JP2008232278A - ころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】 内輪を省略して小径化（小型化）を図れるとともに、特別な固定手段を設けなくても外輪をアキシャル方向に位置決めして、ハウジングに対するアキシャル方向の移動を阻止することのできるころ軸受を提供する。
【解決手段】 外輪２，３は、金属板をプレス成形してシェル形状に形成されている。外輪２，３のアキシャル方向中間部の外周面には、アキシャル方向両端部の外周面よりも小径となる段差部２ｂ，３ｂがアキシャル方向に所定の幅で全周にわたって連続的に形成されている。段差部２ｂ，３ｂは、外輪２，３の外周面及び内周面が、ラジアル方向の外側から内側へプレスにより押圧されて、それぞれラジアル方向の内側に向って階段状に、軸線Ｏを共有する形で、膨出成形されている。段差部２ｂ，３ｂの外周面でシリンダブロックの台座１０５及びキャップ部材１０６を保持することにより、外輪２，３のアキシャル方向の位置決めが行われ、アキシャル方向の移動が阻止される。
【選択図】 図２

Description

本発明は、ころ軸受、特にカム軸やクランク軸のように、エンジンのハウジング内に配置される回転軸に好適なころ軸受に関する。

カム軸やクランク軸のように、エンジンのハウジング（例えば、シリンダブロックやシリンダヘッド）内に配置される回転軸を支承するために、最近では一般に針状ころ軸受等のころ軸受が用いられる。このような場合、回転軸の外周面をそのまま軌道面として利用することによって内輪を省略でき、特に針状ころ軸受では負荷容量を維持しつつ小径化（小型化）を図りやすい。しかし、内輪を省略したころ軸受では同時に回転軸への固定手段を欠くことになるので、外輪をアキシャル方向に位置決めして、回転軸又はハウジングに対するアキシャル方向の移動を阻止するための手段が別途必要になる。

そこで、外輪の外周面に設けた突起をハウジング側（ハウジング本体やキャップ部材）に設けたくぼみに嵌め込んで外輪をアキシャル方向に位置決めし、外輪のアキシャル方向への移動を阻止する技術が開示されている（例えば特許文献１参照）。

特開２００５−１８０４５９号公報

特許文献１によれば、突起とくぼみとの係合によって外輪をアキシャル方向に位置決めできるようになる。ところが、突起やくぼみは比較的小さいものであるから、特に外輪に設ける突起の強度は十分とは言えず折損（折れ）や損傷（曲り）等を生じるおそれがある。また、ハウジング側にくぼみを設ける必要があり、エンジン本体側に追加加工や設計変更を要し、製造コストの上昇を招くおそれもある。

本発明の課題は、内輪を省略して小径化（小型化）を図れるとともに、特別な固定手段を設けなくても外輪をアキシャル方向に位置決めして、ハウジングに対するアキシャル方向の移動を阻止することのできるころ軸受を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

上記課題を達成するために、本発明のころ軸受は、
エンジンのハウジング内に配置される回転軸を支承するために、円筒状に形成された外輪と、その外輪の内周面及び前記回転軸の外周面にそれぞれ形成された軌道面間に転動可能に配置された複数のころと、それら複数のころを周方向に所定間隔で保持する環状の保持器とを備えるころ軸受であって、
前記外輪のアキシャル方向中間部の外周面には、アキシャル方向両端部の外周面よりも小径となる小径部がアキシャル方向に所定の幅で（全周にわたって）成され、
前記外輪の小径部の外周面で前記ハウジング側の外輪固定部材を保持することにより、前記外輪のアキシャル方向の位置決めを行い移動を阻止することを特徴とする。

このように、外輪の内周面及び回転軸の外周面に軌道面を形成することにより、内輪を省略して小径化（小型化）を図ることができる。また、シェル形状の外輪のアキシャル方向中間部に小径部を形成することにより、ハウジング側の外輪固定部材（例えばキャップ部材）以外に特別な固定手段を設けなくても外輪をアキシャル方向に位置決めでき、ハウジングに対するアキシャル方向の移動を阻止することができる。特に、ハウジング（エンジン本体）側に追加加工や設計変更（例えば、ノックピン、ピン孔）を要しない。

ところで、「エンジンのハウジング」は、具体的にはシリンダブロックやシリンダヘッドを指し、「回転軸」は、一般的にカム軸やクランク軸を意味する。したがって、「ハウジング側の外輪固定部材」は、ハウジングに一体形成されてころ軸受（の外輪）を載置するための台座や、その台座にころ軸受（の外輪）を締付固定するためのキャップ部材を含む。

なお、クランク軸の場合、ころ軸受はクランクジャーナル、クランクピンのいずれにも適用できる。また、カム軸の場合、ころ軸受は着脱可能なカムローブを有する組立式のカム軸にも適用できる。したがって、ころ軸受は、外輪及び保持器が周方向に分割（保持器のＣ形分割を含む）された分割形と、周方向に非分割の一体形とを問わず適用される。

そして、外輪は金属板をプレス成形して（シェル形状に）形成されるとともに、小径部は、外輪の外周面及び内周面が、ラジアル方向の外側から内側へプレスにより押圧されて、それぞれラジアル方向の内側に向って階段状に、かつ回転軸と軸線を共有する形で、膨出成形された段差部として構成されていることが望ましい。外輪をシェル形状としたので、プレス成形によって段差部を容易にかつ寸法精度よく形成することができる。

具体的には、段差部の内周面が軌道面に形成される一方、段差部の外周面の形成幅をハウジング側の外輪固定部材の幅と等しく設定することができる。これによって、段差部の内周面は軌道面として高精度に維持されるとともに、段差部の外周面にハウジング側の外輪固定部材（例えばキャップ部材）を嵌合すれば、外輪をアキシャル方向に正確に位置決めでき、外輪の取付精度が向上する。

さらに、段差部は、外輪のアキシャル方向の中心に対して対称形状に形成されるとともに、外輪のアキシャル方向両端部は、先端部がラジアル方向に沿って内側に折れ曲って環状をなし、互いに対向する一対の鍔部を形成し、保持器及びころを段差部と一対の鍔部とで囲まれた空間内に配置することができる。これによって、回転軸（例えばクランク軸）にスラスト力が作用したときでも、外輪、保持器及びころを安定して保持することができる。

その際、外輪の全幅をＷ０、保持器の幅をＷ１、軌道面の幅をＷ２、段差部の外周面の形成幅をＷ３としたとき、
Ｗ０＞Ｗ１＞Ｗ２＞Ｗ３
の関係を満足するように設定することで、上記空間を比較的大きくかつ安定して確保することができる。

したがって、例えば回転軸がカム軸又はクランク軸であるとき、外輪及び保持器が周方向に分割可能に形成されていれば、好適に実施することができる。すなわち、外輪及び保持器をそれぞれ周方向に２分割し、それらの分割片を組み合わせて円筒状に形成する。ただし、高分子材料製（合成樹脂製）の保持器であれば、周方向の１ヶ所で切断し、弾性変形により切り口を広げてできる開口を介して回転軸に着脱する方式（いわゆるＣ形分割タイプ）を用いてもよい。

他方、回転軸が着脱可能なカムローブを有する組立式のカム軸であるとき、外輪及び保持器は周方向に分割不能に形成されていてもよい。すなわち、軸本体からカムローブを離脱させた状態であれば、周方向に分割不能な一体形の外輪や保持器であっても、カム軸に装着することができる。

ところで、以上のようなころ軸受を製造する際には、
金属板をプレスにより深絞り成形して有底筒状の外輪素材を作成する深絞り工程と、
その有底筒状の外輪素材の周壁部をアキシャル方向に所定の幅でラジアル方向の外側から内側へプレスにより押圧して、それぞれラジアル方向の内側に向って階段状に、かつ前記軸線を共有する形で、膨出成形された段差部を形成する段差部形成工程と、
前記段差部が形成された外輪素材の底壁部において、前記軸線を含んでアキシャル方向に貫通孔を形成することにより、その底壁部で残った部分が一端部側の前記鍔部を形成するとともに、前記深絞り工程で前記外輪素材の周壁部の開口側端部の周囲に形成された深絞りフランジ部を内面側に折り返すことにより、他端部側の前記鍔部を形成する鍔部形成工程とを含むことが望ましい。

このように、プレスによる深絞りで作成された有底筒状の外輪素材の周壁部に、プレス成形によって段差部を形成し、その後底壁部と周壁部の開口側端部とに鍔部を形成するので、小径化（小型化）された外輪を寸法精度よく製造することができる。それによって、外輪のアキシャル方向の位置決め精度も向上させることができる。

なお、一体形の外輪の場合には、鍔部形成工程の前に、段差部形成工程を経て作成された外輪素材の全面を焼入れ処理する焼入工程を実施し、さらに、保持器ところとを外輪素材の内部に収容する保持器・ころ収容工程を実施することが望ましい。また、分割形の外輪の場合には、鍔部形成工程後に、諸工程を経て作成された外輪素材の全面を焼入れ処理する焼入工程を実施し、さらに、焼入れ処理後の外輪素材をカッタによる切断処理によって、又はプレスによる割り処理によって周方向に２分割する分割工程を実施する。

（実施例１）
以下、本発明の実施の形態を図面を参照しつつ説明する。図１は本発明に係るころ軸受を備えたクランクシャフトの一例を示す分解斜視図である。クランクシャフト７０（クランク軸；回転軸）のクランクジャーナル７１は、エンジンのシリンダブロック１０４（ハウジング）に一体形成された台座１０５（外輪固定部材）に載置される。そして、台座１０５と、クランクジャーナル７１を挟んで上方から対向配置されたキャップ部材１０６（外輪固定部材）とは、針状ころ軸受（以下、単にころ軸受ともいう）１を介して締付固定されている。すなわち、クランクシャフト７０はころ軸受１によってシリンダブロック１０４に支承されている。

具体的には、台座１０５には一対の雌ねじ穴１０５ｈ，１０５ｈが形成され、キャップ部材１０６には一対の挿通孔１０６ｈ，１０６ｈが形成されている。挿通孔１０６ｈ，１０６ｈを挿通させたボルト１０７，１０７を雌ねじ穴１０５ｈ，１０５ｈに螺合させることにより、キャップ部材１０６は台座１０５に固定される。ころ軸受１は、台座１０５に形成された半筒状を呈する凹部１０５ａと、キャップ部材１０６に形成された半筒状を呈する凹部１０６ａとが組合わさった状態でその内側に保持される。すなわち、一対の分割形外輪（以下、単に外輪ともいう）２，３が台座１０５及びキャップ部材１０６に各々一体的に固定され、クランクジャーナル７１（クランクシャフト７０）が内輪として相対回転可能に連結される。なお、クランクシャフト７０は、クランクピン７２やカウンターウエイト７３等を備えている。

図２はころ軸受の正面断面図、図３はそのＡ−Ａ断面図を示す。図２及び図３に示すように、ころ軸受１は、鋼製で一対の外輪２，３と、鋼製で複数（例えば６個）の針状ころ（以下、単にころともいう）４と、合成樹脂製で環状のＣ形分割保持器（以下、単に保持器ともいう）５とを備える。外輪２，３は周方向に２分割され、クランクジャーナル７１と軸線Ｏを共有する円筒状に組み合わせられている。ころ４は、外輪２，３の内周面に形成された外輪側軌道面２ａ，３ａと、クランクジャーナル７１の外周面に形成されたジャーナル側軌道面７１ａとの間に転動可能に配置されている。保持器５は、周方向に所定間隔（例えば６０°間隔）で貫通形成されたポケット孔Ｐにころ４を収納保持するとともに、周方向の１ヶ所で切断されており、弾性変形により切り口５ａを広げてできる開口を介してクランクジャーナル７１に着脱される。

外輪２，３は、金属板をプレス成形してシェル形状に形成されている（図４参照）。また、外輪２，３のアキシャル方向中間部の外周面には、アキシャル方向両端部の外周面よりも小径となる段差部２ｂ，３ｂ（小径部）がアキシャル方向に所定の幅Ｗ３で全周にわたって連続的に形成されている。具体的には、この段差部２ｂ，３ｂは、外輪２，３の外周面及び内周面が、ラジアル方向の外側から内側へプレスにより押圧されて（図４参照）、それぞれラジアル方向の内側に向って階段状に、軸線Ｏを共有する形で、膨出成形されている。

そして、段差部２ｂ，３ｂの外周面でシリンダブロック１０４の台座１０５及びキャップ部材１０６を保持することにより、外輪２，３のアキシャル方向の位置決めが行われ、アキシャル方向の移動が阻止される。

具体的には、段差部２ｂ，３ｂの内周面が外輪側軌道面２ａ，３ａに形成され、段差部２ｂ，３ｂの外周面の形成幅Ｗ３を台座１０５又はキャップ部材１０６の幅と等しく設定してある。これによって、段差部２ｂ，３ｂの内周面は外輪側軌道面２ａ，３ａとして高精度に維持され、段差部２ｂ，３ｂの外周面に台座１０５やキャップ部材１０６を嵌合するので、外輪２，３をアキシャル方向に正確に位置決めでき、外輪２，３の取付精度も向上する。

さらに、段差部２ｂ，３ｂは、外輪２，３のアキシャル方向の中心（幅中心）に対して左右対称形状に形成されている。また、外輪２，３のアキシャル方向両端部は、先端部がラジアル方向に沿って（すなわち軸線Ｏに向って）ほぼ直角に内側へ折れ曲って環状をなし、互いに対向する一対の鍔部２ｃ，２ｃ，３ｃ，３ｃを形成している。これによって、保持器５及びころ４は、段差部２ｂ，３ｂと一対の鍔部２ｃ，２ｃ，３ｃ，３ｃとで囲まれた空間Ｓ内に配置されるので、クランクジャーナル７１にスラスト力が作用したときでも、外輪２，３、保持器５及びころ４を安定して保持することができる。

図２に示すように、外輪２，３の全幅をＷ０、保持器５の幅をＷ１、外輪側軌道面２ａ，３ａの幅をＷ２、段差部２ｂ，３ｂの外周面の形成幅をＷ３としたとき、
Ｗ０＞Ｗ１＞Ｗ２＞Ｗ３
の関係を満足するように設定されている。これによって、上記空間Ｓを比較的大きくかつ安定して確保できる。

以上のように構成された外輪２，３の製造方法について、図４により概略を説明する。

＜深絞り工程＞
金属板Ｍの深絞りフランジ部ＭＦをダイスＤとしわ押えＥで挟持しながら、ポンチＰによりプレス（深絞り成形）して有底筒状の外輪素材２０を作成する。

＜段差部形成工程＞
有底筒状の外輪素材２０の周壁部２０ａをアキシャル方向に所定の幅Ｗ３でラジアル方向の外側から内側へローラＲによりプレス（押圧）する。周壁部２０ａには、ラジアル方向の内側に向って階段状に、軸線Ｏを共有する形で、膨出成形された段差部２０ｂが形成される。

＜鍔部形成工程＞
段差部２０ｂが形成された外輪素材２０の底壁部２０ｃにおいて、軸線Ｏを含んでアキシャル方向に貫通孔２０ｄを形成することにより、底壁部２０ｃで残った部分が一端部側の鍔部２０ｅを形成する。また、深絞り工程で外輪素材２０の周壁部２０ａの開口側端部の周囲に形成された深絞りフランジ部ＭＦを内面側に折り返すことにより、他端部側の鍔部２０ｆを形成する。

＜焼入工程＞
外輪素材２０の全面を焼入れ処理する。

＜分割工程＞
焼入れ処理後の外輪素材２０をカッタによる切断処理によって周方向に２分割する。

このように、プレスによる深絞りで作成された有底筒状の外輪素材２０の周壁部２０ａに、プレス成形によって段差部２０ｂを形成し、その後底壁部２０ｃと周壁部２０ａの開口側端部とに鍔部２０ｅ，２０ｆを形成する。これにより、小径化（小型化）された外輪２，３を寸法精度よく製造することができる。それに伴って、外輪２，３のアキシャル方向の位置決め精度も向上させることができる。

（実施例２）
図５は本発明に係るころ軸受を備えた組立式カムシャフトの一例を示す分解斜視図である。組立式カムシャフト６０（カム軸；回転軸）は、カムシャフト６０に対して軸線方向から着脱可能なカムローブ６２を有するため、図５に示す針状ころ軸受（以下、単にころ軸受ともいう）１０の外輪２１及び保持器５１には、それぞれ周方向に分割不能な一体形を用いることができる。

組立式カムシャフト６０のカムジャーナル６１は、エンジンのシリンダヘッド１００（ハウジング）に一体形成された台座１０１（外輪固定部材）に載置される。そして、台座１０１と、カムジャーナル６１を挟んで上方から対向配置されたキャップ部材１０２（外輪固定部材）とは、カムシャフト６０の軸線方向から挿入可能なころ軸受１０を介して締付固定されている。すなわち、組立式カムシャフト６０はころ軸受１０によってシリンダヘッド１００に支承されている。

具体的には、台座１０１には一対の雌ねじ穴１０１ｈ，１０１ｈが形成され、キャップ部材１０２には一対の挿通孔１０２ｈ，１０２ｈが形成されている。挿通孔１０２ｈ，１０２ｈを挿通させたボルト１０３，１０３を雌ねじ穴１０１ｈ，１０１ｈに螺合させることにより、キャップ部材１０２は台座１０１に固定される。ころ軸受１０は、台座１０１に形成された半筒状を呈する凹部１０１ａと、キャップ部材１０２に形成された半筒状を呈する凹部１０２ａとが組合わさった状態でその内側に保持される。すなわち、外輪２１が台座１０１及びキャップ部材１０２に各々一体的に固定され、カムジャーナル６１（組立式カムシャフト６０）が内輪として相対回転可能に連結される。

図６はころ軸受の正面断面図、図７はそのＢ−Ｂ断面図を示す。図６及び図７に示すように、ころ軸受１０は、鋼製の外輪２１と、鋼製で複数（例えば６個）の針状ころ（以下、単にころともいう）４と、合成樹脂製で環状の保持器５１とを備える。本実施例における外輪２１は、実施例１における分割形外輪２，３を一体形としたものに相当する。同様に、保持器５１はＣ形分割保持器５を一体形としたものに相当する。このように、図６及び図７（実施例２）は、基本的な構造が図２及び図３（実施例１）と共通しているので、詳細な説明を省略する。

次に、外輪２１の製造方法について、図８により概略を説明する。

＜深絞り工程＞
金属板Ｍの深絞りフランジ部ＭＦをダイスＤとしわ押えＥで挟持しながら、ポンチＰによりプレス（深絞り成形）して有底筒状の外輪素材２０を作成する。

＜段差部形成工程＞
有底筒状の外輪素材２０の周壁部２０ａをアキシャル方向に所定の幅Ｗ３でラジアル方向の外側から内側へローラＲによりプレス（押圧）する。周壁部２０ａには、ラジアル方向の内側に向って階段状に、軸線Ｏを共有する形で、膨出成形された段差部２０ｂが形成される。

＜焼入工程＞
外輪素材２０の全面を焼入れ処理する。

＜保持器・ころ収納工程＞
保持器５１にころ４を保持させ、これらを外輪素材２０の内側に収納する。

＜鍔部形成工程＞
段差部２０ｂが形成された外輪素材２０の底壁部２０ｃにおいて、軸線Ｏを含んでアキシャル方向に貫通孔２０ｄを形成することにより、底壁部２０ｃで残った部分が一端部側の鍔部２０ｅを形成する。また、深絞り工程で外輪素材２０の周壁部２０ａの開口側端部の周囲に形成された深絞りフランジ部ＭＦを内面側に折り返すことにより、他端部側の鍔部２０ｆを形成する。

このように、プレスによる深絞りで作成された有底筒状の外輪素材２０の周壁部２０ａに、プレス成形によって段差部２０ｂを形成し、その後底壁部２０ｃと周壁部２０ａの開口側端部とに鍔部２０ｅ，２０ｆを形成する。これにより、小径化（小型化）された外輪２１を寸法精度よく製造することができる。それに伴って、外輪２１のアキシャル方向の位置決め精度も向上させることができる。

実施例１では、クランクジャーナル７１にころ軸受１を用いる場合について説明したが、クランクピン７２にころ軸受１を用いることができる。また、実施例２では、組立式カムシャフト６０にころ軸受１０を用いる場合について説明したが、着脱可能なカムローブ６２を有しないカムシャフトに実施例１のころ軸受１を用いることができる。

本発明に係るころ軸受を備えたクランクシャフトの一例を示す分解斜視図。 図１に用いるころ軸受の正面断面図。 図２のＡ−Ａ断面図。 図２に示す外輪の製造工程図。 本発明に係るころ軸受を備えた組立式カムシャフトの一例を示す分解斜視図。 図５に用いるころ軸受の正面断面図。 図６のＢ−Ｂ断面図。 図６に示す外輪の製造工程図。

符号の説明

１，１０ 針状ころ軸受（ころ軸受）
２，３ 分割形外輪（外輪）
２ａ，３ａ 外輪側軌道面
２ｂ，３ｂ 段差部（小径部）
２ｃ，３ｃ 鍔部
２１ 一体形外輪（外輪）
２１ａ 外輪側軌道面
２１ｂ 段差部（小径部）
２１ｃ 鍔部
４ 針状ころ（ころ）
５ Ｃ形分割保持器（保持器）
５１ 一体形保持器（保持器）
６０ 組立式カムシャフト（カム軸；回転軸）
６１ カムジャーナル
６２ カムローブ
７０ クランクシャフト（クランク軸；回転軸）
７１ クランクジャーナル
１００ シリンダヘッド（ハウジング）
１０１ 台座（外輪固定部材）
１０２ キャップ部材（外輪固定部材）
１０４ シリンダブロック（ハウジング）
１０５ 台座（外輪固定部材）
１０６ キャップ部材（外輪固定部材）
Ｏ 軸線
Ｓ 空間

Claims (4)

1. エンジンのハウジング内に配置される回転軸を支承するために、円筒状に形成された外輪と、その外輪の内周面及び前記回転軸の外周面にそれぞれ形成された軌道面間に転動可能に配置された複数のころと、それら複数のころを周方向に所定間隔で保持する環状の保持器とを備えるころ軸受であって、
   前記外輪のアキシャル方向中間部の外周面には、アキシャル方向両端部の外周面よりも小径となる小径部がアキシャル方向に所定の幅で形成され、
   前記外輪の小径部の外周面で前記ハウジング側の外輪固定部材を保持することにより、前記外輪のアキシャル方向の位置決めを行い移動を阻止することを特徴とするころ軸受。
2. 前記外輪は金属板をプレス成形して形成されるとともに、
   前記小径部は、前記外輪の外周面及び内周面が、ラジアル方向の外側から内側へプレスにより押圧されて、それぞれラジアル方向の内側に向って階段状に、かつ前記回転軸と軸線を共有する形で、膨出成形された段差部として構成されている請求項１に記載のころ軸受。
3. 前記段差部の内周面が前記軌道面に形成される一方、
   前記段差部の外周面の形成幅が前記ハウジング側の外輪固定部材の幅と等しく設定されている請求項２に記載のころ軸受。
4. 前記段差部は、前記外輪のアキシャル方向の中心に対して対称形状に形成されるとともに、
   前記外輪のアキシャル方向両端部は、先端部がラジアル方向に沿って内側に折れ曲って環状をなし、互いに対向する一対の鍔部を形成し、
   前記保持器及びころは前記段差部と前記一対の鍔部とで囲まれた空間内に配置されている請求項２又は３に記載のころ軸受。

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