JP7050636B2 - 玉軸受 - Google Patents

Description

この発明は、玉軸受に関する。

自動車用のモータや変速機等のように、オイル潤滑環境下で使用され、比較的大きなアキシアル荷重が負荷される玉軸受として、例えば特許文献１には、内輪と、外輪と、前記内輪及び前記外輪の軌道溝間に介在する複数の玉と、を備え、前記内輪の軌道溝の両側に形成された一対の肩部のうち、アキシアル荷重を受ける負荷側の肩部が、反対側の非負荷側の肩部よりも高く形成されたものが開示されている。このように、負荷側の肩部を高くすることにより、この負荷側における玉と軌道溝との接触角が大きくなることを許容することができるので、深溝玉軸受の有する軸受回転トルクの低トルク性と、アキシアル荷重の負荷能力の向上とを両立できる。

この玉軸受においては、内外輪間から軸受内部空間にオイルが供給されるようになっている。このオイルの供給とともに、軸受内部空間に異物が入り込むと、軸受寿命を低下させる場合がある。また、軸受内部空間に供給されるオイル量が多いと、オイル攪拌に伴うトルク増加や発熱の問題が生じる場合もある。

軸受内部空間に入り込んだ異物による軸受寿命の低下を防止するために、内輪及び外輪に対し軌道溝の異物耐力を向上するための熱処理を行うことがある。また、軸受内部空間への異物の入り込みと、必要量以上のオイルの供給を防止するために、内外輪間にシール部材を設けることがある。シール部材を設ける場合においては、シール部材のシールリップと摺接する摺接面に摩耗が生じることがある。このため、例えば特許文献２に開示されているように、その摺接面にショットピーニング処理を施し、表面改質による摩耗防止を図ることもある。

特開２０１０－１４５７９５号公報 特開２００７－１０７５８８号公報

上記のように、異物耐力の向上のために行う熱処理は、特殊な熱処理であることが多く、コストが高いという問題がある。また、内外輪間にシール部材を設ける場合、このシール部材と保持器の環状の柱部との干渉を防ぐために軸受幅を大きくしなければならず、軸受のコンパクト性の点で問題がある。また、テーパ軸受又は分離タイプのアンギュラ軸受の場合は、組み立ての際にシール部材を破損する可能性が高く、組立性に問題がある。

また、シールリップの摺接面の摩耗については、この摺接面にショットピーニングを行うことによって、その摩耗を防止することができるものの、コストが高いという問題がある。また、単にシール部材を設けただけでは、異物の入り込みを防止できる一方で、軸受内部空間へのオイルの供給量が不十分となること又は回転トルク、発熱温度が高くなることもある。

この発明が解決しようとする課題は、軸受内部空間への異物の侵入を防止するとともに、コンパクトかつ低回転トルクを実現した低コストの玉軸受を提供することである。

上記課題を解決するため、この発明では、以下の構成の玉軸受を提供する。
内輪と、外輪と、前記内輪及び前記外輪の軌道溝間に介在する複数の玉と、を備え、前記内輪の軌道溝の両側に形成された一対の肩部のうち、アキシアル荷重を受ける負荷側の肩部が、反対側の非負荷側の肩部よりも高く形成されている玉軸受において、
前記内輪の前記負荷側の肩部側から前記内外輪間に挿入される冠形保持器と、
前記内輪の前記非負荷側の肩部に設けられ、前記内外輪間に形成された軸受内部空間の軸方向一端側を密封するシール部材と、
前記シール部材に設けられたシールリップと、
前記内輪の前記非負荷側の肩部に形成され、前記シールリップに対して周方向に摺動するシール摺動面と、
をさらに備え、
前記冠形保持器が、リング状に形成されたリング状柱部と、このリング状柱部から一方の軸方向に形成されたポケット部と、を有し、前記ポケット部が、前記リング状柱部よりも小径に形成されており、前記ポケット部の内面に、径方向に延びる潤滑溝が形成されており、
前記シールリップに、前記軸受内部空間と外部間に亘って連通する油通路を前記シール摺動面及び前記シールリップ間に形成する突起が形成されており、この突起が、前記シールリップの周方向に亘って複数形成されていることを特徴とする玉軸受。

このようにすると、冠形保持器とシール部材が軸受の軸方向の逆向きからそれぞれ設けられるため、この冠形保持器とシール部材との間に、干渉を防止できる十分な隙間を確保しやすく、軸方向のコンパクト化を図ることができる。また、ポケット部をリング状柱部よりも小径としたので、この冠形保持器を転動体案内保持器とすることができ、この冠形保持器のリング状柱部と内外輪との間の摺動に伴う摩耗を防止することができる。

さらに、軸受内部空間を密封するシール摺動面とシールリップ間において突起による油通路が形成され、この油通路内の潤滑油が軸受回転に伴ってシール摺動面及びシールリップ間にくさび効果で引きずり込まれ、この間での油膜形成が促進される。このため、シールリップとシール摺動面が油膜によって完全に分離されて接触しない状態（すなわち流体潤滑状態）で軸受回転を行えるので、シールトルクを実質的に零に近付け、シールリップの摩耗とシールリップとシール摺動面間の摺動に伴う発熱を抑えることができる。したがって、シール周速限界を超えた軸受回転が可能となる。

前記冠形保持器の周方向に隣り合うポケット部の爪部の間に、この冠形保持器の径方向の肉厚を減じた肉抜き部が形成されているのが好ましい。

このようにすると、軸受の高速回転時において、爪部に作用する遠心力を極力小さくして、この爪部と玉との接触を防止することができる。

前記突起が、前記シール部材の回転軸方向に沿って延びる突条、又は、前記軸方向から所定角度傾斜した方向に延びる突条を有するのが好ましい。

このようにすると、シールリップとシール摺動面との間の流体潤滑状態を安定的に維持することができ、シールトルクの低減を図りつつ、異物の侵入を確実に防止することができる。

この発明の玉軸受は、内輪のアキシアル荷重の負荷側の肩部側から内外輪間に冠形保持器を挿入する一方で、前記内輪のアキシアル荷重の非負荷側の肩部側から前記内外輪間に形成された軸受内部空間の軸方向一端側を密封するシール部材を設ける構成としたので、冠形保持器とシール部材との間に、干渉を防止できる十分な隙間を確保しつつ、軸方向のコンパクト化を図ることができる。

また、ポケット部をリング状柱部よりも小径としたので、この冠形保持器を転動体案内保持器とすることができ、この冠形保持器と内外輪との間の摺動に伴う摩耗を防止することができる。さらに、シールリップに突起を形成して、潤滑油によるシールリップとシール摺動面との間の流体潤滑状態が維持されるようにしたので、摺動部の摩耗や発熱を抑えつつ、従来の接触シール周速限界を超えた軸受回転を可能とすることができる。

この発明に係る玉軸受の一実施形態を示す断面図 図１の要部を示す断面図 図１の玉軸受に採用される冠形保持器の斜視図 図２のＩＶ－ＩＶ線に沿った断面図 シールリップの要部を示す断面図 図５のＶＩ－ＶＩ線に沿った断面図 シールリップの一例を示す外観図 シールリップの他例を示す外観図

以下、図面を用いて、この発明に係る玉軸受１の一実施形態について説明する。図１に示す玉軸受１は、自動車用のモータや変速機等のように、オイル潤滑環境下で使用され、比較的大きなアキシアル荷重が負荷される条件下で使用されるアンギュラ軸受であり、内輪２と、外輪３と、内輪２及び外輪３の軌道溝２ａ、３ａ間に介在する複数の玉４と、を備えている。なお、以下においては、玉軸受１の軸受中心軸に沿った方向を軸方向、軸方向に直交する方向を径方向、軸受中心軸周りの円周方向を周方向という。

内輪２及び外輪３によって、環状の軸受内部空間５が形成される。複数の玉４は、冠形保持器６によって保持されており、軸受内部空間５で内輪２及び外輪３の間に介在しながら公転する。軸受内部空間５には、潤滑油が供給される。

内輪２は、回転軸（図示せず）に取り付けられ、回転軸と一体に回転する。回転軸は、例えば、車両のトランスミッションやディファレンシャルの回転部である。外輪３は、ハウジングやギア等のように、前記回転軸からの荷重を負荷させる部材に取り付けられる。

内輪２は、軌道溝２ａの両側に形成された一対の肩部２ｂ、２ｃを有する。これらの肩部２ｂ、２ｃのうち、アキシアル荷重を受ける負荷側（図１中の右側）の肩部２ｂが、反対の非負荷側の肩部２ｃよりも高く形成されている。これに対し、非負荷側の肩部２ｃは、通常の深溝玉軸受相当の肩高さとなっている。外輪３も内輪２と同様に、軌道溝３ａの両側に形成された一対の肩部３ｂ、３ｃを有する。これらの肩部３ｂ、３ｃのうち、アキシアル荷重を受ける負荷側（図１中の左側）の肩部３ｂが、反対の非負荷側の肩部３ｃよりも高く形成されている。このため、この玉軸受１は、深溝玉軸受の良好な低トルク性を備えつつ、深溝玉軸受よりも優れたアキシアル荷重の負荷能力を備えている。

冠形保持器６は、樹脂製である。この冠形保持器６は、リング状に形成されたリング状柱部６ａと、このリング状柱部６ａから軸方向の一方向に突出する一対の爪部６ｂ、６ｂによって形成されるポケット部６ｃ（図４参照）とを有している。このポケット部６ｃは、リング状柱部６ａの周方向に亘って複数形成されている。この冠形保持器６は、内輪２の前記負荷側の肩部２ｂ側（図１中の右側）から、内外輪２、３間に挿入される。

このポケット部６ｃは、リング状柱部６ａよりも小径に形成されている。すなわち、図２に示すように、リング状柱部６ａの外径面の半径に対して、ポケット部６ｃを形成する爪部６ｂの外径面の半径はｄ１だけ小さく、リング状柱部６ａの内径面の半径に対して、ポケット部６ｃを形成する爪部６ｂの内径面の半径はｄ２だけ小さくなっている。このため、ピッチ円半径とポケット部６ｃの径方向中心をほぼ一致させて、この冠形保持器６を転動体案内保持器とすることができ、この冠形保持器６のリング状柱部６ａと内外輪２、３（肩部２ｂ、３ｃ）との間の摺動に伴う摩耗を防止することができる。

一対の爪部６ｂ、６ｂによって形成されるポケット部６ｃの内面には、潤滑溝６ｄが形成されている。この潤滑溝６ｄは、図１及び図３に示すように、ポケット部６ｃの内径面から外径面まで径方向に貫通している。この潤滑溝６ｄは、図４に示すように、横断面形状が円弧状であって、溝幅の中央が深く、両側縁が浅くなっている。また、玉４の回転時の周速が最も大きくなる、玉４の回転方向に対する幅中央部に形成されている。このため、玉４の回転によって、潤滑溝６ｄを通る潤滑油の流れを促進することができ、高い潤滑効果を発揮させることができる。

図３及び図４に示すように、各ポケット部６ｃを構成する爪部６ｂと爪部６ｂの間には、その間の肉を除去した肉抜き部７が形成されている。このため、玉軸受１の高速回転時において、爪部６ｂに作用する遠心力を極力小さくして、この爪部６ｂの変形に伴う玉４との接触を防止することができる。なお、この実施例においては、爪部６ｂ間の肉を径方向全体に亘って全て除去した構成としたが、全てを除去することなく、径方向の肉厚を減ずる（薄肉とする）ことによって肉抜き部７を形成してもよい。また、この実施例においては、肉抜き部７の軸方向底部がリング状柱部６ａまで到達しない構成としたが、リング状柱部６ａまで到達する構成としてもよい。

外輪３の前記負荷側の肩部３ｂの内周端部には、シール部材８を保持するためのシール溝３ｄが形成されている。シール部材８は、このシール溝３ｄによって保持されている。シール部材８は、その外周縁をシール溝３ｄに圧入することによって取り付けられる。

シール部材８は、軸受内部空間５と外部間を区切り、軸受内部空間５の一端側（図１の左側）を密封する。図１に示す玉軸受１においては、内輪２の肩部２ｂ、２ｃの外径、及び、外輪３の肩部３ｂ、３ｃの内径が、負荷側と非負荷側で異なっているため、この径差に起因して、玉軸受１の運転中に、内輪２の非負荷側から負荷側に向かう潤滑油の流れ（軸受内部空間５を図１中の左側から右側に向かう潤滑油の流れ）を生じさせるポンプ作用が生じる。したがって、前記一端側にのみシール部材８を設けることにより、ギアの摩耗粉や泥水等の異物が、外部から軸受内部空間５に侵入するのを防止することができる。

シール部材８は、その内周側で舌片状に突き出たシールリップ８ａを有する。このシールリップ８ａは、ラジアルリップである。このラジアルリップは、軸方向に沿ったシール摺動面２ｄ又は軸方向に対して４５度以内の鋭角の勾配をもったシール摺動面２ｄと密封作用を奏するシールリップ８ａであって、このシール摺動面２ｄとの間に径方向の締め代をもっている。

内輪２の前記非負荷側の肩部２ｃには、シールリップ８ａに対して周方向に摺動するシール摺動面２ｄが形成されている。このシール摺動面２ｄは、周方向全周に亘る円筒面状となっている。

図１のシール部材８のシールリップ８ａ付近を図５に拡大して示す。また、図５のＶＩ－ＶＩ線に沿う断面図を図６に示す。この断面は、シールリップ８ａとシール摺動面２ｄとの間におけるシール摺動面２ｄとの直交方向の隙間（後述の油通路９を含む）について、設計上、シール摺動面２ｄとの直交方向に最も狭いところでの様子を示している。このシールリップ８ａをシール摺動面２ｄ側から見た外観図を図７に示す。

図５に示すように、シール部材８は、内径部にシールリップ８ａが形成された加硫ゴム材８ｂと、加硫ゴム材の内部に埋設された金属板製の芯金８ｃとを有している。シールリップ８ａの内径端部には、周方向に一定の間隔ｄで、複数の突起８ｄが形成されている。シールリップ８ａを軸方向から見ると、複数の突起８ｄが、間隔ｄに対応する一定のピッチ角θで周方向に放射状に配置されている。なお、放射の中心は、図外のシール部材８の中心軸（軸受中心軸と一致）上にある。図７に示すように、突起８ｄは、シール部材８の回転軸方向（図７の左右方向）に沿って延びる突条である。

突起８ｄは、その延設方向の断面が円弧状であり、その円弧の先端が、内輪２の肩部２ｃのシール摺動面２ｄに臨んでいる。隣り合う突起８ｄ、８ｄの間には、空間が形成され、この空間が、玉軸受１の外部から軸受内部空間５に向かって潤滑油が流れるための油通路９として機能する。油通路９の周方向幅は、隣り合う突起８ｄ、８ｄの間隔ｄである。また、油通路９の径方向幅は、突起８ｄの高さｈとほぼ同じである。

通常は、隣り合う突起８ｄ、８ｄの間隔ｄよりも突起８ｄの高さｈの方が小さい。すなわち、侵入を防止すべき異物の粒径よりも突起８ｄの高さｈを小さくすることにより、軸受内部空間５への異物の侵入を防止することができる。また、油通路９を通過する潤滑油の量は、隣り合う突起８ｄ、８ｄの間隔ｄ又は突起８ｄの高さｈの少なくとも一方を変えることによって調節することができる。

突起８ｄとシール摺動面２ｄとの間に生じる隙間の大きさは、図６に示すように、油通路９に周方向に近い側が大、突起８ｄに周方向に近い側が小となるくさび状に形成されている。内輪２の回転に伴いシール摺動面２ｄがシールリップ８ａに対して周方向に回転すると（図６中の矢印参照）、油通路９内の潤滑油Ｌは、シール摺動面２ｄの回転に伴ってシール摺動面２ｄとシールリップ８ａの突起８ｄ間に引きずり込まれ、この間で油膜が形成される。この油膜の形成によって、シールリップ８ａとシール摺動面２ｄ間の摩擦係数が大幅に低下した流体潤滑状態となり、摺動部の摩耗や発熱を抑えつつ、従来の接触シール周速限界を超えた軸受回転を可能とすることができる。

突起８ｄの断面を円弧状とすることによりスムーズに流体潤滑状態を維持することができるが、この形状は円弧状に限定されない。油通路９に周方向に近い側が大、突起８ｄに周方向に近い側が小となるくさび状の隙間が形成されるのであれば、例えば、突起８ｄの断面を平面状の傾斜面としてもよい。

この突起８ｄの形状（配置）は、図７のようにシール部材８の回転軸方向に沿わせる必然性はなく、例えば、図８に示すように、回転軸方向から所定角度傾斜した方向に延びる突条とすることもできる。この場合も、この突起８ｄによって軸受内部空間５への異物の侵入を防止することができるとともに、流体潤滑状態の維持を図ることができる。

図７及び図８は、突起８ｄの形状を例示的に示したのに過ぎず、例えば、回転軸方向からの傾斜方向が周方向に亘って順次逆向きとなる突起８ｄ（すなわち、「ハ」の字形）にしたり、回転軸方向からの傾斜方向が互いにクロスする突起８ｄ（すなわち、「Ｘ」の字形）を周方向に亘って複数配置したりすることもできる。これらの構成でも、軸受内部空間５への異物の侵入防止効果を発揮するとともに、流体潤滑状態の維持を図ることができるためである。

今回開示された実施の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と考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 玉軸受
２ 内輪
２ａ 軌道溝
２ｂ、２ｃ 肩部
２ｄ シール摺動面
３ 外輪
４ 玉
５ 軸受内部空間
６ 冠形保持器
６ａ リング状柱部
６ｂ 爪部
６ｃ ポケット部
６ｄ 潤滑溝
７ 肉抜き部
８ シール部材
８ａ シールリップ
８ｄ 突起
９ 油通路

Claims (3)

1. 内輪（２）と、外輪（３）と、前記内輪（２）及び前記外輪（３）の軌道溝（２ａ、３ａ）間に介在する複数の玉（４）と、を備え、前記内輪（２）の軌道溝（２ａ）の両側に形成された一対の肩部（２ｂ、２ｃ）のうち、アキシアル荷重を受ける負荷側の肩部（２ｂ）が、反対側の非負荷側の肩部（２ｃ）よりも高く形成されている玉軸受において、
   前記内輪（２）の前記負荷側の肩部（２ｂ）側から前記内外輪（２、３）間に挿入される冠形保持器（６）と、
   前記内輪（２）の前記非負荷側の肩部（２ｃ）に臨むように設けられ、前記内外輪（２、３）間に形成された軸受内部空間（５）の軸方向一端側を密封するシール部材（８）と、
   前記シール部材（８）に設けられたシールリップ（８ａ）と、
   前記内輪（２）の前記非負荷側の肩部（２ｃ）に形成され、前記シールリップ（８ａ）に対して周方向に摺動するシール摺動面（２ｄ）と、
   をさらに備え、
   前記冠形保持器（６）が、リング状に形成されたリング状柱部（６ａ）と、このリング状柱部（６ａ）から一方の軸方向に形成されたポケット部（６ｃ）と、を有し、前記ポケット部（６ｃ）を形成する爪部（６ｂ）の内径面が、前記リング状柱部（６ａ）の内径面よりも小径に形成されており、前記ポケット部（６ｃ）の内面に、径方向に延びる潤滑溝（６ｄ）が形成されており、
   前記シールリップ（８ａ）に、前記軸受内部空間（５）と外部間に亘って連通する油通路（９）を前記シール摺動面（２ｄ）及び前記シールリップ（８ａ）間に形成する突起（８ｄ）が形成されており、この突起（８ｄ）が、前記シールリップ（８ａ）の周方向に亘って複数形成されていることを特徴とする玉軸受。
2. 前記冠形保持器（６）の周方向に隣り合うポケット部（６ｃ）の前記爪部（６ｂ）の間に、軸方向の深さが、前記ポケット部（６ｃ）の内面に形成された前記潤滑溝（６ｄ）よりも深い肉抜き部（７）が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の玉軸受。
3. 前記突起（８ｄ）が、前記シール部材（８）の回転軸方向に沿って延びる突条、又は、前記軸方向から所定角度傾斜した方向に延びる突条を有することを特徴とする請求項１又は２に記載の玉軸受。

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