(57)【要約】【課題】クランク主軸の靭性を低下させることなく軸受けの長寿命化を図る。【解決手段】クランクシャフトを支持する転がり軸受けであって、内輪と外輪と保持器とを有する。内輪は、円筒形状の部材であって、クランクシャフトのクランク主軸の外周に取り付けられる。外輪は、内輪に対して同心状かつ相対的に回転可能に配置される。保持器は、内輪と外輪との間に配置され、内輪及び外輪に接して転動する複数の転動体を有する。内輪は、２つの分割面で分けられる半円筒形状の２つの内輪片を備える。内輪のクランク主軸に対する取り付け位置における２つの分割面の位置は、クランク主軸からかかる荷重が、内輪片の他の位置にかかる荷重に比べて低くなる位置とする。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクシャフトを支持する転がり軸受けであって、
前記クランクシャフトのクランク主軸の外周に取り付けられる円筒形状の内輪と、
前記内輪に対して同心状かつ相対的に回転可能に配置される外輪と、
前記内輪と前記外輪との間に配置され、前記内輪及び前記外輪に接して転動する複数の転動体を有する保持器と、
を備え、
前記内輪は、２つの分割面で分けられる半円筒形状の２つの内輪片を備え、
前記内輪のクランク主軸に対する取り付け位置における前記２つの分割面の位置は、前記クランク主軸からかかる荷重が、前記内輪片の他の位置にかかる荷重に比べて低くなる位置であることを特徴とする転がり軸受け。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転がり軸受けに関する。より具体的にはクランクシャフトを支持する軸受けとして用いられる転がり軸受けに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１には、分割型の転がり軸受けが記載されている。この軸受けは、クランク主軸等の軸を、転動自在に保持する保持器と、保持器の内側に配置される内輪と、保持器の外側に配置される外輪とを有し、内輪、保持器、及び、外輪のそれぞれは２分割された分割片により構成されている。また、特許文献１には、外輪を構成する２つの分割片である外輪片の合わせ位置に関して、最大転動体荷重位置からずれて配置されることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１０−２４２９１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
フリクション低減のため、クランク主軸の軸受けとして、転がり軸受けを用いることが検討されているが、クランク主軸の軸受けとして用いる場合には、高い軸受け面圧に対応する必要がある。高い面圧への対応として軸受け表面の高硬度化が考えられるが、軸受け表面を高硬度化すれば、それに合わせてクランク主軸表面の高硬度化も必要となる。しかし、クランク主軸の高硬度化は、クランク主軸の靭性低下を招く虞がある。クランク主軸の靭性低下は、ノイズバイブレーションの増加等に繋がる虞があるため好ましいものではない。この点、特許文献１では、転がり軸受けをクランク主軸の軸受けとして用いる場合の十分な検討がなされておらず、改善の余地が残る。
【０００５】
本発明は上記課題を解決することを目的として、クランク主軸の靭性低下を抑えつつ、高い軸受け面圧に耐えうる転がり軸受けを提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の転がり軸受けは、クランクシャフトを支持する転がり軸受けであって、内輪と外輪と保持器とを有する。内輪は、円筒形状の部材であって、クランクシャフトのクランク主軸の外周に取り付けられる。外輪は、内輪に対して同心状かつ相対的に回転可能に配置される。保持器は、内輪と外輪との間に配置され、内輪及び外輪に接して転動する複数の転動体を有する。内輪は、２つの分割面で分けられる半円筒形状の２つの内輪片を備える。内輪のクランク主軸に対する取り付け位置における２つの分割面の位置は、クランク主軸からかかる荷重が、内輪片の他の位置にかかる荷重に比べて低くなる位置である。
【発明の効果】
【０００７】
内輪の分割面を、クランク主軸の荷重が低い位置に配置することで、転動体が内輪の分割面を通過するときに集中的にかかる荷重を小さく抑えることができる。従って、クランク主軸の靭性低下に繋がるクランク主軸及び軸受けの表面硬度化を行うことなく、軸受けの寿命を長く確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】軸受け及びその周辺の構成を模式的に示す図である。
【図２】軸受けの構成を模式的に示す図である。
【図３】軸受けの内輪の構成を模式的に示す図である。
【図４】軸受けの保持器の構成を模式的に示す図である。
【図５】軸受けの外輪の構成を模式的に示す図である。
【図６】軸受けの荷重分布を示す図である。
【図７】軸受けの荷重分布を示す図である。
【図８】軸受けの荷重分布を示す図である。
【図９】クランクオフセット量と軸受けにかかる荷重が低い低荷重域の変位量との関係を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態について説明する。なお、各図において、同一または相当する部分には同一符号を付してその説明を簡略化ないし省略する。
【００１０】
図１は、本発明の実施の形態の軸受け及びその周辺の構成を模式的に示す図である。本実施の形態の軸受けは、内燃機関のクランクシャフトの軸受けとして用いられる転がり軸受けである。図１に示されるように、内燃機関の各気筒１には、ピストン２が配置されている。各ピストン２は、コンロッド３を介して、クランクシャフト４に連結されている。
【００１１】
クランクシャフト４は、各コンロッド３と連結される複数のクランクピン５を有している。複数のクランクピン５それぞれは、クランクアーム６を介して、クランク主軸７と連結される。
【００１２】
クランクシャフト４は、複数のクランク主軸７を有している。複数のクランク主軸７は、その中心軸が同一直線上にくるように離間して配置されている。本実施の形態では、気筒数が４であり、第１〜第５の５つのクランク主軸７を有する内燃機関について説明する。但し、気筒数及びそれに対応するクランク主軸の数に限定はない。図１に示す内燃機関では、オフセットクランク構造が採用されており、クランク主軸７の中心の位置と気筒１の中心軸とがＡだけオフセットされている。但し、本実施の形態の軸受けは、クランク主軸７がオフセットされておらず、クランク主軸７の中心の位置と気筒の中心軸の位置が一致する構成の内燃機関にも適用される。
【００１３】
各クランク主軸７は軸受けにより回転可能に支持されている。図２及び図３〜５は、軸受けの構成を模式的に示す図であり、図２は、クランクシャフトの軸方向に垂直な断面の正面視であり、図３〜５は、軸受けを構成する各部材を表している。なお、以下の説明において「断面」といった場合、特に説明する場合を除き、クランクシャフトの軸方向に垂直な断面を示すものとする。
【００１４】
図２に示されるように、軸受け１０は、クランク主軸７側、即ち、内側から順に、内輪２０と、保持器３０と、外輪４０とを有する。内輪２０はクランク主軸７の外周に取り付けられる部材である。図３に示されるように、内輪２０は２つの内輪片２２、２４により構成されている。内輪片２２及び２４は同一の半円筒形状を有する。即ち、内輪２０を、２つの内輪片２２及び２４に分ける２つの分割面２６は、中心軸を通り中心軸に平行な同一平面上にある。内輪片の外周側には、円周方向に外径の小さな溝部２８が形成されている。
【００１５】
保持器３０は、内輪２０と外輪４０との間に配置される。図４に示されるように、保持器３０は、１の分割面３２が設けられた、１つ割り構造である。保持器３０の円周方向には、転動体であるコロ３４が、一定の間隔で平行に並べられている。コロ３４は、クランク主軸７の中心軸に平行な軸を中心に回転自在に配置されている。なお、内輪２０の外周に設けられた溝部２８の幅及び深さは、このコロ３４の長さと突出量とに応じたものとなっている。
【００１６】
外輪４０は２つの外輪片４２、４４により構成されている。外輪片４２、４４は同一の半円筒形状を有している。即ち、外輪４０を外輪片４２と外輪片４４とに分ける分割面４６は、中心軸を通り、かつ中心軸に平行な同一面上にある。
【００１７】
ところで、内輪２０は、クランク主軸７の外周に取り付けられ、クランク主軸７の回転に伴い回転する部分である。保持器３０はコロ３４の回転によって内輪２０に対し相対的に回転して、クランク主軸７を回転自在に保持する。本実施の形態の軸受け１０のように２つ割り構成の内輪２０を用いる場合、内輪２０の分割面２６がコロ３４を随時通過することになるため、局所的な応力集中が通過ごとに発生し、軸受け１０の寿命を低下させる虞がある。
【００１８】
その対策として、本実施の形態の軸受け１０では、内輪２０の分割面２６を、クランク主軸７から軸受け１０が受ける荷重（以下「軸受荷重」と称する）が最も低荷重となる位置に配置する。
【００１９】
図６〜図８は、軸受荷重の分布を示す図である。図６〜図８の各図において、（ａ）は、第１及び第５のクランク主軸７、（ｂ）は、第２及び第４のクランク主軸７、（ｃ）は、第３のクランク主軸７の軸受け１０の場合を示している。また図６は、クランクオフセット量Ａ＝１０ｍｍの場合、図７はクランクオフセット量Ａ＝５ｍｍの場合、図８はクランクオフセット量Ａ＝０ｍｍ、即ち、クランクシャフトがオフセットされていない場合を示している。また、横軸のクランク主軸方向［ｄｅｇ］は、クランク主軸７の中心を通り、気筒１の中心軸に平行な方向かつクランクピンに近い側を０度とし、気筒１の中心軸とは反対側に向かう回転方向（即ち、図２の正面視においては左回り）の角度を示している。
【００２０】
図６の（ａ）及び（ｂ）に示されるように、クランクオフセット量Ａ＝１０ｍｍのケースでは、第１、第５のクランク主軸７及び第２、第４のクランク主軸７で、６０度と２４０度付近に、軸受け荷重が他の位置に比べて小さくなる低荷重域がある。また、この２つの低荷重域の間隔は、１８０度である。
【００２１】
図７の（ａ）及び（ｂ）に示されるように、クランクオフセット量Ａ＝５ｍｍのケースでは、第１、第５のクランク主軸７及び第２、第４のクランク主軸７で、７５度と２５５度の付近に、軸受け荷重が他の位置に比べて小さくなる低荷重域がある。また、この２つの低荷重域の間隔は、１８０度である。
【００２２】
図８の（ａ）及び（ｂ）に示されるように、クランクオフセット量Ａ＝０ｍｍのケースでは、第１、第５のクランク主軸７及び第２、第４のクランク主軸７で、９０度と１８０度の付近に、軸受荷重が他の位置に比べて小さくなる低荷重域がある。また、この２つの低荷重域の間隔は、１８０度である。
【００２３】
一方、図６の（ｃ）、図７の（ｃ）、図８の（ｃ）に示されるように、クランクオフセット量Ａに関わらず、第３のクランク主軸７の場合、他のクランク主軸７とは異なり、１８０度間隔の開いた低荷重域が存在しない。
【００２４】
以上より、軸受け１０の内輪２０の分割面２６は、第１〜第５のクランク主軸７の全ての軸受け１０について、クランク主軸に対する角度が同一の低荷重域に配置されるようにする。つまり、クランクオフセット量Ａ＝１０ｍｍの内燃機関の場合、軸受け１０の内輪２０の分割面２６は、６０度と２４０度付近になるように配置され、クランクオフセット量Ａ＝５ｍｍの内燃機関の場合、分割面２６は、７５度と２５５度付近、クランクオフセット量Ａ＝０ｍｍの内燃機関の場合、分割面２６は、９０度と２７０度付近となるようにそれぞれ配置される。
【００２５】
これにより、第１、第２、第４、第５のクランク主軸７の軸受け１０については、内輪２０の分割面２６を、軸受荷重が最も低くなる領域に配置することができる。また、第３のクランク主軸７の軸受け１０については、内輪２０の分割面２６を他の軸受け１０と同一の低荷重域に配置することで、全軸受け１０について内輪２０の分割面２６の位置の共通化が図られる。
【００２６】
また、図６〜図８に示されるように、１８０度の間隔を有する低荷重域は、ある程度の角度幅を有している。従って、分割面２６の設置位置についても、それぞれクランクオフセット量Ａに応じた低荷重域の角度に対し、±１５度程度の範囲内に収まるようにすればよい。
【００２７】
上述したように低荷重域は、クランクオフセット量に応じて異なっている。図９に、クランクオフセット量と低荷重域との関係を示す。図９において、横軸はクランクオフセット量Ａであり、縦軸は、低荷重域の水平面に対する変位角を示している。つまり、縦軸は、気筒１の中心軸に対して垂直な面（図２においては、９０度と２７０度を結ぶ面）に対する、正面視時計回りの回転角である。
【００２８】
クランクオフセット量と低荷重域の変位角には、一定の相関があり、図９に示されるように、低荷重域は、クランクオフセット量が大きくなるについて、その変位角が大きくなる。図６〜図８ではクランクオフセット量Ａが、１０ｍｍ、５ｍｍ、及び０の場合について説明したが、本実施の形態における軸受け１０は、あらゆるクランクオフセット量Ａのクランク主軸の軸受け１０にも用いることができる。即ち、本実施の形態において、軸受け１０の内輪２０の分割面２６の位置は、図９に示されるような、クランクオフセット量と低荷重域の変位量との関係に基づいて決定される。これにより、分割面２６は、軸受荷重が、内輪２０の他の位置に比べて低荷重となる位置に配置される。
【００２９】
以上説明したように、本実施の形態によれば、クランク主軸７からの荷重が最も低くなる位置に、内輪２０の分割面２６がくるように内輪片２２、２４がセットされる。これにより、分割面２６がコロ３４を通過することにより局所的にかかる応力を低減することができる。従って、軸受け１０の高硬度化をすることなく、軸受け１０の長寿命化を図ることができる。また、軸受け１０の高硬度化を必要としないため、それに伴うクランク主軸７の高硬度化も不要となる。従って、クランク主軸７の高硬度化に伴うクランク主軸７の靭性の低下も発生しない。即ち、本実施の形態の軸受け１０によれば、ノイズバイブレーションを増加させることなく軸受け１０の長寿命化を図ることができる。
【００３０】
なお、以上の実施の形態において各要素の個数、数量、量、範囲等の数に言及した場合、特に明示した場合や原理的に明らかにその数に特定される場合を除いて、その言及した数に、この発明が限定されるものではない。また、この実施の形態において説明する構造等は、特に明示した場合や明らかに原理的にそれに特定される場合を除いて、この発明に必ずしも必須のものではない。
【符号の説明】
【００３１】
１  各気筒
２  ピストン
３  コンロッド
４  クランクシャフト
５  クランクピン
６  クランクアーム
７  クランク主軸
１０  軸受け
２０  内輪
２２、２４  内輪片
２６  分割面
２８  溝部
３０  保持器
３２  分割面
３４  コロ
４０  外輪
４２、４４  外輪片
４６  分割面
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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