JP2006220254A - 転がり軸受及びこれを備えた歯車装置 - Google Patents

Abstract

【課題】防振層の剥離などの惧れがなく、かつ、軸受システムの剛性を所定に維持しながら、入出力のトルク変動やギヤのバックラッシュ等により生じる振動などがハウジングへ伝達することを効果的かつ確実に抑制する。
【課題解決手段】転がり軸受１０の外輪部材１３の外周面１４に、防振層１５を備えて構成される。防振層１５の表面及び裏面は、一方の凸部が他方の凹部に対応し、一方の凹部が他方の凸部と対応するように、凹凸形状に形成されている。したがって、防振層１５を介在させたため、入出力のトルク変動やギヤのバックラッシュ等により生じるギヤの噛み合い振動などが、ハウジング４へ伝達されることを抑制することができるのは勿論、防振層１５自体が弾性体（バネ）のように作用するため、より一層、上記効果を効果的かつ確実に奏することができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、転がり軸受に関し、例えば、自動車用トランスミッションにおけるギアの支持などに用いられる転がり軸受に関する。さらに、かかる転がり軸受を備えた歯車装置に関する。

従来、歯車装置の一例である自動車用のトランスミッションでは、図１１に示すように、入力或いは出力用のギヤ１や変速用ギヤ（図示省略）を備えた軸２が、例えば、ハウジング４に設けられる転がり軸受保持部４Ａに保持されている、玉軸受のような転がり軸受３を介してハウジング４に支持されている。転がり軸受３には、剛性や回転精度の向上のために所定の予圧（軸振れ、転動体の滑り、振動や騒音の防止のために、転動体と内外輪との間隙を調整すべく軸受に与えられるアキシャル荷重を言う）がかけられている。なお、軸２や転がり軸受３は、所定の強度が必要とされるため鉄鋼材で形成されており、ハウジング４は軽量化等が考慮されアルミニウム合金などで形成されている。

上記のような自動車用のトランスミッションでは、ギヤ同士の噛み合い振動やエンジンの振動などが、入力軸或いは出力軸、ギヤ、転がり軸受を介してハウジング（ケース）に伝達され、その結果、例えば入力軸或いは出力軸、ギヤ、ハウジングなどの部品が共振し、比較的大きな振動・騒音が発生してしまう惧れがある。

このため、例えば特許文献１、特許文献２に開示されるものでは、転がり軸受の外輪の外径面に環状溝を設け、この環状溝に弾性を有する吸振材を配し、かかる外輪の外径面をハウジングの内径に圧入することにより、転がり軸受からハウジングへの振動の伝達を低減しようとしている。

また、非特許文献１には、軸受の内輪部材や外輪部材の材料として制振材を用いた例が記載されている（図１２参照）。
しかし、特許文献１、特許文献２のように、転がり軸受の外輪の外径面の一部に形成した環状溝に樹脂を射出成形するものでは、ハウジング或いは外輪の僅かな変形によって外輪とハウジングとが直接接触してしまう惧れがあり、以って振動などがハウジングへ伝達されてしまう惧れがある。

このため、特許文献３、特許文献４、特許文献５に開示されるもののように、外輪部材の外周面全体に所定の厚みを有する樹脂材を施し、かかる外輪部材を備えた転がり軸受をハウジングに挿入することで、転がり軸受の外輪部材とハウジングとを非接触に保持するようにしたものがある。

しかしながら、樹脂材は、低剛性であるため、外輪部材の外周面全域に厚く樹脂材を施すことで転がり軸受の外輪部材とハウジングとを非接触に保持しようとすると、軸受システムとしての剛性が低下してしまう惧れがある。また、軸受システムとしての剛性の低下を抑制するために、外輪部材の外周面全域に薄く樹脂材を施した状態で転がり軸受をハウジングに挿入することも考えられるが、これでは、その挿入の際に、樹脂材が外輪部材から剥離してしまう惧れがあり、かかる場合には防振機能が低下してしまうことになる。
特開平８−８２３６２号公報 特開２０００−１２０６６９号公報 特開平８−９３７５９号公報 特開平５−５７５０３号公報 特開２０００−１４８４６２号公報 （株）セイシン 技術資料「セイシン合金 Ｍ２０５２の実施例」

本発明は、上記従来の実情に鑑みなされたもので、簡単かつ安価な構成でありながら、防振層の剥離などの惧れがなく、かつ、軸受システムの剛性を所定に維持しながら、入出力のトルク変動やギヤのバックラッシュ等により生じる振動などがハウジングへ伝達することを効果的かつ確実に抑制することができる転がり軸受及び該転がり軸受を備えた歯車装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するため、請求項１に記載の発明は、
転動体と、
回転中心内側から前記転動体を転動自在に支持する内輪部材と、
回転中心外側から前記転動体を転動自在に支持する外輪部材と、
を含んで構成される転がり軸受において、
前記外輪部材の外周部に、回転中心軸を通る断面において、表面の凸形状に対応して裏面が凹形状に形成され、表面の凹形状に対応して裏面が凸形状に形成された凹凸形状を有する金属製の防振層が備えられたことを特徴とする。

請求項２に記載の発明は、前記内輪部材の内周部に、前記凹凸形状を有する防振層が備えられたことを特徴とする。
請求項３に記載の発明は、
転動体と、
回転中心内側から前記転動体を転動自在に支持する内輪部材と、
回転中心外側から前記転動体を転動自在に支持する外輪部材と、
を含んで構成される転がり軸受において、
前記内輪部材の内周部に、回転中心軸を通る断面において、表面の凸形状に対応して裏面が凹形状に形成され、表面の凹形状に対応して裏面が凸形状に形成された凹凸形状を有する金属製の防振層が備えられたことを特徴とする。

請求項４に記載の発明は、
転動体と、
回転中心内側から前記転動体を転動自在に支持する内輪部材と、
回転中心外側から前記転動体を転動自在に支持する外輪部材と、
を含んで構成される転がり軸受において、
前記外輪部材の外周部に金属製の防振層が備えられると共に、該防振層の外周部に外周部材が備えられたことを特徴とする。

請求項５に記載の発明は、前記防振層が、回転中心軸を通る断面において、表面の凸形状に対応して裏面が凹形状に形成され、表面の凹形状に対応して裏面が凸形状に形成された凹凸形状を有することを特徴とする。

請求項６に記載の発明は、前記防振層が、基本組成として原子％で、Ｍｎ：７３％、Ｃｕ：２０％、Ｎｉ：５％、Ｆｅ：２％からなるＭｎベースの合金で構成されることを特徴とする。

請求項７に記載の発明に係る歯車装置は、請求項１から請求項６のいずれか１つに記載の転がり軸受を備え、前記内輪部材と連動するように回転軸が取り付けられ、前記外輪部材が前記防振層を介在してハウジングに取り付けられることを特徴とする。

駆動軸の回転はギヤの噛み合いにより被駆動軸に伝達されるが、その際、入出力のトルク変動やギヤのバックラッシュ等によりギヤの噛み合い振動などが転がり軸受を介してハウジングへ伝達され、比較的大きな振動・騒音を招く惧れがある。

しかし、請求項１から請求項７に記載の発明のように構成すると、そのギヤの噛み合い振動などが防振層により吸収されるため、ハウジングへ伝達される振動を抑制することができる。

更に、請求項１、２、３、５に記載の発明では、防振層を凹凸形状としたので、防振層自体が弾性体（バネ）のように作用するため、外輪部材の外周面と、これに対向するハウジングの内面と、の両面に、防振層を常に押し当てることができることになる。

このため、請求項１、２、３、５に記載の発明によれば、防振層の剥離などの問題を排除しつつ軸受システムの剛性を所定に維持することを可能にしながら、荷重や温度などの使用条件が変化しても、常にハウジングと外輪部材に防振層を接触させることができるため、入出力のトルク変動やギヤのバックラッシュ等により生じるギヤの噛み合い振動などが、転がり軸受を介してハウジングへ伝達されることを効果的かつ確実に抑制することができる。

また、請求項４、５に記載の発明では、防振層を備えたことによる作用効果を奏することは勿論、更に防振層を外周部材で覆うようにしたので、例えば、転がり軸受のハウジングへの挿入時における防振層の剥離・損傷などをより一層確実に防止しつつ軸受システムの剛性を所定に維持することを可能にしながら、入出力のトルク変動やギヤのバックラッシュ等により生じるギヤの噛み合い振動などが、転がり軸受を介してハウジングへ伝達されることを効果的かつ確実に抑制することができる。

以下、添付の図面を参照しつつ、本発明の一実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明に係る一の実施の形態に係る転がり軸受１０の断面図であり、かかる転がり軸受１０は、従来同様に、例えば図１１で説明した自動車用トランスミッションなどの歯車装置の軸２を、ハウジング４に回転自在に支持するためなどに利用される。なお、転がり軸受１０は、複数の転動体（例えば、玉、ころなど）１１をその外周部に設けられる転動面で転動自在に支持する内輪部材１２と、前記転動体１１をその内周部に設けられる転動面で転動自在に支持する外輪部材１３と、を含んで構成されている。転がり軸受１０には、従来同様に、剛性や回転精度の向上のために所定の予圧がかけられている。

ここで、本実施の形態に係る転がり軸受１０は、図１、図２に示すように、外輪部材１３の外周面１４に、防振層１５を備えて構成されている。かかる転がり軸受１０は、外輪部材１３の外周面１４に設けられた防振層１５を介して、例えば図１１で説明した自動車用トランスミッションなどの歯車装置のハウジング４に設けられる転がり軸受保持部４Ａに保持される。

なお、本実施の形態に係る防振層１５を構成する材料の一例としては、特開２００２−１４６４９８号公報、特開２００３−２５３３６９号公報、特開平１０−２８０１０９号公報に開示される、基本組成として原子％で、Ｍｎ：７３％、Ｃｕ：２０％、Ｎｉ：５％、Ｆｅ：２％からなるＭｎベースの合金を挙げることができる。他にも、所望の制振特性を達成することができるものであれば、成分の異なるＭｎベース合金や、Ｆｅベース合金などでも良い。

さらに、本実施の形態に係る防振層１５は、図２に示すように、当該防振層１５の表面及び裏面が、一方の凸部が他方の凹部に対応し、一方の凹部が他方の凸部と対応するように、凹凸形状に形成されている。

したがって、本実施形態によれば、所定の制振特性を有する金属製の凹凸形状の防振層１５を介在させたため、入出力のトルク変動やギヤのバックラッシュ等により生じるギヤの噛み合い振動、或いは転がり軸受１０の転動体１１が転動して通過する際に生じる振動などが、転がり軸受１０からハウジング４へ伝達されることを抑制することができるのは勿論、防振層１５自体が弾性体（バネ）のように作用するため、外輪部材１３の外周面１４と、これに対向するハウジング４の転がり軸受挿入部４Ａの内面と、の両面に、防振層１５を常に押し当てることができることになる。

このため、本実施形態によれば、転がり軸受１０のハウジング４への挿入時における防振層の剥離・損傷などを確実に防止しつつ軸受システムの剛性を所定に維持することを可能にしながら、荷重や温度などの使用条件が変化しても、常にハウジング４と外輪部材１３に防振層１５を接触させることができるため、入出力のトルク変動やギヤのバックラッシュ等により生じるギヤの噛み合い振動などが、転がり軸受を介してハウジングへ伝達されることを効果的かつ確実に抑制することができる。

なお、防振層１５の凹凸形状は、例えば、図３に示すように、凹凸部を複数設ける形状とすることができる。更に、凹凸形状を、例えば波形や台形の凹凸形状などの適宜の凹凸形状とすることができる。また、防振層１５は周方向において連続して存在させる構成に限定されるものではなく、周方向において、例えば等間隔に部分的に或いは断続的に存在させる構成とすることなども可能である。

次に、本発明に係る転がり軸受の第２の実施の形態について説明する。
第２の実施の形態に係る転がり軸受２０は、図４、図５に示すように、第１の実施の形態と同様に、外輪部材１３の外周面１４に凹凸形状の防振層２１を備えると共に、該防振層２１の外周側に、更に外周部材２２が設けられており、該外周部材２２と外輪部材１３との間に防振層２１が挟み込まれた構成となっている。なお、本実施の形態に係る防振層２１を構成する材料は、第１の実施形態に係る防振層１５と同様とすることができる。

従って、第２の実施形態によれば、所望の制振特性を有する防振層２１を備えたことにより、入出力のトルク変動やギヤのバックラッシュ等により生じるギヤの噛み合い振動、或いは転がり軸受２０の転動体１１が転動して通過する際に生じる振動などが、転がり軸受２０からハウジング４へ伝達されることを抑制することができる。

更に、本実施形態に係る防振層２１は、凹凸形状に形成されているので、防振層２１自体が弾性体（バネ）のように作用するため、外輪部材１３の外周面１４と、これに対向する外周部材２２の内面と、の両面に、防振層２１を常に押し当てることができることになる。

このため、本実施形態によれば、転がり軸受２０のハウジング４への挿入時における防振層の剥離・損傷などを確実に防止しつつ軸受システムの剛性を所定に維持することを可能にしながら、荷重や温度などの使用条件が変化しても、常に外周部材２２延いてはハウジング４と外輪部材１３に防振層２１を接触させることができるため、入出力のトルク変動やギヤのバックラッシュ等により生じるギヤの噛み合い振動などが、転がり軸受を介してハウジングへ伝達されることをより一層効果的かつ確実に抑制することができる。

更に、防振層２１を外周部材２２で覆うようにしたので、防振層をより確実に保護できるため、防振層の剥離・損傷などをより一層確実に防止しつつ軸受システムの剛性を所定に維持することを可能にしながら、入出力のトルク変動やギヤのバックラッシュ等により生じるギヤの噛み合い振動などが、転がり軸受を介してハウジングへ伝達されることを効果的かつ確実に抑制することができる。

ところで、第２の実施の形態に係る防振層２１の凹凸形状も、第１の実施の形態に係る防振層１５と同様に、凹凸部を複数設ける形状とすることができると共に、凹凸形状を、例えば波形や台形の凹凸形状など適宜の凹凸形状とすることができる。また、防振層２１を周方向において連続して存在させる構成に限定されるものではなく、周方向において、例えば等間隔に部分的に或いは断続的に存在させる構成とすることなども可能である。

続けて、本発明に係る転がり軸受の第３の実施の形態について説明する。
なお、第１の実施の形態と共通する部分については同一の符号を付して詳細な説明は省略し、異なる部分についてのみ説明することとする。
第３の実施の形態に係る転がり軸受３０は、図６、図７に示すように、外輪部材１３の外周面１４に、所望の制振特性を有する防振層３１を備えると共に、該防振層３１の外周側に外周部材３２が設けられており、該外周部材３２と外輪部材１３との間に防振層３１が挟み込まれた構成となっている。なお、本実施の形態は、凹凸形状を持たない防振層３１を外周部材３２と外輪部材１３との間に挟み込んだ場合の一形態である。該防振層
３１を構成する材料は、第１の実施形態に係る防振層１５と同様とすることができる。

かかる構成を備えた第３の実施の形態に係る転がり軸受３０によれば、所望の制振特性を有する防振層３１を備えたことにより、入出力のトルク変動やギヤのバックラッシュ等により生じるギヤの噛み合い振動、或いは転がり軸受３０の転動体１１が転動して通過する際に生じる振動などが、転がり軸受３０からハウジング４へ伝達されることを抑制することができる。

更に、防振層３１を外周部材３２で覆うようにしたので、転がり軸受３０のハウジング４への挿入時における防振層の剥離・損傷などを確実に防止しつつ軸受システムの剛性を所定に維持することを可能にしながら、入出力のトルク変動やギヤのバックラッシュ等により生じるギヤの噛み合い振動などが、転がり軸受を介してハウジングへ伝達されることを効果的かつ確実に抑制することができる。

なお、防振層３１は、周方向において連続して存在させる構成に限定されるものではなく、周方向において、例えば等間隔に部分的に或いは断続的に存在させる構成とすることなども可能である。

ところで、上記各実施の形態では、外輪部材の外周に防振層を設ける構成として説明したが、内輪部材の内周側に防振層を設ける構成とすることも可能である。また、防振層を、外輪部材の外周と内輪部材の内周の両方に設けることも可能である。

ここにおいて、上記第１の実施の形態に係る凹凸形状の防振層１５を外輪部材１３の外周面１４に備えた転がり軸受１０の回転性能試験を行った結果（振動データ）と、従来の標準的な転がり軸受の回転性能試験結果（振動データ）と、を比較した図を、図８に示しておく。なお、かかる回転性能試験は、図１０に示すような、試験軸受を組み込んだトランスミッションのハウジング外径部に振動データ検出用の加速度ピックアップを取り付けた試験装置により行った。

図８において、曲線Ａが第１の実施の形態に係る転がり軸受１０の振動値を示し、曲線Ｂが従来の防振層を持たない標準的な転がり軸受の振動値を示す。図８の曲線Ａ，Ｂから理解されるように、第１の実施の形態に係る転がり軸受１０は、従来の防振層を持たない標準的な転がり軸受に比べて、振動値が低く、振動抑制効果があることがわかる。

また、上記第２の実施の形態に係る外周部材２２と外輪部材１３との間に凹凸形状に形成された防振層２１を挟み込んだ構成の転がり軸受２０の回転性能試験を行った結果（振動データ）と、従来の標準的な転がり軸受の回転性能試験結果（振動データ）と、を比較した図を、図９に示しておく。なお、かかる回転性能試験は、上述した図１０に示した試験装置により行った。

図９において、曲線Ｃが第２の実施の形態に係る転がり軸受２０の振動値を示し、曲線Ｂが従来の防振層を持たない標準的な転がり軸受の振動値を示す。図９の曲線Ｂ，Ｃから理解されるように、第２の実施の形態に係る転がり軸受２０は、従来の防振層を持たない標準的な転がり軸受に比べて、振動値が低く、振動抑制効果があることがわかる。

本発明の第１の実施の形態に係る転がり軸受の断面図である。 同上実施の形態に係る転がり軸受の一部を拡大した断面図である。 同上実施の形態に係る転がり軸受の防振層の形状の他の一例を示した断面図である。 本発明の第２の実施の形態に係る転がり軸受の断面図である。 同上実施の形態に係る転がり軸受の一部を拡大した断面図である。 本発明の第３の実施の形態に係る転がり軸受の断面図である。 同上実施の形態に係る転がり軸受の一部を拡大した断面図である。 上記第1の実施の形態に係る転がり軸受と従来の防振層を持たない標準的な転がり軸受の回転性能試験結果（振動データ）を比較した図である。 上記第２の実施の形態に係る転がり軸受と従来の防振層を持たない標準的な転がり軸受の回転性能試験結果（振動データ）を比較した図である。 図８及び図９の回転性能試験を行った試験装置の概要を示す図である。 従来の転がり軸受が利用されている自動車用のトランスミッションの一例の一部を示す断面図である。 非特許文献１に開示される従来の制振材による振動騒音に関わる加速度の低減効果を示す図である。

符号の説明

４ ハウジング
１０、２０、３０ 転がり軸受
１１ 転動体（ボール）
１２ 内輪部材
１３ 外輪部材
１５、２１、３１ 防振層
２２、３２ 外周部材

Claims (7)

1. 転動体と、
   回転中心内側から前記転動体を転動自在に支持する内輪部材と、
   回転中心外側から前記転動体を転動自在に支持する外輪部材と、
   を含んで構成される転がり軸受において、
   前記外輪部材の外周部に、回転中心軸を通る断面において、表面の凸形状に対応して裏面が凹形状に形成され、表面の凹形状に対応して裏面が凸形状に形成された凹凸形状を有する金属製の防振層が備えられたことを特徴とする転がり軸受。
2. 前記内輪部材の内周部に、前記凹凸形状を有する防振層が備えられたことを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受。
3. 転動体と、
   回転中心内側から前記転動体を転動自在に支持する内輪部材と、
   回転中心外側から前記転動体を転動自在に支持する外輪部材と、
   を含んで構成される転がり軸受において、
   前記内輪部材の内周部に、回転中心軸を通る断面において、表面の凸形状に対応して裏面が凹形状に形成され、表面の凹形状に対応して裏面が凸形状に形成された凹凸形状を有する金属製の防振層が備えられたことを特徴とする転がり軸受。
4. 転動体と、
   回転中心内側から前記転動体を転動自在に支持する内輪部材と、
   回転中心外側から前記転動体を転動自在に支持する外輪部材と、
   を含んで構成される転がり軸受において、
   前記外輪部材の外周部に金属製の防振層が備えられると共に、該防振層の外周部に外周部材が備えられたことを特徴とする転がり軸受。
5. 前記防振層が、回転中心軸を通る断面において、表面の凸形状に対応して裏面が凹形状に形成され、表面の凹形状に対応して裏面が凸形状に形成された凹凸形状を有することを特徴とする請求項４に記載の転がり軸受。
6. 前記防振層が、基本組成として原子％で、Ｍｎ：７３％、Ｃｕ：２０％、Ｎｉ：５％、Ｆｅ：２％からなるＭｎベースの合金で構成されることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか１つに記載の転がり軸受。
7. 請求項１から請求項６のいずれか１つに記載の転がり軸受を備え、前記内輪部材と連動するように回転軸が取り付けられ、前記外輪部材が前記防振層を介在してハウジングに取り付けられることを特徴とする歯車装置。
   

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