JP5049143B2 - コンロッドの大端部支持構造および二輪用エンジン - Google Patents

Description

この発明は、針状ころ軸受を備えるコンロッドの大端部支持構造、およびこのようなコンロッドの大端部支持構造を備える二輪用エンジンに関するものである。

オートバイ用エンジンのコンロッド大端用軸受には、ころと保持器とで構成されるケージ＆ローラタイプの針状ころ軸受が採用されることが多い。このような軸受が、例えば、特開２０００−２５７６３８号公報（特許文献１）に記載されている。

同公報には、管状素材をバルジ加工により断面Ｍ字型の環状部材に成形し、環状部材にころ保持用の窓を形成することにより、軽量で負荷容量の大きいころ軸受用保持器を得ることができると記載されている。
特開２０００−２５７６３８号公報

上記公報に記載されている方法でころ軸受用保持器を形成した場合、屈曲部分、すなわち柱中央部と柱傾斜部との境界部分、柱傾斜部と柱端部との境界部分、および柱端部と環状側部との境界部分の肉厚が、管状素材の肉厚と比較して薄くなってしまう。軸受回転中に保持器に作用する応力は屈曲部分に集中するので、屈曲部分の薄肉化によってころ軸受用保持器の破損の危険性が増大する。

また、このような針状ころ軸受をコンロッド大端用軸受として採用すると、二輪用エンジンの寿命や信頼性が低下する虞がある。

そこで、この発明の目的は、高強度の針状ころ軸受を採用することによって、長寿命で信頼性の高いコンロッドの大端部支持構造、および二輪用エンジンを提供することである。

この発明に係るコンロッドの大端部支持構造は、大端部および小端部を有し、直線往復運動を回転運動に変換するコンロッドと、大端部に嵌合され、コンロッドをクランクシャフトに対して相対回転自在に支持する針状ころ軸受とを備える。針状ころ軸受は、複数の針状ころと、円環形状の一対のリング部、一対のリング部を相互に連結する複数の柱部、および隣接する柱部の間に針状ころを収容する複数のポケットを有する保持器とを含む。柱部は、軸方向中央部領域で相対的に径方向内側に位置する柱中央部、軸方向端部領域で相対的に径方向外側に位置する一対の柱端部、および柱中央部と一対の柱端部それぞれとの間に位置する一対の柱傾斜部を備える。柱中央部、一対の柱端部、および一対の柱傾斜部の各部の肉厚は、隣接する各部の境界部分の肉厚より小さい。

上記構成とすれば、保持器の境界部分の強度が相対的に向上する。その結果、応力集中による保持器の破損の危険性を低減することができる。そして、このような針状ころ軸受をコンロッドの大端部を支持する軸受として採用することにより、長寿命で信頼性の高いコンロッドの大端部支持構造を得ることができる。なお、本明細書中「肉厚」とは、内径面と外径面との間の厚み寸法を指すものとする。

好ましくは、柱中央部、一対の柱端部、および一対の柱傾斜部の各部の肉厚は、隣接する各部の境界部分の曲率半径より大きい。これにより、大端部の内径面等と接触する部分の表面積を増加することができる。その結果、接触面圧を低減して、摩耗や焼付きを防止することができる。

好ましくは、保持器は、直径が柱中央部と実質的に等しい円筒部材の軸方向両端部を拡径させて、一対の柱端部を形成する工程と、円筒部材を軸方向に圧縮して、境界部分を増肉する工程とを含む製造方法によって製造される。

一実施形態として、保持器は、一対のリング部それぞれから径方向内側に延びる鍔部をさらに備え、一対のリング部、および鍔部の肉厚は、リング部と鍔部との境界部分の肉厚より小さい。

この発明に係る二輪用エンジンは、上記のいずれかに記載のコンロッドの大端部支持構造を備える。上記構成のコンロッドの大端部支持構造を採用することにより、長寿命で信頼性の高い二輪用エンジンを得ることができる。

この発明によれば、保持器の境界部分の強度が相対的に向上する。その結果、応力集中による保持器の破損の危険性を低減することができる。そして、このような針状ころ軸受をコンロッドの大端部を支持する軸受として採用することにより、長寿命で信頼性の高いコンロッドの大端部支持構造、および二輪用エンジンを得ることができる。

以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。図２８は、この発明の一実施形態に係る二輪用エンジン１０１の縦断面図である。図２９は、コンロッド１０５の断面図である。図２８および図２９を参照して、まず、二輪用エンジン１０１の主要な構成について説明する。

二輪用エンジン１０１は、シリンダブロック１０２と、ピストン１０３と、クランクシャフト１０４と、コンロッド１０５と、スパークプラグ１０６と、ピストン１０３とコンロッド１０５との間、およびクランクシャフト１０４とコンロッド１０５との間に配置される針状ころ軸受１１とを備える。

シリンダブロック１０２は、内部にシリンダ１０２ａを有すると共に、シリンダ１０２ａに混合気（「ガソリンおよび空気の混合物」を指す）を供給する吸気口１０２ｂと、燃焼後の排ガスをシリンダ１０２ａから排出する排気口１０２ｃとを有する。

ピストン１０３は、ピストンヘッド１０３ａと、スカート１０３ｂとで構成される。また、ピストン１０３の内部には、ピストンピン１０３ｃが貫通している。ピストン１０３は、シリンダ１０２ａの内部を直線往復運動する。また、シリンダ１０２ａ内部のピストンヘッド１０３ａの上部の空間は燃焼室１０２ｄとなる。

クランクシャフト１０４は、回転軸線上に位置するクランクジャーナル１０４ａと、回転軸線から偏心した位置に配置されるクランクピン１０４ｂと、クランクジャーナル１０４ａおよびクランクピン１０４ｂを接続するクランクアーム１０４ｃとで構成される。

コンロッド１０５は、長手方向一方側端部にピストン１０３と接続される小端部１０５ａと、長手方向他方側端部にクランクシャフト１０４と接続される大端部１０５ｂとを有する直線棒状の部材である。そして、コンロッド１０５は、クランクシャフト１０４との相互作用により、ピストン１０３の直線運動を回転運動に変換して、クランクシャフト１０４に伝達する。

小端部１０５ａは、内径面に針状ころ軸受１１を受け入れる貫通孔である。この針状ころ軸受１１は、ピストンピン１０３ｃに嵌合してコンロッド１０５をピストン１０３に対して揺動自在に支持する。

大端部１０５ｂは、内径面に針状ころ軸受１１を受け入れる貫通孔である。この針状ころ軸受１１は、クランクピン１０４ｂに嵌合してクランクシャフト１０４とコンロッド１０５とを相対回転可能な状態で連結する。

次に、上記した構成の二輪用エンジン１０１の動作について説明する。二輪用エンジン１０１は、ピストン１０３がシリンダ１０２ａ内で最も上昇した位置（上死点）と最も降下した位置（下死点）との間を移動する工程を１工程とすると、上昇工程と下降工程とからなる２サイクルエンジンである。

上昇工程では、燃焼室１０２ｄ内の排ガスが排気口１０２ｃから排出されると共に、吸気口１０２ｂから燃焼室１０２ｄ内に混合気が供給され、圧縮される。そして、ピストン１０３が上死点に達した時（図２８の状態）にスパークプラグ１０６を点火する。このとき、吸気口１０２ｂおよび排気口１０２ｃは、スカート１０３ｂによって閉鎖されている。

下降工程では、混合気の燃焼に伴う体積膨張によってピストン１０３が上死点から下死点まで押し下げられる。この力がコンロッド１０５に伝達され、大端部１０５ｂに接続されたクランクピン１０４ｂが回転軸心の周りを回転運動することによって、駆動力が得られる。また、ピストン１０３が押し下げられることによって吸気口１０２ｂおよび排気口１０２ｃが開放されるので、下降工程の後半から排ガスの排出および混合気の供給が開始される。

ここで、図１〜図４を参照して、上記した針状ころ軸受１１、およびころ軸受用保持器１３（以下、単に「保持器１３」という）について説明する。なお、図１は保持器１３の斜視図、図２は針状ころ軸受１１の斜視図、図３は保持器１３の柱部１５の形状を示す斜視図、図４は図３の矢印ＩＶの方向から見た矢視図である。

まず、図２を参照して、針状ころ軸受１１は、複数の針状ころ１２と、複数の針状ころ１２を保持する保持器１３とを備える。次に、図１を参照して、保持器１３は、円環形状の一対のリング部１４と、一対のリング部１４を相互に接続する複数の柱部１５とを備える。また、隣接する柱部１５の間には、針状ころ１２を収容するポケット２０が形成されている。

なお、本明細書中「円環形状のリング部」とは、円周方向に連続する一体型のリング部のみを指すものとする。すなわち、両端部を溶接等によって接合したリング部は含まないものとして理解すべきである。

柱部１５は、その軸方向中央部領域で相対的に径方向内側に位置する柱中央部１６と、軸方向端部領域で相対的に径方向外側に位置する一対の柱端部１７と、柱中央部１６および一対の柱端部１７それぞれの間に位置する一対の柱傾斜部１８とを含む。

次に、図３および図４を参照して、ポケット２０に対面する柱部１５の壁面には、針状ころ１２の脱落を防止する第１および第２のころ止め部１６ａ，１７ａと、針状ころ１２の回転を案内する案内面１６ｂ，１７ｂ，１８ｂと、非接触部１６ｃ，１７ｃと、凹部としての油溝１６ｄ，１７ｄとが設けられている。

第１のころ止め部１６ａは、柱中央部１６の２箇所に設けられている。より具体的には、ポケット２０に対面する柱中央部１６の壁面の径方向内側に偏在している。そして、針状ころ１２の径方向内側への脱落を防止する。

第２のころ止め部１７ａは、一対の柱端部１７それぞれに設けられている。より具体的には、ポケット２０に対面する柱端部１７の壁面の径方向外側に偏在している。そして、針状ころ１２の径方向外側への脱落を防止する。

このような第１および第２のころ止め部１６ａ，１７ａにより、針状ころ１２が小径であっても、針状ころ１２の遊隙量を十分に確保しつつ、針状ころ１２が保持器１３から脱落するのを有効に防止することができる。

案内面１６ｂは、柱中央部１６の第１のころ止め部１６ａと軸方向に隣接する領域に設けられている。案内面１７ｂは、柱端部１７の第２のころ止め部１７ａと軸方向に隣接する領域に設けられている。案内面１８ｂは、柱傾斜部１８の全域に設けられている。また、案内面１６ｂ，１７ｂ，１８ｂは、同一の平面を構成している。また、ポケット２０を挟んで対面する案内面１６ｂ，１７ｂ，１８ｂは、互いに平行である。これにより、針状ころ１２を安定して回転させることができる。

非接触部１６ｃ，１７ｃは、第１および第２のころ止め部１６ａ，１７ａと径方向に隣接する領域に設けられている。非接触部１６ｃ，１７ｃは、案内面１６ｂ，１７ｂ，１８ｂより後退し、針状ころ１２と所定の隙間を隔てて対面する。非接触部１６ｃ，１７ｃは、第１および第２のころ止め部１６ａ，１７ａから径方向に離れるに従って所定の隙間が増加するように傾斜している。

具体的には、非接触部１６ｃは、第１のころ止め部１６ａの径方向外側の領域に設けられ、針状ころ１２との隙間が径方向外側に向かって増加するように傾斜している。非接触部１７ｃにおいても同様に、第２のころ止め部１７ａの径方向内側の領域に設けられ、針状ころ１２との隙間が径方向内側に向かって増加するように傾斜している。

これにより、第１および第２のころ止め部１６ａ，１７ａへの潤滑油の流入量が増加する。その結果、第１および第２のころ止め部１６ａ，１７ａの油膜切れを防止することができる。

油溝１６ｄ，１７ｄは、第１および第２のころ止め部１６ａ，１７ａの軸方向両側に設けられている。油溝１６ｄ，１７ｄは、径方向に延びる形状であって、非接触部１６ｃ，１７ｃよりさらに後退している。これにより、径方向に流れる潤滑油の量を多くすることができ、保持器１３の径方向の通油性を向上させることができる。また、油溝１６ｄ，１７ｄから溢れ出した潤滑油が、隣接する第１および第２のころ止め部１６ａ，１７ａ、案内面１６ｂ，１７ｂ，１８ｂに供給されるので、第１および第２のころ止め部１６ａ，１７ａ等の油膜切れを防止することができる。

上記構成の柱部１５において、柱中央部１６、柱端部１７、および柱傾斜部１８（以下、これらを総称して「直線部分」という）の肉厚ｔ_１は実質的に等しく設定されている。一方、柱中央部１６と柱傾斜部１８との境界部分、および柱端部１７と柱傾斜部１８との境界部分（以下、これらを総称して「境界部分」という）の肉厚ｔ_２は直線部分の肉厚ｔ_１より厚くなっている（ｔ_１＜ｔ_２）。これにより、境界部分の強度が相対的に向上する。その結果、軸受回転時の応力が境界部分に集中しても保持器１３の破損を有効に防止することができる。

また、直線部分の肉厚ｔ_１と境界部分の曲率半径ｒとは、ｒ＜ｔ_１の関係を満たす。境界部分の曲率半径ｒを小さくすれば、境界部分に隣接する直線部分の軸方向長さを長く、すなわち、直線部分の表面積を大きくすることができる。その結果、軸受回転時の接触面圧を低減することができる。

具体的には、保持器１３を外径側案内（コンロッド１０５の大端部１０５ｂ案内）とする場合、柱端部１７の外径面と大端部１０５ｂの内径面とが接触する。そこで、少なくとも柱端部１７と柱傾斜部１８との間の境界部分の曲率半径ｒを上記の範囲内とすれば、柱端部１７の外径面と大端部１０５ｂの内径面との間の接触面圧を低減することができる。

また、リング部１４および柱端部１７の外径面の表面粗さＲａは、０．０５μｍ以上０．３μｍ以下に設定する。これにより、リング部１４および柱端部１７の外径面と大端部１０５ｂの内径面との接触による摩耗を防止することができる。なお、「表面粗さＲａ」とは、算術平均粗さのことである。

一方、保持器１３を内径側案内（クランクピン１０４ｂ案内）とする場合、柱中央部１６の内径面とクランクピン１０４ｂの外径面とが接触する。そこで、少なくとも柱中央部１６と柱傾斜部１８との間の境界部分の曲率半径ｒを上記の範囲内とすれば、柱中央部１６の内径面とクランクピン１０４ｂの外径面との間の接触面圧を低減することができる。また、この場合には、柱中央部１６の内径面の表面粗さＲａを、０．０５μｍ以上０．３μｍ以下に設定すればよい。

なお、境界部分は、凸側（曲げ加工時に引っ張り応力が作用する側）と、凹側（曲げ加工時に圧縮応力が作用する側）とにそれぞれＲ部分が形成される。このとき、凸側の曲率半径は、常に凹側の曲率半径より大きい。そこで、本明細書中「境界部分の曲率半径ｒ」とは、凸側の曲率半径を指すものとする。また、「境界部分の肉厚ｔ_２」とは、凸側の中央部と凹側の中央部とを結ぶ線分の長さを指すものとする。

また、柱中央部１６の外径面は、柱端部１７の内径面よりも径方向外側に位置している。そして、針状ころ１２のピッチ円１２ａは、柱中央部１６の外径面より径方向内側であって、かつ柱端部１７の内径面より径方向外側に位置している。これにより、針状ころ１２は、案内面１６ｂ，１７ｂ，１８ｂそれぞれに接触する。このように、針状ころ１２と案内面１６ｂ，１７ｂ，１８ｂとの接触面積を増加させることにより、針状ころ１２のスキューを有効に防止することができる。

上記のような構成の針状ころ軸受１１をコンロッド１０５の大端部１０５ｂを支持する軸受として採用することにより、長寿命で信頼性の高いコンロッドの大端部支持構造および二輪用エンジン１０１を得ることができる。

ただし、柱中央部１６と柱端部１７との位置関係は上記の場合に限られない。図５を参照して、保持器１３の変形例を説明する。なお、図５は保持器１３の変形例を示す図であって、図４に対応する図である。なお、各構成要素の形状や機能は共通するので、同一の構成要素には図４と同一の参照番号を付し、説明は省略する。

図５を参照して、柱中央部１６の外径面は、柱端部１７の内径面よりも径方向内側に位置している。そして、針状ころ１２のピッチ円１２ａは、柱中央部１６の外径面より径方向外側であって、かつ柱端部１７の内径面より径方向内側に位置している。この場合、針状ころ１２は、柱傾斜部１８の案内面１８ｂでのみ案内されることになる。上記構成とすれば、第１のころ止め部１６ａと第２のころ止め部１７ａとが径方向に離れて配置されるので、針状ころ１２の脱落を適切に防止することができる。

次に、図６〜図１５を参照して、保持器１３の製造方法を説明する。なお、図６は保持器１３の主な製造工程を示すフロー図、図７〜図１０は第１の工程の詳細を示す図、図１１〜図１４は第２の工程の詳細を示す図、図１５は第３の工程の詳細を示す図である。

まず、保持器１３の出発材料としては、炭素含有量が０．１５ｗｔ％以上１．１ｗｔ％以下の鋼板（炭素鋼）を使用する。具体的には、炭素含有量が０．１５ｗｔ％以上０．５ｗｔ％以下のＳＣＭ４１５やＳ５０Ｃ等、または、炭素含有量が０．５ｗｔ％以上１．１ｗｔ％以下のＳＡＥ１０７０やＳＫ５等が挙げられる。

なお、炭素含有量が０．１５ｗｔ％未満の炭素鋼は、焼入処理によって浸炭硬化層が形成されにくく、保持器１３に必要な硬度を得るためには、浸炭窒化処理を行う必要がある。浸炭窒化処理は、後述する各焼入処理と比較して設備費用が高額になるので、結果として、針状ころ軸受１１の製造コストが上昇する。また、炭素含有量が０．１５ｗｔ％未満の炭素鋼では浸炭窒化処理によっても十分な浸炭硬化層が得られない場合があり、表面起点型の剥離が早期に発生する恐れがある。一方、炭素含有量が１．１ｗｔ％を超える炭素鋼は加工性が著しく低下する。

図６に示す第１の工程では、上記した出発材料としての鋼板から円筒部材２２を得る（Ｓ１１）。具体的には、図７を参照して、深絞り加工によって鋼板からカップ状部材２１を得る。このとき、カップ状部材２１の軸方向一方側端部（図７の上側）には底壁２１ａが、軸方向他方側端部（図７の下側）には外向きフランジ部２１ｂが形成される。また、このとき、しごき加工によって、カップ状部材２１の外径面または内径面の表面粗さＲａを、０．０５μｍ以上０．３μｍ以下にする。

次に、図８を参照して、打ち抜き加工によってカップ状部材２１の底壁２１ａを除去する。ただし、打ち抜き加工によっては底壁２１ａを完全に除去することはできず、カップ状部材２１の軸方向一方側端部には内向きフランジ部２１ｃが形成される。

次に、図９を参照して、バーリング加工によって内向きフランジ部２１ｃを軸方向に立ち上げる。さらに図１０を参照して、トリミング加工によってカップ状部材２１の軸方向他方側端部を切断することによって外向きフランジ部２１ｂを除去する。

これにより、円筒部材２２を得ることができる。上記の工程で得られた円筒部材２２の外径寸法は、柱中央部１６の外径寸法に一致する。また、上記の工程で得られた円筒部材２２の肉厚をｔとする。

次に、図６に示す第２の工程では、円筒部材２２を径方向に変形させて柱中央部１６、一対の柱端部１７、および一対の柱傾斜部１８を形成する（Ｓ１２）。この実施形態においては、円筒部材２２の外径面を拘束する拡開プレス用外型２３（以下、単に「外型２３」という）と、円筒部材２２の内径面を拘束する一対の拡開プレス用内型２５，２６（以下、単に「内型２５，２６」という）とを使用して円筒部材２２の軸方向両端部を拡径させる（拡開プレス）。

図１１〜図１４を参照して、外型２３は、内部に円筒部材２２を受け入れる円筒空間２３ａを有する。この円筒空間２３ａは、柱中央部１６の外径寸法に一致する小径部２３ｂと、柱端部１７の外径寸法に一致する大径部２３ｃと、小径部２３ｂおよび大径部２３ｃの間に柱傾斜部１８の傾斜角度に一致する傾斜部２３ｄとで構成されている。

第１の内型２５は、円筒部材２２の軸方向一方側端部（図１１の上側）から挿入される円柱形状の部材である。第１の内型２５は、柱中央部１６の内径寸法に一致する小径部２５ａと、柱端部１７の内径寸法に一致する大径部２５ｂと、小径部２５ａおよび大径部２５ｂの間に柱傾斜部１８の傾斜角度に一致する傾斜部２５ｃとで構成される。第２の内型２６も同一の構成であって、円筒部材２２の軸方向他方方端部（図１１の下側）から挿入される。

外型２３は、例えば、９０°の間隔で放射状に分割された第１〜第４の分割外型２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄによって構成されている。この第１〜第４の分割外型２４ａ〜２４ｄは、それぞれ移動治具２７によって円筒部材２２の径方向に移動可能である。また、第１および第２の内型２５，２６は、それぞれ円筒部材２２の軸方向に移動可能である。

図１１を参照して、第１〜第４の分割外型２４ａ〜２４ｄが径方向に後退し、第１および第２の内型２５，２６が軸方向に後退すると、円筒部材２２を円筒空間２３ａから出し入れ可能な状態となる。ここで「後退」とは、円筒部材２２から遠ざかる方向に移動することを指すものとする。

次に、図１３を参照して、第１〜第４の分割外型２４ａ〜２４ｄが径方向に前進すると、小径部２３ｂで円筒部材２２の外径面を拘束する。さらに、図１４を参照して、第１および第２の内型２５，２６が軸方向に前進すると、大径部２５ｂ，２６ｂおよび傾斜部２５ｃ，２６ｃによって円筒部材２２の軸方向両端部が径方向外側に押し広げられる。ここで「前進」とは、円筒部材２２に近づく方向に移動することを指すものとする。

これにより、柱中央部１６、一対の柱端部１７、および一対の柱傾斜部１８がそれぞれ形成される。なお、拡開プレスによって円筒部材２２が引き伸ばされるので、第２の工程終了後の柱中央部１６、一対の柱端部１７、および一対の柱傾斜部１８の肉厚ｔ_１は、円筒部材２２の肉厚ｔより薄くなっている（ｔ_１＜ｔ）。

次に、図６に示す第３の工程では、増肉加工によって境界部分を増肉する（Ｓ１３）。

図１５を参照して、増肉加工には、円筒形状の一対の圧縮治具２８，２９を用いる。具体的には、外型２３および内型２５，２６によって円筒部材２２を拘束した状態（拡開プレスを行った状態）で、一対の圧縮治具２８，２９によって円筒部材２２の軸方向両端面を両側から圧縮する。

このとき、直線部分の内外径面は、外型２３および内型２５，２６によって拘束されているので、肉厚は変化しない。一方、境界部分と外型２３および内型２５，２６との間には、微小な隙間が形成されている。これにより、円筒部材２２の軸方向寸法が減少すると共に、境界部分のみが増肉される。第３の工程後の境界部分の肉厚ｔ_２は、第１の工程で得られた円筒部材２２の肉厚ｔより厚くなっている（ｔ_１＜ｔ＜ｔ_２）。これにより、柱部１５の肉厚を全体的に厚くして強度を向上するのではなく、直線部分の肉厚を薄くし、応力集中の生じる境界部分の肉厚を選択的に厚くすることによって強度を向上する。したがって、保持器１３を軽量化することができる。また、このとき、同時に境界部分の曲率半径ｒも直線部分の肉厚ｔ_１より小さくなる。

次に、図６に示す第４の工程では、円筒部材２２にポケット２０および油溝１６ｄ，１７ｄを形成する（Ｓ１４）。具体的には、ポンチとダイスを使用した打ち抜き加工によって円筒部材２２の円周面に複数のポケット２０および油溝１６ｄ，１７ｄを形成する。ポンチは、ポケット２０に対応する矩形状の部位と、矩形状の部位から円周方向に突出し、油溝１６ｄ，１７ｄに対応する突起状の部位とで構成される。このように、円筒部材２２にポケット抜き加工を施すことにより、ポケット２０を挟んで対面する案内面１６ｂ，１７ｂ，１８ｂは、互いに平行となる。

次に、しごき加工によって第１および第２のころ止め部１６ａ，１７ａ、案内面１６ｂ，１７ｂ，１８ｂ、非接触部１６ｃ，１７ｃをそれぞれ形成する。図１６および図１７を参照して、しごき加工によって第１のころ止め部１６ａを形成する場合を詳細に説明する。図１６は、しごき加工前の状態を示す図、図１７は、しごき加工後の状態を示す図である。

まず、図１６を参照して、しごき加工には、保持器１３の径方向外側からポケット２０に押し込まれるポンチ６０と、保持器１３の径方向内側から保持器１３を支持する加工台６１，６２とを用いる。ポンチ６０は、先端側にポケット２０の円周方向幅寸法より小さい幅の小幅部６０ａと、後端側にポケット２０の円周方向幅寸法より大きい幅の大幅部６０ｂとを備える。大幅部６０ｂの端面６０ｃは、小幅部６０ａから径方向に離れるに従って大幅部６０ｂの円周方向幅寸法が増加するように傾斜している。加工台６１，６２は、互いの端面６１ａ，６２ａが対面するように配置される。このとき、端面６１ａ，６２ａの間隔は、ポンチ６０の小幅部６０ａの幅寸法に一致する。

上記構成のポンチ６０および加工台６１，６２の間に保持器１３をセットする。このとき、ポケット２０を挟んで対面する柱中央部１６の壁面それぞれを、加工台６１，６２の端面６１ａ，６２ａから幅Ｗ_１だけ後退するようにセットする。また、ポンチ６０の大幅部６０ｂと、ポケット２０を挟んで対面する柱中央部１６の壁面それぞれとを、幅Ｗ_２だけ重なるようにセットする。

次に、図１７を参照して、ポンチ６０をポケット２０に押し込むことによって、第１のころ止め部１６ａおよび非接触部１６ｃを形成する。具体的には、柱中央部１６の径方向外側の領域が、幅Ｗ_２だけ後退して非接触部１６ｃとなる。非接触部１６ｃは、大幅部６０ｂの端面６０ｃに沿って傾斜した形状で形成される。また、柱中央部１６の径方向内側の領域が、幅Ｗ_１だけ突出して第１のころ止め部１６ａとなる。

また、第２のころ止め部１７ａ、非接触部１７ｃを形成する場合には、ポンチ６０を保持器１３の径方向内側に、加工台６１，６２を保持器１３の径方向外側にそれぞれセットすればよい。

このようにして、図６に示す第４の工程において、まず、ポケット２０および油溝１６ｄ，１７ｄを形成し、その後、第１および第２のころ止め部１６ａ，１７ａ等を形成する。したがって、先に油溝１６ｄ，１７ｄを形成するため、しごき加工によってポンチ６０を押し込んで第１および第２のころ止め部１６ａ，１７ａを形成する際に、押し込まれた部分が案内面１６ｂ，１７ｂ，１８ｂから突出する虞を低減することができる。

次に、図６に示す第５の工程では、保持器１３に表面硬さ等の所定の機械的性質を付与するために熱処理を施す（Ｓ１５）。熱処理としては、保持器１３が十分な深さの硬化層を得るために、出発材料の炭素含有量によって適切な方法を選択する必要がある。具体的には、炭素含有量が０．１５ｗｔ％以上０．５ｗｔ％以下の材料の場合には浸炭焼入処理を、炭素含有量が０．５ｗｔ％以上１．１ｗｔ％以下の材料の場合には光輝焼入処理または高周波焼入処理を施す。

浸炭焼入処理は、高温の鋼に炭素が固溶する現象を利用した熱処理方法であって、鋼内部は炭素量が低いまま、炭素量の多い表面層（浸炭硬化層）を得ることができる。これにより、表面は硬く、内部は軟らかく靭性の高い性質が得られる。また、浸炭窒化処理設備と比較して設備費用が安価である。

光輝焼入処理は、保護雰囲気や真空中で加熱することによって、鋼表面の酸化を防止しながら行う焼入処理を指す。また、浸炭窒化処理設備や浸炭焼入処理設備と比較して設備費用が安価である。

高周波焼入処理は、誘導加熱の原理を利用して、鋼表面を急速に加熱、急冷して焼入硬化層を作る方法である。他の焼入処理設備と比較して設備費用が大幅に安価であると共に、熱処理工程でガスを使用しないので環境に優しいというメリットがある。また、部分的な焼入処理が可能となる点でも有利である。

さらに、焼入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、上記の焼入処理の後に焼戻を行うのが望ましい。

上記の各工程を経ることによって、保持器１３を得ることができる。なお、保持器１３の外径面の表面粗さＲａは、円筒部材２２の形成（Ｓ１１）の際のしごき加工において、既に０．０５μｍ以上０．３μｍ以下となっている。したがって、仕上げ加工工程としての独立した研削加工工程は、省略することができる。

ここで、特許第３６６５６５３号公報に記載されている従来の溶接保持器では、帯状の板材にポケットを形成し、ポケットを挟んで対面する壁面にころ止め爪を形成した後、板材を環状に成形して保持器を形成する。この場合、溶接等による接合部分から保持器が破断する虞があるが、本発明では、円筒部材２２から保持器１３を形成するため、破断する虞を低減することができる。

なお、上記の実施形態においては、柱中央部１６および柱端部１７の肉厚を実質的に等しく設定した例を説明したが、軸方向の通油性を向上させたい場合には、柱端部１７の肉厚を柱中央部１６の肉厚より小さくすればよい。こうすることにより、針状ころ軸受１１に流れ込む、または、針状ころ軸受１１から出て行く潤滑油の量を多くすることができる。その結果、軸方向の通油性が向上する。通油性の向上は、摩耗粉の除去や針状ころ軸受１１の温度上昇の抑制に寄与する。

また、この場合、柱中央部１６および柱端部１７の肉厚は、図１１〜図１４に示す拡開プレス工程（Ｓ１２）で使用する金型の形状によって、調整することができる。具体的には、外型２３の大径部２３ｃと内型２５，２６の大径部２５ｂ，２６ｂとの間隔を、外型２３の小径部２３ｂと内型２５，２６の小径部２５ａ，２６ａとの間隔より小さくする。そうすると、上記した保持器１３の製造の工程に新たな工程を追加することなく、柱端部１７の肉厚を柱中央部１６の肉厚より小さくすることができる。

また、上記の実施形態においては、柱中央部１６、一対の柱端部１７、および一対の柱傾斜部１８を形成する方法として、拡開プレス（Ｓ１２）の例を説明したが、これに限ることなく、円筒部材２２の軸方向中央部を縮径させ、柱中央部１６、一対の柱端部１７、および一対の柱傾斜部１８を形成してもよい（縮径プレス）。具体的には、図６に示す円筒部材２２の形成工程（Ｓ１１）において、直径が柱端部１７の外径寸法に一致する円筒部材２２を得る。そして、図１１を参照して、まず、第１および第２の内型２５，２６が軸方向に前進すると、大径部２５ｂ，２６ｂが円筒部材２２の内径面を拘束し、小径部２５ａ，２６ａと円筒部材２２の内径面との間に隙間が形成される。次に、第１〜第４の分割外型２４ａ〜２４ｄが径方向に前進すると、小径部２３ｂおよび傾斜部２３ｄによって、円筒部材２２の軸方向中央部が径方向内側に押し縮められる。

これにより、柱中央部１６、一対の柱端部１７、および一対の柱傾斜部１８がそれぞれ形成される。この場合においても同様に、第２の工程終了後の柱中央部１６、一対の柱端部１７、および一対の柱傾斜部１８の肉厚ｔ_１は、円筒部材２２の肉厚ｔより薄くなっている（ｔ_１＜ｔ）。

次に、図１８〜図２５を参照して、この発明の他の実施形態に係る保持器３３およびその製造方法を説明する。なお、共通する構成要素には保持器１３と同一の参照番号を付し、説明は省略する。

まず、図１８〜図２２を参照して、保持器３３は、一対のリング部１４それぞれから径方向内側に延びる一対の鍔部１９をさらに備える。なお、リング部１４の肉厚と鍔部１９の軸方向の肉厚とは、他の直線部分の肉厚ｔ_１と実質的に等しく設定されている。また、リング部１４と鍔部１９との境界部分の肉厚は、他の境界部分の肉厚ｔ_２と実質的に等しく設定されている。さらに、リング部１４と鍔部１９との境界部分の曲率半径は、他の境界部分の曲率半径ｒと実質的に等しく設定されている。

つまり、この実施形態においてもｔ_１＜ｔ_２が成立する。これにより、既に説明した効果に加えて、鍔部１９の根元部分の強度が向上する。また、ｒ＜ｔ_１も成立する。これにより、リング部１４の外径面の表面積が増加するので、保持器３３が外径側案内の場合に大端部１０５ｂの内径面との接触面圧をさらに低減することができる。なお、その他の構成は保持器１３と共通するので、説明は省略する。

上記構成の保持器３３の製造工程のうち、図６の第１の工程（Ｓ１１）、第２の工程（Ｓ１２）、第４の工程（Ｓ１４）、および第５の工程（Ｓ１５）は保持器１３と共通するので説明は省略する。図２３〜図２５を参照して保持器３３の増肉加工（図６のＳ１３に対応）を説明する。

この実施形態においては、境界部分の増肉加工と鍔部１９の形成（ネッキング加工）とを同時に行う。より具体的には、鍔部１９は、前処理工程と後処理工程の２段階の工程を経て形成される。そして、増肉加工は後処理工程と同時に行われる。

まず、図２３を参照して、前処理工程は、鍔部１９となる円筒部材４２の軸方向両端部を柱端部１７に対して所定の角度（この実施形態では４５°）内側に折り曲げる工程であって、ネッキング用外型４３（以下、単に「外型４３」という）と、ネッキング用内型４５（以下、単に「内型４５」という）と、一対のネッキング治具４８，４９とによって行われる。

外型４３は、拡開プレス用外型２３と同様の構成であって、円筒部材４２の外径面を拘束する。ただし、軸方向長さが拡開プレス用外型２３より短く、鍔部１９となる円筒部材４２の軸方向両端部を拘束しないようになっている。

内型４５は、外径面の軸方向中央部領域に柱中央部１６の内径寸法に一致する小径部４５ａと、軸方向端部領域に柱端部１７の内径寸法に一致する大径部４５ｂと、小径部４５ａおよび大径部４５ｂの間に柱傾斜部１８に沿う傾斜部４５ｃと、軸方向両端の角部に前処理加工による鍔部１９の折り曲げ角度（４５°）を規定するネッキング部４５ｄとを含む円筒形状の部材である。

図２４を参照して、この内型４５は、例えば、４５°の角度で放射状に分割された第１〜第８の分割内型４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄ，４６ｅ，４６ｆ，４６ｇ，４６ｈとによって構成される。第１〜第８の分割内型４６ａ〜４６ｈは、それぞれ径方向に移動可能な状態となっている。

具体的には、第１〜第８の分割内型４６ａ〜４６ｈを径方向に後退させると、第１〜第８の分割内型４６ａ〜４６ｈを円筒部材４２から出し入れ可能な状態となる。一方、第１〜第８の分割内型４６ａ〜４６ｈを径方向に前進させると、円筒部材４２の内径面を拘束することができる（図２３の状態）。なお、分割内型４６ａ〜４６ｈは、挿入治具４７を挿入することによって前進させることができる。

ネッキング治具４８は、先端に前処理工程における鍔部１９の傾斜角度（４５°）に沿うネッキング部４８ａを有し、円筒部材４２の軸方向に移動可能な状態となっている。ネッキング治具４９も同様の構成である。そして、一対のネッキング治具４８，４９を軸方向に後退させると、円筒部材４２を円筒空間から出し入れ可能な状態となる。一方、一対のネッキング治具４８，４９を軸方向に前進させると、円筒部材４２の軸方向両端部（図２３中の破線で示す部分）を所定の角度（４５°）内側に折り曲げることができる。

次に、図２５を参照して、後処理工程では、鍔部１９を柱端部１７に対して９０°に折り曲げる。後処理工程における加工治具は、前処理工程で使用したものとほぼ同じ構成のネッキング用外型５４ａ〜５４ｄ（５４ａ，５４ｃのみ図示）、ネッキング用内型５６ａ〜５６ｈ（５６ａ，５６ｅのみ図示）、挿入治具５７、および一対のネッキング治具５８，５９を使用する。ただし、ネッキング用内型５６ａ〜５６ｈおよび一対のネッキング治具５８，５９の鍔部１９に対面する部分には、ネッキング部は設けられていない。

後処理工程では、前処理工程と同様の手順で円筒部材４２の内外径面を拘束し、ネッキング治具５８，５９によって鍔部１９を軸方向から圧縮する。これにより、柱端部１７と鍔部１９とのなす角が９０°となる。また、この工程で図６に示す第３の工程（Ｓ１３）と同様に境界部分を増肉することができる。

なお、上記の実施形態においては、鋼板（平板）を出発材料として保持器１３，３３を製造した例を示したが、これに限ることなく、パイプ材等の円筒部材を出発材料として製造することもできる。この場合、図６に示す第１の工程（Ｓ１１）は省略することができる。

また、上記の実施形態においては、しごき加工によって第１および第２のころ止め部１６ａ，１７ａ等を形成する例について説明したが、これに限らず、加締め加工によって形成してもよい。図２６は、加締め加工によって第１のころ止め部１６ａを形成した状態を示す図、図２７は、加締め加工によって第２のころ止め部１７ａを形成した状態を示す図である。

図２６を参照して、第１のころ止め部１６ａは、加締め治具６３で、柱中央部１６の径方向内側の壁面を加締めることによって形成される。図２７を参照して、第２のころ止め部１７ａは、加締め治具６３で、一対の柱端部１７の径方向外側の壁面を加締めることによって形成される。なお、加締め加工によって、第１および第２のころ止め部１６ａ，１７ａを形成する場合には、非接触部１６ｃ，１７ｃは形成されない。

また、上記の実施形態においては、ケージ＆ローラタイプの針状ころ軸受１１，３１の例を示したが、この発明は、内輪、および／または、外輪をさらに有する針状ころ軸受にも適用することが可能である。また、転動体として針状ころ１２を採用した例を示したが、これに限ることなく、円筒ころや棒状ころであってもよい。

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。

この発明に係るコンロッドの大端部支持構造は、二輪用エンジンに有効に利用される。この発明に係る二輪用エンジンは、長寿命化が要求される場合に有効に利用される。

この発明の一実施形態に係るころ軸受用保持器を示す斜視図である。 図１のころ軸受用保持器を採用した針状ころ軸受を示す斜視図である。 図１のころ軸受用保持器のポケットの構造を示す斜視図である。 図３の矢印ＩＶから見た矢視図である。 図１に示すころ軸受用保持器の変形例であって、図４に対応する図である。 図１に示すころ軸受用保持器の主な製造工程を示すフロー図である。 深絞り工程を示す図である。 打ち抜き加工工程を示す図である。 バーリング加工工程を示す図である。 トリミング加工工程を示す図である。 拡開プレス工程の加工前の状態を示す図である。 拡開プレス用外型を軸方向から見た図である。 拡開プレス工程の加工途中の状態を示す図である。 拡開プレス工程の加工後の状態を示す図である。 増肉加工工程を示す図である。 しごき加工前の状態を示す図である。 しごき加工後の状態を示す図である。 この発明の他の実施形態に係るころ軸受用保持器を示す斜視図である。 図１８のころ軸受用保持器を採用した針状ころ軸受を示す斜視図である。 図１８のころ軸受用保持器のポケットの構造を示す斜視図である。 図２０の矢印ＸＸＩから見た矢視図である。 図１８に示すころ軸受用保持器の変形例であって、図２１に対応する図である。 前処理工程を示す図である。 ネッキング用内型を軸方向から見た図である。 後処理工程を示す図である。 加締め加工によって、第１のころ止め部を形成した状態を示す図である。 加締め加工によって、第２のころ止め部を形成した状態を示す図である。 この発明の一実施形態に係る二輪用エンジンの縦断面図である。 コンロッドの断面図である。

符号の説明

１１，３１ 針状ころ軸受、１２ 針状ころ、１２ａ ピッチ円、１３，３３ 保持器、１４ リング部、１５ 柱部、１６ 柱中央部、１７ 柱端部、１８ 柱傾斜部、１６ａ，１７ａ ころ止め部、１６ｂ，１７ｂ，１８ｂ 案内面、１６ｃ，１７ｃ 非接触部、１６ｄ，１７ｄ 油溝、１９ 鍔部、２０ ポケット、２１ カップ状部材、２１ａ 底壁、２１ｂ 外向きフランジ部、２１ｃ 内向きフランジ部、２２，４２ 円筒部材、２３，４３ 外型、２３ａ 円筒空間、２３ｂ，２５ａ，２６ａ，４５ａ 小径部、２３ｃ，２５ｂ，２６ｂ，４５ｂ 大径部、２３ｄ，２５ｃ，２６ｃ，４５ｃ 傾斜部、２４ａ，２４ｂ，２４ｃ，２４ｄ，４４ａ，４４ｂ，４４ｃ，４４ｄ，５４ａ，５４ｃ 分割外型、２５，２６，４５ 内型、４６ａ，４６ｂ，４６ｃ，４６ｄ，４６ｅ，４６ｆ，４６ｇ，４６ｈ，５６ａ，５６ｅ 分割内型、２７ 移動治具、２８，２９ 圧縮治具、４７，５７ 挿入治具、４８，４９，５８，５９ ネッキング治具、４５ｄ，４８ａ，４９ａ ネッキング部、６０ ポンチ、６０ａ 小幅部、６０ｂ 大幅部、６１，６２ 加工台、６０ｃ，６１ａ，６２ａ 端面、６３ 加締め治具、１０１ 二輪用エンジン、１０２ シリンダブロック、１０２ａ シリンダ、１０２ｂ 吸気口、１０２ｃ 排気口、１０２ｄ 燃焼室、１０３ ピストン、１０３ａ ピストンヘッド、１０３ｂ スカート、１０３ｃ ピストンピン、１０４ クランクシャフト、１０４ａ クランクジャーナル、１０４ｂ クランクピン、１０４ｃ クランクアーム、１０５ コンロッド、１０５ａ 小端部、１０５ｂ 大端部、１０６ スパークプラグ。

Claims (12)

1. 大端部および小端部を有し、直線往復運動を回転運動に変換するコンロッドと、
   前記大端部に嵌合され、前記コンロッドをクランクシャフトに対して相対回転自在に支持する針状ころ軸受とを備え、
   前記針状ころ軸受は、複数の針状ころと、円環形状の一対のリング部、前記一対のリング部を相互に連結する複数の柱部、および隣接する前記柱部の間に前記針状ころを収容する複数のポケットを有する保持器とを含み、
   前記保持器は、円周方向に連続する一体型であり、
   前記柱部は、軸方向中央部領域で相対的に径方向内側に位置する柱中央部、軸方向端部領域で相対的に径方向外側に位置する一対の柱端部、および前記柱中央部と前記一対の柱端部それぞれとの間に位置する一対の柱傾斜部を備え、
   前記ポケットに対面する前記柱中央部の壁面、前記ポケットに対面する一対の前記柱端部の壁面、および前記ポケットに対面する一対の前記柱傾斜部の壁面にはそれぞれ、同一の平面を構成して前記針状ころの回転を案内する案内面が設けられており、
   前記柱中央部、前記一対の柱端部、および前記一対の柱傾斜部の各部の肉厚は、隣接する各部の境界部分の肉厚より小さい、コンロッドの大端部支持構造。
2. 前記柱中央部、前記一対の柱端部、および前記一対の柱傾斜部の各部の肉厚は、隣接する各部の境界部分の曲率半径より大きい、請求項１に記載のコンロッドの大端部支持構造。
3. 前記保持器は、直径が前記柱中央部と実質的に等しい円筒部材の軸方向両端部を拡径させて、前記一対の柱端部を形成する工程と、
   前記円筒部材を軸方向に圧縮して、前記境界部分を増肉する工程とを含む製造方法によって製造される、請求項１または２に記載のコンロッドの大端部支持構造。
4. 前記保持器は、前記一対のリング部それぞれから径方向内側に延びる鍔部をさらに備え、
   前記一対のリング部、および前記鍔部の肉厚は、前記リング部と前記鍔部との境界部分の肉厚より小さい、請求項１〜３のいずれかに記載のコンロッドの大端部支持構造。
5. 前記円筒部材は、鋼板を深絞り加工して得られる、請求項３または４に記載のコンロッドの大端部支持構造。
6. 前記柱部の前記ポケットに対面する壁面には、前記柱中央部から突出して前記針状ころの径方向内側への抜けを防止する第１のころ止め部と、前記一対の柱端部それぞれから突出して前記針状ころの径方向外側への抜けを防止する第２のころ止め部とが形成されている、請求項１〜５のいずれかに記載のコンロッドの大端部支持構造。
7. 前記第１のころ止め部は、軸方向に間隔を開けて２つ設けられている、請求項６に記載のコンロッドの大端部支持構造。
8. 前記柱中央部の壁面のうち、前記第１のころ止め部の径方向外側には、前記ポケットに収容された前記針状ころとの隙間を有する非接触部が設けられており、
   前記柱端部の壁面のうち、前記第２のころ止め部の径方向内側には、前記ポケットに収容された前記針状ころとの隙間を有する非接触部が設けられている、請求項６または７に記載のコンロッドの大端部支持構造。
9. 前記第１および第２のころ止め部、前記案内面、および前記非接触部は、しごき加工により形成されている、請求項８に記載のコンロッドの大端部支持構造。
10. 前記ポケットに対面する前記柱部の壁面には、径方向に延びる凹部としての油溝が設けられている、請求項１〜９のいずれかに記載のコンロッドの大端部支持構造。
11. 前記油溝は、前記第１のころ止め部の軸方向両側、および前記第２のころ止め部の軸方向両側に設けられている、請求項１０に記載のコンロッドの大端部支持構造。
12. 請求項１〜１１のいずれかに記載のコンロッドの大端部支持構造を備える、二輪用エンジン。

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