JP6677291B2 - 円すいころ軸受 - Google Patents
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Description
特許文献1には、円すいころ軸受内のオイルの流れを適正化して回転トルクを低減するために、保持器87の小径側を径方向内方に折り曲げて、内輪82の外周との間の隙間(以下「内周隙間」という)を小さくすると共にラビリンスを形成した形態が開示されている。
また、特許文献2には、保持器87の小径側の端部88と外輪72の内周との間の隙間(以下「外周隙間」という)におけるオイルの流動を制限するために、この外周隙間を調整する手段を設けた形態が開示されている。
仮に、オイルの流れが保持器に衝突して阻害されると、その衝突する領域で圧力が高まり、この圧力が高まった領域のオイルが、比較的圧力の低い内輪の外周面と保持器の小径側の内周面との間の円筒空間を通じて円すいころ軸受の内部側へ流れやすくなるが、本発明によれば、このようなオイルの流れの発生を抑制することが可能となる。これにより、内輪の外周面と保持器の小径側の内周面との間の内周隙間から、軸受内部へのオイルの流入をより一層抑えることができる。
そして、保持器の小径側の端面は、傾斜方向が異なる内側傾斜面と外側傾斜面とを有していることで、保持器の小径側の端部が軸方向に拡大するのを防ぐことができ、この結果、円すいころ軸受の軸方向寸法が大きくなるのを防止することが可能となる。
本発明の実施形態(第1実施形態)を図1を用いて説明する。
図1に示した円すいころ軸受1は、自動車の終減速機のピニオンシャフトを支持する用途等に使用される。この円すいころ軸受1は、内周に円すい状の外側軌道面16を有する外輪2と、外周に円すい状の内側軌道面11を有する内輪3と、これら外側軌道面16と内側軌道面11との間に転動自在に配置された複数の円すいころ4と、これらの円すいころ4を円周方向に等しい間隔で保持する環状の保持器17とを有している。なお、以下に説明する各形態において、外輪2、内輪3及び保持器17は、共通する軸線Cを中心線とする環状(短円筒状)である。
外輪2は、軸受鋼を用いて製作されていて、焼入れ硬化処理をした後、外周面23、大端面21、小端面22、外側軌道面16、内周円筒面31がそれぞれ研削加工によって仕上げられている。
内輪3の小端面27側には、内側軌道面11の小径側から径方向外側へ突出している小鍔部14が形成されており、この小鍔部14の外周には軸線Cと同軸の円筒面24が形成されている。
内輪3は、軸受鋼を用いて製作されていて、焼入れ硬化処理をした後、内周面25、大端面26、小端面27、内側軌道面11、鍔面28、円筒面24がそれぞれ研削加工によって仕上げられている。
隣接する柱部7と円環部5と円環部6とで囲まれた空間はポケットと呼ばれ、このポケットの円周方向の内壁が円すいころ4の転走面41と近接し、軸方向の内壁が円すいころ4の軸方向の両端面42,43と近接している。保持器17の径方向及び軸方向についての位置決めは、前記ポケットが円すいころ4に接触することで行われる。こうして、保持器17は複数の円すいころ4と近接することによって位置決めされているが、円すいころ4が自在に転動できるためには、保持器17と円すいころ4との間にある程度の隙間が必要である。このため、軸受が回転するときに保持器17と内外輪2,3とが接触しないように、これらの間にはそれぞれ、ある程度の大きさの隙間が必要とされる。
そして、内輪3が回転して円すいころ4が公転運動をすると、保持器17はこの円すいころ4に案内されて公転し、外輪2や内輪3と同軸で回転する。
円環部5の外周には外周円筒面51が形成されていて、この外周円筒面51は柱部7の外周面と連続している。そして、この円環部5の外周円筒面51は、外輪2の内周に形成された内周円筒面31と同軸に配置され、外周円筒面51と内周円筒面31が所定の隙間を持って半径方向に対向して、これら外周円筒面51と内周円筒面31との間に、軸線Cと平行な円筒空間Rが形成されている。
そして、外側傾斜面45と外周円筒面51とが交差して形成される角部52の軸方向位置が、外輪2の大端面21の軸方向位置と概ね一致するように組み込まれる。この円環部5の外側傾斜面45と外輪2との位置関係についてはあとで詳述する。
そして、この円環部5の内周端部、つまり、前記角部55は、軸方向の配置に関して、内輪3の小端面27から軸方向内側の位置に設けられており、かつ、この角部55は、半径方向の配置に関して、内輪3の外周面の内の円筒面24に接近した位置に設けられている。
このように、角部55は、内輪3の小端面27と円筒面24との交差部62に接近している。なお、本実施形態では、交差部62に、アール面が形成されている。図2に示す断面において、内側傾斜面46から半径方向内側へ傾斜して延びる仮想の延長線は、この交差部62のアール面と交差する構成となっていてもよい。
円環部5の軸方向内側の側面54は、平面となっており、側面54の外径側は柱部7の内周面に連続している。
次に、内輪3が回転するときのオイルの流れを、図2によって説明する。
以下の説明では、円すいころ軸受1について、内輪3の小端面27の側を「小径側」と称し、内輪3の大端面26の側を「大径側」と称して説明する。
この円すいころ軸受1が使用される自動車の終減速機では、デフケース内に収容されたオイルがギアの回転によって跳ね上げられて、ピニオンシャフトを支持している円すいころ軸受1に多量のオイルが供給されている。
円環部5の内周側からのオイルの流入について説明する。
前述したように、円環部5の内周側は、内輪3の外周との間にラビリンスが形成されている。このため、保持器17の寸法精度を厳しく設定しなくても、円環部5と内輪3との隙間の大きさがある程度の範囲内にあれば、円環部5の内周側からのオイルの流入量を低減することが出来る。
その機能を説明する前に、従来構成について図10により説明する。図10は、従来の保持器90の小径側の円環部91の説明図である。円環部91の内周面95は、内輪98の外周面98aと対向する円筒面である。また、円環部91の軸方向外側の端面92は、半径方向外側に向かって軸方向外側に傾斜する傾斜面となっている。このため、内輪98の回転に伴って、遠心力により半径方向外向きの速度成分を有するオイルが、内輪98の小端面98bに沿って流れ、その小端面98bから離脱すると、その一部が軸方向内側に向かって流れ、前記端面92の半径方向内側寄りの面に衝突してその流れが阻害される。これにより、オイルの一部が衝突する領域P1では、圧力が比較的高い状態になる。すると、この領域P1は、円環部91の内周面95と内輪98の外周面98aとの間の円筒空間P2よりも、圧力が高い状態となり、領域P1から円筒空間P2側へ向かうオイルの流れが発生し、オイルが、円すいころ96の存在する軸受内部側(軸方向内側)に侵入しやすい状態となる。
この結果、前記のとおり図10に示す従来例の場合、円環部91によりオイルの流れが阻害され、領域P1で圧力が高まり、この圧力が高まった領域P1のオイルが、比較的圧力の低い円筒空間P2を通じて、軸受内部側へ流れやすくなるが、図2に示す本実施形態の場合、オイルの流れが円環部5によって阻害されにくくなることから、従来例のように圧力が高くなるのを防ぐことができ、従来のような軸受内部側へのオイルの流れの発生を抑制することが可能となる。つまり、円環部5の内周側におけるオイルの流入を抑制(流入量を低減)することが可能となる。
次に、円環部5の外周側からのオイルの流入について説明する。
円すいころ軸受1の内部では、保持器17の柱部7と外側軌道面16との間(以下「隙間A」とする)のオイルが、遠心力により小径側から大径側に向かって流れている。このため従来は、保持器17の小径側端部において保持器17と外輪2との間にあるオイルは、隙間Aの流れに吸引されて隙間Aに誘導されるので、円すいころ軸受1を貫通する油量を十分に減少させることが出来なかった。
なお、この円筒空間Rの半径方向寸法(外周隙間)は小さい。つまり、円環部5の外周円筒面51と外輪2の内周円筒面31との間隔は小さく、その間隔は、例えば、0.1mm以上、1.5mm以下に設定されている。
この「ほぼ等しい位置」には、両者の位置が完全に一致する形態の他に、後の参考発明に関して説明する図8の場合と同様に、大端面21から角部52の先端が軸方向外側に突出する大きさが1mm以下である形態が、最も好ましい形態として含まれる。また、この軸方向外側に突出する大きさは、1mmを越える場合であってもよく、図8の場合と同様に、約2.6mm以下であってもよい。つまり、この2.6mm以下の場合についても、前記「ほぼ等しい位置」に含まれる。
なお、軸線方向の断面形状で外側傾斜面45が軸線Cとのなす角度θ(図2参照)は、45°〜75°とするのが好ましく、このときに流量を低減する効果が大きい。
すなわち、仮に、円環部5の軸方向外側の端面19の半径方向外寄りの領域が、外側傾斜面45ではなく、軸線Cに直交する「円環面」である場合、その円環部5の外周側の角部52の軸方向位置を外輪2の大端面21の軸方向位置とほぼ等しい位置に設け、前記「円環面」と内側傾斜面46とを繋げると、その円環部5の内周側の角部55を、本実施形態よりも、軸方向外側に位置させる必要があり、これにより、円環部5の断面形状は半径方向内側に向かうにしたがって軸方向に拡大する。そして、本実施形態と同様に、この角部55よりも軸方向外側に内輪3の小端面27を位置させると、この内輪3の小端面27の位置は、外輪2の大端面21よりも大きく軸方向外側へ飛び出した形態となり、この結果、円すいころ軸受の軸方向寸法が大きくなってしまう。
しかし、本実施形態では、前記のとおり、円環部5の軸方向外側の端面19は、傾斜方向が異なる内側傾斜面46と外側傾斜面45とを有することで、内輪3の小端面27と、外輪2の大端面21とを、軸方向についてほぼ同じ位置とすることができ、円すいころ軸受1の軸方向寸法が大きくなるのを防止することが可能となる。
本発明の円すいころ軸受1では、角部52の先端の軸方向位置が、外輪2の大端面21の軸方向位置とほぼ等しい位置に設けられていればよく、この「ほぼ等しい位置」には、図3に示すように、角部52の先端の位置が、外輪2の大端面21よりも僅かに軸方向内側(円すいころ4が存在する軸受1の内部側)となる場合も含まれる。つまり、突出方向が−方向(マイナス方向)となる場合であってもよい。
このように、突出方向が−方向となる場合における前記「ほぼ等しい位置」の具体例としては、例えば、−0.4mm以上であり0mm未満である。この場合においても、円環部5の外周側から円すいころ軸受1の内部側へのオイルの流入を抑制することができる(参考発明に関して説明する図8参照)。つまり、突出寸法が、−0.4mm以上であり0mm未満となる場合についても、前記「ほぼ等しい位置」に含まれてよい。
図5は、本発明の円すいころ軸受1の他の形態を説明する断面図である。図1に示す円すいころ軸受1と比較して、図5に示す円すいころ軸受1が異なる点は、保持器17及び内輪3の形状であり、その他は同じである。
内輪3の小端面27側の外周には軸線Cと同軸の円筒面24が形成されていて、この円筒面24と内側軌道面11との間には、円筒面24の外径よりわずかに大きい外径の小鍔部14が形成されている。そして、保持器17が有する小径側の円環部5の内周側と内輪3の外周側との間にラビリンスが形成されている。
前述したように、円環部5の内周側は、内輪3の外周との間にラビリンスが形成されている。これにより、円環部5の内周側からのオイルの流入量を低減することが出来る。
さらに、この円すいころ軸受1は、円環部5の内周側におけるオイルの流入を抑制(流入量を低減)するために、前記ラビリンスによる機能の他、図1及び図2に示す実施形態と同様の機能を備えている。
この結果、図10に示す従来例のように円環部5の内周側の領域で圧力が高くなるのを防ぐことができ、軸受内部側へのオイルの流れの発生を抑制することが可能となる。つまり、円環部5の内周側におけるオイルの流入を抑制(流入量を低減)することが可能となる。
この結果、オイルの撹拌抵抗を小さく抑えて、回転中のトルクを低減した円すいころ軸受を提供することができる。
以下、参考発明を図6〜図8により説明する。
図6に示した円すいころ軸受1は、自動車の終減速機のピニオンシャフトを支持する用途等に使用される。この円すいころ軸受1は、内周に外側軌道面16を有する外輪2と、外周に内側軌道面11を有する内輪3と、上記の外側軌道面16と内側軌道面11との間に転動自在に配置された複数の円すいころ4と、これらの円すいころ4を円周方向に等しい間隔で保持する保持器17とを有している。外輪2、内輪3及び保持器17は、共通する軸線Cを中心線とする環状(短円筒状)である。
外輪2は、軸受鋼を用いて製作されていて、焼入れ硬化処理をした後、外周面23、大端面21、小端面22、外側軌道面16、内周円筒面31がそれぞれ研削加工によって仕上げられている。
小端面27側の外周には軸線Cと同軸の円筒面24が形成されていて、この円筒面24と内側軌道面11との間には、円筒面24の外径よりわずかに大きい外径の小鍔部14が形成されている。
内輪3は、軸受鋼を用いて製作されていて、焼入れ硬化処理をした後、内周面25、大端面26、小端面27、内側軌道面11、鍔面28、円筒面24がそれぞれ研削加工によって仕上げられている。
隣接する柱部7と円環部5と円環部6とで囲まれた空間はポケットと呼ばれ、このポケットの円周方向の内壁が円すいころ4の転走面41と近接し、軸方向の内壁が円すいころ4の軸方向の両端面42,43と近接している。保持器17の径方向及び軸方向についての位置決めは、前記ポケットが円すいころ4に接触することで行われる。こうして、保持器17は複数の円すいころ4と近接することによって位置決めされているが、円すいころ4が自在に転動できるためには、保持器17と円すいころ4との間にある程度の隙間が必要である。このため、軸受が回転するときに保持器17と内外輪2,3とが接触しないように、これらの間にはそれぞれ、ある程度の大きさの隙間が必要とされる。
そして、内輪3が回転して円すいころ4が公転運動をすると、保持器17はこの円すいころ4に案内されて公転し、外輪2や内輪3と同軸で回転する。
円環部5の外周には外周円筒面51が形成されていて、この外周円筒面51は柱部7の外周面と連続している。そして、この円環部5の外周円筒面51は、外輪2の内周に形成された内周円筒面31と同軸に配置され、外周円筒面51と内周円筒面31が所定の隙間を持って半径方向に対向して、これら外周円筒面51と内周円筒面31との間に、軸線Cと平行な円筒空間Rが形成されている。
円環部5の軸方向内側の側面54は、軸線Cと直角方向に形成された平面となっている。側面54の外径側は柱部7の内周面に連続している。
次に、内輪3が回転するときのオイルの流れを、図7によって説明する。
以下の説明では、円すいころ軸受1について、内輪3の小端面27の側を「小径側」と称し、内輪3の大端面26の側を「大径側」と称して説明する。
この円すいころ軸受1が使用される自動車の終減速機では、デフケース内に収容されたオイルがギアの回転によって跳ね上げられて、ピニオンシャフトを支持している円すいころ軸受1に多量のオイルが供給されている。
円環部5の内周側からのオイルの流入について説明する。
前述したように、円環部5の内周側は、内輪3の外周との間にラビリンスが形成されている。このため、保持器17の寸法精度を厳しく設定しなくても、円環部5と内輪3との隙間の大きさがある程度の範囲内にあれば、円環部5の内周側からのオイルの流入量を低減することが出来る。この部分の構造に伴う効果については、特開2005−69421号公報に記載されているので、ここでの詳細な説明を省略する。
次に、円環部5の外周側からのオイルの流入について説明する。
円すいころ軸受1の内部では、保持器17の柱部7と外側軌道面16との間(以下「隙間A」とする)のオイルが、遠心力により小径側から大径側に向かって流れている。このため従来は、保持器17の小径側端部において保持器17と外輪2との間にあるオイルは、隙間Aの流れに吸引されて隙間Aに誘導されるので、円すいころ軸受1を貫通する油量を十分に減少させることが出来なかった。
このように、突出方向が−方向となる場合における前記「ほぼ等しい位置」の具体例としては、例えば、−0.4mm以上であり0mm未満である。この場合においても、円環部5の外周側から円すいころ軸受1の内部側へのオイルの流入を抑制することができる(図8参照)。つまり、突出寸法が、−0.4mm以上であり0mm未満となる場合についても、前記「ほぼ等しい位置」に含まれてよい。
なお、本発明に係る前記各形態及び前記参考発明において、前記のとおり保持器17は円すいころ4により軸方向について位置決めされているが、円環部5の軸方向外側の端面19(角部52,55の先端)と、外輪2又は内輪3との軸方向位置の比較については、円環部5が最も軸方向内側に寄って保持器17が位置決めされた状態において行われる。例えば、外周端部である角部52の先端と、外輪2の大端面21との軸方向位置を比較する場合、円環部5が最も軸方向内側に寄って保持器17が位置決めされた状態において行われる。また、内周端部である角部55の先端と、内輪3の小端面27との軸方向位置を比較する場合、円環部5が最も軸方向内側に寄って保持器17が位置決めされた状態において行われる。
4:円すいころ、 5:円環部、 6:円環部
7:柱部、 11:内側軌道面、 14:小鍔部
16:外側軌道面、 17:保持器、 19:端面
21:大端面、 22:小端面、 23:外周面
24:円筒面、 25:内周面、 26:大端面
27:小端面(端面)、 28:鍔面、 29:円筒面
31:内周円筒面、 35:外輪本体部、 36:外輪突出部
41:転走面、 42:端面、 45:外側傾斜面
46:内側傾斜面、 51:外周円筒面、 52:角部
53:内周面、 54:側面、 55:角部
60:面取り(アール面)、 60a:始点、 62:交差部
71:外側軌道面、 72:外輪、 75:外輪内周
74:円すいころ、 81:内側軌道面、 82:内輪
85:内輪外周、 87:保持器、 88:端部
90:保持器、 91:円環部、 92:端面
95:内周面、 98:内輪、 98a:外周面
98b:小端面、 R:円筒空間、 P1:領域
P2:円筒空間
Claims (5)
- 軸方向一方側から軸方向他方側に向かって拡径する円すい状の外側軌道面を内周面に有する外輪と、軸方向一方側から軸方向他方側に向かって拡径する円すい状の内側軌道面を外周面に有する内輪と、前記外側軌道面と前記内側軌道面との間に転動自在に設けられた複数の円すいころと、前記円すいころを円周方向に等間隔に保持する保持器と、を備える円すいころ軸受であって、
前記保持器は、前記外輪の軸方向一方側の端部と径方向について小隙間を持って対向している小径側の円環部と、軸方向他方側となる大径側の円環部と、小径側及び大径側の前記円環部を結ぶ複数の柱部と、を有し、
小径側の前記円環部が有する軸方向一方側の内周端部は、軸方向の配置に関して、前記内輪の軸方向一方側の端面である小端面よりも軸方向他方側に位置し、
小径側の前記円環部が有する軸方向一方側の外周端部は、軸方向の配置に関して、前記外輪の軸方向一方側の端面である大端面よりも軸方向一方側に位置している、又は、当該大端面と同じ位置に設けられていて、
前記外輪の軸方向一方側の大端面と、前記内輪の軸方向一方側の小端面とは、軸方向について同じ位置にある、ことを特徴とする円すいころ軸受。 - 軸方向一方側から軸方向他方側に向かって拡径する円すい状の外側軌道面を内周面に有する外輪と、軸方向一方側から軸方向他方側に向かって拡径する円すい状の内側軌道面を外周面に有する内輪と、前記外側軌道面と前記内側軌道面との間に転動自在に設けられた複数の円すいころと、前記円すいころを円周方向に等間隔に保持する保持器と、を備える円すいころ軸受であって、
前記保持器は、前記外輪の軸方向一方側の端部と径方向について小隙間を持って対向している小径側の円環部と、軸方向他方側となる大径側の円環部と、小径側及び大径側の前記円環部を結ぶ複数の柱部と、を有し、
小径側の前記円環部が有する軸方向一方側の内周端部は、軸方向の配置に関して、前記内輪の軸方向一方側の端面である小端面よりも軸方向他方側に位置し、
小径側の前記円環部が有する軸方向一方側の外周端部は、軸方向の配置に関して、前記外輪の軸方向一方側の端面である大端面よりも軸方向一方側に位置している、又は、当該大端面と同じ位置に設けられていて、
前記内周端部は、小径側の前記円環部の軸方向一方側の端面と、当該円環部の内周面とが、鋭角に交差する角部から成る、ことを特徴とする円すいころ軸受。 - 軸方向一方側から軸方向他方側に向かって拡径する円すい状の外側軌道面を内周面に有する外輪と、軸方向一方側から軸方向他方側に向かって拡径する円すい状の内側軌道面を外周面に有する内輪と、前記外側軌道面と前記内側軌道面との間に転動自在に設けられた複数の円すいころと、前記円すいころを円周方向に等間隔に保持する保持器と、を備える円すいころ軸受であって、
前記保持器は、前記外輪の軸方向一方側の端部と径方向について小隙間を持って対向している小径側の円環部と、軸方向他方側となる大径側の円環部と、小径側及び大径側の前記円環部を結ぶ複数の柱部と、を有し、
小径側の前記円環部が有する軸方向一方側の内周端部は、軸方向の配置に関して、前記内輪の軸方向一方側の端面である小端面よりも軸方向他方側に位置し、
小径側の前記円環部が有する軸方向一方側の外周端部は、軸方向の配置に関して、前記外輪の軸方向一方側の端面である大端面よりも軸方向一方側に位置している、又は、当該大端面と同じ位置に設けられていて、
前記外周端部は、小径側の前記円環部の軸方向一方側の端面と、当該円環部の外周面とが、鋭角に交差する角部から成る、ことを特徴とする円すいころ軸受。 - 前記内輪は、軸方向一方側に、前記内側軌道面の小径側から径方向外側へ突出している小鍔部を有し、
小径側の前記円環部は、前記小鍔部の半径方向外側に配置され、小径側の当該円環部の内周面と前記小鍔部の外周面とは小隙間を持って対向している、請求項1〜3のいずれか一項に記載の円すいころ軸受。 - 小径側の前記円環部は、当該円すいころ軸受の軸線と平行である外周円筒面を有し、
前記外輪は、前記外周円筒面との間に小隙間を持って対向し前記軸線と平行である内周円筒面を有し、前記外周円筒面と前記内周円筒面との間に円筒空間が形成されている、請求項1〜4のいずれか一項に記載の円すいころ軸受。
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