JP2010048351A - 動力伝達装置用軸受ユニット - Google Patents

Abstract

【課題】潤滑剤の流動性を高めて供給を活性化させ、供給された潤滑剤の保持性、付着性を高めた保持器構造とすることで、保持器の耐摩耗性を向上させた動力伝達装置用軸受ユニットを提供する。
【解決手段】主軸2、その軸心C2に対して偏心したクランク部Cpa,Cpbを備え、回転動力を被回転部材6a,6bへ伝達する動力伝達装置に用いられ、主軸を回転自在に支持する主軸軸受4a,4bと、これらの間に位置付けてクランク部に配設され、被回転部材を回転自在に支持するクランク部軸受(針状ころ軸受)8a,8bと、これら軸受の間に介在され、隣り合う軸受間隔を一定に保つ座金10a,10bを備えた動力伝達装置用軸受ユニットにおいて、針状ころ82a,82bの保持器84a,84bは、一対の円環部Rg1,Rg2と、これらを連結すると共に、ポケットPtを形成する柱部Pr(連結柱部Prr及び凸状柱部Prp)で構成され、いずれか一方の円環部の側面Rs1を座金と接触させ、その側面に多数の凹部Dp1を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、動力源から出力された回転動力を被回転部材へ伝達するための動力伝達装置に用いられる動力伝達装置用軸受ユニットの改良に関する。

従来から、モータなどの動力源から出力された回転動力を伝達するための機構(例えば、遊星歯車減速機構など)を備えた各種の動力伝達装置が知られている。
例えば、特許文献１には、クランク軸を有し、当該クランク軸が円錐ころ軸受と針状ころ軸受の二種類の軸受(それぞれ２つずつ、合計４つ)で回転自在に支持された動力伝達装置の構成が開示されている。この場合、２つの円錐ころ軸受が動力伝達装置の軸心上に位置付けられ、２つの針状ころ軸受がこれらの円錐ころ軸受に対してそれぞれ偏心して位置付けられている。また、２つの針状ころ軸受は隣接して配置され、２つの円錐ころ軸受の間に位置付けられており、針状ころ軸受と円錐ころ軸受の間(二箇所)には、それぞれ座金が装着されている。かかる座金により、針状ころ軸受と円錐ころ軸受との間の距離(両軸受の間隔)が一定に保たれている。

ここで、動力伝達装置は、長期に亘ってクランク軸をスムーズに安定して回転させるために軸受潤滑されており、その潤滑法として、潤滑油による油浴や軸受内部へのグリース充填などが一般的に採用されている。
一例として、特許文献１に開示された動力伝達装置においては、クランク軸を中空構造とし、針状ころ軌道面の中央部に細孔を形成し軸受への潤滑油の円滑な供給を図り、潤滑及び冷却の効率化を実現している。

この他にも、例えば、特許文献２に開示された動力伝達装置においては、減速歯車機構(遊星歯車減速機構)の針状ころ軸受に組み込む保持器を樹脂製とし、当該保持器のポケットの内壁面(針状ころの保持面)に針状ころを回動可能に保持する外側突起と内側突起が形成されている。これにより、かかる保持器の各ポケット内に潤滑油を充分に供給することを可能とし、併せて潤滑油温の上昇を低減するとともに、油幕切れを防止することを可能としている。保持器をこのような構成とすることで、当該樹脂製の保持器を組み込んだ軸受を低速大トルクの減速歯車機構に用いることを可能としている。
また、特許文献３には、ニードル軸受(針状ころ軸受)用の保持器として、その側面７０ｓが平滑状態となっている保持器７０(図１１(ａ),(ｂ))に対し、当該側面７０ｓに放射状の凹溝７２を形成した構成が開示されている(同図(ｃ),(ｄ))。かかる保持器７０によれば、側面７０ｓに別の部材(例えば、座金)が接触摺動した場合であっても、凹溝７２に潤滑グリースが存在するため、前記別部材との摩擦による焼き付きや摩耗を抑制することを可能としている。

このような動力伝達装置において、クランク軸を支持する針状ころ軸受に組み込まれた針状ころは、ラジアル方向(半径方向)への荷重を受けながら偏心揺動している。その際、針状ころの保持器と座金の軸方向すきまは、装置の制約上、ゼロ(すきまなし)の状態となっている。このため、回転中に軸方向への回転分力が生じた場合、当該分力は、針状ころを軸方向へ僅かながらも移動させる力として作用する。
例えば、図８(ａ)から(ｃ)に示す動力伝達装置において、右列の針状ころ５５が右方向へ移動しようとした場合、保持器(一例として、鋼板打ち抜き保持器を想定)５２と座金５３が接触するため、当該保持器５２の一部は僅かではあるが弾性変形を余儀なくされる。この場合、保持器５２と座金５３は、クランク軸５１の回転に伴って相互に滑りつつ、その接触位置を変化させるため、保持器５２の側面(軸方向平面)、並びに座金５３は、図９(ａ),(ｂ)に示すように、相互に受ける軸方向負荷を均一化させることが可能となるような形状をなしている。

また、保持器５２と座金５３は、クランク軸５１の回転時における座金５３の最内径位置の軌跡が、保持器５２の内径位置の軌跡よりも大きくなるような状態が必ず出現するように設計されている。換言すれば、保持器５２の内径部と座金５３の内径部によって挟まれた領域に形成される三日月状のすきま(以下、三日月状すきまという)が潤滑剤(一例として、潤滑油)を自由に流動可能な通路として常に確保され、これにより、針状ころを長期に亘って滑らかに回転させ続けることが可能な構成としている。
特開２００６−３３６７０２号公報 特開平７−２９３５６９号公報 特開２００４−５２７９６号公報

しかしながら、かかる三日月状すきまは、円周方向に十分な長さがあるものの、その一方で保持器５２と座金５３との間の間隔(図８(ｂ),(ｃ)に示す距離Ｌ１(以下、間隔Ｌ１という))が狭いため、いわゆるラビリンス構造によるシール効果(潤滑油流動抑制効果)が現れてしまう場合もある。したがって、例えば、潤滑油として表面張力が比較的大きなＰＡＧ(ポリアルキレングリコール)などを用いた場合、当該潤滑油が三日月状すきまをスムーズに流動せず、軸受が潤滑不良となる虞がある。なお、図１０(ａ)から(ｄ)には、クランク軸５１が回転した場合における三日月状すきま(間隔Ｌ１)の位置変動が示されており、三日月状すきまは、図１０(ａ)に示す位置から(ｂ)、(ｃ)、(ｄ)にそれぞれ示す位置を経て、再び(ａ)に示す位置へと戻る位置変動を、クランク軸５１の回転中において繰り返す。

この場合、例えば、座金５３の内径寸法を大きくし、これにより三日月状すきま(間隔Ｌ１)を拡大させることで、潤滑油の流動性を確保することは可能となる。しかしながら、座金５３は、クランク軸５１と円錐ころ軸受５６(具体的には、その内輪)の側面との間に挟み込まれることで位置決めされる構造となっているため(図９(ａ)参照)、座金５３の内径寸法を拡大した場合、クランク軸５１と円錐ころ軸受５６に挟まれる座金５３の接触面積が縮小されることとなる。その結果、座金５３の位置を固定しておくための保持力が不足し、クランク軸５１及び円錐ころ軸受５６と座金５３が分離してしまう虞があるため、座金５３の内径寸法を拡大させることには限界がある。

本発明は、このような課題を解決するためになされており、その目的は、動力伝達装置の内部に充填された潤滑剤の流動性を高め、針状ころ及び保持器に対する潤滑剤の供給を活性化させるとともに、供給された潤滑剤の保持性を高めた保持器構造とすることで、当該保持器の耐摩耗性を向上させることを可能とする動力伝達装置用軸受ユニットを提供することにある。

このような目的を達成するために、本発明に係る動力伝達装置用軸受ユニットは、動力源から回転動力が出力される主軸と、当該主軸の軸心に対して偏心したクランク部を備え、前記主軸へ出力された回転動力を前記クランク部を介して被回転部材へ伝達するための動力伝達装置に用いられ、前記主軸を回転自在に支持する少なくとも２つの主軸軸受と、当該主軸軸受の間に位置付けられるように前記クランク部に配設され、当該クランク部に対して被回転部材を回転自在に支持する複数のクランク部軸受と、前記主軸軸受と前記クランク部軸受との間に介在され、隣り合う主軸軸受とクランク部軸受の間隔を一定に保つための環状の座金とを備えている。かかる動力伝達装置用軸受ユニットにおいて、前記クランク部軸受は針状ころ軸受として構成されており、当該針状ころ軸受には、複数の針状ころを回転自在に保持する環状の保持器が備えられている。当該保持器は、所定間隔を空けて対向する一対の円環部と、当該円環部を連結するとともに、前記針状ころを保持するポケットを形成するための複数の柱部で構成され、いずれか一方の円環部の側面を前記座金と接触させており、その接触側面には、当該側面を窪ませて成る多数の凹部が形成されている。

この場合、前記座金は、前記主軸に配設されることで前記保持器に対して偏心して位置付けられているとともに、その外径部を周方向に沿って一部縮径させるように凹状に切り欠いて成る少なくとも１つの切欠部を有しており、当該切欠部の外周部位の最小径寸法が、前記保持器の内径寸法よりも小さく設定されている。
一例として、前記座金は、前記切欠部を複数有し、当該複数の切欠部を周方向に沿って等配させた構成とすることができる。

また、前記保持器は、前記複数の柱部のうちの一部の柱部が、前記一対の円環部を連結させることなく、一方の円環部から他方の円環部へ向けて凸状に突出し、その突出端を当該他方の円環部と非接触状態に対向させた凸状構造となっている。

本発明の動力伝達装置用軸受ユニットによれば、座金に切欠部を形成することで、動力伝達装置の内部に充填された潤滑剤の流動性が高められ、針状ころ及び保持器に対する潤滑剤の供給を活性化させることができる。また、保持器(具体的には、円環部)の側面に凹部を形成するとともに、柱部の一部を凸状構造とすることで、供給された潤滑剤の保持性が高められ、当該保持器や座金などの耐摩耗性を向上させることができる。
この結果、針状ころ及び保持器を長期に亘ってスムーズに回転させ続けることができ、動力伝達装置用軸受ユニット、ひいては動力伝達装置を安定稼動させ、これらを長寿命化させることが可能となる。

以下、本発明の一実施形態に係る動力伝達装置用軸受ユニット(以下、単に軸受ユニットともいう)について、添付図面を参照して説明する。なお、本発明に係る軸受ユニットが用いられる動力伝達装置は、電動モータなどの動力源から回転出力が出力される主軸と、当該主軸の軸心に対して偏心したクランク部を備え、前記主軸へ出力された回転動力を前記クランク部を介して被回転部材(例えば、遊星歯車など)へ伝達するための装置として構成されており、自動車、産業用ロボット、工作機械及び搬送機械等に搭載される変速装置(一例として、遊星歯車減速装置)などを実用例として想定することができる。

図１(ａ)から(ｃ)には、本実施形態に係る動力伝達装置用軸受ユニットの構成の一例が示されており、当該軸受ユニットには、主軸２を回転自在に支持する少なくとも２つの主軸軸受4a,4bと、当該主軸軸受4a,4bの間に位置付けられるようにクランク部Cpa,Cpbに配設され、当該クランク部Cpa,Cpbに対して被回転部材6a,6bを回転自在に支持する複数のクランク部軸受8a,8bと、主軸軸受4a,4bとクランク部軸受8a,8bとの間に介在され、隣り合う主軸軸受4a,4bとクランク部軸受8a,8bの間隔を一定に保つための環状の座金10a,10bとが備えられている。この場合、軸受ユニットは、動力伝達装置の内部へ充填された潤滑剤(潤滑油やグリース)により潤滑され、その構成部材(主軸軸受4a,4b、クランク部軸受8a,8b、座金10a,10bなど)の摩擦による摩耗や焼き付き、温度上昇などの防止が図られている。

クランク部Cpa,Cpbは、主軸軸受4a,4bによって挟まれた主軸２の所定部位を当該クランク部Cpa,Cpbの軸心Cac,Cbc周りに拡径させることで、当該主軸２の軸心Ｃ２に対して偏心した状態で配設されている。その際、図１(ａ)の左側に位置付けられているクランク部Ｃｐａは、主軸２の軸心Ｃ２に対して同図の上方向へ距離Ｃだけ軸心Ｃａｃを偏心した構成となっているのに対し、同図の右側に位置付けられているクランク部Ｃｐｂは、主軸２の軸心Ｃ２に対して同図の下方向へ距離Ｃだけ軸心Ｃｂｃを偏心した構成となっている。なお、クランク部Cpa,Cpbの主軸２の軸心Ｃ２に対する偏心距離は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。

また、主軸軸受4a,4bは２つの円錐ころ軸受として構成されている。なお、図１(ａ)には、主軸２が２つの円錐ころ軸受4a,4bで支持される構成を一例として示しているが、かかる軸受は、自動調心ころ軸受や玉軸受などであってもよいし、３つ以上の軸受で主軸２を支持する構成としてもよい。
これに対し、クランク部軸受8a,8bは針状ころ軸受(以下、針状ころ軸受8a,8bという)として構成されている。

針状ころ軸受8a,8bは、外輪80a,80b、転動体(針状ころ)82a,82b及び保持器84a,84bを備えており、保持器84a,84bに設けた各ポケットＰｔ(図３(ｂ))に針状ころ82a,82bを１つずつ回転自在に保持した状態で、被回転部材6a,6bの内周面とクランク部Cpa,Cpbの外周面との間に組み付けられている。したがって、針状ころ軸受8a,8bは、その軸心(クランク部Cpa,Cpbの軸心Cac,Cbcと同心)を主軸２の軸心Ｃ２に対して距離Ｃだけ偏心させて位置付けられており、自身の軸心(すなわち、クランク部Cpa,Cpbの軸心Cac,Cbc)周りに針状ころ82a,82bを転動させる構造となっている。

図３(ｂ)に示すように、保持器84a,84bは、所定間隔を空けて対向する一対の円環部Rg1,Rg2と、当該円環部Rg1,Rg2を連結するとともに、前記針状ころ82a,82bを保持するポケットＰｔを形成するための複数の柱部Ｐｒで構成され、いずれか一方の円環部の側面(一例として、円環部Ｒｇ１の側面Ｒｓ１)を座金10a,10bと接触させている(図２参照)。
そして、かかる円環部Ｒｇ１の側面(すなわち、座金10a,10bとの滑り摩擦面)Ｒｓ１には、図３(ａ)に示すように、当該側面Ｒｓ１を窪ませて成る多数の凹部Ｄｐ１が形成されている。

本実施形態においては、一例として、側面Ｒｓ１の表面に対してディンプル加工を施すことで、凹部Ｄｐ１をディンプル(円形の窪み)として形成している。その際、凹部Ｄｐ１の深さは０．０１ｍｍから０．２ｍｍ程度、直径は０．５ｍｍから２ｍｍ程度で側面Ｒｓ１の全体に亘って等配するとともに、凹部Ｄｐ１の面積と当該凹部Ｄｐ１以外の残りの表面積(別の捉え方をすれば、凹部Ｄｐ１に対する凸部)との面積比を略同一に設定することが好ましい。なお、凹部Ｄｐ１の形状は、円形でなくとも楕円形や矩形などであってもよい。

すなわち、凹部Ｄｐ１をこのように形成することで、座金10a,10bとの接触面積の不足により生ずる接触面圧の上昇に伴う摩耗の早期進行を防止することができるとともに、接触面積の過剰による潤滑剤の付着不足に伴う摩耗の早期進行を防止することができる。また、凹部Ｄｐ１に対して潤滑剤を取り込み、保持器84a,84bの側面Ｒｓ１に常に潤滑剤が保持(付着)された状態とすることが可能となり、座金10a,10bとの接触による当該側面Ｒｓ１の摩耗を有効に防止することができる。

なお、側面Ｒｓ１に形成する凹部Ｄｐ１はすべて同一形態(大きさ(径及び深さ)や形状など)としてもよいし、任意の比率(個数)で異なる形態としてもよい。例えば、深さの異なる二種類の凹部(ディンプル)を側面Ｒｓ１に同一の比率(個数)で交互に形成した場合、座金10a,10bとの接触により当該側面Ｒｓ１の摩耗が進行し、仮に浅い凹部(ディンプル)が消失したとしても、深い凹部(ディンプル)が依然として残るため、急激な異常摩耗や焼き付きなどを有効に抑制することができる。その際、凹部(ディンプル)をより深く形成することで、当該凹部(ディンプル)に潤滑剤をさらに多く取り込むことが可能となるが、その一方で保持器84a,84bの強度低下を招く虞がある。したがって、凹部(ディンプル)の深さは、保持器84a,84bの強度を維持することが可能な範囲で最大限の大きさ(寸法)に設定すればよい。なお、保持器84a,84bの強度を確保可能であれば、座金10a,10bと接触しない他方の円環部の側面(一例として、円環部Ｒｇ２の側面Ｒｓ２)にも側面Ｒｓ１と同様の凹部(例えば、ディンプル)を形成してもよい。

また、側面Ｒｓ１に形成する凹部Ｄｐ１の配置は、凹部Ｄｐ１の面積と当該凹部Ｄｐ１以外の残りの表面積との面積比が略同一に設定されていれば特に限定されないが、凹部Ｄｐ１に対して潤滑剤を取り込ませ易くするとともに、保持(付着)され易くすることを考慮すれば、凹部Ｄｐ１を波目状や斜目状に配置することが好ましい。

ここで、動力伝達装置内部への潤滑剤の充填量は、内部空間容積の７０％から９０％程度が一般的であり、これよりも多いと装置外部へ漏洩し易く、少ないと潤滑不良となり易いことが経験的に知られている。ただし、潤滑剤の充填量は、２つの保持器84a,84bのうち、より垂直方向の高い位置にある保持器(図１(ａ)においては、保持器８４ａ)の内径面の最下部位置(同図に示すＺ位置)よりも油面が上位置となる(換言すれば、当該最下部位置が潤滑剤中へ浸沈する)だけの量とすることが好ましい。潤滑剤の充填量をこのような設定とすることで、保持器84a,84bが一回転する度に凹部Ｄｐ１に対して潤滑剤を確実に取り込むことができるとともに、当該潤滑剤の一部または大半を入れ替えることができ、適正状態(温度や量など)の潤滑剤を常に保持器84a,84bの側面Ｒｓ１に保持(付着)させることが可能となる。

また、その際に充填される潤滑剤の種類や成分などは特に限定されず、軸受ユニットの使用目的や使用環境などに応じて任意の潤滑剤を選択すればよい。例えば、４０℃における動粘度が１０mm²/sから３００mm²/sに設定された鉱油系、エステル油系、エーテル油系、ＰＡＧ(ポリアルキレングリコール)系などの潤滑油や、鉱油系の基油とリチウム石けんを増ちょう剤としてなるグリースをＮＬＧＩ混和ちょう度がNo.00からNo.0となるように調整した液状グリースなどを適用することができる。

また、本実施形態において、保持器84a,84bは、複数の柱部Ｐｒのうちの一部の柱部Ｐｒが、一対の円環部Rg1,Rg2を連結させることなく、一方の円環部(一例として、円環部Ｒｇ１)から他方の円環部(同、円環部Ｒｇ２)へ向けて凸状に突出し、その突出端を当該他方の円環部と非接触状態に対向させた凸状構造となっている。
図３(ｂ)には、一例として、円環部Rg1,Rg2を連結させた通常の柱部Ｐｒ(以下、連結柱部Ｐｒｒという)と、円環部Rg1,Rg2を連結させることなく、凸状構造とした柱部(以下、凸状柱部Ｐｒｐという)とを周方向へ１つおきに交互に配設させた保持器84a,84bの構成を示している。この場合、凸状柱部Ｐｒｐは、円環部Ｒｇ１及び円環部Ｒｇ２における周方向の対称部位からそれぞれ相手側へ向けて凸状に突出させた構造、すなわち、通常の柱部Ｐｒ(連結柱部Ｐｒｒ)の中途の部位を欠落させた構造を成している。

なお、凸状柱部Ｐｒｐの構成は、図３(ｂ)に示す構成には限定されず、その大きさ(突出寸法等)、数や配置などは任意に設定することができる。
例えば、凸状柱部Ｐｒｐの突出寸法(図３(ｂ)に示す距離Ｘ)は、後述する油溜まりＯｐ１を確保するとともに、転動する針状ころ82a,82bの姿勢を安定させて確実に保持することを考慮し、針状ころ82a,82bの長さ寸法の１０％から２０％程度に設定することが好ましい。

また、１つの連結柱部Ｐｒｒと円環部Rg1,Rg2からそれぞれ突出する二対の凸状柱部Ｐｒｐとを周方向へ交互に配設させた保持器構成(連結柱部Ｐｒｒを少なくした構成)(図４(ａ),(ｂ))としてもよいし、円環部Ｒｇ１から突出する凸状柱部Ｐｒｐと円環部Ｒｇ２から突出する凸状柱部Ｐｒｐとが、１つおきに互い違いに配設されるような保持器構成であってもよい。あるいは、円環部Ｒｇ１及び円環部Ｒｇ２のいずれか一方にのみ、凸状柱部Ｐｒｐを配設した保持器構成としてもよい。なお、図４(ａ)には、連結柱部Ｐｒｒを少なくした保持器の単体構成、同図(ｂ)には、当該保持器のポケットＰｔに針状ころ82a,82bを挿入した状態がそれぞれ示されている。

保持器84a,84bに対し、このように円環部Rg1,Rg2との間に連結柱部Ｐｒｒと凸状柱部Ｐｒｐを混在させることで、かかる保持器84a,84bは、連結柱部Ｐｒｒが針状ころ82a,82bの転走面(周面)の全体に接触するのに対し、凸状柱部Ｐｒｐが当該針状ころ82a,82bの転走面(周面)の端部にのみ接触する構造となる。
すなわち、このような保持器構造とすることで、保持器84a,84bのポケットＰｔに針状ころ82a,82bを挿入した場合、隣り合う２つの針状ころ82a,82bと、円環部Ｒｇ１及び円環部Ｒｇ２からそれぞれ突出する２つの凸状柱部Ｐｒｐとで囲まれた部分に凹状の空間部が形成され、当該空間部に潤滑剤を貯留させることができる(以下、かかる空間部を油溜まりＯｐ１という)。つまり、保持器84a,84bは、潤滑剤を貯留可能な空間部(油溜まりＯｐ１)が最大限確保された構造となっているとともに、当該空間部に貯留させた潤滑剤を摺動摩擦部位(例えば、針状ころ82a,82bと連結柱部Ｐｒｒ、外輪80a,80b並びにクランク部Cpa,Cpbの外周面との接触部位など)へスムーズに流動させやすい構造となっている。

加えて、本実施形態においては、図３(ｃ)に示すように、保持器84a,84bの柱部Ｐｒ(連結柱部Ｐｒｒ及び凸状柱部Ｐｒｐ)に対し、その外周面を凹曲状(Ｒ状)に窪ませた溝が形成されており、当該溝にも潤滑剤を貯留することが可能な保持器構造となっている(以下、かかる溝を油溜まりＯｐ２という)。なお、油溜まりＯｐ２の大きさ(長さや深さ等)、形状、数及び配置などは特に限定されず、保持器84a,84bの連結柱部Ｐｒｒ及び凸状柱部Ｐｒｐの大きさや形状などに応じて任意に設定すればよい。

上述したように、潤滑剤の充填量をより垂直方向の高い位置にある保持器(図１(ａ)においては、保持器８４ａ)の内径面の最下部位置(同図に示すＺ位置)よりも油面が上位置となる(換言すれば、当該最下部位置が潤滑剤中へ浸沈する)だけの量に設定した場合、保持器84a,84bが一回転する度に油溜まりOp1,Op2に対して潤滑剤を取り込むことができるとともに、当該潤滑剤の一部または大半を入れ替えて貯留させることができる。

したがって、針状ころ軸受8a,8bが垂直方向の上方へ半径方向負荷(ラジアル負荷)を受けた場合、針状ころ82a,82bの転走面と外輪80a,80bの内周面、及び当該転走面とクランク部Cpa,Cpbの外周面との間の摩擦を潤滑によって格段に低減させることができるとともに、これらの間で生ずる摩擦熱を油溜まりOp1,Op2に貯留された潤滑剤によって冷却することができる。この結果、針状ころ82a,82bと外輪80a,80bの内周面及びクランク部Cpa,Cpbの外周面との間での摩耗や焼き付きなどの発生を有効に防止することができ、針状ころ82a,82bを長期に亘ってスムーズに回転させ続けることができる。

また、本実施形態において、座金10a,10bは、主軸２に配設されることで保持器84a,84bに対して偏心して位置付けられている。すなわち、座金10a,10bは、その軸心が主軸２の軸心Ｃ２と同心となるように位置付けられているため、図１(ａ)の左側に位置付けられている座金１０ａが、クランク部Ｃｐａの軸心Ｃａｃと同心をなす針状ころ軸受８ａの保持器８４ａに対して同図の下方向へ距離Ｃだけ偏心した構成となっている。これに対し、図１(ａ)の右側に位置付けられている座金１０ｂは、クランク部Ｃｐｂの軸心Ｃｂｃと同心をなす針状ころ軸受８ｂの保持器８４ｂに対して同図の上方向へ距離Ｃだけ偏心した構成となっている。
そして、主軸２に対してこのように配設された座金10a,10bは、主軸２の回転に伴って軸心Ｃ２周りに回転する構造となっている。

さらに、座金10a,10bは、図５(ａ)に示すように、その外径部を周方向に沿って一部縮径させるように凹状に切り欠いて成る少なくとも１つの切欠部１０ｖ(同図には、４つの切欠部１０ｖを９０度の位相差で等配した構成を示す)を有しており、当該切欠部１０ｖの最小径部位の径寸法(この場合、外径寸法(図６に示す距離Ｄ１))が保持器84a,84bの内径寸法(同図に示す距離Ｄ３)よりも小さく設定されている(Ｄ１＜Ｄ３)。
具体的には、切欠部１０ｖは、その外径寸法(図６に示す距離Ｄ１)をＤ１＜Ｄ３−２Ｃ−αなる関係式を満足するような値に設定した構成とすればよい。かかる関係式中、Ｃは保持器84a,84bの主軸２に対する偏心距離(図１(ａ))を示しているのに対し、αは調整パラメータを示しており、その値は特に限定されないが保持器84a,84bの内径寸法Ｄ３の５％程度(α＝０．０５×Ｄ３)に設定することが好ましい。
その際、座金10a,10bは、その最大外径寸法(図６の距離Ｄ２)をＤ２≒(Ｄ３＋Ｄ４)／２＋２Ｃなる関係式を満足するような値に設定した構成とすればよい。かかる関係式中、Ｄ４は保持器84a,84bの外径寸法(図６参照)を示している。

座金10a,10b及びその切欠部１０ｖをこのような寸法設定とすることで、当該座金10a,10bを軸心Ｃ２と同心をなして主軸２に配設した場合、座金10a,10bの最大外径周縁は、接触摺動する保持器84a,84b(具体的には、その円環部Ｒｇ１の側面Ｒｓ１)の外径周縁との差分距離が最小となる部位においても、当該座金10a,10bの最大外径周縁は保持器84a,84bのＰＣＤ(Pitch Circle Diameter)位置と略重なった状態となる。したがって、座金10a,10bから保持器84a,84bに対して作用される軸方向(図１の左右方向)への荷重が均等となり、当該保持器84a,84bが傾いた状態で回転することがない。この結果、保持器84a,84bに対して繰り返し曲げ応力が作用することはほとんどなく、疲労による損傷の虞もない。

また、座金10a,10b及びその切欠部１０ｖを上述した寸法設定とすることで、保持器84a,84bの内径周縁と切欠部１０ｖの外径周縁との間の間隔(図１(ｂ),(ｃ)に示す距離Ｌ２(以下、すきまＬ２という))を充分に確保することができる。このため、表面張力が比較的大きな潤滑剤(例えば、ＰＡＧ(ポリアルキレングリコール)など)を用いた場合であっても、すきまＬ２を介して当該潤滑剤をスムーズに流動させることができ、潤滑不良による保持器84a,84b及び座金10a,10bの摩耗や焼き付きなどを有効に防止することができる。

なお、図７(ａ)から(ｄ)には、主軸２及びそのクランク部Cpa,Cpbが回転した場合におけるすきまＬ２の位置変動が示されており、すきまＬ２は、図７(ａ)に示す位置から(ｂ)、(ｃ)、(ｄ)にそれぞれ示す位置を経て、再び(ａ)に示す位置へと戻る位置変動を主軸２の回転中において繰り返す。その際、すきまＬ２の大きさは、頂部(図１(ｂ)に示すＳ１部)の位置が最も広く、底部(同、Ｓ３部)の位置が最も狭い。なお、側部(図１(ｂ)に示すＳ２部とＳ４部)の２つのすきまＬ２の大きさは同一となっている。

ここで、すきまＬ２の大きさ(保持器84a,84bの内径周縁と切欠部１０ｖの外径周縁との間の間隔)、別の捉え方をすれば、切欠部１０ｖの大きさを拡大させることで、潤滑剤の流動性をさらに高めることは可能となる。ただし、切欠部１０ｖを過度に大きくした場合、切欠部１０ｖの外径寸法(図６に示す距離Ｄ１)が小さくなり、座金10a,10bの剛性(強度)の低下を招いてしまうため、座金10a,10bの剛性(強度)を考慮して最適な切欠部１０ｖの大きさを設定すればよい。一方、切欠部１０ｖの外径寸法(図６に示す距離Ｄ１)を大きくし、すきまＬ２を過度に小さくした場合、いわゆるラビリンス構造によるシール効果が現れ、潤滑剤の流動性の低下を招いてしまう虞がある。このため、すきまＬ２は最小でも０．５ｍｍ程度確保しておくことが好ましい(底部(図１(ｂ)に示すＳ３部)の位置におけるすきまＬ２の寸法)。

なお、座金10a,10bの材質、並びに切欠部１０ｖの形状、数及び配置などは特に限定されず、任意に設定することができる。
例えば、図５(ａ)には、切欠部１０ｖの最小外周部位(外周部位のうち、径寸法が最小となる部位)を円弧状(いわゆるＲ状)とした座金10a,10bの構成(Ｒ形状の切欠部構成)を一例として示しているが、切欠部１０ｖの最小外周部位を同図(ｂ)に示すような直線状(いわゆる弦状)として座金10a,10bを構成してもよい(角形状の切欠部構成)。その際、各種形状の切欠部(Ｒ形状や角形状など)を混在させて座金10a,10bを構成してもよい。

また、図５(ａ)には、４つの切欠部１０ｖを９０度の位相差で等配した座金10a,10bの構成を一例として示しているが、３つ以下の切欠部(Ｒ形状や角形状など)を一定の位相差で等配して座金10a,10bを構成してもよいし、５つ以上の切欠部(Ｒ形状や角形状など)を一定の位相差で等配して座金10a,10bを構成してもよい。
座金10a,10bに対して切欠部１０ｖを等配する(一例として、９０度の位相差で４等配)することで、当該座金10a,10bとは偏心して回転する保持器84a,84bと接触摺動したとしても、円環部Ｒｇ１の側面Ｒｓ１との接触面積が略対称かつ略均等に保たれるようにすることが可能となる。これにより、保持器84a,84bの傾きを抑制させることができるだけでなく、当該保持器84a,84bにおける繰り返し曲げ応力の影響も抑制することができる。
ただし、切欠部(Ｒ形状や角形状など)は、一定の位相差による等配ではなく、所定の位相差で配設することも可能である。

上述した本実施形態においては、保持器84a,84bの材質について特に言及しなかったが、樹脂製である場合を一例として想定している。
保持器84a,84bを樹脂製とした場合、繰り返し曲げ応力に対する限界疲労破断時間を鋼板製などよりも格段に延長させること、換言すれば、保持器84a,84bの柔軟性を鋼板製などよりも格段に向上させることができる。また、連結柱部Ｐｒｒ及び凸状柱部Ｐｒｐ、及び油溜まりOp1,Op2などの成形に対する自由度を高めることもできる。
その際、保持器84a,84bを構成する樹脂材料は特に限定されず、例えば、ポリアミド樹脂(ＰＡ４６やＰＡ６６等)、あるいはこれに補強材としてガラス繊維やカーボン繊維等を添加、配合したものなどを用いることができる。ただし、動力伝達装置内部へ充填される潤滑剤の種類や成分(鉱油系、エステル油系、エーテル油系、及びＰＡＧ系など)によっては、耐油性の高いポリフェニレンサルファイド(ＰＰＳ)樹脂などを用いる必要がある。

以上のように、本実施形態に係る動力伝達装置用軸受ユニットによれば、座金10a,10bに切欠部１０ｖを形成することで、動力伝達装置の内部に充填された潤滑剤の流動性が高められ、針状ころ84a,84b及び保持器82a,82bに対する潤滑剤の供給を活性化させることができる。また、保持器82a,82b(具体的には、円環部Ｒｇ１)の側面Ｒｓ１に凹部Ｄｐ１を形成するとともに、柱部Ｐｒの一部を凸状構造(凸状柱部Ｐｒｐ)とすることで、供給された潤滑剤の保持性が高められ、当該保持器82a,82bや座金10a,10bなどの耐摩耗性を向上させることができる。
この結果、針状ころ84a,84b及び保持器82a,82bを長期に亘ってスムーズに回転させ続けることができ、動力伝達装置用軸受ユニット、ひいては動力伝達装置を安定稼動させ、これらを長寿命化させることが可能となる。

本発明の一実施形態に係る動力伝達装置用軸受ユニットの構成を示す図であって、(ａ)は、全体構成図、(ｂ)は、同図(ａ)の矢印１ａ１における断面構成図、(ｂ)は、同図(ａ)の矢印１ａ２における断面構成図。 図１に示す動力伝達装置用軸受ユニットの要部を拡大して示す図。 針状ころを保持するための保持器の構成を示す図であって、(ａ)は、凹部(ディンプル)を形成した側面図、(ｂ)は、柱部(連結柱部及び凸状柱部)、ポケット及び油溜まりの構成を示す図、(ｃ)は、同図(ｂ)の矢印３ｂにおける断面図。 針状ころを保持するための保持器の変形例の構成を示す図であって、(ａ)は、連結柱部を少なくした構成を示す図、(ｂ)は、同図(ａ)の保持器のポケットに針状ころを挿入した状態を示す図。 座金の構成を示す図であって、(ａ)は、Ｒ形状をなす４つの切欠部を９０度の位相差で等配した構成を示す図、(ｂ)は、角形状をなす４つの切欠部を９０度の位相差で等配した構成を示す図。 針状ころ保持器と座金の相対的な構成を説明するための図。 (ａ)から(ｄ)は、主軸及びそのクランク部が回転した場合におけるすきま(針状ころ保持器の内径周縁と切欠部の外径周縁との間の間隔)の位置変動を示す図。 従来の動力伝達装置用軸受ユニットの構成を示す図であって、(ａ)は、全体構成図、(ｂ)は、同図(ａ)の矢印８ａ１における断面構成図、(ｂ)は、同図(ａ)の矢印８ａ２における断面構成図。 (ａ)は、図８に示す動力伝達装置用軸受ユニットの要部を拡大して示す図、(ｂ)は、同図に示す動力伝達装置用軸受ユニットの針状ころを保持するための保持器の構成を示す図。 (ａ)から(ｄ)は、クランク軸が回転した場合における三日月状すきま(針状ころ保持器と座金との間の間隔)の位置変動を示す図。 従来の針状ころ保持器の構成を示す図であって、(ａ)は、平滑状をなす側面図、(ｂ)は、同図(ａ)の周面構成を示す図、(ｃ)は、凹溝加工を施した側面図、(ｄ)は、同図(ｃ)の周面構成を示す図。

符号の説明

２ 主軸
４ａ，４ｂ 主軸軸受(円錐ころ軸受)
６ａ，６ｂ 被回転部材
８ａ，８ｂ クランク部軸受(針状ころ軸受)
１０ａ，１０ｂ 座金
８２ａ，８２ｂ 針状ころ
８４ａ，８４ｂ 針状ころ保持器
Ｃ２ 主軸軸心
Ｃｐａ，Ｃｐｂ クランク部
Ｄｐ１ 凹部(ディンプル)
Ｐｒ 保持器柱部
Ｐｒｐ 凸状柱部
Ｐｒｒ 連結柱部
Ｐｔ 保持器ポケット
Ｒｇ１，Ｒｇ２ 保持器円環部
Ｒｓ１ 保持器円環部側面

Claims (4)

1. 動力源から回転動力が出力される主軸と、当該主軸の軸心に対して偏心したクランク部を備え、前記主軸へ出力された回転動力を前記クランク部を介して被回転部材へ伝達するための動力伝達装置に用いられ、
   前記主軸を回転自在に支持する少なくとも２つの主軸軸受と、当該主軸軸受の間に位置付けられるように前記クランク部に配設され、当該クランク部に対して被回転部材を回転自在に支持する複数のクランク部軸受と、前記主軸軸受と前記クランク部軸受との間に介在され、隣り合う主軸軸受とクランク部軸受の間隔を一定に保つための環状の座金とを備えた動力伝達装置用軸受ユニットであって、
   前記クランク部軸受は針状ころ軸受として構成されており、当該針状ころ軸受には、複数の針状ころを回転自在に保持する環状の保持器が備えられ、
   当該保持器は、所定間隔を空けて対向する一対の円環部と、当該円環部を連結するとともに、前記針状ころを保持するポケットを形成するための複数の柱部で構成され、いずれか一方の円環部の側面を前記座金と接触させており、
   その接触側面には、当該側面を窪ませて成る多数の凹部が形成されていることを特徴とする動力伝達装置用軸受ユニット。
2. 前記座金は、前記主軸に配設されることで前記保持器に対して偏心して位置付けられているとともに、その外径部を周方向に沿って一部縮径させるように凹状に切り欠いて成る少なくとも１つの切欠部を有しており、当該切欠部の外周部位の最小径寸法が、前記保持器の内径寸法よりも小さく設定されていることを特徴とする請求項１に記載の動力伝達装置用軸受ユニット。
3. 前記座金は、前記切欠部を複数有しており、当該複数の切欠部が周方向に沿って等配されていることを特徴とする請求項２に記載の動力伝達装置用軸受ユニット。
4. 前記保持器は、前記複数の柱部のうちの一部の柱部が、前記一対の円環部を連結させることなく、一方の円環部から他方の円環部へ向けて凸状に突出し、その突出端を当該他方の円環部と非接触状態に対向させた凸状構造となっていることを特徴とする請求項１から３のいずれかに記載の動力伝達装置用軸受ユニット。

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