JP2011133046A - 転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】保持器の加工性や組込み性を低下することなく、高速回転時に懸念されるスキッティングや保持器破損などの不具合を起こさない冠型合成樹脂製保持器を組み込んだ転がり軸受を提供する。
【解決手段】本発明の転がり軸受は、上記問題を解決するために、内輪軌道面を有する内輪と、外輪軌道面を有する外輪と、前記内輪軌道面と前記外輪軌道面との間に相対回転自在に配された複数の転動体と、前記転動体を転動自在に保持する保持器と、を備え、前記保持器は、円環形状部と、円環形状部から軸方向に伸びる複数の柱部によって構成された合成樹脂製の冠型保持器であって、前記保持器は、内輪外径面または外輪内径面のいずれかと転動体とのとの両方によって案内されることを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、転がり軸受、例えば自動車トランスミッションやハイブリッド自動車または電気自動車、燃料電池自動車のモータ支持或いはモータに直結したギア支持に用いられるのに好適な転がり軸受に関するものである。

自動車のトランスミッションに使用される従来の転がり軸受として、図３に示す転がり軸受５０は、内輪５１と、外輪５２と、内外輪５１，５２間に相対回転自在に配された複数の転動体である玉５３と、玉５３を転動自在に保持する鉄製波形プレス保持器５４と、を備える。内輪５１は、外径面の中央部に内輪軌道面５１ａを有し、外輪５２は、内径面の中央部に外輪軌道面５２ａを有する。

図４に示すように、転がり軸受５０に用いられる鉄製波形プレス保持器５４は、非分離形の軸受に用いられるものであり、ポケット５７を形成するための凹部５８，５９を有した２つの環状の金属部材６０，６１を組み合わせてリベット６２にて結合することにより形成されている。鉄製波形プレス保持器５４のポケット５７における転動体案内面の曲率は、玉５３表面の曲率よりも小さく設定されており、鉄製波形プレス保持器５４と玉５３との間に潤滑油による油膜を形成することで、これらの摺動部分の摩耗を抑制している。

しかしながら、軽荷重・高速回転で使用される場合、遠心力の影響により、内輪と転動体間の駆動力が外輪と転動体間の駆動力よりも極端に小さくなり、転動体と内輪軌道面との間で公転滑り、所謂スキッディングが発生してしまうことがある。そして、このスキッディングが過剰に発生すると、転動体と軌道面との間の油膜が破断して、それによって、金属接触や金属摩耗が発生し、最終的に、焼付き等の損傷に至ることになる。また、スキッディングが発生した場合には、転動体と金属製保持器との間で金属接触が起こり、金属摩擦が発生し、その影響により、転がり軸受の寿命が低下することがある。

通常、転がり軸受における転動体の動きは、負荷圏では回転輪に駆動されて転がり、また非負荷圏では負荷圏での転動による慣性で回転しながら再び負荷圏に突入する。荷重が小さいと、複数のうち僅かの転動体しか負荷されなくなり、負荷圏が狭くなり非負荷圏が広くなるので、負荷圏で駆動される時間に比べ、慣性で回る時間の割合が大きくなる。このとき、転動体と保持器がともに公転することになるが、保持器が常に負荷圏の転動体と連動して回転するので、非負荷圏の転動体は保持器に押されて公転する。同時に、転動体は保持器の案内面と接触するので、自転が減速する。

このため、負荷圏に再突入するときに転動体の自転速度と駆動輪の回転速度とのバランスが崩れ、駆動輪と転動体との間に滑りが発生し易くなる。さらに、回転速度が大きくなると、遠心力により転動体に対し外輪に押し付けられる力が働き、外輪と転動体との摩擦力が大きくなるので、駆動輪と転動体とが滑り易くなる。このため、負荷荷重が小さい場合には、回転速度が高速になるほど、転動体のスキッディングが発生し易くなる。

一方、軽量化・低コスト化等の市場ニーズを背景に、さらに、スキッディング対策として、合成樹脂製保持器を使用した転がり軸受の需要が年々増加してきている。
このような合成樹脂製の保持器は、その軸受への組込み性が良好なことから図６に示すような冠型の形状に加工されることが多い。

冠型保持器１４は、円環形状部１６と、円環形状部１６から軸方向に伸びる複数の柱部１７によって構成されており、隣り合う柱部１７，１７によって、ポケット１５が形成されている。

このような合成樹脂製の冠型保持器１４を組み込んだ転がり軸受１０は、図５に示すように、内輪１１の内輪軌道面１１ａと外輪１２の外輪軌道面１２ａとの間に、転動体である複数の玉１３が転動自在な状態で配されている。保持器１４は、各柱部１７の軸方向端部に設けた爪１７ａを弾性的に変形して押し広げて各玉１３をポケット１５に挿入することで、内輪１１と外輪１２の間に組み込まれ、相対的に玉１３に案内される形で回転自在に保持されている。

保持器の材料としては、金属製のものに比べて軽量で、しかも機械的特性に優れたポリアミド６６やポリアミド４６等の脂肪族系の脂肪族ポリアミド樹脂を母材とするものが多用されており、玉１３と保持器１４の転動体案内面の間での摩擦係数が小さくなることによって、非負荷圏における玉１３の自転の減速を抑制し、結果として、玉１３のスキッディングに起因した損傷が防止され、さらに、耐焼付き性に優れて、それによって、軸受寿命の延長を図ることができる。

また、樹脂や熱安定化剤の改良も種々提案されており、例えばポリアミド４６にエラストマーを配合し、強化材で補強した合成樹脂製保持器（例えば、特許文献１参照）、ポリアミドに、強化材とともに、銅系熱安定剤と有機系熱安定剤とを併用して配合した合成樹脂製保持器（例えば、特許文献２参照）、合成樹脂にアミン系熱安定剤及びフェノール系熱安定剤の少なくとも一方を配合した合成樹脂製保持器（例えば、特許文献３参照）等が知られている。

しかしながら、昨今、ハイブリッド自動車や電気自動車、燃料電池自動車のモータ支持或いはモータに直結したギア支持に用いられる転がり軸受は、従来のトランスミッション領域にないさらに高速の領域で使用されることも多くなってきた。

図６に示すような冠型保持器を組み込んだ転がり軸受を、より高速運転しようとした場合、遠心力の作用でポケット底部に応力が集中し、保持器ポケット底部の最大主応力が保持器材料の許容強度を超えた場合、保持器が破損する原因となる場合がある。

また、プラスチック保持器のポケットは玉径よりもわずかに大きく、ある程度のミスアライメントなどによって発生する玉の遅れ進みを許容できるようなクリアランスを有しているため、保持器が高速回転で回転する際に、保持器が振れまわり、その結果、特にモータ支持軸受のような軽荷重・高速条件で回転する場合には、プレス保持器よりは著しく有利ではあるが、スキッディング損傷が発生し、異音や、最悪は剥離あるいは保持器破損の原因となる場合がある。

特許第２６５４８１４号公報 特許第２７５９５８３号公報 特開２０００−２９７８２０号公報

本発明は、上記のような問題点に着目してなされたもので、保持器の加工性や組込み性を低下することなく、高速回転時に懸念されるスキッティングや保持器破損などの不具合を起こさない冠型合成樹脂製保持器を組み込んだ転がり軸受を提供することを課題としている。

特に、ハイブリッド自動車や電機自動車、燃料電池自動車のモータ支持或いはモータに直結したギア支持軸受に懸念されるスキッティングや保持器破損などの不具合を起こさない冠型合成樹脂製保持器を組み込んだ転がり軸受を提供することを課題としている。

本発明の転がり軸受は、上記問題を解決するために、内輪軌道面を有する内輪と、外輪軌道面を有する外輪と、前記内輪軌道面と前記外輪軌道面との間に相対回転自在に配された複数の転動体と、前記転動体を転動自在に保持する保持器と、を備え、前記保持器は、円環形状部と、円環形状部から軸方向に伸びる複数の柱部によって構成された合成樹脂製の冠型保持器であって、前記保持器は、内輪外径面あるいは外輪内径面のいずれかと転動体との両方によって案内されることを特徴とする。

また、より好適には、前記保持器の円環形状部と、前記内輪外径面/外輪内径面との間の隙間は、０．２ｍｍ〜０．７ｍｍであり、前記保持器の軸方向における重心が円環形状部にあることを特徴とする。

さらに、前記保持器は、カーボン繊維を２０〜４０重量％含有するＰＥＥＫ樹脂によって成型されていることが望ましい。

保持器が円環形状部に軸方向の重心を持ち、転動体と内輪外径面の両方で案内されるため、高速回転時の振れ周りが抑制され、効果的にスキッディングや保持器破損などの損傷を抑制できる。

また、２０〜４０重量％のカーボン繊維で強化したＰＥＥＫ樹脂製冠型樹脂保持器を用いることにより、引張り強度、疲労強度が従来の脂肪族ポリアミド樹脂製保持器よりも優れる上、線膨張係数が小さく（鋼に近い）、広い温度範囲に渡って、内輪外径面と保持器との間の隙間寸法を維持できるので、保持器を安定して、玉と内輪外径面の両方で案内できる。

本発明の一実施形態の転がり軸受の半断面図を示す図である。 図１に示した転がり軸受に用いた保持器の外観斜視図を示すものである。 従来の転がり軸受の半断面図を示すものである。 図３に示した転がり軸受に用いた鉄製波形プレス保持器の外観斜視図を示すものである。 従来の他の構成例における転がり軸受の半断面図を示すものである。 図４に示した転がり軸受に用いた合成樹脂製の冠型保持器の外観斜視図を示すものである。

以下、本発明の転がり軸受の実施の形態例を図１及び図２に基づいて詳細に説明する。
図１は本発明の一実施形態の転がり軸受の半断面図、図２は図１に示す転がり軸受に用いた保持器の外観斜視図である。

図１に示すように、本発明の一実施形態の転がり軸受１は、内輪２と、外輪３と、転動体である玉４と、保持器５と、から構成されている。転がり軸受１は、開放形の深溝玉軸受であって、例えば、自動車トランスミッションやハイブリッド自動車または電機自動車、燃料電池自動車におけるモータ支持或いはモータに直結したギア支持に使用される。

内輪２は、内輪外径面２ｂに凹状をなす内輪軌道面２ａが形成されている。内輪２は、固定輪として使用される場合もあるが、例えば、自動車トランスミッション等の回転軸に外嵌され、回転輪として機能する。

外輪３は、外輪内径面３ｂの内輪軌道面２ａに相対する位置に凹状をなす外輪軌道面３ａが形成されている。外輪３は、ロータを支持するための回転輪として使用される場合もあるが、例えば、自動車トランスミッション等のハウジングに内嵌され、固定輪として機能する。

転動体である玉４は、内輪２の内輪軌道面２ａと、外輪３の外輪軌道面３ａとの間に転動自在に配されている。

保持器５は、２０〜４０重量％のカーボン繊維で強化したＰＥＥＫ樹脂を素材として成形された冠形保持器であり、円環形状部７と円環形状部７から軸方向に伸びる複数の柱部８によって構成されており、隣り合う柱部８，８によって、円周方向に一定間隔の複数のポケット６が形成されている。そして、保持器５のポケット６に転動体である複数の玉４が転動自在な状態で保持されている。

保持器５は、各玉４を、各柱部８の軸方向端部に設けた爪８ａを弾性的に変形して押し広げて、円周方向に複数形成されたポケット６に挿入することで、内輪２と外輪３の間に組み込まれ、相対的に玉４に案内される形で回転自在に保持される。

本願発明は、溝位置が、従来軸受同様に、軸受幅中央に位置するようにすることもできるが、幅寸法が必要となるため、以下、幅寸法を最小化するため、溝位置を軸方向にオフセットした場合について説明する。

図５に示す従来の転がり軸受１０は、軸方向中央に玉１３の軌道があるのに対し、図１に示す本発明の一実施形態の転がり軸受１は、軸方向一方に偏った位置に玉４の軌道が設定してある。すなわち、図１に示す本発明の一実施形態の転がり軸受１は、保持器５のポケット側の軸方向一端から玉４の軌道までの長さは従来と同じ長さＬ１であるが、反ポケット側の軸方向一端から玉４の軌道までの長さは従来よりも長いＬ２に設定されている。

同様に、図５に示す従来の転がり軸受１０の保持器１４におけるポケット底から反ポケット側端面までの軸方向幅Ｗ１に対し、図１に示す本発明の一実施形態の転がり軸受１のポケット底から反ポケット側端面までの軸方向幅Ｗ２は、Ｌ１よりもＬ２が長くなった分だけＷ１よりも長く設定されている。このとき、保持器５の軸方向重心が、柱部８ではなく、保持器断面の軸方向中心位置よりも円環部側、好ましくは円環形状部７上に有るようにＷ２の長さが設定されている。Ｗ２を長くすることで、遠心力の作用で発生するポケット底部の応力集中に対する保持器強度を高め、且つ高速回転時の保持器の変形を抑制することが可能である。

また、図５に示す従来の転がり軸受１０においては、保持器１４と内輪外径面１１ｂとの間の隙間寸法δ１は、保持器１４と外輪内径面１２ｂとの間の隙間寸法δ１とほぼ同じ寸法であり、内輪、外輪と回転中に干渉しないように十分なすきまが設定されている。これに対し、図１に示す本発明の一実施形態の転がり軸受１では、保持器５と外輪内径面３ｂとの間の隙間寸法は従来と同じδ１であるが、保持器５と内輪外径面２ｂとの間の隙間寸法δ２は、δ１よりも狭く、０．２ｍｍ〜０．７ｍｍに設定されている。保持器５の材料として従来の脂肪族ポリアミド樹脂よりも線膨張係数の小さいＰＥＥＫ樹脂を用いているため、広い温度範囲に渡って、保持器５と内輪外径面２ｂとの間の隙間寸法δ２を安定して維持できるので、保持器５を安定して、玉４と内輪外径面２ｂ（もしくは外輪内径面３ａ）の両方で案内できる。

Ｗ２を長くすることにより保持器軸方向重心を円環形状部７上とし、さらに、δ２を０．２ｍｍ〜０．７ｍｍに設定することにより、保持器５は、従来と同様に玉４に案内されると同時に、内輪外径面２ｂにも案内される。そのため、玉案内だけでは高速回転時に発生する振れ周りが、本実施形態のように玉と内輪外径面の両方で案内されることにより抑制され、効果的にスキッディングや保持器破損などを防止できる。

本発明は、転がり軸受、特に、自動車トランスミッションやハイブリッド自動車または電気自動車、燃料電池自動車のモータ支持或いはモータに直結したギア支持に用いられるの転がり軸受として好適に利用可能である。

１ 転がり軸受
２ 内輪
２ａ 内輪軌道面
２ｂ 内輪外径面
３ 外輪
３ａ 外輪軌道面
３ｂ 外輪内径面
４ 玉
５ 合成樹脂製の冠型保持器
６ ポケット
７ 保持器本体
８ 柱部
８ａ 爪
１０ 転がり軸受
１１ 内輪
１１ａ 内輪軌道面
１１ｂ 内輪外径面
１２ 外輪
１２ａ 外輪軌道面
１２ｂ 外輪内径面
１３ 玉
１４ 合成樹脂製の冠型保持器
１５ ポケット
１６ 保持器本体
１７ 柱部
１７ａ 爪
５０ 転がり軸受
５１ 内輪
５１ａ 内輪軌道面
５２ 外輪
５２ａ 外輪軌道面
５３ 玉
５４ 鉄製波型プレス保持器
５７ ポケット
５８ 凹部
５９ 凹部
６０ 金属部材
６１ 金属部材
６２ リベット

Claims (4)

1. 自動車トランスミッション用の転がり軸受であって、
   内輪軌道面を有する内輪と、
   外輪軌道面を有する外輪と、
   前記内輪軌道面と前記外輪軌道面との間に相対回転自在に配された複数の転動体と、
   前記転動体を転動自在に保持する保持器と、を備え、
   前記保持器は、円環形状部と、円環形状部から軸方向に伸びる複数の柱部によって構成された合成樹脂製の冠型保持器であって、
   前記保持器は、内輪外径面または外輪内径面のいずれかと転動体との両方によって案内されることを特徴とする転がり軸受。
2. ハイブリッド自動車または電機自動車、燃料電池自動車においてモータ支持或いはモータに直結したギア支持に使用される転がり軸受であって、
   内輪軌道面を有する内輪と、
   外輪軌道面を有する外輪と、
   前記内輪軌道面と前記外輪軌道面との間に相対回転自在に配された複数の転動体と、
   前記転動体を転動自在に保持する合成樹脂製の冠型保持器と、を備え、
   前記保持器は、内輪外径面または外輪内径面のいずれかと転動体との両方によって案内されることを特徴とする転がり軸受。
3. 前記保持器の円環形状部と、前記内輪外径面との間の隙間は、０．２ｍｍ〜０．７ｍｍであり、前記保持器の軸方向における重心が円環形状部にあることを特徴とする請求項１又は２に記載の転がり軸受。
4. 前記保持器は、カーボン繊維を２０〜４０重量％含有するＰＥＥＫ樹脂によって成型されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の転がり軸受。

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