JP2008180246A - 円すいころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】軽量化を図ることができて、生産性に優れ、しかもコスト低減を図ることができ、また、熱処理による変形（熱処理変形）を防止できる円すいころ軸受を提供する。
【解決手段】内輪２１Ａ、２１Ｂと、外輪２２と、内輪２１Ａ、２１Ｂと外輪２２との間に転動自在に配された複数の円すいころ２３と、円すいころ２３を円周所定間隔に保持する保持器２４Ａ、２４Ｂとを備え、内輪２１Ａ、２１Ｂの外径面の大径側にのみ前記円すいころ２３を案内する鍔部２６を設けた円すいころ軸受である。内輪２１Ａ、２１Ｂの外径面に鍔部２６から小径側に延びる軌道面２５を形成する。内輪２１Ａ、２１Ｂの外径面の小径側端部においては、軌道面２５と非連続状の非軌道面部４０を形成する。保持器２４Ａ、２４Ｂの大径側に内径方向へ突出する係合部３６を設けて、この係合部３６を内輪２１Ａ、２１Ｂの鍔部２６に係合させた。
【選択図】図１

Description

本発明は、円すいころ軸受に関するものである。

自動車におけるエンジンの駆動力は、トランスミッション、プロペラシャフト、デファレンシャル、ドライブシャフトの何れか又は全てを含む動力伝達系を介して車輪に伝達される。

この動力伝達系では、シャフトを支持する軸受として、ラジアル荷重、アキシアル荷重の双方に対する負荷能力が高く、耐衝撃性にも優れる円すいころ軸受を使用する場合が多い。円すいころ軸受は、一般的には、図８に示すように、外周側に円すい状の軌道面１を有する内輪２と、内周側に円すい状の軌道面３を有する外輪４と、内輪２と外輪４との間に転動自在に配された複数の円すいころ５と、円すいころ５を円周所定間隔に保持する保持器６とを備える。

保持器６は、図９に示すように、一対の環状部６ａ、６ｂと、環状部６ａ、６ｂを連結する柱部６ｃとを備え、周方向に沿って隣合う柱部６ｃ間に形成されるポケット６ｄに前記円すいころ５が収容される。

この円すいころ軸受では、円すいころ５と内外輪２，４の軌道面１、３とが線接触しており、内・外輪軌道面１、３およびころ中心Ｏが軸心Ｐ上の一点（図示せず）に一致するよう設計される。

このため、荷重が作用した場合には、円すいころ５がその大端側に押圧される。この荷重を受けるべく、内輪２の大径側には外径側へ突出する鍔部７が設けられている。また、この軸受を機械等に組込むまでの間に円すいころ５が小端側へ脱落しないようにするために、内輪２の小端側にも突出する鍔部８が設けられる。

近年、車内空間の拡大化に伴いエンジンルームの縮小化、エンジンの高出力化、燃費向上のためのトランスミッションの多段化などが進む中、そこに使用される円錐ころ軸受の使用環境は年々厳しくなってきている。その使用環境の中で軸受の寿命を満足する為には、軸受の長寿命化が必要であった。

上記背景に対して、ころ本数を増やすかころ長さを長くすることによって、同一寸法で負荷容量を現状よりも上げて、軸受の長寿命化を図ることを提案できる。しかしながら、現在の構造では、前記したように、軸受組立上の理由により内輪２にはその軌道面の小径側に鍔部（小鍔）８を設けていた。このため、円すいころ５の長さ寸法を大きくすることに対してこの鍔部８による規制がある。また、各円すいころ５は前記したように保持器６にて支持されて、周方向に沿って隣合う円すいころ５間に保持器６の柱部６ｃが介在されることになる。このため、ころ本数を増加されるころに対しても柱部６ｃによる規制がある。このように、従来においては負荷容量を上げるのに限界があった。

なお、軌道面１に対しては研削体（砥石）にて研削が行われる。このため、軌道面１と鍔部７，８との各コーナ部には、研削体（砥石）の周縁部を逃がし、かつ円すいころ３との干渉をさけるためにぬすみ部１６、１７を設ける必要があった。

ところで、従来には、内輪において小径側の鍔部（小鍔）を省略したものがある（特許文献１）。内輪において小径側の鍔部を省略すれば、その省略した分だけ内輪の軽量化を図ることができるとともに、円すいころの軸方向長さを大きくとることができる。
実開昭５８−１６５３２４号公報

ところが、特許文献１に記載のように、内輪２において、小径側の鍔部（小鍔）を省略すれば、図１０に示すように、内輪２の軌道面１が、鍔部(大鍔)７から小径側端面２ｂに達する。このため、軌道面１の軸方向長さが大となって、研削面が増加する。しかも、図１０に示すような複列の円すいころ軸受では、延長した範囲は、円すいころ５の転動はなく、不必要な部位となって、コスト高を招いている。また、内輪大径側端面と小径側端面との面積差が大きくなり、端面加工時における両頭研削盤での加工が困難となる。なお、大鍔７が設けられるので、ぬすみ部として、この大鍔７側のぬすみ部１６のみが設けられる。

また、内輪２の軌道面１が鍔部(大鍔)７から小径側端面２ｂに達するものであれば、内輪２の小径側の肉厚が小さくなる。ところで、このような内輪２では熱硬化処理（硬化処理）が行われる。このため、肉厚が小さい部位においては、熱処理により変形するおそれがある。

なお、図１０に示す円すいころ軸受は複列であって、一対の内輪２，２と、この内輪２，２の外径側に配設されて一対の転動面３ａ、３ｂを有する１個の外輪４Ａと、内輪２，２の転動面１，１と、これに対向する外輪４Ａの転動面３ａ、３ｂとの間に介在される円すいころ５と、円すいころ５を収容する一対の保持器６，６とを備える。

本発明は、上記課題に鑑みて、軽量化を図ることができて、生産性に優れ、しかもコスト低減を図ることができ、また、熱処理による変形（熱処理変形）を防止できる円すいころ軸受を提供する。

本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、内輪の外径面の大径側にのみ前記円すいころを案内する鍔部を設けた円すいころ軸受であって、前記内輪の外径面に鍔部から小径側に延びる軌道面を形成するとともに、内輪の外径面の小径側端部においては、前記軌道面と非連続状の非軌道面部を形成し、かつ前記保持器の大径側に内径方向へ突出する係合部を設けて、この係合部を前記内輪の鍔部に係合させたものである。

本発明の円すいころ軸受によれば、内輪の外径面の大径側にのみ前記円すいころを案内する鍔部を設けたものであって、従来において存在していた内輪の小径側の鍔部及びぬすみ部を省略したものである。また、保持器に内輪の鍔部に係合する係合部を設けたので、円すいころが小端側へ脱落を防止できる。内輪の外径面の小径側端部においては、軌道面と非連続状の非軌道面部を形成したので、円すいころが転動しない範囲までの軌道面の延長を防止できる。

非軌道面部を、前記軌道面の小径側端縁から内輪軸方向に延びる円筒面部から構成することができ、この際、非軌道面部の円筒面部の軌道面側端部に周方向溝を設けてもよい。また、非軌道面部を、軌道面の内輪軸方向に対する傾斜よりも大きく傾斜したテーパ部と、このテーパ部の内径縁から内輪軸方向に延びる円筒面部とから構成してもよい。

円すいころ軸受として、一対の内輪を備えた複列とすることができる。

本発明の円すいころ軸受では、従来において存在していた内輪の小径側の鍔部を省略したものである。このため、この省略する鍔部分、軽量化を図ることができ、軸受全体の軽量化を図ることができる。また、円すいころが転動しない範囲までの軌道面の延長を防止できるので、研削面が増加せず、コストの低減を図ることができる。しかも、従来において存在していた内輪の小径側の鍔部およびぬすみ部を省略したものであるので、この省略する鍔部およびぬすみ部分だけ、軌道面を大きくとることも可能である。このため、コスト面等を考慮して軌道面の大きさを設定することができ、円すいころ２３の軸心長さを長くすることも可能となって、負荷容量の向上を図ることができ、長寿化を達成できる。

また、非軌道面部を軌道面の小径側端縁から内輪軸方向に延びる円筒面部から構成すれば、軌道面を内輪小径側端面にまで延長する場合に比べて、内輪の小径側端部の肉厚を大きくすることができて、熱処理変形を防止できる。また、非軌道面部の円筒面部の軌道面側端部に周方向溝を設けた場合、内輪の小径側端部の肉厚を比較的大きく保つとともに、内輪の軽量化を図ることができる。

非軌道面部を、軌道面の内輪軸方向に対する傾斜よりも大きく傾斜したテーパ部と、このテーパ部の内径縁から内輪軸方向に延びる円筒面部とから構成した場合、内輪の内径面の小径側において切欠部が形成された形状となり、内輪の大幅な軽量化を図ることができる。

特に、本発明では、一対の内輪の小径側端面を突き合わせる複列の円すいころ軸受に適用するのが最適である。すなわち、このような複列である場合、円すいころの小端面を外輪の軌道面の小径側端部に合わせれば、内輪の小径側端面は円すいころの小端面よりも相手側の内輪側に突出する。このため、非軌道面部を設けなければ、円すいころが転動しない範囲が比較的大きく形成され、研削面が増加するからである。

以下本発明の実施の形態を図１〜図７に基づいて説明する。

図１は本発明に係る円すいころ軸受を示し、この円すいころ軸受は複列円すいころ軸受であり、一対の内輪２１Ａ、２１Ｂと、１個の外輪２２と、内輪２１Ａ、２１Ｂと外輪２２との間に転動自在に配された複数の円すいころ２３と、円すいころ２３を円周所定間隔に保持する一対の保持器２４Ａ、２４Ｂとを備える。

各内輪２１Ａ、２１Ｂはその外径面に円すい状の軌道面２５を有し、軌道面２５の大径側に外径側へ突出する鍔部２６が形成されている。すなわち、軌道面２５は鍔部２６から小径端まで形成され、従来の円すいころ軸受の内輪のように小径側に鍔部を有さない。軌道面２５と鍔部２６との間のコーナ部にはぬすみ部２７を形成している。

また、鍔部２６の内面（つまり小径側の端面）３１ａは、軸受軸心Ｐと直交する平面に対して所定角度だけ傾斜している。すなわち、図１に示すように、内輪２１の軌道面２５に嵌合させた場合、ころ２３の周壁２９ａが軌道面２５に接触（当接）するとともに、円すいころ２３の大端面２９ｂが鍔部２６の内面３１ａに接触（当接）するように、軌道面２５と鍔部２６の内面３１ａとが成す角度を、ころ２３の周壁２９ａが成す角度に合わせている。

このため、鍔部２６は、円すいころ２３を通じてかかるアキシャル荷重を受けて、円すいころ２３を回転案内する大鍔となる。なお、従来において設けられている小鍔は、軸受回転中には特別な役割を果たすものでなく、このようなものを本発明では省略していることになる。

外輪２２はその内径面に一対の円すい状の軌道面３０、３０を有し、この軌道面３０と内輪２１の軌道面２５とを、保持器２４で保持された複数の円すいころ２３が転動することになる。

また、保持器２４は、図３に示すように、環状部２８ａと、環状部２８ａからころ軸心方向に沿って延びる柱部２８ｂを備える。柱部２８ｂは周方向に沿って等ピッチで配置され、周方向に沿って隣合う柱部２８ｂ間に設けられる収容部２８ｃに円すいころ２３が回転自在に収容される。

環状部２８ａは、大径の短円筒部３５と、外径方向へと突出する係合部３６とを備える。この係合部３６は、周方向に沿って所定ピッチで配設された係止片３６ａにて構成される。すなわち、内輪２１の鍔部２６の外径面３１ｃの大径側に切欠部３８を形成し、この切欠部３８に前記係合部３６を係合させる。この際、係合部３６と切欠部３８との間には軸方向および半径方向に僅かな隙間があり、これより保持器２４は軸方向および半径方向に僅かに移動可能である。なお、係合部３６の外端面３９を、内輪２１の大径側の端面２０ａと同一面上に配置するか、内輪２１の大径側の端面２０ａよりも僅かに軸方向内方に位置させる。

ところで、保持器２４は、鋼板をプレス加工して製作したものであっても、合成樹脂材を成型したものであってもよい。鋼鈑としては、ＳＰＨＣ等の熱間圧延鋼、ＳＰＣＣ等の冷間圧延鋼、ＳＰＢ２等の冷間圧延鋼や軸受用みがき帯鋼等を使用することができる。また、合成樹脂材としてはエンジニアリングプラスチック製とするのが好ましい。鉄板製保持器は耐油性（油への浸漬による材質劣化）を気にせず使用できるというメリットがある。また、樹脂製すなわちエンジニアリングプラスチック製とすれば、樹脂製保持器は軸受の組立において底広げ、かしめといった作業が不要となるため、所要の寸法精度を確保することが容易である。また、樹脂製保持器は鉄板製に比べ保持器重量が軽く、自己潤滑性があり、摩擦係数が小さいという特徴があるため、軸受内に介在する潤滑油の効果と相俟って、外輪との接触による摩耗の発生を抑えることが可能になる。また、樹脂製保持器は重量が軽く摩擦係数が小さいため、軸受起動時のトルク損失や保持器摩耗の低減に好適である。なお、エンジニアリングプラスチック（エンプラ）とは、合成樹脂のなかで主に耐熱性が優れており、強度が必要とされる分野に使うことのできるものをいう。さらに耐熱性・強度を増した樹脂をスーパーエンプラと呼び、このスーパーエンプラを使用してもよい。

内輪２１の外径面に鍔部２６から小径側に延びる軌道面２５を形成することになるが、この場合、内輪２１の外径面の小径側端部においては、軌道面２５と非連続状の非軌道面部４０を形成している。

この非軌道面部４０は、図２に示すように、軌道面２５の内輪軸方向に対する傾斜よりも大きく傾斜したテーパ部４１と、このテーパ部４１の内径縁から内輪軸方向に延びる円筒面部４２とから構成される。すなわち、軌道面２５の傾斜角度をθとし、テーパ部４１の傾斜角度θ１とした場合に、θ＜θ１とされる。

次にこの円すいころ軸受の組立方法を説明する。まず、各保持器２４の各収容部２８ｃに円すいころ２３を収容する。その後、この保持器２４と円すいころ２３との組合体に、内輪２１を内嵌する。逆に言えば、保持器２４と円すいころ２３との組合体を内輪２１に外嵌する。この際、係合部３６を内輪２１の切欠部３８に嵌合させる必要がある。嵌合させるには、係合部３６を弾性変形させて嵌合させてもよいが、係止片３６ａを図３の仮想線で示すように、軸方向外方へ延伸させた状態で、保持器２４と円すいころ２３との組合体に内輪２１を内嵌させ、その後、係止片３６ａを折り曲げるようにしてもよい。

そして、内輪２１と円すいころ２３と保持器２４との組合体を一対形成し、各組合体を、外輪２２の両開口部から挿入することによって、内輪２１と円すいころ２３と保持器２４と外輪２２とが一体化された円すいころ軸受を組み立てることができる。この際、内輪２１、２１の小径側端面２０ｂ、２０ｂをつき合わせる。

本発明の円すいころ軸受では、内輪２１Ａ，２１Ｂの軌道面２５は、鍔部２６から小径端に達するものであって、従来において存在していた内輪の小径側の鍔部を省略したものである。このため、この省略する鍔部分、軽量化を図ることができる。また、円すいころ２３が転動しない範囲までの軌道面２５の延長を防止できるので、研削面が増加せず、コストの低減を図ることができる。しかも、従来において存在していた内輪の小径側の鍔部およびぬすみ部を省略したものであるので、この省略する鍔部およびぬすみ部分だけ、軌道面２５を大きくとることも可能である。このため、コスト面等を考慮して軌道面２５の大きさを設定することができ、円すいころ２３の軸心長さを長くすることも可能となって、負荷容量の向上を図ることができ、長寿化を達成できる。

また、非軌道面部４０を、軌道面２５の内輪軸方向に対する傾斜よりも大きく傾斜したテーパ部４１と、このテーパ部４１の内径縁から内輪軸方向に延びる円筒面部４２とから構成しているので、内輪２１Ａ，２１Ｂの内径面の小径側において切欠部が形成された形状となり、内輪２１Ａ，２１Ｂの軽量化を図ることができる。

本発明では、図１に示すように、一対の内輪２１の小径側端面２１ｂ、２１ｂを突き合わせる複列の円すいころ軸受に適用するのが最適である。すなわち、このような複列である場合、円すいころ２３の小端面２９ｃを外輪２２の軌道面３０の小径側端部に合わせれば、内輪２１の小径側端面２１ｂ、２１ｂは円すいころ２３の小端面２９ｃよりも相手側の内輪２１側に突出する。このため、非軌道面部４０を設けなければ、円すいころ２３が転動しない範囲が比較的大きく形成され、研削面が増加するからである。

次に図４と図５は他の実施形態を示し、この場合、内輪２１の非軌道面部４０を、軌道面２５の小径側端縁から内輪軸方向に延びる円筒面部４３から構成している。なお、図４と図５に示す円すいころ軸受の他の構成は、図１と図２に示す円すいころ軸受と同様であり、それらについては、図１等と同一の符号を付して説明を省略する。

このため、図４と図５に示す円すいころ軸受であっても、図１等に示す円すいころ軸受と同様の作用効果を奏する。特に、軌道面２５を内輪小径側端面にまで延長する場合に比べて、内輪２１の小径側端部の肉厚を大きくすることができて、熱処理変形を防止できる。

次に図６と図７は別の実施形態を示し、この場合、図４と図５とに示す円すいころ軸受において、非軌道面部４０の円筒面部４３の軌道面側端部に周方向溝４４を設けたものである。なお、図６と図７に示す円すいころ軸受の他の構成は、図１と図２に示す円すいころ軸受と同様であり、それらについては、図１等と同一の符号を付して説明を省略する。

このため、図６と図７に示す円すいころ軸受であっても、図１等に示す円すいころ軸受と同様の作用効果を奏する。特に、内輪２１の小径側端部の肉厚を比較的大きく保つとともに、内輪２１の軽量化を図ることができる。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、係合部３６を構成する係止片３６ａの数としては、その増減は任意であるが、安定して円すいころ２３の落下を防止する上で、周方向に沿って定ピッチで３個以上配置するのが好ましい。また、切欠部３８として、実施形態では、内輪２１の大径側の端面２０ａに開口しているが、この端面２０ａに開口させずに、鍔部２６の外径面３１ｃに形成される環状の凹溝にて構成してもよい。

図１と図２の円すいころ軸受において、テーパ部４１の傾斜角度θ１としては、円筒面部４２に対応する部位の肉厚が熱処理変形が生じない程度の厚さで、かつ軽量化を図ることができる範囲で任意に設定できる。各実施形態において、非軌道面部４０の範囲は、円すいころ２３が軌道面２５を確保できる範囲で任意に設定できる。

また、保持器２４が、図９に示すように、大径側の環状部と、小径側の環状部と、円周方向に沿って所定ピッチで配設されて両環状部を連結する柱部とを備えたものであってもよい。さらに、円すいころ軸受として、内輪２１Ａ、２１Ｂにそれぞれ対応する一対の外輪を備えたものであってもよく、複列に限るものではなく、単列であってもよい。なお、この円すいころ軸受は、従来から円すいころ軸受を用いることができる種々の部位に用いることができる。

本発明の実施形態を示す円すいころ軸受の断面図である。 前記図１の円すいころ軸受の要部拡大断面図である。 前記円すいころ軸受の保持器の簡略展開図である。 本発明の他の実施形態を示す円すいころ軸受の断面図である。 前記図４の円すいころ軸受の要部拡大断面図である。 本発明の別の実施形態を示す円すいころ軸受の断面図である。 前記図６の円すいころ軸受の要部拡大断面図である。 従来の円すいころ軸受の断面図である。 従来の円すいころ軸受の保持器の簡略斜視図である。 従来の他の円すいころ軸受の断面図である。

符号の説明

２１Ａ，２１Ｂ 内輪
２２ 外輪
２３ 円すいころ
２４Ａ、２４Ｂ 保持器
２５ 軌道面
２６ 鍔部
３６ 係合部
４０ 非軌道面部
４１ テーパ部
４２ 円筒面部
４３ 円筒面部
４４ 周方向溝

Claims (5)

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、内輪の外径面の大径側にのみ前記円すいころを案内する鍔部を設けた円すいころ軸受であって、
   前記内輪の外径面に鍔部から小径側に延びる軌道面を形成するとともに、内輪の外径面の小径側端部においては、前記軌道面と非連続状の非軌道面部を形成し、かつ前記保持器の大径側に内径方向へ突出する係合部を設けて、この係合部を前記内輪の鍔部に係合させたことを特徴とする円すいころ軸受。
2. 非軌道面部は、前記軌道面の小径側端縁から内輪軸方向に延びる円筒面部からなることを特徴とする請求項１の円すいころ軸受。
3. 非軌道面部の円筒面部の軌道面側端部に周方向溝を設けたことを特徴とする請求項２の円すいころ軸受。
4. 非軌道面部は、前記軌道面の内輪軸方向に対する傾斜よりも大きく傾斜したテーパ部と、このテーパ部の内径縁から内輪軸方向に延びる円筒面部とからなることを特徴とする請求項１の円すいころ軸受。
5. 一対の内輪を備えた複列であることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれかの円すいころ軸受。

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