JP2013024377A - 円すいころ軸受用樹脂製保持器及び円すいころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】保持器に内輪を挿入する際における保持器への過度の応力集中を防止することによって、保持器の破損を防止可能な円すいころ軸受用樹脂製保持器及び円すいころ軸受を提供する。
【解決手段】本発明に係る円すいころ軸受用樹脂製保持器２０は、小径円環部２１と、大径円環部２２と、小径円環部２１および大径円環部２２を連結するように円周方向に所定の間隔で配置される複数の柱部２３と、隣り合う柱部２３，２３と小径円環部２１および大径円環部２２との間に形成された複数のポケット部２４と、を備える。柱部２３は、内輪１２の小鍔部１２ｂと係合する係合部２７を有し、係合部２７の内周面に円筒面２９が形成される。
【選択図】図３

Description

本発明は、円すいころ軸受用樹脂製保持器及び円すいころ軸受に関し、特に、自動車のトランスミッションやディファレンシャルギア等の駆動伝達ユニットに用いられる円すいころ軸受用樹脂製保持器及び円すいころ軸受に関する。

円すいころ軸受をはじめとした軸受を駆動伝達ユニット等に用いる際には、まず、内輪、ころ、および保持器を組立てて一体化してから、ユニットへと組み込むことが一般的である。内輪、ころ、および保持器を組立てる際には、従来、ころが挿入された保持器に内輪を挿入した後で、保持器の加締め処理が行なわれていた。しかしながら、このような加締め処理によると、保持器寸法や形状の精度が低下してしまうおそれがあった。

そこで、加締め処理を行なわずに、保持器を弾性変形させることによって、円すいころ軸受の組立を行なう手法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。この方法では、例えば図６に示されるように、保持器１２０のポケット部に円すいころ１１３を嵌入した状態で、保持器１２０内に拡径冶具１３１を挿入し、円すいころ１１３の小径端１１３ｂを外径側に押圧する。このとき、保持器１２０の小径円環部１２１および柱部１２３が円すいころ１１３から押圧されることで、保持器１２０が弾性変形して拡径する。そして、保持器１２０から突出した円すいころ１１３の小径端１１３ｂを押圧冶具１３３により押圧することにより円すいころ１１３をポケット部の大径側端面に押し付けると共に、保持器１２０の大径円環部１２２を係止冶具１３５により係止させる。次いで、図７に示されるように、拡径冶具１３１の先端に内輪１１２を載置して、内輪１１２を保持器１２０の内部へ挿入するように、内輪１１２及び拡径冶具１３１を図中下方に移動させる。この後、円すいころ１１３の小径端１１３ｂが、内輪１１２の小鍔部１１２ｂを乗り越えることによって、内輪１１２の軌道面１１２ａに嵌入する。

上記手法では、内輪１１２を保持器１２０の内部に挿入する際に、内輪１１２の小鍔部１１２ｂにより円すいころ１１３が押され、円すいころ１１３により保持器１２０が押されることになるため、特に剛性の高い金属材料により保持器１２０が形成されている場合には、内輪１１２や保持器１２０によって円すいころ１１３を傷付けてしまうおそれがある。したがって、剛性の低い樹脂材料により保持器を形成し、内輪の挿入性を向上することが望ましい。

ところで、成形性が良好な樹脂材料により形成された保持器を用いた円すいころ軸受として、保持器の内径側に、半径方向内側に突出する突出部を形成し、この突出部を内輪の小鍔部に係合させた円すいころ軸受が提案されている（例えば、特許文献２参照）。この円すいころ軸受によれば、円すいころと内輪との接触を防止できると共に、保持器が内輪から脱落することを防止し、軸受の組立性を向上することができる。

特許第４３３７１８９号公報 特開昭６４−４０７１８号公報

しかしながら、特許文献２に記載の手法では、保持器に内輪を挿入する際に、突出部に応力が集中して、突出部が破損、脱落するおそれがある。この状態で円すいころ軸受が駆動されると、脱落した突出部を噛込んでしまうことによって軸受の破損が誘発されるおそれがある。

本発明は上記事情に鑑みて為されたものであり、その目的は、保持器に内輪を挿入する際における保持器への過度の応力集中を防止することによって、保持器の破損を防止可能な円すいころ軸受用樹脂製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） 小径円環部と、大径円環部と、前記小径円環部および前記大径円環部を連結するように円周方向に所定の間隔で配置される複数の柱部と、隣り合う柱部と前記小径円環部および前記大径円環部との間に形成された複数のポケット部と、を備える円すいころ軸受用樹脂製保持器であって、
前記柱部は、内輪の小鍔部と係合する係合部を有し、
前記係合部の内周面に、前記円すいころ軸受用樹脂製保持器の回転中心と同心の円筒面が形成される、円すいころ軸受用樹脂製保持器。
（２） 前記円筒面の曲率半径が、前記内輪の前記小鍔部の外周面の曲率半径よりも小さい上記（１）記載の円すいころ軸受用樹脂製保持器。
（３） ガラス繊維強化ナイロン４６により形成され、
前記円筒面の軸方向長さ／周方向幅が、０．０１９以上である上記（１）または（２）記載の円すいころ軸受用樹脂製保持器。
（４） ガラス繊維強化ポリフェニレンサルファイドにより形成され、
前記円筒面の軸方向長さ／周方向幅が、０．０３７以上である上記（１）または（２）記載の円すいころ軸受用樹脂製保持器。
（５） 内周面に外輪軌道面を有する外輪と、
外周面に内輪軌道面を有し、前記内輪軌道面の軸方向両端に小鍔部および大鍔部を有する内輪と、
上記（１）〜（４）のいずれか記載の保持器と、
前記外輪軌道面と前記内輪軌道面との間で、前記ポケット部内にそれぞれ転動自在に配置される複数の円すいころと、を備え、
前記保持器の係合部が前記内輪の小鍔部に係合する円すいころ軸受。

本発明の円すいころ軸受用樹脂製保持器及び円すいころ軸受によれば、保持器に内輪を挿入する際における保持器への過度の応力集中を防止することによって、保持器の破損を防止することができる。

本発明の一実施形態に係る円すいころ軸受用樹脂製保持器に内輪を挿入した状態を示す、斜視断面図である。 図１の円すいころ軸受用樹脂製保持器の斜視図である。 図２のＡ部拡大図である。 （ａ）（ｂ）（ｃ）は、本発明の一実施形態に係る円すいころ軸受の組立手順を説明するための図である。 図４（ｂ）の拡大図である。 従来の円すいころ軸受の組立の一工程を説明するための図である。 従来の円すいころ軸受の組立の一工程を説明するための図である。

以下、本発明の一実施形態に係る円すいころ軸受用樹脂製保持器及び円すいころ軸受について、図１〜３を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る円すいころ軸受用樹脂製保持器２０（以後、単に保持器２０とも呼ぶ）に、内輪１２を挿入した状態を示す断面斜視図である。内輪１２は、外周面に内輪軌道面１２ａを有すると共に、内輪軌道面１２ａの軸方向両側に、円筒状の外周面１９を有する小鍔部１２ｂと、大鍔部１２ｃと、を有する。

図２に示されるように、保持器２０は、内輪１２の小鍔部１２ｂの外周面１９に近接対向するように所定の径方向幅を有する小径円環部２１と、内周面が小径円環部２１の外周面より大径である大径円環部２２と、円周方向に所定の間隔で配置され、軸方向に傾斜して延びて小径円環部２１及び大径円環部２２を軸方向に連結する複数の柱部２３と、を備える。保持器２０は、小径円環部２１、大径円環部２２、及び隣り合う柱部２３，２３によって画成された複数のポケット部２４を有する。ポケット部２４のそれぞれには、円すいころ１３が転動自在に保持される。

図２に示されるように、大径円環部２２に近接した柱部２３の内周側に、円弧面からなる面取り部２５が形成されており、潤滑油の排出性を向上させている。また、図２、３に示されるように、面取り部２５から柱部内周面２６を経て、小径円環部２１に近接した部分には、段部２８および円筒面２９からなる係合部２７が形成されている。円筒面２９は、保持器２０の回転中心と同心の曲面であり、柱部内周面２６から連続するように係合部２７の内周面に形成される。円筒面２９の下端部には、小径円環部２１に隣接して軸方向に対向するように設けられた段部２８が位置する。

次に、本実施形態に係る円すいころ軸受の組立手順について、図４、５を参照して詳細に説明する。まず、保持器２０の大径円環部２２側から各ポケット部２４に円すいころ１３を挿入し、次いで、保持器２０と内輪１２を同期して回転させながら、大径円環部２２側から保持器２０に内輪１２の小鍔部１２ｂを挿入する（図４（ａ）参照）。内輪１２の挿入時、保持器２０の回転によって円すいころ１３には遠心力が作用しているため、ポケット部２４内において、円すいころ１３はポケット部２４の隙間分だけ外径側に移動した状態にある。したがって、保持器２０に内輪１２を挿入する際に、円すいころ１３は係合部２７よりも外径側に配置された状態、すなわち係合部２７よりも内径側に突出していない状態にあり、小鍔部１２ｂが円すいころ１３に接触することはない。

内輪１２の小鍔部１２ｂが係合部２７に到達すると、小鍔部１２ｂの外周面１９が円筒面２９により案内されると共に、内輪１２が保持器２０内をさらに降下する（図４（ｂ）参照）。円筒面２９の曲率半径は、小鍔部１２ｂの外周面１９の曲率半径より小さく設定されており、外周面１９が円筒面２９により案内される間、係合部２７は小鍔部１２ｂによって径方向外側へと押し拡げられこととなる。このように、内輪１２の小鍔部１２ｂによって保持器２０の係合部２７が弾性的に拡径されるため、他の冶具を用いて保持器２０を拡径する必要がなく、容易に組立を行うことができる。また、円筒面２９は小鍔部１２ｂの外周面１９と同様の円筒形状に形成されているため、外周面１９は円筒面２９と面接触して案内されることとなる。これにより、係合部２７における応力集中を防止し、局所ひずみの発生を抑止して、柱部２３、ひいては保持器２０の破損を防ぐことができる。

内輪１２がさらに降下すると、小鍔部１２ｂの外周面１９が円筒面２９から離れ、弾性変形していた保持器２０が元に戻ることにより、組立作業が完了する。小鍔部１２ｂの外周面１９が円筒面２９から離れて、弾性変形していた保持器２０が元に戻ると、係合部２７の段部２８と小鍔部１２ｂの大鍔部側側面が軸方向に対向して係合する（図４（ｃ））。このように、係合部２７の段部２８が小鍔部１２ｂと係合することにより、保持器２０の軸方向の移動が規制され、保持器２０および円すいころ１３が内輪１２から脱落することを防止することができる、円すいころ軸受の組立て性を向上することができる。そして、保持器２０の径方向外側に不図示の外輪が配置されることにより、円すいころ軸受が形成される。

尚、保持器２０は、自動車のトランスミッションやディファレンシャルギアにおいて使用される高温の潤滑中でも使用可能とするため、エンジニアリングプラスチック、例えばガラス繊維強化ナイロン４６（以下、ガラス繊維強化ＰＡ４６とも呼ぶ）や、ガラス繊維強化ポリフェニレンサルファイド（以下、ガラス繊維強化ＰＰＳとも呼ぶ）から形成されることが望ましい。ガラス繊維強化ＰＡ４６やガラス繊維強化ＰＰＳは、一般的なプラスチックよりも靭性に劣るが、本実施形態の保持器２０によれば、円筒面２９を有する係合部２７が設けられていることにより、係合部２７での応力集中や局所ひずみの発生を抑止して、保持器２０の脱落や破損を防ぐことが可能である。

円筒面２９の軸方向長さｌは、保持器２０と内輪１２とが組立てられたときに、円筒面２９が内輪軌道面１２ａと接触しないように設定される。また、円筒面２９の軸方向長さｌおよび周方向幅ｗ（図３参照）は、保持器２０を形成する材料に応じて適宜設定することができる。例えば、保持器２０がガラス繊維強化ＰＡ４６から形成される場合には、円筒面２９の軸方向長さｌ／周方向幅ｗが０．０１９以上の値となるように、円筒面２９の軸方向長さｌおよび周方向幅ｗが設定されることが好ましい。また、保持器２０がガラス繊維強化ＰＰＳから形成される場合には、円筒面２９の軸方向長さｌ／周方向幅ｗが０．０３７以上の値となるように、円筒面２９の軸方向長さｌおよび周方向幅ｗが設定されることが好ましい。円筒面２９の軸方向長さｌ／周方向幅ｗが上記した値以上となるように、円筒面２９が形成されることにより、保持器２０に内輪１２を挿入する際の、係合部２７における応力集中を防止することができ、保持器２０の脱落や破損を防止することが可能である。

本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、変更、改良等が適宜可能である。例えば、図２に示される保持器２０においては、全ての柱部２３について、係合部２７が設けられているが、係合部２７は、内輪１２からの脱落防止の効果を損なわない範囲で、一部の柱部２３にのみ設けられてもよい。例えば、１５個の柱部２３が設けられた保持器において、等間隔に５個の係合部２７が設けられていてもよい。また、保持器２０は他のエンジニアリングプラスチックから形成されてもよく、軸方向長さｌおよび周方向幅ｗはその材料に応じた値に設定すればよい。

また、係合部２７の内周面には、円筒面２９に代わって、保持器２０の大径円環部２２側を底面とする円すい面が形成されてもよい。このような円すい面は、小径円環部２１側から大径円環部２２側へ向って開いた形状となるので、保持器２０の大径円環部２２側から内輪１２を挿入することが容易になる。

ここで、上記した実施形態に係る円すいころ軸受用樹脂製保持器を、ガラス繊維強化ＰＡ４６により形成した場合について、組み込み時の保持器の破損の有無を調査した。表１に示されるように、保持器に形成された円筒面の軸方向長さｌ／周方向幅ｗ（図３参照）を様々に変化させ、有限要素法を用いた応力・ひずみ解析により解析を行なった。

表１において、○は係合部に破損が発生しなかったものを示し、×は係合部に破損が発生したものを示す。表１から、ガラス繊維強化ＰＡ４６により形成され、円筒面の軸方向長さｌ／周方向幅ｗが０．０１９以上であった保持器については、係合部に破損が発生せず、円すいころ軸受に好適に適用可能であることがわかる。

さらに、上記した実施形態に係る円すいころ軸受用樹脂製保持器を、ガラス繊維強化ＰＰＳより形成した場合について、組み込み時の保持器の破損の有無を調査した。表２に示されるように、保持器に形成された円筒面の軸方向長さｌ／周方向幅ｗ（図３参照）を様々に変化させ、有限要素法を用いた応力・ひずみ解析により解析を行なった。

表２において、○は係合部に破損が発生しなかったものを示し、×は係合部に破損が発生したものを示す。表２から、ガラス繊維強化ＰＰＳにより形成され、円筒面の軸方向長さｌ／周方向幅ｗが０．０３７以上であった保持器については、係合部に破損が発生せず、円すいころ軸受に好適に適用可能であることがわかる。

１２ 内輪
１２ａ 内輪軌道面
１２ｂ 小鍔部
１２ｃ 大鍔部
１３ 円すいころ
１９ 外周面
２０ 円すいころ軸受用樹脂製保持器
２１ 小径円環部
２２ 大径円環部
２３ 柱部
２７ 係合部
２８ 段部
２９ 円筒面
ｌ 円筒面の軸方向長さ
ｗ 円筒面の周方向幅

Claims (5)

1. 小径円環部と、大径円環部と、前記小径円環部および前記大径円環部を連結するように円周方向に所定の間隔で配置される複数の柱部と、隣り合う柱部と前記小径円環部および前記大径円環部との間に形成された複数のポケット部と、を備える円すいころ軸受用樹脂製保持器であって、
   前記柱部は、内輪の小鍔部と係合する係合部を有し、
   前記係合部の内周面に、前記円すいころ軸受用樹脂製保持器の回転中心と同心の円筒面が形成される、円すいころ軸受用樹脂製保持器。
2. 前記円筒面の曲率半径が、前記内輪の前記小鍔部の外周面の曲率半径よりも小さい請求項１記載の円すいころ軸受用樹脂製保持器。
3. ガラス繊維強化ナイロン４６により形成され、
   前記円筒面の軸方向長さ／周方向幅が、０．０１９以上である請求項１または２記載の円すいころ軸受用樹脂製保持器。
4. ガラス繊維強化ポリフェニレンサルファイドにより形成され、
   前記円筒面の軸方向長さ／周方向幅が、０．０３７以上である請求項１または２記載の円すいころ軸受用樹脂製保持器。
5. 内周面に外輪軌道面を有する外輪と、
   外周面に内輪軌道面を有し、前記内輪軌道面の軸方向両端に小鍔部および大鍔部を有する内輪と、
   請求項１〜４のいずれか１項記載の保持器と、
   前記外輪軌道面と前記内輪軌道面との間で、前記ポケット部内にそれぞれ転動自在に配置される複数の円すいころと、を備え、
   前記保持器の前記係合部が前記内輪の小鍔部に係合する円すいころ軸受。

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