JP4370516B2 - 転がり軸受装置およびこれを備える動力伝達装置 - Google Patents

Description

本発明は、転がり軸受装置およびこれを備える動力伝達装置に関する。

転がり軸受装置として、ころ軸受等の軸受が知られている。ころ軸受のころには、中心部に弾性部材を充填したものがある（例えば、特許文献１および２参照）。
特開昭４７−１５５３８号公報 実開昭６０−１３９９１８号公報

通例、転がり軸受装置は、回転体を支持しており、回転体の回転により振動を受ける。また、転がり軸受装置の転動体の回転運動に起因して、転がり軸受装置自体に振動（自励振動）が生じることもある。そこで、本発明は、振動を抑制することのできる転がり軸受装置およびこれを備える動力伝達装置を提供することを目的とする。

本願発明者は、まず、転がり軸受装置としての軸受の外輪の外周または内輪の内周に、弾性体からなる制振材を巻きつけて振動を抑制することを試みた。しかしながら、この場合、軸受は、弾性体を介して軸受箱に支持されたり回転体を支持することとなり、軸受とこれら各部材との間の支持剛性を向上するのに好ましくない。
さらに、軸受が受ける振動は単一の種類に限らず、軸受が支持する軸の運転条件（回転数、負荷等）が変動すること等に起因して、複数種類の振動を受けることがある。したがって、単に軸受に制振材を設けるのみでは、振動を抑制するのに不十分である。

そこで、本発明は、中空部を有する転動体と、転動体の中空部に収容された複数の制振体とを備え、上記複数の制振体の固有振動数が互いに異なり、上記転動体はころを含み、上記複数の制振体は、転動体の中空部に充填される粘性流体を含む第１の制振体と、上記第１の制振体を中空部内に密封するシール部材からなる第２の制振体とを含むことを特徴とする転がり軸受装置を提供する。
本発明によれば、転がり軸受装置が外部から受ける振動や、転動体の運動に起因する自励振動を、制振体によって抑制することができる。しかも、各制振体の固有振動数を互いに異らせているので、制振周波数（制振可能な振動の周波数）の範囲をより広くすることができ、制振性能を格段に向上させることができる。また、軸受とこれに連結される例えばハウジングや軸等の部材との間に制振体を介在させておく必要が無く、例えば、この装置が支持する軸の支持剛性が低下することがない。また、金属等と比較して密度の低い軽量な粘性流体を用いることができ、装置の軽量化を達成することができる。

また、本発明は、入力軸および出力軸と、入力軸および出力軸にそれぞれ一体回転可能に連結されるプーリと、これらのプーリ間に掛け渡された無端状の伝動体と、入力軸および出力軸の少なくとも一方を回転自在に支持する上記の転がり軸受装置とを備えることを特徴とする動力伝達装置を提供するものである。本発明によれば、振動が少なく且つ堅固に支持された動力伝達装置を実現することができる。

本発明の好ましい実施の形態を添付図面を参照しつつ説明する。
図１は本発明の一実施の形態の転がり軸受装置を備える動力伝達装置としての無段変速機の概略断面図である。
図１を参照して、本無段変速機Ａは、入力軸１と出力軸２にそれぞれ可変径プーリ３，４を配設し、これら可変径プーリ３，４間に、無端状の伝動体（伝導体、伝達体ともいう）としての金属製のベルト５を掛け渡してある。本実施の形態は、無段変速機を自動車のトランスミッションに適用した例であり、入力軸１は、例えば自動車のエンジンのクランク軸であり、出力軸２は例えば前輪の車軸である。入力軸１および出力軸２はトランスミッションのハウジング１００によりそれぞれ一対の軸受１０１，１０２を介して回転自在に支持されている。

入力軸１側の可変径プーリ３は、入力軸１に例えば一体に形成され入力軸１に対する軸方向移動が規制された第１のシーブ６と、入力軸１に一体回転可能で且つ軸方向に移動可能に係合された第２のシーブ７と、第２のシーブ７を第１のシーブ６側へ駆動するための油圧力を発生させる油室８とを備える。
第１および第２のシーブ６，７は、相対向する伝動面９，１０をそれぞれ有し、伝動面９，１０間にベルト５が挟持されている。伝動面９，１０は、互いに逆向きに傾斜するテーパ状をなし、互いの間に、いわゆるＶ形溝を区画している。ベルト５は、対応するシーブ６，７の伝動面９，１０にそれぞれ係合する伝動面５ａ，５ｂを有している。

第２のシーブ７は、上記伝動面１０を形成する環状の主体部１１を備える。この主体部１１の内周と入力軸１の外周との間はシール部材１２により封止されている。主体部１１の外周から第１のシーブ６と反対側へ筒状部１３が延設されている。筒状部１３は第２のシーブ７の主体部１１と単一の部材で一体に形成されている。
筒状部１３と入力軸１との間には環状の隔壁部材１４が介在している。隔壁部材１４は環状板１５と環状板１５の内周に形成されたボス１６を備える。環状板１５の外周は筒状部１３の内周１３ａに液密的に嵌合し、ボス１６は入力軸１の外周に液密的に嵌合している。

また、第２のシーブ７の筒状部１３は環状の連結部材１７を介して入力軸１と一体回転可能に連結されている。具体的には、連結部材１７は、入力軸１の外周にスプライン嵌合された環状板１８と、環状板１８の外周から延設され筒状部１３の外周１３ｂにスプライン嵌合された環状フランジ１９とを備える。
隔壁部材１４のボス１６は、連結部材１７の環状板１８を介して対応する軸受１０２の内輪によって受けられ、これにより、隔壁部材１４は入力軸１の軸方向に位置決めされている。

油室８は、第２のシーブ７の筒状部１３の内周１３ａと入力軸１の外周との間に形成される環状の室を、第２のシーブ７の伝動面１０の背面１０ａとこれに対向する隔壁部材１４の環状板１５の壁面１５ａとによって軸方向に仕切ることにより形成されている。
入力軸１に形成される油路２０を通して油室８内に油が供給されることにより、第２のシーブ７が第１のシーブ６側へ移動し、ベルト５に関する可変径プーリ３の有効径が小さくなるようになっている。

一方、出力軸２側の可変径プーリ４は、入力軸１側の可変径プーリ３とほぼ同様の構成をしている。具体的には、可変径プーリ４は、出力軸２に例えば一体に形成され出力軸２に対する軸方向移動が規制された第１のシーブ２１と、出力軸２に一体回転可能で且つ軸方向に移動可能に係合された第２のシーブ２２と、第２のシーブ２２を第１のシーブ２１側へ駆動するための油圧力を発生させる油室２３とを備える。

第１および第２のシーブ２１，２２は、相対向する伝動面２４，２５をそれぞれ有し、伝動面２４，２５間にベルト５が挟持されている。伝動面２４，２５は、互いに逆向きに傾斜するテーパ状をなし、互いの間に、いわゆるＶ形溝を区画している。
第２のシーブ２２は、上記伝動面２５を形成する環状の主体部２６を備える。この主体部２６の内周と出力軸２の外周との間はシール部材２７により封止されている。主体部２６の外周から第１のシーブ２１と反対側へ筒状部２８が延設されている。筒状部２８は第２のシーブ２２の主体部２６と単一の部材で一体に形成されている。

筒状部２８と出力軸２との間には環状の隔壁部材２９が介在している。隔壁部材２９は環状板３０と環状板３０の内周に形成されたボス３１を備える。環状板３０の外周は筒状部２８の内周２８ａに液密的に嵌合し、ボス３１は出力軸２の外周に液密的に嵌合している。
また、第２のシーブ２２の筒状部２８は環状の連結部材３２を介して出力軸２と一体回転可能に連結されている。具体的には、連結部材３２は、出力軸２の外周にスプライン嵌合された環状板３３と、環状板３３の外周から延設され筒状部２８の外周２８ｂにスプライン嵌合された環状フランジ３４とを備える。

隔壁部材２９のボス３１は、連結部材３２の環状板３３を介して対応する軸受１０２の内輪によって受けられ、これにより、隔壁部材２９は出力軸２の軸方向に位置決めされている。
油室２３は、第２のシーブ２２の筒状部２８の内周２８ａと出力軸２の外周との間に形成される環状の室を、第２のシーブ２２の伝動面２５の背面２５ａとこれに対向する隔壁部材２９の環状板３０の壁面３０ａとによって軸方向に仕切ることにより形成されている。

出力軸２に形成される油路３５を通して油室２３内に油が供給されることにより、第２のシーブ２２が第１のシーブ２１側へ移動し、ベルト５に関する可変径プーリ４の有効径が小さくなるようになっている。
入力側の可変径プーリ３の油室８内に高圧の油が供給され且つ出力側の可変径プーリ４の油室２３内の油が排出されることで、可変径プーリ３の有効径が拡大すると共に可変径プーリ４の有効径が縮小する。その結果、入力軸１の回転数に対して出力軸２の回転数が相対的に大きくなる。

逆に、出力側の可変径プーリ４の油室２３内に高圧の油が供給され且つ入力側の可変径プーリ３の油室８内の油が排出される場合には、入力軸１の回転数に対して出力軸２の回転数が相対的に小さくなる。
図２は、入力軸１を支持する軸受１０１の要部の拡大断面図である。なお、入力軸１を支持する軸受１０１と出力軸２を支持する軸受１０１とは、同様の構成であるので、入力軸１を支持する軸受１０１についてのみ説明する。

図２を参照して、転がり軸受装置としての上記軸受１０１は、ハウジング１００の保持孔１００ａに嵌め合わされる外輪５０と、入力軸１の外周面に嵌め合わされる内輪５１と、外輪５０と内輪５１との間に介在する複数の転動体５２と、転動体５２を保持する保持器５３とを備えている。
外輪５０の一端部は、ハウジング１００の環状の段部１００ｂに当接して軸方向に位置決めされている。外輪５０の内周面の一対の端部のそれぞれに鍔部５０ａが設けられており、これら鍔部５０ａは、転動体５２を軸方向に挟んで相対向している。内輪５１の一端部は、入力軸１の環状の段部１ａに当接して軸方向に位置決めされている。

転動体５２は、例えば、ＳＵＪ２等の軸受用鋼によって筒状に形成されたころからなり、中空部５４を有している。転動体５２の外周面は、外輪５０の内周面および内輪５１の外周面に転がり接触可能に当接しており、内外輪５０，５１の相対回転に伴いこれらの周面上を転動するようになっている。
本実施の形態の特徴とするところは、転動体５２の中空部５４に、複数の制振体としての第１および第２の制振体５５，５６が収容されており、且つこれら各制振体５５，５６の固有振動数が互いに異なるようにされている点にある。

第１および第２の制振体５５，５６は、それぞれ筒からなり、互いに積層して配置されている。具体的には、転動体５２の中空部５４の内周面に、第１の制振体５５の外周面が嵌め合わされており、第１の制振体５５の内周面に、第２の制振体５６の外周面が嵌め合わされている。これにより、第１の制振体５５は、転動体５２および第２の制振体５６とそれぞれ摩擦係合している。第１および第２の制振体５５，５６の全長はそれぞれ、転動体５２の全長と概ね等しくされている。

第１および第２の制振体５５，５６は、互いに異なる材料により形成されている。第１および第２の制振体５５，５６に用いられる材料としては、鋳鉄、Ｆｅ−Ａｌ合金、Ｍｎ−Ｃｕ合金、Ｃｒ合金、Ｓｉキルド鋼、Ｍｇ−Ｚｒ合金等を例示することができ、また、フッ素樹脂やシリコーン樹脂等の合成樹脂を例示することができる。
以上説明したように、本実施の形態によれば、入力軸１の回転駆動等に伴い軸受１０１が外部（入力軸１やハウジング１００）から受ける振動や、転動体５２および保持器５３の回転運動に起因する軸受１０１の自励振動を、第１および第２の制振体５５，５６によって抑制することができる。

しかも、各制振体５５，５６の固有振動数を互いに異らせているので、制振周波数（制振可能な振動の周波数）の範囲をより広くすることができ、軸受１０１の制振性能を格段に向上させることができる。その結果、入力軸１の回転数が広範囲に亘って変化して複数種類の振動が発生する無段変速機Ａの支持に好適である。
また、軸受１０１とこれに連結されるハウジング１００や入力軸１との間に制振体を介在させておく必要が無く、内輪５１と入力軸１とを直接接触させることができるので、軸受１０１による入力軸１の支持剛性が低下することがない。同様に、外輪５０とハウジング１００とを直接接触させることができるので、ハウジング１００による軸受１０１の支持剛性が低下することがない。

また、第２の制振体５６を筒状に形成して中空部（逃がし部）を設けているので、無段変速機Ａの駆動に伴い軸受１０１の周辺の温度が上昇し、転動体５２および各制振体５５，５６間に熱膨張量の差が生じたときでも、第１および第２の制振体５５，５６が径方向の内側に膨張でき、転動体５２を押圧して余分な負荷を与えてしまうことを防止することができる。

さらに、転動体５２に中空部５４を設けているので、軽量化を達成することができると共に、表面積を増大して冷却効率を増すことができる。また、転動体５２と第１の制振体５５との嵌合面、および第１の制振体５５と第２の制振体５６との嵌合面それぞれが、振動の伝達における境界面となり、振動の伝達をより抑制することができる。また、転動体５２と第１の制振体５５との相対摺動および第１の制振体５５と第２の制振体５６との相対摺動によって、振動の伝達を抑制することができる。

さらに、第１および第２の制振体５５，５６を互いに異なる材料により形成しているので、各制振体５５，５６の固有振動数をより確実に異ならせることができる。しかも、中空部５４に第１および第２の制振体５５，５６を嵌め込む簡易な構成で制振効果を良好に発揮させることができる。このように、振動が少なく且つ軸受１０１を介してハウジング１００に堅固に支持された無段変速機Ａを実現することができる。

なお、第２の制振体５６に代えて、図３に示すように、軸からなる第２の制振体５６Ａを転動体５２に収容しても良い。
図４は、本発明のさらに他の実施の形態の要部の断面図である。なお、以下では、図２に示す実施の形態と異なる点について主に説明し、同様の構成については図に同一の符号を付してその説明を省略する。図４を参照して、本実施の形態では、転動体５２Ａに収容される複数の制振体として、中空部５４に充填される粘性流体を含む第１の制振体５７と、第１の制振体５７を中空部５４内に密封する円板状のシール部材からなる一対の第２の制振体５８とを備えている。

第１の制振体５７に用いられる材料として、潤滑油やグリースを例示することができる。また、第２の制振体５８に用いられる材料として、図２の各制振体５５，５６の材料として例示したものと同様のものを例示することができる。
再び図４を参照して、転動体５２Ａの内周面の一対の端部のそれぞれに、環状溝５９が形成されている。第２の制振体５８は、これらの環状溝５９にそれぞれ嵌め込まれており、転動体５２の一対の端部のそれぞれにおいて中空部５４を封止している。第１の制振体５７は、第２の制振体５８と転動体５２Ａとによって区画された、中空部５４の密閉空間Ｓ内に密封されている。本実施の形態によれば、金属等と比較して密度の低い軽量な粘性流体を用いているので、装置をより軽量化することができる。また、粘性流体は、固体の制振体と比較して固有振動数が大幅に異なるため、固体の制振体と組み合わせることで、より幅広い周波数の振動を抑制することができる。

なお、本実施の形態において、第１の制振体５７に代えて、空気等の気体を用いても良い。この場合、装置をさらに軽量化することができる。また、第１の制振体５７に代えて、図５に示すように、第１の制振体５５Ａを用いても良い。この場合、第１の制振体５５Ａの全長は、転動体５２Ａの全長より短くされており、密閉空間Ｓ内に封入されている。なお、図５に示す実施の形態において、第１の制振体５５Ａの内周側に、軸からなる制振体を設けても良いし、第１の制振体５５Ａに代えて軸からなる制振体を設けても良い。

本発明は、上記の各実施の形態に限定されない。例えば、図２、図３および図５に示す実施の形態のそれぞれにおいて、筒からなる制振体を２つ以上設けてこれらを積層配置しても良い。また、第１および第２の制振体の材料が互いに同じであっても良い。この場合、第１および第２の制振体は、互いの形状が異なっていることにより、異なる固有振動数を有している。

さらに、図４および図５に示す実施の形態において、一対の第２の制振体５８の材料が互いに異なっていても良い。
また、上記各実施の形態において、内輪５１を廃止しても良い。さらに、軸受１０１を入力軸１および出力軸２の何れか一方にのみ取り付けても良い。また、軸受１０１を、無段変速機Ａ以外の他の一般の装置に用いても良い。

さらに、本発明を、ころや玉等の転動体を含む他の転がり軸受装置に適用することができる。なお、転がり軸受装置とは、転がり軸受や直動軸受、ボールねじ等、転動体を備える装置全般を示すものである。

本発明の一実施の形態の転がり軸受装置を備える動力伝達装置としての無段変速機の概略断面図である。 入力軸を支持する軸受の要部の拡大断面図である。 本発明の他の実施の形態の要部の断面図である。 本発明のさらに他の実施の形態の要部の断面図である。 本発明のさらに他の実施の形態の要部の断面図である。

符号の説明

１ 入力軸
２ 出力軸
３ 可変径プーリ（プーリ）
４ 可変径プーリ（プーリ）
５ ベルト（伝動体）
５２，５２Ａ 転動体
５４ 中空部
５５，５５Ａ 第１の制振体
５６，５６Ａ 第２の制振体
５７ 第１の制振体
５８ 第２の制振体
１０１ 軸受（転がり軸受装置）
Ａ 無段変速機（動力伝達装置）

Claims (2)

1. 中空部を有する転動体と、
   転動体の中空部に収容された複数の制振体とを備え、
   上記複数の制振体の固有振動数が互いに異なり、
   上記転動体はころを含み、
   上記複数の制振体は、転動体の中空部に充填される粘性流体を含む第１の制振体と、上記第１の制振体を中空部内に密封するシール部材からなる第２の制振体とを含むことを特徴とする転がり軸受装置。
2. 入力軸および出力軸と、
   入力軸および出力軸にそれぞれ一体回転可能に連結されるプーリと、
   これらのプーリ間に掛け渡された無端状の伝動体と、
   入力軸および出力軸の少なくとも一方を回転自在に支持する請求項１記載の転がり軸受装置とを備えることを特徴とする動力伝達装置。

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