JP4480639B2 - 針状ころ軸受および外輪の製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、自動車エンジン用クランクシャフト、カムシャフト、バランスシャフト、およびロッカーシャフト等を支持する針状ころ軸受に関するものである。

従来、図１に示すような自動車のクランクシャフト１等を支持する軸受としては、一般的に分割型の滑り軸受が使用されている。滑り軸受は負荷容量が高いので、高負荷環境下で使用される軸受として好適である。

しかし、近年では、環境への配慮から省燃費で騒音や振動の少ない自動車が求められるようになったことに伴い、滑り軸受に代えて針状ころ軸受が用いられることがある。針状ころ軸受は、滑り軸受と比較すると負荷容量は低いが、回転時の摩擦抵抗が小さいので支持部分の給油量を減らすことができ、騒音や振動を抑えることが可能となる。

ただし、クランクシャフト１のクランクピン２を支持する針状ころ軸受は、軸方向に圧入して組み込むことができない。そこで、このような場所に使用される針状ころ軸受が、例えば、米国特許第１９２１４８８号公報（特許文献１）に記載されている。同公報に記載されている針状ころ軸受は、図２に示すような、軸受の軸線方向に延びる分割線によって分割した外輪部材４ａ，４ｂを有することにより、クランクピン２に組み込むことが可能となる。

また、図３に示すように、外輪７と、外輪７の軌道面上に転動自在に配置される複数の針状ころ８と、針状ころ８を保持する保持器９とを備える針状ころ軸受６を使用して軸５を支持する場合において、軸５の軸受両端部分の軸径を小さくして保持器９を径方向に突出させることによって、保持器９の軸方向へのずれを防止した針状ころ軸受６が、特表２００２−５２５５３３号公報（特許文献２）に記載されている。
米国特許第１９２１４８８号公報 特表２００２−５２５５３３号公報

図１に示したようなクランクシャフト１等は、回転時に所定の方向に偏った荷重が作用するので、軸受の外輪円周上は、負荷が集中する領域（以下、「負荷領域」という）と、大きな負荷がかからない領域（以下、「非負荷領域」という）とに分かれ、図２に示したような針状ころ軸受３を軸に組み込む場合には、外輪部材４ａ，４ｂの境界４ｃが非負荷領域に位置するように位置決めをする。

しかし、針状ころ軸受３は、外輪部材４ａ，４ｂがハウジングに嵌め合いによって固定されているに過ぎないので、回転時に荷重を受けると外輪部材４ａ，４ｂがハウジング内で回転する可能性がある。このとき、外輪部材４ａ，４ｂの境界４ｃが負荷領域に移動すると、針状ころの回転不良や外輪部材４ａ，４ｂの破損等のトラブルを引き起こす可能性がある。

また、図３に示したような針状ころ軸受６は、保持器９の軸方向へのずれを防止するために軸５の加工が必要となるので、加工コストが増大するという問題がある。

そこで、本発明の目的は、保持器の軸方向へのずれを防止するために、周辺構造の加工を伴わない保持器の軸方向規制手段を備えた針状ころ軸受を提供することを目的とする。

この発明に係る針状ころ軸受は、帯材を所定の曲率に曲げ加工して得られる複数の外輪部材を円周方向に突き合わせてリング状の形態にした外輪と、外輪の軌道面上に転動自在に配置される複数の針状ころと、複数の針状ころを保持する保持器とを備える。帯材は、その幅方向端部から側方に張り出した係合爪と、この係合爪の根元部分に形成された複数の貫通孔とを有する。複数の貫通孔は、互いに大きさが異なる。各外輪部材は、係合爪を帯材の肉厚方向に折り曲げた後に、帯材全体を所定の曲率に曲げ加工して得られるものである。係合爪は、外輪部材の幅方向端部から径方向内側に突出して延び、保持器の軸方向への移動を規制する。

上記構成とすることにより、軸等の周辺構造に加工を施すことなく保持器の軸方向の移動を規制することが可能となる。また、係合爪に貫通する孔を設けることによって、外輪部材の曲げ加工によって係合爪に生じる圧縮応力を緩和することができるので、製造時の外輪部材の変形等を抑制することができる。

好ましくは、係合爪は、外輪部材の幅方向端部の全域に配置される。上記構成のように、係合爪に圧縮応力を緩和するための孔を設けることによって、係合爪を外輪部材の幅方向端部の全域に設けることができる。その結果、保持器と係合爪の端面との引っ掛かりを防止できるので、軸受の回転不良等を防止することができる。

孔は、例えば円周方向に長い長孔である。これにより、係合爪に生じる圧縮応力の吸収能が向上するので製造時の変形等をより効果的に抑制することができる。

好ましくは、孔は円周方向の複数箇所に設けられている。これにより、例えば、係合爪が外輪部材の幅方向端部の全域に設けられている場合等でも、係合爪の円周方向の各部に生じる圧縮応力を均等に吸収することが可能となる。

そして、複数の孔は、例えば互いに大きさが異なっていてもよい。例えば、外輪部材の中央部と両端部とでは、係合爪に負荷される圧縮応力の大きさが異なる。そこで、圧縮応力の大きい部分には大きな孔を、圧縮応力の小さい部分には小さい孔を設けることにより、係合爪の円周方向の各部に生じる圧縮応力を均等に吸収することが可能となる。

好ましくは、外輪部材は、その円周方向中央からずれた位置にハウジングと係合して位置決めを行うための位置決め係合部を有する。上記構成のように、位置決め係合部を外輪部材に設けることによって、外輪の円周方向への回転を防止することができる。これにより、外輪部材の境界が負荷領域に移動することが無くなるので、針状ころの回転不良や外輪部材の破損等のトラブルを回避することができる。
この発明に係る針状ころ軸受の外輪の製造方法は、帯材を所定の曲率に曲げ加工して得られる複数の外輪部材を円周方向に突き合わせてリング状の形態の外輪を製造する方法である。まず、幅方向端部から側方に張り出した係合爪と、この係合爪の根元部分に形成された貫通孔とを有する帯材を用意する。そして、係合爪を帯材の肉厚方向に折り曲げた後に、帯材を所定の曲率に曲げ加工して外輪部材を得る。

この発明は、外輪の円周方向の位置決めを行う位置決め係合部を設けることによって、軸受使用時に外輪の円周方向に回転するのを防止可能な針状ころ軸受を得ることができる。また、係合爪を設けることによって、周辺構造に加工を施すことなく保持器の軸方向へのずれを防止可能な針状ころ軸受を得ることができる。

図４〜図７を参照して、この発明の一実施形態に係る針状ころ軸受１１を説明する。

針状ころ軸受１１は、図４（ａ）および（ｂ）に示すように、軸受の軸線方向に延びる分割線によって分割された２つの外輪部材１２を有する外輪１３と、外輪１３の軌道面上に転動自在に配置される複数の針状ころ１４と、針状ころ１４を保持する保持器１５とを備える。

外輪部材１２は、図５（ａ）に示すように、その円周方向中央からずれた位置にハウジングと係合して位置決めを行う位置決め係合部としての突起１２ａと、外輪部材１２の幅方向端部から径方向内側に突出し、保持器１５の軸方向への移動を規制する係合爪１２ｂとを有する。係合爪１２ｂは、外輪部材１２の幅方向端部の全域に設けられており、その根元部分には、係合爪１２ｂに貫通する孔１２ｆが等間隔に配置されている。

また、図５（ｂ）および（ｃ）に示すように、外輪部材１２の円周方向の一方側端部は凸形状で他方側端部は凹形状であり、２つの外輪部材１２の凹凸を組み合わせることによって、円筒状の外輪１３を形成する。ここで、外輪１３の分割線は、外輪１３を径方向に分割できればよく、厳密に軸方向と一致していなくてもよいものとする。

保持器１５は樹脂材料で形成され、図６（ａ）に示すように、円周上の複数個所に針状ころ１４を収容するポケットを有する。また、図６（ｂ）に示すように、保持器１５は円周上の一箇所で軸線方向に切断されており、保持器１５を弾性変形させて軸へ組み込んだ後、切断部分の凸部１５ａと凹部１５ｂとを係合させる。

上記構成の針状ころ軸受１１は、外輪１３および保持器１５の一部が切断されているので、自動車のクランクシャフト、カムシャフト、バランスシャフト、およびロッカーシャフト等の軸方向に圧入できない箇所を支持する軸受として使用することができる。

また、外輪部材１２に突起１２ａを設けることによって、外輪１３の円周方向への回転を防止し、かつ、係合爪１２ｂを設けることによって、保持器１５の軸方向への移動を規制することができる。

上記構成のような外輪部材１２は、冷間圧延鋼板等の帯材をプレス加工等によって形成する。加工の順序としては、例えば、係合爪１２ｂを板状の外輪部材１２の肉厚方向に曲げてから、外輪部材１２全体を所定の曲率に曲げる。その結果、係合爪１２ｂは、外輪部材１２の曲げ加工によって圧縮応力を受けて、変形等を生じる恐れがある。

そこで、係合爪１２ｂの根元部分に孔１２ｆを設ける。これにより外輪部材１２の曲げ加工時に孔１２ｆが変形することで圧縮応力を吸収または緩和することができるので、係合爪１２ｂの変形等を抑制することができる。

また、上記の実施形態においては、外輪部材１２の幅方向端部の全域に係合爪１２ｂが設けられているので、保持器１５と係合爪１２ｂの端面とが引っ掛かることがない。その結果、針状ころ軸受１１の円滑な回転を確保することができる。

このとき、係合爪１２の各部に生じる大きな圧縮応力を緩和するために、孔１２ｆを圧縮応力の吸収能の高い円周方向に長い長孔とする。さらに、係合爪１２ｂ各部の圧縮応力を均等に吸収するために、孔１２ｆを複数箇所に設けることとしている。

上記構成の針状ころ軸受１１において、外輪部材１２には、その円周方向中央部に軸受使用時に負荷領域となる中間領域１２ｄと、その円周方向両端部に軸受使用時に非負荷領域となる端部領域１２ｅとを設け、突起１２ａは端部領域１２ｅに位置する。

例えば、外輪部材１２の内径面側からバーリング加工によって突起１２ａを形成した場合には、軌道面に凹部が形成されて平滑な面とはならず、凹部上を通過する針状ころの挙動は不安定となる。そこで、突起１２ａを非負荷領域となる端部領域に配置することにより、これらのトラブルを回避することが可能となる。

さらに、外輪１３を２つの外輪部材１２で構成する場合においては、外輪部材１２の円周方向最外端１２ｃを基準とした中心角をφとすると、端部領域１２ｅは、５°≦φ≦４５°の範囲内とする。

これは、負荷領域となる中間領域１２ｄをできるだけ大きく設定するために、非負荷領域となる端部領域１２ｅは、外輪部材１２の両最外端からそれぞれ４５°以内に設定する必要がある。一方、端部領域１２ｅに配置される突起１２ａが外輪部材１２の円周方向最外端１２ｃに近すぎると、板状の外輪部材１２を円弧状に曲げ加工する場合などの曲げ応力の影響を受けることとなるので、円周方向最外端１２ｃから５°以上中間領域１２ｄ寄りとするのがよい。

上記の実施形態において、外輪１３は、径方向に二分割された外輪部材１２で構成される例を示したが、これに限ることなく、任意の数に分割することとしてもよい。

上記の実施形態においては、各外輪部材１２に一箇所ずつ突起１２ａを配置する例を示したが、これに限ることなく、外輪１３の全周で一箇所にのみ配置してもよいし、各外輪部材１２の複数個所に配置することとしてもよい。

さらには、保持器１５は、樹脂に限らず金属材料をプレス加工等によって形成することとしてもよいし、保持器１５を必要としない総ころ軸受であってもよい。

なお、上記の実施形態においては、係合爪１２ｂを外輪部材１２の幅方向端部の全域に設けた例を示したが、これに限ることなく、外輪部材１２の円周方向の一部で分割した複数の係合爪１２ｂであってもよい。この場合、係合爪１２ｂの根元部分に設けられる孔１２ｆは、各係合爪１２ｂのそれぞれについて、少なくとも１箇所ずつ設けるとよい。

また、係合爪１２ｂの根元部分に設けられた孔１２ｆは、図７（ａ）に示すような長孔である例を示したが、これに限ることなく、図７（ｂ）に示すような丸孔や、図７（ｃ）に示すような、負荷される圧縮応力の大きさによって異なる大きさの複数の孔を設ける等、係合爪１２ｂに生じる圧縮応力を吸収可能なあらゆる形態であってもよい。

さらには、上記の実施形態においては、複数の孔１２ｆを等間隔に配置する例を示したが、これに限ることなく、大きな圧縮応力が生じる部分に多くの孔１２ｆを配置し、小さな圧縮応力しか生じない部分には、孔１２ｆの数を減らしてもよい。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

この発明は、自動車のクランクシャフト、カムシャフト、バランスシャフトおよびロッカーシャフト等を支持する針状ころ軸受に有利に利用される。

自動車のクランクシャフトを示す図である。 従来の針状ころ軸受に使用する外輪であって、径方向に分割可能な外輪を示す概略図である。 保持器の軸方向規制手段を備えた従来の針状ころ軸受を示す図である。 この発明の一実施形態に係る針状ころ軸受を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）はＡ−Ａ´における断面図である。 この発明の一実施形態に係る針状ころ軸受の外輪部材を示す図であって、（ａ）は縦断面図、（ｂ）は（ａ）をＢ方向から見た図、（ｃ）は（ａ）をＣ方向から見た図である。 この発明の一実施形態に係る針状ころ軸受の保持器を示す図であって、（ａ）は正面図、（ｂ）は（ａ）のＤ−Ｄ´における断面図である。 この発明の一実施形態に係る針状ころ軸受に使用される外輪部材の係合爪根元部分に設けられた孔の形状を示す図であって、（ａ）は長孔、（ｂ）は丸穴、（ｃ）は大きさの異なる孔の例を示す図である。

符号の説明

１ クランクシャフト、２ クランクピン、３，６，１１ 針状ころ軸受、４ａ，４ｂ，１２ 外輪部材、４ｃ 境界、５ 軸、７，１３ 外輪、８，１４ 針状ころ、９，１５ 保持器、１２ａ 突起、１２ｂ 係合爪、１２ｃ 円周方向最外端、１２ｄ 中間領域、１２ｅ 端部領域、１２ｆ 孔、１５ａ 凸部、１５ｂ 凹部。

Claims (4)

1. 帯材を所定の曲率に曲げ加工して得られる複数の外輪部材を円周方向に突き合わせてリング状の形態にした外輪と、
   前記外輪の軌道面上に転動自在に配置される複数の針状ころと、
   前記複数の針状ころを保持する保持器とを備え、
   前記帯材は、その幅方向端部から側方に張り出した係合爪と、この係合爪の根元部分に形成された複数の貫通孔とを有し、
   前記複数の貫通孔は、互いに大きさが異なり、
   前記各外輪部材は、前記係合爪を前記帯材の肉厚方向に折り曲げた後に、帯材全体を所定の曲率に曲げ加工して得られるものであり、
   前記係合爪は、前記外輪部材の幅方向端部から径方向内側に突出して延び、前記保持器の軸方向への移動を規制していることを特徴とする、針状ころ軸受。
2. 前記係合爪は、前記外輪部材の幅方向端部の全域に配置される、請求項１に記載の針状ころ軸受。
3. 前記外輪部材は、その円周方向中央からずれた位置に、ハウジングと係合して位置決めを行うための位置決め係合部を有する、請求項１または２に記載の針状ころ軸受。
4. 帯材を所定の曲率に曲げ加工して得られる複数の外輪部材を円周方向に突き合わせてリング状の形態にする針状ころ軸受の外輪の製造方法において、
   幅方向端部から側方に張り出した係合爪と、この係合爪の根元部分に形成された貫通孔とを有する帯材を用意し、
   前記係合爪を前記帯材の肉厚方向に折り曲げた後に、帯材を所定の曲率に曲げ加工して前記外輪部材を得ることを特徴とする、針状ころ軸受の外輪の製造方法。

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