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発明の名称 円錐ころ軸受
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−24168(P2007−24168A)
公開日 平成19年2月1日(2007.2.1)
出願番号 特願2005−206692(P2005−206692)
出願日 平成17年7月15日(2005.7.15)
代理人 【識別番号】100074206
【弁理士】
【氏名又は名称】鎌田 文二
発明者 上野 崇 / 大本 達也 / 辻本 崇
要約 課題
軸受内部に潤滑油が流入する円錐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することである。

解決手段
保持器5の台形状ポケット9の狭幅側の柱部8に切欠き10aを設けることにより、保持器5の内径側から内輪側へ流入する潤滑油を、円錐ころ4の小径側を収納するポケット9の狭幅側で切欠き10aから外輪側へ速やかに逃がし、内輪の軌道面に沿って大鍔まで到る潤滑油の量を少なくして、軸受内部に滞留する潤滑油の量を減らし、潤滑油の流動抵抗によるトルク損失を低減できるようにした。
特許請求の範囲
【請求項1】
外径面の軌道面の両側に小鍔と大鍔が設けられた内輪と、内径面に軌道面が設けられた外輪、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収納して保持する保持器とからなり、前記保持器が、前記円錐ころの小径端面側で連なる小環状部と、円錐ころの大径端面側で連なる大環状部と、これらの環状部を連結する複数の柱部とからなり、前記ポケットが、前記円錐ころの小径側を収納する部分が狭幅側、大径側を収納する部分が広幅側となる台形状に形成された円錐ころ軸受において、前記保持器の台形状ポケットの狭幅側の柱部に切欠きを設けたことを特徴とする円錐ころ軸受。
【請求項2】
前記台形状ポケットの狭幅側の小環状部にも切欠きを設けた請求項1に記載の円錐ころ軸受。
【請求項3】
前記台形状ポケットの広幅側の少なくとも柱部に切欠きを設けた請求項1または2に記載の円錐ころ軸受。
【請求項4】
前記台形状ポケットの狭幅側に設けた切欠きの合計面積を、前記台形状ポケットの広幅側に設けた切欠きの合計面積よりも広くした請求項3に記載の円錐ころ軸受。
【請求項5】
前記保持器の小環状部の軸方向外側に、前記内輪の小鍔の外径面に対向させた径方向内向きの鍔を設け、この対向させた小環状部の鍔の内径面と前記内輪の小鍔の外径面との隙間を、前記内輪の小鍔の外径寸法の2.0%以下とした請求項1乃至4のいずれかに記載の円錐ころ軸受。
【請求項6】
少なくとも前記円錐ころの表面に、微小凹形形状のくぼみをランダムに無数に設け、このくぼみを設けた表面の面粗さパラメータRyniを0.4μm≦Ryni≦1.0μmとし、かつ、Sk値を−1.6以下とした請求項1乃至5のいずれかに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乃至6のいずれかに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、潤滑油が外部から流入する部位の用途に好適な円錐ころ軸受に関する。
【背景技術】
【0002】
円錐ころ軸受は、外径面の軌道面の両側に小鍔と大鍔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、これらの円錐ころをポケットに収納して保持する保持器とからなり、保持器には、円錐ころの小径端面側で連なる小環状部と、円錐ころの大径端面側で連なる大環状部と、これらの環状部を連結する複数の柱部とからなり、ポケットが、円錐ころの小径側を収納する部分が狭幅側、大径側を収納する部分が広幅側となる台形状に形成されたものが用いられている。
【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、そ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。このような用途に使用される円錐ころ軸受では、潤滑油が円錐ころの小径側から軸受内部に流入し、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し、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】
このように潤滑油が外部から流入する部位に使用される円錐ころ軸受には、保持器のポケットに切欠きを設けて、保持器の外径側と内径側とに分かれて流入する潤滑油がこの切欠きを通過するようにし、軸受内部での潤滑油の流通を向上させるようにしたものがある(特許文献1、2参照)。特許文献1に記載されたものでは、図7(a)に示すように、保持器5のポケット9間の柱部8の中央部に切欠き10dを設け、潤滑油に混入する異物が軸受内部に滞留しないようにしている。また、特許文献2に記載されたものでは、図7(b)に示すように、保持器5のポケット9の軸方向両端の小環状部6と大環状部7に切欠き10eを設け、保持器の外径側から流入する潤滑油が内輪側へ流れやすくなるようにしている。なお、各図中に記入したポケット9の各寸法は、後述するトルク測定試験における比較例に用いたものの値である。
【0005】
【特許文献1】特開平9−32858号公報(第3図)
【特許文献2】特開平11−201149号公報(第2図)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
上述したように潤滑油が保持器の外径側と内径側とに分かれて軸受内部へ流入する円錐ころ軸受では、保持器の内径側から内輪側へ流入する潤滑油の割合が多くなると、トルク損失が大きくなることが分かった。この理由は、以下のように考えられる。
【0007】
すなわち、保持器の外径側から外輪側へ流入する潤滑油は、外輪の内径面には障害物がないので、その軌道面に沿って円錐ころの大径側へスムーズに通過して軸受内部から流出するが、保持器の内径側から内輪側へ流入する潤滑油は、内輪の外径面には大鍔があるので、その軌道面に沿って円錐ころの大径側へ通過したときに大鍔で堰き止められ、軸受内部に滞留しやすくなる。このため、保持器の内径側から内輪側へ流入する潤滑油の割合が多くなると、軸受内部に滞留する潤滑油の量が多くなり、この滞留する潤滑油が軸受回転に対する流動抵抗となってトルク損失が増大するものと考えられる。
【0008】
そこで、本発明の課題は、軸受内部に潤滑油が流入する円錐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、外径面の軌道面の両側に小鍔と大鍔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収納して保持する保持器とからなり、前記保持器が、前記円錐ころの小径端面側で連なる小環状部と、円錐ころの大径端面側で連なる大環状部と、これらの環状部を連結する複数の柱部とからなり、前記ポケットが、前記円錐ころの小径側を収納する部分が狭幅側、大径側を収納する部分が広幅側となる台形状に形成された円錐ころ軸受において、前記保持器の台形状ポケットの狭幅側の柱部に切欠きを設けた構成を採用した。
【0010】
すなわち、保持器の台形状ポケットの狭幅側の柱部に切欠きを設けることにより、保持器の内径側から内輪側へ流入する潤滑油を、円錐ころの小径側を収納するポケットの狭幅側で切欠きから外輪側へ速やかに逃がし、内輪の軌道面に沿って大鍔まで到る潤滑油の量を少なくして、軸受内部に滞留する潤滑油の量を減らし、潤滑油の流動抵抗によるトルク損失を低減できるようにした。
【0011】
前記台形状ポケットの狭幅側の小環状部にも切欠きを設けることにより、保持器の内径側から内輪側へ流入する潤滑油をこの小環状部の切欠きからも外輪側へ逃がし、内輪の軌道面に沿って大鍔まで到る潤滑油の量をより少なくして、潤滑油の流動抵抗によるトルク損失をさらに低減することができる。
【0012】
前記台形状ポケットの広幅側の少なくとも柱部に切欠きを設けることにより、円錐ころをバランスよく柱部に摺接させることができる。
【0013】
前記台形状ポケットの狭幅側に設けた切欠きの合計面積を、前記台形状ポケットの広幅側に設けた切欠きの合計面積よりも広くすることによっても、内輪の軌道面に沿って大鍔まで到る潤滑油の量をより少なくして、潤滑油の流動抵抗によるトルク損失をさらに低減することができる。
【0014】
前記保持器の小環状部の軸方向外側に、前記内輪の小鍔の外径面に対向させた径方向内向きの鍔を設け、この対向させた小環状部の鍔の内径面と前記内輪の小鍔の外径面との隙間を、前記内輪の小鍔の外径寸法の2.0%以下とすることにより、保持器の内径側から内輪側へ流入する潤滑油の量を少なくし、潤滑油の流動抵抗によるトルク損失をより低減することができる。
【0015】
少なくとも前記円錐ころの表面に、微小凹形形状のくぼみをランダムに無数に設け、このくぼみを設けた表面の面粗さパラメータRyniを0.4μm≦Ryni≦1.0μmとし、かつ、Sk値を−1.6以下とすることにより、円錐ころの表面に満遍なく潤滑油を保持させて、軸受内部に滞留する潤滑油の量を減らしても、円錐ころと内外輪との接触部を十分に潤滑することができる。
【0016】
前記パラメータRyniは、基準長毎最大高さの平均値、すなわち、粗さ曲線からその平均線の方向に基準長さだけ抜き取り、この抜き取り部分の山頂線と谷底線との間隔を粗さ曲線の縦倍率の方向に測定した値である(ISO 4287:1997)。また、Sk値は粗さ曲線のひずみ度、すなわち、粗さの凹凸分布の非対称性を表す値であり(ISO 4287:1997)、ガウス分布のように対称な分布ではSk値は0に近くなり、凹凸の凸部を削除した場合は負の値、逆に凹部を削除した場合は正の値となる。Sk値のコントロールは、バレル研磨機の回転速度、加工時間、ワーク投入量、研磨チップの種類と大きさ等を選ぶことにより行なうことができ、Sk値を−1.6以下とすることにより、無数の微小凹形形状のくぼみに満遍なく潤滑油を保持することができる。
【0017】
上述した各円錐ころ軸受は、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】
【0018】
本発明の円錐ころ軸受は、保持器の台形状ポケットの狭幅側の柱部に切欠きを設けたので、保持器の内径側から内輪側へ流入する潤滑油を、円錐ころの小径側を収納するポケットの狭幅側で切欠きから外輪側へ速やかに逃がし、内輪の軌道面に沿って大鍔まで到る潤滑油の量を少なくして、軸受内部に滞留する潤滑油の量を減らし、潤滑油の流動抵抗によるトルク損失を低減することができる。
【0019】
前記台形状ポケットの狭幅側の小環状部にも切欠きを設けることにより、保持器の内径側から内輪側へ流入する潤滑油をこの小環状部の切欠きからも外輪側へ逃がし、内輪の軌道面に沿って大鍔まで到る潤滑油の量をより少なくして、潤滑油の流動抵抗によるトルク損失をさらに低減することができる。
【0020】
前記台形状ポケットの広幅側の少なくとも柱部に切欠きを設けることにより、円錐ころをバランスよく柱部に摺接させることができる。
【0021】
前記台形状ポケットの狭幅側に設けた切欠きの合計面積を、台形状ポケットの広幅側に設けた切欠きの合計面積よりも広くすることによっても、内輪の軌道面に沿って大鍔まで到る潤滑油の量をより少なくして、潤滑油の流動抵抗によるトルク損失をさらに低減することができる。
【0022】
前記保持器の小環状部の軸方向外側に、内輪の小鍔の外径面に対向させた径方向内向きの鍔を設け、この対向させた小環状部の鍔の内径面と内輪の小鍔の外径面との隙間を、内輪の小鍔の外径寸法の2.0%以下とすることにより、保持器の内径側から内輪側へ流入する潤滑油の量を少なくし、潤滑油の流動抵抗によるトルク損失をより低減することができる。
【0023】
少なくとも前記円錐ころの表面に、微小凹形形状のくぼみをランダムに無数に設け、このくぼみを設けた表面の面粗さパラメータRyniを0.4μm≦Ryni≦1.0μmとし、かつ、Sk値を−1.6以下とすることにより、円錐ころの表面に満遍なく潤滑油を保持させて、軸受内部に滞留する潤滑油の量を減らしても、円錐ころと内外輪との接触部を十分に潤滑することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0024】
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、この円錐ころ軸受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、各円錐ころ4は、内輪2の軌道面2aの両側に設けられた小鍔2bと大鍔2cとで軸方向への移動を規制されている。
【0025】
前記保持器5は、図2に示すように、円錐ころ4の小径端面側で連なる小環状部6と、円錐ころ4の大径端面側で連なる大環状部7と、これらの小環状部6と大環状部7を連結する複数の柱部8とからなり、円錐ころ4の小径側を収納する部分が狭幅側、大径側を収納する部分が広幅側となる台形状のポケット9が形成されている。ポケット9の狭幅側と広幅側には、それぞれ両側の柱部8に2つずつ切欠き10a、10bが設けられており、各切欠き10a、10bの寸法は、いずれも深さ1.0mm、幅4.6mmとされている。
【0026】
図3(a)、(b)は、それぞれ前記保持器5の変形例を示す。図3(a)に示した変形例は、ポケット9の狭幅側の小環状部6にも切欠き10cが設けられ、狭幅側の3つの切欠き10a、10cの合計面積が、広幅側の2つの切欠き10bの合計面積よりも広くなっている。なお、切欠き10cは深さ1.0mm、幅5.7mmとされている。
【0027】
図3(b)に示した変形例は、狭幅側の柱部8の各切欠き10aの深さが1.5mmと広幅側の柱部8の各切欠き10bよりも深く形成され、狭幅側の各切欠き10aの合計面積が、広幅側の各切欠き10bの合計面積よりも広くなっている。
【0028】
前記保持器5の小環状部6の軸方向外側には、図1に示したように、内輪2の小鍔2bの外径面に対向させた径方向内向きの鍔11が設けられ、後の図5に示すように、この対向させた小環状部6の鍔11の内径面と内輪2の小鍔2bの外径面との隙間δは、小鍔2bの外径寸法の2.0%以下に狭く設定されている。
【0029】
また、図示は省略するが、前記円錐ころ4の全表面には微小凹形形状のくぼみがランダムに無数に設けられ、このくぼみを設けた表面の面粗さパラメータRyniが0.4μm≦Ryni≦1.0μm、かつ、Sk値が−1.6以下とされている。
【0030】
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、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。
【0031】
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する。
【0032】
前記各円錐ころ軸受1a、1bが高速で回転してその下部が油浴に漬かると、図5に矢印で示すように、油浴の潤滑油が円錐ころ4の小径側から保持器5の外径側と内径側とに分かれて軸受内部へ流入し、保持器5の外径側から外輪3へ流入した潤滑油は、外輪3の軌道面3aに沿って円錐ころ4の大径側へ通過して軸受内部から流出する。一方、保持器5の内径側から内輪2側へ流入する潤滑油は、保持器5の小環状部6の鍔11と内輪2の小鍔2bとの隙間δが狭く設定されているので、保持器5の外径側から流入する潤滑油よりも遥かに少なく、かつ、この隙間δから流入する潤滑油の大半は、ポケット9の狭幅側の柱部8に設けた切欠き10aを通過して、保持器5の外径側へ移動する。したがって、そのまま内輪2の軌道面2aに沿って大鍔2cまで到る潤滑油の量は非常に少なくなり、軸受内部に滞留する潤滑油の量を減らすことができる。
【実施例】
【0033】
実施例として、図2に示した保持器を用いた円錐ころ軸受(実施例1)と、図3(a)に示した保持器を用いた円錐ころ軸受(実施例2)を用意した。また、比較例として、ポケットに切欠きのない保持器を用いた円錐ころ軸受(比較例1)と、図7(a)、(b)に示した保持器を用いた円錐ころ軸受(比較例2、3)を用意した。なお、各円錐ころ軸受は、寸法が外径100mm、内径45mm、幅27.25mmであり、ポケットの切欠き以外の部分は同じである。
【0034】
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)
【0035】
図6は、上記トルク測定試験の結果を示す。図6のグラフの縦軸は、ポケットに切欠きのない保持器を用いた比較例1のトルクに対するトルク低減率を表す。ポケットの柱部中央部に切欠きを設けた比較例2や、ポケットの小環状部と大環状部に切欠きを設けた比較例3も、トルク低減効果が認められるが、ポケットの狭幅側の柱部に切欠きを設けた実施例1は、これらの比較例よりも優れたトルク低減効果が認められ、狭幅側の小環状部にも切欠きを設け、狭幅側の切欠きの合計面積を広幅側のそれよりも広くした実施例2は、さらに優れたトルク低減効果が認められる。
【0036】
また、試験の最高回転速度である2000rpmにおけるトルク低減率は、実施例1が9.5%、実施例2が11.5%であり、デファレンシャルやトランスミッション等における高速回転での使用条件でも優れたトルク低減効果を得ることができる。なお、比較例2と比較例3の回転速度2000rpmにおけるトルク低減率は、それぞれ8.0%と6.5%である。
【図面の簡単な説明】
【0037】
【図1】円錐ころ軸受の実施形態を示す縦断面図
【図2】図1の保持器の展開平面図
【図3】a、bは、それぞれ図2の変形例を示す展開平面図
【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】図4の円錐ころ軸受の軸受内部への潤滑油の流れを示す断面図
【図6】トルク測定試験の結果を示すグラフ
【図7】a、bは、それぞれ従来の保持器を示す展開平面図
【符号の説明】
【0038】
1、1a、1b 円錐ころ軸受
2 内輪
2a 軌道面
2b 小鍔
2c 大鍔
3 外輪
3a 軌道面
4 円錐ころ
5 保持器
6 小環状部
7 大環状部
8 柱部
9 ポケット
10a、10b、10c 切欠き
11 鍔
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




 

 


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