JP5583460B2 - トランスミッション用軸受 - Google Patents

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Description

この発明は、例えば、自動車のトランスミッションにおける歯車装置の駆動軸等に用いられるトランスミッション用軸受に関し、軸受内部への異物侵入を防止し、且つシールトルクの低減と、保持器とボール間の油の剪断抵抗低減を可能にした技術に関する。
従来の玉軸受に使用されている保持器は、鋼球を保持するためのポケット形状が、鋼球の形状に沿うような単一の曲面で形成されている。また、潤滑状態向上のため、保持器ポケット部を凹ませた形状のものが出願されている（特許文献１、２）。
また、トランスミッション用軸受には、軸受空間を密封する接触タイプのシールを適用し、異物の侵入を防ぐ方法がある。この場合、軸受内部への異物の侵入は防げるが自動車の省燃費化を進めるうえで機械損失を如何に低減させるかが課題となっていた。従来の技術では、機械損失の低減を目的にシールリップ部の接触抵抗を減らす技術が提案されている。例えば、接触タイプのシールリップ摺動面にショットピーニングを施すことで、同摺動面の最大粗さを２．５μｍ以下にし、シールトルクを低減することが提案されている（特許文献３）。
特開２００３−１３９６２号公報 特開２００６−３４２９０１号公報 特開２００７−１０７５８８号公報
［保持器に関して］
今般、自動車用途の軸受では、燃費向上等環境問題からもトルクの低減が求められている。軸受トルクの中で、保持器−鋼球間で発生するトルクは、鋼球による油（グリース等の潤滑剤）のせん断抵抗が多くの割合を占めている。また、そのせん断抵抗のほとんどがポケット内側とそのポケットに抱えられている鋼球との間に形成された油膜を、せん断するときに発生するものである。
従来のポケット部が鋼球形状に沿うような単一の曲面で形成された保持器の場合、鋼球と、鋼球を覆う保持器ポケット内側との微小なすきまを潤滑剤が通過しようとする。このため、抵抗が発生し、トルクを大きくする要因の一つとなっている。
［シールに関して］
トランスミッション用軸受への異物侵入防止を目的にシール付き軸受を適用する。このシールは、内輪のシール摺動面とシール締め代を持っているため、シールの摺動抵抗が発生しトルクを大きくする要因の一つとなっている。
この発明の目的は、軸受内部への異物侵入を防止し、且つ、シールトルクの低減を図り、保持器とボール間の油のせん断抵抗を低減することが可能なトランスミッション用軸受を提供することである。
この発明のトランスミッション用軸受は、入力軸の回転を出力軸の回転に伝達するトランスミッションに配置されるトランスミッション用軸受であって、この軸受は、一対の軌道輪の対向する軌道面間に介在する複数の玉と、これら玉を保持する保持器と、前記一対の軌道輪間に形成される軸受空間にグリースを封入し同軸受空間を密封するシール部材とを備え、前記保持器は、対向する半球状膨出部にて玉を保持するポケットが形成され、このポケットの内面に、保持器内径側から保持器外径側へ延びる凹形状部を設け、前記シール部材は、基端がいずれか一方の軌道輪に固定され、シールリップ部が他方の軌道輪に接する接触シールであって、少なくともシールリップ部の先端の材質が、軸受を回転状態で使用することで、摩耗して非接触となる微小すきまが形成される高摩耗材であり、前記微小すきまは潤滑油の通過は可能であるが、軸受寿命に影響するような粒径の大きい異物の侵入を防止できるすきまであり、
前記グリースは、少なくとも基油と増ちょう剤とを含み、前記基油は、鉱油単独、または鉱油とポリ-α-オレフィン油との混合油であり、４０℃における基油動粘度が１００ｍｍ２／ｓ以下である。
前記「高摩耗材」とは、摩耗が生じ易い材質である。
この構成によると、保持器のポケットの内面に凹形状部を設けたため、トルクを十分に低減させ得る。ポケットの内面に凹形状部を設け、玉が接触しない非接触部を保持器に設けたことによって、ポケット内部を潤滑剤が通過する際の抵抗を低減することができる。前記凹形状部を設けたことによって、玉とポケットとの間に形成される油膜量を少なくできる。
前記シール部材の少なくともシールリップ部の先端の材質を、上記のような高摩耗材としたため、運転初期には接触タイプであったシール部材が、摩耗により、非接触または軽接触タイプのシール部材となる。このようにシール部材は接触するシールリップ部の先端を摩耗させ、微小なラビリンスすきまを生成させる。このすきまは異物よりも小さいため、潤滑油は通過させるが軸受寿命に影響するような粒径の大きい異物は通過できない。さらに、前記グリースは、少なくとも基油と増ちょう剤とを含み、前記基油は、鉱油単独、または鉱油とポリ-α-オレフィン油との混合油であり、４０℃における基油動粘度が１００ｍｍ２／ｓ以下であるため、ハウジングのバリやギヤの摩耗粉等の異物の侵入を防止でき、かつシール部材の引き摺り抵抗を低く抑えることができ、低トルクと長寿命の両方を実現し得る。
前記凹形状部を設けない保持器のポケットの内面と玉との接触面積を基準面積とし、前記凹形状部によって、保持器のポケットの内面と玉との接触面積を、前記基準面積から１５％以上３０％以下低減させても良い。前記接触面積の下限を１５％とすることで低トルク効果が得られ、接触面積の上限を３０％とすることで保持器の剛性強度が得られると共に玉を保持することができる。
ポケット内面において玉が接触しない非接触部が小さ過ぎると、せん断する油膜量の減少量も少なく、トルク低減される油膜量が小さくなり過ぎて、玉の滑らかな転動を損なう。上記のようにポケットにおける玉との接触面積の範囲を設定することによって、ポケット内部を潤滑剤が通過する際の抵抗と、せん断する油膜量の減少との両立が可能となる。
前記保持器の凹形状部を、玉のピッチ円よりも軸受外径側に配置した場合、周速の高い位置でのせん断抵抗を低減でき、より安定してトルク低減を図れる。
前記保持器のポケットに、保持器内径側から保持器外径側に貫通する貫通孔を設け、この貫通孔を前記ポケットにおける凹形状部としても良い。この場合、保持器の軸受軸方向の寸法が大きくならず、コンパクト化を図ることができる。すなわち、一般的な保持器と同じ寸法を維持しつつトルク低減を図れる。また、凹形状部を設けない保持器の金型等を用いて、前記貫通孔を後加工により形成し得る。金型を兼用できる分、設備費用の低減を図れるうえ、貫通孔の位置、大きさ、形状等を必要に応じて簡単に変更できる。なお前記金型を兼用しない場合もあり得る。
前記保持器がプレス加工により成型された金属製保持器を適用する場合、切削加工等により成形される金属製保持器よりも、タクトタイムを短縮でき量産化を図れるうえ、製造コストの低減を図れる。
前記保持器が鋳造加工により成型された金属製保持器を組み込んでも良い。
前記保持器が切削加工により成形された金属製保持器を組み込んでも良い。
前記保持器が切削加工により成形された樹脂製保持器を組み込んでも良い。
前記保持器が射出成型により成型された樹脂製保持器を組み込んだ場合、同一形状の金属製保持器よりも軽量化を図り、材料費の低減を図れる。
前記シールリップ部の先端部分の断面形状を、このシールリップ部における中間部分よりも狭まり率が大きい先狭まり形状としても良い。この場合、シールリップ部を他方の軌道輪のシールリップ摺動部に接触させることで、シールリップ部の先端部分の面圧が高くなる。したがって、このシールリップ部の先端部分が摩耗し易くなる。それ故、潤滑油の影響やシール摺動面の状態に拘わらず、以下のような効果が得られる。
（１）早期にシールトルクが低減される。
（２）従来品に対して、早期に軸受の自己昇温が下がる。
（３）早期に軸受の自己昇温が下がることで、従来用いていた潤滑油よりも更に低粘度の潤滑油を選択できる。
（４）トランスミッション全体の損失低減が見込める。
（５）早期に軸受内部に潤滑油を供給することができる。
トランスミッション用軸受は、自動車のトランスミッションの歯車装置の駆動軸に用いられる転がり軸受であっても良い。この場合、トランスミッション内におけるギヤの摩耗粉等の異物が、軸受内に侵入することを防止できる。シールトルクの低減を図れるので、自動車の省燃費化を図ることが可能となる。
この発明のトランスミッション用軸受は、入力軸の回転を出力軸の回転に伝達するトランスミッションに配置されるトランスミッション用軸受であって、この軸受は、一対の軌道輪の対向する軌道面間に介在する複数の玉と、これら玉を保持する保持器と、前記一対の軌道輪間に形成される軸受空間にグリースを封入し同軸受空間を密封するシール部材とを備え、前記保持器は、対向する半球状膨出部にて玉を保持するポケットが形成され、このポケットの内面に、保持器内径側から保持器外径側へ延びる凹形状部を設け、前記シール部材は、基端がいずれか一方の軌道輪に固定され、シールリップ部が他方の軌道輪に接する接触シールであって、少なくともシールリップ部の先端の材質が、軸受を回転状態で使用することで、摩耗して非接触となる微小すきまが形成される高摩耗材であり、前記微小すきまは潤滑油の通過は可能であるが、軸受寿命に影響するような粒径の大きい異物の侵入を防止できるすきまであり、前記グリースは、少なくとも基油と増ちょう剤とを含み、前記基油は、鉱油単独、または鉱油とポリ-α-オレフィン油との混合油であり、４０℃における基油動粘度が１００ｍｍ２／ｓ以下である。このため、軸受内部への異物侵入を防止し、且つ、シールトルクの低減を図り、保持器とボール間の油のせん断抵抗を低減することが可能となる。
この発明の第１実施形態に係るトランスミッション用軸受の断面図である。 図１のトランスミッション用軸受の保持器の要部断面図である。 （Ａ）は図２の保持器のポケット等を拡大して表す正面図、（Ｂ）は図２の保持器のポケット内の各種変形例を示す要部簡略図である。 接触面積低減率とトルク低減率との関係を示す図である。 図１のトランスミッション用軸受のシール部材の要部断面図である。 （Ａ）は図５のシール部材のシールリップ部が内輪のシール溝に接する状態の要部拡大断面図、（Ｂ）は、軸受を回転状態で使用してシールリップ部の先端を摩耗させた状態の要部拡大断面図である。 基油動粘度と軸受トルクとの関係を示す図である。 （Ａ）は、この発明の第２の実施形態に係るトランスミッション用軸受の断面図、（Ｂ）は図８（Ａ）のトランスミッション用軸受の保持器のポケット等を拡大して表す正面図、（Ｃ）は図８（Ａ）の要部拡大図である。 この発明の第３の実施形態に係るトランスミッション用軸受の断面図である。 この発明の第１から第３の実施形態に係るトランスミッション用軸受のシール部材の変形例の要部断面図である。 （Ａ），（Ｂ）および（Ｃ）は、この発明の応用形態に係るトランスミッション用軸受の断面図である。 この発明の実施形態に係るトランスミッション用軸受を無段変速機に用いた例を示す図である。
この発明の第１の実施形態に係るトランスミッション用軸受を図１ないし図６（Ｂ）と共に説明する。実施形態に係るトランスミッション用軸受は、自動車のトランスミッションに用いられる転がり軸受であって、図１に示すように、軌道輪である内外輪１，２の軌道面１ａ，２ａの間に複数の転動体３を介在させている。これら内外輪１，２および転動体３は、例えば、ＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼や、マルテンサイト系のステンレス鋼等からなる。但し、これらの鋼に限定されるものではない。これら転動体３を保持する保持器４を設け、内外輪１，２間に形成される環状の軸受空間の両端をそれぞれシール部材５で密封している。この軸受内にはグリースが初期封入される。この転がり軸受は、転動体３を玉とした深溝玉軸受であり、この例では内輪１を回転輪とし、外輪２を固定輪とした内輪回転タイプとしている。ただしシール付き軸受としてアンギュラ玉軸受を適用することも可能である。また、内輪１を固定輪とし、外輪２を回転輪とした外輪回転タイプとすることも可能である。
保持器４について説明する。
図２、図３（Ａ）に示すように、この保持器４は、対向する半球状膨出部６、６にて玉を保持するポケットＰｔが形成されている。このポケットＰｔの内面に、保持器内径側から保持器外径側へ延びる凹形状部７を設け、このポケットＰｔにおける玉との接触面積を、凹形状部７を設けないときの玉との接触面積よりも１５％以上３０％以下に低減させている。すなわち前記凹形状部７を設けない保持器のポケットＰｔの内面と玉との接触面積を基準面積とし、前記凹形状部７によって、保持器４のポケットＰｔの内面と玉との接触面積を、前記基準面積から１５％以上３０％以下低減させている。このように本実施形態に係る保持器４の接触面積の下限を１５％とすることで低トルク効果が得られ、同保持器４の接触面積の上限を３０％とすることで保持器の剛性強度が得られると共に玉を保持することができる。この接触面積の上限が３０％を超えると、保持器の剛性強度が得られず、また玉を保持できなくなる。
この保持器４は、円周方向に沿って所定間隔で配設された半球状膨出部６を有する２枚の環状保持板４Ａ、４Ｂが組み合わされてなる。各環状保持板４Ａ（４Ｂ）は、例えば、冷間圧延鋼の帯鋼のプレス加工品である。各環状保持板４Ａ（４Ｂ）は、円周方向に沿って配設される半球状膨出部６と、隣合う半球状膨出部６間の平坦部８とを有する。これら環状保持板４Ａ、４Ｂが組み合わされた状態で、平坦部８、８が重ね合わされ、平坦部８、８がリベット等の固着具９を介して連結される。ただし、固着具９を省略し、一方の平坦部８に爪状の係合部、他方の平坦部８に被係合部を設け、係合部を被係合部に係合させて平坦部８、８を連結させても良い。平坦部８、８を連結させることで、各半球状膨出部６が対向して、リング状のポケットＰｔが形成される。
この保持器４において、反ボール対向面つまり半球状膨出部６の外表面に、保持器外径側へ突出する凸形状部１０を形成する。これにより、ポケットＰｔのボール対向面に反ボール側へ凹む矩形状の凹形状部７を設ける。前記凸形状部１０は、図３（Ｂ）および表１に示すように、円周方向長さＬが例えば９．０ｍｍ、幅寸法Ｗが例えば１．６ｍｍ（形状Ａ）、円周方向長さＬが例えば５．５ｍｍ、幅寸法Ｗが例えば１．６ｍｍ（形状Ｂ）等とされている。表１において、凸形状部を設けない保持器のポケット内面と玉との接触面積、つまり基準面積を１００％とし、この基準面積１００％の保持器を「標準品」とする。ただし、円周方向長さＬ、幅寸法Ｗはこれらの寸法に限定されるものではない。また、この例の保持器では、凸形状部１０の中央線Ｌ１を、玉のピッチ円ＰＣＤよりも軸受外径側にδ１ずらして設定する場合がある（形状Ｄ、Ｅ参照）。δ１は例えば０．８ｍｍとする。ただし０．８ｍｍに限定されるものではない。
保持器別のトルク測定結果について説明する。
測定条件としては、ラジアル荷重５００Ｎ、回転速度４０００ｒ／ｍｉｎ．、軸受温度３０℃、潤滑油はＡＴＦを用いた。軸受としては、外輪２の外径寸法が７２．０ｍｍ、内輪１の内径寸法が３５．０ｍｍ、転動体（鋼球）３の直径寸法が１１．１ｍｍのものを用いた。
この結果、標準保持器の回転トルク０．０５８Ｎ・ｍに対し、凸形状部１０を設けた本実施形態に係る保持器の回転トルク０．０４４Ｎ・ｍとなった。したがって、標準保持器に対し約２４％のトルク低減効果が確認できた。
また、各半球状膨出部６に凸形状部１０を設けた本実施形態に係る保持器のうち、図３（Ｂ）および表１に示すように、保持器のポケット内面と玉との接触面積を種々変更した場合と、凸形状部１０の中央線Ｌ１（図３（Ａ））をピッチ円ＰＣＤよりも外径側へずらした場合のトルクの変化を示すグラフを、図４に示す。
この図４および表１に示すように、保持器４のポケットＰｔの内面と玉との接触面積を、標準品の基準面積から１５％低減させることにより、トルクを約５０％低減させることができた。また、前記接触面積を基準面積から３０％低減させると共に、凸形状部１０の中央線Ｌ１をピッチ円ＰＣＤよりも外径側へ０．８ｍｍずらすことにより、トルクを約６０％低減させることができた。
シール部材５について説明する。
図１、図５に示すように、外輪２の内周面にはシール部材５を嵌合固定するシール取付溝２ｂが形成されている。内輪１は、各シール部材５の内周部に対応する位置に、円周溝からなるシール溝１１が形成されている。このシール溝１１は、内輪外径面１ｂに繋がる内側壁面つまり内面１１ａと、この内面１１ａに続く溝底面１１ｂと、溝底面１１ｂに続き且つ内輪外径面１ｂよりも小径の外周面１１ｃとを有する。
前記内面１１ａは、略平坦で、外径側から内径側に向かうに従って、軸方向外側（図５では右側）にやや傾斜する形状に形成されている。この内面１１ａに、後述するシールリップ部がアキシアル方向に接触する。溝底面１１ｂから外周面１１ｃに向かうに従って上り傾斜状に形成され、この外周面１１ｃに、シールリップ部がラジアル方向に接触する。
シール部材５は、環状の芯金１２と、この芯金１２に一体に固着される弾性部材１３とで構成される。シール部材５の全体は、例えば、ゴム材を加硫成形して形成され、この加硫成形時に芯金１２が弾性部材１３に接着される。
前記芯金１２は、外径側から順次、円筒部１２ａと、立板部１２ｂと、傾斜部１２ｃとを有する。立板部１２ｂが内外輪１，２の端面よりも軸受の軸方向内側（図４では左側）で同端面と略平行に配置される。この立板部１２ｂの基端に、円筒部１２ａが繋がり、これら立板部１２ｂと円筒部１２ａとで断面Ｌ字形状を成す。円筒部１２ａの主に外周面に設けられる弾性部材１３の環状部１４が、外輪２のシール取付溝２ｂに嵌合されて固定される。立板部１２ｂの先端には、内径側に向かうに従って前記軸方向内側にやや傾斜する傾斜部１２ｃが繋がっている。
芯金１２における立板部１２ｂの外表面は、均一な薄肉形状の覆い部１５で覆われる。この覆い部１５は弾性部材１３の一部を成す。傾斜部１２ｃには、覆い部１５よりも肉厚の大きい傾斜覆い部１６が設けられる。この傾斜覆い部１６は、弾性部材１３の一部であり傾斜部１２ｃの内外表面を覆う。
傾斜覆い部１６のうち傾斜部１２ｃの内表面を覆う部分は、同内表面に沿って、内径側に向かうに従って前記軸方向内側にやや傾斜する。傾斜覆い部１６のうち傾斜部１２ｃの外表面を覆う部分は、前記覆い部１５に段差なく同一面を成して繋がっている。傾斜覆い部１６の内径側先端に、繋ぎ部１７を介してシールリップ部１８が設けられる。これら繋ぎ部１７、シールリップ部１８も弾性部材１３の一部を成す。
図５、図６（Ａ）および（Ｂ）に示すように、弾性部材１３は、覆い部１５、傾斜覆い部１６、繋ぎ部１７、およびシールリップ部１８を有する。シールリップ部１８は、内径側に向かうに従って軸方向内側に傾斜する内側シールリップ部１８Ａと、軸方向外側に傾斜する外側シールリップ部１８Ｂとを有する。内側シールリップ部１８Ａの先端部分が、内面１１ａに対しアキシアル方向に接触する。外側シールリップ部１８Ｂの先端部分が、外周面１１ｃに対しラジアル方向に接触する。なお、図５および図６（Ａ）において、シールリップ部１８は、外力の作用していない自然状態、すなわち、シール部材５がシール取付溝２ｂに取付けられて内輪１が外輪２に対して取込まれていない状態で図示してある。
内側および外側シールリップ部１８Ａ、１８Ｂは、基端部分１９と、中間部分２０と、先端部分２１とを有する。この内外側シールリップ部１８Ａ（１８Ｂ）のうち少なくとも先端部分２１を含む部分の材質が、軸受を回転状態で慣らし運転程度の時間である１０分乃至数分（例えば５〜１０分）使用することで、摩耗して非接触となるか接触圧が零と見なせる程度の軽接触となる高摩耗材である。高摩耗材は、シールリップ部１８の先端部分２１のみ、または先端部分２１及び中間部分２０に設けても良いし、基端部分１９、中間部分２０および先端部分２１全体にわたって設けても良い。この高摩耗材は、軸受使用温度や潤滑油との相性により特定の種類のものが選択される。高摩耗材は、例えば、高摩耗ゴム材からなる。シール部材５の高摩耗材を構成する摩耗し易い材料として高摩耗ゴム材を用いた場合を例示したが、摩耗し易い材料の他の例として樹脂材を用いても良い。この高摩耗材を構成する材料としては、上記の他に固体潤滑材や、不織布、軟鋼等であっても良い。
図６（Ａ）は、各シールリップ部が内輪のシール溝に接する状態の要部拡大断面図、図６（Ｂ）は、軸受を回転状態で使用して各シールリップ部の先端を摩耗させた状態の要部拡大断面図である。図６（Ａ）に示すように、各シールリップ部１８の先端部分２１の断面形状を、このシールリップ部１８における中間部分２０よりも狭まり率が大きい先狭まり形状としている。シール溝１１の内面１１ａの径方向中間付近に、内側シールリップ部１８Ａの先端部分２１が対向するように配置される。
シール部材５を成形するシール金型（以下、単に金型と称す）は、上型と下型とを有する。これら上型と下型とを組合わせた状態で、シール部材５を成形するキャビティが形成され、このキャビティに弾性部材１３の材料を注入するゲートが金型に設けられる。
前記高摩耗ゴム材が適用される各シールリップ部１８Ａ（１８Ｂ）と、弾性部材１３における他部とは、この金型により、例えば、二色成形により成形される。すなわち一次側となる弾性部材１３における他部を成形した後、二次側となる各シールリップ部１８Ａ（１８Ｂ）のキャビティに、高摩耗ゴム材を流し込み弾性部材１３を一体にする。このように同一の金型において二次側となる各シールリップ部１８Ａ（１８Ｂ）を、前記他部と一体に成形する。
各シールリップ部１８Ａ（１８Ｂ）のうち少なくとも先端部分２１を含む部分の材質を、上記のような摩耗材としたため、運転初期には接触タイプであったシール部材５が、運転開始後数時間で摩耗により、非接触または軽接触タイプのシール部材５となる。すなわち軸受を回転状態で使用することで、シール部材５は接触する各シールリップ部１８Ａ（１８Ｂ）の先端を摩耗させ、微小なラビリンスすきまδ２、δ３を生成させる。これらすきまδ２、δ３は異物よりも小さいため、潤滑油は通過させるが、軸受寿命に影響するような粒径の大きい異物は通過できない。そのため、軸受内部への異物の侵入防止を図り、シールトルクを低減できる。
シール部材５の各シールリップ部１８Ａ（１８Ｂ）の先端が摩耗した状態での回転トルクを標準ＬＨシールと比較実験した。試験条件としては、ラジアル荷重５００Ｎ、回転速度４０００ｒ／ｍｉｎ．、軸受温度３０℃、グリース潤滑とした。この結果、標準ＬＨシールに対し、約９７％のトルク低減効果が確認できた。
グリースについて説明する。
この発明の実施形態に係るトランスミッション用軸受に適用するグリースは、少なくとも基油と増ちょう剤とを含み、前記基油は、鉱油単独、または鉱油とポリ-α-オレフィン（以下、「ＰＡＯ」と称す）油との混合油であり、４０℃における基油動粘度が１００ｍｍ２以下である。鉱油としては、例えば、パラフィン系鉱油、ナフテン系鉱油等の通常潤滑油やグリースの分野で使用されているものをいずれも使用し得る。鉱油としてはシクロヘキサン、シクロペンタン等のナフテン系鉱油が低温特性に優れるため好ましい。
ＰＡＯ油としては、通常、α-オレフィンまたは異性化されたα-オレフィンのオリゴマーまたはポリマーの混合物である。α-オレフィンの具体例としては、１-オクテン、１-
ノネン、１-デセン、１-ドデセン、１-トリデセン、１-テトラデセン、１-ペンタデセン
、１-ヘキサデセン、１-ヘプタデセン、１-オクタデセン、１-ノナデセン、１-エイコセ
ン、１-ドコセン、１-テトラコセン等を挙げることができ、これらの混合物を使用することができる。鉱油とＰＡＯ油の混合割合は、（鉱油／ＰＡＯ油）が重量割合で（100／0）以上（20／80）の範囲であることが好ましい。
基油としては、ナフテン系鉱油単独か、またはナフテン系鉱油とＰＡＯ油との混合油が好適である。本発明に使用できる基油は、４０℃における基油動粘度が１００ｍｍ２／ｓ以下であり、好ましくは１０ｍｍ２／ｓ以上７５ｍｍ２／ｓ以下である。
トランスミッション用軸受に用いる基油の動粘度が軸受トルクに及ぼす影響について検討した結果を図７に示す。図７は、基油動粘度と軸受トルクの関係を示す図である。同図において、基油動粘度を横軸に対数座標で、軸受トルクを縦軸に表した。
基油は、４０℃における動粘度が１０ｍｍ２／ｓ以上２０００ｍｍ２／ｓ以下の範囲のナフテン系鉱油を用いた。鉱油を７５重量％以上８５重量％以下、増ちょう剤として芳香族ウレア化合物を１５重量％以上２５重量％以下配合したグリースを作製した。
作製したグリースについて、基油動粘度が１００ｍｍ２／ｓ以下であれば軸受トルクは安定しているが、基油動粘度が１００ｍｍ２／ｓを超えると軸受トルクが急激に増加する。動粘度の変化割合に対してトルクの変化量が少ない安定した軸受トルク領域で使用するためには、基油動粘度が１００ｍｍ２／ｓ以下であることが必要となる。なお、４０℃における動粘度が１０ｍｍ２／ｓ未満の場合は、基油粘度が低すぎるため油膜形成が不十分となる。
この発明に使用できる増ちょう剤としては、ベントン、シリカゲル、フッ素化合物、リチウム石けん、リチウムコンプレックス石けん、カルシウム石けん、カルシウムコンプレックス石けん、アルミニウム石けん、アルミニウムコンプレックス石けん等の石けん類、ジウレア化合物、ポリウレア化合物等のウレア化合物が挙げられる。
これらの中で、耐熱性、コスト等を考慮するとウレア化合物が望ましい。
ウレア化合物は、イソシアネート化合物とアミン化合物とを反応させることにより得られる。反応性のある遊離基を残さないため、イソシアネート化合物のイソシアネート基とアミン化合物のアミノ基とは略当量となるように配合することが好ましい。
ジウレア化合物は、例えば、ジイソシアネートとモノアミンとの反応で得られる。ジイソシアネートとしては、フェニレンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、ジフェニルジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート、オクタデカンジイソシアネート、デカンジイソシアネート、ヘキサンジイソシアネート等が挙げられる。
モノアミンとしては、オクチルアミン、ドデシルアミン、ヘキサデシルアミン、ステアリンアミン、オレイルアミン、アニリン、ｐ-トルイジン、シクロヘキシルアミン等が挙
げられる。
ポリウレア化合物は、例えば、ジイソシアネートとモノアミン、ジアミンとの反応で得られる。ジイソシアネート、モノアミンとしては、ジウレア化合物の生成に用いられるものと同様のものが挙げられ、ジアミンとしては、エチレンジアミン、プロパンジアミン、ブタンジアミン、ヘキサンジアミン、オクタンジアミン、フェニレンジアミン、トリレンジアミン、キシレンジアミン、ジアミノジフェニルメタン等が挙げられる。
上記ウレア化合物の中で、フェニレンジイソシアネート、トリレンジイソシアネート、ジフェニルジイソシアネート、ジフェニルメタンジイソシアネート等の芳香族ジイソシアネートと、アニリンやｐ-トルイジン等の芳香族モノアミンとを反応させて得られる芳香
族ジウレア化合物を用いることが好ましい。
基油にウレア系増ちょう剤を配合して、各種添加剤等を配合するためのベースグリースが得られる。ウレア系化合物を増ちょう剤とするベースグリースは、基油中でイソシアネート化合物とアミン化合物とを反応させて作製する。
ベースグリース 100 重量部中に占める増ちょう剤の配合割合は、１〜４０重量部、好
ましくは３〜２５重量部配合される。増ちょう剤の含有量が１重量部未満では、増ちょう効果が少なくなり、グリース化が困難となり、４０重量部を超えると得られたベースグリースが硬くなりすぎ、所期の効果が得られ難くなる。
この発明に用いるグリースには必要に応じて公知のグリース用添加剤を含有させることができる。この添加剤としては、例えば、有機亜鉛化合物、アミン系、フェノール系化合物等の酸化防止剤、ベンゾトリアゾール等の金属不活性剤、ポリメタクリレート、ポリスチレン等の粘度指数向上剤、二硫化モリブデン、グラファイト等の固体潤滑剤、金属スルホネート、多価アルコールエステル等の防錆剤、有機モリブデン等の摩擦低減剤、エステル、アルコール等の油性剤、りん系化合物等の摩耗防止剤等が挙げられる。これらを単独または２種類以上組み合わせて添加できる。
作製した本願発明のグリースと、トランスミッション用途で標準的に選定されているＮ６Ｃグリースの回転トルクを比較実験した。この比較実験の条件としては、ラジアル荷重５００Ｎ、回転速度４０００ｒ／ｍｉｎ．、軸受温度３０℃、グリース潤滑、１時間慣らし後に実施した。この結果、Ｎ６Ｃグリースに対し、本願発明のグリースは約４８％のトルク低減効果が確認できた。
保持器単体、シール部材単体、グリース単体の各々の回転トルク低減率について、前述のように実験結果を記したが、これらを組み合わせた状態での回転トルク比較を行った。この試験条件としては、ラジアル荷重５００Ｎ、回転速度４０００ｒ／ｍｉｎ．、軸受温度３０℃である。その結果を下表２に示す。グリース潤滑条件において、本実施形態に係る保持器４、シール部材５、およびグリースを組み合わせた開発品は、従来品と比較して約８０％のトルク低減効果が確認できた。
以上から、軸受組立品での低トルク化を達成するためには、各構成部品（具体的には保持器、シール部材、グリース）において低トルク化を配慮した設計が必要であり、これらは組み合わせた状態にて最大の低トルク効果を発揮することが実験から確認できた。
以上説明したトランスミッション用軸受によると、保持器４のポケットＰｔの内面に凹形状部７を設けたため、トルクを十分に低減させ得る。ポケットＰｔの内面に凹形状部７を設け、玉が接触しない非接触部を保持器４に設けたことによって、ポケットＰｔ内部を潤滑剤が通過する際の抵抗を低減し得る。凹形状部７を設けたことによって、玉とポケットＰｔとの間に形成される油膜量を少なくできる。ポケットＰｔ内面において玉が接触しない非接触部が小さ過ぎると、せん断する油膜量の減少量も少なく、トルク低減される油膜量が小さくなり過ぎて、玉の滑らかな転動を損なう。本発明のようにポケットＰｔにおける玉との接触面積の範囲を設定することによって、ポケットＰｔ内部を潤滑剤が通過する際の抵抗と、せん断する油膜量の減少との両立が可能となる。
シール部材５の少なくともシールリップ部１８の先端の材質を、上記のような高摩耗材としたため、運転初期には接触タイプであったシール部材５が、摩耗により、非接触またた軽接触タイプのシール部材５となる。このようにシール部材５は接触するシールリップ部１８の先端を摩耗させ、微小なラビリンスすきまδ２、δ３を生成させる。このすきまδ２、δ３は異物よりも小さいため、潤滑油は通過させるが軸受寿命に影響するような粒径の大きい異物は通過できない。さらに、このトランスミッション用軸受に適用するグリースは、少なくとも基油と増ちょう剤とを含み、前記基油は、鉱油単独、または鉱油とポリ-α-オレフィン油との混合油であり、４０℃における基油動粘度が１００ｍｍ２／ｓ以下であるため、ハウジングのバリやギヤの摩耗粉等の異物の侵入を防止でき、かつシール部材の引き摺り抵抗を低く抑えることができ、低トルクと長寿命の両方を実現し得る。
また、保持器４の凹形状部７によって、ポケットＰｔの内面と玉との接触面積を、前記基準面積から１５％以上３０％以下低減させている。このように本実施形態に係る保持器４の接触面積の下限を１５％とすることで低トルク効果が得られ、同保持器４の接触面積の上限を３０％とすることで保持器の剛性強度が得られると共に玉を保持することができる。この接触面積の上限が３０％を超えると、保持器の剛性強度が得られず、また玉を保持できなくなる。
図３（Ａ）に示すように、保持器４の凹形状部７を、玉のピッチ円ＰＣＤよりも軸受外径側に配置した場合、周速の高い位置でのせん断抵抗を低減でき、より安定してトルク低減を図れる。
前記保持器４がプレス加工により成型された金属製保持器を適用しているため、切削加工等により成形される金属製保持器よりも、タクトタイムを短縮でき量産化を図れるうえ、製造コストの低減を図れる。
次に、この発明の第２の実施形態について説明する。以下の説明においては、各形態で先行する形態で説明している事項に対応している部分には同一の参照符を付し、重複する説明を略する場合がある。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、先行して説明している形態と同様とする。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。
図８（Ａ）のトランスミッション用軸受の保持器４Ｃは、同図８（Ａ），（Ｂ）に示すように、この凸形状部１０の中央線Ｌ１を、玉のピッチ円ＰＣＤに一致させている。この保持器４Ｃにおいても、ポケットＰｔにおける玉との接触面積を、凹形状部７を設けないときの玉との接触面積よりも１５％以上３０％以下に低減させている。図８（Ｃ）に示すように、この保持器４Ｃの凹形状部７には、玉との接触部となる内外径側の開口縁部７ａ，７ａから同凹形状部７の底面７ｂに向かうに従って、この凹形状断面が幅狭となる斜面７ｃ，７ｃが形成されている。これら斜面７ｃ，７ｃにより、ポケットＰｔにおける玉の接触面積を前記の規定範囲に収めることができるうえ、保持器４Ａの剛性を確保することができる。さらに斜面７ｃ，７ｃを設けたため、プレス加工時に環状保持器４Ａ、４Ｂ（図２）を金型から容易に離脱させることが可能となる。また、凸形状部１０としては、軸受軸方向から見て径方向寸法に対して周方向寸法が長い矩形、逆に周方向寸法に対して径方向寸法が長い矩形であってもよい。凸形状部１０は、周方向寸法と径方向寸法とが同一の正方形であっても良い。凸形状部１０として、長方形とせずに、長円、楕円形状、円形状であっても良い。また、半球状膨出部６の外表面に複数の凸形状部１０を設け、所期の接触面積にしても良い。
本発明の第３の実施形態のトランスミッション用軸受では、図９に示すように、保持器４ＤのポケットＰｔに、保持器内径側から保持器外径側に貫通する貫通孔Ｈ１を設け、この貫通孔Ｈ１を前記ポケットＰｔにおける凹形状部としても良い。この貫通孔Ｈ１は、軸受軸方向から見て図８（Ｂ）に示すような矩形状であって、その中心線Ｌ１が玉のピッチ円ＰＣＤに一致する。ただし貫通孔Ｈ１は矩形状に限定されるものではなく、貫通孔Ｈ１の中心線Ｌ１を必ずしも玉のピッチ円ＰＣＤに一致させなくても良い。
貫通孔Ｈ１を設けた保持器４Ｄを適用した場合、凸形状部を設けた保持器と相違して、保持器の軸受軸方向の寸法が大きくならず、コンパクト化を図ることができる。すなわち、一般的な保持器と同じ寸法を維持しつつトルク低減を図れる。保持器４Ｄを軸方向にコンパクト化することで、軸受におけるシール部材５等との干渉防止を容易に図れる。このように、トランスミッション用の玉軸受の設計の自由度を高めることができる。また、凹形状部を設けない一般的な保持器の金型等を用いて、前記貫通孔Ｈ１を後加工により形成し得る。金型を兼用できる分、設備費用の低減を図れるうえ、貫通孔Ｈ１の位置、大きさ、形状等を必要に応じて簡単に変更できる。なお、前記金型を兼用しない場合もあり得る。
保持器は、プレス加工品に限定されず、例えば鋳造による成型であっても良い。また、削り加工や、ワイヤーカットを含む放電加工によって保持器を成形しても良い。
保持器としては、金属製保持器に限るものではなく、樹脂製保持器でも良い。この樹脂材料としては、例えば、ポリフェニレンサルファイド樹脂やポリアミド４６等が用いられる。例えば、２００℃以上の長期耐熱性が要求されるものについては、ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、またはポリエーテルエーテルケトン樹脂等の材料を用いることができる。樹脂製保持器は、例えば射出成型にて成型することができる。その他樹脂製保持器を削り加工にて成形しても良い。
図１０に示すように、シールリップ部１８Ａの先端部分２１の断面形状を、このシールリップ部１８Ａにおける中間部分２０よりも狭まり率が大きい先狭まり形状とした場合、シールリップ部１８Ａの先端部分２１を早期に且つ確実に摩耗させ得る。
図１１（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は、図１，図８（Ａ）〜（Ｃ），図９のトランスミッション用軸受からそれぞれシール部材５を省略したいわゆる開放形の軸受とした、本発明の応用形態を示す。このような軸受においても、各保持器のポケットＰｔにおける玉との接触面積を、前記基準面積から１５％以上３０％以下低減させたため、低トルク効果が得られ、保持器の剛性強度が得られると共に玉を保持することができる。
図１２はトランスミッション用軸受を無段変速機(ＣＶＴ：Continuously Variable Transmission）に用いた例を示す縦断面図である。トランスミッション用軸受ＢＲ１は、入力軸２２の回転を無段階変化で変速して出力軸２３の回転に伝達するものである。
図１２において、入力軸２２は、エンジン等の駆動源により、トルクコンバータ２４および遊星機構部２５を介して回転駆動される。入力軸２２と同期回転する駆動側プーリ２６が入力軸２２に設けられ、この駆動側プーリ２６の溝幅は、駆動側アクチュエータ２７により拡縮自在に制御される。出力軸２３と同期回転する従動側プーリ２８が出力軸２３に設けられ、この従動側プーリ２８の溝幅は、従動側アクチュエータ２９により拡縮自在に制御される。
従動側プーリ２８と駆動側プーリ２６とは、選ばれた溝幅に対応する径の部分で掛け渡された無端ベルト３０を介して、それぞれの径に対応する速度で回転し、入力軸２２に伝達された動力は、駆動側プーリ２６から無端ベルト３０を介して、従動側プーリ２８に伝達される。従動側プーリ２８に伝達された動力は、出力軸２３から減速歯車列３０、デファレンシャル３１を介して駆動輪に伝達される。これら入力軸２２と出力軸２３とを回転自在に支承するトランスミッション用軸受ＢＲ１として深溝玉軸受が用いられる。
入力軸２２に対して出力軸２３を増速する場合には、駆動側プーリ２６の溝幅を小さくし、かつ従動側プーリ２８の溝幅を大きくすることで、無端ベルト３０を掛け渡された部分の径が、駆動側プーリ２６部分で大きく、従動側プーリ２８部分で小さくなり、入力軸２２に対する出力軸２３の増速が行われる。
入力軸２２に対して出力軸２３を減速する場合には、駆動側プーリ２６の溝幅を大きくし、かつ従動側プーリ２８の溝幅を小さくすることで、無端ベルト３０に掛け渡された部分の径が、駆動側プーリ２６部分で小さく、従動側プーリ２８部分で大きくなり、入力軸２２に対する出力軸２３の減速が行われる。
この構成によると、トランスミッション内におけるギヤの摩耗粉等の異物が、軸受内に侵入することを防止できる。シールトルクの低減を図れるので、自動車の省燃費化を図ることが可能となる。
上記した各実施形態および応用形態では、上述した、保持器、シール部材、およびグリースを含む軸受を、無断変速式トランスミッションに用いた例を示したが、手動変速式トランスミッション、自動変速式トランスミッションに用いることができる。
トランスミッション用軸受を外輪回転タイプとした場合、内輪の外周面にシール部材を嵌合固定し、上述したシールリップ部を外輪シール溝に接触させて摩耗させ得る。
以上のとおり、図面を参照しながら好適な実施形態を説明したが、当業者であれば、本件明細書を見て、自明な範囲内で種々の変更および修正を容易に想定するであろう。したがって、そのような変更および修正は、請求の範囲から定まる発明の範囲内のものと解釈される。
１…内輪
２…外輪
１ａ，２ａ…軌道面
３…転動体
４…保持器
５…シール部材
６…半球状膨出部
７…凹形状部
１８…シールリップ部
２０…中間部分
２１…先端部分
Ｈ１…貫通孔
Ｐｔ…ポケット

Claims (6)

  1. 入力軸の回転を出力軸の回転に伝達するトランスミッションに配置されるトランスミッション用軸受であって、この軸受は、一対の軌道輪の対向する軌道面間に介在する複数の玉と、これら玉を保持する保持器と、前記一対の軌道輪間に形成される軸受空間にグリースを封入し同軸受空間を密封するシール部材とを備え、
    前記保持器は、対向する半球状膨出部にて玉を保持するポケットが形成され、このポケットの内面に、保持器内径側から保持器外径側へ延びる凹形状部を設け、
    前記シール部材は、基端がいずれか一方の軌道輪に固定され、シールリップ部が他方の軌道輪に接する接触シールであって、少なくともシールリップ部の先端の材質が、軸受を回転状態で使用することで、摩耗して非接触となる微小すきまが形成される高摩耗材であり、前記微小すきまは潤滑油の通過は可能であるが、軸受寿命に影響するような粒径の大きい異物の侵入を防止できるすきまであり、
    前記グリースは、少なくとも基油と増ちょう剤とを含み、
    前記基油は、鉱油単独、または鉱油とポリ-α-オレフィン油との混合油であり、４０℃における基油動粘度が１００ｍｍ２／ｓ以下である、トランスミッション用軸受。
  2. 請求項１において、前記凹形状部を設けない保持器のポケットの内面と玉との接触面積を基準面積とし、前記凹形状部によって、保持器のポケットの内面と玉との接触面積を、前記基準面積から１５％以上３０％以下低減させたトランスミッション用軸受。
  3. 請求項１において、前記保持器の凹形状部を、玉のピッチ円よりも軸受外径側に配置したトランスミッション用軸受。
  4. 請求項１において、前記保持器のポケットに、保持器内径側から保持器外径側に貫通する貫通孔を設け、この貫通孔を前記ポケットにおける凹形状部としたトランスミッション用軸受。
  5. 請求項１において、前記シールリップ部の先端部分の断面形状を、このシールリップ部における中間部分よりも狭まり率が大きい先狭まり形状としたトランスミッション用軸受。
  6. 請求項１において、自動車のトランスミッションの歯車装置の駆動軸に用いられる転がり軸受であるトランスミッション用軸受。
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