JP2015001273A - 円錐ころ軸受と円錐ころ軸受を用いた動力伝達装置 - Google Patents

Abstract

【課題】部品点数や組付工数を増加させることなく潤滑油を冷却することができる円錐ころ軸受と、円錐ころ軸受を用いたデファレンシャル装置を提供する。【解決手段】内輪３１と、外輪４０と、内輪３１と外輪４０との間の環状空間に転動可能に配設された複数の円錐ころ５０と、複数の円錐ころ５０を保持する保持器６０とを備え、環状空間を通して液状の潤滑油が流れる形式の円錐ころ軸受であって、内輪３１と、外輪４０とのうち、軸受回転時に回転する回転側軌道輪３１には、軸受回転時に潤滑油の圧力が液相から気相に変化する飽和蒸気圧となるように潤滑油の一部を低圧化する軌道輪気化促進機構７０が設けられている。【選択図】図２

Description

この発明は円錐ころ軸受と円錐ころ軸受を用いた動力伝達装置に関する。

円錐ころ軸受は、負荷容量が大きく、剛性が高い秀逸な転がり軸受であるが、滑り接触による摺動部（例えば、円錐ころの大端面と、内輪の大つば部の案内面との摺動部）が存在し、その摺動部の滑り摩擦によるトルク損失や焼き付き発生等を考慮すると、高速回転の転がり軸受としては使用の制約を受けやすい。
また、円錐ころ軸受を用いた動力伝達装置において、例えば、特許文献１に開示されているように、円錐ころ軸受の潤滑油の流入口側の外輪の端部と、外輪を支持する支持部材との間に放熱性の良好な金属よりなる冷却部材を配設したものがある。
そして、潤滑油が流入口から円錐ころ軸受内に流入する際に、冷却部材を通過することで潤滑油が冷却される。

特開２０１０−９１０５３号公報

特許文献１に開示された円錐ころ軸受装置においては、冷却部材によって潤滑油を冷却することができる。しかしながら、冷却部材を放熱性の良好な金属により製作し、その冷却部材を、外輪の端部と、外輪を支持する支持部材との間に組み付けなければならない。このため、部品点数や組付工数が多くなる。

この発明の目的は、前記問題点に鑑み、部品点数や組付工数を増加させることなく潤滑油を冷却することができる円錐ころ軸受と、円錐ころ軸受を用いた動力伝達装置を提供することである。

前記課題を解決するために、請求項１の発明は、内輪と、前記内輪の外周面に環状空間を隔てて同一中心線上に配設される外輪と、前記環状空間に転動可能に配設された複数の円錐ころと、前記複数の円錐ころを保持する保持器とを備え、前記環状空間を通して液状の潤滑油が流れる形式の円錐ころ軸受であって、前記内輪と、前記外輪との両軌道輪のうち、軸受回転時に回転する回転側軌道輪には、軸受回転時に前記潤滑油の圧力が液相から気相に変化する飽和蒸気圧となるように前記潤滑油の一部を低圧化する軌道輪気化促進機構が設けられているものである。

請求項１の発明によると、軸受回転時には、内輪と外輪との間の環状空間を通して液状の潤滑油が流れる。
この際、内輪と、外輪との両軌道輪のうち、軸受回転時に回転する回転側軌道輪に設けられた軌道輪気化促進機構によって、潤滑油の一部の圧力が液相から気相に変化する飽和蒸気圧となって、潤滑油内にキャビテーションが発生する。そして、液相から気相に変化した潤滑油の気化熱によって、潤滑油や回転部品が冷却される。
このようにして、部品点数や組付工数を増加させることなく、軸受回転時に回転する回転側軌道輪に設けられた軌道輪気化促進機構によって、潤滑油を冷却することができる。
この結果、高速回転の転がり軸受として好適な円錐ころ軸受を提供することができる。

請求項２の発明は、請求項１に記載の円錐ころ軸受であって、軸受回転時の回転数は、１０００ｒｐｍ以上であるものである。

請求項２の発明によると、軸受回転時の回転数が１０００ｒｐｍ以上であると、軌道輪気化促進機構によって潤滑油の圧力が液相から気相に変化する飽和蒸気圧となりやすく、潤滑油の冷却効果を高めることができる。
また、軸受回転時の回転数が１０００ｒｐｍ以上であると、トルク低減においても効果がある。

請求項３の発明は、請求項１又は２に記載の円錐ころ軸受であって、軌道輪気化促進機構は、回転側軌道輪のつば部に形成された軸方向の凹部又は凸部によって構成されているものである。

請求項３の発明によると、回転側軌道輪のつば部に軸方向の凹部又は凸部を形成することで、軌道輪気化促進機構を容易に構成することができる。
また、回転側軌道輪のつば部に対し軸方向の凹部又は凸部を形成して軌道輪気化促進機構を構成することで、潤滑油内のキャビテーションの発生を促進することができるため、潤滑油の冷却効果を高めることができる。
また、回転側軌道輪のつば部に対し軸方向の凹部又は凸部を形成することで、回転側軌道輪のつば部の表面積が増大されるため、この分だけ放熱性を高めることができる。

請求項４の発明は、請求項１〜３のいずれか一項に記載の円錐ころ軸受であって、潤滑油の温度は、軸受回転時の潤滑油の想定温度範囲内の最低温度以上の温度であるものである。

請求項４の発明によると、軸受回転時の潤滑油の想定温度範囲内の最低温度以上の温度であるから、回転側軌道輪に設けられた軌道輪気化促進機構によって、潤滑油の一部の圧力が液相から気相に変化する飽和蒸気圧になりやすく、潤滑油を良好に冷却することができる。
すなわち、軸受回転時の潤滑油の想定温度範囲内の最低温度よりも低い温度である場合には、潤滑油の圧力が液相から気相に変化する飽和蒸気圧になりにくくなり、潤滑油の冷却効果が期待できないことが想定される。

請求項５の発明の円錐ころ軸受を用いた動力伝達装置は、動力伝達装置の内部に回転軸を回転可能に支持するための円錐ころ軸受として、請求項１〜４のいずれか一項に記載の円錐ころ軸受が用いられているものである。

請求項５の発明の円錐ころ軸受を用いた動力伝達装置によると、請求項１〜４のいずれか一項に記載の円錐ころ軸受が用いることで、部品点数や組付工数を増加させることなく潤滑油を冷却することができる。

この発明によれば、内輪と、外輪とのうちの軸受回転時に回転する回転側軌道輪に設けられた軌道輪気化促進機構によって、潤滑油を冷却することができるため、高速回転の転がり軸受として好適な円錐ころ軸受を提供することができる。

この発明の実施例１に係る円錐ころ軸受を示す軸方向断面図である。 同じく内輪、外輪、円錐ころ及び保持器の関係を拡大して示す軸方向断面図である。 同じく回転側軌道輪としての内輪の大つば部を拡大して示す正面図である。 同じく円錐ころに対しアキシアル荷重４ｋＮを負荷した状態で、実施例１の円錐ころ軸受と従来標準品の円錐ころ軸受とを回転数とトルクの関係において試験したグラフを示す説明図である。 同じく円錐ころに対しアキシアル荷重１０ｋＮを負荷した状態で、実施例１の円錐ころ軸受と従来標準品の円錐ころ軸受とを回転数とトルクの関係において試験したグラフを示す説明図である。 実施例１に係る円錐ころ軸受を用いた動力伝達装置としてのデファレンシャル装置を示す軸方向断面図である。 内輪の小鍔部に対し軌道輪気化促進機構を構成する軸方向の凹部又は凸部を形成した実施態様を示す説明図である。

この発明を実施するための形態について実施例にしたがって説明する。

この発明の実施例１を図１〜図６にしたがって説明する。
図１と図２に示すように、円錐ころ軸受３０は、内輪３１と、外輪４０と、複数の円錐ころ５０と、保持器６０と、を備える。
内輪３１は、中心孔を有して筒状に形成され、外周面には、一端部から他端部に向ってしだいに拡径されたテーパ軸状の内輪軌道面３２が形成されている。
また、内輪３１の一端部の外周面（内輪軌道面３２の小径側）には、円錐ころ５０の小端面５１を案内する案内面３４を有する小つば部３３が形成され、他端部の外周面（内輪軌道面３２の大径側）には、円錐ころ５０の大端面５２を案内する案内面３６を有する大つば部３５が形成されている。

外輪４０は、内輪３１の外周面に環状空間を隔てて同一中心線上に配設されて筒状をなし、その内周面には、一端部から他端部に向ってしだいに拡径されたテーパ孔状の外輪軌道面４１が形成されている。
内輪３１の内輪軌道面３２と、外輪軌道面４１との間の環状空間には、複数の円錐ころ５０が保持器６０によって保持された状態で転動可能に配設されている。

保持器６０は、軸方向に所定間隔を隔てる小径側環状部６１と、大径側環状部６２と、これら両環状部６１、６２を連結する柱部６３とを有し、両環状部６１、６２と柱部６３によって囲まれた部分に円錐ころ５０を保持するポケット６４が構成されている。
そして、円錐ころ軸受３０は、その内輪３１と外輪４０との間の環状空間を通して液状の潤滑油が流れる形式に構成されている。
また、円錐ころ軸受３０の潤滑油の温度は、軸受回転時の潤滑油の想定温度範囲内の最低温度以上である。例えば、動力伝達装置等の動力伝達装置に用いられる潤滑油の想定温度は、４０℃〜１６０℃である。この場合、潤滑油の温度は、４０℃以上である。
また、この実施例１において、軸受回転時の回転数が１０００ｒｐｍ以上になる円錐ころ軸受３０である。

内輪３１と、外輪４０との両軌道輪のうち、軸受回転時に回転する回転側軌道輪、この実施例１では内輪３１には、軸受回転時に潤滑油の圧力が液相から気相に変化する飽和蒸気圧となるように潤滑油の一部を低圧化する軌道輪気化促進機構７０が設けられている。
図２と図３に示すように、軌道輪気化促進機構７０は、回転側軌道輪としての内輪３１の小つば部３３と、大つば部３５とのうち、少なくとも一方のつば部に形成され軸方向の凹部７２（又は凸部）によって構成されている。
この実施例１において、内輪３１の大つば部３５の外周部に対し、複数の軸方向の凹部（溝形状の凹部）７２が周方向に所定間隔を隔てて形成されている。

この実施例１は上述したように構成される。
したがって、軸受回転時には、内輪３１と外輪４０との間の環状空間を通して液状の潤滑油が流れる。
この際、回転側軌道輪としての内輪３１に設けられた軌道輪気化促進機構７０によって、潤滑油の一部の圧力が液相から気相に変化する飽和蒸気圧となって、潤滑油内にキャビテーションが発生する。
すなわち、この実施例１において、回転側軌道輪としての内輪３１の大つば部３５外周面に軌道輪気化促進機構７０としての複数の軸方向の凹部７２が周方向に所定間隔を隔てて形成される。このため、軸受回転時には、各凹部７２の両溝壁面のうち、回転方向（図３において矢印Ｐ方向）前側に位置する溝壁面７２ａの後方に低圧部９０（図３において二点鎖線で示す部分）が発生する。また、潤滑油は、圧力が低くなるほど気相化しやすくなる。このため、低圧部９０において、潤滑油内にキャビテーションが発生し、潤滑油の一部の圧力が液相から気相に変化する飽和蒸気圧となる。
これによって、液相から気相に変化した潤滑油の気化熱によって、潤滑油が冷却される。
このようにして、部品点数や組付工数を増加させることなく、回転側軌道輪としての内輪３１に設けられた軌道輪気化促進機構７０によって、潤滑油を冷却することができる。
この結果、高速回転の転がり軸受として好適な円錐ころ軸受３０を提供することができる。

また、円錐ころ軸受３０の軸受回転時の回転数が１０００ｒｐｍ以上であると、軌道輪気化促進機構７０によって潤滑油の圧力が液相から気相に変化する飽和蒸気圧となりやすいく、潤滑油の冷却効果を高めることができる。
また、円錐ころ軸受３０の軸受回転時の回転数が１０００ｒｐｍ以上であると、トルク低減においても効果がある。

回転側軌道輪としての内輪３１の大つば部３５外周面に対し、軌道輪気化促進機構７０としての複数の溝状の軸方向の凹部７２が周方向に所定間隔を隔てて形成されたこの実施例１の円錐ころ軸受３０と、内輪３１の外周面に軌道輪気化促進機構７０が設けられていない従来の標準品の円錐ころ軸受とを試験した結果、図４と図５に示すような結果が得られた。
図４において、円錐ころ５０に対するアキシアル荷重（円錐ころ５０の軸方向に負荷される荷重）が４ｋＮである場合で、横軸を軸受け回転時の回転数ｒｐｍとし、縦軸をトルクＮｍとしている。
また、図５において、円錐ころ５０に対するアキシアル荷重（円錐ころ５０の軸方向に負荷される荷重）が１０ｋＮである場合で、横軸を軸受け回転時の回転数ｒｐｍとし、縦軸をトルクＮｍとしている。
図４と図５に示すように、アキシアル荷重が４ｋＮの場合と、１０ｋＮの場合のいずれにおいても、軸受回転時の回転数が１０００ｒｐｍを越えると、この実施例１の円錐ころ軸受３０は、従来の標準品の円錐ころ軸受よりもトルクが低減されることが明らかとなった。
特に、アキシアル荷重が１０ｋＮの場合では、軸受回転時の回転数が１０００ｒｐｍを越えると、この実施例１の円錐ころ軸受３０は、従来の標準品の円錐ころ軸受よりもトルクが顕著に低減されることが明らかとなった。

また、この実施例１において、回転側軌道輪としての内輪３１の大つば部３５外周面に対し、複数の軸方向の凹部７２が周方向に所定間隔を隔てて形成され、これによって軌道輪気化促進機構７０が構成される。このため、内輪３１の大つば部３５の案内面３６と、円錐ころ５０の大端面５２との相互間で発生する摩擦熱を冷却することができ、焼き付きの抑制に効果が大きい。
また、複数の軸方向の凹部７２によって、内輪３１の大つば部３５外周面の表面積が増大されるため、この分だけ放熱性を高めることができる。

また、円錐ころ軸受３０の潤滑油の温度は、軸受回転時の潤滑油の想定温度範囲内の最低温度以上である。このため、軌道輪気化促進機構７０によって、潤滑油の一部の圧力が液相から気相に変化する飽和蒸気圧になりやすく、潤滑油や円錐ころ３０を良好に冷却することができる。
すなわち、軸受回転時の潤滑油の想定温度範囲内の最低温度よりも低い温度である場合には、潤滑油の圧力が液相から気相に変化する飽和蒸気圧にならない場合がある。そして、潤滑油や回転部品の冷却効果が期待できないことが想定されるが、このような不具合の発生を抑制することができる。

次に、前記実施例１で述べた円錐ころ軸受３０を用いた動力伝達装置としてのデファレンシャル装置１０について図６にしたがって説明する。
図６に示すように、デファレンシャル装置１０のデファレンシャルキャリア１１の内部には、軸方向に所定間隔を隔てる軸受ハウジング１２、１３がそれぞれ形成されている。
両軸受ハウジング１２、１３には、ピニオン軸２１（この発明の回転軸に相当する）の前後部を回転可能に支持するための前後の両円錐ころ軸受３０、８０がそれぞれ組み付けられている。
これら両円錐ころ軸受３０、８０のうち、少なくとも一方の円錐ころ軸受３０は、前記実施例１で述べた円錐ころ軸受が用いられている。

また、ピニオン軸２１の両端部のうち、一方の端部は、デファレンシャルキャリア１１から突出され、当該一端部には、プロペラシャフト（図示しない）に連結されるコンパニオンフランジ２３が組み付けられている。ピニオン軸２１の他方の端部には、デファレンシャルキャリア１１内のデファレンシャルケース（図示しない）に組み付けられたリングギヤ２０に噛み合うピニオン２２がトルク伝達可能に設けられている。これらリングギヤ２０とピニオン２２によって終減速機構が構成されている。
また、両円錐ころ軸受３０、８０の内輪３１、８１の間にはスペーサ部材２６が介在されている。
また、デファレンシャルキャリア１１内の下部には、潤滑油が所定の油面レベルまで充填されて封入されている。
なお、周知のように、デファレンシャルケース（図示しない）内には、差動歯車機構が内蔵されている。

図６に示すように、デファレンシャルキャリア１１内の軸受ハウジング１２上部には、リングギヤ２０の回転によってかき上げられた潤滑油が流入される潤滑流路１４が形成され、両軸受ハウジング１２、１３間の上部には、潤滑流路を流れる潤滑油を両円錐ころ軸受３０、８０に供給するための供給口１５が形成されている。

前記実施例１で述べた円錐ころ軸受３０を用いた動力伝達装置としてのデファレンシャル装置１０は、上述したように構成される。
したがって、車両走行時等において、デファレンシャルキャリア１１の下部に溜められた潤滑油は、リングギヤ２０の回転に伴って攪拌され、一部の潤滑油は潤滑流路１４に流入して供給口１５に向けて流れる。そして、潤滑油は供給口１５から前後の両円錐ころ軸受３０、８０の環状空間の小径側に供給される。
両円錐ころ軸受３０、８０の内輪３１、８１は、リングギヤ２０からのトルク伝達を受けて回転するピニオン軸２１と一体に回転する。これによって、円錐ころ５０が転動すると共に、保持器６０が回転する。
また、前後の両円錐ころ軸受３０、８０の環状空間の小径側に供給された潤滑油は、円錐ころ５０の転動に基づくポンプ作用によって、環状空間の大径側に向けて流れて排出される。

前後の両円錐ころ軸受３０、８０のうち、少なくとも一方の円錐ころ軸受３０は、前記実施例１で述べた円錐ころ軸受が用いられている。このため、円錐ころ軸受３０の内輪３１の大つば部３５に設けられた軌道輪気化促進機構７０によって、潤滑油を冷却することができ、潤滑油を冷却するための専用の冷却部材を製作して組み付ける手間を省くことができる。

なお、この発明は前記実施例１に限定するものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内において、種々の形態で実施することができる。
例えば、前記実施例１においては、軌道輪気化促進機構７０が回転側軌道輪としての内輪３１の大つば部３５外周に設けられた複数の軸方向の凹部７２である場合を例示したが、軸方向の凹部７２に替えて軸方向の凸部であってもこの発明を実施することができる。
また、図７に示すように、回転側軌道輪としての内輪３１の小つば部３３の外周面に対し、複数の軸方向の凹部１７２（又は軸方向の凸部）を形成して軌道輪気化促進機構１７０を構成することも可能である。
また、複数の軸方向の凹部１７２（又は複数の軸方向の凸部）は、軸受回転時に伴う回転側軌道輪としての内輪３１の回転によって潤滑油中に気泡（マイクロバブル）を発生させて混入させることができる。そして、潤滑油中に発生された気泡によって潤滑油の粘性を低下させることができ、トルク低減に効果がある。
すなわち、円錐ころ軸受３０の軸受回転時のポンプ作用によって、潤滑油は内輪３１の小つば部３３側から流入し、大つば部３５側へ流出する。このため、小つば部３３の外周面に対し、複数の軸方向の凹部１７２（又は軸方向の凸部）を形成し、潤滑油の流入側で潤滑油中に気泡を発生させて潤滑油の粘性を低下させることがで、大つば部に形成される場合と比べ、潤滑油の粘性低下によるトルク低減に効果が大きい。
また、動力伝達装置としては、デファレンシャル装置以外であってもよく、例えば、トランスアクスル装置等であってもよい。

１０ デファレンシャル装置（動力伝達装置）
１１ デファレンシャルキャリア
１２、１３ 軸受ハウジング
２１ ピニオン軸（回転軸）
３０ 円錐ころ軸受
３１ 内輪
３３ 小つば部
３５ 大つば部
４０ 外輪
５０ 円錐ころ
６０ 保持器
７０ 軌道輪気化促進機構
７２ 軸方向の凹部

Claims (5)

1. 内輪と、前記内輪の外周面に環状空間を隔てて同一中心線上に配設される外輪と、前記環状空間に転動可能に配設された複数の円錐ころと、前記複数の円錐ころを保持する保持器とを備え、前記環状空間を通して液状の潤滑油が流れる形式の円錐ころ軸受であって、
   前記内輪と、前記外輪との両軌道輪のうち、軸受回転時に回転する回転側軌道輪には、軸受回転時に前記潤滑油の圧力が液相から気相に変化する飽和蒸気圧となるように前記潤滑油の一部を低圧化する軌道輪気化促進機構が設けられていることを特徴とする円錐ころ軸受。
2. 請求項１に記載の円錐ころ軸受であって、
   軸受回転時の回転数は、１０００ｒｐｍ以上であることを特徴とする円錐ころ軸受。
3. 請求項１又は２に記載の円錐ころ軸受であって、
   軌道輪気化促進機構は、回転側軌道輪のつば部に形成された軸方向の凹部又は凸部によって構成されていることを特徴とする円錐ころ軸受。
4. 請求項１〜３のいずれか一項に記載の円錐ころ軸受であって、
   潤滑油の温度は、軸受回転時の潤滑油の想定温度範囲内の最低温度以上の温度であることを特徴とする円錐ころ軸受。
5. 動力伝達装置の内部に回転軸を回転可能に支持するための円錐ころ軸受として、請求項１〜４のいずれか一項に記載の円錐ころ軸受が用いられていることを特徴とする円錐ころ軸受を用いた動力伝達装置。

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