JP2007100791A - 円すいころ軸受及び軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】温度上昇による円すいころ軸受の予圧抜け現象の発生を防止するため、補償リン部材を用いて、軸と筐体との間の熱膨張及び収縮差を補償する。
【解決手段】ハウジング１１の段付穴１２に外周面が嵌挿された外輪１３と、軸１４に嵌挿された内輪１５とを備える。外輪１３の外輪軌道面１６ と前記内輪１５の内輪軌道面１７との間には複数個の円すいコロ１８が保持器１９により回転自在に支持さている。内輪１５の内輪大端面１５ａは軸１４の肩部１４ａに接触して該軸１４に保持されている。外輪１３の外輪大端面１３ａは、補償リング２１を介しハウジング１１の段付穴１２の肩部１２ａに保持されている。補償リング２１は皿バネ又は波バネ構成され、ハウジング１１と軸１４との間の熱膨張及び収縮差を補償する機能を有し、外輪１３の外輪大端面１３ｂと段付穴１２の肩部１２ａより画成される凹部２３に接触して保持されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車、モータ、工作機械などで用いられる転がり軸受に関し、特に筐体と軸との間の熱膨張差及び収縮差を補償するように設けられた円すいころ軸受及び軸受装置に関する。

機械の重量を減少させる活動において、機械製造業者は筐体を軽量アルミニウム合金又は軽量マグネシウム合金に切り替えた。しかし、これらの筐体内で回転し、トルクを伝える歯車に取り付けた軸は、鋼のままである。その理由は鋼が大きい強度、剛性を有し、耐摩耗性に優れるからである。筐体に軸を取り付けるために円すいころ軸受を用いる場合、互いに直列に取り付けられる２つの単列円すいころ軸受により軸を支持する。軸にはギヤが衝合され、ギヤの噛み合い反力により軸受にはラジアル荷重、スラスト荷重が負荷される。

円すいころ軸受はその寸法に対し非常に大きな荷重を保持する。さらに、それらはラジアル荷重とスラスト荷重を同時に支持することができる。これらの特性は機械を非常にコンパクトにするのに役立つ。それら荷重に対し大きな軸剛性及び軸受剛性を得るために、一般に軸受に予圧を負荷する場合が多い。予圧は軸受外輪大端面又は内輪大端面にシムを挿入し定位置予圧を負荷する場合、又は軸受外輪大端面又は内輪大端面にネジにより定位置予圧を負荷する場合があるが、機械筐体への組み立ての利便性を考慮した場合に軸受を正面組合わせに構成することがある。熱膨張係数の大きい筐体とそれに比較して熱膨張係数が小さい軸の組み合わせでは、正面組合わせにすると温度上昇とともに初期にセッティングした予圧は小さくなり、さらに温度上昇すると予圧抜けを発生する。また、温度が下降する場合は、初期にセッティングした予圧は大きくなり、さらに温度下降すると予圧過大となり、焼付き、短寿命の原因となりうる（例えば、特許文献１参照）。

特開平５−９９２２３号公報

理想的には、２つの組合わせ円すいころ軸受は適用要求で示される最適設定領域内で動作するべきである。一般的には、目的は、軸の軸方向及び半径方向の自由動作を最小にし、軸受寿命を最大にし、異音を減少させ、ギヤ噛み合いを改善することである。前記予圧抜けが発生すると、軸剛性及び軸受剛性が低下し、ギヤの噛み合い点変化によるギヤ異音発生、ギヤ強度低下、又軸受ガタによる軸受寿命の低下、軸受に起因する異音発生する。又自動車用トランスミッションでは、ギヤチェンジ時の作動力の増加が発生することもある。

本発明は、前述した問題点に鑑みて、温度上昇による組合せ円すいころ軸受の予圧抜け現象の発生を防止するため、補償リン部材を用いて、軸と筐体との間の熱膨張及び収縮差を補償する円すいころ軸受及び軸受装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため請求項１記載の発明は、内周面に円すい体形状の軌道面を有する外輪と、
外周面に円すい体形状の軌道面を有する内輪と、
前記外輪及び内輪の間に転動自在に配置された円すい台形状の複数個のコロと、
前記外輪又は外輪に形成され前記コロの大径端面に接触して該コロを案内する鍔と、
前記コロを前記外輪及び内輪の間に保持する保持器と、
前記外輪の外周面及び内輪の内周面に嵌設して該外輪及び内輪を所定位置に位置決めす保持部材と、
前記保持部材の端面と前記外輪及び内輪の軸方向の外側面間に係着された補償リング部材と、
を備え、異なる熱膨張係数を有する構造間に配置される円すいころ軸受であって、
前記補償リング部材は構造の熱膨張差及び熱収縮差を補償し、前記の設定が広い温度範囲にわたり維持されるようにバネ力を有する材料から構成されたことを特徴とする
本発明によれば、異なる熱膨張係数を有する軸と筐体の構造間に配置される転がり軸受であって、補償リングを使用することにより、構造の熱膨張差及び熱収縮差を補償し、軸受の設定が広い温度範囲にわたり維持される。

請求項２記載の発明である前記補償リング部材は、前記外輪大端面又は前記内輪大端面、前記外輪大端面又は前面内輪大端面の凹部又は溝部に設けられると、装置をコンパクトにできるので好適である。
請求項３記載の発明である前記補償リング部材は、皿バネ又は波バネであると、予圧の大きさを調整することができる。

請求項４記載の発明は、衝合部を有する筐体と、
前記筐体内に設けられ、該筐体の材料とは異なる熱膨張係数を有する材料から構成されると共に前記衝合部と軸方向に離間して対向する衝合部を有する軸部材と、
前記軸部材を前記筐体内に支持する少なくとも２つの円すいころ軸受とを有し、
前記円すいころ軸受は、軸方向荷重及び径方向荷重の両方を収容する形状とされ、前記筐体及び前記軸部材の前記衝合部の間で互いに反対になるように該筐体及び該軸部材に取り付けられ、これにより、前記円すいころ軸受は前記軸部材を前記筐体内で軸方向及び径方向の両方に拘束し、
前記円すいころ軸受は、前記衝合部の一方とは反対に向く端面をそれぞれ有する内輪及び外輪を有し、
前記外輪及び内輪には、それぞれ軌道面が設けられ、該軌道面は互いに対向し、
補償リング部材が、前記内輪及び外輪の一方の前記端面と、該端面が向いた前記衝合部との間に設けられた軸受装置において、
補償リングを但持する前記内輪及び外輪の両端面間に配置され、前記補償リング部材が前記筐体内の温度変化に反応して、軸方向に変形した場合に互いに相対移動することができ、これにより、前記補償リング部材は前記軸部材と前記筐体との間の熱膨張差及び熱収縮差を補償することを特徴とする。
本発明によれば、補償リングを金属とすることで、熱膨張係数の大きい樹脂材料を用いる場合と比較して、各種潤滑油との適合試験を省略できるという効果をも奏するものとなった。
さらに、従来構造で必要となるシム厚選択による予圧調整が不要となる。また、従来構造では、軸が並列で両軸ともに組合せ円すいころ軸受となる場合、シム調整を両軸とも成立するようにしなければならず、作業が非常に煩雑となるが、本発明では、所定の補償リング部材を配置するだけで、調整の手間を省くことができる。

本発明は、補償リング部材を使用することにより構造の熱膨張差及び熱収縮差を補償し、軸受の設定が広い温度範囲にわたり維持される。
さらに、補償リング部材は、室温にて初期予圧セッティング時は皿状形状又は波ハネ形状他、バネ作用による軸力を発生させうる形状を呈し、バネ力により軸部材、軸受、筐体による拘束から予圧を発生する。温度上昇に伴い、軸部材よりも熱膨張係数の大きい筐体は軸方向及び半径方向に膨張し、軸受に負荷されている予圧は減少していくが、バネの作用により、補償リング部材の変形による軸力が発生しているため、必要予圧を維持しようとする。また、温度降下に伴い、軸部材よりも熱膨張係数の大きい筐体は軸方向及び半径方向に収縮し、軸受に負荷される予圧は増加していくが、バネの作用により、一定の範囲において予圧を軸受に作用させ続けることが可能である。

さらにまた、補償リング部材を複数枚組み合わせることにより、広い温度範囲に亘って円すいころ軸受の予圧を均一な設定のままにすることが可能となった。
一時的、突発的に非常に大きなギヤ荷重が発生し、その反力として、軸受に過大な荷重が入力される場合があるが、その場合、補償リング部材は予圧負荷状態での皿状形状から大入力により、板状に変形することにより、荷重を軸又は筐体に逃がすことができる。大入力が解除されれば、補償リング部材は所定の形状に戻り、所定の予圧負荷状態に復帰することができる。

本発明の実施の形態に係わる円すいころ軸受及び軸受装置について図面により詳細に説明する。図１は、本発明の第一の実施の形態に係わる単列円すいころ軸受１０の要部拡大略縦断面図を示す。
図１において、単列円すいころ軸受１０は、ハウジング（保持部材）１１の段付穴１２に外周面１３ａが嵌挿された外輪１３と、内周面１５ａと内輪大端面１５ｂが軸（保持部材）１４に嵌挿された内輪１５とを備える。外輪１３の外輪軌道面１６ と前記内輪１５の内輪軌道面１７との間には複数個の円すいコロ１８が保持器１９により回転自在に支持されている。軸１４の肩部１４ａと内輪１５の内輪大端面１５ａとの衝合部２０、すなわち、肩部１４ａに内輪大端面１５ｂが接触して内輪１５が保持されている。
一方、外輪１３の外輪大端面１３ｂは、補償リング（補償リング部材）２１を介してハウジング１１の段付穴１２の肩部１２ａと外輪１３の外輪大端面１３ｂとの衝合部２２、すなわち、肩部１２ａと外輪大端面１３ｂ間に保持されている。補償リング２１は皿バネ又は波バネより構成され、ハウジング１１と軸１４との間の熱膨張及び収縮差を補償する機能を有し、図２に示すように外輪１３の外輪大端面１３ｂと段付穴１２の肩部１２ａとにより画成される凹部２３に接触して保持されている。
図３は、単列円すいころ軸受１０が大入力時又は低温時の応動状態における補償リング２１の形状の変形状態を示し、該補償リング２１が段付穴１２の肩部１２ａ及び外輪１３の外輪大端面１３ｂに密着されている。
図１乃至図３において、補償リング２１は1個を配設した場合について説明したが、図四４に示されるように、補償リング２１を複数個積層して使用してもよい。補償リング２１を１枚又は複数枚組み合わせることにより、予圧の大きさを適宜調整することが可能となる。

図５は、本発明の第二の実施の形態に係わる単列円すいころ軸受３０の要部拡大略縦断面図を示し、図３中、図１及び図２の構成要素と同一の構成要素については同一符号を付して詳細な説明を省略する。以下同様とする。
第二の実施の形態に係わる単列円すいころ軸受３０においては、ハウジング１１と外輪１３との係合状態について説明し、軸１４と内輪１５との係合状態は、特段の説明がない限り第一の実施の形態に係わる単列円すいころ軸受１０に同じである。
図５で、外輪３１の外周輪大端面３１ｂの外周面３１ａに凹部３２を形成し、ハウジング１１の肩部１２と凹部３２の間に補償リング２１が配設される。
図６は、本発明の第三の実施の形態に係わる単列円すいころ軸受４０の要部拡大略縦断面図を示す。図６において、外輪４１の外周面４１ａはハウジング１１の段付穴１４に嵌挿され、該外輪４１の外輪大端面４１ｂには直径方向に延出する突起部４２が形成され、突起部４２の内側面４２ａと保持部材１１の端面１１ａとの衝合部４３、すなわち、端面１１ａと内側面４２ａにより囲繞される凹部４４に補償リング２１が保持される。

図７は、本発明の第四の実施の形態に係わる単列円すいころ軸受５０の要部拡大略縦断面図を示す。図７において、ハウジング５１の段付穴５２の小径穴５３、大径穴５４には、外輪５５の外周面５５ａ、５５ｂが嵌挿されている。外輪５５の外輪大端面５５ｃには
直径方向に延出する突起部５６が形成され、外周面５５ｂを構成する。
さらに、端面５１ａと突起部５６の内側面５６ａとの衝合部５７、すなわち、端面５１ａと内側面５６ａ形成される溝部５８には補償リング２１が保持されている。
図８は、本発明の第五の実施の形態に係わる単列円すいころ軸受６０の要部拡大略縦断面図を示す。この単列円すいころ軸受６０においては、図１に示す軸１４と内輪１５内周面１５ａとの係合状態について説明し、ハウジング１１と外輪１３との係合状態は図１乃至図３に示す第一の実施の形態に係わる単列円すいころ軸受１０に同じである。

図８において、軸１４の肩部１４ａと内輪１５の内輪大端面１５ｂと衝合部６１、すなわち、肩部１４ａと内輪大端面１５ｂで囲繞される凹部６２には補償リング２１が保持されている。
図９は、本発明の第六の実施の形態に係わる単列円すいころ軸受７０の要部拡大略縦断面図を示す。図９において、内輪１５の内輪大端面１５ｂに凹部７１を形成し、衝合部７２を形成する軸１４の肩部１４ａと凹部７１の間に補償リング２１が保持されている。
本発明の実施の形態に係わる単列円すいころ軸受１０、３０、４０，５０，６０及び７０において、補償リング２１は１枚又は複数枚組み合わせることにより、予圧の大きさを調整することが可能となる。
前記補償リング２１は、組み合わせ円すいころ軸受のどちらか一方又は両方に配置することが好ましく、さらに、スラスト荷重を受けない側の軸受の外輪大端面又は内輪大端面に挿入することが望ましい。
本発明の実施の形態では、単列円すいころ軸受について説明したが、単列アンギュラ玉軸受にも適用することは勿論可能できる。

次に、本発明の実施の形態に係わる単列円すいころ軸受を自動車用変速機に適用した場合ついて説明する。図１０は、第五の実施の形態に係わる単列円すいころ軸受６０を手動変速機７５に適用した軸受装置８０の略縦断面図である。
図１０において、手動変速機７５はアルミニウム合金又はマグネシウム合金のような軽量金属により鋳造される筐体８１を備える。前記手動変速機８０は、回転軸心Ｘに沿って軸心方向に整列した入力軸（軸部材）８３と、該回転軸心Ｘに略並行の他の回転軸心Ｙに沿って出力軸８４とを備える。
これにより、入力軸８３、出力軸８４の全ては、該入力軸８３と出力軸８４との間に差速度比を生じるような異なる組み合わせで噛合する複数の歯車８５ａ〜８５ｆ及び８６ａ〜８６ｅが配設される。

入力軸８３は、一側がねじ部材８７により筐体８１に接合されたハウジング８２に配設される単列円筒ころ軸受８８に軸支され、他側が筐体８１の対向端壁に配設される単列玉軸受８９で軸支される。
出力軸８４は、筐体８１内に収容され、その端部が夫々筐体８１に側壁に位置した穴９０、９１に夫々単列円すいころ軸受１０（図１参照）と、通常の単列円すいコロ軸受９２が受容される。図１１（Ａ）及び（Ｂ）に示すように、前記出力軸８４はその軸部で、肩部９３、９４を有し、単列円すいころ軸受１０及び９２はこれらの肩部９３、９４及び筐体８１の穴９０、９１の端部に形成される肩部９５、９６間に保持される。この場合、肩部９３、９４と内輪１５の外輪大端面１５ｂ、内輪１０５の内輪大端面１０５ａは、衝合部９７、９８を形成する。肩部９５、９６と外輪１３の外輪大端面１３ｂ，外輪１０３の外輪大端面１０３ｂは、衝合部９９，１００を形成する。
単列円すいころ軸受１０及び９２は、それらが出力軸８４を筐体８１内で直径方向又は軸心方向に移動するのを防ぎ、さらにそれらが最小摩擦抵抗で該出力軸８４を回転させうる機能を有するため、筐体８１内で出力軸８４を保持する。なお、肩部９３、９４は、それぞれ歯車８５ａ、８５ｆの端面が機能する。

図１１（Ａ）に示すように、単列円すいころ軸受１０は外輪１３が筐体８１の穴９０に嵌挿して外輪大端面１３ｂと肩部９５との間には補償リング２１（図１参照）が保持され、内輪１５は出力軸８４の軸端部１０２に嵌着され内輪大端面１５ａが肩部９５、すなわち歯車８５ａの端面に係合している。図１１（Ｂ）に示すように、単列円すいころ軸受９２は筐体８１の穴９１に外輪１０３が嵌挿され、外輪大端面１０３ｂが肩部９６に係合し、内輪１０５は出力軸８４の軸端部１０４に嵌着され内輪大端面１０５ｂが肩部９４、すなわち歯車８５ｆの端面に係合している。補償リング２１は、組合せ円すいころ軸受を構成する軸受１０、９２のどちらか一方又は両方に配置することが好ましい。この実施の形態に係わる軸受装置８０では、補償リング２１は単列円すいころ軸受１０の外輪１３の外輪大端面１３ｂと肩部９５より画成される凹部２３（図２参照）に保持されている。

図１０に示す軸受装置８０において、手動変速機７５の作動による温度上昇に伴い、入力軸８３および出力軸８４よりも熱膨張係数の大きい筐体８１は軸方向及び半径方向に膨張し、単列円すいころ軸受１０、９２に負荷されている予圧は減少していくが、バネの作用により、補償リング２１の変形による軸力が発生しているため、必要予圧を維持しようとする。また、温度降下に伴い、入力軸８３及び出力軸８４よりも熱膨張係数の大きい筐体８１は軸方向及び半径方向に収縮し、単列円すいころ軸受１０、９２に負荷される予圧は増加していくが、補償リング２１のバネ作用により、一定の範囲において予圧を軸受に作用させ続けることが可能である。
かかる構成によれば、補償リングを１枚又は複数枚組み合わせることにより、予圧の大きさを調整することが可能となる。
軸受装置８０では、手動変速機７５に第五の実施の形態に係わる単列円すいころ軸受６０を適用した場合について説明したが、第一〜第四、第六の実施の形態に係わる単列円すいころ軸受１０、３０、４０、６０、７０を採用することも勿論可能である。

本発明の第一実施の形態に係わる単列円すいころ軸受の要部拡大略縦断面図である。 図１の外輪と補償リングとの係合状態を示す拡大略縦断面である。 図１の外輪と補償リングとが密着した状態を示す拡大略縦断面である。 図１の補償リングの積重状態を示す拡大略縦断面図である。 本発明の第二の実施の形態に係わる単列円すいころ軸受の要部拡大略縦断面図である。 本発明の第三の実施の形態に係わる単列円すいころ軸受の要部拡大略縦断面図である。 本発明の第四の実施の形態に係わる単列円すいころ軸受の要部拡大略縦断面図である。 本発明の第五の実施の形態に係わる単列円すいころ軸受の要部拡大略縦断面図である。 本発明の第六の実施の形態に係わる単列円すいころ軸受の要部拡大略縦断面図である。 単列円すいころ軸受を手動変速機に採用した軸受装置の略縦断面図である。 図１０の単列円すいころ軸受と出力軸との係合状態を示す略縦断面図である。

符号の説明

１０、２０、４０、５０、６０、７０、９２ 単列円すいころ軸受
１１、５１ ハウジング １２、５２ 段付穴
１３、４１、１０３ 外輪 １４ 軸
１２ａ、１４ａ、９３〜９６肩部
１５，１０５ 内輪 １６ 外輪軌道面
１７ 内輪軌道面 １８ 円すいコロ
２０、２２、４３、５７、６１、７２、９９，１００ 衝合部
２１ 補償リング ２３、４３、６４、７１ 凹部
４２ 突起部
８０ 軸受装置 ８１ 筐体
８３ 入力軸 ８４ 出力軸
８５、８６ 歯車 １０１ ハウジング
１０２、１０４ 軸端部

Claims (4)

1. 内周面に円すい体形状の軌道面を有する外輪と、
   外周面に円すい体形状の軌道面を有する内輪と、
   前記外輪及び内輪の間に転動自在に配置された円すい台形状の複数個のコロと、
   前記外輪又は外輪に形成され前記コロの大径端面に接触して該コロを案内する鍔と、
   前記コロを前記外輪及び内輪の間に保持する保持器と、
   前記外輪の外周面及び内輪の内周面に嵌設して該外輪及び内輪を所定位置に位置決めす保持部材と、
   前記保持部材の端面と前記外輪及び内輪の軸方向の外側面間に係着された補償リング部材と、
   を備え、異なる熱膨張係数を有する構造間に配置される円すいころ軸受であって、
   前記補償リング部材は構造の熱膨張差及び熱収縮差を補償し、前記の設定が広い温度範囲にわたり維持されるようにバネ力を有する材料から構成されたことを特徴とする円すいころ軸受。
2. 請求項１記載の円すいころ軸受において、
   前記補償リング部材は、前記外輪の大端面又は前記内輪大端面、前記外輪大端面又は前面内輪大端面の凹部又は溝部に設けられることを特徴とする円すいころ軸受。
3. 請求項１又は２記載の円すいころ軸受において、
   前記補償リングは皿バネ又は波バネであることを特徴とする円すいころ軸受。
4. 衝合部を有する筐体と、
   前記筐体内に設けられ、該筐体の材料とは異なる熱膨張係数を有する材料から構成されると共に前記衝合部と軸方向に離間して対向する衝合部を有する軸部材と、
   前記軸部材を前記筐体内に支持する少なくとも２つの円すいころ軸受とを有し、
   前記円すいころ軸受は、軸方向荷重及び径方向荷重の両方を収容する形状とされ、前記筐体及び前記軸部材の前記衝合部の間で互いに反対になるように該筐体及び該軸部材に取り付けられ、これにより、前記円すいころ軸受は前記軸部材を前記筐体内で軸方向及び径方向の両方に拘束し、
   前記円すいころ軸受は、前記衝合部の一方とは反対に向く端面をそれぞれ有する内輪及び外輪を有し、
   前記外輪及び内輪には、それぞれ軌道面が設けられ、該軌道面は互いに対向し、
   補償リング部材が、前記内輪及び外輪の一方の前記端面と、該端面が向いた前記衝合部との間に設けられた軸受装置において、
   補償リング部材を但持する前記内輪及び外輪の両端面間に配置され、前記補償リング部材が前記筐体内の温度変化に反応して、軸方向に変形した場合に互いに相対移動することができ、これにより、前記補償リング部材は前記軸部材と前記筐体との間の熱膨張差及び熱収縮差を補償することを特徴とする軸受装置。
   

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