JP2017187119A - 転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】潤滑油の供給が少ない環境下においても好適に潤滑された状態で使用することができる好適に用いることができる転がり軸受を提供する。
【解決手段】外周に軌道面を有する内輪２と、内周に軌道面を有する外輪３と、内輪２の軌道面２ａと外輪３の軌道面３ａとの間に配置された複数の転動体４と、複数の転動体４の周方向の間隔を保持する保持器１０とを備え、軌道面と転動体４とが接触角を有している転がり軸受１であって、軌道面２ａ，３ａの小径側である軸方向一方側からの軸方向視で内輪２、外輪３、転動体４、及び保持器１０の間に形成される隙間Ｅ１の面積が、軌道面２ａ，３ａの大径側である軸方向他方側からの軸方向視で内輪２、外輪３、転動体４、及び保持器１０の間に形成される隙間Ｅ２１，Ｅ２２の面積よりも大きく形成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、円すいころ軸受、アンギュラ玉軸受等の接触角を有する転がり軸受に関する。

円すいころ軸受は、同サイズの他の転がり軸受と比較して負荷容量が大きく、剛性が高いため、自動車をはじめとする産業機械の軸支持部、例えばデファレンシャル装置やトランスミッション等の動力伝達機構の内部に多く用いられている（例えば、特許文献１参照）。
従来の円すいころ軸受は、例えば図６に示すように、内輪１０１と、外輪１０２と、内輪１０１及び外輪１０２の間に配置された複数の円すいころ１０３と、複数の円すいころ１０３の間隔を保持する保持器１０４とを備えている。保持器１０４は、鋼板等の金属板の打抜き加工によって形成されており、円すいころ１０３の小端面側には、径方向内方へ屈曲する屈曲部１０５が形成されている。

特開２００７−２７０９７０号公報

一般に、円すいころ軸受の回転トルクの発生要因には、軌道面と円すいころとの間の転がり粘性抵抗や内輪鍔面と円すいころの端面とのすべり抵抗、また、潤滑油の撹拌抵抗等がある。円すいころ軸受は、ポンプ作用によって軌道面の小径側である軸方向一方側の端部から潤滑油が流入し、軌道面の大径側である軸方向他方側の端部から潤滑油が流出するため、図６に示すように保持器１０４に屈曲部１０５が形成されることによって、潤滑油の流入が制限され、回転トルクの発生要因の１つである撹拌抵抗の抑制に繋がる。

しかしながら、動力伝達機構の内部構造によっては円すいころ軸受に対する潤滑油の供給が少なくなる場合があり、このような環境下では、保持器の屈曲部によって潤滑油の流入が制限されると、潤滑不足による発熱が問題となり、寿命低下の原因となる。特に、円すいころ軸受は玉軸受等と比較して発熱が大きいため、潤滑油の供給が少ない環境下においては撹拌抵抗とのバランスを考慮しつつ潤滑を促進することが重要である。

本発明は、潤滑油の供給が少ない環境下においても適切に潤滑することができる転がり軸受を提供することを目的とする。

（１） 本発明の転がり軸受は、外周に軌道面を有する内輪と、内周に軌道面を有する外輪と、前記内輪の軌道面と前記外輪の軌道面との間に配置された複数の転動体と、複数の転動体の周方向の間隔を保持する保持器とを備え、前記軌道面と前記転動体とが接触角を有している転がり軸受であって、前記軌道面の小径側である軸方向一方側からの軸方向視で前記内輪、前記外輪、前記転動体、及び前記保持器の間に形成される隙間の面積が、前記軌道面の大径側である軸方向他方側からの軸方向視で前記内輪、前記外輪、前記転動体、及び前記保持器の間に形成される隙間の面積よりも大きく形成されている。

円すいころ軸受やアンギュラ玉軸受のように内輪及び外輪の軌道面と転動体との間に接触角を有している転がり軸受においては、軌道面の小径側である軸方向一方側の端部から転がり軸受の内部に潤滑油が流入し、軌道面の大径側である軸方向他方側の端部から転がり軸受の外部へ潤滑油が流出するという潤滑油の流れが発生する。そのため、前記軸方向一方側からの軸方向視で内輪、外輪、転動体、及び保持器の間に形成される隙間は、潤滑油の流入口となり、前記軸方向他方側からの軸方向視で内輪、外輪、転動体、及び保持器の間に形成される隙間は、潤滑油の流出口となる。そして、潤滑油の流入口の面積が流出口の面積よりも大きく形成されていることによって、転がり軸受の内部に潤滑油が流入し易くなり、かつ転がり軸受の外部に潤滑油が流出し難くなる。これにより、潤滑油の供給が少ない環境下で転がり軸受が使用される場合であっても、適切に転がり軸受の内部を潤滑することができ、発熱の抑制及び寿命の向上を図ることができる。

（２） 前記転がり軸受は、円すいころ軸受であることが好ましい。
円すいころ軸受は、玉軸受等の他形式の転がり軸受と比べて発熱が大きいため、上記（１）のような構成を備えることがより効果的である。

（３） 前記保持器が、前記軌道面の小径側に配置された円環状の小径環状部を備えている場合、前記小径環状部と前記外輪との径方向の間隔よりも、前記小径環状部と前記内輪との径方向の間隔の方が大きいことが好ましい。
以上のような構成によって、外輪と内輪との径方向の間における内径側で潤滑油の流入口を大きく形成することができ、特に内輪回転の場合に転がり軸受の内部に潤滑油を流入させ易くすることができる。また、転がり軸受が円すいころ軸受である場合、内輪には円すいころの小端面が摺接する鍔部が形成されるため、より内径側から潤滑油を流入させることで円すいころの小端面と鍔部との摺接部分を好適に潤滑することができる。

（４） 前記保持器が、前記軌道面の大径側に配置された円環状の大径環状部を備えている場合、前記大径環状部と前記内輪との径方向の間隔よりも、前記大径環状部と前記外輪との径方向の間隔の方が大きいことが好ましい。
以上のような構成によって、外輪と内輪との径方向の間における外径側で潤滑油の流出口を大きく形成することができる。そのため、上記（３）の構成のように、外輪と内輪との径方向の間における内径側から流入した潤滑油は、同外径側から流出することになり、転がり軸受の内部全体に潤滑油を行き渡らせることができる。また、転がり軸受が円すいころ軸受である場合、内輪には円すいころの大端面が摺接する鍔部が形成されるため、外輪と内輪との径方向の間における外径側から潤滑油を流出させることで円すいころの大端面と鍔部との摺接部分に潤滑油を留め易くし、当該摺接部分を好適に潤滑することができる。

（５） 前記保持器は、前記軸方向他方側からの軸方向視で前記大径環状部と前記外輪と前記転動体との間に形成される隙間の一部を塞ぐ閉塞部を備えていることが好ましい。
このような閉塞部を備えることによって、潤滑油の流出口を流入口よりも小さくする構成を容易に実現することができる。

本発明の転がり軸受によれば、潤滑油が少ない環境下においても好適に潤滑された状態で使用することができる。

本発明の一実施形態に係る転がり軸受を示す軸方向断面図である。 転がり軸受の保持器を示す斜視図である。 転がり軸受を軸方向一方側（軌道面の小径側）から見た図である。 転がり軸受を軸方向他方側（軌道面の大径側）から見た図である。 潤滑油の流入口面積及び流出口面積の比率と、外輪の上昇温度との関係を示すグラフである。 従来技術に係る転がり軸受を示す軸方向断面図である。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら詳述する。
図１は、本発明の一実施形態に係る転がり軸受を示す軸方向断面図である。本実施形態の転がり軸受１は、円すいころ軸受である。円すいころ軸受１は、例えば、各種産業機械に設けられるデファレンシャル装置やトランスミッションのような動力伝達機構に組み込まれて使用される。

円すいころ軸受１は、内輪２、外輪３、複数の円すいころ４、及びこれら円すいころ４を保持する保持器１０を有している。内輪２、外輪３及び保持器１０は、共通する軸線Ｘを中心線とする環状（短円筒状）の部材である。そして、この円すいころ軸受１は、動力伝達機構等を潤滑する潤滑油（オイル）によって潤滑される。

内輪２は、軸受鋼や機械構造用鋼等を用いて形成されている。内輪２の外周には、円すいころ４が転動するテーパー状の内輪軌道面２ａが形成されている。内輪軌道面２ａは、軸方向一方側から他方側に向かって拡径している。また、内輪２は、内輪軌道面２ａの軸方向一方側（図１における左側）に隣接し径方向外方へ突出する小鍔部５と、内輪軌道面２ａの軸方向他方側（図１における右側）に隣接し径方向外方へ突出する大鍔部６とを有している。

外輪３も、内輪２と同様、軸受鋼や機械構造用鋼等を用いて形成されている。外輪３のの内周には、円すいころ４が転動するテーパー状の外輪軌道面３ａが形成されている。外輪軌道面３ａは、軸方向一方側から他方側に向かって拡径している。外輪軌道面３ａは、内輪軌道面２ａの径方向外側に対向している。

円すいころ４は、軸受鋼等を用いて形成されている。円すいころ４は、内輪軌道面２ａと外輪軌道面３ａとの間に転動自在に介在している。円すいころ４の外周には、円すい形状の転動面４ｃが形成されている。また、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。小端面４ａは、小鍔部５の鍔面５ａと摺接する。大端面４ｂは、大鍔部６の鍔面６ａと摺接する。

図２は、保持器１０を示す斜視図である。図１及び図２において、保持器１０は、小径環状部１１、大径環状部１２、及び複数の柱部１３を有している。小径環状部１１および大径環状部１２は円環状に形成されている。また、小径環状部１１は、保持器１０の軸方向一方側に配置され、大径環状部１２は、保持器１０の軸方向他方側に配置されている。小径環状部１１と大径環状部１２とは軸方向に間隔をあけて配置されている。

複数の柱部１３は、周方向に等しい間隔をあけて設けられ、小径環状部１１と大径環状部１２とを連結している。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の間には、円すいころ４を収容（保持）するポケット１４が形成されている。本実施形態の保持器１０は、例えば、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ樹脂）等の樹脂材料から形成されている。

図１において、保持器１０は、内輪２と外輪３との間に形成されている環状空間Ｓに設けられている。各ポケット１４には、一つの円すいころ４が収容されている。そして、複数の円すいころ４は、保持器１０によって周方向に等しい間隔をあけた状態で保持されている。小径環状部１１は、内輪２の小鍔部５の径方向外側に位置している。大径環状部１２は、内輪２の大鍔部６の径方向外側に位置している。

図１において、保持器１０の小径環状部１１及び大径環状部１２のポケット１４側に臨む軸方向内側面１１ｃ，１２ｃは、円すいころ４の小端面４ａ及び大端面４ｂに接触可能に構成されている。したがって、小径環状部１１及び大径環状部１２によって、保持器１０の軸方向への移動が規制され、位置決めされる。
また、保持器１０は、その一部（被案内面４０，３９）が外輪３の外輪軌道面３ａに摺接することで、径方向について位置決めされる。

図２において、柱部１３は、第１の被案内部４１及び第２の被案内部４２を有している。第１の被案内部４１は、柱部１３の軸方向一方側の端部に設けられている。第１の被案内部４１は、径方向外側において周方向両側に拡大し、径方向外側面が外輪軌道面３ａに摺接する被案内面４０を構成している。また、第１の被案内部４１の被案内面４０は、小径環状部１１の外周面と面一とされている。

第２の被案内部４２は、柱部１３の軸方向他方側の端部に設けられている。第２の被案内部４２は、径方向外側において周方向に拡大し、径方向外側面が外輪軌道面３ａに摺接する被案内面３９を構成している。
第１の被案内部４１と第２の被案内部４２との間における柱部１３の径方向外側部には、凹部３３が形成されている。この凹部３３により、隣り合うポケット１４間を互いに連通させることができ、外輪３の外輪軌道面３ａ近傍の潤滑油を隣り合うポケット１４間で流動させることができる。これにより、潤滑油の撹拌抵抗を低減することができる。

本実施形態の円すいころ軸受１は、デファレンシャル装置やトランスミッション等の動力伝達機構のケース内に収容された潤滑油によって潤滑される。図１において、外輪３の外輪軌道面３ａは、軸方向一方側から他方側に向かって拡径しているため、円すいころ軸受１（本実施形態では内輪２）が回転すると、内輪２と外輪３との間に形成されている環状空間Ｓ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、円すいころ軸受１の外部の潤滑油が、円すいころ軸受１の軸方向一方側の端部から内輪２と外輪３との間の環状空間Ｓに流入し、円すいころ軸受１の軸方向他方側の端部から流出する。つまり、潤滑油が環状空間Ｓを通過する。

図３は、転がり軸受１を軸方向一方側（軌道面２ａ，３ａの小径側）から見た図である。
保持器１０の小径環状部１１と外輪３とは、径方向にほとんど間隔をあけずに配置されている。また、小径環状部１１と内輪２とは、径方向に比較的大きな間隔をあけて配置されている。そのため、保持器１０の小径環状部１１と内輪２との間であって、周方向に隣接する円すいころ４の間には隙間Ｅ１（クロスハッチングを付して示す）が形成されている。前述したように、潤滑油は、円すいころ軸受１の軸方向一方側の端部から流入するため、前記隙間Ｅ１が潤滑油の流入口となる。

図４は、転がり軸受１を軸方向他方側（軌道面２ａ，３ａの大径側）から見た図である。
保持器１０の大径環状部１２と内輪２とは、径方向に僅かな間隔をあけて配置されている。また、大径環状部１２と外輪３とは、径方向に比較的大きな間隔をあけて配置されている。したがって、保持器１０の大径環状部１２と内輪２との間であって周方向に隣接する円すいころ４の間には、僅かではあるが隙間Ｅ２１（クロスハッチングを付して示す）が形成される。また、保持器１０の大径環状部１２と外輪３との間であって周方向に隣接する円すいころ４の間にも、隙間Ｅ２２（クロスハッチングで示す）が形成される。前述したように、潤滑油は、円すいころ軸受１の軸方向他方側の端部から流出するため、前記隙間Ｅ２１，Ｅ２２が潤滑油の流出口となる。

保持器１０の柱部１３には、前述したように第２の被案内部４２が設けられている。この第２の被案内部４２は、隣り合う円すいころ４の間に配置され、径方向外側ほど周方向両側に拡大した形状に形成されている。具体的には、第２の被案内部４２は、円すいころ４の外周面に略沿って周方向に拡大している。そして、第２の被案内部４２の外周面である被案内面３９と外輪３との間には、ほとんど径方向に間隔をあけずに配置されている。したがって、第２の被案内部４２は、大径環状部１２と外輪３と円すいころ４との間の隙間である流出口Ｅ２２の一部を塞ぐ閉塞部として機能している。

図３及び図４に示すように、本実施形態では、円すいころ軸受１全体の潤滑油の流入口Ｅ１の面積Ａと、流出口Ｅ２１，Ｅ２２の面積Ｂとが次の式（１）ような関係に設定されている。
Ａ／Ｂ＞１ ・・・（１）

すなわち、流入口Ｅ１の面積Ａは、流出口Ｅ２１，Ｅ２２の面積Ｂよりも大きくなっている。したがって、潤滑油は、円すいころ軸受１の内部に流入し易いが、外部へ流出し難くなる。そのため、動力伝達装置のケース内で円すいころ軸受１への潤滑油の供給が少ない場合であっても、円すいころ軸受１の内部に潤滑油を留め易くなり、好適に潤滑を行うことができる。そのため、円すいころ軸受１の発熱を抑制することができ、円すいころ軸受１の寿命の低下を抑制することができる。

本実施形態では、柱部１３に外輪軌道面３ａに摺接する被案内面３９を形成する第２の被案内部４２が形成され、この第２の被案内部４２が、潤滑油の流出口Ｅ２２の一部を閉塞する閉塞部となり、流出口Ｅ２２を小さくするために機能している。このように１つの部材４２に２つの機能を持たせることによって構造の簡素化を図ることができる。ただし、閉塞部は、第２の被案内部４２とは別に設けられていてもよい。

保持器１０の小径環状部１１と内輪２との径方向の間隔は、小径環状部１１と外輪３との径方向の間隔よりも大きい。そのため、潤滑油の流入口Ｅ１は、専ら内輪２と小径環状部１１との間、すなわち、内輪２と外輪３との間における内径側に偏って形成されることになる。したがって、円すいころ軸受１が内輪回転で用いられる場合に、潤滑油を円すいころ軸受１の内部に流入させ易くすることができる。

また、円すいころ軸受１の内部に流入した潤滑油は、内輪２の回転によって径方向外側へ移動することになるので、円すいころ軸受１の内部全体に潤滑油を行き渡らせることができる。また、内輪２の小鍔部５と円すいころ４の小端面４ａとの摺接部分の近くに潤滑油が流入するため、当該摺接部分の潤滑を好適に行うことができ、すべり抵抗を低減し、発熱を抑制することができる。

保持器１０の大径環状部１２と外輪３との径方向の間隔は、大径環状部１２と内輪２との径方向の間隔よりも大きい。そのため、流出口Ｅ２２と比べると流出口Ｅ２１からは潤滑油が流出し難くなる。そのため、内輪２の大鍔部６と円すいころ４の大端面４ｂとの摺接部分に潤滑油を留め易くなり、当該摺接部分の潤滑を好適に行うことができる。したがって、大鍔部６と円すいころ４との間のすべり抵抗を低減し、発熱を抑制することができる。

図５は、潤滑油の流入口面積Ａ及び流出口面積Ｂの比率と、外輪の上昇温度との関係を示すグラフである。図５から明らかなように、潤滑油の流入口面積Ａよりも流出口面積Ｂの方が大きい従来技術の場合（Ａ／Ｂ＜１）、外輪の温度上昇が大きくなり、流入口面積Ａよりも流出口面積Ｂの方が小さい本発明の実施例１及び２の場合（Ａ／Ｂ＞１）、従来技術よりも外輪の温度上昇が抑制されていることが分かる。また、流入口面積Ａと流出口面積Ｂとの比（Ａ／Ｂ）がより大きい実施例２の方が、実施例１よりも外輪の温度上昇が抑制されていることがわかる。したがって、本発明のように、潤滑油の流入口面積Ａよりも流出口面積Ｂを小さくすることが、円すいころ軸受１の発熱を抑制し、寿命を高める上で有効であるといえる。

なお、今回開示した実施形態は例示であって制限的なものではない。本発明の権利範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲の構成と均等の範囲内での全ての変更が含まれる。
例えば、上記実施形態では、円すいころ軸受に本発明を適用する場合について例示したが、アンギュラ玉軸受等の接触角を有する他形式の転がり軸受に本発明を適用してもよい。

また、上述した実施形態では、保持器１０における第１の被案内部４１と第２の被案内部４２との間に凹部３３を形成していたが、この凹部３３のない構造、すなわち第１の被案内部４１と第２の被案内部とが一体に繋がった形状であってもよい。また、第１の被案内部４１を省略し、第２の被案内部４２のみを備えた構造であってもよい。また、流出口Ｅ２２を小さくするための閉塞部は、大径環状部１２に形成されていてもよい。

１：円すいころ軸受（転がり軸受）、２：内輪、２ａ：内輪軌道面、３：外輪、３ａ：外輪軌道面、４：ころ（転動体）、５：小鍔部、６：大鍔部、１０：保持器、１１：小径環状部、１２：大径環状部、１３：柱部、４２：第２の被案内部（閉塞部）、Ａ：流入口面積、Ｂ：流出口面積、Ｅ１：流入口、Ｅ２１：流出口、Ｅ２２：流出口

Claims (5)

1. 外周に軌道面を有する内輪と、内周に軌道面を有する外輪と、前記内輪の軌道面と前記外輪の軌道面との間に配置された複数の転動体と、複数の転動体の周方向の間隔を保持する保持器とを備え、前記軌道面と前記転動体とが接触角を有している転がり軸受であって、
   前記軌道面の小径側である軸方向一方側からの軸方向視で前記内輪、前記外輪、前記転動体、及び前記保持器の間に形成される隙間の面積が、前記軌道面の大径側である軸方向他方側からの軸方向視で前記内輪、前記外輪、前記転動体、及び前記保持器の間に形成される隙間の面積よりも大きく形成されている、転がり軸受。
2. 前記転がり軸受が、円すいころ軸受である、請求項１に記載の転がり軸受。
3. 前記保持器が、前記軌道面の小径側に配置された円環状の小径環状部を備えており、
   前記小径環状部と前記外輪との径方向の間隔よりも、前記小径環状部と前記内輪との径方向の間隔の方が大きい、請求項１又は２に記載の転がり軸受。
4. 前記保持器が、前記軌道面の大径側に配置された円環状の大径環状部を備えており、
   前記大径環状部と前記内輪との径方向の間隔よりも、前記大径環状部と前記外輪との径方向の間隔の方が大きい、請求項１〜３のいずれか１項に記載の転がり軸受。
5. 前記保持器は、前記軸方向他方側からの軸方向視で前記大径環状部と前記外輪と前記転動体との間に形成される隙間の一部を塞ぐ閉塞部を備えている、請求項４に記載の転がり軸受。

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