(57)【要約】【課題】種々の条件下で適正な摺動状態を確保することができると共にフリクションを低減し耐久性を向上することができる転がり軸受を提供する。【解決手段】環状の軌道輪２に沿って転動可能であると共に熱膨張率が互いに異なる第１転動体３１と第２転動体３２とを有する転動手段４と、第１転動体３１及び第２転動体３２を軌道輪２に沿って所定の隙間をあけて保持する保持手段５とを備えるので、種々の条件下で適正な摺動状態を確保することができると共にフリクションを低減し耐久性を向上することができる。【選択図】図１
2008164010.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
環状の軌道輪に沿って転動可能であると共に熱膨張率が互いに異なる第１転動体と第２転動体とを有する転動手段と、
前記第１転動体及び前記第２転動体を前記軌道輪に沿って所定の隙間をあけて保持する保持手段とを備えることを特徴とする、
転がり軸受。
【請求項２】
前記保持手段は、転動不能に設けられると共に隣接する第１転動体又は第２転動体同士の周方向に対する接触を規制するセパレート部を有することを特徴とする、
請求項１に記載の転がり軸受。
【請求項３】
前記第１転動体及び前記第２転動体は、前記軌道輪の周方向に対して対称な位置に各々設けられることを特徴とする、
請求項１又は請求項２に記載の転がり軸受。
【請求項４】
前記第１転動体と前記第２転動体とは、低温状態における外径が等しく設定されることを特徴とする、
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の転がり軸受。
【請求項５】
前記第１転動体と前記第２転動体とは、高温状態における外径が等しく設定されることを特徴とする、
請求項１乃至請求項３のいずれか１項に記載の転がり軸受。
【請求項６】
前記第１転動体又は前記第２転動体の一方は、鋼材により形成され、
前記第１転動体又は前記第２転動体の他方は、セラミック材により形成されることを特徴とする、
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の転がり軸受。
【請求項７】
前記第１転動体又は前記第２転動体の一方は、鋼材により形成され、
前記第１転動体又は前記第２転動体の他方は、形状記憶合金材により形成されることを特徴とする、
請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸受に関し、特に、複数の転動体が軌道輪に沿って転動自在に設けられる転がり軸受に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来から、この種の転がり軸受では、回転軸の外周面と外輪の内周面との間に潤滑油を介して複数の転動体を配置することで、この回転軸を回転自在に支持している。このような転がり軸受として、例えば、特許文献１には、セラミックや鋼材により形成される球状の転動体の間に、鋼材や樹脂材により転動体よりも小径状に形成されこの転動体と共に転動可能な球状セパレータを配置することで、転動体同士の接触を防止し、発熱や玉詰りを防止する転がり玉軸受が開示されている。また、特許文献２には、転動体としての負荷用玉と、これよりも小径で負荷用玉と共に転動可能なセパレータとしてのスペーサ用玉とを交互に配置し負荷用玉のうち少なくとも１つを金属性とし残りをセラミック製とすることで、通電性を確保しつつ寿命・防塵性を向上させる動部用総玉軸受が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開平９−１６６１３３号公報
【特許文献２】特開２００１−４１２３２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した特許文献１に記載された転がり玉軸受や特許文献２に記載された揺動部用総玉軸受では、いずれも転動可能な転動体とこれよりも小径のセパレータとが接触しあっていることから一方の動きが他方の動きに支配され、例えば、回転軸と外輪に伴って転動する転動体の動きに対して、これよりも小径であるため自転速度が相対的に遅くなるセパレータの動きが支配され、この結果、セパレータの引きずりが生じ、転動体とセパレータとの間に摩擦力が生じ、摺動抵抗が増加することがあった。すなわち、回転軸と外輪に接触していないセパレータも転動体と共に動いてしまい、これにより転動体の転動が阻害されることがあり、適正な摺動状態が確保されないことがあった。また、硬度が大きいセラミックの転動体が他の転動体、セパレータを摩耗させてしまうこともあった。さらに、このような転がり軸受は、例えば、近年の内燃機関の高出力化、高速化等に伴って、高速回転条件下や低粘度潤滑剤下など様々な条件下で使用される場合が多くなっており、種々の条件下で使用可能な軸受仕様が要求されている。
【０００５】
そこで本発明は、種々の条件下で適正な摺動状態を確保することができると共にフリクションを低減し耐久性を向上することができる転がり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】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明による転がり軸受は、環状の軌道輪に沿って転動可能であると共に熱膨張率が互いに異なる第１転動体と第２転動体とを有する転動手段と、前記第１転動体及び前記第２転動体を前記軌道輪に沿って所定の隙間をあけて保持する保持手段とを備えることを特徴とする。
【０００７】
請求項２に係る発明による転がり軸受では、前記保持手段は、転動不能に設けられると共に隣接する第１転動体又は第２転動体同士の周方向に対する接触を規制するセパレート部を有することを特徴とする。
【０００８】
請求項３に係る発明による転がり軸受では、前記第１転動体及び前記第２転動体は、前記軌道輪の周方向に対して対称な位置に各々設けられることを特徴とする。
【０００９】
請求項４に係る発明による転がり軸受では、前記第１転動体と前記第２転動体とは、低温状態における外径が等しく設定されることを特徴とする。
【００１０】
請求項５に係る発明による転がり軸受では、前記第１転動体と前記第２転動体とは、高温状態における外径が等しく設定されることを特徴とする。
【００１１】
請求項６に係る発明による転がり軸受では、前記第１転動体又は前記第２転動体の一方は、鋼材により形成され、前記第１転動体又は前記第２転動体の他方は、セラミック材により形成されることを特徴とする。
【００１２】
請求項７に係る発明による転がり軸受では、前記第１転動体又は前記第２転動体の一方は、鋼材により形成され、前記第１転動体又は前記第２転動体の他方は、形状記憶合金材により形成されることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明に係る転がり軸受によれば、熱膨張率が互いに異なる第１転動体と第２転動体を設け、保持手段によりこの第１転動体及び第２転動体を軌道輪に沿って所定の隙間をあけて保持するので、種々の条件下で適正な摺動状態を確保することができると共にフリクションを低減し耐久性を向上することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下に、本発明に係る転がり軸受の実施例を図面に基づいて詳細に説明する。なお、この実施例によりこの発明が限定されるものではない。また、下記実施例における構成要素には、当業者が置換可能かつ容易なもの、或いは実質的に同一のものが含まれる。
【実施例１】
【００１５】
図１は、本発明の実施例１に係る軸受の径方向の概略断面図、図２は、本発明の実施例１に係る軸受の切欠斜視図、図３は、本発明の実施例１に係る軸受の軸線方向の部分断面図、図４は、本発明の実施例１に係る軸受の低温状態における径方向の部分断面図、図５は、本発明の実施例１に係る軸受の高温状態における径方向の部分断面図、図６は、本発明の実施例１に係る軸受における回転軸回転速度と接触面圧、軸受温度との関係を示す線図である。
【００１６】
図２乃至図４に示すように、実施例１に係る転がり軸受としての軸受１は、環状の軌道輪２に沿って複数の転動体３を有する転動手段としての転動部４が転動自在に設けられ、例えば、内燃機関のカムシャフトやクランクシャフトなどの種々の回転軸を回転自在に支持するものである。以下、本実施例の軸受１は、内燃機関のカムシャフトを回転自在に支持する転がり軸受に適用するものとして説明するが、これに限らず、種々の装置の回転軸を支持する転がり軸受にも適用可能である。
【００１７】
なお、以下の説明において特に断りのない限り、「軸受の軸線方向」とは軸受１が支持する回転軸の軸線方向をいい、「軸受の径方向」とは軸線方向と直交する方向をいい、「軸受の周方向」とは回転軸線を回転の中心として回転する方向をいう。
【００１８】
軸受１は、シリンダヘッドに取り付けられたカムジャーナル等の支持部に対して相対移動しないように設けられ、内燃機関のカムシャフトの回転軸２ａをこの支持部に回転自在に支持する。内燃機関のカムシャフトは、内燃機関の燃焼室を開閉する弁体としての吸気弁や排気弁を開閉駆動するためのもので、この回転軸２ａ周りに複数のカムを有している。そして、このカムシャフトは、内燃機関のピストンの往復運動に伴って回転可能なクランクシャフトとタイミングチェーン等を介して連動可能となっている。すなわち、カムシャフトは、クランクシャフトに同期して回転する。
【００１９】
軸受１は、上述の環状の軌道輪２と、この軌道輪２に沿って転動可能な複数の転動体３を有する転動部４と、複数の転動体３を軌道輪２に沿って所定の隙間をあけて保持する保持手段としての保持器５を備える。
【００２０】
軌道輪２は、回転軸２ａと、この回転軸２ａの外方に設けられる外輪２ｂとによって構成される。回転軸２ａは、円柱状に形成され上述のカムシャフトの軸をなす。外輪２ｂは、円環状に形成されこの回転軸２ａの外周面に沿って設けられると共に、その中心軸線が回転軸２ａの中心軸線と一致するように設けられる。すなわち、回転軸２ａと外輪２ｂとは、同軸に設けられる。
【００２１】
さらに具体的には、回転軸２ａは、その外周面に周方向に沿って内側軌道面２ｃが形成される一方、外輪２ｂは、その内周面に周方向に沿って外側軌道面２ｄが形成される。そして、回転軸２ａと外輪２ｂとは、内側軌道面２ｃと外側軌道面２ｄとの間に環状空間を画成し、この環状空間に転動部４が設けられる。また、外側軌道面２ｄの軸線方向両側方には、径方向内方に突出するツバ２ｅが形成されている。言い換えれば、外側軌道面２ｄは、外輪２ｂの内周面に凹部状に形成されている。
【００２２】
転動部４は、複数の転動体３を有する。本実施例の各転動体３は、細径の円筒形の針状（ニードル状）ころが用いられる。複数の転動体３は、内側軌道面２ｃと外側軌道面２ｄとの間の環状空間に、その軸線（転動中心）の方向が軸受１の軸線方向と平行となるように設けられる。また、複数の転動体３は、この環状空間に保持器５により内側軌道面２ｃ、外側軌道面２ｄの周方向に沿って所定間隔、ここでは等間隔で配置される。そして、各転動体３は、この保持器５によりその外周面の転動面３ａが内側軌道面２ｃ、外側軌道面２ｄに接触可能に配置されると共にその両端面が外輪２ｂのツバ２ｅに当接可能に配置される。したがって、複数の転動体３は、転動面３ａが内側軌道面２ｃ、外側軌道面２ｄに接触することでこの内側軌道面２ｃ、外側軌道面２ｄに沿って環状空間を転動することができると共に、その両端面が外輪２ｂのツバ２ｅに当接することで軸線方向に脱落することが防止される。
【００２３】
保持器５は、上述したように複数の転動体３を軌道輪２に沿って等間隔で保持する。さらに、保持器５は、一対の環状部５ａと、複数の柱状のセパレート部５ｂと、複数のスリット状の転動体保持部５ｃとを有する。
【００２４】
一対の環状部５ａは、軸線方向に沿って対をなすと共に互いに軌道輪２の軸線と同軸に設けられる。すなわち、各環状部５ａは、内側軌道面２ｃと外側軌道面２ｄとの間の環状空間において、回転軸２ａ、外輪２ｂの中心軸線と同軸に配置される。そして、各環状部５ａは、その外周面が外側軌道面２ｄ両側の各ツバ２ｅに対向して当接可能に周方向に連続すると共にその内周面が内側軌道面２ｃに対向して当接可能に配置され、保持器５全体を複数の転動体３と共に内側軌道面２ｃ、外側軌道面２ｄに沿って案内支持する。
【００２５】
各セパレート部５ｂは、一対の環状部５ａ間に軸線方向に沿って掛け渡されるように架設される。セパレート部５ｂは、両端が環状部５ａに固定されることで転動不能に設けられる。そして、セパレート部５ｂは、隣接する転動体３の間に位置すると共に周方向に所定の間隔（保持する転動体３の外径に応じた間隔）で等間隔に複数設けられる。
【００２６】
各転動体保持部５ｃは、軸線方向に対して対向する一対の環状部５ａと、周方向対して隣接する一対のセパレート部５ｂにより区画された空間である。各転動体保持部５ｃは、転動体３の軸線（転動中心）方向が軸受１の軸線方向と平行となるようにそれぞれ１つの転動体３を個別に収容し、各転動体３を内側軌道面２ｃ、外側軌道面２ｄの周方向に沿って転動自在に保持する。なお、保持器５は、金属や合成樹脂により全体を一体で形成してもよいし、各部を別体に形成してもよい。
【００２７】
上記のように構成される軸受１は、回転軸２ａの内側軌道面２ｃと外輪２ｂの外側軌道面２ｄとの間の環状空間において、複数の転動体３が潤滑油を介して内側軌道面２ｃ、外側軌道面２ｄに接触してこの内側軌道面２ｃ、外側軌道面２ｄ上を転動（自転）しながら内側軌道面２ｃ、外側軌道面２ｄに沿って公転する。つまり、軸受１は、軌道輪２の内側軌道面２ｃ、外側軌道面２ｄと各転動体３の転動面３ａとが摺動することでこの回転軸２ａを外輪２ｂに対して回転自在に支持する。このとき、保持器５は、回転軸２ａの外輪２ｂに対する相対的な回転に伴って環状部５ａにより内側軌道面２ｃ、外側軌道面２ｄに沿って案内されると共に、各転動体保持部５ｃ内に収容した各転動体３を軌道輪２に沿って等間隔に保持しながら軌道輪２に対して相対的に回転する。そして、保持器５は、セパレート部５ｂにより隣接する転動体３同士の周方向に対する接触を規制する。この間、この軸受１は、内側軌道面２ｃ、外側軌道面２ｄと当接する転動体３の転動面３ａにより負荷荷重としてラジアル荷重（軸線方向に直角な方向、すなわち径方向の荷重）を受けることができると共に、ツバ２ｅと当接する転動体３の端面部により負荷荷重として若干のアキシアル荷重（軸線方向の荷重）も受けることができる。
【００２８】
ところで、この種の転がり軸受では、従来、例えば、セラミックや鋼材により形成される球状の転動体の間に、鋼材や樹脂材により転動体よりも小径状に形成されこの転動体と共に転動可能な球状セパレータを配置することで、転動体同士の接触を防止し、発熱や玉詰りを防止するものがあった。ところが、この場合、例えば、転動可能な転動体とこれよりも小径の球状セパレータとが接触しあっていることから一方の動きが他方の動きに支配され、回転軸と外輪に伴って転動する転動体の動きに対して、これよりも小径であるため自転速度が相対的に遅くなる球状セパレータの動きが支配され、この結果、球状セパレータの引きずりが生じ、転動体と球状セパレータとの間に摩擦力が生じ、摺動抵抗が増加することがあった。すなわち、回転軸と外輪に接触していない球状セパレータも転動体と共に動いてしまい、これにより転動体の転動が阻害されることがあり、適正な摺動状態が確保されないことがあった。また、硬度が大きいセラミックの転動体が他の転動体、球状セパレータを摩耗させてしまうこともあった。さらに、このような軸受１は、例えば、近年の内燃機関の高出力化、高速化等に伴って、高速回転条件下や低粘度潤滑剤下など様々な条件下で使用される場合が多くなっており、種々の条件下で使用可能な軸受仕様が要求されている。
【００２９】
そこで、本実施例の軸受１では、図１、図４、図５に示すように、転動体３として熱膨張率が互いに異なる第１転動体３１と第２転動体３２を設け、上記で説明した保持器５によりこの第１転動体３１及び第２転動体３２を軌道輪２に沿って所定の隙間をあけて保持することで、種々の条件下における適正な摺動状態の確保と共にフリクションの低減及び耐久性の向上を図っている。
【００３０】
具体的には、軸受１の転動部４は、熱膨張率が互いに異なる第１転動体３１と第２転動体３２とを有する。ここで、熱膨張率とは、単位温度変化当たりの長さ・体積の変化率であり、ここでは第１転動体３１と第２転動体３２は、熱膨張率が互いに異なる材料で形成される。本実施例では、第１転動体３１は、鋼材（例えば、ＳＵＪ２；高炭素クロム軸受鋼鋼材）により形成される一方、第２転動体３２は、鋼材の第１転動体３１よりも熱膨張率が小さいセラミック材により形成される。
【００３１】
第１転動体３１と第２転動体３２とは、それぞれ軌道輪２の周方向に対して対称な位置に設けられる。すなわち、第１転動体３１と第２転動体３２は、各々回転軸２ａの軸線上の径方向中心に対して点対称な位置に設けられ、本実施例では１個おきに交互に設けられる。
【００３２】
さらに、第１転動体３１と第２転動体３２とは、低温状態における外径が等しく設定される。すなわち、第１転動体３１と第２転動体３２とは、図４に示すように、第１転動体３１の低温（常温）状態における外径Ｒ11と第２転動体３２の低温（常温）状態における外径Ｒ21とが等しく設定される。そして、第１転動体３１と第２転動体３２とは、第１転動体３１が鋼材である一方、第２転動体３２が鋼材よりも熱膨張率が小さいセラミック材であることから、軸受１が高温状態になると第１転動体３１の方が第２転動体３２よも低温状態時の外径に対する相対的な膨張率が大きいので、第１転動体３１の外径が第２転動体３２の外径よりも大きくなる。すなわち、第１転動体３１と第２転動体３２とは、図５に示すように、第１転動体３１の高温状態における外径Ｒ12が第２転動体３２の高温状態における外径Ｒ22よりも大きくなる。また、第１転動体３１と第２転動体３２とは、高温状態から低温状態に戻ると、再び外径Ｒ11と外径Ｒ21とが等しくなり、もとに戻る。
【００３３】
ここで、図６は軸受１における回転軸２ａの回転速度と接触面圧、軸受温度との関係を示す図である。上述したように、この回転軸２ａは内燃機関のカムシャフトをなすものであり、内燃機関のクランクシャフトに同期して回転する。よって、クランクシャフトの回転数、すなわち、エンジン回転数が高くなれば、回転軸２ａの回転数、言い換えれば、回転軸２ａの回転速度も高くなる。
【００３４】
そして、内燃機関の低負荷・低回転時で回転軸２ａの回転速度が極めて低い場合、回転軸２ａの回転が遅いことから、内側軌道面２ｃ、外側軌道面２ｄと転動面３ａとが接する摺動面においていわゆる境界潤滑となり、また、供給される潤滑油の量も回転が遅いほど少なくなるため、接触面圧（摩擦力）が増加し高荷重状態となる。このとき、軸受温度、潤滑油の油膜の温度は、回転軸２ａの回転が遅く摺動抵抗が少ないため相対的に低温（常温）となっている。ここで、上述のように、第１転動体３１と第２転動体３２とは、第１転動体３１の低温（常温）状態における外径Ｒ11と第２転動体３２の低温（常温）状態における外径Ｒ21とを等しく設定していることから、第１転動体３１と第２転動体３２のすべての転動体３が内側軌道面２ｃ、外側軌道面２ｄに接触して転動・摺動するため、すべての転動体３により周方向に沿って均等にラジアル荷重を受けることで１つの転動体３が受ける荷重が小さくなり、これにより、高荷重条件に応じた適正で円滑な摺動状態を確保することができ、耐摩耗性を向上することができる。
【００３５】
一方、内燃機関の高負荷・高回転時で回転軸２ａの回転速度が高い場合、回転軸２ａの回転が速いことから、内側軌道面２ｃ、外側軌道面２ｄと転動面３ａとが接する摺動面においていわゆる流体潤滑となり、また、供給される潤滑油の量も多くなるため、接触面圧（摩擦力）が次第に減少し相対的に低荷重状態となる。このとき、軸受温度、潤滑油の油膜の温度は、回転軸２ａの回転が速く摺動抵抗が多いため相対的に高温となる。ここで、上述のように、第１転動体３１と第２転動体３２とは、第１転動体３１の高温状態における外径Ｒ12が第２転動体３２の高温状態における外径Ｒ22よりも大きくなることから、第２転動体３２は内側軌道面２ｃ、外側軌道面２ｄに接触せず、複数の転動体３のうちの第１転動体３１のみが内側軌道面２ｃ、外側軌道面２ｄに接触して転動・摺動するため、複数の転動体３と内側軌道面２ｃ、外側軌道面２ｄとの接触面（摺動面）が減少し、これにより、低荷重条件に応じた適正な摺動状態を確保することができ、フリクションを低減することができ、回転軸２ａの回転に伴った騒音も低減することができる。さらにこのとき、第１転動体３１と第２転動体３２とは、周方向に対して１個おきに交互に設けられ、それぞれ軌道輪２の周方向に対して対称な位置に設けられることから、転動体３のうち第１転動体３１のみで荷重を受ける場合でも、周方向に沿って均等にラジアル荷重を受けることができる。
【００３６】
そして、内燃機関の低負荷・低回転時で回転軸２ａの回転速度が極めて低い場合、高負荷・高回転時で回転軸２ａの回転速度が高い場合のいずれの場合でも、保持器５のセパレート部５ｂにより隣接する転動体３同士の周方向に対する接触が規制されることから、保持器５が軌道輪２に沿って各転動体３を等間隔に保持しながら軌道輪２に対して相対的に回転する際に、第１転動体３１と第２転動体３２とが衝突、接触することを防止することができ、この結果、硬度が大きいセラミック材の第２転動体３２が鋼材の第１転動体３１を攻撃し摩耗させてしまうことを防止することができる。また、高負荷・高回転時で回転軸２ａの回転速度が高い場合には、この保持器５が転動体３同士の周方向に対する接触を規制することから、内側軌道面２ｃ、外側軌道面２ｄに接触せず転動していない第２転動体３２が第１転動体３１に衝突、接触し第１転動体３１の転動の動きを阻害することが防止され、第１転動体３１による第２転動体３２の引きずりを防止することができ、この結果、効果的にフリクションを低減することができる。
【００３７】
なお、上記で説明した図４、図５は部分断面を模式的に図示したものであり、実際には、低温（常温）状態においては、転動面３ａと内側軌道面２ｃ、外側軌道面２ｄとの間には、転動部４の径方向両側を合わせて、例えば、３０〜５０μｍ程度のクリアランス（ラジアル隙間）が設けられている。そして、高温状態においては、このクリアランスは、第１転動体３１が膨張することで転動部４の径方向両側を合わせて、例えば、１０μｍ程度つまるだけである。すなわち、高温状態において第１転動体３１が膨張した場合でも、転動体３だけでなく回転軸２ａ、外輪２ｂも多少膨張するため、このクリアランスが小さくなるだけであって、第１転動体３１が膨張しすぎて外輪２ｂ等を破損させることはない。言い換えれば、高温状態において第１転動体３１が膨張することを想定してこのクリアランスが設けられている。また、高負荷・高回転時で回転軸２ａの回転速度が高い場合に、第２転動体３２が内側軌道面２ｃ、外側軌道面２ｄに接触していない状態で、このクリアランス内を径方向に多少動いたとしても、セラミック材により形成される第２転動体３２は比重が小さく軽いので騒音は問題にならない。
【００３８】
以上で説明した本発明の実施例に係る軸受１によれば、環状の軌道輪２に沿って転動可能であると共に熱膨張率が互いに異なる第１転動体３１と第２転動体３２とを有する転動部４と、第１転動体３１及び第２転動体３２を軌道輪２に沿って所定の隙間をあけて保持する保持器５とを備える。
【００３９】
したがって、転動部４に熱膨張率が互いに異なる第１転動体３１と第２転動体３２を設けたことで、軸受１の温度変化に応じた第１転動体３１の外径変化率と第２転動体３２の外径変化率とが異なり、これにより、軸受１の温度変化に応じて第１転動体３１の外径と第２転動体３２の外径との差が変化するので、軸受１が支持する軸の回転状態に応じて第１転動体３１と第２転動体３２の摺動状態を適正に変化させることができる。さらに、保持器５によりこの第１転動体３１及び第２転動体３２を軌道輪２に沿って所定の隙間をあけて保持することで、第１転動体３１と第２転動体３２とが衝突、接触することを防止することができ、一方が他方の転動の動きを阻害することを防止することができる。この結果、種々の条件下で適正な摺動状態を確保することができると共にフリクションを低減し耐久性を向上することができる。
【００４０】
さらに、以上で説明した本発明の実施例に係る軸受１によれば、保持器５は、転動不能に設けられると共に隣接する第１転動体３１、第２転動体３２同士の周方向に対する接触を規制するセパレート部５ｂを有する。したがって、隣接する第１転動体３１、第２転動体３２同士の周方向に対する接触を規制するセパレート部５ｂを転動不能に設けることから、隣接する第１転動体３１、第２転動体３２の一方が他方を引きずりながら転動することを確実に防止することができると共に保持器５のセパレート部５ｂ自体が第１転動体３１、第２転動体３２の転動を阻害することも防止することができる。
【００４１】
さらに、以上で説明した本発明の実施例に係る軸受１によれば、第１転動体３１及び第２転動体３２は、軌道輪２の周方向に対して対称な位置に各々設けられる。したがって、第１転動体３１、第２転動体３２共に周方向に均等な位置に設けられることから、第１転動体３１及び第２転動体３２の両方で荷重を受ける場合と、第１転動体３１又は第２転動体３２のどちらか一方で荷重を受ける場合のいずれの場合でも、周方向に沿って均等に荷重を受けることができる。
【００４２】
さらに、以上で説明した本発明の実施例に係る軸受１によれば、第１転動体３１と第２転動体３２とは、低温状態における外径Ｒ11、Ｒ21が等しく設定される。したがって、相対的に高荷重状態で軸の回転速度が遅い低温状態において第１転動体３１及び第２転動体３２の両方で荷重を受けることができ、これにより、第１転動体３１と第２転動体３２のすべての転動体３により周方向に沿って均等にラジアル荷重を受けることで１つの転動体３が受ける荷重が小さくなり、これにより、確実に耐摩耗性を向上することができる。一方、相対的に低荷重状態で軸の回転速度が速い高温状態において第１転動体３１又は第２転動体３２のどちらか一方のみで荷重を受けることができ、これにより、複数の転動体３と内側軌道面２ｃ、外側軌道面２ｄとの接触面（摺動面）が減少し、確実にフリクションを低減することができ、回転軸２ａの回転に伴った騒音も低減することができる。この結果、軸受１の状態に応じて適正な摺動状態を確保することができる。
【００４３】
さらに、以上で説明した本発明の実施例に係る軸受１によれば、第１転動体３１又は第２転動体３２の一方は、鋼材により形成され、第１転動体３１又は第２転動体３２の他方は、セラミック材により形成される。したがって、第１転動体３１を鋼材で形成する一方、第２転動体３２をセラミック材で形成することで、軸受１の温度変化に応じてセラミック材の第２転動体３２の外径はほとんど変化しない一方、鋼材の第１転動体３１の外径は大きくなるので、第１転動体３１の外径と第２転動体３２の外径との差がより確実に変化するので、軸受１の状態に応じて第１転動体３１、第２転動体３２の摺動状態をより確実に変化させることができる。
【実施例２】
【００４４】
図７は、本発明の実施例２に係る軸受の径方向の部分断面図である。実施例２に係る転がり軸受は、実施例１に係る転がり軸受と略同様の構成であるが、第２転動体の材質と外径寸法の設定の点で実施例１に係る転がり軸受とは異なる。その他、上述した実施例と共通する構成、作用、効果については、重複した説明はできるだけ省略するとともに、同一の符号を付す。
【００４５】
実施例２に係る転がり軸受としての軸受２０１では、図７に示すように、第１転動体２３１は、鋼材（例えば、ＳＵＪ２；高炭素クロム軸受鋼鋼材）により形成される一方、第２転動体２３２は、形状記憶合金材により形成される。ここで、形状記憶合金とは、形状を記憶させるための熱処理を施しておくことで、予め設定される所定温度よりも低い温度で形状が変形してもこの所定温度以上に加熱されることで、記憶した元の形状に復元される性質を有する金属材料である。
【００４６】
そして、本実施例の第１転動体２３１と第２転動体２３２とは、高温状態における外径Ｒ12、Ｒ22が等しく設定される。すなわち、第１転動体２３１と第２転動体２３２とは、図７上段に示すように、第１転動体２３１の低温（常温）状態における外径Ｒ11が第２転動体２３２の低温（常温）状態における外径Ｒ21よりも大きく設定される。そして、第２転動体２３２は、軸受２０１が所定の高温になった際に、その外径Ｒ22が同温度における第１転動体２３１の外径Ｒ12と等しい大きさになるように、事前に熱処理し形状を記憶させておく。すると、第１転動体２３１と第２転動体２３２とは、第１転動体３１が鋼材である一方、第２転動体２３２が予め設定される所定温度に達することで記憶された形状にもどる形状記憶合金であることから、軸受２０１が所定の高温状態になると、第２転動体２３２の方が第１転動体２３１よも低温状態時の外径に対して相対的に大きく膨張するので、第１転動体２３１の外径Ｒ12と第２転動体２３２の外径Ｒ22とが等しくなる。すなわち、第１転動体２３１と第２転動体２３２とは、図７下段に示すように、第１転動体２３１の高温状態における外径Ｒ12と第２転動体２３２の高温状態における外径Ｒ22とが等しくなる。また、第１転動体２３１と第２転動体２３２とは、高温状態から低温状態に戻ると、再び外径Ｒ11が外径Ｒ21よりも大きくなり、もとに戻る。
【００４７】
ここで、上述の実施例１の軸受１（図４、図５参照）では、内燃機関の低負荷・低回転時で回転軸２ａの回転速度が極めて低い場合に高荷重状態となる一方、高負荷・高回転時で回転軸２ａの回転速度が高い場合に接触面圧（摩擦力）が次第に減少し相対的に低荷重状態になるものとして説明したが、軸受２０１の配置場所や使用状況によって荷重特性も異なり、内燃機関の低負荷・低回転時で回転軸２ａの回転速度が極めて低い場合に相対的に低荷重状態となり、高負荷・高回転時で回転軸２ａの回転速度が高い場合に高荷重状態となることもある。よって、本実施例では、上記のように、第１転動体２３１と第２転動体２３２とは、高温状態における外径が等しくなるように設定している。
【００４８】
すなわち、内燃機関の低負荷・低回転時で回転軸２ａの回転速度が極めて低く、接触面圧（摩擦力）が相対的に低荷重状態である場合、軸受温度、潤滑油の油膜の温度は、回転軸２ａの回転が遅く摺動抵抗が少ないため相対的に低温（常温）となっている。ここで、上述のように、第１転動体２３１と第２転動体２３２とは、第１転動体２３１の低温（常温）状態における外径Ｒ11が第２転動体２３２の低温（常温）状態における外径Ｒ21よりも大きく設定されていることから、第２転動体２３２は内側軌道面２ｃ、外側軌道面２ｄに接触せず、複数の転動体３のうちの第１転動体２３１のみが内側軌道面２ｃ、外側軌道面２ｄに接触して転動・摺動するため、複数の転動体３と内側軌道面２ｃ、外側軌道面２ｄとの接触面（摺動面）が減少し、これにより、低荷重条件に応じた適正な摺動状態を確保することができ、フリクションを低減することができ、回転軸２ａの回転に伴った騒音も低減することができる。さらにこのとき、第１転動体２３１と第２転動体２３２とは、周方向に対して１個おきに交互に設けられ、それぞれ軌道輪２の周方向に対して対称な位置に設けられることから、転動体３のうち第１転動体２３１のみで荷重を受ける場合でも、周方向に沿って均等にラジアル荷重を受けることができる。
【００４９】
一方、内燃機関の高負荷・高回転時で回転軸２ａの回転速度が高く、接触面圧（摩擦力）が相対的に高荷重状態である場合、軸受温度、潤滑油の油膜の温度は、回転軸２ａの回転が速く摺動抵抗が多いため相対的に高温となる。ここで、上述のように、第１転動体２３１と第２転動体２３２とは、第１転動体２３１の高温状態における外径Ｒ12と第２転動体２３２の高温状態における外径Ｒ22とが等しくなることから、第１転動体２３１と第２転動体２３２のすべての転動体３が内側軌道面２ｃ、外側軌道面２ｄに接触して転動・摺動するため、すべての転動体３により周方向に沿って均等にラジアル荷重を受けることで１つの転動体３が受ける荷重が小さくなり、これにより、高荷重条件に応じた適正で円滑な摺動状態を確保することができ、耐摩耗性を向上することができる。
【００５０】
そして、内燃機関の低負荷・低回転時で回転軸２ａの回転速度が極めて低い場合、高負荷・高回転時で回転軸２ａの回転速度が高い場合のいずれの場合でも、保持器５のセパレート部５ｂにより隣接する転動体３同士の周方向に対する接触を規制されることから、保持器５が軌道輪２に沿って各転動体３を等間隔に保持しながら軌道輪２に対して相対的に回転する際に第１転動体２３１と第２転動体２３２とが衝突、接触することを防止することができ、この結果、隣接する転動体３の一方が他方に衝突し摩耗させてしまうことを防止することができる。また、低負荷・低回転時で回転軸２ａの回転速度が低い場合には、
この保持器５が転動体３同士の周方向に対する接触を規制することから、内側軌道面２ｃ、外側軌道面２ｄに接触せず転動していない第２転動体２３２が第１転動体２３１に衝突、接触し第１転動体３１の転動の動きを阻害することが防止され、第１転動体２３１による第２転動体２３２の引きずりを防止することができ、この結果、効果的にフリクションを低減することができる。
【００５１】
以上で説明した本発明の実施例に係る軸受２０１によれば、環状の軌道輪２に沿って転動可能であると共に熱膨張率が互いに異なる第１転動体２３１と第２転動体２３２とを有する転動部４と、第１転動体２３１及び第２転動体２３２を軌道輪２に沿って所定の隙間をあけて保持する保持器５とを備える。したがって、転動部４に熱膨張率が互いに異なる第１転動体２３１と第２転動体２３２を設けたことで、軸受１の温度変化に応じた第１転動体２３１の外径変化率と第２転動体２３２の外径変化率とが異なり、これにより、軸受１の温度変化に応じて第１転動体２３１の外径と第２転動体２３２の外径との差が変化するので、軸受１が支持する軸の回転状態に応じて第１転動体２３１と第２転動体２３２の摺動状態を適正に変化させることができる。さらに、保持器５によりこの第１転動体２３１及び第２転動体２３２を軌道輪２に沿って所定の隙間をあけて保持することで、第１転動体２３１と第２転動体２３２とが衝突、接触することを防止することができ、一方が他方の転動の動きを阻害することを防止することができる。この結果、種々の条件下で適正な摺動状態を確保することができると共にフリクションを低減し耐久性を向上することができる。
【００５２】
さらに、以上で説明した本発明の実施例に係る軸受２０１によれば、第１転動体２３１と第２転動体２３２とは、高温状態における外径Ｒ12、Ｒ22が等しく設定される。したがって、相対的に低荷重状態で軸の回転速度が遅い低温状態において第１転動体２３１又は第２転動体２３２のどちらか一方のみで荷重を受けることができ、これにより、複数の転動体３と内側軌道面２ｃ、外側軌道面２ｄとの接触面（摺動面）が減少し、確実にフリクションを低減することができ、回転軸２ａの回転に伴った騒音も低減することができる。一方、相対的に高荷重状態で軸の回転速度が速い高温状態において第１転動体２３１及び第２転動体２３２の両方で荷重を受けることができ、これにより、第１転動体２３１と第２転動体２３２のすべての転動体３により周方向に沿って均等にラジアル荷重を受けることで１つの転動体３が受ける荷重が小さくなり、これにより、確実に耐摩耗性を向上することができる。この結果、軸受１の状態に応じて適正な摺動状態を確保することができる。
【００５３】
さらに、以上で説明した本発明の実施例に係る軸受２０１によれば、第１転動体２３１又は第２転動体２３２の一方は、鋼材により形成され、第１転動体２３１又は第２転動体２３２の他方は、形状記憶合金材により形成される。したがって、第１転動体２３１を鋼材で形成する一方、第２転動体２３２を形状記憶合金材で形成することで、軸受２０１の温度が予め設定される所定の温度まで上昇すると、形状記憶合金材の第２転動体２３２の外径が第１転動体２３１の外径よりも大きく変化し、第１転動体２３１の外径と第２転動体２３２の外径との差がより確実に変化するので、軸受２０１の状態に応じて第１転動体２３１、第２転動体２３２の摺動状態をより確実に変化させることができる。
【００５４】
なお、上述した本発明の実施例に係る転がり軸受は、上述した実施例に限定されず、特許請求の範囲に記載された範囲で種々の変更が可能である。以上の説明では、第１転動体と第２転動体とは、熱膨張率が互いに異なる材料で形成され、すなわち、第１転動体が鋼材（例えば、ＳＵＪ２；高炭素クロム軸受鋼鋼材）により形成される一方、第２転動体がセラミック材又は形状記憶合金材により形成されるものとして説明したが、この組み合わせに限らず、他の材料（例えば、クロム鋼、クロムモリブデン鋼、ニッケルクロムモリブデン鋼、高速度鋼、又はステンレス鋼など）を組み合わせてもよい。また、異なる種類の材料でなくてもよく、同じ材料でも軸受温度に応じてそれぞれの摺動状態が変化する程度に熱膨張率が互いに異なればよい。また、第１転動体、第２転動体に加えて、この第１転動体、第２転動体とは熱膨張率が異なる第３転動体、あるいはさらに熱膨張率が異なる複数の転動体を設けるようにしてもよい。
【００５５】
また、以上の説明では、第１転動体と第２転動体は、各々回転軸２ａの軸線上の径方向中心に対して点対称な位置に設けられ、ここでは１個おきに交互に設けられるものとしたが、この第１転動体、第２転動体の数及び設置位置は、回転軸２ａの最大回転速度、ラジアル荷重（負荷荷重）の大きさ、温度条件等に応じて適宜設定すればよく、例えば、第２転動体を軸線上の径方向中心に対して９０度毎に合計４個、つまり、上下左右に対称な位置に１つずつ、合計４個設けるようにしてもよいし、例えば、第２転動体を軸線上の径方向中心に対して１２０度毎に合計３個設けるようにしてもよい。また、以上の説明では、第１転動体と第２転動体とは、それぞれ軌道輪２の周方向に対して対称な位置に設けられるものとして、説明したが、これに限らず、転動部４全体の径方向に対する重心が径方向中心から偏心するように、軌道輪２の周方向に対して非対称な位置に設けるようにしてもよい。
【００５６】
また、以上の説明では、実施例１において、内燃機関の高負荷・低回転時で回転軸２ａの回転速度が極めて低い場合に高荷重状態となる一方、低負荷・高回転時で回転軸２ａの回転速度が高い場合に接触面圧（摩擦力）が次第に減少し相対的に低荷重状態となり、実施例２において、低負荷・低回転時で回転軸２ａの回転速度が極めて低い場合に相対的に低荷重状態となる一方、高負荷・高回転時で回転軸２ａの回転速度が高い場合に高荷重状態となるものとして説明し、高荷重状態となる際に第１転動体３１及び第２転動体３２の両方が内側軌道面２ｃ、外側軌道面２ｄに接触して転動・摺動し荷重を受け、低荷重状態となる際に第２転動体３２は内側軌道面２ｃ、外側軌道面２ｄに接触せず、複数の転動体３のうちの第１転動体３１のみが内側軌道面２ｃ、外側軌道面２ｄに接触して転動・摺動し荷重を受けるものとして説明したが、これに限らず、転がり軸受の配置場所や使用状況応じた荷重特性に対応させて適宜設定すればよい。すなわち、第１転動体、第２転動体の低温（常温）状態における外径Ｒ11、Ｒ21及び高温状態における外径Ｒ12、Ｒ22は、転がり軸受の荷重特性に応じて適宜設定すればよい。
【００５７】
また、以上の説明では、軸受１、２０１は、内燃機関のカムシャフトの回転軸２ａをシリンダヘッドに取り付けられたカムジャーナル等の支持部に回転自在に支持するものとして説明したが、内燃機関のクランクシャフトの回転軸をシリンダブロックに取り付けられたクランクシャフトジャーナル等の支持部に回転自在に支持してもよいし、他の装置の回転軸を支持するものであってもよい。
【００５８】
また、以上の説明では、軌道輪２は、回転軸２ａと、この回転軸２ａの外方に設けられる外輪２ｂとによって構成され、転動部４は、回転軸２ａ外周の内側軌道面２ｃと外輪２ｂ内周の外側軌道面２ｄとの間の環状空間に設けられるものとして説明したが、回転軸２ａの外周、外輪２ｂの内方にこの外輪２ｂと同軸の内輪を設け、回転軸２ａではなくこの内輪と外輪２ｂとによって軌道輪を構成してもよい。ここで、この内輪は、回転軸と転動体との間に物理的に介在し、回転軸と共に回転するものである。この場合、内側軌道面は、内輪の外周面に設けられ、転動部４は、この内輪外周の内側軌道面と外輪２ｂ内周の外側軌道面２ｄとの間の環状空間に設けられる。なお、この内輪と回転軸２ａとを一体に設けてもよい。また、外輪２ｂは、上述したカムジャーナル等の支持部（ハウジング）と一体に形成してもよい。
【００５９】
さらに、以上の説明では、複数の転動体３（第１転動体及び第２転動体）は、細い円筒形の針状（ニードル状）ころを用いるものとして説明したが、球、円筒状ころ、円錐ころなど各種の転動体が使用可能である。すなわち、本発明において、転がり軸受とは、回転軸と外輪との間に介在させた転動体を転動させることにより、回転軸を外輪に対して相対的に回転可能に支持するものであり、上記で説明したような、いわゆる針状ころ軸受の他にも、例えば、深溝玉軸受などの玉軸受、円筒ころ軸受、円錐ころ軸受などを含む概念である。また、外輪２ｂや保持器５は、軸への取り付けを容易にするため、周方向に対して分割された複数の分割輪を円弧状に組み合わせて形成してもよい。また、以上の説明では、ツバ２ｅは、外側軌道面２ｄの軸線方向両側方において径方向内方に突出するものとして説明したが、内側軌道面２ｃの軸線方向両側方において径方向外方に突出するようにしてもよいし、内側軌道面２ｃ及び外側軌道面２ｄの両方の軸線方向両側方に設けてもよい。
【００６０】
複数の転動体３は、それぞれ転動面３ａが潤滑剤を介して内側軌道面２ｃ、外側軌道面２ｄに接触可能であるものとして説明した。ここで用いられる潤滑剤は、転がり軸受における焼き付き防止、フリクション低減など、軸受の性能向上、劣化防止に資する限りにおいてその材質（例えば、基油として鉱油、ジエステル油、多価エステル油、あるいはシリコン油などを使用したリチウム系グリースなど）及び態様（例えば、気体、液体、固体、又は半固体など）は限定されない。
【産業上の利用可能性】
【００６１】
以上のように、本発明に係る転がり軸受は、種々の条件下で適正な摺動状態を確保すると共にフリクションを低減し耐久性を向上するものであり、内燃機関に用いる転がり軸受以外にも種々の転がり軸受に適用して好適である。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の実施例１に係る軸受の径方向の概略断面図である。
【図２】本発明の実施例１に係る軸受の切欠斜視図である。
【図３】本発明の実施例１に係る軸受の軸線方向の部分断面図である。
【図４】本発明の実施例１に係る軸受の低温状態における径方向の部分断面図である。
【図５】本発明の実施例１に係る軸受の高温状態における径方向の部分断面図である。
【図６】本発明の実施例１に係る軸受における回転軸回転速度と接触面圧、軸受温度との関係を示す線図である。
【図７】本発明の実施例２に係る軸受の径方向の部分断面図である。
【符号の説明】
【００６３】
１、２０１    軸受（転がり軸受）
２    軌道輪
２ａ    回転軸
２ｂ    外輪
２ｃ    内側軌道面
２ｄ    外側軌道面
２ｅ    ツバ
３    転動体
３ａ    転動面
４    転動部（転動手段）
５    保持器（保持手段）
５ａ    環状部
５ｂ    セパレート部
５ｃ    転動体保持部
３１、２３１    第１転動体
３２、２３２    第２転動体
Ｒ11    第１転動体の低温（常温）状態における外径
Ｒ21    第２転動体の低温（常温）状態における外径
Ｒ12    第１転動体の高温状態における外径
Ｒ22    第２転動体の高温状態における外径
【図１】
2008164010.tif 000003
【図２】
2008164010.tif 000004
【図３】
2008164010.tif 000005
【図４】
2008164010.tif 000006
【図５】
2008164010.tif 000007
【図６】
2008164010.tif 000008
【図７】
2008164010.tif 000009