(57)【要約】【課題】  シャフトを支える転がり軸受部が故障した場合でも、シャフトの円滑な回転が維持され得る軸受を提供することを目的とする。【解決手段】  ハウジング３０に設けられた収容部３３に収容されると共に中空部２４を備えた外輪２０と、中空部２４に嵌め込まれ、シャフト１を回転可能に支持する転がり軸受部１０と、を備え、外輪２０は、転がり軸受部１０における摩擦トルクが外輪とハウジングとの静止摩擦トルクを上回った場合に、ハウジング３０に対して回転することを特徴としている。特に、ハウジング３０は、収容部３３に開口する給油口３１を有し、外輪２０は、外側に向かって突出した突出部２１を有し、突出部２１は、給油口３１の周囲と密着する密着部２５を有していることを特徴としている。【選択図】図１
2011231878.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ハウジングに設けられた収容部に収容されると共に中空部を備えた外輪と、
前記中空部に嵌め込まれ、シャフトを回転可能に支持する転がり軸受部と、を備え、
前記外輪は、前記転がり軸受部における摩擦トルクが前記外輪と前記ハウジングとの静止摩擦トルクを上回った場合に、前記ハウジングに対して回転することを特徴とする軸受。
【請求項２】
前記ハウジングは、前記収容部に開口する給油口を有し、
前記外輪は、外側に向かって突出した突出部を有し、
前記突出部は、前記給油口の周囲と密着する密着部を有していることを特徴とする請求項１に記載の軸受。
【請求項３】
前記密着部には、固体潤滑皮膜が備えられていることを特徴とする請求項２に記載の軸受。
【請求項４】
前記外輪と自身との距離の変位を検出する検出手段を備え、
前記検出手段は、前記変位を検出した場合に、前記転がり軸受部の異常を通知することを特徴とする請求項２又は３に記載の軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
内燃機関を構成する部品として例えばクランクシャフトやカムシャフトが知られている。特許文献１は、カムシャフトが転がり軸受によって支持されることを開示する。また、特許文献２は、すべり軸受けと転がり軸受けとを併用したクランクシャフトの軸受け装置であって、低回転時では、クランクシャフトを転がり軸受けにより回転させ、高回転時では、すべり軸受けにより回転させる構成を開示する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−２１５１５８号公報
【特許文献２】特開２００８−００８４１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、シャフトを支える転がり軸受部が故障した場合、玉やニードルなどの円滑な転がりが害され、転がり軸受部とシャフトとの摩擦が増大する。このため、シャフトの円滑な回転も阻害され、燃費の悪化につながる可能性がある。転がり軸受部が故障した場合におけるシャフトの円滑な回転を維持し得る技術は、上述した特許文献１及び２に開示されていない。
【０００５】
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであり、シャフトを支える転がり軸受部が故障した場合でも、シャフトの円滑な回転が維持され得る軸受を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するために、本発明の軸受は、ハウジングに設けられた収容部に収容されると共に中空部を備えた外輪と、中空部に嵌め込まれ、シャフトを回転可能に支持する転がり軸受部と、を備え、外輪は、転がり軸受部における摩擦トルクが外輪とハウジングとの静止摩擦トルクを上回った場合に、ハウジングに対して回転することを特徴としている。
この構成によれば、ハウジングの収容部に収容される外輪は、転がり軸受部における摩擦トルクが予め定めた外輪の静止摩擦トルクを上回った場合にハウジングに対して回転し、シャフトの円滑な回転を維持することができる。
【０００７】
また、本発明における軸受では、ハウジングは、収容部に開口する給油口を有し、外輪は、外側に向かって突出した突出部を有し、突出部は、給油口の周囲と密着する密着部を有していることを特徴としている。
この構成によれば、シャフトが転がり軸受部により回転している場合には、外輪の回転が抑えられていると共に、給油口からの潤滑油の給油も抑えられる。この結果、軸受に対する潤滑油の無駄な給油が抑えられ、燃費が向上する。
【０００８】
また、本発明における軸受では、密着部には、固体潤滑皮膜が備えられていることを特徴としている。
この構成によれば、外輪が回転した場合、外輪の円滑な回転が確保される。
【０００９】
また、本発明における軸受では、外輪と自身との距離の変位を検出する検出手段を備え、検出手段は、変位を検出した場合に、転がり軸受部の異常を通知することを特徴としている。
この構成によれば、転がり軸受部の異常がドライバーに通知される。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、シャフトを支える転がり軸受部が故障した場合でも、シャフトの円滑な回転を維持できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】軸受の断面図の一例である。
【図２】外輪の平面図及び側面図の一例である。
【図３】ハウジングの断面図の一例である。
【図４】外輪に設定される静止摩擦トルクを説明するためのグラフである。
【図５】潤滑油が供給される様子を例示する軸受の部分断面図である。
【図６】外輪の平面図及び側面図の他の一例である。
【図７】軸受の断面図の他の一例である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、図面を参照して本発明に係る実施例について説明する。
【実施例１】
【００１３】
図１は、本実施例に係る軸受１００の断面図の一例、図２は、外輪２０の平面図及び側面図の一例、図３は、ハウジング３０の断面図の一例である。
軸受１００は、図１に示すように、転がり軸受部１０と、外輪２０と、ハウジング３０とを有する。
【００１４】
転がり軸受部１０は、図１に示すように、シャフト１のジャーナル部を回転可能に支えている。転がり軸受部１０は、複数の転動体１１を備えている。転動体１１は、シャフト１の周囲に等間隔で配設されている。したがって、シャフト１が回転すると、各転動体１１は、自身を回転させながらシャフト１の周囲を回転する。尚、転がり軸受部１０は、ニードルころを利用したころ軸受であってもよいし、玉を利用した玉軸受であってもよい。
【００１５】
外輪２０は、図１及び図３に示すように、ハウジング３０に設けられた収容部３３に収容される。外輪２０には、図２（ｂ）に示すように、中空部２４が形成されている。中空部２４には、図１に示すように、転がり軸受部１０が嵌め込まれる。外輪２０は、ハウジング３０に対して回転可能である。図２（ａ）に示すように、外輪２０は、外側に向かって突出した突出部２１を有している。突出部２１の先端面には、後述する給油口３１の周囲と密着する密着部２５が形成されている。図２において、１つの突出部２１が示されているが、突出部２１は複数であってもよい。突出部２１は、シャフト１が転がり軸受部１０により回転している場合に、外輪２０の回転を抑えていると共に、給油口３１を封止して、潤滑油の供給を抑えている。外輪２０は、転がり軸受部１０における摩擦トルクが予め定めた外輪２０の静止摩擦トルクを上回った場合に、ハウジング３０に対して回転する。
【００１６】
さらに、外輪２０は、図１及び図２（ａ）に示すように溝部２２を有している。溝部２２は、外輪２０の外周に沿って設けられている。溝部２２は、突出部２１を挟むように形成されている。溝部２２には、給油口３１から供給された潤滑油が溜まる。潤滑油が溝部２２に供給され続け、潤滑油が溝部２２から溢れ出ると、外輪２０の外周面２０ａとハウジング３０の内周面３０ａとの間である摺動面に入り込む。
【００１７】
ハウジング３０は、図１に示すように、収容部３３に外輪２０を収容する。ハウジング３０には、図３に示すように、収容部３３に開口する給油口３１が形成されている。給油口３１には、オイルポンプによって吸い上げられた潤滑油が流通している。外輪２０が回転していない場合には、図１に示すように、突出部２１によって給油口３１は封止されている。特に、潤滑油の供給は封止によって抑えられているため、無駄な油漏れが回避される。外輪２０が回転すると、外輪２０の突出部２１によって抑えられていた潤滑油が溝部２２に供給される。潤滑油が溝部２２から溢れ出ると、摺動面に流れ込む。これにより、外輪２０の摺動不良や回転トルク増大が抑えられ、円滑な回転が確保される。
【００１８】
図４は、外輪２０に設定される静止摩擦トルクを説明するためのグラフである。
図４において、実線で示すグラフＡは、正常時における転がり軸受部１０における回転摩擦トルクを示している。破線で示すグラフＢは、外輪の回転摩擦トルクを示している。グラフＡもＢも、回転速度が上がるに従い、摩擦トルクが増大することを表している。
【００１９】
また、図４では、外輪２０が回転を開始する静止摩擦トルクＣが示されている。静止摩擦トルクＣは、グラフＡによって示される転がり軸受部１０における回転摩擦トルクより使用全回転域において大きく設定されている。特に、静止摩擦トルクは、転がり軸受部１０における回転摩擦トルクのばらつきも考慮して、一定の余裕（マージン）ｈを持たせて設定されている。このため、転がり軸受部１０が故障などを起こしていない正常時においては、外輪２０は回転しない。
【００２０】
一方、転がり軸受部１０が故障などを起こした異常時においては、グラフＡは急勾配となる。このため、回転速度が大きくなるにつれて、転がり軸受部１０における回転摩擦トルクは、設定された静止摩擦トルクを上回る場合が生じる。そして、回転摩擦トルクが設定された静止摩擦トルクを上回ると、外輪２０が回転する。外輪２０の回転摩擦トルクは、回転速度が小さいうちは、静止摩擦トルクより小さいが、回転速度が大きくなるにつれて、静止摩擦トルクよりも大きくなる。
【００２１】
図５は、潤滑油が供給される様子を例示する軸受１００の部分断面図である。
図５（ａ）に示すように、シャフト１が転がり軸受部１０により回転している場合には、外輪２０は回転しない。このため、給油口３１を流通し、破線の矢印Ｘのように溝部２２に流れようとする潤滑油は、外輪２０の密着部２５によって供給されない。
【００２２】
次いで、図５（ｂ）に示すように、転がり軸受部１０における回転摩擦トルクが、設定された外輪２０の静止摩擦トルクを上回った場合、外輪２０は回転を開始する。このため、給油口３１を塞いでいた外輪２０の密着部２５が、外輪２０の回転によって給油口３１の閉塞を解除する。これにより、潤滑油が破線の矢印Ｙのように、溝部２２に流れこむ。溝部２２に流れ込んだ潤滑油は、溝部２２から溢れ出ると、外輪２０の回転と共に、摺動面に流れ込む。この結果、外輪２０は円滑に回転する。
【実施例２】
【００２３】
続いて、本発明の第２実施例について図６を参照して説明する。
【００２４】
図６は、外輪２０の平面図及び側面図の他の一例である。
図６において、外輪２０の密着部２５には、固体潤滑皮膜２３が塗布されている。したがって、密着部２５と給油口３１の周辺とは、固体潤滑皮膜２３を介して当接している。固体潤滑皮膜２３は、初期なじみ、耐摩耗、摩擦調整、潤滑性などさまざまな機能を発揮する。特に、外輪２０の回転時では、固体潤滑皮膜２３は、潤滑作用と速やかな摩耗により、摺動面の摩擦を低減する。
【００２５】
外輪２０の静止摩擦トルクは、固体潤滑皮膜２３の膜厚及び表面積の少なくともいずれかに基づいて設定される。例えば、図６（ｂ）に示すように、固体潤滑皮膜２３の膜厚ｄが厚いほど、静止摩擦トルクは大きくなる。突出部２１と固体潤滑皮膜２３との密着度、給油口３１と固体潤滑皮膜２３との密着度が大きくなるためである。膜厚ｄは、例えば１０μｍ程度とすることができる。また、図６（ａ）,（ｃ）に示すように、固体潤滑皮膜２３の表面積が変わると、静止摩擦トルクも変わる。具体的には、表面積が大きくなると、静止摩擦トルクも大きくなる。突出部２１と固体潤滑皮膜２３との接触面積、給油口３１と固体潤滑皮膜２３との接触面積が大きくなるためである。
【００２６】
このように、外輪２０の密着部２５に固体潤滑皮膜２３を塗布することで、外輪２０が回転する場合、固体潤滑皮膜２３がない場合と比べて、より円滑な回転が実現する。尚、固体潤滑皮膜２３に関し、被塗物である外輪２０への密着性を高めるためのバインダには、例えばポリアミドイミドが使用される。また、固体潤滑剤の材料には、例えば二硫化モリブデン、グラファイト、テフロン（登録商標）などが使用される。さらに、表面処理は、固体潤滑皮膜に限らず、スズメッキ等の比較的摩擦係数が小さく、なじみ性の良い処理であれば良い。
【実施例３】
【００２７】
続いて、本発明の第３実施例について図７を参照して説明する。
【００２８】
図７は、軸受１００の断面図の他の一例である。
図７において、ハウジング３０の側部には、検出手段としての電磁ピックアップ３２が設けられている。電磁ピックアップ３２は、電磁誘導により、自身と外輪２０との距離の変位を検出する。電磁ピックアップ３２は、検出結果を電気信号として、例えばＥＣＵなど、内燃機関を制御する制御手段に送信する。尚、検出手段に制御手段を含めてもよい。また、うず電流や超音波等によって検出してもよい。
【００２９】
例えば、図７（ａ）に示すように、外輪２０が回転していない場合、又は外輪２０が回転していても、突出部２１が電磁ピックアップ３２と近接していない場合には、電磁ピックアップ３２と外輪２０との距離に変化がない。このような場合、電磁ピックアップ３２は、検出結果を送信しない。一方、図７（ｂ）に示すように、外輪２０が回転し、突出部２１が電磁ピックアップ３２と近接すると、電磁ピックアップ３２と外輪２０との距離が変化する。したがって、電磁ピックアップ３２は、検出結果を送信する。これにより、検出結果を受信した制御手段は、転がり軸受部１０が故障したと判定する。制御手段がこのような判定が行った場合、制御手段は、ドライバーへ転がり軸受部１０が故障した旨を音声や警告灯により通知したり、内燃機関の負荷を制限するような処置をとったりする。
【００３０】
検出手段として、例えば、電流式ギャップセンサ、静電容量式ギャップセンサ、超音波センサなどを電磁ピックアップ３２に代えて利用してもよい。また、潤滑油が流通するメインギャラリーに油圧センサを設置し、油圧センサにより検出された油圧値が予め定めた油圧値より低下していた場合に、制御手段は転がり軸受部１０に故障が発生したと判定してもよい。油圧センサは、油圧の値そのものを検出するセンサである。外輪２０の溝部２２に潤滑油が流れ込むと、メインギャラリーを流通する潤滑油が減少する。この結果、潤滑油が流れ込む前と比べて、メインギャラリーの油圧値が低下する。
【００３１】
さらに、ハウジング３０に油圧スイッチを設置し、油圧スイッチによる溝部２２の油圧値に基づいて、制御手段が転がり軸受部１０に発生した故障を判定してもよい。油圧スイッチは、予め定めた油圧値を超えているか否かを判定する。例えば、溝部２２に潤滑油が流れ込み、流れ込んだ潤滑油の油圧値が予め定めた油圧値を超えていると油圧スイッチが判定すると、転がり軸受部１０に故障が発生したと判定できる。
【００３２】
以上、本発明の好ましい実施形態について詳述したが、本発明は係る特定の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の要旨の範囲内において、種々の変形・変更が可能である。特に、本発明は、上述した実施例における外輪２０及び転がり軸受部１０一般に適用可能であるが、使用回転数が低く、また摩擦トルク増大時にカム位相ずれにより内燃機関の故障が懸念されるカムシャフトに適している。
【符号の説明】
【００３３】
１  シャフト
１０  転がり軸受部
１１  転動体
２０  外輪
２１  突出部
２２  溝部
２３  固体潤滑皮膜
２４  中空部
２５  密着部
３０  ハウジング
３１  給油口
３２  電磁ピックアップ
３３  収容部
１００  軸受
【図１】
2011231878.tif 000003
【図２】
2011231878.tif 000004
【図３】
2011231878.tif 000005
【図４】
2011231878.tif 000006
【図５】
2011231878.tif 000007
【図６】
2011231878.tif 000008
【図７】
2011231878.tif 000009