JP2010019284A - 円すいころ軸受用保持器及び円すいころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】円すいころのスキューを抑制し、軸受の回転トルクを低減可能な円すいころ軸受用保持器及び円すいころ軸受を提供する。
【解決手段】環状部６と、環状部６から軸方向に突出し円周方向に所定の間隔を存して配置される複数の柱部７と、を備え、柱部７、７間に円すいころ４を転動可能に保持するポケット９が形成された円すいころ軸受用保持器５であって、柱部７は、その内周面７ｂの周方向長さがその外周面７ａの周方向長さより長く円すいころ４のピッチ円直径ＰＣＤより内径側から円すいころ４を抱え込むように保持し、柱部８の保持器案内面と円すいころ４の当接位置の少なくとも一部はピッチ円直径ＰＣＤ以下である。
【選択図】図１

Description

本発明は、鉄道車輌、鉄鋼機械、工作機械、建設機械等の一般産業用機械の分野、並びに自動車、例えば自動車用トランスミッションに使用される円すいころ軸受用保持器及び円すいころ軸受に関する。

昨今、天然資源の枯渇を考慮して、自動車を含めた産業機械の燃料使用効率の向上に向けた取り組みが社会的に要請されている。産業機械に使用される軸受として、円すいころ軸受は、大きなラジアル荷重およびアキシャル荷重を支持して高速回転での使用が可能であり、且つコンパクトであるため、トランスミッションなど、自動車の減速装置部分などに多用されている（例えば特許文献１）。

円すいころ軸受にとって燃料使用効率向上のためには、軸受の攪拌抵抗となる回転トルクの低減が必要となる。これにより、動力源への負荷が低減し、結果として燃料使用効率を向上させることができる。

円すいころ軸受の回転トルクは、円すいころと内輪との摩擦抵抗や、軸受内部に滞留する潤滑油の攪拌抵抗が要因となって発生するが、その一要因として円すいころのスキューによる攪拌抵抗の増加が挙げられる。

特許文献１に記載の円すいころ軸受１００は、図８に示すように、内輪１０１と外輪１０２の間で、プレス成形された金属製保持器１０３のポケット１０４に円すいころ１０５を転動可能に保持する。

特開２００５−６９４２１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の円すいころ軸受１００は、図９に示すように、保持器１０３のころ案内径が円すいころ１０５のピッチ円直径ＰＣＤより大きいため、高速回転時に保持器１０３には遠心力が作用するとともに熱膨張により、保持器１０３の柱部１０６は径方向外側に膨張し、ポケット１０４の端面と円すいころ１０５とのポケット隙間が広がる。そのため、円すいころ１０５がスキューした際、保持器案内面１０７で周方向における円すいころ１０５のスキューを制御することができず、円すいころ１０５は、図９の矢印Ｔ１で示されるように、内輪及び外輪によって径方向のみが支持される。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、円すいころのスキューを抑制し、軸受の回転トルクを低減可能な円すいころ軸受用保持器及び円すいころ軸受を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）環状部と、前記環状部から軸方向に突出し円周方向に所定の間隔を存して配置される複数の柱部と、を備え、前記柱部間に円すいころを転動可能に保持するポケットが形成された円すいころ軸受用保持器であって、
前記柱部は、その内周面の周方向長さがその外周面の周方向長さより長く前記円すいころのピッチ円直径より内径側から前記円すいころを抱え込むように保持し、
前記柱部の保持器案内面と前記円すいころの当接位置の少なくとも一部は前記円すいころのピッチ円直径以下であることを特徴とする円すいころ軸受用保持器。
（２）金属製又は合成樹脂製であることを特長とする（１）に記載の円すいころ軸受用保持器。
（３）外輪と内輪との間に複数の円すいころが円環状の保持器を介して円周方向に転動可能に配設される円すいころ軸受であって、
前記保持器として、（１）又は（２）に記載の円すいころ軸受用保持器を使用することを特徴とする円すいころ軸受。

本発明の円すいころ軸受用保持器及び円すいころ軸受によれば、円すいころをピッチ円直径より内径側から抱え込むように保持し、柱部の保持器案内面と円すいころの当接位置の少なくとも一部を円すいころのピッチ円直径以下にしているため、従来の円すいころ軸受における内輪及び外輪からの支持に加え、高速回転時であっても周方向両側の保持器案内面からの支持が加わるため、円すいころの姿勢が安定する。回転中のころ姿勢の安定はスキュー抑制につながり、結果として回転トルクが低減し、動力源の燃料使用効率を向上させることができる。

以下、本発明に係る円すいころ軸受の各実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
まず、図１〜図３を参照して、本発明に係る円すいころ軸受の第１実施形態について説明する。
図１に示すように、本実施形態の円すいころ軸受１は、外周面に内輪軌道面２ａが形成された内輪２と、内周面に外輪軌道面３ａが形成された外輪３と、内輪軌道面２ａと外輪軌道面３ａ間を周方向に転動可能な複数の円すいころ４と、複数の円すいころ４を所定の間隔で転動可能に保持する保持器５とを備えている。

内輪２は、内輪軌道面２ａと、その小径側端部に半径方向外方に突出して形成された小鍔部２ｂと、大径側端部に半径方向外方に突出して形成された大鍔部２ｃとを備え、内輪軌道面２ａは、内輪２の外周面が小鍔部２ｂから大鍔部２ｃに向うに従って、外径が次第に大きくなるように形成されている。

外輪３は、外輪軌道面３ａが外輪３の内周面に小径側から大径側に向けて内径が次第に大きくなるように形成されている。

保持器５は、内輪２の小鍔部２ｂ側に配置される環状部６と、環状部６から周方向に略等間隔で軸方向に突設された複数の柱部７とを備え、環状部６と隣接する柱部７、７とにより環状部６とは反対側が開放されたポケット９を形成する、いわゆるくし型保持器である。

柱部７は、環状部６から軸方向と略平行に延びて柱部７の外周面７ａを構成する柱部本体１０と、柱部本体１０から径方向内側に向けて突出して形成され柱部７の内周面７ｂを構成する凸部２０とを備え、柱部本体１０と凸部２０が一体形成されている。

凸部２０の内径端部は内輪２の小鍔部２ｂの外周面より内径側に位置し、 そこから内輪軌道面２ａと略平行に外径が次第に大きくなるように形成された断面直線状内周面２０ａと、断面直線状内周面２０ａから柱部本体１０の環状部６と反対側の端部を結ぶ内径側の回転軸に対する傾きが外径側の回転軸に対する傾きより大きく形成された断面円弧状内周面２０ｂとにより、柱部７の内周面７ｂが構成されている。

ポケット９を構成する円周方向に隣接する柱部７の対向面７ｃ、すなわち柱部本体１０と凸部２０の側壁は、図２、３に示すように、円すいころ４の転動面にならって円すいころ４よりも僅かに大きい曲率半径を有する部分球状面となっており、これにより保持器５は円すいころ４により周方向の位置決めがなされ、回転時に円すいころ４により案内されるころ案内方式となっている。

ここで、柱部７の内周面７ｂの周方向長さＬｉは柱部７の外周面７ａの周方向長さＬｏより長くなっており、円すいころ４はピッチ円直径ＰＣＤより内径側から抱え込むように保持されている。これにより、柱部７の対向面７ｃの保持器案内面と円すいころ４の当接位置の少なくとも一部は円すいころ４のピッチ円すい直径ＰＣＤ以下となる。また、ポケットを挟んで対向する柱部７の外周面７ａの周方向隙間は円すいころ４の直径より僅かに小さく形成されている。

保持器５は、樹脂からなり、樹脂材料としては、ポリアミド４６やポリアミド６６などのポリアミド系樹脂、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェレンサルサイド（ＰＰＳ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、熱可塑性ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）などが例示される。また、上記樹脂に、例えば、ガラス繊維や炭素繊維などの繊維状充填材を１０〜５０ｗｔ％程度適宜添加することによって、保持器５の剛性および寸法精度を向上させることができる。なお、保持器は金属を切削加工や鋳造により形成してもよいが、合成樹脂により形成することで保持器自体の慣性質量を十分に小さくでき、その分だけ、軸受の軽量化や回転速度の高速化を図ることができる。また、合成樹脂の方が金属に比べ複雑な形状加工を安価に行うことができる。

このように構成された円すいころ軸受１において、保持器５と円すいころ４は、保持器５のポケット９に円すいころ４を環状部６とは反対側の開放部から挿入することで組みつけられる。このとき、円すいころ４は、隣り合う柱部７の対向面７ｃによってピッチ円直径ＰＣＤより内径側から抱え込むように保持され、ポケットを挟んで対向する柱部７の外周面７ａの端部により外径側への抜け止めがなされる。

上記のように構成された円すいころ軸受１によれば、円すいころ軸受１が高速回転し、保持器５に遠心力が作用するとともに熱膨張すると、保持器５の柱部７は径方向外側に膨張するが、柱部７の柱部対向面７ｃが円すいころ４をピッチ円直径ＰＣＤより内径側から抱え込むように保持するので、保持器案内面と円すいころ４の当接位置の少なくとも一部はピッチ円すい直径ＰＣＤ以下となる。従って、高速回転時においても、柱部対向面７ｃの保持器案内面が円すいころ４に当接するため、内輪２及び外輪３からの図３の矢印Ｔ１で示される径方向の支持に加えて保持器案内面からの矢印Ｔ２で示される周方向の支持が加わり、結果としてころ姿勢が安定する。回転中のころ姿勢の安定はスキュー抑制につながり、結果として回転トルクが低減し、動力源の燃料使用効率を向上させることができる。

また、保持器５はポケット９の環状部６とは反対側の端部が開放されたくし型保持器のため、潤滑油の排出性が向上し、これにより潤滑油が軸受内部に滞留することによる攪拌トルクの増加を抑制することができる。

＜第２実施形態＞
次に、図４〜７を参照して第２実施形態の円すいころ軸受について説明する。
第２実施形態の円すいころ軸受は、保持器の形状が異なる以外は、本発明の第１実施形態の円すいころ軸受と同様であるので、同一部分には同一符号又は相当符号を付して説明を簡略化又は省略する。

円すいころ軸受１Ａの保持器１５は、内輪２の小鍔部２ｂ側に配置される小径環状部１６と、小径環状部１６とは軸方向反対側に位置する大径環状部１８と、小径環状部１６から周方向に略等間隔で軸方向に突設され小径環状部１６と大径環状部１８を連接する複数の柱部１７とを備え、小径環状部１６と大径環状部１８と隣接する柱部１７、１７とによりポケット９を形成している。

柱部１７は、小径環状部１６から軸方向に次第に拡径しながら延びて柱部１７の外周面１７ａを構成する柱部本体３０と、柱部本体３０から径方向内側に向けて突出して形成され柱部１７の内周面１７ｂを構成する凸部４０とを備え、柱部本体３０と凸部４０が一体形成されている。

凸部４０の内径端部は内輪２の小鍔部２ｂの外周面より内径側に位置し、 そこから内輪軌道面２ａと略平行に外径が次第に大きくなるように形成された断面直線状内周面４０ａと、断面直線状内周面４０ａと大径環状部１８を結ぶ２つの断面円弧状内周面４０ｂ、４０ｃとにより、柱部１７の内周面１７ｂが構成されている。それぞれの断面円弧状内周面４０ｂ、４０ｃは、回転軸に対する傾きが内径側で大きく外径側に行くに従い傾きが小さく形成され、断面円弧状内周面４０ｂ、４０ｃとの交点においては断面円弧状内周面４０ｃの回転軸に対する傾きが、断面円弧状内周面４０ｂの回転軸に対する傾きより大きく形成されている。

ポケット９を構成する円周方向に隣接する柱部１７の対向面１７ｃ、すなわち柱部本体３０と凸部４０の側壁は、図５に示すように、円すいころ４の転動面にならって円すいころ４よりも僅かに大きい曲率半径を有する部分球状面となっており、これにより保持器１５は円すいころ４により周方向の位置決めがなされ、回転時に円すいころ４により案内されるころ案内方式となっている。

ここで、柱部１７の内周面１７ｂの周方向長さＬｉは柱部１７の外周面１７ａの周方向長さＬｏより長くなっており、円すいころ４はピッチ円直径ＰＣＤより内径側から抱え込むように保持されている。これにより、柱部１７の対向面１７ｃの保持器案内面と円すいころ４の当接位置の少なくとも一部は円すいころ４のピッチ円すい直径ＰＣＤ以下となる。また、ポケットを挟んで対向する柱部１７の外周面１７ａの周方向隙間は円すいころ４の直径より僅かに小さく形成されている。

このように構成された円すいころ軸受１において、保持器１５と円すいころ４は、保持器１５のポケット９に円すいころ４を大径側から押圧することにより挿入することで組みつけられる。このとき、円すいころ４は、隣り合う柱部１７の対向面１７ｃによってピッチ円直径ＰＣＤより内径側から抱え込むように保持され、ポケットを挟んで対向する柱部１７の外周面１７ａの端部により外径側への抜け止めがなされる。

上記のように構成された円すいころ軸受１Ａによれば、円すいころ軸受１Ａが高速回転し、保持器１５に遠心力が作用するとともに熱膨張すると、保持器１５の柱部１７は径方向外側に膨張するが、柱部１７の柱部対向面１７ｃが円すいころ４をピッチ円直径ＰＣＤより内径側から抱え込むように保持するので、保持器案内面と円すいころ４の当接位置の少なくとも一部はピッチ円すい直径ＰＣＤ以下となる。従って、高速回転時においても、柱部対向面１７ｃの保持器案内面が円すいころ４に当接するため、内輪２及び外輪３からの図５の矢印Ｔ１で示される径方向の支持に加えて保持器案内面からの矢印Ｔ２で示される周方向の支持が加わり、結果としてころ姿勢が安定する。回転中のころ姿勢の安定はスキュー抑制につながり、結果として回転トルクが低減し、動力源の燃料使用効率を向上させることができる。

また、保持器１５は内輪２の大鍔部２ｃ近傍に位置する部分が保持器１５と大鍔部２ｃとの隙間を確保するため回転軸に対する傾きが大きな断面円弧状内周面４０ｃとなっているため、潤滑油の排出性を確保することができる。これにより潤滑油が軸受内部に滞留することによる攪拌トルクの増加を抑制することができる。

なお、第２実施形態の保持器１５の材質は、第１実施形態と同様に樹脂又は金属により形成される。

尚、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。例えば、本実施形態において、柱部７、１７の外周面７ａ、１７ａをピッチ円直径ＰＣＤより大径としたが、これに限らず、柱部７、１７の内周面７ｂ、１７ｂの周方向長さが外周面７ａ、１７ａの周方向長さより長くピッチ円直径ＰＣＤより内径側から円すいころを抱え込むように保持していれば、ピッチ円直径ＰＣＤ以下としてもよい。

本発明の第１実施形態である円すいころ軸受の軸方向断面図である。 図１に示す円すいころ軸受の保持器の部分斜視図である。 図１に示す円すいころ軸受の径方向断面図である。 本発明の第２実施形態である円すいころ軸受の軸方向断面図である。 図４に示す円すいころ軸受の径方向断面図である。 図４に示す円すいころ軸受の保持器の全体斜視図であり、(ａ)は大径環状部側からの見た斜視図、（ｂ）は小径環状部側から見た斜視図である。 図６に示す保持器に円すいころを装着した全体斜視図であり、(ａ)は大径環状部側からの見た斜視図、（ｂ）は小径環状部側から見た斜視図である。 特許文献１に記載の円すいころ軸受の軸方向断面図である。 図８に示す円すいころ軸受の径方向断面図である。

符号の説明

１、１Ａ 円すいころ軸受
２ 内輪
３ 外輪
４ 円すいころ
５、１５ 保持器
６、１６ 小径環状部（環状部）
７、１７ 柱部
７ａ、１７ａ 柱部の外周面
７ｂ、１７ｂ 柱部の内周面
９ ポケット
１０、３０ 柱部本体
１８ 大径環状部
２０、４０ 凸部
ＰＣＤ ピッチ円直径

Claims (3)

1. 環状部と、前記環状部から軸方向に突出し円周方向に所定の間隔を存して配置される複数の柱部と、を備え、前記柱部間に円すいころを転動可能に保持するポケットが形成された円すいころ軸受用保持器であって、
   前記柱部は、その内周面の周方向長さがその外周面の周方向長さより長く前記円すいころのピッチ円直径より内径側から前記円すいころを抱え込むように保持し、
   前記柱部の保持器案内面と前記円すいころの当接位置の少なくとも一部は前記円すいころのピッチ円直径以下であることを特徴とする円すいころ軸受用保持器。
2. 金属製又は合成樹脂製であることを特徴とする請求項１に記載の円すいころ軸受用保持器。
3. 外輪と内輪との間に複数の円すいころが円環状の保持器を介して円周方向に転動可能に配設される円すいころ軸受であって、
   前記保持器として、請求項１又は２のいずれかに記載の円すいころ軸受用保持器を使用することを特徴とする円すいころ軸受。

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