JP2015121268A

JP2015121268A - 転がり軸受

Info

Publication number: JP2015121268A
Application number: JP2013265441A
Authority: JP
Inventors: 知樹松下; Tomoki Matsushita
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2013-12-24
Filing date: 2013-12-24
Publication date: 2015-07-02
Also published as: EP3096033A1; US20160312829A1; US9683606B2; WO2015098397A1; EP3096033A4

Abstract

【課題】ワッシャ付きの転がり軸受において、ワッシャを内輪に取り付ける際に、ワッシャの係合凸部に生じる応力集中を緩和し、ワッシャの破損を確実に低減する。【解決手段】内輪端面１４に取り付けられるワッシャ５が、内輪外周面１５に沿って延びる延出部５２を備えている。延出部５２は、内輪外周面１５に設けられた係合凹部１６と係合する係合凸部５３を有する。係合凸部５３は、丸みを帯びた曲面部５５と、曲面部５５の押し込み方向の前方側に連ねられ、外径側に傾斜した平面部５４とを有している。【選択図】図３

Description

本発明は、転がり軸受、特に自動車等におけるトランスミッションやデファレンシャル等の歯車減速装置における歯車軸を回転自在に支持する転がり軸受に関する。

自動車等におけるトランスミッションやデファレンシャル等の歯車減速装置における歯車軸を回転自在に支持する転がり軸受として、ラジアル荷重とアキシアル荷重を負荷できる円すいころ軸受が広く利用されている。

この種の歯車減速装置では、高トルクが入力されると、歯車軸にねじれが生じ、内輪端面と、この内輪端面に接触する歯車軸のフランジ端面との間でスティックスリップ（滑り）が生じる場合がある。そして、スティックスリップが生じると、異音を伴いながら内輪端面及び歯車軸のフランジ端面の摩耗を招き、歯車減速装置の耐用年数が低下する原因にもなる。

そこで、例えば、特許文献１では、内輪端面にワッシャを取り付けて、内輪端面と歯車軸のフランジ端面との間にワッシャを介在させることにより、両者の摩耗を抑えている。

詳細には、同文献では、ワッシャが、内輪の端面と接触するワッシャ本体と、ワッシャ本体から内輪の外周面に沿って延びる延出部（爪部）とを備えている。延出部には係合凸部が設けられおり、この係合凸部を内輪の外周面に設けられた係合凹部に係合されることにより、ワッシャを内輪に取り付けている。ここで、ワッシャの延出部と内輪の外周面の間には、クリアランスが設けられている。これにより、ワッシャの寸法公差を緩和できるとともに、ワッシャの内輪への取付作業を容易に行うことができる。その結果、ワッシャを内輪に圧入嵌合して取り付ける場合に比べて、製造コストを大幅に抑えることができるという利点がある。

特開２００９−２９９８４５号公報

ところで、特許文献１では、ワッシャの係合凸部を内輪の係合凹部に係合させる際に、ワッシャの延出部を外径側に弾性変形させ、係合凸部を内輪の外周面に乗り上げさせる必要がある。

しかしながら、同文献に記載されているように、係合凸部が丸みを帯びた曲面部のみで形成されている場合には次のような問題が生じる。

すなわち、図６に示すように、ワッシャ１００の延出部１０１を内輪２００の外周面２０１に押し込む際、まず、係合凸部１０２の押し込み方向（図中の矢印方向）の前方側の曲面部１０３が、端面２０２と外周面２０１の交差部に設けられた面取り部２０３に接触する。換言すれば、係合凸部１０２は、面取り部２０３を経由して、外周面２０１に乗り上げ、係合凹部２０４と係合する。面取り部２０３は、丸みを帯びた曲面であるため、同図に拡大して示すように、係合凸部１０２の曲面部１０３と面取り部２０３が、互いに曲面同士を突き合わせた状態で強く接触する。そのため、この状態から係合凸部１０２を面取り部２０３に押し込むと、係合凸部１０２の曲面部１０３が面取り部２０３に引っ掛かり、係合凸部１０２に大きな抵抗が作用する。その結果、係合凸部１０２に応力集中が生じ、ワッシャ１００が破損するおそれがある。特に、ワッシャの耐摩耗性を向上させる目的で、ワッシャ１００の表面に硬化処理を施した場合、ワッシャ１００の靱性が低下するため、係合凸部１０２に応力集中が生じると、ワッシャ１００が割れやすくなる。

本発明は、上記実情に鑑み、ワッシャ付きの転がり軸受において、ワッシャを内輪に取り付ける際に、ワッシャの係合凸部に生じる応力集中を緩和し、ワッシャの破損を確実に低減することを課題とする。

上記課題を解決するために創案された本発明は、内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪の間の環状空間内に収容された複数の転動体と、前記内輪の端面と接触するワッシャ本体、および前記ワッシャ本体から前記内輪の外周面に沿って延びる延出部を有するワッシャとを備え、前記内輪が、前記外周面に係合凹部を有するとともに、前記端面と前記外周面の交差部に面取り部を有し、前記ワッシャが、前記延出部に係合凸部を有し、前記ワッシャの前記延出部を前記内輪の前記外周面に押し込んで、前記係合凸部を前記係合凹部と係合させた転がり軸受において、前記係合凸部は、丸みを帯びた曲面部と、前記曲面部の押し込み方向の前方側に連ねられ、外径側に傾斜した平面部とを備えていることを特徴とする。

このような構成によれば、ワッシャの係合凸部を内輪の外周面に押し込む過程で、まず、係合凸部の平面部が、内輪の面取り部に接触する。係合凸部の平面部は、外径側に傾斜した平面であるため、面取り部の途中で引っ掛かりにくく、面取り部に沿って滑らかに移動する。したがって、係合凸部に過度な応力集中が生じるのを防止することができる。

上記の構成において、前記曲面部は、曲率半径の異なる複数の円弧部で形成されており、押し込み方向の前方側に位置する前記円弧部の曲率半径が、前記押し込み方向の後方側に位置する前記円弧部の曲率半径よりも小さいことが好ましい。

このようにすれば、押し込み方向の前方側に移行するに連れて、円弧部の湾曲度が急になる。そのため、押し込み方向の後方端に位置する円弧部と同じ曲率半径を有する単一円弧を係合凸部の平面部に連ねた場合に比べて、係合凸部の軸方向寸法（押し込み方向の寸法）を小さくすることができる。その結果、係合凸部に対応する係合凹部の軸方向寸法も小さくできるため、内輪の外周面において係合凹部の非形成部を十分確保できる。したがって、係合凹部の形状に起因する内輪の強度低下が抑えられ、内輪の外周面に欠けなどの破損が生じるのを防止できる。

この場合、前記曲面部は、前記押し込み方向の前方側に位置する曲率半径が小さい第１の円弧部と、前記押し込み方向の後方側に位置する曲率半径が大きい第２の円弧部とから構成され、前記第１の円弧部と前記第２の円弧部の交点が、前記係合凸部の頂部に位置することが好ましい。

このようにすれば、曲面部が曲率半径の異なる２つの円弧部から構成されるため、形状が比較的簡単になる。そのため、プレス加工などの塑性加工を用いても簡単に製造が可能となり、製造コストの低廉化を図ることができる。また、第１の円弧部と第２の円弧部の交点が係合凸部の頂部に位置するので、両円弧部を互いに滑らかに連結させやすく、係合凸部をスムーズに押し込みことが可能となる。ここで、係合凸部の頂部とは、係合凸部の頂点およびその近傍を意味する。

上記の構成において、前記平面部の傾斜角度が、４５度以下であることが好ましい。

このようにすれば、係合凸部の平面部の傾斜角度が緩やかになるため、係合凸部の平面部を、内輪の面取り部に沿ってより滑らかに移動させることができる。

上記の構成において、前記外周面と、前記面取り部の交点における前記面取り部の接線の傾斜角度が、４５度以下であることが好ましい。

このようにすれば、内輪の外周面と面取り部とが緩やかな傾斜をもって連結するため、係合凸部の平面部及び曲面部を、内輪の面取り部から内輪の外周面により滑らかに移行させやすくなる。

上記の構成において、前記ワッシャの表面が硬化処理されていることが好ましい。

このようにすれば、ワッシャの耐摩耗性を向上させることができる。また、硬化処理によってワッシャの靱性が低下したとしても、上記のように係合凸部の形状が改善されているため、ワッシャの破損を防止できる。

上記の構成において、前記内輪が、円すい状の軌道面と、前記軌道面の小径側に設けられた小鍔部と、前記軌道面の大径側に設けられた大鍔部とを外周面に有し、前記外輪が、円すい状の軌道面を内周面に有し、前記転動体が、前記内輪の軌道面と前記外輪の軌道面との間に形成された環状空間に転動自在に収容された円すいころであることが好ましい。

以上のように本発明によれば、係合凸部の押し込み方向の前方側に平面部を設けたことにより、ワッシャの係合凸部が、内輪の面取り部に沿って滑らかに移動しながら内輪の外周面へと至る。したがって、ワッシャの係合凸部に応力集中が生じにくく、ワッシャの破損を確実に防止することができる。

本発明の実施形態に係る円すいころ軸受の全体構成を示す断面図である。（ａ）は、図１に示すワッシャの底面図（押し込み方向の前方側から見た図）であって、（ｂ）は、（ａ）のＡ−Ａ断面図である。図１の要部を拡大して示す断面図である。本実施形態に係る円すいころ軸受において、内輪にワッシャを取り付ける手順を説明するための図である（序盤の状態）。本実施形態に係る円すいころ軸受において、内輪にワッシャを取り付ける手順を説明するための図である（中盤の状態）。従来のワッシャ付の円すいころ軸受の問題点を説明するための断面図である。

図１に示すように、本発明の実施形態に係る転がり軸受としての円すいころ軸受は、内輪１と、外輪２と、転動体としての複数の円すいころ３とを基本的な構成として備えており、例えば、自動車のトランスミッションやデファレンシャルの歯車減速装置に利用される。

内輪１は、外周面に円すい状の軌道面１１を有するとともに、軌道面１１の小径側に小鍔部１２、軌道面１１の大径側に大鍔部１３をそれぞれ有する。

外輪２は、内輪１の外側に配置され、内周面に円すい状の軌道面２１を有する。

複数の円すいころ３は、内輪１の軌道面１１と外輪２の軌道面２１との間の環状空間に転動自在に収容されている。各円すいころ３は、一定間隔を隔てた状態で保持器４によって保持されている。

そして、本実施形態に係る円すいころ軸受は、特徴的構成として、ワッシャ５を備えている。ワッシャ５は、内輪１の大鍔部１３側の端面１４に取り付けられており、内輪１の端面１４及び歯車軸６のフランジ部６１における端面６２の摩耗を防止する役割を果たしている。また、内輪１とワッシャ５が一体化しているため、軸受の組立作業が容易になるという利点もある。

ワッシャ５の表面には、ワッシャ５の摩耗を防止するために、窒化処理（焼入れ）により硬化層が形成されている。なお、同様の目的から、硬化層に代えて、或いはこれと併用して、ワッシャ５の表面に固体潤滑剤の層を形成してもよい。

図１及び図２（ａ），（ｂ）に示すように、ワッシャ５は、板厚が０．３〜０．８ｍｍの鋼板製であって、内輪１の端面１４に当接するドーナツ板状のワッシャ本体５１と、ワッシャ本体５１の外周縁から内輪１の大鍔部１３の外周面１５に沿って軸方向に延びる円筒状の延出部５２とを備えている。

延出部５２には、軸方向の中間部に、内径側に突出した係合凸部５３が設けられている。この実施形態では、係合凸部５３は、円周方向に等間隔を置いて３つ設けられている。係合凸部５３の個数は特に限定されるものではないが、７つ以上の係合凸部５３は、大鍔部１３の外径（直径）が８０ｍｍ以上のときに適用することが好ましい。

図３に示すように、各係合凸部５３は、内輪１の大鍔部１３の外周面１５に円周方向に沿って環状に設けられた係合凹部１６に係合する。係合凸部５３は、ワッシャ５の延出部５２を内輪１の大鍔部１３の外周面１５に押し込むことで、係合凹部１６に係合する。なお、係合凹部１６は、円周方向に断続的に設けられていてもよい。

係合凸部５３は、延出部５２の先端側に外径側に傾斜した平面部５４を有し、延出部５２の基端側に滑らかに湾曲した曲面部５５を有する。ここで、ワッシャ５を内輪１の大鍔部１３の外周面１５に押し込む際、延出部５２の先端側は、押し込み方向の前方側となり、延出部５２の基端側が、押し込み方向の後方側となる。係合凸部５３はプレス加工などの塑性加工により形成される。

平面部５４は、係合凸部５３の頂部Ｘよりも延出部５２の先端側、すなわち、押し込み方向の前方側に設けられている。平面部５４の軸方向に対する傾斜角度αは、４５°以下であり、好ましくは２５°以上４０°以下である。

曲面部５５は、押し込み方向の前方側に位置する曲率半径が小さい第１の円弧部５６と、押し込み方向の後方側に位置する曲率半径が大きい第２の円弧部５７とから構成されている。これにより、係合凸部５３の湾曲度が押し込み方向の前方側において急になっており、曲面部５５を第２の円弧部５７と同じ曲率半径を有する単一円弧で形成する場合に比べて、係合凸部５３の軸方向寸法がコンパクト化されている。第１の円弧部５６と第２の円弧部５７の交点は、係合凸部５３の係合凸部５３の頂点Ｘ又はその近傍（頂部Ｘよりも押し込み方向の前方側、又は頂点Ｘよりも押し込み方向の後方側）であることが好ましい。また、第１の円弧部５６と第２の円弧部５７の交点において、第１の円弧部５６の接線と第２の円弧部５７の接線が互いに一致することが好ましい。この場合、第１の円弧部５６と第２の円弧部５７は滑らかに連続する。なお、この実施形態では、第２の円弧部５７が前記第１の円弧部５６よりも弧長が長くなっている。

ここで、第１の円弧部５６の曲率半径は、例えば０．８〜１．２ｍｍであり、第２の円弧部５７の曲率半径は、例えば１．２１〜１．６ｍｍである。なお、曲面部５５は、曲率半径の異なる３つ以上の円弧部から構成されていてもよい。

係合凹部１６は、係合凸部５３に対応した形状を有している。そのため、上記のように係合凸部５３の軸方向寸法のコンパクト化を図れば、係合凹部１６の軸方向寸法も同様にコンパクト化できる。その結果、大鍔部１３の外周面１５において、係合凹部１６を除く平坦部１７、１８の面積を大きく確保できる。特に大鍔部１３の外周面１５のころ側の平坦部１８を確保すれば、ころ側に鍔欠けなどの破損が生じるのを防止できるという利点を享受できる。

係合凸部５３と係合凹部１６は、互いに係合させた状態でも、両者５３，１６の間に軸方向及び径方向の隙間が形成される。詳細には、軸方向の隙間は、内輪１の端面１４にワッシャ本体５１を当接させたときに、係合凸部５３の軸方向両側に形成される。また、係合凸部５３と係合凹部１６を係合させた状態では、延出部５２の平坦部５８，５９と、大鍔部１３の平坦部１７，１８との間にも径方向の隙間が形成される。これにより、ワッシャ５の寸法公差を緩和でき、ワッシャ５を研削などによって仕上げ加工する必要がなくなる。加えて、このような隙間があることで、手作業でもワッシャ５の係合凸部５３を内輪１の係合凹部１６に簡単に嵌め込むこともできる。

更に、ワッシャ本体５１を内輪１の端面１４に当接したときでも、係合凸部５３と係合凹部１６の間に隙間があるので、両者５３，１６が互いに強く接触しない。そのため、係合凸部５３と係合凹部１６を係合させた後に、係合凸部５３や係合凹部１６に接触に伴う破損が生じるのを防止できる。

内輪１の端面１４と、内輪１の大鍔部１３の外周面１５との交差部には、面取り部１９が設けられている。面取り部１９は、係合凸部５３を内輪１の大鍔部１３の外周面１５に誘導するためのガイド面として機能し、滑らかな凸曲面で構成されている。

内輪１の大鍔部１３の外周面１５（平坦部１７）と、面取り部１９の交点Ｙにおける面取り部１９の接線の軸方向に対する傾斜角度βは、４５度以下であり、好ましくは１０°以上２０°以下である。

大鍔部１３の平坦部１８の仮想延長線と、大鍔部１３の円すいころ３の規制面２０の仮想延長線との交点Ｚから内輪１の大鍔部１３の端面１４までの軸方向寸法（大鍔部長さ）をＬ１、ワッシャ本体５１から延出部５２の先端までの軸方向寸法（延出部長さ）をＬ２とした場合に、Ｌ２がＬ１の８割以上１０割未満であることが好ましい。すなわち、延出部長さＬ１に対して大鍔部長さＬ２が短すぎると、ワッシャ５が傾きやすくなり、ワッシャ５が外れる可能性が高まる。そのため、ワッシャ５の傾きを防止する観点からも、延出部長さＬ１と大鍔部長さＬ２の関係は、上記数値範囲を満たすことが望ましい。

以上のように構成された円すいころ軸受によれば、ワッシャ５の取り付け時に次のような利点がある。すなわち、図４に示すように、内輪１の端面１４側からワッシャ５を、内輪１の大鍔部１３の外周面１５に向けて軸方向（図中の矢印方向）に押し込むと、まず、係合凸部５３の平面部５４が、内輪１の面取り部１９に接触する。このとき、同図に拡大して示すように、面取り部１９の曲面と平面部５４の平面とが接触するため、係合凸部５３が面取り部１９の途中で引っ掛かりにくい。したがって、図５に示すように、係合凸部５３の平面部５４を面取り部１９に沿って滑らかに移動させ、延出部５２を外径側に弾性変形させることができる。

また、係合凸部５３を押し込むに連れて、同図に示すように、係合凸部５３の曲面部５５が面取り部１９に接触するが、この段階では、平面部５４のガイド機能により、係合凸部５３が内輪１の大鍔部１３の外周面１５の近傍まで接近している。そのため、曲面部５５によって延出部５２を外径側へ極僅かに弾性変形させるだけで、係合凸部５３が内輪１の大鍔部１３の外周面１５に簡単に乗り上げる。したがって、曲面部５５が面取り部１９に接触しても、両者５５，１９の間に引っ掛かりは生じない。

よって、係合凸部５３の平面部５４と曲面部５５を、面取り部１９に沿って滑らかに移動させることができ、係合凸部５３に生じる応力集中を緩和できる。その結果、仮にワッシャ５の表面に硬化層を形成した場合であっても、ワッシャ５が割れるなどして破損するという事態を防止できる。

また、ワッシャ５の係合凸部５３に応力集中が生じにくいため、ワッシャ５の延出部５２と、内輪１の大鍔部１３の外周面１５とのクリアランスを小さくすることもできる。両者５２，１５の間のクリアランスを小さくすれば、係合凸部５３と係合凹部１６の係合状態が安定し、ワッシャ５が内輪１から外れにくくなるという利点がある。延出部５２の係合凸部５３を除く部分と、内輪１の大鍔部１３の外周面１５の係合凹部１６を除く部分とのクリアランス（径方向隙間）は、例えば、半径寸法差で、０．１０〜０．４０ｍｍである。

ここで、図５の状態から更に係合凸部５３を押し込むことで、延出部５２が弾性復元力により内径側への復帰を伴いながら、係合凸部５３が係合凹部１６に係合し、ワッシャ５が内輪１に安定的に取り付けられる。

なお、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の形態で実施することができる。

上記の実施形態では、延出部５２として円筒状に連続しているものを説明したが、延出部５２は円周方向に断続的に設けられていてもよい。

上記の実施形態では、係合凸部５３の円弧部５５を曲率半径の異なる２つ以上の円弧部で構成する場合を説明したが、円弧部５５は単一の曲率半径を有する１つの円弧部で構成されていてもよい。

上記の実施形態では、転がり軸受として円すいころ軸受を説明したが、本発明は、円筒ころ軸受や玉軸受などの他の転がり軸受に適用してもよい。

１内輪
１１軌道面
１２小鍔部
１３大鍔部
１４端面
１５外周面
１６係合凹部
１９面取り部
２外輪
２１軌道面
３円すいころ
４保持器
５ワッシャ
５１ワッシャ本体
５２延出部
５３係合凸部
５４平面部
５５曲面部
５６第１の円弧部
５７第２の円弧部
６歯車軸
６１フランジ部
６２端面

Claims

内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪の間の環状空間内に収容された複数の転動体と、前記内輪の端面と接触するワッシャ本体、および前記ワッシャ本体から前記内輪の外周面に沿って延びる延出部を有するワッシャとを備え、
前記内輪が、前記外周面に係合凹部を有するとともに、前記端面と前記外周面の交差部に面取り部を有し、
前記ワッシャが、前記延出部に係合凸部を有し、
前記ワッシャの前記延出部を前記内輪の前記外周面に押し込んで、前記係合凸部を前記係合凹部と係合させた転がり軸受において、
前記係合凸部は、丸みを帯びた曲面部と、前記曲面部の押し込み方向の前方側に連ねられ、外径側に傾斜した平面部とを備えていることを特徴とする転がり軸受。
前記曲面部は、曲率半径の異なる複数の円弧部で形成されており、押し込み方向の前方側に位置する前記円弧部の曲率半径が、前記押し込み方向の後方側に位置する前記円弧部の曲率半径よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受。
前記曲面部は、前記押し込み方向の前方側に位置する曲率半径が小さい第１の円弧部と、前記押し込み方向の後方側に位置する曲率半径が大きい第２の円弧部とから構成され、
前記第１の円弧部と前記第２の円弧部の交点が、前記係合凸部の頂部に位置することを特徴とする請求項２に記載の転がり軸受。
前記平面部の傾斜角度が、４５度以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の転がり軸受。
前記外周面と、前記面取り部の交点における前記面取り部の接線の傾斜角度が、４５度以下であることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の転がり軸受。
前記ワッシャの表面が硬化処理されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載の転がり軸受。
前記内輪が、円すい状の軌道面と、前記軌道面の小径側に設けられた小鍔部と、前記軌道面の大径側に設けられた大鍔部とを外周面に有し、
前記外輪が、円すい状の軌道面を内周面に有し、
前記転動体が、前記内輪の軌道面と前記外輪の軌道面との間に形成された環状空間に転動自在に収容された円すいころであることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載の転がり軸受。