JP2005048866A - 転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】 外輪に設けた係止部材を、ハウジングに形成した係合溝に係合させてクリープの発生を防止する転がり軸受において、クリープ防止に作用するピンの有効断面積を増大させて、ピンの損傷を防止すると共に、高負荷容量の転がり軸受を提供する。
【解決手段】 転がり軸受１の半径方向に対して傾斜角αで傾斜させて外輪２に係止部材６を設ける。外輪２が嵌合するハウジング３０のハウジング孔３０ａに、係止部材６と同じ傾斜角αで同じ方向に傾斜する係合溝３０ｂを形成する。係止部材６と係合溝３０ｂとを係合させて、ハウジング３０に対する外輪２の相対回転を阻止してクリープの発生を防止する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、転がり軸受に関し、より詳細には、例えば、自動車用変速機の回転部を支持する転がり軸受のクリープ防止構造の改良に関する。

従来、自動車用変速機等の回転軸は、外輪がハウジングの内側に主に隙間ばめ等により固定された転がり軸受によって回動自在に支持されている。一般的に、自動車用変速機等のハウジングは、軽量化を図るためにアルミニウム合金やマグネシウム合金により製作されている。これに対して、転がり軸受の構成部品は、耐久性確保のために軸受鋼等の鋼材から製作されており、該鋼材の硬度は、ハウジングの材料であるアルミニウム合金やマグネシウム合金より高い硬度を有している。また、アルミニウム合金やマグネシウム合金の線膨張係数は、転がり軸受の材料である軸受鋼等の線膨張係数より大きい。

硬度の低いアルミニウム合金やマグネシウム合金等のハウジングに組み込まれた転がり軸受においては、荷重が負荷された状態で回転軸（内輪）が回転すると、回転軸の回転に伴って外輪がハウジングの内側で回転する、いわゆるクリープが発生する場合がある。クリープ力は、転がり軸受に負荷される荷重が大きいほど大きくなるため、荷重の大きさに比例して発生し易くなる。特に、回転軸の回転に伴って転がり軸受の温度が上昇すると、ハウジングと転がり軸受の線膨張係数の差から、ハウジングによる外輪の保持力が低下してクリープが発生する可能性が高くなる。

クリープの発生によりハウジングと外輪との嵌めあい面で滑りが生じると、ハウジングの内周面や外輪、特に硬度の低いハウジングの内周面において異常摩耗する場合がある。異常摩耗が進行すると、ハウジングの内側で外輪ががたつき、異音、振動、焼付き、等が発生して転がり軸受の性能劣化の原因となっていた。

上述したクリープの防止策として、従来、外輪にフランジやローレットを設け、外輪とハウジングとを機械的に強固に結合させたものがあるが、フランジやローレットを設けることはコストアップの要因となり好ましくない。また、外輪の外周面とハウジングとをピンにより係合させてクリープの発生を防止するようにしたものが開示されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照。）。

特許文献１に開示された軸受のクリープ防止装置は、ハウジングの内周面に止め部材を設けると共に、外輪の外周面に軸方向の幅が止め部材の幅より大きい凹部を形成し、止め部材を凹部に挿入して係合させることにより、クリープを防止するようにしている。

また、特許文献２に開示されたクリープ防止軸受は、表面が合成樹脂で覆われた回り止め部材を外輪の外周面に植設し、該回り止め部材を軸受箱の内面に形成された溝孔に係合させてクリープを防止するようにしている。
実開昭６３−３５８１８号公報（第１図） 実開平３−７８１３１号公報（第２図）

特許文献１及び特許文献２に開示されている軸受のクリープ防止装置は、止め部材（回り止め部材）と凹部（溝孔）とを係合させて、外輪とハウジングの相対的な回転（クリープ）を防止するようになっている。上述した止め部材（回り止め部材）は、転がり軸受の半径方向に突出するように配置され、同じく半径方向を向いて形成された凹部（溝孔）に係合させるように構成されている。しかし、外輪に形成可能なピン挿入孔或いは溝の大きさには、外輪の機械的強度の観点から自ずと制限があり、あまり大きくすることができない。従って、転がり軸受は許容負荷容量の大きな軸受に作用する大きなクリープ力に耐えることができず、改善の余地があった。

特に、近年、転がり軸受の小型化、高負荷容量化の要求に対応すべく、外輪が肉薄とされる傾向にある。そのような外輪に大径のピン挿入孔を開けると、外輪の機械的強度が低下して転がり軸受が破損する虞があるため、肉薄の外輪に大径ピンを植設することが困難であった。従って、クリープ力に対する抵抗力を大きくすることができず、転がり軸受の高負荷容量化の障害となっていた。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、クリープの発生を防止するピンを植設した際に、転がり軸受の損傷を防止すると共に、高荷重容量の転がり軸受を提供することにある。

本発明の目的は、以下の構成によって達成される。
（１） ハウジングに取り付け可能な外輪と、軸部材に取り付け可能な内輪と、前記外輪と前記内輪の軌道面間に転動自在に配置された複数個の転動体と、前記ハウジングと前記外輪及び前記軸部材と前記内輪の少なくとも一方の相対回転を防止する係止部材と、を備えた転がり軸受において、
前記係止部材は前記転がり軸受の半径方向に対して傾斜した状態で、前記外輪の外周面と前記内輪の内周面の少なくとも一方の表面から半径方向に突出して配置されていることを特徴とする転がり軸受。
（２） 前記外輪は前記ハウジングよりも高い硬度を有し、前記外輪はその外周面に前記転がり軸受の半径方向に対して傾斜するように形成されたピン挿入孔を備え、前記係止部材は前記外輪の外周面から半径方向に突出するように前記ピン挿入孔に挿入して固定された傾斜ピンであることを特徴とする（１）に記載の転がり軸受。

前記構成の転がり軸受によれば、ハウジングと外輪及び軸部材と内輪の少なくとも一方の相対回転を防止する係止部材が、転がり軸受の半径方向に対して傾斜した状態で、前記外輪の外周面と前記内輪の内周面の少なくとも一方の表面から半径方向に突出して配置されているので、ハウジングと外輪又は軸部材と内輪との嵌めあい面上における係止部材の断面積（換言すれば、クリープに対して有効に作用する有効断面積）を大きくすることができる。従って、クリープ力に対する対抗力を高めることができ、転がり軸受の負荷容量を増大させることができる。

特に、外輪がハウジングよりも高い硬度を有する転がり軸受において、外輪はその外周面に転がり軸受の半径方向に対して傾斜するように形成されたピン挿入孔を備え、係止部材はピン挿入孔に挿入し、固定された傾斜ピンであるので、転がり軸受の負荷容量が同じ大きさである場合は、傾斜ピンの直径、即ちピン挿入孔の直径を細くすることができる。
これによって、ピン挿入孔の形成及び該ピン挿入孔への傾斜ピンの植設（圧入）による外輪の機械的強度への影響を最小限に止めて、転がり軸受の破損を防止することができる。更に、係止部材の機械加工や係止部材の設置（傾斜ピンの植設作業等）が容易であり、転がり軸受を安価に製作することができる。また、ピン挿入孔が傾斜して開けられるので、薄肉の外輪にも大径のピンを強固に固定することが可能となる。

以下本発明に係る実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の転がり軸受の側面図、図２は図１におけるII-II視縦断面図、図３は図１における外輪に形成されたピン挿入孔及び、ピン挿入孔に傾斜ピンが圧入される状態を示す縦断面図、図４はハウジングに形成された傾斜溝と傾斜ピンとが係合する状態を示す要部拡大縦断面図、図５はハウジングに形成された矩形溝と傾斜ピンとが係合する状態を示す要部拡大縦断面図である。

図１及び図２に示すように、転がり軸受の一例である単列深溝玉軸受１は、外輪２と、内輪３と、転動体である複数個の玉４と、保持器５とを備えている。外輪２の内周面には玉４の半径より、わずかに大きい半径の円弧断面を有する外輪軌道面２ａが形成されている。同様に、内輪３の外周面には玉４の半径より、わずかに大きい半径の円弧断面を有する内輪軌道面３ａが形成されている。外輪軌道面２ａと内輪軌道面３ａとの間には、保持器５によって円周方向に所定の間隔で配置され回動自在に保持された複数個の玉４が転動自在に配置されている。

図１乃至図３に示すように、外輪２の外周面２ｂには、単列深溝玉軸受１の半径方向に対して傾斜角αだけ傾斜してピン挿入孔２ｃが形成されており、該ピン挿入孔２ｃに係止部材である傾斜ピン６が傾斜した状態で圧入されている。ピン６の先端部は、外輪２の外周面２ｂから傾斜角αで半径方向に突出した状態で固定されている。

係止部材である傾斜ピン６は、各種形態及び材質のものを使用することができる。例えば、傾斜ピン６の形態は、中実ピン、中空ピン、或いは薄板をパイプ状に巻いたスプリングピン、等とすることができる。スプリングピンは、薄板を渦巻き状に複数周巻いてもよく、また１枚以上の薄板を１周巻いたものであってもよい。傾斜ピン６の材料は、ＳＡＥ１０７０やＳＵＳ３０４、等が一般的であるが、これに限定されることなく、他の材質も使用することができる。例えば、これら金属の表面を合成樹脂等の別の材料で覆うようにしてもよく、或いは傾斜ピン６そのものを別の材料から製作するようにしてもよい。

図１及び図２に示すように、ハウジング３０は、軸受鋼等で形成されている外輪２よりも低い硬度を有する例えば、アルミニウム合金やマグネシウム合金、等から形成されている。ハウジング３０には、単列深溝玉軸受１の外輪２の外径より僅かに小さな内径を有するハウジング孔３０ａが形成されると共に、該ハウジング孔３０ａに連続する係合溝３０ｂが形成されている。

図４に示すように、係合溝３０ｂは、単列深溝玉軸受１の半径方向の断面において、単列深溝玉軸受１の半径方向に対して傾斜角αで傾斜する傾斜ピン６と同じ方向に同じ傾斜角αだけ傾斜して形成されている。係合溝３０ｂの幅Ｗ１は、傾斜ピン６の直径より僅かに大きくなっており、傾斜ピン６と隙間ばめによって嵌合できるようになっている。また、係合溝３０ｂの軸方向長さＬは、図２に示すように、単列深溝玉軸受１がハウジング孔３０ａ内に固定されたとき、傾斜ピン６が干渉しない程度の長さ（深さ）になっている。或いは、図２に破線で示すように、軸方向に貫通して形成されていてもよい。

図４に示すように、係合溝３０ｂの溝底部には、略円弧状のアール面取り部３０ｃが形成されている。これは、溝底部にアール面取り部３０ｃを形成することによって、溝底部の角部に対する応力集中を回避して係合溝３０ｂの強度を強くできるからである。尚、外輪２がハウジング孔３０ａ内で矢印Ａ方向に回動（クリープ）したとき、アール面取り部３０ｃと傾斜ピン６とが干渉しない程度に係合溝３０ｂが深く形成されていることが望ましい。係合溝３０ｂの成形は、ハウジング３０にハウジング孔３０ａを形成した後、機械加工によって形成してもよく、或いはハウジング３０の素材制作時等に鋳造によって形成するようにしてもよい。

単列深溝玉軸受１は、外輪２がハウジング３０に固定されると共に、外周面２ｂから半径方向に突出する傾斜ピン６が係合溝３０ｂに挿入されて係合しており、外輪２がハウジング孔３０ａ内で矢印Ａ方向に回転（クリープ）しようとすると、傾斜ピン６と係合溝３０ｂの側壁とが全長にわたって当接して外輪２の回転（クリープ）を阻止するようになっている。

次に、係合溝の形状を変形させた応用例について図５に基づいて説明する。図５に示すように、係合溝３０ｄの半径方向の断面形状は略矩形であり、その幅Ｗ２は外輪２に傾斜して植設（圧入）された傾斜ピン６を収容可能な幅となっている。また、係合溝３０ｄの軸方向長さＬ及び深さは、図２に示す係合溝３０ｂと同様である。そして、ハウジング孔３０ａ内で外輪２が矢印Ａ方向に回動しようとすると、傾斜ピン６と係合溝３０ｄとが当接して外輪２の回転（クリープ）を阻止するようになっている。

その他の部分については、図４に示す単列深溝玉軸受と同様であるので、同一部分には同一符号又は相当符号を付して説明を簡略化又は省略する。

本実施形態の作用を説明する。本発明の転がり軸受の一例である単列深溝玉軸受１は、図１、図２、図４及び図５に示すように、傾斜ピン６を係合溝３０ｂ、３０ｄに係合させた状態で、外輪２がハウジング３０のハウジング孔３０ａに嵌合されている。内輪３の内周面に嵌合する軸部材である回転軸（図示せず）が回転すると、該回転に伴って外輪２にも内輪３の回転方向と同一方向の回転力がクリープ力として作用する。

回転に伴って単列深溝玉軸受１の温度が上昇すると、外輪２及びハウジング３０が熱膨張するが、アルミニウム合金やマグネシウム合金、等の線膨張係数の大きな材料で製作されているハウジング３０は、外輪２より膨張量が大きい。このため、外輪２とハウジング孔３０ａとのはめあい隙間が増大して、ハウジング３０への嵌合による保持力が弱まる。

ハウジング内径面と外輪２との接触部の摩擦抵抗以上のクリープ力が外輪２に作用すると、外輪２はハウジング孔３０ａ内で回動しようとする。しかしながら、傾斜ピン６が係合溝３０ｂ、３０ｄと係合しているので、外輪２の回動が阻止され、クリープが発生することはない。従って、外輪２より硬度の低いアルミニウム合金やマグネシウム合金、等でハウジング３０が形成されていても、ハウジング孔３０ａが異常摩耗や変形することはなく、外輪２がハウジング孔３０ａ内でがたついて異音を発生する、等の軸受性能に与える悪影響を防止することができる。

クリープ力は、外輪２とハウジング３０との嵌めあい面に沿って作用するが、係止部材である傾斜ピン６は、単列深溝玉軸受１の半径方向に対して傾斜角αで傾斜しているので、嵌めあい面に沿う断面積が大きくなっている。従って、単列深溝玉軸受１の半径方向にピンが設けられている場合と比較すると、大きな断面積でクリープ力を受けることができ、耐クリープ性能が向上し、単列深溝玉軸受１の許容負荷容量を大きくすることができる。また、許容負荷容量が同じ単列深溝玉軸受１であれば、傾斜ピン６の直径、即ち、外輪２に開けられるピン挿入孔２ｃの直径を小さくすることができるので、外輪２に対するピン挿入孔２ｃの形成及び該ピン挿入孔２ｃへの傾斜ピン６の圧入による影響が少なくなり、単列深溝玉軸受１の損傷を防止することができる。

図４に示すように、係合溝３０ｂが傾斜ピン６と同じ傾斜角αで傾斜して形成されている場合には、外輪２がハウジング孔３０ａ内で矢印Ａ方向に回動しようとすると、傾斜ピン６が係合溝３０ｂと係合して外輪２の回転（クリープ）が阻止される。このとき、傾斜ピン６と係合溝３０ｂの側壁とは、その全長にわたって当接しているので、係合溝３０ｂと傾斜ピン６との当接面積は大きく、当接部の面圧が小さくなって大きなクリープ力に耐えることができる。また、これによって、ハウジング３０が硬度の低い材料で製作されている場合にも、傾斜ピン６との当接により係合溝３０ｂに与える損傷（凹み、面荒れ、傷付き、等）を少なくすることができ、係合溝３０ｂと傾斜ピン６とを長期間にわたって安定した状態で係合させることができる。

尚、本発明は、前述した実施形態及び応用例に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、前述した実施形態及び応用例における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。

また、本発明においては、係止部材である傾斜ピンは、外輪に植設されたものとして説明したが、これに限定されるものではなく、内輪に植設して内輪と軸部材である回転軸とのクリープを防止するようにすることもできる。更に、係止部材（傾斜ピン）を回転軸又はハウジングに設け、係合溝を転がり軸受に設けるようにしても、同様の効果を得ることもできる。

また、本発明においては、係止部材を単列深溝玉軸受に設けたものとして説明したが、アンギュラ玉軸受、自動調心玉軸受、円筒ころ軸受、円すいころ軸受、針状ころ軸受、等の他の形式の転がり軸受についても全く同様に適用することができ、その場合には上述した効果と同様の効果を得ることができる。

本発明の転がり軸受の一例である単列深溝玉軸受の側面図である。 図１におけるII−II矢視縦断面図である。 図１における外輪に形成されたピン挿入孔及び、ピン挿入孔に傾斜ピンが圧入される状態を示す縦断面図である。 ハウジングに形成された傾斜溝と傾斜ピンとが係合する状態を示す要部拡大縦断面図である。 ハウジングに形成された矩形溝と傾斜ピンとが係合する状態を示す要部拡大縦断面図である。

符号の説明

１ 単列深溝玉軸受（転がり軸受）
２ 外輪
２ａ 外輪軌道面
２ｂ 外周面
２ｃ ピン挿入孔
３ 内輪
３ａ 内輪軌道面
４ 玉（転動体）
６ 傾斜ピン（係止部材）
３０ ハウジング
３０ｂ、３０ｄ 係合溝
α 係止部材の傾斜角度

Claims (2)

1. ハウジングに取り付け可能な外輪と、軸部材に取り付け可能な内輪と、前記外輪と前記内輪の軌道面間に転動自在に配置された複数個の転動体と、前記ハウジングと前記外輪及び前記軸部材と前記内輪の少なくとも一方の相対回転を防止する係止部材と、を備えた転がり軸受において、
   前記係止部材は前記転がり軸受の半径方向に対して傾斜した状態で、前記外輪の外周面と前記内輪の内周面の少なくとも一方の表面から半径方向に突出して配置されていることを特徴とする転がり軸受。
2. 前記外輪は前記ハウジングよりも高い硬度を有し、前記外輪はその外周面に前記転がり軸受の半径方向に対して傾斜するように形成されたピン挿入孔を備え、前記係止部材は前記外輪の外周面から半径方向に突出するように前記ピン挿入孔に挿入して固定された傾斜ピンであることを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受。

Images