WO2019181194A1 - 軸受支持構造 - Google Patents

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raceway surface
rolling bearing
circumferential direction
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謙輔 木村
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株式会社ジェイテクト
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Definitions

  • An aspect of the present invention relates to a rolling bearing in which an inner ring is divided into two in the circumferential direction.
  • crank journal is located between the crank arms in the axial direction. For this reason, the annular rolling bearing cannot be mounted as it is. Therefore, a split type rolling bearing divided into two in the circumferential direction is used as a rolling bearing for rotating and supporting the crankshaft (see Patent Documents 1 and 2).
  • the divided semi-circular rolling bearings are mounted from both sides in the radial direction with the crank journal interposed therebetween, and are then fixed integrally inside the housing.
  • the rolling bearings described in Patent Literature 1 and Patent Literature 2 do not include an inner ring, and the rolling elements roll with the outer peripheral surface of the crank journal as the raceway surface.
  • the raceway surface of the rolling bearing needs to have a hardness of approximately 60 HRC or more.
  • the crankshaft manufactured by hot forging has a relatively low carbon content of about 0.3 to 0.5%, and it is difficult to increase the surface hardness of the crank journal. Therefore, it has been studied to secure a rolling life by incorporating an inner ring divided into two in the circumferential direction on the outer periphery of the crank journal.
  • a pin 53 that penetrates the inner ring 51 and the crank journal 52 in the radial direction is incorporated, or the inner ring 51 and the crank journal 52 are cranked.
  • a method of incorporating a key (not shown) into the mating surface with the journal 52 is conceivable.
  • the contact surface pressure of the key groove or pin hole 54 increases, and there is a risk that wear and deformation increase.
  • a detent means such as a pin or a key is used. It aims at preventing rotation of the inner ring with respect to the rotating shaft.
  • One aspect of the present invention is a bearing support structure in which a shaft member rotating around a central shaft is rotatably supported by a rolling bearing divided into two in the circumferential direction, and the shaft member includes the rolling bearing.
  • the fitting portion has an outer fitting portion, and the fitting portion has a non-circular cross section in a direction orthogonal to the central axis, and the rolling bearing is divided into two in the circumferential direction and the fitting is performed.
  • An inner ring that is externally fitted to the joint and has an inner raceway surface on the outer periphery, and is divided in the circumferential direction and fixed radially outward of the inner ring, and has an outer raceway surface that is coaxial with the inner raceway surface on the inner periphery.
  • the cross section in the direction perpendicular to the central axis is non-circular, and the radial displacement of the inner ring is limited.
  • the inner ring relative to the rotating shaft can be used without using a detent means such as a pin or a key. Can be prevented from rotating.
  • a detent means such as a pin or a key. It is possible to maintain the assembled state of the inner ring so that the direction of the abutting portion of the inner ring and the direction of the load acting on the rolling bearing do not overlap, thus preventing abnormal noise generation over a long period of time and improving the rolling life. It can be secured.
  • FIG. 1 is an axial sectional view of a crankshaft in which a rolling bearing according to a first embodiment is incorporated.
  • FIG. 2 is an axial sectional view in which a portion of the crank journal is enlarged.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view of the crank journal in a direction orthogonal to the central axis.
  • FIG. 4 is an explanatory view for explaining the effect of preventing the inner ring from rotating.
  • FIG. 5A is an axial sectional view of a crank journal portion according to another embodiment.
  • FIG. 5B is a cross-sectional view in a direction orthogonal to the central axis.
  • FIG. 6 is an axial cross-sectional view showing a conventional detent means.
  • FIG. 1 is an axial sectional view of a crankshaft 30 (shaft member) incorporating a rolling bearing 10 according to a first embodiment of the present invention.
  • the crankshaft 30 is a component that is incorporated in an internal combustion engine such as an outboard motor or an automobile, and converts the reciprocating motion of the piston 31 into rotational motion.
  • the direction of the central axis m of the crankshaft 30 is referred to as the axial direction
  • the direction orthogonal to the central axis m is referred to as the radial direction
  • the direction of circling around the central axis m is referred to as the circumferential direction.
  • the crankshaft 30 is manufactured by hot forging carbon steel or alloy steel having a carbon content of about 0.3 to 0.5%, and includes a plurality of crank journals 32 (fitting portions) and a plurality of crank journals.
  • the crank pin 33 and a plurality of crank arms 34 connecting the crank journals 32 and the crank pins 33 are integrally formed.
  • crank journals 32 are formed at five locations in the axial direction
  • crank pins 33 are formed at four locations in the axial direction.
  • crank journal 32 The form of the crank journal 32 will be described with reference to FIGS. Since the form of each crank journal 32 is the same, a description will be given by taking the crank journal 32 denoted by J as an example in FIG.
  • FIG. 2 is an axial sectional view of the crank journal 32 in which the rolling bearing 10 is incorporated on the outer periphery.
  • 3 is a cross-sectional view in a direction orthogonal to the central axis m at the YY position in FIG.
  • Each crank journal 32 has a columnar shape and is formed coaxially with each other along the central axis m.
  • a cross section in a direction perpendicular to the central axis m is uniform in the axial direction and has an elliptical shape.
  • the outer peripheral surface 36 of the crank journal 32 is subjected to grinding after the hardness is increased by induction hardening or the like.
  • Roller bearings 10 are fitted on the outer circumferences of the respective crank journals 32, and the crankshaft 30 rotates around the crank journal 32.
  • Each crank pin 33 is cylindrical and is provided in parallel with the central axis m at a position eccentric in the radial direction from the crank journal 32.
  • the outer peripheral surface of the crankpin 33 is subjected to grinding after the hardness is increased by induction hardening or the like.
  • Each crankpin 33 is connected to the piston 31 via a connecting rod 41.
  • the rolling bearing 10 is a needle roller bearing and includes an outer ring 11, an inner ring 13, a plurality of needle rollers 15 as rolling elements, and a cage 16.
  • the outer ring 11, the inner ring 13, and the cage 16 are each divided into two in the circumferential direction.
  • the outer ring 11 is made of high carbon steel such as bearing steel.
  • the outer circumferential surface 17 is formed of a single cylindrical surface.
  • the outer raceway surface 12 is formed in the center in the axial direction over the entire circumference, and small-diameter flanges 18 and 18 are formed on both outer sides in the axial direction of the outer raceway surface 12.
  • the outer raceway surface 12 is a cylindrical shape coaxial with the outer peripheral surface 17 and is a surface on which the needle rollers 15 roll.
  • the flanges 18, 18 project radially inward from the outer raceway surface 12, and the needle rollers 15 are guided by the flanges 18, 18 to roll in the circumferential direction.
  • the needle roller 15 may be guided by the crank arm 34 and roll in the circumferential direction. In this case, it is not necessary to provide the flanges 18, 18 on the outer ring 11.
  • the outer peripheral surface 17 and the outer raceway surface 12 are finished by grinding after the outer ring 11 is quenched.
  • the inner ring 13 is made of high carbon steel such as bearing steel.
  • each may be referred to as an “inner ring piece 13a”
  • they have a substantially cylindrical shape as a whole.
  • An inner raceway surface 14 is formed on the outer periphery of the inner ring 13 at the center in the axial direction over the entire circumference.
  • the inner raceway surface 14 is a surface on which the needle rollers 15 roll, and the inner raceway surface 14 when the inner ring pieces 13a and 13a are combined is formed by a single cylindrical surface.
  • the inner circumference of the inner ring 13 has a shape corresponding to the outer circumference of the crank journal 32.
  • the inner peripheral surface 19 has an elliptical shape in which the cross section in the direction orthogonal to the central axis m is the same as the cross section in the direction orthogonal to the central axis m of the crank journal 32.
  • the inner raceway surface 14 and the inner peripheral surface 19 are finished by grinding after the inner ring 13 is quenched.
  • the outer ring 11 is coaxially disposed outward in the radial direction of the inner ring 13.
  • the inner ring 13 is divided into two at a position where the thickness in the radial direction is minimum, and a dividing surface 20 including the central axis m and extending in the radial direction.
  • the direction of the dividing surface 20 is not limited to the first embodiment.
  • it may be a split surface that includes the central axis m and is orthogonal to the split surface 20 of the first embodiment (that is, the direction in which the radial thickness is maximized).
  • the inner peripheral surface 19 and the outer peripheral surface 21 of the inner ring 13 are connected at both end portions in the axial direction by end surfaces 22 and 22 formed of a plane orthogonal to the central axis m.
  • the axial dimension between both end faces 22, 22 is slightly smaller than the axial inner width of the crank arms 34, 34 on both axial sides of the crank journal 32.
  • the needle roller 15 has a cylindrical shape that is relatively long in the axial direction with respect to the diameter, and is manufactured of a steel material such as bearing steel.
  • a plurality of needle rollers 15 are arranged between the outer ring 11 and the inner ring 13 with their axes directed in the same direction as the central axis m.
  • the cage 16 has a thin cylindrical shape and is made of a resin material such as polyamide or a thin carbon steel plate.
  • the cage 16 includes a plurality of holes (not shown) penetrating in a radial direction called “pockets”.
  • the pockets are provided at equal intervals in the circumferential direction, and the needle rollers 15 are arranged at equal intervals in the circumferential direction by being accommodated in each pocket.
  • the rolling bearing 10 may be a so-called full roller type rolling bearing in which the retainer 16 is not provided and the needle rollers 15 are arranged close to each other in the circumferential direction.
  • the crank journal 32 is assembled with the two divided rolling bearings 10 from both sides in the radial direction and integrally assembled inside the housings 44 and 45.
  • the inner ring pieces 13a and 13a divided into two parts are attached.
  • Each inner ring piece 13a, 13a is assembled from the outside in the radial direction so that the direction of the elliptical shape of the inner peripheral surface 19 coincides with the direction of the elliptical shape of the outer peripheral surface 36 of the crank journal 32.
  • the outer ring pieces 11a and 11a combined with the needle roller 15 and the cage 16 are assembled.
  • the rolling bearing 10 assembled to the outer periphery of the crank journal 32 in this way is composed of an upper housing 44 formed integrally with an engine block (not shown) and a lower housing 45 provided on the oil pan (not shown) side. It is fixed to the engine block by being sandwiched in the radial direction.
  • Each of the upper housing 44 and the lower housing 45 has a semicircular inner peripheral surface 46, and when combined as shown in FIG. 3, the inner peripheral surface 46 is the outer diameter of the outer ring 11 of the rolling bearing 10. A single cylindrical surface with a slightly smaller diameter.
  • crankshaft 30 is attached to the engine block via the rolling bearing 10 and can rotate around the crank journal 32 as a rotating shaft.
  • the needle rollers 15 revolve around the central axis m while rolling between the outer raceway surface 12 and the inner raceway surface 14.
  • FIG. 4 is an explanatory diagram for explaining the operation and effect of the first embodiment, and schematically shows a state in which the inner ring 13 is rotated around the crank journal 32.
  • the inner ring 13 and the crank journal 32 are relatively rotated by fixing the inner ring 13 in the circumferential direction and changing the circumferential phase of the crank journal 32. It shows how to do.
  • before rotation that is, the crank journal 32 in the state shown in FIG.
  • a crank journal 32 that is displaced by an angle ⁇ in the circumferential direction with respect to the inner ring 13 (hereinafter referred to as “after rotation”) is indicated by a solid line.
  • the outer periphery of the crank journal 32 and the inner periphery of the inner ring 13 are in contact with each other over the entire periphery.
  • the outer ring 11 is not fixed by a housing or the like, and the inner ring 13 and the crank journal 32 rotate relatively so that the divided rolling bearings 10 are separated from each other in the radial direction.
  • a state of displacement is shown.
  • the crank journal 32 has an elliptical cross-sectional shape in a direction perpendicular to the central axis m and a non-circular shape. Thereby, the dimension L from the central axis m to the outer peripheral surface 36 of the crank journal 32 differs according to the direction of the circumferential direction.
  • the center of the ellipse is O
  • the point on the outer circumferential surface 36 in the major axis direction is A
  • the point on the outer circumferential surface 36 that is inclined in the circumferential direction by an angle ⁇ is B
  • the distance Lb between the center O and the point B Is smaller than the distance La between the center O and the point A.
  • the outer ring 11 is fixed on the inner periphery of the housings 44 and 45 and is not displaced in the radial direction.
  • the radial clearance is extremely small, and the difference between the inscribed diameter of the needle rollers 15 and the diameter of the inner raceway surface 14 is about several tens of ⁇ m.
  • the dimensional difference in diameter corresponds to the radial clearance of the rolling bearing 10. Therefore, when the inner ring 13 and the crank journal 32 are relatively displaced in the circumferential direction, the inner raceway surface 14 and the outer raceway surface 12 immediately come into contact with each other via the needle rollers 15, and the radial direction of the inner race 13. The displacement of is limited.
  • the bearing support structure of the first embodiment can prevent the inner ring 13 from rotating in the circumferential direction with respect to the crank journal 32.
  • the outer peripheral surface 36 of the crank journal 32 and the inner peripheral surface 19 of the inner ring 13 are made to correspond to each other, and the cross-sectional shapes perpendicular to the central axis m are made to be the same elliptical shape. For this reason, the radii of curvature around the central axis m at the contact position of the outer peripheral surface 36 and the inner peripheral surface 19 are equal to each other. Therefore, since the inner ring 13 and the crank journal 32 are in contact with each other with a surface spread in the circumferential direction, the contact surface pressure can be reduced. For this reason, wear of the outer peripheral surface 36 of the crank journal 32 and the inner peripheral surface 19 of the inner ring 13 can be suppressed.
  • the inner ring 13 can be prevented from rotating only by fitting the outer peripheral surface 36 of the crank journal 32 and the inner peripheral surface 19 of the inner ring 13 to each other, so that the axial length of the inner ring 13 is limited. There is nothing to do. Further, since no key or pin is used, these do not protrude from the outer periphery of the inner ring 13. For this reason, in the bearing support structure of the first embodiment, since the axial length of the inner raceway surface 14 is not limited, the load capacity of the rolling bearing 10 is not reduced, and a good rolling life can be ensured. . Furthermore, since it is not necessary to provide a key groove or a pin hole, the strength of the crank journal 32 can be ensured.
  • crankshaft 30 can be made at low cost. Can be manufactured.
  • the rotation preventing means such as a pin or a key is used. Therefore, the rotation of the inner ring 13 can be prevented. For this reason, by assembling in advance so that the direction of the abutting portion of the inner ring 13 and the direction of the load acting on the rolling bearing 10 do not overlap, the assembled state is maintained and the generation of abnormal noise is prevented over a long period of time. , Can ensure the rolling life.
  • the crank journal 32 has an elliptical cross section in a direction perpendicular to the central axis m, but is not limited thereto. Although illustration is omitted, for example, even when the cross section in the direction orthogonal to the central axis m is a polygon such as a square, the same effect can be obtained.
  • crank journal 32 has a columnar shape having a uniform cross section in the axial direction.
  • the present invention is not limited to this, and the cross section of the crank journal 32 in a direction orthogonal to the central axis m may be elliptical in a part of the axial direction.
  • FIG. 5 shows an embodiment in which rotation preventing portions 37 and 37 having an elliptical cross section in a direction orthogonal to the central axis m are formed in a part of the axial direction of the crank journal 32.
  • FIG. 5A is an axial cross-sectional view
  • FIG. 5B is a cross-sectional view at the position ZZ in FIG. 5A.
  • the rotation preventing portions 37 and 37 are formed coaxially with each other at both axial ends of the crank journal 32, and a cylindrical portion 38 having a circular cross section is provided at the center in the axial direction. Yes.
  • the inner peripheral surface 19 of the inner ring 13 has a shape corresponding to the outer periphery of the rotation stoppers 37, 37, and the cross section in the direction orthogonal to the central axis m has an elliptical shape similar to that of the rotation stoppers 37, 37.
  • the inner ring 13 has a uniform cross section in the axial direction, and the inner peripheral surface 19 thereof is not in contact with the cylindrical portion 38.
  • the inner ring 13 is divided into two in the circumferential direction, and when the crank journal 32 rotates in the circumferential direction, the inner ring 13 is moved radially outward by the rotation stop portions 37, 37 on both axial sides. (In the vertical direction in FIG. 5). Since the inner ring 13 is restricted from moving in the radial direction in the same manner as in the first embodiment, the inner ring 13 can be prevented from rotating along the outer periphery of the crank journal 32.

Abstract

中心軸の周りで回転する軸部材が、周方向に二分割された転がり軸受で回転自在に支持された軸受支持構造であって、前記軸部材は、前記転がり軸受が外嵌される嵌合部を有しており、前記嵌合部は、前記中心軸と直交する向きの断面が非真円形状であり、前記転がり軸受は、周方向で二分割されて前記嵌合部に外嵌され、外周に内側軌道面を有する内輪と、周方向で二分割されて前記内輪の径方向外方に固定され、内周に前記内側軌道面と同軸の外側軌道面を有する外輪と、前記内側軌道面と前記外側軌道面の間に転動自在に配置された複数の転動体と、を備える。

Description

軸受支持構造
　本発明の一態様は、内輪が周方向に二分割された転がり軸受に関する。
　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１～２参照）。分割された半円状の転がり軸受は、それぞれクランクジャーナルを挟んで径方向両側から装着された後、ハウジングの内側で一体として固定されている。
　特許文献１や特許文献２に記載された転がり軸受では、内輪を備えておらず、転動体は、クランクジャーナルの外周面を軌道面として転動している。通常、転がり寿命を確保するために、転がり軸受の軌道面は、概ね６０ＨＲＣ以上の硬さが必要である。しかしながら、熱間鍛造で製造されるクランクシャフトは、その材料中の炭素量が０．３～０．５％程度で比較的低く、クランクジャーナルの表面硬さを高くすることが困難である。
　そこで、クランクジャーナルの外周に、周方向に二分割された内輪を組み込むことによって、転がり寿命を確保することが検討されている。
日本国特開２００７－１３９１５３号公報 日本国特開２０１２－２２５４２６号公報
　周方向に二分割された転がり軸受では、内外輪の突合せ部では、軌道面に段差やすきまが生じる場合がある。このため、転動体が、当該突合せ部を通過するときに、異音を生じたり、衝撃により転がり寿命が低下する恐れがある。このため、分割型の転がり軸受を組付けるときには、内外輪の突合せ部の向きと、転がり軸受に作用する荷重の向きとが重ならないように組付ける必要がある。
　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み込むことができない。このため、使用中に内輪が回動して、内外輪の突合せ部の向きが、転がり軸受に作用する荷重の向きと重なる恐れがある。
　図６に示すように、内輪５１が、クランクジャーナル５２の回りで回動するのを防止する手段としては、内輪５１とクランクジャーナル５２を径方向に貫通するピン５３を組み込んだり、内輪５１とクランクジャーナル５２との嵌め合い面にキー（図示を省略）を組み込んだりする方法が考えられる。しかし、クランクシャフトでは、強度を確保するため、キー溝やピン孔５４を大きくすることが困難である。又、小型のキーやピン５３を使用した場合には、キー溝やピン孔５４の接触面圧が高くなり、摩耗や変形が増大する恐れがある。更に、内燃機関では、軽量化の要請が強く、内輪５１の径方向の板厚が薄いので、ピン５３やキーが、内輪５１の外周に突出する場合があり、この場合には、内輪５１の軌道面５６が縮小し、転がり寿命が低下するという問題が生じる。
　以上の状況に鑑み、本発明の一態様は、内輪が周方向に分割された転がり軸受によって、クランクシャフトなどの回転軸を支持する軸受支持構造において、ピンやキーなどの回り止め手段を用いることなく、回転軸に対する内輪の回動を防止することを目的としている。
　本発明の一態様は、中心軸の周りで回転する軸部材が、周方向に二分割された転がり軸受で回転自在に支持された軸受支持構造であって、前記軸部材は、前記転がり軸受が外嵌される嵌合部を有しており、前記嵌合部は、前記中心軸と直交する向きの断面が非真円形状であり、前記転がり軸受は、周方向で二分割されて前記嵌合部に外嵌され、外周に内側軌道面を有する内輪と、周方向で二分割されて前記内輪の径方向外方に固定され、内周に前記内側軌道面と同軸の外側軌道面を有する外輪と、前記内側軌道面と前記外側軌道面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、前記内輪の内周は、前記嵌合部の外周に対応する形状で、前記中心軸と直交する向きの断面が非真円形状であり、前記内輪の径方向の変位が制限されることによって、前記軸部材に対する前記内輪の回動が防止されていることを特徴としている。
　本発明の態様によると、内輪が周方向に分割された転がり軸受によって、クランクシャフトなどの回転軸を支持する軸受支持構造において、ピンやキーなどの回り止め手段を用いることなく、回転軸に対する内輪の回動を防止することができる。これにより、内輪の突合せ部の向きと転がり軸受に作用する荷重の向きとが重ならないように、内輪の組付け状態を維持できるので、長期にわたって異音の発生を防止し、良好な転がり寿命を確保できる。
図１は、第１実施形態の転がり軸受が組み込まれたクランクシャフトの軸方向断面図である。 図２は、クランクジャーナルの部分を拡大した軸方向断面図である。 図３は、中心軸と直交する向きのクランクジャーナルの断面図である。 図４は、内輪の回動を防止する作用効果を説明する説明図である。 図５（ａ）は、他の実施例のクランクジャーナルの部分の軸方向断面図である。図５（ｂ）は、中心軸と直交する向きの断面図である。 図６は、従来の回り止め手段を示す軸方向断面図である。
　本発明にかかる転がり軸受の実施形態を、図によって詳細に説明する。図１は、本発明の第１実施形態である転がり軸受１０が組み込まれたクランクシャフト３０（軸部材）の軸方向断面図である。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み込まれて、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（嵌合部）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。
　図２、図３によって、クランクジャーナル３２の形態を説明する。各クランクジャーナル３２の形態はいずれも同様であるので、図１で、Ｊの符号を付したクランクジャーナル３２を例にして説明する。
　図２は、外周に転がり軸受１０が組み込まれたクランクジャーナル３２の軸方向断面図である。図３は、図２のＹ－Ｙの位置における中心軸ｍと直交する向きの断面図である。
　各クランクジャーナル３２は、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。中心軸ｍと直交する向きの断面は、軸方向に一様で、楕円形状である。第１実施形態では、クランクジャーナル３２の外周面３６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。
　各クランクジャーナル３２の外周には、それぞれ転がり軸受１０が外嵌されており、クランクシャフト３０は、クランクジャーナル３２を軸として回転する。
　再び、図１を参照する。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。各クランクピン３３は、コンロッド４１を介してピストン３１と連結されている。
　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。ピストン３１が上方に変位したときに燃料に点火されるので、クランクジャーナル３２に負荷される荷重は、燃料に点火した直後、すなわち、クランクピン３３が、クランクジャーナル３２の上方の位置を基準としてクランクシャフト３０の回転方向に所定の角度βだけ回転したときに、最も大きくなる。角度βは、概ね３０°程度（２０°＜β＜４０°）である。
　次に、図２によって、転がり軸受１０の形態を説明する。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、内輪１３、及び、保持器１６は、それぞれ周方向に二分割されている。
　外輪１１は、軸受鋼などの高炭素鋼で製造されている。周方向に二分割された外輪１１（以下の説明では、それぞれを「外輪片１１ａ」という場合がある）を組み合わせたときには、外周面１７は、単一の円筒面で形成されている。内周には、軸方向の中央に、全周にわたって外側軌道面１２が形成されるとともに、小径の鍔１８，１８が、外側軌道面１２の軸方向両外側に形成されている。外側軌道面１２は、外周面１７と同軸の円筒形状であって、針状ころ１５が転動する面である。
　鍔１８，１８は、外側軌道面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。なお、針状ころ１５は、クランクアーム３４によって案内されて周方向に転動してもよい。この場合には、外輪１１に、鍔１８，１８を設ける必要がない。外周面１７及び外側軌道面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いる。周方向に二分割された内輪１３（以下の説明では、それぞれを「内輪片１３ａ」という場合がある）を組み合わせたときには、全体として略円筒形状である。
　内輪１３の外周には、軸方向中央に、全周にわたって内側軌道面１４が形成されている。内側軌道面１４は、針状ころ１５が転動する面であり、内輪片１３ａ，１３ａを組み合わせたときの内側軌道面１４は、単一の円筒面で形成されている。
　内輪１３の内周は、クランクジャーナル３２の外周に対応する形状である。すなわち、内周面１９は、中心軸ｍと直交する向きの断面が、クランクジャーナル３２の中心軸ｍと直交する向きの断面と同一の楕円形状である。
　内側軌道面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。転がり軸受１０では、外輪１１が、内輪１３の径方向外方に、同軸に配置されている。
　第１実施形態では、内輪１３は、径方向の厚さが最小となる位置で、中心軸ｍを含み径方向に延在する分割面２０で二分割されている。分割面２０の方向は、第１実施形態に限定されない。例えば、中心軸ｍを含み、第１実施形態の分割面２０と直交する向き（すなわち、径方向の厚さが最大となる向きである）の分割面であってもよい。
　内輪１３の内周面１９と外周面２１は、軸方向両端部が、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。両端面２２，２２間の軸方向の寸法は、クランクジャーナル３２の軸方向両側のクランクアーム３４，３４の軸方向の内幅より、わずかに小さい。
　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、第１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、図３によって、転がり軸受１０の組込状態を説明する。
　クランクジャーナル３２には、二分割された転がり軸受１０が、それぞれ径方向両側から組付けられて、ハウジング４４，４５の内側で一体に組み合わされている。
　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が取り付けられる。各内輪片１３ａ，１３ａは、内周面１９の楕円形状の向きが、クランクジャーナル３２の外周面３６の楕円形状の向きと一致するように、それぞれ径方向外方から組み付けられる。次に、針状ころ１５及び保持器１６と組み合わされた外輪片１１ａ，１１ａが、組み付けられる。
　こうしてクランクジャーナル３２の外周に組み付けられた転がり軸受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のように組み合わされたとき、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４４，４５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、転がり軸受１０を介してエンジンブロックに取り付けられ、クランクジャーナル３２を回転軸として回転することができる。クランクシャフト３０が回転すると、針状ころ１５は、外側軌道面１２と内側軌道面１４の間で転動しつつ、中心軸ｍの周りを公転する。
　次に、第１実施形態の軸受支持構造によって、内輪１３の回動を防止する作用効果について説明する。
　図４は、第１実施形態の作用効果を説明する説明図であって、内輪１３が、クランクジャーナル３２の回りで回動した状態を模式的に示している。図が煩雑になるのを避けるために、図４では、内輪１３を周方向に固定し、クランクジャーナル３２の周方向の位相を変えることによって、内輪１３とクランクジャーナル３２とが相対的に回動する様子を示している。
　又、図４では、内輪１３とクランクジャーナル３２とが相対的に変位する前（以下、「回動前」という）、すなわち、図３に示した状態のときのクランクジャーナル３２を破線で示し、内輪１３に対して周方向に角度θだけ変位したとき（以下、「回動後」という）のクランクジャーナル３２を実線で示している。回動前においては、図３に示したように、クランクジャーナル３２の外周と内輪１３の内周とが、全周にわたって接触している。
　なお、図４では、外輪１１はハウジング等で固定されておらず、内輪１３とクランクジャーナル３２とが相対的に回動することにより、分割された転がり軸受１０が、互いに径方向に離れる向きに変位する様子を示している。
　クランクジャーナル３２は、中心軸ｍと直交する向きの断面形状が楕円で、非真円形状である。これにより、中心軸ｍからクランクジャーナル３２の外周面３６までの寸法Ｌは、周方向の向きに応じて互いに異なっている。楕円の中心をＯとし、長軸方向の外周面３６上の点をＡ、周方向に角度θだけ傾いた向きの外周面３６上の点をＢとすると、中心Ｏと点Ｂとの距離Ｌｂは、中心Ｏと点Ａとの距離Ｌａより小さい。
　したがって、仮に、クランクジャーナル３２が、内輪１３に対して角度θだけ相対的に回動したと仮定した場合には、回動後の外周面３６上の点Ａは、回動前の外周面３６上の点Ｂより径方向外方に位置ずれする。すなわち、図４にクロスハッチングを付した領域Ｋでは、回動後のクランクジャーナル３２の外周が、回動前のクランクジャーナル３２の外周より、径方向外方に位置するようになる。
　このため、図４に示すように、外輪１１がハウジング等で固定されていない場合には、分割された転がり軸受１０は、クランクジャーナル３２に付勢されることによって、互いに径方向外方に離れる向き（図４では、上下方向である）に変位する。このとき、図４の上下方向では、内輪１３の内周面１９の径方向の寸法が増大するとともに、外輪１１の外周面１７の径方向の寸法が増大する。
　しかしながら、第１実施形態では、外輪１１が、ハウジング４４，４５の内周で固定されており、径方向に変位しない。また、転がり軸受１０では、径方向のすきまは極めて小さく、針状ころ１５の内接径と内側軌道面１４の直径との差は、数１０μｍ程度である。当該直径の寸法差は、転がり軸受１０のラジアルすきまに相当する。このため、内輪１３とクランクジャーナル３２とが周方向に相対的に変位しようとすると、針状ころ１５を介して内側軌道面１４と外側軌道面１２とが直ちに当接して、内輪１３の径方向の変位が制限される。このため、内輪１３の内周面１９は、径方向の寸法がほとんど変化しないので、クランクジャーナル３２は、内輪１３に対して周方向に相対的に変位することができない。こうして、第１実施形態の軸受支持構造は、内輪１３がクランクジャーナル３２に対して周方向に回動するのを防止することができる。
　又、第１実施形態では、クランクジャーナル３２の外周面３６と内輪１３の内周面１９を互いに対応する形状とし、中心軸ｍと直交する向きの断面形状を、互いに同一の楕円形状としている。このため、外周面３６と内周面１９の接触位置における中心軸ｍを中心とする曲率半径は、互いに同等である。したがって、内輪１３とクランクジャーナル３２とは周方向に広がった面で接触をするので、接触面圧を低減することができる。このため、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。
　又、第１実施形態では、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を互いに嵌め合わせるだけで、内輪１３の回動を防止できるので、内輪１３の軸方向長さが制限されることがない。又、キーや、ピンを使用しないので、これらが内輪１３の外周に突出することがない。このため、第１実施形態の軸受支持構造では、内側軌道面１４の軸方向長さが制限されないので、転がり軸受１０の負荷容量が低下することがなく、良好な転がり寿命を確保することができる。更に、キー溝やピン孔等を設ける必要がないので、クランクジャーナル３２の強度を確保することができる。
　又、キーや、ピンを使用しないので、部品点数を削減できるとともに、クランクジャーナル３２にキー溝やピン孔等を設ける必要がないので、機械加工工数を削減して、クランクシャフト３０を低コストで製造することができる。
　以上説明したように、第１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を使用した場合であっても、ピンやキーなどの回り止め手段を用いることなく、内輪１３の回動を防止できる。このため、あらかじめ、内輪１３の突合せ部の向きと転がり軸受１０に作用する荷重の向きとが重ならないように組付けることにより、その組み付け状態を維持して、長期にわたって異音の発生を防止し、転がり寿命を確保できる。
　なお、第１実施形態では、クランクジャーナル３２は、中心軸ｍと直交する向きの断面が楕円形状であるが、これに限定されない。図示を省略するが、例えば、中心軸ｍと直交する向きの断面が、正方形等の多角形であっても、同様の作用効果を得ることができる。
　又、第１実施形態では、クランクジャーナル３２が軸方向に一様な断面を有する柱状である場合について説明した。しかし、これに限定されるものではなく、クランクジャーナル３２の、軸方向の一部において、中心軸ｍと直交する向きの断面が楕円形状であってもよい。
　図５は、クランクジャーナル３２の軸方向の一部に、中心軸ｍと直交する向きの断面が楕円形状である回り止め部３７，３７が形成された実施例を示している。図５（ａ）は軸方向断面図で、図５（ｂ）は、図５（ａ）のＺ－Ｚの位置における断面図である。本実施例では、回り止め部３７，３７は、クランクジャーナル３２の軸方向両端部に、互いに同軸に形成されており、軸方向の中央には、断面が円である円筒部３８が設けられている。内輪１３の内周面１９は、回り止め部３７，３７の外周に対応した形状で、中心軸ｍと直交する向きの断面は、回り止め部３７，３７と同様の楕円形状である。なお、内輪１３は、軸方向に一様な断面を有し、その内周面１９は、円筒部３８と接していない。
　本実施例においても、内輪１３は周方向に二分割されており、クランクジャーナル３２が周方向に回動した場合には、内輪１３が、軸方向両側の回り止め部３７，３７によって径方向外方（図５の上下方向である）に付勢される。内輪１３は、第１実施形態と同様にして、径方向の動きが制限されているので、内輪１３がクランクジャーナル３２の外周に沿って回動するのを防止することができる。
　 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。したがって、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。
　本出願は、２０１８年３月２０日出願の日本特許出願（特願２０１８－０５３３７１）に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
１０：転がり軸受、１１：外輪、１１ａ：外輪片、１２：外側軌道面、１３：内輪、１３ａ：内輪片、１４：内側軌道面、１５：針状ころ、１６：保持器、１７：外周面、１８：鍔、１９：内周面、２０：分割面、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）、５１：内輪、５２：クランクジャーナル、５３：ピン、５４：ピン孔

 

Claims (2)

  1. 　中心軸の周りで回転する軸部材が、周方向に二分割された転がり軸受で回転自在に支持された軸受支持構造であって、
    　前記軸部材は、前記転がり軸受が外嵌される嵌合部を有しており、
    　前記嵌合部は、前記中心軸と直交する向きの断面が非真円形状であり、
    　前記転がり軸受は、周方向で二分割されて前記嵌合部に外嵌され、外周に内側軌道面を有する内輪と、周方向で二分割されて前記内輪の径方向外方に固定され、内周に前記内側軌道面と同軸の外側軌道面を有する外輪と、前記内側軌道面と前記外側軌道面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、
    　前記内輪の内周は、前記嵌合部の外周に対応する形状で、前記中心軸と直交する向きの断面が非真円形状であり、前記内輪の径方向の変位が制限されることによって、前記軸部材に対する前記内輪の回動が防止されていることを特徴とする軸受支持構造。
  2. 　前記非真円形状は、楕円形状であることを特徴とする請求項１に記載する軸受支持構造。

     
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