JP6309703B2 - 転がり軸受 - Google Patents

Description

この発明は、転がり時受に関し、詳しくは寒冷な外気温に曝される可能性のある自動車部品などに使用される転がり軸受に関するものである。

一般に、転がり軸受では、その内部に封入された潤滑グリースによって潤滑を受けているが、環境温度の変化などによって粘度その他の潤滑特性が変化するため、低温時に異音の発生することが知られている。

例えば、自動車などの電装部品や補機部品などに使用される転がり軸受は、−４０℃〜−３０℃というような低温条件下ではグリースの粘性が十分でなく粘度が高くなるため、軸受内空間に封入されていたグリースが転がり軸受の回転のために掻き取られてしまうと空間内に新たにグリースが供給され難くなり、潤滑不良となって異音の発生に結びつく場合がある。

このような冷時（低温）異音を防止する対策として、グリース組成の改良技術が知られており（特許文献１）、またこのようなグリースの調整をしなくても、低温時の潤滑性能を確保できるように「玉の直径に対する前記回転輪軌道溝の曲率半径の割合が５１．５％〜５５％であり、且つ前記玉の直径に対する前記回転輪軌道溝の溝深さの割合が１８．５％〜２１％とする」鋼球の転動体と内輪軌道溝の曲率割合を調整する技術が知られている（特許文献２）。

特開２００４−６７９４０号公報 特開２００６−７７９５０号公報

しかし、上記した冷時異音を抑制する技術は、自動車の電装部品や補機部品に関するものであって、軽荷重で使用される転がり軸受については、上記以外の理由によって冷時異音が発生する場合がある。

例えば、プロペラシャフトセンターサポート軸受のように軽荷重で使用され、かつ外輪がインシュレーターと呼ばれる防振弾性部材を介してハウジングに固定されて使用される転がり軸受では、低温時においてグリース粘度が高くなると、軽荷重での使用によって鋼球が自励振動を発生し易くなり、ハウジングであるインシュレーターを増幅器として低温時に異音が発生しやすいという問題点がある。

このように転がり軸受の外輪または内輪のうち、一方の回転輪がハウジングなどに防振弾性部材を介して固定されて使用される場合に、比較的軽い負荷で使用され、低温で粘度の高められた転動体が固定輪に対して自励振動を起こす時、両者は接触して冷時異音が発生するという問題点があった。

そこで、この発明の課題は、上記した問題点を解決して一方の回転輪がハウジングなどに防振弾性部材を介して固定され、かつ比較的軽荷重で使用されるときに、転動体が固定輪に対して自励振動を起こし難いものとし、すなわち転動体と固定輪との接触により冷時異音が発生し難い転がり軸受とすることである。

上記の課題を解決するために、この発明においては、非回転に固定される固定輪とこの固定輪に対して回転する回転輪とに形成された軌道溝に複数の玉を回転自在に介在させ、これら軌道溝と玉の接触面を潤滑グリースで潤滑する転がり軸受において、前記玉の直径に対する前記固定輪の軌道溝の曲率半径の割合が５５．６〜６０．０％とし、かつ前記玉の直径に対する前記回転輪の軌道溝の曲率半径の割合を前記所定割合より６％以上低くしたことを特徴とする転がり軸受としたのである。

上記のように構成されるこの発明の転がり軸受は、玉の直径に対する固定輪の軌道溝の曲率半径の割合を所定の範囲に調整し、かつ前記玉の直径に対する回転輪の軌道溝の曲率半径の割合を前記所定割合より６％以上低くしたことにより、アキシアル隙間やラジアル隙間が所定量確保され、それによって軽荷重の転がり軸受の玉が自励振動した場合に振動が固定輪に伝わり難くなり、また負荷域である玉と軌道溝との接触面圧が高まり、それによって玉の振動も抑制される。これらの作用が総合されて、冷時異音が発生し難い転がり軸受になる。

また、低温の使用条件で負荷域の接触面圧を高めるためには、上記潤滑グリースが、４０℃での動粘度３０ｍｍ^２／ｓ以下の低粘性潤滑グリースであることが好ましく、例えば上記潤滑グリースが、エステル油またはエステル系の基油を配合した潤滑グリースであることが好ましい。

また、前記した玉の直径に対する固定輪の軌道溝の曲率半径の割合を所定の範囲に調整することにおいて、転がり軸受のアキシアル隙間が、２２０〜３７０μｍであり、もしくはラジアル隙間が、２０〜４０μｍであり、または両方の隙間条件を満足することが冷時異音の発生し難い転がり軸受にするために好ましい。

上記したように比較的軽荷重で使用され、寒冷な外気温に曝される可能性のある転がり軸受として、例えば自動車のプロペラシャフトセンターサポート用転がり軸受のような防振弾性部材を介して固定輪をハウジングに装着するプロペラシャフトセンターサポート用転がり軸受を採用することができる。

この発明は、転がり軸受の一方の回転輪をハウジングなどに固定した状態とし、かつ玉の直径に対する固定輪および回転輪の軌道溝の曲率半径の割合を所定の範囲に調整したことにより、転がり軸受内に所定大きさの隙間が確保され、それによって転がり軸受の玉の自励振動を固定輪に伝わり難くし、かつ負荷域である玉と軌道溝との接触面圧を高めて自励振動を抑制するので、比較的軽荷重で使用される転がり軸受の転動体が固定輪に対して自励振動を起こし難いものとなり、転動体と固定輪との接触により冷時異音が発生し難い転がり軸受になるという利点がある。

この発明の実施形態の深溝玉軸受の縦断面図 玉の直径に対する固定輪の軌道溝の曲率半径を示す図１の要部拡大図

この発明の実施形態を、添付図面に基づいて以下に説明する
図１、２に示すように実施形態は、非回転に固定される固定輪である外輪１と、この固定輪に対して回転する回転輪である内輪２とに形成された軌道溝３、４に複数の玉５を回転自在に介在させ、これら軌道溝３、４と玉５の接触面を潤滑グリースＧで潤滑する転がり軸受であり、前記玉５の直径Ｄに対する外輪１の軌道溝３の曲率半径Ｒの割合が５５．６〜６０．０％に調整し、かつ玉の直径に対する前記内輪２の軌道溝４の曲率半径の割合を前記所定割合より６％以上低くして設けた転がり軸受である。図中の符号６は保持器、７は芯金入りのシールを示している。

上記した外輪１は、固定輪であるとしたが、これはインシュレーターと呼ばれる防振弾性部材を介して図外のハウジングに、振動の伝導を抑制しつつ保持されるよう装着されている周知の支持状態にあり、インシュレーターおよびハウジングについては図示を省略している。

また、図２に示すように玉５の直径Ｄに対する外輪１の軌道溝３の曲率半径Ｒの割合は５５．６〜６０．０％であり、この数値範囲未満の割合では、外輪１に振動の伝達を充分に抑制することが困難になる。また上記所定範囲を超える割合では、通常の自励振動以上の振れ巾で軌道溝３内において玉５が振れるようになり、回転軸の支持が不安定になって好ましくない。

また、玉の直径に対する内輪２の軌道溝４の曲率半径の割合は、前記所定割合（５５．６〜６０．０％）より６％以上低くしており、内輪、外輪の溝曲率差を所定以上の割合で設けている。これによって、アキシアル隙間とラジアル隙間に所定の大きさの空間を形成し、振動を抑制および吸収することを可能にしている。このような理由から、より好ましい玉の直径に対する内輪２の軌道溝４の曲率半径の割合は、前記した外輪に対する所定割合（５５．６〜６０．０％）よりも６〜１６％程度低くすることである。

また、上記の場合に玉５の直径Ｄに対する外輪１の軌道溝３の深さＨの割合は、１８．０〜２０．０％であることが好ましい。上記数値範囲未満の割合では、玉５が軌道溝３以外に乗り上げる現象が起きやすくなって、軸受寿命が短くなって好ましくないからであり、上記数値範囲を超える割合では、玉５と軌道溝との接触する面積、すなわち負荷域が大きくなり、却って冷時異音が生じやすくなって好ましくないからである。

また、この発明では玉５の直径Ｄに対する内輪２の軌道溝４の曲率半径Ｒの割合については、特に限定するものではなく、軸受寿命などの点で好ましい割合を採用すればよい。
また、玉５の直径Ｄに対する外輪１の軌道溝３の曲率半径Ｒの割合を所定の範囲に調整すると共に、アキシアル隙間もしくはラジアル隙間を所定の範囲に調整することが好ましい。

図１に示すように、転がり軸受のラジアル隙間を測定する場合には、固定輪である外輪１に対して内輪２を回転軸と直交するＡ方向に動かし、その動き量で示す。また、アキシアル隙間を測定する場合には、外輪１に対して内輪２を回転軸の軸に沿ってＢ方向に動かし、その動き量で示す。

これらの隙間が、上記所定数値範囲より小さい場合には、軽荷重の転がり軸受の玉が自励振動した場合に振動が固定輪に伝わりやすくなって好ましくなく、上記所定数値範囲を超える大きな隙間では、負荷域である玉と軌道溝との接触面圧が充分に高められ難いと考えられ、この発明にとっての好ましい条件をより確実にするために、アキシアル隙間は２２０〜３７０μｍであることが好ましい。またラジアル隙間が２０〜４０μｍであることが好ましく、より好ましくは２３〜４０μｍである。

また、この発明に用いる潤滑グリースは、４０℃での動粘度３０ｍｍ^２／ｓ以下の低粘性潤滑グリースを採用することが好ましく、基油の種類としては、周知のものを採用することができる。

周知の基油としては、合成潤滑油または鉱油が挙げられ、例えばパラフィン系鉱油やナフテン系鉱油等の鉱油類、ポリ−α−オレフィン油（ＰＡＯ）などの合成炭化水素油類、ポリフェニルエーテルもしくはジアルキルエーテルまたはアルキルフェニルエーテルであるジアルキルジフェニルエーテル油、アルキルトリフェニルエーテル油、アルキルテトラフェニルエーテル油等のエーテル油類、またはジエステル油、ポリオールエステル油またはこれらのコンプレックスエステル油、芳香族エステル油、炭酸エステル油等のエステル油類等の一種または２種以上の混合油が挙げられる。

このうち、ジエステル、ポリオールエステルなどのエステル油またはエステル系の基油
は４０℃での動粘度３０ｍｍ^２／ｓ以下の低粘性であり、冷時にも低粘度で潤滑性が良くて冷時異音の抑制性が優れていて好ましいものである。
なお、転がり軸受は、深溝玉軸受を図示したが、他に周知構造の玉軸受であってもよく、そのシール構造は図示した接触形以外の接触形または非接触形のものであっても良い。

［実施例１、２、比較例１〜３］
表１に示す寸法で玉の直径Ｄに対する固定輪（外輪）の軌道溝の曲率半径Ｒの割合を調整したプロペラシャフト用深溝玉軸受を試験軸受とし、エステル油からなる基油を表中に示すちょう度になるように調製したグリースを軸受内に封入した。

試験軸受の仕様は、例えばラジアル隙間２５〜３５μｍとした実施例１では、アキシアル隙間を２２０μｍ以上確保するために、玉の直径に対する軌道溝の曲率半径の割合を５５．６％以上（外輪溝曲率１．１１５以上）とした。なお、試験軸受のラジアル隙間２３〜４１μｍ（プロペラシャフト用として最大Ｃ４規格）の場合に、外輪溝曲率を１．２００（玉の直径に対する軌道溝の曲率半径の割合が６０．０％）にするとアキシアル隙間は３７０μｍである。

すなわち、転がり軸受のアキシアル隙間は２２０〜３７０μｍという隙間条件を満足する場合に、冷時異音の発生し難い転がり軸受となることを確認できる。
また、低温時の異音の発生状態を確かめるため、実機プロペラシャフト試験として、自動車のプロペラシャフトにインシュレーターを介してセンターサポート用に転がり軸受を装着し、または模擬プロペラシャフト試験として、模擬プロペラシャフトにインシュレーターを介してセンターサポート用に転がり軸受を装着し、それぞれの試験環境温度および回転速度を以下のように設定して以下の評価試験を行なった。

［低温時の異音発生試験１（実機プロペラシャフト試験）］
試験温度： −２５℃〜−３０℃
回転速度： １６００ｍｉｎ^-1〜２１００ｍｉｎ^-1
［低温時の異音発生試験２（模擬プロペラシャフト試験）］
試験温度： −１０℃〜−４０℃
回転速度： ０〜３５００ｍｉｎ^-1

試験条件と表１に示す結果からも明らかなように、玉の直径に対する前記固定輪の軌道溝の曲率半径の割合の下限値は、外輪溝曲率１．０８〜１．１５（５４．０％〜５７．５％）の間に閾値があると予想された。また、冷時異音対策の手法としては、上記の試験結果を参考に、内輪と外輪溝曲率の差を大きくすること、アキシアル隙間を大きくし、またはそのためにはラジアル隙間をある程度大きくすること、低粘度グリースを使用すること、グリース量は多めにすることが適切であり、これらは特にプロペラシャフト用軸受として好ましい条件であった。

１ 外輪
２ 内輪
３、４ 軌道溝
５ 玉
６ 保持器
７ シール

Claims (2)

1. 固定輪である外輪とこの固定輪に対して回転する回転輪である内輪とに形成された軌道溝に複数の玉を回転自在に介在させ、これらの軌道溝と玉の接触面を潤滑グリースで潤滑し、前記固定輪をハウジングに装着する自動車のプロペラシャフトセンターサポート用転がり軸受において、
   前記玉の直径に対する前記固定輪の軌道溝の曲率半径の所定割合を５５．６％以上５７．５％以下とし、かつ前記玉の直径に対する前記回転輪の軌道溝の曲率半径の割合を前記所定割合より６％以上低くすると共に、前記玉の直径に対する前記固定輪である外輪の軌道溝の深さの割合が１８．０〜２０．０％であり、前記潤滑グリースが４０℃での動粘度３０ｍｍ^２／ｓ以下の低粘性潤滑グリースであり、アキシアル隙間が、２２０〜３７０μｍであり、かつラジアル隙間が、２０〜４０μｍであることを特徴とする自動車のプロペラシャフトセンターサポート用転がり軸受。
2. 上記潤滑グリースが、エステル油またはエステル系の基油を配合した潤滑グリースである請求項１に記載の自動車のプロペラシャフトセンターサポート用転がり軸受。
   

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