JP2005188679A

JP2005188679A - 玉軸受

Info

Publication number: JP2005188679A
Application number: JP2003433164A
Authority: JP
Inventors: Hiroki Matsuyama; 博樹松山; Naruhito Nakahama; 成仁中濱
Original assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Current assignee: Koyo Seiko Co Ltd
Priority date: 2003-12-26
Filing date: 2003-12-26
Publication date: 2005-07-14
Anticipated expiration: 2023-12-26
Also published as: JP4370907B2

Abstract

【課題】回転トルクの低減を図ることができる玉軸受を提供する。
【解決手段】本発明の玉軸受は、潤滑油が玉軸受１０内部に流入する隙間Ａ，Ｂを狭めることで玉軸受１０内部に流入する潤滑油量を制限し、玉軸受内部に滞留する潤滑油量を減少させることでその攪拌抵抗を低減した。
【選択図】図１

Description

本発明は、たとえば、自動車のトランスミッションやディファレンシャル装置に使用される玉軸受に関する。

自動車のトランスミッション装置やディファレンシャル装置に用いられる玉軸受には、玉軸受内部を密封してグリースを充填し、そのグリースにより玉軸受の軌道面を潤滑するものがある（例えば特許文献１参照）。このようなグリース潤滑による玉軸受では、従前のものと比較して回転トルクの低減を実現していたが、グリースを密封するためのシールによる摩擦抵抗や、玉軸受におけるグリースの攪拌抵抗といった回転トルクを増加させる要因が、なおも存在していた。
また一方、ディファレンシャル装置に用いられる玉軸受には、ディファレンシャル装置内部のギヤ等を潤滑している潤滑油を玉軸受内部に供給し、貫通させることで玉軸受の軌道面を潤滑しているものもある（例えば特許文献２参照）。

特開２００３−２３２３４６号公報（第４頁）特開２００３−１６６６２７号公報（第３頁）

上記従来例の玉軸受（特許文献２に記載の玉軸受）の場合、玉軸受を密封するためのシール部材は必要としないのでシール部材の摺動による摩擦抵抗は無く、軌道面の潤滑はグリースよりも粘性の低いギヤオイル等による潤滑であるので攪拌抵抗も低く抑えられる。
しかしながら、当該玉軸受内部には軌道面を潤滑するのに必要な量以上に過剰に潤滑油が供給される場合があり、このようなときには、玉軸受内部への潤滑油の供給量に対して排出量が追いつかず、潤滑油が玉軸受内部に潤滑油が滞留してしまうことがあった。このため、玉軸受における潤滑油の攪拌抵抗が大きくなり、回転トルクの増加を招く場合があった。

本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、回転トルクの低減を図ることができる玉軸受の提供をその目的とする。

本発明の玉軸受は、内周に外輪軌道面を有する外輪と、外周に内輪軌道面を有する内輪と、それぞれの軌道面の相互間に介在しかつ転動面を有する複数の玉と、前記複数の玉を周方向に所定の間隔で保持する円環状の保持器と、を備え、前記軌道面を潤滑するための潤滑油が前記内外輪により前記玉軸受の両端面に形成される環状開口部の一方から内部に流入し、前記環状開口部の他方から外部に排出される玉軸受において、前記一方の環状開口部側の保持器端部には前記一方側の環状開口部と同心に配置されかつ内外輪との間に環状の隙間を形成する円環状のリング部材が設けられ、前記リング部材外周面と外輪内周面とにより形成される環状の隙間の径方向の幅寸法と、前記リング部材内周面と内輪外周面とにより形成される環状の隙間の径方向の幅寸法と、の和が、前記他方の環状開口部側の保持器端部外周面と外輪内周面とにより形成される環状の隙間の径方向の幅寸法と、前記他方の環状開口部側の保持器端部内周面と内輪外周面とにより形成される環状の隙間の径方向の幅寸法と、の和よりも小さいことを特徴としている。

上記のように構成された玉軸受によれば、前記リング部材外周面と外輪内周面とにより形成される環状の隙間と、前記リング部材内周面と内輪外周面とにより形成される環状の隙間と、が潤滑油を前記玉軸受内部へ流入させるための隙間となっている。また、前記他方の環状開口部側の保持器端部外周面と外輪内周面とにより形成される環状の隙間と、前記他方の環状開口部側の保持器端部内周面と内輪外周面とにより形成される環状の隙間と、が潤滑油を玉軸受外部へ排出する隙間となっている。すなわち、玉軸受外部へ潤滑油が排出される隙間よりも小さくなるように、玉軸受内部へ潤滑油が流入する隙間は、前記リング部材によって狭められている。これにより、玉軸受内部へ流入する潤滑油量を制限するとともに玉軸受内部へ流入する潤滑油量よりも玉軸受内部から排出される潤滑油量を多くできる。従って、玉軸受内部に滞留する潤滑油量が減少し、玉軸受が回転した時の潤滑油の攪拌抵抗を低減することができる。

また、上記玉軸受において、前記リング部材は、前記保持器と一体に成形されていることが好ましい。この場合、保持器にリング部材を取付ける必要が無くなるので、当該玉軸受の組み立てが容易となる。

また、本発明の玉軸受は、内周に外輪軌道面を有する外輪と、外周に内輪軌道面を有する内輪と、それぞれの軌道面の相互間に介在しかつ転動面を有する複数の玉と、前記複数の玉を周方向に所定の間隔で保持する円環状の保持器と、を備え、前記軌道面を潤滑するための潤滑油が前記内外輪により前記玉軸受の両端面に形成される環状開口部の一方から内部に流入し、前記環状開口部の他方から外部に排出される玉軸受において、前記内外輪のいずれか一方の軌道面側周面端部に前記一方の環状開口部の開口幅を狭める円環状の縁部材が設けられ、前記縁部材に狭められた前記一方の環状開口部の径方向の幅寸法が、前記他方の環状開口部側の保持器端部外周面と外輪内周面とにより形成される環状の隙間の径方向の幅寸法と、前記他方の環状開口部側の保持器端部内周面と内輪外周面とにより形成される環状の隙間の径方向の幅寸法と、の和よりも小さいことを特徴としている。

上記のように構成された玉軸受によれば、前記縁部材に狭められた前記一方の環状開口部が潤滑油を前記玉軸受内部へ流入させるための隙間となっている。また、前記他方の環状開口部側の保持器端部外周面と外輪内周面とにより形成される環状の隙間と、前記他方の環状開口部側の保持器端部内周面と内輪外周面とにより形成される環状の隙間と、が潤滑油を玉軸受外部へ排出する隙間となっている。すなわち、玉軸受外部へ潤滑油が排出される隙間よりも小さくなるように、玉軸受内部へ潤滑油が流入する隙間は、前記縁部材を取付けることにより狭められている。これにより、玉軸受内部へ流入する潤滑油量を制限するとともに玉軸受内部へ流入する潤滑油量よりも玉軸受内部から排出される潤滑油量を多くできる。従って、玉軸受内部に滞留する潤滑油量が減少し、玉軸受が回転した時の潤滑油の攪拌抵抗を低減することができる。

また、上記玉軸受において、前記縁部材は、前記いずれか一方の内外輪と一体に成形されていることが好ましい。この場合、いずれか一方の保持器にリング部材を取付ける必要が無くなるので、当該玉軸受の組み立てが容易となる。

以上のように、本発明の玉軸受は、玉軸受内部に滞留する潤滑油量を減少させることで、潤滑油の攪拌抵抗を低減し、回転トルクの低減を図ることができる。

次に、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明である玉軸受の第一の実施形態に係るアンギュラ玉軸受の一部を模式的に示した断面図である。このアンギュラ玉軸受１０（以下軸受１０ともいう）は、外輪１１と、内輪１２と、両者の間に転動自在に配置される複数の玉１３と、複数の玉１３を保持するための円環状の保持器１４とから構成されている。
外輪１１は、その内周面に横断面円弧状の外輪軌道面１１ａが形成されている。また、この外輪１１の内周面の一方側端部には、外輪軌道面１１ａの深さ近傍までその内径が増大している大内径部１１ｂが形成されており、他方側端部には、一方側の内径よりも小さくなっている小内径部１１ｃが形成されている。内輪１２は、その外周面に横断面円弧状の内輪軌道面１２ａが形成されている。また、この内輪１２の外周面の一方側端部には、内輪軌道面１２ａの深さ近傍までその外径が減少している小外径部１２ｃが形成されており、他方側端部には、一方側の外径よりも大きくなっている大外径部１２ｂが形成されている。また、小内径部１１ｃと小外径部１２ｃは対向しており、環状の開口部Ｐを形成している。同様に大内径部１１ｂと大外径部１２ｂとにより、環状の開口部Ｑを形成している。外輪軌道１１ａと、内輪軌道１２ａとの間には、複数個の玉１３が、保持器１４により保持された状態で、転動自在に介在されている。この複数個の玉１３は、内輪軌道１２ａに対してはＲ点、外輪溝１１ａに対してはＳ点において接触角αで接触している。

保持器１４は、円環形状であり、複数個の玉１３を保持するための円形のポケット１４ａが周方向に複数個設けられており、外輪軌道１１ａと内輪１２ａで形成される軌道上周方向に複数の玉１３を所定の間隔で転動自在に保持している。また、開口部Ｐ内に位置している前記保持器１４の一方側の端部１４ｂには、開口部Ｐの開口幅を狭めるように環状のリング部材１５が設けられている。このリング部材１５の端面の一方には円環状の溝部１５ａが形成されており、この溝部１５ａに端部１４ｂが嵌合されて取付けられている。このリング部材１５の外周面と小内径部１１ｃとの間には隙間Ａが形成され、リング部材１５の内周面と小外径部１２ｃとの間には隙間Ｂが形成されている。保持器１４の他方側の端部１４ｃは、開口部Ｑ内に位置しており、この端部１４ｃの外周面と大内径部１１ｂとの間には隙間Ｃが形成され、端部１４ｃの内周面と大外径部１２ｂとの間には隙間Ｄが形成されている。

そして、後述するように潤滑油の流入口となるこれら隙間Ａ，Ｂは、いかなる運転状態のときも軸受１０内部に流入する潤滑油量が必要最小限を下回らないようにかつ過剰に流入しないような径方向幅寸法に設定されている。
また、この隙間Ａと隙間Ｂとの径方向幅寸法の和は、端部１４ｂの径方向幅寸法を調整し、隙間Ａ，Ｂの幅寸法を小さくすることによって、隙間Ｃと隙間Ｄとの径方向幅寸法の和よりも小さくなるように設定されている。

このように構成された軸受１０を潤滑油に浸漬し、内外輪を相対回転させた場合、この軸受１０の回転により、開口部Ｐ側から潤滑油が軸受１０内部に流入し、開口部Ｑ側へ排出され、軸受１０の内部を貫通するような潤滑油の流れを発生させるポンプ作用が働く。つまり前記隙間Ａ，Ｂは、潤滑油が軸受１０内部の内外輪軌道面１１ａ，１２ａへ流入する隙間となり、隙間Ｃ，Ｄは、潤滑油が軸受１０外部へ排出される隙間となっている。

上記のように構成された本実施形態に係る軸受１０は、環状開口部Ｐにおける前記隙間Ａと前記隙間Ｂとの径方向幅寸法の和が環状開口部Ｑにおける前記隙間Ｃと前記隙間Ｄとの径方向幅寸法の和よりも小さくなるように設定されている。すなわち、軸受１０外部へ潤滑油が排出される隙間よりも小さくなるように、軸受１０内部へ潤滑油が流入する隙間は、前記リング部材１５によって狭められている。これにより、軸受１０内部へ流入する潤滑油量を制限するとともに軸受１０内部へ流入する潤滑油量よりも軸受１０内部から排出される潤滑油量を多くできる。従って、軸受１０内部に滞留する潤滑油量が減少し、軸受１０が回転した時の潤滑油の攪拌抵抗を低減することができる。

また、軸受１０が高速回転した場合、ポンプ作用が高まり、軸受１０内部に潤滑油を流入しようとする作用が高まる。しかし、当該軸受１０内に流入する隙間は、いかなる運転状態のときも軸受１０内部に流入する潤滑油量が必要最小限を下回らないようにかつ過剰に流入しないように設定されているので、軸受１０のポンプ作用が高まったとしても、軸受１０を潤滑するために必要な潤滑油量以上には流入せず、軸受１０内部に滞留する潤滑油量を低減できる。以上のように、本実施形態に係る軸受１０は、軸受１０内部に滞留する潤滑油量を低減し、軸受１０が回転した時の潤滑油の攪拌抵抗を低減することができるので、軸受１０の回転トルクを低減できる。

図２は、本発明の第二の実施形態に係るアンギュラ玉軸受の一部を模式的に示した断面図である。第一の実施形態では保持器１４の端部１４ｂにリング部材１５を取付けることで開口部Ｐにおける潤滑油の流入する隙間を狭めたが、例えば、図２に示すように保持器１４の端部１４ｂの径方向の厚みを増やすことで、開口部Ｐにおける潤滑油の流入する隙間を狭めても良い。このようにすることで、保持器１４にリング部材１５を取付ける必要が無くなるので、第一の実施形態と比較して軸受１０の組み立てが容易となる。

図３は、本発明の第三の実施形態に係るアンギュラ玉軸受の一部を模式的に示した断面図である。第一及び第二の実施形態では、保持器１４により開口部Ｐにおける潤滑油の流入する隙間を狭めたが、本実施形態では、縁部材１６を内輪１２の小外径部１２ｃに取付けることで、開口部Ｐを狭め、潤滑油の流入する隙間を狭めているのである。主要な構成については、第一の実施形態と同一であるので説明を省略する。

図３中、本実施形態に係る軸受１０の内輪１２の小外径部１２ｃには、縁部材１６が設けられている。この縁部材１６は円環形状でありその内周面を小外径部１２ｃに嵌合することで取付けられている。この縁部材１６の外周面と外輪１１の小内径部１１ｃとの間には、隙間Ｅが形成されている。そして、この隙間Ｅの径方向の幅寸法が、隙間Ｃと隙間Ｄとの径方向幅寸法の和よりも小さくなるように縁部材１６の外径寸法は設定されている。また、同時にこの隙間Ｅは、いかなる運転状態のときも軸受１０内部に流入する潤滑油量が必要最小限を下回らないようにかつ過剰に流入しないような径方向幅寸法に設定されている。

上記のように構成された本実施形態に係る軸受１０は、潤滑油が軸受１０内部へ流入する隙間である前記隙間Ｅの径方向幅寸法の方が、潤滑油が軸受１０外部へ排出される隙間である前記隙間Ｃと前記隙間Ｄとの径方向幅寸法の和よりも小さくなるように設定されている。すなわち、軸受１０外部へ潤滑油が排出される隙間よりも小さくなるように、軸受１０内部へ潤滑油が流入する隙間は、前記縁部材１６を取付けることにより狭められている。これにより、軸受１０内部へ流入する潤滑油量を制限するとともに軸受１０内部へ流入する潤滑油量よりも軸受１０内部から排出される潤滑油量を多くできる。従って、軸受１０内部に滞留する潤滑油量が減少し、軸受１０が回転した時の潤滑油の攪拌抵抗を低減することができる。

また、軸受１０が高速回転した場合、ポンプ作用が高まり、軸受１０内部に潤滑油を流入しようとする作用が高まる。しかし、潤滑油が当該軸受１０内に流入する隙間は、いかなる運転状態のときも軸受１０内部に流入する潤滑油量が必要最小限を下回らないようにかつ過剰に流入しないように設定されているので、軸受１０のポンプ作用が高まったとしても、軸受１０を潤滑するために必要な潤滑油量以上には流入せず、軸受１０内部に滞留する潤滑油量を低減できる。以上のように、本実施形態に係る軸受１０は、軸受１０内部に滞留する潤滑油量を低減し、軸受１０が回転した時の潤滑油の攪拌抵抗を低減することができるので、軸受１０の回転トルクを低減できる。なお、本実施形態では、内輪１２に縁部材１６を取付けたが、外輪１１側に同様な縁部材を取付けても良い。

図４は、本発明の第四の実施形態に係るアンギュラ玉軸受の一部を模式的に示した断面図である。第三の実施形態では、内輪１２に縁部材１６を取付けることで開口部Ｐにおける潤滑油の流入する隙間を狭めたが、例えば、図４に示すように外輪１１の小内径部１１ｃに開口部Ｐを狭めるような縁部１１ｄを形成しても良い。このようにすることで、内輪１２に縁部材１６を取付ける必要が無くなるので、第三の実施形態と比較して軸受１０の組み立てが容易となる。

図５は、本発明の玉軸受を用いた第五の実施形態に係る自動車用ディファレンシャル装置のピニオン軸支持用軸受装置の要部構成を示した断面図である。
図５において、参照符号２０はディファレンシャルケースを示しており、このディファレンシャルケース２０内には、フランジ５０に連結される図示しないドライブシャフトにより回転駆動されるピニオン軸３０と、ピニオン軸３０の先端に設けられたピニオンギヤ３１により回転駆動される図示しない差動減速機構とを備えている。

ディファレンシャルケース２０には２つの環状壁２１，２２が設けられており、一方の環状壁２１には上記第一の実施形態で示した構成のアンギュラ玉軸受４１（以下、軸受４１ともいう）が取付けられている。他方の環状壁２２には、第一の実施形態で示した構成のアンギュラ玉軸受４２（以下、軸受４２ともいう）と円筒ころ軸受４３（以下、軸受４３ともいう）とが、軸受４３がピニオンギヤ３１側となるように密接して取付けられている。この軸受４１，４２の構成については、既に第一の実施形態として詳述したので省略する。

前記ピニオン軸３０は、前記３つの軸受４１，４２，４３とを備える軸受装置により、ディファレンシャルケース２０に対して回転自在に支持されている。また、ディファレンシャルケース２０には、前記軸受４１，４２の相互間に当該軸受の軌道面を潤滑する潤滑油の供給路２３が形成されている。この供給路２３から供給される潤滑油は、図中矢印のように分流して前記３つの軸受４１，４２，４３に供給され、軸受内部に流入して軌道面を潤滑した後、軸受外部に排出され、ディファレンシャルケース２０内に戻されるようになっている。ここで、軸受４１，４２は、リング部材１５を取付けている側の環状開口部を潤滑油が供給される方向に向くように装着されている。

上記のように構成された本実施形態に係るピニオン軸支持用軸受装置では、軸受４１，４２に上記第一の実施形態に係るアンギュラ玉軸受を用いているので、当該軸受４１，４２内部に滞留する潤滑油量を低減し、軸受４１，４２が回転した時の潤滑油の攪拌抵抗を低減することができるので、回転トルクを低減できる。従って、当該ピニオン軸支持用軸受装置の回転トルクも低減でき、ディファレンシャル装置の効率の向上が図れる。

次に、本発明者らが行った、本発明に係る玉軸受の回転トルクを実験的に測定した結果について説明する。本発明の実施例品としては、図１に示した第一の実施形態のアンギュラ玉軸受を用い、比較例品としては、第一の実施形態において保持器１４に取付けているリング部材１５が取付けられていない状態のアンギュラ玉軸受を用いて試験に供した。
この試験は、例えば軸受試験装置を用い、玉軸受を試験装置に設置した後、開口部Ｐ側から潤滑油を供給しながら、内外輪の一方を回転させ、内外輪の他方に作用する回転トルクを測定した。試験条件としては、潤滑油にギヤオイルを用い、１０Ｌ／ｍｉｎで軸受に供給した。そしてアキシャル方向の負荷は６ｋＮ、回転速度は５００，１０００，２０００，３０００ｒ／ｍｉｎにてそれぞれのアンギュラ玉軸受の回転トルクを測定した。

図６に上記試験結果を示す。この結果より、従来例品は回転速度の上昇に伴って回転トルクが上昇していることがわかる。一方、実施例品は、全ての回転数において従来例品よりも低いトルク値を示すとともに、回転速度の上昇に伴う回転トルクの顕著な上昇は見られないことが確認できた。従来例品では、回転数の上昇に伴って、アンギュラ玉軸受が有するポンプ作用も高まるので、軸受内部に流入する潤滑油量が回転数の上昇に伴って増加する。このため、軸受内部に滞留する潤滑油量も増加し、回転トルクも回転数の上昇に伴って上昇しているのである。
実施例品では、高速回転してポンプ作用が高まった場合にも、当該軸受内に流入する潤滑油量が必要最小限を下回らないようにかつ過剰に流入しないように狭められているので、回転トルクは当該軸受の回転数に依存しないのである。
このように、本発明の実施例品では、全ての回転数において安定して従来例品よりも低い回転トルクであることが上記試験結果より明らかになった。

以上説明したように、本発明の玉軸受によれば、玉軸受内部の潤滑油量を制限することで、回転トルクを低減することができる。尚、本発明の玉軸受は、上記各実施形態に限定されるものではなく、玉軸受の構成や保持器の形状、内外輪に設けられる縁部材の形状等は、本発明の趣旨に基づいて適宜変更することができる。

本発明の第一の実施形態に係るアンギュラ玉軸受の一部を模式的に示した断面図である。本発明の第二の実施形態に係るアンギュラ玉軸受の一部を模式的に示した断面図である。本発明の第三の実施形態に係るアンギュラ玉軸受の一部を模式的に示した断面図である。本発明の第四の実施形態に係るアンギュラ玉軸受の一部を模式的に示した断面図である。本発明の玉軸受を用いた第五の実施形態に係る自動車用ディファレンシャル装置のピニオン軸支持用軸受装置の要部構成を示した断面図である。本発明に係る玉軸受の回転トルクを実験的に測定した試験結果である。

符号の説明

１０アンギュラ玉軸受
１１外輪
１１ａ外輪軌道面
１１ｂ大内径部（外輪内周面）
１１ｃ小内径部（外輪内周面）
１２内輪
１２ａ内輪軌道面
１２ｂ大外径部（内輪外周面）
１２ｃ小外径部（内輪外周面）
１３玉
１４保持器
１４ｂ，１４ｃ端部
１５リング部材
１６縁部材
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ隙間
Ｐ，Ｑ開口部（環状開口部）

Claims

内周に外輪軌道面を有する外輪と、外周に内輪軌道面を有する内輪と、それぞれの軌道面の相互間に介在しかつ転動面を有する複数の玉と、前記複数の玉を周方向に所定の間隔で保持する円環状の保持器と、を備え、前記軌道面を潤滑するための潤滑油が前記内外輪により前記玉軸受の両端面に形成される環状開口部の一方から内部に流入し、前記環状開口部の他方から外部に排出される玉軸受において、
前記一方の環状開口部側の保持器端部には前記一方側の環状開口部と同心に配置されかつ内外輪との間に環状の隙間を形成する円環状のリング部材が設けられ、
前記リング部材外周面と外輪内周面とにより形成される環状の隙間の径方向の幅寸法と、前記リング部材内周面と内輪外周面とにより形成される環状の隙間の径方向の幅寸法と、の和が、
前記他方の環状開口部側の保持器端部外周面と外輪内周面とにより形成される環状の隙間の径方向の幅寸法と、前記他方の環状開口部側の保持器端部内周面と内輪外周面とにより形成される環状の隙間の径方向の幅寸法と、の和よりも小さいことを特徴とする玉軸受。
前記リング部材は、前記保持器と一体に成形されている請求項１記載の玉軸受。
内周に外輪軌道面を有する外輪と、外周に内輪軌道面を有する内輪と、それぞれの軌道面の相互間に介在しかつ転動面を有する複数の玉と、前記複数の玉を周方向に所定の間隔で保持する円環状の保持器と、を備え、前記軌道面を潤滑するための潤滑油が前記内外輪により前記玉軸受の両端面に形成される環状開口部の一方から内部に流入し、前記環状開口部の他方から外部に排出される玉軸受において、
前記内外輪のいずれか一方の軌道面側周面端部に前記一方の環状開口部の開口幅を狭める円環状の縁部材が設けられ、
前記縁部材に狭められた前記一方の環状開口部の径方向の幅寸法が、
前記他方の環状開口部側の保持器端部外周面と外輪内周面とにより形成される環状の隙間の径方向の幅寸法と、前記他方の環状開口部側の保持器端部内周面と内輪外周面とにより形成される環状の隙間の径方向の幅寸法と、の和よりも小さいことを特徴とする玉軸受。
前記縁部材は、前記いずれか一方の内外輪と一体に成形されている請求項３記載の玉軸受。