JP2007032612A - ころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】 潤滑を良好に保つことができ、焼き付きを防止することができる、簡単な構成のころ軸受を提供すること。
【解決手段】 内輪３と外輪２の間に、円錐ころ４をポケット５ａに転動自在に保持した保持器５を有し、この保持器５に、潤滑油を保持するための潤滑油保持構造を設けている。潤滑油保持構造は、保持器５の大径側端部の外端面５ｅに周方向に設けた凹溝５１、又は複数の穴５２である。また、潤滑油保持構造は、保持器５の大径側端部の、ポケット５ａを形成する内端面５ｆに設けた複数の穴５３、又は所定方向の複数本の凹溝５４である。
【選択図】 図２

Description

本発明は、鉄道車両の駆動装置や車軸、自動車のデファレンシャルギヤ等、機械装置全般の回転支持部を構成するころ軸受に関し、特に、これら車両用のトランスミッションの回転支持部において、潤滑油量が少ない場合や短時間で枯渇する場合、あるいは潤滑装置が故障した場合に、ころ軸受に発生する焼き付きやかじりの防止を図った改良に関するものである。

従来より、各種機械装置の回転支持部にはころ軸受が組み込まれているが、この回転支持部が大きな荷重に耐えられるように、ころ軸受の転動体として円筒ころ、円錐ころ、あるいは球面ころが用いられている。

このような、大きなラジアル荷重及びアキシアル荷重が負荷される回転支持部に組み込まれるころ軸受の一例として、円錐ころ軸受を図１２及び図１３に示している。同図において、円錐ころ軸受１０は、内周面に円錐凹面状の外輪軌道２ａを有する外輪２と、外周面に円錐凸面状の内輪軌道３ａを有する内輪３と、これら外輪軌道２ａと内輪軌道３ａとの間に保持器７によって転動自在に設けた複数の円錐ころ４とから構成されている。これら各円錐ころ４の外周面は、上記外輪軌道２ａ及び内輪軌道３ａに接触する円錐凸面状の転動面４ｂとされている。また、内輪３には、その外周面両端部のうち、大径側端部には大径側鍔部３ｂが、小径側端部には小径側鍔部３ｄがそれぞれ形成されている。

上記のような円錐ころ軸受１０の各円錐ころ４は、運転時において、図１３に示すように、外輪軌道２ａ及び内輪軌道３ａの大径側に片寄った状態で、自転しつつ保持器７と共に公転して、外輪２と内輪３の相対回転を自在にしている。このような円錐ころ軸受１０の運転時に、各円錐ころ４の大径側端面である頭部４ａと内輪３の大径側鍔部３ｂの内側面３ｃ（図１２も参照、以後、内輪大鍔面３ｃと言う）とは、図１４に斜格子で示すような、楕円形状の接触部８で接触する。

これはヘルツの弾性接触理論としても知られている。
しかしながら、従来の上記円錐ころ軸受１０においては、円錐ころ４の頭部４ａと内輪大鍔面３ｃとの接触部８での接触状態は、滑りを伴う転がり接触となり、摩擦を抑える面からは厳しい条件であるため、軸受１０に供給される潤滑油が過少であったり、枯渇したりすると、焼き付き等の損傷を引き起こす可能性があった。

このような焼き付き等の損傷は、円錐ころ軸受１０だけではなく、他の種類のころ軸受でも各所で発生する可能性があるが、やはり最も条件が厳しく、損傷が発生し易いのは、上述した円錐ころ４の頭部４ａと内輪大鍔面３ｃとの接触部８ということができる。

特に、自動車のトランスミッションに用いられる円錐ころ軸受において、この現象が生じ易い。自動車のトランスミッションは、図１５に示すように（特許文献１）、外輪２がトランスミッションのハウジング１１の内周面１１ａに、内輪３がカウンタシャフト１２にそれぞれ嵌合され、カウンタシャフト１２には変速ギヤ１５が外嵌されている。ハウジング１１の底１３には潤滑油１４が溜まるようになっている。

この構成において、潤滑油１４の使用量や潤滑油１４の攪拌抵抗を減少させるために潤滑油量のレベルを下げることがある。このため、回転時には、はねかけにより潤滑油１４を円錐ころ軸受に供給できても、低温始動時には、粘度が高くなり流動性が低下し、円錐ころを十分に潤滑できなくなって、焼き付き等の早期破損が発生することがある。

こうした焼き付きは、鉄道車両や自動車において、特に冬期の低温時に始動する時に発生し易い。鉄道車両や自動車の走行中においては、軸の回転に伴う油の攪拌効果等で潤滑油がころ軸受に飛散して潤滑されるし、一旦停止後、すぐに再起動する場合には、軸受の軌道面に残っている潤滑油が潤滑効果を維持することができる。しかし、一旦停止して、かなり時間が経過した後、再起動した場合には、時間経過により重力で潤滑油が軌道面から落下してしまい、始動に必要な潤滑油が残っていないため、焼き付きが発生することがある。

上記のような不具合を改善するために種々の提案がなされている。例えば、特許文献２においては、内輪の大鍔逃げ部（図１３の３ｅに相当、ころ頭部逃げ溝）に固形油潤滑剤を充填することにより、上記接触部の潤滑不足を補っている。

また、特許文献３においては、円錐ころの中心軸を中心とした貫通穴を設けることで、遠心力により潤滑油が貫通穴を通り、円錐ころ端面側に流れ易くし、内輪大鍔面ところ頭部の接触部での潤滑不足を改善しようとしている。

また、特許文献４においては、内輪の大鍔逃げ部に対応する円錐ころの角部に凹部を設けて油溜まりを作ることで、ころ頭部と内輪大鍔面の接触部での潤滑不足を改善しようとしている。

しかし、これら特許文献３及び４においては、運転停止時に、重力により潤滑油が軸受外に流れ易く、運転再開時には、円錐ころ頭部と内輪大鍔面の接触部等において潤滑不足になり易いという問題点があった。
特開平８−１３５６６６号公報 特開２００３−１５６０５６号公報 特開２００２−６１６５５号公報 実開平５−３８４２１号公報

本発明は、上述した従来の不具合を改善して、運転中だけではなく、冬期等の低温時や始動時の潤滑油が各部に行き届き難い条件下においても、特に、ころ頭部と内輪大鍔面との接触部での潤滑を良好に保つことができ、焼き付きを防止することができる、簡単な構成のころ軸受を提供することを課題としている。

上記課題を達成するために、本発明では、内輪と外輪の間に、複数のころをポケットに各々転動自在に保持した保持器を有し、前記内外輪ところの接触部を潤滑油で潤滑するころ軸受において、前記保持器に、前記潤滑油を保持するための潤滑油保持構造を設けたことを特徴としている。

前記潤滑油保持構造は、前記保持器の大径側端部の外端面に設けた凹溝（又は複数の穴）、あるいは、大径側端部の、ポケットを形成する内端面に設けた複数の穴（又は所定方向の複数本の凹溝）、あるいは、前記保持器の大径側端部と小径側端部とが周方向に各々一体的に連結された２つの層の間に配設された空間であることが好ましい。

本発明は、以上のように構成されており、保持器の潤滑油保持構造に潤滑油が保持され易いので、ころ軸受の運転中だけでなく、冬期等の低温時や停止時間がかなり経過した後の始動時等、潤滑油が各部に行き届き難い条件下においても、潤滑油保持構造に保持されていた潤滑油が軸受内部にすぐに供給され、ころ頭部と内輪大鍔面の接触部等に焼き付きが生じるのを防止することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は本発明の各実施形態について共通の円錐ころ軸受の軸方向断面図、図２は本発明の第１の実施形態の保持器の斜視図、図３は第１の実施形態の保持器の変形例の斜視図である。

本発明は、あらゆるころ軸受に適用できるが、図１に示す円錐ころ軸受１を実施形態として説明する。

先ず、第１の実施形態について図１及び図２を参照して説明する。円錐ころ軸受１は、円錐状の軌道面２ａを内周側に有する外輪２と、円錐状の軌道面３ａを外周側に有し、この軌道面３ａの大径側に大鍔部３ｂを有する内輪３と、外輪２の軌道面２ａと内輪３の軌道面３ａとの間に転動自在に配設した複数の円錐ころ４と、この円錐ころ４を周方向に所定間隔で保持する保持器５とを備えている。この円錐ころ軸受１を使用するときには、内輪３と外輪２との間に潤滑油を供給している。

保持器５は大径側の円環状端部５ａと小径側の円環状端部５ｂと、これら両端部間を一体に接続する複数の柱部５ｄとから成る。 保持器４は全体として図２に示すように、円錐台状であり、隣り合う柱部５ｄ間に周方向にわたって、円錐ころ４を回転自在に保持するための複数のポケット５ｃを等間隔に形成している。その大径側の端部５ａの外端面５ｅには、潤滑油保持構造としての環状凹溝５１が周方向に設けられている。図１１に示す従来の保持器７と比較すると構成の違いを確認することができる。図１１において、７ａは複数のポケットである。

上記構成において、円錐ころ軸受１に供給された潤滑油は、運転中には、保持器５の凹溝５１内に保持され易くなっているため、円錐ころ４の頭部４ａと内輪３の大鍔部３ｂの内側面３ｃ（内輪大鍔面３ｃ）との接触部（図１及び図１４の斜格子部８を参照）が潤滑されて、この部分での磨耗を極力抑えることができる。

また、運転中に、保持器５の凹溝５１内に潤滑油が保持されており、この状態で一旦停止後、時間が経過して再起動した場合でも、従来ならば重力により鍔面のない側から潤滑油が流出し易い状況であるが、保持器５の凹溝５１内には潤滑油が保持されたままになっているので、再起動で保持器５が回転するのに伴って、保持されていた潤滑油が遠心力で軸受内部に供給され、始動時の潤滑を行うことができる。

このため、冬期等の低温時や、停止時間がかなり経過した後の始動時において、軸受内部に潤滑油が供給されるまでの間に、円錐ころ４の頭部４ａと内輪大鍔面３ｃとの接触部（図１及び図１４の斜格子部８を参照）に焼き付きが生じるといった不具合を防止することができる。

また、この第１の実施形態は、上記の如く、保持器５の大径側端部５ａの外端面５ｅに潤滑油保持構造を設けたものであるが、これは凹溝５１に限らず、図３に示す第１の実施形態の保持器の変形例として、大径側端部５ａの外端面５ｅに複数の円形の穴５２を設けた構成にすることもできる。

保持器の変形例を使用したこの構成においても、この円形の穴５２に潤滑油を保持することができるので、上記第１の実施形態と同様の効果を期待することができる。

次に、本発明の第２の実施形態について、図４〜図７を参照して説明する。

図４は本発明の第２の実施形態の保持器の構造説明図、図５は第２の実施形態の保持器の第１変形例についての構造説明図、図６は第２の実施形態の保持器の第２変形例についての構造説明図、図７は第２の実施形態の保持器の第３変形例についての構造説明図である。

この第２の実施形態は、上記第１の実施形態と略同様であって、同一部材には同一番号を付しており、重複する説明は省略する。第１実施形態と異なっているのは、図４に示すように、保持器の構造のみであるので、図１が適用される。

第２実施形態において、保持器５の大径側端部５ａの、ポケット５ｃに面する内端面５ｆに、潤滑油保持構造としての複数の溜り穴５３を設けてある。図４（ａ）は、図４（ｂ）、図４（ｃ）においてＡ方向から見たＡ矢視部分図、図４（ｃ）は部分斜視図である。穴５３の大きさは限定されるわけではなく、比較的大きい場合は、少数、小さい場合は多く設けることができる。

この構成において、円錐ころ軸受１の運転中に、溜り穴５３に潤滑油が保持され易くなるので、上記第１の実施形態と同様に、長時間停止後、再起動した場合でも、円錐ころ４の頭部４ａと内輪大鍔面３ｃの接触部に焼き付きが生じるのを防止することができる。

また、保持器５の大径側端部５ａの、ポケット５ｃに面する内端面５ｆに設ける潤滑油保持構造は留まり穴５３に限定されるわけではなく、図５に示す第２の実施形態の保持器の第１変形例として、複数の凹溝５４を径方向に設けた構成にすることもできる。この複数の凹溝５４の設ける方向はこれに限らず、例えば、図６に示す第２の実施形態の保持器の第２変形例としてポケット５ｃの大径側内端面５ｃに斜め方向に配設した斜め溝５５としても良い。

さらに、図７に示す第２の実施形態の保持器の第３変形例として、凹溝を保持器５の大径側端部５ａの、ポケット５ｃに面する内端面５ｆに周方向に設けた周溝５６とすることもできる。

以上のような第２の実施形態の保持器の各変形例の構成においても、図４に示した第１の実施形態と同様の効果を期待することができる。

次に、本発明の第３の実施形態について、図８〜図１０を参照して説明する。

図８は本発明の第３の実施形態の保持器の斜視図、図９は第３の実施形態の保持器の断面構成を示す部分斜視図、図１０は第３の実施形態の変形例を示す保持器の部分斜視図である。

この第３の実施形態は、保持器以外は図１に示す第１実施形態と同じである。第３実施形態の保持器５０の全体形状は、図８に示すように、図１１に示す従来の保持器７と同様であるが、異なっているのは、全体が径の異なる全体として円錐台形状の外側層５０ｂと内側層５０ｃの２層構造になっていて、この２層５０ｂ，５０ｃ間に空間６が設けられている点である。この外側層５０ｂと内側層５０ｃは、図９にも示すように、保持器５０の小径側の周端５０ｄと、大径側の周端５０ｅとで各々一体的に連結されていて、保持器５０の各部分は全体として箱型になるように構成されている。５０ａはポケットである。

この構成において、円錐ころ軸受１の運転中に、箱型の内部、即ち空間６に潤滑油が保持され易くなるので、上記第１の実施形態と同様に、長時間停止後、再起動した場合でも、保持器５０の回転に伴う遠心力で潤滑油が軸受内に供給され、円錐ころ４頭部と内輪大鍔面３ｃの接触部に焼き付きが生じるのを防止することができる。

尚、上記第３の実施形態では、外側層５０ｂと内側層５０ｃとは一体的に成形されていたが、この構成に限らず、図１０に示す第３の実施形態の変形例として、外側層５０ｂと内側層５０ｃの鋼板を、入れ子状に組み合わせてかしめることにより箱型を形成することもできる。

本発明の実施形態を示す円錐ころ軸受の軸方向断面図である。 本発明の第１の実施形態の保持器の斜視図である。 第１の実施形態の保持器の変形例を示す斜視図である。 本発明の第２の実施形態の保持器の構造説明図である。 第２の実施形態の保持器の第１変形例を示す構造説明図である。 第２の実施形態の保持器の第２変形例を示す構造説明図である。。 第２の実施形態の保持器の第３変形例を示す構造説明図である。 本発明の第３の実施形態の保持器の斜視図である。 図８の保持器の断面構成を示す部分斜視図である。 第３の実施形態の保持器の変形例を示す部分斜視図である。 従来の円錐ころ軸受の保持器を示す斜視図である。 従来の円錐ころ軸受を示す斜視部分断面図である。 従来の円錐ころと内外輪との位置関係を示す軸方向断面図である。 ころ頭部と内輪大鍔部の接触状態を示す図１３のＢ矢視図である。 従来の円錐ころ軸受を備えた自動車用トランスミッションの軸方向部分断面図である。

符号の説明

１：円錐ころ軸受
２：外輪
２ａ：外輪軌道面
３：内輪
３ａ：内輪軌道面
３ｂ：大鍔部
３ｃ：内輪大鍔面
４：円錐ころ
４ａ：ころ頭部
５，５０：保持器
５ａ：大径側の端部
５ｂ：小径側の終端部
５ｃ：ポケット
５ｄ：柱部
５ｅ：外端面
５ｆ：内端面
５１，５４：凹溝
５２，５３：穴
５５：斜め溝
５６：周溝
６：空間

Claims (5)

1. 内輪と外輪の間に、複数のころをポケットに各々転動自在に保持した保持器を有し、前記内外輪ところの接触部を潤滑油で潤滑するころ軸受において、
   前記保持器に、前記潤滑油を保持するための潤滑油保持構造を設けたことを特徴とするころ軸受。
2. 前記潤滑油保持構造を有する保持器を具備しており、車両用トランスミッションに用いられることを特徴とする請求項１記載のころ軸受。
3. 前記潤滑油保持構造は、前記保持器の大径側端部の外端面に周方向に設けた凹溝、又は複数の穴であることを特徴とする請求項１、又は２記載のころ軸受。
4. 前記潤滑油保持構造は、前記保持器の大径側端部の、ポケットを形成する内端面に設けた複数の穴、又は所定方向の複数本の凹溝であることを特徴とする請求項１又は２記載のころ軸受。
5. 前記潤滑油保持構造は、前記保持器の大径側終端部と小径側終端部とが周方向に各々一体的に連結され、間に空間を形成する２つの円錐台状層から成る箱型に成形されていることを特徴とする請求項１、又は２記載のころ軸受。

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