JP2011094716A

JP2011094716A - スラストころ軸受

Info

Publication number: JP2011094716A
Application number: JP2009249802A
Authority: JP
Inventors: Takashi Noda; 隆史野田; Kenichi Shibazaki; 健一柴崎
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2009-10-30
Filing date: 2009-10-30
Publication date: 2011-05-12

Abstract

【課題】ころ１３に作用するスラスト荷重の径方向分力を小さくし、ころ１３の外径側端面と、軌道輪１１、１２の鍔部１１ｂ、１２ｂもしくは保持器１４との当接部の摩擦を低減して軸受のトルクを低減すると共に、前記当接部でのかじりや焼付きの発生を防止することを目的としている。
【解決手段】一対の軌道輪１１、１２と、前記一対の軌道輪１１、１２の軌道面１１ａ、１２ａの間に、転動自在に配置された複数のころ１３とを有するスラストころ軸受１０であり、前記ころ１３の転走面にフルクラウニングを施すとともに、前記ころ１３の転走面１３ａと前記軌道輪１１、１２の軌道面１１ａ、１２ａとの接触位置のうち少なくとも一箇所が、前記ころ１３の長手方向中心よりも、前記スラストころ軸受１０の径方向外側となるように、前記軌道面１１ａ、１２ａにクラウニングを施した。
【選択図】図１

Description

本発明は、回転体のスラスト荷重を支承するスラスト軸受に関するものであり、主に自動車や工作機械等の機械設備、より具体的には自動車用のトランスミッションやカーエアコン用コンプレッサ等の回転部分を支持するのに用いられるスラストころ軸受に関する。

スラストころ軸受は、主としてスラスト荷重を支える軸受であり、単純な構造で断面高さが低く省スペース化が可能である一方で、高負荷容量と高剛性が実現可能である等の種々の利点を備えた軸受である。このようなスラストころ軸受は、ころを両軌道輪の軌道面間に軸受中心軸に対して放射状に線接触する状態で配置しているので、ころと軌道面との周速度の差はころの両端部で最大となり、ころ外径に対してころ長さが長い針状ころほどその傾向が大きく、差動滑り（ころスキュー）も大きくなる。転がり運動の中で差動滑りが生じるとトルクは上昇し、更には油膜切れなどを起こして、金属接触からの焼き付きなどの可能性もでてくる。

一方、近年の機械や装置においては、低フリクション化の傾向と共にそれらに組み込まれるスラストころ軸受においても、回転トルクの低減化が要求されるようになってきている。そのような機械や装置の例として、例えば自動車用のエアコンプレッサやオートマチックトランスミッション等が挙げられる。このようなころの差動滑りに起因する回転トルクの増大を低減するべく、図１０に示すように、ころ７３の転走面をテーパ状とし、両軌道輪７１、７２の軌道面をころ７３の転走面に対応したテーパ状としたスラストころ軸受が提案されている
。

このスラストころ軸受７０では、ころ７３に作用するスラスト荷重の軸受径方向分力により、ころ７３が軸受径方向外方に押し出される。そのため、ころ７３を保持する保持器７４ところ７３の外径側端面との摺動摩擦により、トルクが増大したり、保持器の破損を引き起こす虞がある。また、このスラストころ軸受７０には、ころ７３に作用する前記軸受径方向分力により、ころ７３が脱落することを防止すべく、軌道輪７１、７２の外径側に、ころ７３の外径側端面と当接する鍔部７１ｂ、７２ｂが設けられている。このため、ころ７３の外径側端面と、鍔部７１ｂ、７２ｂとの摺動摩擦により、更にトルクが増大してしまったり、鍔部７１ｂ、７２ｂところ７３との当接部で焼付きやかじりが発生したりする等の虞もある。

これを解決する発明として、特許文献１には、軌道面の少なくとも一方を、軸受の中心軸線から離れるにつれて、前記一対の軌道面間の距離が近づくようなテーパ形状とし、ころに作用するスラスト荷重の径方向分力の向きを径方向内方となるようにしたスラストころ軸受が記載されている。しかしこのような構成では、転動体を円筒ころとした場合、軌道面ところ転走面との接触面積が少なくなり、面圧が上昇してしまう虞がある。また転動体を円錐ころとした場合には、円錐ころの転走面と軌道面との接触部におけるすべり量が大きくなり、かえってトルクが上昇してしまう可能性がある。

また、特許文献２には、図９に示すように、円錐ころ６３の転走面６３ａにフルクラウニングを施し、かつ、その転走面６３ａのテーパ角度を軌道輪６１の軌道面６１ａのテーパ角度よりも小さく設定することにより、円錐ころ６３に作用するスラスト荷重Ｆ_１−６の径方向分力Ｆ_２−６を低減しようとしたスラスト円錐ころ軸受６０が記載されている。しかしながら、円錐ころ６３に作用するスラスト荷重Ｆ_１−６は、常に軌道面６１ａに垂直な方向に働き、軌道面６１ａのテーパ角度は場所に依らず一定ため、その軸受径方向分力Ｆ_２−６は、ころ６３の転走面６３ａのテーパ形状を変えても変化せず、また、軸受内径側で前記転走面６３ａと前記軌道面６１ａが接触するため、軸受外径側で接触する場合と比較して、接触面積が小さいために、接触面圧が高くなるという問題があった。

特開２００４−３２４８４５特開２００６−２００６７２

本発明は、かかる従来技術の問題に鑑みてなされたものであり、ころに作用するスラスト荷重の軸受径方向分力を小さくし、ころの外径側端面と、軌道輪の鍔部もしくは保持器との当接部の摩擦を低減して軸受のトルクを低減すると共に、前記当接部でのかじりや焼付きの発生を防止することを目的としている。

本発明は、一対の軌道輪と、前記一対の軌道輪の軌道面の間に、転動自在に配置された複数のころとを有するスラストころ軸受であり、前記ころの転走面にフルクラウニングが施されるとともに、前記転走面と前記軌道面との接触位置のうち少なくとも一箇所が、前記ころの長手方向中心よりも、前記スラストころ軸受の径方向外方となるように、前記軌道面にクラウニングが施されていることを特徴とする。
また、上記のスラストころ軸受において、前記ころの面取を除くフルクラウニングの両端を結ぶ直線と、スラストころ軸受の軸線に直交する面とのなす角よりも、軌道面のクラウニングの両端を結ぶ直線と、スラストころ軸受の軸線に直交する面とのなす角が小さくなるように、前記転走面及び前記軌道面にクラウニングが施されていることを特徴とする。

本発明によれば、前記ころに作用するスラスト荷重の軸受径方向分力は、従来よりも小さくなる。したがって、前記ころは前記スラストころ軸受の軸受径方向外側に押し出され難くなるので、前記ころの外径側端面に当接するように軌道輪の外径側に設けられた鍔部、もしくは前記ころを転動自在に保持する保持器と、前記ころとの当接部における摺動摩擦が低減される。その結果、軸受のトルクが低減されると共に、前記当接部でのかじりや焼付きの発生を防止できる。

本発明に係るスラストころ軸受の第１実施形態の要部断面図である。図１においてスラスト荷重の分力の説明に供する図である。本発明に係るスラストころ軸受の第２実施形態の要部断面図である。本発明に係るスラストころ軸受の第３実施形態の要部断面図である。本発明に係るスラストころ軸受の第４実施形態の要部断面図である。図５においてスラスト荷重の分力の説明に供する図である。本発明に係るスラストころ軸受の第５実施形態の要部断面図である。図７においてスラスト荷重の分力の説明に供する図である。特許文献２に係るスラストころ軸受の要部断面図である。従来のスラストころ軸受の断面図である。

以下、図面を参照して、本発明に係るスラストころ軸受の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態の説明における「軸方向」、「径方向」、「外径側」等の語句は、特に断りがない限り、スラストころ軸受の軸方向、径方向、外径側等を示すこととする。

（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態に係るスラストころ軸受１０の要部断面図である。本実施形態に係るスラストころ軸受１０は、一対の軌道輪１１、１２と、その間に転動自在に配置された複数の円錐ころ１３と、前記円錐ころ１３を保持する保持器１４とからなる。前記軌道輪１１、１２は、軸方向に対向する軌道面１１ａ、１２ａをそれぞれ備え、軌道輪１１、１２の外径側端面には、軸方向内方に突出した鍔部１１ｂ、１２ｂが設けられている。

前記円錐ころ１３の転走面１３ａにはフルクラウニングが施されている。また、円錐ころ１３の長手方向中心位置よりもスラストころ軸受１０の外径側に、前記転走面１３ａと前記軌道面１１ａ、１２ａの当接部が位置するように、軌道面１１ａ、１２ａにも凹状のクラウニングが施されている。すなわち、図２に示すように、円錐ころ１３の面取を除くフルクラウニングの両端Ａ、Ｂを結ぶ直線ＡＢと、スラストころ軸受１０の軸線に直交する面Ｓとのなす角よりも、軌道面１１（１２）のクラウニングの両端Ｃ、Ｄを結ぶ直線ＣＤと、スラストころ軸受１０の軸線に直交する面Ｓとのなす角が小さくなるように、前記転走面１３ａ及び前記軌道面１１ａ、１２ａにクラウニングが施されている。

以上のような構成としたスラストころ軸受１０の作用について、図２を用いて説明する。スラストころ軸受１０に付与されるスラスト荷重をＦｓとしたときに、軌道面１１ａ（１２ａ）ところ１３との接触部における法線方向の反力、つまり円錐ころ１３に負荷される荷重Ｆ_１−１、及びＦ_１−１の径方向分力Ｆ_２−１は、以下の式で表せる。
Ｆ_１−１＝Ｆｓ／ｃｏｓθ （１）
Ｆ_２−１＝Ｆｓ・ｔａｎθ （２）

ここで、角度θは、前記転走面１３ａと前記軌道面１１ａ（１２ａ）との接触部における両者の共通接線Ｘと、スラストころ軸受１０の軸線に直交する面Ｓとがなす角である。上記の式（１）及び（２）からわかるように、θが小さいほど、この径方向分力Ｆ_２−１は小さくなる。

参考のために、図１０に示したクラウニングがないテーパ状の軌道面６１と、本実施形態と同様のクラウニングが施された円錐ころ６３を有する特許文献２のスラスト円錐ころ軸受６０と比較する。この場合、同じスラスト荷重Ｆｓが負荷された場合でも、図１０に示すように、本実施形態の円錐ころ１３と比較して、前記角度θが大きくなっており、より大きい径方向分力Ｆ_２−６が円錐ころ６３に作用することがわかる。

このように、本実施形態に係るスラストころ軸受１０では、スラストころ軸受１０にスラスト荷重Ｆｓが負荷された際に円錐ころ１３に作用する荷重の径方向分力Ｆ_２−１が従来構造と比較して小さくなる。そのため、円錐ころ１３が径方向外方へ押し出され難くなり、円錐ころ１３から保持器１４もしくは鍔部１１ｂ、１２ｂに作用する力が減少する。したがって、円錐ころ１３と、保持器１４もしくは鍔部１１ｂ、１２ｂとの当接部の摺動摩擦が低減され、軸受のトルクが低減されると共に、前記当接部でのかじりや焼付きの発生を防止できる。

次に他の実施形態について記載する。なお、第１実施形態と同一または同等部分については、図面に同一符号を付してその説明を省略或いは簡略化する。

（第２実施形態）
図３は、本発明の第２実施形態に係るスラストころ軸受２０の要部断面図である。本実施形態に係るスラストころ軸受２０では、第１実施形態と同様に、円錐ころ１３の転走面１３ｂにはフルクラウニングが施されている。また、円錐ころ１３の長手方向中心位置よりもスラストころ軸受２０の外径側に、軌道輪２１、２２の有する軌道面２１ａ、２２ａと円錐ころ１３の転走面１３ａとの接触部が位置するように、軌道面２１ａ、２２ａにも凸状のクラウニングが施されている。

このような構成により、円錐ころ１３に作用する荷重の径方向分力が従来構造と比較して小さくなる。そのため、円錐ころ１３が径方向外方へ押し出され難くなり、円錐ころ１３から保持器１４もしくは鍔部２１ｂ、２２ｂに作用する力が減少する。したがって、円錐ころ１３と、保持器１４もしくは鍔部２１ｂ、２２ｂとの当接部の摺動摩擦が低減され、軸受のトルクが低減されると共に、前記当接部でのかじりや焼付きの発生を防止できる。

（第３実施形態）
図４は、本発明の第３実施形態に係るスラストころ軸受３０の要部断面図である。このスラストころ軸受３０の円錐ころ１３の転走面１３ａ、及び軌道輪３１、３２の軌道面３１ａ、３２ａには、第１実施形態と同様のクラウニングが施されており、更に軌道輪３１、３２は鍔部を設けずに、円錐ころ１３に作用する荷重の径方向分力を保持器１４で支える構成としている。

前述した通り、円錐ころ１３の転走面１３ｂにフルクラウニングを施し、円錐ころ１３の長手方向中心よりもスラストころ軸受３０の外径側に、前記転走面１３ａと前記軌道面３１ａ、３２ａの接触部が位置するように、軌道面１１ａ、１２ａにも凹状のクラウニングを施したことにより、円錐ころ１３に作用する荷重の径方向分力が従来構造と比較して小さくなる。したがって、図４に示すように、軌道輪３１、３２の鍔部を省略することが可能となる。これにより、軌道輪の加工が簡略化されるため、安価に軸受の低トルク化を実現することが可能となる。

（第４実施形態）
図５、図６は、本発明の第４実施形態に係るスラストころ軸受４０の要部断面図である。このスラストころ軸受４０は、たる型のころ４３を備えており、ころ４３の転走面４３ａにはフルクラウニングが施されている。また、ころ４３の長手方向中心よりもスラストころ軸受４０の外径側に、軌道輪４１、４２の軌道面４１ａ、４２ａと前記転走面４３ａとの接触部が位置するように、前記軌道面４１ａ、４２ａにも凹状のクラウニングが施されている。前記転走面４３ａ及び前記軌道面４１ａ、４２ａのクラウニングは、スラストころ軸受４０の軸線に対し径方向内側に傾く接線Ｙを有して、前記転走面４３ａと前記軌道面４１ａ、４２ａが接触するような形状となっている。

このような構成とすることにより、ころ４３に作用する荷重Ｆ_１−４の径方向分力Ｆ_２−４は径方向内方に作用する。このため、スラストころ軸受４０の回転時、ころ４３に作用する遠心力に対し前記径方向分力Ｆ_２−４は抗すこととなり、保持器１４に負荷される荷重をより小さくすることが可能となる。したがって、円錐ころ４３と、保持器１４との当接部における摺動摩擦が低減され、軸受のトルクが低減されると共に、前記当接部でのかじりや焼付きの発生を防止できる。また、本実施形態の構成では、ころ４３に作用する荷重Ｆ_１−４の径方向分力Ｆ_２−４が極めて小さく、ころ４３の脱落の可能性が極めて低いので、保持器１４を用いずに、スペーサ等を用いてころ４３の間隔を保持することもできる。この場合には、保持器１４との当接部による摩擦がなくなるので、よりトルクを低く抑えることが可能となる。

（第５実施形態）
図７、図８は、本発明の第５実施形態に係るスラストころ軸受５０の要部断面図である。このスラストころ軸受５０は、たる型のころ５３を備えており、ころ５３の転走面５３ａには、ころ５３の長手方向左右対称にフルクラウニングが施されている。また、ころ５３の長手方向中心よりもスラストころ軸受５０の外径側と内径側にそれぞれ１箇所ずつ、軌道輪５１、５２の軌道面５１ａ、５２ａと前記転走面５３ａとの接触部が位置するように、前記軌道面５１ａ、５２ａにも凹状のクラウニングが施されている。

前記転走面５３ａ及び前記軌道面５１ａ、５２ａのクラウニングは、スラストころ軸受５０の軸線に対し、ころ５３の長手方向中心よりもスラストころ軸受５０の外径側に位置する接触部は径方向内方に傾く接線Ｚを有し、ころ５３の長手方向中心よりもスラストころ軸受５０の内径側に位置する接触部は径方向外方に傾く接線Ｚ′を有して、前記転走面５３ａと前記軌道面５１ａ、５２ａとが接触するような形状となっている。

このような構成とすることにより、ころ５３に作用する荷重Ｆ_１−５、Ｆ_１−５′の径方向分力Ｆ_２−５、Ｆ_２−５′が、径方向内方及び外方に同じだけ向くので、スラストころ軸受５０にスラスト荷重Ｆｓが付与された際、ころ５３に負荷される荷重Ｆ_１−５、Ｆ_１−５′の径方向分力Ｆ_２−５、Ｆ_２−５′は相殺することとなる。その結果、保持器１４に負荷される荷重をより小さくすることが可能となる。したがって、円錐ころ５３と、保持器１４との当接部の摺動摩擦が低減され、軸受のトルクが低減されると共に、前記当接部でのかじりや焼付きの発生を防止できる。

なお、本実施形態では前記転走面５３ａのクラウニング形状を、ころ５３の軸方向左右対称としたが、スラストころ軸受５０の回転時にころ５３に作用する遠心力を考慮し、スラストころ軸受５０の外径側から径方向内方に向く分力Ｆ_２−５が大きくなるように調整する等しても良い。

以上の第１〜第５実施形態において、軌道面の形状を、軌道面全体にクラウニングを施した形状としているが、本発明の実施形態はこれに限るものではなく、ころの転走面にフルクラウニングが施されており、かつ、ころの長手方向中心よりもスラストころ軸受の外径側に、前記転走面と前記軌道面との接触位置のうち少なくとも一箇所が位置するように、軌道面にクラウニングが施されていればよい。

１０スラストころ軸受
１１、１２軌道輪
１１ａ、１２ａ軌道面
１１ｂ、１２ｂ鍔部
１３ころ
１３ａ転走面
１４保持器

Claims

一対の軌道輪と、前記一対の軌道輪の軌道面の間に、転動自在に配置された複数のころとを有するスラストころ軸受において、
前記ころの転走面にフルクラウニングが施されるとともに、前記転走面と前記軌道面との接触位置のうち少なくとも一箇所が、前記ころの長手方向中心よりも、前記スラストころ軸受の径方向外方となるように、前記軌道面にクラウニングが施されていることを特徴とするスラストころ軸受。
請求項１に記載のスラストころ軸受において、
前記ころの面取を除くフルクラウニングの両端を結ぶ直線と、スラストころ軸受の軸線に直交する面とのなす角よりも、軌道面のクラウニングの両端を結ぶ直線と、スラストころ軸受の軸線に直交する面とのなす角が小さくなるように、前記転走面及び前記軌道面にクラウニングが施されていることを特徴とするスラストころ軸受。