JP5311179B2

JP5311179B2 - 円錐ころ軸受

Info

Publication number: JP5311179B2
Application number: JP2007293105A
Authority: JP
Inventors: 泰裕上堀
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2007-11-12
Filing date: 2007-11-12
Publication date: 2013-10-09
Anticipated expiration: 2027-11-12
Also published as: JP2009121513A

Description

本発明は、コンパクトで負荷容量の大きい円錐ころ軸受に関する。

円錐面の軌道面を有する内輪と外輪の間に配列された円錐ころを、円錐筒状の保持器のポケットに保持した円錐ころ軸受は、通常、内輪の軌道面の大径側に円錐ころを案内する大鍔を設け、軸受取扱い時に保持器に組み込んだ円錐ころが分離しないように、内輪の軌道面の小径側に円錐ころの軸方向位置を規制する小鍔を設けている。

なお、一部の円錐ころ軸受には、内輪の加工を容易にするとともに、材料歩留りを向上させるために、内輪の小鍔を省略して、軌道面の大径側のみに円錐ころを案内する鍔（大鍔）を設け、保持器の大径側に内径側へ突出して内輪の鍔に軸方向を係止される突出部を設けて、保持器を介して間接的に、円錐ころが分離しないように軸方向位置を規制するようにしたものもある（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に記載されたものでは、保持器の突出部を係止する内輪の鍔の係止部を、鍔の外周面外方端部と端面の角部に設けた周段部、鍔の外周面に設けた周溝、または鍔の側面とすることを推奨している。

一方、自動車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、燃費向上のためのトランスミッションの多段化や、車内空間を確保するためのエンジンルームのコンパクト化等に伴い、軸受に許容されるスペースが狭くなり、小型化への要求が大きくなっている。また、エンジンの高出力化に伴い、軸受の負荷容量を増大することへの要求もある。

実開昭５８−１６５３２４号公報

上述した円錐ころ軸受の小型化と負荷容量の増大への要求を満たすためには、内輪の小鍔を省略し、その分だけ軌道面を軸方向に延長して、円錐ころの長さを長くすることが考えられる。しかしながら、特許文献１に記載されたもののように、小鍔の替りに円錐ころの軸方向位置を規制する保持器の突出部を、鍔に設けた周段部や周溝に係止する方法は、周段部や周溝の角部に応力集中が生じやすくなり、円錐ころを案内する際に円錐ころの大端面から鍔に負荷されるスラスト荷重に対する強度が不足する問題がある。また、保持器の突出部を鍔の側面に係止する方法は、このような応力集中は生じないが、保持器の突出部が鍔の側面の外側にはみ出すので、軸受の小型化を阻害する問題がある。

そこで、本発明の課題は、円錐ころを案内する内輪の鍔に応力集中が生じないように、円錐ころ軸受を小型化して負荷容量を増大させることである。

上記の課題を解決するために、本発明は、円錐面の軌道面を有する内輪と外輪の間に配列された円錐ころを、円錐筒状の保持器のポケットに保持した円錐ころ軸受において、前記内輪の軌道面の大径側のみに前記円錐ころを案内する鍔を設け、前記保持器の大径側に、内径側へ突出して前記内輪の鍔に軸方向を係止される突出部を設けて、前記内輪の鍔に、その外径面と外側端面を滑らかな凹曲面で結び、円周方向に連なる切欠き溝を設け、前記保持器の突出部の先端部内側をこの切欠き溝に係止する構成を採用した。

すなわち、内輪の軌道面の大径側のみに円錐ころを案内する鍔を設け、保持器の大径側に、内径側へ突出して内輪の鍔に軸方向を係止される突出部を設けることにより、内輪の小鍔を省略して、その分だけ軌道面を軸方向に延長し、円錐ころの長さを長くして、円錐ころ軸受を小型化して負荷容量を増大できるようにするとともに、内輪の鍔に、鍔の外径面と外側端面を滑らかな凹曲面で結び、円周方向に連なる切欠き溝を設け、保持器の突出部の先端部内側をこの切欠き溝に係止することにより、円錐ころを案内する内輪の鍔に応力集中が生じないようにした。

前記切欠き溝の凹曲面は、単一または複数の円弧面で形成することができる。

前記切欠き溝の凹曲面に係止される前記保持器の突出部の先端部内側は、凸円弧面で形成することができる。

前記突出部の先端部内側の凸円弧面の曲率半径は、前記切欠き溝の凹曲面の曲率半径以下とするとよい。

前記保持器はポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）で形成するとよい。スーパーエンジニアリングプラスチックであるＰＰＳは、機械的強度、耐油性および耐熱性に優れるとともに、樹脂であるので軽量で自己潤滑性があり、鍔の切欠き溝に対する保持器の突出部の摺動抵抗を低減することができる。

前記保持器を形成するポリフェニレンサルファイドに補強材を１０質量％以下で充填することにより、保持器の突出部の強度をさらに増大させることができる。補強材の充填割合を１０質量％以下としたのは、充填割合が１０質量％を超えると、保持器の突出部の摺動抵抗が大きくなるからである。なお、補強材としては、炭素繊維、ガラス繊維等の繊維状補強材、チタン酸カリウムウィスカ等の微小繊維補強材等を用いることができる。

前記円錐ころ軸受のころ係数γが０．９４を越えるものとすることにより、軌道面の最大面圧を低下させて、同じ軸受サイズで負荷容量を増大させることができる。ころ係数γは次式で定義され、通常の円錐ころ軸受のころ係数γは０．９４以下に設計されている。
γ＝（Ｚ・ＤＡ）／（π・ＰＣＤ）
ここに、Ｚ：ころ本数、ＤＡ：ころ平均直径、ＰＣＤ：ころピッチ円直径である。
すなわち、ころ係数γを大きくすることは、保持器のピッチ円を外輪側へ寄せて、ポケット間隔、すなわち柱部の幅を確保した上でころ本数を増やすこととなり、軌道面の最大面圧を低下させることができる。

前記保持器のポケットの窓角は５５°以上で８０°以下とするとよい。ポケットの窓角とは、一つのころの外周面に当接する柱部の案内面のなす角度をいう。窓角を５５°以上としたのは、ころとの良好な接触状態を確保するためであり、８０°以下としたのは、これよりも大きくなると半径方向へのころの押し付け力が大きくなり、自己潤滑性を有する樹脂で保持器を形成しても、円滑な回転が得られなくなる恐れがあるからである。なお、通常の保持器では、窓角は２５〜５０°となっている。

上述した各円錐ころ軸受は、自動車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、内輪の軌道面の大径側のみに円錐ころを案内する鍔を設け、保持器の大径側に、内径側へ突出して内輪の鍔に軸方向を係止される突出部を設けて、内輪の鍔に、その外径面と外側端面を滑らかな凹曲面で結び、円周方向に連なる切欠き溝を設け、保持器の突出部の先端部内側をこの切欠き溝に係止するようにしたので、円錐ころを案内する内輪の鍔に応力集中が生じないように、円錐ころ軸受を小型化して負荷容量を増大させることができる。

以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。図１乃至図３は、第１の実施形態を示す。図１（ａ）、（ｂ）に示すように、この円錐ころ軸受１は、内輪２と外輪３の円錐面の軌道面２ａ、３ａ間に配列された円錐ころ４が、円錐筒状の保持器５のポケット５ａに保持され、内輪２の軌道面２ａの大径側のみに、円錐ころ４の大端面４ａを案内する鍔６が設けられ、保持器５の大径側に内径側へ突出する突出部７が設けられるとともに、鍔６に円周方向へ連なる切欠き溝６ａが設けられ、突出部７が切欠き溝６ａに軸方向を係止されるようになっている。

前記保持器５はポリフェニレンサルファイドで形成され、補強材として炭素繊維が１０質量％以下で充填されている。また、保持器５は円錐ころ４のピッチ円直径ＰＣＤよりも大きく外輪３側へ寄せられて、ころ係数γが０．９４を越えるものとされ、ポケット５ａの窓角θは５５°以上で８０°以下とされている。

前記鍔６の切欠き溝６ａは、鍔６の外径面と外側端面を滑らかに結び、曲率半径ρの凹円弧面で形成され、切欠き溝６ａに係止される保持器５の突出部７の先端部内側は、曲率半径ρよりもわずかに小さい曲率半径Ｒの凸円弧面７ａで形成されている。なお、この実施形態では、突出部７は円周方向に環状に連なるものとされているが、突出部７は円周方向の複数箇所で部分的に突出するものとしてもよい。

図２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、それぞれ円錐ころ軸受１で支持されている。

実施例として、図３（ａ）に示すように、前記内輪２の鍔６を単純な形状に模式化し、幅を２Ｂ、切欠き溝６ａの部分を除く先端幅を２ｂ、切欠き溝６ａの凹円弧面の曲率半径をρ_１としたモデルを用意した。比較例として、図３（ｂ）に示すように、鍔６の外周面外方端部と端面の角部に周段部６ｂを設け、周段部６ｂの隅肉部の曲率半径をρ_２として、実施例のものと同様に、幅を２Ｂ、周段部６ｂの部分を除く先端幅を２ｂとしたモデルを用意した。

上記実施例と比較例のモデルについて、鍔６の内側端面にスラスト荷重Ｐが負荷されたときの、切欠き溝６ａの中央部と、周段部６ｂの隅肉部における応力集中係数αを（１）式で計算した。計算条件は以下の通りである。
２Ｂ＝３．８ｍｍ、２ｂ＝１．９ｍｍ、ρ_１＝１．５ｍｍ、ρ_２＝０．３ｍｍ

この計算の結果、比較例のモデルの応力集中係数αが１．６５となったのに対して、実施例のモデルは応力集中係数αが１．３となり、応力集中を約３０％緩和できることが確認された。

図４は、第２の実施形態を示す。この円錐ころ軸受１は、外輪３に２列の軌道面３ａが設けられ、分割された内輪２に１列ずつの軌道面２ａが設けられて、保持器５で保持された２列の円錐ころ４が、大端面４ａを外側に向けて配列された複列円錐ころ軸受であり、第１の実施形態のものと同様に、各内輪２の外側に向けられた大径側のみに鍔６が設けられ、各保持器５の大径側に内径側へ突出する突出部７が設けられるとともに、各鍔６に円周方向へ連なる切欠き溝６ａが設けられ、突出部７が切欠き溝６ａに軸方向を係止されている。また、各切欠き溝６ａは曲率半径ρの凹円弧面で形成され、各保持器５の突出部７の先端部内側は、曲率半径ρよりもわずかに小さい曲率半径Ｒの凸円弧面７ａで形成されている。図示は省略するが、この複列円錐ころ軸受も、ころ係数γが０．９４を越えるものとされ、ポケット５ａの窓角θは５５°以上で８０°以下とされている。

上述した各実施形態では、鍔の切欠き溝を単一の凹円弧面で形成したが、切欠き溝は複数の凹円弧面で形成することもできる。

ａは第１の実施形態の円錐ころ軸受を示す縦断面図、ｂはａのIb−Ib線に沿った断面図図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ａ、ｂは、それぞれ実施例と比較例の応力集中係数の計算に用いた鍔のモデルを示す模式図第２の実施形態の円錐ころ軸受を示す縦断面図

符号の説明

１円錐ころ軸受
２内輪
３外輪
２ａ、３ａ軌道面
４円錐ころ
４ａ大端面
５保持器
５ａポケット
６鍔
６ａ切欠き溝
７突出部
７ａ凸円弧面
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

Claims

円錐面の軌道面を有する内輪と外輪の間に配列された円錐ころを、円錐筒状の保持器のポケットに保持した円錐ころ軸受において、前記内輪の軌道面の大径側のみに前記円錐ころを案内する鍔を設け、前記保持器の大径側に、内径側へ突出して前記内輪の鍔に軸方向を係止される突出部を設けて、前記内輪の鍔に、その外径面と外側端面を滑らかな凹曲面で結び、円周方向に連なる切欠き溝を設け、前記保持器の突出部の先端部内側をこの切欠き溝に係止するようにし、前記保持器の突出部の先端部内側を凸円弧面で形成したことを特徴とする円錐ころ軸受。
前記切欠き溝の凹曲面を、単一または複数の円弧面で形成した請求項１に記載の円錐ころ軸受。
前記突出部の先端部内側の凸円弧面の曲率半径を、前記切欠き溝の凹曲面の曲率半径以下とした請求項１又は２に記載の円錐ころ軸受。
前記保持器をポリフェニレンサルファイドで形成した請求項１乃至３のいずれかに記載の円錐ころ軸受。
前記保持器を形成するポリフェニレンサルファイドに補強材を１０質量％以下で充填した請求項４に記載の円錐ころ軸受。
前記円錐ころ軸受のころ係数γが０．９４を越えるものとした請求項１乃至５のいずれかに記載の円錐ころ軸受。
前記保持器のポケットの窓角を５５°以上で８０°以下とした請求項１乃至６のいずれかに記載の円錐ころ軸受。
前記円錐ころ軸受が、自動車の動力伝達軸を支持するものである請求項１乃至７のいずれかに記載の円錐ころ軸受。