JP2007198496A - 転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】ころが軌道輪の軌道面の分割部を通過する際、ころと軌道面との接触荷重が急激に変化することを抑制させ、接触荷重の急激な変化により発生する振動を低減させる。
【解決手段】転がり軸受の保持器１０において、ころ１１を転動可能に保持するポケット部１２，１３は、軸方向両側（図１中、左右両側）を閉鎖された開口として、周方向に沿って所定の間隔をあけて複数、かつ、軸方向に沿って２列に形成されている。各列のポケット部１２，１３は、周方向に互い違いとなるように、位相を周方向に所定角度ずらして配置されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、円周方向に少なくとも二分割されており、例えば自動車用エンジンのクランクシャフトを回転自在に支持するための分割型ころ軸受に関する。

従来から自動車用エンジンのクランクシャフトを支持するための軸受としては、組立上の制約から、主として二分割された分割型滑り軸受が使用されていた。すなわち、クランクシャフトには、軸受を軸方向から嵌挿させることができないため、二分割された分割型滑り軸受が、クランクシャフトに半径方向から組み付けられる。
しかし、分割型滑り軸受では、高速回転下での摩擦抵抗が大きい。このため、近年、摩擦抵抗の小さいころ軸受を採用することにより、燃費向上等を図る動きがある。

ここで、ころ軸受の軌道輪及び保持器を二分割して分割型ころ軸受とする場合、軸受運転時の振動が問題となる。すなわち、軸受運転時、ころが軌道輪の軌道面における分割部を通過する際、ころが軌道面の僅かな段差に乗り上げるのに伴って、ころと軌道面との接触荷重が急激に変化してしまい、振動が発生するという問題があった。

そこで、図５を参照すると、例えば特許文献１で開示されているように、二分割された軌道輪である外輪１０１の軌道面の真円度を高めることにより、外輪１０１の分割部１０２における軌道面の段差を低減させ、振動を低減させるクランク軸用転がり軸受１００がある。

すなわち、クランク軸用転がり軸受１００は、二分割された外輪１０１の分割部１０２を、軸線方向からみてクランク軸状に形成されている。外輪１０１において、第１の軌道輪半部１０１ａ及び第２の軌道輪半部１０１ｂは、クランク軸状の分割部１０２で嵌合されることにより、嵌合方向及び嵌合方向と直交する径方向に沿って相互に位置決めされる。これにより、外輪１０１の内周面１０１ｃは、設計上の真円度を確保されるとともに、分割部１０２を段差のない滑らかな面に形成される。
図５は、特許文献１で開示されているクランク軸用軸受を示す断面図である。

また、図６及び図７を参照すると、例えば特許文献２で開示されるころ軸受１１０では、保持器１１１の周方向両端部１１１ｂが、サインカーブに類似した波形（凹凸）形状とされるとともに、対向する保持器１１２の周方向両端部１１２ａが、相補する波形形状とされている。レース板１１３は、周方向一端部１１３ａを楔形状とされるとともに、周方向他端部１１３ｂを谷形状とされ、一方、対向するレース板１１４は、周方向一端部１１４ａを相補する谷形状とされるとともに、周方向他端部１１４ｂを相補する楔形状とされている。これらにより、保持器１１１，１１２間、及びレース板１１３，１１４間での急激な荷重変動を緩和している。
更に、保持器１１１，１１２を形成する板材Ｎにおいて、両端部（分割部両側）の柱部Ｎａの幅Ｐ／２を、それ以外の柱部Ｎｂの幅Ｐより狭くすることにより、ころ１１５の円周方向に沿う不等配を抑制している。

図６は、特許文献２で開示されているころ軸受を適用されたシリンダヘッドのカムシャフト周りを示す要部分解斜視図であり、図７は、図６のころ軸受の保持器を形成する板材を示す平面図である。

更に、図８〜図１０を参照すると、例えば特許文献３で開示されるニードルベアリング用保持器１２０には、ニードルローラ１２１を収容する一端側ローラ収容室１２２及び他端側ローラ収容室１２３が、保持器１２０の両側面（図８及び図１０中、左右両側面）にそれぞれ開口して、周方向に沿って互い違いに設けられる。ニードルローラ１２１は、保持器１２０の両側面側からそれぞれ、一端側ローラ収容室１２２及び他端側ローラ収容室１２３に収容され、組み付けられる。

図８は、特許文献３で開示されているニードルベアリング用保持器を示す正面図であり、図９は、図８の右側面図、図１０は、図９のＺ―Ｚ断面図である。
特開２００３―２１４４４２号公報（第３〜４頁、第２図） 特開２００５―１８０４５９号公報（第５〜７頁、第２図及び第７図） 特開平５―２６３８２９号公報（第３頁、第９図及び第１１図）

上述した従来の軸受及び保持器のうち、特許文献１に記載の図５に示す従来の転がり軸受１００では、外輪１０１の内周面１０１ｃにおける分割部１０２の段差を、完全になくすことはできない。また、ニードル１０３を転動可能に保持する保持器１０４も、径方向に分割形成されるが、保持器１０４の分割部の段差については何等考慮されていない。

このため、軸受運転時、保持器１０４の分割部が負荷圏を通過する際、保持器の周方向に沿うニードル１０３の不等配に起因する荷重分布の変動を抑えられない。したがって、分割部１０２の段差及び荷重分布の変動に起因する振動が発生してしまうという問題があった。

特許文献２に記載の図７及び図８に示す従来のころ軸受１１０でも、保持器１１１，１１２間、及びレース板１１３，１１４間での段差を、完全になくすことはできない。このため、軸受運転時、ころ１１５が段差を通過する際には、振動が発生してしまうという問題があった。
また、保持器１１１，１１２における分割部両側の柱部Ｎａの幅Ｐ／２をそれ以外の柱部Ｎｂの幅Ｐより狭くすることにより、ころ１１５の円周方向に沿う不等配を抑制させ、振動の発生を低減させている。しかし、ころ１１５の円周方向に沿う不等配を、軸受性能に悪影響を与えないレベルにまで抑制させることはできないという問題があった。また、保持器１１１，１１２の強度を保持する観点から、柱部Ｎａの幅を狭くするにも自ずと限界があった。

更に、特許文献３に記載の図８〜図１０に示す従来のニードルベアリング用保持器１２０では、両側面にそれぞれ開口される一端側ローラ収容室１２２及び他端側ローラ収容室１２３により、両側面側からニードルローラ１２１を挿入するだけの簡単な動作で、ニードルローラ１２１を保持器１２０に組み付けることができる。また、保持器１２０を射出成形する型の製造が容易化され、製造コストが低減される。

しかし、保持器１２０は分割型ではないため、分割型転がり軸受に適用することは当然に不可能な上、一端側ローラ収容室１２２及び他端側ローラ収容室１２３が保持器１２０の両側面にそれぞれ開口されるため、収容されるニードルローラ１２１が、各ローラ収容室１２２，１２３の開口された側への変位を、保持器１２０によっては規制されない。したがって、ニードルローラ１２１が、軸受運転時に各ローラ収容室１２２，１２３の開口された側に変位し易いため、特に保持器１２０の公転が不安定となり、振動を発生してしまうという問題があった。

本発明は、ころが軌道輪の軌道面の分割部を通過する際、ころと軌道面との接触荷重が急激に変化することを抑制させることができ、接触荷重の急激な変化により発生する振動を低減させることができる転がり軸受を提供することを目的としている。

本発明の上記目的は、下記構成により達成される。
（１） 分割面で円周方向に少なくとも二分割された保持器を備えた分割型転がり軸受において、
ころを転動可能に保持する前記保持器のポケット部が、軸方向両側を閉鎖された開口として、周方向に沿って所定の間隔をあけて複数、かつ、軸方向に沿って少なくとも２列に形成されており、各列のポケット部の位相が、周方向に所定角度ずらされていることを特徴とする転がり軸受。

（２） 前記各ポケット部の周方向に沿う寸法がそれぞれ、各ポケット部同士の周方向に沿う間隔より大きいことを特徴とする前記（１）記載の転がり軸受。

（３） 前記分割面は、周方向に互い違いの各列のポケット部に合わせて、周方向に互い違い状に形成されており、分割面に面した各列のポケット部を周方向に二分割する位置にあることを特徴とする前記（１）又は（２）記載の転がり軸受。

保持器の材質としては、例えばＳＰＣＣやＳ２５Ｃ等の金属、又は射出成形可能な高性能エンジニアリングプラスチックが好ましい。エンジニアリングプラスチックの具体例としては、ポリアミド４６やポリアミド６６等のポリアミド樹脂、Ｌ−ＰＰＳ等のポリフェニレンスルフィド、ポリエーテルエーテルケトンが挙げられる。

前記（１）記載の転がり軸受用では、ころを転動可能に保持するポケット部が、軸方向に沿って少なくとも２列に設けられるので、ころ１個当たりの荷重が減少される。また、各列のポケット部の位相が、周方向に所定角度ずらされるので、ころが軌道輪の軌道面における分割部を軸受運転中に通過する際、分割部に生じた僅かな段差に乗り上げるタイミングが、各列のころ毎にずれる。このタイミングのずれにより、ころが軌道輪の軌道面の分割部を通過する毎に発生する荷重の大きさが低減される。更に、各ポケット部が、軸方向両側を閉鎖された開口として形成されており、ころの軸方向両側への変位を規制するので、ころが軌道面の分割部を通過するのに伴うころの軸方向両側への変位が抑制され、特に保持器の公転が安定される。

これらにより、ころが軌道面の分割部を通過する際、ころが軌道面の僅かな段差に乗り上げるのに伴って、ころと軌道面との接触荷重が急激に変化することが抑制され、接触荷重の急激な変化により発生する振動が低減される。

前記（２）記載の転がり軸受では、同一径でのころ数を増やすことができ、ころ１個当たりの荷重が周方向にも分散される。これにより、ころが軌道面の分割部を通過する際、ころが軌道面の僅かな段差に乗り上げるのに伴って、ころと軌道面との接触荷重の急激な変化により発生する振動が、より効果的に低減される。

前記（３）記載の転がり軸受では、分割された部材はそれぞれ、分割面で互いに係合された状態で、分割面間に各列のポケット部を軸方向に互い違いとなる位置にそれぞれ形成する。各ポケット部はそれぞれ、保持器の分割面において、ころを軸方向に互い違いの位置で転動可能に保持する。これにより、転がり軸受用保持器の分割面付近におけるころの円周方向に沿う不等配に起因する振動の発生が抑制される。

本発明の転がり軸受によれば、ころが軌道輪の軌道面の分割部を通過する際、ころと軌道面との接触荷重が急激に変化することを抑制させることができ、接触荷重の急激な変化により発生する振動を低減させることができる。
本発明により得られる転がり軸受は、自動車用エンジンのクランクシャフト支持用として、低振動、耐高負荷、高耐久性を要求される場合に好適に用いられる。

以下、図示実施形態により、本発明を説明する。
図１は、本発明の一実施形態である転がり軸受の保持器の二分割された保持器構成部材のころを組み込まれた状態を示す要部斜視図であり、図２は、図１の保持器の二分割された保持器構成部材のころを組み込まれる前の状態を示す斜視図、図３は、図２の保持器の二分割された保持器構成部材の平面図である。

図１〜図３を参照すると、保持器１０は、分割面１４で円周方向に均等に二分割されており、外輪（図示しない）を円周方向に均等に二分割された分割型ころ軸受（図示しない）に組み込まれた状態で、ポケット部１２，１３によりころ１１を転動可能に保持する。

すなわち、保持器１０において、ころ１１を転動可能に保持するポケット部１２，１３は、軸方向両側（図１中、左右両側）を閉鎖された開口として、周方向に沿って所定の間隔をあけて複数、かつ、軸方向に沿って２列に形成されている。各列のポケット部１２，１３は、周方向に互い違いとなるように、位相を周方向に所定角度ずらして配置されている。また、各ポケット部１２，１３の周方向に沿う寸法はそれぞれ、各ポケット部１２，１３同士の周方向に沿う間隔より大きい。

更に、保持器１０の分割面１４は、周方向に互い違いの各列のポケット部１２，１３に合わせて、周方向に互い違い状に形成されており、分割面１４に面したポケット部１２ａ，１３ａを周方向に均等に二分割する位置にある。

すなわち、二分割された保持器構成部材１０ａ，１０ｂはそれぞれ、分割面１４で互いに係合された状態で、分割面１４間にポケット部１２ａ，１３ａを軸方向に互い違いとなる位置にそれぞれ形成する。各ポケット部１２ａ，１３ａはそれぞれ、分割面１４において、ころ１１を軸方向に互い違いの位置で転動可能に保持する。これにより、保持器１０の分割面１４付近におけるころ１１の円周方向に沿う不等配に起因する振動の発生が抑制される。

次に、本実施形態の保持器を組み込まれた実施例１の転がり軸受と、従来の保持器を組み込まれた従来例の転がり軸受について、内輪の振動を求める計算を、下記の条件で行った。結果を図４に示す。
ＰＣＤ＝４６ｍｍ
ころ径＝２ｍｍ
ころ数＝２０本（実施例１）、１０本（従来例）
ころ長さ＝１５ｍｍ（実施例１）、３０ｍｍ（従来例）
ラジアル隙間＝０．０１ｍｍ
ラジアル荷重＝１０００ｋｇｆ
内輪回転速度＝３０００ｒｐｍ
二分割された外輪の分割部における段差（ズレ量）＝０．０１ｍｍ

図４は、本実施形態の保持器を組み込まれた実施例１の転がり軸受と、従来の保持器を組み込まれた従来例の転がり軸受について、内輪の振動を求める計算を行った結果を示すグラフである。
図４から理解されるように、いずれの転がり軸受の場合でも、ころが外輪の分割部における段差を通過する度に、内輪が振動している。しかし、本実施形態の保持器を組み込まれた実施例１の転がり軸受の内輪の振幅は、従来の転がり保持器を組み込まれた従来例の転がり軸受の内輪の振幅に比較して、約半分程度である。したがって、本実施形態の構成が振動低減に大きな効果を奏することがわかる。

以上のように上記実施形態によれば、ころ１１を転動可能に保持するポケット部１２，１３が、軸方向に沿って２列に設けられるので、ころ１個当たりの荷重を減少させることができる。
また、各列のポケット部１２，１３が、周方向に互い違いに配置されるので、ころ１１が外輪の軌道面における分割部を軸受運転中に通過する際、分割部に生じた僅かな段差に乗り上げるタイミングが、各列のころ１１毎にずれる。このタイミングのずれにより、ころ１１が外輪の軌道面の分割部を通過する毎に発生する荷重の大きさを低減させることができる。
更に、各ポケット部１２，１３が、軸方向両側を閉鎖された開口として形成されており、ころ１１の軸方向両側への変位を規制するので、ころ１１が外輪の軌道面の分割部を通過するのに伴うころ１１の軸方向両側への変位を抑制させることができ、特に保持器１０の公転を安定させることができる。

これらにより、ころ１１が外輪の軌道面の分割部を通過する際、ころ１１が軌道面の僅かな段差に乗り上げるのに伴って、ころ１１と軌道面との接触荷重が急激に変化することを抑制させることができ、接触荷重の急激な変化により発生する振動を低減させることができる。

また、各ポケット部１２，１３の周方向に沿う寸法はそれぞれ、各ポケット部１２，１３同士の周方向に沿う間隔より大きいので、同一径でのころ数を増やすことができ、ころ１個当たりの荷重を周方向にも分散させることができる。これにより、ころ１１が外輪の軌道面の分割部を通過する際、ころ１１が軌道面の僅かな段差に乗り上げるのに伴って、ころ１１と軌道面との接触荷重の急激な変化により発生する振動を、より効果的に低減させることができる。

更に、二分割された保持器構成部材１０ａ，１０ｂはそれぞれ、保持器１０の分割面１４で互いに係合された状態で、分割面１４間に各列のポケット部１２，１３を軸方向に互い違いとなる位置にそれぞれ形成するので、各ポケット部１２，１３はそれぞれ、分割面１４において、ころ１１を軸方向に互い違いの位置で転動可能に保持する。したがって、保持器１０の分割面１４付近におけるころ１１の円周方向に沿う不等配に起因する振動の発生を抑制させることができる。

本発明の一実施形態である保持器の二分割された保持器構成部材のころを組み込まれた状態を示す要部斜視図である。 図１の保持器の二分割された保持器構成部材のころを組み込まれる前の状態を示す斜視図である。 図２の保持器の二分割された保持器構成部材の平面図である。 本実施形態の保持器を組み込まれた実施例１の転がり軸受と、従来の保持器を組み込まれた従来例の転がり軸受について、内輪の振動を計測する実験を行った結果を示すグラフである。 特許文献１で開示されているクランク軸用軸受を示す断面図である。 特許文献２で開示されているころ軸受を適用されたシリンダヘッドのカムシャフト周りを示す要部分解斜視図である。 図６のころ軸受の保持器を形成する板材を示す平面図である。 特許文献３で開示されているニードルベアリング用保持器を示す正面図である。 図８の右側面図である。 図９のＺ―Ｚ断面図である。

符号の説明

１０ 保持器
１１ ころ
１２，１３ ポケット部
１２ａ，１３ａ 分割面に面したポケット部
１４ 分割面

Claims (3)

1. 分割面で円周方向に少なくとも二分割された保持器を備えた分割型転がり軸受において、
   ころを転動可能に保持する前記保持器のポケット部が、軸方向両側を閉鎖された開口として、周方向に沿って所定の間隔をあけて複数、かつ、軸方向に沿って少なくとも２列に形成されており、各列のポケット部の位相が、周方向に所定角度ずらされていることを特徴とする転がり軸受。
2. 前記各ポケット部の周方向に沿う寸法がそれぞれ、各ポケット部同士の周方向に沿う間隔より大きいことを特徴とする請求項１記載の転がり軸受。
3. 前記分割面は、周方向に互い違いの各列のポケット部に合わせて、周方向に互い違い状に形成されており、分割面に面した各列のポケット部を周方向に二分割する位置にあることを特徴とする請求項１又は２記載の転がり軸受。

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