JP2007032768A - ころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】 ころ頭部と内輪大鍔面との接触部での潤滑を良好に保つことができ、焼き付きが生じるのを防止することができるころ軸受を提供すること。
【解決手段】 ころ４に、潤滑油１４を保持するための潤滑油保持構造を設けている。潤滑油保持構造は、ころ４の軸方向両端面に開口する貫通孔４０内に設けた、周方向の複数の凹溝４１、又は複数の穴４２である。また、前記潤滑油保持構造は、ころ４の片端面、又は両端面に開口するように設けた円筒状の深座ぐり穴４４，４５であって、この開口端部は、この深座ぐり穴の奥側よりも断面積が小さくなっている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、鉄道車両の駆動装置や車軸、自動車のデファレンシャルギヤ等、機械装置全般の回転支持部を構成するころ軸受に関し、特に、これら車両用のトランスミッションの回転支持部において、潤滑油量が少ない場合や短時間で枯渇する場合、あるいは潤滑装置が故障した場合に、ころ軸受に発生する焼き付きやかじりの防止を図った改良に関するものである。

従来より、各種機械装置の回転支持部にはころ軸受が組み込まれているが、この回転支持部が大きな荷重に耐えられるように、ころ軸受の転動体として円筒ころ、円錐ころ、あるいは球面ころが用いられている。

このような、大きなラジアル荷重及びアキシアル荷重が負荷される回転支持部に組み込まれるころ軸受の一例として、円錐ころ軸受を図１０及び図１１に示している。同図において、円錐ころ軸受１０は、内周面に円錐凹面状の外輪軌道２ａを有する外輪２と、外周面に円錐凸面状の内輪軌道３ａを有する内輪３と、これら外輪軌道２ａと内輪軌道３ａとの間に保持器７によって転動自在に設けた複数の円錐ころ４とから構成されている。これら各円錐ころ４の外周面は、上記外輪軌道２ａ及び内輪軌道３ａに接触する円錐凸面状の転動面４ｂとされている。また、内輪３には、その外周面両端部のうち、大径側端部には大径側鍔部３ｂが、小径側端部には小径側鍔部３ｄがそれぞれ形成されている。

上記のような円錐ころ軸受１０の各円錐ころ４は、運転時において、図１１に示すように、外輪軌道２ａ及び内輪軌道３ａの大径側に片寄った状態で、自転しつつ保持器７と共に公転して、外輪２と内輪３の相対回転を自在にしている。このような円錐ころ軸受１０の運転時に、各円錐ころ４の大径側端面である頭部４ａと内輪３の大径側鍔部３ｂの内側面３ｃ（図１０も参照、以後、内輪大鍔面３ｃと言う）とは、図１２に斜格子で示すような、楕円形状の接触部８で接触する。.
これはヘルツの弾性接触理論としても知られている。

しかしながら、従来の上記円錐ころ軸受１０においては、円錐ころ４の頭部４ａと内輪大鍔面３ｃとの接触部８での接触状態は、滑りを伴う転がり接触となり、摩擦を抑える面からは厳しい条件であるため、軸受１０に供給される潤滑油が過少であったり、枯渇したりすると、焼き付き等の損傷を引き起こす可能性がある。

このような焼き付き等の損傷は、円錐ころ軸受１０だけではなく、他の種類のころ軸受でも各所で発生する可能性があるが、やはり最も条件が厳しく、損傷が発生し易いのは、上述した円錐ころ４の頭部４ａと内輪大鍔面３ｃとの接触部８ということができる。

こうした焼き付きは、鉄道車両や自動車において、特に冬期の低温時に始動する時に発生し易い。鉄道車両や自動車の走行中においては、軸の回転に伴う油の攪拌効果等で潤滑油がころ軸受に飛散して潤滑されるし、一旦停止後、すぐに再起動する場合には、軸受の軌道面に残っている潤滑油が潤滑効果を維持することができる。しかし、一旦停止して、かなり時間が経過した後、再起動した場合には、時間経過により重力で潤滑油が軌道面から落下してしまい、始動に必要な潤滑油が残っていないため、焼き付きが発生することがある。

この構成において、潤滑油１４の使用量や潤滑油１４の攪拌抵抗を減少させるために潤滑油量のレベルを下げることがある。このため、回転時にははねかけにより、潤滑油１４を円錐ころ軸受に供給できても、低温始動時には、粘度が高くなり流動性が低下し、円錐ころを十分に潤滑できなくなって、焼き付き等の早期破損が発生することがある。

特に、自動車のトランスミッションに用いられる円錐ころ軸受において、この現象が生じ易い。自動車のトランスミッションは、図１３に示すように（特許文献１）、外輪２がトランスミッションのハウジング１１の内周面１１ａに、内輪３がカウンタシャフト１２にそれぞれ嵌合され、カウンタシャフト１２には変速ギヤ１５が外嵌されている。ハウジング１１の底１３には潤滑油１４が溜まるようになっている。

上記のような不具合を改善するために種々の提案がなされている。例えば、特許文献２においては、内輪の大鍔逃げ部（図１１の３ｅに相当、ころ頭部逃げ溝）に固形油潤滑剤を充填することにより、上記接触部の潤滑不足を補っている。

また、特許文献３においては、円錐ころの中心軸を中心とした貫通穴を設けることで、遠心力により潤滑油が貫通穴を通り、円錐ころ端面側に流れ易くし、内輪大鍔面ところ頭部の接触部での潤滑不足を改善しようとしている。

また、特許文献４においては、内輪の大鍔逃げ部に対応する円錐ころの角部に凹部を設けて油溜まりを作ることで、ころ頭部と内輪大鍔面の接触部での潤滑不足を改善しようとしている。

しかし、これら特許文献３及び４においては、運転停止時に、重力により潤滑油が軸受外に流れ易く、運転再開時には、円錐ころ頭部と内輪大鍔面の接触部等において潤滑不足になり易いという問題点があった。
特開平８‐１３５６６６６号公報 特開２００３−１５６０５６号公報 特開２００２−６１６５５号公報 実開平５−３８４２１号公報

そこで、本発明は、上述した従来の不具合を改善して、運転中だけではなく、冬期低温時や始動時の潤滑油が各部に行き届き難い条件下においても、特に、ころ頭部と内輪大鍔面との接触部での潤滑を良好に保つことができ、焼き付きを防止することができる、簡単な構成のころ軸受を提供することを課題としている。

上記課題を達成するために、本発明では、内輪と外輪の間に、複数のころをポケットに各々転動自在に保持した保持器を有し、前記内外輪ところの接触部を潤滑油で潤滑するころ軸受において、前記ころに、前記潤滑油を保持するための潤滑油保持構造を設けたことを特徴としている。
前記潤滑油保持構造は、前記ころの軸方向両端面に開口するように形成した貫通孔内に設けた、周方向の複数の凹溝、又は複数の穴であることを特徴としている。

また、前記潤滑油保持構造は、前記ころの片端面、又は両端面に開口するように設けた深座ぐり穴であって、その開口端は、この深座ぐり穴の奥側よりも断面積が小さくなっていることを特徴としている。

さらに、前記潤滑油保持構造は、前記ころ頭部に設けた逃げ部と、前記内輪の大鍔部に設けた逃げ部の何れか、又は両方に充填した多孔質材から成ることを特徴としている。

本発明は、以上のように構成されており、ころの潤滑油保持構造に潤滑油が保持され易いので、ころ軸受の運転中だけでなく、冬期低温時や停止時間がかなり経過した後の始動時等、潤滑油が各部に行き届き難い条件下においても、潤滑油保持構造に保持されていた潤滑油が軸受内部にすぐに供給され、ころ頭部と内輪大鍔面の接触部等に焼き付きが生じるのを防止することができる。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。

図１は本発明の第１の実施形態を示す円錐ころ軸受の軸方向断面図、図２は円錐ころの凹溝の形状を示す部分断面図である。

本発明は、あらゆるころ軸受に適用できるが、図１に示す円錐ころ軸受１を実施形態として説明する。

先ず、本発明の第１の実施形態について図１を参照して説明する。同図において、円錐ころ軸受１は、円錐状の軌道面２ａを有する外輪２と、円錐状の軌道面３ａを有し、この軌道面３ａの大径側に大鍔部３ｂを有する内輪３と、外輪２の軌道面２ａと内輪３の軌道面３ａとの間に転動自在に配設した複数の円錐ころ４と、この円錐ころ４を周方向に所定間隔で保持する図示しない保持器とを備えている。内輪３は回転軸５に外嵌・固定されている。この円錐ころ軸受１を使用するときには、内輪３と外輪２との間に潤滑油を供給している。

円錐ころ４には、その軸方向両端面を貫通する貫通孔４０が設けられている。貫通孔４０は円筒状であって、その内周面には、軸方向に略等間隔に複数個（この実施形態は３つ）の内周凹溝４１が周方向に環状に形成されている。内周凹溝４１は、円錐ころ４の軸心を中心とするドーナツ型であって、その断面形状は半円形状となっている。このような内周凹溝４１を有する円錐ころ４に、その位置に依らず、常に潤滑油１４が保持される必要がある。

このように潤滑油１４を保持するための内周凹溝４１の構成について、図２に示す断面形状を参照して説明する。軸受１の回転軸５方向が水平になるように設置した場合、同図において、円錐ころ４の自転軸Ｐを通る鉛直な断面において、軸受１の回転軸５方向と円錐ころ４の自転軸Ｐとのなす角度の最大値をθとすると、内周凹溝４１の縁４１ａを通り、円錐ころ４の自転軸Ｐとθの角度をなす直線Ｌ１と、内周凹溝４１の縁４１ｂを通り、円錐ころ４の自転軸Ｐとθの角度をなす直線Ｌ２と、この縁４１ａと縁４１ｂとを結ぶ破線Ｌ３とによって三角形Ｔ（斜線で示す）が作られる。円錐ころ４が、上記の如く、その位置に依らず常に潤滑油１４が保持されるためには、内周凹溝４１の断面形状は、この三角形Ｔよりも部分的にでも大きくなる形状、即ち、同図における円弧部分４１ｃを有するように成形される必要がある。

上記構成にすることにより運転中に、円錐ころ４の内周凹溝４１内に潤滑油１４が保持され、この状態で一旦停止後、時間が経過して再起動した場合でも、従来ならば重力により鍔面のない側から潤滑油が流出し易い状況であるが、内周凹溝４１内には潤滑油１４が保持されたままになっているので、再起動で円錐ころ４が回転するのに伴って、保持されていた潤滑油１４が軸受内部に供給され、始動時の潤滑を行うことができる。

このため、冬期低温時や、停止時間がかなり経過した後の始動時において、軸受内部に潤滑油が供給されるまでの間に、円錐ころ４の頭部４ａと内輪大鍔面３ｃとの接触部に焼き付きが生じるといった不具合を防止することができる。

図３は本発明の第１の実施形態の第１変形例である円錐ころ軸受の軸方向断面図、図４は第１の実施形態の第２変形例である円錐ころ軸受の軸方向断面図である。

第１実施形態では、円錐ころ４の貫通孔４０内に、潤滑油保持構造として環状の内周凹溝４１を設けたが、これに限らず、図３に示す第１実施形態の第１変形例として、断面部分円形の穴４２を設けることもできる。この穴４２は円錐ころ４の内周面の周方向に所定間隔を置いて配設されていても良いし、これに限定されず、他の配置形式であっても良い。

また、第１実施形態の第２変形例として、図４に示すように、円錐ころ４の貫通孔４０内に、両端の開口部付近の穴径を小さくした２つの小径の内向き突出部４３ａ、４３ｂによって形成される溜まり部４３を設けた構成とすることもできる。

上述した穴４２、及び溜まり部４３の断面形状は、上記第１の実施形態と同様に、円錐ころ４の位置に依らず、常に潤滑油１４が保持されるような形状（図２参照、重複する説明は省略する）にする必要がある。

上記第１実施形態の第１変形例、あるいは第１実施形態の第２変形例の構成においても、円錐ころ軸受１の運転中に、穴４２あるいは溜まり部４３に潤滑油１４が常に保持されているので、上記第１の実施形態と同様に、長時間停止後、再起動した場合でも、円錐ころ４頭部４ａと内輪大鍔面３ｃの接触部に焼き付きが生じるのを防止することができる。特に、第１実施形態の第２変形例の構成（溜まり部４３）では、第１実施形態、およびその第１変形例の構成に比較して、鍛造等の効率の良い加工方法を用いることができるという利点がある。

尚、上記実施形態、およびその第１と第２変形例は、各々本発明の一実施形態に過ぎず、これに限定されるわけではない。本発明のころ軸受は、少なくとも、外輪、内輪、外輪と内輪との間に組み込まれる複数個のころによって構成されており、ころの両端面に開口する貫通孔があり、この貫通孔内に溝、若しくは穴が配設されていることを特徴とするもので、貫通孔の形状や、溝の形状及び個数、穴の形状及び個数は、上記実施形態、およびその第１と第２変形例の構成に限定されるわけではない。

また、上記実施形態、およびその第１と第２変形例では、単列の円錐ころ軸受１を用いて説明したが、複列のころ軸受であっても良く、メートル系、インチ系の何れも対象にすることができ、大きさの限定はされない。

次に、第２の実施形態について、図５〜図７を参照して説明する。

図５は本発明の第２の実施形態を示す円錐ころ軸受の軸方向断面図、図６は第２の実施形態の第１変形例を示す円錐ころ軸受の軸方向断面図、図７は第２の実施形態の第２変形例を示す円錐ころ軸受の軸方向断面図である。

この第２の実施形態は、上記第１の実施形態と略同様であり、同一部材には同一番号を付して、重複する説明は省略する。第１の実施形態と異なっているのは、図５に示すように、円錐ころ４に、その大径側端部４ｃに開口する深座ぐり穴４４を設けている点である。

この構成において、はねかけ方式による潤滑では、潤滑油は重力で落下してくるが、図５（ａ）に示すように、軸心ｇより図中上側（↑）の軸受上部で矢印Ａに示すように落下してくる潤滑油１４を、軸受上部の円錐ころ４の深座ぐり穴４４に溜めることができる。このため、軸が回転して円錐ころ４が図中下側（↓）の軸受下部へ移動する時に、軸受上部ではころ頭部と内輪大鍔面の近傍から潤滑油が流れ出すので、円すいころ４のころ頭部４ａと内輪大鍔面３ｃとの接触部８を潤滑することができ、軸受下部でも深座ぐり穴４４の潤滑油が矢印Ｂで示すように流れ出して、ころ頭部がぬれた状態で自転することにより、円すいころ４のころ頭部４ａと内輪大鍔面３ｃとの接触部８を潤滑することができる。したがって、上記第１の実施形態と同様の効果を期待することができる。

第２の実施形態では、円錐ころ４の深座ぐり穴４４は、ころ４の大径側端部４ｃに開口するものを一つ設けたが、これに限らず、図６に示す第２の実施形態の第１変形例として、円錐ころ４の大径側端部４ｃに開口する深座ぐり穴４４と、小径側端部４ｄに開口する深座ぐり穴４５を背中合わせに２つ設けても良い。

この構成において、はねかけ方式による潤滑では、潤滑油は重力で落下してくるが、図６（ａ）に示すように、軸心ｇより図中上側（↑）の軸受上部で落下してくる潤滑油１４は、矢印Ａで示すように軸受上部の円錐ころ４の深座ぐり穴４４に溜まって、軸が回転して円錐ころ４が図中下側（↓）の軸受下部へ移動する時に、軸受上部ではころ頭部と内輪大鍔面の近傍から潤滑油が流れ出すので、円すいころ４のころ頭部４ａと内輪大鍔面３ｃとの接触部８を潤滑することができ、軸受下部でも深座ぐり穴４４の潤滑油が矢印Ｂで示すように流れ出して、ころ頭部がぬれた状態で自転することにより、円すいころ４のころ頭部４ａと内輪大鍔面３ｃとの接触部８を潤滑することができる。一方、軸心ｇより図中下側（↓）の軸受下部で矢印Ｃに示すように落下してくる潤滑油１４は、軸受下部の円錐ころ４の深座ぐり穴４５に溜まって、軸が回転して円錐ころ４が図中上側（↑）へ移動した時に、深座ぐり穴４５内の潤滑油が矢印Ｄで示すように流出するので、内輪小鍔面を潤滑することができる。深座ぐり穴４４、４５の形状は、潤滑油を溜めることができればどのような形状でも良いが、加工性を考慮すると円筒状が好ましい。
このため、上記第２の実施形態に比較して、軸受１全体にわたってむら無く潤滑することができるという効果がある。

また、第２の実施形態の第２変形例として、図７に示すように、上記第２の実施形態の第１変形例の構成に加えて、円錐ころ４の両端部４ｃ，４ｄの深座ぐり穴４４，４５の開口端に、この深座ぐり穴径よりも若干小さい内径を有するリング状の蓋９ａ、９ｂを、各々同心で取り付けた構成とすることもできる。
この構成において、各深座ぐり穴４４，４５に潤滑油１４が溜まって流出する作用は第２の実施形態の第１変形例と同様であって重複する説明は省略する。しかし、円錐ころ４の両端部に蓋９ａ、９ｂが配設されており、同図（ｂ）に示すように、この蓋９ａ、９ｂが高さｈの堰（せき）の役目をするため、同図（ａ）に示すように、深座ぐり穴４４，４５に入ってくる潤滑油１４が蓋９ａ、９ｂに堰き止められ、蓋９ａ、９ｂがない場合よりも多くの潤滑油１４を溜めることができる。このため、軸受１全体にわたってむら無く潤滑される効果をさらに高めることができる。
なお、深座ぐり穴４４，４５の開口部に堰の役目をする構造は、深座ぐり穴４４，４５の開口部の断面積がこの深座ぐり穴の奥の断面積より小さければその機能を有するが、加工性と組立性からは深座ぐり穴径より若干小さいリング状の蓋を取付けたものとすることが好ましい。

尚、上記第２実施形態、および第１と第２変形例では、単列の円錐ころ軸受１を用いて説明したが、複列のころ軸受であっても良く、メートル系、インチ系の何れも対象にすることができ、大きさの限定はされない。

次に、第３の実施形態について、図８及び図９を参照して説明する。

図８は本発明の第３の実施形態を示す円錐ころ軸受の軸方向断面図、図９は第３の実施形態の変形例を示す円錐ころの軸方向断面図である。

第３の実施形態は、上記第１の実施形態と略同様であり、同一部材には同一番号を付して、重複する説明は省略する。第１の実施形態と異なっているのは、図８に示すように、内輪大鍔部３ｂの逃げ部３ｅに多孔質材１５を充填している点である。

この構成において、内輪３の回転に伴う遠心力によって、逃げ部３ｅの多孔質材１５から潤滑油が滲み出し、上述した円錐ころ４の頭部４ａと内輪大鍔面３ｃとの接触部８に潤滑油を供給することができ、第１の実施形態と同様の効果を期待することができる。

尚、この第３の実施形態では、多孔質材１５を内輪大鍔部３ｂの逃げ部３ｅのみ充填したが、内輪小鍔部３ｄにも逃げ部が配設されている場合（図示しない）は、この逃げ部にも充填することができる。

この第３の実施形態では、多孔質材１５を内輪大鍔部３ｂ（あるいは内輪小鍔部３ｄ）の逃げ部３ｅに充填したが、この構成に限らず、図９に示す上記第３の実施形態の変形例として、円錐ころ４の頭部４ａ側に設けた逃げ部４ｅに多孔質材１６を充填しても良い。この逃げ部４ｅの開口幅Ｗは、内輪大鍔面３ｃ（図８参照）にかかるように設定するのが望ましい。これら第３の実施形態およびその変形例の何れか、又は両方を採用することができる。

これら第３の実施形態、およびその変形例の構成は、特許文献１の図１及び図２に開示されている内輪２及び円錐ころ４と同様であるが、固形油潤滑剤７の代わりに多孔質材１６を充填している点が異なっている。

さらに、上記第３の実施形態の構成と、上記第３の実施形態の変形例の構成の両方を採用し、多孔質材１５、１６を、内輪大鍔部３ｂの逃げ部３ｄところ頭部４ａの逃げ部４ｅに充填するなら、潤滑状態をさらに向上させることができる。

尚、上記第３の実施形態、およびその変形例で用いた多孔質材１５としては、例えば、焼結セラミックス材や、一般的なスポンジ等が考えられるが、要するに、軸受の停止時には潤滑油を内部に保持し、運転時には、遠心力によって潤滑油を滲み出させるという条件を満たすことができる材料であれば良く、特に限定するわけではない。
尚、上記第３実施形態、およびその変形例は、各々本発明の一実施形態に過ぎず、これに限定されるわけではない。本発明のころ軸受は、少なくとも、外輪、内輪、外輪と内輪との間に組み込まれる複数個のころによって構成されており、内輪の鍔部の逃げ部と、ころ頭部の逃げ部の何れか一方、若しくはその両方に多孔質材を充填したことを特徴とするもので、逃げ部の形状や多孔質材、軸受内で多孔質材を充填する逃げ部の個数は、上記第３実施形態、およびその変形例の構成に限定されるわけではない。

また、上記第３実施形態、およびその変形例では、単列の円錐ころ軸受１を用いて説明したが、複列のころ軸受であっても良く、メートル系、インチ系の何れも対象にすることができ、大きさの限定はされない。

本発明の第１の実施形態を示す円錐ころ軸受の軸方向断面図である。 円錐ころの凹溝の形状を示す部分断面図である。 第１の実施形態の第１変形例を示す円錐ころ軸受の軸方向断面図である。 第１の実施形態の第２変形例を示す円錐ころ軸受の軸方向断面図である。 本発明の第２の実施形態を示す円錐ころ軸受及び円錐ころの軸方向断面図ある。 第２の実施形態の第１変形例を示す円錐ころ軸受及び円錐ころの軸方向断面図である。 第２の実施形態の第２変形例を示す円錐ころ軸受及び円錐ころの軸方向断面図である。 本発明の第３の実施形態を示す円錐ころ軸受の軸方向部分断面図である。 第３の実施形態の変形例を示す円錐ころの軸方向断面図である。 従来の円錐ころ軸受を示す斜視部分断面図である。 従来の円錐ころと内外輪との位置関係を示す軸方向断面図である。 ころ頭部と内輪大鍔部の接触状態を示す図１１のＥ矢視図である。 従来の円錐ころ軸受を備えた自動車用トランスミッションの軸方向部分断面図である。

符号の説明

１：円錐ころ軸受
２：外輪
２ａ：外輪軌道面
３：内輪
３ａ：内輪軌道面
３ｂ：大鍔部
３ｃ：内輪大鍔面
３ｄ：小鍔部
３ｅ，４ｅ：逃げ部
４：円錐ころ
４ａ：ころ頭部
９ａ、９ｂ：蓋
１５，１６：多孔質材
４０：貫通孔
４１：内周凹溝
４２：穴
４３：溜まり部
４４，４５：深座ぐり穴
８：接触部
９：蓋
１４：潤滑油
１５：多孔質材

Claims (6)

1. 内輪と外輪の間に、複数のころをポケットに各々転動自在に保持した保持器を有し、前記内外輪ところの接触部を潤滑油で潤滑するころ軸受において、
   前記ころに、前記潤滑油を保持するための潤滑油保持構造を設けたことを特徴とするころ軸受。
2. 前記潤滑油保持構造を有するころを具備しており、車両用トランスミッションに用いられることを特徴とする請求項１記載のころ軸受。
3. 前記潤滑油保持構造は、前記ころの軸方向両端面を貫通するように形成した貫通孔内に設けた、周方向の複数の凹溝、又は複数の穴であることを特徴とする請求項１、又は２記載のころ軸受。
4. 前記潤滑油保持構造は、前記ころの片端面、又は両端面に開口するように設けた深座ぐり穴であることを特徴とする請求項１又は２記載のころ軸受。
5. 前記深座ぐり穴の開口端部には、この深座ぐり穴の奥側よりも断面積が小さくなっていることを特徴とする請求項４記載のころ軸受。
6. 前記潤滑油保持構造は、前記ころ頭部に設けた逃げ部と、前記内輪の大鍔部に設けた逃げ部の何れか一方、又は両方に充填した多孔質材から成ることを特徴とする請求項１又は２記載のころ軸受。
   

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