JP2015215061A - 転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】潤滑油環境下及び高速回転環境下において耐クリープ性を向上することができる転がり軸受を提供する。
【解決手段】潤滑油環境下で使用される転がり軸受１０であって、その外輪１１の外周面に形成される環状溝１１ｂに環状弾性体１５が装着され、外輪１１が外輪支持部Ｈに内嵌支持された状態において、環状弾性体１５の潰し率が１５％〜３０％に設定され、且つ環状弾性体１５の硬さがＨＳ７０以下に設定される。
【選択図】図２

Description

本発明は、転がり軸受に関し、より詳細には、例えば、電気自動車やハイブリッド自動車のトランスミッションに使用される転がり軸受に関する。

電気自動車やハイブリッド自動車においては、ユニット効率の向上が望まれ、また、モーターにて高速走行するためにモーター回転が高速化する傾向にあり、合わせて周辺軸も高速回転（例えば、１万〜２万ｒｐｍ）となる場合がある。この高速化に伴い回転荷重が大きくなるため、転がり軸受の外輪とハウジングとの間で外輪外径とハウジング内径の寸法差によるクリープが生じ、外輪と接触するハウジングや周辺部品に摩耗が発生してしまう。

そこで、耐クリープ性を向上するため、従来では、外輪の軸方向中央部で外輪軌道面を設けた部分の最小肉厚をｈとし、転動体である玉の直径をＤａとした場合に、０．４Ｄａ≦ｈ≦０．８Ｄａを満たし、且つ、外輪の外周面に装着される一対のＯリングの潰し率を１０％〜３５％に設定する転がり軸受が知られている（例えば、特許文献１参照）。また、外輪外周面とハウジング内周面との間にグリースや高粘度の潤滑油を塗布して、外輪外周面とハウジング内周面と摩擦係数を下げて、耐クリープ性を向上する転がり軸受が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１３−１２４７６１号公報 特開２０１３−０６０９９０号公報

ところで、グリースや高粘度の潤滑油を塗布した場合において、Ｏリングの潰し率を高くすることで耐クリープ性を向上することは可能であるが、トランスミッションなどの潤滑油環境下においては、グリースや高粘度の潤滑油の塗布状態を維持することが困難であるので、耐クリープ性が低下してしまう問題があった。

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、潤滑油環境下及び高速回転環境下において耐クリープ性を向上することができる転がり軸受を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）内周面に外輪軌道面を有する外輪と、外周面に内輪軌道面を有する内輪と、外輪軌道面と内輪軌道面との間に転動可能に配置される複数の転動体と、を備え、外輪の外周面に、少なくとも１つの環状溝が全周に亘って形成され、環状溝に、環状弾性体が装着され、潤滑油環境下で使用される転がり軸受であって、外輪が外輪支持部に内嵌支持された状態において、環状弾性体の潰し率が１５％〜３０％に設定され、且つ環状弾性体の硬さがＨＳ７０以下に設定されることを特徴とする転がり軸受。

本発明によれば、外輪が外輪支持部に内嵌支持された状態において、環状弾性体の潰し率が１５％〜３０％に設定され、且つ環状弾性体の硬さがＨＳ７０以下に設定されるため、潤滑油環境下及び高速回転環境下において耐クリープ性を向上することができる。

本発明に係る転がり軸受の一実施形態を説明する要部断面図である。 図１に示すＯリングの周辺の拡大断面図である。 回転試験装置を説明する概略図である。 Ｏリングの潰し率と耐クリープ力との関係を示すグラフである。 Ｏリングの潰し率とクリープ速度比との関係を示すグラフである。 Ｏリングの硬さと耐クリープ力との関係を示すグラフである。

以下、本発明に係る転がり軸受の一実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。

本実施形態の転がり軸受１０は、図１に示すように、内周面に外輪軌道面１１ａを有する外輪１１と、外周面に内輪軌道面１２ａを有する内輪１２と、外輪軌道面１１ａと内輪軌道面１２ａとの間に転動可能に配置される複数の玉（転動体）１３と、複数の玉１３を転動可能に保持する保持器１４と、を備える。そして、転がり軸受１０は、ハウジング（外輪支持部）Ｈに外輪１１がすきま嵌めで内嵌支持され、内輪１２に回転軸Ｓが挿通されて、トランスミッションなどの潤滑油環境下及び高速回転環境下で使用される。

また、外輪１１の外周面に、２つの環状溝１１ｂが全周に亘って形成されると共に、この２つの環状溝１１ｂに、断面略円形状のＯリング（環状弾性体）１５がそれぞれ装着されている。Ｏリング１５の材質は、使用環境温度に応じて、ニトリルゴム、アクリルゴム、及びフッ素ゴムのいずれかを使用する。なお、Ｏリング１５の装着本数は、本実施形態の２本に限定されず、１本又は３本以上であってもよい。

そして、本実施形態では、外輪１１がハウジングＨに内嵌支持された状態において、Ｏリング１５の潰し率が１５％〜３０％に設定され、且つＯリング１５の硬さがＨＳ７０以下に設定されている。また、Ｏリング１５の潰し率は、１８％〜２５％に設定されていた方がより好ましい。

また、Ｏリング１５の潰し率は、Ｏリング１５の潰し量ｔ／Ｏリング１５の線径ｄ×１００（％）で算出される（図２参照）。Ｏリングの線径ｄは、軸受サイズや使用条件に応じてφ０．９ｍｍ〜φ３．５ｍｍの範囲とする。

以上説明したように、本実施形態の転がり軸受１０によれば、外輪１１がハウジングＨに内嵌支持された状態において、Ｏリング１５の潰し率が１５％〜３０％に設定され、且つＯリング１５の硬さがＨＳ７０以下に設定されるため、潤滑油環境下及び高速回転環境下において耐クリープ性を向上することができる。

本発明の作用効果を確認するため、Ｏリングの潰し量が異なる転がり軸受を複数個作成して、それぞれに対して図３に示す回転試験装置ＤＶで回転試験を行った。

回転試験装置ＤＶは、図３に示すように、２つの転がり軸受１０をそれぞれ内嵌支持する一対のハウジングＨと、２つの転がり軸受１０に挿通される回転軸Ｓと、回転軸Ｓの中心に配置され、径方向の質量が偏っている荷重付与部Ｗと、を備える。

この回転試験装置ＤＶでは、荷重付与部Ｗのアンバランス荷重の重量、径方向位置、及び回転速度を制御することにより、回転荷重（遠心力）をコントロールして、クリープの発生を確認する。そして、クリープが発生した時の回転荷重をクリープ限界荷重として耐クリープ力［Ｎ］とした。なお、クリープが発生した時とは、目視にて外輪に施されたマークの変位（外輪の回転開始）が確認された時のことである。また、クリープが発生した時の外輪の回転速度も測定した。結果を図４及び図５にそれぞれ示す。

図５では、耐クリープ力が最大となる領域のひとつである潰し率２０％におけるクリープ速度（外輪の回転速度）を基準（＝１）として、潰し率の低い領域、及び潰し率の高い領域のクリープ速度を比較している。

図５から明らかなように、潰し率が１２％の転がり軸受（耐クリープ力が約１００［Ｎ］、図４参照）のクリープ速度比が２１であるのに対して、潰し率が２５％の転がり軸受（耐クリープ力が約２８０［Ｎ］、図４参照）のクリープ速度比が６であることから、潰し率が１２％の転がり軸受は、潰し率が２５％の転がり軸受よりも約３．５倍速く回転することがわかった。

また、潰し率が２５％の転がり軸受（耐クリープ力が約２８０［Ｎ］、図４参照）のクリープ速度比が６であるのに対して、潰し率が１５％の転がり軸受（耐クリープ力が約２８０［Ｎ］、図４参照）のクリープ速度比が１３であることから、耐クリープ力が同等であっても、クリープ速度が同じになるとは限らないことがわかった。即ち、耐クリープ力が同等であれば、潰し率が低い領域（２０％未満）では、潰し率が高い領域（２０％以上）よりもクリープ速度が約２．２倍となることがわかった。逆に言えば、潰し率が高い領域は、潰し率が低い領域よりもクリープ速度が４６％程度低くなることがわかった。

以上説明したように、Ｏリングの潰し率が低い領域（２０％未満）では、潰し率２０％時と比較して耐クリープ力が低下して、クリープ速度が大きくなり、Ｏリングの潰し率が高い領域（２０％以上）では、潰し率２０％時と比較して耐クリープ力が低下するものの、クリープ速度が潰し率が低い領域と比較して小さくなる（約半分程度）ことがわかった。従って、クリープ速度比が１３以下となるように潰し率を１５％〜３０％に設定することが好ましく、クリープ速度比が６以下となるように潰し率を１８％〜２５％に設定することがより好ましいことがわかった。

次に、Ｏリングの硬さが異なる転がり軸受を複数個作成して、それぞれに対して上記回転試験装置ＤＶで回転試験を行った。結果を図６に示す。

図６から明らかなように、Ｏリング硬さがＨＳ７０の転がり軸受の耐クリープ力が約５５０［Ｎ］であるのに対して、Ｏリング硬さがＨＳ９０の転がり軸受の耐クリープ力が約３６０［Ｎ］であることから、Ｏリング硬さが高くなると、反発力が高くなり、耐クリープ力が低下することがわかった。従って、Ｏリング硬さをＨＳ７０以下に設定することが好ましいことがわかった。

なお、上記試験における「耐クリープ力」は「最大静止摩擦力」と同じで、「クリープ速度比」は「動摩擦力」と同じである。つまり、試験では、外輪が静止状態から回転を開始するまでを「耐クリープ力」により評価し、回転開始後の外輪の回転速度を「クリープ速度比」により評価している。また、「耐クリープ力」が大きい程、「クリープ速度比」が小さい程、クリープによる摩耗を防止することができる。

なお、本発明は上記実施形態に例示したものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態では、玉軸受に本発明を適用した場合を例示したが、これに限定されず、円すいころ軸受、円筒ころ軸受、及びニードルころ軸受など他種の転がり軸受に本発明を適用してもよい。
また、上記実施形態では、単列転がり軸受に本発明を適用した場合を例示したが、これに限定されず、複列転がり軸受、又は、３列以上の多列転がり軸受に本発明を適用してもよい。

１０ 転がり軸受
１１ 外輪
１１ａ 外輪軌道面
１１ｂ 環状溝
１２ 内輪
１２ａ 内輪軌道面
１３ 玉（転動体）
１４ 保持器
１５ Ｏリング（環状弾性体）
ｔ Ｏリングの潰し量
ｄ Ｏリングの線径
Ｈ ハウジング（外輪支持部）
Ｓ 回転軸

Claims (1)

1. 内周面に外輪軌道面を有する外輪と、外周面に内輪軌道面を有する内輪と、前記外輪軌道面と前記内輪軌道面との間に転動可能に配置される複数の転動体と、を備え、
   前記外輪の外周面に、少なくとも１つの環状溝が全周に亘って形成され、
   前記環状溝に、環状弾性体が装着され、潤滑油環境下で使用される転がり軸受であって、
   前記外輪が外輪支持部に内嵌支持された状態において、前記環状弾性体の潰し率が１５％〜３０％に設定され、且つ前記環状弾性体の硬さがＨＳ７０以下に設定されることを特徴とする転がり軸受。

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