転がり軸受
【課題】冷却性能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】複数の転動体３を保持手段５により環状の軌道輪２に沿って転動可能に所定の隙間をあけて保持する転がり軸受１において、転動体３又は保持手段５の少なくともいずれか一方は、金属又は樹脂の母相６１に炭素繊維６２が配置された炭素繊維複合材料６により形成され、炭素繊維６２は、一端が転動体３の転動面３ａと保持手段５とが接触可能な接触部５１に設けられ、他端が転動面３ａと保持手段５とが接触不能な放熱部５２に設けられることを特徴とする。
【解決手段】複数の転動体３を保持手段５により環状の軌道輪２に沿って転動可能に所定の隙間をあけて保持する転がり軸受１において、転動体３又は保持手段５の少なくともいずれか一方は、金属又は樹脂の母相６１に炭素繊維６２が配置された炭素繊維複合材料６により形成され、炭素繊維６２は、一端が転動体３の転動面３ａと保持手段５とが接触可能な接触部５１に設けられ、他端が転動面３ａと保持手段５とが接触不能な放熱部５２に設けられることを特徴とする。
【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、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、外輪、転動体、保持器の表面全体にＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ−Ｌｉｋｅ−Ｃａｒｂｏｎ）層を形成することで、耐摩耗性や耐焼き付き性を向上させる転がり軸受が開示されている。また、他の構成の従来の転がり軸受として、例えば、特許文献２には、円周方向複数個所にニードルを保持自在なポケットが設けられたニードル用保持器であって、２０〜４５重量％の強化繊維を含有した合成樹脂により造られており、且つ、軸方向側面に凹溝が形成されているニードル用保持器を備えることで、十分な耐焼き付き性と耐摩耗性との確保を図ったニードル軸受が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３０１２２５号公報
【特許文献２】特開２００４−５２７９６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軸受では、外輪、転動体、保持器の表面全体に硬度が非常に高いＤＬＣ層が形成されていることから、例えば、転動体と保持器同士が衝突し合い、非常に硬いもの同士が攻撃し合うことでお互いの摩耗を促進してしまい、結果的に、ＤＬＣ層が早期に摩滅し、最終的には焼き付きに至るおそれがある。そして、外輪、転動体、保持器の表面全体にＤＬＣ層が形成されることで、このＤＬＣ層により断熱が促進され、摺動部分の温度上昇が大きくなってしまうおそれがある。すなわち、放熱性が悪化することで冷却性能が低下し、これにより、例えば、この摺動部分への潤滑油供給量が多量に必要になり、ひいては、転動体がこの潤滑油を引きずる量が増大することで、フリクションが増大してしまうおそれがあった。また、特許文献２に記載されたニードル軸受では、十分な耐焼き付き性と耐摩耗性との確保することを目的としているが、冷却性能の向上には言及されておらず、このニードル軸受での冷却性能を向上させることについては改善の余地がある。
【０００５】
そこで本発明は、冷却性能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、複数の転動体を保持手段により環状の軌道輪に沿って転動可能に所定の隙間をあけて保持する転がり軸受において、前記転動体又は前記保持手段の少なくともいずれか一方は、金属又は樹脂の母相に炭素繊維が配置された炭素繊維複合材料により形成され、前記炭素繊維は、一端が前記転動体の転動面と前記保持手段とが接触可能な接触部に設けられ、他端が前記転動面と前記保持手段とが接触不能な放熱部に設けられ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、前記接触部及び前記放熱部は、前記保持手段に設けられ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、前記保持手段は、転動不能に設けられると共に隣接する前記転動体同士の前記軌道輪周方向に対する接触を規制するセパレート部と、周方向に対向する前記セパレート部により区画されると共に前記転動体を個別に収容する転動体収容部とを有し、前記炭素繊維の一端が設けられる前記接触部は、前記セパレート部において前記転動体収容部に面して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、前記炭素繊維の他端が設けられる前記放熱部は、前記セパレート部において前記軌道輪の周方向に沿った面に設けら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、前記軌道輪は、前記転動体が転動可能な内側軌道面と、該内側軌道面の径方向外方に設けられ前記転動体が転動可能な外側軌道面とを有し、前記炭素繊維の他端が設けられる前記放熱部は、少なくとも前記セパレート部において前記外側軌道面と対向する面に設けら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、前記保持手段は、前記軌道輪の周方向に沿って設けられる一対の環状部を有し、前記セパレート部は、該一対の環状部の間に軸線方向に沿って掛け渡されるように設けられ、前記炭素繊維の他端が設けられる前記放熱部は、前記環状部の軸線方向側面に設けら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、前記接触部及び前記放熱部は、円柱状に形成される前記転動体に設けられることを特徴とする。
【００１３】
請求項８に係る発明による転がり軸受では、前記転動体は、前記中心軸線方向中央部に設けられ前記軌道輪が形成する軌道面に接触可能な前記転動面と、前記中心軸線方向両端部に設けられ前記軌道面に接触不能なクラウニング部とを有し、前記炭素繊維の一端が設けられる前記接触部は、前記転動面に設けられる一方、前記炭素繊維の他端が設けられる前記放熱部は、前記転動体の前記中心軸線方向端面に設けられることを特徴とする。
【００１４】
上記目的を達成するために、請求項９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、金属又は樹脂の母相に炭素繊維が配置された炭素繊維複合材料により円柱状に形成される複数の転動体を備え、前記炭素繊維は、両端がそれぞれ前記転動体の中心軸線方向両端面に設けられることを特徴とする。
【００１５】
請求項１０に係る発明による転がり軸受では、前記炭素繊維は、繊維の伸長方向が前記転動体の中心軸線方向に沿って設定されることを特徴とする。
【００１６】
請求項１１に係る発明による転がり軸受では、複数の前記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を備えることを特徴とする。
【００１７】
請求項１２に係る発明による転がり軸受では、前記炭素繊維は、繊維の伸長方向における熱伝導率が前記母相よりも高い炭素繊維であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る転がり軸受によれば、転動体の転動面又は保持手段を、母相に炭素繊維が配置された炭素繊維複合材料により形成し、この炭素繊維の配列を適正に設定することで、冷却性能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】
【００１９】
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】
【００２０】
図１は、本発明の実施例１に係る軸受の径方向の部分断面図、図２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３は、本発明の実施例１に係る軸受の切欠斜視図、図４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５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保持器温度との関係を示す線図である。
【００２１】
図２、図３、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。
【００２２】
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。
【００２３】
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２ｇ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２ｇ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。
【００２４】
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。
【００２５】
軌道輪２は、内輪２ａと、この内輪２ａの外方に設けられる外輪２ｂとによって構成される。内輪２ａは、円環状に形成され回転軸２ｇの外周面にこの回転軸２ｇと共に回転可能に設けられると共に、その中心軸線が回転軸２ｇの中心軸線と一致するように設けられる。この回転軸２ｇ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、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る。さらに、外輪２ｂは、円環状に形成されこの内輪２ａの外周面に沿って設けられると共に、その中心軸線が内輪２ａの中心軸線と一致するように設けられる。すなわち、内輪２ａ、外輪２ｂ及び回転軸２ｇとは、同軸に設けられる。
【００２６】
さらに具体的には、内輪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。すなわち、外側軌道面２ｄは、内側軌道面２ｃの径方向外方に設けられる。そして、内輪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。さらに、内側軌道面２ｃの軸線方向の一側方には、径方向外方に突出するツバ２ｆが形成されている。言い換えれば、内側軌道面２ｃは、内輪２ａの外周面に凹部状に形成されている。
【００２７】
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、円筒状ころが用いられその外周面に転動面３ａが形成される。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、その中心軸線（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によりその外周面としての転動面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、一方の端面が内輪２ａのツバ２ｆ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、その端面がツバ２ｅ、ツバ２ｆ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。
【００２８】
各転動体３は、さらに具体的には、その外周面に、上述の転動面３ａと、クラウニング部３ｂとを有する。転動面３ａは、転動体３の中心軸線方向中央部に設けられ、上述したように、軌道輪２が形成する内側軌道面２ｃ、外側軌道面２ｄに接触可能に形成される一方、クラウニング部３ｂは、転動体３の中心軸線方向両端部に設けられ内側軌道面２ｃ、外側軌道面２ｄに接触不能に形成される。クラウニング部３ｂは、転動面３ａが形成される外周面と中心軸線方向の両端面３ｃ（底面）とが交わる部分を曲面状に角をおとすようにして形成される。これにより、各転動体３がアキシアル方向（軸線方向）に揺動しても、この曲面状に角を落として形成されるクラウニング部３ｂにて、転動体３のエッジによる内側軌道面２ｃ、外側軌道面２ｄへ傷つけや転動体３自体の破損を防止することができる。
【００２９】
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収容部５ｃとを有する。
【００３０】
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、内輪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に対向して配置される。また、一方の環状部５ａの内周面は、内側軌道面２ｃのツバ２ｆに対向して当接可能である。そして、各環状部５ａは、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。
【００３１】
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、両端が各環状部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。
【００３２】
各転動体収容部５ｃは、軸線方向に対して対向する一対の環状部５ａと、周方向に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。各転動体収容部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、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。
【００３３】
上記のように構成される軸受１は、内輪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内輪２ａと共に回転する回転軸２ｇ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、内輪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、各転動体収容部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、ツバ２ｆ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。
【００３４】
ところで、この種の転がり軸受では、従来、例えば、外輪、転動体、保持器の表面全体にＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ−Ｌｉｋｅ−Ｃａｒｂｏｎ）層を形成することで、耐摩耗性や耐焼き付き性を向上させるものがあった。ところが、この場合、外輪、転動体、保持器の表面全体に硬度が非常に高いＤＬＣ層が形成されていることから、例えば、転動体と保持器同士が衝突し合い、非常に硬いもの同士が攻撃し合うことでお互いの摩耗を促進してしまい、結果的に、ＤＬＣ層が早期に摩滅し、最終的には焼き付きに至るおそれがある。そして、外輪、転動体、保持器の表面全体にＤＬＣ層が形成されることで、このＤＬＣ層により断熱が促進され保持器等の放熱性が悪くなり、摺動部分の温度上昇が大きくなってしまうおそれがある。すなわち、放熱性が悪化することで冷却性能が低下し、これにより、例えば、この摺動部分への潤滑油供給量が多量に必要になり、ひいては、転動体がこの潤滑油を引きずる量が増大することで、フリクションが増大してしまうおそれがあった。
【００３５】
そこで、本実施例の軸受１では、図１に示すように、保持器５を、母相６１に炭素繊維６２が配置された炭素繊維複合材料６により形成し、この炭素繊維６２の配列を適正に設定することで、冷却性能の向上を図っている。
【００３６】
ここで、まず、炭素繊維複合材料６について説明する。この炭素繊維複合材料６は、炭素繊維６２を金属又は樹脂の母相６１中へ配置することで、炭素繊維６２単体や母相６１となる金属又は樹脂単体よりも優れた性能を発揮させるものである。本実施例に係る炭素繊維複合材料６では、母相６１となる金属又は樹脂単体よりも高い熱伝導率を発揮する。そして、この炭素繊維複合材料６において、母相６１を金属としたものが、いわゆるＣＦＲＭ（Carbon Fiber Reinforced Metal）である一方、母相６１を樹脂としたものが、いわゆるＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics）である。ＣＦＲＭとＣＦＲＰとでは、軸受１の軽量化の点ではＣＦＲＰの方が優れる一方、熱伝導率の点では、ＣＦＲＭの方が優れる。以下、この炭素繊維複合材料６は、母相６１に金属を用いたＣＦＲＭの場合で説明するが、母相６１に樹脂を用いたＣＦＲＰとしてもよい。
【００３７】
炭素繊維複合材料６の母相６１は、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ｍｇ、Ｗ、Ｍｏ、Ｚｎ、又はこれらの合金を用いることができる。これらの材料で、熱伝導率の高いものを母相６１として用いれば、炭素繊維複合材料６全体の熱伝導率を高くすることができる。
【００３８】
一方、炭素繊維複合材料６の炭素繊維６２は、繊維の伸長方向における熱伝導率が、上記金属の母相６１よりも高い炭素繊維が用いられる。これによって、この炭素繊維複合材料６は、母相６１が単体では達成できない、高い熱伝導率を有する。このような炭素繊維６２としては、例えば、ピッチ系の炭素繊維がある。ピッチ系の炭素繊維は、石油、石炭、コールタール等の複生成物を原料とした炭素繊維である。ピッチ系の炭素繊維は、熱伝導率の高いものが得られるという特徴があり、例えば、熱伝導率が５００Ｗ／ｍ・Ｋ程度のものが得られる。この熱伝導率は、最も熱伝導率の高い銅（Ｃｕ、４００Ｗ／ｍ・Ｋ）よりも高い熱伝導率である。なお、金属の種類によって母相６１の熱伝導率は変化するので、母相６１の熱伝導率に応じて、好適な熱伝導率に調整したピッチ系の炭素繊維を用いることが望ましい。炭素繊維６２は、熱伝導率が２４０Ｗ／ｍ・Ｋ以上２０００Ｗ／ｍ・Ｋ以下の範囲のものが使用でき、熱伝導率が４００Ｗ／ｍ・Ｋ以上１３００Ｗ／ｍ・Ｋ以下の範囲のものが好ましく、熱伝導率が５００Ｗ／ｍ・Ｋ以上１０００Ｗ／ｍ・Ｋ以下の範囲のものがより好ましく使用できる。このような範囲であれば、炭素繊維複合材料６の熱伝導率を効果的に向上させることができる。
【００３９】
そして、この炭素繊維複合材料６は、例えば、めっき法を用いて炭素繊維６２の表面を母相６１で被覆して、母相６１の被覆層を形成する。めっき法を用いれば、束になっている炭素繊維６２の隅々までめっき液が付着するため、母相６１の被覆層の厚さを均一に、かつ確実に形成するためには好ましい。また、めっき法によれば、簡単に、かつ安価に母相６１の被覆層を形成することができる。本実施例では、炭素繊維複合材料６は、ピッチ系の炭素繊維６２に銅めっきを施した上に、さらに銀めっきを施すことで、なじみがよくなり、摺動特性を向上させている。
【００４０】
なお、母相６１の被覆層を形成する手法はめっき法に限られるものではなく、例えば、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、その他の薄膜形成方法を用いることができる。母相６１の被覆層を形成する手法は、母相６１の種類に応じて使い分けることができ、例えば、めっき法の適用が困難な材料に対しては、他の手法（例えばＰＶＤ法やＣＶＤ法）を適用することができる。
【００４１】
また、この炭素繊維複合材料６は、図１においては、説明を分かり易くするため、複数の炭素繊維６２間に隙間を有するように模式的に図示しているが、実際には、炭素繊維６２の密度が非常に高く、母相６１の部分は極微小である。そして、炭素繊維複合材料６の全体積に対する炭素繊維６２の体積の比率（体積比）は、炭素繊維複合材料６の全体積に対する炭素繊維６２の体積の割合（体積率）を向上させることで、炭素繊維複合材料６における熱伝導率を向上させた上で、炭素繊維複合材料６をより軽量化することができる。以下で説明する図６乃至図８も同様である。
【００４２】
上記のように構成される炭素繊維複合材料６において、炭素繊維６２は、繊維の伸長方向における熱伝導率が、繊維の伸長方向と直交する方向における熱伝導率よりも極めて大きく、繊維の伸長方向に対しては高熱伝導材料として機能する。このため、この炭素繊維複合材料６は、伸長方向において高熱伝導率を有するこの炭素繊維６２の作用により、例えば、高温部分から低温部分へ熱を運搬する伝熱素子として用いることができる。すなわち、炭素繊維６２は、熱の移動方向に方向性があり、これを利用して、繊維の伸長方向に向かって一方向に熱を運搬することができる。一方、炭素繊維６２は、繊維の伸長方向と直交する方向における熱伝導率が極めて小さく、炭素繊維複合材料６において、炭素繊維６２の伸長方向以外の方向（繊維の伸長方向と交差する方向）には、ほとんど熱は移動せず、言い換えれば、隣接する炭素繊維６２同士の間での熱の移動はほとんどなく、前記伸長方向以外の方向に対する熱の逃げが低減される。これによって、この炭素繊維複合材料６は、炭素繊維６２の伸長方向に対して、効率よく熱を運搬することができる一方、炭素繊維６２の伸長方向と交差する方向に対して、高い断熱性を実現することができる。
【００４３】
そして、本実施例の軸受１では、上述したように、保持器５をこの炭素繊維複合材料６により形成すると共に、炭素繊維６２の配列を適正に設定することで、軸受１における摺動部分の冷却性能の向上を図っている。
【００４４】
本実施例では、炭素繊維複合材料６の炭素繊維６２は、保持器５において、一端が転動体３の転動面３ａと接触可能な接触部５１に設けられる一方、他端が転動体３の転動面３ａと接触不能な放熱部５２に設けられる。
【００４５】
さらに具体的には、接触部５１と放熱部５２とは、ともにセパレート部５ｂに設けられ、接触部５１は、セパレート部５ｂの径方向に沿った面に設けられる一方、放熱部５２は、セパレート部５ｂの周方向に沿った面に設けられる。すなわち、接触部５１は、保持器５の各セパレート部５ｂにおいて、上述した転動体収容部５ｃ（図３、図４参照）に面し、この転動体収容部５ｃに対向する両端面に設けられる。一方、放熱部５２は、各セパレート部５ｂにおいて、内側軌道面２ｃ又は外側軌道面２ｄと対向する内周面及び外周面に設けられる。上述したように、このセパレート部５ｂは、接触部５１にて、隣接する転動体３同士の周方向に対する接触を規制している。
【００４６】
したがって、炭素繊維複合材料６の各炭素繊維６２は、一端が保持器５の各セパレート部５ｂにおいて転動体３の転動面３ａと接触し摺動する接触部５１に設けられる一方、他端が転動体３の転動面３ａには接触しない放熱部５２に設けられる。このため、炭素繊維６２は、各セパレート部５ｂにて、転動体３の転動面３ａと接触し摺動することで発熱し高温になり易い接触部５１に設けられた一端から熱を受け取り、比較的低温な放熱部５２に設けられた他端でこの熱を放出する。つまり、炭素繊維６２は、接触部５１にて発生した熱を繊維の伸長方向に運搬し、放熱部５２にて放熱する。
【００４７】
そして、上記のように構成される軸受１では、例えば、保持器５が図１中左に回転すると、セパレート部５ｂの左側端面における接触部５１に転動体３の転動面３ａが接触する。そして、保持器５がさらに左回転を継続すると、セパレート部５ｂの接触部５１は、この回転に伴ってそのまま転動体３を押しながら保持器５自体も左側に回転していく。この間、転動体３は、転動体収容部５ｃ内で内側軌道面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。その後、保持器５の回転が止まると、転動体３は、慣性力によりそのまま内側軌道面２ｃ、外側軌道面２ｄに沿った公転を続け、今度は上述のセパレート部５ｂの左側に隣接するセパレート部５ｂの右側端面の接触部５１に転動体３の転動面３ａが接触する。つまり、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。言い換えれば、転動体３は、転動体収容部５ｃ内で隣接するセパレート部５ｂの各対向端面に設けられる一対の接触部５１の間を往復運動する。
【００４８】
この間、例えば、高回転、高負荷域でこの転動体３の転動面３ａにおける面圧が高くなると発熱し易くなるが、発生した熱は、一端がセパレート部５ｂの接触部５１に設けられ他端が放熱部５２に設けられた各炭素繊維６２により、比較的高温となる接触部５１側から比較的低温な放熱部５２側に伝熱され、内側軌道面２ｃ又は外側軌道面２ｄと対向する放熱部５２から内輪２ａ又は外輪２ｂ側に放熱される。すなわち、転動体３、保持器５と内側軌道面２ｃ、外側軌道面２ｄとの摺動や転動体３と接触部５１との衝突などにより生じる発熱は、この各炭素繊維６２により、繊維の一端が位置する接触部５１側（転動体収容部５ｃ側）から他端が位置する放熱部５２側（内輪２ａ又は外輪２ｂ側）に効率よく伝熱され良好に放熱されるので、放熱性が向上され軸受１における摺動部分等の冷却性能を向上することができ、この結果、温度上昇を効果的に抑制することができる。
【００４９】
すなわち、図５の線図に破線で示すように、例えば、炭素繊維複合材料６を用いない従来の保持器により軸受を構成した場合、伸長方向において高熱伝導率を有するこの炭素繊維６２の作用がないため、保持器の温度上昇が比較的に大きくなる。これと比較して、図５の線図に実線で示すように、炭素繊維６２により、セパレート部５ｂの接触部５１にて、発生する熱を受け取り、この熱を積極的に放熱部５２で放熱することで、冷却性能が向上され、特に高回転側で保持器５の温度上昇を効果的に抑制することができる。そして、保持器５の冷却性能を向上し、温度上昇を抑制することができることから、摺動部分への潤滑油供給量を比較的少量にすることができる。この結果、転動体３がこの潤滑油を引きずる量も減少させることができ、よって、フリクションを抑制することができる。さらに、保持器５や摺動部分の温度が高くなることが抑制されることから、潤滑油の炭化、劣化あるいは潤滑油切れを抑制することができ、この結果、摩耗や焼き付きを抑制することもできる。また、冷却性能が向上することから、軸受１の摺動部分に対する冷却用のオイル供給量を低減することもでき、この結果、例えば、内燃機関のオイルポンプの容量を減らしてフリクションを低減することも可能となる。
【００５０】
また、この保持器５を形成する炭素繊維複合材料６自体も軽量で高ヤング率の物性値を有していることから、保持器５を小型化、軽量化することができる。このため、軸受１の体格も小さくできることから、軸受１の搭載性、汎用性を向上することができると共に、さらなるフリクションの低減と、保持器５と転動体３との衝突音の低減を実現することができる。
【００５１】
なお、炭素繊維６２の他端部が設けられる放熱部５２は、セパレート部５ｂにおいて、内側軌道面２ｃ又は外側軌道面２ｄと対向する内周面及び外周面に設けられるものとして説明した。そして、図１では、炭素繊維６２の他端部は、内側軌道面２ｃに対向する放熱部５２と、外側軌道面２ｄに対向する放熱部５２とに均等に設けるように、すなわち、径方向に対してほぼ対称形に設けられているが、これに限らず、径方向に対して非対称形であっても良いし、どちらか一方の放熱部５２にのみ炭素繊維６２の他端部を設けるようにしてもよい。
【００５２】
ただし、この場合、炭素繊維６２の他端部が設けられる放熱部５２は、少なくともセパレート部５ｂにおいて外側軌道面２ｄと対向する外周面に設けられていることが好ましい。上述したように、この内側軌道面２ｃは内輪２ａの外周面により形成されている一方、外側軌道面２ｄは外輪２ｂの内周面により形成されている。さらに、この内輪２ａは、内燃機関のカムシャフトの回転軸２ｇに設けられる一方、外輪２ｂは、カムジャーナル等の支持部に設けられている。このため、炭素繊維６２により接触部５１側から放熱部５２側に伝熱され、放熱部５２から放熱される熱は、内輪２ａ、回転軸２ｇ側、すなわち、軸受１の径方向内方側に放熱され、そこで蓄熱されてしまうよりは、外輪２ｂ、カムジャーナル側、すなわち、軸受１の径方向外方側に放熱され、外気に放熱された方が軸受１の冷却性能をより効果的に向上することが可能である。すなわち、炭素繊維６２の他端は、内側軌道面２ｃに対向する放熱部５２側より外側軌道面２ｄに対向する放熱部５２側により多く設けることで、軸受１の冷却性能をより効果的に向上させることができる。
【００５３】
以上で説明した本発明の実施例に係る軸受１によれば、複数の転動体３を保持器５により環状の軌道輪２に沿って転動可能に所定の隙間をあけて保持する軸受１において、保持器５は、金属又は樹脂の母相６１に炭素繊維６２が配置された炭素繊維複合材料６により形成され、炭素繊維６２は、一端が転動体３の転動面３ａと保持器５とが接触可能な接触部５１に設けられ、他端が転動面３ａと保持器５とが接触不能な放熱部５２に設けられる。
【００５４】
したがって、保持器５を、母相６１に炭素繊維６２が配置された炭素繊維複合材料６により形成し、この炭素繊維６２の一端を転動面３ａと接触可能な接触部５１に、他端を転動面３ａと接触不能な放熱部５２に設けたことから、転動体３、保持器５と内側軌道面２ｃ、外側軌道面２ｄとの摺動や転動体３と保持器５との衝突などにより生じる熱は、この各炭素繊維６２により、比較的高温となる接触部５１側から、転動面３ａと接触することなく比較的低温な放熱部５２側に効率よく伝熱され良好に放熱されるので、放熱性が向上され軸受１における摺動部分等の冷却性能を向上することができる。
【００５５】
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、炭素繊維６２は、繊維の伸長方向における熱伝導率が母相６１よりも高い炭素繊維である。したがって、炭素繊維複合材料６が母相６１と、繊維の伸長方向における熱伝導率が母相６１よりも高い炭素繊維６２とより構成されることから、この炭素繊維複合材料６は、繊維の伸長方向において高熱伝導率を有するこの炭素繊維６２の作用により、例えば、高温部分から低温部分へ熱を運搬する伝熱素子として用いることができ、繊維の伸長方向に向かって一方向に熱を運搬することができる。一方、炭素繊維６２は、繊維の伸長方向と直交する方向における熱伝導率が極めて小さいことから、炭素繊維複合材料６において、炭素繊維６２の伸長方向以外の方向（繊維の伸長方向と交差する方向）に対して、高い断熱性を実現することができる。
【００５６】
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、接触部５１及び放熱部５２は、保持器５に設けられる。したがって、転動体３、保持器５と内側軌道面２ｃ、外側軌道面２ｄとの摺動や転動体３と保持器５との衝突などにより生じる熱は、この保持器５内部の炭素繊維６２を介して、接触部５１から放熱部５２に伝熱され、この放熱部５２にて保持器５外部に放出することができる。また、この場合、例えば、転動体３が円筒状ころでなく、球状の転動体であっても、上記のように転動体３の摺動等により発生した熱を、保持器５内部の炭素繊維６２を介して、効率的に伝熱、冷却することができる。
【００５７】
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転動体３同士の軌道輪２の周方向に対する接触を規制するセパレート部５ｂと、周方向に対向するセパレート部５ｂにより区画されると共に転動体３を個別に収容する転動体収容部５ｃとを有し、炭素繊維６２の一端が設けられる接触部５１は、セパレート部５ｂにおいて転動体収容部５ｃに面して設けられる。したがって、接触部５１と転動体３の転動面３ａとの接触、摺動等により発生した熱がこもりやすい転動体収容部５ｃに面して炭素繊維６２の一端が設けられることから、炭素繊維６２は温度が上昇し易い転動体収容部５ｃから熱を受け取り、放熱部５２に伝熱しそこで放熱させることができるので、冷却性能を確実に向上することができる。
【００５８】
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、炭素繊維６２の他端が設けられる放熱部５２は、セパレート部５ｂにおいて軌道輪２の周方向に沿った面に設けられる。したがって、炭素繊維６２が比較的高温となる接触部５１側から受け取った熱は、内側軌道面２ｃ又は外側軌道面２ｄと対向する放熱部５２から、比較的低温となる内輪２ａ又は外輪２ｂ側に放熱することができる。
【００５９】
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、軌道輪２は、転動体３が転動可能な内側軌道面２ｃと、この内側軌道面２ｃの径方向外方に設けられ転動体３が転動可能な外側軌道面２ｄとを有し、炭素繊維６２の他端が設けられる放熱部５２は、少なくともセパレート部５ｂにおいて外側軌道面２ｄと対向する面に設けられていることが好ましい。この場合、炭素繊維６２により接触部５１側から放熱部５２側に伝熱され、放熱部５２から放熱される熱は、軸受１の径方向外方側に放熱されることから軸受１の冷却性能をより効果的に向上することができる。
【００６０】
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、複数の転動体３は、円筒状ころを用いるものとして説明したが、球、細い円筒形の針状（ニードル状）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、いわゆる円筒ころ軸受の他にも、例えば、深溝玉軸受などの玉軸受、針状ころ軸受、円錐ころ軸受などを含む概念である。
【実施例２】
【００６１】
図６は、本発明の実施例２に係る軸受の保持器における周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、炭素繊維複合材料をなす炭素繊維の他端が設けられる位置が実施例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。
【００６２】
実施例２に係る転がり軸受としての軸受２０１では、図６に示すように、炭素繊維複合材料６の炭素繊維６２は、保持器５において、転動体３の転動面３ａと接触可能な接触部２５１に一端が設けられる一方、転動体３の転動面３ａと接触不能な放熱部２５２に他端が設けられる。
【００６３】
さらに具体的には、接触部２５１と放熱部２５２とは、ともに保持器５に設けられ、接触部２５１は、セパレート部５ｂの径方向に沿った面に設けられる一方、放熱部２５２は、環状部５ａの軸線方向側面に設けられる。すなわち、接触部２５１は、保持器５の各セパレート部５ｂにおいて、上述した転動体収容部５ｃ（図３、図４参照）に面し、この転動体収容部５ｃに対向する両端面に設けられる。一方、放熱部２５２は、保持器５の一対の環状部５ａにおいて、軸線方向両側面に外気と対向するように設けられる。
【００６４】
したがって、炭素繊維複合材料６の各炭素繊維６２は、一端が保持器５の各セパレート部５ｂにおいて転動体３の転動面３ａと接触し摺動する接触部２５１に設けられる一方、他端が転動体３の転動面３ａには接触しない各環状部５ａの側部の放熱部２５２に設けられる。このため、炭素繊維６２は、各セパレート部５ｂにて、転動体３の転動面３ａと接触し摺動することで発熱し高温になり易い接触部２５１に設けられた一端から熱を受け取り、比較的低温な放熱部２５２に設けられた他端でこの熱を放出する。つまり、炭素繊維６２は、接触部２５１にて発生した熱を繊維の伸長方向に運搬し、放熱部２５２にて放熱する。
【００６５】
上記のように構成される軸受２０１では、一端がセパレート部５ｂの接触部２５１に設けられ他端が環状部５ａの放熱部２５２に設けられた各炭素繊維６２により、この軸受２０１の摺動部分にて発生する熱は、比較的高温となる接触部２５１側から比較的低温な放熱部２５２側に伝熱され、外気と対向する放熱部２５２から直接外気中に放熱される。すなわち、転動体３、保持器５と内側軌道面２ｃ、外側軌道面２ｄとの摺動や転動体３と接触部２５１との衝突などにより生じる発熱は、この各炭素繊維６２により、繊維の一端が位置する接触部２５１側（転動体収容部５ｃ側）から他端が位置する放熱部２５２側（外気側）に効率よく伝熱され良好に放熱されるので、放熱性が向上され軸受２０１における摺動部分等の冷却性能を向上することができ、この結果、温度上昇を効果的に抑制することができる。
【００６６】
なお、この図６で示す軸受２０１では、接触部２５１に設けられる各炭素繊維６２の一端は、接触部２５１における中心軸線方向中央部での密度を中心軸線方向両端部での密度より大きくしている。すなわち、接触部２５１において、発熱が最も多くなる転動体３の転動面３ａの中心軸線方向中央部に対応する位置に炭素繊維６２の一端をより多く設けることで、この転動体３の転動面３ａの中心軸線方向中央部の近傍で発生する熱をより効率的に、炭素繊維６２により放熱部２５２に伝熱させることができる。このため、冷却性能をさらに向上することができる。ただし、この炭素繊維６２は、図６で示す軸受２０１では、中心軸線方向及びこれに直交する方向に対してほぼ対称形になるように設けられているが、これに限らず、非対称形に設けるようにしてもよい。
【００６７】
以上で説明した本発明の実施例に係る軸受２０１によれば、複数の転動体３を保持器５により環状の軌道輪２に沿って転動可能に所定の隙間をあけて保持する軸受２０１において、保持器５は、金属又は樹脂の母相６１に炭素繊維６２が配置された炭素繊維複合材料６により形成され、炭素繊維６２は、一端が転動体３の転動面３ａと保持器５とが接触可能な接触部２５１に設けられ、他端が転動面３ａと保持器５とが接触不能な放熱部２５２に設けられる。
【００６８】
したがって、保持器５を、母相６１に炭素繊維６２が配置された炭素繊維複合材料６により形成し、この炭素繊維６２の一端を転動面３ａと接触可能な接触部２５１に、他端を転動面３ａと接触不能な放熱部２５２に設けたことから、転動体３、保持器５と内側軌道面２ｃ、外側軌道面２ｄとの摺動や転動体３と接触部２５１との衝突などにより生じる熱は、この各炭素繊維６２により、比較的高温となる接触部２５１側から、転動面３ａと接触することなく比較的低温な放熱部２５２側に効率よく伝熱され良好に放熱されるので、放熱性が向上され軸受２０１における摺動部分等の冷却性能を向上することができる。
【００６９】
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、保持器５は、軌道輪２の周方向に沿って設けられる一対の環状部５ａを有し、セパレート部５ｂは、この一対の環状部５ａの間に軸線方向に沿って掛け渡されるように設けられ、炭素繊維６２の他端が設けられる放熱部２５２は、環状部５ａの軸線方向側面に設けられる。したがって、炭素繊維６２が比較的高温となる接触部２５１側から受け取った熱は、外気と対向する環状部５ａの軸線方向側面の放熱部２５２から直接外気中に放熱されることから、軸受２０１における冷却性能をさらに向上することができる。
【実施例３】
【００７０】
図７は、本発明の実施例３に係る軸受の保持器における周方向の部分断面図である。実施例３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、転動体が炭素繊維複合材料により構成されている点で実施例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。
【００７１】
実施例３に係る転がり軸受としての軸受３０１では、図７に示すように、転動体３を、母相６１に炭素繊維６２が配置された炭素繊維複合材料６により形成し、この炭素繊維６２の配列を適正に設定することで、冷却性能の向上を図っている。そして、炭素繊維複合材料６の炭素繊維６２は、各転動体３において、保持器５のセパレート部５ｂと接触可能な転動面３ａに一端が設けられる一方、中央軸線方向の両端面３ｃに他端が設けられる。すなわち、本実施例では、転動体３の転動面３ａ自体が炭素繊維６２の一端を設ける本発明の接触部３５１に相当する一方、中央軸線方向の両端面３ｃが炭素繊維６２の他端を設ける本発明の放熱部３５２に相当する。
【００７２】
したがって、炭素繊維複合材料６の各炭素繊維６２は、一端がセパレート部５ｂと接触し摺動することで発熱し易い転動面３ａ（接触部３５１）に設けられる一方、他端がセパレート部５ｂには接触しない転動体３の両端面３ｃ（放熱部３５２）に設けられる。このため、炭素繊維６２は、各セパレート部５ｂと接触し摺動することで発熱し高温になり易い転動面３ａ（接触部３５１）に設けられた一端から熱を受け取り、比較的低温な両端面３ｃ（放熱部３５２）に設けられた他端でこの熱を放出する。つまり、炭素繊維６２は、各転動体３の転動面３ａにて発生した熱を繊維の伸長方向に運搬し、両端面３ｃにて放熱する。
【００７３】
上記のように構成される軸受３０１では、一端が転動体３の転動面３ａ（接触部３５１）に設けられ他端が環状部５ａと対向する転動体３の両端面３ｃ（放熱部３５２）に設けられた各炭素繊維６２により、この軸受３０１の摺動部分にて発生する熱は、転動体３にて比較的高温となる転動面３ａ（接触部３５１）側から比較的低温な両端面３ｃ（放熱部３５２）側に伝熱され、この両端面３ｃから環状部５ａ側に放熱される。すなわち、転動体３、保持器５と内側軌道面２ｃ、外側軌道面２ｄとの摺動や転動体３と保持器５との衝突などにより生じる発熱は、この各炭素繊維６２により、繊維の一端が位置する転動面３ａ（接触部３５１）側から他端が位置する両端面３ｃ（放熱部３５２）側に効率よく伝熱され良好に放熱されるので、放熱性が向上され軸受３０１における摺動部分等の冷却性能を向上することができ、この結果、温度上昇を効果的に抑制することができる。
【００７４】
なお、この図７で示す軸受３０１では、転動面３ａ（接触部３５１）に設けられる各炭素繊維６２の一端は、転動面３ａにおける中心軸線方向中央部での密度を中心軸線方向両端部での密度より大きくしている。すなわち、転動面３ａにおいて、発熱が最も多くなる中心軸線方向中央部に炭素繊維６２の一端をより多く設けることで、この転動体３の転動面３ａの中心軸線方向中央部の近傍で発生する熱をより効率的に、炭素繊維６２により両端面３ｃ（放熱部３５２）に伝熱させることができる。このため、冷却性能をさらに向上することができる。ただし、この炭素繊維６２は、図７で示す軸受３０１では、中心軸線方向及びこれに直交する方向に対してほぼ対称形になるように設けられているが、これに限らず、非対称形に設けるようにしてもよい。
【００７５】
以上で説明した本発明の実施例に係る軸受３０１によれば、複数の転動体３を保持器５により環状の軌道輪２に沿って転動可能に所定の隙間をあけて保持する軸受３０１において、転動体３は、金属又は樹脂の母相６１に炭素繊維６２が配置された炭素繊維複合材料６により形成され、炭素繊維６２は、一端が転動体３の転動面３ａと保持器５とが接触可能な接触部３５１に設けられ、他端が転動面３ａと保持器５とが接触不能な放熱部３５２に設けられる。
【００７６】
したがって、転動体３を、母相６１に炭素繊維６２が配置された炭素繊維複合材料６により形成し、この炭素繊維６２の一端を保持器５のセパレート部５ｂと接触可能な接触部３５１に、他端をセパレート部５ｂと接触不能な放熱部３５２に設けたことから、転動体３、保持器５と内側軌道面２ｃ、外側軌道面２ｄとの摺動や転動体３と保持器５のセパレート部５ｂとの衝突などにより生じる熱は、この各炭素繊維６２により、比較的高温となる接触部３５１側から、比較的低温な放熱部３５２側に効率よく伝熱され良好に放熱されるので、放熱性が向上され軸受３０１における摺動部分等の冷却性能を向上することができる。
【００７７】
さらに、以上で説明した本発明の実施例に係る軸受３０１によれば、接触部３５１及び放熱部３５２は、円柱状に形成される転動体３に設けられる。したがって、転動体３、保持器５と内側軌道面２ｃ、外側軌道面２ｄとの摺動や転動体３と保持器５のセパレート部５ｂとの衝突などにより生じる熱は、この転動体３内部の炭素繊維６２を介して、接触部３５１から放熱部３５２に伝熱され、この放熱部３５２にて転動体３外部に放出することができる。この結果、転動体３の冷却性能を向上し、温度上昇を抑制することができる。
【００７８】
さらに、以上で説明した本発明の実施例に係る軸受３０１によれば、転動体３は、中心軸線方向中央部に設けられ軌道輪２が形成する内側軌道面２ｃ、外側軌道面２ｄに接触可能な転動面３ａと、中心軸線方向両端部に設けられ内側軌道面２ｃ、外側軌道面２ｄに接触不能なクラウニング部３ｂとを有し、炭素繊維６２の一端が設けられる接触部３５１は、転動面３ａに設けられる一方、炭素繊維６２の他端が設けられる放熱部３５２は、転動体３の中心軸線方向の両端面３ｃに設けられる。したがって、保持器５のセパレート部５ｂとの接触、摺動等により熱が発生しやすい転動面３ａ（接触部３５１）に炭素繊維６２の一端が設けられることから、炭素繊維６２は温度が上昇し易い転動面３ａ（接触部３５１）から熱を受け取り、両端面３ｃ（放熱部３５２）に伝熱しそこで放熱させることができるので、冷却性能を確実に向上することができる。
【実施例４】
【００７９】
図８は、本発明の実施例４に係る軸受の保持器における周方向の部分断面図である。実施例４に係る転がり軸受は、実施例３に係る転がり軸受と略同様の構成であるが、転動体を形成する炭素繊維の配置方向が実施例３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。
【００８０】
実施例４に係る転がり軸受としての軸受４０１では、図８に示すように、各転動体３は、炭素繊維複合材料６により円柱状に形成され、炭素繊維複合材料６を構成する炭素繊維６２は、両端がそれぞれ転動体３の中心軸線方向の両端面３ｃに設けられる。また、本実施例では、炭素繊維６２は、繊維の伸長方向がこの転動体３の中心軸線方向に沿って平行に設定される。
【００８１】
上述したように、この炭素繊維複合材料６は、炭素繊維６２の伸長方向において高熱伝導率を有する一方、繊維の伸長方向と直交する方向における熱伝導率が極めて小さい。このため、炭素繊維複合材料６において、炭素繊維６２の伸長方向以外の方向（繊維の伸長方向と交差する方向）に対して、高い断熱性を実現することができる。すなわち、転動体３の中心軸線方向に沿うように炭素繊維６２を配置することで、転動体３の転動面３ａから転動体内方側に対する断熱性が著しく向上される。これにより、この転動体３自体が高温になることを抑制することができる。このため、転動体３、保持器５と内側軌道面２ｃ、外側軌道面２ｄとの摺動や転動体３と保持器５との衝突などにより生じる発熱は、転動体３の転動面３ａが炭素繊維複合材料６の炭素繊維６２により断熱されていることから、保持器５の環状部５ａやセパレート部５ｂ側への伝熱が促され、結果的に環状部５ａやセパレート部５ｂから良好に放熱されるので放熱性が向上される。また、炭素繊維６２の両端がそれぞれ比較的低温な両端面３ｃに設けられることから、この炭素繊維６２自体の温度も上がりにくくなっている。この結果、軸受４０１における摺動部分等の冷却性能を向上することができ、温度上昇を効果的に抑制することができる。なお、この転動体３は、転動面３ａのみを炭素繊維複合材料６により形成するようにしてもよい。この場合、比較的高価な炭素繊維複合材料６を用いる部分を最小限に抑制することができるので、軸受４０１の製造コストを低減することができる。
【００８２】
以上で説明した本発明の実施例に係る軸受４０１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、金属又は樹脂の母相６１に炭素繊維６２が配置された炭素繊維複合材料６により円柱状に形成される複数の転動体３を備え、炭素繊維６２は、両端がそれぞれ転動体３の前記中心軸線方向の両端面３ｃに設けられる。したがって、炭素繊維６２の両端がそれぞれ比較的低温な転動体３の両端面３ｃに設けられることから、この炭素繊維６２自体の温度を上がりにくくすることができ、この結果、軸受４０１の冷却性能を向上することができ、温度上昇を効果的に抑制することができる。
【００８３】
また、この転動体３を形成する炭素繊維複合材料６自体も軽量で高ヤング率の物性値を有していることから、転動体３を小型化、軽量化することができる。このため、軸受４０１の体格も小さくできることから、軸受４０１の搭載性、汎用性を向上することができると共に、さらなるフリクションの低減と、保持器５と転動体３との衝突音の低減を実現することができる。
【００８４】
さらに、以上で説明した本発明の実施例に係る軸受４０１によれば、炭素繊維６２は、繊維の伸長方向が転動体３の中心軸線方向に沿って設定される。したがって、転動体３の転動面３ａから転動体内方側に対する断熱性が著しく向上され、この結果、軸受４０１の冷却性能をさらに向上することができる。
【００８５】
さらに、以上で説明した本発明の実施例に係る軸受４０１によれば、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器５を備える。したがって、保持器５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、隣接する転動体３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。この結果、各転動体３の転動を阻害することがなく、効果的にフリクションを低減することができる。
【００８６】
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、本発明の転がり軸受は、内燃機関のカムシャフトの回転軸２ｇ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。
【００８７】
また、以上の説明では、軌道輪２は、内輪２ａと、この内輪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、内輪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、内輪２ａと回転軸２ｇとを一体に設けてもよいし、内輪２ａを設けずに、内輪２ａではなくこの回転軸２ｇと外輪２ｂとによって軌道輪２を構成してもよい。この場合、内側軌道面は、回転軸２ｇの外周面に設けられ、転動部４は、この回転軸２ｇ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。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し、この支持部（ハウジング）自体を外輪としてもよい。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。
【００８８】
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し、ツバ２ｆは、内側軌道面２ｃの軸線方向の一側方において径方向外方に突出するものとして説明したが、外側軌道面２ｄの軸線方向の一側方のみにツバ２ｅを設けてもよいし、内側軌道面２ｃの軸線方向両側方にツバ２ｆを設けてもよい。さらに、ツバ２ｅ又はツバ２ｆのどちらか一方のみを設けるだけでもよいし、場合によっては両方設けなくともよい。
【００８９】
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】
【００９０】
以上のように、本発明に係る転がり軸受は、冷却性能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】
【００９１】
【図１】本発明の実施例１に係る軸受の径方向の部分断面図である。
【図２】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３】本発明の実施例１に係る軸受の切欠斜視図である。
【図４】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５】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保持器温度との関係を示す線図である。
【図６】本発明の実施例２に係る軸受の保持器における周方向の部分断面図である。
【図７】本発明の実施例３に係る軸受の保持器における周方向の部分断面図である。
【図８】本発明の実施例４に係る軸受の保持器における周方向の部分断面図である。
【符号の説明】
【００９２】
１、２０１、３０１、４０１ 軸受（転がり軸受）
２ 軌道輪
２ａ 内輪
２ｂ 外輪
２ｃ 内側軌道面
２ｄ 外側軌道面
２ｅ、２ｆ ツバ
２ｇ 回転軸
３ 転動体
３ａ 転動面
３ｂ クラウニング部
３ｃ 端面
４ 転動部
５ 保持器（保持手段）
６ 炭素繊維複合材料
５ａ 環状部
５ｂ セパレート部
５ｃ 転動体収容部
５１、２５１、３５１ 接触部
５２、２５２、３５２ 放熱部
６１ 母相
６２ 炭素繊維
【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、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、外輪、転動体、保持器の表面全体にＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ−Ｌｉｋｅ−Ｃａｒｂｏｎ）層を形成することで、耐摩耗性や耐焼き付き性を向上させる転がり軸受が開示されている。また、他の構成の従来の転がり軸受として、例えば、特許文献２には、円周方向複数個所にニードルを保持自在なポケットが設けられたニードル用保持器であって、２０〜４５重量％の強化繊維を含有した合成樹脂により造られており、且つ、軸方向側面に凹溝が形成されているニードル用保持器を備えることで、十分な耐焼き付き性と耐摩耗性との確保を図ったニードル軸受が開示されている。
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−３０１２２５号公報
【特許文献２】特開２００４−５２７９６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軸受では、外輪、転動体、保持器の表面全体に硬度が非常に高いＤＬＣ層が形成されていることから、例えば、転動体と保持器同士が衝突し合い、非常に硬いもの同士が攻撃し合うことでお互いの摩耗を促進してしまい、結果的に、ＤＬＣ層が早期に摩滅し、最終的には焼き付きに至るおそれがある。そして、外輪、転動体、保持器の表面全体にＤＬＣ層が形成されることで、このＤＬＣ層により断熱が促進され、摺動部分の温度上昇が大きくなってしまうおそれがある。すなわち、放熱性が悪化することで冷却性能が低下し、これにより、例えば、この摺動部分への潤滑油供給量が多量に必要になり、ひいては、転動体がこの潤滑油を引きずる量が増大することで、フリクションが増大してしまうおそれがあった。また、特許文献２に記載されたニードル軸受では、十分な耐焼き付き性と耐摩耗性との確保することを目的としているが、冷却性能の向上には言及されておらず、このニードル軸受での冷却性能を向上させることについては改善の余地がある。
【０００５】
そこで本発明は、冷却性能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、複数の転動体を保持手段により環状の軌道輪に沿って転動可能に所定の隙間をあけて保持する転がり軸受において、前記転動体又は前記保持手段の少なくともいずれか一方は、金属又は樹脂の母相に炭素繊維が配置された炭素繊維複合材料により形成され、前記炭素繊維は、一端が前記転動体の転動面と前記保持手段とが接触可能な接触部に設けられ、他端が前記転動面と前記保持手段とが接触不能な放熱部に設けられ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、前記接触部及び前記放熱部は、前記保持手段に設けられ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、前記保持手段は、転動不能に設けられると共に隣接する前記転動体同士の前記軌道輪周方向に対する接触を規制するセパレート部と、周方向に対向する前記セパレート部により区画されると共に前記転動体を個別に収容する転動体収容部とを有し、前記炭素繊維の一端が設けられる前記接触部は、前記セパレート部において前記転動体収容部に面して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、前記炭素繊維の他端が設けられる前記放熱部は、前記セパレート部において前記軌道輪の周方向に沿った面に設けら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、前記軌道輪は、前記転動体が転動可能な内側軌道面と、該内側軌道面の径方向外方に設けられ前記転動体が転動可能な外側軌道面とを有し、前記炭素繊維の他端が設けられる前記放熱部は、少なくとも前記セパレート部において前記外側軌道面と対向する面に設けら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、前記保持手段は、前記軌道輪の周方向に沿って設けられる一対の環状部を有し、前記セパレート部は、該一対の環状部の間に軸線方向に沿って掛け渡されるように設けられ、前記炭素繊維の他端が設けられる前記放熱部は、前記環状部の軸線方向側面に設けら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、前記接触部及び前記放熱部は、円柱状に形成される前記転動体に設けられることを特徴とする。
【００１３】
請求項８に係る発明による転がり軸受では、前記転動体は、前記中心軸線方向中央部に設けられ前記軌道輪が形成する軌道面に接触可能な前記転動面と、前記中心軸線方向両端部に設けられ前記軌道面に接触不能なクラウニング部とを有し、前記炭素繊維の一端が設けられる前記接触部は、前記転動面に設けられる一方、前記炭素繊維の他端が設けられる前記放熱部は、前記転動体の前記中心軸線方向端面に設けられることを特徴とする。
【００１４】
上記目的を達成するために、請求項９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、金属又は樹脂の母相に炭素繊維が配置された炭素繊維複合材料により円柱状に形成される複数の転動体を備え、前記炭素繊維は、両端がそれぞれ前記転動体の中心軸線方向両端面に設けられることを特徴とする。
【００１５】
請求項１０に係る発明による転がり軸受では、前記炭素繊維は、繊維の伸長方向が前記転動体の中心軸線方向に沿って設定されることを特徴とする。
【００１６】
請求項１１に係る発明による転がり軸受では、複数の前記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を備えることを特徴とする。
【００１７】
請求項１２に係る発明による転がり軸受では、前記炭素繊維は、繊維の伸長方向における熱伝導率が前記母相よりも高い炭素繊維であることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１８】
本発明に係る転がり軸受によれば、転動体の転動面又は保持手段を、母相に炭素繊維が配置された炭素繊維複合材料により形成し、この炭素繊維の配列を適正に設定することで、冷却性能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】
【００１９】
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】
【００２０】
図１は、本発明の実施例１に係る軸受の径方向の部分断面図、図２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３は、本発明の実施例１に係る軸受の切欠斜視図、図４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５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保持器温度との関係を示す線図である。
【００２１】
図２、図３、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。
【００２２】
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。
【００２３】
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２ｇ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２ｇ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。
【００２４】
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。
【００２５】
軌道輪２は、内輪２ａと、この内輪２ａの外方に設けられる外輪２ｂとによって構成される。内輪２ａは、円環状に形成され回転軸２ｇの外周面にこの回転軸２ｇと共に回転可能に設けられると共に、その中心軸線が回転軸２ｇの中心軸線と一致するように設けられる。この回転軸２ｇ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、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る。さらに、外輪２ｂは、円環状に形成されこの内輪２ａの外周面に沿って設けられると共に、その中心軸線が内輪２ａの中心軸線と一致するように設けられる。すなわち、内輪２ａ、外輪２ｂ及び回転軸２ｇとは、同軸に設けられる。
【００２６】
さらに具体的には、内輪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。すなわち、外側軌道面２ｄは、内側軌道面２ｃの径方向外方に設けられる。そして、内輪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。さらに、内側軌道面２ｃの軸線方向の一側方には、径方向外方に突出するツバ２ｆが形成されている。言い換えれば、内側軌道面２ｃは、内輪２ａの外周面に凹部状に形成されている。
【００２７】
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、円筒状ころが用いられその外周面に転動面３ａが形成される。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、その中心軸線（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によりその外周面としての転動面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、一方の端面が内輪２ａのツバ２ｆ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、その端面がツバ２ｅ、ツバ２ｆ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。
【００２８】
各転動体３は、さらに具体的には、その外周面に、上述の転動面３ａと、クラウニング部３ｂとを有する。転動面３ａは、転動体３の中心軸線方向中央部に設けられ、上述したように、軌道輪２が形成する内側軌道面２ｃ、外側軌道面２ｄに接触可能に形成される一方、クラウニング部３ｂは、転動体３の中心軸線方向両端部に設けられ内側軌道面２ｃ、外側軌道面２ｄに接触不能に形成される。クラウニング部３ｂは、転動面３ａが形成される外周面と中心軸線方向の両端面３ｃ（底面）とが交わる部分を曲面状に角をおとすようにして形成される。これにより、各転動体３がアキシアル方向（軸線方向）に揺動しても、この曲面状に角を落として形成されるクラウニング部３ｂにて、転動体３のエッジによる内側軌道面２ｃ、外側軌道面２ｄへ傷つけや転動体３自体の破損を防止することができる。
【００２９】
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収容部５ｃとを有する。
【００３０】
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、内輪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に対向して配置される。また、一方の環状部５ａの内周面は、内側軌道面２ｃのツバ２ｆに対向して当接可能である。そして、各環状部５ａは、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。
【００３１】
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、両端が各環状部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。
【００３２】
各転動体収容部５ｃは、軸線方向に対して対向する一対の環状部５ａと、周方向に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。各転動体収容部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、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。
【００３３】
上記のように構成される軸受１は、内輪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内輪２ａと共に回転する回転軸２ｇ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、内輪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、各転動体収容部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、ツバ２ｆ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。
【００３４】
ところで、この種の転がり軸受では、従来、例えば、外輪、転動体、保持器の表面全体にＤＬＣ（Ｄｉａｍｏｎｄ−Ｌｉｋｅ−Ｃａｒｂｏｎ）層を形成することで、耐摩耗性や耐焼き付き性を向上させるものがあった。ところが、この場合、外輪、転動体、保持器の表面全体に硬度が非常に高いＤＬＣ層が形成されていることから、例えば、転動体と保持器同士が衝突し合い、非常に硬いもの同士が攻撃し合うことでお互いの摩耗を促進してしまい、結果的に、ＤＬＣ層が早期に摩滅し、最終的には焼き付きに至るおそれがある。そして、外輪、転動体、保持器の表面全体にＤＬＣ層が形成されることで、このＤＬＣ層により断熱が促進され保持器等の放熱性が悪くなり、摺動部分の温度上昇が大きくなってしまうおそれがある。すなわち、放熱性が悪化することで冷却性能が低下し、これにより、例えば、この摺動部分への潤滑油供給量が多量に必要になり、ひいては、転動体がこの潤滑油を引きずる量が増大することで、フリクションが増大してしまうおそれがあった。
【００３５】
そこで、本実施例の軸受１では、図１に示すように、保持器５を、母相６１に炭素繊維６２が配置された炭素繊維複合材料６により形成し、この炭素繊維６２の配列を適正に設定することで、冷却性能の向上を図っている。
【００３６】
ここで、まず、炭素繊維複合材料６について説明する。この炭素繊維複合材料６は、炭素繊維６２を金属又は樹脂の母相６１中へ配置することで、炭素繊維６２単体や母相６１となる金属又は樹脂単体よりも優れた性能を発揮させるものである。本実施例に係る炭素繊維複合材料６では、母相６１となる金属又は樹脂単体よりも高い熱伝導率を発揮する。そして、この炭素繊維複合材料６において、母相６１を金属としたものが、いわゆるＣＦＲＭ（Carbon Fiber Reinforced Metal）である一方、母相６１を樹脂としたものが、いわゆるＣＦＲＰ（Carbon Fiber Reinforced Plastics）である。ＣＦＲＭとＣＦＲＰとでは、軸受１の軽量化の点ではＣＦＲＰの方が優れる一方、熱伝導率の点では、ＣＦＲＭの方が優れる。以下、この炭素繊維複合材料６は、母相６１に金属を用いたＣＦＲＭの場合で説明するが、母相６１に樹脂を用いたＣＦＲＰとしてもよい。
【００３７】
炭素繊維複合材料６の母相６１は、例えば、Ｃｕ、Ａｌ、Ａｇ、Ｍｇ、Ｗ、Ｍｏ、Ｚｎ、又はこれらの合金を用いることができる。これらの材料で、熱伝導率の高いものを母相６１として用いれば、炭素繊維複合材料６全体の熱伝導率を高くすることができる。
【００３８】
一方、炭素繊維複合材料６の炭素繊維６２は、繊維の伸長方向における熱伝導率が、上記金属の母相６１よりも高い炭素繊維が用いられる。これによって、この炭素繊維複合材料６は、母相６１が単体では達成できない、高い熱伝導率を有する。このような炭素繊維６２としては、例えば、ピッチ系の炭素繊維がある。ピッチ系の炭素繊維は、石油、石炭、コールタール等の複生成物を原料とした炭素繊維である。ピッチ系の炭素繊維は、熱伝導率の高いものが得られるという特徴があり、例えば、熱伝導率が５００Ｗ／ｍ・Ｋ程度のものが得られる。この熱伝導率は、最も熱伝導率の高い銅（Ｃｕ、４００Ｗ／ｍ・Ｋ）よりも高い熱伝導率である。なお、金属の種類によって母相６１の熱伝導率は変化するので、母相６１の熱伝導率に応じて、好適な熱伝導率に調整したピッチ系の炭素繊維を用いることが望ましい。炭素繊維６２は、熱伝導率が２４０Ｗ／ｍ・Ｋ以上２０００Ｗ／ｍ・Ｋ以下の範囲のものが使用でき、熱伝導率が４００Ｗ／ｍ・Ｋ以上１３００Ｗ／ｍ・Ｋ以下の範囲のものが好ましく、熱伝導率が５００Ｗ／ｍ・Ｋ以上１０００Ｗ／ｍ・Ｋ以下の範囲のものがより好ましく使用できる。このような範囲であれば、炭素繊維複合材料６の熱伝導率を効果的に向上させることができる。
【００３９】
そして、この炭素繊維複合材料６は、例えば、めっき法を用いて炭素繊維６２の表面を母相６１で被覆して、母相６１の被覆層を形成する。めっき法を用いれば、束になっている炭素繊維６２の隅々までめっき液が付着するため、母相６１の被覆層の厚さを均一に、かつ確実に形成するためには好ましい。また、めっき法によれば、簡単に、かつ安価に母相６１の被覆層を形成することができる。本実施例では、炭素繊維複合材料６は、ピッチ系の炭素繊維６２に銅めっきを施した上に、さらに銀めっきを施すことで、なじみがよくなり、摺動特性を向上させている。
【００４０】
なお、母相６１の被覆層を形成する手法はめっき法に限られるものではなく、例えば、ＰＶＤ（Physical Vapor Deposition）法、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法、その他の薄膜形成方法を用いることができる。母相６１の被覆層を形成する手法は、母相６１の種類に応じて使い分けることができ、例えば、めっき法の適用が困難な材料に対しては、他の手法（例えばＰＶＤ法やＣＶＤ法）を適用することができる。
【００４１】
また、この炭素繊維複合材料６は、図１においては、説明を分かり易くするため、複数の炭素繊維６２間に隙間を有するように模式的に図示しているが、実際には、炭素繊維６２の密度が非常に高く、母相６１の部分は極微小である。そして、炭素繊維複合材料６の全体積に対する炭素繊維６２の体積の比率（体積比）は、炭素繊維複合材料６の全体積に対する炭素繊維６２の体積の割合（体積率）を向上させることで、炭素繊維複合材料６における熱伝導率を向上させた上で、炭素繊維複合材料６をより軽量化することができる。以下で説明する図６乃至図８も同様である。
【００４２】
上記のように構成される炭素繊維複合材料６において、炭素繊維６２は、繊維の伸長方向における熱伝導率が、繊維の伸長方向と直交する方向における熱伝導率よりも極めて大きく、繊維の伸長方向に対しては高熱伝導材料として機能する。このため、この炭素繊維複合材料６は、伸長方向において高熱伝導率を有するこの炭素繊維６２の作用により、例えば、高温部分から低温部分へ熱を運搬する伝熱素子として用いることができる。すなわち、炭素繊維６２は、熱の移動方向に方向性があり、これを利用して、繊維の伸長方向に向かって一方向に熱を運搬することができる。一方、炭素繊維６２は、繊維の伸長方向と直交する方向における熱伝導率が極めて小さく、炭素繊維複合材料６において、炭素繊維６２の伸長方向以外の方向（繊維の伸長方向と交差する方向）には、ほとんど熱は移動せず、言い換えれば、隣接する炭素繊維６２同士の間での熱の移動はほとんどなく、前記伸長方向以外の方向に対する熱の逃げが低減される。これによって、この炭素繊維複合材料６は、炭素繊維６２の伸長方向に対して、効率よく熱を運搬することができる一方、炭素繊維６２の伸長方向と交差する方向に対して、高い断熱性を実現することができる。
【００４３】
そして、本実施例の軸受１では、上述したように、保持器５をこの炭素繊維複合材料６により形成すると共に、炭素繊維６２の配列を適正に設定することで、軸受１における摺動部分の冷却性能の向上を図っている。
【００４４】
本実施例では、炭素繊維複合材料６の炭素繊維６２は、保持器５において、一端が転動体３の転動面３ａと接触可能な接触部５１に設けられる一方、他端が転動体３の転動面３ａと接触不能な放熱部５２に設けられる。
【００４５】
さらに具体的には、接触部５１と放熱部５２とは、ともにセパレート部５ｂに設けられ、接触部５１は、セパレート部５ｂの径方向に沿った面に設けられる一方、放熱部５２は、セパレート部５ｂの周方向に沿った面に設けられる。すなわち、接触部５１は、保持器５の各セパレート部５ｂにおいて、上述した転動体収容部５ｃ（図３、図４参照）に面し、この転動体収容部５ｃに対向する両端面に設けられる。一方、放熱部５２は、各セパレート部５ｂにおいて、内側軌道面２ｃ又は外側軌道面２ｄと対向する内周面及び外周面に設けられる。上述したように、このセパレート部５ｂは、接触部５１にて、隣接する転動体３同士の周方向に対する接触を規制している。
【００４６】
したがって、炭素繊維複合材料６の各炭素繊維６２は、一端が保持器５の各セパレート部５ｂにおいて転動体３の転動面３ａと接触し摺動する接触部５１に設けられる一方、他端が転動体３の転動面３ａには接触しない放熱部５２に設けられる。このため、炭素繊維６２は、各セパレート部５ｂにて、転動体３の転動面３ａと接触し摺動することで発熱し高温になり易い接触部５１に設けられた一端から熱を受け取り、比較的低温な放熱部５２に設けられた他端でこの熱を放出する。つまり、炭素繊維６２は、接触部５１にて発生した熱を繊維の伸長方向に運搬し、放熱部５２にて放熱する。
【００４７】
そして、上記のように構成される軸受１では、例えば、保持器５が図１中左に回転すると、セパレート部５ｂの左側端面における接触部５１に転動体３の転動面３ａが接触する。そして、保持器５がさらに左回転を継続すると、セパレート部５ｂの接触部５１は、この回転に伴ってそのまま転動体３を押しながら保持器５自体も左側に回転していく。この間、転動体３は、転動体収容部５ｃ内で内側軌道面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。その後、保持器５の回転が止まると、転動体３は、慣性力によりそのまま内側軌道面２ｃ、外側軌道面２ｄに沿った公転を続け、今度は上述のセパレート部５ｂの左側に隣接するセパレート部５ｂの右側端面の接触部５１に転動体３の転動面３ａが接触する。つまり、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。言い換えれば、転動体３は、転動体収容部５ｃ内で隣接するセパレート部５ｂの各対向端面に設けられる一対の接触部５１の間を往復運動する。
【００４８】
この間、例えば、高回転、高負荷域でこの転動体３の転動面３ａにおける面圧が高くなると発熱し易くなるが、発生した熱は、一端がセパレート部５ｂの接触部５１に設けられ他端が放熱部５２に設けられた各炭素繊維６２により、比較的高温となる接触部５１側から比較的低温な放熱部５２側に伝熱され、内側軌道面２ｃ又は外側軌道面２ｄと対向する放熱部５２から内輪２ａ又は外輪２ｂ側に放熱される。すなわち、転動体３、保持器５と内側軌道面２ｃ、外側軌道面２ｄとの摺動や転動体３と接触部５１との衝突などにより生じる発熱は、この各炭素繊維６２により、繊維の一端が位置する接触部５１側（転動体収容部５ｃ側）から他端が位置する放熱部５２側（内輪２ａ又は外輪２ｂ側）に効率よく伝熱され良好に放熱されるので、放熱性が向上され軸受１における摺動部分等の冷却性能を向上することができ、この結果、温度上昇を効果的に抑制することができる。
【００４９】
すなわち、図５の線図に破線で示すように、例えば、炭素繊維複合材料６を用いない従来の保持器により軸受を構成した場合、伸長方向において高熱伝導率を有するこの炭素繊維６２の作用がないため、保持器の温度上昇が比較的に大きくなる。これと比較して、図５の線図に実線で示すように、炭素繊維６２により、セパレート部５ｂの接触部５１にて、発生する熱を受け取り、この熱を積極的に放熱部５２で放熱することで、冷却性能が向上され、特に高回転側で保持器５の温度上昇を効果的に抑制することができる。そして、保持器５の冷却性能を向上し、温度上昇を抑制することができることから、摺動部分への潤滑油供給量を比較的少量にすることができる。この結果、転動体３がこの潤滑油を引きずる量も減少させることができ、よって、フリクションを抑制することができる。さらに、保持器５や摺動部分の温度が高くなることが抑制されることから、潤滑油の炭化、劣化あるいは潤滑油切れを抑制することができ、この結果、摩耗や焼き付きを抑制することもできる。また、冷却性能が向上することから、軸受１の摺動部分に対する冷却用のオイル供給量を低減することもでき、この結果、例えば、内燃機関のオイルポンプの容量を減らしてフリクションを低減することも可能となる。
【００５０】
また、この保持器５を形成する炭素繊維複合材料６自体も軽量で高ヤング率の物性値を有していることから、保持器５を小型化、軽量化することができる。このため、軸受１の体格も小さくできることから、軸受１の搭載性、汎用性を向上することができると共に、さらなるフリクションの低減と、保持器５と転動体３との衝突音の低減を実現することができる。
【００５１】
なお、炭素繊維６２の他端部が設けられる放熱部５２は、セパレート部５ｂにおいて、内側軌道面２ｃ又は外側軌道面２ｄと対向する内周面及び外周面に設けられるものとして説明した。そして、図１では、炭素繊維６２の他端部は、内側軌道面２ｃに対向する放熱部５２と、外側軌道面２ｄに対向する放熱部５２とに均等に設けるように、すなわち、径方向に対してほぼ対称形に設けられているが、これに限らず、径方向に対して非対称形であっても良いし、どちらか一方の放熱部５２にのみ炭素繊維６２の他端部を設けるようにしてもよい。
【００５２】
ただし、この場合、炭素繊維６２の他端部が設けられる放熱部５２は、少なくともセパレート部５ｂにおいて外側軌道面２ｄと対向する外周面に設けられていることが好ましい。上述したように、この内側軌道面２ｃは内輪２ａの外周面により形成されている一方、外側軌道面２ｄは外輪２ｂの内周面により形成されている。さらに、この内輪２ａは、内燃機関のカムシャフトの回転軸２ｇに設けられる一方、外輪２ｂは、カムジャーナル等の支持部に設けられている。このため、炭素繊維６２により接触部５１側から放熱部５２側に伝熱され、放熱部５２から放熱される熱は、内輪２ａ、回転軸２ｇ側、すなわち、軸受１の径方向内方側に放熱され、そこで蓄熱されてしまうよりは、外輪２ｂ、カムジャーナル側、すなわち、軸受１の径方向外方側に放熱され、外気に放熱された方が軸受１の冷却性能をより効果的に向上することが可能である。すなわち、炭素繊維６２の他端は、内側軌道面２ｃに対向する放熱部５２側より外側軌道面２ｄに対向する放熱部５２側により多く設けることで、軸受１の冷却性能をより効果的に向上させることができる。
【００５３】
以上で説明した本発明の実施例に係る軸受１によれば、複数の転動体３を保持器５により環状の軌道輪２に沿って転動可能に所定の隙間をあけて保持する軸受１において、保持器５は、金属又は樹脂の母相６１に炭素繊維６２が配置された炭素繊維複合材料６により形成され、炭素繊維６２は、一端が転動体３の転動面３ａと保持器５とが接触可能な接触部５１に設けられ、他端が転動面３ａと保持器５とが接触不能な放熱部５２に設けられる。
【００５４】
したがって、保持器５を、母相６１に炭素繊維６２が配置された炭素繊維複合材料６により形成し、この炭素繊維６２の一端を転動面３ａと接触可能な接触部５１に、他端を転動面３ａと接触不能な放熱部５２に設けたことから、転動体３、保持器５と内側軌道面２ｃ、外側軌道面２ｄとの摺動や転動体３と保持器５との衝突などにより生じる熱は、この各炭素繊維６２により、比較的高温となる接触部５１側から、転動面３ａと接触することなく比較的低温な放熱部５２側に効率よく伝熱され良好に放熱されるので、放熱性が向上され軸受１における摺動部分等の冷却性能を向上することができる。
【００５５】
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、炭素繊維６２は、繊維の伸長方向における熱伝導率が母相６１よりも高い炭素繊維である。したがって、炭素繊維複合材料６が母相６１と、繊維の伸長方向における熱伝導率が母相６１よりも高い炭素繊維６２とより構成されることから、この炭素繊維複合材料６は、繊維の伸長方向において高熱伝導率を有するこの炭素繊維６２の作用により、例えば、高温部分から低温部分へ熱を運搬する伝熱素子として用いることができ、繊維の伸長方向に向かって一方向に熱を運搬することができる。一方、炭素繊維６２は、繊維の伸長方向と直交する方向における熱伝導率が極めて小さいことから、炭素繊維複合材料６において、炭素繊維６２の伸長方向以外の方向（繊維の伸長方向と交差する方向）に対して、高い断熱性を実現することができる。
【００５６】
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、接触部５１及び放熱部５２は、保持器５に設けられる。したがって、転動体３、保持器５と内側軌道面２ｃ、外側軌道面２ｄとの摺動や転動体３と保持器５との衝突などにより生じる熱は、この保持器５内部の炭素繊維６２を介して、接触部５１から放熱部５２に伝熱され、この放熱部５２にて保持器５外部に放出することができる。また、この場合、例えば、転動体３が円筒状ころでなく、球状の転動体であっても、上記のように転動体３の摺動等により発生した熱を、保持器５内部の炭素繊維６２を介して、効率的に伝熱、冷却することができる。
【００５７】
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転動体３同士の軌道輪２の周方向に対する接触を規制するセパレート部５ｂと、周方向に対向するセパレート部５ｂにより区画されると共に転動体３を個別に収容する転動体収容部５ｃとを有し、炭素繊維６２の一端が設けられる接触部５１は、セパレート部５ｂにおいて転動体収容部５ｃに面して設けられる。したがって、接触部５１と転動体３の転動面３ａとの接触、摺動等により発生した熱がこもりやすい転動体収容部５ｃに面して炭素繊維６２の一端が設けられることから、炭素繊維６２は温度が上昇し易い転動体収容部５ｃから熱を受け取り、放熱部５２に伝熱しそこで放熱させることができるので、冷却性能を確実に向上することができる。
【００５８】
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、炭素繊維６２の他端が設けられる放熱部５２は、セパレート部５ｂにおいて軌道輪２の周方向に沿った面に設けられる。したがって、炭素繊維６２が比較的高温となる接触部５１側から受け取った熱は、内側軌道面２ｃ又は外側軌道面２ｄと対向する放熱部５２から、比較的低温となる内輪２ａ又は外輪２ｂ側に放熱することができる。
【００５９】
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、軌道輪２は、転動体３が転動可能な内側軌道面２ｃと、この内側軌道面２ｃの径方向外方に設けられ転動体３が転動可能な外側軌道面２ｄとを有し、炭素繊維６２の他端が設けられる放熱部５２は、少なくともセパレート部５ｂにおいて外側軌道面２ｄと対向する面に設けられていることが好ましい。この場合、炭素繊維６２により接触部５１側から放熱部５２側に伝熱され、放熱部５２から放熱される熱は、軸受１の径方向外方側に放熱されることから軸受１の冷却性能をより効果的に向上することができる。
【００６０】
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、複数の転動体３は、円筒状ころを用いるものとして説明したが、球、細い円筒形の針状（ニードル状）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、いわゆる円筒ころ軸受の他にも、例えば、深溝玉軸受などの玉軸受、針状ころ軸受、円錐ころ軸受などを含む概念である。
【実施例２】
【００６１】
図６は、本発明の実施例２に係る軸受の保持器における周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、炭素繊維複合材料をなす炭素繊維の他端が設けられる位置が実施例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。
【００６２】
実施例２に係る転がり軸受としての軸受２０１では、図６に示すように、炭素繊維複合材料６の炭素繊維６２は、保持器５において、転動体３の転動面３ａと接触可能な接触部２５１に一端が設けられる一方、転動体３の転動面３ａと接触不能な放熱部２５２に他端が設けられる。
【００６３】
さらに具体的には、接触部２５１と放熱部２５２とは、ともに保持器５に設けられ、接触部２５１は、セパレート部５ｂの径方向に沿った面に設けられる一方、放熱部２５２は、環状部５ａの軸線方向側面に設けられる。すなわち、接触部２５１は、保持器５の各セパレート部５ｂにおいて、上述した転動体収容部５ｃ（図３、図４参照）に面し、この転動体収容部５ｃに対向する両端面に設けられる。一方、放熱部２５２は、保持器５の一対の環状部５ａにおいて、軸線方向両側面に外気と対向するように設けられる。
【００６４】
したがって、炭素繊維複合材料６の各炭素繊維６２は、一端が保持器５の各セパレート部５ｂにおいて転動体３の転動面３ａと接触し摺動する接触部２５１に設けられる一方、他端が転動体３の転動面３ａには接触しない各環状部５ａの側部の放熱部２５２に設けられる。このため、炭素繊維６２は、各セパレート部５ｂにて、転動体３の転動面３ａと接触し摺動することで発熱し高温になり易い接触部２５１に設けられた一端から熱を受け取り、比較的低温な放熱部２５２に設けられた他端でこの熱を放出する。つまり、炭素繊維６２は、接触部２５１にて発生した熱を繊維の伸長方向に運搬し、放熱部２５２にて放熱する。
【００６５】
上記のように構成される軸受２０１では、一端がセパレート部５ｂの接触部２５１に設けられ他端が環状部５ａの放熱部２５２に設けられた各炭素繊維６２により、この軸受２０１の摺動部分にて発生する熱は、比較的高温となる接触部２５１側から比較的低温な放熱部２５２側に伝熱され、外気と対向する放熱部２５２から直接外気中に放熱される。すなわち、転動体３、保持器５と内側軌道面２ｃ、外側軌道面２ｄとの摺動や転動体３と接触部２５１との衝突などにより生じる発熱は、この各炭素繊維６２により、繊維の一端が位置する接触部２５１側（転動体収容部５ｃ側）から他端が位置する放熱部２５２側（外気側）に効率よく伝熱され良好に放熱されるので、放熱性が向上され軸受２０１における摺動部分等の冷却性能を向上することができ、この結果、温度上昇を効果的に抑制することができる。
【００６６】
なお、この図６で示す軸受２０１では、接触部２５１に設けられる各炭素繊維６２の一端は、接触部２５１における中心軸線方向中央部での密度を中心軸線方向両端部での密度より大きくしている。すなわち、接触部２５１において、発熱が最も多くなる転動体３の転動面３ａの中心軸線方向中央部に対応する位置に炭素繊維６２の一端をより多く設けることで、この転動体３の転動面３ａの中心軸線方向中央部の近傍で発生する熱をより効率的に、炭素繊維６２により放熱部２５２に伝熱させることができる。このため、冷却性能をさらに向上することができる。ただし、この炭素繊維６２は、図６で示す軸受２０１では、中心軸線方向及びこれに直交する方向に対してほぼ対称形になるように設けられているが、これに限らず、非対称形に設けるようにしてもよい。
【００６７】
以上で説明した本発明の実施例に係る軸受２０１によれば、複数の転動体３を保持器５により環状の軌道輪２に沿って転動可能に所定の隙間をあけて保持する軸受２０１において、保持器５は、金属又は樹脂の母相６１に炭素繊維６２が配置された炭素繊維複合材料６により形成され、炭素繊維６２は、一端が転動体３の転動面３ａと保持器５とが接触可能な接触部２５１に設けられ、他端が転動面３ａと保持器５とが接触不能な放熱部２５２に設けられる。
【００６８】
したがって、保持器５を、母相６１に炭素繊維６２が配置された炭素繊維複合材料６により形成し、この炭素繊維６２の一端を転動面３ａと接触可能な接触部２５１に、他端を転動面３ａと接触不能な放熱部２５２に設けたことから、転動体３、保持器５と内側軌道面２ｃ、外側軌道面２ｄとの摺動や転動体３と接触部２５１との衝突などにより生じる熱は、この各炭素繊維６２により、比較的高温となる接触部２５１側から、転動面３ａと接触することなく比較的低温な放熱部２５２側に効率よく伝熱され良好に放熱されるので、放熱性が向上され軸受２０１における摺動部分等の冷却性能を向上することができる。
【００６９】
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、保持器５は、軌道輪２の周方向に沿って設けられる一対の環状部５ａを有し、セパレート部５ｂは、この一対の環状部５ａの間に軸線方向に沿って掛け渡されるように設けられ、炭素繊維６２の他端が設けられる放熱部２５２は、環状部５ａの軸線方向側面に設けられる。したがって、炭素繊維６２が比較的高温となる接触部２５１側から受け取った熱は、外気と対向する環状部５ａの軸線方向側面の放熱部２５２から直接外気中に放熱されることから、軸受２０１における冷却性能をさらに向上することができる。
【実施例３】
【００７０】
図７は、本発明の実施例３に係る軸受の保持器における周方向の部分断面図である。実施例３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、転動体が炭素繊維複合材料により構成されている点で実施例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。
【００７１】
実施例３に係る転がり軸受としての軸受３０１では、図７に示すように、転動体３を、母相６１に炭素繊維６２が配置された炭素繊維複合材料６により形成し、この炭素繊維６２の配列を適正に設定することで、冷却性能の向上を図っている。そして、炭素繊維複合材料６の炭素繊維６２は、各転動体３において、保持器５のセパレート部５ｂと接触可能な転動面３ａに一端が設けられる一方、中央軸線方向の両端面３ｃに他端が設けられる。すなわち、本実施例では、転動体３の転動面３ａ自体が炭素繊維６２の一端を設ける本発明の接触部３５１に相当する一方、中央軸線方向の両端面３ｃが炭素繊維６２の他端を設ける本発明の放熱部３５２に相当する。
【００７２】
したがって、炭素繊維複合材料６の各炭素繊維６２は、一端がセパレート部５ｂと接触し摺動することで発熱し易い転動面３ａ（接触部３５１）に設けられる一方、他端がセパレート部５ｂには接触しない転動体３の両端面３ｃ（放熱部３５２）に設けられる。このため、炭素繊維６２は、各セパレート部５ｂと接触し摺動することで発熱し高温になり易い転動面３ａ（接触部３５１）に設けられた一端から熱を受け取り、比較的低温な両端面３ｃ（放熱部３５２）に設けられた他端でこの熱を放出する。つまり、炭素繊維６２は、各転動体３の転動面３ａにて発生した熱を繊維の伸長方向に運搬し、両端面３ｃにて放熱する。
【００７３】
上記のように構成される軸受３０１では、一端が転動体３の転動面３ａ（接触部３５１）に設けられ他端が環状部５ａと対向する転動体３の両端面３ｃ（放熱部３５２）に設けられた各炭素繊維６２により、この軸受３０１の摺動部分にて発生する熱は、転動体３にて比較的高温となる転動面３ａ（接触部３５１）側から比較的低温な両端面３ｃ（放熱部３５２）側に伝熱され、この両端面３ｃから環状部５ａ側に放熱される。すなわち、転動体３、保持器５と内側軌道面２ｃ、外側軌道面２ｄとの摺動や転動体３と保持器５との衝突などにより生じる発熱は、この各炭素繊維６２により、繊維の一端が位置する転動面３ａ（接触部３５１）側から他端が位置する両端面３ｃ（放熱部３５２）側に効率よく伝熱され良好に放熱されるので、放熱性が向上され軸受３０１における摺動部分等の冷却性能を向上することができ、この結果、温度上昇を効果的に抑制することができる。
【００７４】
なお、この図７で示す軸受３０１では、転動面３ａ（接触部３５１）に設けられる各炭素繊維６２の一端は、転動面３ａにおける中心軸線方向中央部での密度を中心軸線方向両端部での密度より大きくしている。すなわち、転動面３ａにおいて、発熱が最も多くなる中心軸線方向中央部に炭素繊維６２の一端をより多く設けることで、この転動体３の転動面３ａの中心軸線方向中央部の近傍で発生する熱をより効率的に、炭素繊維６２により両端面３ｃ（放熱部３５２）に伝熱させることができる。このため、冷却性能をさらに向上することができる。ただし、この炭素繊維６２は、図７で示す軸受３０１では、中心軸線方向及びこれに直交する方向に対してほぼ対称形になるように設けられているが、これに限らず、非対称形に設けるようにしてもよい。
【００７５】
以上で説明した本発明の実施例に係る軸受３０１によれば、複数の転動体３を保持器５により環状の軌道輪２に沿って転動可能に所定の隙間をあけて保持する軸受３０１において、転動体３は、金属又は樹脂の母相６１に炭素繊維６２が配置された炭素繊維複合材料６により形成され、炭素繊維６２は、一端が転動体３の転動面３ａと保持器５とが接触可能な接触部３５１に設けられ、他端が転動面３ａと保持器５とが接触不能な放熱部３５２に設けられる。
【００７６】
したがって、転動体３を、母相６１に炭素繊維６２が配置された炭素繊維複合材料６により形成し、この炭素繊維６２の一端を保持器５のセパレート部５ｂと接触可能な接触部３５１に、他端をセパレート部５ｂと接触不能な放熱部３５２に設けたことから、転動体３、保持器５と内側軌道面２ｃ、外側軌道面２ｄとの摺動や転動体３と保持器５のセパレート部５ｂとの衝突などにより生じる熱は、この各炭素繊維６２により、比較的高温となる接触部３５１側から、比較的低温な放熱部３５２側に効率よく伝熱され良好に放熱されるので、放熱性が向上され軸受３０１における摺動部分等の冷却性能を向上することができる。
【００７７】
さらに、以上で説明した本発明の実施例に係る軸受３０１によれば、接触部３５１及び放熱部３５２は、円柱状に形成される転動体３に設けられる。したがって、転動体３、保持器５と内側軌道面２ｃ、外側軌道面２ｄとの摺動や転動体３と保持器５のセパレート部５ｂとの衝突などにより生じる熱は、この転動体３内部の炭素繊維６２を介して、接触部３５１から放熱部３５２に伝熱され、この放熱部３５２にて転動体３外部に放出することができる。この結果、転動体３の冷却性能を向上し、温度上昇を抑制することができる。
【００７８】
さらに、以上で説明した本発明の実施例に係る軸受３０１によれば、転動体３は、中心軸線方向中央部に設けられ軌道輪２が形成する内側軌道面２ｃ、外側軌道面２ｄに接触可能な転動面３ａと、中心軸線方向両端部に設けられ内側軌道面２ｃ、外側軌道面２ｄに接触不能なクラウニング部３ｂとを有し、炭素繊維６２の一端が設けられる接触部３５１は、転動面３ａに設けられる一方、炭素繊維６２の他端が設けられる放熱部３５２は、転動体３の中心軸線方向の両端面３ｃに設けられる。したがって、保持器５のセパレート部５ｂとの接触、摺動等により熱が発生しやすい転動面３ａ（接触部３５１）に炭素繊維６２の一端が設けられることから、炭素繊維６２は温度が上昇し易い転動面３ａ（接触部３５１）から熱を受け取り、両端面３ｃ（放熱部３５２）に伝熱しそこで放熱させることができるので、冷却性能を確実に向上することができる。
【実施例４】
【００７９】
図８は、本発明の実施例４に係る軸受の保持器における周方向の部分断面図である。実施例４に係る転がり軸受は、実施例３に係る転がり軸受と略同様の構成であるが、転動体を形成する炭素繊維の配置方向が実施例３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。
【００８０】
実施例４に係る転がり軸受としての軸受４０１では、図８に示すように、各転動体３は、炭素繊維複合材料６により円柱状に形成され、炭素繊維複合材料６を構成する炭素繊維６２は、両端がそれぞれ転動体３の中心軸線方向の両端面３ｃに設けられる。また、本実施例では、炭素繊維６２は、繊維の伸長方向がこの転動体３の中心軸線方向に沿って平行に設定される。
【００８１】
上述したように、この炭素繊維複合材料６は、炭素繊維６２の伸長方向において高熱伝導率を有する一方、繊維の伸長方向と直交する方向における熱伝導率が極めて小さい。このため、炭素繊維複合材料６において、炭素繊維６２の伸長方向以外の方向（繊維の伸長方向と交差する方向）に対して、高い断熱性を実現することができる。すなわち、転動体３の中心軸線方向に沿うように炭素繊維６２を配置することで、転動体３の転動面３ａから転動体内方側に対する断熱性が著しく向上される。これにより、この転動体３自体が高温になることを抑制することができる。このため、転動体３、保持器５と内側軌道面２ｃ、外側軌道面２ｄとの摺動や転動体３と保持器５との衝突などにより生じる発熱は、転動体３の転動面３ａが炭素繊維複合材料６の炭素繊維６２により断熱されていることから、保持器５の環状部５ａやセパレート部５ｂ側への伝熱が促され、結果的に環状部５ａやセパレート部５ｂから良好に放熱されるので放熱性が向上される。また、炭素繊維６２の両端がそれぞれ比較的低温な両端面３ｃに設けられることから、この炭素繊維６２自体の温度も上がりにくくなっている。この結果、軸受４０１における摺動部分等の冷却性能を向上することができ、温度上昇を効果的に抑制することができる。なお、この転動体３は、転動面３ａのみを炭素繊維複合材料６により形成するようにしてもよい。この場合、比較的高価な炭素繊維複合材料６を用いる部分を最小限に抑制することができるので、軸受４０１の製造コストを低減することができる。
【００８２】
以上で説明した本発明の実施例に係る軸受４０１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、金属又は樹脂の母相６１に炭素繊維６２が配置された炭素繊維複合材料６により円柱状に形成される複数の転動体３を備え、炭素繊維６２は、両端がそれぞれ転動体３の前記中心軸線方向の両端面３ｃに設けられる。したがって、炭素繊維６２の両端がそれぞれ比較的低温な転動体３の両端面３ｃに設けられることから、この炭素繊維６２自体の温度を上がりにくくすることができ、この結果、軸受４０１の冷却性能を向上することができ、温度上昇を効果的に抑制することができる。
【００８３】
また、この転動体３を形成する炭素繊維複合材料６自体も軽量で高ヤング率の物性値を有していることから、転動体３を小型化、軽量化することができる。このため、軸受４０１の体格も小さくできることから、軸受４０１の搭載性、汎用性を向上することができると共に、さらなるフリクションの低減と、保持器５と転動体３との衝突音の低減を実現することができる。
【００８４】
さらに、以上で説明した本発明の実施例に係る軸受４０１によれば、炭素繊維６２は、繊維の伸長方向が転動体３の中心軸線方向に沿って設定される。したがって、転動体３の転動面３ａから転動体内方側に対する断熱性が著しく向上され、この結果、軸受４０１の冷却性能をさらに向上することができる。
【００８５】
さらに、以上で説明した本発明の実施例に係る軸受４０１によれば、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器５を備える。したがって、保持器５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、隣接する転動体３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。この結果、各転動体３の転動を阻害することがなく、効果的にフリクションを低減することができる。
【００８６】
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、本発明の転がり軸受は、内燃機関のカムシャフトの回転軸２ｇ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。
【００８７】
また、以上の説明では、軌道輪２は、内輪２ａと、この内輪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、内輪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、内輪２ａと回転軸２ｇとを一体に設けてもよいし、内輪２ａを設けずに、内輪２ａではなくこの回転軸２ｇと外輪２ｂとによって軌道輪２を構成してもよい。この場合、内側軌道面は、回転軸２ｇの外周面に設けられ、転動部４は、この回転軸２ｇ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。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し、この支持部（ハウジング）自体を外輪としてもよい。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。
【００８８】
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し、ツバ２ｆは、内側軌道面２ｃの軸線方向の一側方において径方向外方に突出するものとして説明したが、外側軌道面２ｄの軸線方向の一側方のみにツバ２ｅを設けてもよいし、内側軌道面２ｃの軸線方向両側方にツバ２ｆを設けてもよい。さらに、ツバ２ｅ又はツバ２ｆのどちらか一方のみを設けるだけでもよいし、場合によっては両方設けなくともよい。
【００８９】
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】
【００９０】
以上のように、本発明に係る転がり軸受は、冷却性能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】
【００９１】
【図１】本発明の実施例１に係る軸受の径方向の部分断面図である。
【図２】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３】本発明の実施例１に係る軸受の切欠斜視図である。
【図４】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５】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保持器温度との関係を示す線図である。
【図６】本発明の実施例２に係る軸受の保持器における周方向の部分断面図である。
【図７】本発明の実施例３に係る軸受の保持器における周方向の部分断面図である。
【図８】本発明の実施例４に係る軸受の保持器における周方向の部分断面図である。
【符号の説明】
【００９２】
１、２０１、３０１、４０１ 軸受（転がり軸受）
２ 軌道輪
２ａ 内輪
２ｂ 外輪
２ｃ 内側軌道面
２ｄ 外側軌道面
２ｅ、２ｆ ツバ
２ｇ 回転軸
３ 転動体
３ａ 転動面
３ｂ クラウニング部
３ｃ 端面
４ 転動部
５ 保持器（保持手段）
６ 炭素繊維複合材料
５ａ 環状部
５ｂ セパレート部
５ｃ 転動体収容部
５１、２５１、３５１ 接触部
５２、２５２、３５２ 放熱部
６１ 母相
６２ 炭素繊維
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の転動体を保持手段により環状の軌道輪に沿って転動可能に所定の隙間をあけて保持する転がり軸受において、
前記転動体又は前記保持手段の少なくともいずれか一方は、金属又は樹脂の母相に炭素繊維が配置された炭素繊維複合材料により形成され、
前記炭素繊維は、一端が前記転動体の転動面と前記保持手段とが接触可能な接触部に設けられ、他端が前記転動面と前記保持手段とが接触不能な放熱部に設けられることを特徴とする、
転がり軸受。
【請求項２】
前記接触部及び前記放熱部は、前記保持手段に設けられ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】
前記保持手段は、転動不能に設けられると共に隣接する前記転動体同士の前記軌道輪周方向に対する接触を規制するセパレート部と、周方向に対向する前記セパレート部により区画されると共に前記転動体を個別に収容する転動体収容部とを有し、
前記炭素繊維の一端が設けられる前記接触部は、前記セパレート部において前記転動体収容部に面して設けられることを特徴とする、
請求項２に記載の転がり軸受。
【請求項４】
前記炭素繊維の他端が設けられる前記放熱部は、前記セパレート部において前記軌道輪の周方向に沿った面に設けられることを特徴とする、
請求項３に記載の転がり軸受。
【請求項５】
前記軌道輪は、前記転動体が転動可能な内側軌道面と、該内側軌道面の径方向外方に設けられ前記転動体が転動可能な外側軌道面とを有し、
前記炭素繊維の他端が設けられる前記放熱部は、少なくとも前記セパレート部において前記外側軌道面と対向する面に設けられることを特徴とする、
請求項４に記載の転がり軸受。
【請求項６】
前記保持手段は、前記軌道輪の周方向に沿って設けられる一対の環状部を有し、前記セパレート部は、該一対の環状部の間に軸線方向に沿って掛け渡されるように設けられ、
前記炭素繊維の他端が設けられる前記放熱部は、前記環状部の軸線方向側面に設けられることを特徴とする、
請求項３に記載の転がり軸受。
【請求項７】
前記接触部及び前記放熱部は、円柱状に形成される前記転動体に設けられ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８】
前記転動体は、前記中心軸線方向中央部に設けられ前記軌道輪が形成する軌道面に接触可能な前記転動面と、前記中心軸線方向両端部に設けられ前記軌道面に接触不能なクラウニング部とを有し、
前記炭素繊維の一端が設けられる前記接触部は、前記転動面に設けられる一方、
前記炭素繊維の他端が設けられる前記放熱部は、前記転動体の前記中心軸線方向端面に設けられることを特徴とする、
請求項７に記載の転がり軸受。
【請求項９】
環状の軌道輪に沿って転動可能であると共に、金属又は樹脂の母相に炭素繊維が配置された炭素繊維複合材料により円柱状に形成される複数の転動体を備え、
前記炭素繊維は、両端がそれぞれ前記転動体の中心軸線方向両端面に設けられることを特徴とする、
転がり軸受。
【請求項１０】
前記炭素繊維は、繊維の伸長方向が前記転動体の中心軸線方向に沿って設定されることを特徴とする、
請求項９に記載の転がり軸受。
【請求項１１】
複数の前記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を備えることを特徴とする、
請求項９又は請求項１０に記載の転がり軸受。
【請求項１２】
前記炭素繊維は、繊維の伸長方向における熱伝導率が前記母相よりも高い炭素繊維であることを特徴とする、
請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の転がり軸受。
【請求項１】
複数の転動体を保持手段により環状の軌道輪に沿って転動可能に所定の隙間をあけて保持する転がり軸受において、
前記転動体又は前記保持手段の少なくともいずれか一方は、金属又は樹脂の母相に炭素繊維が配置された炭素繊維複合材料により形成され、
前記炭素繊維は、一端が前記転動体の転動面と前記保持手段とが接触可能な接触部に設けられ、他端が前記転動面と前記保持手段とが接触不能な放熱部に設けられることを特徴とする、
転がり軸受。
【請求項２】
前記接触部及び前記放熱部は、前記保持手段に設けられ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】
前記保持手段は、転動不能に設けられると共に隣接する前記転動体同士の前記軌道輪周方向に対する接触を規制するセパレート部と、周方向に対向する前記セパレート部により区画されると共に前記転動体を個別に収容する転動体収容部とを有し、
前記炭素繊維の一端が設けられる前記接触部は、前記セパレート部において前記転動体収容部に面して設けられることを特徴とする、
請求項２に記載の転がり軸受。
【請求項４】
前記炭素繊維の他端が設けられる前記放熱部は、前記セパレート部において前記軌道輪の周方向に沿った面に設けられることを特徴とする、
請求項３に記載の転がり軸受。
【請求項５】
前記軌道輪は、前記転動体が転動可能な内側軌道面と、該内側軌道面の径方向外方に設けられ前記転動体が転動可能な外側軌道面とを有し、
前記炭素繊維の他端が設けられる前記放熱部は、少なくとも前記セパレート部において前記外側軌道面と対向する面に設けられることを特徴とする、
請求項４に記載の転がり軸受。
【請求項６】
前記保持手段は、前記軌道輪の周方向に沿って設けられる一対の環状部を有し、前記セパレート部は、該一対の環状部の間に軸線方向に沿って掛け渡されるように設けられ、
前記炭素繊維の他端が設けられる前記放熱部は、前記環状部の軸線方向側面に設けられることを特徴とする、
請求項３に記載の転がり軸受。
【請求項７】
前記接触部及び前記放熱部は、円柱状に形成される前記転動体に設けられ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８】
前記転動体は、前記中心軸線方向中央部に設けられ前記軌道輪が形成する軌道面に接触可能な前記転動面と、前記中心軸線方向両端部に設けられ前記軌道面に接触不能なクラウニング部とを有し、
前記炭素繊維の一端が設けられる前記接触部は、前記転動面に設けられる一方、
前記炭素繊維の他端が設けられる前記放熱部は、前記転動体の前記中心軸線方向端面に設けられることを特徴とする、
請求項７に記載の転がり軸受。
【請求項９】
環状の軌道輪に沿って転動可能であると共に、金属又は樹脂の母相に炭素繊維が配置された炭素繊維複合材料により円柱状に形成される複数の転動体を備え、
前記炭素繊維は、両端がそれぞれ前記転動体の中心軸線方向両端面に設けられることを特徴とする、
転がり軸受。
【請求項１０】
前記炭素繊維は、繊維の伸長方向が前記転動体の中心軸線方向に沿って設定されることを特徴とする、
請求項９に記載の転がり軸受。
【請求項１１】
複数の前記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を備えることを特徴とする、
請求項９又は請求項１０に記載の転がり軸受。
【請求項１２】
前記炭素繊維は、繊維の伸長方向における熱伝導率が前記母相よりも高い炭素繊維であることを特徴とする、
請求項１乃至請求項１１のいずれか１項に記載の転がり軸受。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−１４１７４（Ｐ２００９−１４１７４Ａ）
【公開日】平成２１年１月２２日（２００９．１．２２）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１７９７４８（Ｐ２００７−１７９７４８）
【出願日】平成１９年７月９日（２００７．７．９）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００４４４４）新日本石油株式会社 (1,898)
【出願人】（０００２１５７８５）帝国ピストンリング株式会社 (80)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１月２２日（２００９．１．２２）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年７月９日（２００７．７．９）
【出願人】（０００００３２０７）トヨタ自動車株式会社 (59,920)
【出願人】（０００００４４４４）新日本石油株式会社 (1,898)
【出願人】（０００２１５７８５）帝国ピストンリング株式会社 (80)
【Ｆターム（参考）】
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