JP2007040512A - 円錐ころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】 潤滑を良好に保つことができ、焼き付きが生じるのを防止することができる、簡単な構成の円錐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をポケットに転動自在に保持した保持器５、又は保持器５と内輪３の両方に潤滑油１４を保持するための潤滑油保持構造を設けている。保持器５の潤滑油保持構造は、保持器５の大径側周端部に内輪３側へ突出するように設けた鍔部５ｅである。また鍔部５ｅと、保持器５の小径側端部と内輪３との間の径方向の距離Ｌ１を、小径側端部と外輪２の外側端部２ｂとの間の径方向の距離L２よりも大きく設定したもの、あるいは、内輪３の大鍔部３ｂの円錐ころ４の頭部４ａに接触する面の延長上に、保持器５側に突出するように設けた突起部３ｆの何れか、又はその両方を組み合わせて用いる。
【選択図】 図１

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円錐ころ軸受に関し、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、潤滑油周辺の凍結および雰囲気温度の低下による潤滑油の高粘度化により、潤滑油量が少ない場合や潤滑油が少ないために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、円錐ころ軸受に発生する焼き付きやかじりを防止するための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６及び図７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７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６も参照、以後、内輪大鍔面３ｃと言う)とは、図８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、発熱が大きい接触条件であるため、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る。

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。

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潤滑油周辺が凍結したり、粘度が高く潤滑油の流動性が低下した状態で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、その構造上潤滑油が溜まる場所が少ないと、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、潤滑油の供給に時間がかかり焼き付きが発生することがある。

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９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、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、潤滑油の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。

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１においては、内輪の大径部に固定された芯金と、外輪の側端部に接触するシールリップ部とを有するシール部材を用いて、このシールリップ部と外輪から成る構造に潤滑油を溜めることで、軸受の運転停止時にも潤滑油が流れ出ないようにしていた。

しかし、使用用途によっては、シール部材を組み込むことが困難になる場合があり、組み込み工程上の問題点がある。

また、特許文献２においては、保持器の大径側端部近傍に径方向外側に突出する鍔部を形成すると共に、保持器ポケットの大径側端部に凹部を形成することにより、軸受の運転時に、内輪大鍔面と円錐ころ大端面との接触部に向う潤滑油の流れを形成している。

しかし、運転停止時に、重力により潤滑油が軸受外に流れ易くなるという従来の問題点を十分に解決することはできず、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２００３−２５４３３８号公報 特開平１１−３２５０８７号公報

そこで、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、円錐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、簡単な構成の円錐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、複数の円錐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、前記内外輪と円錐ころの接触部を潤滑油で潤滑する円錐ころ軸受において、前記保持器、又は保持器と前記内輪の両方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。

この保持器の潤滑油保持構造は、保持器の大径側周端部に、前記内輪側へ突出するように設けた鍔部であって、前記保持器の小径側端部と前記内輪との間の径方向の距離を、小径側端部と前記外輪の外側端部との間の径方向の距離よりも大きく設定したもの、あるいは、前記内輪の大鍔部の前記円錐ころの頭部に接触する面の延長上に、前記保持器側に突出する形で土手状に設けた突起部の何れか、又はその両方の潤滑油保持構造を組み合わせて用いることが好ましい。

また、好適には、前記潤滑油保持構造は、前記保持器の小径側周端部に、前記外輪側へ突出するように設けた鍔部から成り、当該鍔部には、仕切り部が設けてある。

さらに、好適には、前記潤滑油保持構造は、前記保持器の小径側周端部に、前記外輪側へ突出するように設けた鍔部から成り、当該鍔部には、凹部が設けてある。

本発明は、以上のように構成されており、円錐ころの潤滑油保持構造である保持器の鍔部の部分に潤滑油が溜まり易く、軸受の運転中に潤滑油が遠心力により軸受外へ流れ出るのを防止することができるとともに、軸受の運転中だけではなく、冬期低温時や停止後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、鍔部の部分に溜まっていた潤滑油が軸受内部にすぐに供給され、特に、円錐ころ頭部と内輪大鍔面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、潤滑油保持構造は、保持器の小径側周端部に、外輪側へ突出するように設けた鍔部から成り、当該鍔部には、仕切り部又は凹部が設けてある。そのため、シールを必要とせずに、保持器の小径側端部に油溜まりを持つため、軸受静止時において、潤滑油が流れ出ることを防ぎ、軸受内部に潤滑油が存在する時間を増大することができる。

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は本発明の第１の実施形態を示す円錐ころ軸受の軸方向断面図である。

先ず、本発明の第１の実施形態について図１を参照して説明する。同図において、円錐ころ軸受１は、内周側に円錐状の軌道面２ａを有する外輪２と、外周側に円錐状の軌道面３ａを有し、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をポケット５ａにて周方向に所定間隔で保持する保持器５とを備えている。円錐ころ４は、内輪３の大鍔部３ｂによって案内され、ラジアル荷重と一方向のアキシアル荷重とを負荷することができる。内輪３は、その大鍔部３ｂと軌道面３ａとの間には逃げ部３ｅが設けられており、図示しない回転軸に外嵌・固定されている。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は軸方向両端に大径側の環状端部５ｂと小径側の環状端部５ｃと、これら端部間を接続しポケット５ａを形成する柱部５ｄとから成る。保持器５の大径側の周端部５ｂには、その軸方向の断面形状が内輪大鍔部３ｂ側へ突出した形状の潤滑油保持構造をなす鍔部５ｅが形成されている。

上記構成において、円錐ころ軸受１の運転中には、保持器５の小径側から遠心力により押し流されてきた潤滑油１４は、鍔部５ｅによって堰止められるので、潤滑油１４が軸受１外へ流れ出すのを防止することができる。このため、軸受１の運転中に、内輪大鍔部３ｂに潤滑油１４を十分に供給することができ、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８の斜格子部８を参照)が潤滑されて、この部分での摩耗を極力抑えることができる。

また、運転中に、保持器５の環状端部５ｂと鍔部５ｅとで出来る環状の溝に潤滑油１４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１４が流出し易い状況であるが、再起動で円錐ころ４が回転するのに伴って、環状端部５ｂと鍔部５ｅとで出来る環状の溝に保持されている潤滑油１４が軸受１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、冬期低温時や、停止後時間がかなり経過した後の始動時において、軸受１内部に潤滑油１４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。

尚、上記第１の実施形態は、本発明の一実施形態に過ぎず、これに限定されるわけではない。本発明の円錐ころ軸受１は、少なくとも、外輪２、内輪３、外輪２と内輪３との間に組み込まれる複数個の円錐ころ４、及び円錐ころ４を保持する保持器５によって構成されており、保持器５の大径側端部に、内輪大鍔部３ｂ側へ折れ曲がった鍔部５ｅを形成したことを特徴とするもので、鍔部５ｅの部分の断面形状は上記第１の実施形態のようなＬ字形状に限定されるわけではなく、潤滑油１４が溜まり易いような形状であれば他の形状であっても良い。

また、上記第１の実施形態では、単列の円錐ころ軸受１を用いて説明したが、複列の円錐ころ軸受であっても良く、メートル系、インチ系の何れも対象にすることができ、大きさの限定はされない。

次に、第２の実施形態について、図２を参照して説明する。図２は本発明の第２の実施形態を示す円錐ころ軸受の軸方向断面図である。

第２の実施形態は、上記第１の実施形態と略同様であり、同一部材には同一番号を付して、重複する説明は省略する。第１の実施形態と異なっているのは、図２に示すように、保持器５の小径側の環状端部５ｃと内輪３の小鍔部３ｄとの間の径方向の距離L１を、小径側端部５ｃと外輪２の外側端部２ｂとの間の径方向の距離L２よりも大きく取る、という構成を潤滑油保持構造として採用している点である。

この構成により、軸受１内の潤滑油が保持器５の距離L１を取っている側に流れ込み易いので、軸受１の運転中は遠心力で、又停止時は重力により、保持器５の鍔部５ｅに潤滑油１４が溜まり易くなる。したがって、上記第１の実施形態と同様に、潤滑油を内輪大鍔面３ｃに供給する効果をさらに高めることができる。

尚、上記第２の実施形態では、単列の円錐ころ軸受１を用いて説明したが、複列の円錐ころ軸受であっても良く、メートル系、インチ系の何れも対象にすることができ、大きさの限定はされない。

次に、第３の実施形態について、図３を参照して説明する。図３は本発明の第３の実施形態を示す円錐ころ軸受の軸方向断面図である。

第３の実施形態は、上記第１の実施形態と略同様であり、同一部材には同一番号を付して、重複する説明は省略する。第１の実施形態と異なっているのは、図３に示すように、別の潤滑油保持構造として、内輪大鍔部３ｂの円錐ころ４の頭部４ａに接触する面、即ち内輪大鍔面３ｃの延長上に環状の突起部３ｆを設けている点である。この突起部３ｆは、内輪大鍔部３ｂの外径よりもやや大きい外径を有し、保持器５側に鋭利に突出する形で土手状(鍔状)に設けられている。

この構成において、内輪３の回転に伴う遠心力によって、潤滑油が内輪大鍔部３ｂから外側へ流れ出る際、矢印Ａで示すように、潤滑油の流れは突起部３ｆによって規制されて保持器５の方へ飛散し易くなるので、内輪大鍔部３ｂから一旦離れた潤滑油１４が再び保持器５の鍔部５ｅの部分へ保持されていく流路が形成される。このため、上記第１の実施形態のように、保持器５の大径側の端部５ｂと鍔部５ｅとで出来る環状の溝に潤滑油１４を溜める効果をさらに高めることができる。

また、軸受１の停止時において、内輪３側の潤滑油が保持器５側へ垂れてくる際にも、突起部３ｆによってその流路が確保されるので、潤滑油１４が保持器５の大径側の端部５ｂと鍔部５ｅとで出来る環状の溝に溜まり易くなり、再起動時に、円錐ころ頭部と内輪大鍔面との接触部を潤滑する効果をさらに高めることができる。

尚、上記第３の実施形態では、内輪３の突起部３ｆは、その先端の断面形状が尖った形状となっているが、この先端部を厚みを有して軸方向に平坦な面、あるいは円弧状の円弧面等の形状とすることもでき、内輪３の潤滑油が突起部３ｆの先端まで流れてきた時に、保持器５方向へ飛散するよう適宜設計可能である。

内輪３の突起部３ｆは図２に示す第２実施の形態の円錐ころ軸受に形成しても良い。すなわち、図３に示す第３実施の形態において、保持器５の小径側の環状端部５ｃと内輪３の小鍔部３ｄとの間の径方向の距離Ｌ１を、小径側端部５ｃと外輪２の外側端部２ｂとの間の径方向の距離Ｌ２よりも大きく取る構成にして潤滑油保持構造として採用しても良い。

また、上記第３の実施形態では、単列の円錐ころ軸受１を用いて説明したが、複列の円錐ころ軸受であっても良く、メートル系、インチ系の何れも対象にすることができ、大きさの限定はされない。

次に、第４の実施形態について、図４を参照して説明する。図４（ａ）は、本発明の第４の実施形態を示す円錐ころ軸受の軸方向断面図であり、（ｂ）は、保持器の小径側の環状端部の部分的斜視図である。

本実施形態は、上記第１の実施形態と略同様であり、同一部材には同一番号を付して、重複する説明は省略する。

本実施の形態では、潤滑油保持構造は、保持器５の小径側の環状端部５ｃに、外輪側へ突出するように設けた鍔部５ｆから成り、この鍔部５ｆには、多数の仕切り部５ｇが設けてある。この鍔部５ｆと、仕切り部５ｇとの協働により、油保持空間が形成してある。

この油保持空間の作用は、保持器５の小径側の環状端部５ｃから重力により軸受外部に流れ出そうとする潤滑油が、軸受外へ流れ出すことを防ぎ、軸受回転時に内輪３の大鍔部３ｂに潤滑油を供給することができる。

すなわち、シールを必要とせずに、保持器５の小径側の環状端部５ｃに油溜まりを持つため、軸受静止時において、潤滑油が流れ出ることを防ぐことができ、これにより、軸受内部に潤滑油が存在する時間を増大することができる。

その他の構成、作用及び効果は、上述した実施の形態と同様である。

次に、第５の実施形態について、図５を参照して説明する。図５（ａ）は、本発明の第５の実施形態を示す円錐ころ軸受の軸方向断面図であり、（ｂ）は、保持器の小径側の環状端部の部分的斜視図である。

本実施形態は、上記第１の実施形態と略同様であり、同一部材には同一番号を付して、重複する説明は省略する。

本実施の形態では、潤滑油保持構造は、保持器５の小径側の環状端部５ｃに、外輪側へ突出するように設けた鍔部５ｆから成り、この鍔部５ｆには、多数の凹部５ｈが設けてある。この鍔部５ｆと、凹部５ｈとの協働により、油保持空間が形成してある。

この油保持空間の作用は、保持器５の小径側の環状端部５ｃから重力により軸受外部に流れ出そうとする潤滑油が、軸受外へ流れ出すことを防ぎ、軸受回転時に内輪３の大鍔部３ｂに潤滑油を供給することができる。

すなわち、シールを必要とせずに、保持器５の小径側の環状端部５ｃに油溜まりを持つため、軸受静止時において、潤滑油が流れ出ることを防ぐことができ、これにより、軸受内部に潤滑油が存在する時間を増大することができる。

その他の構成、作用及び効果は、上述した実施の形態と同様である。

以上説明したように、潤滑油保持構造として、上記第１の実施形態の保持器５の鍔部５ｅのみを用いることもできるが、この第１の実施形態の構成に加えて、上記第２あるいは第３の実施形態の構成の何れか、又はその両方を組み合わせて用いる方が、さらなる効果を期待できることは言うまでもない。

本発明の第１の実施形態を示す円錐ころ軸受の軸方向断面図である。 第２の実施形態を示す円錐ころ軸受の軸方向断面図である。 第３の実施形態を示す円錐ころ軸受の軸方向断面図である。 （ａ）は、本発明の第４の実施形態を示す円錐ころ軸受の軸方向断面図であり、（ｂ）は、保持器の小径側の環状端部の部分的斜視図である。 （ａ）は、本発明の第５の実施形態を示す円錐ころ軸受の軸方向断面図であり、（ｂ）は、保持器の小径側の環状端部の部分的斜視図である。 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。 円錐ころ頭部と内輪大鍔部の接触状態を示す図７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
３ｄ：小鍔部
３ｅ：逃げ部
３ｆ：突起部
４：円錐ころ
４ａ：ころ頭部
５：保持器
５ａ：ポケット
５ｂ：大径側の環状端部
５ｃ：小径側の環状端部
５ｄ：柱部
５ｅ：鍔部
５ｆ：鍔部
５ｇ：仕切り部
５ｈ：凹部
８：接触部

Claims (7)

1. 内輪と外輪の間に、複数の円錐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、前記内外輪と円錐ころの接触部を潤滑油で潤滑する円錐ころ軸受において、
   前記保持器、又はこの保持器と前記内輪の両方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円錐ころ軸受。
2. 前記潤滑油保持構造を有する保持器、又はこの保持器と潤滑油保持構造を有する内輪を具備しており、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に記載の円錐ころ軸受。
3. 前記潤滑油保持構造は、前記保持器の大径側周端部に、前記内輪側へ突出するように設けた鍔部から成ることを特徴とする請求項１、又は２に記載の円錐ころ軸受。
4. 前記潤滑油保持構造は、前記保持器の小径側端部と前記内輪との間の径方向の距離を、前記小径側端部と前記外輪の外側端部との間の径方向の距離よりも大きく設定したものであることを特徴とする請求項３に記載の円錐ころ軸受。
5. 前記潤滑油保持構造は、前記内輪の大鍔部の前記円錐ころの頭部に接触する面の延長上に、前記保持器側に突出する形で土手状に設けた突起部であることを特徴とする請求項３又は４に記載の円錐ころ軸受。
6. 前記潤滑油保持構造は、前記保持器の小径側周端部に、前記外輪側へ突出するように設けた鍔部から成り、
   当該鍔部には、仕切り部が設けてあることを特徴とする請求項１、又は２に記載の円錐ころ軸受。
7. 前記潤滑油保持構造は、前記保持器の小径側周端部に、前記外輪側へ突出するように設けた鍔部から成り、
   当該鍔部には、凹部が設けてあることを特徴とする請求項１、又は２に記載の円錐ころ軸受。

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