JP2009222199A - 円すいころ軸受用保持器及び円すいころ軸受 - Google Patents
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Abstract
【課題】円すいころの全長を長くして負荷容量の増加を図ることができ、しかも強度的にも安定するとともに、組込性に優れた円すいころ軸受用保持器及びこのような保持器を用いた円すいころ軸受を提供する。
【解決手段】保持器４は、小径リング部９と、大径リング部１０と、これらの間に配設される複数の柱部１１とを備える。大径リング部１０に軸受内輪の大径側端部に設けられた大鍔８と係合可能な引っ掛け部１５を有する。ポニフェニレンサルファイドに樹脂強化材を充填させてなり、樹脂強化材の充填率をＭとしたときに、０重量％＜Ｍ＜１０重量％とした。
【選択図】図１
【解決手段】保持器４は、小径リング部９と、大径リング部１０と、これらの間に配設される複数の柱部１１とを備える。大径リング部１０に軸受内輪の大径側端部に設けられた大鍔８と係合可能な引っ掛け部１５を有する。ポニフェニレンサルファイドに樹脂強化材を充填させてなり、樹脂強化材の充填率をＭとしたときに、０重量％＜Ｍ＜１０重量％とした。
【選択図】図１
Description
本発明は、円すいころ軸受用保持器及びこの円すいころ軸受用保持器を用いた円すいころ軸受に関する。
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、ディファレンシャル、ドライブシャフトのいず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。
このトランスミッション（変速機）の一例として、図６に示す同期噛合式変速機がある。この変速機では、所定間隔で平行配置された主軸９５と副軸（図示省略）とがミッションケース（図示せず）に回転自在に支持され、その主軸９５は出力軸（駆動車輪側）に連動され、副軸は入力軸（エンジン側）に連動される。
副軸には、副軸歯車９６が一体（又は別体）に設けられ、主軸９５には円すいころ軸受Ａを介して主軸歯車９１が回転自在に装着される。主軸歯車９１の外周面の中央部分には副軸歯車９６と常時噛合する歯部９１ａが一体に設けられ、両端部分にはクラッチギヤ９７が係合連結される。クラッチギヤ９７は、外周にスプライン歯９７ａ、一側に円錐形のコーン９７ｂを一体に有し、クラッチギヤ９７に近接してシンクロ機構９８が配設される。
シンクロ機構９８は、セレクタ（図示せず）の作動によって軸方向（同図で左右方向）に移動するスリーブ８１と、スリーブ８１の内周に軸方向移動自在に装着されたシンクロナイザーキー８２と、主軸９５の外周に係合連結されたハブ８３と、クラッチギヤ７のコーン７ｂの外周に摺動自在に装着されたシンクロナイザーリング８４と、シンクロナイザーキー８２をスリーブ８１の内周に弾性的に押圧する押さえピン８５及びスプリング８６とを具備する。
同図に示す状態では、スリーブ８１及びシンクロナイザーキー８２が押さえピン８５によって中立位置に保持されている。この時、主軸歯車９１は副軸歯車９６の回転を受けて主軸９５に対して空転する。一方、セレクタの作動により、スリーブ８１が同図に示す状態から例えば軸方向左側に移動すると、スリーブ８１に従動してシンクロナイザーキー８２が軸方向左側に移動し、シンクロナイザーリング８４をクラッチギヤ７のコーン７ｂの傾斜面に押し付ける。これにより、クラッチギヤ９７側の回転速度が落ち、逆にシンクロ機構９８側の回転速度が高められる。
そして、両者の回転速度が同期した頃、スリーブ８１がさらに軸方向左側に移動して、クラッチギヤ９７のスプライン歯９７ａに噛み合い、主軸歯車１と主軸５との間がシンクロ機構９８を介して連結される。これにより、副軸歯車６の回転が主軸歯車９１によって所定の変速比で減速されて、主軸９５に伝達される。この時、主軸歯車９１は、主軸９５及び円すいころ軸受Ａの軸受内輪９２と同期回転する。
自動車の同期噛合式変速機の主軸歯車機構に用いた前記円すいころ軸受Ａは、軸受外輪と兼用した主軸歯車９１と、外周面に軌道面９２ａを有し、主軸９５の外周に嵌装された一対の軸受内輪９２と、主軸歯車９１の複列の軌道面９１ｃと一対の軸受内輪２の軌道面２ａとの間に配された複列の円すいころ９３と、各列の円すいころ９３をそれぞれ保持する一対の保持器９４とで構成される。軸受内輪９２の軌道面９２ａの小鍔を形成すると共に大径側に大鍔を形成している。保持器９４には、円すいころ９３が保持されるポケットが周方向に沿って所定ピッチで複数個配設されている。
ディファレンシャルは、図７に示すように、デファレンシャルケース４１の前部にドライブピニオン軸４２を配置し、一対の円すいころ軸受４４，４５で回転自在に支持させている。ドライブピニオン軸４２の前端部はプロペラシャフト（図示せず）と連結し、後端部には、リングギヤ（減速大歯車）４６とかみ合うドライブピニオンギヤ（減速小歯車）４３を固定し、あるいは一体に形成してある。
リングギヤ４６は差動歯車ケース４７に取り付けてあり、差動歯車ケース４７は一対の円すいころ軸受４８，４９でデファレンシャルケース４１に対して回転自在に支持される。差動歯車ケース４７の内部に、一対のピニオンギヤ５０と、これとかみ合う一対のサイドギヤ５１とがそれぞれ配置してある。ピニオンギヤ５０はピニオン軸５２に固定し、サイドギヤ５１はスラストワッシャを介して差動歯車ケース４７に装着してある。図示してない左右のドライブシャフトが、それぞれに対応するサイドギヤ５１にセレーション等によりトルク伝達可能に結合される。
プロペラシャフトの駆動トルクは、ドライブピニオンギヤ４３→リングギヤ４６→差動歯車ケース４７→ピニオンギヤ５０→サイドギヤ５１→ドライブシャフトという経路で伝達される。一方、タイヤの駆動抵抗は、ドライブシャフト→サイドギヤ５１→ピニオンギヤ５０へと伝達される。
また、図７に示す各円すいころ軸受は、いわゆる単列である。このような単列の円すいころ軸受は、図８に示すように、外周面に円すい状の軌道面７５を有する内輪７２と、内周面に円すい状の軌道面７６を有する外輪７１と、内輪７２の軌道面７５と外輪７１の軌道面７６との間に転動自在に介在した複数の円すいころ７３と、複数の円すいころ７３を軸受周方向に所定の間隔を隔てて保持する保持器７４とを主要な構成要素としている。また、内輪７２には、軌道面７５の小径側に小鍔７７が形成され、軌道面７５の大径側に大鍔７８が形成されている。この場合の保持器７４も、円すいころ７３が保持されるポケットが周方向に沿って所定ピッチで複数個配設されている。
ところで、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すい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ためには、更なる軸受の長寿命化が必要である。
そこで、円すいころの本数を増やすか、円すいころの全長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、保持器に保持された円すいころの脱落を防止するために、図６と図８に示すように、円すいころ小端側の内輪外周には小鍔６７（７７）が設けられている。このため、円すいころ９３（７３）の全長を長くすることができない。また、各円すいころ９３（７３）間には円すいころ９３（７３）を保持するための保持器の柱部（隣合うポケット間）が存在する。このため、円すいころ９３（７３）の本数を増やすことができない。すなわち、この小鍔６７（７７）や柱部によって、負荷容量を上げるには限度があった。
そのため、円すいころ小端側の内輪外周の小鍔を省略したものがある（特許文献１）。すなわち、内輪の外周の大端側にのみ環状の大鍔を形成し、内輪の小径側においては鍔部（小鍔）を省略している。そして、保持器の大端側に、内輪と係合可能の引っ掛け部を設けることにより、円すいころ３が保持器４から脱落することを防止している。
前記のようにトラミッションやデファレンシャルに使用される円すいころ軸受における保持器は、主に鉄製保持器（鉄板保持器）が用いられるが、近年では樹脂保持器が用いられることが多くなっている。
樹脂保持器のメリットは、射出成形により大量生還が可能であり、生産性が良い点、プレス加工で成形される鉄板保持器と比較して、射出成形により成形される樹脂保持器は、形状に自由度がある。
また、円すいころ軸受は特に樹脂への攻撃性の高い油が多用されているデファレンシャルにて多く用いられるため、樹脂製の保持器を採用する場合にはスーパーエンプラの中で耐油性が高く、強度及び靭性に優れているＰＰＳ（ポニフェニレンサルファイド）が好適である。
円すいころ軸受にＰＰＳ製樹脂保持器を適用させた場合、機械的特性を向上させるため強化材としてガラス繊維・炭素繊維等の短繊維（樹脂補強材）を混入させる場合がある（特許文献３及び特許文献４）。
実開昭５８−１６５３２４号公報
特開２００２−５４６３８号公報
特許第２６２８６７４号公報
特開２００４−７６７４７号公報
小鍔をなくした場合、円すいころ全長を長くすることができるが、円すいころの全長を長くする分、保持器に小径リング部の内輪等からの突出量が大きくなり、他部品との干渉が生じる。特に、このような単列の円すいころ軸受を重ね合わせ状として、複列円すいころ軸受を構成した場合、対向する保持器同士が互いに干渉する。
しかも、保持器に内輪の大鍔に係合可能な引っ掛け部を備えたものでは、組込作業性を考慮すれば、保持器は柔軟性を必要とする。しかしながら、保持器に樹脂補強材を充填した樹脂を使用した場合、強度向上を図ることができても柔軟性に劣ることになる。このため、組込時に保持器が損傷したりすることがある。
本発明は、上記課題に鑑みて、円すいころの全長を長くして負荷容量の増加を図ることができ、しかも強度的にも安定するとともに、組込性に優れた円すいころ軸受用保持器及びこのような保持器を用いた円すいころ軸受を提供する。
本発明の第１の円すいころ軸受用保持器は、デファレンシャルケースと、このデファレンシャルケース内に配置される差動減速機構と、差動減速機構のリングギヤに噛合するピニオンギヤと、ピニオンギヤを支持するピニオン軸とを備えたデファレンシャル装置において、前記ピニオン軸をデファレンシャルケース内に回転自在に支持する円すいころ軸受に用いる保持器であって、小径リング部と、大径リング部と、これらの間に配設される複数の柱部とを備え、大径リング部に軸受内輪の大径側端部に設けられた大鍔と係合可能な引っ掛け部を有し、ポニフェニレンサルファイドに樹脂強化材を充填させてなり、樹脂強化材の充填率をＭとしたときに、０重量％＜Ｍ＜１０重量％としたものである。
本発明の第２の円すいころ軸受用保持器は、車両用のトランスミッションを回転自在に支持する円すいころ軸受に用いる保持器であって、小径リング部と、大径リング部と、これらの間に配設される複数の柱部とを備え、大径リング部に軸受内輪の大径側端部に設けられた大鍔と係合可能な引っ掛け部を有し、ポニフェニレンサルファイドに樹脂強化材を充填させてなり、樹脂強化材の充填率をＭとしたときに、０重量％＜Ｍ＜１０重量％としたものである。
本発明の第１及び第２の円すいころ軸受用保持器によれば、ポニフェニレンサルファイドに樹脂強化材を充填させてなるものである。ポニフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）とは、フェニル基（ベンゼン環）とイオウ（S）が交互に繰り返される分子構造を持った高性能エンジニアリング・プラスチックである。結晶性で，連続使用温度は２００℃〜２２０℃，高荷重（１．８２ＭＰａ）での荷重たわみ温度が２６０℃以上と耐熱性に優れ，しかも引っ張り強さや曲げ強さが大きい。成形時の収縮率は０．３〜０．５％と小さいので寸法安定性が良い。難燃性や耐薬品性の点でも優れている。ＰＰＳは，架橋型，直鎖型，半架橋型の3種に大別できる。架橋型は低分子量ポリマーを架橋して高分子量化したもので，脆く，ガラス繊維で強化したグレードが中心である。直鎖型は重合段階で架橋工程がなしに高分子量化したもので，靭性が高い。半架橋型は，架橋型と直鎖型の特性を併せ持つ特徴を持っている。このため、樹脂への攻撃性が高い油が多用されるデファレンシャル装置やトランスファ装置に対して最適となる。
強化材を０重量％より多く１０重量％未満で充填させたものであり、強度向上を図ることができる。また、樹脂強化材の充填量が１０重量％未満であるため、樹脂の流動性としても、樹脂強化材を充填しないものとあまり変化がない。
樹脂強化材が炭素繊維やガラス繊維等の繊維強化材であってもよい。炭素繊維であっても、ガラス繊維であってもよい。ここで、炭素繊維とは、アクリル繊維またはピッチ（石油、石炭、コールタールなどの副生成物）を原料に高温で炭化して作った繊維である。前者の原料を使った炭素繊維はＰＡＮ（Ｐｏｌｙａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ）、後者を使った炭素繊維はＰＩＴＣＨと区分される。広義の意味で炭素の集合体である。グラファイトの結合により高い強度を得ている。グラファイトとは、炭素から成る元素鉱物である。炭素繊維は、耐摩耗性、耐熱性、熱伸縮性、耐酸性、電気伝導性、耐引張力などに優れ、アルミニウムなどの金属に比べても軽量である利点がある。また、ガラス繊維とは、溶融したガラスを細く引き伸ばし急冷固化して作られた繊維状材料である。繊維形式によって長繊維、短繊維に分類され、また組成によってアルカリガラス繊維と含アルカリガラス繊維に大別される。ガラス繊維は、耐食性，耐熱性，耐湿性，電気絶縁性に優れる。このため、樹脂に炭素繊維やガラス繊維を混ぜることで、軽量かつ強度のある素材となる。
また、大径リング部に軸受内輪の大径側端部に設けられた大鍔と係合可能な引っ掛け部を有するので、保持器に保持された円すいころの脱落も防止され、軸受内輪の小鍔を無くすことができる。また、軸受内輪の軸方向長さの拡大を抑えつつ、軌道面の長さおよび円すいころの長さを拡大することができるので、軸受の負荷能力を向上させることができる。
本発明の円すいころ軸受は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の円すいころ軸受用保持器を用いた円すいころ軸受であって、ころ係数γが０．９４を超えるものである。ここで、ころ係数γは、次式で定義される。
ころ係数γ＝（Ｚ・ＤＡ）／（π・ＰＣＤ）
ここで、Ｚ：ころ本数、ＤＡ：ころ平均径、ＰＣＤ：ころピッチ円径
ここで、Ｚ：ころ本数、ＤＡ：ころ平均径、ＰＣＤ：ころピッチ円径
本発明の円すいころ軸受は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の円すいころ軸受用保持器を用いた円すいころ軸受であって、保持器のポケットの窓角度を５５°以上８０°以下とするものである。ここで、ポケット（周方向に沿って隣合う柱部間）の窓角とは、柱部の、円すいころの転動面と接する面がなす角度をいう。
軸受組立状態において、小径リング部の小径側端面と、円すいころの小端面の外周縁の最外径部とが、軸受中心軸と直交する平面上にほぼ配置され、もしく小径リング部の小径側端面が軸受中心軸と直交する平面上よりも内側にあるのが好ましい。これによって、他の部材や保持器同士との小径リング部の干渉を防止することができる。
また、内輪の大径側端部に設けられた大鍔には前記引っ掛け部が掛合する周方向溝を有するのが好ましい。大鍔に周方向溝を有することによって、引っ掛け部の大鍔に対する係合性の向上を図ることができる。
本発明の円すいころ軸受用保持器では、保持器の大径側に軸受内輪の大鍔と係合可能な引っ掛け部を備えるので、保持器に保持された円すいころの脱落も防止され、軸受内輪の小鍔を無くすことができる。また、軸受内輪の軸方向長さの拡大を抑えつつ、軌道面の長さおよび円すいころの長さを拡大することができるので、軸受の負荷能力を向上させることができる。
樹脂製としたことによる利点（生産性が良い、特殊形状の適用が容易等）を有し、しかも使用する樹脂としても樹脂強化材が充填されているので、強度向上を図ることができ、機械的特性を向上させることができる。特に、ポニフェニレンサルファイドは、スーパエンプラの中で耐油性が高く、強度及び靭性に優れている。このため、このポニフェニレンサルファイドに樹脂強化材を充填してなる保持器は、樹脂への攻撃性の高い油が多用されるデファレンシャル装置やトランスミッション装置に使用される円すいころ軸受に最適となり、この保持器を用いた円すいころ軸受は、長期にわたって安定した機能を発揮することができる。
樹脂強化材の充填率は、０重量％＜Ｍ＜１０重量％としたものであるので、柔軟性を具備し、組込時において、係合部(引っ掛け部)が大鍔を乗り越える組込作業を安定して行うことができ、しかも、この組込時に引っ掛け部等を破損させることがない。すなわち、樹脂強化材が充填されなければ、保持器の強度向上を望めず、逆に樹脂強化材の充填率が１０重量％以上では、剛性が大となって、柔軟性に劣り、組込み時に引っ掛け部等が破損するおそれがある。
樹脂強化材の充填率が１０重量％未満であるので、樹脂の流動性としても、樹脂強化材を充填しないものとあまり変化がなく、樹脂は、小径リング部形成用のキャビテイ内においても流れにくくなることなく流れる。このため、小径リング部におけるウェルド部の発生を抑えることができ、ウェルド部が小径側に生じない保持器を提供することができる。これによって、保持器のウェルド部に起因する早期破損を防止できる。
樹脂強化材が炭素繊維であっても、ガラス繊維であってもよく、これらによって、使用する樹脂が軽量かつ強度のある素材となる。このため、このような樹脂強化材がポニフェニレンサルファイドに充填されてなる保持器は、強度向上を安定して図ることができるとともに、耐熱性、難燃性、耐油性、及び耐薬品性等に優れる。しかも、優れた寸法安定性を発揮することができる。
ころ係数γが０．９４を越えるようにすれば、軸受寸法を変更することなく、負荷容量を総ころ軸受（保持器を用いていない軸受）のレベルまで上げることが可能となる。これによって、接触面圧を低減でき、停止状態での面圧が緩和され、耐フレッティング性が向上する。しかも、保持器と円すいころとは良好な接触状態を確保することができ、ころは円滑な回転が得られる。
また、保持器の窓角を５５°以上としたことによって、保持器の柱幅を大きくすることができ、さらに、円すいころとの良好な接触状態を確保することができ、保持器の窓角を８０°以下としたことによって、半径方向への押し付け力が大きくならず、円滑な回転が得られる。
小径リング部の小径側端面と、円すいころの小端面の外周縁の最外径部とが、軸受中心軸と直交する平面上にほぼ配置されるもの等では、他の部材や複列組合せとした場合の保持器同士との小径リング部の干渉を防止することができる。
引っ掛け部が周方向溝に掛合することによって、引っ掛け部の大鍔に対する係合性の向上を図ることができ、円すいころの脱落防止の信頼性が向上する。しかも、周方向溝を形成したことによる軽量化を図ることができる。
図１は、本発明にかかる保持器を用いた円すいころ軸受の実施形態を示すもので、特に
図６に示すようなトラミッション装置に使用される。すなわち、図示省略しているが、トラミッション装置は、所定間隔で平行配置された主軸と副軸とがミッションケースに回転自在に支持され、その主軸は出力軸（駆動車輪側）に連動され、副軸は入力軸（エンジン側）に連動されている。そして、主軸が本発明に係る円すいころ軸受（図１に示す円すいころ軸受）にて支持されている。
図６に示すようなトラミッション装置に使用される。すなわち、図示省略しているが、トラミッション装置は、所定間隔で平行配置された主軸と副軸とがミッションケースに回転自在に支持され、その主軸は出力軸（駆動車輪側）に連動され、副軸は入力軸（エンジン側）に連動されている。そして、主軸が本発明に係る円すいころ軸受（図１に示す円すいころ軸受）にて支持されている。
図１に示す円すいころ軸受は、外周に円すい状の軌道面５ａ、５ｂを有する内輪（軸受内輪）２ａ、２ｂと、図示しないハウジングに固定され、内周に円すい状の軌道面６ａ、６ｂを有する外輪（軸受外輪）１と、内輪２ａ、２ｂ及び外輪１の軌道面間に介在させた複数の円すいころ３ａ、３ｂと、複数の円すいころ３ａ、３ｂを円周方向で等間隔に保持する保持器４ａ、４ｂとを備える。内輪２ａ、２ｂの外周の大端側には、環状の鍔部（大鍔）８ａ、８ｂが形成されている。この種の円すいころ軸受では、その軸方向両端をシール装置でシールする場合が多いが、図面ではこのシール装置の図示を省略してある。
保持器４ａ、４ｂは、図３に示すように、小径リング部９と、大径リング部１０と、この間に配設される複数本の柱部１１を備え、柱部１１の相互間に円すいころ３ａ、３ｂを保持するポケット１２を形成したものである。各ポケット１２にそれぞれ円すいころ３ａ、３ｂが回転自在に収容されている。なお、この実施形態では、２５個のポケット１２が形成されている。
図１に示すように、保持器４ａ、４ｂの大端側に内輪２ａ、２ｂの大鍔８ａ、８ｂと係合可能の係合部(引っ掛け部)１５が形成される。この引っ掛け部１５は、内輪２ａ、２ｂの最大外径部（大鍔８ａ、８ｂの外周面）を超えて内径側に延びている。内輪２ａ、２ｂの大鍔８ａ、８ｂには、図２に示すように、大鍔８ａ、８ｂ外周面よりも内径側に突出した引っ掛け部１５を収容するため、環状の周方向溝（係合溝）１７ａ、１７ｂが形成されている。引っ掛け部１５と周方向溝１７ａ、１７ｂ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４ａ、４ｂは軸方向および半径方向に僅かな移動が可能である。引っ掛け部１５の数は、少なくとも一つあれば足りるが、円周方向の複数箇所に形成してもよい。この実施形態では、周方向に沿って６０°ピッチで６個配設されている。
すなわち、引っ掛け部１５は、内輪２ａ、２ｂと円すいころ３ａ、３ｂと保持器４ａ、４ｂが組立状態を保てるような引っ掛かりが内輪２ａ、２ｂの鍔部８ａ、８ｂに対してあり、保持器４ａ、４ｂが軸中心Ｌに対し中立状態では鍔部８ａ、８ｂに非接触であり、運転中には鍔部８ａ、８ｂに非接触もしくは、鍔部８ａ、８ｂに接触する場合は、引っ掛け部内面３０と鍔部８ａ、８ｂの周方向溝１７ａ、１７ｂの底面３１が接触状態となる。
小径リング部９の小径側端面９ａと、円すいころ３ａ（３ｂ）の小端面２０ａの外周縁の最外径部２１とが、軸受中心軸Ｌと直交する同一平面上にほぼ配置される。すなわち、小径リング部９の肉厚ｔを小としている。これによって、図１に示すように、内輪２ａ、２ｂを小径側端面９ａを突合せた際に、保持器４ａ、４ｂの小径リング部９が接触しないように設定している。
この保持器は樹脂保持器である。この樹脂としてはエンジニアリングプラスチックのＰＰＳ（ポニフェニレンサルファイド）を用いる。ここで、エンジニアリングプラスチックとは、合成樹脂のなかで主に耐熱性が優れ、強度が必要とされる分野に使うことができるものであって、エンプラと略される。また、エンジニアリングプラスチックは、汎用エンジニアリングプラスチックとスーパエンジニアリングプラスチックとがある。
ＰＰＳとは、フェニル基（ベンゼン環）とイオウ（S）が交互に繰り返される分子構造を持った高性能エンジニアリングプラスチックである。結晶性で，連続使用温度は２００℃〜２２０℃，高荷重（１．８２ＭＰａ）での荷重たわみ温度が２６０℃以上と耐熱性に優れ，しかも引っ張り強さや曲げ強さが大きい。成形時の収縮率は０．３〜０．５％と小さいので寸法安定性が良い。難燃性や耐薬品性の点でも優れている。ＰＰＳは，架橋型，直鎖型，半架橋型の3種に大別できる。架橋型は低分子量ポリマーを架橋して高分子量化したもので，脆く，ガラス繊維で強化したグレードが中心である。直鎖型は重合段階で架橋工程がなしに高分子量化したもので，靭性が高い。半架橋型は，架橋型と直鎖型の特性を併せ持つ特徴を持っている。
樹脂製保持器を構成する樹脂に樹脂強化材を０重量％より多く１０重量％未満で充填している。すなわち、樹脂強化材の充填率をＭとしたときに、０重量％＜Ｍ＜１０重量％としている。強化材としては、樹脂強化材が炭素繊維（ＣＦ）やガラス繊維（ＧＦ）等の繊維強化材であってもよい。ここで、炭素繊維とは、アクリル繊維またはピッチ（石油、石炭、コールタールなどの副生成物）を原料に高温で炭化して作った繊維である。前者の原料を使った炭素繊維はＰＡＮ（Ｐｏｌｙａｃｒｙｌｏｎｉｔｒｉｌｅ）、後者を使った炭素繊維はＰＩＴＣＨと区分される。広義の意味で炭素の集合体である。グラファイトの結合により高い強度を得ている。グラファイトとは、炭素から成る元素鉱物である。炭素繊維は、耐摩耗性、耐熱性、熱伸縮性、耐酸性、電気伝導性、耐引張力などに優れ、アルミニウムなどの金属に比べても軽量である利点がある。また、ガラス繊維とは、溶融したガラスを細く引き伸ばし急冷固化して作られた繊維状材料である。繊維形式によって長繊維、短繊維に分類され、また組成によってアルカリガラス繊維と含アルカリガラス繊維に大別される。ガラス繊維は、耐食性，耐熱性，耐湿性，電気絶縁性に優れる。このため、樹脂に炭素繊維やガラス繊維を混ぜることで、軽量かつ強度のある素材となる。
保持器４ａ、４ｂは、柱部１１の柱面４０の窓押し角（窓角）θ（図５参照）は、例えば、５５°以上８０°以下とする。
ころ係数γが０．９４を越えるように設定している。ここで、ころ係数γは、次式で定義される。また、ポケット（周方向に沿って隣合う柱部間）１２の窓角θとは、柱部の、円すいころ３ａ（３ｂ）の転動面と接する面がなす角度をいう。
ころ係数γ＝（Ｚ・ＤＡ）／（π・ＰＣＤ）
ここで、Ｚ：ころ本数、ＤＡ：ころ平均径、ＰＣＤ：ころピッチ円径
ここで、Ｚ：ころ本数、ＤＡ：ころ平均径、ＰＣＤ：ころピッチ円径
本発明では、内輪（軸受内輪）２ａ、２ｂの大鍔８ａ、８ｂと係合可能な引っ掛け部１５を備えるので、円すいころ３ａ、３ｂの脱落も防止される。すなわち、円すいころ軸受を機械に組込むまでの間は、円すいころ３ａ、３ｂはその自重によって小端側に脱落しようとし、これに伴って保持器４ａ、４ｂにも同方向の押圧力が作用する。これに伴い、引っ掛け部１５が内輪２ａ、２ｂに設けられた周方向溝１７ａ、１７ｂに係合するため、保持器４ａ、４ｂのそれ以上の小端側への変位が規制される。この場合、円すいころ３ａ、３ｂは、その小端側への変位がポケット１２の小端側ポケット面によって規制されているため、円すいころ３ａ、３ｂの内輪２ａ、２ｂからの脱落を確実に防止することが可能となる。このため、内輪２ａ、２ｂの小鍔を無くすことができる。これによって、軸受の軸方向寸法の小型化や軽量化と共に、円すいころ長さの延長による負荷能力の向上を図ることができる。また、内輪２ａ、２ｂの軸方向長さの拡大を抑えつつ、軌道面５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂの長さおよび円すいころ長さを拡大することができるので、軸受の負荷能力を向上させることができる。
しかも、小径リング部９の小径側端面９ａと、円すいころ３ａ、３ｂの小端面２０ａの
外周縁の最外径部２１とが、軸受中心軸と直交する平面上にほぼ配置されるので、保持器を付き合わせ使用する場合の複列円すいころ軸受の対向する保持器同士又は単列の円すいころ軸受の場合はハウジング等の相手部品との干渉を防止することができる。このため、装着性（他の部材への組み込み性）に優れる。
外周縁の最外径部２１とが、軸受中心軸と直交する平面上にほぼ配置されるので、保持器を付き合わせ使用する場合の複列円すいころ軸受の対向する保持器同士又は単列の円すいころ軸受の場合はハウジング等の相手部品との干渉を防止することができる。このため、装着性（他の部材への組み込み性）に優れる。
特に、保持器４ａ、４ｂを樹脂製としたことによる利点（生産性が良い、特殊形状の適用が容易等）を有し、しかも使用する樹脂としても樹脂強化材が充填されているので、強度向上を図ることができ、機械的特性を向上させることができる。特に、ポニフェニレンサルファイドは、スーパエンプラの中で耐油性が高く、強度及び靭性に優れている。このため、このポニフェニレンサルファイドに樹脂強化材を充填してなる保持器４ａ、４ｂは、樹脂への攻撃性の高い油が多用されるトランスミッション装置等に使用される円すいころ軸受に最適となり、この保持器を用いた円すいころ軸受は、長期にわたって安定した機能を発揮することができる。
また、樹脂強化材の充填率は、０重量％より多く１０重量％未満であるので、柔軟性を具備し、組込時において、引っ掛け部１５が大鍔を乗り越える組込作業を安定して行うことができ、しかも、この組込時に引っ掛け部１５等を破損させることがない。すなわち、樹脂強化材が充填されなければ、保持器４ａ、４ｂの強度向上を望めず、逆に樹脂強化材の充填率が１０重量％以上では、剛性が大となって、柔軟性に劣り、組込み時に引っ掛け部１５等が破損するおそれがある。なお、保持器４ａ、４ｂの強度向上をより発揮させるためには、樹脂強化材の充填率が５重量％以上であるのが好ましい。
充填率が１０重量％未満であるので、流動性において、強化材を充填しないものとあまり変化がなく、樹脂は、小径リング部形成用のキャビテイ内においても流れにくくなることなく流れる。このため、小径リング部９におけるウェルド部の発生を抑えることができ、ウェルド部が小径側に生じない保持器４ａ、４ｂを提供することができる。これによって、保持器のウェルド部に起因する早期破損を防止できる。
樹脂強化材としては、前記したように、炭素繊維であっても、ガラス繊維であってもよく、これらによって、使用する樹脂が軽量かつ強度のある素材となる。このため、このような樹脂強化材がポニフェニレンサルファイドに充填されてなる保持器４ａ、４ｂは、強度向上を安定して図ることができるとともに、耐熱性、難燃性、耐油性、及び耐薬品性等に優れる。しかも、優れた寸法安定性を発揮することができる。
ころ係数γが０．９４を越えるようにすれば、軸受寸法を変更することなく、負荷容量を総ころ軸受（保持器を用いていない軸受）のレベルまで上げることが可能となる。これによって、接触面圧を低減でき、長期にわたって円滑な運転（回転）が可能となる。
また、保持器４ａ、４ｂの窓角θを５５°以上としたことによって、保持器の柱幅を大きくすることができ、円すいころ３ａ、３ｂとの良好な接触状態を確保することができ、保持器４ａ、４ｂの窓角を８０°以下としたことによって、半径方向への押し付け力が大きくならず、円滑な回転が得られる。
本発明の円すいころ軸受として図５に示すような単列のものであってもよい。すなわち、この円すいころ軸受は、外周面に円すい状の軌道面６５を有する内輪６２と、内周面に円すい状の軌道面６６を有する外輪６１と、内輪６２の軌道面６５と外輪６１の軌道面６６との間に転動自在に介在した複数の円すいころ６３と、複数の円すいころ６３を軸受周方向に所定の間隔を隔てて保持する保持器６４とを主要な構成要素としている。また、内輪６２には、軌道面６５の大径側に大鍔１８が形成されている。この場合の保持器６４も、円すいころ６３が保持されるポケットが周方向に沿って所定ピッチで複数個配設されている。
また、保持器６４は、小径リング部６９と、大径リング部７０とを備え、大径リング部７０に引っ掛け部１５が設けられている。内輪６２の大鍔６８には、保持器６４の引っ掛け部１５が係合する周方向溝１７が形成されている。
そして、このように構成された円すいころ軸受を図７に示すようなデファレンシャル装置に使用される。すなわち、デファレンシャル装置は、図示省略するが、デファレンシャルケースと、このデファレンシャルケース内に配置される差動減速機構と、差動減速機構のリングギヤに噛合するピニオンギヤと、ピニオンギヤを支持するピニオン軸とを備える。そして、ピニオン軸が本発明に係る円すいころ軸受（図５に示す円すいころ軸受）にて支持されている。
この場合も、ポニフェニレンサルファイドに樹脂強化材を充填させてなり、樹脂強化材の充填率をＭとしたときに、０重量％＜Ｍ＜１０重量％としたものである。このため、このような単列の円すいころ軸受であっても、図１に示す円すいころ軸受と同様の作用効果を奏する。
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、保持器４ａ、４ｂのポケット１２の数は、保持される円すいころ３ａ、３ｂの数に応じて種々変更できる。また、柱部１１の長さや肉厚寸法等も、円すいころ３ａ、３ｂを保持することが可能な限り種々変更できる。円すいころ軸受として単列のものであってもよい。充填する強化材としては、ＣＦやＧＦ以外に、強度の高い樹脂繊維であるアラミド繊維等であってもよい。ここで、アラミド繊維とは、その分子骨格が芳香族(ベンゼン環)からなるポリアミド繊維(ａｒｏｍａｔｉｃ ｐｏｌｙ
ａｍｉｄｅ ｆｉｂｅｒ)である。
ａｍｉｄｅ ｆｉｂｅｒ)である。
前記実施形態では、大鍔８に周方向溝１７を設けたが、このような周方向溝１７を設けなくてもよく、また、周方向溝１７に代えて、引っ掛け部１５に対応した位置に周方向に沿って所定ピッチで切欠部を形成してもよい。
本発明において使用したＰＰＳと、他のスーパエンプラであるＰＡ４６（ポリアミド４６）、ＰＡ６６（ポリアミド６６）に対して油浸漬試験を行ってその結果を次の表１と表２に示した。表１は引張り強さの強度低下率を示し、表２は曲げ強さの強度低下率を示す。
油は、三菱純正ダイヤクイーン「スーパーハイポイドギアオイル ＳＡＥ９０ ＧＬ−５」を使用した。また、供試体として、ＢＡＳＦジャパン（株）製：ウルトラミッドＡ３ＨＧ５（ＰＡ６６にＧＦ（ガラス繊維）を２５重量％で充填したもの）と、ＤＳＭＪＳＲエンプラ（株）社製：ＴＷ２００Ｆ５−７０Ｇ３２０（ＰＡ３６にＧＦを２５重量％で充填したもの）と、大日本インキ化学工業（株）社製：Ｚ２３０とＺ２００−５Ｅとの混合物（ＰＰＳにＧＦを７．５重量％で充填したもの）とを使用し、それぞれ、いわゆるダンベル試験片を製作した。
また、試験としては、各試験片を前記油に浸漬し、浸漬後と、浸漬前とにおいて、引張り強さ試験と曲げ強さとを行った。この場合、５００時間毎の強度劣化を確認した。表１及び表２から分かるように、ＰＰＳを使用した場合、浸漬時間が２０００時間を越えても引張り強度と曲げ強さ強度とに劣化が見られなかった。
保持器の柔軟性についての試験を行って、その結果を次の表３に示した。円すいころ軸受として、ＮＴＮ（株）社製の「３０２０６Ｕ：内輪の内径寸法が３０ｍｍ、外輪の外径寸法が６２ｍｍ、軸方向寸法が１７．２５ｍｍ」を使用して、内輪には、小鍔と大鍔とを備えたものとした。組み込み方法としては、ころを保持器のポケットに入れた後、内輪の小鍔を乗り越えて組み込む方法を採用した。また、保持器として、ＰＰＳにＧＦ（ガラス繊維）を３０重量％で充填したもの、ＰＰＳにＧＦを１５重量％で充填したもの、ＰＰＳにＧＦを１０重量％で充填したもの、ＰＰＳにＧＦを５重量％で充填したものの４種類を製造した。
組み込みに必要な径方向の伸び寸法を基準として適用可否を確認した、表３からわかるように、充填率が１５％以下が適用可能範囲と思料される。このように、充填率が１５％を越えると組み込み性に問題があることが分かる。
２ 内輪
４ 保持器
８ 大鍔
９ 小径リング部
９ａ 小径側端面
１０ 大径リング部
１１ 柱部
１５ 引っ掛け部
１７ 周方向溝
２０ａ 小端面
２１ 最外径部
４ 保持器
８ 大鍔
９ 小径リング部
９ａ 小径側端面
１０ 大径リング部
１１ 柱部
１５ 引っ掛け部
１７ 周方向溝
２０ａ 小端面
２１ 最外径部
Claims (8)
- デファレンシャルケースと、このデファレンシャルケース内に配置される差動減速機構と、差動減速機構のリングギヤに噛合するピニオンギヤと、ピニオンギヤを支持するピニオン軸とを備えたデファレンシャル装置において、前記ピニオン軸をデファレンシャルケース内に回転自在に支持する円すいころ軸受に用いる保持器であって、
小径リング部と、大径リング部と、これらの間に配設される複数の柱部とを備え、大径リング部に軸受内輪の大径側端部に設けられた大鍔と係合可能な引っ掛け部を有し、ポニフェニレンサルファイドに樹脂強化材を充填させてなり、樹脂強化材の充填率をＭとしたときに、０重量％＜Ｍ＜１０重量％としたことを特徴とする円すいころ軸受用保持器。 - 車両用のトランスミッションを回転自在に支持する円すいころ軸受に用いる保持器であって、
小径リング部と、大径リング部と、これらの間に配設される複数の柱部とを備え、大径リング部に軸受内輪の大径側端部に設けられた大鍔と係合可能な引っ掛け部を有し、ポニフェニレンサルファイドに樹脂強化材を充填させてなり、樹脂強化材の充填率をＭとしたときに、０重量％＜Ｍ＜１０重量％としたことを特徴とする円すいころ軸受用保持器。 - 樹脂強化材が炭素繊維であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の円すいころ軸受用保持器。
- 樹脂強化材がガラス繊維であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の円すいころ軸受用保持器。
- 請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の円すいころ軸受用保持器を用いた円すいころ軸受であって、
前記ころ係数γが０．９４を超えることを特徴とする円すいころ軸受。 - 請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の円すいころ軸受用保持器を用いた円すいころ軸受であって、
保持器のポケットの窓角度を５５°以上８０°以下とすることを特徴とする円すいころ軸受。 - 軸受組立状態において、小径リング部の小径側端面と、円すいころの小端面の外周縁の最外径部とが、軸受中心軸と直交する平面上にほぼ配置され、もしくは小径リング部の小径側端面が軸受中心軸と直交する平面上よりも内側にあることを特徴とする請求項５又は請求項６に記載の円すいころ軸受。
- 内輪の大径側端部に設けられた大鍔には前記引っ掛け部が掛合する周方向溝を有することを特徴とする請求項５〜請求項７のいずれか１項に記載の円すいころ軸受。
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2008
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