JP4949652B2 - 円錐ころ軸受 - Google Patents

Description

本発明は、潤滑油が外部から流入する部位の用途に好適な円錐ころ軸受に関する。

円錐ころ軸受は、外径面の軌道面の両側に小鍔と大鍔が設けられた内輪と、内径面に軌道面が設けられた外輪と、内輪と外輪の軌道面間に配列された複数の円錐ころと、これらの円錐ころをポケットに収納して保持する保持器とからなり、保持器には、円錐ころの小径端面側で連なる小環状部と、円錐ころの大径端面側で連なる大環状部と、これらの環状部を連結する複数の柱部とからなり、ポケットが、円錐ころの小径側を収納する部分が狭幅側、大径側を収納する部分が広幅側となる台形状に形成されたものが用いられている。

自走車両のデファレンシャルやトランスミッション等の動力伝達軸を支持する円錐ころ軸受は、下部が油浴に漬かった状態で使用され、その回転に伴って油浴の油が潤滑油として軸受内部に流入する。このような用途に使用される円錐ころ軸受では、潤滑油が円錐ころの小径側から軸受内部に流入し、保持器よりも外径側から流入する潤滑油は外輪の軌道面に沿って円錐ころの大径側へ通過し、保持器よりも内径側から流入する潤滑油は内輪の軌道面に沿って円錐ころの大径側へ通過する。

このように潤滑油が外部から流入する部位に使用される円錐ころ軸受には、保持器のポケットに切欠きを設けて、保持器の外径側と内径側とに分かれて流入する潤滑油がこの切欠きを通過するようにし、軸受内部での潤滑油の流通を向上させるようにしたものがある（特許文献１、２参照）。特許文献１に記載されたものでは、図７（ａ）に示すように、保持器５のポケット９間の柱部８の中央部に切欠き１０ｄを設け、潤滑油に混入する異物が軸受内部に滞留しないようにしている。また、特許文献２に記載されたものでは、図７（ｂ）に示すように、保持器５のポケット９の軸方向両端の小環状部６と大環状部７に切欠き１０ｅを設け、保持器の外径側から流入する潤滑油が内輪側へ流れやすくなるようにしている。なお、各図中に記入したポケット９の各寸法は、後述するトルク測定試験における比較例に用いたものの値である。

特開平９−３２８５８号公報（第３図） 特開平１１−２０１１４９号公報（第２図）

上述したように潤滑油が保持器の外径側と内径側とに分かれて軸受内部へ流入する円錐ころ軸受では、保持器の内径側から内輪側へ流入する潤滑油の割合が多くなると、トルク損失が大きくなることが分かった。この理由は、以下のように考えられる。

すなわち、保持器の外径側から外輪側へ流入する潤滑油は、外輪の内径面には障害物がないので、その軌道面に沿って円錐ころの大径側へスムーズに通過して軸受内部から流出するが、保持器の内径側から内輪側へ流入する潤滑油は、内輪の外径面には大鍔があるので、その軌道面に沿って円錐ころの大径側へ通過したときに大鍔で堰き止められ、軸受内部に滞留しやすくなる。このため、保持器の内径側から内輪側へ流入する潤滑油の割合が多くなると、軸受内部に滞留する潤滑油の量が多くなり、この滞留する潤滑油が軸受回転に対する流動抵抗となってトルク損失が増大するものと考えられる。

そこで、本発明の課題は、軸受内部に潤滑油が流入する円錐ころ軸受における潤滑油の流動抵抗によるトルク損失を低減することである。

上記の課題を解決するために、本発明は、外径面の軌道面の両側に小鍔と大鍔が設けられた内輪と、内径面に軌道面が設けられた外輪と、前記内輪と外輪の軌道面間に配列された複数の円錐ころと、これらの円錐ころをポケットに収納して保持する保持器とからなり、前記保持器が、前記円錐ころの小径端面側で連なる小環状部と、円錐ころの大径端面側で連なる大環状部と、これらの環状部を連結する複数の柱部とからなり、前記ポケットが、前記円錐ころの小径側を収納する部分が狭幅側、大径側を収納する部分が広幅側となる台形状に形成された円錐ころ軸受において、前記保持器の台形状ポケットの狭幅側の柱部に切欠きを設けた構成を採用した。

すなわち、保持器の台形状ポケットの狭幅側の柱部に切欠きを設けることにより、保持器の内径側から内輪側へ流入する潤滑油を、円錐ころの小径側を収納するポケットの狭幅側で切欠きから外輪側へ速やかに逃がし、内輪の軌道面に沿って大鍔まで到る潤滑油の量を少なくして、軸受内部に滞留する潤滑油の量を減らし、潤滑油の流動抵抗によるトルク損失を低減できるようにした。

前記台形状ポケットの狭幅側の小環状部にも切欠きを設けることにより、保持器の内径側から内輪側へ流入する潤滑油をこの小環状部の切欠きからも外輪側へ逃がし、内輪の軌道面に沿って大鍔まで到る潤滑油の量をより少なくして、潤滑油の流動抵抗によるトルク損失をさらに低減することができる。

前記台形状ポケットの広幅側の少なくとも柱部に切欠きを設けることにより、円錐ころをバランスよく柱部に摺接させることができる。

前記台形状ポケットの狭幅側に設けた切欠きの合計面積を、前記台形状ポケットの広幅側に設けた切欠きの合計面積よりも広くすることによっても、内輪の軌道面に沿って大鍔まで到る潤滑油の量をより少なくして、潤滑油の流動抵抗によるトルク損失をさらに低減することができる。

前記保持器の小環状部の軸方向外側に、前記内輪の小鍔の外径面に対向させた径方向内向きの鍔を設け、この対向させた小環状部の鍔の内径面と前記内輪の小鍔の外径面との隙間を、前記内輪の小鍔の外径寸法の２．０％以下とすることにより、保持器の内径側から内輪側へ流入する潤滑油の量を少なくし、潤滑油の流動抵抗によるトルク損失をより低減することができる。

少なくとも前記円錐ころの表面に、微小凹形形状のくぼみをランダムに無数に設け、このくぼみを設けた表面の面粗さパラメータＲｙｎｉを０．４μｍ≦Ｒｙｎｉ≦１．０μｍとし、かつ、Ｓｋ値を−１．６以下とすることにより、円錐ころの表面に満遍なく潤滑油を保持させて、軸受内部に滞留する潤滑油の量を減らしても、円錐ころと内外輪との接触部を十分に潤滑することができる。

前記パラメータＲｙｎｉは、基準長毎最大高さの平均値、すなわち、粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さだけ抜き取り、この抜き取り部分の山頂線と谷底線との間隔を粗さ曲線の縦倍率の方向に測定した値である（ＩＳＯ ４２８７：１９９７）。また、Ｓｋ値は粗さ曲線のひずみ度、すなわち、粗さの凹凸分布の非対称性を表す値であり（ＩＳＯ ４２８７：１９９７）、ガウス分布のように対称な分布ではＳｋ値は０に近くなり、凹凸の凸部を削除した場合は負の値、逆に凹部を削除した場合は正の値となる。Ｓｋ値のコントロールは、バレル研磨機の回転速度、加工時間、ワーク投入量、研磨チップの種類と大きさ等を選ぶことにより行なうことができ、Ｓｋ値を−１．６以下とすることにより、無数の微小凹形形状のくぼみに満遍なく潤滑油を保持することができる。

上述した各円錐ころ軸受は、自走車両の動力伝達軸を支持するものに好適である。

本発明の円錐ころ軸受は、保持器の台形状ポケットの狭幅側の柱部に切欠きを設けたので、保持器の内径側から内輪側へ流入する潤滑油を、円錐ころの小径側を収納するポケットの狭幅側で切欠きから外輪側へ速やかに逃がし、内輪の軌道面に沿って大鍔まで到る潤滑油の量を少なくして、軸受内部に滞留する潤滑油の量を減らし、潤滑油の流動抵抗によるトルク損失を低減することができる。

前記台形状ポケットの狭幅側の小環状部にも切欠きを設けることにより、保持器の内径側から内輪側へ流入する潤滑油をこの小環状部の切欠きからも外輪側へ逃がし、内輪の軌道面に沿って大鍔まで到る潤滑油の量をより少なくして、潤滑油の流動抵抗によるトルク損失をさらに低減することができる。

前記台形状ポケットの広幅側の少なくとも柱部に切欠きを設けることにより、円錐ころをバランスよく柱部に摺接させることができる。

前記台形状ポケットの狭幅側に設けた切欠きの合計面積を、台形状ポケットの広幅側に設けた切欠きの合計面積よりも広くすることによっても、内輪の軌道面に沿って大鍔まで到る潤滑油の量をより少なくして、潤滑油の流動抵抗によるトルク損失をさらに低減することができる。

前記保持器の小環状部の軸方向外側に、内輪の小鍔の外径面に対向させた径方向内向きの鍔を設け、この対向させた小環状部の鍔の内径面と内輪の小鍔の外径面との隙間を、内輪の小鍔の外径寸法の２．０％以下とすることにより、保持器の内径側から内輪側へ流入する潤滑油の量を少なくし、潤滑油の流動抵抗によるトルク損失をより低減することができる。

少なくとも前記円錐ころの表面に、微小凹形形状のくぼみをランダムに無数に設け、このくぼみを設けた表面の面粗さパラメータＲｙｎｉを０．４μｍ≦Ｒｙｎｉ≦１．０μｍとし、かつ、Ｓｋ値を−１．６以下とすることにより、円錐ころの表面に満遍なく潤滑油を保持させて、軸受内部に滞留する潤滑油の量を減らしても、円錐ころと内外輪との接触部を十分に潤滑することができる。

以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。図１に示すように、この円錐ころ軸受１は、内輪２と外輪３の各軌道面２ａ、３ａ間に、複数の円錐ころ４が保持器５に保持されて配列され、各円錐ころ４は、内輪２の軌道面２ａの両側に設けられた小鍔２ｂと大鍔２ｃとで軸方向への移動を規制されている。

前記保持器５は、図２に示すように、円錐ころ４の小径端面側で連なる小環状部６と、円錐ころ４の大径端面側で連なる大環状部７と、これらの小環状部６と大環状部７を連結する複数の柱部８とからなり、円錐ころ４の小径側を収納する部分が狭幅側、大径側を収納する部分が広幅側となる台形状のポケット９が形成されている。ポケット９の狭幅側と広幅側には、それぞれ両側の柱部８に２つずつ切欠き１０ａ、１０ｂが設けられており、各切欠き１０ａ、１０ｂの寸法は、いずれも深さ１．０ｍｍ、幅４．６ｍｍとされている。

図３（ａ）、（ｂ）は、それぞれ前記保持器５の変形例を示す。図３（ａ）に示した変形例は、ポケット９の狭幅側の小環状部６にも切欠き１０ｃが設けられ、狭幅側の３つの切欠き１０ａ、１０ｃの合計面積が、広幅側の２つの切欠き１０ｂの合計面積よりも広くなっている。なお、切欠き１０ｃは深さ１．０ｍｍ、幅５．７ｍｍとされている。

図３（ｂ）に示した変形例は、狭幅側の柱部８の各切欠き１０ａの深さが１．５ｍｍと広幅側の柱部８の各切欠き１０ｂよりも深く形成され、狭幅側の各切欠き１０ａの合計面積が、広幅側の各切欠き１０ｂの合計面積よりも広くなっている。

前記保持器５の小環状部６の軸方向外側には、図１に示したように、内輪２の小鍔２ｂの外径面に対向させた径方向内向きの鍔１１が設けられ、後の図５に示すように、この対向させた小環状部６の鍔１１の内径面と内輪２の小鍔２ｂの外径面との隙間δは、小鍔２ｂの外径寸法の２．０％以下に狭く設定されている。

また、図示は省略するが、前記円錐ころ４の全表面には微小凹形形状のくぼみがランダムに無数に設けられ、このくぼみを設けた表面の面粗さパラメータＲｙｎｉが０．４μｍ≦Ｒｙｎｉ≦１．０μｍ、かつ、Ｓｋ値が−１．６以下とされている。

図４は、上述した円錐ころ軸受１を使用した自動車のデファレンシャルを示す。このデファレンシャルは、プロペラシャフト（図示省略）に連結され、デファレンシャルケース２１に挿通されたドライブピニオン２２が、差動歯車ケース２３に取り付けられたリングギヤ２４と噛み合わされ、差動歯車ケース２３の内部に取り付けられたピニオンギヤ２５が、差動歯車ケース２３に左右から挿通されるドライブシャフト（図示省略）に連結されるサイドギヤ２６と噛み合わされて、エンジンの駆動力がプロペラシャフトから左右のドライブシャフトに伝達されるようになっている。このデファレンシャルでは、動力伝達軸であるドライブピニオン２２と差動歯車ケース２３が、それぞれ一対の円錐ころ軸受１ａ、１ｂで支持されている。

前記デファレンシャルケース２１には潤滑油が貯留されて、シール部材２７ａ、２７ｂ、２７ｃで密封されており、各円錐ころ軸受１ａ、１ｂは、下部がこの貯留された潤滑油の油浴に漬かった状態で回転する。

前記各円錐ころ軸受１ａ、１ｂが高速で回転してその下部が油浴に漬かると、図５に矢印で示すように、油浴の潤滑油が円錐ころ４の小径側から保持器５の外径側と内径側とに分かれて軸受内部へ流入し、保持器５の外径側から外輪３へ流入した潤滑油は、外輪３の軌道面３ａに沿って円錐ころ４の大径側へ通過して軸受内部から流出する。一方、保持器５の内径側から内輪２側へ流入する潤滑油は、保持器５の小環状部６の鍔１１と内輪２の小鍔２ｂとの隙間δが狭く設定されているので、保持器５の外径側から流入する潤滑油よりも遥かに少なく、かつ、この隙間δから流入する潤滑油の大半は、ポケット９の狭幅側の柱部８に設けた切欠き１０ａを通過して、保持器５の外径側へ移動する。したがって、そのまま内輪２の軌道面２ａに沿って大鍔２ｃまで到る潤滑油の量は非常に少なくなり、軸受内部に滞留する潤滑油の量を減らすことができる。

実施例として、図２に示した保持器を用いた円錐ころ軸受（実施例１）と、図３（ａ）に示した保持器を用いた円錐ころ軸受（実施例２）を用意した。また、比較例として、ポケットに切欠きのない保持器を用いた円錐ころ軸受（比較例１）と、図７（ａ）、（ｂ）に示した保持器を用いた円錐ころ軸受（比較例２、３）を用意した。なお、各円錐ころ軸受は、寸法が外径１００ｍｍ、内径４５ｍｍ、幅２７．２５ｍｍであり、ポケットの切欠き以外の部分は同じである。

上記実施例と比較例の円錐ころ軸受について、縦型トルク試験機を用いたトルク測定試験を行った。試験条件は以下の通りである。
・アキシアル荷重：３００ｋｇｆ
・回転速度 ：３００〜２０００ｒｐｍ（１００ｒｐｍピッチ）
・潤滑条件 ：油浴潤滑（潤滑油：７５Ｗ−９０）

図６は、上記トルク測定試験の結果を示す。図６のグラフの縦軸は、ポケットに切欠きのない保持器を用いた比較例１のトルクに対するトルク低減率を表す。ポケットの柱部中央部に切欠きを設けた比較例２や、ポケットの小環状部と大環状部に切欠きを設けた比較例３も、トルク低減効果が認められるが、ポケットの狭幅側の柱部に切欠きを設けた実施例１は、これらの比較例よりも優れたトルク低減効果が認められ、狭幅側の小環状部にも切欠きを設け、狭幅側の切欠きの合計面積を広幅側のそれよりも広くした実施例２は、さらに優れたトルク低減効果が認められる。

また、試験の最高回転速度である２０００ｒｐｍにおけるトルク低減率は、実施例１が９．５％、実施例２が１１．５％であり、デファレンシャルやトランスミッション等における高速回転での使用条件でも優れたトルク低減効果を得ることができる。なお、比較例２と比較例３の回転速度２０００ｒｐｍにおけるトルク低減率は、それぞれ８．０％と６．５％である。

円錐ころ軸受の実施形態を示す縦断面図 図１の保持器の展開平面図 ａ、ｂは、それぞれ図２の変形例を示す展開平面図 図１の円錐ころ軸受を使用したデファレンシャルを示す横断面図 図４の円錐ころ軸受の軸受内部への潤滑油の流れを示す断面図 トルク測定試験の結果を示すグラフ ａ、ｂは、それぞれ従来の保持器を示す展開平面図

符号の説明

１、１ａ、１ｂ 円錐ころ軸受
２ 内輪
２ａ 軌道面
２ｂ 小鍔
２ｃ 大鍔
３ 外輪
３ａ 軌道面
４ 円錐ころ
５ 保持器
６ 小環状部
７ 大環状部
８ 柱部
９ ポケット
１０ａ、１０ｂ、１０ｃ 切欠き
１１ 鍔
２１ デファレンシャルケース
２２ ドライブピニオン
２３ 差動歯車ケース
２４ リングギヤ
２５ ピニオンギヤ
２６ サイドギヤ
２７ａ、２７ｂ、２７ｃ シール部材

Claims (7)

1. 外径面の軌道面の両側に小鍔と大鍔が設けられた内輪と、内径面に軌道面が設けられた外輪、前記内輪と外輪の軌道面間に配列された複数の円錐ころと、これらの円錐ころをポケットに収納して保持する保持器とからなり、前記保持器が、前記円錐ころの小径端面側で連なる小環状部と、円錐ころの大径端面側で連なる大環状部と、これらの環状部を連結する複数の柱部とからなり、前記ポケットが、前記円錐ころの小径側を収納する部分が狭幅側、大径側を収納する部分が広幅側となる台形状に形成された円錐ころ軸受において、前記保持器の台形状ポケットの狭幅側の柱部に切欠きを前記小環状部と当該柱部との境界から前記大環状部の方へ幅をもたせて設けたことにより、前記保持器の内径側から内輪側へ流入する潤滑油が前記切欠きから外径側の外輪側へ速やかに逃げるようにし、前記小環状部のポケット側の縁を、前記台形状ポケットの狭幅側の底辺部分が前記柱部まで延びた形状としたことを特徴とする円錐ころ軸受。
2. 前記台形状ポケットの狭幅側の小環状部にも切欠きを設けた請求項１に記載の円錐ころ軸受。
3. 前記台形状ポケットの広幅側の少なくとも柱部に切欠きを設けた請求項１又は２に記載の円錐ころ軸受。
4. 前記台形状ポケットの狭幅側に設けた切欠きの合計面積を、前記台形状ポケットの広幅側に設けた切欠きの合計面積よりも広くし、前記流入する潤滑油が当該狭幅側の切欠きから当該広幅側の切欠きよりも多く外径側の外輪側へ逃げるようにした請求項３に記載の円錐ころ軸受。
5. 前記保持器の小環状部の軸方向外側に、前記内輪の小鍔の外径面に対向させた径方向内向きの鍔を設け、この対向させた小環状部の鍔の内径面と前記内輪の小鍔の外径面との隙間を、前記内輪の小鍔の外径寸法の２．０％以下とした請求項１乃至４のいずれかに記載の円錐ころ軸受。
6. 少なくとも前記円錐ころの表面に、微小凹形形状のくぼみをランダムに無数に設け、このくぼみを設けた表面の面粗さパラメータＲｙｎｉを０．４μｍ≦Ｒｙｎｉ≦１．０μｍとし、かつ、Ｓｋ値を−１．６以下とした請求項１乃至５のいずれかに記載の円錐ころ軸受。
7. 前記円錐ころ軸受が、自走車両の動力伝達軸を支持するものである請求項１乃至６のいずれかに記載の円錐ころ軸受。

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