(57)【要約】【課題】分割型外輪の突合部分を転動体が通過する際の騒音および振動を低減した転がり軸受用外輪を提供する。【解決手段】転がり軸受用外輪１４は、円弧形状の複数の金属部材１２と、曲率半径が金属部材１２と等しい円弧形状の高分子部材１３とを円周方向に連ねて形成される。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
円弧形状の複数の金属部材と、
曲率半径が前記金属部材と等しい円弧形状の高分子部材とを円周方向に連ねて形成される、転がり軸受用外輪。
【請求項２】
隣接する前記金属部材の間に配置される前記高分子部材は、
一方側の前記金属部材の円周方向端面に固定され、他方側に向かって突出する凸部を有する第１の高分子部材と、
他方側の前記金属部材の円周方向端面に固定され、前記凸部を受け入れる凹部を有する第２の高分子部材とを含む、請求項１に記載の転がり軸受用外輪。
【請求項３】
前記高分子部材は、強化材が５０％以下添加されている、請求項１または２に記載の転がり軸受用外輪。
【請求項４】
前記高分子部材は、ポリブタジエン系ゴム、ブタジエン・アクリロニトリル系ゴム、およびクロロプレン系ゴムのいずれかで形成されている、請求項１または２に記載の転がり軸受用外輪。
【請求項５】
前記金属部材には、光輝焼入れが施されており、
前記金属部材の平均硬度は、６５３Ｈｖ以上である、請求項１〜４のいずれかに記載の転がり軸受用外輪。
【請求項６】
請求項１〜５のいずれかに記載の転がり軸受用外輪と、
前記転がり軸受用外輪の内径面に転動自在に配置される複数の針状ころと、
円周上の複数箇所に軸受の軸線方向に延びる分割線を有し、前記複数の針状ころを保持する保持器とを備える、針状ころ軸受。
【請求項７】
クランクシャフトと、
前記クランクシャフトを回転自在に支持する請求項６に記載の針状ころ軸受とを備える、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、転がり軸受用外輪、針状ころ軸受、およびクランクシャフト支持構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
図７を参照して、従来のクランクシャフト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（図示省略）を配置するためのクランクピン１０４とを有する。また、クランクシャフト１０１の軸部１０２を回転自在に支持する軸受が、例えば、特開平６−１０９０２５号公報（特許文献１）に記載されている。
【０００３】
しかしながら、軸部１０２の両端部にはクランクアーム１０３が配置されているので、軸部１０２に軸受を組込むためには、外輪を分割して径方向から組み込む必要がある。外輪を分割する方法として、同公報に記載されている軸受には、自然割りが採用されている。
【０００４】
「自然割り」とは、円筒部材に衝撃を加えて円周上の２箇所で等分割し、使用時に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方法を指す。このとき、円筒部材に加えた衝撃により外輪の真円度が劣化するおそれがある。また、分割部分の端面には研削加工等を施さないので、分割面に割れたときの凹凸部が残っている。これは外輪の突合部分に段差を生じさせる原因となり得る。その結果、転動体が突合部分を通過する際に騒音や振動等が生じるという問題があった。
【０００５】
そこで、上記の問題点を解決するために、円周上の複数箇所を刃具によって切断して、分割型外輪を得る方法が考えられる。本明細書では、このような加工方法を「切断加工」と呼ぶ。
【特許文献１】特開平６−１０９０２５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、切断加工によって形成された分割型外輪の突合部分には、刃具の厚み分の隙間が生じる。したがって、転動体が突合部分を通過する際の騒音や振動等の問題は、依然として残っている。
【０００７】
そこで、この発明の目的は、分割型外輪の突合部分を転動体が通過する際の騒音および振動を低減した転がり軸受用外輪を提供することである。また、このような転がり軸受用外輪を採用することにより、長寿命で信頼性の高い針状ころ軸受および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】
【０００８】
この発明に係る転がり軸受用外輪は、円弧形状の複数の金属部材と、曲率半径が金属部材と等しい円弧形状の高分子部材とを円周方向に連ねて形成される。上記構成とすれば、切断加工によって金属部材を形成した場合でも突合部分に隙間が生じるのを有効に防止することができる。その結果、転がり軸受用外輪の突合部分を転動体が通過する際の騒音および振動を低減することができる。なお、上記の「高分子部材」は、高分子材料、より具体的には樹脂（プラスチック）や合成ゴムによって形成される。
【０００９】
好ましくは、隣接する金属部材の間に配置される高分子部材は、一方側の金属部材の円周方向端面に固定され、他方側に向かって突出する凸部を有する第１の高分子部材と、他方側の金属部材の円周方向端面に固定され、凸部を受け入れる凹部を有する第２の高分子部材とを含む。第１および第２の高分子部材を嵌合させることにより、組立時等に転がり軸受用外輪が脱落するのを防止することができる。その結果、転がり軸受用外輪の組立性が向上する。
【００１０】
好ましくは、高分子部材は、強化材が５０％以下添加されている。高分子部材は、金属部材と比較して機械的強度、特に表面硬さや耐摩耗性が劣る。そこで、強化材を添加して機械的強度を向上させるのが望ましい。一方、強化材の含有量が多すぎると、高分子部材の靭性が低下して脆くなる。また、成形時の粘性が高くなり、金型等を用いて高分子部材を形成することが困難となる。そこで、強化材の含有量は上記の範囲内とするのが望ましい。
【００１１】
好ましくは、高分子部材は、ポリブタジエン系ゴム、ブタジエン・アクリロニトリル系ゴム、およびクロロプレン系ゴムのいずれかによって形成されている。これらのゴムは、耐摩耗性に優れ、高分子部材の材料として好適である。
【００１２】
さらに好ましくは、金属部材には光輝焼入れが施されている。そして、金属部材の平均硬度は６５３Ｈｖ以上である。光輝焼入れを施すことにより、金属部材に必要な機械的性質、特に表面硬さ（６５３Ｈｖ以上）を得ることができる。なお、本明細書中「Ｈｖ」（Ｖｉｃｋｅｒｓ  ｈａｒｄｎｅｓｓ）とは、ヴィッカース硬さを意味する。なお、金属部材を回転軸の負荷領域に、高分子部材を非負荷領域に配置すれば、高分子部材の表面硬さが６５３Ｈｖを下回っていても、回転軸を適切に支持することが可能である。
【００１３】
この発明に係る針状ころ軸受は、上記のいずれかに記載の転がり軸受用外輪と、転がり軸受用外輪の内径面に転動自在に配置される複数の針状ころと、円周上の複数箇所に軸受の軸線方向に延びる分割線を有し、複数の針状ころを保持する保持器とを備える。上記構成の転がり軸受用外輪を採用することにより、長寿命で信頼性の高い針状ころ軸受を得ることができる。
【００１４】
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、クランクシャフトを回転自在に支持する上記構成の針状ころ軸受とを備える。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採用することにより、長寿命で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。
【発明の効果】
【００１５】
この発明によれば、隣接する金属部材の間の隙間を高分子部材で埋めたので、突合部分を転動体が通過する際の騒音および振動を低減した転がり軸受用外輪を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
図１および図２を参照して、この発明の一実施形態に係る針状ころ軸受１１を説明する。なお、図１は針状ころ軸受１１を示す図、図２は図１の矢印ＩＩの方向から見た矢視図である。
【００１７】
まず、図１を参照して、針状ころ軸受１１は、内径面に軌道面を有する転がり軸受用外輪１４（以下、単に「外輪１４」という。）と、軌道面に沿って配置される複数の針状ころ１６と、隣接する針状ころ１６の間隔を保持する保持器１５とを備える。
【００１８】
上記した針状ころ軸受１１は、針状ころ１６と外輪１４の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、あらゆる分野に広く利用されている。
【００１９】
外輪１４は、複数の金属部材１２と、高分子部材１３とを円周方向に連ねて形成される。この実施形態においては、２個の金属部材１２と２個の高分子部材１３とが、円周方向に交互に配置されている。また、金属部材１２および高分子部材１３の曲率半径は等しいので、外輪１４の内径面には、隙間や段差のない平滑な軌道面が形成される。その結果、針状ころ１６がスムーズに転動することができる。
【００２０】
次に、図２を参照して、２個の金属部材１２のうちの一方側を第１の金属部材１２ａ、他方側を第２の金属部材１２ｂとする。また、隣接する第１および第２の金属部材１２ａ，１２ｂの間に配置される高分子部材１３は、第１の高分子部材１３ａと、第２の高分子部材１３ｂとを含む。
【００２１】
第１の高分子部材１３ａは、第１の金属部材１２ａの円周方向端面に固定され、第２の金属部材１２ｂ（第２の高分子部材１２ｂ）に向かって突出する凸部１７を有する。また、第２の高分子部材１３ｂは、第２の金属部材１２ｂの円周方向端面に固定され、凸部１７を受け入れる凹部１８を有する。これは、他方側の突合部分についても同様である。そして、突合部分の２箇所でそれぞれ凸部１７と凹部１８とを嵌合させて外輪１４を構成する。
【００２２】
保持器１５は、円周上の複数箇所に軸受の軸線方向に延びる分割線を有する分割型保持器である。この実施形態においては、半円形状（中心角が１８０°）の２個の保持器セグメント１５ａ，１５ｂを円周方向に連ねて円筒形状の保持器１５を構成している。
【００２３】
次に、外輪１４の製造方法を説明する。外輪１４は、金属部材１２と高分子部材１３とをそれぞれ形成し、それらを結合させて形成される。
【００２４】
まず、金属部材１２は、軸受鋼を切断加工して製造される。具体的には、出発材料としてのパイプ材に旋削加工を施して所定の外形寸法、内径寸法、および厚み寸法の円筒部材を得る。次に、所定の機械的性質を得るために熱処理を施す。具体的には、光輝焼入れによって平均硬度を６５３Ｈｖ以上にする。また、光輝焼入れによって生じた残留応力や内部ひずみを低減し、靭性の向上や寸法を安定化させるために焼戻を行うのが望ましい。
【００２５】
次に、円筒部材の表面、特に軌道面となる内径面に研削加工を施し、円筒部材の軌道面の表面粗さを所定値以下とすることにより、軌道面と針状ころ１６との間の摩擦抵抗を低減して、回転時のトルク損失や発熱を抑制することができる。そして、円筒部材の円周上の２箇所を切断加工によって切断して第１および第２の金属部材１２ａ，１２ｂを得ることができる。
【００２６】
一方、高分子部材１３は、高分子材料を射出成形して製造される。なお、本明細書中の「高分子材料」とは、樹脂（プラスチック）や合成ゴム等を指す。例えば、高分子材料として母材に強化材を添加したＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒ  Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ）を採用することができる。より具体的には、強化材としては炭素繊維を添加したＣＦＲＰ、または強化材としてガラス繊維を添加したＧＦＲＰ等が該当する。
【００２７】
なお、強化材の含有量は、高分子部材１３全体の体積率に対して５０％未満、好ましくは１０％〜３５％、さらに好ましくは２５％〜３０％とする。プラスチックは、金属部材１２と比較して機械的強度、特に表面硬さや耐摩耗性が劣る。そこで、強化材を添加して機械的強度を向上させる必要がある。なお、寸法変化を抑制し、必要な強度を維持するためには高分子部材１３全体の体積率に対して１０％以上添加するのが望ましい。
【００２８】
一方、強化材の含有量が多すぎると、高分子部材１３の靭性が低下して脆くなる。また、成形時の粘性が高くなり、金型等を用いて高分子部材１３を形成することが困難となる。そこで、強化材の含有量は５０％未満、さらに好ましくは３５％未満とするのが望ましい。
【００２９】
そして、第１の金属部材１２ａの円周方向一方側端面に第１の高分子部材１３ａを、円周方向他方側端面に第２の高分子部材１３ｂをそれぞれ固定する。第２の金属部材１２ｂについても同様である。なお、この工程によって得られた金属部材１２と高分子部材１３との結合部材を「外輪部材」という。
【００３０】
一方、上記のＦＲＰに代えて合成ゴムを採用することもできる。具体的には、ポリブタジエン系ゴム、ブタジエン・アクリロニトリル系ゴム、およびクロロプレン系ゴムのいずれかが使用可能である。これらの合成ゴムは、耐摩耗性に優れているため高分子部材１３の材料として好適である。
【００３１】
上記の製造方法によって得られる外輪１４は、金属部材１２および高分子部材１３の中心角を任意に設定することができる。例えば、図１に示す実施形態において、金属部材１２の中心角を１２０°とすれば、１個のパイプ材から３個の金属部材１２を、つまり、２個のパイプ材から３セットの外輪１４を得ることができる。これにより、外輪１４全体としての製造コストを低減することができる。
【００３２】
ただし、高分子部材１３は、金属部材１２と比較して表面硬さ等の機械的強度が劣る。そこで、信頼性の高いクランクシャフト支持構造を得る観点からは、クランクシャフト２１の負荷領域に金属部材１２を、非負荷領域に高分子部材１３を配置する必要がある。したがって、負荷領域全域をカバーできるように金属部材１２の中心角を決定するのが望ましい。
【００３３】
次に、保持器１５の製造方法を説明する。まず、ＳＣＭ，ＳＣｒ，ＳＮＣＭ等の金属材料で形成されたパイプ材を所定の形状の円筒部材に加工する。次に、円筒部材の外径面に厚み方向に貫通する複数のポケットを形成する。次に、所定の機械的性質を得るために円筒部材に熱処理を施す。具体的には、浸炭焼入れまたは浸炭窒化焼入れによって平均硬度を４５０Ｈｖ以上にする。また、上記の焼入れ後に焼戻を行うのが望ましい。最後に、円筒部材を円周上の２箇所で切断して半円形状の保持器セグメント１５ａ，１５ｂを得る。
【００３４】
なお、本明細書中「半円形状の保持器セグメント」とは、中心角が厳密に１８０°であるものに限定されない。つまり、中心角が１８０°より僅かに小さいが、実質的に１８０°であると評価できるものについては、「半円形状の保持器セグメント」に含むものとする。
【００３５】
具体的には、保持器セグメント１５ａ，１５ｂの突合部分には、円筒部材を切断する刃具の厚みに相当する隙間が形成される。また、高温環境下で使用される場合には、熱膨張を考慮して予め保持器セグメント１５ａ，１５ｂの突合部分に微小な隙間を設けておく必要がある。しかし、上記のような理由で中心角を僅かに減じたものについては、「半円形状の保持器セグメント」に含むものとする。
【００３６】
次に、図３〜図６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。なお、図３はクランクシャフト２１に保持器１５を組込んだ状態を示す図、図４はクランクシャフト２１に外輪１４を組込んだ状態を示す図、図５は針状ころ軸受１１をクランクケース２２に組込んだ状態を示す図、図６はクランクシャフト２１の支持構造の組込み後の状態を示す図である。
【００３７】
まず、図３を参照して、針状ころ１６を保持器１５に組込んで保持器付ころを得る。次に、保持器付ころをクランクシャフト２１に組込む。次に、図４を参照して、保持器１５の外側に２個の外輪部材をそれぞれ径方向から組込む。そして、２箇所の突合部分のそれぞれで凸部１７と凹部１８とを嵌合させる。これにより、針状ころ軸受１１の組立が完了する。
【００３８】
次に、図５および図６を参照して、針状ころ軸受１１をクランクケース２２に載置し、ベアリングキャップ２３を被せて、両者をボルト等で固定する。これにより、クランクシャフト支持構造の組立が完了する。その結果、クランクシャフト２１と、保持器１５と、外輪１４と、ハウジング（クランクケース２２およびベアリングキャップ２３を指す）との内径面が同心円状に配置され、針状ころ軸受１１の安定した回転を確保することができる。
【００３９】
上記構成の針状ころ軸受１１は、切断加工によって形成された金属部材１２の突合部分に生じる隙間を高分子部材１３で埋めている。これにより、突合部分に隙間や段差のない軌道面を得ることができる。その結果、外輪１４の突合部分を針状ころ１６が通過する際の振動や騒音を低減した針状ころ軸受１１およびクランクシャフト支持構造を得ることができる。
【００４０】
また、外輪部材の突合部分において、第１の高分子部材１３ａの凸部１７と第２の高分子部材１３ｂの凹部１８とを嵌合させることにより、針状ころ軸受１１の組立時に外輪１４が脱落するのを有効に防止することができる。さらに、組立時に外輪１４の脱落を防止するためのサークリップ等が不要となる。その結果、針状ころ軸受１１の組立性が向上すると共に部品点数の削減にも寄与する。
【００４１】
なお、外輪１４がハウジングの内部で回転するのを防止するために、両者は締まり嵌めとされる。このとき、金属部材１２よりも弾性変形能の高い高分子部材１３が圧縮変形され、ハウジングから外輪１４に作用する荷重を吸収する。このため、金属部材１２の変形を抑制することができる。その結果、外輪１４の真円度の劣化を防止することができ、突合部分を針状ころ１６が通過する際の騒音および振動を低減することができる。
【００４２】
また、例えば、ハウジングを軸受鋼と比較して線膨張係数の高い軽金属（アルミニウム合金やマグネシウム合金等）で形成した場合、高温時にハウジングの変形量が外輪１４より大きくなり、両者の間にラジアル方向の隙間が形成される。この隙間は主に針状ころ軸受１１の非負荷領域に偏るので、非負荷領域における針状ころ１６の自由度が増し、騒音や振動の原因となり得る。そこで、上記構成の針状ころ軸受１１を採用することにより、合成ゴムで形成した高分子部材１３が隣接する金属部材１２を引き寄せてラジアル隙間の拡大を防止する。
【００４３】
上記の実施形態においては、金属部材１２および高分子部材１３を２個ずつ円周方向に連ねて形成して外輪１４を構成した例を示したが、これに限ることなく、２個以上の金属部材および１個以上の高分子部材１３を任意に組み合わせて外輪１４を構成することができる。
【００４４】
また、上記の実施形態において、半円形状の２つの保持器セグメント１５ａ，１５ｂによって保持器１５を構成した例を説明したが、これに限ることなく、クランクシャフト２１に径方向から組み込み可能な任意の構成を採用することができる。例えば、円周上の３箇所で切断してもよいし、各々の中心角を異ならせてもよい。
【００４５】
または、円周上の１箇所に軸線方向に延びる分割線を有する一体型保持器（いわゆる「Ｃ型保持器」）であってもよい。この場合、分割線を広げる方向に弾性変形させながらクランクシャフト２１に組み込むことになるので、弾性変形能の高い樹脂材料で形成するのが望ましい。樹脂材料としては、射出成形可能な合成樹脂であることが望ましく、高温環境下で使用されるので、耐熱温度が１２０℃以上であることが望ましい。具体的には、ナイロン６６、またはナイロン４６等を採用することができる。
【００４６】
さらに、分割部分には、図２に示した構造を採用してもよい。具体的には、分割部分の一方側端面に他方側に向かって突出する凸部と、分割部分の他方側端面に凸部を受け入れる凹部とを形成する。そして、この凸部と凹部とを係合させて円筒形状の保持器を得るのが望ましい。
【００４７】
さらに、上記の実施形態においては、転がり軸受として針状ころ軸受１１の例を示したが、この発明は、円筒ころ軸受、棒状ころ軸受等、あらゆる転がり軸受に適用することができる。
【００４８】
なお、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も多気筒であってもよいが、図７に示すような軸部１０２の両端にクランクアーム１０３が配置されている多気筒エンジン用の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。
【００４９】
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】
【００５０】
この発明は、転がり軸受用外輪、針状ころ軸受、および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】
【００５１】
【図１】この発明の一実施形態に係る針状ころ軸受を示す図である。
【図２】図１の矢印ＩＩの方向から見た矢視図である。
【図３】この発明の一実施形態に係る針状ころ軸受をクランクシャフトに組込む工程を示す図であって、クランクシャフトに保持器を組込んだ図である。
【図４】この発明の一実施形態に係る針状ころ軸受をクランクシャフトに組込む工程を示す図であって、クランクシャフトに転がり軸受用外輪を組込んだ図である。
【図５】この発明の一実施形態に係る針状ころ軸受をクランクシャフトに組込む工程を示す図であって、針状ころ軸受をクランクケースに組込んだ図である。
【図６】この発明の一実施形態に係る針状ころ軸受をクランクシャフトに組込む工程を示す図であって、クランクシャフト支持構造の組込み後の図である。
【図７】従来のクランクシャフトを示す図である。
【符号の説明】
【００５２】
１１  針状ころ軸受、１２  金属部材、１２ａ  第１の金属部材、１２ｂ  第２の金属部材、１３  高分子部材、１３ａ  第１の高分子部材、１３ｂ  第２の高分子部材、１４  転がり軸受用外輪、１５  保持器、１６  針状ころ、１７  凸部、１８  凹部、２１，１０１  クランクシャフト、２２  クランクケース、２３  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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