(57)【要約】【課題】保持器に負荷される荷重に応じて各部の強度設計をした針状ころ軸受を採用することにより、耐久性に優れ、信頼性の高いクランクシャフト支持構造を提供する。【解決手段】クランクシャフト支持構造は、クランクシャフト２１と、複数のころ１４および保持器１３を有し、クランクシャフト２１を回転自在に支持する針状ころ軸受１１とを備える。保持器１３は、円弧形状のリング部およびリング部の端面から軸方向に突出する複数の柱部を含む複数の保持器セグメント１３ａ，１３ｂを円周方向に連ねて形成されており、柱部は、リング部の円周方向の各端面に最も近い２つの第１柱部と、２つの第１柱部それぞれに隣接する２つの第２柱部と、２つの第２柱部の間に配置される第３柱部とを含み、第２柱部の円周方向幅寸法を他の柱部の円周方向幅寸法より大きく設定する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
クランクシャフトと、
複数のころ、および前記ころを収容する複数のポケットを有する保持器を有し、前記クランクシャフトを回転自在に支持する針状ころ軸受とを備えたクランクシャフト支持構造であって、
前記保持器は、円弧形状のリング部および前記リング部の端面から軸方向に突出する複数の柱部を含む複数の保持器セグメントを円周方向に連ねて形成されており、
前記柱部は、前記リング部の円周方向の各端面に最も近い２つの第１柱部と、前記２つの第１柱部それぞれに隣接する２つの第２柱部と、前記２つの第２柱部の間に配置される第３柱部とを含み、
前記第２柱部の円周方向幅寸法は、他の柱部の円周方向幅寸法より大きい、クランクシャフト支持構造。
【請求項２】
前記第１柱部の円周方向幅寸法をａ、前記第２柱部の円周方向幅寸法をｂ、前記第３柱部の円周方向幅寸法をｃとすると、
ｃ＜ａ≦ｂ
の関係を有する、請求項１に記載のクランクシャフト支持構造。
【請求項３】
前記保持器セグメントは、
前記第１柱部および前記第２柱部の間に形成される第１ポケットと、
前記第２柱部および前記第２柱部に隣接する前記第３柱部の間に形成される第２ポケットと、
隣接する前記第３柱部の間に形成される第３ポケットとを有し、
前記リング部の円周方向端面および前記第１ポケットの間の中心角をα、前記第１ポケットおよび前記第２ポケットの間の中心角をβ、前記第２ポケットおよび前記第２ポケットに隣接する前記第３ポケットの間の中心角をγとすると、
α≠β、β≠γ、γ≠α
の関係を有する、請求項１または２に記載のクランクシャフト支持構造。
【請求項４】
前記針状ころ軸受は、切削加工によって円環状部材を形成し、自然割りによって前記円環状部材の円周上に軸線方向に延びる複数の分割線を形成した外輪をさらに備える、請求項１〜３のいずれかに記載のクランクシャフト支持構造。
【請求項５】
前記保持器セグメントは、ＳＮＣＭまたはＳＣＭを出発材料とし、
浸炭処理または浸炭窒化処理を施して形成される、請求項１〜４のいずれかに記載のクランクシャフト支持構造。
【請求項６】
前記クランクシャフトは、多気筒エンジンに使用される、請求項１〜５のいずれかに記載のクランクシャフト支持構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自動車等のエンジンに使用するクランクシャフトの支持構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図１０を参照して、クランクシャフト１０１は、軸部１０２と、クランクアーム１０３と、隣接するクランクアーム１０３の間にコンロッドを配置するためのクランクピン１０４とを有する。従来から、このクランクシャフト１０１の軸部１０２を支持する軸受として滑り軸受、または転がり軸受が採用されている。滑り軸受は、転がり軸受と比較して負荷容量が高いという利点を有している。一方、転がり軸受は、滑り軸受と比較して回転時の摩擦抵抗が小さいので、回転トルクの低減や支持部分の給油量を減らすことが可能となるという利点を有している。
【０００３】
ただし、軸部１０２の両端にはクランクアーム１０３が配置されており、軸受を軸方向に挿入することができない。そこで、このような場所に配置する軸受として、例えば、特開２００４−２３２７２４号公報（特許文献１）に記載されているようなころ軸受１０５が採用される場合がある。
【０００４】
図１１および図１２を参照して、同公報に記載されているころ軸受１０５は、二つ割り外輪（図示せず）と、二つ割り外輪の内径面に沿って配置される複数のころ１０６と、二つ割り保持器１０７とを備える。上記構成のころ軸受１０５は、外輪および保持器１０７を軸部１０２の径方向から組み込むことができるので、軸部１０２を支持する軸受として好適であると記載されている。
【０００５】
また、軸受回転時に二つ割り保持器１０７の円周方向端面同士が接触することによる、二つ割り保持器１０７の破損の問題が指摘されている。そこで、同公報によると、二つ割り保持器１０７の円周方向端面に近い柱部の断面係数を高めることによって、保持器１０７の破損を防止する旨が記載されている。
【特許文献１】特開２００４−２３２７２４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記公報においては、保持器１０７の円周方向端面に最も近い柱部１０７ａに負荷される荷重が最大であると仮定して、円周方向端面に最も近い柱部１０７ａの円周方向幅寸法をＷａ、柱部１７ａに隣接する柱部１０７ｂの円周方向幅寸法をＷｂ、それ以外の柱部１０７ｃの円周方向幅寸法をＷｃとしたときに、Ｗａ＞Ｗｂ＞Ｗｃを満たすように設定することによって、柱部１０７ａの断面係数を他の柱部１０７ｂ，１０７ｃより大きくしている。
【０００７】
しかし、全ての柱部が同一幅寸法の保持器を用いた軸受によって行った回転試験では、二つ割り保持器の円周方向端面から数えて２番目の柱部が破損する例が報告されており、実際にクランクシャフト１０１の軸部１０２を支持する軸受においては、柱部１０７ｂに負荷される荷重が最も大きいことが確認されている。
【０００８】
そこで、この発明の目的は、保持器に負荷される荷重に応じて各部の強度設計をした針状ころ軸受を採用することにより、耐久性に優れ、信頼性の高いクランクシャフト支持構造を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
この発明に係るクランクシャフト支持構造は、クランクシャフトと、複数のころ、およびころを収容する複数のポケットを有する保持器を有し、クランクシャフトを回転自在に支持する針状ころ軸受とを備える。保持器は、円弧形状のリング部およびリング部の端面から軸方向に突出する複数の柱部を含む複数の保持器セグメントを円周方向に連ねて形成されている。柱部は、リング部の円周方向の各端面に最も近い２つの第１柱部と、２つの第１柱部それぞれに隣接する２つの第２柱部と、２つの第２柱部の間に配置される第３柱部とを含む。そして、第２柱部の円周方向幅寸法は、他の柱部の円周方向幅寸法より大きい。好ましくは、第１柱部の円周方向幅寸法をａ、第２柱部の円周方向幅寸法をｂ、第３柱部の円周方向幅寸法をｃとすると、ｃ＜ａ≦ｂの関係を有する。
【００１０】
上記構成とすることにより、軸受回転時に最も大きな荷重が負荷される第２柱部の強度を高めることができるので、耐久性に優れ、信頼性の高いクランクシャフト支持構造を得ることができる。
【００１１】
好ましくは、保持器セグメントは、第１柱部および第２柱部の間に形成される第１ポケットと、第２柱部および第２柱部に隣接する第３柱部の間に形成される第２ポケットと、隣接する第３柱部の間に形成される第３ポケットとを有する。そして、リング部の円周方向端面および第１ポケットの間の中心角をα、第１ポケットおよび第２ポケットの間の中心角をβ、第２ポケットおよび第２ポケットに隣接する第３ポケットの間の中心角をγとすると、α≠β、β≠γ、γ≠αの関係を有する。
【００１２】
針状ころ軸受の円滑な回転を維持する観点から、全ての針状ころのころ径は同一である必要があり、全ての針状ころのころ径が同一であれば、全てのポケットの開口幅も同一である必要がある。この発明に係るクランクシャフト支持構造に採用される針状ころ軸受の保持器は柱部の円周方向寸法が異なるので、ポケットの開口幅を同一とするためには、隣接するポケットのピッチ（α、β、γ）は不等ピッチとすることが必要となる。
【００１３】
好ましくは、針状ころ軸受は、切削加工によって円環状部材を形成し、自然割りによって円環状部材の円周上に軸線方向に延びる複数の分割線を形成した外輪をさらに備える。上記の方法で外輪を分割することにより、製造工程を簡素化することができるので、製造コストを抑えたクランクシャフト支持構造を得ることができる。
【００１４】
好ましくは、保持器セグメントは、ＳＮＣＭまたはＳＣＭを出発材料とし、浸炭処理または浸炭窒化処理を施して形成される。上記方法で保持器セグメントを製造することにより、保持器セグメント全体の強度を高めることができる。その結果、さらに信頼性の高いクランクシャフト支持構造を得ることができる。
【００１５】
好ましくは、クランクシャフトは多気筒エンジンに使用される。多気筒エンジンに使用されるクランクシャフトは、両端をクランクアームで挟まれた軸部を有し、これは気筒数に比例して多くなる。このようなクランクシャフトに上記構成の針状ころ軸受を使用することにより、より高い効果が期待できる。
【発明の効果】
【００１６】
この発明によれば、軸受回転時に最も大きな荷重が負荷される第２柱部の強度を高めることによって、耐久性に優れ、信頼性の高いクランクシャフト支持構造を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
図１〜図９を参照して、この発明の一実施形態に係るクランクシャフト支持構造を説明する。なお、図１はこの発明の一実施形態に係るクランクシャフト支持構造の組立前の状態を示す図、図２〜図７はクランクシャフトを支持する針状ころ軸受の各構成要素を示す図、図８および図９はクランクシャフト支持構造の組立後の状態を示す図である。
【００１８】
図１を参照して、クランクシャフト支持構造は、クランクシャフト２１と、シリンダブロック２２ａと、ベアリングキャップ２２ｂと、クランクシャフト２１とシリンダブロック２２ａおよびベアリングキャップ２２ｂとの間に配置され、クランクシャフト２１を回転自在に支持する針状ころ軸受１１とを備える。
【００１９】
針状ころ軸受１１は、軸線方向に延びる２つの分割線によって外輪部材１２ａ，１２ｂに分割された外輪１２と、外輪１２と同じく軸線方向に延びる２つの分割線によって保持器セグメント１３ａ，１３ｂに分割された保持器１３と、保持器１３に保持されて外輪１２の内径面に沿って配置される複数の針状ころ１４とを備える。
【００２０】
このような針状ころ軸受１１は、針状ころ１４と軌道面とが線接触するので、軸受投影面積が小さい割に高負荷容量と高剛性が得られる利点を有しており、自動車や二輪エンジン等に使用する軸受として好適である。
【００２１】
次に、図２〜図４を参照して、図１に示した保持器セグメント１３ａを説明する。なお、図２は針状ころ１４を収容した保持器セグメント１３ａを示す図、図３は保持器セグメント１３ａの各柱部の円周方向幅寸法の関係を示す図、図４は保持器セグメント１３ａの各ポケットのピッチを示す図である。また、保持器セグメント１３ｂは、保持器セグメント１３ａと同様の構成であるので、説明は省略する。
【００２２】
図２を参照して、保持器セグメント１３ａは、一対のリング部１５ａ，１５ｂ（総称して「リング部１５」という）と、リング部１５の端面から軸方向に突出してリング部１５ａ，１５ｂを相互に連結する複数の柱部１６と、リング部１５と隣接する柱部１６とに囲まれた領域に設けられ、針状ころ１４を収容する複数のポケット２０とを備える。リング部１５ａ，１５ｂは、図１に示すように円弧形状である。この実施形態では、保持器１３を２つの保持器セグメント１３ａ，１３ｂに分割しているので、中心角１８０°の半円形状である。また、クランクシャフト２１への組込み時には、この保持器セグメント１３ａ，１３ｂを円周方向に連ねて円環形状の保持器１３を形成する。
【００２３】
また、柱部１６は、軸方向中央部に針状ころ１４の径方向内側への脱落を防止する第１ころ止め部１７と、軸方向両端部に針状ころ１４の径方向外側への脱落を防止する第２ころ止め部１８と、第１ころ止め部１７および第２ころ止め部１８を相互に接続する傾斜部１９とを含む。
【００２４】
図３を参照して、保持器セグメント１３ａに設けられた柱部１６は、リング部１５の円周方向の各端面それぞれに最も近い位置に配置される第１柱部１６ａが２個と、各第１柱部１６ａそれぞれに隣接する第２柱部１６ｂが２個と、第２柱部１６ｂの間に配置される複数の第３柱部１６ｃとを含む。なお、第３柱部１６ｃは、任意の個数設けることができるものとし、それぞれ同一の形状とする。
【００２５】
ここで、各柱部１６の円周方向幅寸法は、第１柱部１６ａの円周方向幅寸法をａ、第２柱部１６ｂの円周方向幅寸法をｂ、第３柱部１６ｃの円周方向幅寸法をｃとすると、ｃ＜ａ≦ｂを満たす範囲に設定する。ここで、柱部１６の円周方向幅寸法は、第２ころ止め部１８が最も大きく、第１ころ止め部１７、傾斜部１９の順に小さくなる。また、各部分１７，１８，１９それぞれは径方向内側から径方向外側に向かって大きくなる。ただし、各柱部１６ａ，１６ｂ，１６ｃの対応部分を比較した場合には、常に上記の関係を満たすように設定する。
【００２６】
上記構成のように、第２柱部１６ｂの円周方向幅寸法を他の柱部１６ａ，１６ｃの円周方向幅寸法より大きくすることにより、軸受回転時に最も大きな荷重が負荷される第２柱部１６ｂの強度を高めることができる。ここで、全ての柱部１６の円周方向幅寸法を第２柱部１６ｂと同じ（ａ＝ｂ＝ｃ）に設定して保持器セグメント１３ａ全体の強度を高めることも考えられるが、柱部１６の円周方向幅寸法を大きくすることによって収容可能な針状ころ１４の本数が減少し、または本数を維持するためにはころ径を小さくしなければならない。これは、針状ころ軸受１１の負荷容量を低下させるので適切ではない。したがって、上記構成のように、各柱部１６ａ，１６ｂ，１６ｃそれぞれに負荷される荷重の大きさに応じて円周方向幅寸法を設定するのが好ましい。
【００２７】
図４を参照して、保持器セグメント１３ａに設けられたポケット２０は、第１柱部１６ａおよび第２柱部１６ｂの間に設けられた第１ポケット２０ａが２個と、第２柱部１６ｂおよび第２柱部１６ｂに隣接する第３柱部１６ｃの間に設けられた第２ポケット２０ｂが２個と、隣接する第３柱部１６ｃの間に設けられた複数の第３ポケット２０ｃとを含む。なお、この実施形態では、第３柱部１６ｃを３個、第３ポケット２０ｃを３個設けた例を示している。また、全てのポケット２０ａ，２０ｂ，２０ｃは、同一の形状および大きさであって、同一の形状および大きさの針状ころ１４を収容する。
【００２８】
ここで、各柱部１６ａ，１６ｂ，１６ｃの円周方向幅寸法が相互に異なり、各ポケット２０ａ，２０ｂ，２０ｃの円周方向幅寸法は同一であるので、各ポケット２０ａ，２０ｂ，２０ｃのピッチは不等ピッチとなる。すなわち、保持器セグメント１３ａの円周方向端面および第１ポケット２０ａの間の中心角をα、第１ポケット２０ａおよび第２ポケット２０ｂの間の中心角をβ、第２ポケット２０ｂおよび第２ポケット２０ｂに隣接する第３ポケット２０ｃの間の中心角をγとすると、α≠β、β≠γ、γ≠αが成立する。なお、この関係は図中右側のピッチについても当てはまる。また、隣接する第３ポケット２０ｃの間の中心角はγで同一である。
【００２９】
この実施形態では、各柱部１６ａ，１６ｂ，１６ｃの円周方向幅寸法が、ｃ＜ａ≦ｂであるので、中心角は、γ＜α≦βとなる。なお、本明細書中「中心角」とは、軸受の回転中心Ｏと保持器セグメント１３ａの円周方向端部、または各ポケット２０ａ，２０ｂ，２０ｃに収容される針状ころ１４の回転中心とを結んだ直線のなす角を指すものとする。
【００３０】
上記構成の保持器セグメント１３ａは、例えば、ニッケルクロムモリブデン鋼（ＳＮＣＭ）やクロムモリブデン鋼（ＳＣＭ）を出発材料として、プレス加工や切削加工等によって形成される。さらに、所定の強度およびその他の機械的性質を得るために、浸炭処理または浸炭窒化処理を施す。
【００３１】
次に、図５〜図７を参照して、図１に示した外輪１２を説明する。なお、図５は分割前の外輪１２の状態を示す図、図６は外輪１２を自然割りした状態の図、図７は外輪１２の分割部分の拡大図である。
【００３２】
図５を参照して、外輪１２は、切削加工等によって円筒形状の円環状部材に加工される。また、外輪１２の内径面は針状ころ１４の軌道面として機能するので、針状ころ１４の円滑な回転を確保するために、研削加工が施される。
【００３３】
図６を参照して、円環状部材の外径面または端面に衝撃荷重を加えて、円環状部材の円周上に軸線方向に延びる複数の分割線を形成する。これにより、外輪部材１２ａ，１２ｂが得られる。この実施形態においては、外輪部材１２ａ，１２ｂは中心角を１８０°とする半円形状としている。図７を参照して、外輪部材１２ａ，１２ｂの分割部分の端面には研削加工等を施さないので、割れたときの凹凸が残っている。軸受使用時には、対応する端面を突合させることにより円筒形状の外輪を得る。なお、このような製造方法を「自然割り」という。
【００３４】
次に、図１、図８および図９を参照して、上記構成の針状ころ軸受１１をクランクシャフト２１に組込む方法を説明する。
【００３５】
まず、予め針状ころ１４を各ポケットに組込んだ保持器セグメント１３ａ，１３ｂを準備する。次に、一方側の外輪部材１２ａをシリンダブロック２２ａに組込み、その上に一方側の保持器セグメント１３ａ、クランクシャフト２１、他方側の保持器セグメント１３ｂ、他方側の外輪部材１２ｂを置く。最後にベアリングキャップ２２ｂを組み込み、シリンダブロック２２ａとベアリングキャップ２２ｂとをボルト等によって固定する。
【００３６】
上記の組み込み手順とすることにより、クランクシャフト２１と、保持器１３と、外輪１２と、シリンダブロック２２ａおよびベアリングキャップ２２ｂとの内径面が同心円状に配置され、針状ころ１４の安定した回転を確保することができる。また、上記の組込み手順とすることにより、両端をクランクアームで挟まれた軸部にも組込みが可能となる。
【００３７】
上記の実施形態において、外輪１２は、２つの外輪部材１２ａ，１２ｂからなる例を示したが、これに限ることなく、３つ以上の外輪部材を組み合わせるものであってもよい。また、２つの外輪部材１２ａ，１２ｂは、それぞれ中心角が１８０°の半円形状であって、同一形状とした例を示したが、これに限ることなく、それぞれの中心角が異なっていてもよい。さらに、これらは、保持器１３を保持器セグメント１３ａ，１３ｂに分割する場合にも同様に考えることができる。
【００３８】
また、上記の実施形態において、第１〜第３柱部１６ａ，１６ｂ，１６ｃの各円周方向幅寸法をｃ＜ａ≦ｂを満たすように設定した例を示したが、第２柱部１６ｂの円周方向幅寸法ｂを他の柱部１６ａ，１６ｂの円周方向幅寸法ａ，ｃより大きくし、第１柱部１６ａの円周方向幅寸法ａと、第３柱部１６ｃの円周方向幅寸法ｃとを同一としても、一定の効果は期待できる。
【００３９】
また、上記の実施形態において、第３柱部１６ｃを３個、第３ポケット２０ｃを３個設けた例を示したが、これに限ることなく、任意の個数とすることができる。なお、第３ポケット２０ｃの個数は、各柱部１６ａ，１６ｂ，１６ｃの円周方向幅寸法、および針状ころ１４のころ径等によって決定される。
【００４０】
また、上記の実施形態においては、外輪１２と保持器１３と針状ころ１４とを備えた針状ころ軸受１１の例を示したが、これに限ることなく、外輪を省略して保持器と針状ころとからなるケージアンドローラであってもよい。
【００４１】
さらに、この発明に係るクランクシャフト支持構造は、自動車や二輪車等のあらゆるエンジンのクランクシャフトに適用可能である。また、エンジンの気筒数は単気筒であっても多気筒であってもよいが、図１０のＰ部に示すような両端をクランクアームで挟まれた軸部を有する多気筒エンジンに使用されるクランクシャフトに適用することにより、より大きな効果が期待できる。
【００４２】
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。
【産業上の利用可能性】
【００４３】
この発明は、エンジンのクランクシャフト支持構造に有利に利用される。
【図面の簡単な説明】
【００４４】
【図１】この発明の一実施形態に係るクランクシャフト支持構造の組立前の状態を示す図である。
【図２】図１の針状ころ軸受に使用される保持器の針状ころを収容した状態を示す図である。
【図３】図１の針状ころ軸受に使用される保持器セグメントの各柱部の円周方向幅寸法を示す図である。
【図４】図１の針状ころ軸受に使用される保持器セグメントの各ポケット間のピッチを示す図である。
【図５】図１の針状ころ軸受に使用される外輪を示す図である。
【図６】図５の外輪を自然割りによって分割した状態を示す図である。
【図７】図６の分割部分の拡大図である。
【図８】この発明の一実施形態に係るクランクシャフト支持構造の組立後の状態を軸方向から見た図である。
【図９】この発明の一実施形態に係るクランクシャフトの組立後の状態を軸に垂直な方向から見た図である。
【図１０】クランクシャフトを示す図である。
【図１１】従来の針状ころ軸受を示す図である。
【図１２】図１１の針状ころ軸受の保持器を示す図である。
【符号の説明】
【００４５】
１１，１０５  針状ころ軸受、１２  外輪、１２ａ，１２ｂ  外輪部材、１３，１０７  保持器、１３ａ，１３ｂ  保持器セグメント、１４，１０６  針状ころ、１５，１５ａ，１５ｂ  リング部、１６，１６ａ，１６ｂ，１６ｃ，１０７ａ，１０７ｂ，１０７ｃ  柱部、１７，１８  ころ止め部、１９  傾斜部、２０，２０ａ，２０ｂ，２０ｃ  ポケット、２１，１０１  クランクシャフト、２２ａ  シリンダブロック、２２ｂ  ベアリングキャップ、１０２  軸部、１０３  クランクアーム、１０４  クランクピン。
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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