JP6267851B2

JP6267851B2 - 深みぞ玉軸受および軸受装置

Info

Publication number: JP6267851B2
Application number: JP2011267707A
Authority: JP
Inventors: 曙光連
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2011-12-07
Filing date: 2011-12-07
Publication date: 2018-01-24
Anticipated expiration: 2031-12-07
Also published as: JP2013119896A

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、損失トルクが大きく、燃料の消費量が多くなるという問題が生じる。その低燃費化を図るため、損失トルクの少な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するようにしている。

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、外輪軌道溝および内輪軌道溝の両側に形成された一対の肩のうち、スラスト荷重を受ける側の肩の高さを標準型の深みぞ玉軸受における外輪および内輪の肩の高さより高くしているため、軌道溝の溝深さは、逆に深くなる。

このため、深みぞ玉軸受をトランスミッション用として使用した際に、ギヤの摩耗によって生じた摩耗粉等の異物が外輪軌道溝および内輪軌道溝内に侵入した際には、その異物が滞留して軸受内部から排出され難く、その異物の噛み込みによって外輪や内輪の転走面を損傷させる可能性があり、侵入異物の排出性を高め、異物の噛み込みによる転走面の損傷を防止して、耐久性の低下を抑制する上において改善すべき点が残されていた。

この発明の課題は、侵入異物の排出性を高め、異物の噛み込みによる転走面の損傷を防止することができるようにした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、この発明に係る深みぞ玉軸受においては、外輪の内径面に形成された軌道溝と、内輪の外径面に形成された軌道溝間にボールを組み込み、そのボールを保持器で保持し、前記外輪軌道溝の両側に形成された一対の肩および内輪軌道溝の両側に形成された一対の肩の合計４つの肩のうち、外輪軌道溝の一側の肩および内輪軌道溝の他側の肩の肩高さを、外輪軌道溝の他側の肩および内輪軌道溝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Ｈ_１、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Ｈ_１の比率Ｈ_１／ｄを０．２５〜０．５０の範囲とし、前記保持器が、ボール保持用の半球状ポケットを軸方向の一側部に有する第１分割保持器と、その第１分割保持器の内側に嵌合され、ボール保持用の半球状ポケットを軸方向の他側部に有する第２分割保持器とで形成され、その第１分割保持器と第２分割保持器とを連結手段により連結して軸方向に非分離とし、油浴に一部が浸かっている深みぞ玉軸受において、前記第１分割保持器および第２分割保持器のそれぞれに形成されたポケットの内周面が前記ボールの外周に沿う球状であるとともに、前記第１分割保持器および前記第２分割保持器のそれぞれに、前記ボールの外周に沿うように、前記ポケットの内周面に径方向溝が形成されており、前記径方向溝が、各分割保持器の外径面から内径面に至っており、前記第１分割保持器の内径は、ボールのピッチ円径に等しく、内輪軌道溝の他側の肩の外径は、前記第１分割保持器の内径よりも小さく、前記第１分割保持器に形成された前記径方向溝は、前記第２分割保持器と径方向に重ならないように配置されている構成を採用したのである。

上記の構成からなる深みぞ玉軸受の内輪回転の使用において、軸受内部に侵入する潤滑オイルは、内輪との接触およびボールとの接触により回転し、その回転による遠心力によって径方向外方に向けて移動しようとする。このとき、保持器のボールを収容するポケットの内周面には径方向溝が形成されているため、保持器内径側の潤滑オイルは、その径方向溝内に流れて、保持器外径側から外部に排出されることになる。

このため、ギヤ摩耗粉等の異物が潤滑オイルと共に軸受内部に侵入すると、その異物は、軸受内部を径方向外方に流れて軸受外部に流出する潤滑オイルの流れに乗って軸受外部にスムーズに排出されることになり、軸受内部で滞留するようなことがない。

ここで、第１分割保持器および第２分割保持器は、合成樹脂の成形品からなるものであってもよく、軟鋼によって形成されたものであってもよい。

合成樹脂の成形品とする場合、深みぞ玉軸受は、オイル潤滑されるため、耐油性および耐久性に優れた合成樹脂で成形するのが好ましい。そのような樹脂として、ポリアミド４６（ＰＡ４６）、ポリアミド６６（ＰＡ６６）、ポリアミド９Ｔ(ＰＡ９Ｔ)、ポリエーテルエーテルケトン樹脂(ＰＥＥＫ)、ポリフェニレンサルファイド樹脂(ＰＰＳ)、ポリフタルアミド樹脂（ＰＰＡ）を挙げることができる。それらの樹脂のうち、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）は、他の樹脂に比較して耐油性が優れているため、耐油性を考慮するならば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）を用いるのが最も好ましい。

また、樹脂材料の価格を考慮するならば、ポリアミド６６（ＰＡ６６）を用いるのが好ましく、潤滑オイルの種類に応じて適宜に決定すればよい。

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、第１分割保持器および第２分割保持器のそれぞれに形成された半球状ポケットの内周面に、各分割保持器の外径面から内径面に至る径方向溝を形成したことにより、保持器内径側の潤滑オイルを保持器外径側にスムーズに移動させて外部に流出させることができ、潤滑オイルと共に軸受内部に侵入する異物を外部にスムーズに排出させることができる。このため、異物の噛み込みによる耐久性の低下を抑制することができる。

また、潤滑オイルは保持器内径側から外径側にスムーズに流動するため、潤滑オイルの撹拌抵抗も小さく、トルク損失の低減化を図ることができる。

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に示す保持器の一部分を示す平面図図２のIII−III線に沿った断面図第１分割保持器と第２分割保持器の結合前の状態を示す平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間にボール３１を組込み、そのボール３１を保持器４０で保持している。

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しているが、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、その第１分割保持器４１の内側に嵌合された第２分割保持器４２とからなる。

図１、図２および図４に示すように、第１分割保持器４１は、環状体４３の軸方向一側面に対向一対のポケット爪４４を周方向に等間隔に形成し、各対向一対のポケット爪４４間に上記環状体４３を刳り抜く２分の１円を超える大きさのポケット４５を設けた合成樹脂の成形品からなり、上記環状体４３の内径はボール３１のピッチ円径（ＰＣＤ）に略等しく、外径は外輪１１の高さが高い肩１３ａの内径と高さの低い肩１３ｂの内径の範囲内とされて、外輪１１の高さの低い肩１３ｂ側から軸受内に挿入可能とされている。

一方、第２分割保持器４２は、環状体４８の軸方向他側面に対向一対のポケット爪４９を周方向に等間隔に形成し、各対向一対のポケット爪４９間に上記環状体４８を刳り抜く２分の１円を超える大きさのポケット５０を設けた合成樹脂の成形品からなり、上記環状体４８の外径はボール３１のピッチ円径（ＰＣＤ）に略等しく、内径は内輪２１の高さの高い肩２３ｂの外径と高さの低い肩２３ａの外径の範囲内とされている。この第２分割保持器４２は、高さの低い肩２３ａ側から軸受内に挿入可能とされ、かつ、第１分割保持器４１の内側に嵌合可能とされている。

第１分割保持器４１と第２分割保持器４２の相互間には、内外に嵌り合う嵌合状態において軸方向に非分離とする連結手段Ｘが設けられている。連結手段Ｘは、第１分割保持器４１の隣接するポケット４５のポケット爪４４間に内向きの係合爪４６を設け、かつ、環状体４３の内径面に上記係合爪４６と同一軸線上に溝状の係合凹部４７を形成し、第２分割保持器４２の隣接するポケット５０のポケット爪４９間に外向きの係合爪５１を設け、かつ、環状体４８の外径面に上記係合爪５１と同一軸線上に係合凹部５２を形成し、第１分割保持器４１の係合爪４６と第２分割保持器４２の係合凹部５２の係合、および、第２分割保持器４２の係合爪５１と第１分割保持器４１の係合凹部４７の係合によって、第１分割保持器４１と第２分割保持器４２とを軸方向に非分離とする構成とされている。

図１乃至図３に示すように、第１分割保持器４１に形成されたポケット４５の内周面および第２分割保持器４２に形成されたポケット５０の内周面のそれぞれは、ボール３１の外周に沿う球状とされ、その球状内周面に各分割保持器の外径面から内径面に至る複数の径方向溝５３が周方向に間隔をおいて形成されている。

ここで、第１分割保持器４１および第２分割保持器４２は、深みぞ玉軸受を潤滑する潤滑オイルに曝されるため、耐油性に優れた合成樹脂を用いるようにする。そのような合成樹脂として、ポリアミド４６（ＰＡ４６）、ポリアミド６６（ＰＡ６６）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリフタルアミド樹脂（ＰＰＡ）を挙げることができる。これらの樹脂は、潤滑オイルの種類に応じて適切なものを選択して使用すればよい。

実施の形態で示す深みぞ玉軸受は上記の構造からなり、その深みぞ玉軸受の組立てに際しては、外輪１１の内側に内輪２１を挿入し、その内輪２１の軌道溝２２と外輪１１の軌道溝１２間に所要数のボール３１を組込む。

このとき、内輪２１を外輪１１に対して径方向にオフセットして、内輪２１の外径面の一部を外輪１１の内径面の一部に当接して、その当接部位から周方向に１８０度ずれた位置に三日月形の空間を形成し、その空間の一側方から内部にボール３１を組込むようにする。

そのボール３１の組込みに際して、外輪１１のスラスト負荷側の肩１３ａや内輪２１のスラスト負荷側の肩２３ｂの肩高さＨ_１が必要以上に高い場合には、ボール３１の組込みを阻害することになる。しかし、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が、０．５０を超えることのない高さとされているため、外輪１１と内輪２１間にボール３１を確実に組込むことができる。

ボール３１の組込み後、内輪２１の中心を外輪１１の中心に一致させてボール３１を周方向に等間隔に配置し、外輪１１のスラスト非負荷側の肩１３ｂの一側方から外輪１１と内輪２１間に第１分割保持器４１を、その第１分割保持器４１に形成されたポケット４５内にボール３１が嵌り込むようにして挿入する。

また、内輪２１のスラスト非負荷側の肩２３ａの一側方から外輪１１と内輪２１間に第２分割保持器４２を、その第２分割保持器４２に形成されたポケット５０内にボール３１が嵌り込むように挿入して、第１分割保持器４１内に第２分割保持器４２を嵌合する。

上記のように、第１分割保持器４１内に第２分割保持器４２を嵌合することにより、図２および図４に示すように、各分割保持器４１、４２に形成された係合爪４６、５１が相手方の分割保持器に設けられた係合凹部４７、５２に係合することになり、深みぞ玉軸受Ａの組立てが完了する。

深みぞ玉軸受Ａを、その外周下部が油浴に浸かる内輪回転の仕様において、内輪２１が回転すると、ボール３１は自転しつつ公転し、その公転によって保持器４０が回転する。このとき、保持器４０を形成する第１分割保持器４１と第２分割保持器４２とは外径および内径が相違するため、周速も相違することになり、その周速差によって軸受内部にポンプ作用が生じ、軸受内部の潤滑オイルは第１分割保持器４１の組込み側から外部に送り出される方向の吐出力が付与され、保持器４０の内径側の潤滑オイルには径方向外方に向けての吸引力が負荷されることになる。

また、保持器４０内径側の潤滑オイルは、保持器４０やボール３１との接触により回転し、その回転による遠心力によって軸受内部を径方向外方に向けて流動しようとする。このとき、第１分割保持器４１および第２分割保持器４２におけるポケット４５、５０の内周面には径方向溝５３が形成されているため、保持器４０内径側の潤滑オイルは径方向溝５３内を流れ、保持器４０外径側から外部にスムーズに排出されることになる。

このように、保持器４０の内径側の潤滑オイルは径方向溝５３から保持器外径側に流れて外部にスムーズに流出するため、ギヤ摩耗粉等の異物が潤滑オイルと共に軸受内部に侵入すると、その異物は、潤滑オイルの流れに乗って軸受外部にスムーズに排出されることになり、軸受内部での異物の滞留を防止し、異物の噛み込みによる軸受の耐久性の低下を抑制することができる。

また、軸受内部で潤滑オイルはスムーズに流動するため、潤滑オイルの撹拌抵抗も小さくなり、トルク損失の低減が図られることになる。

実施の形態においては、第１分割保持器４１および第２分割保持器４２を合成樹脂の成形品としたが、軟鋼（ＳＰＣ）により形成してもよい。

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。

１１外輪
１２軌道溝
１３ａ肩
１３ｂ肩
２１内輪
２２軌道溝
２３ａ肩
２３ｂ肩
３１ボール
４０保持器
４１第１分割保持器
４２第２分割保持器
４５ポケット
５０ポケット
５３径方向溝
６０ヘリカルギヤ
６１シャフト
Ａ深みぞ玉軸受
Ｘ連結手段

Claims

外輪の内径面に形成された軌道溝と、内輪の外径面に形成された軌道溝間にボールを組み込み、そのボールを保持器で保持し、前記外輪軌道溝の両側に形成された一対の肩および内輪軌道溝の両側に形成された一対の肩の合計４つの肩のうち、外輪軌道溝の一側の肩および内輪軌道溝の他側の肩の肩高さを、外輪軌道溝の他側の肩および内輪軌道溝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Ｈ_１、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Ｈ_１の比率Ｈ_１／ｄを０．２５〜０．５０の範囲とし、前記保持器が、ボール保持用の半球状ポケットを軸方向の一側部に有する第１分割保持器と、その第１分割保持器の内側に嵌合され、ボール保持用の半球状ポケットを軸方向の他側部に有する第２分割保持器とで形成され、その第１分割保持器と第２分割保持器とを連結手段により連結して軸方向に非分離とし、油浴に一部が浸かっている深みぞ玉軸受において、
前記第１分割保持器および第２分割保持器のそれぞれに形成されたポケットの内周面が前記ボールの外周に沿う球状であるとともに、前記第１分割保持器および前記第２分割保持器のそれぞれに、前記ボールの外周に沿うように、前記ポケットの内周面に径方向溝が形成されており、前記径方向溝が、各分割保持器の外径面から内径面に至っており、
前記第１分割保持器の内径は、ボールのピッチ円径に等しく、前記内輪軌道溝の他側の肩の外径は、前記第１分割保持器の内径よりも小さく、
前記第１分割保持器に形成された前記径方向溝は、前記第２分割保持器と径方向に重ならないように配置されていることを特徴とする深みぞ玉軸受。
前記第１分割保持器および第２分割保持器のそれぞれが、合成樹脂の成形品からなる請求項１に記載の深みぞ玉軸受。
前記合成樹脂が、ポリアミド樹脂からなる請求項２に記載の深みぞ玉軸受。
前記ポリアミド樹脂が、ポリアミド４６、ポリアミド６６、ポリアミド９Ｔのうちの一種からなる請求項３に記載の深みぞ玉軸受。
前記合成樹脂が、ポリエーテルエーテルケトン樹脂からなる請求項２に記載の深みぞ玉軸受。
前記合成樹脂が、ポリフェニレンサルファイド樹脂からなる請求項２に記載の深みぞ玉軸受。
前記合成樹脂が、ポリフタルアミド樹脂からなる請求項２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７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。