JP2008169974A - 円錐ころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】負荷容量が大きくて、かつ、トルクを大幅に低減できる円錐ころ軸受を提供すること。
【解決手段】円錐ころ３の中心軸における中点Ｐ０のピッチ円径をＰ［ｍｍ］とし、外輪１と内輪２との間に配置されている円錐ころ３の数をｚとし、中点Ｐ０を通ると共に円錐ころ３の中心軸に垂直である円錐ころ３の断面における直径をｄ［ｍｍ］とし、外輪１の中心軸を含む断面において、外輪１の中心軸と外輪１の円錐軌道面とがなす角のうち９０°以下である角をα［°］とするとき、０.８≦ｄ／（π・Ｐ／ｚ）にし、かつ、２３°≦α≦３０°にする。
【選択図】図２

Description

本発明は、円錐ころ軸受に関する。本発明は、特に、ディファレンシャルギヤ装置、トランスアクスル装置またはトランスファ装置等のピニオン軸を有する車両用ピニオン軸支持装置の上記ピニオン軸を回動自在に支持するのに使用されれば好適な円錐ころ軸受に関する。

従来、円錐ころ軸受としては、特開２００５−１８８７３８号公報（特許文献１）に記載されているものがある。

この円錐ころ軸受は、内輪、外輪および複数の円錐ころを備える。この円錐ころ軸受は、周方向に隣接する二つの円錐ころの周方向の距離を、短くすることにより、円錐ころ軸受の負荷容量を向上させるようにしている。

しかしながら、上記従来の円錐ころ軸受では、周方向に隣接する二つの円錐ころの周方向の距離が短いから、軸受内に流入した潤滑オイルの流れが円錐ころによって妨げされて、軸受内に流入した潤滑オイルが、軸受外に流出しにくくなって、すなわち、軸受内に流入した潤滑オイルが軸受内に滞留し易くなって、この軸受内に滞留した潤滑オイルの攪拌抵抗が大きくなって、トルクが大きくなることを避けがたい。

一方、上記攪拌抵抗を低減するために、隣接する円錐ころの周方向の距離を過度に大きくすると、円錐ころ軸受の負荷容量が小さくなることを避けがたい。
特開２００５−１８８７３８号公報

そこで、本発明の課題は、負荷容量が大きくて、かつ、トルクを大幅に低減できる円錐ころ軸受を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の円錐ころ軸受は、
円錐軌道面を有する内輪と、
円錐軌道面を有する外輪と、
上記外輪の上記円錐軌道面と上記内輪の上記円錐軌道面との間に配置された複数の円錐ころと、
上記円錐ころを周方向に所定間隔で転動自在に保持する保持器と
を備え、
上記円錐ころの中心軸の中点のピッチ円径をＰ［ｍｍ］とし、上記外輪と上記内輪との間に配置されている上記円錐ころの数をｚとし、上記中点を通ると共に上記円錐ころの中心軸に垂直である上記円錐ころの断面における上記円錐ころの直径をｄ［ｍｍ］とし、上記外輪の中心軸を含む断面において、上記外輪の中心軸と上記外輪の上記円錐軌道面とがなす角をα［°］とするとき、
０.８≦ｄ／（π・Ｐ／ｚ）、
かつ、２３°≦α≦３０°
であることを特徴としている。

上記外輪の中心軸を含む断面において、上記外輪の中心軸と上記外輪の上記円錐軌道面とがなす角は、θを０°以上かつ１８０°よりも小さい角としたとき、θ°と、（１８０−θ）°の二つある（θが９０°のときは一つ）が、上記αを、上記外輪の中心軸を含む断面において、上記外輪の中心軸と上記外輪の上記円錐軌道面とがなす角のうちで９０°以下の方として定義する。また、上記外輪の円錐軌道面に円弧クラウニング等のクラウニングが施されている場合、上記断面における上記外輪の上記円錐軌道面の線を、上記断面における上記外輪の上記円錐軌道面の線に接する接線のうちで、最も上記αが大きくなる接線として定義する。

また、上記中心軸の中点とは、上記中心軸の円錐ころの二つの軸方向の端面に挟まれた部分における中点をさすものとする。

本発明者は、円錐ころの中心軸の中点でのピッチ円径をＰ［ｍｍ］とし、外輪と内輪との間に配置されている円錐ころの数をｚとし、上記中点を通ると共に円錐ころの中心軸に垂直である円錐ころの断面における直径をｄ［ｍｍ］とし、外輪の中心軸を含む断面において、外輪の中心軸と外輪の上記円錐軌道面とがなす角をα（≦９０）［°］としたとき、ｄ／（π・Ｐ／ｚ）＝０.７６である一般標準品の円錐ころ軸受と比較して、周方向に隣接する二つの円錐ころの周方向の距離を短くして、具体的には、０.８≦ｄ／（π・Ｐ／ｚ）として、円錐ころ軸受の負荷容量を大きくしても、上記αを、α＝２０°である一般標準品と比較して大きな値である２３°≦αに設定すれば、外輪の円錐軌道面のポンプ効果を増大させることができて、軸受内に流入した潤滑オイルを、軸受外に円滑に流出させることができて、一般標準品に対して攪拌抵抗を、０.８以下に急激に低減することができることを発見した。また、α＞３０°である場合に、支持剛性が低下する一方、α≦３０°である場合、支持剛性を問題がないものにすることができることを実験により発見した。

本発明によれば、０.８≦ｄ／（π・Ｐ／ｚ）であるから、一般標準品よりも負荷容量を大きくすることができて、回転軸を安定に支持することができる。

また、本発明によれば、２３°≦α≦３０°であるから、軸受内に流入した潤滑オイルを、軸受外に円滑に流出させることができて、一般標準品に対して攪拌抵抗を、０.８以下に低減することができると共に、支持剛性を問題がないものにすることができる。

また、一実施形態では、上記内輪の中心軸を含む断面において、上記内輪の中心軸と上記内輪の上記円錐軌道面とがなす角をβ［°］とするとき、１６°≦β≦２０°である。

上記内輪の中心軸を含む断面において、上記内輪の中心軸と上記内輪の上記円錐軌道面とがなす角は、γを０°以上かつ１８０°よりも小さい角としたとき、γ°と、（１８０−γ）°の二つある（γが９０°のときは一つ）が、上記βを、上記外輪の中心軸を含む断面において、上記外輪の中心軸と上記外輪の上記円錐軌道面とがなす角のうちで９０°以下の方として定義する。また、上記内輪の円錐軌道面に円弧クラウニング等のクラウニングが施されている場合、上記断面における上記内輪の円錐軌道面の線を、上記断面における上記内輪の上記円錐軌道面に接する接線のうちで、最も上記βが大きくなる接線として定義する。

本発明者は、本発明において、１６°≦β≦２０°とすると、トルクを更に低減させることができると共に、支持剛性を向上させることができて好ましいことを実験により発見した。

上記実施形態によれば、１６°≦β≦２０°であるから、トルクを更に低減させることができると共に、支持剛性を向上させることができる。

本発明の円錐ころ軸受によれば、０.８≦ｄ／（π・Ｐ／ｚ）であるから、一般標準品（ｄ／（π・Ｐ／ｚ）＝０.７６、α＝２０°、かつ、β＝１５°）の円錐ころ軸受よりも負荷容量を大きくすることができて、回転軸を安定に支持することができる。

また、本発明の円錐ころ軸受によれば、２３°≦α≦３０°であるから、軸受内に流入した潤滑オイルを、軸受外に円滑に流出させることができて、一般標準品と対比した場合において、本発明の円錐ころ軸受のトルクを、一般標準品のトルクの８０％以下に低減することができると共に、支持剛性を問題がないものにすることができる。

以下、本発明を図示の形態により詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態の円錐ころ軸受の軸方向の断面図である。ここで、図１は、外輪１の中心軸を通る断面図でもあり、内輪２の中心軸を通る断面図でもある。図１において、参照番号４０は、外輪１の中心軸に平行な線を示し、参照番号４１は、内輪２の中心軸に平行な線を示している。

この円錐ころ軸受は、ディファレンシャルギヤ装置、トランスアクスル装置、または、トランスファ装置等の車両用ピニオン軸支持装置（図示せず）のピニオン軸を、その車両用ピニオン軸支持装置のハウジングに対して回転自在に支持している。

この円錐ころ軸受は、外輪１、内輪２、複数の円錐ころ３、および、保持器５を備える。

外輪１は、円錐軌道面１１を有する一方、内輪２は、円錐軌道面１２と、この円錐軌道面１２の小径側に位置する小鍔部１３と、円錐軌道面１２の大径側に位置する大鍔部１４とを有する。潤滑オイルの一例としての車両用ピニオン軸支持装置内のギヤオイルが、外輪１と内輪２の間における内輪２の円錐軌道面１２の小径側の開口から内輪２の円錐軌道面１２の大径側の開口に流動するようになっている。

上記円錐ころ３は、円形状の第１端面３０と、円形状の第２端面３１とを有する。上記第２端面３１は、軸方向（正確には内輪２の軸方向）において第１端面３０よりも内輪２の円錐軌道面１２の大径側に位置している。上記第２端面３１の直径は、第１端面３０の直径よりも大きくなっている。上記複数の円錐ころ３は、外輪１の円錐軌道面１１と、内輪２の円錐軌道面１２との間に、保持器５によって保持された状態で、周方向に互いに間隔をおいて配置されている。尚、図１において、Ｐ０は、円錐ころ３の中心軸上の点であって、かつ、円錐ころ３の第１端面３０と第２端面３１との中点である。

上記保持器５は、第１環状部２０と、第２環状部２１と、複数の柱部（図示しない）とからなっている。上記第２環状部２１は、軸方向において第１環状部２０よりも内輪２の円錐軌道面１２の大径側に位置している。上記各柱部は、第１環状部２０と、第２環状部２１とを連結している。上記複数の柱部は、第１環状部２０の周方向に互いに間隔をおいて配置されている。上記第１環状部２０、第２環状部２１、および、周方向に隣接する二つの柱部で囲まれた部分は、円錐ころ３が収容されるポケットになっている。

上記外輪１の軸方向の中心軸を通る断面図、すなわち、図１において、αで示された外輪１の中心軸と外輪１の円錐軌道面１１とがなす角は、２５°になっている。また、図１にβで示された内輪２の中心軸と内輪２の円錐軌道面１２とがなす角は、１８°になっている。

図２は、円錐ころ３の第１端面３０と第２端面３１との中点Ｐ０を通ると共に、上記円錐ころ３の中心軸に垂直な断面を示す図である。

円錐ころ３の中心軸における第１端面３０と第２端面３１との中点Ｐ０のピッチ円径（ピッチ円の直径）をＰ［ｍｍ］とし、外輪１の円錐軌道面１１と内輪２の円錐軌道面１２との間に配置されている円錐ころ３の数をｚとし、上記中点Ｐ０を通ると共に円錐ころ３の中心軸に垂直である円錐ころ３の断面における直径をｄ［ｍｍ］（図２参照）としたとき、０.８≦ｄ／（π・Ｐ／ｚ）≦０.９７になっている。

ｄ／（π・Ｐ／ｚ）が０.９７よりも大きくなるとαの値を大きくしなければ、トルクの低減を実現できなくなる。そのため、ｄ／（π・Ｐ／ｚ）≦０.９７が成立することが好ましい。尚、図２において、Ｄは、周方向の長さを示し、具体的には、Ｄ＝π・Ｐ／ｚ［ｍｍ］である。

本発明者は、ｄ／Ｄ（ここで、Ｄ＝π・Ｐ／ｚ［ｍｍ］）、α［°］、および、β［°］を変動させた多数の円錐ころ軸受の夫々において、回転軸を支持する際の支持剛性を調査した。

その結果、０.７≦ｄ／Ｄ＜０.８の円錐ころ軸受は、負荷容量が一般標準品（以下、一般標準品を、ｄ／Ｄ＝０.７６、α＝２０°かつβ＝１５°の円錐ころ軸受とする）の負荷容量と比して、殆ど変化しなくて、負荷容量の改善が殆ど見られなかった一方、０.８≦ｄ／Ｄの円錐ころ軸受は、負荷容量が一般標準品の負荷容量と比して、１０％以上大きくなって、負荷容量を格段に大きくすることができた。

また、本発明者は、ｄ／Ｄ（ここで、Ｄ＝π・Ｐ／ｚ［ｍｍ］）、α［°］、および、β［°］を変動させた多数の円錐ころ軸受の夫々において、トルクを調査した。

表１は、βを１６［°］に固定する一方、ｄ／Ｄおよびαを変動させた多数の円錐ころ軸受における、トルクと、支持剛性の調査結果であり、表２は、０.８≦ｄ／Ｄ、かつ、２３°≦α≦３０°という条件の下で、βを変動させたときの、トルクおよび支持剛性の調査結果である。
［表１］

［表２］

尚、上記表１および表２において、トルク比は、上記一般標準品のトルクに対するトルク比を示している。

上記表１に示すように、実験では、αが大きくなるにしたがって、トルク比が小さくなっている。したがって、αの値は、大きければ大きい程良いように思われる。しかしながら、αの値が３０°以下の場合では、円錐ころ軸受の仕様によらず、使用に問題がない支持剛性が得られたのに対し、αの値が３０°よりも大きくなると、円錐ころ軸受の仕様によっては、支持剛性が急激に低下して、回転軸を安定に支持することができなかった。

また、表１に示すように、０.７≦ｄ／Ｄ＜０.８において、αが２３°よりも小さくなると、トルクを低減することができなかった。

また、表２に示すように、実験では、βが大きくなるにしたがって、トルク比が小さくなっている。したがって、βの値は、大きければ大きい程良いように思われる。しかしながら、βの値が２０°以下の場合では、円錐ころ軸受の仕様によらず、使用に問題がない支持剛性が得られたのに対し、βの値が２０°よりも大きくなると、円錐ころ軸受の仕様によっては、支持剛性が急激に低下して、回転軸を安定に支持することができなかった。

上記実施形態の円錐ころ軸受によれば、０.８≦ｄ／（π・Ｐ／ｚ）であるから、上記一般標準品よりも負荷容量を大きくすることができて、回転軸を安定に支持することができる。

また、上記実施形態の円錐ころ軸受によれば、２３°≦α≦３０°であるから、軸受内に流入した潤滑オイル（ギヤオイル）を、軸受外に円滑に流出させることができて、上記一般標準品に対して攪拌抵抗を、０.８以下に急激に低減することができると共に、支持剛性を問題がないものにすることができる。

また、上記実施形態の円錐ころ軸受によれば、１６°≦β≦２０°であるから、トルクを更に低減させることができると共に、支持剛性を向上させることができる。ギヤオイル等比較的粘度が高い潤滑油を多量に使用する潤滑条件で特に効果的である。

尚、上記実施形態の円錐ころ軸受では、α＝２５°であったが、上で説明したように、２３°≦α≦３０°の範囲であれば、上記実施形態と同様の作用効果を獲得できる。また、上記実施形態の円錐ころ軸受では、β＝１８°であったが、上で説明したように、１６°≦β≦２０°の範囲であれば、上記実施形態と同様の作用効果を獲得できる。

本発明の一実施形態の円錐ころ軸受の軸方向の断面図である。 円錐ころの中心軸における円錐ころの軸方向の二つの端面の中点を通ると共に、円錐ころの中心軸に垂直な断面を示す図である。

符号の説明

１ 外輪
２ 内輪
３ 円錐ころ
５ 保持器
１１ 外輪の円錐軌道面
１２ 内輪の円錐軌道面
１３ 小鍔部
１４ 大鍔部
２０ 第１環状部
２１ 第２環状部
３０ 第１端面
３１ 第２端面

Claims (2)

1. 円錐軌道面を有する内輪と、
   円錐軌道面を有する外輪と、
   上記外輪の上記円錐軌道面と上記内輪の上記円錐軌道面との間に配置された複数の円錐ころと、
   上記円錐ころを周方向に所定間隔で転動自在に保持する保持器と
   を備え、
   上記円錐ころの中心軸の中点のピッチ円径をＰ［ｍｍ］とし、上記外輪と上記内輪との間に配置されている上記円錐ころの数をｚとし、上記中点を通ると共に上記円錐ころの中心軸に垂直である上記円錐ころの断面における上記円錐ころの直径をｄ［ｍｍ］とし、上記外輪の中心軸を含む断面において、上記外輪の中心軸と上記外輪の上記円錐軌道面とがなす角をα［°］とするとき、
   ０.８≦ｄ／（π・Ｐ／ｚ）、
   かつ、２３°≦α≦３０°
   であることを特徴とする円錐ころ軸受。
2. 請求項１に記載の円錐ころ軸受において、
   上記内輪の中心軸を含む断面において、上記内輪の中心軸と上記内輪の上記円錐軌道面とがなす角をβ［°］とするとき、
   １６°≦β≦２０°であることを特徴とする円錐ころ軸受。

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