JP2016217432A - 転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】軸受内部に潤滑油が浸入するのを抑制して、転がり軸受のトルク損失を低減させる。【解決手段】転がり軸受は、内輪２、外輪３、複数の円すいころ４、及び複数の円すいころ４を保持する環状の保持器５を備えている。保持器５は、円すいころ４の軸方向一方側に設けられている小径環状部１１と、この小径環状部１１から軸方向他方側に延在している複数の柱部１３とを有している。小径環状部１１の軸方向一方側の側面１５に凹部４１が形成され、この凹部４１の径方向外側の端部４２と小径環状部１１の外周面３２の軸方向一方側の端部３３との間には、軸受中心線Ｃに交差する方向のストレート面４３が介在している。【選択図】 図２

Description

本発明は、転がり軸受に関する。

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いる。転がり軸受は、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転動体と、これら複数の転動体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。

転がり軸受では、トルク損失（回転抵抗）を低減するのが好ましい。トルク損失には、軌道輪（内輪、外輪）と転動体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、転動体の滑り摩擦抵抗が含まれる。これらの抵抗のうち、潤滑油の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に記載の転がり軸受は、円すいころ軸受であり、図４に示すように、その保持器９５は、小径（外径が小さい）の環状部９６と、大径（外径が大きい）の環状部９７と、これら一対の環状部９６，９７を繋ぐ柱部９８とを有している。小径の環状部９６は、内輪９１と外輪９２との間であって軸方向一方側（図４では左側）に設けられており、小径の環状部９６と外輪９２との間に形成される環状隙間Ａ１、及び、小径の環状部９６と内輪９１との間に形成される環状隙間Ａ２を小さくすることにより、ラビリンスが構成されている。

特開２０１４−１２６１９６号公報

円すいころ軸受の場合、その回転に伴うポンプ作用により、軸方向一方側（図４では左側）の軸受外部９９の潤滑油は、円すいころ９４が存在している軸受内部に流入し、流入した潤滑油が軸受内部を通過しようとする。しかし、図４に示す円すいころ軸受では、潤滑油の流入側において前記ラビリンスが構成されていることから、潤滑油が環状隙間Ａ１，Ａ２を通じて軸受内部に浸入し難くなり、潤滑油の撹拌抵抗を低減することが可能となる。

また、円すいころ軸受（例えば内輪９１）が回転すると、その回転に伴う遠心力によって軸方向一方側の軸受外部９９に存在する潤滑油は、内輪９１側から外輪９２側へ向かって径方向外側に流れる。この際、その潤滑油は、小径の環状部９６の側面９６ａに沿って流れるが、この側面９６ａを凹湾曲形状とすることによって潤滑油を環状隙間Ａ１から浸入させ難くしている。つまり、凹湾曲形状の側面９６ａに沿って流れた潤滑油は、角部９６ｂにおいて軸受内部（環状隙間Ａ１）と反対方向の速度成分を有することができ、これにより、潤滑油は環状隙間Ａ１から浸入し難くなる。

しかし、図４に示す構成の場合、潤滑油が側面９６ａに沿って流れ、その後、角部９６ｂからはく離すると、潤滑油は、軸受内部（環状隙間Ａ１）と反対方向の速度成分を有しつつ、主として径方向外側に向かって流れるが、角部９６ｂの軸受内部側の近傍（図４では角部９６ｂの右側近傍の位置Ｐ１）では、潤滑油の小さな渦が発生し、その潤滑油が環状隙間Ａ１を通じて軸受内部に浸入する場合がある。

前記のとおり、潤滑油の撹拌抵抗を低減するためには、潤滑油が軸受内部に浸入し難くすることが必要であることから、前記のような小さな渦に起因して軸受内部に浸入する潤滑油についても制限するのが望ましい。

そこで、本発明は、軸受内部に潤滑油が浸入するのを抑制して、転がり軸受のトルク損失を低減させることを目的とする。

本発明の転がり軸受は、内輪、外輪、前記内輪と前記外輪との間に介在している複数の転動体、及び複数の前記転動体を保持する環状の保持器を備え、前記保持器は、前記転動体の軸方向一方側に設けられている環状部と、当該環状部から軸方向他方側に延在している複数の柱部と、を有し、前記環状部の軸方向一方側の側面に凹部が形成され、当該凹部の径方向外側の端部と前記環状部の外周面の軸方向一方側の端部との間には、軸受中心線に交差する方向のストレート面が介在している。

本発明によれば、軸受の回転に伴う遠心力により径方向外側に向かう潤滑油を、保持器が有する環状部の側面に形成されている凹部に沿って流し、この凹部の径方向外側の端部からはく離する潤滑油に、軸受内部と反対方向の速度成分を与えることができる。更に、この凹部の端部からはく離した潤滑油にはその端部近傍で渦が発生するが、この渦を、前記ストレート面の軸方向一方側において発生させることができる。つまり、この渦により潤滑油が軸受内部側へ向かおうとする流れを、ストレート面で規制することができる。
以上より、潤滑油が保持器の環状部と外輪との間の環状隙間から軸受内部に浸入するのを抑制することができ、転がり軸受のトルク損失（潤滑油の撹拌抵抗）を低減させることが可能となる。

また、前記ストレート面は、軸受中心線に直交する方向の面であるのが好ましく、これにより、凹部の端部からはく離した潤滑油の渦によりこの潤滑油が軸受内部側へ向かおうとする流れを、確実にストレート面で規制する構成が得られる。

また、前記凹部は、径方向外側に断面円弧形状を有し、当該凹部の径方向外側の前記端部における接線方向は軸受中心線に平行であるのが好ましい。
この場合、凹部の径方向外側の端部からはく離する潤滑油を、軸方向一方側の軸受外部へ向かうように案内することができ、潤滑油の軸受内部への浸入をより効果的に抑制することができる。

また、前記ストレート面の径方向寸法は、前記外輪と前記環状部との間に形成される環状隙間の径方向寸法よりも大きく設定されているのが好ましい。
この場合、凹部の端部からはく離した潤滑油の渦を、ストレート面の軸方向一方側において発生させ、この渦により潤滑油が、外輪と小径の環状部との間の環状隙間から軸受内部に浸入するのを抑制することができる。

本発明の転がり軸受によれば、潤滑油が外輪と保持器の環状部との間の環状隙間から軸受内部に浸入するのを抑制することができ、転がり軸受の損失トルクを低減させることが可能となる。

本発明の転がり軸受の実施の一形態を示す縦断面図である。 保持器の小径環状部及びその周囲を示す拡大断面図である。 凹部の変形例を説明する断面図である。 従来の円すいころ軸受の縦断面図である。 ディファレンシャル装置の断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の転がり軸受の実施の一形態を示す縦断面図である。この転がり軸受は、円すいころ軸受２であり、内輪３、外輪４、これら内輪３と外輪４との間に介在している複数の円すいころ５、及び複数の円すいころ５を保持する環状の保持器６を備えている。

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８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９とを有している。

外輪４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４ａが形成されている。

円すいころ５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４ａとを転動する。円すいころ５は、軸方向一方側に直径の小さい小端面５ａを有し、軸方向他方側に直径の大きい大端面５ｂを有している。大端面５ｂは、内輪３の大鍔部９の鍔面９ａと接触する。

保持器６は、円すいころ５の軸方向一方側に設けられている小径環状部１１と、この小径環状部１１から軸方向他方側に延在している複数の柱部１３とを有している。更に、本実施形態の保持器６は、軸方向他方側に設けられている大径環状部１２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、周方向に間隔をあけて設けられており、環状部１１，１２を連結している。なお、周方向とは、円すいころ軸受２の中心線Ｃ回りの方向である。また、以下において、この中心線Ｃを軸受中心線Ｃという。

この保持器６において、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。保持器６は金属製であってもよいが、本実施形態の保持器６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６を樹脂製とすることで、後述する凹部４１の成形が容易となる。

図２は、保持器６の小径環状部１１及びその周囲を示す拡大断面図である。本実施形態の小径環状部１１は、外輪４の軸方向一方側の端部２１（以下、外輪端部２１という。）と、内輪３の軸方向一方側の端部である小鍔部８（以下、内輪端部８という。）との間に位置している。小径環状部１１の内周面３１は、内輪端部８の外周面２３に対して環状隙間Ａ１を有して対向している。また、この小径環状部１１の外周面３２は、外輪端部２１の内周面２２に対して環状隙間Ａ２を有して対向している。

内輪端部８の外周面２３と小径環状部１１の内周面３１とは接近しており、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。また、外輪端部２１の内周面２２と小径環状部１１の外周面３２とは接近しており、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。以上より、内輪端部８と外輪端部２１との間には環状の開口部が形成されるが、小径環状部１１は、この開口部を微小な環状隙間Ａ１，Ａ２をあけて塞ぐ構成となっている。これにより、軸方向一方側の軸受外部１０に存在している潤滑油が、環状隙間Ａ１，Ａ２を通じて、円すいころ５が存在している軸受内部に浸入し難くなる構成（ラビリンス）が得られる。

図１に示す円すいころ軸受２では、外輪４の内周面（外輪軌道面４ａ）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２（本実施形態では内輪３）が回転すると、内輪３と外輪４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２の回転に伴うポンプ作用により、軸受外部１０の潤滑油が、軸方向一方側から、内輪３と外輪４との間の環状空間に流入可能となり、流入した潤滑油は、軸方向他方側から流出する。つまり、円すいころ４が存在している軸受内部を潤滑油が通過する。以上より、図１に示す円すいころ軸受２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。
しかし、本実施形態では、前記ラビリンスにより、軸方向一方側の軸受外部１０に存在している潤滑油が軸受内部に浸入し難くなっている。

図２において、小径環状部１１の軸方向一方側の側面１５には、凹部４１が形成されている。本実施形態の凹部４１は、径方向外側及び径方向内側それぞれに断面円弧形状を有しており、凹部４１の断面形状は全体として半円弧形状となっている。この凹部４１は、側面１５に対して周方向に連続して設けられている凹溝からなり、全周にわたって小径環状部１１の断面形状は変化しない。

また、凹部４１は、小径環状部１１の側面１５において径方向中央部に設けられている。前記のとおり凹部４１は断面円弧形状を有しており、この凹部４１の径方向外側の端部４２における接線方向は、軸受中心線Ｃ（図１参照）に平行となっている。図２において、端部４２における接線を二点鎖線Ｋ１により示している。

この凹部４１の径方向外側の端部４２と、小径環状部１１の外周面３２の軸方向一方側の端部３３との間には、（第１の）ストレート面４３が介在している。このストレート面４３は、軸受中心線Ｃ（図１参照）に交差する方向の面であるが、特に本実施形態のストレート面４３は、軸受中心線Ｃに直交する方向の面である。つまり、ストレート面４３は、軸受中心線Ｃに交差（直交）する仮想面上に形成された面である。これにより、ストレート面４３は、軸方向一方側の軸受外部１０に臨む環状の面となる。
また、凹部４１の径方向内側の端部４４と、小径環状部１１の内周面３１の軸方向一方側の端部３４との間には、軸受中心線Ｃに交差（直交）する方向の第２のストレート面４５が介在している。ストレート面４５は、軸方向一方側の軸受外部１０に臨む環状の面である。

後に説明するが軸受外部１０の潤滑油が、外輪４（外輪端部２１）と小径環状部１１との間に形成される環状隙間Ａ２から浸入しにくくするために、径方向外側の第１のストレート面４３は、径方向について所定寸法を有している必要がある。具体的に説明すると、このストレート面４３の径方向寸法Ｙ１は、環状隙間Ａ２の径方向寸法Ｙ２よりも大きく設定されている（Ｙ１＞Ｙ２）。特に、径方向寸法Ｙ１は径方向寸法Ｙ２の２倍以上とするのがより好ましい（Ｙ１≧２×Ｙ２）。

以上のように、本実施形態の円すいころ軸受２では、保持器６が有する小径環状部１１の軸方向一方側には凹部４１が設けられており、この凹部４１と小径環状部１１の外周面３２との間にはストレート面４３が介在している。これにより、軸受外部１０の潤滑油が環状隙間Ａ２を通じて軸受内部に浸入し難くなる機能を有することができる。この機能について以下、説明する。

円すいころ軸受２（本実施形態では内輪３）が回転すると、その回転に伴う遠心力により、軸方向一方側の軸受外部１０に存在している潤滑油には、径方向外側へ向かう流れが発生する。つまり、内輪３の軸方向一方側の側面５２から、小径環状部１１の軸方向一方側の側面１５を経由し、外輪４の軸方向一方側の側面５１へ至る、潤滑油の流れが生じる。そこで、本実施形態では、小径環状部１１の側面１５に凹部４１が形成されていることから、径方向外側に向かって流れる潤滑油を、この凹部４１に沿って流すことができる。そして、凹部４１に沿って流れ、この凹部４１の径方向外側の端部４２からはく離する潤滑油に、軸受内部と反対方向の速度成分を与えることができる。これにより、潤滑油が環状隙間Ａ２を通じて軸受内部へ浸入するのを抑制することができる。

特に本実施形態の凹部４１は、径方向外側に断面円弧形状を有しており、この凹部４１の径方向外側の端部４２における接線方向は軸受中心線Ｃに平行であることから、端部４２からはく離する潤滑油を、軸方向一方側の軸受外部１０へ向かうように案内することができる。これにより、潤滑油が軸受内部へ浸入するのを抑制する機能を高めている。

更に、この凹部４１の端部４２からはく離した潤滑油には、その端部４２の近傍で渦が発生するが、この渦を、ストレート面４３の軸方向一方側において発生させることができる。つまり、潤滑油の渦により潤滑油が軸受内部側へ向かおうとする流れを、ストレート面４３で規制することができる。このため、凹部４１の端部４２からはく離して流れる潤滑油が、環状隙間Ａ２から軸受内部に浸入するのを抑制することができる。

特に本実施形態では、ストレート面４３の径方向寸法Ｙ１は、環状隙間Ａ２の径方向寸法Ｙ２よりも大きく設定されている。このため、凹部４１の端部４２からはく離した潤滑油の渦を、ストレート面４３の軸方向一方側において発生させ、この渦により潤滑油が、環状隙間Ａ２から軸受内部に浸入するのを抑制する機能を高めている。

また、本実施形態では、ストレート面４３は、外輪４（外輪端部２１）の側面５１よりも軸方向一方側に位置している。なお、軸方向の位置に関して、ストレート面４３は、外輪４（外輪端部２１）の側面５１と一致していてもよい。これにより、小径環状部１１のストレート面４３に沿って径方向外側に向かって流れる潤滑油は、そのまま、外輪４の側面５１に沿って流れることができ、環状隙間Ａ２に浸入し難くなる。

また、図１に示す円すいころ軸受２では、回転に起因する遠心力により潤滑油が径方向外側に向かって流れると共に、軸受の適用箇所や運転状況の変化によっては、潤滑油が径方向内側に向かう成分も有する場合がある。例えば、円すいころ軸受２が、図５に示すように自動車のディファレンシャル装置６０に用いられる場合、円すいころ軸受２は、ハウジング６１内においてシャフト６２を回転可能に支持している。ディファレンシャル装置６０では、ハウジング６１の底部に溜められている潤滑油がリングギヤ６３の回転に伴って跳ね上げられ、ハウジング６１内の流路６４を通じて潤滑油を循環させている。そこで、この循環する潤滑油の一部が、円すいころ軸受２に対して、図５の矢印Ｇで示すように、径方向内側に向かう成分を有して流れることがある。

この場合において、径方向外側に向かう潤滑油と径方向内側に向かう潤滑油とが、例えば環状隙間Ａ２（図１参照）の軸方向一方側で合流する（ぶつかる）と、その潤滑油が環状隙間Ａ２を通じて軸受内部に浸入することがある。
しかし、本実施形態では、保持器６の小径環状部１１に凹部４１が設けられていることから、凹部４１に沿って流れた潤滑油は、軸受内部と反対方向の速度成分を有することができ、そして、このような速度成分を有する潤滑油と、径方向内側に向かう潤滑油とが合流しても（ぶつかっても）、その合流地点は、ストレート面４３の軸方向一方側となる。このため、潤滑油の合流により潤滑油が軸受内部側へ向かおうとする流れを、ストレート面４３で規制することができる。したがって、径方向両側から潤滑油が流れ、これらが合流するような場合であっても、その潤滑油が環状隙間Ａ２から軸受内部に浸入するのを抑制することができる。

以上より、本実施形態の円すいころ軸受２によれば、円すいころ５が存在している軸受内部を通過する潤滑油量を低減することができる。この結果、この円すいころ軸受２で生じる潤滑油の撹拌抵抗を小さくし、トルク損失（回転抵抗）を低減させることが可能となる。

図３は、凹部４１の変形例を説明する断面図である。図３に示す凹部４１は二つのテーパー面により構成されている。つまり、凹部４１は、径方向外側の（第１の）テーパー面６１と、このテーパー面６１と連続する径方向内側の（第２の）テーパー面６２とを有している。第２のテーパー面６２は、径方向外側に向かうにしたがって軸受内部側（軸方向他方側）へ延びる面であり、第１のテーパー面６１は、径方向外側に向かうにしたがって軸受外部１０側（軸方向一方側）へ延びる面である。この形態においても、凹部４１の径方向外側の端部４２と、小径環状部１１の外周面３２の軸方向一方側の端部３３との間には、軸受中心線Ｃ（図１参照）に直交する第１のストレート面４３が介在している。

この図３に示す形態によれば、軸方向一方側の軸受外部１０において、軸受回転に伴う遠心力により潤滑油は内輪３側から外輪４側に向かって流れることができ、この際、潤滑油は保持器６の小径環状部１１に形成されている凹部４１に沿って流れる。そして、凹部４１に沿って流れ、この凹部４１の径方向外側の端部４２からはく離する潤滑油に、軸受内部と反対方向の速度成分を与えることができる。これにより、潤滑油の軸受内部への浸入を抑制している。

更に、図３に示す形態においても、前記のとおり凹部４１の端部４２と小径環状部１１の外周面３２の端部３３との間に、ストレート面４３が介在している。このため、凹部４１の端部４２からはく離した潤滑油には、その端部４２の近傍で渦が発生するが、この渦を、ストレート面４３の軸方向一方側において発生させることができる。つまり、潤滑油の渦により潤滑油が軸受内部側へ向かおうとする流れを、ストレート面４３で規制することができる。このため、凹部４１の端部４２からはく離して流れる潤滑油が、環状隙間Ａ２から軸受内部に浸入するのを抑制することができる。

また、凹部４１は、図２に示すような断面円弧形状や、図３に示すようなテーパー面形状（断面において傾斜形状）以外であってもよい。好ましい形態としては、円弧形状であるが、図示しないが、少なくとも凹部４１の径方向外側が断面円弧形状であればよく、径方向内側はテーパー面形状（断面において傾斜形状）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、本発明の転がり軸受は、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。

つまり、前記実施形態の転がり軸受は円すいころ軸受２であるが、前記の各構成は、他の転がり軸受に適用してもよく、例えばアンギュラ玉軸受等に適用することができる。なお、前記のようなポンプ作用等により潤滑油の流入方向が一定となる転がり軸受の場合、その流入側となる環状部に前記凹部４１及び前記ストレート面４３を設けるのが好ましい。また、転がり軸受は、例えば深溝玉軸受や円筒ころ軸受であってもよく、そして、保持器が軸方向両側に環状部を有している場合、両側の環状部それぞれに前記凹部４１及び前記ストレート面４３を設けてもよい。また、転がり軸受は、一列の転動体を有する軸受以外に、二列の転動体を有する軸受であってもよい。このように、環状部に前記凹部４１及び前記ストレート面４３を設けて構成される保持器は、様々な形式の転がり軸受に適用可能である。

２：円すいころ軸受 ３：内輪 ４：外輪
５：円すいころ ６：保持器 １１：小径環状部
１３：柱部 １５：側面 ３２：外周面
３３：端部 ４１：凹部 ４２：端部
４３：ストレート面 Ｃ：軸受中心線 Ｙ１：径方向寸法
Ｙ２：径方向寸法

Claims (4)

1. 内輪、外輪、前記内輪と前記外輪との間に介在している複数の転動体、及び複数の前記転動体を保持する環状の保持器を備え、
   前記保持器は、前記転動体の軸方向一方側に設けられている環状部と、当該環状部から軸方向他方側に延在している複数の柱部と、を有し、
   前記環状部の軸方向一方側の側面に凹部が形成され、当該凹部の径方向外側の端部と前記環状部の外周面の軸方向一方側の端部との間には、軸受中心線に交差する方向のストレート面が介在している、転がり軸受。
2. 前記ストレート面は、軸受中心線に直交する方向の面である請求項１に記載の転がり軸受。
3. 前記凹部は、径方向外側に断面円弧形状を有し、当該凹部の径方向外側の前記端部における接線方向は軸受中心線に平行である、請求項１又は２に記載の転がり軸受。
4. 前記ストレート面の径方向寸法は、前記外輪と前記環状部との間に形成される環状隙間の径方向寸法よりも大きく設定されている請求項１〜３のいずれか一項に記載の転がり軸受。

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