JP2022072100A - 軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】転がり軸受に負荷されるラジアル荷重の方向が変動する場合においても効果的にクリープ現象を抑制することが可能な軸受装置を提供する。【解決手段】外輪６とハウジング２は、互いに嵌まり合う円筒状のはめあい面１５，１６を有する軸受装置において、外輪６には、はめあい面１６を周方向に分断するようにそのはめあい面１６の軸方向全幅にわたって延びる逃げ面１７が周方向に間隔をおいて２つ以上形成されている。【選択図】図１

Description

この発明は、軸とハウジングの間にラジアル荷重を支持する転がり軸受を組み込んだ軸受装置に関する。

一般に、自動車のトランスミッションの軸は、ハウジングに嵌め込まれた転がり軸受で支持される。この転がり軸受は、軸の外周に嵌合する内輪と、内輪の径方向外側に同軸に配置される外輪と、内輪と外輪の間に組み込まれる複数の転動体とを有する。

ここで、トランスミッションの軸を支持する転がり軸受においては、ハウジングに対する転がり軸受の組み付け作業を容易にするために、通常、ハウジングに対して外輪がすきまばめされる。すなわち、外輪の外周の円筒状のはめあい面の外径寸法が、常に、ハウジングの内周の円筒状のはめあい面の内径寸法よりも小さくなるように寸法公差が設定される。

一方、ハウジングに外輪をすきまばめした場合、軸から内輪にラジアル荷重を負荷した状態で軸を回転させると、ハウジングに対して外輪が次第に回転する現象（クリープ現象）が生じることがある。

このクリープ現象のメカニズムの一つとして、次のものが知られている。すなわち、軸から内輪にラジアル荷重が負荷されると、そのラジアル荷重が、転動体を介して外輪に伝達し、外輪が波形に変形する。この状態で内輪が回転すると、転動体が転がりながら周方向に移動するので、外輪の波形の変形も周方向に移動し、その外輪の変形が進行波を形成する。そして、その進行波によって、外輪の外周のはめあい面とハウジングの内周のはめあい面との間で微小なすべりが生じ、その微小なすべりが累積することでクリープ現象が生じる。

同様に、内輪に軸をすきまばめした場合にも、内輪と軸の間でクリープ現象が生じることがある。

このクリープ現象を抑制するため、既に、本願の発明者は、特許文献１の図１に示される軸受装置を提案している。この軸受装置は、軸と、軸の外周を取り囲むハウジングと、軸とハウジングとの間でラジアル荷重を支持する転がり軸受とを有する。転がり軸受の外輪は、ハウジングにすきまばめされている。そして、その外輪とハウジングの間でクリープ現象が生じるのを抑制するため、外輪の外周の１箇所に、外輪の外周の円筒状のはめあい面を周方向に分断する逃げ面を形成している。

この軸受装置は、外輪の外周に、円筒状のはめあい面を周方向に分断する逃げ面が形成されているので、その逃げ面によって、外輪の波形の変形が進行波としてハウジングに伝わるのを遮断することができ、クリープ現象を抑制することができる。

例えば、水平に配置した軸を転がり軸受で支持し、鉛直下向きのラジアル荷重が軸から内輪に負荷された状態で軸が回転するとき、ハウジングと外輪の円筒状のはめあい面のうち、軸の鉛直下側の１８０°未満の所定の中心角に対応する範囲が荷重負荷域となる。

そして、この荷重負荷域に外輪の外周の逃げ面が位置するように転がり軸受を組み付けたときは、荷重負荷域において外輪の外周とハウジングの内周とが非接触となるため、外輪の波形の変形が進行波としてハウジングに伝わるのを遮断することができ、クリープ現象が抑制される。一方、荷重負荷域から外れた領域（例えば、ハウジングと外輪の円筒状のはめあい面のうち、軸の鉛直上側の範囲）に、外輪の外周の逃げ面が位置するように転がり軸受を組み付けたときは、組み付けの直後、軸の鉛直下側の荷重負荷域において、外輪の外周とハウジングの内周とが接触し、外輪の波形の変形が進行波としてハウジングに伝わることで、一旦、クリープ現象が発生するが、そのクリープ現象で外輪が次第に回転し、外輪の外周の逃げ面が荷重負荷域に到達した後は、荷重負荷域において外輪の外周とハウジングの内周とが非接触となるため、外輪の波形の変形が進行波としてハウジングに伝わるのが遮断され、外輪はそれ以上回転しなくなり、クリープ現象がおさまる。

特開２０２０－４５９８７号公報

本願の発明者は、特許文献１の図１のように転がり軸受の外輪の外周に逃げ面を１箇所だけ設けた場合、上述のように、転がり軸受を、外輪の外周の逃げ面が荷重負荷域に位置するように組み付けても、また外輪の外周の逃げ面が荷重負荷域から外れた領域に位置するように組み付けても、その組み付けの向きによらず、クリープ現象を抑制することができると考えていたが、実際には、クリープ現象が抑制されないケースがあることが分かった。そして、その原因を調査検討したところ、転がり軸受の荷重負荷域が変動する場合に、クリープ現象が抑制されないことが分かった。

すなわち、転がり軸受に負荷されるラジアル荷重の方向が一定ではなく、常に変動する場合がある。典型的には、転がり軸受に負荷される荷重が回転荷重である場合（転がり軸受に負荷されるラジアル荷重の方向が回転する場合）である。この場合、転がり軸受の荷重負荷域が常に移動するので、特許文献１の図１のように、外輪の外周に逃げ面を１箇所だけ設けた転がり軸受を使用すると、荷重負荷域の移動に伴い、荷重負荷域が逃げ面の位置に重なったときは、外輪の波形の変形が進行波としてハウジングに伝わるのを遮断することができるが、荷重負荷域が逃げ面の位置から外れている間は、外輪の波形の変形が進行波としてハウジングに伝わり、クリープ現象が生じることとなる。そして、このクリープ現象によって外輪の外周の逃げ面がいずれの位置まで移動しても、荷重負荷域が常に移動するので、結局、クリープ現象はおさまらない。つまり、回転荷重が転がり軸受に負荷される場合のように、転がり軸受の荷重負荷域が常に移動する場合、特許文献１の図１のように、転がり軸受の外輪の外周に１箇所の逃げ面を設けたのでは、クリープ現象を抑制することができないことが分かった。

この発明が解決しようとする課題は、転がり軸受に負荷されるラジアル荷重の方向が変動する場合においても効果的にクリープ現象を抑制することが可能な軸受装置を提供することである。

上記の課題を解決するため、この発明では、以下の構成の軸受装置を提供する。
軸と、
前記軸の外周を取り囲むハウジングと、
前記軸と前記ハウジングとの間でラジアル荷重を支持する転がり軸受と、を備え、
前記転がり軸受が、前記軸と前記ハウジングのうちのいずれか一方である相手部材とすきまばめされる軌道輪を有し、
前記軌道輪と前記相手部材は、互いに嵌まり合う円筒状のはめあい面を有する軸受装置において、
前記軌道輪と前記相手部材のうちの一方の部材には、その部材が有する前記はめあい面を周方向に分断するようにそのはめあい面の軸方向全幅にわたって延びる逃げ面が周方向に間隔をおいて２つ以上形成されていることを特徴とする軸受装置。

このようにすると、軌道輪とその軌道輪がすきまばめされる相手部材とのうちの一方の部材に、２つ以上の逃げ面が周方向に間隔をおいて形成されているので、回転荷重が転がり軸受に負荷される場合のように、転がり軸受に負荷されるラジアル荷重の方向が変動する場合においても、軌道輪の波形の変形が進行波として相手部材に伝わりにくく、効果的にクリープ現象を抑制することが可能である。

前記逃げ面は、前記軌道輪に形成することができる。すなわち、前記軌道輪に、前記軌道輪が有する前記はめあい面を周方向に分断するようにそのはめあい面の軸方向全幅にわたって延びる逃げ面を周方向に間隔をおいて２つ以上形成することができる。

さらに、前記相手部材は、前記ハウジングであり、前記軌道輪は、外輪である構成を採用することができる。すなわち、前記転がり軸受が、前記ハウジングとすきまばめされる外輪を有し、前記外輪と前記ハウジングは、互いに嵌まり合う円筒状のはめあい面を有し、前記外輪には、外輪が有する前記はめあい面を周方向に分断するようにそのはめあい面の軸方向全幅にわたって延びる逃げ面が周方向に間隔をおいて２つ以上形成されている構成を採用することができる。

前記逃げ面は、前記外輪の外周に周方向に等間隔に３つ以上６つ以下の範囲で設けると好ましい。

前記逃げ面を、前記外輪の外周に周方向に等間隔に３つ以上設けると、転がり軸受に負荷されるラジアル荷重の方向が変動し、荷重負荷域が常に移動する場合にも、常にその荷重負荷域にいずれかの逃げ面が入る状態を保つことができ、効果的にクリープ現象を抑制することが可能となる。また、前記外輪の外周に周方向に等間隔に設ける逃げ面を６つ以下とすることにより、１つあたりの逃げ面の周方向長さを確保することができるので、外輪の波形の変形が進行波としてハウジングに伝わるのを効果的に遮断することが可能となる。

前記逃げ面は、平面状のものや凹円弧状のものを採用することも可能であるが、前記外輪が有する前記はめあい面の径方向位置よりも径方向内側を通るように形成された凸円弧状の曲面を採用すると好ましい。

このようにすると、外輪の外周に形成する逃げ面として平面状のものを採用したり、凹円弧状のものを採用したりした場合よりも、逃げ面を形成することによる外輪の径方向の肉厚の減少を抑えることができ、ラジアル荷重が負荷されたときの外輪のたわみを抑えることが可能となる。

逃げ面の周方向の両端は、前記外輪が有する前記はめあい面と滑らかに接続している構成を採用すると好ましい。

このようにすると、外輪の逃げ面がはめあい面と滑らかに接続しているので、外輪の逃げ面とはめあい面の接続部が、ハウジングのはめあい面を攻撃することで過大な面圧が生じるのを防止することができる。

前記逃げ面は、前記転がり軸受に最大ラジアル荷重が負荷された場合にも、前記逃げ面と前記ハウジングが有する前記はめあい面とが接触せずに両者の間に径方向隙間が確保されるように形成すると好ましい。

このようにすると、転がり軸受に負荷されるラジアル荷重が大きいときにも、確実にクリープ現象を抑制することが可能となる。

この発明の軸受装置は、軌道輪とその軌道輪がすきまばめされる相手部材とのうちの一方の部材に、２つ以上の逃げ面が周方向に間隔をおいて形成されているので、回転荷重が転がり軸受に負荷される場合のように、転がり軸受に負荷されるラジアル荷重の方向が変動する場合においても、軌道輪の波形の変形が進行波としてハウジングに伝わりにくく、効果的にクリープ現象を抑制することが可能である。

この発明の実施形態にかかる軸受装置を示す部分断面図 図１のII－II線に沿った断面図 図１に示す軸受装置から取り出した外輪を示す部分断面図 図３の逃げ面の近傍の拡大図 図１に示す転がり軸受に鉛直上向きのラジアル荷重が負荷された状態を示す図 転がり軸受に負荷されるラジアル荷重の向きが図５に示す向きから回転した状態を示す図 この発明の他の実施形態にかかる軸受装置を示す断面図

図１、図２に、この発明の実施形態にかかる軸受装置を示す。この軸受装置は、軸１と、軸１の外周を取り囲むハウジング２と、軸１とハウジング２との間でラジアル荷重を支持する転がり軸受３とを有する。

軸１は、図示しない回転駆動源（自動車のエンジン等）から回転が入力される回転軸である。一方、ハウジング２は、非回転の固定部材である。ハウジング２には、円筒状のハウジング穴４が形成され、そのハウジング穴４に転がり軸受３が組み込まれている。

転がり軸受３は、軸１の外周に嵌合する内輪（内側の軌道輪）５と、内輪５の径方向外側に同軸に配置される外輪（外側の軌道輪）６と、内輪５と外輪６の間に周方向に間隔をおいて組み込まれる複数の転動体７と、その複数の転動体７の周方向間隔を保持する保持器８とを有する。転動体７は玉である。

図２に示すように、内輪５の外周には、転動体７が転がり接触する内輪軌道溝９と、内輪軌道溝９の軸方向の両側に位置する内輪肩部１０とが形成されている。外輪６の内周にも、転動体７が転がり接触する外輪軌道溝１１と、外輪軌道溝１１の軸方向の両側に位置する外輪肩部１２とが形成されている。内輪軌道溝９と外輪軌道溝１１は、いずれも断面円弧状の溝である。

内輪５は、軸１の外周にしまりばめされている。すなわち、内輪５は、内輪５の内周に形成された円筒状のはめあい面１３を有し、軸１は、軸１の外周に形成された円筒状のはめあい面１４を有し、内輪５のはめあい面１３と軸１のはめあい面１４とが、締め代をもって嵌まり合っている。ここで、軸１の外周に内輪５を取り付ける前の状態において、内輪５の内周のはめあい面１３の内径は、軸１の外周のはめあい面１４の外径よりも小さい。

外輪６は、ハウジング２のハウジング穴４にすきまばめされている。すなわち、ハウジング２は、ハウジング穴４の内周に形成された円筒状のはめあい面１５を有し、外輪６は、外輪６の外周に形成された円筒状のはめあい面１６を有し、ハウジング２のはめあい面１５と外輪６のはめあい面１６とが、隙間（環状の微小隙間）をもって嵌まり合っている。ここで、ハウジング穴４に外輪６をはめ込む前の状態において、外輪６の外周のはめあい面１６の外径は、ハウジング穴４の内周のはめあい面１５の内径よりも小さい。

図３に示すように、外輪６の外周には、はめあい面１６を周方向に分断するように、はめあい面１６の軸方向全幅にわたって延びる逃げ面１７が周方向に間隔をおいて２つ以上（図では１２０°間隔で３つ）形成されている。逃げ面１７は、外輪６の外周に周方向に等間隔に３つ以上６つ以下の範囲で設けると好ましい。

図２に示すように、外輪６の逃げ面１７とハウジング２のはめあい面１５との間には、径方向隙間１８が形成されている。径方向隙間１８は、薄い三日月状を呈している。径方向隙間１８の径方向寸法は、径方向隙間１８の周方向中央から周方向両端に向かって次第に小さくなっており、径方向隙間１８の周方向中央の径方向寸法は、外輪６のはめあい面１６とハウジング２のはめあい面１５との間に設定される隙間（環状の微小隙間）の径方向寸法よりも大きい。径方向隙間１８は、その内部に部材が存在しない空間である。

図４に示すように、逃げ面１７は、外輪６のはめあい面１６の径方向位置（図の二点鎖線の位置）よりも径方向内側を通るように形成された凸円弧状の曲面である。逃げ面１７の周方向の両端は、はめあい面１６と滑らかに接続している。すなわち、逃げ面１７の周方向の両端部分は、逃げ面１７の周方向の中央部分よりも大きい曲率をもつ曲線（例えば、円弧曲線、対数曲線など）の輪郭をもつ形状とされ、逃げ面１７とはめあい面１６の境界にエッジが生じないように、逃げ面１７の周方向の両端部分が滑らかにはめあい面１６に接続している。

外輪６のはめあい面１６の径方向位置（図の二点鎖線の位置）に対する逃げ面１７の径方向深さδは、転がり軸受３に最大ラジアル荷重が負荷された場合にも、逃げ面１７とハウジング２のはめあい面１５とが接触せずに、逃げ面１７とはめあい面１５の間に径方向隙間１８（図２参照）が確保される大きさに形成されている。最大ラジアル荷重は、例えば、基本静ラジアル定格荷重である。基本静ラジアル定格荷重は、転動体７が玉の場合、転がり軸受３に静ラジアル荷重を負荷したときに最大荷重を受ける転動体７と外輪軌道溝１１との接触部の中央における接触応力が４．２ＧＰａとなるような静ラジアル荷重である。

図３に示すように、逃げ面１７の周方向長さは、外輪６の中心まわりの角度αで規定することができる。この逃げ面１７の周方向長さに対応する角度αは、図１に示すように、隣り合う転動体７の配置間隔に対応する転動体７のピッチ角度をθとしたときに、転動体７のピッチ角度θの０．５倍以上の大きさに設定すると好ましい。これにより、外輪６の波形の変形が進行波としてハウジング２に伝わるのを効果的に遮断することが可能となる。また、逃げ面１７の周方向長さに対応する角度αは、転動体７のピッチ角度θの２．０倍以下（好ましくは１．０倍以下）に設定すると好ましい。これにより、ラジアル荷重が負荷されたときの外輪６のたわみを抑えることができる。

この軸受装置は、外輪６に、２つ以上の逃げ面１７が周方向に間隔をおいて形成されているので、回転荷重が転がり軸受３に負荷される場合のように、転がり軸受３に負荷されるラジアル荷重の方向が変動する場合においても、外輪６の波形の変形が進行波としてハウジング２に伝わりにくく、効果的にクリープ現象を抑制することが可能である。

すなわち、図５に示すように、軸１から内輪５にラジアル荷重Ｆが負荷されると、ラジアル荷重Ｆが負荷される方向に荷重負荷域Ｗが生じる。この荷重負荷域Ｗでは、軸１から内輪５に負荷されるラジアル荷重Ｆが、転動体７（図１参照）を介して外輪６に伝達し、外輪６が波形に変形する。そして、図５および図６に示すように、軸１から内輪５に負荷されるラジアル荷重Ｆの方向が回転する場合、ラジアル荷重Ｆが負荷される方向に生じる荷重負荷域Ｗも、ラジアル荷重Ｆの回転に応じて周方向に移動する。ここで、この実施形態の軸受装置においては、外輪６に２つ以上の逃げ面１７が周方向に間隔をおいて形成されているので、荷重負荷域Ｗがいずれの位置に移動しても、その荷重負荷域Ｗが逃げ面１７の位置に重なった状態となりやすく、外輪６の波形の変形が進行波としてハウジング２に伝わりにくくなっている。そのため、効果的にクリープ現象を抑制することが可能である。

逃げ面１７は、外輪６の外周に周方向に等間隔に３つ以上設けると好ましい。このようにすると、転がり軸受３に負荷されるラジアル荷重Ｆの方向が変動し、荷重負荷域Ｗが常に移動する場合にも、常にその荷重負荷域Ｗにいずれかの逃げ面１７が入る状態を保つことができ、効果的にクリープ現象を抑制することが可能となる。３つ以上の逃げ面１７を外輪６の外周に不等配に設けることも可能である。この場合、いずれの方向にラジアル荷重Ｆが負荷されても、そのラジアル荷重Ｆによる荷重負荷域Ｗに、少なくとも１つの逃げ面１７が入るように逃げ面１７を配置するとよい。

また、外輪６の外周に周方向に等間隔に設ける逃げ面１７は６つ以下とすると好ましい。このようにすると、１つあたりの逃げ面１７の周方向長さを確保することができるので、外輪６の波形の変形が進行波としてハウジング２に伝わるのを効果的に遮断することが可能となる。

この軸受装置は、図４に示すように、外輪６が有するはめあい面１６の径方向位置よりも径方向内側を通るように形成された凸円弧状の曲面を採用しているので、外輪６の外周に形成する逃げ面１７として平面状のものを採用したり、凹円弧状のものを採用したりした場合よりも、逃げ面１７を形成することによる外輪６の径方向の肉厚の減少を抑えることができる。そのため、ラジアル荷重Ｆが負荷されたときの外輪６のたわみを抑えることが可能となっている。

また、この軸受装置は、図４に示すように、逃げ面１７の周方向の両端がはめあい面１６と滑らかに接続しているので、外輪６の逃げ面１７とはめあい面１６の接続部が、ハウジング２のはめあい面１５を攻撃することで過大な面圧が生じるのを防止することが可能である。

また、この軸受装置は、転がり軸受３に最大ラジアル荷重が負荷された場合にも、逃げ面１７とはめあい面１５とが接触せずに両者の間に径方向隙間１８が確保されるように逃げ面１７を形成しているので、転がり軸受３に負荷されるラジアル荷重Ｆが大きいときにも、確実にクリープ現象を抑制することが可能である。

上記実施形態では、すきまばめの関係で互いに嵌まり合う外輪６とハウジング２のうち、外輪６に逃げ面１７を形成したが、外輪６にかえてハウジング２に逃げ面１７を形成してもよい。すなわち、ハウジング２に、ハウジング２のはめあい面１５を周方向に分断するようにそのはめあい面１５の軸方向全幅にわたって延びる逃げ面１７を周方向に間隔をおいて２つ以上形成するようにした構成を採用してもよい。

また、上記実施形態では、外輪６とハウジング２がすきまばめの関係で嵌まり合う転がり軸受３を例に挙げて説明したが、この発明は、内輪５と軸１がすきまばめの関係で嵌まり合う転がり軸受３にも適用することができる。この場合、すきまばめの関係で互いに嵌まり合う内輪５と軸１のうちの一方の部材に逃げ面１７を形成する。

具体的には、図７に示すように、内輪５に、内輪５のはめあい面１３を周方向に分断するようにそのはめあい面１３の軸方向全幅にわたって延びる逃げ面１７を周方向に間隔をおいて２つ以上（図では３つ）形成するようにした構成を採用することができる。このようにすると、回転荷重が転がり軸受３に負荷される場合のように、転がり軸受３に負荷されるラジアル荷重Ｆの方向が変動する場合においても、内輪５の波形の変形が進行波として軸１に伝わりにくく、効果的にクリープ現象を抑制することが可能である。また、軸１に、軸１のはめあい面１４を周方向に分断するようにそのはめあい面１４の軸方向全幅にわたって延びる逃げ面１７を周方向に間隔をおいて２つ以上形成した構成を採用することもできる。

今回開示された実施の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と考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 軸
２ ハウジング
３ 転がり軸受
５ 内輪（軌道輪）
６ 外輪（軌道輪）
１３，１４，１５，１６ はめあい面
１７ 逃げ面
１８ 径方向隙間

Claims (7)

1. 軸（１）と、
   前記軸（１）の外周を取り囲むハウジング（２）と、
   前記軸（１）と前記ハウジング（２）との間でラジアル荷重を支持する転がり軸受（３）と、を備え、
   前記転がり軸受（３）が、前記軸（１）と前記ハウジング（２）のうちのいずれか一方である相手部材とすきまばめされる軌道輪を有し、
   前記軌道輪と前記相手部材は、互いに嵌まり合う円筒状のはめあい面を有する軸受装置において、
   前記軌道輪と前記相手部材のうちの一方の部材には、その部材が有する前記はめあい面を周方向に分断するようにそのはめあい面の軸方向全幅にわたって延びる逃げ面（１７）が周方向に間隔をおいて２つ以上形成されていることを特徴とする軸受装置。
2. 前記逃げ面（１７）は、前記軌道輪に形成されている請求項１に記載の軸受装置。
3. 前記相手部材は、前記ハウジング（２）であり、
   前記軌道輪は、外輪（６）である請求項２に記載の軸受装置。
4. 前記逃げ面（１７）は、前記外輪（６）の外周に周方向に等間隔に３つ以上６つ以下の範囲で設けられている請求項３に記載の軸受装置。
5. 前記逃げ面（１７）は、前記外輪（６）が有する前記はめあい面（１６）の径方向位置よりも径方向内側を通るように形成された凸円弧状の曲面である請求項３または４に記載の軸受装置。
6. 前記逃げ面（１７）の周方向の両端が、前記外輪（６）が有する前記はめあい面（１６）と滑らかに接続している請求項３から５のいずれかに記載の軸受装置。
7. 前記逃げ面（１７）は、前記転がり軸受（３）に最大ラジアル荷重が負荷された場合にも、前記逃げ面（１７）と前記ハウジング（２）が有する前記はめあい面（１５）とが接触せずに両者の間に径方向隙間（１８）が確保されるように形成されている請求項３から６のいずれかに記載の軸受装置。

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