JP2007113658A - 円すいころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】円すいころの充填率を増大させても、円すいころの組み付け時にその円すいころが保持器内で安定した姿勢で支持され、組立性の向上を図ることができ、しかも軸受剛性を低下させることなく、低トルク化を実現することが可能な円すいころ軸受を提供する。
【解決手段】内輪１３と、外輪１２と、内輪１３と外輪１２との間に転動自在に配された複数の円すいころ１４と、円すいころ１４を円周所定間隔に保持する保持器１６とを備える円すいころ軸受である。保持器１５が、大径リング部１５ｂと、小径リング部１５ｃと、大径リング部１５ｂと小径リング部１５ｃと連結する複数の柱部１５ａとを有する。柱部１５ａの内径面の両側に円すいころ１４の外径面が摺接するテーパ面１８を設ける。テーパ面１８の幅方向の長さ寸法Ｌを、円すいころ１４の平均直径Ｄの５％以上で、１１％未満とする。小径リング部１５ｃの端縁から径方向にリブを延在させ、そのリブ先端部１５ｄを軸方向内側に屈曲させる。
【選択図】 図１

Description

この発明は円すいころ軸受に関し、たとえば自走車両のデファレンシャルやトランスミッション等の動力伝達軸を支持する軸受に適用することができる。

例えば、自動車のトランスミッションの軸支持部には、一般的に円すいころ軸受が組み込まれている。図６は円すいころ軸受の標準的な構成を示す。

この円すいころ軸受１は、円すい状の軌道面２ａを有する外輪２と、円すい状の軌道面３ａを有し、この軌道面３ａの小径側端部に小鍔部３ｂ、大径側端部に大鍔部３ｃ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された複数の円すいころ４と、円すいころ４を円周方向等間隔に保持する保持器５とを備えている。

このような円すいころ軸受では、図７に示すように、柱部５ａの内径面の両側に前記円すいころの外径面が摺接するテーパ面１０を設け、円すいころ４の外径面に接触疵が生じないようにしている。従来では、このテーパ面１０の幅方向の長さ寸法Ｌを、前記円すいころ４の平均直径の１１％〜２０％としている。

ところで、図１３は、上述の円すいころ軸受を使用し得る自動車のデファレンシャルの構成を例示したものである。このデファレンシャルは、プロペラシャフト（図示省略）に連結され、デファレンシャルケース２１内に挿入したドライブピニオン２２が差動歯車ケース２３に取り付けたリングギヤ２４とかみ合い、差動歯車ケース２３の内部に取り付けたピニオンギヤ２５が、差動歯車ケース２３に左右から挿入されるドライブシャフト（図示省略）と結合するサイドギヤ２６とかみ合って、エンジンの駆動力をプロペラシャフトから左右のドライブシャフトに伝達するようになっている。このデファレンシャルでは、動力伝達軸であるドライブピニオン２２と差動歯車ケース２３が、それぞれ一対の円すいころ軸受１ａ，１ｂで支持してある。

デファレンシャルケース２１はシール部材２７ａ、２７ｂ、２７ｃで密封され、内部にており潤滑油が貯留される。各円すいころ軸受１ａ、１ｂはこの潤滑油の油浴に下部が漬かった状態で回転する。このように、油浴潤滑状態で使用される円すいころ軸受１ａ、１ｂでは、円すいころ４の外径面と保持器５の柱部内径面のテーパ面１０との間も、これらの面で形成されるくさび空間に入り込む潤滑油で潤滑される。

したがって、保持器のテーパ面１０の幅方向の長さ寸法Ｌが、円すいころ４の平均直径の１１％〜２０％である場合、円すいころ４の外径面と柱部内径面のテーパ面との間に比較的大きいくさび空間が形成され、多量の潤滑油がくさび空間に入り込む。このくさび空間からころの外径面と保持器のテーパ面との界面に入る潤滑油の量は限られているので、このように大量の潤滑油がくさび空間に入り込むと、これらの潤滑油の逃げ場がなくなって軸受回転の抵抗となり、トルク損失が大きくなる問題がある。また、このように軸受内部への流入する円すいころ軸受では、保持器の回転に対する潤滑油の流動抵抗も、無視できないトルク損失の要因となる。

そのため、軸受内部に潤滑油が流入する円すいころ軸受における潤滑油の流動抵抗によるトルク損失を低減させる必要がある。すなわち、低トルク化のために油の流動抵抗を減少させる必要がある。しかしながら、大幅な低トルク化を行うためには、転がり粘性抵抗が低下するように軸受諸元を変更することが必要である。ところが、従来の低トルク化手法（特許文献１〜３参照）では、定格荷重を低下させない低トルク化は可能であるが、軸受剛性はいくらか低下する。

ところで、保持器５は一般的には鋼板製のプレス成形品であって、円すいころ４を転動自在に収容するために、図７に示すように円すいころ４の形状に対応した等脚台形のポケット６が円周方向に一定の間隔で複数打ち抜かれて形成され、そのポケット６間に位置する複数の柱部５ａが大径リング部５ｂと小径リング部５ｃを連結する形状を有する。

この円すいころ４と保持器５を内輪３に組み付けるには、保持器５に組み付けられた円すいころ４を小鍔部３ｂを乗り越えさせて内輪３に嵌合させる。この時、円すいころ４と小鍔部３ｂとの間で無理な負荷が発生しないようにする必要がある。そこで、保持器５を正規の形状に成形した後、図８に示すように底押し治具８によって柱部５ａの小径リング部５ｃの近傍部分を押し広げて塑性変形させて、円すいころ４の内接円径を拡大させる。

次に、ポケット６内に内側から円すいころ４を嵌入させて、内輪３を保持器５内に嵌入させる。この際、保持器５の柱部５ａが外側に拡径され、円すいころ４の内接円径が正規寸法に比べ大きくなっているため、内輪３の小鍔部３ｂと円すいころ４とが干渉せずに組み付けが行われる。その後、図９に示すように底押しされて外側に拡径した柱部５ａを加締め治具９によって内側に加締める（例えば、特許文献４参照）。
特開平０９−０９６３５２号公報 特開平１１−０２１０７６５公報 特開２００３−３４３５５２号公報 特開２００３−１３９１３３号公報 特開２００３−２８１６５号公報

前述の円すいころ軸受１では、図９に示すように柱部５ａの小径リング部５ｃの近傍部分が押し広げられた保持器５のポケット６のすべてに円すいころ４を収容した状態で内輪３を保持器５内に挿入し、その後、柱部５ａの小径リング部５ｃの近傍部分が押し広げられた保持器５を内側に加締めるようにして、円すいころ４と保持器５を内輪３に組み付けている。

円すいころ４の組み付けに際しては、図１０に示すように円すいころ４を上方から降下させて保持器５のポケット６内に内側から挿入する。次に、図１１に示すように円すいころ４の小端面４ａがポケット６に引っ掛かり、その円すいころ４が径方向外側に傾倒してポケット６に収容され、図１２の状態に至る。

しかしながら、円すいころ４の径が大きく、そのＰＣＤ（ピッチ円径）に対して保持器５の外径が大きい場合には、円すいころ４を保持器５のポケット６に挿入した時にその円すいころ４の姿勢が不安定となって、図１１の状態から図１２の状態へスムーズに移行せず、円すいころ４を挿入してから内輪３を挿入するまでの間に円すいころ４が円周方向に傾倒してしまい、組み立てが困難となる。

一方、自動車のトランスミッションには、近年、ミッションのＡＴ・ＣＶＴ化、低燃費化などのため、低粘度オイルが使用される傾向にあるが、低粘度オイルが使用される環境下では、油温が高い、油量が少ない、予圧抜けが発生する等の悪条件が重なった場合に潤滑不良に起因する非常に短寿命での表面起点剥離が、面圧の高い内輪の軌道面に生じることがある。

この軌道面の最大面圧の差異が表面起点剥離の発生率に影響するため、軸受寸法を変更することができない場合には、軸受内の円すいころ４の充填率（本数）を増大させることが、軌道面での最大面圧を低減するための有効な解決策となる。この円すいころ４の充填率を増大させた軸受として、保持器５の径を大きくした構造のものがある（例えば、特許文献５参照）。この種の円すいころ軸受１は、円すいころ４の充填率を増大させるため、保持器５の外径と円すいころ４のＰＣＤとの差が大きくなっている。そのため、軸受の組立てにおいて、円すいころ４を保持器５のポケット６に挿入した時にその円すいころ４の姿勢が不安定となることに起因する前述の問題が顕著となる。

この発明の主要な目的は、円すいころの充填率を増大させても、円すいころの組み付け時にその円すいころが保持器内で安定した姿勢で支持され、組立性の向上を図ることができ、しかも軸受剛性を低下させることなく、低トルク化を実現することが可能な円すいころ軸受を提供することにある。

この発明の円すいころ軸受は、内輪と、外輪と、内輪と外輪との間に転動自在に配された複数の円すいころと、円すいころを円周所定間隔に保持する保持器とを備えるとともに、前記保持器が、大径リング部と、小径リング部と、大径リング部と小径リング部と連結する複数の柱部とを有する円すいころ軸受において、前記柱部の内径面の両側に前記円すいころの外径面が摺接するテーパ面を設けるとともに、このテーパ面の幅方向の長さ寸法を、前記円すいころの平均直径の５％以上で、１１％未満とし、さらに、小径リング部の端縁から径方向にリブを延在させ、そのリブ先端部を軸方向内側に屈曲させたことを特徴とするものである。

テーパ面の幅方向の長さ寸法を、円すいころの平均直径の１１％未満（好ましくは９％以下）としたことにより、円すいころの外径面とテーパ面との間にあまり大きなくさび空間が形成されない。テーパ面の幅方向の長さ寸法が、円すいころの平均直径の５％未満では、円すいころの外径面とテーパ面との弾性接触領域がテーパ面の幅よりも大きくなるおそれがあるので、テーパ面の幅方向の長さ寸法を、円すいころの平均直径の５％以上とするのが好ましい。

保持器を、その小径リング部のリブ先端部を軸方向内側に屈曲させた形状としたことにより、保持器に円すいころを組み付けるに際して、保持器の小径リング部を下向きにした状態で、円すいころをポケットに降下させたとき、円すいころがポケット端縁部とリブ先端部の両方で支持されるようにする。これにより、円すいころを安定した姿勢に保持することができ、円すいころが円周方向に傾倒するようなことはない。

前記柱部の厚さ寸法を、前記円すいころの平均直径の５％以上で、１７％未満とする。これにより、柱部の厚みを薄くして、保持器の回転に対する潤滑油の流動抵抗を小さくすることができる。なお、柱部の厚さ寸法を円すいころの平均直径の５％未満では、保持器の剛性を十分に確保できないので、柱部の厚さ寸法を円すいころの平均直径の５％以上とするのが好ましい。

上述した各円すいころ軸受は、自走車両の動力伝達軸を支持するものに好適である。

本発明の円すいころ軸受は、テーパ面の幅方向の長さ寸法を、円すいころの平均直径の５％以上で、１１％未満（好ましくは９％以下）としたので、円すいころの外径面とテーパ面との間にあまり大きなくさび空間が形成されない。このため、くさび空間に入り込む潤滑油の量を少なくし、潤滑油の逃げ場が無くなることによるトルク損失を低減できる。

保持器を、その小径リング部のリブ先端部を軸方向内側に屈曲させた形状としたことにより、その保持器に円すいころを組み付けるに際して、保持器のポケットに挿入された円すいころを安定した姿勢に保持することができるので、自動組立機による円すいころ軸受の組立性が向上し、軸受内の円すいころの充填率（ころ本数）を容易に増大させることが可能となる。

ところで、図１５は円すいころ軸受において円すいころピッチ径（ＰＣＤ）を変化させたときの剛性比（−●−）およびトルク比（−○−）を表したものである。図１５に示すように、ＰＣＤを小さくすると軸受のトルクは大幅に低下するが、軸受剛性はあまり低下しないことが、円すいころの弾性変形量を計算確認した結果として得られた。そこで、ころ本数を減らさないか増加させつつ、ＰＣＤを小さくすることによって、剛性を低下させずにトルクを低減させることができる。

本発明では、組立時にころを安定した姿勢に保持できるようにすることによって、円すいころの充填率（ころ本数）を増大させつつころＰＣＤを小さくできるようにした。このため、軸受剛性を低下させることなく、低トルク化を実現できる。また、ころ本数を増加させることによって、負荷容量がアップするばかりでなく、軌道面の最大面圧を低下させることができるため、過酷潤滑条件下での極短寿命での表面起点剥離を防止することができる。すなわち、本発明では、軌道面の面圧過大による早期破損を未然に防止し得る円すいころ軸受を容易かつ安価に提供できる。

また、柱部の厚さ寸法を、円すいころの平均直径の５％以上で、１７％未満とすることにより、柱部の厚みを薄くして、保持器の回転に対する潤滑油の流動抵抗を小さくし、トルク損失をより低減できる。

以下、図面に従ってこの発明の実施の形態を説明する。

図１に示す実施形態における円すいころ軸受１１は、円すい状の軌道面１２ａを有する外輪１２と、円すい状の軌道面１３ａを有し、この軌道面１３ａの小径側端部に小鍔部１３ｂ、大径側端部に大鍔部１３ｃを有する内輪１３と、外輪１２の軌道面１２ａと内輪１３の軌道面１３ａとの間に転動自在に配された複数の円すいころ１４と、円すいころ１４を円周方向等間隔に保持する保持器１５とを備えている。

この円すいころ軸受１１は、図１３に示すような自動車のデファレンシャルに使用される。すなわち、図１３の１ａ、１ｂの円すいころ軸受にこの円すいころ軸受１１を使用することになる。このため、円すいころ軸受１１は、下部が貯留された潤滑油の油浴に漬かった状態で回転し、油浴の潤滑油が軸受内部に流入する。

保持器１５は、図２（ａ）で示すように、大径リング部１５ｂと、小径リング部１５ｃと、大径リング部１５ｂと小径リング部１５ｃと連結する複数の柱部１５ａとを有し、ポケット１６が形成されている。図２（ｂ）に示すように、柱部１５ａの内径面の両側には、円すいころ１４の外径面が摺接するテーパ面１８が設けられ、このテーパ面１８の幅方向の長さ寸法Ｌは、円すいころ１４の平均直径Ｄの５％以上で、１１％未満（好ましくは９％以下）とされる。テーパ面１８の幅方向の長さ寸法Ｌを、円すいころ１４の平均直径の１１％未満としたことにより、円すいころ１４の外径面とテーパ面１８との間にあまり大きなくさび空間が形成されない。テーパ面１８の幅方向の長さ寸法Ｌが、円すいころの平均直径の５％未満では、円すいころ１４の外径面とテーパ面１８との弾性接触領域がテーパ面１８の幅よりも大きくなるおそれがあるので、テーパ面１８の幅方向の長さ寸法Ｌを、円すいころ１４の平均直径の５％以上とするのが好ましい。なお、この実施形態では、テーパ面１８の幅方向の長さ寸法Ｌを、円すいころ１４の平均直径Ｄの７％とした。

また、柱部１５ａの厚さ寸法Ｔを、円すいころ１４の平均直径Ｄの５％以上で、１７％未満とする。これにより、保持器１５の回転に対する潤滑油の流動抵抗を小さくできるようにしている。なお、柱部１５ａの厚さ寸法Ｔを円すいころの平均直径の５％未満では、保持器１５の剛性を十分に確保できないので、柱部１５ａの厚さ寸法Ｔを円すいころ４の平均直径の５％以上とするのが好ましい。この実施形態では、柱部１５ａの厚さ寸法Ｔを、円すいころ１４の平均直径Ｄの１０％とした。

保持器１５は、鋼板製のプレス成形品であって、円すいころ１４を転動自在に収容するために、円すいころ１４の形状に対応した等脚台形のポケット１６が円周方向に一定の間隔で複数打ち抜かれて形成され、そのポケット１６間に位置する複数の柱部１５ａが大径リング部１５ｂと小径リング部１５ｃを連結し、その小径リング部１５ｃの端縁から径方向にリブを延在させ、そのリブ先端部１５ｄを軸方向内側に屈曲させた形状を有する。

この円すいころ軸受１１の製造において、円すいころ１４と保持器１５を内輪１３に組み付けるに際し、円すいころ１４と小鍔部１３ｂとの間で無理な負荷が発生しないようにするため、まず、保持器１５を正規の形状に成形した後、底押し治具８（図８参照）によって柱部１５ａの小径リング部１５ｃの近傍部分を押し広げて塑性変形させて、円すいころ１４の内接円径を拡大させる。

円すいころ軸受１１の自動組立機では、前述のようにして柱部１５ａの小径リング部１５ｃの近傍部分が押し広げられた保持器１５は、その小径リング部１５ｃを下向きにした状態で設置され、図３に示すように円すいころ１４を上方から降下させてポケット１６内に内側から挿入する。次に、図４に示すように円すいころ１４の小端面１４ａがポケット１６の端縁部に引っ掛かり、その円すいころ１４が径方向外側に傾倒して図５の状態に至る。このように円すいころ１４の小端面１４ａがポケット１６の端縁部に引っ掛かる時に、その円すいころ１４は、ポケット１６の端縁部とリブの先端部１５ｄの両方で支持されて安定した状態になるため、円すいころ１４が円周方向に傾倒することはなく、その後、径方向外側に確実に傾倒してポケット１６に収容される。

その後、内輪１３が上方から降下してきてその内輪１３を保持器１５内に嵌入させる。この際、保持器１５の柱部１５ａが外側に拡径され、円すいころ１４の内接円径が正規寸法に比べ大きくなっているため、内輪１３の小鍔部１３ｂと円すいころ１４とが干渉せずに組み付けが行われる。その後、底押しされて外側に拡径した柱部１５ａを加締め治具９（図９参照）によって内側に加締める。

すなわち、保持器１５を、その小径リング部１５ｃのリブ先端部１５ｄを軸方向内側に屈曲させた形状としたことにより、その保持器１５に円すいころ１４を組み付けるに際して、保持器１５の小径リング部１５ｃを下向きにした状態で、円すいころ１４をポケット１６に降下させたとき、円すいころ１４がポケット端縁部とリブ先端部１５ｄの両方で支持されるようにする。これにより、円すいころ１４を安定した姿勢に保持することができ、円すいころ１４が円周方向に傾倒するようなことはない。

本発明では、テーパ面１８の幅方向の長さ寸法Ｌを、円すいころ１４の平均直径の５％以上で、１１％未満としたので、円すいころ１４の外径面とテーパ面１８との間にあまり大きなくさび空間が形成されない。このため、くさび空間に入り込む潤滑油の量を少なくし、潤滑油の逃げ場が無くなることによるトルク損失を低減できる。

保持器１５を、その小径リング部１５ｃのリブ先端部１５ｄを軸方向内側に屈曲させた形状としたことにより、その保持器１５に円すいころ１４を組み付けるに際して、保持器１５のポケット１６に挿入された円すいころ１４を安定した姿勢に保持することができるので、自動組立機による円すいころ軸受の組立性が向上し、軸受内の円すいころ１４の充填率（ころ本数）を容易に増大させることが可能となる。すなわち、ころ本数を増加させつつころＰＣＤを小さくできる。

これにより、軸受剛性を低下させることなく、低トルク化を実現できる。また、ころ本数を増加させたので、負荷容量がアップするばかりでなく、軌道面１２ａ、１３ａの最大面圧を低下させることができるため、過酷潤滑条件下での極短寿命での表面起点剥離を防止することができる。すなわち、本発明では、軌道面１２ａ、１３ａの面圧過大による早期破損を未然に防止し得る円すいころ軸受を容易かつ安価に提供できる。

また、柱部１５ａの厚さ寸法Ｔを、円すいころ１４の平均直径の５％以上で、１７％未満とすることにより、柱部１５ａの厚みを薄くして、保持器１５の回転に対する潤滑油の流動抵抗を小さくし、トルク損失をより低減できる。

図２（ａ）（ｂ）に示した、テーパ面の長さ寸法Ｌを円すいころの平均直径Ｄの７％とした保持器を用いた円すいころ軸受（実施例）と、テーパ面の長さ寸法Ｌを円すいころの平均直径Ｄの１３％とした従来の保持器を用いた円すいころ軸受（比較例）とを用意した。なお、各円すいころ軸受は、寸法が外径１００ｍｍ、内径４５ｍｍ、幅２７．２５ｍｍとした。また、保持器の柱部の厚さ寸法Ｔは、実施例のものが円すいころの平均直径Ｄの１３％、比較例のものが１７％とした。

実施例と比較例の円すいころ軸受について、縦型トルク試験機を用いたトルク測定試験を行った。試験条件は以下のとおりである。
アキシアル荷重：３００ｋｇｆ
回転速度：３００〜２０００ｒｐｍ（１００ｒｐｍピッチ）
潤滑条件：油浴潤滑（潤滑油：７５Ｗ−９０）

図１４は、上記トルク測定試験の結果を示す。図１４のグラフの縦軸は、比較例のもののトルクに対する実施例のもののトルクの低減率を表す。テーパ面の長さ寸法Ｌを円すいころの平均直径Ｄの７％と小さくした実施例のものは、低速回転から高速回転まで顕著なトルク低減効果が認められ、試験の最高回転速度である２０００ｒｐｍでも１２．０％のトルク低減率が得られている。この実施例のトルク低減効果には、柱部の厚さ寸法Ｔを薄くして、保持器の回転に対する潤滑油の流動抵抗を小さくした効果も含まれている。

本発明に係る円すいころ軸受の実施形態を示す断面図である。 図１の保持器を示し、（ａ）は展開平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＡ−Ａ線断面図である。 図１の保持器に円すいころを挿入する要領を説明するための断面図である。 図１の保持器に円すいころを挿入する要領を説明するための断面図である。 図１の保持器に円すいころを挿入する要領を説明するための断面図である。 円すいころ軸受の従来例を示す断面図である。 図６の保持器を示す部分斜視図である。 保持器を底押しする要領を示す説明図である。 保持器を加締める要領を示す説明図である。 図６の保持器に円すいころを挿入する要領を説明するための断面図である。 図６の保持器に円すいころを挿入する要領を説明するための断面図である。 図６の保持器に円すいころを挿入する要領を説明するための断面図である。 デファレンシャルを示す横断面図である。 トルク測定試験の結果を示すグラフである。 円すいころ軸受において円すいころピッチ径（ＰＣＤ）を変化させたときの剛性比およびトルク比の変化を表す線図である。

符号の説明

１１ 軸受
１２ 外輪
１２ａ 軌道面
１３ 内輪
１３ａ 軌道面
１３ｂ 小鍔部
１３ｃ 大鍔部
１４ 円すいころ
１４ａ 小端面
１５ 保持器
１５ａ 柱部
１５ｂ 大径リング部
１５ｃ 小径リング部
１５ｄ リブ先端部
１６ ポケット
１６ 保持器
１８ テーパ面

Claims (3)

1. 内輪と、外輪と、内輪と外輪との間に転動自在に配された複数の円すいころと、円すいころを円周所定間隔に保持する保持器とを備えるとともに、前記保持器が、大径リング部と、小径リング部と、大径リング部と小径リング部と連結する複数の柱部とを有する円すいころ軸受において、
   前記柱部の内径面の両側に前記円すいころの外径面が摺接するテーパ面を設けるとともに、このテーパ面の幅方向の長さ寸法を、前記円すいころの平均直径の５％以上で、１１％未満とし、さらに、小径リング部の端縁から径方向にリブを延在させ、そのリブ先端部を軸方向内側に屈曲させたことを特徴とする円すいころ軸受。
2. 前記柱部の厚さ寸法を、前記円すいころの平均直径の５％以上で、１７％未満としたことを特徴とする請求項１の円すいころ軸受。
3. 自走車両の動力伝達軸を支持することを特徴とする請求項１又は請求項２の円すいころ軸受。
   
   

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