(57)【要約】【課題】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存在に起因するトルク損失を低減することである。【解決手段】円錐ころ４の軸心に潤滑油流動用の貫通孔を形成し、かつ、円錐ころ４の外径面が摺接する保持器５の柱部８のテーパ面８ａの幅方向の長さ寸法Ｌを、ころの平均直径Ｄの１１％未満とする。これにより、軸受内部に滞留する潤滑油量を低減して潤滑油の流動抵抗によるトルク損失を低減する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外径面に軌道面が設けられた内輪と、内径面に軌道面が設けられた外輪と、前記内輪と外輪の軌道面間に配列された複数の円錐ころと、これらの円錐ころをポケットに保持する保持器とからなり、前記保持器が、前記円錐ころの両端側で連なる環状部と、これらの環状部を連結する複数の柱部とからなり、これらの柱部の内径面の両側に前記円錐ころの外径面が摺接するテーパ面が設けられたころ軸受において、前記円錐ころの軸心に貫通孔を形成すると共に、前記柱部のテーパ面の幅方向の長さ寸法を、前記ころの平均直径の５％以上で、１１％未満としたことを特徴とする円錐ころ軸受。
【請求項２】
前記貫通孔を、ころ小径端側から大径端側に向かって漸次拡径したテーパ孔で構成したことを特徴とする請求項１記載の円錐ころ軸受。
【請求項３】
前記貫通孔を、ころ小径端側の小径孔ところ大径端側の大径孔の少なくとも二つの異なる径の孔で構成したことを特徴とする請求項１記載の円錐ころ軸受。
【請求項４】
前記貫通孔の中間に段部を形成したことを特徴とする請求項１から３のいずれか記載の円錐ころ軸受。
【請求項５】
前記貫通孔の内周面に螺旋溝を形成したことを特徴とする請求項１から４のいずれか記載の円錐ころ軸受。
【請求項６】
前記柱部の厚さ寸法を、前記ころの平均直径の５％以上で、１７％未満とした請求項１から５のいずれか記載の円錐ころ軸受。
【請求項７】
前記円錐ころ軸受が、自走車両の動力伝達軸を支持するものである請求項１から６のいずれか記載の円錐ころ軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、潤滑油の流動抵抗によるトルク損失を低減した円錐ころ軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
円錐ころ軸受は、外径面に軌道面が設けられた内輪と、内径面に軌道面が設けられた外輪と、内輪と外輪の軌道面間に配列された複数の円錐ころと、これら円錐ころを保持する保持器とからなり、保持器には、円錐ころの両端側で連なる環状部と、これらの環状部を連結する複数の柱部とで円錐ころを収納するポケットを形成したものが用いられている。このような保持器では、ころの外径面が摺接する各柱部の内径面の両側にテーパ面を設け、ころの外径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％とされている。
【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円錐ころ軸受は、下部が油浴に漬かった状態で使用される。このため軸の回転に伴って油浴の油が潤滑油として軸受内部に流入する油浴潤滑状態となる。このような用途に使用される円錐ころ軸受では、いわゆるポンプ作用により潤滑油が円錐ころの小径側から軸受内部に流入する。保持器よりも外径側から流入する潤滑油は外輪の軌道面に沿って円錐ころの大径側へ通過する。保持器よりも内径側から流入する潤滑油は内輪の軌道面に沿って円錐ころの大径側へ通過する。
【０００４】
円錐ころの周囲では潤滑油がころ小径側から大径側へと流れている。円錐ころは内外輪の軌道面間を周方向に公転運動をする関係で前記潤滑油の流れを剪断する。このため潤滑油の粘性による撹拌抵抗が発生する。
【０００５】
また、油浴潤滑状態で使用されるころ軸受では、ころの外径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。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
円錐ころ軸受は、玉軸受と比較し回転トルクが大きい。特に円錐ころ軸受は、いわゆるポンプ作用により潤滑油を軸受内部に引き込む作用があるので、前記した油浴潤滑状態で使用される場合、トルクに占める攪拌抵抗の割合が大きくなる。近年は環境対策としても省エネや低燃費化の要請が強く、円錐ころ軸受についてもその低トルク化が望まれている。
【０００７】
また、保持器の柱部テーパ面の長さ寸法Ｌが、ころの平均直径Ｄの１１〜２０％とされた従来のころ軸受は、ころの外径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外径面と保持器のテーパ面との界面に入る潤滑油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問題がある。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。
【０００８】
そこで、本発明の課題は、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存在に起因するトルク損失を低減することである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明は、外径面に軌道面が設けられた内輪と、内径面に軌道面が設けられた外輪と、前記内輪と外輪の軌道面間に配列された複数の円錐ころと、これらの円錐ころをポケットに保持する保持器とからなり、前記保持器が、前記円錐ころの両端側で連なる環状部と、これらの環状部を連結する複数の柱部とからなり、これらの柱部の内径面の両側に前記円錐ころの外径面が摺接するテーパ面が設けられたころ軸受において、前記円錐ころの軸心に貫通孔を形成すると共に、前記柱部のテーパ面の幅方向の長さ寸法を、前記ころの平均直径の５％以上で、１１％未満とした構成を採用した。
【００１０】
円錐ころの軸心に貫通孔を形成すると、円錐ころの公転に伴い貫通孔自体によるポンプ作用が生じる。すなわち、貫通孔の軸線はころ大径側が軸受の半径方向外方に離れるるように傾斜しているため、貫通孔内の潤滑油に作用する遠心力によって、貫通孔内でころ小径端から大径端に向かう潤滑油流れが発生する。このポンプ作用により、保持器内径側の潤滑油がころ小径側から貫通孔内に吸い込まれころ大径側から吐出される。前述したように一般に保持器内側の潤滑油は内輪軌道面に沿って円錐ころの大径側へ通過したときに内輪大鍔で堰き止められ、軸受内部に滞留しやすい。円錐ころの貫通孔はこのような行き場のない潤滑油のバイパスとして機能し、軸受内部に滞留する潤滑油量を低減して潤滑油の流動抵抗によるトルク損失を低減する。
【００１１】
また、ころの外径面が摺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、ころの外径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。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恐れがあるからである。
【００１２】
本発明はこのようにころ貫通孔と保持器柱部テーパ面の幅方向の寸法設定の双方によるトルク損失低減作用が期待できるので、貫通孔による円錐ころの軽量化と相まって、輸送機器の省エネ低燃費化を効果的に促進する。
【００１３】
前記貫通孔は、ころ小径端側から大径端側に向かって漸次拡径したテーパ孔か、ころ小径端側の小径孔ところ大径端側の大径孔の少なくとも二つの異なる径の孔で構成することができる。これら貫通孔の中間に必要に応じて段部を形成することも可能である。貫通孔の内周面に螺旋溝を形成することにより、円錐ころの自転運動に伴って貫通孔のポンプ作用をいっそう強化することもできる。
【００１４】
前記柱部の厚さ寸法を、前記ころの平均直径の５％以上で、１７％未満とすることにより、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することができる。なお、柱部の厚さ寸法をころの平均直径の５％以上としたのは、５％未満では保持器の剛性を十分に確保できないからである。
【００１５】
前記ころ軸受は、前記ころを円錐ころとした円錐ころ軸受に好適である。
【００１６】
上述した各ころ軸受は、自走車両の動力伝達軸を支持するものに好適である。
【発明の効果】
【００１７】
本発明のころ軸受はころ軸心に貫通孔を形成したので、ころ小径側の貫通孔入口から潤滑油を吸い込み、ころ大径側の貫通孔出口から吐出するポンプ作用が生まれる。このポンプ作用によりころの貫通孔を通過する潤滑油量が増大し、内輪大鍔で堰き止められて軸受内部に滞留しがちであった潤滑油を貫通孔経由でバイパスさせて潤滑油の滞留傾向を軽減することができ、さらに保持器内側のころ相互間を通過する潤滑油量を減少させることができて円錐ころが公転移動する際の潤滑油の撹拌抵抗を低減することができる。この結果円錐ころ軸受の低トルク化が図られ、自動車など輸送機器の省エネ低燃費化を促進することができる。
【００１８】
また、ころの外径面が摺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％以上で、１１％未満、好ましくは９％以下としたので、ころの外径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することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。図１に示すように、このころ軸受１は、内輪２と外輪３の各軌道面２ａ、３ａ間に、複数の円錐ころ４が保持器５に保持されて配列された円錐ころ軸受である。
【００２０】
本発明の円錐ころ軸受で使用する円錐ころは、図２（Ａ）〜（Ｅ）に示すように、ころ軸心に貫通孔を形成している。貫通孔は全長にわたり一様径で構成してもよいが、貫通孔によるポンプ作用を強化するため、以下のようころ小径側で小径を成しころ大径側で大径を成す異径貫通孔とするのがよい。これにより貫通孔内の潤滑油量を増大し、ころの公転運動に伴って潤滑油に作用する遠心力を増大する。貫通孔の両端は保持器の内径側で開口するように形成するのがよい。貫通孔の両端開口の一部が保持器ポケット内に入り込むと潤滑油の流動が阻害されるおそれがある。
【００２１】
図２（Ａ）はころ小径側から大径側に向かって漸次拡径したテーパ孔４ａによる貫通孔である。ころ大径側ほど大径になるテーパ孔４ａとすることにより、遠心力が作用するテーパ孔４ａ内部の潤滑油量が増大してポンプ作用が強化される。
【００２２】
図２（Ｂ）はころ小径端から大径端に向かって漸次拡径したテーパ孔４ｂによる貫通孔である。貫通孔の中間で傾斜段部４ｂ３が形成される。傾斜段部４ｂ３の片側が大径テーパ孔４ｂ１であり反対側が小径テーパ孔４ｂ２である。この貫通孔は図２（Ａ）に比べて貫通孔内の潤滑油量をさらに増大させることができるから、貫通孔のポンプ作用をさらに強化することができる。
【００２３】
図２（Ｃ）は段付き孔４ｃによる貫通孔である。この段付き孔４ｃは、ころ小径端から大径端にかけて大小二種類の一様径孔４ｃ１、４ｃ２を連続させた貫通孔である。大径の一様径孔４ｃ１がころ大径端側、小径の一様径孔４ｃ２がころ小径端側に形成される。大小の孔４ｃ１、４ｃ２がころ軸線方向中央で接続し、ここに半径方向の段部４ｃ３を形成する。
【００２４】
図２（Ｄ）は（Ｃ）と同様にころ小径端から大径端にかけて大小二種類の一様径孔４ｄ１、４ｄ２を連続させた段付き孔４ｄによる貫通孔であるが、大小の孔４ｄ１、４ｄ２がころ軸線方向中央で接続する部分の段部４ｄ３が傾斜している。すなわち、小径孔４ｄ２から大径孔４ｄ１にかけて漸次拡径したテーパ状段部４ｄ３が形成される。
【００２５】
図２（Ｅ）はころ小径端から大径端に向かって漸次拡径した溝付きテーパ孔４ｅによる貫通孔である。この溝付き貫通孔４ｅは、ころ小径端から大径端に向かって漸次拡径したテーパ孔４ｅ１の内周面に螺旋溝４ｅ２を形成したものである。螺旋溝４ｅ２の形成方向は、円錐ころの自転に伴って貫通孔内の潤滑油流れを促進する方向とするのが望ましい。
【００２６】
いずれの円錐ころにおいても、円錐ころの軸線が大径側が軸受中心から離れるように傾斜していることにより、円錐ころの公転運動に伴い潤滑油がころの小径側入口から流入して大径側出口から流出する。このような潤滑油の流動傾向は、貫通孔の内径が小径端から大径端に向かって拡大変化する形状によって強化される。貫通孔の入口と出口は保持器内径側で開口しているので、潤滑油が保持器内径側において保持器の小径側から大径側に向かう傾向が強化される。貫通孔出口から出た潤滑油はいったん軸受外に出た後再び円錐ころの小径側入口に流入する。
【００２７】
前記保持器５は、図３（Ａ）に示すように、円錐ころ４の両端側で連なる環状部６、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、台形状のポケット９が形成されている。図３（Ｂ）に示すように、柱部８の内径面の両側には、円錐ころ４の外径面が摺接するテーパ面８ａが設けられ、このテーパ面８ａの幅方向の長さ寸法Ｌは、円錐ころ４の平均直径Ｄの７％とされている。したがって、円錐ころ４の外径面とテーパ面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、円錐ころ４の平均直径Ｄの１０％と薄く形成され、保持器５の回転に対する潤滑油の流動抵抗を小さくできるようになっている。
【００２８】
図４は、上述した円錐ころ軸受１を使用した自動車のデファレンシャルを示す。このデファレンシャルは、プロペラシャフト（図示省略）に連結されるデファレンシャルケース２１に挿通されたドライブピニオン２２が、差動歯車ケース２３に取り付けられたリングギヤ２４と噛み合わされ、差動歯車ケース２３の内部に取り付けられたピニオンギヤ２５が、差動歯車ケース２３に左右から挿通されるドライブシャフト（図示省略）に連結されるサイドギヤ２６と噛み合わされて、エンジンの駆動力がプロペラシャフトから左右のドライブシャフトに伝達されるようになっている。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、それぞれ一対の円錐ころ軸受１ａ、１ｂで支持されている。
【００２９】
前記デファレンシャルケース２１には潤滑油が貯留されて、シール部材２７ａ、２７ｂ、２７ｃで密封されており、各円錐ころ軸受１ａ、１ｂは、下部がこの貯留された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。
【実施例１】
【００３０】
図３（Ａ）、（Ｂ）に示した、テーパ面の長さ寸法Ｌを円錐ころの平均直径Ｄの７％とした保持器を用いた円錐ころ軸受（実施例）と、テーパ面の長さ寸法Ｌを円錐ころの平均直径Ｄの１３％とした従来の保持器を用いた円錐ころ軸受（比較例）とを用意した。
【００３１】
なお、各円錐ころ軸受は、寸法が外径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、実施例のものが円錐ころの平均直径Ｄの１３％、比較例のものが１７％とした。いずれも、円錐ころの軸心には図２（Ａ）のようにテーパ孔４ａを共通仕様で形成した。
【００３２】
上記実施例と比較例の円錐ころ軸受について、縦型トルク試験機を用いたトルク測定試験を行った。試験条件は以下の通りである。
・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）
【００３３】
図５は、上記トルク測定試験の結果を示す。図５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を円錐ころの平均直径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。
【００３４】
上述した実施形態では、ころ軸受を円錐ころ軸受としたが、本発明に係るころ軸受は、円筒ころ軸受やたる型ころ軸受にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】ころ軸受の実施形態を示す縦断面図
【図２】（Ａ）〜（Ｅ）は円錐ころの縦断面図。
【図３】（Ａ）は図１の保持器の展開平面図、（Ｂ）は（Ａ）のIIb−IIb線に沿った断面図。
【図４】図１の円錐ころ軸受を使用したデファレンシャルを示す横断面図。
【図５】トルク測定試験の結果を示すグラフ。
【符号の説明】
【００３６】
１、１ａ、１ｂ  円錐ころ軸受
２  内輪
３  外輪
２ａ、３ａ  軌道面
４  円錐ころ
４ａ  テーパ孔
４ｂ  テーパ孔
４ｃ  段付き孔
４ｄ  段付き孔
４ｅ  溝付きテーパ孔
５  保持器
６、７  環状部
８  柱部
８ａ  テーパ面
９  ポケット
２１  デファレンシャルケース
２２  ドライブピニオン
２３  差動歯車ケース
２４  リングギヤ
２５  ピニオンギヤ
２６  サイドギヤ
２７ａ、２７ｂ、２７ｃ  シール部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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