JP6816390B2 - 円すいころ軸受 - Google Patents

Description

本発明は、円すいころ軸受に関する。

円すいころ軸受は、各種機械に広く用いられており、その一例として、普通自動車のデフピニオン用の軸受に用いられている。普通自動車の場合、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、特に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ことから、普通自動車のデフピニオン用として円すいころ軸受を用いる場合、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）。

具体的に説明すると、円すいころ軸受では、回転すると軸方向一方側（図７では左側）から他方側（図７では右側）へ潤滑油を流すポンプ作用が発生することから、軸方向一方側の軸受外部における潤滑油が内輪９１と外輪９２との間の軸受内部（環状空間９６）に流入するのを抑制するために、保持器９３が有する小環状部９４と内輪９１の軸方向一方側の端部９５との間の隙間を小さくしている。また、小環状部９４と外輪９２との間においても隙間を小さくしている。これにより、前記ポンプ作用によって環状空間９６に過剰な潤滑油が供給されず、潤滑油の撹拌抵抗を低減することができ、燃料消費低減に貢献することが可能となる。

特開２０１４−２０２３４１号公報

普通自動車と異なり、例えばホイールローダ等の建設機械は、過酷な環境で用いられる場合が多いことから、このような建設機械用の円すいころ軸受では、軸受回転時の潤滑油の撹拌抵抗の低減よりも低昇温化が望まれている。また、このような建設機械では、ディファレンシャル装置の内部構造が複雑であり、普通自動車のように軸受内部に十分な潤滑油が供給されない場合が多く、円すいころ軸受に潤滑油が供給されないと、温度が上昇し、焼き付き等の原因となる。

そこで、本発明は、潤滑油が少ない環境となったとしても、その潤滑油を有効に活用すること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、前記内輪及び前記外輪それぞれと前記大環状部との間に微小隙間が形成されている。

この円すいころ軸受によれば、内輪と外輪との間の環状空間の軸方向他方側を（微小隙間は存在するが）塞ぐことが可能となる。これにより、環状空間の潤滑油が軸方向他方側の軸受外部へ流出するのを抑制することができ、潤滑油が少ない環境になったとしても、円すいころ軸受の潤滑のために環状空間の潤滑油を有効に活用することが可能となる。

また、前記保持器は、熱可塑性の樹脂製であり、前記大環状部の最小内径は、前記小環状部の最大外径よりも大きいのが好ましい。保持器は熱可塑性の樹脂製であることから、保持器を射出成形により製造することができる。そして、射出成形のための金型を、軸方向に二分割した割金型とすることが可能となる。この結果、射出成形した保持器を金型から取り出すための脱型作業が容易となる。

また、前記保持器は、前記外輪の内周面に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るのが好ましく、この場合、円すいころ軸受が正転逆転を繰り返すような回転機械に用いられた場合であっても、円すいころの挙動を安定させスキューの発生を低減することができる。

また、前記柱部は、前記円すいころに対して径方向外側から接触することで当該円すいころの脱落を阻止する抜け止部を、軸方向他方側に有し、前記抜け止部の径方向外側面と前記大環状部の外周面とは連続して形成されており、当該径方向外側面と当該外周面とを含む面が前記外輪の内周面に接触可能となって、当該接触により前記保持器の径方向の位置決めがされる構成とするのが好ましい。
この場合、円すいころ軸受の組み立ての際に、円すいころが脱落するのを抜け止部によって阻止することができ、また、この抜け止部と、軸方向他方側の大環状部とが連続する構成となることで、保持器の軸方向他方側の形状が簡素化され、また、この部分を成型するための金型形状も簡素化される。

本発明の円すいころ軸受によれば、潤滑油が少ない環境となったとしても、環状空間の潤滑油を有効に活用することが可能となり、軸受の昇温を抑えることが可能となる。

円すいころ軸受の実施の一形態を示す断面図である。 保持器の斜視図である。 図１に示す断面図から円すいころを取り除いた断面図である。 円すいころ軸受の軸方向他方側を示す拡大断面図である。 保持器の断面図である。 保持器を成型する金型の断面を示す説明図である。 従来の円すいころ軸受の断面図である。

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、例えばホイールローダ等の建設機械のデフピニオンに用いられ、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Ｃを中心とする環状の部材である。

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、保持器５の斜視図である。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。柱部２３は、周方向に間隔をあけて設けられている。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。なお、周方向とは、円すいころ軸受１０の軸線Ｃ回りの方向である。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。

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３は、図１に示す断面図から円すいころ４を取り除いた断面図である。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３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。

図２において、保持器５の各柱部２３は、軸方向他方側に抜け止部５１を有している。抜け止部５１は、柱部２３の径方向外側に設けられており、周方向の両側それぞれに突出している。後の「円すいころ軸受１０の組み立て」でも説明するが、抜け止部５１は、円すいころ４に対して径方向外側から接触することで、この円すいころ４の径方向外側への脱落を阻止することができる。

円すいころ軸受１０（図１参照）の組み立てについて説明する。円すいころ軸受１０は、保持器５の各ポケット２４に円すいころ４を収容した状態とし、これら保持器５及び複数の円すいころ４のユニットを、内輪２の外周側の所定位置（円すいころ４が内軌道面１２に接触する位置）に取り付け、半製品とする。その後、この半製品に対して外輪３を軸方向から接近させ、複数の円すいころ４の径方向外側に外輪３を位置させ、完成品とする。前記のとおり、半製品とした状態では、各円すいころ４は、内輪２の小鍔部１４及び大鍔部１５によって軸方向両側への脱落（移動）が防がれ、保持器５の抜け止部５１によって径方向外側への脱落（移動）が防がれる。

図２に示すように、各抜け止部５１の径方向外側面と、大環状部２２の外周面３０とは連続して形成されている。本実施形態では、抜け止部５１の径方向外側面と大環状部２２の外周面３０とは、折れ角度を有して連続している。そして、抜け止部５１の径方向外側面と、大環状部２２の外周面３０とを含む面の一部が、外輪３の内周面（外軌道面１３）に接触可能となっており、この接触により保持器５の径方向の位置決めがされる。本実施形態では、抜け止部５１の前記径方向外側面が、外輪３の内周面（外軌道面１３）に接触可能である前記第二ガイド面３２となっている。

図１及び図３に示すように、保持器５の小環状部２１と外輪３とは接近しているが（又は接触可能であるが）、小環状部２１と内輪２とは離れており、これら小環状部２１と内輪２の軸方向一方側の円筒部１７（一部）との間に、環状の空間部２５が形成されている。この空間部２５の径方向寸法Ｓ（図３参照）は、小環状部２１の外周面３７と外輪３の外軌道面１３との間に形成される隙間の径方向寸法よりも大きく、空間部２５は、軸方向一方側の軸受外部に存在する潤滑油を環状空間７に通過可能とさせる。図３において、空間部２５の径方向寸法Ｓは、例えば、内輪２（円筒部１７）の外周面１７ａと外輪３の内径が最小となる円筒面３ａとの間の径方向寸法Ｐの３０％以上であり６０％未満とすることができる。

図１において、内輪２の大鍔部１５の外周面１５ａは円筒面からなり、保持器５の大環状部２２の内周面２８は円筒面からなる。内輪２の大鍔部１５と大環状部２２とは接近しており、大環状部２２の内周面２８と大鍔部１５の外周面１５ａとの間には微小隙間８が形成され、潤滑油の通りぬけが阻害される構成となっている。この微小隙間８の径方向の寸法を、例えば０．５ミリメートル以下とすることができる。

このため、軸方向一方側の前記環状の空間部２５を通過して環状空間７に浸入した潤滑油のほとんどは、微小隙間８を通らずに環状空間７に留まることができ、更に潤滑油は大鍔部１５の鍔面１６と円すいころ４（図１参照）の大端面１９との間に供給される。前記のとおり、軸受が回転すると、鍔面１６と大端面１９とは滑り接触することから、鍔面１６に供給された潤滑油は、この滑り接触部の潤滑に寄与することができる。

また、外輪３側について説明すると、保持器５の大環状部２２の外周面３０と、円すいころ４の大端面１９が対向するポケット側面３９とは交差しており、図４の拡大断面図に示すように、これら外周面３０とポケット側面３９とは鋭角で交差している。外周面３０とポケット側面３９との交差部４０は、外輪３の内周面（外軌道面１３）の径方向内側に位置している。交差部４０と外輪３の内周面（外軌道面１３）とは接近しており、これらの間に微小隙間９が形成されている。この微小隙間９の径方向寸法Ｅを、例えば０．５ミリメートルとすることができる。

このため、内輪２側の微小隙間８（図１参照）と同様に、外輪３側の微小隙間９（図４参照）により、環状空間７に存在している潤滑油の通りぬけが阻害される。つまり、環状空間７において前記ポンプ作用により軸方向他方側へ向かって流れる潤滑油は、微小隙間９を通過するよりも、ポケット側面３９に沿って流れやすく、この結果、環状空間７に留まることができる。更に、ポケット側面３９に沿って流れた潤滑油は、その延長上に位置する大鍔部１５（図１参照）の鍔面１６に誘導され、前記滑り接触部の潤滑に寄与することができる。

以上のように、本実施形態の円すいころ軸受１０では、内輪２及び外輪３それぞれと保持器５の大環状部２２との間に微小隙間８，９が形成されている。このため、内輪２と外輪３との間の環状空間７の軸方向他方側を大環状部２２が（微小隙間８，９は存在するが）塞ぐことが可能となる。これにより、環状空間７の潤滑油が軸方向他方側の軸受外部へ流出するのを抑制することができ、軸方向一方側の軸受外部に存在する潤滑油が少ない環境になったとしても、円すいころ軸受１０の潤滑のために環状空間７の潤滑油を有効に活用することが可能となる。この結果、円すいころ軸受１０の昇温を抑えることが可能となる。

また、本実施形態の円すいころ軸受１０によれば、円すいころ４を安定して保持することができる。すなわち、保持器５は外輪３により案内される外輪案内の軸受であるため、軸受回転の際、保持器５は安定して回転することができる。このように安定した保持器５によって複数の円すいころ４は保持されることから、円すいころ軸受１０が頻繁に正転逆転を繰り返すような回転機械（ホイールローダ等の建設機械の走行駆動系）に用いられた場合であっても、転動体案内の軸受と比較して、円すいころ４の挙動を安定させスキューの発生を低減することができる。なお、前記の転動体案内の軸受とは、保持器が円すいころにより径方向の位置決めがされる軸受である。

図５は、保持器５の断面図である。本実施形態の保持器５は、熱可塑性の樹脂製であり、射出成形により製造される。射出成形のための金型を、軸方向に二分割される割金型６１，６２（図６参照）のみとするために、図５に示すように、保持器５において、大環状部２２の最小内径Ｄ１は、小環状部２１の最大外径Ｄ２よりも大きくなっている（Ｄ１＞Ｄ２）。この構成により、射出成形した保持器５を金型（割金型６１，６２）から取り出すための脱型作業が容易となり、保持器５の量産に好適である。
なお、図５に示す形態とは異なり、図示しないが、大環状部２２の最小内径Ｄ１が、小環状部２１の最大外径Ｄ２よりも小さくなっている（Ｄ１＜Ｄ２）場合、軸方向に二分割される割金型の採用ができず、例えば、ポケット２４を形成するために半径方向に移動する部分金型を更に要し、金型構成が複雑となる。

そして、前記のとおり、保持器５は外輪３の内周面（外軌道面１３）に接触可能であり、この接触により径方向の位置決めがされるが、このように保持器５を外輪３により位置決めするために、本実施形態の保持器５では（図２参照）、前記第二ガイド面３２を有する抜け止部５１と大環状部２２とを連続させた構成（一体とした構成）としている。このため、大環状部２２の外周面３０と、前記抜け止部５１の径方向外側面（第二ガイド面３２）とが連続して形成される。そして、これら大環状部２２の外周面３０と、抜け止部５１の径方向外側面（第二ガイド面３２）とを含む面６５の一部が、外輪３の内周面に接触可能となっており、この接触により保持器５の径方向の位置決めがされる。この構成によれば、抜け止部５１と、前記環状空間７の軸方向他方側を塞ぐ大環状部２２とが連続する構成となることで、保持器５の軸方向他方側の形状が簡素化され、また、この部分を成型するための金型（割金型６１，６２）の形状も簡素化される。

以上のように、本実施形態の円すいころ軸受１０では、軸方向一方側の前記空間部２５により、潤滑油を環状空間７に取り込むことができ、軸受内部全体の潤滑性を向上させることが可能となり、環状空間７の潤滑油が、特に発熱の大きくなる内輪２の大鍔部１５の鍔面１６と円すいころ４の大端面１９との間に供給され、この結果、円すいころ軸受１０の昇温を抑えることが可能となる。

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、円すいころ軸受１０は、建設機械のデフピニオン用とした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 ８：微小隙間
９：微小隙間 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 ３０：外周面
３２：第二ガイド面（抜け止部の径方向外側面） ５１：抜け止部
Ｄ１：最小内径 Ｄ２：最大外径

Claims (4)

1. 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、
   前記柱部は、前記円すいころに対して径方向外側から接触することで当該円すいころの脱落を阻止する抜け止部を、軸方向他方側に有し、
   前記抜け止部の径方向外側面と前記大環状部の外周面とは連続して形成されており、当該径方向外側面と当該外周面とを含む面が前記外輪の内周面に接触可能となって、当該接触により前記保持器の径方向の位置決めがされ、
   前記大環状部の外周面と前記保持器のポケット側面とは鋭角で交差し、
   前記内輪及び前記外輪それぞれと前記大環状部とは接近していて当該内輪及び当該外輪それぞれと当該大環状部との間に前記環状空間に存在している潤滑油の通りぬけを阻害する第一隙間及び第二隙間が形成されていて、前記ポケット側面と前記円すいころの大端面との間に第三隙間が形成されている、円すいころ軸受。
2. 前記保持器は、熱可塑性の樹脂製であり、
   前記大環状部の最小内径は、前記小環状部の最大外径よりも大きい、請求項１に記載の円すいころ軸受。
3. 前記保持器は、前記外輪の内周面に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る、請求項１又は２に記載の円すいころ軸受。
4. 前記保持器は、前記柱部の軸方向一方側であってその径方向外側に、前記外輪の内周面の一部に接触可能である第一ガイド面を有していて、
   前記抜け止部の前記径方向外側面が、前記外輪の内周面に接触可能である第二ガイド面であり、
   前記柱部において前記第一ガイド面と前記第二ガイド面との間は、前記外輪の内周面から離れている凹面となっている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の円すいころ軸受。