JP5165461B2 - 転がり軸受、転がり軸受を備えた電装補機用軸受装置及びトランスミッション用軸受装置 - Google Patents

Description

本発明は、例えばアルミ合金製のトランスミッションに用いられる転がり軸受のように、比較的低剛性のハウジングに外輪が締まり嵌めの状態で取り付けられる転がり軸受に関する。

自動車のトランスミッション、デファレンシャル及びトランスファー等の動力伝達装置では、駆動軸の支持軸受として転がり軸受が多く用いられている。

例えばトランスミッションでは、入力軸、出力軸及び伝達軸を、ケーシングに取り付けられた転がり軸受としての玉軸受により回転自在に支持している。トランスミッションに用いられる玉軸受としては、軸受の両端部に、内輪の外周端部と外輪の内周端部との間を塞ぐ円環状シールを設けたものがある（例えば、特許文献１参照）。この玉軸受は、両端部の円環状シールによって外輪の外周面と内輪の外周面との間を密閉し、内部に封入したグリースの漏れを防止すると共に、トランスミッション内の歯車のかみ合いにより生じる磨耗粉等の異物が内部へ侵入する不都合を防止している。

ところで、近年、自動車の低燃費化の要求に応えるべく動力伝達装置の軽量化が進められており、動力伝達装置のハウジングの薄肉化やアルミ合金等の低剛性材料の適用が進んでいる。このため、入出力軸等を介して荷重が作用する際、ハウジングの軸受取り付け部の弾性変形量が増大し、これに伴い、軸受の外輪の弾性変形量が増大する傾向にある。取り付け部や外輪の弾性変形量が増大すると、取り付け部に対して軸受の外輪が相対回転するクリープが生じ易くなるという不都合がある。ハウジングの取り付け部に軸受の外輪が締まり嵌めの状態で固定されている場合、一般的にクリープは生じ難くなるが、ハウジングの変形量が大きいと、部分的に締め代が失われてクリープの発生に至る恐れがある。軸受の外輪のクリープが発生すると、外輪よりも低硬度であるハウジング取り付け部の嵌め合い面が摩耗して外輪のガタ付きが生じ、異音の発生や、磨耗粉により周辺部品へダメージを与える等の問題が生じる。

そこで、従来、軸受の外輪のクリープを防止するため、外輪の外周面に熱膨張性樹脂を配置した軸受が提案されている（例えば、特許文献２参照）。この軸受は、ケーシングの取り付け部に隙間嵌めの状態で外輪を取り付けた後、嵌め合い部を加熱して熱膨張性樹脂を膨張させることにより、取り付け部と外輪との間の嵌め合い隙間を無くし、締まり嵌めと同様の嵌め合い状態となるようにしている。これにより、ケーシングの取り付け部に対する軸受の外輪のクリープを防止するようにしている。
特開２００２−２８６０４４号公報 特開平０３−２３９８１３号公報

しかしながら、外輪の外周面に熱膨張性樹脂を配置した従来の軸受は、その熱膨張性樹脂の分だけ部品点数が増加し、また、軸受を取り付ける際に嵌め合い部の加熱を行うので取り付け工数が増加し、コストアップを招く問題がある。

そこで、本発明の課題は、ケーシングの軽量化に起因する外輪のクリープの発生を、コストアップを伴うことなく防止できる転がり軸受を提供することにある。

請求項１に記載の転がり軸受は、外周に軌道面を有する内輪と、内周に軌道面を有する外輪と、内輪と外輪の軌道面間に介在する複数の転動体を備え、外輪が締まり嵌めの状態でハウジングの軸受取り付け部に取り付けられる転がり軸受において、外輪の厚みを下記の式を満たすように最小化することで荷重作用時の外輪の最大径方向変位を、前記取り付け部の嵌め合い面と前記外輪の外周面との間の締め代の範囲内にしたことを特徴とするものである。

但し、hは外輪肉厚（外輪の軌道面の底と外周面との間の最小径方向寸法）、Coは基本静定格荷重、Ｄmはピッチ円径、Eはヤング率、Zは転動体個数、Bは外輪幅寸法、δは取り付け部の嵌め合い面と外輪の外周面との間の締め代である。

上記構成によれば、外輪が取り付け部に締まり嵌めの状態で取り付けられる転がり軸受において、外輪の厚みが最適に設定されていることから、転がり軸受が取り付けられる例えばハウジングの取り付け部の剛性が比較的低い場合においても、部材を追加することなく安価に外輪のクリープを防止することができる。

ここで、外輪の厚みとは、外輪の軌道面の底と外周面との間の最小径方向寸法をいう。

請求項２の発明は、請求項１に記載の転がり軸受において、上記転がり軸受を深溝玉軸受としたものである。

請求項２の転がり軸受によれば、深溝玉軸受の外輪のクリープを安価に防止することができる。

請求項３の発明は、請求項１に記載の転がり軸受において、上記転がり軸受をアンギュラ玉軸受としたものである。

請求項３の転がり軸受によれば、アンギュラ玉軸受の外輪のクリープを安価に防止することができる。

請求項４の発明は、請求項１に記載の転がり軸受において、上記転がり軸受を円筒ころ軸受としたものである。

請求項４の転がり軸受によれば、円筒ころ軸受の外輪のクリープを安価に防止することができる。

請求項５の発明は、請求項１に記載の転がり軸受において、上記転がり軸受を円錐ころ軸受としたものである。

請求項５の転がり軸受によれば、円錐ころ軸受の外輪のクリープを安価に防止することができる。

請求項６の発明は、請求項１に記載の転がり軸受を備えた電装補機用軸受装置である。

請求項６の電装補機用軸受装置によれば、電装補機の軽量化のために転がり軸受の取り付け部の剛性が低減しても、転がり軸受の外輪のクリープを安価に防止することができる。その結果、軽量かつ安価で長寿命の電装補機を構成することができる。

請求項７の発明は、請求項１に記載の転がり軸受を備えたトランスミッション用軸受装置である。

請求項７のトランスミッション用軸受装置によれば、トランスミッションの軽量化のために転がり軸受の取り付け部の剛性が低減しても、転がり軸受の外輪のクリープを安価に防止することができる。その結果、軽量かつ安価で長寿命のトランスミッションを構成することができる。

本発明の転がり軸受によれば、転がり軸受が取り付けられる取り付け部の剛性が比較的低い場合においても、部材を追加することなく安価に外輪のクリープを防止することができるので、転がり軸受の取り付け部が設けられるハウジングを、外輪のクリープを招来すること無く軽量化でき、その結果、耐久性を確保しつつ動力伝達装置の軽量化を行うことができる。

以下、本発明の実施形態の転がり軸受を、図面を参照しつつ説明する。

図１は、本発明の転がり軸受の実施形態としての深溝玉軸受を示す半断面図である。この深溝玉軸受１は、外周に軌道面３を有する内輪２と、内周に軌道面５を有する外輪４と、内外輪２、４の軌道面３、５間に介在させた複数の転動体としてのボール６とを備える。ボール６は保持器７によって円周方向の等配位置に保持されている。この深溝玉軸受１は動力伝達装置としてのトランスミッションに装着され、トランスミッションの入出力軸及び伝達軸を回転自在に支持するトランスミッション用軸受装置を構成している。

トランスミッションは、軽量化のためにケーシングがアルミ合金で形成され、このケーシングに設けられた取り付け部に、深溝玉軸受１が取り付けられる。ケーシングの取り付け部には、深溝玉軸受１の外輪４が締まり嵌めの状態で取り付けられる。すなわち、取り付け部の内径寸法よりも外輪４の外径寸法が大きく設定されている。

深溝玉軸受１の取り付け部を含むケーシングはアルミ合金で形成されているので、一般的な鋼製のケーシングと比較して剛性が低い。したがって、トランスミッションの入出力軸を介して荷重が作用する際、取り付け部の変形量が比較的大きい。取り付け部の変形量が大きいと、従来、取り付け部と外輪との間の締め代が部分的に失われてクリープが生じる問題があった。これに対して本実施形態の深溝玉軸受は、外輪４の厚みが下記の式（１）を満たすように設定されていることにより、荷重作用時においても締め代が十分に確保される。

但し、hは外輪肉厚、Coは基本静定格荷重、Dmはピッチ円径、Eはヤング率、Zは転動体個数、Bは外輪幅寸法、δは取り付け部の嵌め合い面と外輪の外周面との間の締め代である。

以下、上記式（１）を導く過程を、図２を参照しながら説明する。図２は、深溝玉軸受の外輪４の変形状態を示す模式断面図である。図２は、深溝玉軸受１の外輪４の一部と２つのボール６を示しており、ｈは外輪４の肉厚であり、Ｄは荷重作用時の外輪４の最大変位である。外輪４の厚み（肉厚）とは、外輪４の軌道面５の底と外周面との間の最小径方向寸法をいう。外輪４の２つのボール６間の部分を両持ち梁とすると、最大変位Ｄは次の式（２）のように表される。

但し、Wは最大転動体荷重、lは転動体スパン、Eはヤング率、Iは断面二次モーメントである。

式（２）で表される最大変位Ｄが、ケーシングの取り付け部の嵌め合い面と外輪４の外周面との間の締め代δよりも小さい場合、取り付け部と外輪４との間の締まり嵌めの状態が確保される。すなわち、下記の式（３）を満たす場合、締まり嵌めの状態が確保される。

ここで、最大転動体荷重Wは、次の式（４）のように表される。

但し、Coは基本静定格荷重、Zは転動体数である。

また、転動体間スパンlは、次の式（５）のように表される。

但し、Dmは転動体ピッチ円直径、Zは転動体数である。

さらに、断面二次モーメントIは、次の式（６）のように表される。

但し、bは軸受幅寸法、hは軸受径方向肉厚である。

上記式（３）に式（４）〜（６）を代入し、ｈについて解くことにより、式（１）が得られる。式（１）を満たすように外輪４の厚みを設定することにより、深溝玉軸受１に基本静定格荷重Coに相当する荷重が作用した場合に、ケーシングの取り付け部と外輪４との間の締め代が失われることなく、締まり嵌めの状態を確保することができる。

下記の表１は、深溝玉軸受の比較例のＡ及びＢと、本実施形態の深溝玉軸受の実施例Ｃ乃至Ｅについて、所定の荷重条件の下で運転を行い、クリープの発生を確認する試験を行った試験結果である。表１において、必要外輪肉厚とは、式（１）の右辺に基本静定格荷重Co等の値を代入して得た値である。比較例Ａ及びＢは、実際の外輪肉厚が必要外輪肉厚よりも小さくて、式（１）を満たさないものである。一方、実施例Ｃ乃至Ｅは、実際の外輪肉厚が必要外輪肉厚よりも大きく、式（１）を満たすものである。表１において、結果の×は取り付け部に対して外輪のクリープが発生したことを示し、結果の○はクリープが取り付け部に対して外輪のクリープが発生しなかったことを示している。

表１に示すように、比較例Ａ及びＢの深溝玉軸受は、基本静定格荷重の作用下で運転した場合、ケーシングの取り付け部に対して外輪のクリープが発生した。一方、実施例Ｃ乃至Ｅの深溝玉軸受は、基本静定格荷重の作用下で運転した場合、ケーシングの取り付け部に対して外輪のクリープが発生しなかった。これらの試験結果から、本実施形態の深溝玉軸受によれば、外輪４の厚みを、式（１）を満たすように設定することにより、クリープの発生を防止できることが確認された。

以上のように、本実施形態の深溝玉軸受によれば、従来の軸受のように外輪の外周面に熱膨張性樹脂等の部材を追加することなく外輪４のクリープを防止することができる。したがって、トランスミッションの軽量化を、耐久性を損なうことなく、しかも、安価に行うことができる。

図３は、本発明の他の実施形態の転がり軸受としてのシール型深溝玉軸受を示す半断面図である。このシール型深溝玉軸受１０は、図１の深溝玉軸受の両端部にシール８，８を設けたものである。図３のシール型深溝玉軸受において、図１の深溝玉軸受と同一の構成部分には同一の参照番号を付して詳細な説明を省略する。本実施形態のシール型深溝玉軸受１０は、両端部に、内輪２と外輪４との間の隙間を塞ぐ円環状のシール８が設けられている。シール８の外径縁部は、外輪４の内周面の両端部に全周にわたって形成された係止溝１１内に収容されている。また、シール８の内径縁部は、内輪２の外周面の両端部に全周にわたって形成された係止溝１２内に収容されている。シール８は、鋼板等で形成された芯金８１と、芯金８１を被覆するゴム等の弾性材８２で形成されており、弾性材８２の内周縁部には、内輪２の係止溝１２と係合するシールリップが設けられている。

本実施形態のシール型深溝玉軸受１０もまた、図１の深溝玉軸受１と同様に、取り付け部に締まり嵌めの状態で取り付けられ、外輪４の厚みが式（１）を満たすように設定されている。シール型深溝玉軸受１０は、噛み合い部品や摺動部品が多くて動作に伴う磨耗屑等の発生が比較的多いトランスミッションに好適に用いられる。本実施形態のシール型深溝玉軸受１０によれば、荷重作用時の外輪４のクリープが防止されるうえに、シール８によって軸受内部に磨耗屑等の異物が侵入することが防止される。したがって、シール型深溝玉軸受１０が適用されたトランスミッションを、耐久性を向上させつつ安価に軽量化を行うことができる。

上記実施形態において、転がり軸受としての深溝玉軸受に本発明を適用した場合を説明したが、本発明は深溝玉軸受に限られず、種々の転がり軸受に適用することができる。例えば、転がり軸受として、アンギュラ玉軸受、円筒ころ軸受及び円錐ころ軸受に本発明は適用可能である。

また、本発明の転がり軸受は、トランスミッション以外に、デファレンシャル及びトランスファー等の他の動力伝達装置に用いることができる。また、本発明の転がり軸受は、トランスミッション以外に、オールタネータ及びファンカップリング等の電装補機に用いることも可能である。

本発明の実施形態の深溝玉軸受を示す半断面図である。 深溝玉軸受の外輪４の変形状態を示す模式断面図である。 他の実施形態のシール型深溝玉軸受を示す半断面図である。

符号の説明

１ 深溝玉軸受
２ 内輪
３ 内輪の軌道面
４ 外輪
５ 外輪の軌道面
６ ボール
７ 保持器

Claims (7)

1. 外周に軌道面を有する内輪と、内周に軌道面を有する外輪と、内輪と外輪の軌道面間に介在する複数の転動体を備え、外輪が締まり嵌めの状態でハウジングの軸受取り付け部に取り付けられる転がり軸受において、外輪の厚みを下記の式を満たすように最小化することで荷重作用時の外輪の最大径方向変位を、前記取り付け部の嵌め合い面と前記外輪の外周面との間の締め代の範囲内にしたことを特徴とする転がり軸受。
   

   

   但し、hは外輪肉厚（外輪の軌道面の底と外周面との間の最小径方向寸法）、Coは基本静定格荷重、Ｄmはピッチ円径、Eはヤング率、Zは転動体個数、Bは外輪幅寸法、δは取り付け部の嵌め合い面と外輪の外周面との間の締め代である。
2. 請求項１に記載の転がり軸受において、
   上記転がり軸受は深溝玉軸受である転がり軸受。
3. 請求項１に記載の転がり軸受において、
   上記転がり軸受はアンギュラ玉軸受である転がり軸受。
4. 請求項１に記載の転がり軸受において、
   上記転がり軸受は円筒ころ軸受である転がり軸受。
5. 請求項１に記載の転がり軸受において、
   上記転がり軸受は円錐ころ軸受である転がり軸受。
6. 請求項１に記載の転がり軸受を備えた電装補機用軸受装置。
7. 請求項１に記載の転がり軸受を備えたトランスミッション用軸受装置。

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