JPWO2007013317A1 - 針状ころ軸受 - Google Patents

Abstract

針状ころ軸受は、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を備える。そして、２つの外輪部材の突合部上を通過する針状ころ１４と外輪部材１２との非接触長さＬと、針状ころ１４の有効長さｗとは、Ｌ／ｗ＜０．５の関係を有する。

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６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の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、少ない給油量で機能を満足させ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号公報に記載されている。米国特許第１９２１４８８号公報に記載されている針状ころ軸受は、図７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。

図７に示したような外輪部材４ａ，４ｂの突合部分では、円周方向にある程度の隙間を生じる。この隙間は、製造時に生じる誤差だけでなく、嵌め合いや温度膨張等を考慮するとある程度必要である。

しかし、針状ころが突合部分を通過する際、針状ころと外輪部材との接触長さは短くなるので、隙間が必要以上に大きいと、針状ころの転動面の一部分に負荷が集中し、偏摩耗を生じる等のトラブルが発生する恐れがある。

そこで、この発明は、複数の外輪部材の突合部の円周方向隙間を適正化し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、軸受の軸線方向に延びる分割線によって分割された複数の外輪部材を有する外輪と、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を備える。そして、隣接する外輪部材の突合部における外輪部材と針状ころとの非接触長さＬと、針状ころの有効長さｗとは、Ｌ／ｗ＜０．５の関係を有する。

上記構成のように、突合部上でも針状ころの有効長さの５０％以上が外輪部材と接触していれば、荷重が転動面の一部分に集中することによる偏摩耗等のトラブルを回避することができる。なお、本明細書中「針状ころの有効長さ」とは、ころ長さから両端の面取り部を除いた部分の長さを指すものとする。

好ましくは、外輪部材は、その一方端に先端が円弧であるＶ字型凸部と、その他方端にＶ字型凸部に対応するＶ字型凹部とを有する。そして、Ｖ字型凸部の中心角をθ、Ｖ字型凸部先端の円弧の曲率半径をＲ、および突合部の円周方向隙間をａとしたときの針状ころの有効長さｗは、以下の関係を満たす。

外輪部材の端部に設けられたＶ字型凸部とＶ字型凹部とを突合させて外輪を形成する針状ころ軸受の場合、針状ころの有効長さｗは、上記式によって算出することが可能である。そして、針状ころの有効長さｗが上記式を満たしていれば、針状ころ転動面の偏摩耗等のトラブルを回避することができる。

複数の外輪部材の突合部における円周方向隙間を適正化することにより、耐久性に優れ、針状ころの円滑な回転を維持可能な針状ころ軸受を得ることができる。

この発明の一実施形態に係る針状ころ軸受の外輪部材の突合部を示す図である。 図１に示した外輪部材の突合部の詳細図である。 図２Ａに示した外輪部材の部分拡大図である。 この発明の一実施形態に係る針状ころ軸受を示す正面図である。 図３Ａの線Ａ−Ａ´に沿って見た断面図である。 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縦断面図である。 図４Ａの外輪部材を矢印Ｂ方向から見た図である。 図４Ａの外輪部材を矢印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正面図である。 図５Ａの線Ｄ−Ｄ´に沿って見た断面図である。 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。

図１〜図５Ｂ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３Ａおよび図３Ｂ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４Ａ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。

また、図４Ｂおよび図４Ｃに示すように、外輪部材１２の円周方向の一方側端部はＶ字型凸部で、他方側端部はＶ字型凸部に対応するＶ字型凹部であり、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５Ａ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５Ｂに示すように、保持器１５は円周上の一箇所で軸線方向に分割されており、保持器１５を弾性変形させて軸へ組み込んだ後、端部分の凸部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の一部が分割されているので、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。

上記構成の針状ころ軸受１１は、図１に示すように、２つの外輪部材１２の突合部に円周方向の隙間が設けられている。このとき、突合部上を通過する針状ころ１４および外輪部材１２の非接触長さＬと、針状ころ１４の有効長さｗとは、Ｌ／ｗ＜０．５の関係を有する。これにより、針状ころ１４の転動面の一部分に荷重が集中することを防止できるので、転動面の偏摩耗等のトラブルを回避することが可能となる。

次に、図２Ａおよび図２Ｂを参照して、最小限必要な針状ころの有効長さの算出方法について説明する。

図２Ａおよび図２Ｂに示す針状ころ軸受１１の外輪部材１２は、その一方端に先端が円弧であるＶ字型凸部と、その他方端にＶ字型凸部に対応するＶ字型凹部とを有し、このＶ字型の凹凸を組み合わせることにより外輪１３を形成する。

ここで、外輪部材１２の円周方向隙間をａ、Ｖ字型の中心角をθとすると、外輪部材１２と針状ころ１４の非接触長さＬは、以下の式で表される。

なお、δは、Ｖ字型凸部の先端を円弧形状としたことによって生じた円周方向隙間であり、図２Ｂに示すように、Ｖ字型突部先端の円弧の曲率半径をＲとすると、δは、以下の式で表される。

ここで、上記の通り、偏摩耗等のトラブルを防止するためには、Ｌ／ｗ＜０．５を満たす必要があるので、数式２および数式３を代入すると、針状ころ１４の有効長さｗを算出することができる。

したがって、有効長さｗが数式４を満たすような針状ころ１４を使用することにより、耐久性に優れ、針状ころ１４の円滑な回転を維持可能な針状ころ軸受１１を得ることができる。

なお、外輪部材１２と針状ころ１４との非接触長さＬを小さくするためには、外輪部材１２の円周方向隙間ａを小さくすること、Ｖ字型凸部の中心角θを小さくすること、Ｖ字型凸部先端の円弧の曲率半径Ｒを小さくすることが考えられる。

次に、この発明の効果を確認するために、外輪部材と針状ころとの非接触長さＬを変えて、ラジアル荷重を負荷した状態で回転させたときの軸受寿命を測定する試験を行った。試験条件を以下に示す。また、試験結果は、表１の通りである。

非接触長さＬ ：３ｍｍ、５ｍｍ、６ｍｍ
ラジアル荷重：５０００（Ｎ）
回転数 ：３０００（ｒｐｍ）

表１は、非接触長さを０ｍｍにしたときの軸受を基準とした試験結果の寿命比（Ｌ_５０）を示す表である。これによると、非接触長さＬが針状ころの有効長さｗの５０％以下の場合には、軸受寿命の低下は見られなかった。これにより、この発明の効果が確認された。

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。

また、上記の実施形態において、外輪部材１２の突合部分は、１つのＶ字型凸部と１つのＶ字型凹部とを組み合わせた形状とした例を示したが、これに限ることなく、例えば、複数の凸部と複数の凹部とを組み合わせた形状としてもよい。

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。

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。

Claims (2)

1. 軸受の軸線方向に延びる分割線によって分割された複数の外輪部材を有する外輪と、
   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を備え、
   隣接する前記外輪部材の突合部における前記外輪部材と前記針状ころとの非接触長さＬと、前記針状ころの有効長さｗとは、
   Ｌ／ｗ＜０．５
   の関係を有する、針状ころ軸受。
2. 前記外輪部材は、その一方端に先端が円弧であるＶ字型凸部と、その他方端に前記Ｖ字型凸部に対応するＶ字型凹部とを有し、
   前記Ｖ字型凸部の中心角θ、前記Ｖ字型凸部先端の円弧の曲率半径Ｒ、および前記突合部の円周方向隙間ａとしたときの前記針状ころの有効長さｗは、
   

   

   を満たす、請求項１に記載の針状ころ軸受。

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