JP4433842B2 - 円錐ころ軸受 - Google Patents

Description

本発明は、円錐ころ軸受に関する。

従来、円錐ころ軸受としては、特開平７−１４４５４８号公報（特許文献１）に記載されたものがある。

この円錐ころ軸受は、内輪と、外輪と、内輪と外輪との間に配置された複数の円錐ころと、断面コ字状の第１のシールド板と、断面コ字状の第２のシールド板とを備える。

上記第１のシールド板の外周縁部は、上記外輪の大径部側の内周面に固定されると共に、上記第１のシールド板の内周側の縁は、上記内輪の小径側の外周面に近接させられる一方、上記第２のシールド板の内周縁部は、上記内輪の大径部側の外周面に固定されると共に、上記第２のシールド板の外周側の縁は、上記外輪小径部側の端面に近接させられている。

上記円錐ころ軸受は、第１のシールド板を用いることによって、上記第１のシールド板の内周面の縁と上記内輪の小径側の外周面との間にのみ潤滑剤の流路を設けて、この潤滑剤の流路以外の箇所から潤滑剤が軸受内部に侵入するのを防いで、円錐ころ軸受に供給される潤滑剤の量が増大する高速運転時において必要以上の潤滑剤が軸受内部に侵入することを防止して、潤滑剤の攪拌抵抗を小さくしている。

また、上記円錐ころ軸受は、第２のシールド板を用いることによって、上記第２のシールド板の外周側の縁と上記外輪の小径側の端面との間にのみ潤滑剤の流路を設けて、この潤滑剤の流路以外の箇所から潤滑剤が軸受外部に流出するのを防いで、一度軸受内部に侵入した潤滑剤が軸受外に流出しにくいようにして、低速運転時に潤滑剤が不足して、焼き付きが発生するのを防止している。

しかしながら、上記従来の円錐ころ軸受では、軸受における潤滑剤の流れの下流の端部に、第２のシールド板を配置し、軸受内部に浸入した潤滑剤を流出させないようにして、潤滑剤を軸受内部に溜め込むようにしたので、軸受内部の潤滑剤の量が増大して、潤滑剤の攪拌抵抗が大きくなり、軸受の回転トルクが大きくなって、この軸受を備える自動車等の燃費が増大するという問題がある。
特開平７−１４４５４８号公報

そこで、本発明の課題は、回転トルクを小さくできる円錐ころ軸受を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の円錐ころ軸受は、
内周に円錐状の軌道面を有する外輪と、
外周に円錐状の軌道面を有する内輪と、
上記外輪の軌道面と上記内輪の軌道面との間に保持器によって保持された状態で複数配置される円錐ころとを備え、
上記円錐ころの小径端側に位置すると共に、上記外輪と上記内輪との間に形成される円環状開口における上記保持器より上記内輪側の開口面積をＳｉとし、かつ、上記円環状開口における上記保持器より上記外輪側の開口面積をＳｏとしたとき、
０.１≦Ｓｉ／Ｓｏ≦０.６
であることを特徴としている。

上記Ｓｉ／Ｓｏの値と、円錐ころ軸受の回転トルクとの関係を示す実験は、上記Ｓｉ／Ｓｏの値が、０.６より大きい場合、上記Ｓｉ／Ｓｏの値が、１から０.６に下がるに従って、回転トルクは僅かに減少するが減少の度合いは小さく、際立った回転トルクの低減効果がみられないことを示している。一方、上記Ｓｉ／Ｓｏの値が、０.６以下の場合、上記Ｓｉ／Ｓｏの値が、０.６から下がるに従って、回転トルクが急激に低下し、回転トルクを格段に低減できることを示している。また、円錐ころ軸受の観察は、上記Ｓｉ／Ｓｏの値が、０.１より小さい値になると、円錐ころ軸受に焼付が発生することを示している。

上記発明によれば、上記Ｓｉと上記Ｓｏの値を、Ｓｉ／Ｓｏ≦０.６に設定しているので、回転トルクを大幅に低減することができる。したがって、この軸受を備える自動車等の燃費を大幅に低減できる。特に、比較的高粘度の潤滑油が大量に供給される自動車のデファレンシャルギヤのピニオン軸支持に用いるとその効果は大きい。

上記回転トルクの低減は、上記円環状開口における上記保持器より上記外輪側の開口面積Ｓｏに比べて、上記円環状開口における上記保持器より上記内輪側の開口面積Ｓｉを小さく設定することによって、内輪と保持器の間から軸受内に浸入する潤滑剤の量を小さくすることができるため、軸受内に留まりがちで攪拌抵抗を増大させる内輪と保持器の間の潤滑剤の量を、小さくすることができるからであると思われる。一方、上記保持器と外輪の間の潤滑剤は、大きな遠心力を受けるため軸受外に流出し易く、保持器と外輪の間の潤滑剤の量は、攪拌抵抗を増大に対し影響が小さいからであると推測される。

また、上記発明によれば、上記Ｓｉと上記Ｓｏの値を、０.１≦Ｓｉ／Ｓｏに設定しているので、円錐ころ軸受に焼付がおこることがない。

また、一実施形態の円錐ころ軸受は、
上記内輪と上記外輪の間、または、上記円錐ころの大径端付近に潤滑剤流出促進手段を設け、
上記潤滑剤流出促進手段は、
上記円錐ころの個数を、ｚとし、上記円錐ころの大径側と小径側の中間の径をＤＷとし、上記円錐ころのピッチ径をｄｍとしたとき、
ｚ≦０.８５／（ＤＷ／（π・ｄｍ））を満たすような数に限定されたｚ個の上記円錐ころを、その円錐ころの大径側を潤滑剤の流出側に向けて、上記外輪と上記内輪との間に配置する構成を含む。

上記実施形態によれば、上記内輪と上記外輪の間、または、上記円錐ころの大径端付近に潤滑剤流出促進手段が設けられているので、上記流出促進手段によって、軸受の内部に浸入した潤滑剤を速やかに軸受の外部に流出させることができる。したがって、軸受内に潤滑剤が留まることがなくて、潤滑剤がスムーズに流出するので、潤滑剤の攪拌抵抗を小さくすることができる。更に、円錐ころと軌道輪の接触面に介在する余分な潤滑油が少ないため、転がり粘性抵抗も小さくできる。よって、円錐ころ軸受の回転トルクを小さくすることができる。したがって、この発明の円錐ころ軸受を備えた自動車等の燃費を低減できる。

本発明の円錐ころ軸受によれば、ＳｉとＳｏの値を、Ｓｉ／Ｓｏ≦０.６に設定しているので、回転トルクを大幅に低減することができて、この軸受を備える自動車等の燃費を大幅に低減できる。また、本発明の円錐ころ軸受によれば、上記Ｓｉと上記Ｓｏの値を、０.１≦Ｓｉ／Ｓｏに設定しているので、円錐ころ軸受に焼付がおこることがない。

以下、本発明を図示の形態により詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１は、この発明の第１実施形態の円錐ころ軸受の軸方向の断面図である。

この円錐ころ軸受は、外輪１と、内輪２と、円錐ころ３とを備えている。

上記外輪１は、内周に円錐状の軌道面１１を有し、内輪２は、外周に円錐状の軌道面１２を有する。また、上記円錐ころ３は、外輪１の軌道面１１と内輪２の軌道面１２との間に、円錐ころ３の大径側を外輪１の小径側に向けた姿勢で保持器５によって保持された状態で、周方向に一定の間隔を隔てて略等間隔に複数配置されている。

この円錐ころ軸受は、運転中、外輪１と内輪２の間の円錐ころの小径側の円環状開口から他方の円環状開口まで潤滑剤を流動させて、焼付を防止するようになっている。

この円錐ころ軸受は、上記円錐ころの小径側（潤滑剤流入側）の円環状開口における保持器５より内輪２側の開口面積をＳｉとすると共に、上記円環状開口における保持器５より外輪１側の開口面積をＳｏとしたとき、Ｓｉ／Ｓｏが、
Ｓｉ／Ｓｏ＝０.３
に設定されている。

すなわち、図１に示すように、上記潤滑剤流入側の円環状開口における外輪１から円錐ころ軸受の中心軸Ｐまでの距離をｒ１、上記潤滑剤流入側の円環状開口における保持器５の上端から中心軸Ｐまでの距離をｒ２、上記潤滑剤流入側の円環状開口における保持器５の下端から中心軸Ｐまでの距離をｒ３、上記潤滑剤流入側の円環状開口における内輪２から中心軸Ｐまでの距離をｒ４とするとき、
（（ｒ３）^２−（ｒ４）^２）／（（ｒ１）^２−（ｒ２）^２）＝０.３
に設定されている。

図２は、上記Ｓｉ／Ｓｏ値とトルク比との関係を示す図である。

詳細には、図２は、上記Ｓｉ／Ｓｏを様々な値に変化させた複数のＪＩＳ３０３０６相当品の円錐ころ軸受を、一つずつ軸受試験装置に設置した後、擬似的な予圧として４ｋＮのアキシャル荷重を与えると共に、潤滑剤としてアメリカ自動車技術協会規定のＳＡＥ粘度分類で８５Ｗ−９０のギヤ潤滑剤を用い、各円錐ころ軸受において、３００ｒｐｍの回転速度で内外輪の一方を回転させて、内外輪の他方に作用する回転トルク値を測定したときの、上記Ｓｉ／Ｓｏ値とトルク比との関係を示す図である。図２において、縦軸は、上記Ｓｉ／Ｓｏが１のときの回転トルクを１としたときの、回転トルクの値を示している。

図２に示すように、Ｓｉ／Ｓｏの値が０.６から１までの範囲では、Ｓｉ／Ｓｏの値が減少するに従ってトルク比も減少しているものの、その減少率、すなわち、図における傾きは小さく、トルクの減少効果が小さくなっている。一方、Ｓｉ／Ｓｏの値が０.６以下の範囲では、Ｓｉ／Ｓｏの値が減少するに従ってトルク比が急激に落ち込み、図における傾きが非常に大きくなっており、トルク比も０.８以下と回転トルクの低減効果が大きくなっている。このことから、Ｓｉ／Ｓｏを０.６以下に設定すれば、回転トルクを格段に低減でき、その円錐ころ軸受を備えた自動車等の燃費を格段に低減できる。

また、上記実験において、軸受の観察を行い、焼付の有無を判定した。

表１は、Ｓｉ／Ｓｏの値と、円錐ころ軸受の焼付の有無との関係を示す表である。

表１に示すように、上記観察において、焼付が観察されたサンプル１,２,３および４は、全てＳｉ／Ｓｏの値が０.１より小さい値になっている一方、上記観察において、焼付が観察されなかったサンプル５,６,７,８,９および１０は、全てＳｉ／Ｓｏの値が０.１以上の値になっている。このことから、Ｓｉ／Ｓｏを０.１以上に設定すれば、軸受の焼付を防止することができる。

上記第１実施形態の円錐ころ軸受によれば、Ｓｉ／Ｓｏの値を、０.３に設定し、Ｓｉ／Ｓｏ≦０.６に設定しているので、内輪２と保持器５の間から軸受内に浸入する潤滑剤の量を小さくすることができて、軸受内に留まりがちで攪拌抵抗を増大させる内輪２と保持器５の間の潤滑剤の量を、小さくすることができる。したがって、回転トルクを大幅に低減することができて、この軸受を備える自動車等の燃費を大幅に低減できる。

また、上記第１実施形態の円錐ころ軸受によれば、Ｓｉ／Ｓｏの値を、０.３に設定し、０.１≦Ｓｉ／Ｓｏに設定しているので、円錐ころ軸受が焼き付くことがない。

尚、上記第１実施形態の円錐ころ軸受では、Ｓｉ／Ｓｏの値を、０.３に設定したが、Ｓｉ／Ｓｏの値を、０.１≦Ｓｉ／Ｓｏ≦０.６を満たすように設定すれば、Ｓｉ／Ｓｏの値を、０.３に設定した場合と同様の作用効果を獲得できる。

（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態の円錐ころ軸受の軸方向の断面図である。

第２実施形態の円錐ころ軸受は、潤滑剤流入側の円環状開口における保持器３７より内輪３２側の開口面積をＳｉとすると共に、潤滑剤流入側の円環状開口における保持器３７より外輪３１側の開口面積をＳｏとしたとき、Ｓｉ／Ｓｏを０.３に設定したことが、第１実施形態と同様である一方、以下に記載するように、潤滑剤流出促進手段を設けたことが、第１実施形態と異なっている。

第２実施形態の円錐ころ軸受では、第１実施形態の円錐ころ軸受と共通の作用効果および変形例については説明を省略することにし、第１実施形態の円錐ころ軸受と異なる作用効果および変形例についてのみ説明を行うことにする。

第２実施形態では、円錐ころ３３の個数は、その個数をｚ、円錐ころ３３の平均径（円錐ころの大径側と小径側の中間の径）をＤＷ、円錐ころ３３のピッチ径をｄｍとしたとき、ｚ≦０.８５／（ＤＷ／（π・ｄｍ））を満たすような数に設定されている。

実験によると、円錐ころの数を０.８５／（ＤＷ／（π・ｄｍ））よりも大きな数にすると、トルクが急激に増大する一方、第２実施形態のように、円錐ころの数を０.８５／（ＤＷ／（π・ｄｍ））以下に抑え、外輪と内輪における潤滑剤の流路を大きくすると、トルクが小さくなることが確認されている。

ｚ≦０.８５／（ＤＷ／（π・ｄｍ））を満たすような数に限定されたｚ個の円錐ころ３を、その円錐ころ３３の大径側を潤滑剤の流出側に向けて、外輪３１と内輪３２との間に配置し、外輪３１と内輪３２の間における円錐ころ３３が占めるスペースを小さくして潤滑剤の流路を広くしたこの配置構成は、潤滑剤流出促進手段の一部分になっている。

また、上記外輪３１の円錐状の軌道面３５の法線が軸中心Ｒとなす角の余角で定義される外輪３１の軌道面と円錐ころ３３との接触角θは、２５°に設定されている。

円錐ころ３３との接触角が２５°で、潤滑剤の流出方向で末広がりになる度合が大きくて、潤滑剤を外部に排出するポンプ機能が大きい外輪３１の軌道面３５は、潤滑剤流出促進手段の一部分となっている。

また、上記保持器３７における円錐ころ３３の大径側の大径環状部３８は、図３に示す軸方向の断面図において、円錐ころ３３の中心軸と略平行に延びている。上記円錐ころ３３の大径端付近の上記大径環状部３８は、潤滑剤の流れに略平行な形状に形づくられており、潤滑剤の流れを整流できるようになっている。上記保持器３７の大径環状部３８は、潤滑剤流出促進手段の一部分となっている。

図１において、矢印Ａ,Ｂ,Ｃ,ＤおよびＥは、潤滑剤の流れの方向を示している。潤滑剤が軸受の高速運転中に矢印Ａの方向から軸受内部に浸入すると、その潤滑剤は、遠心力によって軌道面３５付近に飛ばされ、この軌道面３５に略沿って矢印Ｃ方向に移動して、軸受の潤滑剤流出側の開口から流出する。また、潤滑剤が軸受の低速運転中に矢印Ａの方向から軸受内部に浸入すると、上記のように矢印Ｃ方向に移動して外部に流出する経路以外に、径方向の内部に矢印Ｂ方向に移動してから、円錐ころ３３の軸方向と略平行な矢印Ｄ方向を経由して外部に流出する経路や、ある程度軌道面３５に沿って移動した後、径方向の内部に矢印Ｅ方向に移動してから外部に流出する経路等の経路を、介して外部に流出する。

上記第２実施形態の円錐ころ軸受によれば、円錐ころ３３の個数ｚを、０.８５／（ＤＷ／（π・ｄｍ））以下に抑えて、周方向に隣接する円錐ころ３３の間のスペースを大きくして、潤滑剤の流路を大きくしたので、潤滑剤の流出を促進できる。したがって、軸受内部の潤滑剤の量を低減できて、潤滑剤の量に依存する潤滑剤の攪拌抵抗を小さくできる。

また、上記第２実施形の円錐ころ軸受によれば、外輪３１の軌道面３５と円錐ころ３３との接触角を２５°に設定して、外輪３１が、潤滑剤の流出方向で、末広がりになる度合いを大きくしたので、軸受の運転中に遠心力により外輪３１の軌道面３５に飛ばされた潤滑剤が、軌道面３５に沿って矢印Ｃ方向に移動するときの速度を大きくできて、潤滑剤を効率よく流出させることができる。したがって、潤滑剤の攪拌抵抗が更に小さくできて、軸受自体のトルクの低減の度合いを更に大きくすることができる。

また、上記第２実施形態の円錐ころ軸受によれば、上記保持器３７における潤滑剤の流出方向側の大径環状部３８が、潤滑剤の流れを邪魔しないような潤滑剤の流れに略平行な形状をしているので、この大径環状部３８で潤滑剤の流れを整流できて、潤滑剤を効率よく流出させることができる。

このように、上記第２実施形態の円錐ころ軸受によれば、上記３つ部分から成る潤滑剤流出促進手段によって、軸受内部に浸入した潤滑剤を速やかに軸受の外部に流出させることができるので、軸受内部に潤滑剤が留まることがなくて、潤滑剤の攪拌抵抗を小さくすることができる。したがって、軸受自体のトルクを小さくすることができて、この円錐ころ軸受を備えた機械の運転コストを低減できる。

尚、上記第２実施形態の円錐ころ軸受では、上記外輪３１の軌道面３５を、円錐ころ３３と２５°の接触角で接触するように形成したが、実験によると、外輪の軌道面を、円錐ころと２５°以上の接触角で接触するように設定するとトルクを急激に低減できることが確認されており、外輪の軌道面を、円錐ころと２５°より大きな角度の接触角で接触するように形成しても良い。

本発明の第１実施形態の円錐ころ軸受の軸方向の断面図である。 Ｓｉ／Ｓｏ値とトルク比との関係を示す図である。 本発明の第３実施形態の円錐ころ軸受の軸方向の断面図である。

１,３１ 外輪
２,３２ 内輪
３,３３ 円錐ころ
５,３７ 保持器
１１,１２,３５ 軌道面
３８ 大径環状部
Ｓｉ 潤滑剤流入側の円環状開口における保持器より内輪側の開口面積
Ｓｏ 潤滑剤流入側の円環状開口における保持器より外輪側の開口面積
θ 接触角

Claims (2)

1. 内周に円錐状の軌道面を有する外輪と、
   外周に円錐状の軌道面を有する内輪と、
   上記外輪の軌道面と上記内輪の軌道面との間に保持器によって保持された状態で複数配置される円錐ころとを備え、
   上記円錐ころの小径端側に位置すると共に、上記外輪と上記内輪との間に形成される円環状開口における上記保持器より上記内輪側の開口面積をＳｉとし、かつ、上記円環状開口における上記保持器より上記外輪側の開口面積をＳｏとしたとき、
   ０.１≦Ｓｉ／Ｓｏ≦０.６
   であることを特徴とする円錐ころ軸受。
2. 請求項１に記載の円錐ころ軸受において、
   上記内輪と上記外輪の間、または、上記円錐ころの大径端付近に潤滑剤流出促進手段を設け、
   上記潤滑剤流出促進手段は、
   上記円錐ころの個数を、ｚとし、上記円錐ころの大径側と小径側の中間の径をＤＷとし、上記円錐ころのピッチ径をｄｍとしたとき、
   ｚ≦０.８５／（ＤＷ／（π・ｄｍ））を満たすような数に限定されたｚ個の上記円錐ころを、その円錐ころの大径側を潤滑剤の流出側に向けて、上記外輪と上記内輪との間に配置する構成を含むことを特徴とする円錐ころ軸受。

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