JP4631710B2 - ころ軸受 - Google Patents

Description

本発明は、ころ軸受（本発明において針状ころ軸受を含めてころ軸受と総称する）に関する。

ころ軸受、特に、針状ころ軸受は、外径の細い転動体（本発明において「ころ」と称す）を具備するものであって、コンパクトで大きなラジアル荷重を支持することができる等の特性から広く利用され、たとえば、自動車のオートマチックトランスミッションには、遊星歯車機構（プラネタリギア機構）を構成する遊星歯車（プラネタリギア）用の軸受として使用されている。

従来、針状ころ軸受の耐久性を向上させる技術として、たとえば、転走面の集中荷重を小さくする目的で、ころにクラウニングを施す発明や、該ころを千鳥状に配置する発明が開示されている（例えば、特許文献１参照）。
また、電気誘導で回転する電気機器に設置されるニードル軸受またはローラ軸受における特定の磁気現象を回避する目的で、異なる長さのニードルを相互にオフセットして配置する発明が開示されている（例えば、特許文献２参照）。
さらに、潤滑油の供給を促進する目的で、一部のニードルを短くして、短くすることによって生じたスペースに油溜まりを設ける発明が開示されている（例えば、特許文献３参照）。

実開昭５７−３３３２０号公報（第２−３頁、第４図） 特公昭４５−２１４０２号公報（第２頁、第５図） 実開平０５−１２７５６号公報（第７頁、図２）

しかしながら、前記特許文献に開示された発明は、以下に説明するような「針状ころ軸受の特異な挙動」についての認識がないため、特に、前記プラネタリギアに設置される場合には、その効果を十分に発揮しないという問題があった。
すなわち、前記プラネタリギアは、外歯歯車であるサンギアと内歯歯車であるリングギアとの両方に噛み合って公転および自転をするものであるが、これらがヘリカルギアであることから、プラネタリギアに設置された針状ころ軸受は、軸方向の力（以下「スラスト力」と称す）を受けることになる。このとき、各ギア同士の間にはクリアランズやバックラッシュ、あるいは、外輪ところとの間もしくは内輪ところとの間にはクリアランスがあることから、ころにはモーメントが作用して、いわゆる「片当たり」が生じることになる。

すなわち、ころは公転する過程において、まず、一方の端部で局所的な集中負荷を受ける。そして、公転に伴って、ラジアル負荷の中心は長手方向中央を移動すると共に除々に負荷面積が拡大し、やがて、長手方向中央を含む広い面積で荷重を受け、その後は、負荷の中心が他方の端部に向かって移動すると共に負荷面積は除々に縮小し、ついに、他方の端部で局所的な集中負荷を受けることになる。かかる負荷の形態は中央が膨らんだ略Ｓ字状であって、内輪および外輪の転走面も同様の形態で荷重を受けることになる。つまり、負荷の分布が回転中に移動するという特異な挙動が生じ、このとき、負荷圏の両端部にはモーメントが主として作用する「モーメント負荷圏」が、負荷圏の中央部にはラジアル荷重が主として作用する「ラジアル負荷圏」がそれぞれ発生するとしている。

そして、かかる特異な挙動のため、局部的な接触圧力の増大等の問題が生じている。特に、針状ころ軸受はアスペクト比（ころ長さ／ころ径との比、以下「Ｌ／Ｄ」と称す）大きいこともあり、ころにスキュー（軸方向に対する傾斜）が起こり易く、ころがモーメント負荷圏に入る位置で滑りが生じるため、内輪および外輪の転走面に、表面が起点となるピーリング損傷等が生じる場合があり、針状ころ軸受の耐久性や静寂性を低下させる一因になっていた。また、軸受の回転トルクの低減を阻害する一因にもなっていた。
このため、自動車の静寂走行や低燃費化の要求から抜本的な対策が渇望されていたものの、前記特許文献に開示された発明には、「モーメント負荷圏」に対する知見を欠くため、抜本的な対策になっていなかった。

本発明は、このような問題を解決するためになされたものであり、モーメント負荷圏の発生自体を分散させることにより、耐久性の向上を可能にするころ軸受、特に、針状ころ軸受を提供することを目的とする。

（１）本発明のころ軸受は、円筒状の外輪と、円筒状または円柱状の内輪と、前記外輪の内周面と前記内輪の外周面との間で円周方向に並設されるころと、を具備するころ軸受であって、
前記ころが、軸方向の同一線上に複数本配置され、且つ、所定の直線上に配置された一方のころの長さと、当該直線上に配置された他方のころの長さとが相違し、
前記所定の直線上に配置された一方のころの端部の位置と、該一方のころに円周方向で対峙する他方のころの端部の位置とが、軸方向で異なる位相であることを特徴とする。

（３）また、前記所定の直線上で最も端寄りに配置された一方のころの端寄りの端部と、その他の直線上で最も端寄りに配置された他方のころの端寄りの端部とが軸方向で同位相であって、前記外輪の端縁に沿って内周側に突出する内フランジまたは前記内輪の端縁に沿って外周側に突出する外フランジの一方または両方が形成されてなることを特徴とする。

（４）さらに、前記外輪の外周面または前記内輪の内周面の一方または両方に、ギアまたはスプラインが形成されてなることを特徴とする。

したがって、本発明のころ軸受は以下のような効果を奏す。すなわち、ピーリングは負荷圏の入口において、ころのすべりの大きさに比例して発生するため、
（ｉ）負荷圏の入口側のころが短いため、Ｌ／Ｄ（長さと外径との比率）が小さいことによりすべりが小さく抑えられ、ピーリングが防止される。
（ｉｉ）また、負荷圏の入口側のころの長さが不揃いであるため、負荷圏の入口側にころが配置されない状態となり、ピーリングの防止が防止される。
（ｉｉｉ）また、端寄りに配置されたころの端部が同一平面内にあって、外輪に内フランジまたは内輪に外フランジが形成されるため、これらによりころが確実に案内されて保持器の負担が減少するから、耐久性が向上する。
（ｉｖ）さらに、外輪または内輪が機械の一部であるから、当該機械の軽量化がさらに促進される。

［実施形態１］
（その１）
図１は本発明の実施形態１に係るころ軸受の概略構成を示す、（ａ）は一部を省略した平面図、（ｂ）は側面視の部分断面図である。なお、以下の図において図１と同じ部分または相当する部分にはこれと同じ符号を付し、一部の説明を省略する。
図１において、ころ軸受１１０は、外歯ギア３と、円柱状の軸５（以下「内軸５」と称す）と、外歯ギア３の内周面３０と内軸５の外周面５０との間に並設された一列目ころ１および二列目ころ２と、一列目ころ１および二列目ころ２をそれぞれ所定位置に配置する孔付き円筒状の保持器４と、を具備している。

一列目ころ１および二列目ころ２は、それぞれ円周方向に並設され、以下の説明の便宜のため、円周方向で順番に「一列目ころ１ａ、１ｂ、１ｃ・・・」および「二列目ころ２ａ、２ｂ、２ｃ・・・」と称する。
そして、一列目ころ１ａと二列目ころ２ａとは軸方向で同一線上に配置され、一列目ころ１ｂ（１ｃ以降も同様）と二列目ころ２ｂ（２ｃ以降も同様）とについても同様に配置されている。
また、同一線上で、一列目ころ１ａの長さと二列目ころ２ａの長さとが相違し、一列目ころ１ｂ（１ｃ以降も同様）と二列目ころ２ｂ（２ｃ以降も同様）とについても同様に長さが相違している。さらに、円周方向で対峙する一列目ころ１同士の長さが相違している（たとえば、一列目ころ１ａの長さと一列目ころ１ｂの長さ、一列目ころ１ｂの長さと一列目ころ１ｃの長さが相違している）。

さらに、一列目ころ１ａ、１ｂ、１ｃ・・・の一方の端部１１ａ、１１ｂ、１１ｃ・・・は千鳥状に位置している。したがって、一列目ころ１ａ、１ｂ、１ｃ・・・の他方の端部１２ａ、１２ｂ、１２ｃ・・・も千鳥状に位置し、二列目ころ２ａ、２ｂ、２ｃ・・・の一方の端部２１ａ、２１ｂ、２１ｃ・・・も千鳥状に位置している。
すなわち、二列目ころ２ｂの一方の端部２１ｂは、円周方向の両側が一列目ころ１ａの側部（端部から所定の距離離れた範囲）および一列目ころ１ｃの側部（端部から所定の距離離れた範囲）に対峙し、二列目ころ２ｃの一方の端部２１ｃは、円周方向の両側が二列目ころ２ｂの側部および二列目ころ２ｄの側部に対峙している。

このとき、二列目ころ２ａ、２ｂ、２ｃ・・・の一方の端部２１ａ、２１ｂ、２１ｃ・・・のモーメント負荷圏に入る位置がずれる。つまり、転走面のある一点に注目した場合、ころの数が半減したと同じことになり、ピーリングが防止される。すなわち、本発明は、ころのスキューに伴う滑りによる損傷を防止して、耐久性を向上させるという顕著な効果を奏する。
なお、以上は、軸方向で同一線上に２列のころが配置されているものを例示しているが、本発明はこれに限定するものではなく、３列以上のころをその端部が円周方向で千鳥状になるように配置するものであってもよい。

（その２）
図２は本発明の実施形態１に係るころ軸受のその他の概略構成を示す平面図である。
図２において、ころ軸受１３０は、一列目ころ１ａ、１ｂ、１ｃ・・・の長さがそれぞれ同一であるものの、二列目ころ２の長さは２種類であって、二列目ころ２ａ、２ｃ・・・の長さがそれぞれ同一で、二列目ころ２ｂ、２ｄ・・・の長さがそれぞれ同一である。
したがって、一列目ころ１ａ、１ｂ、１ｃ・・・の一方の端部１１ａ、１１ｂ、１１ｃ・・・はそれぞれ軸方向で千鳥状に位置して、一方の端部１１ａ、１１ｃ・・・は軸方向で同一位相に位置し、一方の端部１１ｂ、１１ｄ・・・は軸方向で同一位相に位置している。
一方、二列目ころ２ａ、２ｂ、２ｃ・・・の他方の端部２２ａ、２２ｂ、２２ｃ・・・は軸方向で同一位相に位置しているものの、一方の端部２１ａ、２１ｂ、２１ｃ・・・はそれぞれ軸方向で千鳥状に位置して、一方の端部２１ａ、２１ｃ・・・は軸方向で同一位相に位置し、一方の端部２１ｂ、２１ｄ・・・は軸方向で同一位相に位置している。

（負荷圏）
図３は本発明の実施形態１に係るころ軸受における負荷圏を説明する模式図である。
図３の（ｂ）および（ｃ）は、ころが単列の場合を示しているが、軸受の回転方向と軸受の傾き方向が決まると負荷圏は（ｃ）の斜線で示すとおりになる。
図３の（ａ）は、それぞれころ軸受１２０およびころ軸受１３０の負荷圏を略Ｓ字状に太い実線で囲って示している。
すなわち、図３の（ａ）において、ころ軸受１３０は、一列目ころ１ａ、１ｂ、１ｃ・・・の一方の端部１１ａ、１１ｂ、１１ｃ・・・が千鳥状に位置してから、ころ１ｂ、１ｄ・・・では最も端の部分（図中、左側）にころが配置されていない状態になっている。したがって、当該部分においては、ころのすべり（当接）がなくなっている。

なお、回転方向が逆になるとモーメント荷重による軸受の傾き方向も逆になるため、正逆回転の仕様のころ軸受では、図中、左右対称の形態にすることが望ましい。
すなわち、ころ軸受１２０については、一列目ころ１ｂ、１ｄ・・・の長さを二列目ころ２ａ、２ｃ・・・の長さに等しくし、二列目ころ２ｂ、２ｄ・・・の長さを一列目ころ１ａ、１ｃ・・・の長さに等しくする（後記図４に示すころ軸受２００参照）。また、ころ軸受１３０については、二列目ころ２ａ、２ｂ、２ｃ・・・の長さをそれぞれ略等しくして、二列目ころ２の他方の端部２２を千鳥状に位置させる（図示しない）。
そうすると、ころ軸受１１０（図１参照）は、正逆回転の仕様であって、前記すべりを小さくする効果と、ころが配置されていない効果との両方の効果を奏するものといえる。

［実施形態２］
図４は本発明の実施形態２に係るころ軸受の概略構成を示す、（ａ）は一部を省略した平面図、（ｂ）は側面視の部分断面図である。
図４において、ころ軸受２００は、外輪６と、円筒状の内輪７と、外輪６の内周面６０と内輪７の外周面７０との間に並設された一列目ころ１および二列目ころ２と、一列目ころ１および二列目ころ２をそれぞれ所定位置に配置する孔付き円筒状の保持器４と、を具備している。

一列目ころ１ａ、１ｂ、１ｃ・・・の一方の端部１１ａ、１１ｂ、１１ｃ・・・（以下まとめて「一方の端部１１」と称す）、および二列目ころ２ａ、２ｂ、２ｃ・・・の他方の端部２２ａ、２２ｂ、２２ｃ・・・（以下まとめて「他方の端部２２」と称す）は、それぞれ軸方向で同一位相（同一面内に同じ）になるように配置されているものの、円周方向で対峙する一列目ころ１同士の長さおよび二列目ころ２同士の長さが、それぞれ相違している（たとえば、一列目ころ１ａの長さと一列目ころ１ｂの長さ、一列目ころ１ｂの長さと一列目ころ１ｃの長さ、二列目ころ２ａの長さと二列目ころ２ｂの長さ、二列目ころ２ｂの長さと二列目ころ２ｃの長さ、が相違している）から、一列目ころ１ａ、１ｂ、１ｃ・・・の他方の端部１２ａ、１２ｂ、１２ｃ・・・も千鳥状に位置し、二列目ころ２ａ、２ｂ、２ｃ・・・の一方の端部２１ａ、２１ｂ、２１ｃ・・・も千鳥状に位置している。

したがって、実施形態１と同様に、二列目ころ２ａ、２ｂ、２ｃ・・・の一方の端部２１ａ、２１ｂ、２１ｃ・・・のモーメント負荷圏に入る位置がずれる。つまり、転走面のある一点に注目した場合、ころの数が半減したと同じことになり、ピーリングが防止される。

さらに、外輪６の内周面６０には、両方の端縁にそって内側に突出する内フランジ（「内つば」に同じ）６１、６２が形成されている。
すなわち、一列目ころ１の一方の端部１１は内フランジ６１によって案内され、二列目ころ２の他方の端部２２は内フランジ６２によって案内されることになる。したがって、保持器４の負担が軽度になるから、保持器４の耐久性が向上する。すなわち、本発明は、ころのスキューに伴う滑りによる損傷を防止すると共に保持器の負担を減らすことにより、耐久性を向上させるという顕著な効果を奏する。

なお、以上は、軸方向で同一線上に２列のころが配置されているものを例示しているが、本発明はこれに限定するものではなく、１列目ころ１と二列目ころ２との間に１列以上のころをその端部が千鳥状になるように追加するものであってもよくい。また、外輪６に形成した内フランジ６１、６２に替えて、内輪７に外フランジを形成してもよい。また、内フランジ６１、６２の形成を省略してもよく、このとき、実施形態１の作用効果が奏される。さらに、実施形態１に示す外歯ギア３または内軸５に、内フランジまたは外フランジを形成してもよく、このとき、実施形態２５の作用効果が奏される。

以上より、本発明のころ軸受は、ころのスキューに伴う滑りによる損傷が防止されるから、高荷重や高速回転に至る広い使用条件に対応した各種ころ軸受として広く利用することができる。

本発明の実施形態１に係るころ軸受の概略構成を示す平面図と部分断面図。 本発明の実施形態２に係るころ軸受の概略構成を示す平面図と部分断面図。 本発明の実施形態１に係るころ軸受における負荷圏を説明する模式図。 本発明の実施形態２に係るころ軸受の概略構成を示す平面図と部分断面図。

符号の説明

１ 一列目ころ
２ 二列目ころ
３ 外歯ギア
４ 保持器
５ 内軸
６ 外輪
７ 内輪
１１ 一方の端部（一列目ころ）
１２ 他方の端部（一列目ころ）
２１ 一方の端部（二列目ころ）
２２ 他方の端部（二列目ころ）
３０ 内周面（外歯ギア）
５０ 外周面（内軸）
６０ 内周面（外輪）
６１ 一方の内フランジ（外輪）
６２ 他方の内フランジ（外輪）
７０ 外周面（内輪）
７１ 一方の外フランジ（内輪）
７２ 他方の外フランジ（内輪）
１１０ ころ軸受
１２０ ころ軸受
１３０ ころ軸受
２００ ころ軸受

Claims (3)

1. 円筒状の外輪と、円筒状または円柱状の内輪と、前記外輪の内周面と前記内輪の外周面との間で円周方向に並設されるころと、を具備するころ軸受であって、
   前記ころが、軸方向の同一線上に複数本配置され、且つ、所定の直線上に配置された一方のころの長さと、当該直線上に配置された他方のころの長さとが相違し、
   前記所定の直線上に配置された一方のころの端部の位置と、該一方のころに円周方向で対峙する他方のころの端部の位置とが、軸方向で異なる位相であることを特徴とするころ軸受。
2. 前記所定の直線上で最も端寄りに配置された一方のころの端寄りの端部と、その他の直線上で最も端寄りに配置された他方のころの端寄りの端部とが軸方向で同位相であって、前記外輪の端縁に沿って内周側に突出する内フランジまたは前記内輪の端縁に沿って外周側に突出する外フランジの一方または両方が形成されてなることを特徴とする請求項１記載のころ軸受。
3. 前記外輪の外周面または前記内輪の内周面の一方または両方に、ギアまたはスプラインが形成されてなることを特徴とする請求項１または２記載のころ軸受。

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