JP6790517B2

JP6790517B2 - 円すいころ軸受

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Publication number: JP6790517B2
Application number: JP2016134432A
Authority: JP
Inventors: 祐樹獅子原; 鎌本　繁夫; 繁夫鎌本; 村田　順司; 順司村田; 成仁中濱
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2016-07-06
Filing date: 2016-07-06
Publication date: 2020-11-25
Anticipated expiration: 2036-07-06
Also published as: US10167897B2; US20180010632A1; CN107588094B; CN107588094A; DE102017114691A1; JP2018004012A

Description

本発明は、円すいころ軸受に関する。

円すいころ軸受は、玉軸受と比較して負荷容量が大きく、剛性の高い軸受であり、各種機械に広く用いられている。その一例として、自動車のディファレンシャル装置やトランスミッション等に用いられている。自動車の場合、各部の回転抵抗の低減が燃料消費低減に貢献することから、例えばディファレンシャル装置等の走行駆動系に用いられる円すいころ軸受において、低トルク化が要求されている。

円すいころ軸受が回転した際に生じる抵抗には、潤滑油の撹拌抵抗が含まれる。そこで、低トルク化のため、軸受内部に過剰な潤滑油が供給されないように、保持器によって潤滑油の流入を制限しているものがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２０１４−２０２３４１号公報

円すいころ軸受が回転した際に生じる抵抗には、前記のような潤滑油の撹拌抵抗の他に、潤滑油の粘性抵抗（せん断抵抗）も含まれる。潤滑油の粘性抵抗は、例えば、円すいころと保持器との間に介在する潤滑油に起因し、これらの間において潤滑油がせん断される範囲が広くなると抵抗が増大し、円すいころ軸受の低トルク化が損なわれる。

そこで、本発明は、潤滑油の撹拌抵抗を低減すると共に、潤滑油の粘性抵抗（せん断抵抗）についても低減し、低トルク化が可能となる円すいころ軸受を提供することを目的とする。

本発明の円すいころ軸受は、軸方向一方側から他方側に向かって拡径する円すい状の内軌道面を外周側に有する内輪と、軸方向一方側から他方側に向かって拡径する円すい状の外軌道面を内周側に有する外輪と、前記内輪と前記外輪との間に形成されている環状空間に設けられ前記内軌道面及び前記外軌道面を転動する複数の円すいころと、複数の前記円すいころを保持している環状の保持器と、を備え、前記保持器は、前記円すいころの軸方向一方側に位置している小環状部と、前記円すいころの軸方向他方側に位置している大環状部と、前記小環状部と前記大環状部とを連結している複数の柱部と、を有し、当該保持器は前記外輪の内周面に対して少なくとも軸方向一方側において接触可能であり当該接触により径方向の位置決めがされ、前記柱部は、前記円すいころの外周面と対向するポケット面を有し、当該ポケット面は、前記内輪側から前記外輪側に向かう方向にストレートであって前記円すいころと線接触可能な平面形状を有している。

この円すいころ軸受によれば、保持器は、外輪の内周面に対して少なくとも軸方向一方側において接触可能であり、この接触により径方向の位置決めがされる。このため、軸方向一方側において保持器と外輪との間の隙間は小さくなり、軸方向一方側の軸受外部に存在している潤滑油が、保持器と外輪との間から、内輪と外輪との間の環状空間に浸入しにくくなる。環状空間への潤滑油の浸入が制限されることで、軸受回転の際に生じる潤滑油の撹拌抵抗を低減することができる。また、柱部のポケット面は平面からなり、円すいころと線接触する構成であるため、ポケット面と円すいころとの接触範囲が小さくなり、潤滑油の粘性抵抗（せん断抵抗）を低減することができる。以上より、円すいころ軸受の低トルク化が可能となる。

また、前記ポケット面は、軸受中心線に直交する断面における前記円すいころのピッチ円よりも外輪側の位置で、前記円すいころと接触するのが好ましい。
これにより、保持器（柱部）が外輪側に広がる構成となり、保持器を外輪案内するために好適である。

また、ころ中心線に直交する断面において、前記円すいころを挟む両側の前記ポケット面の間隔は、前記内輪側から前記外輪側に向かう方向に沿って一定であるのが好ましい。
この場合、ポケット面は、円すいころとの接触部分以外では、円すいころの外周面と離れた状態となる。このため、ポケット面と円すいころとの間における潤滑油の粘性抵抗（せん断抵抗）を効果的に低減することができる。なお、この場合、保持器は、円すいころに拘束されないで径方向に変位可能となるが、外輪の内周面に接触することで径方向の位置決めがされるので、保持器は安定し、保持する円すいころの挙動も安定させることができる。

また、前記ポケット面は、軸受中心線ところ中心線とを含む第一仮想面に直交しかつ当該ころ中心線を通過する第二仮想面上の位置において、前記円すいころと線接触可能となるのが好ましい。この構成により、前記ポケット面を構成することができる。

本発明の円すいころ軸受によれば、潤滑油の撹拌抵抗を低減すると共に、潤滑油の粘性抵抗についても低減し、低トルク化が可能となる。

円すいころ軸受の実施の一形態を示す断面図である。図１に示す断面と異なる位置における円すいころ軸受の断面図である。保持器の一部を径方向外側から見た説明図である。ころ及び保持器の断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は円すいころ軸受の実施の一形態を示す断面図である。この円すいころ軸受１０は、普通自動車のディファレンシャル装置に用いられ、ハウジング８１内において、ピニオンと共に回転する軸８２を回転可能として支持する。ハウジング８１内には、潤滑油（オイル）が溜められており、この潤滑油は円すいころ軸受１０の潤滑に用いられる。なお、以下に説明する円すいころ軸受１０の用途は、他であってもよい。

円すいころ軸受１０は、内輪２と、外輪３と、複数の円すいころ４と、保持器５とを備えている。内輪２、外輪３、及び保持器５は、共通する軸線を中心とする環状の部材である。この共通する軸線は、円すいころ軸受１０の中心線であり、この中心線を軸受中心線Ｃ１と呼ぶ。また、円すいころ４の中心線を、ころ中心線Ｃ２と呼ぶ。

内輪２は、軸受鋼や機械構造用鋼等を用いて形成されており、その外周側に、複数の円すいころ４が転動する内軌道面１２を有している。内軌道面１２は、軸方向一方側（図１では左側）から軸方向他方側（図１では右側）に向かって拡径する円すい状（テーパ形状）となっている。内輪２は、内軌道面１２の軸方向一方側に設けられ径方向外側に突出する小鍔部１４と、内軌道面１２の軸方向他方側に設けられ径方向外側に突出する大鍔部１５と、小鍔部１４から軸方向一方側に延びている円筒部１７とを有している。

外輪３は、軸受鋼や機械構造用鋼等を用いて形成されており、その内周側に、前記内軌道面１２に対向し複数の円すいころ４が転動する外軌道面１３を有している。外軌道面１３は、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（テーパ形状）となっている。

円すいころ４は、軸受鋼等を用いて形成された部材である。円すいころ４は、内輪２と外輪３との間に形成されている環状空間７に設けられており、内軌道面１２及び外軌道面１３を転動可能である。円すいころ４は、軸方向一方側に直径の小さい小端面１８を有し、軸方向他方側に直径の大きい大端面１９を有している。大端面１９は、内輪２の大鍔部１５の鍔面（側面）１６と接触しており、円すいころ軸受１０（本実施形態では内輪２）が回転すると、大端面１９と鍔面１６とは滑り接触する。

保持器５は、環状空間７に複数の円すいころ４と共に設けられており、これら複数の円すいころ４を保持している。図２は、図１に示す断面と異なる位置における円すいころ軸受１０の断面図である。図１及び図２において、保持器５は、円すいころ４の軸方向一方側に位置している環状の小環状部２１と、円すいころ４の軸方向他方側に位置している環状の大環状部２２と、これら小環状部２１と大環状部２２とを連結している複数の柱部２３とを有している。大環状部２２は小環状部２１よりも外径が大きく、本実施形態では内径も大きい。

図３は、保持器５の一部を径方向外側から見た説明図である。柱部２３は、周方向に間隔をあけて設けられている。なお、周方向とは、前記軸受中心線Ｃ１回りの方向である。小環状部２１と大環状部２２との間であって周方向で隣り合う二つの柱部２３,２３の間に形成される空間が、円すいころ４を収容（保持）するポケット２４となる。ポケット２４と円すいころ４との間には微小隙間が形成されている。本実施形態の保持器５は樹脂製（合成樹脂製）であり、射出成形によって成形されている。

図１及び図２に示す円すいころ軸受１０では、軸受（内輪２）が回転すると、軸方向一方側から軸方向他方側へ潤滑油が流れるポンプ作用が発生する。この発生のメカニズムは、次のとおりである。環状空間７に存在する潤滑油及びエアは、軸受の回転に起因する遠心力によって径方向外側に向かう力成分を有する。外輪３の外軌道面１３は前記のとおり円すい形状であることから、環状空間７の潤滑油及びエアは外軌道面１３に沿って軸方向他方側へ流れる。この流れが発生すると、軸方向一方側の軸受外部に存在している潤滑油及びエアを環状空間７に引き込む作用が発生する。これにより、円すいころ軸受１０には、軸方向一方側から軸方向他方側へ潤滑油が流れるポンプ作用が生まれる。

図２において、保持器５は、柱部２３の軸方向一方側であってその径方向外側（外輪３側）に、外輪３の内周面（外軌道面１３）の一部に接触可能である第一ガイド面３１を有している。また、保持器５は、柱部２３の軸方向他方側であってその径方向外側（外輪３側）に、外輪３の内周面（外軌道面１３）の他部に接触可能である第二ガイド面３２を有している。第一ガイド面３１と第二ガイド面３２との間は、外輪３の内周面から離れている凹面３３となっている。

保持器５と外輪３とが同心状に配置された状態（図２に示す状態）では、第一ガイド面３１と外輪３の内周面との間には微小隙間（Ａ１）が形成されており、また、第二ガイド面３２と外輪３の内周面との間には微小隙間（Ａ２）が形成されている。これに対して、外輪３に対して保持器５が径方向に変位すると、第一ガイド面３１は外輪３の内周面に接触し、第二ガイド面３２は外輪３の内周面に接触することができる。以上より、この保持器５は、外輪３の内周面に対して、軸方向一方側及び軸方向他方側において接触可能であり、この接触により径方向の位置決めがされる。つまり、この円すいころ軸受１０は、外輪３により保持器５が案内される外輪案内の軸受である。

保持器５のポケット２４について更に説明する（図３参照）。ポケット２４は周方向に沿って複数形成されており、各ポケット２４に単一の円すいころ４が収容された状態となる。図４は、円すいころ４及び保持器５の断面図である。図４に示すように、各柱部２３は、周方向両側に、円すいころ４の外周面４ａと対向するポケット面２７を有している。各ポケット面２７は平面からなり、円すいころ４はポケット面２７に対して線接触する。図４において、円すいころ４とポケット面２７との接触位置を符号Ｊで示している。ポケット面２７について具体的に説明すると、ポケット面２７は、柱部２３の周方向側面であり、図４に示すように内輪２側から外輪３側に向かう方向にストレートであって、図３に示すように小環状部２１側から大環状部２２側に向かう方向にストレートである平面形状を有している。

図４を参考にして円すいころ４とポケット面２７との接触態様について説明する。保持器５と複数の円すいころ４とが軸受中心線Ｃ１を基準として同心状に配置された状態で、ポケット面２７は、軸受中心線Ｃ１ところ中心線Ｃ２とを含む第一仮想面Ｋ１に直交しかつころ中心線Ｃ２を通過する第二仮想面Ｋ２上の位置において、円すいころ４と線接触可能となる。なお、図４は断面図であることから、図４に示す断面に限定して説明すると、ポケット面２７は、軸受中心線Ｃ１ところ中心線Ｃ２とを通過する第一仮想線（Ｋ１）に直交しかつころ中心線Ｃ２を通過する第二仮想線（Ｋ２）上の位置において、円すいころ４と点接触可能となる。

このように構成されているポケット面２７を有している保持器５では、ころ中心線Ｃ２に直交する断面において、円すいころ４を挟む両側のポケット面２７，２７の間隔Ｅは、内輪２側から外輪３側に向かう方向に沿って一定となる。なお、説明するまでもないが、円すいころ４の外周面４ａは円すい台形状を有しており（図３参照）、この外周面４ａ（線接触可能となる部分）とポケット面２７との間には一定の微小隙間ｄが設けられていることから、前記間隔Ｅは、（図４と）異なる断面では違う値となる。つまり、前記間隔Ｅは、ころ中心線Ｃ２に沿った方向で徐々に変化した値となる。

以上のように構成された円すいころ軸受１０によれば、保持器５は（図２参照）、外輪３の内周面（外軌道面１３）に対して、軸方向一方側及び軸方向他方側において接触可能であり、この接触により径方向の位置決めがされる。このため、軸方向一方側において保持器５の第一ガイド面３１と外輪３の外軌道面１３との間の隙間Ａ１は小さく、軸方向一方側の軸受外部に存在している潤滑油が、保持器５と外輪３との間から環状空間７に浸入しにくくなる。つまり、環状空間７への潤滑油の浸入が制限される。
例えば、円すいころ軸受１０が回転することで、前記ポンプ作用により、軸方向一方側の軸受外部の潤滑油が、環状空間７に流入しようとするが、保持器５によってこれが制限される。また、円すいころ軸受１０の回転が停止しており、ハウジング８１に溜められている潤滑油の油面Ｆが、例えば図１及び図２に示す位置にあるような場合であっても、その潤滑油が環状空間７に浸入しにくくなる。

本実施形態では、小環状部２１の外周面２１ａと、外輪３の軸方向一方側の円筒面３ｂとの間にも微小隙間が形成されていることで、潤滑油の流入が制限されており、また、小環状部２１の内周面２１ｂと内輪２の円筒部１７の外周面との間にも微小隙間が形成されていることで、潤滑油の流入が制限されている。

以上のように環状空間７への潤滑油の浸入が制限されることで、環状空間７の潤滑油は少ない状態とすることが可能となり、軸受回転の際に生じる潤滑油の撹拌抵抗を低減することができる。

そして、保持器５において（図４参照）、各ポケット面２７は、内輪２側から外輪３側に向かう方向にストレートであって円すいころ４と線接触可能な平面形状を有している。このように、ポケット面２７は平面からなり、円すいころ４と線接触する構成であるため、ポケット面２７と円すいころ４との接触範囲が小さくなり、潤滑油の粘性抵抗（せん断抵抗）を低減することができる。

また、前記のとおり、ころ中心線Ｃ２に直交する断面において、円すいころ４を挟む両側のポケット面２７，２７の間隔Ｅは、内輪２側から外輪３側に向かう方向に沿って一定となっている。このため、ポケット面２７は、円すいころ４との接触部分以外では、つまり、ポケット面２７のうちの外輪３側及び内輪２側では、円すいころ４の外周面４ａと離れた状態となる。このため、ポケット面２７と円すいころ４との間に潤滑油が介在しにくくなり、潤滑油の粘性抵抗を効果的に低減することができる。

また、前記のようなポケット面２７の形状によれば、保持器５は、円すいころ４に拘束されないで径方向に変位可能となる。しかし、保持器５は、外輪３の内周面（外軌道面１３）に接触することで径方向の位置決めがされる。つまり、本実施形態の円すいころ軸受１０は、保持器５が外輪３によって径方向の位置決めがされる「外輪案内」の軸受である。このため、保持器５は安定し、この保持器５が保持する円すいころ４の挙動も安定させることができる。
これに対して、図示しないが保持器が円すいころによって位置決めされる「転動体案内」の円すいころ軸受の場合、円すいころとポケット面との間隔は広範囲で狭くなるため、潤滑油の粘性抵抗が大きくなる。
本実施形態の場合、円すいころ４とポケット面２７との間隔は、線接触可能となる領域（接触位置Ｊ）でのみ狭くなるが、その他の領域で広くなるため、潤滑油の粘性抵抗を小さくすることができる。

そして、ポケット面２７は、軸受中心線Ｃ１に直交する断面における円すいころ４のピッチ円Ｘよりも外輪３側の位置で、円すいころ４と接触（線接触）する構成となっている。前記ピッチ円Ｘは、前記断面において複数の円すいころ４の中心（Ｃ２）を通過する円である。これにより、保持器５（柱部２３）は外輪３側に広がる（大きくなる）構成となり、保持器５を外輪案内するために好適である。

また、図４に示すように、ポケット面２７が平面からなることで、柱部２３は断面形状が台形となる。このため、ポケット面２７と円すいころ４との間であって外輪３側には、柱部２３の一部が存在し、これにより潤滑油を排除することができる。この結果、環状空間７における潤滑油量を可及的に減少させ、潤滑油の撹拌抵抗を低減している。

以上のように、本実施形態の円すいころ軸受１０によれば、軸受回転の際に生じる潤滑油の撹拌抵抗を低減することができ、潤滑油の粘性抵抗（せん断抵抗）を低減することができ、円すいころ軸受１０の低トルク化が可能となる。

以上のとおり開示した実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。つまり、本発明の円すいころ軸受は、図示する形態に限らず本発明の範囲内において他の形態のものであってもよい。
前記実施形態では、保持器５は、第一ガイド面３１及び第二ガイド面３２を有し、これらガイド面３１，３２によって軸方向一方側と軸方向他方側との双方で外輪３に接触可能である場合について説明した。このように、保持器５が軸方向一方側と軸方向他方側との双方で外輪３に接触可能とする方が保持器５は安定するが、軸方向他方側のガイド面３２を省略してもよい。つまり、保持器５は外輪３の内周面に対して少なくとも軸方向一方側において接触可能であり、この接触により径方向の位置決めがされる構成であればよい。
また、前記実施形態では、円すいころ軸受１０が、普通自動車のディファレンシャル装置（デフピニオン）に用いられる場合について説明したが、その他の回転機械に用いられてもよい。

２：内輪３：外輪４：円すいころ
５：保持器７：環状空間１０：円すいころ軸受
１２：内軌道面１３：外軌道面２１：小環状部
２２：大環状部２３：柱部２７：ポケット面
Ｃ１：軸受中心線Ｃ２：ころ中心線Ｘ：ピッチ円

Claims

軸方向一方側から他方側に向かって拡径する円すい状の内軌道面を外周側に有する内輪と、軸方向一方側から他方側に向かって拡径する円すい状の外軌道面を内周側に有する外輪と、前記内輪と前記外輪との間に形成されている環状空間に設けられ前記内軌道面及び前記外軌道面を転動する複数の円すいころと、複数の前記円すいころを保持している環状の保持器と、を備え、
前記保持器は、前記円すいころの軸方向一方側に位置している小環状部と、前記円すいころの軸方向他方側に位置している大環状部と、前記小環状部と前記大環状部とを連結している複数の柱部と、を有し、当該保持器は前記外輪の内周面に対して少なくとも軸方向一方側において接触可能であり当該接触により径方向の位置決めがされ、
前記柱部は、前記円すいころの外周面と対向するポケット面を有し、当該ポケット面は、前記内輪側から前記外輪側に向かう方向にストレートであって前記円すいころと線接触可能な平面形状を有していて、
ころ中心線に直交する断面において、前記円すいころを挟む両側の前記ポケット面の間隔は、前記内輪側から前記外輪側に向かう方向に沿って一定である、円すいころ軸受。
軸方向一方側から他方側に向かって拡径する円すい状の内軌道面を外周側に有する内輪と、軸方向一方側から他方側に向かって拡径する円すい状の外軌道面を内周側に有する外輪と、前記内輪と前記外輪との間に形成されている環状空間に設けられ前記内軌道面及び前記外軌道面を転動する複数の円すいころと、複数の前記円すいころを保持している環状の保持器と、を備え、
前記保持器は、前記円すいころの軸方向一方側に位置している小環状部と、前記円すいころの軸方向他方側に位置している大環状部と、前記小環状部と前記大環状部とを連結している複数の柱部と、を有し、当該保持器は前記外輪の内周面に対して少なくとも軸方向一方側において接触可能であり当該接触により径方向の位置決めがされ、
前記柱部は、前記円すいころの外周面と対向するポケット面を有し、当該ポケット面は、前記内輪側から前記外輪側に向かう方向にストレートであって前記円すいころと線接触可能な平面形状を有していて、
前記ポケット面は、軸受中心線ところ中心線とを含む第一仮想面に直交しかつ当該ころ中心線を通過する第二仮想面上の位置において、前記円すいころと線接触可能となる、円すいころ軸受。
前記ポケット面は、軸受中心線に直交する断面における前記円すいころのピッチ円よりも外輪側の位置で、前記円すいころと接触する、請求項１又は２に記載の円すいころ軸受。