JP6050000B2

JP6050000B2 - 深みぞ玉軸受および軸受装置

Info

Publication number: JP6050000B2
Application number: JP2012006915A
Authority: JP
Inventors: 克明佐々木; 朋久魚住
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2012-01-17
Filing date: 2012-01-17
Publication date: 2016-12-21
Anticipated expiration: 2032-01-17
Also published as: JP2013148115A

Description

この発明は、深みぞ玉軸受およびその深みぞ玉軸受を用いた軸受装置に関する。

インプットシャフトとアウトプットシャフトを同軸上に配置し、その両軸に平行にカウンタシャフトを設け、その平行する２軸の相互間に変速比の異なる複数の歯車式減速部を設けて、インプットシャフトの回転を複数段に変速してアウトプットシャフトから出力するようにしたトランスミッションにおいては、一般的に、歯車式減速部にヘリカルギヤを採用しているため、インプットシャフトからアウトプットシャフトへの回転トルクの伝達時、インプットシャフト、アウトプットシャフトおよびカウンタシャフトのそれぞれにスラスト力が負荷されることになる。

このため、インプットシャフト、アウトプットシャフトおよびカウンタシャフトを支持する軸受には、ラジアル荷重とスラスト荷重の両方の荷重を支持することができる軸受を用いる必要がある。

円すいころ軸受においては、負荷容量が大きく、スラスト荷重およびラジアル荷重の両方を受けることができるため、トランスミッション用軸受に好適である。しかし、円すいころ軸受においては、回転トルクが大きく、燃料の消費量が多くなるという問題が生じる。その省燃費化を図るため、回転トルクの小さい深みぞ玉軸受が使用されるケースが多くなってきている。

ところで、標準の深みぞ玉軸受においては、過大なスラスト荷重が負荷された際に、そのスラスト荷重を受ける負荷側の肩にボールが乗り上げて、肩のエッジが損傷する懸念がある。

そのような不都合を解消するため、特許文献１に記載された深みぞ玉軸受においては、外輪の軌道溝および内輪の軌道溝のそれぞれ両側に形成された肩のうち、スラスト荷重を受ける側の肩を高くして、ボールの乗り上げを阻止し、軸受の耐久性の低下を抑制して、大きなスラスト荷重を受けることができるようにしている。

特開２０１１−７２８６号公報

ところで、上記特許文献１に記載された深みぞ玉軸受においては、大きなスラスト荷重を受けることができるものの、開放型の軸受であるため、トランスミッションに採用した場合に、次のような不都合が生じる。すなわち、軸受は、ミッションケース内の貯留オイルによって潤滑され、その潤滑オイルにはギヤ摩耗粉等の異物が混入しているため、潤滑オイルと共に異物が軸受内部に侵入し、その異物の噛み込みによって転動面や転走面が損傷し、軸受寿命を低下させることになる。

上記のような不都合は、シール部材の組込みによって軸受空間を密閉することにより解消することができるが、回転側の軌道輪はシール部材が弾性接触する状態で回転するため、回転抵抗が大きく、トルク損失が多くなるという問題が発生する。

この発明の課題は、トルク損失を増大させることなく異物の侵入を防止することができるようにしたスラスト負荷容量の大きな深みぞ玉軸受および軸受装置を提供することである。

上記の課題を解決するために、この発明に係る深みぞ玉軸受においては、内径面に軌道溝を有する外方軌道輪と、外径面に軌道溝を有する内方軌道輪と、外方軌道輪の軌道溝と内方軌道輪の軌道溝間に組込まれたボールと、そのボールを保持する保持器とからなり、前記外方軌道輪における軌道溝の一側の肩と前記内方軌道輪における軌道溝の他側の肩の少なくとも一方の肩の高さを、外方軌道輪の他側の肩と前記内方軌道輪の一側の肩の高さより高くし、その高さの高い肩の肩高さをＨ１、ボールの球径をｄとしたとき、ボールの球径ｄに対する肩高さＨ１の比率Ｈ１／ｄを０．２５〜０．５０の範囲とし、前記外方軌道輪と内方軌道輪の一方が固定側とされ、他方が回転側として使用される深みぞ玉軸受において、前記外方軌道輪と前記内方軌道輪の対向面間に形成された軸受空間の両端開口部内にシール部材を組込んで固定側の軌道輪で支持し、そのシール部材には回転側の軌道輪に弾性接触して軸受空間の両端開口を密閉するシールリップを設け、そのシールリップの少なくとも先端部を、回転側の軌道輪との接触により摩耗して非接触となるか、または、接触圧が零とみなせる程度の軽接触となる高摩耗材で形成した構成を採用したのである。

ここで、高摩耗材とは、オイル潤滑下において、４０００ｒｐｍの回転速度でもって軸受を回転させた場合に、回転開始から６０分以内のならし運転程度で摩耗するものをいい、ゴムであってもよく、あるいは、合成樹脂であってもよい。

この発明に係る深みぞ玉軸受において、シールリップは、回転側軌道輪の周面に形成されたシール溝の内壁面に弾性接触するアキシャル接触とされたものであってもよく、あるいは、回転側軌道輪の円筒状周面に弾性接触するラジアル接触とされたものであってもよい。

上記のように、シールリップの少なくとも先端部を高摩耗材で形成することにより、運転初期に接触タイプであったシールリップが、回転側軌道輪との接触により早期に摩耗して、内輪との間に微細なラビリンス隙間を形成する非接触の状態または接触圧が零と見なせる程度の軽接触の状態となり、トルク損失を低減する状態で異物の侵入を防止することができる。

この発明に係る軸受装置においては、ヘリカルギヤが設けられたシャフトを油浴に一部が浸かる一対の転がり軸受で回転自在に支持した軸受装置において、前記一対の転がり軸受として、この発明に係る上記の深みぞ玉軸受を用いた構成としたのである。

この発明に係る深みぞ玉軸受においては、上記のように、シール部材の組込みによって軸受内部への異物の侵入を防止することができ、そのシール部材に形成されたシールリップは回転側軌道輪との接触により早期に摩耗して、微細なラビリンス隙間を形成する非接触の状態または接触圧が零と見なせる程度の軽接触の状態となるため、トルク損失を増大させることなく異物の侵入を防止することができ、スラスト負荷容量の大きな深みぞ玉軸受の耐久性の低下を抑制することができる。

この発明に係る深みぞ玉軸受の実施の形態を示す縦断面図図１の一部を拡大して示す断面図図２示すシールリップの摩耗状態を示す断面図この発明に係る深みぞ玉軸受の他の実施の形態を示す縦断面図この発明に係る軸受装置の実施の形態を示す概略図

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１に示すように、深みぞ玉軸受Ａは、外方軌道輪としての外輪１１と、内方軌道輪としての内輪２１と、外輪１１の内径面に形成された軌道溝１２と内輪２１の外径面に設けられた軌道溝２２間に組み込まれたボール３１と、そのボール３１を保持する保持器４０とを有している。

外輪１１の軌道溝１２の両側に形成された一対の肩１３ａ、１３ｂのうち、軌道溝１２の一側方に位置する肩１３ａの高さは他側方に位置する肩１３ｂの高さよりも高くなっている。一方、内輪２１の軌道溝２２の両側に形成された一対の肩２３ａ、２３ｂのうち、軌道溝２２の他側方に位置する肩２３ｂの高さは一側方に位置する肩２３ａの高さより高くなっている。

ここで、高さの低い肩１３ｂおよび２３ａの肩の高さは、標準型深みぞ玉軸受の肩と同じ高さとされているが、標準型深みぞ玉軸受の肩の高さより低くしてもよい。

なお、説明の都合上、高さの高い肩１３ａ、２３ｂをスラスト負荷側の肩１３ａ、２３ｂといい、高さの低い肩１３ｂ、２３ａをスラスト非負荷側の肩１３ｂ、２３ａという。

スラスト負荷側の肩１３ａ、２３ｂの肩高さをＨ_１とし、ボール３１の球径をｄとすると、ボール３１の球径ｄに対する肩高さＨ_１の比率Ｈ_１／ｄは、Ｈ_１／ｄ＝０．２５〜０．５０の範囲とされている。

保持器４０は、第１分割保持器４１と、第２分割保持器４２とからなる。第１分割保持器４１および第２分割保持器４２のそれぞれは、複数の半球状のポケット部４３と平板状の結合板部４４とを周方向に交互に設けた波形分割保持器からなり、第１分割保持器４１の外径は第２分割保持器４２の外径より小径とされている。

また、第１分割保持器４１は、外輪１１の高さの高い肩１３ａから軸受内部に挿入可能とされている。一方、第２分割保持器４２は、外輪１１の高さの低い肩１３ｂから軸受内部に挿入可能とされている。

第１分割保持器４１と第２分割保持器４２は、半球状ポケット部４３が軸方向で対向して球状のポケットを形成する組み合わせとされ、互いに衝合する結合板部４４を貫通するリベット４５の端部の加締めによって互いに結合されている。

外輪１１と内輪２１の対向面間に形成された軸受空間の両端の開口部内にはシール部材５０が組み込まれている。シール部材５０は、弾性部材からなり、芯金５１により補強されている。

図２に示すように、シール部材５０は、固定輪としての外輪１１の肩内径面に形成されたシール取付溝１４内に外周部が嵌合されて外輪１１により支持されている。シール部材５０の内周部には、内向きのシールリップ５２と外向きのシールリップ５３が設けられ、内向きシールリップ５２の先端部は、内輪２１の肩外径面に形成されたシール溝２４の内壁面２５にアキシャル接触し、一方、外向きシールリップ５３の先端部は、シール溝２４の軸方向外方に形成された円筒面２６にラジアル接触して、軸受空間を密閉している。

シールリップ５２、５３のそれぞれは、回転側の内輪２１との接触により早期に摩耗する高摩耗材で形成されている。

ここで、高摩耗材とは、深みぞ玉軸受Ａを、鉱油系オイルによるオイル潤滑状態において、回転速度；４０００ｒｐｍ、軸受温度；３０℃、回転トルク；０．０７５Ｎ・ｍの運転条件下で回転させ、その回転開始から６０分以内のならし運転程度で摩耗して、内輪２１に対して非接触となるか、または、接触圧が零とみなせる程度の軽接触となる材料をいい、ゴムからなるものであってもよく、合成樹脂からなるものであってもよい。

図２では、シールリップ５２、５３の全体を高摩耗材で形成しているが、先端部のみを高摩耗材で形成するようにしてもよい。

実施の形態で示す深みぞ玉軸受のように、軸受空間の開口部内にシール部材５０を組込み、そのシール部材５０の内周に形成された内向きシールリップ５２の先端部をシール溝２４の内壁面２５に弾性接触させ、外向きシールリップ５３をシール溝２４の軸方向外方に形成された円筒状周面としての円筒面２６に弾性接触させて、軸受空間の開口部を密閉することにより、そのシール部材５０によって潤滑オイルに混入するギヤ摩耗粉等の異物が軸受内部に侵入するのを防止することができる。

ここで、シールリップ５２、５３が内輪２１と常に弾性接触する状態にあると、その接触抵抗が回転抵抗となってトルク損失が生じることになる。しかし、実施の形態においては、シールリップ５２、５３のそれぞれを高摩耗材により形成しているため、運転初期に接触タイプであったシールリップ５２、５３の先端部は、内輪２１との接触により早期に摩耗することになる。図３は、シールリップ５２、５３が摩耗して、シール溝２４の内壁面２５との間、および円筒面２６との間で微細なラビリンス隙間５５を形成する非接触の状態を示しているが、接触圧が零と見なせる程度の軽接触の状態となる場合もある。

このように、シールリップ５２、５３は、運転初期に早期に摩耗して非接触の状態となり、あるいは、接触圧が零と見なせる程度の軽接触の状態となるため、トルク損失を低減する状態で異物の侵入を防止することができ、異物の噛み込みによる損傷の発生を防止し、大きなスラスト力を受けることができる深みぞ玉軸受の寿命の低下を抑制することができる。

図２では、シール部材５０の内周に形成された内向きシールリップ５２をシール溝２４の内壁面２５にアキシャル接触させるようにしたが、図４に示すように、内向きシールリップ５２および外向きシールリップ５３のそれぞれ先端部を内輪２１の円筒状周面としての肩外径面２７に弾性接触させるようにしてもよい。

図５は、実施の形態で示す深みぞ玉軸受Ａを用いて従動側のヘリカルギヤ６０を支持するシャフト６１を回転自在に支持した軸受装置を示す。この場合、深みぞ玉軸受Ａは、内輪２１のスラスト負荷側の肩２３ｂがヘリカルギヤ６０側に位置する組付けとする。また、深みぞ玉軸受Ａは、一部が油浴に浸かる組付けとする。

上記軸受装置において、駆動側ヘリカルギヤ６２から従動側ヘリカルギヤ６０に回転を伝達すると、シャフト６１にスラスト力が負荷され、そのスラスト力は深みぞ玉軸受Ａにおける内輪２１のスラスト負荷側の肩２３ｂと外輪１１のスラスト負荷側の肩１３ａで支持される。

このとき、ボール３１にもスラスト力が負荷され、内輪２１のスラスト負荷側の肩２３ｂと外輪１１のスラスト負荷側の肩１３ａが必要以上に低い場合、ボール３１が肩１３ａ、２３ｂに乗り上がり、肩１３ａ、２３ｂのエッジを損傷させる可能性がある。

実施の形態では、ボール３１の球径ｄに対する肩高さＨ_１の比率Ｈ_１／ｄを０．２５以上としているため、ボール３１の乗り上げを確実に阻止することができる。

実施の形態では、深みぞ玉軸受が内輪回転使用のものであるため、シールリップ５２、５３を内輪２１に弾性接触させるようにしたが、外輪回転使用の深みぞ玉軸受においては、シールリップ５２、５３を外輪１１に弾性接触させるようにする。

１１外輪（外方軌道輪）
１２軌道溝
１３ａ肩
１３ｂ肩
２１内輪（内方軌道輪）
２２軌道溝
２３ａ肩
２３ｂ肩
２４シール溝
２５内壁面
２６円筒面（円筒状周面）
２７肩外径面（円筒状周面）
３１ボール
４０保持器
５０シール部材
５２内向きシールリップ
５３外向きシールリップ
６０ヘリカルギヤ
６１シャフト
Ａ深みぞ玉軸受

Claims

内径面に軌道溝を有する外方軌道輪と、外径面に軌道溝を有する内方軌道輪と、外方軌道輪の軌道溝と内方軌道輪の軌道溝間に組込まれたボールと、そのボールを保持する保持器とからなり、前記外方軌道輪における軌道溝の一側の肩と前記内方軌道輪における軌道溝の他側の肩の少なくとも一方の肩の高さを、外方軌道輪の他側の肩と前記内方軌道輪の一側の肩の高さより高くし、その高さの高い肩の肩高さをＨ１、ボールの球径をｄとしたとき、ボールの球径ｄに対する肩高さＨ１の比率Ｈ１／ｄを０．２５〜０．５０の範囲とし、前記外方軌道輪と内方軌道輪の一方が固定側とされ、他方が回転側として使用される深みぞ玉軸受において、
前記外方軌道輪と前記内方軌道輪の対向面間に形成された軸受空間の両端開口部内にシール部材を組込んで固定側の軌道輪で支持し、そのシール部材には回転側の軌道輪に弾性接触して軸受空間の両端開口を密閉するシールリップを設け、そのシールリップの少なくとも先端部を、回転側の軌道輪との接触により摩耗して非接触となるか、または、接触圧が零とみなせる程度の軽接触となる高摩耗材で形成し、前記シールリップが、回転側軌道輪の円筒状周面に弾性接触するラジアル接触とされたことを特徴とする深みぞ玉軸受。
前記高摩耗材が、ゴムからなる請求項１に記載の深みぞ玉軸受。
前記高摩耗材が、合成樹脂からなる請求項１に記載の深みぞ玉軸受。
ヘリカルギヤが設けられたシャフトを油浴に一部が浸かる一対の転がり軸受で回転自在に支持した軸受装置において、
前記一対の転がり軸受が、請求項１乃至３のいずれかの項に記載の深みぞ玉軸受からなることを特徴とする軸受装置。