JP2016180423A

JP2016180423A - ころ軸受

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Publication number: JP2016180423A
Application number: JP2015059606A
Authority: JP
Inventors: 賢一尾野; Kenichi Ono; 敦長井; Atsushi Nagai
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2015-03-23
Filing date: 2015-03-23
Publication date: 2016-10-13
Anticipated expiration: 2035-03-23
Also published as: JP6492840B2

Abstract

【課題】回転トルクを低減する。
【解決手段】円すいころ軸受１は、外輪２、内輪３、円すいころ４、及び環状の保持器１０を備え、外輪２と内輪３との間に潤滑油が軸方向一方側から流入可能となる。保持器１０は、外輪２の軸方向一方側の外輪端部８と内輪３の軸方向一方側の内輪端部５との間に位置する小径環状部１１と、この小径環状部１１から軸方向他方側に延びて設けられている複数の柱部１３とを有している。小径環状部１１は、外輪端部８の内周面に環状隙間を有して対向する外環状面３１、及び内輪端部５の外周面に環状隙間を有して対向する内環状面３２を有している。外環状面３１及び内環状面３２に、保持器１０が一方向に回転すると前記環状隙間の潤滑油を軸方向一方側へ向かって流す溝形状を有する溝４１，４２が形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ころ軸受に関する。

車両や工作機械等が備えている回転部の軸を支持するために、転がり軸受が用いられており、このような転がり軸受として、ころ軸受が知られている。ころ軸受は、内輪と、外輪と、これら内輪と外輪との間に設けられている複数のころと、これら複数のころを周方向に間隔をあけて保持している環状の保持器とを備えている。

一般に、ころ軸受は、玉軸受と比較して回転トルクが大きくなる傾向がある。ころ軸受のトルク損失は、主に、軌道輪（内輪、外輪）ところとの間における転がり粘性抵抗、軸受内部の潤滑油の撹拌抵抗、及び、ころの滑り摩擦抵抗の３つに大別される。これらの抵抗のうち、撹拌抵抗が全体の約３割を占めており、この撹拌抵抗を低減させる手段として、軸受内部に流入する潤滑油量を減らすための構成が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

特許文献１には、図５に示すように、保持器９１の小径側の環状部９２を径方向内側に折り曲げ、この環状部９２の折り曲げ部９３と内輪９５の端部の外周面９６との間に形成される隙間を小さくし、ラビリンスを形成する点が開示されている。

特開２００５−６９４２１号公報

図５に示す円すいころ軸受９０では、外輪９７の内周面９８が軸方向一方側（図５の左側）から他方側（図５の右側）に向かって拡径しており、円すいころ軸受９０（内輪９５）が回転すると、外輪９７と内輪９５との間を潤滑油が軸方向一方側から他方側（図５の場合、左側から右側）に向かって流れる作用（ポンプ作用）が生じる。この作用により、軸受外部の潤滑油が、軸方向一方側から軸受内部に流入する。

軸受内部に流入した潤滑油は、前記撹拌抵抗を生じさせる。このため、軸受内部を通過する潤滑油が多くなると撹拌抵抗も増大し、この結果、ころ軸受９０の回転トルク（回転抵抗）が増加する。

そこで、図５に示す円すいころ軸受９０では、保持器９１の環状部９２が折り曲げ部９３を有していることにより、この折り曲げ部９３と内輪９５の端部の外周面９６との間からの潤滑油の流入を抑制し、撹拌抵抗を減少させている。しかし、軸受の回転トルクを低減するためには、撹拌抵抗をより一層減少させるのが望ましい。

なお、前記のように軸受外部の潤滑油が外輪と内輪との間（軸受内部）に流入可能となるころ軸受は、図５に示すような円すいころ軸受９０以外にもある。例えば、図示しないが、外輪の内周面や内輪の外周面のうち、軌道面以外の部分の形状（傾斜形状）によって、潤滑油が軸方向一方側から外輪と内輪との間に流入したり、保持器の回転に起因して、潤滑油が軸方向一方側から外輪と内輪との間に流入したりする場合がある。

そこで、本発明は、ころ軸受の回転トルクの更なる低減を目的とする。

本発明は、外輪と、内輪と、前記外輪と前記内輪との間に設けられている複数のころと、前記複数のころを周方向に間隔をあけて保持する環状の保持器と、を備え、前記外輪と前記内輪との間に潤滑油が軸方向一方側から流入可能となるころ軸受であって、前記保持器は、前記外輪の軸方向一方側の外輪端部と前記内輪の軸方向一方側の内輪端部との間に位置する環状部と、前記環状部から軸方向他方側に延びて設けられている複数の柱部と、を有し、前記環状部は、前記外輪端部の内周面に環状隙間を有して対向する外側の環状面、及び前記内輪端部の外周面に環状隙間を有して対向する内側の環状面を有し、前記外側の環状面及び前記内側の環状面の内の少なくとも一方に、前記保持器が一方向に回転すると前記環状隙間の潤滑油を軸方向一方側へ向かって流す溝形状を有する溝が形成されている。

本発明によれば、軸受が回転して保持器が回転すると、この保持器が有する軸方向一方側の環状部に形成されている前記溝によって、環状隙間の潤滑油を軸方向一方側へ向かって流すことができる。このため、軸方向一方側の軸受外部から軸受内部への潤滑油の流入を抑制することができ、撹拌抵抗を低下させ、ころ軸受の回転トルクを低減することが可能となる。

また、前記溝は、前記環状部の軸方向一方側の側面において開口しているのが好ましい。この場合、保持器が一方向に回転することで環状隙間の潤滑油を軸方向一方側へ向かって流す前記溝の機能を高めることができる。

また、保持器が一方向に回転することで、前記溝によって環状隙間の潤滑油を軸方向一方側へ向かって流すことができるが、回転が停止している状態では、このような作用は発生しない。
そこで、前記溝は、当該溝が形成されている前記環状面の内の軸方向他方側を除く領域に形成されているのが好ましく、この場合、前記溝は、当該溝が形成されている環状面を軸方向に貫通しない構成となる。このため、回転が停止している状態で、溝を通じて潤滑油が軸受内部に入りにくくすることができる。

本発明によれば、軸方向一方側の軸受外部から軸受内部への潤滑油の流入を抑制することができ、軸受内部の潤滑油量を減らすことで撹拌抵抗を低下させ、ころ軸受の回転トルクを低減することが可能となる。

ころ軸受の実施の一形態を示す縦断面図である。小径環状部及びその周囲の拡大断面図である。小径環状部を径方向内側から見た図である。小径環状部を径方向外側から見た図である。従来のころ軸受の縦断面図である。

〔軸受の全体構成〕
図１は、本発明のころ軸受の実施の一形態を示す縦断面図である。本実施形態のころ軸受は、円すいころ軸受１であり、この円すいころ軸受１は、外輪２と、この外輪２の径方向内側に設けられている内輪３と、これら外輪２と内輪３との間に設けられている複数の円すいころ４と、これら円すいころ４を保持している環状の保持器１０とを備えている。そして、この円すいころ軸受１は潤滑油（オイル）によって潤滑される。

内輪３は、軸受鋼や機械構造用鋼等を用いて形成された環状の部材であり、その外周には、複数の円すいころ４が転動するテーパー状の内輪軌道面３ａが形成されている。また、内輪３は、内輪軌道面３ａの軸方向一方側（図１では左側）に設けられ径方向外側に突出する小鍔部５と、内輪軌道面３ａの軸方向他方側（図１では右側）に設けられ径方向外側に突出する大鍔部６とを有している。

外輪２も、内輪３と同様、軸受鋼や機械構造用鋼等を用いて形成された環状の部材であり、その内周には、内輪軌道面３ａに対向し複数の円すいころ４が転動するテーパー状の外輪軌道面２ａが形成されている。

円すいころ４は、軸受鋼等を用いて形成された部材であり、内輪軌道面３ａと外輪軌道面２ａとを転動する。円すいころ４は、軸方向一方側に直径の小さい小端面４ａを有し、軸方向他方側に直径の大きい大端面４ｂを有している。この大端面４ｂは、内輪３の大鍔部６の鍔面７と摺接する。

保持器１０は、軸方向一方側の小径環状部１１、軸方向他方側の大径環状部１２、及び周方向に間隔をあけて設けられている複数の柱部１３を有している。小径環状部１１と大径環状部１２とは円環状であり、軸方向に所定間隔離れて設けられている。柱部１３は、小径環状部１１から軸方向他方側に延びて設けられ大径環状部１２と繋がっている。つまり、柱部１３は、環状部１１，１２を連結している。両環状部１１，１２の間であって周方向で隣り合う二つの柱部１３,１３の間に形成される空間が、円すいころ４を収容（保持）するポケット１４となる。本実施形態の保持器１０は、樹脂製（合成樹脂製）であり、射出成形によって成形することができる。

保持器１０は、内輪３と外輪２との間に形成されている環状空間（以下、軸受内部ともいう）に設けられており、各ポケット１４に一つの円すいころ４を収容し、複数の円すいころ４を周方向に等しい間隔をあけて配置し保持している。
本実施形態の小径環状部１１は、外輪２の軸方向一方側の端部８（以下、外輪端部８ともいう。）と、内輪３の軸方向一方側の端部である小鍔部５（以下、内輪端部５ともいう。）との間に位置している。

図１に示す円すいころ軸受１では、外輪２の内周面（外輪軌道面２ａ）が、軸方向一方側から他方側に向かって拡径している。このため、円すいころ軸受１（本実施形態では内輪３）が回転すると、内輪３と外輪２との間に形成されている環状空間を潤滑油が軸方向一方側から他方側に向かって流れる作用（ポンプ作用）が生じる。このような円すいころ軸受１の回転に伴うポンプ作用により、軸受外部の潤滑油が、軸方向一方側から、外輪２と内輪３との間の環状空間（軸受内部）に流入可能となり、流入した潤滑油は、軸方向他方側から流出する。つまり、潤滑油が軸受内部を通過する。以上より、図１に示す円すいころ軸受１では、軸方向一方側が潤滑油の流入側となり、軸方向他方側が潤滑油の流出側となる。

図２は、保持器１０の小径環状部１１及びその周囲の拡大断面図である。小径環状部１１は、外輪端部８の内周面２１に環状隙間Ａ１を有して対向する外側の環状面（以下、外環状面３１という。）を有している。また、この小径環状部１１は、内輪端部５の外周面２２に環状隙間Ａ２を有して対向する内側の環状面（以下、内環状面３２という。）を有している。本実施形態では、外輪端部８の内周面２１及び小径環状部１１の外環状面３１は、円すいころ軸受１の中心線Ｃ（図１参照）を中心とするストレート形状の円筒面からなり、また、内輪端部５の外周面２２及び小径環状部１１の内環状面３２は、前記中心線Ｃ（図１参照）を中心とするストレート形状の円筒面からなる。

外輪端部８の内周面２１と外環状面３１とは接近しており、径方向外側の環状隙間Ａ１の径方向寸法は微小（例えば、半径で１．５ｍｍ未満）となるように設定されている。これにより、軸方向一方側の軸受外部に存在する潤滑油が、環状隙間Ａ１を通じて軸受内部に流入するのを抑制することができる。
また、内輪端部５の外周面２２と内環状面３２とは接近しており、径方向内側の環状隙間Ａ２の径方向寸法は微小（例えば、半径で１．５ｍｍ未満）となるように設定されている。これにより、軸方向一方側の軸受外部に存在する潤滑油が、環状隙間Ａ２を通じて軸受内部に流入するのを抑制することができる。
以上より、内輪端部５と外輪端部８との間には環状開口部が形成されるが、小径環状部１１は、この環状開口部を内輪端部５及び外輪端部８それぞれとの間で微小な環状隙間Ａ１，Ａ２をあけて塞ぐ構成となっている。

このように、環状隙間Ａ１，Ａ２を微小隙間とすることで、軸受内部に流入する潤滑油量を抑制し、軸受回転時における円すいころ４の撹拌抵抗を低減することができるが、本実施形態の円すいころ軸受１では、この撹拌抵抗を更に低減するために、小径環状部１１には溝４１，４２（図３及び図４参照）が形成されている。

図３は、小径環状部１１を径方向内側から見た図である。図３に示す矢印Ｒは、保持器１０の回転方向を示している。小径環状部１１が有する内環状面３２には、複数の溝４２が形成されている。各溝４２は同じ溝形状であり、周方向（回転方向）に沿って等間隔で配置されている。各溝４２は、保持器１０が一方向（矢印Ｒ方向）に回転すると、図２に示す環状隙間Ａ２に存在する潤滑油を、軸方向一方側へ向かって流す（排出する）溝形状を有している。

溝４２について具体的に説明する。溝４２は、円すいころ軸受１の中心線Ｃ（図１参照）に平行であって内環状面３２上に存在する仮想線Ｌ２に対して傾斜した溝形状を有している。図３において、仮想線Ｌ２に対する溝４２の長手方向（溝長手方向）の傾斜角度を「α２」で示している。溝４２は、軸方向一方側から他方側に向かうにしたがって、保持器１０の回転方向（矢印Ｒ方向）に向かうように傾斜している。

この溝４２が内環状面３２に形成されていることで、保持器１０が一方向（矢印Ｒ方向）に回転すると、図２に示す環状隙間Ａ２に存在する潤滑油は、溝４２に沿って流れるが、この溝４２に沿って流れる際に、軸方向一方側、つまり、軸受外部側へ流れる成分をこの潤滑油に生じさせる。
なお、この溝４２は、保持器１０の回転により環状隙間Ａ２の潤滑油を軸方向一方側へ流す（押し出す）作用を生じさせればよく、図３に示す溝４２は、全体として直線状の溝であるが、湾曲していてもよい。溝４２を湾曲させる場合、矢印Ｒ方向と反対の方向に凸となるように湾曲させる。

また、図３に示すように、溝４２は、小径環状部１１の軸方向一方側の側面３３において開口している。つまり、溝４２の軸方向一方側の端部４２ａは、小径環状部１１の側面３３上に位置している。
これに対して、溝４２の軸方向他方側の端部４２ｂは、小径環状部１１の軸方向他方側の側面３４において開口していない。つまり、溝４２は、小径環状部１１の内環状面３２を貫通しておらず、内環状面３２の内の軸方向他方側の端部３５を除く領域Ｋ２に形成されている。なお、前記側面３４はポケット面となる。

図４は、小径環状部１１を径方向外側から見た図である。図４に示す矢印Ｒは、保持器１０の回転方向を示している。小径環状部１１が有する外環状面３１には、複数の溝４１が形成されている。各溝４１は同じ溝形状であり、周方向（回転方向）に沿って等間隔で配置されている。各溝４１は、保持器１０が一方向（矢印Ｒ方向）に回転すると、図２に示す環状隙間Ａ１に存在する潤滑油を、軸方向一方側へ向かって流す（排出する）溝形状を有している。

溝４１について具体的に説明する。溝４１は、円すいころ軸受１の中心線Ｃ（図１参照）に平行であって外環状面３１上に存在する仮想線Ｌ１に対して傾斜した溝形状を有している。図４において、仮想線Ｌ１に対する溝４１の長手方向（溝長手方向）の傾斜角度を「α１」で示している。溝４１は、軸方向一方側から他方側に向かうにしたがって、保持器１０の回転方向（矢印Ｒ方向）に向かうように傾斜している。

この溝４１が外環状面３１に形成されていることで、保持器１０が一方向（矢印Ｒ方向）に回転すると、図２に示す環状隙間Ａ１に存在する潤滑油は、溝４１に沿って流れるが、この溝４１に沿って流れる際に、軸方向一方側、つまり、軸受外部側へ流れる成分をこの潤滑油に生じさせる。
なお、この溝４１は、保持器１０の回転により環状隙間Ａ１の潤滑油を軸方向一方側へ流す（押し出す）作用を生じさせればよく、図４に示す溝４１は、全体として直線状の溝であるが、湾曲していてもよい。溝４１を湾曲させる場合、矢印Ｒ方向と反対の方向に凸となるように湾曲させる。

また、図４に示すように、溝４１は、小径環状部１１の軸方向一方側の側面３３において開口している。つまり、溝４１の軸方向一方側の端部４１ａは、小径環状部１１の側面３３上に位置している。
これに対して、溝４１の軸方向他方側の端部４１ｂは、小径環状部１１の軸方向他方側の側面３４において開口していない。つまり、溝４１は、小径環状部１１の外環状面３１を貫通しておらず、外環状面３１の内の軸方向他方側の端部３６を除く領域Ｋ１に形成されている。

以上の構成を備えている円すいころ軸受１によれば、内輪３が回転して保持器１０が回転すると、この保持器１０が有する軸方向一方側の小径環状部１１の内環状面３２（図３参照）に形成されている溝４２によって、環状隙間Ａ２の潤滑油を軸方向一方側へ向かって流すことができ、また、これと共に、小径環状部１１の外環状面３１（図４参照）に形成されている溝４１によって、環状隙間Ａ１の潤滑油を軸方向一方側へ向かって流すことができる。このため、軸方向一方側の軸受外部から、小径環状部１１の径方向内側及び径方向外側を通じて、軸受内部へ潤滑油が流入するのを抑制することができ、軸受内部の潤滑油量を減らすことで撹拌抵抗を低下させ、円すいころ軸受１の回転トルクを低減することが可能となる。

また、本実施形態では、溝４１，４２は、小径環状部１１の軸方向一方側の側面３３において開口していることから、保持器１０が矢印Ｒ方向に回転することで環状隙間Ａ１，Ａ２の潤滑油を軸方向一方側へ向かって流す機能を高めることができる。

このように、保持器１０が矢印Ｒ方向に回転することで、溝４１，４２によって環状隙間Ａ１，Ａ２の潤滑油を軸方向一方側へ向かって流すことができるが、保持器１０（軸受）の回転が停止している状態では、このような作用は発生しない。
そこで、本実施形態では、前記のとおり、溝４１は、外環状面３１の内の軸方向他方側の端部３６を除く領域Ｋ１に形成されており、また、溝４２は、内環状面３２の内の軸方向他方側の端部３５を除く領域Ｋ２に形成されている。このため、保持器１０の回転が停止している状態において、溝４１，４２を通じて潤滑油が軸受内部に入りにくい。

また、図２において、小径環状部１１の軸方向一方側の側面３３は、その半径方向内寄りの領域に、半径方向外側に向かって軸方向内側に傾斜する内側傾斜面４６を有している。この内側傾斜面４６は、円筒状である内環状面３２と鋭角で交差する円すい面となっている。このため、小径環状部１１の軸方向一方側の内周端部は、内側傾斜面４６と内環状面３２とが鋭角に交差する角部５５から成る。そして、この角部５５の軸方向位置は、内輪３の側面３ｂよりも軸方向他方側に位置している。

ここで、円すいころ軸受１（内輪３）が回転した場合の軸方向一方側の軸受外部に存在する潤滑油の流れについて説明する。円すいころ軸受１（内輪３）が回転することで、軸方向一方側の軸受外部に存在する潤滑油には、遠心力によって径方向外側向きの力が作用し、潤滑油の一部は内輪３の側面３ｂに沿って流れる（図２参照）。
そこで、本実施形態では、前記のとおり、角部５５の軸方向位置がこの側面３ｂよりも軸方向他方側に位置していることから、側面３ｂに沿って流れる潤滑油は環状隙間Ａ２に届きにくくなるので、環状隙間Ａ２を通過しようとする潤滑油を減らすことができる。

そして、図３に示すように、環状隙間Ａ２を通過しようとする潤滑油が存在していても、内環状面３２には、前記溝４２が形成されていることから、保持器１０が回転することで、この潤滑油を軸方向一方側へ送り出すことができ、環状隙間Ａ２を通じて軸受内部に流れる潤滑油量を減らすことができる。この結果、円すいころ軸受１の撹拌抵抗を低減することが可能となる。

また、図２において、小径環状部１１の軸方向一方側の側面３３は、その半径方向外寄りの領域に、半径方向外側に向かって軸方向一方側に傾斜する外側傾斜面４５を有している。この外側傾斜面４５は、円筒状である外環状面３１と鋭角で交差する円すい面となっている。このため、小径環状部１１の軸方向一方側の外周端部は、外側傾斜面４５と外環状面３１とが鋭角に交差する角部５２から成る。そして、この角部５２の軸方向位置は、外輪２の軸方向一方側の側面２ｂの軸方向位置と概ね一致している。なお、図２に示す実施形態では、角部５２は側面２ｂよりも僅かに軸方向一方側に位置している。

この構成によれば、遠心力によって、小径環状部１１の側面３３に沿って流れてきた潤滑油が、遠心力によって角部５２から外方に飛ばされたときに、その飛散する方向は外輪２の側面２ｂから離れた向きとなるので、環状隙間Ａ１を通過しようとする潤滑油を減らすことができる。

そして、図４に示すように、環状隙間Ａ１を通過しようとする潤滑油が存在していても、外環状面３１（図４参照）には、前記溝４１が形成されていることから、保持器１０が回転することで、この潤滑油を軸方向一方側へ送り出すことができ、環状隙間Ａ１を通じて軸受内部に流れる潤滑油量を減らすことができる。この結果、円すいころ軸受１の撹拌抵抗を低減することが可能となる。

なお、前記実施形態では、小径環状部１１の外環状面３１及び内環状面３２の双方に、溝４１，４２を形成する場合について説明したが、外環状面３１及び内環状面３２の内の一方にのみ、保持器１０が一方向（矢印Ｒ方向）に回転すると環状隙間の潤滑油を軸方向一方側へ向かって流す溝４１（４２）を形成してもよい。例えば、内環状面３２にのみ溝４２が形成されており、外環状面３１は平滑な面であってもよい。

以上のとおり開示した実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。つまり、本発明の円すいころ軸受は、図示する形態に限らず本発明の範囲内において他の形態のものであってもよい。
前記実施形態では、軸方向一方側から潤滑油が軸受内部へ流入可能となるころ軸受として、円すいころ軸受１について説明したが、円筒ころ軸受であってもよい。
また、前記実施形態では、保持器１０の小径環状部１１の側面３３を、折れ曲がっている形状としているが、これに限らず、平面であってもよい。

１：円すいころ軸受（ころ軸受）２：外輪３：内輪
４：円すいころ（ころ）５：内輪端部（小鍔部）８：外輪端部
１０：保持器１１：小径環状部（環状部）１３：柱部
２１：外輪端部の内周面２２：内輪端部の外周面
３１：外環状面（外側の環状面）３２：内環状面（内側の環状面）
３３：軸方向一方側の側面４１，４２：溝Ａ１，Ａ２：環状隙間
Ｋ１：領域Ｋ２：領域

Claims

外輪と、内輪と、前記外輪と前記内輪との間に設けられている複数のころと、前記複数のころを周方向に間隔をあけて保持する環状の保持器と、を備え、前記外輪と前記内輪との間に潤滑油が軸方向一方側から流入可能となるころ軸受であって、
前記保持器は、前記外輪の軸方向一方側の外輪端部と前記内輪の軸方向一方側の内輪端部との間に位置する環状部と、前記環状部から軸方向他方側に延びて設けられている複数の柱部と、を有し、
前記環状部は、前記外輪端部の内周面に環状隙間を有して対向する外側の環状面、及び前記内輪端部の外周面に環状隙間を有して対向する内側の環状面を有し、
前記外側の環状面及び前記内側の環状面の内の少なくとも一方に、前記保持器が一方向に回転すると前記環状隙間の潤滑油を軸方向一方側へ向かって流す溝形状を有する溝が形成されている、ころ軸受。
前記溝は、前記環状部の軸方向一方側の側面において開口している請求項１に記載のころ軸受。
前記溝は、当該溝が形成されている前記環状面の内の軸方向他方側を除く領域に形成されている請求項１又は２に記載のころ軸受。