JP2005308056A - 軸受け装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 簡単な構成でありながら、軸受け転動面の全面に十分な量の潤滑油を等しく供給することができ、かつ、極低速域下でも的確な部位に潤滑油を提供できるようにした、新規な軸受け装置を提供する。
【解決手段】 回転軸１０を支持する軸受け２０の軸方向近傍に、軸受け２０が掻き上げ飛散した潤滑油滴Ｐを再び軸受け２０方向へ向けて反射させる反射部材（フィン）３０を取り付ける。
【選択図】 図１

Description

本発明は軸受け装置に関し、特に、例えば自動車の差動装置における軸受けのように厳しい使用環境下に置かれる軸受けに対しても、その転動面に安定して潤滑油を供給できるようにした軸受け装置に関する。

回転軸を支持する軸受けの信頼性を確保するために、転動面での疲労特性を向上させることや摩耗を低減することが必須となる。そのために、例えば、軸受けに特殊な熱処理を施して貧潤滑下でも軸受け転動面の軟化を防止することや、特殊な潤滑油を用いて転動面の潤滑性を向上させることなどが行われる。特に、自動車の差動装置での軸受けは、使用条件が厳しく、信頼性確保のための何らかの手段を採用することが求められる。

前記のように転動面の軟化を防止する手段を施すことにより、軸受け転動面の疲労特性は向上する。しかし、それ単独では他の故障モード（摩耗等）に適切に対応することはできない。そのために、軸受け部の疲労特性を考慮した処方になっている差動装置用潤滑油が共に用いられることが多い。

そのような特殊処方の潤滑油が適切に作用するには、軸受け転動面に適切な量の潤滑油が供給されることが必要であり、供給量が少なくなると貧潤滑状態となる。差動装置でのサイド軸受けなどの場合、軸受け構造および諸元（表面粗さ、クラウニング等）により潤滑油を保持する能力は非常に小さく、適量の潤滑油を常時転動面に供給することが特に必要とされる。

回転軸を支持する軸受けに潤滑油を積極的に供給するようにした技術が既に提案されている。特許文献１（特開平４−８９１７号公報）では、潤滑すべき軸受けの近くに回転軸と共に回転するディスクを取り付け、ディスクが掻き上げた潤滑油を油かきにより軸受けに供給するようにしている。また、特許文献２（特開２００３−３４３７０３号公報）では差動装置の潤滑構造として、潤滑油掻き上げようのリングギアを設け、掻き上げられた潤滑油をオイルガイドによりベアリングに誘導するものが記載されている。

特開平４−８９１７号公報 特開２００３−３４３７０３号公報

上記特許文献に記載のように、回転軸等を支持する軸受けに潤滑油を供給する従来の装置は、油槽から潤滑油を掻き上げるためのディスクやリングギアを取り付け、掻き上げられた潤滑油を適宜の固定したガイド部材により軸受け部に供給するようにしており、掻き上げのための部材とガイドのための部材とを別途必要としている。また、供給部位がガイド部材の配置位置に限定される不都合があり、軸受け転動面の全面に等しく油膜を形成するのは困難である。

また、特に差動装置の場合、非常に高粘度の潤滑油を用いる場合があるが、このような高粘度潤滑油の場合、掻き上げ部材を用いる手法では、攪拌抵抗も大きく十分な量の掻き上げ量が得られないことがある。さらに、掻き上げられた攪拌抵抗が大きい潤滑油は、ガイド部材に留まってしまう（付着してしまう）ことが起こりやすく、必要な部位への供給が困難になる場合がある。また、極低速域下では十分な量の潤滑油が供給できないことも起こり得る。

本発明は上記のような事情に鑑みてなされたものであり、簡単な構成でありながら、軸受け転動面の全面に十分な量の潤滑油を等しく供給することができ、かつ、極低速域下でも的確な部位に潤滑油を提供できるようにした、新規な軸受け装置を提供することを目的とする。

本発明による軸受け装置は、回転軸を支持する軸受けと、該軸受けの軸方向近傍に配置され回転軸の回転により軸受けが掻き上げ飛散した潤滑油を再び軸受け方向へ反射する反射部材とからなることを特徴とする。

上記の軸受け装置では、軸受け転動面への潤滑油の付加的供給は、当該軸受けが油槽内で転動することことによって生じる飛散潤滑油を、軸と共に回転する反射部材によって軸受け側へ反射させることによって行う。従って、従来のように特別の掻き上げ手段やガイド手段を必要としないので、構成が簡素化する。また、軸と共に回転する反射部材による飛散潤滑油の反射であり、油槽の上に出ている軸受け部材に対して実質的に等しくかつ全体に潤滑油を供給することができる。結果として、当該軸受けの疲労特性・摩耗特性の向上が図られる。

反射部材は、軸受けが使用される環境における耐熱性、強度、耐油性を備えることを条件に任意の材料、例えば、金属材料や樹脂材量などで作ることができる。中でも、軽量性や成形性にも優れていることから、エポキシ樹脂やフェノール樹脂などの熱硬化性樹脂で作ることは好ましい。

反射部材の形状は、油槽中にある軸受け下端部によって掻き上げられる潤滑油を的確に当該軸受けの転動面に向けて反射（供給）できることを条件に制限はないが、軸への取り付け部よりも外周縁側が軸受けに近接する形状の曲面を持つフィンであることは望ましい。この形状では掻き上げられた潤滑油が広く発散してしまうのを阻止できる利点もある。対象となる軸受けの寸法や回転軸の直径などによっても異なってくるが、標準的な自動車の差動装置等に採用される軸受けの場合には、フィンの曲率が略３００ｍｍ〜５００ｍｍの範囲であることが好ましいことが、実験的に確かめられている。

フィンは３６０度の範囲で回転軸に取り付けてあってもよい。しかし、本発明者らの実験では、複数枚のフィンを回転軸の周方向に分散して配置するようにしても、満足する潤滑油の反射量が得られた。全周ではなく部分的に配置することにより、軽量化も達成できる。２枚以上のフィンを部分的に配置するときには、回転による振動が発生しないように、各フィンを軸中心線に対称となるように配置すること望ましい。

本発明による軸受け装置は、回転軸を支持する軸受けの一部が潤滑油の油槽に入り込んだ状態とされている諸装置の軸受け装置として任意に用いることができる。特に、自動車用差動装置でのサイドギヤ部のテーパーローラ軸受けは、使用条件が厳しく従来貧潤滑状態になりやすい部分であることから、本発明による軸受け装置を差動装置のサイド軸受けの部分に採用することは特に効果的である。

なお、本発明による軸受け装置において、反射部材は回転軸と共に回転したときに潤滑油の油槽の中に一部が入り込むようにされていてもよく、入り込まないようにされていてもよい。いずれであっても、軸受けの一部が油槽内で転動することことによって生じる飛散潤滑油は、反射部材によって軸受け側へ反射（供給）されるが、前者の場合には反射部材自身が掻き上げた潤滑油をも軸受けに供給できる利点があり、後者の場合には反射部材の回転抵抗を低減できる利点がある。

本発明によれば、簡単な構成でもって、軸受け転動面の全面に十分な量の潤滑油を等しく供給することができる新規な軸受け装置が得られる。また、極低速域下でも的確な部位に潤滑油を供給することができる新規な軸受け装置が得られる。

以下、図面を参照して本発明を実施の形態により説明する。図１は、本発明による軸受け装置の一形態を示す断面図であり、図２は図１に示す装置の要部を示す斜視図である。また、図３はフィンの他の形状を示している。

図示のように、軸受け装置１は、回転軸１０とそれを支持する軸受け２０を備える。軸受け２０は任意の形態の軸受けであってよいが、ここでは、回転軸１０側に固定したインナリング２１とアウタリング２２との間にテーパーローラ２３を配置したテーパーローラ軸受けを示している。この形態の軸受け２０は、自動車の差動装置のサイドギヤ部において多く用いられる。図で、１１は動力伝達系を形成するサイドギヤを示し、１２はオイルシールを示すが、回転軸１０に備えられるこれらの部材は、本発明による軸受け装置を採用する部位に応じて、異なってくる。

軸受け２０に近接して、回転軸１０には本発明でいう「反射部材」としてのフィン３０が取り付けられる。３１はフィン３０を回転軸１０に固定するためのフランジを示すが、フィン３０が回転軸１０と共に回転することができれば、両者の固定手段は任意である。図２によく示すように、この例において、フィン３０は、回転軸１０への取り付け部３２よりも外周縁３３側が軸受け２０に近接する形状の曲面（例えば、Ｒ曲率が３００ｍｍ〜５００ｍｍ程度）を持つ、同形状の２枚の湾曲翼３４ａ，３４ｂで構成されており、２枚の湾曲翼３４ａ，３４ｂは回転軸１０の回転中心線Ｌに対して対称となるようにして配置されている。

図１において、４０は潤滑油（例えば、デファレンシャルオイル）の油槽であり、軸受け２０は下方部分が油槽４０に浸かっている。回転軸１０の回転によりテーパーローラ２３は自転と公転を行い、それに伴って、油槽４０の潤滑油は掻き上げられて側方に飛散する。図１に矢印で示すように、飛散した油滴Ｐはフィン３０を構成する湾曲翼３４ａ，３４ｂに捕捉されると共に、翼面で軸受け２０に向けて直接的に反射するか、翼面に沿って遠心力により移動した後に、軸受け２０に向けて移動する。それにより、飛散した油滴Ｐは軸受け２０の全面に向けて供給されることとなり、従来のように特別の掻き上げ手段やガイド手段を用いることなく、軸受け転動面の疲労特性・摩耗特性の向上を図ることが可能となる。

なお、図１、図２には、軸受け２０の一方の側面（左側）にフィン３０を設けたものを示したが、軸受け２０の使用環境によっては、他方の側面（右側）にフィン３０を設けてもよく、左右の両側に設けてもよい。また、図示のものでは、フィン３０はその湾曲翼３４ａ，３４ｂの外周縁３３側が油槽４０に入り込んでいるが、油槽４０に入り込まない大きさとしても、所期の目的は達成できる。さらに、湾曲翼３４も２枚であることは必須でなく、図３に示すように３枚の湾曲翼３４でフィン３０を形成してもよい。さらに、一枚の皿状の部材によりフィンを構成してもよい。

［実施例１］
３Ｌリヤドライブ車両用デファレンシャルユニットを用いて本発明による軸受け装置を実施した。軸受け装置には、図１、図２に示す形態のものを用いた。評価は高速モードと低減速モードがセットとなって１サイクルとなっている総合耐久試験を８６サイクル繰り返すことにより行った。

本耐久条件では、高速モードにおけるデファレンシャルオイルの高油温状態、および低減速モードにおける低速域での貧潤滑状態（油膜形性困難）を含んでいるため、本発明の装置の効果確認として適している。

表１に仕様と結果を示す。実施例１はサイドギヤシャフト上に円周方向で対角に２つフィンを設けた。フィンの諸元は、材質：フェノール樹脂、Ｒ曲率：４００ｍｍである。実施例２、３、４、５は実施例１のＲ曲率を３００ｍｍ，５００ｍｍ、２５０ｍｍ、５５０ｍｍとしたものである。また、実施例６は実施例１においてのフィンを１つにしたものである。比較例１は、フィンを２つとも削除したものである。

試験に供試したデファレンシャルオイルは本発明の効果をより顕著に著すために、現行よりさらに低粘度なオイルを試作（６０ｍｍ＾２／ｓ＠４０℃）し、本試験に供した。これは実際よりも過酷な条件での試験に相当する加速試験となる。

［評価］
低粘度なデファレンシャルオイルを用いた総合耐久試験において、フィンを設けない比較例１は早期に転動面のフレーキングが発生するのに対して、実施例１〜３は８６サイクル終了時点で軸受け部の損傷は全くなく、フィンの効果が確認できた。実施例４、５のものはフィンのＲ曲率が適正でなくフィンの無いもの（比較例１）よりは良好な耐久性を示したが、実施例１〜３のものよりは早い時点で転動面にフレーキングが生じた。このことから、フィンの曲率が略３００ｍｍ〜５００ｍｍの範囲であることにより、より良好な結果が得られることがわかる。また、実施例６は実施例１〜３とほぼ同じ程度の耐久性が得られたが、フィンが軸上でアンバランスであるため、異音を発生する問題があった。このことから、フィンは軸中心線に対称となるように配置することが有効であることがわかる。

［実施例２：回転速度と潤滑油量の関係］
実施例１で使用した装置と、特許文献１あるいは２に記載のように軸受けの近くに掻き上げリングと固定したオイルガイドとを設けて、掻き上げリングで掻き上げた潤滑油をオイルガイドにより軸受け部へ供給するようにした以外は実施例１と同様な装置を比較例装置として用意した。実施例１で利用したのと同じ低粘度の潤滑油を用い、同じ条件で運転して、２つの装置での軸受け部への潤滑油量（ｍｌ／ｍｉｎ）を低速域（０〜１０００ｒｐｍ）と高速域（４０００〜６０００ｒｐｍ）について測定した。その結果を図４のグラフに示す。

グラフから、本発明によるフィンを備えた軸受け装置は、特に低速域において、比較例装置に比べて潤滑油量が多くなっており、本発明の軸受け装置は、極低速域下でも効果的に機能することがわかる。

［実施例３：潤滑油粘度と潤滑油量との関係］
潤滑油として粘度が高粘度（７５Ｗ−１４０）のものを用いた以外は、実施例１と同様にして軸受け部への潤滑油量（ｍｌ／ｍｉｎ）を低速域（０〜１０００ｒｐｍ）と高速域（４０００〜６０００ｒｐｍ）について測定した。その結果を図５のグラフに示す。

グラフから、本発明によるフィンを備えた軸受け装置は、軸受けが飛散した潤滑油をフィンで反射して供給することから、比較例装置に比べて潤滑油量が多くなっており、本発明の軸受け装置の有効性を示している。特に低速域においての潤滑油量に差が出ており、高粘度の潤滑油を使用する差動装置における、極低速域下での少潤滑油量運転に本発明の軸受け装置は効果的に機能することがわかる。

本発明による軸受け装置の一形態を示す断面図。 図１に示す装置の要部を示す斜視図。 フィンの他の形状を示す図。 実施例と比較例における回転速度と潤滑油量の関係を示すグラフ。 実施例と比較例における潤滑油粘度と潤滑油量との関係を示すグラフ。

符号の説明

１…軸受け装置、１０…回転軸、２０…軸受け、２１…インナリング、２２…アウタリング、２３…テーパーローラ、１１…サイドギヤ、１２…オイルシール３０…「反射部材」としてのフィン、３２…フィンの回転軸への取り付け部、３３…フィンの外周縁、３４…湾曲翼、４０…潤滑油（例えば、デファレンシャルオイル）の油槽、Ｐ…油滴

Claims (6)

1. 回転軸を支持する軸受けと、該軸受けの軸方向近傍に配置され回転軸の回転により軸受けが掻き上げ飛散した潤滑油を再び軸受け方向へ反射する反射部材とからなることを特徴とする軸受け装置。
2. 反射部材は、軸への取り付け部よりも外周縁側が軸受けに近接する形状の曲面を持つフィンであることを特徴とする請求項１に記載の軸受け装置。
3. フィンの曲率が略３００ｍｍ〜５００ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項２に記載の軸受け装置。
4. ２枚以上のフィンが軸中心線に対称となるようにして配置してなることを特徴とする請求項２または３に記載の軸受け装置。
5. フィンの材質が熱硬化性樹脂であることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の軸受け装置。
6. 回転軸を支持する軸受けが差動装置のサイド軸受けであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の軸受け装置。

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