JP2021139472A - 転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】潤滑油に混入した異物が保持器と内輪及び外輪との隙間から転動体側に流れ込むことを抑制することが可能な転がり軸受を提供する。【解決手段】玉軸受１は、複数の転動体２と、複数の転動体２をそれぞれ保持する複数のポケット３０が形成された環状の保持器３と、保持器３の内側に配置された内輪４と、保持器３の外側に配置された外輪５とを備え、内輪４及び外輪５と保持器３との間から複数の転動体２側に潤滑油が供給される。保持器３の第１の環状体３１の軸方向一方側の端面３１ａには、異物Ｆを吸着する磁性体６が配設されている。【選択図】図２

Description

本発明は、転がり軸受に関する。

従来、油潤滑環境下で使用され、保持器に保持された複数の転動体が内輪と外輪との間で転動する転がり軸受は、転動体に供給される油量が少なすぎると転動体の接触部の潤滑を十分に確保できず、焼き付きなどのトラブルが発生するおそれがある一方、転動体に供給される油量が必要以上に多いと、潤滑油を撹拌することによる撹拌抵抗によって回転抵抗が増大してしまう。このため、本出願人は、特許文献１，２のものを提案している。

特許文献１に記載の転がり軸受（玉軸受）は、外輪及び内輪と、外輪と内輪の間に配置された複数の転動体（玉）と、複数の転動体を保持する環状の保持器とを備えている。保持器は、潤滑油が流入する側に設けられた円環部と、円環部から複数の転動体側へ延びる柱部とを有しており、円環部における軸方向外側の端面と外周面とが交差する角部が、外輪の側面の軸方向位置とほぼ等しい位置に形成されている。これにより、円環部の軸方向端面に沿って流れた潤滑油が遠心力によって角部から径方向外側に飛ばされた際、この潤滑油が外輪と保持器との隙間から複数の転動体側に流入することが抑制されている。

特許文献２に記載の転がり軸受（円錐ころ軸受）は、保持器の軸方向端面を遠心力によって外方に流動する潤滑油が保持器と外輪との隙間から複数の転動体側に流れ込む割合を低減するため、保持器の軸方向一端部における半径方向内寄りの領域に内周端部から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を形成し、半径方向外寄りの領域には、半径方向外側に向かって軸方向外側に傾斜する外側傾斜面を形成している。

特開２０１５−１９４２４４号公報 特開２０１９−４４９７５号公報

特許文献１，２に記載のものでは、保持器と外輪との隙間から転動体側に流れ込む潤滑油が抑えられ、回転抵抗の増大を防ぎながらも焼き付き等のトラブルの発生を防ぐために必要な量の潤滑油を転動体に供給することが可能となるが、転がり軸受によって支持されるシャフトの回転が高速になると、例えば潤滑油を貯留するオイルパンの底部に沈んでいた金属粉等の異物が掻き上げられて潤滑油中に混入し、この異物が保持器と内輪及び外輪との間から転動体側に侵入しやすくなるおそれがある。

そこで、本発明は、潤滑油に混入した異物が保持器と内輪及び外輪との隙間から転動体側に流れ込むことを抑制することが可能な転がり軸受を提供することを目的とする。

本発明は、上記の目的を達成するため、複数の転動体と、前記複数の転動体をそれぞれ保持する複数のポケットが形成された環状の保持器と、前記保持器の内側に配置された内輪と、前記保持器の外側に配置された外輪とを備え、前記内輪及び前記外輪と前記保持器との間から前記複数の転動体側に潤滑油が供給される転がり軸受であって、前記保持器の軸方向端面に磁性体が配設されている、転がり軸受を提供する。

本発明に係る転がり軸受によれば、潤滑油に混入した異物が保持器と内輪及び外輪との隙間から転動体側に流れ込むことを抑制することが可能となる。

本発明の実施の形態に係る転がり軸受としての玉軸受が用いられた駆動力配分装置を示す断面図である。 （ａ）は、図１における玉軸受の周辺部を拡大して示す拡大図である。（ｂ）は、（ａ）の一部をさらに拡大して示す拡大図である。 （ａ）は、第１の変形例に係る玉軸受を示す断面図である。（ｂ）は、（ａ）の部分拡大図である。 （ａ）は、第２の変形例に係る玉軸受を示す断面図である。（ｂ）は、（ａ）の部分拡大図である。 （ａ）は、第３の変形例に係る玉軸受を示す断面図である。（ｂ）は、（ａ）の部分拡大図である。

［実施の形態］
本発明の実施の形態について、図１及び図２を参照して説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明を実施する上での好適な具体例として示すものであり、技術的に好ましい種々の技術的事項を具体的に例示している部分もあるが、本発明の技術的範囲は、この具体的態様に限定されるものではない。また、本実施の形態では、転がり軸受が自動車の駆動力を伝達するシャフトを支持する場合について説明するが、本発明に係る転がり軸受の適用対象はこれに限らない。

図１は、本発明の実施の形態に係る転がり軸受としての玉軸受１が用いられた駆動力配分装置１００を示す断面図である。駆動力配分装置１００は、玉軸受１と、玉軸受１によって支持される支持対象軸としてのピニオンギヤシャフト１１と、玉軸受１と共にピニオンギヤシャフト１１を支持する円錐ころ軸受１２と、玉軸受１と円錐ころ軸受１２との間に配置された間座１３と、ピニオンギヤシャフト１１の端部に相対回転不能に連結された連結部材としてのコンパニオンフランジ１４と、コンパニオンフランジ１４をピニオンギヤシャフト１１に固定するボルト１５と、ピニオンギヤシャフト１１に噛み合わされたリングギヤ１６と、リングギヤ１６によって駆動力が入力されるディファレンシャル装置１７と、シール１８１及びダストカバー１８２と、これらを収容するディファレンシャルキャリア１９とを備えている。

ピニオンギヤシャフト１１は、玉軸受１の中心軸線Ｃを中心として回転し、図略のエンジンの駆動力が伝達される駆動軸及びこの駆動軸に連結されたコンパニオンフランジ１４から入力される駆動力をリングギヤ１６に伝達する。以下、中心軸線Ｃに平行な方向を軸方向という。円錐ころ軸受１２及び玉軸受１には、ボルト１５の締め付けによって軸方向の予圧が付与されている。

ディファレンシャルキャリア１９は、自動車の左右輪の間に配置され、ディファレンシャル装置１７は、リングギヤ１６に伝達された駆動力を左右の車輪に差動を許容して配分する。図１では、図面左右方向が車両前後方向にあたり、図面下側が鉛直方向の下方にあたる。また、図１では、右車輪に駆動力を伝達するドライブシャフト１７１の断面を図示している。ディファレンシャルキャリア１９は、本体部１９１と、本体部１９１の下部を覆うカバー部１９２とを有しており、カバー部１９２内に潤滑油Ｌが貯留されるオイルパン１９３が形成されている。

オイルパン１９３の底部には、微細な異物Ｆが沈殿している。異物Ｆは、例えばピニオンギヤシャフト１１とリングギヤ１６との噛み合い部や、ディファレンシャル装置１７内のピニオンギヤ及びサイドギヤの噛み合い部で発生した鉄粉である。

ピニオンギヤシャフト１１は、玉軸受１及び円錐ころ軸受１２によって支持される円柱状の軸部１１１と、軸部１１１の一端部に連続して設けられ、リングギヤ１６に噛み合うギヤ部１１２とを一体に有している。ギヤ部１１２は、軸部１１１よりも大径であり、円錐ころ軸受１２は、軸部１１１とギヤ部１１２との角部に配置されている。ピニオンギヤシャフト１１のギヤ部１１２及びリングギヤ１６は、ハイポイドギヤからなる。なお、図１では、ギヤ部１１２及びリングギヤ１６の歯形の図示を省略している。

ディファレンシャルキャリア１９の本体部１９１には、ピニオンギヤシャフト１１のギヤ部１１２及びリングギヤ１６を収容する第１収容部１９１ａと、ピニオンギヤシャフト１１の軸部１１１を収容する第２収容部１９１ｂと、リングギヤ１６の回転によって掻き上げられた潤滑油Ｌを第１収容部１９１ａから第２収容部１９１ｂに導く給油路１９１ｃとが設けられている。

給油路１９１ｃに導かれた潤滑油Ｌは、玉軸受１と円錐ころ軸受１２との間から第２収容部１９１ｂに供給される。図１では、車両前進時におけるリングギヤ１６の回転方向を矢印Ａ_１で示し、リングギヤ１６の回転によって掻き上げられた潤滑油Ｌの移動方向を矢印Ａ_２で示している。コンパニオンフランジ１４とディファレンシャルキャリア１９の本体部１９１との間には、第２収容部１９１ｂからの潤滑油Ｌの漏出を防ぐためのシール１８１が配置されている。

また、ディファレンシャルキャリア１９の本体部１９１には、過剰な潤滑油Ｌを第２収容部１９１ｂからオイルパン１９３に排出する第１排出孔１９１ｄ及び第２の排出孔１９１ｅが形成されている。第１排出孔１９１ｄは、玉軸受１と円錐ころ軸受１２との間に開口し、第２排出孔１９１ｅは、玉軸受１とシール１８１との間に開口している。円錐ころ軸受１２は、内輪１２１及び外輪１２２と、複数の円錐ころ１２３と、複数の円錐ころ１２３を保持する保持器１２４とを有している。内輪１２１は、ピニオンギヤシャフト１１のギヤ部１１２におけるギヤ背面１１２ａに当接している。

玉軸受１は、複数の転動体２と、複数の転動体２を保持する環状の保持器３と、保持器３の内側に配置された内輪４と、保持器３の外側に配置された外輪５と、保持器３に取り付けられた磁性体６とを備えている。玉軸受１は、内輪４及び外輪５と保持器３との間から複数の転動体２側に潤滑油が供給される。本実施の形態では、転動体２が球状の玉である。内輪４は、ピニオンギヤシャフト１１の軸部１１１に外嵌されている。次に、この玉軸受１の構成について詳細に説明する。

（玉軸受１の構成）
図２（ａ）は、図１における玉軸受１の周辺部を拡大して示す拡大図である。図２（ｂ）は、玉軸受１を軸方向に沿って給油路１９１ｃ側から見た側面図である。

玉軸受１は、内輪４及び外輪５と転動体２との接触点を結んだ直線ａが径方向に対して接触角θをもって傾斜したアンギュラ玉軸受である。内輪４がピニオンギヤシャフト１１と共に回転すると、複数の転動体２が内輪４に形成された内輪軌道面４ａ及び外輪５に形成された外輪軌道面５ａを転動する。また、この転動体２の転動に伴い、保持器３が内輪４よりも低い速度で内輪４と同方向に回転する。

転動体２、内輪４、及び外輪５は、例えば軸受鋼からなる。内輪４は、一方の側面４ｂが間座１３に当接し、他方の側面４ｃがコンパニオンフランジ１４に当接している。外輪５は、一方の側面５ｂがディファレンシャルキャリア１９の本体部１９１に形成された環状突起１９１ｆに当接している。

保持器３は、例えば４６ナイロンやポリフェニレンサルファイドあるいはポリアミド等の合成樹脂からなり、第１及び第２の環状体３１，３２と複数の柱３３とを一体に有している。複数の柱３３は、第１の環状体３１と第２の環状体３２とを連結し、複数の転動体２をそれぞれ収容する複数のポケット３０を形成している。図２（ａ）では、複数の柱３３のうち一つの柱３３を破線で示している。第１の環状体３１の外径は、第２の環状体３２の外径よりも小さく、第１の環状体３１の内径は、第２の環状体３２の内径よりも小さく形成されている。

なお、保持器３としては、単一の環状体と、この環状体の一側面から軸方向に延びる複数の柱とを一体に有する冠形のものであってもよい。この場合、環状体が複数の転動体２の給油路１９１ｃ側に配置される。

第１の環状体３１は、複数のポケット３０よりも給油路１９１ｃ側に配置され、第２の環状体３２は、複数のポケット３０よりも第２排出孔１９１ｅ側に配置されている。給油路１９１ｃから供給された潤滑油は、内輪４と外輪５との間に第１の環状体３１側から流入し、第２の環状体３２側から流出する。以下、第１の環状体３１及びその周辺の構造を説明するにあたり、軸方向における複数のポケット３０とは反対側（図２（ａ）〜（ｂ）の左側）を軸方向一方側といい、複数のポケット３０側（図２（ａ）〜（ｂ）の右側）を軸方向他方側という。

保持器３の第１の環状体３１には、磁力によって異物Ｆを吸着し、潤滑油に混入した異物Ｆが内輪４及び外輪５と保持器３との間から複数の転動体２側に侵入することを抑制するための磁性体６が配設されている。ここで、配設されているとは、保持器３と一体に回転するように第１の環状体３１の表面に固定して配置されていることをいう。

本実施の形態では、磁性体６が着磁されたゴム磁石からなる。ゴム磁石は、磁性粉末がゴム等のバインダー材に混ぜ合わされて成形されたものであり、弾性を有している。磁性粉末の材料としては、例えばフェライト系、ネオジウム系、あるいはサマリウム系のものを用いることができる。バインダー材としては、例えばニトリルゴム系、フッ素ゴム系、あるいはシリコンゴム系のものを用いることができる。

本実施の形態では、磁性体６が、保持器３の第１の環状体３１における軸方向一方側の端面３１ａの全体と、内径面３１ｂの全体と、外径面３１ｃの軸方向一方側の一部とを覆っている。第１の環状体３１の内径面３１ｂを覆う磁性体６は、内輪４における内輪軌道面４ａよりも軸方向一方側の外径面４ｄに隙間を介して対向している。第１の環状体３１の外径面３１ｃの一部を覆う磁性体６は、外輪５における外輪軌道面５ａよりも軸方向一方側の内径面５ｃに隙間を介して対向している。

また、本実施の形態では、磁性体６が保持器３と共に二色成型によって一体に成型されている。ただし、これに限らず、磁性体６が例えば接着により保持器３に配設されていてもよい。また、磁性体６として、金属系磁石やフェライト磁石等の硬質のものを用いてもよい。この場合、例えばインモールド成型によって磁性体６を保持器３と一体化することができる。

第１の環状体３１の軸方向一方側の端面３１ａを覆う部分の磁性体６の表面には、保持器３の周方向に沿って延びる複数の凹部６０及び凸部６１が形成されている。本実施の形態では、６つの凸部６１が同心円状に形成され、これらの凸部６１の間に五つの凹部６０が軸方向に窪むように形成されている。５つの凹部６０のうち、径方向内側から二つ目の凹部６０（以下、この凹部６０を凹部６０Ａという）は、最も軸方向他方側に位置しており、他の凹部６０は、凹部６０Ａから離れた位置にある凹部６０ほど軸方向一方側に位置している。第１の環状体３１の径方向における凹部６０Ａの位置は、第１の環状体３１の径方向中央部よりも内側である。

磁性体６は、転動体２を磁化させないように、ポケット３０の内面３０ａ及びその周辺部を除く範囲に配設されている。より具体的には、ポケット３０の内面３０ａと、第１の環状体３１の軸方向他方側の端面３１ｄと、外径面３１ｃの軸方向他方側の一部には、磁性体６が配設されていない。これにより、転動体２が磁化することによって異物Ｆが転動体２に吸着されることが抑制されている。

なお、保持器３又は外輪５の構成により、転動体２を磁化する作用が抑えられるのであれば、第１の環状体３１の外径面３１ｃの全体に磁性体６を配設してもよい。また、第１の環状体３１の内径面３１ｂの全体を覆うように磁性体６を配設した場合に転動体２を磁化させるおそれがあれば、第１の環状体３１の内径面３１ｂの軸方向一方側の一部のみを覆うように磁性体６を配設することが望ましい。すなわち、磁性体６は、第１の環状体３１の内径面３１ｂ及び外径面３１ｃのそれぞれの少なくとも一部を覆うように配設されていればよい。

（実施の形態の効果）
以上説明した本実施の形態によれば、給油路１９１ｃから供給される潤滑油に異物Ｆが混入していても、異物Ｆが磁性体６に吸着され、内輪４及び外輪５と保持器３との間から異物Ｆが複数の転動体２側に侵入することを抑制することができる。

また、本実施の形態では、第１の環状体３１の軸方向一方側の端面３１ａを覆う部分の磁性体６の表面に保持器３の周方向に沿って延びる複数の凹部６０及び凸部６１が形成されているので、磁性体６の表面積が増大して異物Ｆを吸着しやすくなると共に、異物Ｆが保持器３の回転による遠心力を受けても凸部６１を乗り越えて保持器３の径方向に移動しにくくなる。これにより、異物Ｆが外輪５と保持器３との間から複数の転動体２側に侵入することをより確実に抑制することができる。

またさらに、本実施の形態では、第１の環状体３１の内径面３１ｂ及び外径面３１ｃに磁性体６が配設されているので、内輪４と保持器３との間ならびに外輪５と保持器３の間に侵入した異物Ｆを磁性体６に吸着することができ、異物Ｆが内輪４及び外輪５と保持器３との間から複数の転動体２側に侵入することをより一層確実に抑制することができる。

［変形例］
次に、本発明の変形例について、図３乃至図５を参照して説明する。なお、図３乃至図５に示す玉軸受１Ａ〜１Ｃでは、各構成部材について、図１及び図２に付した符号を援用することで重複した説明を省略する。

図３（ａ）は、第１の変形例に係る玉軸受１Ａを示す断面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）の部分拡大図である。上記の実施の形態では、磁性体６が第１の環状体３１の軸方向一方側の端面３１ａと内径面３１ｂ及び外径面３１ｃにわたって配設された場合について説明したが、玉軸受１Ａでは、磁性体６が第１の環状体３１の軸方向一方側の端面３１ａを覆い、第１の環状体３１の内径面３１ｂ及び外径面３１ｃには設けられていない。

この変形例によれば、潤滑油に含まれる異物Ｆの量が多い場合でも、磁性体６に吸着された異物Ｆによる第１の環状体３１と内輪４及び外輪５との間の詰まりの発生を抑制することができる。また、異物Ｆが磁力によって第１の環状体３１の径方向内側及び径方向外側に吸着されないので、内輪４の外側及び外輪５の内側における潤滑油の流路を狭くすることができ、複数の転動体２側に流入する潤滑油の量を減らすことができることから、潤滑油の撹拌抵抗による回転抵抗の増大を抑制することができる。

図４（ａ）は、第２の変形例に係る玉軸受１Ｂを示す断面図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）の部分拡大図である。上記の実施の形態では、第１の環状体３１の軸方向一方側の端面３１ａを覆う部分の磁性体６の表面に複数の凹部６０及び凸部６１が形成された場合について説明したが、玉軸受１Ｂでは、第１の環状体３１の端面３１ａを覆う部分の磁性体６の表面が、径方向内側寄りの領域に形成された内側傾斜面６ａと、内側傾斜面６ａよりも径方向外側寄りの領域に形成された外側傾斜面６ｂとによって形成されている。内側傾斜面６ａは、径方向外側に向かうに連れて軸方向他方側に傾斜しており、外側傾斜面６ｂは、径方向外側に向かうに連れて軸方向一方側に傾斜している。また、磁性体６は、上記の実施の形態と同様に、第１の環状体３１の内径面３１ｂの全体と、外径面３１ｃの軸方向一方側の一部とを覆っている。

この変形例によっても、潤滑油に混入した異物Ｆが磁性体６に吸着されて内輪４及び外輪５と保持器３との間から複数の転動体２側に侵入することを抑制することができる。また、保持器３が高速で回転する場合には、潤滑油が遠心力によって内側傾斜面６ａ及び外側傾斜面６ｂに沿って円滑に径方向外方に流動し、保持器３と外輪５との間から複数の転動体２側に流入する潤滑油の量を減らすことができ、潤滑油の撹拌抵抗による回転抵抗の増大を抑制することができる。

図５（ａ）は、第３の変形例に係る玉軸受１Ｃを示す断面図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）の部分拡大図である。玉軸受１Ｃは、第２の変形例に係る玉軸受１Ｂにおいて、第１の環状体３１の内径面３１ｂの全体と、外径面３１ｃの軸方向一方側の一部とを覆っていた磁性体６を省略したものである。この玉軸受１Ｃによれば、潤滑油に含まれる異物Ｆの量が多い場合でも、磁性体６に吸着された異物Ｆによる第１の環状体３１と内輪４及び外輪５との間の詰まりの発生を抑制することができると共に、内輪４の外側及び外輪５の内側における潤滑油の流路を狭くして複数の転動体２側に流入する潤滑油の量を減らすことができ、潤滑油の撹拌抵抗による回転抵抗の増大を抑制することができる。

（付記）
以上、本発明を実施の形態及び変形例に基づいて説明したが、この実施の形態及び変形例は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではない。また、実施の形態及び変形例の中で説明した特徴の組合せの全てが発明の課題を解決するための手段に必須であるとは限らない点に留意すべきである。

また、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で、一部の構成を省略し、あるいは構成を追加もしくは置換して、適宜変形して実施することが可能である。例えば、上記の実施の形態及び変形例では、本発明をアンギュラ玉軸受に適用した場合について説明したが、これに限らず、例えば接触角を有しない玉軸受や円筒ころ軸受、あるいは円錐ころ軸受に対しても、本発明を適用することが可能である。また、本発明に係る転がり軸受は、車両の駆動力配分装置において駆動力を伝達するシャフトを支持する用途に限らず、例えば車両のトランスミッションやトランスファ、あるいは産業機械等の様々な用途に用いることが可能である。

１，１Ａ．１Ｂ，１Ｃ…玉軸受（転がり軸受） ２…転動体
３…保持器 ３０…ポケット
３１…第１の円環部 ３１ｂ…内径面
３１ｃ…外径面 ３３…柱
４…内輪 ４ｄ…外径面
５…外輪 ５ｃ…内径面
６…磁性体 ６０…凹部
６１…凸部 Ｆ…異物

Claims (6)

1. 複数の転動体と、前記複数の転動体をそれぞれ保持する複数のポケットが形成された環状の保持器と、前記保持器の内側に配置された内輪と、前記保持器の外側に配置された外輪とを備え、前記内輪及び前記外輪と前記保持器との間から前記複数の転動体側に潤滑油が供給される転がり軸受であって、
   前記保持器の軸方向端面に磁性体が配設されている、
   転がり軸受。
2. 前記保持器は、円環状に形成された環状体と、前記環状体から軸方向に延びて前記複数の転動体を保持する複数のポケットを形成する複数の柱とを有し、
   前記環状体における前記複数のポケット側とは反対側の軸方向端面に前記磁性体が配設されている、
   請求項１に記載の転がり軸受。
3. 前記磁性体の表面に、前記保持器の周方向に沿って延びる複数の凹部及び凸部が形成されている、
   請求項１又は２に記載の転がり軸受。
4. 前記磁性体が前記保持器の外径面の少なくとも一部を覆うように配設されている、
   請求項１乃至３の何れか１項に記載の転がり軸受。
5. 前記磁性体が前記保持器の内径面の少なくとも一部を覆うように配設されている、
   請求項１乃至４の何れか１項に記載の転がり軸受。
6. 前記磁性体が、前記ポケットの内面及びその周辺部を除く範囲に配設されている、
   請求項２に記載の転がり軸受。

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