(57)【要約】【課題】軸受の剛性を低下させることなく低トルクを実現する。【解決手段】円すいころ軸受1は、内輪2と、外輪3と、複数の円すいころ4と、保持器5とからなり、ころ係数γが0.94を越え、保持器5が、円すいころ4の小端面側で連なった環状部6と、円すいころ4の大端面側で連なった環状部7と、両環状部を連結する複数の柱部8とからなり、柱部8の内径面の両側に円すいころ4の転動面と接するテーパ面8aが形成してあり、テーパ面の幅方向の長さ寸法Ｌが、円すいころ4の平均直径の5％以上11％未満であり、保持器5の外径が、中立状態では外輪3と非接触で、径方向に動かすと外輪3と接触する寸法としてある。【選択図】図１
2007127217.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪との間に介在させた複数の円すいころと、前記円すいころをポケットに保持する保持器とからなり、
ころ係数γが０．９４を越え、
前記保持器が、前記円すいころの小端面側で連なった環状部と、前記円すいころの大端面側で連なった環状部と、前記両環状部を連結する複数の柱部とからなり、前記柱部の内径面の両側に前記ころの転動面と接するテーパ面が形成してあり、前記テーパ面の幅方向の長さ寸法が、前記ころの平均直径の５％以上１１％未満であり、
前記保持器が、中立状態では外輪と非接触で、径方向に動かすと外輪と接触する円すいころ軸受。
【請求項２】
前記柱部の厚さ寸法が、前記ころの平均直径の５％以上１７％未満である請求項１の円すいころ軸受。
【請求項３】
自走車両の動力伝達軸を支持するものである請求項１または２の円すいころ軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は円すいころ軸受に関し、たとえば自走車両の動力伝達軸を支持する軸受に利用することができる。
【背景技術】
【０００２】
円すいころ軸受は、外径面に軌道面を設けた内輪と、内径面に軌道面を設けた外輪と、内輪と外輪の軌道面間に介在させた複数の円すいころと、これらの円すいころを保持する保持器とからなる。保持器は、円すいころの小端面側で連なった環状部と、ころの大端面側で連なった環状部と、これらの環状部同士を連結する複数の柱部とを有し、隣り合った柱部間にころを収納するためのポケットが画成してある。このような保持器では、ころの転動面と接する柱部の内径面の両側にテーパ面を設け、ころの転動面に接触疵が生じないようにしている。従来、このテーパ面の幅方向の長さ寸法Ｌは、ころの平均直径Ｄの１１〜２０％とするのが一般的である。
【０００３】
自走車両のデファレンシャルやトランスミッション等の動力伝達軸を支持するころ軸受は、一部が油浴に漬かった状態で使用され、その回転に伴って油浴の油を潤滑油とする油浴潤滑状態となる。このように油浴潤滑状態で使用されるころ軸受では、ころの転動面と保持器の柱部内径面のテーパ面との間も、これらの面で形成されるくさび空間に入り込む潤滑油で潤滑される。
【特許文献１】特開平０９−０９６３５２号公報
【特許文献２】特開平１１−２１０７６５号公報
【特許文献３】特開２００３−３４３５５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の、保持器の柱部テーパ面の長さ寸法Ｌをころの平均直径Ｄの１１〜２０％としたころ軸受は、ころの転動面と柱部テーパ面との間に比較的大きいくさび空間が形成され、多量の潤滑油がくさび空間に入り込む。このくさび空間からころの転動面と保持器のテーパ面との界面に入る潤滑油の量は限られているので、このように多量の潤滑油がくさび空間に入り込むと、これらの潤滑油の逃げ場がなくなって軸受回転の抵抗となり、トルク損失が大きくなるという問題がある。また、このように潤滑油が軸受内部へ流入するころ軸受では、保持器の回転に対する潤滑油の流動抵抗も、無視できないトルク損失の要因となる。
【０００５】
したがって、軸受内部に潤滑油が流入するころ軸受における潤滑油の流動抵抗によるトルク損失を低減させる必要がある。以上が低トルク化のために油の流動抵抗を減少させる方法であるが、大幅な低トルク化を行うためには、ころがり粘性抵抗が低下するように軸受諸元を変更することが必要である。しかしながら、従来の低トルク化手法（特許文献１〜３参照）では、定格荷重を低下させない低トルク化は可能であるが、軸受剛性がいくらか低下する。
【０００６】
この発明の主要な目的は、軸受剛性を低下させることなく、低トルク化を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明は、ころ本数を減らさず、あるいは増加させつつ、ころピッチ径（ＰＣＤ）を小さくすることによって、課題を解決したものである。図８は円すいころ軸受においてＰＣＤを変化させたときの剛性比（−●−）およびトルク比（−○−）を表したものである。ころの弾性変形量を計算確認した結果、図８に示すように、ＰＣＤを小さくすると軸受のトルクは大幅に低下するが、軸受剛性はあまり低下しないといった知見を得た。そこで、ころ本数を減らさないか増加させつつ、ＰＣＤを小さくすることによって、剛性を低下させずにトルクを低減させることができる。
【０００８】
この発明のころ軸受は、内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪との間に介在させた複数の円すいころと、前記円すいころをポケットに保持する保持器とからなり、ころ係数γが０．９４を越え、前記保持器が、前記円すいころの小端面側で連なった環状部と、前記円すいころの大端面側で連なった環状部と、前記両環状部を連結する複数の柱部とからなり、前記柱部の内径面の両側に前記ころの転動面と接するテーパ面が形成してあり、前記テーパ面の幅方向の長さ寸法が、前記ころの平均直径の５％以上１１％未満であり、前記保持器が、中立状態では外輪と非接触で、径方向に動かすと外輪と接触することを特徴とするものである。
【０００９】
ころ係数γ（ころの充填率）は（ころ本数×ころ平均径）／（π×ＰＣＤ）で表されるパラメータであって、ころ平均径が一定とした場合、γの値が大きいほどころ本数が多いことを意味する。従来の典型的な保持器付き円すいころ軸受ではころ係数γを通常０．９４以下に設定しているのに対し、ころ係数γが０．９４を越えるということは、従来と比較して、ころ充填率ひいては軸受剛性が高いことを意味する。
【００１０】
ころの転動面と接する保持器の柱部のテーパ面の幅方向の長さ寸法を、ころの平均直径の１１％未満、好ましくは９％以下とすることにより、ころの転動面とテーパ面との間にあまり大きなくさび空間が形成されないようにして、くさび空間に入り込む潤滑油の量を少なくし、潤滑油の逃げ場がなくなることによるトルク損失を低減できるようにした。なお、テーパ面の幅方向の長さ寸法をころの平均直径の５％以上としたのは、５％未満では、ころの外径面とのテーパ面との弾性接触領域がテーパ面の幅よりも大きくなるおそれがあるからである。
【００１１】
保持器が、中立状態では外輪と非接触で、径方向に動かすと外輪と接触するようにしたことにより、接触による引きずりやトルクの増大や摩耗を抑制することができるので、低トルク化に有利である。
【００１２】
請求項２の発明は、請求項１の円すいころ軸受において、前記柱部の厚さ寸法が、前記ころの平均直径の５％以上１７％未満であることを特徴とするものである。これにより、柱部の厚みを薄くして、保持器の回転に対する潤滑油の流動抵抗を小さくし、トルク損失をより低減させることができる。なお、柱部の厚さ寸法をころの平均値の５％以上としたのは、５％では保持器の剛性を十分に確保できないからである。
【００１３】
上述の各円すいころ軸受は、自走車両の動力伝達軸を支持するものに好適である（請求項３）。
【発明の効果】
【００１４】
この発明によれば、剛性を低下させることなくトルク損失を減少させることができる。すなわち、この発明のころ軸受は、ころ係数γが０．９４を越えないような設定とすることにより、ころ本数を減らさず、あるいは増加させつつ、ころピッチ径（ＰＣＤ）を小さくすることができ、剛性を低下させることなく低トルク化が実現する。しかも、ころ係数γを０．９４より小さく抑えることにより、負荷容量がアップするばかりでなく、軌道面の最大面圧を低下させることができるため、過酷潤滑条件下での極短寿命での表面起点剥離を防止することができる。
【００１５】
さらに、ころの転動面と接する保持器の柱部のテーパ面の幅方向の長さ寸法を、ころの平均直径の５％以上１１％未満としたことにより、ころの転動面とテーパ面との間にあまり大きなくさび空間が形成されず、くさび空間に入り込む潤滑油の量が少なくなる。したがって、潤滑油の逃げ場がなくなることによるトルク損失が減少し、この面からも低トルク化を促進することができる。
【００１６】
さらに、円すいころ軸受の軌道面の最大面圧を低下させることができるため、過酷潤滑条件下での極短寿命での表面起点剥離を防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面に従ってこの発明の実施の形態を説明する。まず、図３を参照して全体構成を説明すると、円すいころ軸受１は、内輪２と外輪３と円すいころ３と保持器４とを主要な構成要素としている。内輪２は外周に円すい状の軌道面２ａが形成してあり、外輪３は内周に円すい状の軌道面３ａが形成してある。内輪２の軌道面の２ａと外輪３の軌道面３ａとの間に複数の円すいころ４が転動自在に介在させてある。各円すいころ４は保持器５のポケット内に収容され、内輪２の小つば２ｂと大つば２ｃとで軸方向移動を規制される。
【００１８】
円すいころ軸受１は、ころ係数γ＞０．９４となっている。ころ係数（ころの充填率）γは次式で表される。
ころ係数γ＝（Ｚ・ＤＡ）／（π・ＰＣＤ）
ここで、Ｚ：ころ本数、ＤＡ：ころ平均径、ＰＣＤ：ころピッチ円径。
【００１９】
なお、従来の典型的な保持器付き円すいころ軸受は、図９のように外輪７１と保持器７２との接触を避けた上で、保持器７２の柱幅を確保し、適切な保持器７２の柱強度と円滑な回転を得るために、通常、ころ係数γを０．９４以下にして設計している。図９中、符号７３，７４，７５は、それぞれ、円すいころ、柱面、内輪を指し、符号θは窓角を表している。保持器７２のポケット寸法をそのままにして単純にころ充填率を高めようとすると、保持器７２の柱７２ａが細くなり、充分な柱強度を確保することができない。一方、柱強度を確保するため、保持器と外輪との間のすきまが小さくなる方向に保持器径を変更、つまり径寸法を大きくすると、保持器の外輪接触部での摩耗を促進し、引きずりトルクの増大を引き起こす可能性がある。そこで、保持器５は、次に述べるように、中立状態では外輪３と非接触で、径方向に動かすと外輪３と接触するようにするのが望ましい。
【００２０】
保持器５の外径は、図１（Ａ）の状態から同図に矢印で示すように保持器５を軸方向小径側に移動させ（図１（Ｂ））、次に図２（Ａ）のように径方向下側に移動させると、外輪３と保持器５が接触し、軸受が回転して図２（Ｃ）のように保持器５がセンタリングされると、保持器５と外輪３が全周にわたり所定すきまをあけて非接触となるような寸法に設定してある。言い換えれば、そのような寸法とは、保持器５が軸中心に配置され、図１（Ｂ）のように保持器５が小径側に寄った状態では保持器５と外輪３の間にすきまが存在するが、保持器５を軸中心から径方向に移動させると外輪３と保持器５が接触するような寸法である。これにより、運転初期（図２（Ｂ））には外輪３と保持器５は接触するが、運転中（図２（Ｃ））は非接触となることから、接触による引きずりトルクの増大や摩耗を抑制することができる。なお、鉄板製保持器の場合は底広げやかしめ作業が必要であるが、樹脂製保持器の場合は不要となるため、必要な寸法精度を確保することが容易である。ここで、「底広げ」とは、ころを組み込んだ保持器５を内輪に組み付ける時、ころが内輪の小つばを乗り越えるように保持器５の小径側の柱部の径を大きく拡げることをいう。「かしめ作業」とは、前述のように大きく拡げた保持器５の小径部の柱部を外側から型で押して元に戻すことをいう。
【００２１】
保持器５は、図４（Ａ）に示すように、円すいころ４の小端面側で連なった環状部６と、円すいころ４の大端面側で連なった環状部７と、これらの環状部６，７を連結する複数の柱部８とからなり、隣り合った柱部８間に台形状のポケット９が画成される。柱面８ａがなす角度すなわち窓角θは、例えば２５°〜５０°である。
【００２２】
図４（Ｂ）に示すように、柱部８の内径面の両側には、円すいころ４の転動と接するテーパ面８ａが形成してある。このテーパ面８ａの幅方向の長さ寸法Ｌは、円すいころ４の平均直径Ｄの５％以上１１％未満、たとえば７％に設定するのが望ましい。このような構成とすることにより、円すいころ４の転動面とテーパ面８ａとの間にあまり大きなくさび空間が形成されることはない。また、柱部８の厚さ寸法Ｔは、円すいころ４の平均直径Ｄの５％以上１７％未満、たとえば１０％に設定するのが望ましい。このような構成とすることにより、保持器５の回転に対する潤滑油の流動抵抗を小さく抑えることができる。
【００２３】
図４（Ｂ）に示したテーパ面の長さ寸法Ｌを円すいころの平均直径Ｄの７％とした保持器を用いた円すいころ軸受（実施例）と、テーパ面の長さ寸法Ｌを円すいころの平均直径Ｄの１３％とした従来の保持器を用いた円すいころ軸受（比較例）とを用意した。円すいころ軸受の寸法は、いずれも、外径１００ｍｍ、内径４５ｍｍ、幅２７．２５ｍｍとした。また、保持器の柱部の厚さ寸法Ｔは、実施例のものが円すいころの平均直径Ｄの１３％、比較例のものが１７％とした。
【００２４】
実施例と比較例の円すいころ軸受について、縦型トルク試験機を用いたトルク測定試験を行った。試験条件は次のとおりである。
・アキシアル荷重：３００ｋｇｆ
・回転速度      ：３００〜２０００ｒｐｍ（１００ｒｐｍピッチ）
・潤滑条件      ：油浴潤滑（潤滑油：７５Ｗ−９０）
【００２５】
図５は、上記トルク測定試験の結果を示し、同図のグラフの縦軸は、比較例のもののトルクに対する実施例のもののトルクの低減率を表す。テーパ面の長さ寸法Ｌを円すいころの平均直径Ｄの７％と小さくした実施例のものは、低速回転から高速回転まで顕著なトルク低減効果が認められ、試験の最高回転速度である２０００ｒｐｍでも１２．０％のトルク低減率が得られている。この実施例のトルク低減効果には、柱部の厚さ寸法Ｔを薄くして、保持器の回転に対する潤滑油の流動抵抗を小さくした効果も含まれている。
【００２６】
保持器５は鉄板製であって、油への浸漬による材質劣化（耐油性）を気にせず使用できる。保持器５は、鉄板製に代えて、例えばＰＰＳ、ＰＥＥＫ、ＰＡ、ＰＰＡ、ＰＡＩ等のスーパーエンプラで一体成形してもよい。また、必要に応じて、強度増強のため、これら樹脂材料またはその他のエンジニアリング・プラスチックにガラス繊維または炭素繊維などを配合したものを使用してもよい。エンジニアリング・プラスチックは、汎用エンジニアリング・プラスチックとスーパー・エンジニアリング・プラスチックを含む。以下に代表的なものを掲げるが、これらはエンジニアリング・プラスチックの例示であって、エンジニアリング・プラスチックが以下のものに限定されるものではない。
【００２７】
〔汎用エンジニアリング・プラスチック〕ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアミド６（ＰＡ６）、ポリアミド６６（ＰＡ６６）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、変性ポリフェニレンエーテル（ｍ−ＰＰＥ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ＧＦ強化ポリエチレンテレフタレート（ＧＦ−ＰＥＴ）、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷ−ＰＥ）
【００２８】
〔スーパー・エンジニアリング・プラスチック〕ポリサルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、熱可塑性ポリイミド（ＴＰＩ）、ポリベンズイミダゾール（ＰＢＩ）、ポリメチルベンテン（ＴＰＸ）、ポリ１，４−シクロヘキサンジメチレンテレフタレート（ＰＣＴ）、ポリアミド４６（ＰＡ４６）、ポリアミド６Ｔ（ＰＡ６Ｔ）、ポリアミド９Ｔ（ＰＡ９Ｔ）、ポリアミド１１，１２（ＰＡ１１，１２）、フッ素樹脂、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）
【００２９】
図６に、この発明の円すいころ軸受を使用し得る自動車のデファレンシャルの概略構成を示す。このデファレンシャルは、エンジンの駆動力をプロペラシャフト（図示省略）から左右のドライブシャフト（図示省略）に伝達する働きをするもので、デファレンシャルケース２１内に配置したドライブピニオン２２が、差動歯車ケース２３に取り付けたリングギヤ２４とかみ合い、差動歯車ケース２３の内部に取り付けたピニオンギヤ２５が、差動歯車ケース２３に左右から挿入したドライブシャフトと結合するサイドギヤ２６とかみ合う。このデファレンシャルでは、動力伝達軸であるドライブピニオン２２と差動歯車ケース２３が、それぞれ一対の円すいころ軸受１ａ，１ｂで支持されている。デファレンシャルケース２１には潤滑油を貯留させてシール部材２７ａ，２７ｂ，２７ｃで密封してあり、各円すいころ軸受１ａ，１ｂは、下部が潤滑油の油浴に漬かった状態で回転し、油浴の潤滑油が軸受内部へ流入する。
【００３０】
図７に、この発明の円すいころ軸受を使用し得る自動車のトランスミッションの概略構成を示す。このトランスミッションは同期噛合式のもので、同図の左側がエンジン側、右側が駆動車輪側である。メインシャフト４１とメインドライブギヤ４２との間に円すいころ軸受４３が配置してある。この例では、メインドライブギヤ４２の内周に円すいころ軸受４３の外輪軌道面が直接形成してある。メインドライブギヤ４２は、円すいころ軸受４４でケーシング４５に対して回転自在に支持される。メインドライブギヤ４２にクラッチギヤ４６を連結させ、クラッチギヤ４６に近接してシンクロ機構４７が配置してある。
【００３１】
シンクロ機構４７は、セレクタ（図示省略）の作動によって軸方向（同図で左右方向）に移動するスリーブ４８と、スリーブ４８の内周に軸方向移動自在に装着したシンクロナイザーキー４９と、メインシャフト４１の外周に係合連結されたハブ５０と、クラッチギヤ４６の外周（コーン部）に摺動自在に装着したシンクロナイザーリング５１と、シンクロナイザーキー４９をスリーブ４８の内周に弾性的に押圧する押さえピン５２及びスプリング５３とを備えている。
【００３２】
同図に示す状態では、スリーブ４８及びシンクロナイザーキー４９が押さえピン５２によって中立位置に保持されている。この時、メインドライブギヤ４２はメインシャフト４１に対して空転する。一方、セレクタの作動により、スリーブ４８が同図に示す状態から例えば軸方向左側に移動すると、スリーブ４８に従動してシンクロナイザーキー４９が軸方向左側に移動し、シンクロナイザーリング５１をクラッチギヤ４６のコーン部の傾斜面に押し付ける。これにより、クラッチギヤ４６の回転速度が落ち、逆にシンクロ機構４７側の回転速度が高まる。そして、両者の回転速度が同期した頃、スリーブ４８がさらに軸方向左側に移動して、クラッチギヤ４６とかみ合い、メインシャフト４１とメインドライブギヤ４２との間がシンクロ機構４７を介して連結される。これにより、メインシャフト４１とメインドライブギヤ４２とが同期回転する。
【００３３】
以上、この発明の実施の形態につき説明したが、この発明は前記実施の形態に限定されることなく種々の変形が可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】（Ａ）はこの発明の実施の形態を示す保持器の展開平面図、（Ｂ）は図１（Ａ）のＢ−Ｂ矢視図
【図２】（Ａ）はこの発明の実施の形態を示す円すいころ軸受の横断面図、（Ｂ）は図２（Ａ）の円すいころ軸受の縦断面図
【図３】トルク測定試験の結果を示すグラフ
【図４】（Ａ）は軸方向移動前の保持器の断面図、（Ｂ）は移動後の保持器の断面図
【図５】（Ａ）は静止時の円すいころ軸受の保持器側面図、（Ｂ）は回転初期の円すいころ軸受の保持器側面図、（Ｃ）は回転中の円すいころ軸受の保持器側面図
【図６】一般的な自動車デファレンシャルの断面図
【図７】一般的な自動車トランスミッションの断面図
【図８】円すいころ軸受においてころピッチ径（ＰＣＤ）を変化させたときの剛性比（−●−）およびトルク比（−○−）の変化を表した線図
【図９】従来の技術を示す円すいころ軸受の部分拡大断面図
【符号の説明】
【００３５】
１，１ａ，１ｂ  円すいころ軸受
２  内輪
２ａ  軌道面
２ｂ   小つば
２ｃ   大つば
３  外輪
３ａ  軌道面
４  円すいころ
５  保持器
６  環状部（ころ小端面側）
７  環状部（ころ大端面側）
８  柱部
８ａ  テーパ面（柱面）
９  ポケット
【図１】
2007127217.tif 000003
【図２】
2007127217.tif 000004
【図３】
2007127217.tif 000005
【図４】
2007127217.tif 000006
【図５】
2007127217.tif 000007
【図６】
2007127217.tif 000008
【図７】
2007127217.tif 000009
【図８】
2007127217.tif 000010
【図９】
2007127217.tif 000011