JP2015034578A - 円錐ころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】潤滑液体の攪拌抵抗をより効果的に低減できる円錐ころ軸受を提供すること
【解決手段】保持器３０の柱部３２を通過する径方向の断面において、外輪２５の内周円錐軌道面４１の小径側の端から大径側の端までの各軸方向の位置で、柱部３２の径方向の厚さを、内周円錐軌道面４１と内輪２６の外周円錐軌道面４２との径方向の距離の７０％以上９５％以下の長さとする。
【選択図】図３

Description

本発明は、円錐ころ軸受に関し、例えば、潤滑液体が内外輪の間を通過する環境下で使用されると好適な円錐ころ軸受に関する。また、本発明は、ディファレンシャルギア、トランスファまたはトランスアクスル等の車両用ピニオン軸支持装置で使用されると好適な円錐ころ軸受に関する。

従来、円錐ころ軸受としては、特開２０１２−１６３２１７号公報（特許文献１）に記載されているものがある。この円錐ころ軸受は、外輪と、内輪と、複数の円錐ころとを備え、複数の円錐ころは、外輪の内周円錐軌道面と、内輪の外周円錐軌道面との間に保持器によって保持された状態で周方向に互いに間隔をおいて位置している。この円錐ころ軸受は、オイルを、外輪の内周面と内輪の外周面との間を、内輪の外周円錐軌道面の軸方向の小径側の開口から大径側の開口まで流して、外輪、内輪および円錐ころの焼付を防止するようにしている。

この円錐ころ軸受は、保持器の各柱部の軸方向の小径側の内面が、径方向の内方に突出する突出部を有している。この突出部の内径は、軸方向の大径側に行くにしたがって大きくなっている。この円錐ころ軸受は、柱部の内面に軸方向の大径側に行くにしたがって内径が大きくなる突出部を形成することによって、オイルが、内輪の回転に基づく遠心力のポンプ効果によって、この突出部を伝って軸受外に円滑に流出するようにしている。このようにして、オイルの攪拌抵抗を低減して、トルクを低減するようにしている。

しかしながら、上記円錐ころ軸受では、柱部の突出部の内径が軸方向の大径側に行くにしたがって大きくなるから、軸方向の大径側かつ柱部の径方向の内方側に大きなスペースが存在する。したがって、この大きなスペースにオイルが停滞・滞留し易くなり、この大きなスペースに停滞・滞留したオイルに起因する攪拌抵抗によって、オイルの攪拌抵抗の低減が不十分である場合がある。

特開２０１２−１６３２１７号公報（第１図、第２図）

そこで、本発明の課題は、潤滑液体の攪拌抵抗をより効果的に低減できる円錐ころ軸受を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の円錐ころ軸受は、
内周円錐軌道面を有する外輪と、
外周円錐軌道面を有する内輪と、
上記内周円錐軌道面と上記外周円錐軌道面との間に配置された複数の円錐ころと、
上記複数の円錐ころを保持する保持器と
を備え、
上記保持器は、上記内周円錐軌道面の軸方向の小径側に位置する小径環状部と、上記小径環状部の周方向に互いに間隔をおいた状態で上記小径環状部から上記内周円錐軌道面の軸方向の大径側に延在する複数の柱部とを有して、上記周方向に隣接する上記柱部の間に、上記各円錐ころが配置されると共に、上記軸方向の大径側が開口したポケットを有し、
上記各柱部の上記軸方向の大径側の端部は、上記周方向の一方側に突出する一方側突出部と、上記周方向の他方側に突出する他方側突出部とを有し、
上記柱部を通過する径方向の断面において、上記内周円錐軌道面の小径側の端から大径側の端までの上記各軸方向の位置で、上記柱部の上記径方向の厚さは、上記内周円錐軌道面と上記外周円錐軌道面との上記径方向の距離の７０％以上９５％以下の長さであることを特徴としている。

本発明によれば、保持器の柱部を通過する径方向の断面において、内周円錐軌道面の小径側の端から大径側の端までの各軸方向の位置で、柱部の径方向の厚さが、内周円錐軌道面と外周円錐軌道面との径方向の距離の７０％以上９５％以下の長さである。したがって、内外輪の間のスペースの大部分が、保持器で占められるから、内外輪の間において潤滑液体が存在し得るスペースが大幅に削減される。したがって、内外輪の間に存在する潤滑液体の量を大きく低減できて、潤滑液体を攪拌するときに生じる攪拌トルクを効果的に低減できる。

また、本発明によれば、円錐ころが配置されるポケットが、軸方向の大径側が開口していて、保持器が、大径側に環状部を有さないから、柱部の径方向の厚さが、内周円錐軌道面と外周円錐軌道面との径方向の距離の７０％以上９５％以下の長さにもなって、保持器の剛性が大きくなって保持器が変形しにくくなっても、円錐ころを、軸方向の大径側からポケット内に挿入できる。

また、本発明によれば、各柱部の軸方向の大径側の端部が、周方向の一方側に突出する一方側突出部と、周方向の他方側に突出する他方側突出部とを有するから、円錐ころが配置されるポケットが、軸方向の大径側が開口していたとしても、これらの一方側および他方側突出部で、円錐ころの軸方向の外方側への移動を有限の範囲に規制できる。したがって、ポケットに組み込まれた円錐ころが、保持器から離脱することを抑制できる。

また、一実施形態では、
上記断面において、上記内周円錐軌道面の小径側の端から大径側の端までの上記各軸方向の位置で、上記柱部の上記径方向の厚さは、上記内周円錐軌道面と上記外周円錐軌道面との上記径方向の距離の８０％以上９５％以下の長さである。

上記実施形態によれば、内外輪の間で保持器が占めるスペースが更に大きくなる。したがって、内外輪の間で潤滑液体が存在し得るスペースが更に小さくなって、潤滑液体の攪拌抵抗を更に低減できる。

また、一実施形態では、
上記各柱部において上記円錐ころを案内するころ案内面は、上記円錐ころの円錐外周面に対応する湾曲面であり、
上記一方側突出部および上記他方側突出部の夫々は、上記各柱部の上記径方向の外方側の端部から上記周方向に突出している。

上記実施形態によれば、各柱部において円錐ころを案内するころ案内面が、円錐ころの円錐外周面に対応する湾曲面であって、円錐ころの円錐外周面に沿った湾曲面であるから、内外輪の間で保持器が占めるスペースが更に大きくなる。また、上記一方側および他方側突出部の夫々が、柱部の径方向の外方側の端部から突出しているから、同じ位相の場合において径方向の外方側のスペースが大きくなることに基づき、一方側および他方側突出部が占めるスペースを大きくできる。したがって、内外輪の間で保持器が占めるスペースを更に大きくできて、潤滑液体の攪拌抵抗を更に低減できる。

本発明によれば、潤滑液体の攪拌抵抗をより効果的に低減できる円錐ころ軸受を実現できる。

本発明の一実施形態であるディファレンシャルギアのピニオン軸の中心軸を含む鉛直方向の断面図である。 上記ディファレンシャルギアが奏する円錐ころ軸受の軸方向の模式断面図であり、円錐ころの中心軸を通る断面での模式断面図である。 上記円錐ころ軸受の軸方向の模式断面図であり、柱部の周方向の中心位置を通過る断面での模式断面図である。 上記円錐ころ軸受の保持器を、軸方向の小径環状部側とは反対側から見たときの斜視図である。 上記保持器と複数の円錐ころとを、軸方向の小径環状部側とは反対側から見たときの斜視図である。

以下、本発明を図示の形態により詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態であるディファレンシャルギアのピニオン軸３の中心軸１１を含む鉛直方向の断面図である。尚、図１において、矢印は、潤滑液体の一例としてのオイルの流れを示している。

このディファレンシャルギアは、ケース１と、差動機構２と、ピニオン軸３と、円錐ころ軸受５と、円錐ころ軸受７とを備える。上記差動機構２は、ケース１内に設けられている。上記差動機構２は、リングギヤ８、サイドギヤ（図示せず）等から成り、リングギヤ８は、ピニオン軸３のピニオンギヤ１０に噛合している。上記差動機構２は、ドライブシャフトからの動力をピニオン軸３のピニオンギヤ１０を介して受けて、差動機構２の図１の紙面の垂直な方向の両側方に一つずつ配置される２つの車輪軸（図示せず）の回転速度差を適宜調整するようになっている。

上記円錐ころ軸受５は、外輪１５と、内輪１６と、複数の円錐ころ１７とを備える。上記外輪１５は、ケース１内の内壁１９に嵌合固定されている一方、内輪１６は、ピニオン軸３に嵌合固定されている。上記複数の円錐ころ１７は、外輪１５の内周円錐軌道面と内輪１６の外周円錐軌道面との間に保持器（図示せず）によって保持された状態で、周方向に互いに間隔をおいて配置されている。上記円錐ころ軸受５は、ピニオン軸３のヘッド側の部分、すなわち、ピニオン軸３のピニオンギヤ１０側に配置されて、ピニオン軸３を回転自在に支持している。

一方、円錐ころ軸受７は、外輪２５と、内輪２６と、複数の円錐ころ２７とを備える。上記複数の円錐ころ２７は、外輪２５の内周円錐軌道面と内輪２６の外周円錐軌道面との間に保持器（図示せず）によって保持された状態で、周方向に互いに間隔をおいて配置されている。上記円錐ころ軸受７は、ピニオン軸３のテール側の部分、すなわち、ピニオン軸３における円錐ころ軸受５が配置されている部分よりもピニオンギヤ１０から離れた側に配置されて、ピニオン軸３を回転自在に支持している。

上記ディファレンシャルギアは、図示しないエンジンと、このエンジンよりも低い位置に設置されている車輪の車軸との間に配置されており、ディファレンシャルギアは、ピニオン軸３におけるピニオンギヤ１０側と反対側の一端の高さが、ピニオン軸３のピニオンギヤ１０側の他端の高さよりも高くなっている。詳細には、ピニオン軸３の中心軸１１が水平面Ｐと成す角度であるノーズ角θは、予め定められた設定ノーズ角に設定されている。

このディファレンシャルギアは、ピニオン軸３が回動している状態において、ケース１内のオイルを、ピニオン軸３のピニオンギヤ１０と噛合しているリングギヤ８で上方に跳ね上げて、この上方に跳ね上げられたオイルを、ケース１内に形成されたオイル導入路を介してピニオンギヤ１０、差動機構２のリングギヤ８、および、差動機構２のサイドギヤ等のギヤに供給して、これらのギヤの焼付を防止している。

また、上記リングギヤ８で上方に跳ね上げたオイルを、図１に、矢印ａ,ｂ,ｃ,ｄ,ｅ,ｆ,ｇ,ｈ,ｉ,ｊ,ｋに示す方向に流動させて、円錐ころ軸受５および円錐ころ軸受７の夫々において、内輪１６,２６の外周円錐軌道面の小径側から大径側に流して、円錐ころ軸受５および円錐ころ軸受７を潤滑するようになっている。

図２は、上記円錐ころ軸受７の軸方向の模式断面図であり、円錐ころ２７の中心軸を通る断面での模式断面図である。

図２に示すように、複数の円錐ころ２７は、保持器３０によって保持された状態で、外輪２５の内周円錐軌道面４１と内輪２６の外周円錐軌道面４２との間に配置されている。上記保持器３０は、小径環状部３１と、複数の柱部３２とを有する。

上記小径環状部３１は、内周円錐軌道面４１の軸方向の小径側に位置している。上記複数の柱部３２は、小径環状部３１の周方向に互いに間隔をおいた状態で位置している。上記各柱部３２は、小径環状部３１から内周円錐軌道面４１の軸方向の大径側に延在している。図２に示すように、上記保持器３０は、周方向に隣接する柱部３２の間に、円錐ころ２７が配置されると共に軸方向の大径側が開口したポケット３３を有している。

図３は、上記円錐ころ軸受７の軸方向の模式断面図であり、柱部３２の周方向の中心位置を通過する断面での模式断面図である。

図３に示すように、上記各柱部３２の内面は、内輪２６の外周円錐軌道面４２に沿った形状をしている。上記各柱部３２は、外周円錐軌道面４２に僅かな距離を介して外周円錐軌道面４２の法線方向に対向している。尚、ここで、上記僅かな距離としては、１００μｍ程度の距離を好適に使用でき、７０μｍから２００μｍの範囲の距離を好適に使用できる。また、上記各柱部３２の外面は、外輪２５の内周円錐軌道面４１に沿った形状をしている。上記各柱部３２の外面は、外輪２５の内周円錐軌道面４１に僅かな距離を介して内周円錐軌道面４１の法線方向に対向している。

この実施形態では、上記柱部３２を通過する径方向の断面において、内周円錐軌道面４１の小径側の端から大径側の端までの各軸方向の位置で、柱部３２の径方向の厚さは、内周円錐軌道面４１と外周円錐軌道面４２との径方向の距離の７０％以上９５％以下の長さとなっており、更に詳しくは、内周円錐軌道面４１と外周円錐軌道面４２との径方向の距離の８０％以上９５％以下の長さとなっている。

図３に示すように、各柱部３２の軸方向の外方側の端部は、突出部３８を有する。上記突出部３８は、柱部３２の径方向の外方側に位置している。上記突出部３８は、柱部３２の軸方向の外方側の端面３７から略内周円錐軌道面４１の延在方向に沿って軸方向の外方側に突出している。

図４は、上記保持器３０を、軸方向の小径環状部３１側とは反対側から見たときの斜視図である。

図４に示すように、上記各柱部３２の軸方向の大径側の端部は、一方側突出部５１と、他方側突出部５２とを有する。上記一方側突出部５１は、突出部３８（図３参照）の周方向の一方側の端面から周方向の一方側に突出する一方、他方側突出部５２は、突出部３８の周方向の他方側の端面から周方向の他方側に突出している。上記一方側突出部５１および他方側突出部５２の夫々は、各柱部３２の径方向の外方側の端部から周方向に突出している。

図５は、上記保持器３０と複数の円錐ころ２７とを、軸方向の小径環状部３１（図４参照）側とは反対側から見たときの斜視図である。

図４および図５を参照して、各円錐ころ２７は、ポケット３３の軸方向の大径側の開口に、円錐ころ２７の小径側の先端側を径方向の内方側から斜めに挿入することにより、ポケット３３に収容するようになっている。また、各円錐ころ２７は、一度ポケット３３に収容されると、円錐ころ２７の一部が、保持器３０のころ案内面５４の径方向の内方側の端部５０（図４参照）に係止されることにより、ポケット３３から径方向に離脱できないようになっている。

また、上記各柱部３２の周方向の一方側の端面７１と、各柱部３２の周方向の他方側の端面７２とは、円錐ころ２７を案内するころ案内面５４となっている。図５に示すように、各ころ案内面５４は、円錐ころ２７の転動面である円錐外周面８３に対応する湾曲面となっている。また、図５に示すように、各一方側および他方側突出部５１,５２の夫々の一部と、円錐ころ２７の軸方向の大径側の大端面８８の一部とは、軸方向に重なっている。このようにして、各円錐ころ２７が、ポケット３３の軸方向の大径側の開口から離脱することを防止している。このことから、保持器３０と複数の円錐ころ２７とで一体の保持器アッセンブリ６０を構成できるようになっている。

上記実施形態によれば、保持器３０の柱部３２を通過する径方向の断面において、内周円錐軌道面４１の小径側の端から大径側の端までの各軸方向の位置で、柱部３２の径方向の厚さが、内周円錐軌道面４１と外周円錐軌道面４２との径方向の距離の７０％以上９５％以下の長さである。したがって、内外輪２５,２６の間のスペースの大部分が、保持器３０によって占められるから、内外輪２５,２６の間においてオイルが存在し得るスペースが大幅に削減される。したがって、内外輪２５,２６の間に存在するオイルの量を大きく低減できるから、オイルを攪拌するときに生じる攪拌トルクを効果的に低減できる。

また、上記実施形態によれば、柱部３２の径方向の厚さが、内周円錐軌道面４１と外周円錐軌道面４２との径方向の距離の７０％以上９５％以下の長さにもなって、保持器３０の剛性が大きくなって保持器３０が変形しにくくなるが、円錐ころ２７が配置されるポケット３３が軸方向の大径側が開口していて、保持器３０が大径側に環状部を有さないから、円錐ころ２７を、軸方向の大径側からポケット３３内に挿入できる。

また、上記実施形態によれば、各柱部３２の軸方向の大径側の端部が、周方向の一方側に突出する一方側突出部５１と、周方向の他方側に突出する他方側突出部５２とを有するから、円錐ころ２７が配置されるポケット３３が、軸方向の大径側が開口していたとしても、これらの一方側および他方側突出部５１,５２で、円錐ころ２７の軸方向の外方側への移動を有限の範囲に規制できる。したがって、ポケット３３に組み込まれた円錐ころ２７が、保持器３０から離脱することを抑制できる。

また、上記実施形態によれば、上記保持器３０の柱部３２を通過する径方向の断面において、内周円錐軌道面４１の小径側の端から大径側の端までの各軸方向の位置で、柱部３２の径方向の厚さが、内周円錐軌道面４１と外周円錐軌道面４２との径方向の距離の８０％以上９５％以下の長さである。したがって、上記内外輪２５,２６の間で保持器が占めているスペースが更に大きくなるから、内外輪２５,２６の間でオイルが存在し得るスペースが更に小さくなって、オイルの攪拌抵抗を更に低減できる。

また、上記実施形態によれば、上記各柱部３２において円錐ころ２７を案内するころ案内面５４が、円錐ころ２７の円錐外周面８３に対応する湾曲面であって、円錐ころ２７の円錐外周面８３に沿った湾曲面であるから、内外輪２５,２６の間において保持器３０が占めるスペースが更に大きくなる。また、上記柱部３２の軸方向の大径側の端部から周方向に突出する一方側および他方側突出部５１,５２の夫々が、柱部３２の径方向の外方側の端部から突出しているから、同じ位相の場合において径方向の外方側のスペースが大きくなることに基づき、一方側および他方側突出部５１,５２が占めるスペースを大きくできる。したがって、内外輪２５,２６の間で保持器３０が占めるスペースを更に大きくできて、オイルの攪拌抵抗を更に低減できる。

本発明者は、多数の試験で、攪拌抵抗が、円錐ころ軸受の摩擦トルクの３０％程度にもなることを確認した。したがって、保持器の体積を本発明の程度まで大きくして、潤滑液体の存在可能スペースを従来と比較して大きく削減すると、攪拌抵抗を大幅に低減できて、摩擦トルクを急激に低減できるのである。

また、上記実施形態では、円錐ころ２７の一部が、保持器３０の柱部３２の径方向の内方側の端部５０（図４参照）に係止される等されて、円錐ころ２７が、ポケット３３から径方向に離脱できないようになっており、また、一方側および他方側突出部５１,５２の存在により、円錐ころ２７が、ポケット３３から軸方向に離脱できないようになっている。したがって、保持器３０と複数の円錐ころ２７とで一体の保持器アッセンブリ６０を構成できて、内輪２６を必要とすることなくアッシイを構成できる。したがって、円錐ころ軸受の組立性を格段に向上させることができると共に、円錐ころの製造コストを低減することができる。

仮に、保持器、複数の円錐ころおよび内輪でアッシイを構成しなければならないとすると、組立性の自由度が低くなって組立性が悪くなると同時に、内輪に小鍔が必要になるから、鍛造の際に内輪の削り代（取り代）が大きくなって、製造コストが大きくなるのである。

尚、上記実施形態では、柱部３２を通過する径方向の断面において、内周円錐軌道面４１の小径側の端から大径側の端までの各軸方向の位置で、柱部３２の径方向の厚さは、内周円錐軌道面４１と外周円錐軌道面４２との径方向の距離の８０％以上９５％以下の長さであった。しかしながら、この発明では、柱部を通過する径方向の断面において、外輪の内周円錐軌道面の小径側の端から大径側の端までの各軸方向の位置で、柱部の径方向の厚さは、外輪の内周円錐軌道面と内輪の外周円錐軌道面との径方向の距離の７０％以上８０％未満の長さであっても良い。

また、上記実施形態では、上記一方側突出部５１および他方側突出部５２の夫々が、各柱部３２の径方向の外方側の端部から周方向に突出したが、この発明では、一方側突出部および他方側突出部のうちの少なくとも一方は、各柱部の径方向の内方側の端部から周方向に突出しても良い。

また、上記実施形態では、潤滑液体が、オイルであったが、潤滑液体は、洗浄液等、潤滑性を有する液体であれば、如何なる液体であっても良い。

また、上記実施形態では、ディファレンシャルギアでは、ピニオン軸３上のピニオンギヤ１０側とは反対側の円錐ころ軸受７を、本発明の一実施形態の円錐ころ軸受としたが、この発明の円錐ころ軸受は、ピニオン軸を支持している２つの円錐ころ軸受のうちの少なくとも一方に適用されることができる。また、ピニオン軸を支持している軸受のうちの一方が、円錐ころ軸受で、他方が玉軸受の場合には、その一方の円錐ころ軸受を、本発明の円錐ころ軸受で構成できる。

また、上記実施形態では、この発明の円錐ころ軸受７を備える車両用ピニオン軸支持装置が、ディファレンシャルギアであったが、この発明の円錐ころ軸受を備える車両用ピニオン軸支持装置は、トランスアクスルやトランスファであっても良い。また、自動車のディファレンシャルギア、トランスアクスルまたはトランスファのような車両用ピニオン軸支持装置のピニオン軸支持用の軸受を、本発明の円錐ころ軸受とすると好適であるが、円錐ころ軸受は、デファレンシャルギヤサイド等、車両用ピニオン軸支持装置以外のミッション系の装置で使用でき、ピニオン軸支持以外の如何なる用途でも使用できる。特に、比較的高粘度のオイルが多量に軸受内に流入して、攪拌抵抗が大きくなるような条件下に設置される軸受を、本発明の円錐ころ軸受にすると、攪拌抵抗を顕著に低減できて、本発明の円錐ころ軸受を備える機械の燃費を急激に低減できる。尚、上記実施形態および変形例で説明した構成のうちの二以上の構成を組み合わせて新たな実施形態を形成できることは、勿論である。

７ 円錐ころ軸受
２５ 外輪
２６ 内輪
２７ 円錐ころ
３０ 保持器
３１ 小径環状部
３２ 柱部
３３ ポケット
３７ 柱部の軸方向の外方側の端面
４１ 内周円錐軌道面
４２ 外周円錐軌道面
５１ 一方側突出部
５２ 他方側突出部
８３ 円錐ころの外周円錐面
８８ 円錐ころの大端面

Claims (3)

1. 内周円錐軌道面を有する外輪と、
   外周円錐軌道面を有する内輪と、
   上記内周円錐軌道面と上記外周円錐軌道面との間に配置された複数の円錐ころと、
   上記複数の円錐ころを保持する保持器と
   を備え、
   上記保持器は、上記内周円錐軌道面の軸方向の小径側に位置する小径環状部と、上記小径環状部の周方向に互いに間隔をおいた状態で上記小径環状部から上記内周円錐軌道面の軸方向の大径側に延在する複数の柱部とを有して、上記周方向に隣接する上記柱部の間に、上記各円錐ころが配置されると共に、上記軸方向の大径側が開口したポケットを有し、
   上記各柱部の上記軸方向の大径側の端部は、上記周方向の一方側に突出する一方側突出部と、上記周方向の他方側に突出する他方側突出部とを有し、
   上記柱部を通過する径方向の断面において、上記内周円錐軌道面の小径側の端から大径側の端までの上記各軸方向の位置で、上記柱部の上記径方向の厚さは、上記内周円錐軌道面と上記外周円錐軌道面との上記径方向の距離の７０％以上９５％以下の長さであ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において、
   上記断面において、上記内周円錐軌道面の小径側の端から大径側の端までの上記各軸方向の位置で、上記柱部の上記径方向の厚さは、上記内周円錐軌道面と上記外周円錐軌道面との上記径方向の距離の８０％以上９５％以下の長さであることを特徴とする円錐ころ軸受。
3. 請求項１または２に記載の円錐ころ軸受において、
   上記各柱部において上記円錐ころを案内するころ案内面は、上記円錐ころの円錐外周面に対応する湾曲面であり、
   上記一方側突出部および上記他方側突出部の夫々は、上記各柱部の上記径方向の外方側の端部から上記周方向に突出していることを特徴とする円錐ころ軸受。

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