JP2005048867A - 転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】 クリープの発生を防止すると共に、万一、クリープが発生した場合にはハウジングの摩耗を防止するようにして、クリープの発生防止とハウジングの摩耗防止とを両立させることにより、耐クリープ性能を大幅に向上させて低硬度のハウジングに組み込まれた転がり軸受の軸受性能を長期間、安定して維持できる転がり軸受を提供する。
【解決手段】 外輪２の外周面２ｂに全周にわたって環状溝２ｃを形成する。少なくとも、環状溝２ｃの底面を除く外輪２の外周面２ｂに固体潤滑皮膜８を形成する。外輪２をハウジング１１に内嵌したときラジアル方向に弾性的に圧縮される環状弾性体１０を環状溝２ｃに装着する。これによって、環状弾性体１０の弾性力により外輪２をハウジング１１に強固に固定してクリープの発生を防止すると共に、万一、クリープが発生したときには、外輪２とハウジング１１との嵌めあい面を固体潤滑皮膜８で潤滑してハウジング１１の摩耗を防止する。
【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を防止すると共に、クリープが発生した場合にハウジング摩耗を防止できる転がり軸受に関する。

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って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、強度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、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クリープが発生し易くなる。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が生じる場合がある。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。

そこで、従来から転がり軸受の外輪の外周面に固体潤滑皮膜を形成して、外輪の外周面が固体潤滑皮膜を介してハウジングの内周面と接触するように構成した技術が知られている。これにより、クリープが発生した場合でも、ハウジングの内周面が異常摩耗することを低減させることができる。さらに、皮膜の耐摩耗性を向上するため、外輪の外周面に摩擦係数の小さな熱硬化性合成樹脂製の皮膜を形成した技術が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。この場合にも、クリープが発生した際にハウジングの内周面が異常摩耗することを低減させることができると共に、皮膜の摩耗粉が発生しにくいので、周囲を清浄に保つことができる。
特開２００２−２６６８７０号公報

しかしながら、外輪に大きなクリープ力が作用した場合や長期間の使用によって、外輪の外周面に形成した固体潤滑皮膜がなくなった場合には、ハウジングの内周面の摩耗を低減できなくなる可能性がある。このため、外輪の外周面の固体潤滑皮膜の厚さを厚くしたり、或いはハウジングの内周面にも固体潤滑皮膜を形成することも考えられるが、寸法のばらつきが大きくなり、また、これらの手法は大幅なコストアップとなり望ましいものではなかった。

一方、特許文献１の転がり軸受では、外輪の外周面に形成された熱硬化性合成樹脂皮膜に加え、外輪の外周面にＯリング等を配置するための環状溝を形成している。従って、外輪の外周面に熱硬化性合成樹脂皮膜とＯリングとを組み合わせて設置して、外輪がクリープした際にハウジングの内周面が異常摩耗することを低減している。

しかしながら、従来の製造工程では、外輪の外周面に環状溝を形成させた後に固体潤滑皮膜や熱硬化性合成樹脂皮膜等の皮膜が形成されるため、外輪の外周面に形成された環状溝の底部にも皮膜が形成される。環状溝に装着されたＯリングは皮膜上に配置されるため、外輪とＯリングとの間では滑りが生じ易くなる。このため、Ｏリングは外輪のクリープを確実に防止することができず、クリープによるハウジングの内周面の異常摩耗を十分に低減できないという問題があった。

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と共に、万一、クリープが発生した場合にはハウジングの摩耗を防止するようにし、耐クリープ性能を大幅に向上させて軸受性能を長期間、安定させて維持できる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）内周面に外輪軌道面が形成されると共にハウジングに内嵌される外輪と、外周面に内輪軌道面が形成された内輪と、前記外輪軌道面と前記内輪軌道面との間に転動自在に配置された複数個の転動体と、前記外輪の外周面に形成され、前記外輪が前記ハウジングに対して相対的に回動した時に前記ハウジングの摩耗を防止する皮膜と、前記外輪の外周面に全周に亘って形成された環状溝に装着され、前記外輪を前記ハウジングに内嵌した時ラジアル方向に弾性的に圧縮される環状弾性体と、を備えた転がり軸受において、
前記環状溝の少なくとも底面は、前記皮膜のない前記外輪の外周面によって形成されていることを特徴とする転がり軸受。
（２）前記外輪の硬度は、前記ハウジングの硬度より高いことを特徴とする（１）に記載の転がり軸受。
（３）前記環状弾性体はゴム又は弾性樹脂であり、且つ前記皮膜は固体潤滑皮膜又は熱硬化性合成樹脂製の皮膜であることを特徴とする（１）または（２）に記載の転がり軸受。

前記構成の転がり軸受によれば、外輪がハウジングに対して相対的に回動したときにハウジングの摩耗を防止する皮膜を外輪の外周面に形成すると共に、環状弾性体が装着される前記環状溝の少なくとも底面を皮膜のない外輪の外周面によって形成したので、皮膜が形成されていない環状溝の底面とハウジングとの間で環状弾性体をラジアル方向に弾性的に圧縮して、環状弾性体の弾性力により外輪をハウジングに強固に固定する。このとき、少なくとも環状溝の底面には、皮膜が形成されていない、即ち、外輪を構成する金属が表面に露出しているので、環状弾性体が環状溝内で相対的に滑ることはなく、確実に固定されている。

そして、クリープ発生時には、外輪の外周面とハウジングの内周面は皮膜を介して接触するので、ハウジングの内周面の摩耗を確実に防止することができる。これによって、クリープの発生防止とハウジングの摩耗防止とを両立させ、転がり軸受の耐久性を大幅に向上させて、長期間にわたって軸受性能を高性能に維持することができる。

また、ハウジングの硬度より高い硬度を有する外輪をハウジングに嵌合させて、環状溝に装着された環状弾性体をラジアル方向に弾性的に圧縮させて固定するようにしたので、ハウジングを傷付けることなく外輪を強固に固定することができる。また、これによって、比較的、クリープが発生しやすい、低硬度のアルミニウム合金やマグネシウム合金、等を用いて、高荷重が作用する転がり軸受のハウジングを形成することが可能となる。また、外輪の外周面には、皮膜が形成されているので、環状弾性体の弾性力による回転阻止力より大きなクリープ力が外輪に作用して外輪がハウジング内で回転しても、ハウジングが摩耗することはない。

さらに、前記環状弾性体はゴム又は弾性樹脂であり、且つ前記皮膜は固体潤滑皮膜又は熱硬化性合成樹脂の皮膜であるので、環状弾性体と環状溝、及び環状弾性体とハウジングの結合力が強く、クリープの発生が効率的に防止される。更に、外輪とハウジングは、固体潤滑皮膜又は熱硬化性合成樹脂の皮膜を介して接触するので、ハウジングの摩耗を確実に防止することができる。

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は本発明に係る実施形態である転がり軸受がハウジングに内嵌する状態を示す要部拡大縦断面図、図２は図１における外輪の側面図である。

図１に示すように、転がり軸受の一例である単列円筒ころ軸受１は、外輪２と、内輪３と、転動体である複数個の円筒ころ４と、保持器５とを備えている。外輪２の内周面には外輪軌道面２ａが形成され、同様に、内輪３の外周面には内輪軌道面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保持された複数個の円筒ころ４が転動自在に配置されている。外輪２、内輪３及び円筒ころ４は、軸受鋼、高速度鋼、ステンレス鋼、等の高い硬度を有する金属材料から形成されている。

図１及び図２に示すように、外輪２の外周面２ｂには、環状溝２ｃが全周にわたって環状に形成されている。環状溝２ｃを除く、外輪２の外周面２ｂの表面（図１及び図２に斜格子で示す部分）には固体潤滑皮膜８が形成されている。即ち、少なくとも環状溝２ｃの底面は、固体潤滑皮膜８が形成されておらず、外輪２の外周面２ｂである軸受鋼、等の金属素材が露出した状態となっている。尚、固体潤滑皮膜８は、環状溝２ｃを除く外輪２の外周面２ｂの全面に形成されていても、或いは、外周面２ｂの一部に形成されていてもよい。

固体潤滑皮膜８は、外輪２と、後述する外輪２が内嵌するハウジング１１との嵌めあい面（クリープの発生時に互いに摺接する面）を潤滑するようになっている。固体潤滑皮膜８は、二硫化モリブデン、黒鉛（グラファイト）、二硫化タングステン、金属酸化物、弗素樹脂粉末等を含有したものが挙げられる。固体潤滑皮膜８はスパッタリングによる皮膜処理等を行って外輪の外周面に付着させることにより形成される。尚、環状溝２ｃ等のように、固体潤滑皮膜８を形成したくない部分は、当該部分をマスキングした後、固体潤滑皮膜８を付着させるようにすればよい。

図１及び図２に示すように、環状溝２ｃには、環状弾性体１０が嵌合して装着されている。環状弾性体１０は、例えばニトリルゴム、アクリルゴム等のゴム、或いは、ウレタン樹脂等の弾性樹脂、等からなり、適度な弾性を有するＯリング状の部材である。環状溝２ｃに装着された環状弾性体１０の外径は、外輪２の外径よりも僅かに大きく設定されており、外周面２ｂから半径方向に突出している。

単列円筒ころ軸受１の外輪２が嵌合するハウジング１１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、等から形成されており、ハウジング１１の軽量化が図られている。ハウジング１１は、単列円筒ころ軸受１の外輪２の外径より僅かに大きな内径を有するハウジング孔１１ａが形成されている。

環状弾性体１０が装着された外輪２をハウジング１１のハウジング孔１１ａに嵌合させると、環状弾性体１０は環状溝２ｃの底面とハウジング孔１１ａの内周面との間でラジアル方向に弾性的に圧縮される。これによって、環状弾性体１０の内周面及び外周面は、環状溝２ｃの底面及びハウジング孔１１ａの内周面に、全周にわたって弾性的に当接し、環状弾性体１０の弾性力によって外輪２をハウジング１１に固定している。尚、環状溝２ｃの少なくとも底面は、固体潤滑皮膜８が形成されずに金属が露出した状態となっているので、環状弾性体１０が滑ることはない。上述した理由から、環状溝２ｃは、底面に加えて両側壁も固体潤滑皮膜８の形成がないことが望ましい。

環状弾性体１０の断面形状は、ハウジング孔１１ａに挿入されたときラジアル方向に弾性的に圧縮されて弾性力を生じる形状であれば特に限定されることはなく、円形、楕円形、矩形、等、適宜の形状とすることができる。また、環状弾性体１０が装着される環状溝の形状は、直線的に形成されたが、軸方向に傾斜して形成されてもよく、また、転がり軸受の軸方向或いは径方向に蛇行して形成されてもよい。環状体の溝形状を蛇行させることにより、ハウジング孔１１ａの内周面に弾性的に当接する環状弾性体１０の長さを長くすることができる。従って、環状弾性体１０は広い面積でハウジング孔１１ａの内周面に当接しており、これによって外輪２は、ハウジング１１に強い力で固定されている。尚、環状弾性体１０の形状は、Ｏリング状の部材に限定されず、環状溝２ｃの形状に沿って蛇行した形状に成形されたものであってもよい。この場合には、環状溝２ｃへの装着が更に容易となる。

次に、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円筒ころ軸受１は、図１及び図２に示すように、環状溝２ｃに環状弾性体１０が装着された外輪２が、ハウジング１１のハウジング孔１１ａに嵌合（圧入）している。これによって、環状弾性体１０は、環状溝２ｃの底面とハウジング孔１１ａの内周面との間でラジアル方向に弾性的に圧縮される。即ち、環状弾性体１０の内周面及び外周面は、環状溝２ｃの底面及びハウジング孔１１ａの内周面に、全周にわたって弾性的に当接し、環状弾性体１０の弾性力によって外輪２をハウジング１１に固定する。

尚、環状溝２ｃの少なくとも底面は、固体潤滑皮膜８が形成されておらず、軸受鋼、等の金属素材が露出した状態となっているので、環状弾性体１０は環状溝２ｃ内で滑ることはない。

内輪３の内周面に嵌合する回転軸（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。外輪２に作用するクリープ力は、外輪２のハウジング１１への嵌合による抵抗力及び環状弾性体１０の弾性力によって抑止され、外輪２がハウジング孔１１ａ内で回動することはなく、クリープの発生は防止される。

回転に伴って単列円筒ころ軸受１の温度が上昇すると、外輪２及びハウジング１１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１１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１１ａとの締め代が減少して、外輪２のハウジング１１への圧入による抵抗力は弱まるが、外輪２の回転は環状弾性体１０の弾性力によって抑止されてクリープの発生が防止される。

しかし、万一、単列円筒ころ軸受１の温度が想定温度以上に高温となって外輪２とハウジング孔１１ａとの隙間が増大したり、或いは、外輪２に作用するクリープ力が、外輪２のハウジング１１への嵌合による抵抗力及び環状弾性体１０の弾性力よりも大きくなる事態が発生すると、外輪２がハウジング孔１１ａ内で回転するクリープが発生する。このとき、外輪２の外周面２ｂに形成されている固体潤滑皮膜８は、潤滑剤として作用し、外周面２ｂとハウジング孔１１ａとを潤滑する。

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１１が形成されていても、ハウジング孔１１ａ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１１ａ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。

上述したように、クリープの発生は、環状溝２ｃの底面とハウジング孔１１ａの内周面との間でラジアル方向に弾性的に圧縮されている環状弾性体１０の弾性力によって防止される。環状溝２ｃの少なくとも底面に固体潤滑皮膜８の形成はないので、環状弾性体１０が固体潤滑皮膜８によって潤滑されることはない。従って、環状弾性体１０が環状溝２ｃ内で滑ってクリープの発生が助長されることはない。また、万一、クリープが発生した場合には、固体潤滑皮膜８が潤滑剤として作用してハウジング孔１１ａの異常摩耗を防止する。このように、クリープの発生防止とハウジングの摩耗防止とを両立させて、軸受性能を長期間にわたって安定して維持することができる。

尚、本発明は、前述した実施形態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。

上記実施形態では、皮膜として固体潤滑皮膜が使用されたが、代わりに摩擦係数の小さい熱硬化性合成樹脂で形成されてもよい。熱硬化性合成樹脂としては、例えばフェノール樹脂、エポキシ樹脂、メラミン樹脂、ユリア樹脂、シリコン樹脂、ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、が例示できる。また、上述した樹脂に二硫化モリブデン、グラファイト、等を含有させて潤滑性能を更に向上させるようにしてもよい。熱硬化性合成樹脂製の皮膜を用いた場合にも、上記実施形態と同様に、クリープの発生防止とハウジングの摩耗防止とを両立させて、軸受性能を長期間にわたって安定して維持することができる。さらに、熱硬化性合成樹脂皮膜は摩耗粉を発生しにくいので、周囲を清浄に保つことができる。

また、本発明においては、転がり軸受は単列円筒ころ軸受として説明したが、これに限定されるものではなく、深溝玉軸受、アンギュラ玉軸受、自動調心玉軸受、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。

本発明に係る実施形態である転がり軸受がハウジングに内嵌する状態を示す要部拡大縦断面図である。 図１における外輪の側面図である。

符号の説明

１ 単列円筒ころ軸受（転がり軸受）
２ 外輪
２ａ 外輪軌道面
２ｂ 外周面
２ｃ 環状溝
３ 内輪
３ａ 内輪軌道面
４ 円筒ころ（転動体）
８ 固体潤滑皮膜（皮膜）
１０ 環状弾性体
１１ ハウジング

Claims (3)

1. 内周面に外輪軌道面が形成されると共にハウジングに内嵌される外輪と、外周面に内輪軌道面が形成された内輪と、前記外輪軌道面と前記内輪軌道面との間に転動自在に配置された複数個の転動体と、前記外輪の外周面に形成され、前記外輪が前記ハウジングに対して相対的に回動した時に前記ハウジングの摩耗を防止する皮膜と、前記外輪の外周面に全周に亘って形成された環状溝に装着され、前記外輪を前記ハウジングに内嵌した時ラジアル方向に弾性的に圧縮される環状弾性体と、を備えた転がり軸受において、
   前記環状溝の少なくとも底面は、前記皮膜のない前記外輪の外周面によって形成されていることを特徴とする転がり軸受。
2. 前記外輪の硬度は、前記ハウジングの硬度より高いことを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受。
3. 前記環状弾性体はゴム又は弾性樹脂であり、且つ前記皮膜は固体潤滑皮膜又は熱硬化性合成樹脂製の皮膜であることを特徴とする請求項１または２に記載の転がり軸受。

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