JP4592444B2 - 円すいころ軸受 - Google Patents

Description

この発明は、自動車トランスミッションやデファレンシャル等の軸支持部に使用される円すいころ軸受に関する。

自動車トランスミッションやデファレンシャルの軸支持部に使用される円すいころ軸受は、剛性の確保や、ギアとの正常な当りの確保、軸受寿命を確保する目的から、通常は予圧が与えられた状態で使用される。しかしながら、近年では、トランスミッションやデファレンシャルのケースには、軽量化のためアルミ合金が用いられるのが一般的であり、強度面から鋼で製作される軸や軸受に比べて線膨張係数が大きい。そのため、高温となる運転時には、予圧抜け（すきま状態）が発生することが多い。
これに加えて、トランスミッションのＡＴ・ＣＶＴ（自動変速機・無段変速機）化や低燃費化等のために、潤滑油として低粘度の油が使われる傾向にあること、およびトランスミッションの小型化・高出力化により、使用環境が高荷重・高温化する傾向にあることから、予圧抜けの程度とその時の運転環境が過酷になる傾向にある。
その結果、図４（Ａ）に示すように予圧が設定されていても、高温となる運転時には、図４（Ｂ）のように円すい軸受１１がすきま状態で大きな軸傾きが作用する。これにより外輪１３の軌道面１３ａの小径側でころ１４とエッジ当りが発生し、非常に短時間で外輪外輪軌道面１３ａが小径側エッジ部から剥離を生じることがある。

予圧抜けを防止する提案例としては、自動車トランスミッションやデファレンシャルの軸支持部に使用される円すいころ軸受において、軸受を支持するケースの軸受幅面との対向面部にリング溝を設け、このリング溝に鋼製リング部材を嵌合させるものがある（特許文献１）。また、ミスアライメント下でのエッジ面圧を低減させる提案例としては、外輪，内輪，円すいころの各部品表面に浸炭窒化層を形成すると共に、内輪軌道面の両端部にクラウニングを形成するものがある（特許文献２）。
特開２０００−１９２９７８号公報 特開２０００−１６１３４８号公報

しかし、特許文献１に開示の構成では、ケースへのリング溝の加工や鋼製リング部材の付加が必要である。特許文献２に開示の構成では、各部品表面への浸炭窒化層の形成等が必要である。そのため、いずれもコストアップを招くという問題がある。

この発明の目的は、予圧抜けによるすきま状態で軸傾きが発生したときに生じる外輪小径エッジの早期剥離を抑制でき、またこの抑制のために加工や処理が増加せず、コスト増を抑えることができる円すいころ軸受を提供することである。

この発明の円すいころ軸受は、内輪ところのアセンブル部品と、外輪または外輪に相当する部品とを有する円すいころ軸受であって、前記外輪または外輪に相当する部品の軌道面である外輪軌道面を構成する円すい面の頂角が、前記内輪ところのアセンブル部品における、ころ列に外接する円すい面の頂角に対して、２分以上，７分以下の範囲で小さくなっていて、前記外輪軌道面の大径部で前記ころが接触し、前記外輪軌道面の小径部でこの外輪軌道面と前記ころとの間に隙間が生じることを特徴とする。
この構成によると、外輪軌道面の傾斜角度が、内輪・ころアセンブル部品の角度に対してやや小さく設定されている。すなわち、外輪軌道面ところとが、外輪小径側で僅かに隙間が生じるように設定されている。そのため、軸受ハウジング、例えばトランスミッションやデファレンシャルが高温となり、軸受にすきまが生じて軸傾きが発生しても、外輪軌道面の小径側でのころのエッジ当たりが解消される。その結果、予圧抜けに起因して非常に短時間で外輪軌道面の小径側エッジ部が剥離することが防止できる。上記頂角の差が２分未満であると、外輪小径側エッジ部の剥離防止が十分でなく、また７分を超えると、予圧が負荷された条件で大径側エッジ部の剥離が生じる恐れがある。
また、この構成によると、外輪軌道面または内輪・ころアセンブル部品の角度を変えるだけであるため、加工や処理の増加を伴わず、したがってコスト増を招くことことが回避される。

この発明において、内外の軌道面およびころの外周面の少なくとも一つに、クラウニングが施されていても良い。
上記のように外輪軌道面の傾斜角度が、内輪・ころアセンブル部品の角度に対してやや小さく設定されているため、ミスアライメント（軸傾き）が無く、予圧が付与された運転初期の低温・低荷重の状態では、外輪軌道面の大径部でころと接触することになる。この状態は比較的に軽荷重であることから、内外の軌道面、あるいはころの外周面にクラウニングが施されていると、そのクラウニング形状により、過大なエッジ応力の発生が防止される。

この発明の円すいころ軸受は、外輪または外輪に相当する部品の軌道面を構成する円すい面の頂角が、内輪ところのアセンブル部品における、ころ列に外接する円すい面の頂角に対して、２分以上，７分以下の範囲で小さくなっているので、予圧抜けによるすきま状態で軸傾きが発生したときに生じる外輪小径エッジの早期剥離を抑制でき、またその抑制のために加工や処理が増加せず、コスト増を抑えることができる。

この発明の一の実施形態を図１と共に説明する。この実施形態の円すいころ軸受は、自動車トランスミッションやディファレンシャルの軸支持部に使用されるものである。図１（Ａ）に示すように、この円すいころ軸受１は、内輪２と、外輪３と、これら内外輪２，３間に介在した円すいころ４とを有し、内外輪２，３間に軸方向の予圧を付与可能とされている。内輪２は、外径面に円すい面からなる軌道面２ａを有し、外周の大径側および小径側に大鍔２ｂおよび小鍔２ｃをそれぞれ有する。外輪３は、内輪２の軌道面２ａに対向する円すい面からなる軌道面３ａを有する。円すいころ４は、上記両軌道面２ａ，３ａ間に転動自在に複数個が介在している。これらの円すいころ４は、保持器５により円周方向の所定間隔を隔てて保持されている。

外輪３の軌道面３ａを構成する円すい面の頂角αは、内輪２と円すいころ４のアセンブル品におけるころ列に外接する円すい面の頂角βに対して、２分以上，７分以下の範囲で小さく設定されている。換言すれば、外輪軌道面３ａの傾斜角度が、内輪２と円すいころ４のアセンブル品の傾斜角度（すなわち、円すいころ４の転動面におけるアセンブル部品最外径側の母線の傾斜角度）に対して、全角で２分以上，７分以下の範囲で小さく設定されている。

内外輪２，３の軌道面２ａ，３ａおよび円すいころ４の外周面は、図２に拡大するように、いずれもクラウニング形状、つまり軸方向の中央が最も膨らみ、両端に近づくに従って次第に凹む形状とされている。このクラウニング形状は、軸方向の全長に渡って断面が凸曲線となる形状であっても、また軸方向の両端付近のみが断面凸曲線となる形状であっても良い。
これら内外輪２，３の軌道面２ａ，３ａおよび円すいころ４の外周面は、必ずしもクラウニングが施されていなくても良いが、これらの面のうちの少なくとも一つはクラウニングが施されたものとすることが好ましい。

この構成の円すいころ軸受１によると、上記したように外輪３の軌道面３ａを構成する円すい面の頂角αが、内輪２と円すいころ４のアセンブル品におけるころ列に外接する円すい面の頂角βよりも少し小さく設定されている。そのため、運転初期の低温・低荷重の状態、すなわちミスアライメント（軸傾き）が無く、予圧が付与された図１（Ａ）の状態では、外輪軌道面３ａの大径部で円すいころ４と接触することになる。この状態は比較的に軽荷重であることから、内外輪２，３の軌道面２ａ，３ａあるいは円すいころ４の外周面に施されたクラウニングにより、過大なエッジ応力の発生が防止される。

一方、この円すいころ軸受１で軸支持されるトランスミッションやデファレンシャルが高温になると、予圧抜けにより、軸受１にすきまが生じて軸傾きが発生する。この状態では、図１（Ｂ）の状態となり、従来例（図４（Ｂ））の場合のような外輪軌道面３ａの小径側への円すいころ４のエッジ当たりが生じない。その結果、予圧抜けに起因して非常に短時間で外輪軌道面３ａの小径側エッジ部が剥離することを防止できる。
また、この構成では、外輪軌道面３ａまたは内輪・ころアセンブル部品の角度を変えるだけであるため、加工や処理の増加を伴わず、したがってコスト増を招くことことが回避される。

次の表１は、この実施形態における外輪軌道面３ａの頂角αの、内輪・円すいころアセンブル品におけるころ列に外接する円すい面の頂角βに対する角度差と、外輪小径エッジ剥離の有無との関係を試験した結果を示す。

この試験結果から、外輪軌道面３ａの頂角αを内輪・円すいころアセンブル品の頂角βよりも２分以上小さくすることにより、エッジ当りによる非常に短時間での外輪エッジ剥離の発生を抑制できることが可能になることが確認された。なお、頂角αは３分以上小さくするのが好ましい。また、７分を超えるほど小さくすると、予圧が付加された条件で、外輪軌道面３ａの大径側でのエッジ剥離が生じることが確認された。したがって、好ましい角度差は２分以上，７分以下の範囲である。

図２は、この発明の他の実施形態を示す。この実施形態の円すいころ軸受１は、図１の実施形態において、外輪３を、外輪相当部品であるギア３Ａに置き換えたものである。すなわち、ギヤ３Ａの内径面を、円すい面からなる軌道面３ａとして円すいころ４を転走させるものとしている。その他の構成は図１の実施形態の場合と同じである。
このようなギヤ３Ａ等の外輪相当部品の場合も、頂角α，βの差を上記のように設けることにより、上記と同様な作用，効果が得られる。

（Ａ）はこの発明の第１の実施形態にかかる円すいころ軸受の運転初期の状態を示す断面図、（Ｂ）は同円すいころ軸受の高温運転時の状態を示す断面図である。 図１（Ａ）の一部の拡大断面図である。 この発明の他の実施形態にかかる円すいころ軸受の運転初期の状態を示す断面図である。 （Ａ）は従来例の円すいころ軸受の運転初期の状態を示す断面図、（Ｂ）は同円すいころ軸受の高温運転時の状態を示す断面図である。

符号の説明

１…円すいころ軸受
２…内輪
３…外輪
３Ａ…ギア（外輪相当部品）
２ａ，３ａ…軌道面
４…円すいころ
５…保持器

Claims (2)

1. 内輪ところのアセンブル部品と、外輪または外輪に相当する部品とを有する円すいころ軸受であって、前記外輪または外輪に相当する部品の軌道面である外輪軌道面を構成する円すい面の頂角が、前記内輪ところのアセンブル部品における、ころ列に外接する円すい面の頂角に対して、２分以上，７分以下の範囲で小さくなっていて、前記外輪軌道面の大径部で前記ころが接触し、前記外輪軌道面の小径部でこの外輪軌道面と前記ころとの間に隙間が生じることを特徴とする円すいころ軸受。
2. 請求項１において、内外の軌道面およびころの外周面の少なくとも一つに、クラウニングが施されている円すいころ軸受。

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