JP7272176B2 - 円すいころ軸受 - Google Patents

Description

本発明は、円すいころ軸受に関し、特に、軸受内部に潤滑油が供給される円すいころ軸受に関する。

近年、一部のハイブリッド車のトランスミッションのように、エンジン停止時に潤滑油ポンプを停止する機構が登場しており、軸受の焼付き問題を生じさせやすい。また、自動車の被牽引時には潤滑油ポンプが作動せずにタイヤが空転するため、トランスミッション内の軸受に焼付きが生じることがある。このため、潤滑油の供給が断続的である潤滑環境下、或いは、潤滑油が微量である潤滑環境下であったとしても焼付きを防止することができる軸受が求められている。

従来の円すいころ軸受１００として、図１９～図２２に示すように、内周面に外輪軌道面１１１ａを有する外輪１１１と、外周面に内輪軌道面１１２ａを有する内輪１１２と、外輪軌道面１１１ａと内輪軌道面１１２ａとの間に転動可能に設けられる複数の円すいころ１１３と、複数の円すいころ１１３を周方向に略等間隔に保持する保持器１１４と、を備えるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、保持器１１４は、大径側円環部１１５と、大径側円環部１１５と同軸配置される小径側円環部１１６と、大径側円環部１１５と小径側円環部１１６とを軸方向で連結し、周方向に略等間隔に設けられる複数の柱部１１７と、周方向に互いに隣り合う柱部１１７間で、大径側円環部１１５及び小径側円環部１１６により囲まれて形成され、円すいころ１１３を転動可能に保持するポケット１１８と、を有する。また、円すいころ１１３は、円すいころ１１３の周面に設けられる転動面１１３ａと、円すいころ１１３の大径側端部に設けられる大径側端面１１３ｂと、円すいころ１１３の小径側端部に設けられる小径側端面１１３ｃと、を有する。

特許第６３５４２４２号公報

そして、上記特許文献１に記載の円すいころ軸受１００では、保持器１１４の大径側円環部１１５の軸方向内端面１１５ａに、円周方向に沿った１つの油溝１２０が形成され、油溝１２０の内部に蓄えられる潤滑油量を多くするために、この油溝１２０の径方向幅が大径側円環部１１５の径方向幅の１／３に設定されている。つまり、例えば、大径側円環部１１５の径方向幅が９ｍｍの場合、油溝１２０の径方向幅は３ｍｍとなる。この場合、油溝１２０の単体で毛細管現象を発生させて潤滑油を保持することができないため、上記特許文献１に記載されているように、円すいころ１１３で油溝１２０に蓋をする必要があった。

しかしながら、円すいころ１１３で油溝１２０に蓋をしたとしても、油溝１２０の径方向幅が大きいため、油溝１２０内の潤滑油は、十分な毛細管現象を起こせず、円すいころ１１３と大径側円環部１１５との間で形成される油膜を経由して、直ぐに次々と油溝１２０から漏れ出てしまう。このため、微量な潤滑油の潤滑環境下において長期間経った頃には、円すいころ１１３と大径側円環部１１５の接触面の僅かな油膜しか残らないという問題があった。

また、図１９に示すように、保持器１１４が円すいころ１１３の大径側に軸方向に移動した場合、円すいころ１１３の大径側端面１１３ｂと大径側円環部１１５の軸方向内端面１１５ａとの間の隙間が大きくなって、毛細管現象が働かずに油溝１２０から潤滑油が漏れ出てしまう。このため、上記特許文献１では、円すいころ１１３と保持器１１４との間の軸方向の隙間を極めて小さくする必要があり、円すいころ１１３の軸方向長さの管理と円すいころ１１３の保持器１１４への組み込みが困難であった。

さらに、上記特許文献１の図面では、円すいころの大径側端面が平面状に記載されているが、図１９～図２１に示すように、円すいころ１１３の大径側端面１１３ｂが凸球面状に形成されると共に、大径側端面１１３ｂの中心部に凹部１１３ｄが形成されている場合がある。このような円すいころ１１３では、例え、円すいころ１１３と保持器１１４との間の軸方向の隙間を小さくしたとしても、円すいころ１１３の凹部１１３ｄと油溝１２０が重なり合う部分の隙間ＳＰ（図２２参照）から潤滑油が漏れ出てしまっていた。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、油溝の単体で潤滑油を保持することができ、潤滑油の供給が断続的である潤滑環境下、或いは、潤滑油が微量である潤滑環境下であったとしても焼付きを防止することができる円すいころ軸受を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）内周面に外輪軌道面を有する外輪と、外周面に内輪軌道面を有する内輪と、前記外輪軌道面と前記内輪軌道面との間に転動可能に設けられる複数の円すいころと、前記複数の円すいころを周方向に略等間隔に保持する保持器と、を備え、前記保持器は、大径側円環部と、前記大径側円環部と同軸に配置される小径側円環部と、前記大径側円環部と前記小径側円環部とを軸方向に連結し、周方向に略等間隔に設けられる複数の柱部と、周方向に互いに隣り合う前記柱部間に形成され、前記円すいころを転動可能に保持するポケットと、を有する円すいころ軸受であって、前記保持器は、前記小径側円環部の軸方向内端面と前記円すいころの小径側端面との間に第１隙間を有すると共に、前記大径側円環部の軸方向内端面と前記円すいころの大径側端面との間に第２隙間を有して、軸方向に沿って所定の範囲で移動可能に設けられ、前記大径側円環部の軸方向内端面には、毛管力で潤滑油を保持する油溝、及び潤滑油を蓄えるオイルポケットが、少なくとも１つずつ設けられ、前記保持器が前記円すいころの小径側に軸方向に移動したときに、前記油溝及び前記オイルポケットが前記円すいころの大径側端面に接触し、前記保持器が前記円すいころの大径側に軸方向に移動したときに、前記油溝及び前記オイルポケットが前記円すいころの大径側端面から離れることを特徴とする円すいころ軸受。
（２）前記油溝及び前記オイルポケットは、前記保持器の周方向に沿って形成されることを特徴とする（１）に記載の円すいころ軸受。
（３）前記油溝は、前記円すいころの大径側端面と接触可能な溝端部を有し、前記円すいころの大径側端面は、前記大径側端面の中心部に形成される円形状の凹部と、前記凹部の周囲に設けられ、前記大径側円環部の軸方向内端面と接触可能な円環状の接触面と、を有し、前記油溝の前記溝端部は、前記円環状の接触面と前記大径側円環部の軸方向内端面とが前記円すいころの長手方向において重なり合う領域に収まるように設けられることを特徴とする（２）に記載の円すいころ軸受。
（４）前記オイルポケットは、前記円環状の接触面と前記大径側円環部の軸方向内端面とが前記円すいころの長手方向において重なり合う領域に収まるように設けられることを特徴とする（３）に記載の円すいころ軸受。
（５）前記大径側円環部の軸方向内端面が凹球面状に形成され、前記円すいころの大径側端面が凸球面状に形成され、前記大径側円環部の軸方向内端面の凹球面状の曲率半径ＳＲｙは、前記円すいころの大径側端面の凸球面状の曲率半径Ｒａの±１０％以内に設定されることを特徴とする（１）に記載の円すいころ軸受。
（６）潤滑油が軸受内部に断続的に供給される、或いは、軸受内部の潤滑油が微量である潤滑環境下で使用されることを特徴とする（１）～（５）のいずれか１つに記載の円すいころ軸受。

本発明によれば、保持器の大径側円環部の軸方向内端面に、毛管力で潤滑油を保持する油溝が設けられるため、円すいころで油溝に蓋をしなくても、油溝の単体で潤滑油を保持することができる。また、保持器が円すいころの小径側に軸方向に移動したときに、油溝及びオイルポケットが円すいころの大径側端面に接触するため、潤滑油の供給が断続的である潤滑環境下、或いは、潤滑油が微量である潤滑環境下であったとしても軸受の焼付きを防止することができる。また、保持器が円すいころの大径側に軸方向に移動したときに、油溝及びオイルポケットが円すいころの大径側端面から離れて、大径側円環部が円すいころに常時接触しないため、軸受回転時の摩擦抵抗の増加を抑制することができ、さらに、大径側円環部の摩耗を抑制することができる。また、高度な部品寸法精度などの管理が不要であり、製造コストの増大を抑制することができる。

本発明に係る円すいころ軸受の一実施形態を説明する断面図である。 保持器と円すいころを径方向外側から見た平面図である。 図１に示す保持器を径方向内側から見た模式図である。 油溝及びオイルポケットと円すいころの大径側端面との位置関係を示す模式図である。 図１に示す保持器が円すいころの大径側に軸方向に移動したときを説明する断面図である。 図１に示す保持器が円すいころの小径側に軸方向に移動したときを説明する断面図である。 溝端部が円すいころと接する状態を示す説明図である。 溝端部が円すいころと接しない状態を示す説明図である。 油溝の角部がシャープエッジに形成される場合を示す説明図である。 油溝の角部が大きな円弧状に形成される場合を示す説明図である。 油溝の深さを油溝の溝中央部から溝端部に向かうに従って小さくした場合を示す説明図である。 油溝の深さを油溝の溝中央部から溝端部まで均一にした場合を示す説明図である。 油溝の径方向断面の溝底すみの円弧形状の半径を、油溝の溝中央部から溝端部に向かうに従って小さくすることを説明する模式図である。 油溝の径方向幅を長手方向両端部で小さくした第１例を説明する模式図である。 油溝の径方向幅を長手方向両端部で小さくした第２例を説明する模式図である。 油溝の径方向幅を長手方向両端部で小さくした第３例を説明する模式図である。 油溝の径方向幅を長手方向両端部で小さくした第４例を説明する模式図である。 油溝の径方向幅を溝中央部から溝端部に向かうに従って小さくした第１例を説明する模式図である。 油溝の径方向幅を溝中央部から溝端部に向かうに従って小さくした第２例を説明する模式図である。 潤滑油ポンプによる軸受への給油を説明する断面図である。 歯車の跳ね掛けによる軸受への給油を説明する断面図である。 従来の円すいころ軸受において、保持器が円すいころの大径側に軸方向に移動したときを説明する断面図である。 図１９に示す保持器が円すいころの小径側に軸方向に移動したときを説明する断面図である。 図１９に示す保持器と円すいころを径方向外側から見た平面図である。 図１９に示す油溝と円すいころの大径側端面との接触位置関係を示す模式図である。

以下、本発明に係る円すいころ軸受の一実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。

本実施形態の円すいころ軸受１０は、図１に示すように、内周面に外輪軌道面１１ａを有する外輪１１と、外周面に内輪軌道面１２ａを有する内輪１２と、外輪軌道面１１ａと内輪軌道面１２ａとの間に転動可能に設けられる複数の円すいころ１３と、複数の円すいころ１３を周方向に略等間隔に保持する保持器１４と、を備える。なお、本実施形態では、ハウジングＨ（図１７参照）の内部を循環する潤滑油が、潤滑油ポンプＰ（図１７参照）などにより軸受内部に適宜供給される。

内輪１２は、内輪１２の大径側端部に設けられる大鍔部１２ｂと、内輪１２の小径側端部に設けられる小鍔部１２ｃと、を有する。内輪１２の外周面は、略円すい状に形成されている。

円すいころ１３は、円すいころ１３の周面に設けられる転動面１３ａと、円すいころ１３の大径側端部に設けられる大径側端面１３ｂと、円すいころ１３の小径側端部に設けられる小径側端面１３ｃと、を有する。また、大径側端面１３ｂは、曲率半径Ｒａの凸球面状に形成されており、その中心部に円形状の凹部１３ｄが形成されている。上記凸球面の中心は、円すいころ１３の自転軸上に位置している。

保持器１４は、合成樹脂製であり、アキシアルドローにより射出成形されており、大径側円環部１５と、大径側円環部１５と同軸配置される小径側円環部１６と、大径側円環部１５と小径側円環部１６とを軸方向で連結し、周方向に略等間隔に設けられる複数の柱部１７と、周方向に互いに隣り合う柱部１７間で、大径側円環部１５及び小径側円環部１６により囲まれて形成され、円すいころ１３を転動可能に保持するポケット１８と、を有する。

また、保持器１４は、保持器１４の小径側円環部１６の軸方向内端面１６ａと円すいころ１３の小径側端面１３ｃとの間に第１隙間Ｓ１を有する。また、保持器１４は、保持器１４の大径側円環部１５の軸方向内端面１５ａと円すいころ１３の大径側端面１３ｂとの間に第２隙間Ｓ２を有する。これにより、保持器１４は、軸方向に沿って所定の範囲で移動可能に設けられる。

そして、本実施形態の円すいころ軸受１０では、図１に示すように、第１隙間Ｓ１のころ軸方向寸法をＤ１、第２隙間Ｓ２のころ軸方向寸法をＤ２、円すいころ１３の長さ寸法をＬＲ、保持器１４のポケット１８のころ軸方向の長さ寸法をＬＰ、隙間全体のころ軸方向の総和寸法をＤｔとしたとき、Ｄｔ＝Ｄ１＋Ｄ２＝ＬＰ－ＬＲの関係となる。なお、ころ軸方向寸法Ｄ１，Ｄ２、円すいころ１３の長さ寸法ＬＲ、及びポケット１８のころ軸方向の長さ寸法ＬＰは、円すいころ１３の中心軸（自転軸）方向に沿った寸法である。

このように、円すいころ１３と保持器１４との間には軸方向の隙間が設けられるため、保持器１４は、軸方向に沿って隙間の総和寸法Ｄｔの範囲で自由に移動可能である。また、本実施形態では、第１隙間Ｓ１のころ軸方向寸法Ｄ１及び第２隙間Ｓ２のころ軸方向寸法Ｄ２は、厳密な寸法管理は不要で、保持器の一般的な加工精度を考慮して、一般的な隙間寸法である０．０５ｍｍ以上に設定されている。

また、保持器１４の大径側円環部１５の軸方向内端面（以下、単に「ポケット面」とも言う）１５ａの表面は、粗く形成されており、具体的なポケット面１５ａの表面粗さ（算術平均粗さ）は３μｍ～２０μｍに設定される。

そして、大径側円環部１５のポケット面１５ａの粗さは、後述する油溝２０及びオイルポケット３０が蓄えた潤滑油を円すいころ１３に導くように機能する。これにより、ポケット面１５ａの保油能力及び給油能力を高めることができる。また、後述する油溝２０及びオイルポケット３０の内面も保油能力を高めるために粗く形成されていた方が好ましい。また、ポケット面１５ａが保持器成形時の型抜き方向に対してほぼ垂直なため、ポケット面１５ａを粗く形成したとしても、成形後の離型の際に支障になることはない。なお、ポケット面１５ａの表面粗さは、全てのポケット１８に対して設定してもよいし、一部のポケット１８に対して設定してもよい。

大径側円環部１５のポケット面１５ａは、曲率半径ＳＲｙの凹球面状に形成されている。そして、ポケット面１５ａの凹球面状の曲率半径ＳＲｙは、円すいころ１３の大径側端面１３ｂの凸球面状の曲率半径Ｒａの±１０％以内に設定されている（０．９Ｒａ≦ＳＲｙ≦１．１Ｒａ）。これにより、ポケット面１５ａと円すいころ１３の大径側端面１３ｂとの密着度合いが向上するため、高い保油及び給油効果を得ることができる。しかしながら、ＳＲｙをＲａに一致（ＳＲｙ＝Ｒａ）させて全面当りにしてしまうと、摩擦抵抗が増加してしまうため、僅かに曲率半径をずらして完全密着させない状態が最適である。

また、図１～図４に示すように、保持器１４の大径側円環部１５のポケット面１５ａには、複数（本実施形態では２つ）の微細な油溝２０が形成されている。そして、２つの油溝２０は、有底溝であり、それぞれのポケット１８において、保持器１４の周方向に沿って平行に形成されている。油溝２０は、毛管力で潤滑油を保持可能な溝であり、保持器１４の保油能力を高めると共に、円すいころ１３への潤滑油の伝播を促進する。なお、油溝２０は、全てのポケット１８に対して設けられてもよいし、一部のポケット１８に対して設けられてもよい。なお、油溝２０は、１つ以上であればよく、設置数は任意である。

さらに、保持器１４の大径側円環部１５のポケット面１５ａには、潤滑油を蓄える１つのオイルポケット３０が形成されている。そして、オイルポケット３０は、有底溝であり、それぞれのポケット１８において、保持器１４の周方向に沿って形成されている。なお、オイルポケット３０は、全てのポケット１８に対して設けられてもよいし、一部のポケット１８に対して設けられてもよい。また、オイルポケット３０は、１つに限定されず２つ以上であってもよい。

図４は、油溝２０及びオイルポケット３０と円すいころ１３の大径側端面１３ｂとの位置関係を示す模式図である。円すいころ１３の大径側端面１３ｂは、大径側端面１３ｂの中心部に形成される円形状の凹部１３ｄと、凹部１３ｄの周囲に設けられ、ポケット面１５ａと接触可能な円環状の接触面１３ｅと、を有する。そして、２つの油溝２０のそれぞれの溝端部２０ａは、円環状の接触面１３ｅとポケット面１５ａとが円すいころ１３の長手方向において重なり合う領域（円すいころ１３の長手方向に見たときに重なり合う領域）に収まるように設けられる。これにより、図７～図９を用いて後述するメカニズムにより溝端部２０ａに集まった潤滑油を余す事なく、円すいころ１３との毛管力によって円すいころ１３に給油することが可能となる。なお、図４、図７～図９中の符号Ｌは潤滑油（ドット模様を付与した部分）である。

また、オイルポケット３０は、円環状の接触面１３ｅとポケット面１５ａとが円すいころ１３の長手方向において重なり合う領域（円すいころ１３の長手方向に見たときに重なり合う領域）に収まるように設けられる。これにより、オイルポケット３０に円すいころ１３の円環状の接触面１３ｅにより蓋がされるため、オイルポケット３０から潤滑油が漏れ出ることを抑制することが可能となる。そして、オイルポケット３０を設けることにより、保持器１４に蓄えられる潤滑油量を増やすことができる。

また、図４に示すように、本実施形態では、２つの油溝２０は、環状扇形状にそれぞれ形成されており、油溝２０の長手方向両端辺である一対の端部連結辺２１は、大径側円環部１５の径方向内側に向かうに従って互いの周方向間隔が大きくなるように傾斜して形成されている。また、１つのオイルポケット３０は、環状扇形状に形成されており、オイルポケット３０の長手方向両端辺である一対の端部連結辺３１は、円すいころ１３の円環状の接触面１３ｅの外周縁に倣った円弧形状に形成されている。

また、２つの油溝２０の溝中央部２０ｂは、円すいころ１３の凹部１３ｄとポケット面１５ａとが円すいころ１３の長手方向において重なり合う領域、つまり、円すいころ１３により蓋がされずに隙間となる部分（図２２の隙間ＳＰと同様）に設けられている。しかしながら、油溝２０は毛管力により単体で潤滑油を保持することができるため、蓋がなくても油溝２０の溝中央部２０ｂから潤滑油が漏れ出るのを防止することができる。なお、油溝２０は、潤滑油を供給する溝端部２０ａが円すいころ１３の大径側端面１３ｂと接触している。

ここで、本説明で述べる毛管力とは、固体が液体を引き寄せようとする力のことである。固体（保持器）の表面張力が液体（潤滑油）の表面張力よりも大きなときに毛管力が生じ、液体は固体表面に引き寄せられる。また、液体は表面張力により空気と触れる面を減らそうともする。つまり、潤滑油は空気と接する面積を減少させながら、保持器と接する面積を増そうとする。このため、保持器の油溝は、細い（油溝２０の径方向幅寸法が小さい）ほど毛管力が高まる。この原理を利用し、本発明では、ポケット面１５ａに、細い形状の油溝２０を形成している。そして、油溝２０は、大径側円環部１５のポケット面１５ａと接続する溝端部２０ａから円すいころ１３の大径側端面１３ｂに潤滑油を供給することを特徴とする。なお、溝端部２０ａは、油溝２０の周方向（長手方向）の端部のことである。また、後述する溝中央部２０ｂは、油溝２０の周方向（長手方向）の中央部のことである。

また、油溝２０は、毛管力の作用で保油及び円すいころ１３への給油が可能な微細な形状であることが必要であり、本実施形態では、油溝２０の径方向幅及び深さ（軸方向幅）は一定又は溝端部２０ａが浅くなる（軸方向幅が小さくなる）ように設定されており、油溝２０の潤滑油の保油性、保持器１４の強度及び一般的な射出成形の精度などを考慮して、例えば、油溝２０の径方向幅Ｄ３は、最大部で０．５ｍｍ以下に設定されており、０．２ｍｍ以下に設定された方がより望ましい。油溝２０の深さＤ４は、最大部で０．０５ｍｍから円すいころ１３の長さ寸法ＬＲの１／５以下の範囲に設定される。なお、油溝２０の径方向幅Ｄ３は、油溝２０の延在方向と直交する方向の幅である。また、アキシアルドローにより成形される油溝２０は、射出成形時に成形金型が移動（離型）する方向である、保持器１４の中心軸と同じ方向（軸方向）に延在している。なお、オイルポケット３０は、毛管力により潤滑油を保持する構成ではないので、その径方向幅を１ｍｍ以上、且つ大径側円環部１５の径方向幅の１／２以下に設定しており、空間体積を大きくして、多くの潤滑油を蓄えることができる。

保持器１４は、合成樹脂製であり、例えば、アキシアルドローにより射出成形可能である。大径側円環部１５のポケット面１５ａの表面粗さ、油溝２０、及びオイルポケット３０もこの射出成形により同時に形成可能である。この場合、加工工程の追加、二色成形（ダブルモールド）のような特殊な成形、及び別途製作した保油部材の接着などが不要である。従って、製造コストをほぼ増大させることなく、耐焼付き性を向上することができる。

また、保持器１４の材料としては、特に制限はないが、使用される潤滑油に対して表面張力が高く毛管力を生じる親油性を有する合成樹脂材であればよく、例えば、ナイロンなどの一般的な保持器樹脂材を挙げることができる。なお、保持器１４の合成樹脂に強化剤として繊維を含有させてもよい。また、親油性が低い樹脂材を使用することも可能であるが、この場合、親油処理を施した方が好ましい。

図７Ａ及び図７Ｂは、油溝２０の長手方向（周方向）と円すいころ１３との位置関係を示す説明図であり、保持器１４の１つの油溝２０の部分を周方向に沿って切断した断面図である。保持器１４は、毛管力によって油溝２０の内部に蓄えられた潤滑油を、同じくころ表面との毛管力の作用によって円すいころ１３の大径側端面１３ｂに供給することを特徴としている。この作用を効果的にさせるためには、油溝２０は、円すいころ１３とポケット面１５ａが接する部分に高い毛管力を発生させることが重要である。そして、その手法の１つとして、本実施形態では、図７Ａに示すように、油溝２０の中間部分よりも毛管力が高い溝端部２０ａが円すいころ１３と接するように構成している。これにより、油溝２０の内部の潤滑油を、溝端部２０ａの角部２０ｄから円すいころ１３の大径側端面１３ｂとの毛管力で吸い上げることができる。なお、図７Ｂでは、溝端部２０ａが円すいころ１３と接しないため、潤滑油を吸い上げる量が少なくなる。また、図７Ａ及び図７Ｂでは、説明の理解を容易にするため、油溝２０の深さを実際よりも拡大して表している。

図８Ａ及び図８Ｂは、油溝２０の径方向の断面形状を示す説明図であり、保持器１４の１つの油溝２０の部分を径方向に沿って切断した断面図である。毛管力は毛細管現象などからも明白なように、狭い空間ほど強く働くため、油溝２０の径方向幅Ｄ３が細くても、図８Ｂに示すように開口部が広がっていると弱くなる。そこで、本実施形態では、図８Ａに示すように、油溝２０の壁面（油溝２０の径方向の壁面と周方向の壁面の少なくとも一方）２０ｃとポケット面１５ａとを接続する角部２０ｄがシャープエッジ（半径０．１ｍｍ以下の円弧状の面取り、好ましくは半径０．０５ｍｍ以下の円弧状の面取り、又は１辺０．１ｍｍで４５度の直線状の面取り）に形成されている。角部２０ｄをシャープエッジに形成することにより、潤滑油をポケット面１５ａまで導きやすくすることが可能となる。なお、図８Ｂでは、角部２０ｄの円弧が大きいため、潤滑油の油面がポケット面１５ａに届かず、給油量が少なくなる。

また、油溝２０の径方向断面の溝底すみ２０ｅは、円弧形状に形成されており、この溝底すみ２０ｅの円弧形状の半径Ｒｗが小さい場合、毛管力が高まり潤滑油が溝底すみ２０ｅに留まるように作用する。このため、油溝２０の径方向断面の溝底すみ２０ｅの円弧形状の半径Ｒｗは、最大となる油溝２０の長手方向中央である溝中央部２０ｂにおいて油溝２０の径方向幅Ｄ３の１／４～１／２に設定される方が望ましい。また、溝端部２０ａへの毛管力を高めるためには、図１０に示すように、油溝２０の径方向断面の溝底すみ２０ｅの円弧形状の半径Ｒｗを、油溝２０の溝中央部２０ｂから溝端部２０ａに向かうに従って小さくする（Ｒｗ１＞Ｒｗ２＞Ｒｗ３）方が更に望ましい。これにより、溝中央部２０ｂに溜まった潤滑油を、より毛管力の高い溝端部２０ａに吸い上げて、ポケット面１５ａに導くことが可能となる。

図９Ａ及び図９Ｂは、油溝２０の長手方向（周方向）の断面形状を示す説明図であり、保持器１４の１つの油溝２０の部分を周方向に沿って切断した断面図である。図９Ｂに示すように、油溝２０の周方向断面の溝底すみ２０ｆが直角に近い場合、潤滑油が溝底すみ２０ｆに留まってしまい、円すいころ１３への給油が難しくなる。このため、溝端部２０ａの深さＤ４を、溝中央部２０ｂの深さＤ４よりも小さく（浅く）設定した方が望ましい。具体的には、図９Ａに示すように、油溝２０の周方向断面の溝底すみ２０ｆを円弧形状に形成して、油溝２０の深さＤ４を、油溝２０の溝中央部２０ｂから溝端部２０ａに向かうに従って小さくしている。これにより、溝端部２０ａのポケット面１５ａと接続する部分の毛管力を高めることができ、溝底に溜まった潤滑油を効率よく吸い上げて、円すいころ１３に給油することが可能となる。なお、図９Ａ及び図９Ｂでは、説明の理解を容易にするため、油溝２０の深さを実際よりも拡大して表している。

図１１～図１４は、油溝２０の径方向幅Ｄ３を長手方向両端部で小さく（細く）した例を説明する模式図である。つまり、図１１～図１４に示す油溝２０では、溝端部２０ａの径方向幅Ｄ３を、溝中央部２０ｂの径方向幅Ｄ３よりも小さく設定している。このように油溝２０の先端を細くすることにより、溝端部２０ａの毛管力を高めることができ、溝底に溜まった潤滑油を効率よく吸い上げて、円すいころ１３に給油することが可能となる。また、細くなっている部分が先端の一部に限られるため、溝全体の空間体積をあまり減らすことなく、多くの潤滑油を蓄えやすい形状でもある。

そして、図１１に示す油溝２０は、油溝２０の長手方向端部の径方向一方側に直線状の面取りＣｘを施した形状（環状扇形状）である。図１２に示す油溝２０は、油溝２０の長手方向端部の径方向両側に直線状の面取りＣｘを施した形状（略六角形状）である。図１３に示す油溝２０は、図１１に示す環状扇形状の油溝２０において、その長手方向端部に円弧状の面取りＲｘを施した形状である。図１４に示す油溝２０は、図１１に示す環状扇形状の油溝２０において、その長手方向端部の径方向内側に直線状の小面取りＣｘｘを施した形状である。また、図１０～図１４に示す油溝２０では、油溝２０の深さＤ４を溝中央部２０ｂから溝端部２０ａに向かうに従って浅く、且つ油溝２０の径方向断面の溝底すみ２０ｅの円弧形状の半径Ｒｗを、油溝２０の溝中央部２０ｂから溝端部２０ａに向かうに従って小さく（Ｒｗ１＞Ｒｗ２＞Ｒｗ３）している。

図１５及び図１６は、油溝２０の径方向幅Ｄ３を溝中央部２０ｂから溝端部２０ａに向かうに従って小さく（細く）した例を説明する模式図である。図１６に示す油溝２０は、溝端部２０ａが尖った略三日月形状である。また、図１５及び図１６に示す油溝２０では、油溝２０の深さＤ４を溝中央部２０ｂから溝端部２０ａに向かうに従って浅く、且つ油溝２０の径方向断面の溝底すみ２０ｅの円弧形状の半径Ｒｗを、油溝２０の溝中央部２０ｂから溝端部２０ａに向かうに従って小さく（Ｒｗ１＞Ｒｗ２＞Ｒｗ３）している。このような構造にすることにより、溝端部２０ａのポケット面１５ａと接続する部分の毛管力を高めることができ、溝底に溜まった潤滑油を効率よく吸い上げて、円すいころ１３に給油することが可能となる。

なお、油溝２０の周方向長さ、油溝２０の径方向幅Ｄ３の変化度合い、油溝２０の深さＤ４の変化度合い、油溝２０の径方向断面の溝底すみ２０ｅの円弧形状の半径Ｒｗの変化度合い、及びその変化の連続・不連続は自由に設定可能である。また、上記項目の一部のみを採用してもよい。また、図１０～図１６に示した油溝２０の形状は、オイルポケット３０に適用してもよい。また、図１１に示した形状例の油溝２０の場合、油溝２０の径方向幅Ｄ３は、溝端部２０ａの近傍において、溝中央部２０ｂから溝端部２０ａに向かうに従い徐々に小さくされている。具体的には、溝端部２０ａを軸方向から見た場合、溝端部２０ａを構成する部分の角部２０ｄの成す角度θ２０ａは、３０～６０度の範囲の鋭角（図１１の場合は４５度）に設定されている。また、図１５に示した形状例の油溝２０の場合、溝中央部２０ｂに対する溝端部２０ａでの寸法の比率は、径方向幅Ｄ３を略５０％とし、深さＤ４を略２５％としている。また、図１６に示した三日月形状の油溝２０の場合、溝中央部２０ｂに対する溝端部２０ａ近傍での深さＤ４の比率を略２５％とすると共に、溝端部２０ａの成す角度θ２０ａを３０～６０度の範囲の鋭角（図１６の場合は３０度）に設定している。

このように構成された円すいころ軸受１０では、軸受に潤滑油が供給され軸受内が潤滑油で満たされている場合、軸受回転のポンプ作用により潤滑油が内輪１２の小径側から大径側へ流れる現象が起きる。従って、本実施形態では、図５に示すように、上記ポンプ作用による潤滑油の流れの力を受けて、保持器１４が円すいころ１３の大径側に軸方向に移動し、保持器１４の大径側円環部１５が円すいころ１３から離れる側に移動する（Ｄｔ＝Ｄ２、Ｄ１＝０）。これにより、大径側円環部１５が円すいころ１３に常時接触しないため、軸受回転時の摩擦抵抗の増加が抑制される。また、この状態では、軸受内が潤滑油で満たされているため、油溝２０及びオイルポケット３０に潤滑油が供給され、油溝２０及びオイルポケット３０に潤滑油が蓄えられる。

その一方、軸受に潤滑油が供給されず軸受内の潤滑油が微量である場合、ポンプ作用による潤滑油の流れは発生せず、図６に示すように、保持器１４は自重の分力により円すいころ１３の小径側に軸方向に移動し、保持器１４の大径側円環部１５のポケット面１５ａに形成された油溝２０及びオイルポケット３０が円すいころ１３の大径側端面１３ｂに接触する（Ｄｔ＝Ｄ１、Ｄ２＝０）。これにより、油溝２０及びオイルポケット３０に蓄えられた潤滑油が円すいころ１３の大径側端面１３ｂに供給される。つまり、軸受内の潤滑油が微量である場合にのみ、油溝２０及びオイルポケット３０が円すいころ１３の大径側端面１３ｂに接触し、潤滑油が円すいころ１３に供給される。また、この状態では、円すいころ１３の円環状の接触面１３ｅがオイルポケット３０に蓋をするため、オイルポケット３０内の潤滑油が円すいころ１３に徐々に供給される。なお、本発明の円すいころ軸受１０は、保持器１４の自重の分力を利用して保持器１４を移動させるものであるため、水平に設けられる軸（横軸）を支持する構造に用いるのが好適である。

以上説明したように、本実施形態の円すいころ軸受１０によれば、保持器１４の大径側円環部１５のポケット面１５ａに、毛管力で潤滑油を保持する微細な油溝２０が設けられるため、円すいころ１３で油溝２０に蓋をしなくても、油溝２０の単体で潤滑油を保持することができる。また、保持器１４が円すいころ１３の小径側に軸方向に移動したときに、油溝２０及びオイルポケット３０が円すいころ１３の大径側端面１３ｂに接触するため、潤滑油の供給が断続的である潤滑環境下、或いは、潤滑油が微量である潤滑環境下であったとしても軸受１０の焼付きを防止することができる。また、保持器１４が円すいころ１３の大径側に軸方向に移動したときに、油溝２０及びオイルポケット３０が円すいころ１３の大径側端面１３ｂから離れて、大径側円環部１５が円すいころ１３に常時接触しないため、軸受回転時の摩擦抵抗の増加を抑制することができ、さらに、大径側円環部１５の摩耗を抑制することができる。また、高度な部品寸法精度などの管理が不要であり、製造コストの増大を抑制することができる。

更に詳細に説明すると、油溝２０及びオイルポケット３０が形成された大径側円環部１５は、事前に接触力（押付け力）が設定されているわけではなく、保持器１４の自重の分力により円すいころ１３に接触するため、摩擦抵抗を殆ど発生させず、大径側円環部１５の摩耗劣化を最小限に抑えることができる。

また、本実施形態の円すいころ軸受１０によれば、保持器１４の大径側円環部１５のポケット面１５ａに、油溝２０に加えてオイルポケット３０が併設されるため、短時間で潤滑油が遮断されたときに、大量の潤滑油を円すいころ１３に供給することができる。これにより、短時間の潤滑油遮断環境から長期間の潤滑油遮断環境まで幅広く対応することができる。なお、短時間の潤滑油遮断環境とは、車両旋回時などの遠心力、加減速、路面傾斜による潤滑油の偏りなどにより一時的に潤滑油が不足する環境のことである。長期間の潤滑油遮断環境とは、一晩から数日間エンジンを始動させない環境、及びハイブリッド車の電動走行モードや自動車の被牽引時などオイルポンプが作動しない環境のことである。

また、本実施形態の円すいころ軸受１０によれば、保持器１４が、合成樹脂製であり、保持器１４の大径側円環部１５のポケット面１５ａの表面粗さ、油溝２０、及びオイルポケット３０がアキシアルドローにより保持器１４と同時に射出成形されるため、製造コストの増大を抑制することができる。

また、本実施形態の円すいころ軸受１０によれば、油溝２０及びオイルポケット３０が周方向に沿って形成され、軸受回転時の遠心力の作用方向と油溝２０及びオイルポケット３０の形成方向が直交するため、油溝２０及びオイルポケット３０に収容される潤滑油が遠心力により飛散するのを抑制することができる。

また、本実施形態の円すいころ軸受１０によれば、潤滑油量を大幅に減らすことができるので、潤滑油の攪拌抵抗を低減することができる。また、例えば、歯車による跳ね掛けなどによって潤滑油を微量でも供給できる構造（図１８参照）とすれば、潤滑油ポンプや給油路を廃止することもでき、これにより、潤滑システム全体の軽量コンパクト化、低コスト化を図ることができる。

また、本実施形態の円すいころ軸受１０によれば、潤滑油が軸受内に断続的に供給される、或いは、軸受内の潤滑油が微量である潤滑環境下でも、焼付きを防止して軸受性能や潤滑効果を長期間に亘って維持することができる。このため、本実施形態の円すいころ軸受１０は、例えば、一部のハイブリッド車のトランスミッションのようにエンジン停止時に潤滑油ポンプが一時的に停止する機構に好適に用いることができ、また、自動車の被牽引時に潤滑油ポンプが作動せずに潤滑油の十分な供給が困難な状況などに対応することができる。

ここで、本明細書における潤滑油が微量である潤滑環境下について説明する。例えば、自動車などのトランスミッションの場合、潤滑油の供給方法として、図１７に示す潤滑油ポンプＰによる潤滑油の圧送と、図１８に示す歯車Ｇによる潤滑油の跳ね掛けとの２通りが一般的に知られている。

潤滑油ポンプＰにより潤滑油を圧送する構造としては、図１７に示すように、円すいころ軸受１０の外輪１１がハウジングＨに内嵌され、内輪１２が回転軸Ａに外嵌されており、ハウジングＨに軸受１０に連通する給油路Ｒが設けられ、この給油路Ｒに潤滑油ポンプＰが接続される構造が一般的に知られている。この構造の場合、潤滑油ポンプＰから圧送された潤滑油が給油路Ｒを介して軸受１０に供給される。

また、歯車Ｇにより潤滑油を跳ね掛ける構造としては、図１８に示すように、円すいころ軸受１０の外輪１１がハウジングＨに内嵌され、内輪１２が回転軸Ａに外嵌されており、回転軸Ａに内輪１２と隣接して歯車Ｇが設けられる構造が一般的に知られている。この構造の場合、歯車Ｇに付着している潤滑油が軸回転に伴う遠心力により飛散し、飛散した潤滑油が軸受１０に付着して給油される。

上記した２通りの構造では、軸受の焼付きを防止するため、５０ｃｃ／ｍｉｎから１０００ｃｃ／ｍｉｎ程度の潤滑油量が供給されている。そして、この潤滑油量が１０ｃｃ／ｍｉｎを下回ると潤滑油不足に伴う油膜不足により発熱や焼付きが起こりやすくなり、０ｃｃ／ｍｉｎ（無潤滑油）では焼付きが生じる。本発明は、無潤滑状態ではなく希薄潤滑状態への対応であり、潤滑油が微量である潤滑環境下、具体的には、０．０１ｃｃ／ｍｉｎ～１０ｃｃ／ｍｉｎ程度の希薄潤滑状態で大きな効果を発揮する。

次に、本明細書における潤滑油が断続的に供給される環境について説明する。例えば、ハイブリッド車では、エンジンを停止したまま電動モータで走行するモードがある。このモード中は、エンジンと直結した潤滑油ポンプだけの構造では、軸受に潤滑油が給油されない状態で走行が行われる。このため、数分程度までの無給油走行状態が発生するが、軸受はこの間に焼付きを起こしてはならない。この電動走行時間はバッテリーの進化と共に延長させたいニーズがある。現状では焼付き防止のために一定間隔毎にエンジンを回し、潤滑油ポンプを作動させる制御を行っている車種もある。この課題を解決するには、電動潤滑油ポンプをシステムに追加するか、本発明のような無潤滑で焼付きにくい軸受の採用が必要となる。本発明では、焼付きまでの時間は油溝及びオイルポケットに蓄えられる潤滑油量と関連があることから、潤滑油量を増やすことで無潤滑適用時間を数十分から数時間と大幅に延長させることが可能である。潤滑油量の拡大には、例えば、油溝及びオイルポケットの数の増加や油溝及びオイルポケットの深さの拡大で対応できる。

また、乗用車は、故障時やキャンピングカーなどの大型車両での移動先での補助用車両として牽引されることがある。このようなときは、車両の駆動輪を台車などに載せることで空転を防止することが可能であるが、現実には、駆動輪を空転させながら牽引される事例が起こっている。この場合、駆動伝達はなく無負荷空転のため軸受の負担も軽微であるが、円すいころ軸受の場合、一般的に予圧をかけて使用されるため、予圧分の負荷が常に作用している。そして、この空転状態では、エンジンや電動潤滑油ポンプが稼働せず、潤滑油ポンプは停止しているため、軸受は焼付きを起こしやすい。この対策のために、跳ね掛け給油が起こるように駆動装置に工夫を施している車種もある。本発明では、潤滑油ポンプが停止しても、油溝及びオイルポケットに蓄えられた潤滑油がなくなるまで軸受に給油を行えるため、跳ね掛けが不十分又は跳ね掛けがないような被牽引状態でも耐焼付き性を大幅に向上することができる。

また、極寒環境での始動時には、潤滑油が凍結し、潤滑油ポンプによる給油も跳ね掛けによる給油も起こらない現象が一時的に発生する。この場合は、凍結した潤滑油が温まって溶けるまでの間、軸受自身に付着していた僅かな油分で潤滑を賄わなければならない。そして、本発明では、凍結した潤滑油が油溝及びオイルポケットに蓄えられているため、軸受の発熱に伴い徐々に溶けながら潤滑するため、耐焼付き性を飛躍的に向上することができる。

なお、本発明は、上記実施形態に例示したものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。

１０ 円すいころ軸受
１１ 外輪
１１ａ 外輪軌道面
１２ 内輪
１２ａ 内輪軌道面
１３ 円すいころ
１３ａ 転動面
１３ｂ 大径側端面
１３ｃ 小径側端面
１３ｄ 凹部
１３ｅ 円環状の接触面
１４ 保持器
１５ 大径側円環部
１５ａ 軸方向内端面（ポケット面）
１６ 小径側円環部
１６ａ 軸方向内端面
１７ 柱部
１８ ポケット
２０ 油溝
２０ａ 溝端部
２０ｂ 溝中央部
２０ｃ 壁面
２０ｄ 角部
２０ｅ 径方向断面の溝底すみ
２０ｆ 周方向断面の溝底すみ
２１ 端部連結辺
３０ オイルポケット
３１ 端部連結辺
Ｌ 潤滑油
Ｓ１ 第１隙間
Ｓ２ 第２隙間
Ｄ１ 第１隙間のころ軸方向寸法
Ｄ２ 第２隙間のころ軸方向寸法
Ｄ３ 油溝の径方向幅
Ｄ４ 油溝の深さ
Ｄｔ 隙間全体のころ軸方向の総和寸法
ＬＲ 円すいころの長さ寸法
ＬＰ ポケットのころ軸方向の長さ寸法
Ｒａ 円すいころの大径側端面の曲率半径
ＳＲｙ ポケット面の曲率半径

Claims (3)

1. 内周面に外輪軌道面を有する外輪と、外周面に内輪軌道面を有する内輪と、前記外輪軌道面と前記内輪軌道面との間に転動可能に設けられる複数の円すいころと、前記複数の円すいころを周方向に略等間隔に保持する保持器と、を備え、
   前記保持器は、大径側円環部と、前記大径側円環部と同軸に配置される小径側円環部と、前記大径側円環部と前記小径側円環部とを軸方向に連結し、周方向に略等間隔に設けられる複数の柱部と、周方向に互いに隣り合う前記柱部間に形成され、前記円すいころを転動可能に保持するポケットと、を有する円すいころ軸受であって、
   前記保持器は、前記小径側円環部の軸方向内端面と前記円すいころの小径側端面との間に第１隙間を有すると共に、前記大径側円環部の軸方向内端面と前記円すいころの大径側端面との間に第２隙間を有して、軸方向に沿って所定の範囲で移動可能に設けられ、
   前記大径側円環部の軸方向内端面には、毛管力で潤滑油を保持する油溝、及び潤滑油を蓄えるオイルポケットが、少なくとも１つずつ設けられ、
   前記保持器が前記円すいころの小径側に軸方向に移動したときに、前記油溝及び前記オイルポケットが前記円すいころの大径側端面に接触し、前記保持器が前記円すいころの大径側に軸方向に移動したときに、前記油溝及び前記オイルポケットが前記円すいころの大径側端面から離れ、
   前記油溝及び前記オイルポケットは、前記保持器の周方向に沿って形成され、
   前記油溝は、前記円すいころの大径側端面と接触可能な溝端部を有し、
   前記円すいころの大径側端面は、前記大径側端面の中心部に形成される円形状の凹部と、前記凹部の周囲に設けられ、前記大径側円環部の軸方向内端面と接触可能な円環状の接触面と、を有し、
   前記油溝の前記溝端部は、前記円環状の接触面と前記大径側円環部の軸方向内端面とが前記円すいころの長手方向において重なり合う領域に収まるように設けられ、
   前記オイルポケットは、前記円環状の接触面と前記大径側円環部の軸方向内端面とが前記円すいころの長手方向において重なり合う領域に収まるように設けられることを特徴とする円すいころ軸受。
2. 前記大径側円環部の軸方向内端面が凹球面状に形成され、前記円すいころの大径側端面が凸球面状に形成され、
   前記大径側円環部の軸方向内端面の凹球面状の曲率半径ＳＲｙは、前記円すいころの大径側端面の凸球面状の曲率半径Ｒａの±１０％以内に設定されることを特徴とする請求項１に記載の円すいころ軸受。
3. 潤滑油が軸受内部に断続的に供給される、或いは、軸受内部の潤滑油が微量である潤滑環境下で使用されることを特徴とする請求項１又は２に記載の円すいころ軸受。

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