JP6874340B2 - 円すいころ軸受 - Google Patents

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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、自動車や各種建設機械等のトランスミッション装置やディファレンシャル装置に用いられている。トランスミッション装置やディファレンシャル装置の場合、そのハウジング内に潤滑油(オイル)が溜められており、この潤滑油によってギヤ及び軸受の潤滑が行われる場合がある。
円すいころ軸受は、円すい状の内軌道面を有する内輪、円すい状の外軌道面を有する外輪、これら内軌道面と外軌道面との間に設けられている複数の円すいころ、及び複数の円すいころを保持する環状の保持器を備えている。保持器は、例えば鋼製の板部材がプレスによって成型され、所定の形状を有している。このような円すいころ軸受では、軸方向一方側から他方側へと潤滑油が軸受内部を貫通して流れる(例えば、特許文献1参照)。
特開2004−076766号公報
前記のようなハウジングに溜められている潤滑油には、ギヤの摩耗粉(鉄粉)等の異物が比較的多く含まれる。このため潤滑油と共に異物が円すいころ軸受の内部に入り、異物が内輪又は外輪と円すいころとの間に噛み込むと、これが原因となって内輪又は外輪の軌道面や円すいころの転動面等において剥離が発生し、円すいころ軸受の寿命を低下させてしまう。
そこで、本発明は、潤滑油と共に異物が軸受内部に侵入するのを抑え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しかつ軸方向他方側に径方向外側に突出する大鍔部を有する内輪と、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、前記大環状部と前記大鍔部との間に位置していると共に前記円すいころの大端面よりも軸方向他方側に突出している柱端部を有している。
この円すいころ軸受によれば、保持器の大環状部と内輪の大鍔部との間であって周方向で隣り合う前記柱端部の間に、潤滑油を収容可能とする小空間が形成される。この小空間は複数の円すいころそれぞれの軸方向他方側に形成され、複数の小空間が周方向に沿って存在する。円すいころ軸受の回転により保持器が回転すると、各小空間の潤滑油も回転し、保持器の大環状部と内輪の大鍔部との間において潤滑油が周方向に流れることでオイルカーテンが生じ、このオイルカーテンによって異物が大環状部と大鍔部との間から軸受内部に侵入するのを抑えることが可能となる。
特に、円すいころ軸受の場合、大鍔部と円すいころとは滑り接触することから、これらの間に異物が侵入すると損傷の原因となり易いが、前記のように異物の侵入を抑えることで、このような損傷を防ぐことが可能となる。
また、前記柱端部と前記大鍔部との間には微小隙間が形成されているのが好ましい。この構成によれば、小空間に存在する潤滑油に異物が含まれていても、この異物が保持器の柱端部と内輪の大鍔部との間から侵入するのを抑えることができる。
また、前記大環状部と前記外輪との間には微小隙間が形成されているのが好ましい。この構成によれば、保持器の大環状部と外輪との間からも、異物が侵入するのを抑えることができる。
また、前記内輪及び前記外輪それぞれと前記小環状部との間に微小隙間が形成されているのが好ましい。この構成によれば、内輪と外輪との間に形成される環状空間の軸方向一方側を(微小隙間は存在するが)保持器の小環状部によって塞ぐことが可能となる。これにより、軸方向一方側の外部に存在する異物が潤滑油と共に軸受内部に侵入するのを抑えることができる。
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。この場合、保持器を射出成形によって製造することができ、しかも、軸方向に分割される分割金型を用いることが可能となる。
本発明の円すいころ軸受によれば、円すいころ軸受が回転すると、保持器の大環状部と内輪の大鍔部との間において潤滑油が周方向に流れることでオイルカーテンが生じ、このオイルカーテンによって異物が大環状部と大鍔部との間から軸受内部に侵入するのを抑えることが可能となる。この結果、内輪又は外輪と円すいころとの間に異物が噛み込むのを防ぎ、円すいころ軸受の寿命を向上させることができる。
円すいころ軸受の実施の一形態を示す断面図である。 円すいころ軸受の軸方向他方側の斜視図である。 内輪及び外輪の軸方向他方側の部分、並びに保持器の大環状部を示す断面図である。 内輪及び外輪の軸方向一方側の部分、並びに保持器の小環状部を示す断面図である。 保持器の断面図である。 保持器を成型する金型を説明する断面図である。
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、例えば自動車や各種建設機械等のトランスミッション装置やディファレンシャル装置に用いられるものであり、ハウジング61内において回転する軸62を支持する。ハウジング61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。
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形状(テーパ形状)を有している。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とを有している。大鍔部15は、小鍔部14よりも外径が大きい。
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形状(テーパ形状)を有している。
円すいころ4は、軸受鋼等を用いて形成された部材であり、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。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。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、内輪2と外輪3との間において複数の円すいころ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。保持器5は、全体として環状であり、環状の小環状部21と、環状の大環状部22と、複数の柱部23とを有している。小環状部21は、円すいころ4の軸方向一方側に位置しており、また、内輪2の小鍔部14の径方向外側に位置している。大環状部22は、円すいころ4の軸方向他方側に位置しており、また、内輪2の大鍔部15の径方向外側に位置している。柱部23は、これら小環状部21と大環状部22とを連結している。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複数設けられている。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26となる。なお、周方向とは、円すいころ軸受10の軸線回りの方向である。
保持器5は、外輪3の内周面13a(外軌道面13)に滑り接触可能であり、保持器5の回転は外輪3によってガイドされる。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によって案内される外輪案内形式の軸受である。保持器5は熱可塑性の樹脂製(合成樹脂製)であり、射出成形によって成型されている。
前記構成を有する円すいころ軸受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2は、図1に示す円すいころ軸受10の軸方向他方側の斜視図であり、内輪2の大鍔部15と保持器5の大環状部22との間を示している。図1及び図2に示すように、保持器5が有する柱部23は、円すいころ4の外周面と対向する柱本体部27と、この柱本体部27から軸方向他方側に延長して設けられた柱端部24とを有している。柱端部24は、円すいころ4の大端面19よりも軸方向他方側に突出している。つまり、柱端部24は、柱本体部27から大環状部22の内周側の位置にまで延びて設けられており、大環状部22と大鍔部15との間に位置している。なお、図2において、大環状部22と柱部23との境界を二点鎖線で示している。
円すいころ4の大端面19からの柱端部24の軸方向突出量は小さくてよく、その突出量G(軸方向の突出寸法G)は、例えば0.5ミリメートルよりも大きく、1ミリメートル未満とすることができる。
この構成を備えた円すいころ軸受10によれば、大環状部22と大鍔部15との間であって周方向で隣り合う柱端部24,24の間に、潤滑油(オイル)を収容可能とする小空間25が形成される。この小空間25は複数の円すいころ4それぞれの軸方向他方側に形成され、複数の小空間25が周方向に沿って存在する。
この円すいころ軸受10が回転し、保持器5が同方向に回転すると、各小空間25の潤滑油も回転し、大環状部22と大鍔部15との間において潤滑油が周方向に流れることでオイルカーテンが生じる。このオイルカーテンにより、軸方向他方側に存在する摩耗粉(鉄粉)等の異物が、大環状部22と大鍔部15との間から軸受内部に侵入するのを抑えることが可能となる。
特に、円すいころ軸受10では(図1参照)、前記のとおり、大鍔部15(鍔面16)と円すいころ4(大端面19)とは滑り接触することから、これらの間に前記のような異物が侵入すると損傷の原因となり易いが、前記オイルカーテンによって異物の侵入を抑えることで、このような損傷を防ぐことが可能となる。
なお、前記ポンプ作用によれば、内輪2と外輪3との間に形成される環状空間7の軸方向他方側は、潤滑油の出口側となる。したがって、ポンプ作用が発揮されれば、軸方向他方側の外部から異物は軸受内部(環状空間7)により侵入しにくくなる。
本実施形態の円すいころ軸受10は、軸受内部への異物の侵入を抑制する更なる手段を備えている。以下、その手段について説明する。
図3は、内輪2及び外輪3の軸方向他方側の部分、並びに保持器5の大環状部22を示す断面図である。内輪2の大鍔部15は、前記鍔面16と、その径方向外側に連続する凸曲面部(大径側凸曲面部)31と、この凸曲面部31と繋がる大鍔部15の外周面32とを有している。
これに対して、保持器5の柱部23が有する柱端部24は、その径方向内側に、前記凸曲面部31及び外周面32の一部と対向する対向面(大径対向面)39を有している。対向面39は、凸曲面部31と対向する傾斜面(テーパ面)38を有しており、これら凸曲面部31と傾斜面38との間に第一の微小隙間e1が形成されている。また、対向面39は、傾斜面38と折れ角度を有して繋がっており大鍔部15の外周面32の一部と対向している円筒面37を有しており、これら円筒面37と外周面32の一部との間に第二の微小隙間e2が形成されている。
第一の微小隙間e1と第二の微小隙間e2とのいずれが狭くてもよいが、本実施形態では、第一の微小隙間e1の方が、第二の微小隙間e2よりも狭く、第一の微小隙間e1は0.25ミリメートル未満に設定されている。なお、この微小隙間e1の寸法(0.25ミリメートル未満)は、凸曲面部31と傾斜面38との間の最小となる寸法を指す。これら微小隙間e1,e2により、折れ曲がったラビリンス隙間が構成されている。
このように、円すいころ軸受10の軸方向他方側において、保持器5の柱端部24と内輪2の大鍔部15との間には、微小隙間(e1,e2)が形成されている。これにより、前記小空間25(図2参照)に存在する潤滑油に異物が含まれていても、この異物が、柱端部24と大鍔部15との間から侵入するのを抑えることができる。
また、図3において、大環状部22の外周面22aの軸方向一方側(図3では左側)は、外輪3の内周面13aと対向しており、これら大環状部22と外輪3との間には第三の微小隙間e3が形成されている。微小隙間e3は例えば0.5ミリメートル未満に設定される。なお、この微小隙間e3の寸法(0.5ミリメートル未満)は、大環状部22と外輪3との間の最小となる寸法を指す。この微小隙間e3によれば、大環状部22と外輪3との間からも、異物が侵入するのを抑えることができる。
図4は、内輪2及び外輪3の軸方向一方側の部分、並びに保持器5の小環状部21を示す断面図である。内輪2の小鍔部14は、軸方向一方側の側面59と、その径方向外側に連続する凸曲面部(小径側凸曲面部)41と、この凸曲面部41と繋がる小鍔部14の外周面42とを有している。
これに対して、保持器5の小環状部21は、その径方向内側に、前記凸曲面部41及び外周面42と対向する対向面(小径対向面)49を有している。対向面49は、凸曲面部41と対向する傾斜面(テーパ面)48を有しており、これら凸曲面部41と傾斜面48との間に第四の微小隙間e4が形成されている。また、対向面49は、傾斜面48と折れ角度を有して繋がっており小鍔部14の外周面42と対向している円筒面47を有しており、これら円筒面47と外周面42との間に第五の微小隙間e5が形成されている。第四の微小隙間e4と第五の微小隙間e5とのいずれが狭くてもよく、これら微小隙間e4,e5は0.2ミリメートル未満に設定されている。なお、微小隙間e4,e5の寸法(0.2ミリメートル未満)は、両面間の最小となる寸法を指す。これら微小隙間e4,e5により、折れ曲がったラビリンス隙間が構成されている。
また、図4において、保持器5の小環状部21の外周面21aは、外輪3の内周面13aと対向しており、これら小環状部21と外輪3との間には第六の微小隙間e6が形成されている。微小隙間e6は例えば0.5ミリメートル未満に設定される。なお、この微小隙間e6の寸法(0.5ミリメートル未満)は、小環状部21と外輪3との間の最小となる寸法を指す。
このように、内輪2と保持器5の小環状部21との間に微小隙間e4,e5が形成されており、また、外輪3と小環状部21との間に微小隙間e6が形成されている。これにより、内輪2と外輪3との間に形成される環状空間7の軸方向一方側を(微小隙間e4,e5,e6は存在するが)小環状部21によって塞ぐことが可能となる。これにより、軸方向一方側の外部に存在する異物が、前記のようなポンプ作用が発揮されても、潤滑油と共に軸受内部に侵入するのを抑えることができる。
また、図4において、保持器5の小環状部21は、径方向内側の内周側部51と、径方向外側の外周側部52とを有している。内周側部51の軸方向一方側の側面53における内周端54は、角形状を有しており、内輪2の軸方向一方側の側面59よりも軸方向他方側(環状空間7側)に位置している。内輪2の側面59を基準とした場合に、この側面59から内周側部51の側面53(内周端54)までの軸方向距離Bは、正の値に設定されており、本実施形態では0.2ミリメートルに設定されている。なお、図4では、内周側部51の側面53(内周端54)が、内輪2の側面59よりも軸方向他方側に位置しているが、これら側面53,59の軸方向位置は同じであってもよい。つまり、前記の軸方向距離Bは、0以上に設定されていればよく、好ましくは0以上、0.2ミリメートル未満である。
この構成によれば、内輪2(小鍔部14)と保持器5の小環状部21との間からの潤滑油の侵入をより効果的に抑制することができる。すなわち、円すいころ軸受10(内輪2)が回転すると、内輪2の軸方向一方側に存在している潤滑油は遠心力によって径方向外側へ流れ、内輪2の側面59に沿って流れる。そこで、前記のとおり軸方向距離Bが正の値(又はゼロ)に設定されており、小環状部21の内周側部51が、内輪2の側面59から軸方向一方側に突出していないことで、内輪2の側面59に沿って径方向外側へ流れた潤滑油は、その端縁59aを離脱したあと、小環状部21の側面53に沿ってスムーズに流れることができる。仮に、小環状部21の内周側部51(内周端54)が、内輪2の側面59から軸方向一方側に突出している場合、内輪2の側面59に沿って流れた潤滑油は、その端縁59aを離脱したあと、内周側部51の内周面に衝突し、内輪2(小鍔部14)と小環状部21との間から侵入しやすくなってしまう。しかし、本実施形態によれば、これを防止することができ、潤滑油に異物が含まれていても、その異物が軸受内部に侵入するのを防ぐことができる。
前記のとおり、内輪2の側面59に沿って流れ、更に、小環状部21の内周側部51の側面53に沿って流れた潤滑油は、小環状部21の外周側部52の側面55に沿って流れる。この側面55は、軸方向一方側に向かうにしたがって拡径する拡径面となっており、また、この側面55の外周端56は、角形状を有しており、外輪3の軸方向一方側の側面58よりも、軸方向一方側に位置している。このため、小環状部21の側面55に沿って流れた潤滑油は、外周端56から離脱すると、その離脱後の潤滑油が流れる方向は外輪3から離れる方向となる。この結果、外周端56から離脱した潤滑油及びこれに含まれる異物は、外輪3と小環状部21との間に侵入し難くなる。
以上より、前記各構成を備えている円すいころ軸受10によれば、その軸方向一方側の外側及び軸方向他方側の外側に存在する潤滑油と共に金属粉等の異物が、円すいころ4が存在している軸受内部(環状空間7)に侵入しにくくなる。このため、内輪2又は外輪3と円すいころ4との間に異物が噛み込むのを防ぐことができ、円すいころ軸受10の寿命を向上させることができる。
ここで、保持器5の製造について説明する。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、前記のとおり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65,66(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65,66)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場合(D1<D2の場合)、軸方向に二分割される割金型の採用ができず、円すいころを収容するポケット26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。
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、トランスミッション装置等の動力伝達機構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 10:円すいころ軸受 12:内軌道面
13:外軌道面 15:大鍔部 19:大端面
21:小環状部 22:大環状部 23:柱部
24:柱端部 25:小空間 D1:最小内径
D2:最大外径 e1,e2,e3,e4,e5,e6:微小隙間

Claims (6)

  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しかつ軸方向他方側に径方向外側に突出する大鍔部を有する内輪と、
    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、前記大環状部と前記大鍔部との間に位置していると共に前記円すいころの大端面よりも軸方向他方側に突出している柱端部を有し、
    前記大鍔部は、
    前記円すいころの大端面と滑り接触する鍔面と、
    径方向外側を向く大鍔外周面と、
    前記鍔面の径方向外側及び前記大鍔外周面の軸方向一方側と繋がり、軸方向一方側から他方側に向かって拡径するように傾いて凸となる大径側凸曲面部と、を有し、
    前記柱端部は、
    軸方向一方側から他方側に向かって内径が拡径し、前記大径側凸曲面部と第1隙間を空けて対向する第1傾斜面と、
    径方向内側を向く面であって、前記第1傾斜面の軸方向他方側と所定の折れ角度を有して繋がり、前記大鍔外周面の軸方向一方側の一部と第2隙間を空けて対向する第1円筒面と、を有する、円すいころ軸受。
  2. 前記第1隙間の最小寸法は、前記第2隙間の最小寸法よりも狭い、
    請求項1に記載の円すいころ軸受。
  3. 前記大環状部の大環状部外周面は、
    径方向外側を向く第1面と、
    前記第1面の軸方向一方側と連続する面であって、軸方向一方側から他方側に向かって外径が拡径し、前記外軌道面と第3隙間を空けて対向する第2面と、
    を有する、請求項1又は2に記載の円すいころ軸受。
  4. 前記内輪は、軸方向一方側に径方向外側に突出する小鍔部を有し、
    前記小鍔部は、
    軸方向一方側の鍔側面と、
    径方向外側を向く小鍔外周面と、
    前記鍔側面の径方向外側及び前記小鍔外周面の軸方向一方側と繋がり、軸方向一方側から他方側に向かって拡径するように傾いて凸となる小径側凸曲面部と、を有し、
    前記小環状部は、
    軸方向一方側から他方側に向かって内径が拡径し、前記小径側凸曲面部と4隙間を空けて対向する第2傾斜面と、
    径方向内側を向く面であって、前記第2傾斜面の軸方向他方側と所定の折れ角度を有して繋がり、前記小鍔外周面と5隙間を空けて対向する第2円筒面と、を有する、請求項1〜3のいずれか一項に記載の円すいころ軸受。
  5. 前記小環状部の軸方向一方側の側面は、
    前記第2傾斜面の軸方向一方側と接続する第1側面と、
    前記第1側面の径方向外側と接続し、軸方向他方側から一方側に向かって内径が拡径する第2側面と、を有し、
    前記第1側面は、前記鍔側面よりも軸方向他方側に位置し、
    前記第2側面の径方向外側の外周端は、前記外輪の軸方向一方側の側面よりも軸方向一方側に位置している、
    請求項4に記載の円すいころ軸受。
  6. 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1〜5のいずれか一項に記載の円すいころ軸受。
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