JP2023055546A - 円すいころ軸受及びハブユニット軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】動トルクが小さい円すいころ軸受及びハブユニット軸受を提供する。【解決手段】大径側円環部８は、円すいころ５の大径側端面５ａと軸方向に対向し、ポケット１０を構成するポケット面８ａを有する。ポケット面８ａには、潤滑油を蓄える油溝１１が設けられる。油溝１１は、その周方向両端部１１ａ，１１ａから周方向中心部１１ｂに向かうにしたがって保持器２の径方向外側に延出する弧形状である。油溝１１は、ポケット面８ａの径方向内側面８ｂに貫通し、ポケット面の径方向外側面８ｃには貫通しない。【選択図】図７

Description

本発明は、円すいころ軸受及びハブユニット軸受に関する。

従来より、各種機械装置の回転部材を支持するため、円すいころ軸受が用いられている。例えば、特許文献１には、図６及び図７に示すような、円すいころ軸受１００が開示されている。図６は、円すいころ軸受１００の断面図であり、図７は、保持器１０２の斜視図である。

円すいころ軸受１００は、円すい状の外輪軌道面１０３ａを内周面に有する外輪１０３と、外輪軌道面１０３ａと対向する円すい状の内輪軌道面１０４ａを外周面に有する内輪１０４と、外輪軌道面１０３ａと内輪軌道面１０４ａとの間の環状空間に配設される複数の円すいころ１０５と、円すいころ１０５を周方向に沿って所定間隔で保持する保持器１０２と、を備えている。また、内輪１０４の内輪軌道面１０４ａの大径側には大鍔部１０４ｂが形成されており、内輪軌道面１０４ａの小径側には小鍔部１０４ｃが形成されている。

保持器１０２は、小径側円環部１０７と、この小径側円環部１０７に対して軸方向に離間して配置された大径側円環部１０８と、両円環部１０７，１０８を軸方向に接続する複数の柱部１０９と有している。保持器１０２は、全体として円すい台形状を呈しており、互いに隣接する柱部１０９間に周方向に沿って複数のポケット１１０が等間隔に形成されている。円すいころ１０５は、このポケット１１０内に回転自在に保持される。

このような円すいころ軸受１００では、円すいころ１０５と内輪１０４とを一体化して所謂コーンの状態とするため、柱部１０９の径方向内側部で円すいころ１０５の転走面と接触している。保持器１０２は、円すいころ１０５の転走面との接触により、図６の矢印Ａの方向に押される。

矢印Ａの力のラジアル成分は、保持器１０２の一周でキャンセルされるが、アキシャル成分は保持器１０２の一周で同じ方向であるので、保持器１０２は小径側（図６中の右側）に移動する。そして、保持器１０２の大径側円環部１０８が、円すいころ１０５の頭部である大径側端面１０５ａに押し付けられることで、円すいころ１０５の自転にブレーキが掛けられ、円すいころ軸受１００の動トルクが増大する。

この問題に関し、特許文献１の円すいころ軸受１００においては、保持器１０２の大径側円環部１０８の軸方向内端面１０８ａに、円周方向に沿った台形状の油溝１１１が形成されている。この油溝１１１に収容された潤滑油が、円すいころ１０５の大径側端面１０５ａに供給される。

特開２０１５－１８３８０４号公報

ところで、円すいころは通常、適切な大きさに切断された線材をヘッダで打つことにより形成される。その際、ダイスの中に隙間無く材料を充填するため、ダイスとパンチを型閉めした後、パンチ側からピンが突出して材料を押し込む。したがって、形成された円すいころの大径側端面の中央には凹部が形成される。

図８には、大径側端面１０５ａに凹部１０５ｂが形成された円すいころ１０５が、保持器２のポケット１１０に配置された状態が示されている。なお、図８には、円すいころ１０５のピッチ円直径ＰＣＤが図示されている。円すいころ１０５の大径側端面１０５ａは球面形状であるため、大径側端面１０５ａの凹部１０５ｂのすぐ外側が、保持器１０２の大径側円環部１０８の軸方向内端面１０８ａに当接する。したがって、円すいころ１０５が公転方向に傾いていない場合は、大径側端面１０５ａのうち図８に示した凹部１０５ｂ近傍が、保持器１０２の大径側円環部１０８に当接する。この場合、凹部１０５ｂ近傍が油溝１１１に接触していないため、大径側端面１０５ａの潤滑に油溝１１１は関与しない。

また、円すいころ１０５は、不可避な製造上の誤差により、円すいころ１０５の軸線に対する若干の傾きが生じる。すなわち、円すいころ１０５を自転させるためには、円すいころ１０５とポケット１１０との間に隙間が不可欠であり、隙間をゼロとすることはできない。また、円すいころ１０５とポケット１１０のそれぞれには、所定の寸法に対して製造条件のばらつきを考慮して寸法公差が設定されているが、寸法公差内の最小隙間側でも両者が接触しないようにする必要がある。しかし反対に、寸法公差内で最大隙間側に両者の寸法が偏った場合に、円すいころ１０５がポケット１１０内で傾く、すなわち公転方向（周方向）に傾く。

図８には、円すいころ５が公転方向に傾いた場合の、大径側端面１０５ａと大径側円環部１０８の軸方向内端面１０８ａとの当接部分の軌跡を示す当接軌跡Ｂ，Ｃが、破線で示されている。円すいころ１０５の傾きが小さい場合は当接軌跡Ｂのようになり、傾きが大きい場合は当接軌跡Ｃのようになる。このように円すいころ１０５が傾いた場合、大径側端面１０５ａと軸方向内端面１０８ａとの接触圧力が上昇する。そして、油溝１１１と軌跡Ｂ，Ｃとが交差する箇所で、油溝１１１は大径側端面１０５ａのグリースを掻き取るように作用する。例えば、矢印Ｄ方向に円すいころ５が自転する場合、油溝１１１と当接軌跡Ｃとが交差する箇所Ｅ、Ｆで、大径側端面１０５ａのグリースが掻き取られる。

また、図９に示すように、大径側円環部１０８の軸方向内端面１０８ａに油溝１１１が形成されない場合は、軸方向内端面１０８ａと大径側端面１０５ａとの接触領域は、符号Ｓで示されたような楕円形状となる。しかしながら、図８の例では、軸方向内端面１０８ａと大径側端面１０５ａとの接触領域は、符号Ｓ１及びＳ２で示されたように、油溝１１１によって径方向外側及び径方向内側に分割され、接触面圧が上昇してしまう。これにより、軸方向内端面１０８ａ及び大径側端面１０５ａに形成される不可避な凹凸の影響も大きくなり、軸方向内端面１０８ａと大径側端面１０５ａとの間の摩擦抵抗が増加し、円すいころ軸受１００の動トルクが大きくなる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、動トルクが小さい円すいころ軸受及びハブユニット軸受を提供することを目的とする。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） 内周面に外輪軌道面を有する外輪と、
外周面に内輪軌道面を有する内輪と、
前記外輪軌道面と前記内輪軌道面との間に転動可能に設けられる複数の円すいころと、
前記複数の円すいころを周方向に略等間隔に保持する保持器と、
を備える円すいころ軸受であって
前記保持器は、
大径側円環部と、
前記大径側円環部と同軸に配置される小径側円環部と、
前記大径側円環部と前記小径側円環部とを軸方向に連結し、周方向に略等間隔に設けられる複数の柱部と、
周方向に互いに隣り合う前記柱部の間で、前記大径側円環部及び前記小径側円環部に囲まれて形成され、前記複数の円すいころを転動可能に保持する複数のポケットと、
を有し、
前記大径側円環部は、前記円すいころの大径側端面と軸方向に対向し、前記ポケットを構成するポケット面を有し、
前記ポケット面には、潤滑油を蓄える油溝が設けられ、
前記油溝は、その周方向両端部から周方向中心部に向かうにしたがって前記保持器の径方向外側に延出する弧形状であり、
前記油溝は、前記ポケット面の径方向内側面に貫通し、前記ポケット面の径方向外側面には貫通しない、
ことを特徴とする円すいころ軸受。
（２） 前記油溝は、互いに同心円状に複数個設けられる、
ことを特徴とする（１）に記載の円すいころ軸受。
（３） （１）又は（２）に記載の円すいころ軸受を組み込んだことを特徴とするハブユニット軸受。

本発明によれば、動トルクが小さい円すいころ軸受及びハブユニット軸受を提供できる。

図１は、第一実施形態の円すいころ軸受の断面図である。 図２は、保持器の斜視図である。 図３には、円すいころが保持器のポケットの中央に配置された状態を示す図である。 図４は、ポケットに配置された円すいころの、軸受回転中の状態を示す図である。 図５は、第二実施形態に係る保持器のポケットの断面図である。 図６は、円すいころ軸受の断面図である。 図７は、保持器の斜視図である。 図８には、円すいころが保持器のポケットに配置された状態が示されている。 図９は、保持器に油溝が形成されない場合の、保持器と円すいころとの接触領域を示す図である。

以下、本発明に係る円すいころ軸受の各実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。

［第一実施形態］
図１は、第一実施形態の円すいころ軸受１の断面図であり、図２は、保持器２の斜視図である。

本実施形態の円すいころ軸受１は、図１に示すように、内周面に外輪軌道面３ａを有する外輪３と、外周面に内輪軌道面４ａを有する内輪４と、外輪軌道面３ａと内輪軌道面４ａとの間に転動可能に設けられる複数の円すいころ５と、複数の円すいころ５を周方向に略等間隔に保持する保持器２と、を備える。

内輪４は、内輪４の大径側端部に設けられる大鍔部４ｂと、内輪４の小径側端部に設けられる小鍔部４ｃと、を有する。内輪４の外周面は、略円すい状に形成されている。

円すいころ５は、円すいころ５の大径側端部に設けられる大径側端面５ａと、円すいころ５の小径側端部に設けられる小径側端面５ｂと、円すいころ５の周面に設けられる転動面５ｃと、を有する。また、大径側端面５ａは、凸球面状に形成されており、その中心部に円形状の凹部５ｄが形成されている。上記凸球面の中心は、円すいころ５の自転軸上に位置している。

図２に示すように、保持器２は、大径側円環部８と、大径側円環部８と同軸配置される小径側円環部７と、大径側円環部８と小径側円環部７とを軸方向に連結し、周方向に略等間隔に設けられる複数の柱部９と、周方向に互いに隣り合う柱部９の間で、大径側円環部８及び小径側円環部７により囲まれて形成され、円すいころ５を転動可能に保持するポケット１０と、を有する。

図３には、大径側端面５ａに凹部５ｄが形成された円すいころ５が、保持器２のポケット１０の中央に配置された状態が示されている。なお、図３には、円すいころ５のピッチ円直径ＰＣＤが図示されている。

図１～図３に示すように、保持器２の大径側円環部８は、円すいころ５の大径側端面５ａと軸方向に対向し、ポケット１０を構成するポケット面８ａを有する。ポケット面８ａには、円すいころ５の大径側端面５ａの凹部５ｄよりも径方向外側の位置に、潤滑油を蓄える油溝１１が形成されている。油溝１１は、有底溝であり、それぞれのポケット１０において、大径側円環部８の周方向に沿った弧形状に形成されている。すなわち、油溝１１は、その周方向両端部１１ａ，１１ａから周方向中心部１１ｂに向かうにしたがって保持器の径方向外側に延出する弧形状である。

なお、本例の油溝１１は、ポケット面８ａを周方向に二等分する仮想平面Ｐに対して面対称とされている。したがって、油溝１１の周方向中心部１１ｂは、仮想平面Ｐ上に配置され、油溝１１のうち最も径方向外側に位置する。

油溝１１は、ポケット面８ａの径方向内側面８ｂに貫通し、ポケット面８ａの径方向外側面８ｃには貫通しない。すなわち、油溝１１の周方向両端部１１ａ，１１ａはポケット面８ａの径方向内側面８ｂに開口するが、最も径方向外側に位置する周方向中心部１１ｂはポケット面８ａの径方向外側面８ｃに開口しない。このような構成を採用することで、保持器２の回転時の遠心力によって油溝１１に潤滑油が充填され、且つ、油溝１１に充填された潤滑油が遠心力によって油溝１１から離脱することが防止される。

図４は、ポケット１０に配置された円すいころ５の、軸受回転中の状態を示す図である。ここで、図３，４には、円すいころ５の大径側端面５ａと大径側円環部８のポケット面８ａとの当接部分の軌跡を示す当接軌跡Ｔが、破線で示されている。図４に示すように、軸受回転時には円すいころ５は公転方向の柱部９を押しているので、ポケット１０の周方向中心（仮想平面Ｐ）からポケット隙間の半分だけ周方向片側にずれた位置に配置される。すなわち、図３の状態では、油溝１１はその全体が当接軌跡Ｔの内側に配置されていたのに対し、図４の状態では、油溝１１の周方向両端部１１ａ，１１ａのうち一方（図４中の左側の周方向端部１１ａ）が当接軌跡Ｔの周方向外側に配置され、油溝１１と当接軌跡Ｔとが重なるようになる。そして、油溝１１が弧形状であるので、当該当接軌跡Ｔと油溝１１との交差角は、図８に示した従来例に比べて非常に小さくなる。

したがって、油溝１１による円すいころ５の大径側端面５ａのグリースの掻き取り作用を小さくできると共に、円すいころ５の大径側端面５ａと大径側円環部８のポケット面８ａとの不可避な凹凸の影響を小さくすることができるため、摩擦抵抗が減少し、円すいころ軸受１の動トルクを小さくできる。

［第二実施形態］
図５は、第二実施形態に係る保持器２のポケット１０の断面図である。図５に示すように、本実施形態の保持器２においては、大径側円環部８のポケット面８ａに、互いに同心円状に複数の油溝１１が設けられる。それぞれの油溝１１は、弧形状であり、第一実施形態の油溝１１と同様の構成であるので、図面に符号を付すことでその説明を省略する。

本実施形態によれば、仮に柱部９や円すいころ５の大径側端面５ａに摩耗が発生して、ポケット１０の周方向中央（仮想平面Ｐ）からの円錐ころ５の周方向ずれ量が変化した場合や、円すいころ５の大径側端面５ａと大径側円環部８のポケット面８ａとの当接位置が変化して当接軌跡Ｔ（図３，４参照）の直径が変化した場合や、円すいころ５の軸線の傾きが変わって当接軌跡Ｔが変化した場合であっても、上記のように複数の油溝１１が同心円状に設けられることで油溝１１の効果を持続することができる。

特に、変動する大きなモーメント荷重が負荷されるハブユニット軸受においては、円すいころ５の大径側端面５ａと内輪４の大鍔部４ｂ（図１参照）との接触面圧が高く、円すいころ５の大径側端面５ａの摩耗が生じやすい。また、円すいころ５の軸線の傾きも変わりやすい（スキューしやすい）ので、保持器２の柱部９の摩耗も生じやすく、円すいころ５の周方向ずれ量が大きくなる傾向にある。したがって、本実施形態のように複数の油溝１１を同心円状に設けた保持器２を有する円すいころ軸受１を、ハブユニット軸受に組み込むことは、好適であると言える。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。

例えば、油溝１１は、全てのポケット１０に対して設けられてもよいし、一部のポケット１０に対して設けられてもよい。

１ 円すいころ軸受
２ 保持器
３ 外輪
３ａ 外輪軌道面
４ 内輪
４ａ 内輪軌道面
４ｂ 大鍔部
４ｃ 小鍔部
５ 円すいころ
５ａ 大径側端面
５ｂ 小径側端面
５ｃ 転動面
５ｄ 凹部
７ 小径側円環部
８ 大径側円環部
８ａ ポケット面
８ｂ 径方向内側面
８ｃ 径方向外側面
９ 柱部
１０ ポケット
１１ 油溝
１１ａ 周方向両端部
１１ｂ 周方向中心部

Claims (3)

1. 内周面に外輪軌道面を有する外輪と、
   外周面に内輪軌道面を有する内輪と、
   前記外輪軌道面と前記内輪軌道面との間に転動可能に設けられる複数の円すいころと、
   前記複数の円すいころを周方向に略等間隔に保持する保持器と、
   を備える円すいころ軸受であって
   前記保持器は、
   大径側円環部と、
   前記大径側円環部と同軸に配置される小径側円環部と、
   前記大径側円環部と前記小径側円環部とを軸方向に連結し、周方向に略等間隔に設けられる複数の柱部と、
   周方向に互いに隣り合う前記柱部の間で、前記大径側円環部及び前記小径側円環部に囲まれて形成され、前記複数の円すいころを転動可能に保持する複数のポケットと、
   を有し、
   前記大径側円環部は、前記円すいころの大径側端面と軸方向に対向し、前記ポケットを構成するポケット面を有し、
   前記ポケット面には、潤滑油を蓄える油溝が設けられ、
   前記油溝は、その周方向両端部から周方向中心部に向かうにしたがって前記保持器の径方向外側に延出する弧形状であり、
   前記油溝は、前記ポケット面の径方向内側面に貫通し、前記ポケット面の径方向外側面には貫通しない、
   ことを特徴とする円すいころ軸受。
2. 前記油溝は、互いに同心円状に複数個設けられる、
   ことを特徴とする請求項１に記載の円すいころ軸受。
3. 請求項１又は２に記載の円すいころ軸受を組み込んだことを特徴とするハブユニット軸受。

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