JP2010048374A - 円筒ころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】外輪アセンブリタイプの円筒ころ軸受の組み込み性を向上させるとともに、つばかじり対策を図る。
【解決手段】両つば付き外輪16と、外輪15の内周側に配置した保持器26と、保持器26のポケット28に内径側から押し込んで外輪16の軌道面18に配置した複数の円筒ころ24とを具備した外輪アセンブリに対して、内輪または軸を挿入して組み立てるタイプであって、保持器24は外径側にリブ30を有し、内径側にころ落ち止め32を有し、保持器30のリブ30を外輪16のつば20で案内させるようにしたものにおいて、つば高さhをころ径dに対して28％〜40％とした。
【選択図】図１

Description

この発明は円筒ころ軸受に関し、より詳しくは、自動車のトランスミッションで使用される高速回転用途に適した円筒ころ軸受に関する。

自動車のトランスミッションに使用される円筒ころ軸受としては、構造上の理由から、外輪両つば付きの外輪アセンブリタイプがよく使われる。外輪アセンブリタイプとは、図４に示すように、外輪１６と円筒ころ２４と保持器２６との組立体すなわち外輪アセンブリに対して内輪１２または内輪の代わりの軸を挿入して組み立てるタイプの円筒ころ軸受である。このタイプの円筒ころ軸受を組み立てるにあたっては、両つば付きの外輪１６の内周側に保持器２６を配置し、保持器２６のころ落ち止め３２の弾性変形を利用して円筒ころ２４を保持器２６の内径側から保持器２６のポケット内に押し込んで外輪１６の軌道面１８に配列する。このようにして組み立てた外輪アセンブリを水平に保持した状態で、内輪１２または軸をころ列の内接円内に軸方向に挿入する。

特許文献１では、高速回転下で使用される円筒ころ軸受について、つば高さをころ径の１５％〜２５％とすることを提案している。ここで、つば高さとは、軌道面から測ったつばの半径方向寸法をいう。
なお、特許文献１に記載された円筒ころ軸受は外輪アセンブリタイプではなく、内輪アセンブリタイプというべきものである。すなわち、外輪は両つば付きではなく、一方のつばを外輪から分離可能なつば輪で形成した外輪を用い、両つば付きの内輪と、複数の円筒ころと、保持器とからなる組立体すなわち内輪アセンブリに対して、外輪のつばのない端部側からころ列の外接円上に被せ、その後、外輪につば輪を取り付けて組み立てを完了する。
特開２００２−１９５２７２号公報

外輪アセンブリタイプの場合、つば高さがころ径の１５％〜２５％、つまり１／４程度では、外輪アセンブリ（１６、２４、２６）に内輪１２または軸を組み込むとき、図４に示すように円筒ころ２４が内側に倒れて内輪１２または軸を挿入しにくいという問題がある。つまり、外輪アセンブリを水平に保持すると、円筒ころ２４は垂直な姿勢をとるべきところ、円筒ころ２４はその下端面を外輪１６のつばによって部分的に支えられているにすぎないため、円筒ころ２４の姿勢が不安定となり、上端が内側に傾く傾向にある。円筒ころ２４が傾くと、ころ列の内接円径が小さくなるため、そのままでは内輪１２または軸を円滑に挿入することができない。このように、外輪アセンブリタイプでは、円筒ころ２４の安定性が組み込み性に影響を及ぼす。

つば高さを高くすれば、円筒ころが傾きにくくなるため、組み込み性については改善が可能である。しかしながら、つば高さを高くすると、運転時にころスキューが発生した場合、それに起因してつばかじりが発生するという問題がある。つばかじりとは、円筒ころの端面とつばの内壁面が本来予期しない異常な当たり方をする現象を意味し、トルク上昇にとどまらず、発熱や潤滑不良の原因ともなる。

そこで、この発明の主要な目的は、外輪アセンブリタイプの円筒ころ軸受の組み込み性を向上させるとともに、つばかじり対策を図ることである。

この発明は、つば高さを高くすることで、円筒ころの傾きを抑制し、組み込み性能を向上させる。併せて、つばかじりの発生を防止するため、つば形状、ころ端面形状およびころ材質の変更、または、ころ表面に微小な凹形状を形成することによって、対策を講じる。これにより、組み込み性の向上とつばかじり対策が共に達成できる。

すなわち、この発明は、両つば付き外輪と、外輪の内周側に配置した保持器と、保持器のポケットに内径側から押し込んで外輪の軌道に配置した複数の円筒ころとを具備した外輪アセンブリに対して、内輪または軸を挿入して組み立てるタイプであって、外輪のつばの高さをころ径に対して２８％〜４０％としたことを特徴とするものである。

請求項２の発明は、請求項１の円筒ころ軸受において、外輪のつばに開き角度をつけたことを特徴とするものである。つばの開き角度とは、軸線を含む断面において、つばの内壁面が軌道面に対してなす角度のうち９０度を越える角度分を意味する。つばに開き角度をもたせることにより、円筒ころの端面とつばの内壁面との接触位置が内径側にシフトするため、円筒ころのスキューが発生したときでも、つばの内壁面と軌道面との交点に設けるぬすみ付近で円筒ころと外輪が接触することになるため、つばかじりを抑制できる。つばの開き角度は１０′〜１°程度が好ましい。つばの開き角度が９′以下ではつばかじり対策としての効果がなく、１°を超えるところの倒れこみが顕著になる。

請求項３の発明は、請求項１または２の円筒ころ軸受において、円筒ころの端面を凸円弧形状としたことを特徴とするものである。これにより、軌道輪ところとの接触がエッジ当たりとなることを抑制できる。

請求項４の発明は、請求項１から３のいずれか１項の円筒ころ軸受において、円筒ころの表面に独立した微小な凹形状のくぼみを無数にランダムに形成し、転動体表面の面粗さを軸方向と円周方向のそれぞれを求めてパラメータＲＭＳで表示したとき、軸方向面粗さＲＭＳ（Ｌ）と円周方向面粗さＲＭＳ（Ｃ）との比の値ＲＭＳ（Ｌ）／ＲＭＳ（Ｃ）が１．０以下で、かつ、表面粗さのパラメータＳＫ値が軸方向および円周方向のいずれも−１．６以下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により、油膜形成能力が向上し、高速回転での使用時に油膜切れを起こすことなく円滑な回転が可能となる。

請求項５の発明は、請求項１から３のいずれか１項の円筒ころ軸受において、円筒ころの材質をセラミックスとしたことを特徴とするものである。ころの材質としてセラミックス（Ｓｉ３Ｎ４）を採用することにより、発熱が抑制され、潤滑性が向上する。したがって、つばかじり対策となる。

請求項６の発明は、請求項１から３のいずれか１項の円筒ころ軸受において、保持器の材質が自己潤滑性を有することを特徴とするものである。自己潤滑性を有する材料として、黄銅や樹脂を挙げることができる。保持器に自己潤滑性のある材質を採用することにより、外輪の案内面、ころ転動面との潤滑がよくなり、さらに昇温を抑えることができる。高速回転に対応することができる。

請求項７の発明は、請求項１の円筒ころ軸受において、保持器は表面に銅、銀、または金メッキを施した鉄製保持器であることを特徴とするものである。保持器を、表面に銅、銀、もしくは金メッキを施した鉄製保持器とすることにより、潤滑が良好となるため、高速回転に対応することができる。

請求項８の発明は、請求項１から７のいずれか１項の円筒ころ軸受において、自動車トランスミッション用であることを特徴とするものである。この発明は、自動車のトランスミッションで使用される円筒ころ軸受のように高速回転用途のものに適用することによりその効果をよく発揮する。

この発明によれば、外輪アセンブリに内輪または軸を組み込む際の円筒ころの姿勢が安定し、外輪アセンブリタイプの円筒ころ軸受の組み込み性が向上する。また、つばかじり対策を施したことにより、円筒ころのスキューが発生したときでもつばかじりの発生を抑制することができる。したがって、この発明によれば、高速回転に適した自動車トランスミッション用円筒ころ軸受を提供することが可能になる。

以下、図面に従ってこの発明の実施の形態を説明する。
図１（Ａ）に示すように、外輪１６と、円筒ころ２４と、保持器２６とで外輪アセンブリが構成される。内輪１２は図２に示してあり、外周に円筒ころ２４のための内側軌道１４を有する。内輪１２を使用しない仕様では軸（図示省略）の外周面が内側軌道となる。

外輪１６は両つば付きで、内周に円筒ころ２４のための外側軌道１８を形成し、軌道１８の両側、つまり両端に、つば２０が設けてある。符号αはつば２０の開き角度すなわち、外輪１６の軸線に対して垂直な平面に対してつば２０の内壁面がなす角度を表している。つば高さすなわち、軌道面１８から測ったつば２０の半径方向寸法を、図１（Ｂ）に符号ｈで表してある。

円筒ころ２４は円筒形の転動面２４ａを有し、端面２４ｂの断面は凸円弧形状である（図１（Ａ））。図１（Ｂ）は外輪１６と円筒ころ２４の略図であって、ころ径すなわち円筒ころ２４の直径を符号ｄで表してある。

保持器２６は円周方向に所定の間隔で配置したポケット２８を有し、各ポケット２８に１個の円筒ころ２４を収容させてある。図２からよく分かるように、軸受の回転中、保持器２６の外周面が外輪１６のつば２０の内周面によって案内される。保持器２６の内周面にはころ落ち止め３０が形成してある。ころ落ち止め３０は、図３に示すように、半径方向の内側に突起３２を有し、ポケット２８を挟んで隣り合ったころ落ち止め３０の突起３２間距離が円筒ころ２４のころ径ｄよりもわずかに小さくなるように設定してある。

外輪アセンブリ（１６、２４、２６）を水平に保持した状態における円筒ころ２４の姿勢を安定させるうえで、外輪１６のつば高さｈをころ径ｄに対して２８％〜４０％とするのが好ましい。表１に、潤滑性と組込み性について、つば高さｈを変えて試験した結果を示す。表１中の記号「○」「△」「×」は試験結果の評価を表し、それぞれ、「良い」、「やや悪い」、「悪い」を意味する。

試験軸受はＮＵＰ３０７Ｅ（φ３５×φ８０×２１）、試験条件は次のとおりである。
ラジアル荷重Ｆｒ：５０００Ｎ
アキシアル荷重Ｆａ：２０００Ｎ
回転速度Ｎ：２０００〜１２０００ｒｐｍ
潤滑：タービン５６ 循環給油

表１より、外輪１６のつば高さｈをころ径ｄの２８％以上とすることで、円筒ころ２４の落ち込みが発生しても傾きを抑制することができることが試験確認された。なお、つば高さｈをころ径ｄの４０％としたときには、潤滑不良は発生しなかったが、昇温が高かったため評価を「△」としている。このとき、つば高さｈ４０％の昇温対策として、（１）から（４）の仕様のいずれか一または二以上の組み合わせを追加することで昇温が抑制されることを試験確認した。

（１）既に述べたように、つば２０の内壁面に開き角度αをもたせる（図１（Ａ））。これにより、円筒ころ２４のスキューが発生したときでも、外輪１６のぬすみ付近で、円筒ころ２４と外輪１６が接触することとなり、つばのかじりを抑制できる。開き角度αは１０′〜１°程度が好ましい。

（２）（１）に加え、円筒ころ２４の端面２４ｂの断面形状を凸円弧形状とする。これにより、外輪１６のつば２０との接触がエッジ当たりとなることを抑制できる。

（３）円筒ころ２４の表面に多数の微小凹形状のくぼみをランダムに形成する。これにより、油膜形成能力が向上し、高速回転下でも油膜切れを起こすことなく円滑な回転が可能となる。より詳しく述べると、円筒ころ２４の表面に独立した微小な凹形状のくぼみを無数にランダムに形成し、円筒ころ表面の面粗さを軸方向と円周方向のそれぞれを求めてパラメータＲＭＳで表示したとき、軸方向面粗さＲＭＳ（Ｌ）と円周方向面粗さＲＭＳ（Ｃ）との比の値ＲＭＳ（Ｌ）／ＲＭＳ（Ｃ）が１．０以下で、かつ、表面粗さのパラメータＳＫ値が軸方向および円周方向のいずれも−１．６以下とする（特開平２−１６８０２１号公報参照）。

（４）円筒ころ２４の材質をセラミックス（Ｓｉ３Ｎ４）とする。これにより、発熱が抑制され、潤滑性が向上する。

さらに、保持器２６の材質を自己潤滑性を備えたものとすることにより、外輪１６のつば２０とそれによって案内される保持器２６の外周面との間、および、円筒ころ２４の転動面２４ａと保持器２６との間の潤滑がよくなり、さらに昇温を抑えることができる。自己潤滑性のある材料としては、黄銅、高張力鋼、樹脂などを挙げることができる。鉄製の保持器の表面に銅、銀または金メッキ処理を施しても同様の効果が望める。黄銅は周知のとおり銅に亜鉛を加えた合金である。高張力鋼は炭素鋼に炭素以外の金属元素を少量（８％以下）添加して強靭性を向上させたものである。クロムモリブデン鋼やニッケルクロムモリブデン鋼（ＳＡＥ４３４０）等がある。このため、保持器を高張力鋼製とすれば、強靭性に優れる保持器となる。

保持器を樹脂製とすれば、重量が軽く摩擦係数が小さい。樹脂としては、エンジニアリングプラスチックが好ましい。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ーエンジニアリングプラスチックとがあり、この保持器に用いるエンジニアリングプラスチックには両者を含む。以下にエンジニアリングプラスチックの代表的なものを挙げる。なお、これらはエンジニアリングプラスチックの例示であって、エンジニアリングプラスチックが以下のものに限定されるものではない。

汎用エンジニアリングプラスチックには、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアミド６（ＰＡ６）、ポリアミド６６（ＰＡ６６）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、変性ポリフェニレンエーテル（ｍ−ＰＰＥ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ＧＦ強化ポリエチレンテレフタレート（ＧＦ−ＰＥＴ）、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷ−ＰＥ）等がある。また、スーパーエンジニアリングプラスチックには、ポリサルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、熱可塑性ポリイミド（ＴＰＩ）、ポリベンズイミダゾール（ＰＢＩ）、ポリメチルベンテン（ＴＰＸ）、ポリ１，４−シクロヘキサンジメチレンテレフタレート（ＰＣＴ）、ポリアミド４６（ＰＡ４６）、ポリアミド６Ｔ（ＰＡ６Ｔ）、ポリアミド９Ｔ（ＰＡ９Ｔ）、ポリアミド１１，１２ （ＰＡ１１，１２）、フッ素樹脂、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）等がある。

（Ａ）は円筒ころ軸受の外輪アセンブリの縦断面図、（Ｂ）は外輪と円筒ころの縦断面略図である。 内輪を使用した円筒ころ軸受の縦断面図である。 図２の保持器の横断面図である。 従来の円筒ころ軸受の組み込み過程を示す縦断面図である。

符号の説明

１２ 内輪
１４ 軌道面
１６ 外輪
１８ 軌道面
２０ つば
２４ 円筒ころ
２４ａ 転動面
２４ｂ 端面
２６ 保持器
２８ ポケット
３０ ころ落ち止め
３２ 突起

Claims (9)

1. 両つば付き外輪と、外輪の内周側に配置した保持器と、保持器のポケットに内径側から押し込んで外輪の軌道面に配置した複数の円筒ころとを具備した外輪アセンブリに対して、内輪または軸を挿入して組み立てるタイプであって、外輪のつばの高さをころ径に対して２８％〜４０％とした円筒ころ軸受。
2. 外輪のつばに開き角度をつけた請求項１の円筒ころ軸受。
3. 円筒ころの端面を凸円弧形状とした請求項１または２の円筒ころ軸受。
4. 円筒ころの表面に独立した微小な凹形状のくぼみを無数にランダムに形成し、転動体表面の面粗さを軸方向と円周方向のそれぞれを求めてパラメータＲＭＳで表示したとき、軸方向面粗さＲＭＳ（Ｌ）と円周方向面粗さＲＭＳ（Ｃ）との比の値ＲＭＳ（Ｌ）／ＲＭＳ（Ｃ）が１．０以下で、かつ、表面粗さのパラメータＳＫ値が軸方向および円周方向のいずれも−１．６以下である請求項１から３のいずれか１項の円筒ころ軸受。
5. 円筒ころの材質をセラミックスとした請求項１から３のいずれか１項の円筒ころ軸受。
6. 保持器の材質を黄銅とした請求項１から３のいずれか１項の円筒ころ軸受。
7. 保持器の材質を樹脂とした請求項１から３のいずれか１項の円筒ころ軸受。
8. 保持器は表面に銅、銀、または金メッキを施した鉄製保持器である請求項１の円筒ころ軸受。
9. 自動車トランスミッション用である請求項１から８のいずれか１項の円筒ころ軸受。

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