JP2014066335A - スラストころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】動トルクの低減と、潤滑油の流量及び負荷容量の確保とを並立させる事により、各種機械装置の伝達効率及び耐久性の向上を図り易いスラストころ軸受を実現する。
【解決手段】保持器２ｂの径方向に関して、各ポケット７の外端部を、外径側リム部５の内周面に達する位置にまで形成する。各ころ３ｂの軸方向両端面を、これら各円筒ころ３ｂの中心軸に直交する方向に存在する中央部平坦面１３と、この中央部平坦面１３を囲む部分に設けられた環状傾斜面１４とから成る、複合曲面とする。
【選択図】図１

Description

この発明は、例えば自動車用変速機（手動及び自動）、トランスファ、或いはカークーラ用コンプレッサ等の自動車用補機の回転部分に装着して、スラスト荷重を支承しつつ、軸方向に隣接する１対の部材同士の相対回転を許容する為の、スラストころ軸受の改良に関する。具体的には、運転時に作用する回転抵抗（動トルク）の低減と、内部を流通する潤滑油の流量確保と、負荷容量の確保とを並立させる事により、スラストころ軸受を組み込んだ各種機械装置の伝達効率及び耐久性の向上を図るものである。尚、本発明の対象となるスラストころ軸受には、転動体である各円筒ころとして、軸方向寸法に対する外径が大きな、一般的な円筒ころを使用するものに限らず、軸方向寸法に対して外径が小さなニードルを使用する、所謂ニードル軸受も含む。又、転動面となる外周面にクラウニングを施した形状を有する円筒ころを使用したものも含む。

変速機やカークーラ用コンプレッサの回転部分に加わるスラスト荷重を支承する為にスラストころ軸受が広く使用されている。この様な用途に使用されるスラストころ軸受として、例えば特許文献１、２に記載されたものが知られている。図３は、このうちの特許文献１に記載された従来構造の第１例を、図４は、特許文献２に記載された従来構造の第２例を、それぞれ示している。

先ず、図３に示した従来構造の第１例に就いて説明する。このスラストころ軸受１は、保持器２と、複数の円筒ころ３とを備える。このうちの保持器２は、金属板を曲げ形成する事により、断面クランク形で全体を円輪状として成る。この保持器２は、互いに同心に配置された、それぞれが円筒状である内径側、外径側両リム部４、５と、これら両リム部４、５同士の間に放射状に配置された状態でこれら両リム部４、５同士を結合する、複数の柱部６とを備える。そして、これら両リム部４、５の周面と周方向に隣り合う柱部６の周方向端縁とにより四周を囲まれた部分を、それぞれが径方向に長い矩形である、複数のポケット７とし、これら各ポケット７内に前記各円筒ころ３を、それぞれ転動自在に保持している。

前記各柱部６を周方向から見た形状はクランク形であり、これら各柱部６の径方向中央部と両端部とを、前記保持器２の軸方向（図３の上下方向）に関して、両側に振り分けて配置している。前記各ポケット７の周方向幅、即ち、周方向に隣り合う前記各柱部６の周方向端縁同士の間隔は、前記径方向中央部と両端部とで、前記各円筒ころ３の外径寸法よりも僅かに小さくなっている。従って、これら各円筒ころ３は前記各ポケット７内に、当該ポケット７の周方向両側を仕切る前記各柱部６を周方向に弾性変形させつつ押し込む。押し込み後にこれら各柱部６が弾性的に復元した状態では、前記各ポケット７内に前記各円筒ころ３が、不用意に脱落する事なく、転動自在に保持される。尚、これら各円筒ころ３の軸方向両端面は、これら各円筒ころ３の中心軸に対し直交する方向に存在する平坦面８、８としている。そして、ころ軸受の技術分野でＦ面と呼ばれるこれら各平坦面８、８と、転動面である外周面とを、断面形状が四分の一円弧状である面取り部９、９により、滑らかに連続させている。

又、図４に示した、従来構造の第２例のスラストころ軸受１ａは、保持器２ａとして、１対の保持器素子１０ａ、１０ｂを組み合わせ、中空の円輪状としたものを使用している。これら各保持器素子１０ａ、１０ｂの互いに整合する部分には透孔１１ａ、１１ｂを、それぞれ放射方向に形成し、これら各透孔１１ａ、１１ｂの組み合わせにより、ポケット７ａを構成している。前記保持器２ａの周方向に関する、これら各透孔１１ａ、１１ｂの幅寸法は、各円筒ころ３ａの外径よりも僅かに小さい。従って、これら各透孔１１ａ、１１ｂ同士の間にこれら各円筒ころ３ａを配置した状態で前記両保持器素子１０ａ、１０ｂを組み合わせれば、これら各円筒ころ３ａが前記各ポケット７ａ内に、脱落する事なく、転動自在に保持される。尚、これら各円筒ころ３ａの軸方向両端面は、部分球面状の凸曲面１２、１２としている。これら各凸曲面１２、１２は、前記各円筒ころ３ａの中心軸上にそれぞれの曲率中心を有するもので、ころ軸受の技術分野でＡ面と呼ばれる。

何れの構造を有するスラストころ軸受１、１ａも、使用状態では、前記各円筒ころ３、３ａを、軸方向に関して互いに対向する１対のスラスト軌道面同士の間で挟持する。これら両スラスト軌道面は、硬質金属板製のスラストレースの側面に設けられる場合もあるし、変速機を構成するギヤの側面等に直接形成される場合もある。何れにしても、前記スラスト軸受１、１ａを設ける事で、前記両スラスト軌道面を設けた１対の部材同士の間に作用するスラスト荷重を支承しつつ、これら両部材同士の相対回転を許容する、回転支持構造を構成できる。

図３〜４に示した従来構造の第１〜２例のうち、図３に示した第１例の構造の場合には、前記各円筒ころ３の有効長を確保して、前記スラストころ軸受１の負荷容量を確保する面からは有利である。即ち、前記各円筒ころ３の外周面のうち、前記スラスト軌道面と転がり接触する部分の長さである有効長を確保できて、前記スラストころ軸受１の負荷容量を確保し易い。但し、前記第１例の構造の場合には、前記円筒ころ３が自転する事に対する抵抗が大きくなり易く、前記スラストころ軸受１の回転抵抗（動トルク）を低く抑える面からは不利である。又、このスラストころ軸受１内に流通する潤滑油の流量を確保する面からも不利である。

即ち、前記スラストころ軸受１の運転時に前記各円筒ころ３は、自転しつつ公転するが、この公転運動に伴う遠心力により、これら各円筒ころ３の軸方向両端面のうちで、前記保持器２の径方向に関して外径側の端面が、前記外径側リム部５の内周面に押し付けられる。この外径側リム部５の内周面と前記各円筒ころ３の外径側端面との摺接部の半径は、前記平坦面８の存在により大きく（この平坦面８の半径にほぼ等しく）、前記内周面と外径側端面との摺接部に作用する滑り摩擦に基づく、前記各円筒ころ３が自転する事に対する抵抗（摩擦モーメント）が大きくなる。この結果、前記動トルクが大きくなる。又、各円筒ころ３の外径側端面と前記外径側リム部５の内周面との間の隙間が狭くなり、運転時に、前記スラストころ軸受１の内部に流通させる潤滑油の流量を確保し難く、このスラストころ軸受１の耐久性確保の面からも不利になる。

これに対して、図４に示した従来構造の第２例の構造は、前記各円筒ころ３ａの軸方向両端面を、部分球面状の凸曲面１２、１２としている為、動トルクの低減と潤滑油流量確保の面からは有利になる。先ず、動トルクの低減は、前記各円筒ころ３ａの外径側端面と外径側リム部５ａの内周面との摺接部の半径を小さくして、この摺接部の摩擦損失を低く抑えられる事により図れる。又、潤滑油流量の確保は、前記各円筒ころ３ａの外径側端面と前記外径側リム部５ａの内周面との間の隙間を広くできる事により図れる。但し、前記従来構造の第２例の場合には、前記凸曲面１２の軸方向寸法が嵩む分、前記各円筒ころ３ａの有効長を確保し難く、前記スラストころ軸受１ａの負荷容量を確保し難くなる為、負荷容量が大きな用途で使用する場合の耐久性を確保する面からは不利になる。

特開２００９−００２３７１号公報 特開２００５−１６４０２３号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑みて、動トルクの低減と、潤滑油の流量確保と、負荷容量の確保とを並立させる事により、各種機械装置の伝達効率及び耐久性の向上を図り易いスラストころ軸受を実現すべく発明したものである。

本発明のスラストころ軸受は、保持器と複数の円筒ころとを備える。
このうちの保持器は、内径側、外径側両リム部と、複数の柱部とを備える。これら両リム部は、それぞれが円筒状で、互いに同心に配置されている。又、前記各柱部は、これら両リム部同士の間に放射状に配置された状態で、これら両リム部同士を結合している。そして、これら両リム部の周面と周方向に隣り合う柱部の周方向端縁とにより四周を囲まれた部分を、それぞれが径方向に長い、矩形のポケットとしている。
更に、これら各ポケット内に前記各円筒ころを、それぞれ転動自在に保持している。

特に、本発明のスラストころ軸受に於いては、前記保持器の径方向に関して、前記各ポケットの外端部を、少なくとも前記外径側リム部の内周面に達する位置にまで形成している。
又、前記各円筒ころの軸方向両端面のうち、少なくとも前記保持器の径方向に関して外側に存在する外径側端面を、これら各円筒ころの中心軸に直交する方向に存在する中央部平坦面と、この中央部平坦面を囲む部分に設けられた、前記外径側端面の径方向外側に向かう程前記各円筒ころの軸方向中央部に向かう方向に傾斜した環状傾斜面とから成る、複合曲面としている。
この様な本発明を実施する場合に具体的には、請求項２に記載した発明の様に、前記環状傾斜面を、前記各円筒ころの中心軸上に曲率中心を有する、部分球面状の凸曲面とする。又、前記中央部平坦面の直径を、前記各円筒ころの直径の１／４〜３／４、より好ましくは１／４〜１／２とする。

上述の様に構成する本発明のスラストころ軸受によれば、動トルクの低減と、潤滑油の流量確保と、負荷容量の確保とを並立させる事ができる。
先ず、動トルクの低減は、各円筒ころの外径側端面に存在する中央部平坦面の直径を、環状傾斜面が存在する分だけ小さく抑える事により図れる。スラストころ軸受の運転時に前記各円筒ころは、公転運動に基づく遠心力により、それぞれの外径側端面を外径側リム部の内周面に押し付けられた状態で、自転しつつ公転する。この外径側リム部の内周面と前記各ころの外径側端面との摺接部の直径が大きいと、自転に対する抵抗となる、この摺接部での摩擦モーメントが大きくなるが、本発明の場合には、前記中央部平坦面の直径を小さく抑える事で、この摩擦モーメントを低く抑えられる。この結果、前記動トルクを低く抑えられる。

又、前記潤滑油の流量確保は、前記中央部平坦面の周囲に環状傾斜面を設ける事により図れる。前記外径側リム部の内周面と前記各円筒ころの外径側端面との間に存在する隙間は、前記環状傾斜面が前記中央部平坦面よりも、前記各円筒ころの軸方向に凹んでいる分だけ広くなる。この結果、運転時に前記スラスト軸受内を流通する潤滑油の流量を確保し易くなる。
更に、前記負荷容量の確保は、前記各円筒ころの有効長さを確保できる事により図れる。即ち、前記環状傾斜面の軸方向寸法は、前記中央部平坦面を設ける分だけ短くでき、その分、前記各円筒ころの全長を同じとした場合に、前述の図４に示した従来構造の第２例に係る円筒ころと比較して、前記有効長さを確保できる。この為、前記スラストころ軸受全体としての、径方向に関する幅寸法を同じとした場合に、前記有効長さの確保による負荷容量の確保を図り易くできる。
そして、前述の様に動トルクを低く抑えつつ、上述の様に前記潤滑油の流量と負荷容量とを確保する事により、スラストころ軸受を組み込んだ各種機械装置の、伝達効率及び耐久性の向上を図り易くなる。

本発明の実施の形態の１例を示す部分断面図。 円筒ころを取り出して示す側面図。 従来構造の第１例を示す部分断面図。 同第２例を示す部分断面図。

図１〜２は、本発明の実施の形態の１例を示している。本例のスラストころ軸受１ｂは、保持器２ｂと複数の円筒ころ３ｂとを備える。
このうちの保持器２ｂの構成は、前述の図３に示した従来構造の第１例に組み込んだ保持器２と基本的に同じであるから、同等部分には同一符号を付して、重複する説明を省略若しくは簡略にし、以下、本例の特徴部分を中心に説明する。
前記保持器２ｂの径方向（図１の左右方向）に関して、各ポケット７の両端部を、内径側リム部４の外周面と、外径側リム部５の内周面とに達する位置にまで形成している。従って、前記各ポケット７内で前記各円筒ころ３ｂが、前記保持器２ｂの径方向に変位すると、これら各円筒ころ３ｂの軸方向端面が、内径側リム部４の外周面、又は前記外径側リム部５の内周面に当接する。

前記各円筒ころ３ｂの軸方向両端面は、それぞれ、中央部平坦面１３と環状傾斜面１４とを組み合わせて成る、複合曲面としている。このうちの中央部平坦面１３は、前記各円筒ころ３ｂの中心軸に直交する方向に存在する。この様な中央部平坦面１３の直径ｄは、これら各円筒ころ３ｂの直径Ｄの１／４〜３／４｛ｄ＝（１／４〜３／４）Ｄ｝、より好ましくは１／４〜１／２｛ｄ＝（１／４〜１／２）Ｄ｝とする。又、前記環状傾斜面１４は、前記中央部平坦面１３を囲む部分に設けられたもので、前記各円筒ころ３ｂの中心軸上に曲率中心Ｏを有する、部分球面状の凸曲面である。従って、前記環状傾斜面１４は、前記各円筒ころ３ｂの軸方向両端面の径方向外側に向かう程、これら各円筒ころ３ｂの軸方向中央部に向かう方向に傾斜している。尚、前記環状傾斜面１４の曲率半径Ｒは特に定めないが、例えば、前記各円筒ころ３ｂの直径Ｄの０．７〜２倍程度｛Ｒ≒（０．７〜２）Ｄ｝とする。

上述の様な、それぞれが複合曲面である、前記各円筒ころ３ｂの軸方向両端面は、前記スラストころ軸受１ｂの組立状態で、前記内径側リム部４の外周面と前記外径側リム部５の内周面とに、それぞれ対向する。そして、前記スラストころ軸受１ｂの運転時に前記各円筒ころ３ｂは、その公転運動に基づいて作用する遠心力により、前記各ポケット７内で、前記保持器２ｂの径方向に関して外側に変位する。この結果、前記各円筒ころ３ｂの外径側端面の径方向中央部に存在する、前記中央部平坦面１３が、前記外径側リム部５の内周面に摺接する。即ち、前記各円筒ころ３ｂが自転しつつ公転するのに伴って、これら中央部平坦面１３と外径側リム部５の内周面とが擦れ合う。

本例のスラストころ軸受１ｂの場合には、前記中央部平坦面１３の直径ｄを小さく抑えている為、前記各円筒ころ３ｂの自転に伴って、この中央部平坦面１３と前記外径側リム部５の内周面との摺接部に作用する摩擦モーメントを低く抑えられる。この結果、前記スラストころ軸受１ｂの動トルクを低く抑えられる。
又、前記中央部平坦面１３の周囲に前記環状傾斜面１４を設けている為、前記外径側リム部５の内周面と前記各円筒ころ３ｂの外径側端面との間に存在する隙間は、前記環状傾斜面１４が前記中央部平坦面１３よりも、これら各円筒ころ３ｂの軸方向に凹んでいる分だけ広くなる。この結果、運転時に前記スラスト軸受１ｂ内を流通する潤滑油の流量を確保し易くなる。
更に、前記環状傾斜面１４の軸方向寸法は、前述の図４に示した従来構造の第２例の凸曲面１２に比較して、前記中央部平坦面１３を設ける分、即ち、図２のδ分だけ短くでき、その分、前記各円筒ころ３ｂの有効長さＬを確保できる。この為、前記スラストころ軸受１ｂ全体としての径方向に関する幅寸法Ｗを同じとした場合に、前記有効長さＬを確保する事により、負荷容量の確保を図り易くできる。
そして、前述の様に動トルクを低く抑えつつ、上述の様に前記潤滑油の流量と負荷容量とを確保する事により、前記スラストころ軸受１ｂを組み込んだ、各種機械装置の伝達効率及び耐久性の向上を図り易くなる。

本発明を実施する場合に、保持器の構造は図１に示した構造に限らず、前述の図４に示した構造とする事もできる。更には、金属板をプレス成形して成る保持器に限らず、金属材料を削り出し加工した保持器、合成樹脂を射出成形して成る保持器を採用する事もできる。又、各円筒ころの軸方向両端面のうち、スラストころ軸受の運転時に相手面と摺接するのは外径側端面であり、内径側端面は、原則的には相手面と摺接する事はない。従って、複合曲面とするのは、外径側端面のみでも良いが、両端面を同じ複合曲面とする事で、前記各円筒ころの組み付け方向が規制されずに済み、組立作業の能率化を図れる。更に、使用する円筒ころとしては、外径Ｄが１．５〜４．５ｍｍ程度、軸方向長さが、この外径Ｄの１．２〜５倍程度のものが適切であるが、この範囲外で実施する事もできる。

１、１ａ、１ｂ スラストころ軸受
２、２ａ、２ｂ 保持器
３、３ａ、３ｂ 円筒ころ
４ 内径側リム部
５、５ａ 外径側リム部
６ 柱部
７、７ａ ポケット
８ 平坦面
９ 面取り部
１０ａ、１０ｂ 保持器素子
１１ａ、１１ｂ 透孔
１２ 凸曲面
１３ 中央部平坦面
１４ 環状傾斜面

Claims (2)

1. 保持器と複数の円筒ころとを備え、
   このうちの保持器は、互いに同心に配置された、それぞれが円筒状である内径側、外径側両リム部と、これら両リム部同士の間に放射状に配置された状態でこれら両リム部同士を結合する複数の柱部とを備え、これら両リム部の周面と周方向に隣り合う柱部の周方向端縁とにより四周を囲まれた部分を、それぞれが径方向に長い、矩形のポケットとしたものであり、
   これら各ポケット内に前記各円筒ころを、それぞれ転動自在に保持して成るスラストころ軸受に於いて、
   前記保持器の径方向に関して、前記各ポケットの外端部を、少なくとも前記外径側リム部の内周面に達する位置にまで形成しており、
   前記各円筒ころの軸方向両端面のうち、少なくとも前記保持器の径方向に関して外側に存在する外径側端面は、これら各円筒ころの中心軸に直交する方向に存在する中央部平坦面と、この中央部平坦面を囲む部分に設けられた、前記外径側端面の径方向外側に向かう程前記各円筒ころの軸方向中央部に向かう方向に傾斜した環状傾斜面とから成る、複合曲面である事を特徴とする
   スラストころ軸受。
2. 前記環状傾斜面が、前記各円筒ころの中心軸上に曲率中心を有する部分球面状の凸曲面であり、前記中央部平坦面の直径が、これら各円筒ころの直径の１／４〜３／４である、請求項１に記載したスラストころ軸受。

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