JP4370907B2 - 玉軸受 - Google Patents

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Description

本発明は、たとえば、自動車のトランスミッションやディファレンシャル装置に使用される玉軸受に関する。
自動車のトランスミッション装置やディファレンシャル装置に用いられる玉軸受には、玉軸受内部を密封してグリースを充填し、そのグリースにより玉軸受の軌道面を潤滑するものがある(例えば特許文献1参照)。このようなグリース潤滑による玉軸受では、従前のものと比較して回転トルクの低減を実現していたが、グリースを密封するためのシールによる摩擦抵抗や、玉軸受におけるグリースの攪拌抵抗といった回転トルクを増加させる要因が、なおも存在していた。
また一方、ディファレンシャル装置に用いられる玉軸受には、ディファレンシャル装置内部のギヤ等を潤滑している潤滑油を玉軸受内部に供給し、貫通させることで玉軸受の軌道面を潤滑しているものもある(例えば特許文献2参照)。
特開2003−232346号公報(第4頁) 特開2003−166627号公報(第3頁)
上記従来例の玉軸受(特許文献2に記載の玉軸受)の場合、玉軸受を密封するためのシール部材は必要としないのでシール部材の摺動による摩擦抵抗は無く、軌道面の潤滑はグリースよりも粘性の低いギヤオイル等による潤滑であるので攪拌抵抗も低く抑えられる。
しかしながら、当該玉軸受内部には軌道面を潤滑するのに必要な量以上に過剰に潤滑油が供給される場合があり、このようなときには、玉軸受内部への潤滑油の供給量に対して排出量が追いつかず、潤滑油が玉軸受内部に潤滑油が滞留してしまうことがあった。このため、玉軸受における潤滑油の攪拌抵抗が大きくなり、回転トルクの増加を招く場合があった。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであり、回転トルクの低減を図ることができる玉軸受の提供をその目的とする。
本発明の玉軸受は、内周に外輪軌道面を有する外輪と、外周に内輪軌道面を有する内輪と、それぞれの軌道面の相互間に介在しかつ転動面を有する複数の玉と、前記複数の玉を周方向に所定の間隔で保持する円環状の保持器と、を備え、前記軌道面を潤滑するための潤滑油が前記内外輪により前記玉軸受の両端面に形成される環状開口部の一方から内部に流入し、前記環状開口部の他方から外部に排出される玉軸受において、前記一方の環状開口部側の保持器端部には前記一方側の環状開口部と同心に配置されかつ内外輪との間に環状の隙間を形成するとともに、前記複数の玉との間で環状空間を形成する、軸方向内側に向いた環状の内側面を有している円環状のリング部材が設けられ、前記リング部材外周面と外輪内周面とにより形成される環状の隙間の径方向の幅寸法と、前記リング部材内周面と内輪外周面とにより形成される環状の隙間の径方向の幅寸法と、の和が、前記他方の環状開口部側の保持器端部外周面と外輪内周面とにより形成される環状の隙間の径方向の幅寸法と、前記他方の環状開口部側の保持器端部内周面と内輪外周面とにより形成される環状の隙間の径方向の幅寸法と、の和よりも小さいことを特徴としている。
上記のように構成された玉軸受によれば、前記リング部材外周面と外輪内周面とにより形成される環状の隙間と、前記リング部材内周面と内輪外周面とにより形成される環状の隙間と、が潤滑油を前記玉軸受内部へ流入させるための隙間となっている。また、前記他方の環状開口部側の保持器端部外周面と外輪内周面とにより形成される環状の隙間と、前記他方の環状開口部側の保持器端部内周面と内輪外周面とにより形成される環状の隙間と、が潤滑油を玉軸受外部へ排出する隙間となっている。すなわち、玉軸受外部へ潤滑油が排出される隙間よりも小さくなるように、玉軸受内部へ潤滑油が流入する隙間は、前記リング部材によって狭められている。これにより、玉軸受内部へ流入する潤滑油量を制限するとともに玉軸受内部へ流入する潤滑油量よりも玉軸受内部から排出される潤滑油量を多くできる。従って、玉軸受内部に滞留する潤滑油量が減少し、玉軸受が回転した時の潤滑油の攪拌抵抗を低減することができる。
また、上記玉軸受において、前記リング部材は、前記保持器と一体に成形されていることが好ましい。この場合、保持器にリング部材を取付ける必要が無くなるので、当該玉軸受の組み立てが容易となる。
以上のように、本発明の玉軸受は、玉軸受内部に滞留する潤滑油量を減少させることで、潤滑油の攪拌抵抗を低減し、回転トルクの低減を図ることができる。
次に、本発明の好ましい実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
図1は、本発明である玉軸受の第一の実施形態に係るアンギュラ玉軸受の一部を模式的に示した断面図である。このアンギュラ玉軸受10(以下軸受10ともいう)は、外輪11と、内輪12と、両者の間に転動自在に配置される複数の玉13と、複数の玉13を保持するための円環状の保持器14とから構成されている。
外輪11は、その内周面に横断面円弧状の外輪軌道面11aが形成されている。また、この外輪11の内周面の一方側端部には、外輪軌道面11aの深さ近傍までその内径が増大している大内径部11bが形成されており、他方側端部には、一方側の内径よりも小さくなっている小内径部11cが形成されている。内輪12は、その外周面に横断面円弧状の内輪軌道面12aが形成されている。また、この内輪12の外周面の一方側端部には、内輪軌道面12aの深さ近傍までその外径が減少している小外径部12cが形成されており、他方側端部には、一方側の外径よりも大きくなっている大外径部12bが形成されている。また、小内径部11cと小外径部12cは対向しており、環状の開口部Pを形成している。同様に大内径部11bと大外径部12bとにより、環状の開口部Qを形成している。外輪軌道11aと、内輪軌道12aとの間には、複数個の玉13が、保持器14により保持された状態で、転動自在に介在されている。この複数個の玉13は、内輪軌道12aに対してはR点、外輪溝11aに対してはS点において接触角αで接触している。
保持器14は、円環形状であり、複数個の玉13を保持するための円形のポケット14aが周方向に複数個設けられており、外輪軌道11aと内輪12aで形成される軌道上周方向に複数の玉13を所定の間隔で転動自在に保持している。また、開口部P内に位置している前記保持器14の一方側の端部14bには、開口部Pの開口幅を狭めるように環状のリング部材15が設けられている。このリング部材15の端面の一方には円環状の溝部15aが形成されており、この溝部15aに端部14bが嵌合されて取付けられている。このリング部材15の外周面と小内径部11cとの間には隙間Aが形成され、リング部材15の内周面と小外径部12cとの間には隙間Bが形成されている。保持器14の他方側の端部14cは、開口部Q内に位置しており、この端部14cの外周面と大内径部11bとの間には隙間Cが形成され、端部14cの内周面と大外径部12bとの間には隙間Dが形成されている。
そして、後述するように潤滑油の流入口となるこれら隙間A,Bは、いかなる運転状態のときも軸受10内部に流入する潤滑油量が必要最小限を下回らないようにかつ過剰に流入しないような径方向幅寸法に設定されている。
また、この隙間Aと隙間Bとの径方向幅寸法の和は、端部14bの径方向幅寸法を調整し、隙間A,Bの幅寸法を小さくすることによって、隙間Cと隙間Dとの径方向幅寸法の和よりも小さくなるように設定されている。
このように構成された軸受10を潤滑油に浸漬し、内外輪を相対回転させた場合、この軸受10の回転により、開口部P側から潤滑油が軸受10内部に流入し、開口部Q側へ排出され、軸受10の内部を貫通するような潤滑油の流れを発生させるポンプ作用が働く。つまり前記隙間A,Bは、潤滑油が軸受10内部の内外輪軌道面11a,12aへ流入する隙間となり、隙間C,Dは、潤滑油が軸受10外部へ排出される隙間となっている。
上記のように構成された本実施形態に係る軸受10は、環状開口部Pにおける前記隙間Aと前記隙間Bとの径方向幅寸法の和が環状開口部Qにおける前記隙間Cと前記隙間Dとの径方向幅寸法の和よりも小さくなるように設定されている。すなわち、軸受10外部へ潤滑油が排出される隙間よりも小さくなるように、軸受10内部へ潤滑油が流入する隙間は、前記リング部材15によって狭められている。これにより、軸受10内部へ流入する潤滑油量を制限するとともに軸受10内部へ流入する潤滑油量よりも軸受10内部から排出される潤滑油量を多くできる。従って、軸受10内部に滞留する潤滑油量が減少し、軸受10が回転した時の潤滑油の攪拌抵抗を低減することができる。
また、軸受10が高速回転した場合、ポンプ作用が高まり、軸受10内部に潤滑油を流入しようとする作用が高まる。しかし、当該軸受10内に流入する隙間は、いかなる運転状態のときも軸受10内部に流入する潤滑油量が必要最小限を下回らないようにかつ過剰に流入しないように設定されているので、軸受10のポンプ作用が高まったとしても、軸受10を潤滑するために必要な潤滑油量以上には流入せず、軸受10内部に滞留する潤滑油量を低減できる。以上のように、本実施形態に係る軸受10は、軸受10内部に滞留する潤滑油量を低減し、軸受10が回転した時の潤滑油の攪拌抵抗を低減することができるので、軸受10の回転トルクを低減できる。
図2は、本発明の第二の実施形態に係るアンギュラ玉軸受の一部を模式的に示した断面図である。第一の実施形態では保持器14の端部14bにリング部材15を取付けることで開口部Pにおける潤滑油の流入する隙間を狭めたが、例えば、図2に示すように保持器14の端部14bの径方向の厚みを増やすことで、開口部Pにおける潤滑油の流入する隙間を狭めても良い。このようにすることで、保持器14にリング部材15を取付ける必要が無くなるので、第一の実施形態と比較して軸受10の組み立てが容易となる。
図3は、本発明の第三の実施形態に係るアンギュラ玉軸受の一部を模式的に示した断面図である。第一及び第二の実施形態では、保持器14により開口部Pにおける潤滑油の流入する隙間を狭めたが、本実施形態では、縁部材16を内輪12の小外径部12cに取付けることで、開口部Pを狭め、潤滑油の流入する隙間を狭めているのである。主要な構成については、第一の実施形態と同一であるので説明を省略する。
図3中、本実施形態に係る軸受10の内輪12の小外径部12cには、縁部材16が設けられている。この縁部材16は円環形状でありその内周面を小外径部12cに嵌合することで取付けられている。この縁部材16の外周面と外輪11の小内径部11cとの間には、隙間Eが形成されている。そして、この隙間Eの径方向の幅寸法が、隙間Cと隙間Dとの径方向幅寸法の和よりも小さくなるように縁部材16の外径寸法は設定されている。また、同時にこの隙間Eは、いかなる運転状態のときも軸受10内部に流入する潤滑油量が必要最小限を下回らないようにかつ過剰に流入しないような径方向幅寸法に設定されている。
上記のように構成された本実施形態に係る軸受10は、潤滑油が軸受10内部へ流入する隙間である前記隙間Eの径方向幅寸法の方が、潤滑油が軸受10外部へ排出される隙間である前記隙間Cと前記隙間Dとの径方向幅寸法の和よりも小さくなるように設定されている。すなわち、軸受10外部へ潤滑油が排出される隙間よりも小さくなるように、軸受10内部へ潤滑油が流入する隙間は、前記縁部材16を取付けることにより狭められている。これにより、軸受10内部へ流入する潤滑油量を制限するとともに軸受10内部へ流入する潤滑油量よりも軸受10内部から排出される潤滑油量を多くできる。従って、軸受10内部に滞留する潤滑油量が減少し、軸受10が回転した時の潤滑油の攪拌抵抗を低減することができる。
また、軸受10が高速回転した場合、ポンプ作用が高まり、軸受10内部に潤滑油を流入しようとする作用が高まる。しかし、潤滑油が当該軸受10内に流入する隙間は、いかなる運転状態のときも軸受10内部に流入する潤滑油量が必要最小限を下回らないようにかつ過剰に流入しないように設定されているので、軸受10のポンプ作用が高まったとしても、軸受10を潤滑するために必要な潤滑油量以上には流入せず、軸受10内部に滞留する潤滑油量を低減できる。以上のように、本実施形態に係る軸受10は、軸受10内部に滞留する潤滑油量を低減し、軸受10が回転した時の潤滑油の攪拌抵抗を低減することができるので、軸受10の回転トルクを低減できる。なお、本実施形態では、内輪12に縁部材16を取付けたが、外輪11側に同様な縁部材を取付けても良い。
図4は、本発明の第四の実施形態に係るアンギュラ玉軸受の一部を模式的に示した断面図である。第三の実施形態では、内輪12に縁部材16を取付けることで開口部Pにおける潤滑油の流入する隙間を狭めたが、例えば、図4に示すように外輪11の小内径部11cに開口部Pを狭めるような縁部11dを形成しても良い。このようにすることで、内輪12に縁部材16を取付ける必要が無くなるので、第三の実施形態と比較して軸受10の組み立てが容易となる。
図5は、本発明の玉軸受を用いた第五の実施形態に係る自動車用ディファレンシャル装置のピニオン軸支持用軸受装置の要部構成を示した断面図である。
図5において、参照符号20はディファレンシャルケースを示しており、このディファレンシャルケース20内には、フランジ50に連結される図示しないドライブシャフトにより回転駆動されるピニオン軸30と、ピニオン軸30の先端に設けられたピニオンギヤ31により回転駆動される図示しない差動減速機構とを備えている。
ディファレンシャルケース20には2つの環状壁21,22が設けられており、一方の環状壁21には上記第一の実施形態で示した構成のアンギュラ玉軸受41(以下、軸受41ともいう)が取付けられている。他方の環状壁22には、第一の実施形態で示した構成のアンギュラ玉軸受42(以下、軸受42ともいう)と円筒ころ軸受43(以下、軸受43ともいう)とが、軸受43がピニオンギヤ31側となるように密接して取付けられている。この軸受41,42の構成については、既に第一の実施形態として詳述したので省略する。
前記ピニオン軸30は、前記3つの軸受41,42,43とを備える軸受装置により、ディファレンシャルケース20に対して回転自在に支持されている。また、ディファレンシャルケース20には、前記軸受41,42の相互間に当該軸受の軌道面を潤滑する潤滑油の供給路23が形成されている。この供給路23から供給される潤滑油は、図中矢印のように分流して前記3つの軸受41,42,43に供給され、軸受内部に流入して軌道面を潤滑した後、軸受外部に排出され、ディファレンシャルケース20内に戻されるようになっている。ここで、軸受41,42は、リング部材15を取付けている側の環状開口部を潤滑油が供給される方向に向くように装着されている。
上記のように構成された本実施形態に係るピニオン軸支持用軸受装置では、軸受41,42に上記第一の実施形態に係るアンギュラ玉軸受を用いているので、当該軸受41,42内部に滞留する潤滑油量を低減し、軸受41,42が回転した時の潤滑油の攪拌抵抗を低減することができるので、回転トルクを低減できる。従って、当該ピニオン軸支持用軸受装置の回転トルクも低減でき、ディファレンシャル装置の効率の向上が図れる。
次に、本発明者らが行った、本発明に係る玉軸受の回転トルクを実験的に測定した結果について説明する。本発明の実施例品としては、図1に示した第一の実施形態のアンギュラ玉軸受を用い、比較例品としては、第一の実施形態において保持器14に取付けているリング部材15が取付けられていない状態のアンギュラ玉軸受を用いて試験に供した。
この試験は、例えば軸受試験装置を用い、玉軸受を試験装置に設置した後、開口部P側から潤滑油を供給しながら、内外輪の一方を回転させ、内外輪の他方に作用する回転トルクを測定した。試験条件としては、潤滑油にギヤオイルを用い、10L/minで軸受に供給した。そしてアキシャル方向の負荷は6kN、回転速度は500,1000,2000,3000r/minにてそれぞれのアンギュラ玉軸受の回転トルクを測定した。
図6に上記試験結果を示す。この結果より、従来例品は回転速度の上昇に伴って回転トルクが上昇していることがわかる。一方、実施例品は、全ての回転数において従来例品よりも低いトルク値を示すとともに、回転速度の上昇に伴う回転トルクの顕著な上昇は見られないことが確認できた。従来例品では、回転数の上昇に伴って、アンギュラ玉軸受が有するポンプ作用も高まるので、軸受内部に流入する潤滑油量が回転数の上昇に伴って増加する。このため、軸受内部に滞留する潤滑油量も増加し、回転トルクも回転数の上昇に伴って上昇しているのである。
実施例品では、高速回転してポンプ作用が高まった場合にも、当該軸受内に流入する潤滑油量が必要最小限を下回らないようにかつ過剰に流入しないように狭められているので、回転トルクは当該軸受の回転数に依存しないのである。
このように、本発明の実施例品では、全ての回転数において安定して従来例品よりも低い回転トルクであることが上記試験結果より明らかになった。
以上説明したように、本発明の玉軸受によれば、玉軸受内部の潤滑油量を制限することで、回転トルクを低減することができる。尚、本発明の玉軸受は、上記各実施形態に限定されるものではなく、玉軸受の構成や保持器の形状、内外輪に設けられる縁部材の形状等は、本発明の趣旨に基づいて適宜変更することができる。
本発明の第一の実施形態に係るアンギュラ玉軸受の一部を模式的に示した断面図である。 本発明の第二の実施形態に係るアンギュラ玉軸受の一部を模式的に示した断面図である。 本発明の第三の実施形態に係るアンギュラ玉軸受の一部を模式的に示した断面図である。 本発明の第四の実施形態に係るアンギュラ玉軸受の一部を模式的に示した断面図である。 本発明の玉軸受を用いた第五の実施形態に係る自動車用ディファレンシャル装置のピニオン軸支持用軸受装置の要部構成を示した断面図である。 本発明に係る玉軸受の回転トルクを実験的に測定した試験結果である。
符号の説明
10 アンギュラ玉軸受
11 外輪
11a 外輪軌道面
11b 大内径部(外輪内周面)
11c 小内径部(外輪内周面)
12 内輪
12a 内輪軌道面
12b 大外径部(内輪外周面)
12c 小外径部(内輪外周面)
13 玉
14 保持器
14b,14c 端部
15 リング部材
16 縁部材
A,B,C,D,E 隙間
P,Q 開口部(環状開口部)

Claims (2)

  1. 内周に外輪軌道面を有する外輪と、外周に内輪軌道面を有する内輪と、それぞれの軌道面の相互間に介在しかつ転動面を有する複数の玉と、前記複数の玉を周方向に所定の間隔で保持する円環状の保持器と、を備え、前記軌道面を潤滑するための潤滑油が前記内外輪により前記玉軸受の両端面に形成される環状開口部の一方から内部に流入し、前記環状開口部の他方から外部に排出される玉軸受において、
    前記一方の環状開口部側の保持器端部には前記一方側の環状開口部と同心に配置されかつ内外輪との間に環状の隙間を形成するとともに、前記複数の玉との間で環状空間を形成する、軸方向内側に向いた環状の内側面を有している円環状のリング部材が設けられ、
    前記リング部材外周面と外輪内周面とにより形成される環状の隙間の径方向の幅寸法と、前記リング部材内周面と内輪外周面とにより形成される環状の隙間の径方向の幅寸法と、の和が、
    前記他方の環状開口部側の保持器端部外周面と外輪内周面とにより形成される環状の隙間の径方向の幅寸法と、前記他方の環状開口部側の保持器端部内周面と内輪外周面とにより形成される環状の隙間の径方向の幅寸法と、の和よりも小さいことを特徴とする玉軸受。
  2. 前記リング部材は、前記保持器と一体に成形されている請求項1記載の玉軸受。
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