JP2020148316A - 転がり軸受 - Google Patents

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Abstract

【課題】クリープの抑制と小型化の両立が可能な転がり軸受を提供する。【解決手段】固定輪である外輪２と、回転輪である内輪４と、外輪２および内輪４間に介在する転動体６とを備え、外輪２の軌道面と径方向反対側には、相手部材に嵌合する嵌め合い２ａ面と、弾性部材１１が装着される２つの環状溝１０と、環状溝１０と隣接しつつ嵌め合い面２ａよりも外径が小さい底面９ａを有する凹部９とが設けられている。【選択図】図１

Description

本発明は、転がり軸受に関する。
自動車のトランスミッションのシャフトは、転がり軸受によって回転可能に支持されている。
近年、自動車用トランスミッションでは、自動車の省燃費化のために小型・軽量化が進められていることから、転がり軸受の軌動輪又はトランスミッションのハウジングを薄肉にする傾向がある。そのため、転がり軸受の仕様、荷重条件によって、転がり軸受の固定輪が、ハウジングに対してクリープする可能性がある。
クリープの発生を抑制するために、固定輪の外周面の軸方向両側に形成された周溝にＯリングを装着した転がり軸受が知られている（特許文献１参照）。
特開２０１５−２１５０６１号公報
しかし、特許文献１の転がり軸受においては、クリープの発生を抑制するために、直径の大きいＯリングを装着する傾向にあった。そのため、固定輪の肉厚を厚くする必要があった。よって、クリープの抑制と転がり軸受の小型化とを両立することは困難であった。
そこで、この発明の課題としては、クリープの抑制と小型化の両立が可能な転がり軸受を提供することにある。
上記の課題を解決するために、この発明は、固定輪と、前記固定輪に対して回転する回転輪と、前記固定輪と前記回転輪との間に介在する転動体とを備え、前記固定輪のうち軌道面と径方向反対側には、相手部材に嵌合する嵌め合い面と、弾性部材が装着される少なくとも１つの環状溝と、前記環状溝と隣接しつつ前記嵌め合い面よりも外径が小さい底面を有する凹部とが設けられている構成を採用することができる。
本発明によれば、クリープの抑制と小型化の両立が可能な転がり軸受を提供することができる。
この発明に係る第１実施形態の転がり軸受を示す断面図 同上の転がり軸受の要部を示す拡大断面図 同上の転がり軸受のハウジングへの嵌合状態を示す断面図 この発明に係る第２実施形態の転がり軸受を示す断面図 同上の転がり軸受の要部を示す拡大断面図 同上の転がり軸受のハウジングへの嵌合状態を示す断面図 この発明に係る転がり軸受を備えるトランスミッションの一例を示す拡大断面図
この発明に係る第１実施形態の転がり軸受１を図１〜３に基づいて説明する。本実施形態に係る転がり軸受１は、後述する通り、例えば、自動車のトランスミッションに使用される。よって、転がり軸受１は、自動車用転がり軸受である。図１に示すように、転がり軸受１は、玉軸受である。玉軸受１は、外輪２と、外輪２の径方向内側に配置される内輪４と、外輪２と内輪４との間に介在する複数の転動体である玉６と、保持器７とを備えている。
玉軸受１は、外輪２を固定輪とし、内輪４を外輪２に対して回転する回転輪とした内輪回転タイプである。なお、玉軸受１は、外輪２を回転輪とした外輪回転タイプであってもよい。
本実施形態において、玉軸受１の軸受中心軸に沿った方向を「軸方向」と呼び、玉軸受１の軸受中心軸に直交する方向を「径方向」と呼び、玉軸受１の軸受中心軸周りの円周方向を「周方向」と呼ぶ。
外輪２は、その内周に玉６が転動する軌道面３を有している。軌道面３は、周方向全周において玉６と呼び接触角０°で接触可能である。
外輪２は、その外周、すなわち、軌道面３とは径方向反対側に嵌め合い面２ａと、凹部９と、少なくとも１つ（ここでは、複数）の環状溝１０とを有している。嵌め合い面２ａは、外輪２の外周面の軸方向両側に設けられている。嵌め合い面２ａは、円筒面である。嵌め合い面２ａと外輪２の軸方向端面との間には、面取り部が設けられている。
嵌め合い面２ａには、相手部材であるハウジングＨ（例えば、自動車のトランスミッションのハウジング）が嵌合する。外輪２は、ハウジングＨとすきま嵌めされている。運転時、玉軸受１に負荷されるラジアル荷重によって、外輪２の嵌め合い面２ａとハウジングＨとが接触する。
図２に示すように、凹部９は、軌道面３と軸方向位置が重なる位置に設けられている。凹部９は、外輪２の外周面の軸方向中央に設けられている。凹部９は円筒面状の底面９ａを有している。底面９ａの外径は、嵌め合い面２ａの外径よりも小さい。底面９ａの軸方向長さは、嵌め合い面２ａの軸方向長さよりも長い。底面９ａの軸方向端縁は、軌道面３の軸方向端縁よりも軸方向外側に位置している。
本実施形態では、凹部９の深さａ１は、運転時に嵌め合い面２ａに嵌合するハウジングＨと接触不可能な大きさである。凹部９の深さａ１は、この実施形態では、外輪２の嵌め合い面２ａの外径寸法をｄ１とし、底面９ａの外径寸法をｄ２としたとき、（ｄ１−ｄ２）／２で算出される。
表１は、凹部９の深さａ１を変化させたときの、底面９ａの耐摩耗性、玉軸受１の小型化の評価結果である。表１において、「○」は良好、「×」は悪い、をそれぞれ意味する。
Figure 2020148316
表１より、凹部９の深さａ１が０．０５ｍｍよりも小さいと、運転時にハウジングＨに底面９ａが接触し、底面９ａに摩耗が生じた。凹部９の深さａ１が０．５ｍｍよりも大きいと、玉軸受１の運転時、転動体荷重により連続的に生ずる外輪２のひずみを低減するために、底面９ａと軌道面３間の肉厚を大きく確保する必要があり、玉軸受１の小型化を図ることが難しいことが分かった。そのため、凹部９の深さａ１は、０．０５ｍｍ≦ａ１≦０．５０ｍｍを満たすものが、総合評価として最適であることが分かった。
凹部９は、環状溝１０と隣接している。環状溝１０は、外輪２の外周面に２つ設けられている。環状溝１０は、凹部９よりも軸方向外側に設けられている。それぞれの環状溝１０は、凹部９と嵌め合い面２ａとの間に設けられている。環状溝１０は溝底面１０ａを有している。溝底面１０ａは、円筒面である。環状溝１０の溝深さｃ１は、嵌め合い面２ａに対する凹部９の深さａ１よりも大きい。
環状溝１０には、環状の弾性部材１１が所定の締め代をもって装着されている。弾性部材１１は、Ｏリングである。弾性部材１１の素材は、例えば、ニトリルゴム、アクリルゴム、フッ素ゴム、シリコンゴムなどである。
弾性部材１１は、環状溝１０に装着されている状態で、嵌め合い面２ａから径方向に突出量ｂ１をもって一部突出している。外輪２の嵌め合い面２ａをハウジングＨに嵌め合せると、弾性部材１１は、ハウジングＨにより径方向に圧縮されている状態となる。なお、弾性部材１１は、その断面形状が円形に限らず、多角形状、あるいはＶ字状であってもよい。
表２は、ハウジングＨによる弾性部材１１の圧縮量Ｘを弾性部材１１の直径Ｄ１に対して変化させたときの、底面９ａの耐摩耗性、軸受１の小型化の評価結果である。表２において、「◎」は極めて良好、「○」は良好、「×」は悪い、をそれぞれ意味する。
Figure 2020148316
表２より、圧縮量Ｘが弾性部材１１の直径Ｄ１に対して、５％よりも小さいと、外輪２をハウジングＨに嵌合させた際、弾性部材１１の弾性変形により生じる復元力および緊迫力が小さくなり、クリープの発生を抑制できなかった。圧縮量Ｘが弾性部材１１の直径Ｄ１に対して、２０％よりも大きいと、ハウジングＨと外輪２との嵌め合せが難しくなり、組立性が悪くなることが分かった。
よって、ハウジングＨによる弾性部材１１の圧縮量Ｘは、弾性部材１１の嵌め合い面２ａからの突出量ｂ１を最大とし、弾性部材１１の径方向の厚みとなる直径Ｄ１に対して、５〜２０％に設定することが、総合評価として最適であることが分かった。なお、弾性部材１１の直径Ｄ１は、環状溝１０に装着されており、かつハウジングＨに圧縮されていない状態における直径を意味する。
内輪４は、その外周に玉６が転動する軌道面５を有している。軌道面５は、周方向全周において玉６と呼び接触角０°で接触可能である。
内輪４は、その内周に嵌め合い面４ａを有している。嵌め合い面４ａに相手部材である回転軸Ｓ（例えば、自動車のトランスミッションに備わる回転軸）が嵌め合されている。玉６は、保持器７によって保持されている。
玉軸受１の運転時において、転動体荷重が外輪２の軌道面３に作用すると軌道面３の径方向反対側の凹部９の底面９ａが波状に変形する。玉軸受１が回転すると、玉６も公転するため、その底面９ａの波状変形が周方向に沿って発生する。
本実施形態では、凹部９の深さａ１は、運転時にハウジングＨと接触不可能な大きさである。このため、ハウジングＨと凹部９の底面９ａ間に径方向のすきまが残る状態となる。
径方向のすきまが残ると、上述のように外輪２の凹部９の底面９ａは波状に変形してもハウジングＨに接触しない非接触状態となり、その波状変形が外輪２をクリープさせる進行波として作用することを防止できる。
よって、玉軸受１の運転時、外輪２のうちハウジングＨと接触するのは嵌め合い面２ａのみである。そのため、ハウジングＨと嵌め合い面２ａとの接触部分のみにおいて、ハウジングＨにより圧縮される弾性部材１１の摩擦力によって、クリープの発生を抑制すればよい。このため、凹部９を有さない従来の玉軸受と比べて、弾性部材１１の摩擦力を低減することができる。
弾性部材１１の摩擦力の低減は、その摩擦力を確保するための弾性部材１１の径方向の大きさ（直径Ｄ１）を小さくすることで可能となる。そのため、凹部９を設けることによって、外輪２において、環状溝１０の深さｃ１を小さくすることができる。
環状溝１０の深さｃ１を小さくすれば、外輪２の厚肉化が不要となるため。クリープの抑制と玉軸受１の小型化の両立を可能とすることができる。
次に、この発明に係る第２実施形態の転がり軸受を図４〜６に示す。この実施形態の転がり軸受２１は、第１実施形態とは異なり、転がり軸受を円すいころ軸受としたものである。なお、以下では、第１実施形態との相違点を述べ、第１実施形態と同様の構成は同じ符号を付するものとする。
円すいころ軸受２１は、外輪２２と、外輪２２の径方向内側に配置される内輪２４と、外輪２２と内輪２４との間に介在する複数の転動体である円すいころ２６と、円すいころ２６を保持する保持器２７とを備えている。
円すいころ軸受２１は、外輪２２を固定輪とし、内輪２４を外輪２２に対して回転する回転輪とした内輪回転タイプである。
外輪２２は、その内周に円すいころ２６が転動する軌道面２３を有している。外輪２２は、その外周、すなわち、軌道面２３とは径方向反対側に嵌め合い面２２ａと、凹部９と、１つの環状溝１０とを有している。嵌め合い面２２ａは、外輪２２の外周面の軸方向両側に設けられている。運転時、円すいころ軸受２１に負荷されるラジアル荷重によって、外輪２２の嵌め合い面２２ａとハウジングＨとが接触する。
凹部９の軸方向の幅寸法は、円すいころ２６のころ長さよりも小さい。凹部９は円すいころ２６の両端面よりも軸方向内方に位置している。
図５に示すように、凹部９の深さａ２は、運転時に嵌め合い面２２ａに嵌合するハウジングＨと接触不可能な大きさであり、この実施形態では、外輪２２の嵌め合い面２２ａの外径寸法をｄ３とし、底面９ａの外径寸法をｄ４としたとき、（ｄ３−ｄ４）／２で算出され、０．０５〜０．５０ｍｍに設定される。
環状溝１０は、凹部９に対して軸方向外側であって、軸方向背面側の端部（一端部）に配置されている。環状溝１０は、径方向に深さをもって形成され、嵌め合い面２２ａに対する環状溝１０の溝深さｃ２は、嵌め合い面２２ａに対する凹部９の深さａ２よりも大きい。
弾性部材１１は、環状溝１０に装着されている状態で、嵌め合い面２２ａから径方向に突出量ｂ２をもって一部突出している。ハウジングＨによる弾性部材１１の圧縮量Ｘは、弾性部材１１の嵌め合い面２２ａからの突出量ｂ２を最大とし、弾性部材１１の径方向の厚みとなる直径Ｄ２に対して、５〜２０％に設定されている。
内輪２４は、その外周に円すいころ２６が転動する軌道面２５と、軌道面２５の小径側（軸方向一方側）に位置する小つば２４ａと、軌道面２５の大径側（軸方向他方側）に位置する大つば２４ｂとを有している。
内輪２４は、内周側に周方向に延びる嵌め合い面２４ｃを有している。嵌め合い面２４ｃには、相手部材である回転軸Ｓ（例えば、自動車のトランスミッションに備わる回転軸）が嵌め合されている。
第２実施形態の円すいころ軸受２１は、以上のように構成される。円すいころ軸受２１は、外輪２２の嵌め合い面２２ａには径方向の凹部９が形成され、凹部９が軌道面２３の径方向反対側に設けられている。凹部９の深さａ２は、運転時に嵌め合い面２２ａに嵌め合うハウジングＨと接触不可能な大きさである。
円すいころ軸受２１は、運転時、ハウジングＨと凹部９の底面９ａ間に径方向のすきまが残る状態となる。この径方向のすきまが残ると、上述のように外輪２の凹部９の底面９ａは波状に変形してもハウジングＨに接触しない非接触状態となり、第１実施形態の玉軸受１の場合と同様に、クリープが生じない。
また、円すいころ軸受２１の運転時、外輪２２の嵌め合い面２２ａのうち凹部９よりも軸方向外側の部分にのみハウジングＨが接触する状態となっている。この状態の第２実施形態では、第１実施形態と同様に、外輪の嵌め合い面の軸方向全幅でハウジングに接触している従来のものよりも、弾性部材１１の摩擦力を軽減することができる。
上述の第１実施形態または第２実施形態に係る転がり軸受によって自動車用のトランスミッションに備わる回転軸を支持する構成の一例を図７に示す。
図７に示すトランスミッション３０は、段階的に変速比を変化させる多段変速機になっており、そのハウジングＨ（トランスミッションのケースの一部）に嵌め合され、回転軸（例えば入力軸（図示省略）および出力軸Ｓ１）を回転可能に支持する転がり軸受Ａとして、上述の第１実施形態または第２実施形態に係る転がり軸受を備えている。
図示のトランスミッションは、エンジンの回転が入力される入力軸と、入力軸と平行に設けられた出力軸Ｓ１と、入力軸から出力軸Ｓ１に回転を伝達する複数のギア列Ｇ１〜Ｇ４と、各ギア列Ｇ１〜Ｇ４と入力軸または出力軸Ｓ１との間に組み込まれた図示しないクラッチとを有している。トランスミッションは、クラッチを選択的に係合させることで使用するギア列Ｇ１〜Ｇ４を切り替え、入力軸から出力軸Ｓ１に伝達する回転の変速比を変化させるものである。出力軸Ｓ１の回転は出力ギアＧ５に出力され、その出力ギアＧ５の回転がディファレンシャルギヤ等に伝達される。
また、このトランスミッションは、ギアの回転に伴う潤滑油のはね掛けにより、又はハウジングＨの内部に設けられたノズル（図示省略）からの潤滑油の噴射により、はね掛け又は噴射された潤滑油が各転がり軸受Ａの側面にかかるようになっている。
上述の第１実施形態または第２実施形態に係る転がり軸受は、運転時、ハウジングＨと外輪（２、２２）の嵌め合い面（２ａ、２２ａ）間にすきまが残り、ハウジングＨと凹部９の底面９ａ間が非接触状態となる。このため、あらかじめ凹部９内にグリースを保持させておく必要がなく、グリースレス化することができる。
１ 転がり軸受（玉軸受）
２ 外輪
２ａ 嵌め合い面
３ 軌道面
４ 内輪
４ａ 嵌め合い面
５ 軌道面
６ 玉（転動体）
９ 凹部
９ａ 底面
１０ 環状溝
１１ 弾性部材
２１ 転がり軸受（円すいころ軸受）
２２ 外輪
２２ａ 嵌め合い面
２３ 軌道面
２４ 内輪
２５ 軌道面
２６ 円すいころ（転動体）

Claims (5)

  1. 固定輪と、
    前記固定輪に対して回転する回転輪と、
    前記固定輪と前記回転輪との間に介在する転動体とを備え、
    前記固定輪のうち軌道面と径方向反対側には、相手部材に嵌合する嵌め合い面と、弾性部材が装着される少なくとも１つの環状溝と、前記環状溝と隣接しつつ前記嵌め合い面よりも外径が小さい底面を有する凹部とが設けられている転がり軸受。
  2. 前記相手部材による前記弾性部材の圧縮量が、前記弾性部材の径方向の厚みに対して、５〜２０％に規定されている請求項１に記載された転がり軸受。
  3. 前記凹部の深さが、０．０５〜０．５０ｍｍに設定されている請求項１または２に記載された転がり軸受。
  4. 前記転動体が玉であり、
    前記少なくとも１つの環状溝が複数の環状溝であり、
    前記凹部が前記複数の環状溝の間に設けられている請求項１から３のいずれか１項に記載の転がり軸受。
  5. 前記転動体が円すいころである請求項１から３のいずれか１項に記載の転がり軸受。
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