JP4545122B2

JP4545122B2 - ころ軸受

Info

Publication number: JP4545122B2
Application number: JP2006187542A
Authority: JP
Inventors: 達夫川瀬
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2006-07-07
Filing date: 2006-07-07
Publication date: 2010-09-15
Anticipated expiration: 2026-07-07
Also published as: JP2008014441A

Description

この発明は、特に自動車用エンジンのクランク軸やカムシャフトの支持部、あるいはコンロッドとクランク軸およびピストンとの連結部等のような変動荷重を受ける箇所に使用するに適したころ軸受に関する。

図７は自動車用エンジンのクランク軸およびコンロッドを示している。クランク軸１０は、回転中心軸１０ａと、バランスウェイト１０ｂと、クランクピン１０ｃとで構成され、回転中心軸１０ａが軸受１２により回転自在に支持されている。コンロッド１１は、両端の大径端部１１ａおよび小径端部１１ｂにそれぞれピン挿入穴１１ｃが形成されており、大径端部１１ａのピン挿入穴１１ｃには前記クランクピン１０ｃがコンロッド１１に対して軸受１３を介して回転自在に挿入され、小径端部１１ｂのピン挿入穴１１ｃにはピストンピン（図示せず）が軸受（図示せず）を介してコンロッド１１に対して回転自在に挿入されている。

上記クランク軸１０の支持部に用いられる軸受１２や、コンロッド１１とクランク軸１０の連結部に用いられる軸受１３は、ピストンの爆発的な往復運動に伴う変動荷重を受ける。このため、上記軸受としてころ軸受または針状ころ軸受が使用される場合、振動や騒音が大きいという問題がある。また、軸受の長寿命化が望まれている。これらの問題は、カムシャフトを支持する軸受についても言える。

このような問題に対する従来技術として、転がり軸受のアウターレースの外周面とシャフト穴内周面との間にオイルフィルム部を形成して騒音の防止を図ったものがある（特許文献１）。

また、クランク軸の主支承装置の製造および組立を容易にするために、クランク軸支持用軸受を、外輪に当たるハーフシェルが分割され、それがスリットの設けられた弾性的リングで取り囲んだ構造とした従来技術がある（特許文献２）。
特開平６−２２９４１５号公報特表２００２−５２５５３３号公報

特許文献１に記載の軸受は、アウターレースの外周面とシャフト穴内周面との間に均一間隔の間隙を形成し、その間隙に潤滑油を充填してオイルフィルムとしたものである。この構成は、オイルフィルムのクッション作用は得られるものの、潤滑油自体でラジアル方向の軸荷重を支持するという作用はあまり得られない。このため、クランク軸の支持部や、コンロッドとクランク軸の連結部等の変動荷重を受ける箇所に使用した場合、振動や騒音の低減を十分に達成することはできない。また、軸受の長寿命化の達成は困難である。

この発明の目的は、ころと内輪または軸、およびころを外輪または軸受使用機器の接触面圧を軽減することができて、振動や騒音が少なく、かつ転動疲労寿命の長いころ軸受を提供することである。

この発明のころ軸受は、一対の円環部およびこれら円環部間を繋ぐ円周方向複数箇所の柱部を有し隣合う柱部間がそれぞれポケットとなるリング状の保持器と、この保持器の前記各ポケットにそれぞれ一つずつ保持された複数のころとを備え、これら複数のころが、内輪または軸の外周面からなる内輪側外周面、および外輪または軸受使用機器の内周面からなる外輪側内周面に転接するころ軸受において、前記保持器の内周面および外周面における前記円環部の全体、および前記柱部の円環部近傍部分を、前記内輪側外周面および外輪側内周面に滑り接触してラジアル方向の荷重を支持する滑り軸受として機能するものとし、前記保持器は、複数のころを等間隔に保持すると共に、前記ころと共に荷重の一部を負担することを特徴とする。保持器内周面と内輪側外周面との間、および保持器外周面と外輪側内周面との間には潤滑油を保持させる。
この構成とすると、保持器の内周面および外周面における円環部の全体、および柱部の円環部近傍部分が滑り軸受として機能するため、保持器により軸荷重の一部を負担することができる。そのため、ころと内輪または軸との接触面圧、およびころと外輪または軸受使用機器との接触面圧を軽減することができる。接触面圧が低下することで、その接触箇所で生じる振動を低減し、かつ軸受の騒音を低減することができる。加えて、転動疲労に対する軸受寿命の延長が可能となる。
また、内輪側周面および外輪側周面との間で潤滑油を保持して滑り軸受として機能する箇所を、保持器の内周面および外周面における円環部の全体、および柱部の円環部近傍部分としているため、保持器の柱部における円環部近傍部分以外の部分については形状等に関する制約が少なく、柱部をころの保持に適した形状とすることができる。
前記内輪または軸、および外輪または軸受使用機器のいずれか一方または両方が、円筒状の部材からなるものとしても良い。

前記保持器の前記滑り軸受として機能する面に、油膜形成能力を高める手段を設けるのが良い。その場合、油膜形成能力を高める手段は、保持器の内周面および外周面に付与され、軸方向に垂直な断面が、円弧状、三角形状、若しくは長方形状等の波形となる断面形状、または前記保持器の内周面および外周面に分散して設けたディンプル若しくは突起とすることができる。
このように保持器の滑り軸受として機能する面に油膜形成能力を高める手段を設けると、保持器内周面と内輪側周面との間、および保持器外周面と外輪端部の内周面との間に形成される潤滑油の油膜が安定する。その安定した油膜によって外力を支持することにより、ころと内輪または軸との接触面圧、およびころと外輪または軸受使用機器との接触面圧を軽減することが可能になる。

外輪を有する場合、この外輪および前記保持器の両方、またはいずれか一方を、円周方向に並ぶ２個の分割体に分割すると良い。外輪や保持器を２個の分割体に分割すると、軸受の組立が容易になる。

この発明のころ軸受は、上記作用が得られるため、自動車用エンジンのクランク軸、またはコンロッドの支持軸受用として好適に使用することができる。

この発明のころ軸受は、一対の円環部およびこれら円環部間を繋ぐ円周方向複数箇所の柱部を有し隣合う柱部間がそれぞれポケットとなるリング状の保持器と、この保持器の前記各ポケットにそれぞれ一つずつ保持された複数のころとを備え、これら複数のころが、内輪または軸の外周面からなる内輪側外周面、および外輪または軸受使用機器の内周面からなる外輪側内周面に転接するころ軸受において、前記保持器の内周面および外周面における前記円環部の全体、および前記柱部の円環部近傍部分を、前記内輪側外周面および外輪側内周面に滑り接触してラジアル方向の荷重を支持する滑り軸受として機能するものとし、前記保持器は、複数のころを等間隔に保持すると共に、前記ころと共に荷重の一部を負担するため、ころと内輪または軸、およびころを外輪または軸受使用機器の接触面圧を軽減することができて、振動や騒音が少なく、かつ転動疲労寿命の延長を図ることができる。

この発明の実施形態を図１および図２と共に説明する。このころ軸受は、外輪１と、この外輪１の内周面からなる外輪側内周面１ａに転接する複数のころ２と、リング状の保持器３とを有する。保持器３は、円周方向に並ぶ複数のポケット３ａを有し、各ポケット３ａにころ２が保持されている。内輪は無く、この軸受が支持する軸４の外周面からなる内輪側外周面４ａにころ２が転接するものとされている。外輪１と軸４との間の軸受空間は図示しない密封手段により密封されており、この密封された軸受空間内に潤滑油が保持されている。あるいは、図示しない潤滑油供給孔から潤滑油が供給され軸受空間内に潤滑油が保持される。

保持器３は、軸方向両端に位置する左右一対の円環部５と、これら円環部５間を繋ぐ円周方向複数個所の柱部６とからなり、隣合う柱部６間が、ころ２を保持するポケット３ａとなっている。この実施形態では、円環部５の内周面および外周面は、内輪側外周面４ａおよび外輪側内周面１ａにそれぞれ沿う平滑面として形成されている。柱部６は、外周面が円環部５の外周面の延長面として形成された円環部近傍部分６ａと、この円環部近傍部分６ａよりも外径が若干小さく形成された大径部分６ｂと、この大径部分６ｂの内端に続き縮径側に屈曲した縮径部分６ｃと、左右の縮径部分６ｃの内端同士を繋ぐ小径部分６ｄとからなる。

保持器３が上記形状であることにより、保持器３の内周面における円環部５の全体と軸４の内輪側内周面４ａとの間の隙間に潤滑油が保持されると共に、保持器３の外周面における円環部５の全体および柱部６の円環部近傍部分６ａと外輪１の外輪側内周面１ａとの間の隙間に潤滑油が保持される。このように保持された潤滑油の油膜を介して、保持器３と軸４、および保持器３と外輪１とが互いに滑り接触する。このため、保持器３の内周面における円環部５の全体は、軸４と円滑に回転自在でありながらラジアル方向の荷重を支持することのできる滑り軸受として機能する。同様に、保持器３の外周面における円環部５の全体および柱部６の円環部近傍部分６ａは、外輪１と円滑に回転自在でありながらラジアル方向の荷重を支持することのできる滑り軸受として機能する。すなわち、保持器３は、複数のころ２を等間隔に保持する役割と、ころ２と共に軸荷重の一部を負担する役割とを担っている。

このころ軸受は、例えば図７に示すクランク軸１０支持用の軸受１２や、コンロッド１１とクランク軸１０の連結部の軸受１３に適用される。軸受１２に適用する場合、軸４はクランク軸１０の回転中心軸１０ａである。また、軸受１３に適用する場合、軸４はクランク軸１０のクランクピン１０ｃであり、外輪１はコンロッド１１の大径端部１１ａである。このころ軸受は、上記軸受１２，１３の他に、コンロッド１１の小径端部１１ｂとピストンピン（図示せず）との連結部の軸受や、カムシャフト支持部の軸受にも適用することもできる。さらに、これら以外の変動荷重を受ける箇所の軸受として適用することができる。

上記構成のころ軸受は、保持器３の内周面における円環部５の全体、および保持器３の外周面における円環部５の全体および柱部６の円環部近傍部分６ａが、滑り軸受として機能してラジアル方向の荷重を支持するため、ころ２と軸４との接触面圧、およびころ２と外輪１との接触面圧を軽減することができる。接触面圧が低下することで、ころ２と軸４との接触部およびころ２と外輪１との接触部で生じる振動を低減し、かつ軸受の騒音を低減することができる。加えて、転動疲労に対する軸受寿命の延長が可能となる。

上記したように、保持器円環部５と共に保持器柱部６の一部が滑り軸受として機能するものとしているが、柱部６のうち滑り軸受として機能するのは円環部近傍部分６ａだけに限定しているため、柱部６全体の形状については制約が少なく、柱部６をころ２の保持に適した形状とすることができる。

この実施形態では、滑り軸受として機能する保持器柱部６の円環部近傍部分６ａを保持器３の外周面に設けてあるが、円環部近傍部分６ａを保持器３の内周面に設けてもよく、あるいは内周面および外周面の両方に設けても良い。

図３〜図５は上記実施形態のものとは円環部５の内外表面の軸方向に垂直な断面形状が異なる保持器を示す。図３は円弧を連ねてなる波形の断面形状としたものである。図４は三角形状の凹凸となる波形の断面形状としたものである。図５は長方形状の凹凸となる波形状断面形状としたものである。なお、図示は省略するが、柱部６の円環部近傍部分６ａの内周面または外周面も円環部５の内周面または外周面と同一断面形状とする。

保持器円環部５および柱部６の円環部近傍部分６ａの表面を図３〜図５のいずれの断面形状にした場合でも、保持器３と軸４、あるいは保持器３と外輪１が相対運動する時、保持器３の内周面における円環部５全体と内輪側外周面４ａとの間、並びに保持器３の外周面における円環部５全体および柱部６の円環部近傍部分６ａと外輪側内周面１ａとの間に油膜形成を促進することができる。このため、安定した油膜を得ることができ、その安定した油膜を介して保持器３が軸荷重の一部を支持することにより、ころ２と軸４との接触面圧、およびころ２と外輪１との接触面圧を軽減することが可能になる。

保持器３の内周面および外周面での油膜形成能力を高める手段としては、上記図３〜図５のように表面を波形となる断面形状とする代わりに、表面にディンプル若しくは突起を分散して設けたものとしても良い（図示省略）。

また、図６に示すように、外輪１および保持器３を、それぞれ円周方向に並ぶ２個の外輪分割体１_１，１_２および保持器分割体３_１，３_２に２分割しても良い。このように外輪１および保持器３を２分割することで、軸受の組立性を向上させることができ、例えば自動車用エンジンにおけるクランク軸支持用の軸受や、コンロッドとクランク軸の連結部の軸受に用いるのに適したものとなる。

上記実施形態では、内輪が無く、ころ２が軸４に直接に接触する構成のころ軸受を例示しているが、この発明のころ軸受は、内輪を有する構成であっても良く、その場合も上記各実施形態と同様な作用効果が得られる。また、外輪が無く、ころ２が軸受使用機器の内周面に直接に転接する構成であっても良く、その場合も上記各実施形態と同様な作用効果が得られる。

この発明の実施形態にかかるころ軸受の一部を省略した図で、（Ａ）はＩＡ−Ｏ−ＩＡ断面図、（Ｂ）はＩＢ−ＩＢ断面図で、（Ｃ）はＩＣ−ＩＣ断面図である。図１（Ｂ）のII部拡大図である。異なる保持器を有するころ軸受の一部の断面図である。さらに異なる保持器を有するころ軸受の一部の断面図である。さらに異なる保持器を有するころ軸受の一部の断面図である。異なるころ軸受の外輪および保持器の正面図である。自動車用エンジンのクランク軸およびコンロッドを示す説明図である。

符号の説明

１…外輪
１_１，１_２…外輪分割体
１ａ…外輪側内周面
２…ころ
３…保持器
３_１，３_２…保持器分割体
３ａ…ポケット
４…軸
４ａ…内輪側外周面
５…円環部
６…柱部
６ａ…円環部近傍部分

Claims

一対の円環部およびこれら円環部間を繋ぐ円周方向複数箇所の柱部を有し隣合う柱部間がそれぞれポケットとなるリング状の保持器と、この保持器の前記各ポケットにそれぞれ一つずつ保持された複数のころとを備え、これら複数のころが、内輪または軸の外周面からなる内輪側外周面、および外輪または軸受使用機器の内周面からなる外輪側内周面に転接するころ軸受において、
前記保持器の内周面および外周面における前記円環部の全体、および前記柱部の円環部近傍部分を、前記内輪側外周面および外輪側内周面に滑り接触してラジアル方向の荷重を支持する滑り軸受として機能するものとし、前記保持器は、複数のころを等間隔に保持すると共に、前記ころと共に荷重の一部を負担することを特徴とするころ軸受。
請求項１において、前記内輪または軸、および外輪または軸受使用機器のいずれか一方または両方が、円筒状の部材からなるころ軸受。
請求項１または請求項２において、前記保持器の前記滑り軸受として機能する面に、油膜形成能力を高める手段を設けたころ軸受。
請求項３において、前記油膜形成能力を高める手段が、保持器の内周面および外周面に付与され、軸方向に垂直な断面が、円弧状、三角形状、若しくは長方形状等の波形となる断面形状、または前記保持器の内周面および外周面に分散して設けたディンプル若しくは突起であるころ軸受。
請求項１〜請求項４のいずれか１項において、外輪を有し、この外輪および前記保持器の両方、またはいずれか一方を、円周方向に並ぶ２個の分割体に分割したころ軸受。
請求項１〜請求項５のいずれか１項において、自動車用エンジンのクランク軸、またはコンロッドの支持軸受用として用いられるものとしたころ軸受。