JP2010096262A

JP2010096262A - 動力伝達装置用軸受ユニット

Info

Publication number: JP2010096262A
Application number: JP2008267303A
Authority: JP
Inventors: Hideki Koizumi; 秀樹小泉; Takashi Yamamoto; 高志山本
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2008-10-16
Filing date: 2008-10-16
Publication date: 2010-04-30

Abstract

【課題】針状ころ軸受の保持器に作用する摩擦力(回転方向の滑り摩擦)を軽減させることで、保持器の耐久性の向上を図ることを可能とする動力伝達装置用軸受ユニットを提供する。
【解決手段】主軸2、その軸心C2に対して偏心したクランク部Cpa,Cpbを備え、回転動力を被回転部材6a,6bへ伝達する動力伝達装置に用いられ、主軸を回転自在に支持する主軸軸受4a,4bと、これらの間に位置付けてクランク部に配設され、被回転部材を回転自在に支持するクランク部軸受(針状ころ軸受)8a,8bと、これら軸受の間に介在され、隣り合う軸受間隔を一定に保つ座金10a,10bを備えた動力伝達装置用軸受ユニットにおいて、針状ころ82a,82bの保持器84a,84bは、一対の円環部Rg1,Rg2と、これらの間の延設領域Rgaに周方向へ沿って配したポケットPtを有し、いずれか一方の円環部の側面Rs1を座金と接触させ、少なくともその側面に母材よりも摩擦係数の小さな樹脂による被膜Gcを形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、動力源から出力された回転動力を被回転部材へ伝達するための動力伝達装置に用いられる動力伝達装置用軸受ユニットの改良に関する。

従来から、モータなどの動力源から出力された回転動力を伝達するための機構(例えば、遊星歯車減速機構など)を備えた各種の動力伝達装置が知られている。
例えば、特許文献１には、クランク軸を有し、当該クランク軸が円錐ころ軸受と針状ころ軸受の二種類の軸受(それぞれ２つずつ、合計４つ)で回転自在に支持された動力伝達装置の構成が開示されている。この場合、２つの円錐ころ軸受は、その軸心が動力伝達装置と同心上に位置付けられ、２つの針状ころ軸受は、その軸心がこれらの円錐ころ軸受に対してそれぞれ偏心して位置付けられている。また、２つの針状ころ軸受は隣接して配置され、２つの円錐ころ軸受の間に位置付けられており、針状ころ軸受と円錐ころ軸受の間(二箇所)には、それぞれ座金が装着されている。かかる座金により、針状ころ軸受と円錐ころ軸受との間の距離(両軸受の間隔)が一定に保たれている。

ここで、動力伝達装置は、長期に亘ってクランク軸をスムーズに安定して回転させるために軸受潤滑されており、その潤滑法として、潤滑油による油浴や軸受内部へのグリース充填などが一般的に採用されている。そして、かかる潤滑効率の向上を図るべく、従来から様々な方策が講じられている。
一例として、特許文献１に開示された動力伝達装置においては、クランク軸を中空構造とし、針状ころ軌道面の中央部に潤滑油の吹き出し口となる細孔を形成し、針状ころへの潤滑油の円滑な供給を図り、潤滑の効率化を実現している。
また、例えば、特許文献２に開示された動力伝達装置においては、潤滑油としてナフテン系の鉱油を使用することで潤滑効率の向上を図り、結果としてトラクション係数を増大させ動力伝達の効率化を実現している。

このような動力伝達装置において、クランク軸を支持する針状ころ軸受に組み込まれた針状ころは、ラジアル方向(半径方向)への荷重を受けながら偏心揺動している。その際、針状ころの保持器と座金の軸方向すきまは、装置の制約上、ゼロ(すきまなし)の状態となっている。このため、回転中に軸方向への回転分力が生じた場合、当該分力は、針状ころを軸方向へ僅かながらも移動させる力として作用する。
例えば、図７(ａ)から(ｃ)に示す動力伝達装置において、右列の針状ころ５５が右方向へ移動しようとした場合、保持器(一例として、鋼板打ち抜き保持器を想定)５２と座金５３が接触するため、当該保持器５２の一部は僅かではあるが弾性変形を余儀なくされる。この場合、保持器５２と座金５３は、クランク軸５１の回転に伴って相互に滑りつつ、その接触位置を変化させるため、保持器５２の側面(軸方向平面)、並びに座金５３は、図８(ａ),(ｂ)に示すように、相互に受ける軸方向負荷を均一化させることが可能となるような形状をなしている。

また、保持器５２と座金５３は、クランク軸５１の回転時における座金５３の最内径位置の軌跡が、保持器５２の内径位置の軌跡よりも大きくなるような状態が必ず出現するように設計されている。換言すれば、保持器５２の内径部と座金５３の内径部によって挟まれた領域に形成される三日月状のすきま(以下、三日月状すきまという)が潤滑剤(一例として、潤滑油)を自由に流動可能な通路として常に確保され、これにより、針状ころ５５を長期に亘って滑らかに回転させ続けることが可能な構成としている。
特開２００６−３３６７０２号公報特開２００１−１７３７４３号公報

しかしながら、かかる三日月状すきまは、円周方向に十分な長さがあるものの、その一方で保持器５２と座金５３との間の間隔(図７(ｂ),(ｃ)に示す距離Ｌ１(以下、間隔Ｌ１という))が狭いため、いわゆるラビリンス構造によるシール効果(潤滑油流動抑制効果)が現れてしまう場合もある。したがって、例えば、潤滑油として表面張力が比較的大きなＰＡＧ(ポリアルキレングリコール)などを用いた場合、当該潤滑油が三日月状すきまをスムーズに流動せず、軸受が潤滑不良となる虞がある。なお、図９(ａ)から(ｄ)には、クランク軸５１が回転した場合における三日月状すきま(間隔Ｌ１)の位置変動が示されており、三日月状すきまは、図９(ａ)に示す位置から(ｂ)、(ｃ)、(ｄ)にそれぞれ示す位置を経て、再び(ａ)に示す位置へと戻る位置変動を、クランク軸５１の回転中において繰り返す。

この場合、例えば、座金５３の内径寸法を大きくし、これにより三日月状すきま(間隔Ｌ１)を拡大させることで、潤滑油の流動性を確保することは可能となる。しかしながら、座金５３は、クランク軸５１と円錐ころ軸受５６(具体的には、その内輪)の側面との間に挟み込まれることで位置決めされる構造となっているため(図８(ａ)参照)、座金５３の内径寸法を拡大した場合、クランク軸５１と円錐ころ軸受５６に挟まれる座金５３の接触面積が縮小されることとなる。その結果、座金５３の位置を固定しておくための保持力が不足し、クランク軸５１及び円錐ころ軸受５６と座金５３が分離してしまう虞があるため、座金５３の内径寸法を拡大させることには限界がある。
また、かかる動力伝達装置を組み立てる際には、クランク軸５１に対して座金５３を所定距離だけ偏心させて位置付け、この偏心状態を保ちつつ、当該座金５３をクランク軸５１と円錐ころ軸受５６との間に挟み込んで位置決め固定する必要がある。したがって、クランク軸５１と円錐ころ軸受５６に挟まれる座金５３の接触面積が縮小されると、当該座金５３を位置決め固定するための作業が煩雑となる。

さらに、動力伝達装置(針状ころ軸受)の回転中に生じた軸方向への回転分力によって針状ころが軸方向へ移動し、これに伴って保持器５２の側面５２ｓ(図８(ａ))が座金５３の平面５３ｓ(同図)と均一に接触する場合、当該保持器５２の内部に発生する座金５３との接触による曲げ応力はさほど大きくはない。しかしながら、例えば、負荷されるラジアル荷重の変動などにより針状ころ５５が傾いた状態で回転した場合、保持器５２が傾いた状態で座金５３と断続的に接触する(すなわち、接触状態と非接触状態とが不定間隔で繰り返される)こととなる。このように、保持器５２が傾いた状態で座金５３と断続的に接触した場合、当該保持器５２の側面５２ｓと座金５３の平面５３ｓにおいて、両者の周速度の違いから回転方向の滑り摩擦が繰り返し生じる。そして、かかる滑り摩擦を繰り返し受けることにより、保持器５２の特定部位(図８に矢印で示す部位)には曲げ応力が集中し、当該保持器５２がその回転中において弾性変形を繰り返すことで、前記曲げ応力の集中する特定部位に亀裂や破断などの損傷が生じる虞もある。

本発明は、このような課題を解決するためになされており、その目的は、針状ころ軸受の保持器に作用する摩擦力(回転方向の滑り摩擦)を軽減させることで、当該保持器の耐久性の向上(損傷に対する延命化)を図ることを可能とする動力伝達装置用軸受ユニットを提供することにある。

このような目的を達成するために、本発明に係る動力伝達装置用軸受ユニットは、動力源から回転動力が出力される主軸と、当該主軸の軸心に対して偏心したクランク部を備え、前記主軸へ出力された回転動力を前記クランク部を介して被回転部材へ伝達するための動力伝達装置に用いられ、前記主軸を回転自在に支持する少なくとも２つの主軸軸受と、当該主軸軸受の間に位置付けられるように前記クランク部に配設され、当該クランク部に対して被回転部材を回転自在に支持する複数のクランク部軸受と、前記主軸軸受と前記クランク部軸受との間に介在され、隣り合う主軸軸受とクランク部軸受の間隔を一定に保つための環状の座金とを備えている。かかる動力伝達装置用軸受ユニットにおいて、前記クランク部軸受は針状ころ軸受として構成されており、当該針状ころ軸受には、複数の針状ころを回転自在に保持する環状の保持器が備えられている。当該保持器は、所定間隔を空けて対向する一対の円環部と、これらの円環部間に周方向へ沿って配され、前記針状ころを挿入して保持するための複数のポケットを有し、いずれか一方の円環部の側面を前記座金と接触させており、その保持器表面のうち、少なくとも前記座金との接触側面には、当該保持器の母材よりも摩擦係数の小さな樹脂による被膜が形成されている。

この場合、前記座金は、前記主軸に配設されることで前記保持器に対して偏心して位置付けられているとともに、その外径部を周方向に沿って一部縮径させるように凹状に切り欠いて成る少なくとも１つの切欠部を有しており、当該切欠部の外周部位の最小径寸法が、前記保持器の内径寸法よりも小さく設定されている。
一例として、前記座金は、前記切欠部を複数有し、当該複数の切欠部を周方向に沿って等配させた構成とすることができる。

本発明の動力伝達装置用軸受ユニットによれば、保持器表面(一例として、座金との接触側面)に対して樹脂による被膜を形成することで、針状ころ軸受の保持器に作用する摩擦力(回転方向の滑り摩擦)を軽減させることができ、これにより、当該保持器の耐久性の向上(損傷に対する延命化)を図ることができる。
この結果、動力伝達装置の内部に充填された潤滑剤による潤滑と相まって、保持器を針状ころともに長期に亘ってスムーズに回転させ続けることができ、動力伝達装置用軸受ユニット、ひいては動力伝達装置を安定稼動させ、これらを長寿命化させることが可能となる。

以下、本発明の一実施形態に係る動力伝達装置用軸受ユニット(以下、単に軸受ユニットともいう)について、添付図面を参照して説明する。なお、本発明に係る軸受ユニットが用いられる動力伝達装置は、電動モータなどの動力源から回転出力が出力される主軸と、当該主軸の軸心に対して偏心したクランク部を備え、前記主軸へ出力された回転動力を前記クランク部を介して被回転部材(例えば、遊星歯車など)へ伝達するための装置として構成されており、自動車、産業用ロボット、工作機械及び搬送機械等に搭載される変速装置(一例として、遊星歯車減速装置)などを実用例として想定することができる。

図１(ａ)には、本実施形態に係る動力伝達装置用軸受ユニットの構成の一例が示されており、当該軸受ユニットには、主軸２を回転自在に支持する少なくとも２つの主軸軸受4a,4bと、当該主軸軸受4a,4bの間に位置付けられるようにクランク部Cpa,Cpbに配設され、当該クランク部Cpa,Cpbに対して被回転部材6a,6bを回転自在に支持する複数のクランク部軸受8a,8bと、主軸軸受4a,4bとクランク部軸受8a,8bとの間に介在され、隣り合う主軸軸受4a,4bとクランク部軸受8a,8bの間隔を一定に保つための環状の座金10a,10bとが備えられている。この場合、軸受ユニットは、動力伝達装置の内部へ充填された潤滑剤(潤滑油やグリース)により潤滑され、その構成部材(主軸軸受4a,4b、クランク部軸受8a,8b、座金10a,10bなど)の摩擦による摩耗や焼き付き、温度上昇などの防止が図られている。

クランク部Cpa,Cpbは、主軸軸受4a,4bによって挟まれた主軸２の所定部位を当該クランク部Cpa,Cpbの軸心Cac,Cbc周りに拡径させることで、当該主軸２の軸心Ｃ２に対して偏心した状態で配設されている。その際、図１(ａ)の左側に位置付けられているクランク部Ｃｐａは、主軸２の軸心Ｃ２に対して同図の上方向へ距離Ｃだけ軸心Ｃａｃを偏心した構成となっているのに対し、同図の右側に位置付けられているクランク部Ｃｐｂは、主軸２の軸心Ｃ２に対して同図の下方向へ距離Ｃだけ軸心Ｃｂｃを偏心した構成となっている。なお、クランク部Cpa,Cpbの主軸２の軸心Ｃ２に対する偏心距離は、同一であってもよいし、異なっていてもよい。

また、主軸軸受4a,4bは２つの円錐ころ軸受として構成されている。なお、図１(ａ)には、主軸２が２つの円錐ころ軸受4a,4bで支持される構成を一例として示しているが、かかる軸受は、自動調心ころ軸受や玉軸受などであってもよいし、３つ以上の軸受で主軸２を支持する構成としてもよい。
これに対し、クランク部軸受8a,8bは針状ころ軸受(以下、針状ころ軸受8a,8bという)として構成されている。

針状ころ軸受8a,8bは、外輪80a,80b、転動体(針状ころ)82a,82b及び保持器84a,84bを備えており、保持器84a,84bに設けた各ポケットＰｔ(図１(ｂ))に針状ころ82a,82bを１つずつ回転自在に保持した状態で、被回転部材6a,6bの内周面とクランク部Cpa,Cpbの外周面との間に組み付けられている。したがって、針状ころ軸受8a,8bは、その軸心(クランク部Cpa,Cpbの軸心Cac,Cbcと同心)を主軸２の軸心Ｃ２に対して距離Ｃだけ偏心させて位置付けられており、自身の軸心(すなわち、クランク部Cpa,Cpbの軸心Cac,Cbc)周りに針状ころ82a,82bを転動させる構造となっている。

図１(ｂ)に示すように、保持器84a,84bは、所定間隔を空けて対向する一対の円環部Rg1,Rg2と、これらの円環部Rg1,Rg2間に周方向へ沿って配され、針状ころ82a,82bを挿入して保持するための複数のポケットＰｔを有しており、いずれか一方の円環部の側面(一例として、円環部Ｒｇ１の側面Ｒｓ１)を座金10a,10b(具体的には、その軸方向の平面１０ｓ)と接触させている(図１(ａ)及び図２参照)。

この場合、円環部Rg1,Rg2は所定間隔を空けて対向する一対の円板状を成しており、当該円環部Rg1,Rg2の間には、それぞれの外径部から互いに対向する一方の円環部と近接する方向へ向かって、略円筒状に延設された領域(延設領域)Ｒｇａが連続している。当該延設領域Ｒｇａは、円板状を成す円環部Rg1,Rg2の外径部から徐々に縮径されるように傾斜した後、一定の径寸法のまま相互に連続されている。これにより、保持器84a,84bは、略一定の肉厚の板材を断面形状が略Ｍ字状を成すとともに、その全体形状が略円筒状を成すように成形した構成となっている。

そして、延設領域Ｒｇａに周方向へ沿って所定間隔(一例として、等間隔)に針状ころ82a,82bの輪郭形状よりも僅かに大きな周縁形状を成す貫通孔がポケットＰｔとして穿孔されている。別の捉え方をすれば、円環部Rg1,Rg2間の延設領域Ｒｇａ(空間領域)は、その領域を周方向へ沿って所定間隔(一例として、等間隔)で隔て、針状ころ82a,82bの輪郭形状よりも僅かに大きな周縁形状を成す開口(ポケットＰｔ)が形成されるように、複数の連結部Ｒｇｊによって連続されて構成されている。

ここで、保持器84a,84bの母材としては、炭素鋼を一例として想定することができ、炭素鋼の中でもＳＰＣＣ(一般冷間圧延鋼板)を最適例として想定することができるが、軸受ユニットが用いられる動力伝達装置の使用条件や使用態様などに応じ、例えば、ステンレス鋼や銅合金などとすることも可能であり、その材質は特に限定されない。
また、保持器84a,84bの成形方法は特に限定されず、保持器84a,84bの材質などに応じて周知の方法を任意に選択して用いることができる。その際、保持器84a,84b(円環部Rg1,Rg2及び延設領域Ｒｇａ)の肉厚、円環部Rg1,Rg2の内外径寸法、延設領域Ｒｇａの傾斜部分の傾斜角度や一定径部分の径寸法、及びポケットＰｔの大きさや形状などは、いずれも針状ころ軸受8a,8b(針状ころ82a,82b)の大きさや形状などに応じて任意に設定すればよいため、ここでは特に限定しない。
なお、図１(ｂ)に示す保持器構成は一例であって、保持器の構成は任意に変更することが可能である。例えば、所定間隔を空けて対向する一対の円環部と、当該円環部を連結するとともに、針状ころ82a,82bを保持するポケットを形成するための複数の柱部を備えることで、前記円環部間に周方向へ沿って複数のポケットを配するとともに、いずれか一方の円環部の側面を座金10a,10b(平面１０ｓ)と接触させる保持器構成としてもよい。

本実施形態において、かかる保持器84a,84bの表面のうち、少なくとも座金10a,10bとの接触側面(一例として、円環部Ｒｇ１の側面Ｒｓ１)には、当該保持器84a,84bの母材よりも摩擦係数の小さな樹脂による被膜が形成されている。その際、保持器84a,84bの表面に対して少なくとも座金10a,10bとの接触側面(円環部Ｒｇ１の側面Ｒｓ１)に樹脂被膜が形成されている限り、その形成範囲は当該保持器84a,84bの表面全体、あるいはその一部のいずれであってもよい。

一例として、図１(ｂ)には、座金10a,10bの平面１０ｓ(図２(ａ))との接触側面(別の捉え方をすれば、滑り摩擦面)である円環部Ｒｇ１の側面Ｒｓ１を含め、保持器84a,84bの表面全体に樹脂による被膜Ｇｃを形成した構成が示されている。この他にも、例えば、円環部Ｒｇ１の側面Ｒｓ１のみに樹脂被膜Ｇｃを形成した保持器84a,84bの構成や、保持器84a,84bの外側面のみに樹脂被膜Ｇｃを形成した構成などとすることも可能である。

なお、被膜Ｇｃを形成する樹脂は、当該被膜Ｇｃが保持器84a,84bと座金10a,10b(具体的には、側面Ｒｓ１と平面１０ｓ)との間に作用される摩擦力(回転方向の滑り摩擦)を軽減させることで、当該保持器84a,84bの内部に生じる曲げ応力を軽減することが可能であり、保持器84a,84bの耐久性の向上(損傷に対する延命化)を図ることが可能となる材質を有していれば、特に限定されない。

例えば、形成された被膜Ｇｃ(円環部Ｒｇ１の側面Ｒｓ１)の摩擦係数が保持器84a,84bの母材(炭素鋼などが想定可能)よりも小さく、さらに自己潤滑性を有するＰＴＦＥ(ポリテトラフルオロエチレン)やナイロンなどを被膜Ｇｃの形成樹脂として適用すればよい。これらの樹脂は優れた自己潤滑性を有しているため、針状ころ軸受8a,8bの潤滑性を効率よく向上させることができ、保持器84a,84bや針状ころ82a,82bのスムーズな回転に寄与することができる。また、回転摩擦によってこれらの樹脂摩耗粉が発生した場合であっても、その摩耗粉は硬くないため、外輪80a,80bの内周面や針状ころ82a,82bの表面(転動面)に傷などの損傷を生じさせ難く、さらには、潤滑剤の酸化劣化を促進させる作用も炭素鋼などの摩耗粉と比べて少ない。

さらに、被膜Ｇｃを形成する樹脂としては、上述したＰＴＦＥ(ポリテトラフルオロエチレン)やナイロンの他、ＰＰＳ(ポリフェニレンサルファイド)やＰＥＥＫ(ポリエーテルエーテルケトン)などを保持器84a,84bの材質などに応じて適宜使用することが可能である。その際、上述した各種の樹脂に対し、その補強材として、ＧＦ(Glass Fiber：硝子繊維)やＣＦ(Carbon Fiber：炭素繊維)などを添加してもよい。

また、保持器84a,84bに形成する樹脂被膜Ｇｃの厚さや被膜表面の粗さなども特に限定されず、保持器84a,84bの材質や大きさなどに応じて任意に設定すればよい。
なお、保持器84a,84bの表面に対して樹脂被膜Ｇｃを形成する方法は特に限定されず、周知の任意の方法を用いることができる。例えば、上述した各種の樹脂を加熱して液状化させた後、当該液状樹脂を保持器84a,84bの表面に対して噴射させ、これを乾燥固着させることで樹脂被膜Ｇｃを形成すればよい。あるいは、液状化させた樹脂槽へ保持器84a,84bを沈下し、液状樹脂に浸漬させることによって、当該液状樹脂を保持器84a,84bの表面にコーティング(塗着)させる。その後、保持器84a,84bにコーティング(塗着)させた樹脂を乾燥固着させることで、樹脂被膜Ｇｃを形成することもできる。なお、コーティング(塗着)後、乾燥固着させる前に、不要な部分のコーティング樹脂を除去する加工を行ってもよい。
いずれの方法を用いた場合であっても、樹脂被膜Ｇｃを形成する前に、樹脂のノリを良くするとともに、より強固に固着させるため、保持器84a,84bの表面に対し、必要に応じて被膜処理やめっき処理などを前処理として行ってもよい。

このように、保持器84a,84bの表面(円環部Ｒｇ１の側面Ｒｓ１)に樹脂被膜Ｇｃ、具体的には、その摩擦係数が保持器84a,84bの母材である炭素鋼の摩擦係数よりも小さく、自己潤滑性を有する樹脂製(ＰＴＦＥ製やナイロン製など)の被膜Ｇｃを形成することで、動力伝達装置の回転中、保持器84a,84bが傾いた状態で座金10a,10bと断続的に接触した(接触状態と非接触状態とが不定期で繰り返された)場合であっても、保持器84a,84bと座金10a,10b(具体的には、側面Ｒｓ１と平面１０ｓ)との間に作用される摩擦力(回転方向の滑り摩擦)を軽減させることができる。

この結果、保持器84a,84bの内部に生じる曲げ応力を軽減することができ、当該曲げ応力が当該保持器84a,84bの特定部位(図１(ｂ)に矢印で示す部位)に集中することを有効に回避することが可能となる。したがって、曲げ応力の集中による亀裂や破断などの損傷の発生を防止でき、保持器84a,84bの耐久性の向上(損傷に対する延命化)を図ることが可能となる。

ここで、動力伝達装置内部への潤滑剤の充填量は、内部空間容積の７０％から９０％程度が一般的であり、これよりも多いと装置外部へ漏洩し易く、少ないと潤滑不良となり易いことが経験的に知られている。ただし、潤滑剤の充填量は、２つの保持器84a,84bのうち、より垂直方向の高い位置にある保持器(図１(ａ)においては、保持器８４ａ)の内径面の最下部位置(同図に示すＺ位置)よりも油面が上位置となる(換言すれば、当該最下部位置が潤滑剤中へ浸沈する)だけの量とすることが好ましい。潤滑剤の充填量をこのような設定とすることで、保持器84a,84bが一回転する度に適正状態(温度や量など)の潤滑剤を常に保持器84a,84bの表面に付着させることが可能となる。

また、その際に充填される潤滑剤の種類や成分などは特に限定されず、動力伝達装置の使用条件や使用態様などに応じて任意の潤滑剤を選択すればよい。例えば、４０℃における動粘度が１０mm²/sから３００mm²/sに設定された鉱油系、エステル油系、エーテル油系、ＰＡＧ(ポリアルキレングリコール)系などの潤滑油や、鉱油系の基油とリチウム石けんを増ちょう剤としてなるグリースをＮＬＧＩ混和ちょう度がNo.00からNo.0となるように調整した液状グリースなどを適用することができる。

また、本実施形態において、座金10a,10bは、主軸２に配設されることで保持器84a,84bに対して偏心して位置付けられている。すなわち、座金10a,10bは、その軸心が主軸２の軸心Ｃ２と同心となるように位置付けられているため、図１(ａ)の左側に位置付けられている座金１０ａが、クランク部Ｃｐａの軸心Ｃａｃと同心をなす針状ころ軸受８ａの保持器８４ａに対して同図の下方向へ距離Ｃだけ偏心した構成となっている。これに対し、図１(ａ)の右側に位置付けられている座金１０ｂは、クランク部Ｃｐｂの軸心Ｃｂｃと同心をなす針状ころ軸受８ｂの保持器８４ｂに対して同図の上方向へ距離Ｃだけ偏心した構成となっている。
そして、主軸２に対してこのように配設された座金10a,10bは、主軸２の回転に伴って軸心Ｃ２周りに回転する構造となっている。

さらに、座金10a,10bは、図３(ａ)に示すように、その外径部を周方向に沿って一部縮径させるように凹状に切り欠いて成る少なくとも１つの切欠部１０ｖ(同図には、４つの切欠部１０ｖを９０度の位相差で等配した構成を示す)を有しており、当該切欠部１０ｖの最小径部位の径寸法(この場合、外径寸法(図５に示す距離Ｄ１))が保持器84a,84bの内径寸法(同図に示す距離Ｄ３)よりも小さく設定されている(Ｄ１＜Ｄ３)。
具体的には、切欠部１０ｖは、その外径寸法(図５に示す距離Ｄ１)をＤ１＜Ｄ３−２Ｃ−αなる関係式を満足するような値に設定した構成とすればよい。かかる関係式中、Ｃは保持器84a,84bの主軸２に対する偏心距離(図１(ａ))を示しているのに対し、αは調整パラメータを示しており、その値は特に限定されないが保持器84a,84bの内径寸法Ｄ３の５％程度(α＝０．０５×Ｄ３)に設定することが好ましい。
その際、座金10a,10bは、その最大外径寸法(図５の距離Ｄ２)をＤ２≒(Ｄ３＋Ｄ４)／２＋２Ｃなる関係式を満足するような値に設定した構成とすればよい。かかる関係式中、Ｄ４は保持器84a,84bの外径寸法(図５参照)を示している。

座金10a,10b及びその切欠部１０ｖをこのような寸法設定とすることで、当該座金10a,10bを軸心Ｃ２と同心をなして主軸２に配設した場合、座金10a,10bの最大外径周縁は、接触摺動する保持器84a,84b(具体的には、その円環部Ｒｇ１の側面Ｒｓ１)の外径周縁との差分距離が最小となる部位においても、当該座金10a,10bの最大外径周縁は保持器84a,84bのＰＣＤ(Pitch Circle Diameter)位置と略重なった状態となる。したがって、座金10a,10bから保持器84a,84bに対して作用される軸方向(図１(ａ)の左右方向)への荷重が均等となり、当該保持器84a,84bが傾いた状態で回転することがない。この結果、保持器84a,84bに対して繰り返し曲げ応力が作用することはほとんどなく、疲労による損傷の虞もない。

また、座金10a,10b及びその切欠部１０ｖを上述した寸法設定とすることで、保持器84a,84bの内径周縁と切欠部１０ｖの外径周縁との間の間隔(図４(ａ),(ｂ)に示す距離Ｌ２(以下、すきまＬ２という))を充分に確保することができる。このため、表面張力が比較的大きな潤滑剤(例えば、ＰＡＧ(ポリアルキレングリコール)など)を用いた場合であっても、すきまＬ２を介して当該潤滑剤をスムーズに流動させることができ、潤滑不良による保持器84a,84b及び座金10a,10bの摩耗や焼き付きなどを有効に防止することができる。

なお、図６(ａ)から(ｄ)には、主軸２及びそのクランク部Cpa,Cpbが回転した場合におけるすきまＬ２の位置変動が示されており、すきまＬ２は、図６(ａ)に示す位置から(ｂ)、(ｃ)、(ｄ)にそれぞれ示す位置を経て、再び(ａ)に示す位置へと戻る位置変動を主軸２の回転中において繰り返す。その際、すきまＬ２の大きさは、頂部(図４(ａ)に示すＳ１部)の位置が最も広く、底部(同、Ｓ３部)の位置が最も狭い。なお、側部(図４(ａ)に示すＳ２部とＳ４部)の２つのすきまＬ２の大きさは同一となっている。

ここで、すきまＬ２の大きさ(保持器84a,84bの内径周縁と切欠部１０ｖの外径周縁との間の間隔)、別の捉え方をすれば、切欠部１０ｖの大きさを拡大させることで、潤滑剤の流動性をさらに高めることは可能となる。ただし、切欠部１０ｖを過度に大きくした場合、切欠部１０ｖの外径寸法(図５に示す距離Ｄ１)が小さくなり、座金10a,10bの剛性(強度)の低下を招いてしまうため、座金10a,10bの剛性(強度)を考慮して最適な切欠部１０ｖの大きさを設定すればよい。一方、切欠部１０ｖの外径寸法(図５に示す距離Ｄ１)を大きくし、すきまＬ２を過度に小さくした場合、いわゆるラビリンス構造によるシール効果が現れ、潤滑剤の流動性の低下を招いてしまう虞がある。このため、すきまＬ２は最小でも０．５ｍｍ程度確保しておくことが好ましい(底部(図４(ａ)に示すＳ３部)の位置におけるすきまＬ２の寸法)。

なお、座金10a,10bの材質、並びに切欠部１０ｖの形状、数及び配置などは特に限定されず、任意に設定することができる。
例えば、図３(ａ)には、切欠部１０ｖの最小外周部位(外周部位のうち、径寸法が最小となる部位)を円弧状(いわゆるＲ状)とした座金10a,10bの構成(Ｒ形状の切欠部構成)を一例として示しているが、切欠部１０ｖの最小外周部位を同図(ｂ)に示すような直線状(いわゆる弦状)として座金10a,10bを構成してもよい(角形状の切欠部構成)。その際、各種形状の切欠部(Ｒ形状や角形状など)を混在させて座金10a,10bを構成してもよい。

また、図３(ａ)には、４つの切欠部１０ｖを９０度の位相差で等配した座金10a,10bの構成を一例として示しているが、３つ以下の切欠部(Ｒ形状や角形状など)を一定の位相差で等配して座金10a,10bを構成してもよいし、５つ以上の切欠部(Ｒ形状や角形状など)を一定の位相差で等配して座金10a,10bを構成してもよい。
座金10a,10bに対して切欠部１０ｖを等配する(一例として、９０度の位相差で４等配)することで、当該座金10a,10bとは偏心して回転する保持器84a,84bと接触摺動したとしても、平面１０ｓにおける円環部Ｒｇ１の側面Ｒｓ１との接触面積を略対称かつ略均等に保たれるようにすることが可能となる。これにより、保持器84a,84bの傾きを抑制させることができるだけでなく、当該保持器84a,84bにおける繰り返し曲げ応力の影響も抑制することができる。
ただし、切欠部(Ｒ形状や角形状など)は、一定の位相差による等配ではなく、所定の位相差で配設することも可能である。

以上のように、本実施形態に係る動力伝達装置用軸受ユニットによれば、座金10a,10bとの接触面(円環部Ｒｇ１の側面Ｒｓ１)を含む保持器82a,82bの表面全体に樹脂被膜Ｇｃ(その摩擦係数が保持器84a,84bの母材である炭素鋼(例えば、ＳＰＣＣ)の摩擦係数よりも小さく、自己潤滑性を有するＰＴＦＥ製やナイロン製などの被膜)を形成することで、動力伝達装置の回転中、保持器84a,84bと座金10a,10bとの間に作用される摩擦力(回転方向の滑り摩擦)を軽減させることができるとともに、保持器84a,84bの内部に生じる曲げ応力を軽減することができ、当該曲げ応力が当該保持器84a,84bの特定部位(図１(ｂ)に矢印で示す部位)に集中することを有効に回避することができる。
また、座金10a,10bに切欠部１０ｖを形成することで、動力伝達装置の内部に充填された潤滑剤の流動性が高められ、針状ころ84a,84b及び保持器82a,82bに対する潤滑剤の供給を活性化させることができる。
この結果、保持器84a,84bの耐久性の向上(損傷に対する延命化)が図られ、針状ころ84a,84b及び保持器82a,82bを長期に亘ってスムーズに回転させ続けることができ、動力伝達装置用軸受ユニット、ひいては動力伝達装置を安定稼動させ、これらを長寿命化させることが可能となる。

本発明の一実施形態に係る動力伝達装置用軸受ユニットの構成を示す図であって、(ａ)は、全体構成図、(ｂ)は、同図に示す動力伝達装置用軸受ユニットの針状ころを保持するための保持器の構成を示す図。図１に示す動力伝達装置用軸受ユニットの要部を拡大して示す図。座金の構成を示す図であって、(ａ)は、Ｒ形状をなす４つの切欠部を９０度の位相差で等配した構成を示す図、(ｂ)は、角形状をなす４つの切欠部を９０度の位相差で等配した構成を示す図。図１に示す動力伝達装置用軸受ユニットの断面構成を示す図であって、(ａ)は、図１の矢印１ａ１における断面構成図、(ｂ)は、図１の矢印１ａ２における断面構成図。針状ころ保持器と座金の相対的な構成を説明するための図。 (ａ)から(ｄ)は、主軸及びそのクランク部が回転した場合におけるすきま(針状ころ保持器の内径周縁と切欠部の外径周縁との間の間隔)の位置変動を示す図。従来の動力伝達装置用軸受ユニットの構成を示す図であって、(ａ)は、全体構成図、(ｂ)は、同図(ａ)の矢印８ａ１における断面構成図、(ｂ)は、同図(ａ)の矢印８ａ２における断面構成図。 (ａ)は、図７に示す動力伝達装置用軸受ユニットの要部を拡大して示す図、(ｂ)は、同図に示す動力伝達装置用軸受ユニットの針状ころを保持するための保持器の構成を示す図。 (ａ)から(ｄ)は、クランク軸が回転した場合における三日月状すきま(針状ころ保持器と座金との間の間隔)の位置変動を示す図。

符号の説明

２主軸
４ａ，４ｂ主軸軸受(円錐ころ軸受)
６ａ，６ｂ被回転部材
８ａ，８ｂクランク部軸受(針状ころ軸受)
１０ａ，１０ｂ座金
８２ａ，８２ｂ針状ころ
８４ａ，８４ｂ針状ころ保持器
Ｃ２主軸軸心
Ｃｐａ，Ｃｐｂクランク部
Ｐｔ保持器ポケット
Ｒｇ１，Ｒｇ２保持器円環部
Ｒｇａ保持器円環部間延設領域
Ｒｓ１保持器円環部側面

Claims

動力源から回転動力が出力される主軸と、当該主軸の軸心に対して偏心したクランク部を備え、前記主軸へ出力された回転動力を前記クランク部を介して被回転部材へ伝達するための動力伝達装置に用いられ、
前記主軸を回転自在に支持する少なくとも２つの主軸軸受と、当該主軸軸受の間に位置付けられるように前記クランク部に配設され、当該クランク部に対して被回転部材を回転自在に支持する複数のクランク部軸受と、前記主軸軸受と前記クランク部軸受との間に介在され、隣り合う主軸軸受とクランク部軸受の間隔を一定に保つための環状の座金とを備えた動力伝達装置用軸受ユニットであって、
前記クランク部軸受は針状ころ軸受として構成されており、当該針状ころ軸受には、複数の針状ころを回転自在に保持する環状の保持器が備えられ、
当該保持器は、所定間隔を空けて対向する一対の円環部と、これらの円環部間に周方向へ沿って配され、前記針状ころを挿入して保持するための複数のポケットを有し、いずれか一方の円環部の側面を前記座金と接触させており、
その保持器表面のうち、少なくとも前記座金との接触側面には、当該保持器の母材よりも摩擦係数の小さな樹脂による被膜が形成されていることを特徴とする動力伝達装置用軸受ユニット。
前記座金は、前記主軸に配設されることで前記保持器に対して偏心して位置付けられているとともに、その外径部を周方向に沿って一部縮径させるように凹状に切り欠いて成る少なくとも１つの切欠部を有しており、当該切欠部の外周部位の最小径寸法が、前記保持器の内径寸法よりも小さく設定されていることを特徴とする請求項１に記載の動力伝達装置用軸受ユニット。
前記座金は、前記切欠部を複数有しており、当該複数の切欠部が周方向に沿って等配されていることを特徴とする請求項２に記載の動力伝達装置用軸受ユニット。