙動としては非常に不安的な挙動をする可能性がある。クランク軸１１に組み込まれたワッシャー２１，２２は、偏心部にある駆動部品１７，１８の内周面等と干渉しないように設定しなければならないため、ケージアンドローラ１５，１６の保持器３２，３３に対して、十分なバックアップが行なえない場合も多く、不均一な保持器バックアップとなり、このような不安的な挙動を更に助長する。該装置１００が稼動中にケージアンドローラ１５，１６がこのような挙動を繰り返すと、本来加わることが無い外力が保持器３２，３３に加わり、最悪の場合には、保持器破損に繋がる可能性がある。

本発明の目的は、上記事情に鑑みて為されたものであり、ラジアル軸受同士の競り合いを防止しつつ、コンパクト化を図ることができるクランク軸装置を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）近接して隣り合う複数の偏心部位を有するクランク軸と、
複数のころをそれぞれ有し、前記各偏心部位の周囲に組み込まれる複数のラジアル軸受と、
を備えるクランク軸装置であって、
前記クランク軸は、それぞれ別部材である前記複数の偏心部位を連結することで構成されており、
前記隣り合うラジアル軸受間に配置される中間間座とつば部材を備えて、前記ラジアル軸受の姿勢を制御する姿勢制御手段を有し、
前記隣り合うラジアル軸受間に配置される前記中間間座は、前記隣り合う偏心部位によって挟持され、
前記中間間座と前記隣り合う各偏心部位との間には、それぞれ前記つば部材が挟持されており、
前記各つば部材は、前記隣り合う偏心部位の軸方向端部に形成された環状の段差部に配置されることを特徴とするクランク軸装置。
（２）前記姿勢制御手段は、前記複数のラジアル軸受の両端部に配置される複数のワッシャーと複数の他のつば部材の少なくとも一方を、さらに備えることを特徴とする（１）に記載のクランク軸装置。
（３）前記ラジアル軸受は、総ころ軸受、または前記複数のころをそれぞれ保持する複数のセパレータを備えたころ軸受であることを特徴とする（１）または（２）に記載のクランク軸装置。

本発明のクランク軸装置によれば、隣り合うラジアル軸受間に配置される中間間座とつば部材の少なくとも一方を備えて、軸受の姿勢を制御する姿勢制御手段を有するので、ラジアル軸受同士の競り合いを防止しつつ、コンパクト化を図ることができる。

以下、本発明の各実施形態に係るクランク軸装置について図面を参照して詳細に説明する。なお、各実施形態は、本発明のラジアル軸受の姿勢を制御する姿勢制御手段を備えており、この点を中心に説明すると共に、従来技術と実質的に同等または同一部分については同一符号を付して、説明を省略或いは簡略化する。

（第１実施形態）
図１に示すように、第１実施形態のクランク軸装置１０は、ラジアル軸受であるケージアンドローラ１５，１６の姿勢を制御する姿勢制御手段として、隣り合うケージアンドローラ１５，１６間に位置するように、駆動部品１７，１８間に環状の中間間座４０が設けられ、また、各支持部材１９，２０と２つの偏心部位１２，１３の各軸方向端面間には、偏心回転が許容できる範囲で拡大／強化されるワッシャー２１ａ，２２ａがそれぞれ挟持されている。また、本実施形態の各ケージアンドローラ１５，１６は、従来技術と同様のＭ型形状保持器３２，３３を有している。

中間間座４０の内径は、隣り合う偏心部位１２，１３の外径ｄ_Ｂ，ｄ_Ｃより大きく、且つ、Ｍ型形状保持器３２，３３の対向する円環部３５の外径から偏心量ｅの２倍を引いた寸法より小さくなるように設定される。これにより、中間間座４０を偏心部位１２，１３に挿通させて連結部１４の周囲に配置することができ、且つ、Ｍ型形状保持器３２，３３の円環部３５が全周に亘って中間間座４０に当接可能となり、ケージアンドローラ１５，１６の姿勢を制御することができる。なお、偏心部位１２，１３の外径ｄ_Ｂ，ｄ_Ｃや偏心量が異なる場合には、外径ｄ_Ｂ，ｄ_Ｃが小さい方の偏心部位１２，１３に基づいて設定すればよい。
また、中間間座４０の軸方向両内側面４０ａ，４０ｂは、保持器３２，３３の円環部３５や偏心部位１２，１３との接触を避けるように、円周状に切り欠かれている。

ワッシャー２１ａ，２２ａの外径は、Ｍ型形状保持器３２，３３の円環部３４の内径に偏心量ｅの２倍を足した寸法より大きくなるように設定されている。これにより、Ｍ型形状保持器３２，３３の円環部３４が全周に亘って各ワッシャー２１ａ，２２ａに当接可能となり、偏心回転に対するケージアンドローラ１５，１６へのバックアップ度合いをアップすることができる。

従って、本実施形態のクランク軸装置１０によれば、隣り合うケージアンドローラ１５，１６間に、姿勢制御手段として中間間座４０が配置されるので、お互いの保持器の回転による直接の干渉が回避され、ラジアル軸受同士の競り合いを防止することができ、また、つば付きの軌道輪を設ける必要がないことから、コンパクト化を図ることができる。
また、ワッシャー２１ａ，２２ａの寸法を拡大・強化することによって、偏心回転に対するラジアル軸受へのバックアップ度合いをアップさせ、中間間座４０と相俟って、軸受偏心回転に対する保持器の挙動を安定化することができる。そして、保持器３２，３３の偏心回転による不安定な挙動を従来仕様に対して抑制することで、保持器に加わる不要な外力を低減し、保持器破損の危険性を低減できる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態のクランク軸装置１０ａでは、図２に示すように、クランク軸１１ａが偏心部位１２，１３間の位置で分離／組立できるように２つのクランク軸片５０，５１によって構成され、また、連結部１４の周囲には中間間座５２が外嵌されて、隣り合う偏心部位１２，１３によって挟持されている。

図３に示すように、クランク軸片５０には、偏心部位１２内に雌スプライン部５０ａが形成されており、また、クランク軸片５１には、連結部１４から軸方向に突出する雄スプライン部５１ａが形成されている。従って、クランク軸１１ａは、中間間座５２をクランク軸片５１の連結部１４の周囲に配置して、互いのスプライン部５０ａ，５１ａを嵌合させることで組み立てられる。なお、２つのクランク軸片５０，５１の連結方式は、上述したスプライン嵌合に限定されるものでなく、各偏心部位１２，１３の位相が変化せず、所定の精度が確保できるものであればよく、キーやテーパーアーバー等、他の連結方式であってもよい。

中間間座５２の外径は、Ｍ型形状保持器３２，３３の円環部３５の内径に偏心量ｅの２倍を足した寸法より大きくなるように設定されている。これにより、Ｍ型形状保持器３２，３３の円環部３５が全周に亘って中間間座５２に当接可能となり、ラジアル軸受の姿勢を制御することができる。なお、偏心部位１２，１３の外径ｄ_Ｂ，ｄ_Ｃや偏心量が異なる場合には、外径ｄ_Ｂ，ｄ_Ｃが大きい方の偏心部位１２，１３に基づいて設定すればよい。

また、中間間座５２の軸方向両外側面５２ａ，５２ｂには、保持器３２，３３の円環部３５や駆動部品１７，１８との接触を避けるように、円周状に切り欠かれている。さらに、中間間座５２の周囲には、駆動部品用間座５３が駆動部品１７，１８に挟持されるように配置されている。
なお、第１実施形態と同様、各支持部材１９，２０と２つの偏心部位１２，１３の各軸方向端面間には、偏心回転が許容できる範囲で拡大／強化されるワッシャー２１ａ，２２ａが配置されている。

従って、本実施形態のクランク軸装置１０ａによれば、隣り合うケージアンドローラ１５，１６間に、姿勢制御手段として中間間座５２が配置されるので、お互いの保持器の回転による直接の干渉が回避され、ラジアル軸受同士の競り合いを防止することができ、また、つば付きの軌道輪を設ける必要がないことから、コンパクト化を図ることができる。
その他の構成及び作用については、第１実施形態のものと同様である。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態のクランク軸装置１０ａでは、図４及び図５に示すように、偏心部位１２，１３の外周面と駆動部品１７，１８との間に配置されるラジアル軸受として、ころ６２，６３の長さＬを図１のころ３０，３１の長さＬａより長くした総ころ軸受６０，６１が使用されている。

また、第１実施形態と同様、ラジアル軸受の姿勢を制御する姿勢制御手段として、隣り合う総ころ軸受６０，６１間に配置されるように、駆動部品１７，１８間に環状の中間間座６４が設けられ、各支持部材１９，２０と２つの偏心部位１２，１３の各軸方向端面間には、偏心回転が許容できる範囲で拡大／強化されるワッシャー２１ａ，２２ａがそれぞれ挟持されている。

この場合、中間間座６４の内径は、すべてのころ３０，３１が中間間座６４と当接するように、駆動部品１７，１８の内径から偏心量ｅの２倍を引いた寸法より小さくなるように設定されればよく、ワッシャー２１ａ，２２ａの外径は、すべてのころ３０，３１が各ワッシャー２１ａ，２２ａと当接するように、偏心部位１２，１３の外径に偏心量ｅの２倍を足した寸法より大きくなるように設定されている。
また、中間間座６４の軸方向両内側面６４ａ，６４ｂも、ころ６２，６３や偏心部位１２，１３との接触を避けるように、円周状に切り欠かれている。

従って、本実施形態のクランク軸装置１０ｂによれば、ラジアル軸受を総ころ軸受６０，６１とすることで、保持器が省略される構成となり、保持器破損による装置不具合の可能性を回避することができる。また、総ころ軸受６０，６１とすることで、保持器の柱部によって制限されるころ数を増加することができると共に、保持器の円環部によって制限されるころ長を増加することができ、定格容量を大幅に向上させることができる。

また、隣り合う総ころ軸受６０，６１間に、姿勢制御手段として中間間座６４が配置されるので、ころ６２，６３の姿勢制御や案内が可能となり、お互いのころ６２，６３の直接の干渉が回避され、ラジアル軸受同士の競り合いを防止することができる。さらに、ワッシャー２１ａ，２２ａの寸法を拡大・強化することで、中間間座４０と相俟って、ころ６２，６３を案内し、軸受偏心回転に対するころ６２，６３の挙動を安定化することができる。
なお、その他の構成及び作用については、第１実施形態のものと同様である。

また、本実施形態の変形例として、図６に示すように、ラジアル軸受としてころ６２，６３間にセパレータ（駒）６７，６８を備えたころ軸受６５，６６が使用されてもよい。これにより、総ころ軸受６０，６１と比べ、ころ６２，６３の数は若干減少するが、総ころ軸受６０，６１の場合に生じる、隣接するころ６２，６３同士の相対回転による転がり抵抗を低減することができる。

この場合、中間間座６４の内径は、すべてのセパレータ６７，６８が中間間座６４と当接するように、セパレータ６７，６８の外端軌道の径から偏心量ｅの２倍を引いた寸法より小さくなるように設定されればよく、ワッシャー２１ａ，２２ａの外径は、すべてのセパレータ６７，６８が各ワッシャー２１ａ，２２ａと当接するように、セパレータ６７，６８の内端軌道の径に偏心量ｅの２倍を足した寸法より大きくなるように設定されている。

（第４実施形態）
第４実施形態のクランク軸装置１０ｃでは、第２実施形態の拡大・強化されたワッシャー２１ａ，２２ａの代わりに、図７に示すように、クランク軸１２，１３の周囲で、各支持部材１９，２０と２つの偏心部位１２，１３の各軸方向端面間にワッシャー２１，２２がそれぞれ挟持されていると共に、偏心部位の１２，１３の軸方向外端部に形成された環状の段差部１２ｂ、１３ｂに、ワッシャー２１，２２と対向するように他のつば部材であるつば輪７０，７１が配置されている。

ここで、偏心量や軸受サイズなどの関係によっては第２実施形態のワッシャー２１ａ，２２ａのように拡大・強化することができず、また、バックアップ度合いは不均一になり易い。さらに、本来の軸中心にあるワッシャー２１，２２だけでは、偏心回転する保持器を完全にバックアップする寸法を確保できない場合もある。このため、本実施形態のようなつば輪７０，７１を偏心部位１２，１３の段差部１２ｂ、１３ｂに設けることで、偏心量等に左右されずに偏心部位１２，１３に組み込まれる保持器３２，３３を完全にバックアップすることができる。

また、このつば輪７０，７１は、ワッシャー２１，２２との間で偏心回転の摺動が生じるため、必要によってはワッシャー２１，２２やつば輪７０，７１に潤滑的な表面処理を施したり、互いに異種材料を用いることで摺動摩耗や滑り抵抗を低減することができる。
なお、その他の構成及び作用については、第２実施形態と同様である。

また、本実施形態の変形例に係るクランク軸装置１０ｃ´として、図８に示すように、つば輪７０，７１は、図４に示す第３実施形態のワッシャー２１ａ，２２ａの代わりに設けられてもよい。

（第５実施形態）
第５実施形態のクランク軸装置１０ｄでは、図９に示すように、第３実施形態と同様、ラジアル軸受として、総ころ軸受６０，６１が使用されている。また、ラジアル軸受の姿勢を制御する姿勢制御手段としては、分離／組立できるクランク軸１１ａの連結部１４の周囲に、中間間座８１が外嵌されると共に、隣り合う偏心部位１２，１３の軸方向内端部に形成された環状の段差部１２ｃ、１３ｃに、中間間座８１と対向するようにつば部材であるつば輪８２，８３が配置されている。さらに、第４実施形態と同様、クランク軸１２，１３の周囲で、各支持部材１９，２０と２つの偏心部位１２，１３の各軸方向端面間にはワッシャー２１，２２がそれぞれ挟持されていると共に、偏心部位の１２，１３の軸方向外端面に形成された段差部１２ｂ、１３ｂには、ワッシャー２１，２２と対向するようにつば輪７０，７１が配置されている。

従って、本実施形態のクランク軸装置１０ｄによれば、各軸受６０，６１の両側に姿勢制御用のつば輪７０，７１，８２，８３が配置されることになり、偏心量等に左右されずに各軸受６０，６１の挙動を更に安定させることができる。

また、ラジアル軸受を総ころ軸受６０，６１とすることで、保持器が省略される構成となり、保持器破損による装置不具合の可能性を回避することができる。また、総ころ軸受６０，６１とすることで、保持器の柱部によって制限されるころ数を増加することができると共に、保持器の円環部によって制限されるころ長を増加することができ、定格容量を大幅に向上させることができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものでなく、適宜、変形、改良等が可能である。また、上述した実施形態は、実施可能な範囲において組み合わせて適用することができる。
例えば、上述した実施形態では、２列の偏心部位１２，１３を備えるクランク軸１１，１１ａにラジアル軸受が組み込まれる場合について示しているが、本発明は、２列以上偏心部位を有するクランク軸にも適用可能である。例えば、図１０に示すように、４列の偏心部位１２，１３，９０，９１を有するクランク軸１１ｂの各連結部１４，９２，９３に中間間座を組み付ける場合、クランク軸１１ｂは、軸方向両側に位置する偏心部位１２，９１に、雌スプライン部５０ａと雄スプライン部５１ａのいずれかを備えたクランク軸片５０，５１と、軸方向中間部に位置する偏心部位１３，９０に雌スプライン部９４ａと雄スプライン部９４ｂとを備えたクランク軸片９４と、を用いて組み合わせることで構成される。
また、クランク軸の各偏心部位の位相は、例えば、３列の偏心部位を有する場合には１２０°位相や１８０°位相に設定することができ、また、４列の偏心部位を有する場合には９０°位相に設定することができる。

さらに、第４及び第５実施形態では、偏心部位１２，１３の段差部１２ｂ、１２ｃ、１３ｂ、１３ｃにつば部材としてのつば輪８２，８３や、他のつば部材としてのつば輪７０，７１が配置されているが、つば部材または他のつば部材は、偏心部位１２，１３と一体に形成しても同様の効果を奏することができる。

本発明の第１実施形態に係るクランク軸装置を示す断面図である。本発明の第２実施形態に係るクランク軸装置を示す断面図である。図２のクランク軸の組み立てを説明するための図である。本発明の第３実施形態に係るクランク軸装置を示す断面図である。ラジアル軸受としての総ころ軸受を示す図４のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。ラジアル軸受としてのセパレータを備えたころ軸受を示す断面図である。本発明の第４実施形態に係るクランク軸装置を示す断面図である。本発明の第４実施形態の変形例に係るクランク軸装置を示す断面図である。本発明の第５実施形態に係るクランク軸装置を示す断面図である。４列の偏心部位を備えた、分離／組み立て可能なクランク軸を示す図である。従来のクランク軸装置を示す断面図である。図１１のケージアンドローラを示し、（ａ）は保持器柱部の円周方向中間部にて切断した断面図であり、（ｂ）は（ａ）のXII−XII線に沿った断面図である。

符号の説明

１０クランク軸装置
１１クランク軸
１２，１３偏心部位
１４連結部
１５，１６ケージアンドローラ（ラジアル軸受）
１７，１８駆動部品
３０，３１ころ
６０，６１総ころ軸受（ラジアル軸受）
６５，６６ころ軸受（ラジアル軸受）

Claims

近接して隣り合う複数の偏心部位を有するクランク軸と、
複数のころをそれぞれ有し、前記各偏心部位の周囲に組み込まれる複数のラジアル軸受と、
を備えるクランク軸装置であって、
前記クランク軸は、それぞれ別部材である前記複数の偏心部位を連結することで構成されており、
前記隣り合うラジアル軸受間に配置される中間間座とつば部材を備えて、前記ラジアル軸受の姿勢を制御する姿勢制御手段を有し、
前記隣り合うラジアル軸受間に配置される前記中間間座は、前記隣り合う偏心部位によって挟持され、
前記中間間座と前記隣り合う各偏心部位との間には、それぞれ前記つば部材が挟持されており、
前記各つば部材は、前記隣り合う偏心部位の軸方向端部に形成された環状の段差部に配置されることを特徴とするクランク軸装置。
前記姿勢制御手段は、前記複数のラジアル軸受の両端部に配置される複数のワッシャーと複数の他のつば部材の少なくとも一方を、さらに備えることを特徴とする請求項１に記載のクランク軸装置。
前記ラジアル軸受は、総ころ軸受、または前記複数のころをそれぞれ保持する複数のセパレータを備えたころ軸受であることを特徴とする請求項１または２に記載のクランク軸装置。