JP4722533B2 - 自動車用転がり軸受 - Google Patents

Description

本発明は、自動車用転がり軸受に関し、特に、マニュアルトランスミッションやオートマチックトランスミッションのギア支持、ハイブリッド自動車用トランスミッションのギア支持、或は、モータ、ジェネレータ支持等に用いられ、自動車用トランスミッションの低フリクション化及び低燃費化に好適な自動車用転がり軸受に関する。

従来の転がり軸受としては、金属製保持器の表面の少なくとも転動体案内面に被覆樹脂部を一体成形して低フリクション化を図ったものが知られている（例えば、特許文献１参照。）。また、保持器をナイロン系合成樹脂で成形したものや、内輪軌道面及び外輪軌道面の溝半径を大きくしたものがある（例えば、特許文献２参照。）。

特許文献１に記載の転がり軸受の保持器は、鋼板を打抜き加工して形成した２つの環状部材の表面に、ポリアミド樹脂を含む被覆樹脂部を形成し、これらを転動体である玉を保持するように組み合わせてリベットで固定した構成となっている。

また、特許文献２に記載の転がり軸受の保持器は、ナイロン系合成樹脂、或いはグラスファイバを１５〜３５重量％含有するナイロン系合成樹脂によって成形されている。また、外輪軌道面及び内輪軌道面の外輪溝半径及び内輪溝半径が、転動体の直径の０．５１５倍以上に設定されている。
特開２００２−３２３０４６号公報 特開２００５−００３１９８号公報

近年、自動車の経済性、環境問題等から自動車の燃費向上が強く求められている。これに対応するため、自動車用トランスミッションに対しても低フリクション化の厳しい要求があり、自動車用トランスミッションのギア支持に用いられる転がり軸受の低トルク化が熱望されている。また一方、開発期間が短縮化される傾向から、現行のトランスミッションをベースとして、その構造を大きく変更することなく低トルク化を達成する開発手法が主流となりつつある。従って、現行の転がり軸受の外径、内径、幅寸法等の基本寸法を維持した条件での転がり軸受の低トルク化が求められており、特許文献１または特許文献２に開示されている転がり軸受では、必ずしもこの要求を十分に満足させることが難しく、改善の余地があった。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、転がり軸受の外径、内径、幅寸法等の基本寸法を変更することなく、低トルク化を実現可能な自動車用転がり軸受を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） 内輪軌道面を有する内輪と、外輪軌道面を有する外輪と、前記内輪軌道面と前記外輪軌道面との間に転動自在に配設される複数の転動体と、前記転動体を回動自在に保持する合成樹脂製保持器と、を備える自動車用転がり軸受であって、
前記転動体の直径をＤａ、前記転動体のピッチ円直径をＤｍ、前記転動体の個数をＺとしたとき、ｋ＝｛（π・Ｄｍ）／（Ｚ・Ｄａ）｝で表される関係式が、３．０＜ｋ≦４．０となるように、前記転動体の個数を７個又は８個とし、
前記内輪軌道面の内輪溝半径Ｒｉ、及び前記外輪軌道面の外輪溝半径Ｒｏが、それぞれＲｉ≧０．５１５×Ｄａ、Ｒｏ≧０．５１５×Ｄａに設定されることを特徴とする自動車用転がり軸受。
（２） 前記内輪軌道面の内輪溝半径Ｒｉ、及び前記外輪軌道面の外輪溝半径Ｒｏが、それぞれＲｉ≧０．５１５×Ｄａ、Ｒｏ≧０．５２５×Ｄａに設定されることを特徴とする（１）に記載の自動車用転がり軸受。

本発明によれば、合成樹脂製保持器を備え、転動体の個数を７個又は８個とし、ｋ＝｛（π・Ｄｍ）／（Ｚ・Ｄａ）｝で表される関係式は、３．０＜ｋ≦４．０の範囲に設定され、且つ、前記内輪軌道面の内輪溝半径Ｒｉ、及び前記外輪軌道面の外輪溝半径Ｒｏが、それぞれＲｉ≧０．５１５×Ｄａ、Ｒｏ≧０．５１５×Ｄａに設定されるので、転がり軸受の外径、内径、幅寸法等の基本寸法を変更することなく、低トルク化を実現可能な自動車用転がり軸受を提供することができる。

以下、本発明の一実施形態に係る転がり軸受について図面を参照して詳細に説明する。

図１は本発明の転がり軸受の要部縦断面図である。図１に示すように、本発明の転がり軸受１０は、内輪１１と、外輪１３と、転動体である複数の玉１５と、保持器１７とを備える。内輪１１の外周面には内輪軌道面１１ａが形成され、また、外輪１３の内周面には外輪軌道面１３ａが形成されている。内輪軌道面１１ａと外輪軌道面１３ａとの間には、保持器１７により円周方向に等間隔に配置され、回動自在に保持される複数の玉１５が転動自在に配設されている。

転がり軸受１０は、開放型の深溝玉軸受であって、例えば、自動車用トランスミッション（図示せず）のギア支持に用いられる。内輪１１は、例えば、自動車用トランスミッションの回転軸に外嵌されて回転輪として機能し、外輪１３は、例えば、自動車用トランスミッションのハウジングに内嵌されて固定輪として機能する。

転がり軸受１０は、玉１５の直径をＤａとすると、内輪軌道面１１ａの内輪溝半径Ｒｉは０．５１５×Ｄａ以上（Ｒｉ≧０．５１５×Ｄａ）であり、且つ外輪軌道面１３ａの外輪溝半径Ｒｏは０．５１５×Ｄａ以上（Ｒｏ≧０．５１５×Ｄａ）に、それぞれ設定されている。

保持器１７は、ナイロン系合成樹脂を素材として成形されている。ナイロン系合成樹脂としては、４６ナイロンや６６ナイロン等が好適であり、特に、グラスファイバを１５〜３５重量％含有するナイロン系合成樹脂で成形することが好ましい。保持器１７を合成樹脂製とすることにより、ポケットの転動体案内面と玉１５との摩擦係数が小さくなり、動トルクが更に低減する。また、玉１５を保持するポケットの転動体案内面の曲率は、玉１５の曲率より小さく設定されているので、玉１５とポケットの間に潤滑油膜が容易に形成され、摺動摩耗の低減に効果的である。

また、玉１５のピッチ円直径をＤｍ、玉１５の個数をＺとすると、ｋ＝｛（π・Ｄｍ）／（Ｚ・Ｄａ）｝で与えられる関係式は、２．０≦ｋ≦４．０の範囲に設定されている。

このような範囲は、転がり軸受の低トルク化を達成するべく、本願出願人が、回転する転がり軸受１０において発生する玉１５による潤滑油の攪拌抵抗に着目して、種々の標準転がり軸受に対して、玉１５の個数のみを変更したときのトルク試験及び解析を実施したことによって得られたものである。

ｋが２．０≦ｋ≦４．０の範囲で低トルクとなるのは、玉１５の間に適度な間隔が確保されて、玉１５による潤滑油の攪拌抵抗及び転動体の転がり摩擦が低下するためであると考えられる。

また、ｋが４．０を越える程度にまで玉１５の個数Ｚが少なくなると、転動体荷重が増加して接触面積が増え、これによりかえってトルクが増加するためである。また、玉１５の個数Ｚを減らすことは、玉１５同士の間隔が大きくなって転動体通過振動の振幅が増大し、ギアノイズも増加する虞がある。このｋが４．０を越えると振動が急激に大きくなる傾向は、弊社で開発した軸受性能解析プログラムによる内輪の転動体通過振動の振幅の解析結果とも一致している。また、発明者は、低トルク化は、内輪溝半径Ｒｉ、及び外輪溝半径Ｒｏが、０．５１５×Ｄａ以上の条件で効果的であることも確認した。これは、玉１５と内輪軌道面１１ａ及び外輪軌道面１３ａの間に潤滑油膜が形成され易くなるためである。

このように、ｋが２．０≦ｋ≦４．０、且つ内輪溝半径Ｒｉ、及び外輪溝半径Ｒｏが、０．５１５×Ｄａ以上の条件を満足し、低トルク化された転がり軸受１０を自動車用トランスミッションのギア支持に用いれば、低フリクション、且つ低振動のトランスミッションを実現することができる。

本発明の転がり軸受１０によれば、ｋ＝｛（π・Ｄｍ）／（Ｚ・Ｄａ）｝で与えられる関係式は、２．０≦ｋ≦４．０の範囲に設定されるので、転がり軸受１０の動摩擦が小さく、且つ振動を少なくできる。

また、内輪軌道面１１ａの内輪溝半径Ｒｉ、外輪軌道面１３ａの外輪溝半径Ｒｏが玉１５の直径Ｄａの０．５１５倍以上に設定されているので、転がり軸受１０の動摩擦がより小さく、且つ振動をより少なくできる。

また、本発明の転がり軸受１０によれば、保持器１７が合成樹脂製保持器であるので、金属製保持器と比較すると転動体１５との摩擦係数が小さく、更に低トルク化が達成される。

更に、本発明の自動車用トランスミッションによれば、動摩擦が小さく且つ低振動の転がり軸受１０により自動車用トランスミッションのギアが支持されているので、低トルク、低燃費、且つ静粛性に優れた自動車用トランスミッションを実現できる。

＜実施例１＞
本発明の効果を確認するため、標準軸受鋼２種の深溝玉軸受ＪＩＳ６８２６（内径ｄ＝φ１３０ｍｍ、外径Ｄ＝φ１６５ｍｍ、幅Ｂ＝１８ｍｍ、転動体直径Ｄａ＝１０．３１９ｍｍ、転動体個数Ｚ＝２４、転動体ピッチ円直径Ｄｍ＝φ１４７．５ｍｍ）を用いて、動トルクを測定した。尚、保持器は、４６ナイロン合成樹脂製であり、外輪を固定輪とし、内輪を回転輪とした。転動体は等配、内部隙間はＣ３、粘度２０ｃＳｔの潤滑油で潤滑した。このような深溝玉軸受の転動体の個数を２４個から１０個まで１個ずつ減らしながら下記試験条件で動トルクを測定した。

＜試験条件＞
回転数 ：５０００ｒｐｍ
ラジアル荷重 ：５００ｋｇｆ
潤滑条件 ：油潤滑
油温 ：５０℃

図２は、横軸をｋ＝｛（π・Ｄｍ）／（Ｚ・Ｄａ）｝とし、縦軸を動トルク比（標準軸受に対する動トルクの比）として、各深溝玉軸受についてｋと動トルク比との関係を表わしたグラフである。また、上述した軸受性能解析プログラムにより解析した内輪の転動体通過振動の振幅とｋとの関係の解析結果も同時に示す。

図２に示す結果から、各深溝玉軸受とも、ｋが２．０以上になると動トルク比が急速に低減し、ｋが４．０を越える範囲では殆ど低下していないことが分かる。特に、内輪溝半径Ｒｉ、及び外輪溝半径Ｒｏが、０．５１５×Ｄａ以上（Ｒｉ≧０．５１５×Ｄａ、Ｒｏ≧０．５１５×Ｄａ）の条件で動トルク比が小さくなっている。また、ｋが４を越えると、内輪の転動体通過振動の振幅が急激に増大していることがわかる。

＜実施例２＞
次に、標準軸受鋼２種の深溝玉軸受ＪＩＳ６９０９（内径ｄ＝φ４５ｍｍ、外径Ｄ＝φ６８ｍｍ、幅Ｂ＝１２ｍｍ、転動体直径Ｄａ＝６．７４７ｍｍ、転動体個数Ｚ＝１５、転動体ピッチ円直径Ｄｍ＝φ５６．５ｍｍ）を用いて、動トルクを測定した。尚、保持器は、４６ナイロン合成樹脂製のものとし、外輪を固定輪とし、内輪を回転輪とした。転動体は等配、内部隙間はＣ３、粘度２０ｃＳｔの潤滑油で潤滑した。このような深溝玉軸受の転動体の個数を１５個から６個まで１個ずつ減らしながら下記試験条件で動トルクを測定した。

試験条件
回転数 ：８０００ｒｐｍ
ラジアル荷重 ：２００ｋｇｆ
潤滑条件 ：油潤滑
油温 ：５０℃

図３は、横軸をｋとし、縦軸を動トルク比（標準軸受に対する動トルクの比）として、各深溝玉軸受についてｋと動トルク比との関係を表わしたグラフである。また、上述した軸受性能解析プログラムにより解析した内輪の転動体通過振動の振幅とｋとの関係の解析結果も同時に示す。

図３に示す結果から、各深溝玉軸受とも、ｋが２．０以上になると動トルク比が急速に低減し、ｋが４．０を越える範囲では逆に動トルク比が増大傾向にあることが分かる。特に、内輪溝半径Ｒｉ、及び外輪溝半径Ｒｏが、０．５１５×Ｄａ以上（Ｒｉ≧０．５１５×Ｄａ、Ｒｏ≧０．５１５×Ｄａ）の条件で動トルク比が小さな値を示している。また、ｋが４．０を越えると、内輪の転動体通過振動の振幅が急激に増大している。

また、実施例１及び実施例２共に、転動体個数が奇数か偶数かにより、内輪の転動体通過振動の振幅に大きな差が見られ、この傾向は転動体個数が減少するほど顕著となる。従って、本発明の適用にあたっては、転動体個数を奇数個に設定するのが好ましい。

尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。

本発明においては、転がり軸受は深溝玉軸受として説明したが、これに限定されるものではなく、アンギュラ玉軸受、円筒ころ軸受等に適用することもでき、同様の効果を奏する。また、保持器は、４６ナイロン製保持器として説明したが、使用温度が１２０℃以下の場合には、より安価な６６ナイロン製保持器としてもよい。
また、本発明の転がり軸受は、自動車用トランスミッションのギアの他、ハイブリッド自動車用のモータ或はジェネレータを支持するものとして適用されてもよい。

本発明の転がり軸受の要部縦断面図である。 実施例１の各深溝玉軸受について、関係式ｋと動トルク比及び内輪の転動体通過振動の振幅との関係を表わしたグラフである。 実施例２の各深溝玉軸受について、関係式ｋと動トルク比及び内輪の転動体通過振動の振幅との関係を表わしたグラフである。

符号の説明

１０ 転がり軸受
１１ 内輪
１１ａ 内輪軌道面
１３ 外輪
１３ａ 外輪軌道面
１５ 玉（転動体）
１７ 保持器
Ｄａ 転動体の直径
Ｄｍ 転動体のピッチ円直径
Ｒｉ 内輪溝半径
Ｒｏ 外輪溝半径
Ｚ 転動体の個数

Claims (2)

1. 内輪軌道面を有する内輪と、外輪軌道面を有する外輪と、前記内輪軌道面と前記外輪軌道面との間に転動自在に配設される複数の転動体と、前記転動体を回動自在に保持する合成樹脂製保持器と、を備える自動車用転がり軸受であって、
   前記転動体の直径をＤａ、前記転動体のピッチ円直径をＤｍ、前記転動体の個数をＺとしたとき、ｋ＝｛（π・Ｄｍ）／（Ｚ・Ｄａ）｝で表される関係式が、３．０＜ｋ≦４．０となるように、前記転動体の個数を７個又は８個とし、
   前記内輪軌道面の内輪溝半径Ｒｉ、及び前記外輪軌道面の外輪溝半径Ｒｏが、それぞれＲｉ≧０．５１５×Ｄａ、Ｒｏ≧０．５１５×Ｄａに設定されることを特徴とする自動車用転がり軸受。
2. 前記内輪軌道面の内輪溝半径Ｒｉ、及び前記外輪軌道面の外輪溝半径Ｒｏが、それぞれＲｉ≧０．５１５×Ｄａ、Ｒｏ≧０．５２５×Ｄａに設定されることを特徴とする請求項１に記載の自動車用転がり軸受。

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