JP2014202341A - 円すいころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】軸受内部に流入する貫通油量を低減して、潤滑油の攪拌抵抗に伴う軸受の回転トルクを低減すると共に、他の部位にも潤滑油を十分に供給しながら、合成樹脂製の保持器と内輪との接触を防止した円すいころ軸受を提供する。【解決手段】内輪２に設けられた小鍔部２１の外周面と、保持器５ａの小径環状部６の内周面とにより微小隙間９を形成する。小径環状部６の内径Ｄ１と小鍔部２１の外径Ｄ２との間の径差は、合成樹脂の線膨張係数と前記金属の線膨張係数との差の絶対値αとの関係に於いて、６０?α?Ｄ１＜Ｄ１−Ｄ２＜１ｍｍを満足する。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、自動車の動力伝達装置等の回転支持部に配置されて、軸受内部に流入する潤滑油により潤滑される円すいころ軸受に関するものである。

従来より、例えば、図５ に示す様な円すいころ軸受１が知られている。この円すいころ軸受１は、内周面に外輪軌道面３０を有する外輪３と、外周面に内輪軌道面２０を有する内輪２と、前記外輪軌道面３０と前記内輪軌道面２０との間に転動自在に配設される複数の円すいころ４と、この円すいころ４を円周方向に所定間隔に保持する保持器５と、を備えている。

この様な円すいころ軸受１は、大きなラジアル荷重およびアキシャル荷重を支持して高速回転での使用が可能であり、且つコンパクトである為、トランスミッション装置、ディファレンシャル装置等、自動車の動力伝達装置部分に広く使用されている。円すいころ軸受が使用される、例えばトランスミッション装置に於いては、装置内部の軸受やギヤは潤滑油で潤滑されており、この潤滑油は、自動車のエンジンにより駆動されるオイルポンプから軸受及びギヤに供給され、装置内部を循環している。

ところで、円すいころ軸受１では、軸受回転に伴うポンプ作用によって、図５に示す様に、潤滑油は、内輪２の小鍔部２１の外周面と保持器５の小径側端部との間から流入し、内輪２の大鍔部２２の外周面と保持器５の大径側端部との間から流出することが知られている（例えば、特許文献１参照）。
一方、円すいころ軸受１の回転トルクは、円すいころ４と内輪２の大鍔部２２との摩擦抵抗や、軸受内部に滞留する潤滑油の攪拌抵抗が主な要因となって発生し、特に、高速回転領域で使用される円すいころ軸受に於いては、潤滑油の攪拌抵抗が大きな要因となっている。

近年、自動車においては省燃費化及び環境負荷低減が求められており、トランスミッション内を循環する潤滑油の油量を少なくしながら、潤滑が必要な部位に対しては潤滑油を十分に供給すると共に、軸受の回転トルクを低減する必要がある。しかし、上述した様な円すいころ軸受が持つポンプ作用により、必要以上の潤滑油が円すいころ軸受の内部を通過してしまうと，動力伝達ギヤをはじめとする潤滑が必要である装置内の他部材に潤滑油を十分に供給できなくなる虞がある。又、円すいころ軸受の内部空間に流入、滞留する潤滑油の量が多いと、攪拌抵抗が大きくなり回転トルクの増大につながる。従って、円すいころ軸受の内部を通過する潤滑油の貫通油量を低減する必要がある。

この部分の改善の技術としては、図５に示すように、小径側端部を径方向内方に折り曲げてフランジ部を形成した金属製の保持器５は、前記フランジ部の内径端面を内輪２の小鍔部２１に隙間を介して対向配置して、フランジ部の内周面と小鍔部２１の外周面とでラビリンスシールを形成した円すいころ軸受１が知られている（特許文献１参照）。この円すいころ軸受１は、ラビリンスシールによって軸受内への潤滑油の流入量を減らすことにより、潤滑油の攪拌抵抗を減少させて回転トルクの低減を図っている。

特許第４１５１３４７号公報 特開２００４−０８４７９９号公報

しかしながら、金属製の保持器５はプレス加工により成形され、軸受組み立て時にはさらに加締められる為、前記フランジ部の内径部分を精度よく製作する事が困難であり、ラビリンス隙間を小さくできない。更に、金属製の保持器５によるラビリンスシールの軸方向長さは、金属製の保持器５の素材となる金属板の板厚と同じであり、効果を十分に発揮させるためには、ラビリンスシールの長さが不足してるという問題があった。

保持器形状の高精度化によるラビリンスシールの性能向上と、軽量化及びコストダウン（成形、組立の容易化）に対応した保持器として、特許文献２には合成樹脂製の保持器が開示されている。しかし、樹脂製部品は一般的に金属部品よりも線膨張係数が大きいので、特に自動車に使用される軸受に合成樹脂製の保持器を適用する場合には、低温環境下（−４０°Ｃ）で使用されることを考慮に入れる必要がある。即ち、自動車の動力伝達装置に用いられる円すいころ軸受に於いては、相対的に回転する合成樹脂製の保持器と金属製の内輪との間に、温度変化に伴う熱収縮又は膨張によりお互いが接触しない様な径方向の隙間を設ける必要がある。保持器と内輪とが接触した場合、回転トルクの増大、保持器の磨耗及び損傷等が発生する虞がある。

本発明は、上述した様な課題に鑑みてなされたものであり、軸受内部に流入する潤滑油量を低減して、潤滑油の攪拌抵抗に伴う軸受の回転トルクを低減すると共に、他の部位に潤滑油を十分に供給しながら、合成樹脂製の保持器と内輪との接触を防止した円すいころ軸受を提供することを目的とする。

本発明に係わる円すいころ軸受は、外輪と、金属製の内輪と、前記内輪と前記外輪の間を周方向に転動可能な複数の円すいころと、前記円すいころを所定の間隔で保持する合成樹脂製の保持器とを備えている。
特に、本発明の円すいころ軸受は、２０°Ｃにおける前記保持器の小径環状部の内径Ｄ１、２０°Ｃにおける前記内輪の小鍔部の外径Ｄ２、前記合成樹脂の線膨張係数と前記金属の線膨張係数との差の絶対値αが、
６０×α×Ｄ１＜Ｄ１−Ｄ２＜１ｍｍ
の関係を満たしている。

更に、本発明の円すいころ軸受は、前記保持器の大径環状部の内径と前記内輪の大鍔部の外径との間の隙間Ｇ２と、前記保持器の大径環状部の外径と前記外輪の大径側端部の内径との間の隙間Ｇ３が、
Ｇ２＞２．５×Ｇ３
の関係を満たしている。
又、本発明の円すいころ軸受は、トランスミッション装置、或いはディファレンシャル装置に組み込まれて使用される。

本発明の円すいころ軸受によれば、内輪に設けられた小鍔部の外周面と、合成樹脂製の保持器の小径環状部の内周面との間に微小隙間を形成したので、軸受内に流入する潤滑油の貫通油量を抑制して潤滑油の攪拌抵抗を低減し、これによって軸受の回転トルクを低減する事ができる。又、合成樹脂製の保持器を用いる事により、加工精度の高い保持器を低コストで製造すると共に、軸受全体の重さを軽量化している。更に、微小隙間は、低温条件下でも保持器と内輪とが接触する事なく軸受の貫通油量を低減するに足る範囲に規制している為、すべての使用温度条件下に於いて、保持器と内輪とが接触、干渉或いは磨耗する事を防止しながら、潤滑油の貫通油量を低減した円すいころ軸受を提供することが可能となる。
又、オイルポンプにより潤滑油を供給している動力伝達装置に於いては、潤滑油の貫通油量を低減する事により、装置内の他部位に十分なオイルを供給することが可能になると共に、オイルポンプの低容量化による自動車の燃費向上を図る事ができる。

本発明の第１実施形態を示す、円すいころ軸受の部分断面図。 貫通油量と径差Ｇ１との関係を示すグラフ。 本発明の第２実施形態を示す、円すいころ軸受の部分断面図。 本発明の第３実施形態を示す、円すいころ軸受の部分断面図。 従来構造の１例を示す、円すいころ軸受の部分断面図。

［第１実施形態］
図１は本発明の第１実施形態である円すいころ軸受１ａの部分縦断面図である。図１に示すように、本実施形態の円すいころ軸受１ａは、外周面に内輪軌道面２０が形成された内輪２と、内周面に外輪軌道面３０が形成された外輪３と、前記内輪軌道面２０と前記外輪軌道面３０との間を周方向に転動可能な複数の円すいころ４と、前記円すいころ４を所定の間隔で転動自在に保持する合成樹脂製の保持器５ａとを備えている。そして、円すいころ軸受１ａは、自動車のディファレンシャル装置の回転支持部に配置されて、軸受内部に流入する潤滑油により潤滑され、温度が−４０°Ｃ以上の環境において使用される。

前記内輪２は、小径側端部に半径方向外方に突出して形成された小鍔部２１と、大径側端部に半径方向外方に突出して形成された大鍔部２２とを備えている。前記内輪軌道面２０は、外周面が小鍔部２１から大鍔部２２に向かうに従って、外径が次第に大きくなる円錐面状に形成されている。前記外輪軌道面３０は、前記外輪３の内周面において軸方向一端から他方に向けて内径が次第に大きくなる円錐面状に形成されている。
又、内輪２及び外輪３は、ＳＵＪ２に代表される高炭素クロム軸受鋼等の金属材から成り、熱処理が施された内輪２及び外輪３の表面は非常に高い硬度を有している。尚、軸受鋼（ＳＵＪ２）の線膨張係数は１２．５（×１０−６／Ｋ）である。

前記保持器５ａは、小径環状部６と、大径環状部７と、前記小径環状部６と前記大径環状部７とを連結して周方向に関して略等間隔に配置される複数の柱部８とを備えている。これら小径環状部６、大径環状部７、および隣接する柱部８とで前記円すいころ４を保持するポケット（図示せず）を構成しており、各ポケットには、それぞれ円すいころ４が転動可能に保持されている。

この様な保持器５ａは、合成樹脂材を射出成型する事により形成され、その材料としては、ポリアミド４６やポリアミド６６などのポリアミド系樹脂、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェレンサルサイド（ＰＰＳ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、熱可塑性ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）、などが例示される。また、上記樹脂に、ガラス繊維や炭素繊維などの繊維状充填材を、１０〜５０ｗｔ％程度、適宜添加する事によって、保持器５の剛性および寸法精度を向上させる事ができる。尚、これら合成樹脂材の線膨張係数は２０〜５０（×１０−６／Ｋ）程度である．

又、前記保持器５aの小径環状部６は柱部８よりもさらに径方向内側に突出しており、小径環状部６の内周面は、微小隙間９を介して内輪２の小鍔部２１の外周面と、全周に亙り略平行に近接対向している。そして、小径環状部６の内周面の軸方向長さは、小鍔部２１の外周面の軸方向長さよりも長く形成されている。そして、円すいころ軸受１ａの温度が２０°Ｃの状態に於いて、小径環状部６の内径Ｄ１と小鍔部２１の外径Ｄ２との間の径差Ｇ１（Ｇ１＝Ｄ１−Ｄ２）は、前記合成樹脂材の線膨張係数と前記金属材の線膨張係数との差の絶対値αとの関係に於いて、下記の式（１）により規制される。
６０×α×Ｄ１＜Ｄ１−Ｄ２＜１ｍｍ ・・・（１）
式（１）に示す関係を満足する円すいころ軸受１ａでは、低温環境下（−４０°Ｃ）に於いて保持器５ａの小径環状部６と内輪２の小鍔部とが接触（干渉）する事なく、円すいころ軸受１ａの内部を通過する貫通油量を低減している。又、保持器５ａの線膨張係数は内輪２の線膨張係数よりも大きいので、高温環境下（２０°Ｃ以上）に於いても保持器５ａの小径環状部６と内輪２の小鍔部とが接触（干渉）する事はない。尚、前記微小隙間９の径方向の隙間は、前記径差Ｇ１の半分となる。

更に、前記保持器５ａの大径環状部７の内径と前記内輪２の大鍔部２２の外径との間の隙間Ｇ２と、前記保持器５ａの大径環状部７の外径と前記外輪３の大径側端部の内径との間の隙間Ｇ３が、下記の式（２）により規制される。
Ｇ２＞２．５×Ｇ３ ・・・（２）
式（２）に示す様に、大径円環部７と大鍔部２２との間の隙間Ｇ２を、大径環状部７と外輪３との間の隙間Ｇ３よりも十分に大きくする事により、前記微小隙間９（径差Ｇ１／２）により低減された軸受内に流入する潤滑油を、円すいころ４の回りに滞留させる事なく軸受外部に排出して、潤滑油による攪拌抵抗を低減している。

ここで、小径環状部６の内径Ｄ１と小鍔部２１の外径Ｄ２との間の径差Ｇ１と軸受内部を通過する潤滑油の貫通油量との関係を実測した結果を図２に示す。図２より、径差Ｇ１が、１．０ｍｍを超えると急激に貫通油量が増加し、１．０ｍｍ未満の領域に於いては貫通油量及びその変化量は小さい事がわかる。
尚、一般的に軸受が使用される寒冷条件は−４０°Ｃ程度であり、円すいころ軸受に組み込まれる合成樹脂製の保持器における小径環状部の内径Ｄ１が３０〜１００ｍｍ程度である場合、低温時に接触が発生しない為に必要となる径差Ｇ１は、常温（２０°Ｃ）で０．５ｍｍ程度となる。

上述の様に構成された円すいころ軸受１ａに於いて、潤滑油は、軸受の回転に伴うポンプ作用によって微小隙間９を通過して軸受内部に流入し、円すいころ軸受１ａの回転による遠心力により大径環状部７の隙間Ｇ２から流出する。小径環状部６の内周面と小鍔部２１の外周面との間に微小隙間９が形成されているので、この微小隙間９から円すいころ軸受１ａ内に流入する潤滑油の貫通油量を効果的に減らして、潤滑油の攪拌抵抗を減少させ、回転トルクを低減させる事ができる。
更に、保持器５の大径環状部７と内輪２の大鍔部２２との間の径方向隙間Ｇ２は、大径環状部７と外輪３の大径側端部との間の径方向隙間Ｇ３より大きく（Ｇ２＞２．５×Ｇ３）している。従って、円すいころ軸受１ａ内に流入した潤滑油は、容易に軸受外部に排出されて円すいころ軸受１ａ内に長時間に亘って滞留する事はない。これによっても、円すいころ軸受１ａにおける潤滑油の攪拌抵抗を低減する事ができる。

又、本実施形態の保持器５ａは、合成樹脂を射出成型して製造される為、高い加工精度で製造する事ができる。これにより、潤滑油の入り口となる微小隙間９の径差Ｇ１（小径環状部６の内径Ｄ１と小鍔部２１の外径Ｄ２との径方向差分）を、精度よく規定する事ができる。従って、金属製の保持器を備えた円すいころ軸受において２〜３ｍｍ程度あった径差に対して、微小隙間９の径差Ｇ１をさらに小さく且つ精度良く設定して、潤滑油の貫通油量を低減する事ができる。また、微小隙間９の径差Ｇ１を式（１）の様に規制しているので、低温条件下でも合成樹脂製の保持器５ａと内輪２とが接触せず、軸受の貫通油量を低減するに足る範囲に規制する事ができ、すべての使用温度条件下において保持器５ａと内輪２とが接触、干渉及び磨耗する事を防止している。

以上の様に、円すいころ軸受１ａの内部を通過する潤滑油の貫通油量を低減して、必要以上の潤滑油が円すいころ軸受１ａを通過してしまうのを防止する事により、ディファレンシャル装置の他部位に十分な潤滑油を供給することが可能になる。更に、潤滑油を供給するオイルポンプの低容量化による自動車の燃費向上を図る事ができる。

［第２実施形態］
図３は、本発明の第２実施形態である円すいころ軸受１ｂの部分縦断面図である。本実施形態の円すいころ軸受１ｂは、保持器５ｂの形状が異なる以外は、本発明の第１実施形態の円すいころ軸受１ａと同様であるので、同一部分には同一符号又は相当符号を付して説明を簡略化又は省略する。
図３に示す様に、保持器５ｂを構成する小径環状部６ａの内径部には、径方向内方に突出して、その内側面が小鍔部２１の側面と全面に亙り微小隙間９ａを介して近接対向する環状突起部６１を設けている。

本実施形態の円すいころ軸受１ｂによれば、第１実施形態の円すいころ軸受１ａの構成に加えて、小鍔部２１の側面と環状突起部６１の内側面との間に微小隙間９ａが形成されているので、潤滑油の貫通油量を更に効果的に抑制する事ができる。従って、第１実施形態の円すいころ軸受１ａと比較して、より攪拌抵抗を低減して回転トルクを低減すると共に、装置内の他部位に潤滑油を供給する事ができる。尚、径方向に突出している環状突起部６１に於いては、温度変化により、環状突起６１の内側面と小鍔部２１の側面とが接触する事はない。

［第３実施形態］
図４は、本発明の第３実施形態である円すいころ軸受１ｃの部分縦断面図である。本実施形態に於いても、保持器５ｃの形状が異なる以外は、本発明の第１実施形態の円すいころ軸受１ａと同様であるので、同一部分には同一符号又は相当符号を付して説明を簡略化又は省略する。
本実施形態の円すいころ軸受１ｃの保持器５ｃは、内輪２の小鍔部２１側に配置される小径環状部６ｂと、この小径環状部６ｂから周方向に略等間隔で軸方向に突設した複数の柱部８ａとを備え、小径環状部６ｂと反対側が開放されたポケットを有する、所謂くし型保持器である。保持器５ｃは、小径環状部６ｂと隣接する柱部８ａとで円すいころ４を保持するポケット（図示せず）を構成し、各ポケットには、それぞれ円すいころ４が転動可能に保持される。また、第１実施形態の円すいころ軸受１ａの保持器５ａと同様に、小鍔部２１の外周面と小径環状部６ｂの内周面との間に微小隙間９が形成されている。

前記柱部８ａは、小径環状部６ｂ側で、内輪２の小鍔部２１の外周面よりも径方向内方に突出して形成された突起部８１を備えている。この突起部８１の内径面は、内輪２の内輪軌道面２０との間に微小隙間９ｂを介して近接対向している。そして、突起部８１の内径面と内輪軌道面２０との間の隙間Ｇ４（微小隙間９ｂの径方向寸法）は、突起部８１のうちで最も小径部分の内径Ｄ３と、合成樹脂材の線膨張係数と金属材の線膨張係数との差の絶対値αとの関係に於いて、下記の式（３）により規制される。
６０×α×Ｄ３＜２×Ｇ４＜１ｍｍ ・・・（３）

本実施形態の円すいころ軸受１ｃによれば、第１実施形態の円すいころ軸受１aと同様の微小隙間９に加えて、微小隙間９ｂが形成されているので、潤滑油の貫通油量を更に効果的に抑制する事ができる。さらに、本実施形態の円すいころ軸受１ｃは、保持器５ｃの柱部８ａに円すいころ４を周方向から抱え込む様に突起部８１を設けているので、第１実施形態の円すいころ軸受１ａと比較して、より攪拌抵抗が減少して回転トルクを低減する事ができる。尚、保持器５ｃの内輪２への組込みを考慮して、突起部８１の内径面は、小径環状部６ｂ側を円筒面形状とし、微小空間９ｂを形成する部分を内輪軌道面２０と略並行である円錐面形状としている。

又、前記柱部８ａの大径側（図４の右側）の内径面は、小径環状部６ｂから離れるに従って次第に拡径する傾きの円弧面となっているので、円すいころ軸受１ｃの内部に滞留する潤滑油には、円すいころ軸受１ｃの回転に伴って生じる遠心力により円すいころ軸受１ｃからの排出が促進される。さらに、保持器５ｃは、ポケットが内輪２の大鍔部２２側で開放されているので、潤滑油の排出性がよく、円すいころ軸受１ｃに流入した潤滑油をスムースに排出させる事ができる。

本発明の円すいころ軸受は、自動車の動力伝達装置等の回転支持部に配置されて、軸受内部に流入する潤滑油により潤滑される軸受として使用する事ができる。

１，１ａ〜１ｃ 円すいころ軸受
２ 内輪
２０ 内輪軌道面
２１ 小鍔部
２２ 大鍔部
３ 外輪
３０ 外輪軌道面
４ 円すいころ
５，５ａ〜５ｃ 保持器
６，６ａ，６ｂ 小径環状部
６１ 環状突起部
７ 大径環状部
８，８ａ 柱部
８１ 突起部
９，９ａ，９ｂ 微小隙間
Ｇ１ 保持器と内輪小鍔部との間の径差
Ｇ２ 保持器と内輪大鍔部との間の隙間
Ｇ３ 保持器と外輪大径側端部との間の隙間
Ｄ１ 小径環状部内径
Ｄ２ 小鍔部外径
Ｄ３ 突起部内径

Claims (3)

1. 外輪と、金属製の内輪と、前記内輪と前記外輪の間を周方向に転動可能な複数の円すいころと、前記円すいころを所定の間隔で保持する合成樹脂製の保持器とを備え、温度が−４０°Ｃ以上で使用される円すいころ軸受であって、
   ２０°Ｃにおける前記保持器の小径環状部の内径Ｄ１、２０°Ｃにおける前記内輪の小鍔部の外径Ｄ２、前記合成樹脂の線膨張係数と前記金属の線膨張係数との差の絶対値αが、
   ６０×α×Ｄ１＜Ｄ１−Ｄ２＜１ｍｍ
   の関係を満たすことを特徴とする円すいころ軸受。
2. 前記保持器の大径環状部の内径と前記内輪の大鍔部の外径との間の隙間Ｇ２と、前記保持器の大径環状部の外径と前記外輪の大径側端部の内径との間の隙間Ｇ３が、
   Ｇ２＞２．５×Ｇ３
   の関係を満たすことを特徴とする請求項１に記載の円すいころ軸受。
3. トランスミッション装置、或いはディファレンシャル装置に組み込まれて使用されることを特徴とする請求項１又は２に記載の前記円すいころ軸受。

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