JP2007232187A - トランスミッション用円筒ころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】建設機械等のトランスミッションのコンパクト化、信頼性向上に寄与する円筒ころ軸受を提供する。
【解決手段】トランスミッション用円筒ころ軸受は、内輪軌道面と外輪軌道面との間に転動自在に介在する複数のころ6と、隣り合ったころ6間に位置する間座8を具備し、間座8の軸方向両端にころ端面6bと向き合う拡張部8bが設けてある。
【選択図】図１

Description

本発明は円筒ころ軸受に関し、たとえば超大型ダンプトラック、ブルドーザ、ホイルローダなどの建設機械のトランスミッションに好適である。

近年の自動車に対する低燃費・高出力の要求は高まる一方であるが、超大型ダンプトラックなどの建設機械にも同要求が高まっており、中でもトランスミッションにおいては、一層の軽量化、コンパクト化が求められている。そのため、トランスミッションの歯車装置に使用される軸受においても、剛性が高く、コンパクトな軸受が求められている。
特許第３５４９５３０号公報

コンパクトで剛性の高い円筒ころ軸受として、保持器を排除してより多くのころを組み込んだ総転動体型の円筒ころ軸受が挙げられるが、同軸受は隣り合うころ同士が逆回転で接触するため、ころの自転が阻害されやすく許容回転数が低いほか、かじりやスミアリングといった表面損傷を生じやすい傾向にある。さらに、トランスミッションには、比較的低粘度のオイルが使用されているため、同オイルを潤滑剤として流用する軸受には油膜が形成されにくく、表面損傷を生じやすいという傾向はより顕著になる。

これに対して保持器付きの円筒ころ軸受は、総転動体軸受のようにころ同士が接触することがなく、許容回転数も高い反面、ころ本数を増やすことができないため、定格荷重が低くなる。特にトランスミッションにはクラッチの係合時に急加速・急減速される軸があり、その支持軸受においては、保持器の柱に作用する慣性力（無負荷域のころや、保持器の重量による）が極めて大きくなるため、柱の根元を起点に破断を生じる可能性が高い。その結果、所定の定格荷重を確保するには、軸受のサイズを大きくせざるを得ず、トランスミッションの軽量・コンパクト化を妨げる要因にもなっている。

本発明の主要な目的は、建設機械等のトランスミッションのコンパクト化、信頼性向上に寄与する円筒ころ軸受を提供することである。

本発明の円筒ころ軸受は、隣り合うころ間に間座を介在させ、前記間座の軸方向両端にころ端面と向き合う拡張部を設けたことを特徴とするものである。このような構成を採用することで、従来の環状を成す保持器にみられる引張応力の発生を回避することができるため、より多くのころを軸受に組み込むことができ、コンパクトで定格荷重の高い円筒ころ軸受を提供することができる。さらに、総転動体軸受と異なり、隣り合うころ同士の接触を回避することができ、ころ同士が逆回転で摺動することがないため、ころの自転が阻害されにくく、かじりやスミアリングといった表面損傷を大幅に軽減することができる。

また、前記間座の軸方向両端にころ端面と向かい合う拡張部を設けることで、間座の軸方向への動きを前記拡張部ところ端面とで規制することができ、径方向への動きをころ転動面または内輪つば外径もしくは外輪つば内径にて規制することができる。すなわち、間座の移動規制手段として内輪や外輪の軌道面やつば側面を使用しないため、隣り合うころ間において、間座を広域にわたって介在させる必要がなく、潤滑油の攪拌抵抗を抑えることができ、また、転がり面付近において潤滑油の円滑な貫流を妨げることがない。さらに、間座を内輪つば外径または外輪つば内径に案内させる場合、前記拡張部はその案内面積を拡大する効果をも発揮するため、案内面において油膜が形成されやすくなる。

特許文献１に記載の円筒ころ軸受においては、間座の動きを内輪および外輪の軌道面とつば側面とによって規制するため、必然的にころの径方向断面と同程度の大きさの間座を介在させることになり、潤滑油の攪拌抵抗が大きい傾向がある。さらに、間座を内輪または外輪の軌道面に摺動させるため、転がり面における円滑な油膜形成が損なわれる可能性がある。

請求項２の発明は、請求項１のトランスミッション用円筒ころ軸受において、前記間座のころ転動面と向き合う面がころのピッチ円を跨いで延在する凹形状であり、かつ、間座が内輪つば外径または外輪つば内径によって案内され、隣り合うころで間座を挟み込んだとき、間座と前記軌道輪との間にすきまがあることを特徴とするものである。軌道面上で前記間座をころで挟み込むと、前記凹形状の底を接触位置として間座の径方向位置が決まる。そのとき、間座と軌道輪の間にすきまを有するように設定することで、間座が隣り合うころによって軌道輪に押し付けられる状態を回避することができる。すなわち、上記設定により間座は基本的にはころ案内となり、円周方向すきまに位置する間座だけが隣り合うころの拘束から解放され、解放された間座には、自重、遠心力以外に半径方向への力が作用しないため、間座の案内面における発熱や磨耗を軽減させることができる。

請求項３の発明は、請求項１または２のトランスミッション用円筒ころ軸受において、前記間座の外輪つば内径面と向き合う面が、外輪つば内径の曲率半径よりも小さい曲率半径の凸曲面であることを特徴とするものである。また、請求項４の発明は、請求項１または２のトランスミッション用円筒ころ軸受において、前記間座の内輪つば外径面と向き合う面が、内輪つば外径の曲率半径よりも大きい曲率半径の凹曲面であることを特徴とするものである。このような構成を採用することで、いわゆる「くさび効果」（運動方向に狭まっているくさび状のすきまに、流体が粘性によって引き込まれて圧力すなわち負荷能力を発生する効果）が得られ、間座の案内面における発熱や磨耗を軽減させることができる。

請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれかのトランスミッション用円筒ころ軸受において、ころと間座でキーストン効果を発揮することを特徴とするものである。このような構成を採用することで、内輪を取り外してもころおよび間座が脱落しない仕様を作り出すことができ、内輪と外輪の別体組み付けが可能となる。すなわち、あらかじめ内輪を軸に、外輪ところのサブアセンブリをハウジングに組み付け、軸ごと内輪を挿入するといった組み付けが可能となる。すなわち、トランスミッションに使用されている従来の保持器付き円筒ころ軸受同様の組み付けが可能となる。

請求項６の発明は、請求項１ないし５のいずれかのトランスミッション用円筒ころ軸受において、ころと間座でキーストン効果を発揮させ、軸の外径面を内輪軌道面として使用することを特徴とするものである。このような構成を採用することで、風力発電機の増速機のダウンサイジングが可能となるほか、軸やハウジングの剛性を向上させることができる。あるいは、省略した内輪のスペース分だけころ径を大きくした、より定格荷重の高い円筒ころ軸受とすることができ、増速機の長寿命化に貢献することができる。なお、前記円筒ころ軸受は、あらかじめ肉厚の異なる２種類以上の間座を製作し、その本数の組合せ（マッチング）によって円周方向すきまを容易に調整することができるため、ころピッチ円径やころ径をシビアに管理することなくキーストンを成立させることができる。すなわち、総転動体軸受よりも低コストでキーストン効果を得ることができる。

請求項７の発明は、請求項１ないし６のいずれかのトランスミッション用円筒ころ軸受において、前記間座をエンジニアリングプラスチックによって形成したことを特徴とするものである。請求項９の発明は、請求項１ないし７のいずれかのトランスミッション用円筒ころ軸受において、前記間座を焼結合金によって形成したことを特徴とするものである。プラスチックや焼結合金は、前記間座の製作方法として好適であるだけでなく、プラスチックは一般的に自己潤滑性を有し、焼結合金はその気孔に潤滑油を含浸させることができるため、前記間座の磨耗を抑制することができ、軸受の、ひいてはトランスミッションの信頼性向上に貢献することができる。

本発明は、コンパクトで定格荷重が高く、保持器の破損を回避した円筒ころ軸受を提供することで、建設機械等のトランスミッションのコンパクト化、長寿命化、信頼性向上に貢献することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して説明する。

まず、トランスミッションの概略構成を例示すると、図６は遊星歯車機構を用いたプラネタリタイプのトランスミッションを示し、図７は多段軸タイプのトランスミッションで、駆動歯車と主軸上で空転する主軸歯車とを常時噛合せておき、主軸スプライン上の歯車クラッチを摺動させて主軸と連結する常時噛合方式のものを示す。いずれのトランスミッションでも、入力軸、中間軸、出力軸の各軸の支持用に本発明の円筒ころ軸受を用いることができる。

次に、上記トランスミッションにおける軸受について述べると、図１に示す実施の形態では、内輪２と外輪４の間に複数の円筒ころ６を介在させた円筒ころ軸受である。この円筒ころ軸受は、通常の保持器を用いず、その代わりに隣り合う円筒ころ６間に間座８を介在させたものである。内輪２は片つば付き、外輪４は両つば付きである。間座８は、図２に示すように、軸受の軸方向に延在する円筒ころ６の転動面６ａと接するころ接触面８ａを有し、その両端に、ころ端面６ｂと向かい合う拡張部８ｂが設けてある。拡張部８ｂがころ端面６ｂと干渉することで、軸受の軸方向における間座８の動きを規制する。軸受の半径方向における間座８の動きは、ころ転動面６ｂまたは外輪つば内径にて規制する。

図３に示すように、間座８のころ転動面６ａと向き合う面すなわちころ接触面８ａはころ６のピッチ円を跨いで延在する凹形状である。間座８が外輪つば内径によって案内され、隣り合うころ６で間座８を挟み込んだとき、間座８と外輪４との間にすきまＳｒがある。図４に示すように、外輪４の軌道面上で間座８をころ６で挟み込むと、外輪つばの凹形状の底を接触位置として間座８の半径方向位置が決まる。そのとき、間座８と外輪４との間にすきまＳｒが存在するように設定することで、間座８が隣り合うころ６によって外輪に押し付けられる状態（図４参照）を回避することができる。すなわち、上記設定により間座８は基本的にはころ案内となり、円周方向すきまに位置する間座８だけが隣り合うころ６の拘束から解放され、解放された間座には、自重、遠心力以外に半径方向への力が作用しないため、間座８の案内面における発熱や磨耗を軽減させることができる。

図３から分かるように、間座８の外輪つば内径面と向き合う面は、外輪つば内径の曲率半径Ｒ２よりも小さい曲率半径Ｒ１の凸曲面である。なお、図示は省略したが、間座の拡張部を内輪つば外径側に配置する場合、間座８の内輪つば外径面と向き合う面を、内輪つば外径の曲率半径よりも大きい曲率半径の凹曲面とすることもできる。このような構成を採用することで、いわゆる「くさび効果」（運動方向に狭まっているくさび状のすきまに、流体が粘性によって引き込まれて圧力すなわち負荷能力を発生する効果）が得られ、間座の案内面における発熱や磨耗を軽減させることができる。

図５に示す実施の形態は、円筒ころ６と間座８でキーストン効果を発揮させて内輪を省略した円筒ころ軸受であって、遊星軸の外径面を内輪軌道面として代用するようにしたものである。同図中、符号Ｓｃは最後の１個の円筒ころ６と一対の間座８を押し込む前のころ列のすきまを表し、符号Ａは円筒ころ６と一対の間座８の肉厚の和Ａを表している。両者の関係がＳｃ＜Ａとなるような寸法設定とすることで、最後の１個の円筒ころ６と一対の間座８を押し込めば、ころ列全体が外輪から半径方向内側に脱落することはない（キーストン効果）。この円筒ころ軸受は、あらかじめ肉厚の異なる２種類以上の間座を製作し、その組合せ（マッチング）によって円周方向すきまを容易に調整することができるため、ころピッチ円径やころ径をシビアに管理することなくキーストンを成立させることができる。

間座８の材質としては、エンジニアリングプラスチックや焼結合金等が望ましい。プラスチックは一般的に自己潤滑性を有し、焼結合金はその気孔に潤滑油を含浸させることができる。したがって、このような構成を採用することで、軸受の、ひいては増速機の長寿命化に貢献することができる。

軸受の実施例を示す破断斜視図 図１の軸受における間座の斜視図 図１の軸受の部分側面図 間座のみ断面にした図１の軸受の部分側面図 軸受の別の実施例を示す横断面図 トランスミッションの縦断面図 トランスミッションの縦断面図

符号の説明

２ 内輪
４ 外輪
６ 円筒ころ
６ａ 転動面
６ｂ ころ端面
８ 間座
８ａ ころ接触面
８ｂ 拡張部

Claims (8)

1. 内輪軌道面と外輪軌道面との間に転動自在に介在する複数のころと、隣り合ったころ間に位置する間座を具備する円筒ころ軸受において、間座の軸方向両端にころ端面と向き合う拡張部を有するトランスミッション用円筒ころ軸受。
2. 前記間座のころ転動面と向き合う面がころのピッチ円を跨いで延在する凹形状であり、かつ、間座が内輪つば外径または外輪つば内径によって案内され、隣り合うころで間座を挟み込んだとき、間座と前記軌道輪との間にすきまがある請求項１のトランスミッション用円筒ころ軸受。
3. 前記間座の外輪つば内径面と向き合う面が、外輪つば内径の曲率半径よりも小さい曲率半径の凸曲面である請求項１または２のトランスミッション用円筒ころ軸受。
4. 前記間座の内輪つば外径面と向き合う面が、内輪つば外径の曲率半径よりも大きい曲率半径の凹曲面である請求項１または２のトランスミッション用円筒ころ軸受。
5. ころと間座でキーストン効果を発揮する請求項１ないし４のいずれかのトランスミッション用円筒ころ軸受。
6. ころと間座でキーストン効果を発揮させ、軸の外径面を内輪軌道面として使用する請求項１ないし５のいずれかのトランスミッション用円筒ころ軸受。
7. 前記間座をエンジニアリングプラスチックによって形成した請求項１ないし６のいずれかのトランスミッション用円筒ころ軸受。
8. 前記間座を焼結合金によって形成した請求項１ないし６のいずれかのトランスミッション用円筒ころ軸受。

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