JP4578441B2 - スラストころ軸受 - Google Patents

Description

この発明は、スラストころ軸受に関し、特に、高速回転下において使用されるスラストころ軸受に関するものである。

カーエアコン用コンプレッサやオートマチックトランスミッション、マニュアルトランスミッション及びハイブリッド自動車に使用されるスラストころ軸受は、近年の省燃費化や小型化、高出力化の要求により、高速回転、希薄潤滑環境等、過酷な使用環境下でも使用に耐えうる特性が要求される。過酷な使用環境に耐えうるスラストころ軸受が、特開２００３−８３３３３号公報（特許文献１）や特開２００５−１６４０２３号公報（特許文献２）、特開２００４−３０１１９５号公報（特許文献３）に開示されている。

ここで、特許文献３に開示されているスラストころ軸受に含まれる保持器の製造方法について、簡単に説明すると、まず、ころを保持するポケットを形成するように、パンチ等でポケット抜きを行う。その後、内径側を外側に折り曲げて、内径側フランジ部を形成する。さらに、ポケットの外径側端部よりも内径側で、逆方向に折り曲げることで、ポケットの外径側端部まで延在した外径側フランジ部を形成する。このようにして保持器を製造する。
特開２００３−８３３３３号公報（段落番号００１６〜００２２、図１〜図３） 特開２００５−１６４０２３号公報（段落番号００１９〜００２２、図１、図２） 特開２００４−３０１１９５号公報（段落番号００２１、００２４、図３、図４（ａ）、図４（ｂ））

特許文献１および特許文献２によると、スラストころ軸受は、その端面が曲面であるころと、保持器とを有する。こうすることにより、ころの外周側の端面とポケットの外周側の壁面との摺動抵抗を小さくし、ポケットの外周側の壁面の摩耗を低減している。

また、特許文献３によると、ポケットの外周側の壁面を、回転軸方向に折り曲げた鍔部で構成することにしている。こうすることにより、ポケットの外周側の壁面の面積を広くし、ころの外周側の端面から受ける接触面圧を小さくして、ポケットの外周側の壁面の摩耗を低減している。

しかし、上記した特許文献１〜３に示す保持器のうち、ポケットの外周側の壁面は、鉄板の表面である。鉄板の表面は、粗い面であり、その面粗度が悪い。また、ポケットの外周側の壁面を、パンチによる打ち抜き面としても、その面粗度は悪い。このような面粗度の悪いポケットの外周側の壁面ところの外周側の端面とが当接すると、ドリリング摩耗が発生してしまうことになる。特に、上記した過酷な使用環境においては、その傾向は顕著である。そうすると、ポケットの外周側の壁面が大きく摩耗してしまい、スラストころ軸受の長寿命を図ることができない。

また、ころが小径である場合、上記した製造方法では、ころの端面とポケットの外周側の壁面とを適切に接触させることは困難である。

この発明の目的は、長寿命を実現することができるスラストころ軸受を提供することである。

この発明に係るスラストころ軸受は、複数のころと、複数のころを保持する複数のポケットを有し、外周側の鍔部が回転軸方向に折り曲げられた円板状の保持器とを備え、外周側の鍔部の内周側の面は、ポケットの外周側の壁面を形成しており、ポケットの外周側の壁面は、平らな面であって、しごき加工された面である。

このように構成することにより、ころの転動時において、ころの外周側の端面とポケットの外周側の壁面とが当接するに際し、しごき加工された面ところの外周側の端面とが当接することになる。しごき加工された面は、平滑であり、面粗度が良好であるため、ドリリング摩耗を抑制することができる。また、ポケットの外周側の壁面は、回転軸方向に折り曲げられた外周側の鍔部で形成されており、かつ、平らな面であるため、面積を広くすることができ、ＰＶ値を小さくすることができる。したがって、ポケットの外周側の壁面の摩耗を抑制することができ、スラストころ軸受の長寿命を実現することができる。

好ましくは、ポケットは、略長方形状である。このように構成することにより、針状ころや棒状ころの形状に沿うように、針状ころや棒状ころを保持することができ、上記したころを円滑に転動させることができる。

さらに好ましくは、ポケットの外周側の壁面の径方向内側または径方向外側への倒れ量は、５０μｍ以下であり、さらに好ましくは、２０μｍ以下である。このように構成することにより、ころの外周側の端面と、ポケットの外周側の壁面との回転軸方向における片当たりを防止することができる。したがって、ポケットの外周側の壁面の摩耗を低減することができる。

さらに好ましくは、ポケットの外周側の壁面のうち、周方向の中央におけるしごき量は、保持器の板厚の１０％以下である。しごき加工は、保持器の板厚を削り取るようにして加工される。ここで、しごき量、すなわち、削り取る量が多くなると、板厚が薄くなり、ポケットの外周側の壁面が強度不足となるおそれがある。特に、ポケットの外周側の壁面は、平らな面であるため、周方向の中央部分の板厚が最も薄くなる。そうすると、この部分の強度が不足し、破損するおそれがある。したがって、周方向の中央におけるしごき量を保持器の板厚の１０％以下とすることにより、ポケットの外周側の壁面のうち、周方向の中央部分の板厚を最低限確保することができ、強度を維持することができる。

さらに好ましくは、ころの外周側の端面は、平らな面である。こうすることにより、ころの外周側の端面と、ポケットの外周側の壁面とが接触する際に、平らな面同士で接触することになり、広い面積で接触することができる。したがって、ＰＶ値を小さくすることができ、耐摩耗性を向上させることができる。

この発明によれば、ころの転動時において、ころの外周側の端面とポケットの外周側の壁面とが当接するに際し、しごき加工された面ところの外周側の端面とが当接することになる。しごき加工された面は、平滑であり、面粗度が良好であるため、ドリリング摩耗を抑制することができる。また、ポケットの外周側の壁面は、回転軸方向に折り曲げられた外周側の鍔部で形成されており、かつ、平らな面であるため、面積を広くすることができ、ＰＶ値を小さくすることができる。したがって、ポケットの外周側の壁面の摩耗を抑制することができ、スラストころ軸受の長寿命を実現することができる。

以下、この発明の実施の形態を図面を参照して説明する。まず、この発明の一実施形態に係るスラストころ軸受について説明する。図２は、この発明の一実施形態に係るスラストころ軸受を軸方向から見た図である。図３は、図２に示すスラストころ軸受を、図２中の線ＩＩＩ−Ｏ−ＩＩＩで切断した場合の断面図である。図１は、図２において、Ｉで示す部分の拡大図である。図４は、図３においてＩＶで示す部分の拡大図である。

図１〜図４を参照して、スラストころ軸受３１は、複数のころ１１と、複数のころ１１を保持する保持器２１とを備える。ころ１１の端面１２は、Ｆ端面、すなわち、平らな面である。なお、ここでは、ころ１１は、円筒状の針状ころが適用される。

保持器２１は、円板状の部材から構成されており、一対の環状部２３ａ、２３ｂと、ころ１１を保持するためのポケット２２を形成するように、一対の環状部２３ａ、２３ｂを連結する複数の柱部２４とを備える。ポケット２２は、回転軸を中心として、放射状に複数設けられている。各ポケット２２には、ころ１１の脱落を防止するためのころ止め部２５が設けられている。ポケット２２には、ころ１１の移動を許容する遊びが設けられている。ころ１１は、ポケット２２内において、許容範囲内で回転軸方向、径方向、周方向に動くことができ、ころ１１の動くことができる遊隙量は、ころ止め部２５等によって定められる。

複数の柱部２４の径方向の中央部は、回転軸方向に折り返すようにして折り曲げられている。また、保持器２１の外周側および内周側の鍔部２６ａ、２６ｂについても、回転軸方向に折り返すようにして折り曲げられている。鍔部２６ａ、２６ｂおよび柱部２４の断面は、略Ｗ字状である（図３参照）。ポケット２２の外周側の壁面２７ａには、回転軸方向に折り曲げられた外周側の鍔部２６ａが位置している。すなわち、回転軸方向に折り曲げられた外周側の鍔部２６ａは、ポケット２２の外周側の壁面２７ａを形成している。

ここで、ポケット２２の外周側の壁面２７ａは、平らな面であって、しごき加工された面である。ポケット２２の外周側の壁面２７ａは、ころ１１の転動軸心に直交する平面であることが好ましい。こうすることにより、後述するように、ころ１１の外周側の端面１２と当接する際に、適切に当接することができる。

しごき加工は、たとえば、しごき腕を有する雄型のしごき冶具と、しごき溝を有する雌型のしごき冶具とを用い、雌型のしごき冶具上に保持器２１をセットし、垂直な方向に雄型のしごき冶具を押し進めて、回転軸方向に折り曲げられた鍔部２６ａの板厚を削り取るようにして行われる。しごき加工された面であるポケット２２の外周側の壁面２７ａは、パンチ等による打ち抜き面や保持器２１の表面よりも、平滑であり、面粗度は良好である。なお、ポケット２２の内周側の壁面２７ｂについては、しごき加工を行っていない。

ころ１１の転動時において、ころ１１は遠心力等により、外周側に移動する。そうすると、ころ１１の外周側の端面１２と、ポケット２２の外周側の壁面２７ａとが当接することになる。

図５は、ころ１１の外周側の端面１２と、ポケット２２の外周側の壁面２７ａとが当接した状態を示す図であり、図１に対応する。また、図６は、この場合のスラストころ軸受３１の拡大断面図であり、図４に対応する。図５および図６を参照して、ころ１１の外周側の端面１２は、ポケット２２の外周側の壁面２７ａと当接する。

ポケット２２の外周側の壁面２７ａは、しごき加工された面であるため、面粗度が良好である。そうすると、ころ１１の外周側の端面１２が当接しても、ポケット２２の外周側の壁面２７ａのドリリング摩耗を抑制することができる。また、回転軸方向に折り曲げた鍔部２６ａをポケット２２の外周側の壁面２７ａとしているため、保持器２１を構成する板厚以上の面積を確保することができる。この場合、ポケット２２の外周側の壁面２７ａは平らな面であり、ころ１１の外周側の端面１２もＦ端面であるため、広い面積で接触させることができる。そうすると、接触面圧を低くすることができるため、接触面圧Ｐとすべり速度Ｖとを乗じた値であるＰＶ値を下げることができる。

したがって、ポケット２２は、ころ１１を長期間安定して保持することができ、このような保持器２１を含むスラストころ軸受３１は、長寿命を実現することができる。

なお、回転軸方向におけるころ１１の遊隙量の長さは、しごき加工された面の回転軸方向の長さよりも短い方がよい。上記したように、ポケット２２には遊びが設けられているが、こうすることにより、ころ１１の転動時において、ころ１１が回転軸方向において、遊隙量の範囲内で動いた場合であっても、ころ１１の外周側の端面１２と、ポケット２２の外周側の壁面２７ａを形成するしごき面とを、確実に当接させることができる。

ここで、上記した保持器２１の製造方法について説明する。図７（Ａ）〜図７（Ｃ）は、保持器２１の製造方法のうち、代表的な工程を示すフローチャートである。

図７（Ａ）〜（Ｃ）を参照して、まず、保持器２１の構成材料である鉄板から、保持器２１の形状をパンチ等によって打ち抜く（図７（Ａ））。次に、保持器２１の外周側の鍔部２６ａ、内周側の鍔部２６ｂ、柱部２４の中央部を、それぞれプレス等によって回転軸方向に折り返すようにして折り曲げる（図７（Ｂ））。その後、折り曲げられた外周側の鍔部２６ａが、ポケット２２の外周側の壁面２７ａとなるよう、しごきながら、ポケット抜きを行う（図７（Ｃ））。このようにして、保持器２１に含まれる各ポケット２２を形成し、保持器２１を製造する。

このような製造方法であると、ポケット抜き工程の前に、柱部２４の中央部および鍔部２６ａ、２６ｂを回転軸方向に折り返すように折り曲げているため、ポケットを高精度に形成することができる。特に、ころ１１が小径である場合でも、ころ端面が接触する為の保持器外周面を確保することが可能になる。

ここで、ポケット２２は、回転軸方向から見た場合に、略長方形状であることが好ましい。このように構成することにより、ポケット２２に保持されるころ１１の形状に沿うことができ、円滑にころ１１を転動させることができる。

また、ポケット２２の外周側の壁面２７ａのうち、周方向の中央におけるしごき量は、保持器２１の板厚の１０％以下であることが好ましい。すなわち、図１において、保持器２１の板厚をＡとし、ポケット２２の外周側の壁面２７ａのうち、周方向の中央におけるしごき量をＢとすると、しごき量Ｂを板厚Ａの１０％以下とする。しごき量が多くなれば、板厚が薄くなる。そうすると、ポケット２２の外周側の壁面２７ａが強度不足となるおそれがある。特に、ポケット２２の外周側の壁面２７ａは、平らな面であるため、ポケット２２の外周側の壁面２７ａのうち、ポケット２２の周方向の中央部分と、周方向の端部、すなわち、ポケット２２の側壁面側の部分では、板厚は異なり、ポケット２２の周方向の中央部分の板厚の方が薄くなる。そうすると、この部分で強度不足となって、ポケット２２の外周側の壁面２７ａが破損するおそれがある。したがって、周方向の中央におけるしごき量Ｂを板厚Ａの１０％以下とすることにより、ポケット２２の外周側の壁面２７ａのうち、ポケット２２の周方向の中央部分の板厚を最低限維持し、強度を確保することができる。

また、ポケット２２の外周側の壁面２７ａの径方向内側または径方向外側への倒れ量は、５０μｍ以下であることが好ましく、さらには、２０μｍ以下とすることが好ましい。ポケット２２の外周側の壁面２７ａが、径方向内側または径方向外側に大きく倒れると、ころ１１の外周側の端面１２と接触する際に、局部的に接触することになる。具体的には、ころ１１の外周側の端面１２のうち、回転軸方向における上側部分または下側部分でのみ、ポケット２２の外周側の壁面２７ａと接触することになる。そうすると、ころ１１の外周側の端面１２と、ポケット２２の外周側の壁面２７ａとが片当たりすることになり、ポケット２２の外周側の壁面２７ａの一部の摩耗が促進してしまう。しかし、上記のように構成することにより、ころ１１の外周側の端面１２と、ポケット２２の外周側の壁面２７ａとの片当たりを防止することができる。したがって、ポケット２２の外周側の壁面２７ａの摩耗を低減することができる。なお、倒れ量とは、図４中、ポケット２２の外周側の壁面２７ａのうち、保持器２２の径方向における点Ｃおよび点Ｄの間の長さをいう。

なお、しごき面の面粗度Ｒａは、２μｍ以下であることが好ましい。面粗度Ｒａがこのような範囲内であれば、ころ１１の外周側の端面１２と、ポケット２２の外周側の壁面２７ａとの摩耗を低減することができる。ここで、面粗度Ｒａは、算術平均粗さをいう。

また、上記の実施の形態においては、ポケットの外周側の壁面についてのみ、しごき加工によって形成される面としたが、これに限らず、ポケットの内周側の壁面についても、しごき加工によって形成される面としてもよい。こうすることにより、ポケットの内周側の壁面と、ころの内周側の端面との接触による摩耗を低減することができ、さらに、長寿命を図ることができる。

なお、上記の実施の形態においては、外周側および内周側の鍔部を折り返すようにして折り曲げることにしたが、これに限らず、折り返すことなく、一方向に折り曲げる構成としてもよい。

また、上記の実施の形態においては、ころの端面を、Ｆ端面としたが、これに限らず、径方向の中央部が転動軸心方向に膨出しており、その断面が単一の曲率で構成されているＡ端面や、曲率の異なる複数の曲面から構成されるＡＲ端面、断面が略Ｒ形状であるＲ端面を有するころについても適用される。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

この発明に係るスラストころ軸受は、耐摩耗性が良好であり、高速回転下において長寿命を実現することができるため、カーエアコン用コンプレッサやオートマチックトランスミッション、マニュアルトランスミッション及びハイブリッド自動車に、有効に利用される。

この発明の一実施形態に係るスラストころ軸受のうち、ポケットの外周側の壁面付近の拡大図である。 この発明の一実施形態に係るスラストころ軸受を軸方向から見た図である。 図２に示すスラストころ軸受を、図２中の線ＩＩＩ−Ｏ−ＩＩＩで切断した場合の断面図である。 図３に示すスラストころ軸受のうち、図３中のＩＶで示す部分の拡大断面図である。 ころの外周側の端面と、ポケットの外周側の壁面とが当接した状態を、軸方向から見た拡大図である。 ころの外周側の端面と、ポケットの外周側の壁面とが当接した状態を示す拡大断面図である。 この発明の一実施形態に係るスラストころ軸受に含まれる保持器の製造工程のうち、代表的な工程を示すフローチャートである。

符号の説明

１１ ころ、１２ 端面、２１ 保持器、２２ ポケット、２３ａ，２３ｂ 環状部、２４ 柱部、２５ ころ止め部、２６ａ，２６ｂ 鍔部、２７ａ，２７ｂ 壁面、３１ スラストころ軸受。

Claims (8)

1. 複数のころと、
   板状の部材を折り曲げて形成されており、複数の前記ころを保持する複数のポケットを有し、回転軸方向に折り曲げて外周側の鍔部を形成する円板状の保持器とを備え、
   前記ポケットの外周側の壁面を構成する、前記外周側の鍔部のうちの内周側に位置する面は、平らな面であって、前記鍔部の板厚が削り取られた面である、スラストころ軸受。
2. 前記ポケットの外周側の壁面を構成する、前記外周側の鍔部のうちの内周側に位置する面は、回転軸方向に折り曲げられた屈曲部から延びている、請求項１に記載のスラストころ軸受。
3. 前記ポケットの外周側の壁面を構成する、前記外周側の鍔部のうちの内周側に位置する面は、しごき加工された面である、請求項１または２に記載のスラストころ軸受。
4. 前記ポケットは、略長方形状である、請求項１〜３のいずれかに記載のスラストころ軸受。
5. 前記ポケットの外周側の壁面の径方向内側または径方向外側への倒れ量は、５０μｍ以下である、請求項１〜４のいずれかに記載のスラストころ軸受。
6. 前記倒れ量は、２０μｍ以下である、請求項５に記載のスラストころ軸受。
7. 前記ポケットの外周側の壁面のうち、周方向の中央におけるしごき量は、前記保持器の板厚の１０％以下である、請求項３〜６のいずれかに記載のスラストころ軸受。
8. 前記ころの外周側の端面は、平らな面である、請求項１〜７のいずれかに記載のスラストころ軸受。

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