JP5423458B2

JP5423458B2 - 分割形転がり軸受

Info

Publication number: JP5423458B2
Application number: JP2010027376A
Authority: JP
Inventors: 大輔尾▲崎▼; 昌寛原田; 徹小野崎
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2010-02-10
Filing date: 2010-02-10
Publication date: 2014-02-19
Anticipated expiration: 2030-02-10
Also published as: JP2011163456A

Description

本発明は、円周方向に２分割された両外輪分割体によって外輪部材が構成された分割形転がり軸受に関する。

従来の分割形転がり軸受の２つの例を図４（Ａ）及び（Ｂ）に示す。
図４（Ａ）に示すように、自動車、船舶等の内燃機関のクランクシャフト（シャフト１）をハウジング３００の両分割ハウジング体３１０、３２０に回転可能に支持するための分割形転がり軸受においては、外輪部材２００が円周方向に２分割された両外輪分割体２１０、２２０によって構成され、ハウジングを構成する両分割ハウジング体３１０、３２０にそれぞれ組み付けられる構造のものが知られている。
このような分割形転がり軸受においては、両ハウジング体３１０、３２０のボルト４の締結等による組み付け誤差によって、これら分割ハウジング体３１０、３２０とともに、図４（Ａ）に示すように両外輪分割体２１０、２２０で、僅かであるが位置ずれΔＬが発生する場合がある。
この場合、両外輪分割体２１０、２２０の分割軌道面の合わせ部分に段差が生じるため、その段差のエッジ部分に転動体１５が衝突し、振動、異音、損傷等を招く可能性がある。また、段差が大きい場合には回転不良を招く可能性がある。

そこで、特許文献１に記載された従来技術には、図４（Ｂ）に示すように、両外輪分割体２３０、２４０の軌道面２３１、２４１における分割位置ＳＰの近傍に、円弧状の逃げ面Ｍｎを形成した分割形転がり軸受が開示されている。この場合、外輪分割体２３０、２４０の内周面における分割位置ＳＰから離れた位置である軌道面２３１、２４１は、シャフト１の回転軸ＺＳを中心とした半径ｒ₀（一定）の円弧に設定されている。そして分割位置ＳＰの近傍における逃げ面Ｍｎは、シャフト１の回転軸ＺＳから距離εだけオフセットした位置Ｏｎを中心とした半径ｒ₁（一定）の円弧に設定されており、逃げ面Ｍｎの最も深い位置の深さをδとすると、シャフト回転軸ＺＳから最も遠い位置までの距離（シャフト回転軸ＺＳから分割位置ＳＰまでの距離）は、距離ｒ₀＋δとなる。

特開２００７−２９１４号公報

図４（Ｂ）に示す特許文献１に記載された従来技術では、外輪分割体の合わせ面にて発生した段差（図４（Ａ）のΔＬを参照）が発生しても、図４（Ｂ）に示す逃げ面Ｍｎによって、転動体１５が段差に衝突することを抑制することができる。しかしながら、逃げ面Ｍｎと軌道面２３１、２４１との境界点Ｐに衝突する可能性があり、衝突が発生した場合は振動、異音、損傷等が発生する可能性がある。
本発明は、このような点に鑑みて創案されたものであり、外輪部材を構成する外輪分割体の分割面の近傍で発生する転動体の振動、異音、損傷等を、より抑制することができる分割形転がり軸受を提供することを課題とする。

上記課題を解決するための手段として、本発明の第１発明は、請求項１に記載されたとおりの分割形転がり軸受である。
請求項１に記載の分割形転がり軸受は、複数の転動体を介してシャフト回転軸回りにシャフトを回転可能に支持する外輪部材が円周方向に２分割された２つの外輪分割体によって構成された分割形転がり軸受において、外輪分割体のそれぞれの内周面は、両端部である分割位置の近傍のそれぞれにおいて、シャフト回転軸からの距離が前記分割位置に向かって徐々に大きくなるそれぞれの逃げ面と、前記逃げ面と逃げ面との間であるとともにシャフト回転軸からの距離が一定である軌道面と、を有している。
そして前記逃げ面の形状をグラフにて表現した場合に当該グラフの２次微分が、特異点なく滑らかに連続するように前記逃げ面の形状が設定されている。

また、本発明の第２発明は、請求項２に記載されたとおりの分割形転がり軸受である。
請求項２に記載の分割形転がり軸受は、請求項１に記載の分割形転がり軸受であって、２つの前記外輪分割体にて、複数の転動体を介してシャフトを支持した状態において、前記逃げ面の形状は、前記シャフト回転軸方向から見て、シャフト回転軸と前記分割位置とを結んだ基準線と、前記分割位置を挟んでいるそれぞれの前記逃げ面における任意の位置と前記シャフト回転軸とを結んだ直線と、が成す角度を、変数であるθに設定し、前記逃げ面の範囲を、前記θを用いて、定数である−θ₀から＋θ₀までの角度範囲に設定し、前記シャフト回転軸から前記軌道面までの距離を、定数であるｒ₀に設定し、前記外輪分割体の内周面において前記シャフト回転軸から最も離れた位置となる前記分割位置までの距離を、定数であるｒ₀＋δに設定し、定数ｃを任意の定数に設定した場合、前記シャフト回転軸から前記逃げ面までの距離であるとともにθの関数となるｒ（θ）は、
ｒ（θ）＝ｒ₀＋δｅｘｐ［ｃθ²／（θ²−θ₀ ²）］
ただし、−θ₀＜θ＜＋θ₀
の式にて表現される形状である。

請求項１に記載の分割形転がり軸受を用いれば、軌道面と逃げ面との境界部における段差（「角」）を無くして滑らかな形状にするとともに、当該形状の２次微分が滑らかに連続するように逃げ面を形成することで、軌道面と逃げ面との境界部、及び逃げ面で発生する転動体の振動、異音、損傷等を、より抑制することができる。

また、請求項２に記載の分割形転がり軸受によれば、軌道面と逃げ面との境界部及び逃げ面の、具体的な形状を適切に実現することができる。

本発明の分割形転がり軸受１０をハウジング５に組み付けた状態を示す断面図である。逃げ面Ｍｎの形状における、本願逃げ面形状α（後述する（式１）で表現される形状）、比較逃げ面形状β（後述する（式２）で表現される形状）、比較逃げ面形状γ（図４（Ｂ）及び後述する（式３）（式３−１）で表現される形状）、の各形状の違いと、設定した変数θ、及び各定数を説明する図である。本願逃げ面形状α、比較逃げ面形状β、比較逃げ面形状γ、の各形状に対してシャフト回転軸ＺＳから逃げ面Ｍｎまでの距離を示すグラフ（Ａ）と、グラフ（Ａ）の１次微分グラフ（Ｂ）、グラフ（Ａ）の２次微分グラフ（Ｃ）、グラフ（Ａ）の３次微分グラフ（Ｄ）を示す図である。従来の分割転がり軸受の例を説明する図である。

以下に本発明を実施するための形態を図面を用いて説明する。図１は、本発明の分割形転がり軸受１０をハウジング５に組み付けた状態を示す断面図である。

●［分割形転がり軸受１０の全体構造（図１）］
図１に示すように、シャフト１（例えば車両や船舶等のクランクシャフト）をハウジング５の両分割ハウジング体６、８に回転可能に支持するための分割形転がり軸受１０は、シャフト１の外周面を内輪軌道面２として、その外周に環状空間を隔てて配設される外輪部材２０と、前記環状空間に収容されている複数の転動体（鋼球、ころ等）１５と、隣り合う転動体１５の間隔を保持する保持器１６とを備えている。
すなわち、ハウジング５の両分割ハウジング体６、８の内周面には、周方向に２分割された半円弧状の軸受組付凹部７、９がそれぞれ形成され、一方の分割ハウジング体６に他方の分割ハウジング体８が、ボルト４にて締結されている。

外輪部材２０は、円周方向に２分割された両外輪分割体２１、３１によって構成され、両分割ハウジング体６、８の軸受組付凹部７、９にそれぞれ組み付けられる。
これら両外輪分割体２１、３１は、同形状の同一部品で構成されている。そして両外輪分割体２１、３１の内周面には、半円形の分割軌道面２２、３２（軌道面に相当）がそれぞれ形成されている。
両分割ハウジング体６、８のボルト４の締結等による組み付け誤差によって、これら両分割ハウジング体６、８とともに、両外輪分割体２１、３１の分割面で僅かであるが位置ずれ（図４（Ａ）参照）が発生することを考慮して、両外輪分割体２１、３１の分割軌道面２２、３２には、両外輪分割体２１、３１の分割面で合致されて湾曲状または円弧状をなす逃げ面Ｍｎが、それぞれ形成されている。
また、両外輪分割体２１、３１の分割面の周囲における内周面は、分割軌道面２２、３２よりも深い逃げ面Ｍｎが形成されている。

●［逃げ面Ｍｎの詳細形状（図２）］
図２は、図１における逃げ面Ｍｎの周囲の拡大図である。
図２に示すように、外輪分割体２１、３１のそれぞれの内周面は、外輪分割体２１、３１のそれぞれの両端部である分割位置ＳＰのそれぞれの近傍において、シャフト回転軸ＺＳからの距離が分割位置ＳＰに向かって徐々に大きくなる逃げ面Ｍｎと、逃げ面Ｍｎと逃げ面Ｍｎとの間の内周面であるとともにシャフト回転軸ＺＳからの距離が一定（半径ｒ₀の円弧）である分割軌道面２２、３２（軌道面に相当）と、を有している。
なお、図２におけるシャフト回転軸ＺＳの実際の位置は、図２に示す位置よりも紙面の左側であるが、逃げ面Ｍｎの形状を拡大して判り易いようにしているため、実際の位置よりも逃げ面Ｍｎに近い位置に記載している。
また、図１に示すように、分割位置（外輪分割体２１、３１の合わせ面の位置）を挟んでいる逃げ面Ｍｎは、左右合わせて２個所あるが、形状はどちらも同じであるので、以下、一方の逃げ面Ｍｎ（図１において向かって右側の逃げ面Ｍｎ）について説明する。

外輪分割体２１、３１にて複数の転動体１５を介してシャフト１を支持した状態（図１に示す状態）において、図２に示す逃げ面Ｍｎの範囲Ｂを、以下のように設定する。
シャフト回転軸ＺＳ方向から見て、シャフト回転軸ＺＳと分割位置ＳＰとを結んだ基準線ＳＴと、分割位置ＳＰを挟んでいるそれぞれの逃げ面Ｍｎ（外輪分割体２１の逃げ面Ｍｎと外輪分割体３１の逃げ面Ｍｎ）における任意の位置（Ｐ（ｎ））とシャフト回転軸ＺＳとを結んだ直線と、が成す角度を、変数であるθに設定する。
逃げ面Ｍｎの範囲Ｂを、θを用いて、定数である−θ₀から＋θ₀までの角度範囲に設定する。
シャフト回転軸ＺＳから分割軌道面２２、３２までの距離を、定数であるｒ₀に設定する。
外輪分割体２１、３１の内周面において、逃げ面Ｍｎの最も深い位置の深さをδに設定し、シャフト回転軸ＺＳから最も離れた位置となる分割位置ＳＰまでの距離を、定数であるｒ₀＋δに設定する。
そして定数ｃを任意の定数に設定する。

上記の設定において、本発明の分割形転がり軸受１０の逃げ面Ｍｎの形状は、シャフト回転軸ＺＳから逃げ面Ｍｎまでの距離であるとともにθの関数となるｒ（θ）を用いて、以下の（式１）で表現することができる。
ｒ（θ）＝ｒ₀＋δｅｘｐ［ｃθ²／（θ²−θ₀ ²）］（式１）
ただし、−θ₀＜θ＜＋θ₀である。
この（式１）にて表現される本願逃げ面形状αは、図２の実線にて示される形状である。

また、逃げ面の形状を比較するために、以下の（式２）にて表現される比較逃げ面形状βを図２の太い点線にて示し、（式３）にて表現される比較逃げ面形状γ（図４（Ｂ）に示す形状）を図２の一点鎖線にて示す。
なお比較逃げ面形状γは、図４（Ｂ）に示すように、両外輪分割体２３０、２４０の軌道面２３１、２４１における分割位置ＳＰの近傍に、円弧状の逃げ面Ｍｎが形成されている。この場合、外輪分割体２３０、２４０の内周面における分割位置ＳＰから離れた位置である軌道面２３１、２４１は、シャフト１の回転軸ＺＳを中心とした半径ｒ₀（一定）の円弧に設定されている。そして分割位置ＳＰの近傍における逃げ面Ｍｎは、シャフト１の回転軸ＺＳから距離εだけオフセットした位置Ｏｎを中心とした半径ｒ₁（一定）の円弧に設定されており、逃げ面Ｍｎの最も深い位置の深さをδとすると、シャフト回転軸ＺＳから最も遠い位置までの距離（シャフト回転軸ＺＳから分割位置ＳＰまでの距離）は、距離ｒ₀＋δとなる。
また、本願逃げ面形状αと比較逃げ面形状βは、分割軌道面２２、３２と逃げ面Ｍｎとの境界部において「角」がなく、滑らかに連続的に湾曲した形状となっている（比較逃げ面形状γは、境界部に「角」を有している）。
なお、比較逃げ面形状βを表現する（式２）は以下のとおりである。
ｒ（θ）＝ｒ₀＋［ｃｏｓ（πθ／θ₀）＋１］δ／２（式２）
ただし、−θ₀＜θ＜＋θ₀である。
また、比較逃げ面形状γを表現する（式３）は以下のとおりである。
ｒ（θ）＝√［ε²＋ｒ₁ ²−２ε²ｓｉｎ²θ＋２√（Ｅ）］（式３）
Ｅ＝ε²ｒ₁ ²−ε⁴ｓｉｎ²θ―ε²ｒ₁ ²ｓｉｎ²θ＋ε⁴ｓｉｎ⁴θ （式３−１）
ただし、−θ₀＜θ＜＋θ₀であり、ε、ｒ₁は、図４（Ｂ）に示すとおりである。

●［逃げ面Ｍｎのｎ次微分（図３）］
次に図３（Ａ）〜（Ｄ）を用いて、本願逃げ面形状αと比較逃げ面形状βと比較逃げ面形状γのそれぞれの逃げ面Ｍｎの形状、及び各逃げ面の形状のｎ次微分（ｎ＝１〜３）についてグラフを用いて説明する。
図３（Ａ）は、横軸を［θ］（シャフト回転軸ＺＳと分割位置ＳＰとを結んだ基準線ＳＴと、逃げ面Ｍｎ上の任意の位置とシャフト回転軸ＺＳとを結んだ直線と、がなす角度）、縦軸を［ｒ（θ）］（角度θにおいて、シャフト回転軸ＺＳから逃げ面Ｍｎまでの距離）とした場合の、（式１）に示す本願逃げ面形状α、（式２）に示す比較逃げ面形状β、（式３）に示す比較逃げ面形状γ、のそれぞれを示すグラフである。

図３（Ｂ）は、図３（Ａ）に示す各グラフの１次微分（θについて微分）を示すグラフである。比較逃げ面形状γ（図４（Ｂ）の形状）では、特異点Ｐ（γＢ）にて、滑らかに連続しない特異点が現れている。なお、特異点Ｐ（γＢ）が現れている位置は、分割軌道面２２、３２と逃げ面Ｍｎとの境界部である。
このため、比較逃げ面形状γでは、本願逃げ面形状αと比較逃げ面形状βと比較して、特異点Ｐ（γＢ）の影響で、転動体１５が振動や異音等を発生させる可能性が高い、と考えられる。
このように、見るからに「角」がある比較逃げ面γでは、１次微分を求めることによって、好ましくない形状である特異点を有していることを適切に判別することができる。

図３（Ｃ）は、図３（Ａ）に示す各グラフの２次微分（θについて微分）を示すグラフである。比較逃げ面形状γでは特異点Ｐ（γＣ）にて、比較逃げ面形状βでは特異点Ｐ（βＣ）にて、滑らかに連続しない特異点が現れている。なお、特異点Ｐ（γＣ）、Ｐ（βＣ）が現れている位置は、分割軌道面２２、３２と逃げ面Ｍｎとの境界部である。
このため、比較逃げ面形状γ、βでは、本願逃げ面形状αと比較して、特異点Ｐ（γＣ）、Ｐ（βＣ）の影響で、転動体１５が振動や異音等を発生させる可能性が高い、と考えられる。なお、本願逃げ面形状αは、２次微分が滑らかに連続的であることより、転動体１５における逃げ面Ｍｎでの加速度の変化も滑らかに連続的に変化し、振動や異音等の発生が抑制される、と考えられる。
このように、見た目は滑らかに連続した形状を有している比較逃げ面形状βであっても、２次微分を求めることによって、好ましくない形状である特異点を有していることを適切に判別することができる。

図３（Ｄ）は、図３（Ａ）に示す各グラフの３次微分（θについて微分）を示すグラフである。比較逃げ面形状γでは特異点Ｐ（γＤ）にて、比較逃げ面形状βでは特異点Ｐ（βＤ）にて、滑らかに連続しない特異点が現れている。なお、特異点Ｐ（γＤ）、Ｐ（βＤ）が現れている位置は、分割軌道面２２、３２と逃げ面Ｍｎとの境界部である。
このため、比較逃げ面形状γ、βでは、本願逃げ面形状αと比較して、特異点Ｐ（γＤ）、Ｐ（βＤ）の影響で、転動体１５が振動や異音等を発生させる可能性が高い、と考えられる。

以上、本実施の形態にて説明した分割形転がり軸受１０は、逃げ面Ｍｎの形状を独特な形状（２次微分が特異点なく滑らかに連続する形状）とすることで、転動体１５の振動や異音等の発生をより抑制することができる。
また、内燃機関のクランクシャフトの軸受に適用した場合、クランクシャフトの振動や異音のエネルギーを抑制し、燃費向上にも寄与できる。

本発明の分割形転がり軸受１０は、本実施の形態で説明した外観、構成、構造等に限定されず、本発明の要旨を変更しない範囲で種々の変更、追加、削除が可能である。
本実施の形態で説明した分割形転がり軸受は、例えば半割り針状ころ軸受であるが、種々の分割形の転がり軸受に適用することが可能である。

１シャフト
５ハウジング
６、８分割ハウジング体
１０分割形転がり軸受
１５転動体
１６保持器
２０外輪部材
２１、３１外輪分割体
２２、３２分割軌道面
Ｍｎ逃げ面
ＳＴ基準線
ＺＳシャフト回転軸

Claims

複数の転動体を介してシャフト回転軸回りにシャフトを回転可能に支持する外輪部材が円周方向に２分割された２つの外輪分割体によって構成された分割形転がり軸受において、
外輪分割体のそれぞれの内周面は、
両端部である分割位置の近傍のそれぞれにおいて、シャフト回転軸からの距離が前記分割位置に向かって徐々に大きくなるそれぞれの逃げ面と、
前記逃げ面と逃げ面との間であるとともにシャフト回転軸からの距離が一定である軌道面と、を有しており、
前記逃げ面の形状をグラフにて表現した場合に当該グラフの２次微分が、特異点なく滑らかに連続するように前記逃げ面の形状が設定されている、
分割形転がり軸受。
請求項１に記載の分割形転がり軸受であって、
２つの前記外輪分割体にて、複数の転動体を介してシャフトを支持した状態において、
前記逃げ面の形状は、
前記シャフト回転軸方向から見て、シャフト回転軸と前記分割位置とを結んだ基準線と、前記分割位置を挟んでいるそれぞれの前記逃げ面における任意の位置と前記シャフト回転軸とを結んだ直線と、が成す角度を、変数であるθに設定し、
前記逃げ面の範囲を、前記θを用いて、定数である−θ₀から＋θ₀までの角度範囲に設定し、
前記シャフト回転軸から前記軌道面までの距離を、定数であるｒ₀に設定し、
前記外輪分割体の内周面において前記シャフト回転軸から最も離れた位置となる前記分割位置までの距離を、定数であるｒ₀＋δに設定し、
定数ｃを任意の定数に設定した場合、
前記シャフト回転軸から前記逃げ面までの距離であるとともにθの関数となるｒ（θ）は、
ｒ（θ）＝ｒ₀＋δｅｘｐ［ｃθ²／（θ²−θ₀ ²）］
ただし、−θ₀＜θ＜＋θ₀
の式にて表現される形状である、
分割形転がり軸受。