JP6451164B2 - 転がり軸受 - Google Patents

Description

本発明は転がり軸受に関する。

従来から、自動車のトランスミッション内においては、歯車支持軸やプーリ支持軸等の回転軸が、玉軸受のような転がり軸受によって、トランスミッションケースやハウジング等の支持構造物に対して回転可能に支持されている。一般的に軸受の固定輪は、支持構造物に直接当接するように、圧入嵌合や隙間嵌合されて組み付けられる。そのため、トランスミッション内の歯車やベルトドライブ機構等のトルク伝達要素から発生する大きな並進荷重や、振動、衝撃、例えば歯車の噛み合い誤差やバックラッシに起因した歯車振動が、トルク伝達軸を介して軸受に伝わる。したがって、このような振動や衝撃が、軸受を介して支持構造物に、ほとんど緩衝されることなくダイレクトに伝わることになる。

また、ベルト式無段変速機においては、入力回転軸に伝達された動力は、駆動側プーリから金属ベルトを介して従動側プーリに伝達されるが、ベルトを構成するエレメント（コマ）による高周波領域の振動が作用する。近年、振動レベルはやや悪化傾向であり、何れも車両の低騒音化が大きな課題となっている。

さらに、トランスミッションケースはアルミダイカスト等で形成された薄肉構造となっていることが一般的であり、トランスミッション内で発生した振動や衝撃が、ダイレクトに伝わった場合には、ケース固有の振動モードが励起され、特にその方向が面直方向、いわゆる軸受のアキシャル方向（軸方向）の振動や衝撃が入力された場合には、ケースから放射音となってユーザーに不快な音として伝達される。

ここで、特許文献１〜３には、防振機能を有する軸受構造が開示されている。より詳細に、特許文献１には、支持構造物と、第１レース、第２レース、複数のころ部材、及び保持器を含むスラストころ軸受と、の間に振動絶縁体が配置されることが記載されている。また、特許文献２には、回転軸を支持する鋼製軸受と軽合金製ケースとの間に介在させている従来の鋼鈑製シムの一部若しくはすべてを、制振性を有する樹脂製シムに置き換えることが記載されている。また、特許文献３には、外輪の外周面に防振部材が設けられている防振型転がり軸受において、防振部材が、外輪の外周面および軸方向両端面を覆う鍔付き円筒形に成形されているとともに周方向に複数の窓孔を有する芯金と、この芯金の窓孔に充填されるとともに、芯金の鍔部分を含む芯金全体に被着される弾性体と、から構成されることが記載されている。

特開２０１２−９７８９８号公報 特開平７−１４５８１４号公報 特開平８−９３７５９号公報

しかしながら、特許文献１には、実使用時に負荷されるアキシャル荷重による耐久性については言及されていない。また、特許文献２には、高アキシャル荷重負荷時の耐久性や、クリープが発生した場合の耐久性について言及がされていない。また、特許文献３の軸受では、高温環境下の耐久性及びクリープに対する課題が存在する。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、支持構造物に伝達される軸方向の振動や衝撃を緩衝することが可能な転がり軸受を提供することを目的とする。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） 固定輪が支持構造物に支持される転がり軸受であって、
前記固定輪と前記支持構造物との軸方向における間には、樹脂製の環状部材が配置され、
前記環状部材は、固定輪の軸方向端面に直接又は間接的に当接する円形平板状の円環状基部と、前記円環状基部から軸方向外側に突出する複数の突起部を有し、
前記突起部は四角錐台形状を有するともに、
前記突起部の四角錐台を構成する上下台形面の面積比が１０〜２５％に設定され、
前記環状部材を径方向から見た場合における、前記突起部の断面形状である台形形状は、上底の寸法が下底の寸法の１／２以下である
ことを特徴とする転がり軸受。
（２） 前記固定輪の径方向における最小肉厚をｈとし、
前記固定輪と回転輪との間に転動自在に配置される転動体の直径をＤａとしたとき、
０．４Ｄａ≦ｈ≦０．８Ｄａを満たす
ことを特徴とする（１）に記載の転がり軸受。
（３） トランスミッション内の回転軸支持用途に用いられる
ことを特徴とする（１）又は（２）に記載の転がり軸受。

本発明の転がり軸受によれば、固定輪と支持構造物との軸方向における間には樹脂製の環状部材が配置され、環状部材は軸方向に突出する突起部を少なくとも一つ有する。したがって、歯車やベルト等によるトルク伝達に起因して回転軸上に発生する軸方向振動や衝撃が、転がり軸受を介して支持構造物に伝達される際に、環状部材の突起部が撓むことによる緩衝効果が発現する。これにより、発音体となり易いトランスミッションケース等の支持構造物の周辺構造の振動が抑制され、トランスミッション等の装置の騒音低減が実現できる。

円周方向から見た実施形態に係る転がり軸受の一部断面図である。 径方向から見た環状部材の一部断面図である。 軸方向から見た環状部材の一部平面図である。 軸方向から見た環状部材の一部平面図である。 支持構造物に支持された転がり軸受の一部断面図である。 変形例に係る転がり軸受の一部断面図である。 環状部材が固定された図６の転がり軸受の一部断面図である。 変形例に係る転がり軸受の一部断面図である。 環状部材が固定された図８の転がり軸受の一部断面図である。 芯金によって環状部材が固定された転がり軸受の一部断面図である。 （ａ）は軸方向から見た変形例に係る転がり軸受の平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＸＩ−ＸＩ断面図である。

以下、本発明の実施形態に係る転がり軸受について、図面を用いて説明する。

（第１実施形態）
図１に示すように、本実施形態の転がり軸受１は、固定輪である外輪３と、回転輪である内輪５と、外輪３と内輪５との間に転動自在に配置される複数の玉７（転動体）と、を備える玉軸受である。外輪３の軸方向一端面３ａ（図１中、左端面）には、樹脂製の環状部材１０が配置される。

環状部材１０の樹脂材料としては、例えば、比較的安価でトランスミッション用潤滑油で実績がある４６ナイロンが用いられる。また、環状部材１０は、外輪３の軸方向一端面３ａに当接する円環状基部１１と、円環状基部１１から軸方向に突出する複数の突起部１３と、を有する。

突起部１３の形状は特に限定されないが、後述する支持構造物２０（図５参照）と当接する際に撓みが生じ易い形状とすることが好ましい。例えば、図２又は図３に示すように、突起部１３は四角錐台形状、すなわち断面形状を台形形状としても良い。図示の例では、円周方向に等間隔で配置された複数の突起部１３が、径方向に三列に亘って形成されている。このとき、突起部１３の断面形状の台形形状は、上底の寸法Ａが下底の寸法Ｂの１／２以下（Ａ≦Ｂ／２）に設定される。また、突起部１３の四角錐台を構成する二枚の平行な上下台形面の面積比は、１０〜２５％に設定される。これにより、アキシャル荷重を受けたときの突起部１３の変位量が大きくなり、後述する支持構造物２０に伝達される荷重を緩衝する効果を高めることが可能となる。

突起部１３は、図４に示すように、半球形状、すなわち断面形状を半円形状としても良い。図示の例では、円周方向に等間隔で配置された複数の突起部１３が、径方向に三列に亘って形成されている。ここで、三列のうち、二列目の突起部１３は、一列目及び三列目の突起部１３に対して、円周方向に突起部１３の１／２個分、位相をずらして配置されている。これにより、円環状基部１１により多くの突起部１３を配置することを可能としている。このように突起部１３の断面形状を半円形状とすることで、微小荷重時において、突起部１３と支持構造物２０との接触が点接触となるため、突起部１３の変位量が大きくなり防振効果を高めることが可能である。

このように構成された転がり軸受１は、図５に示すように、トランスミッションケースやハウジング等の支持構造物２０に支持される。ここで、支持構造物２０の内周面２１には径方向に突出する内周側凸部２３が形成される。そして、支持構造物２０の内周面２１に、環状部材１０及び転がり軸受１を軸方向から挿入し、環状部材１０と支持構造物２０の内周側凸部２３とを当接させる。さらに、外輪３の軸方向他端面３ｂに当接する環状の固定部材２５を、ボルト等の螺合部材２７によって、支持構造物２０に固定する。したがって、固定部材２５は、外輪３を支持構造物２０の内周側凸部２３側に向かって押圧する。これにより、環状部材１０は、外輪３と支持構造物２０の内周側凸部２３との軸方向における間に確実に固定される。なお、回転輪である内輪５は、トランスミッション内の歯車支持軸やプーリ支持軸等の回転軸の外周に固定される。

なお、上述のように支持構造物２０に固定する前に、環状部材１０と外輪３とは予め接着等によって一体化しておくことが好ましい。環状部材１０と転がり軸受１との一体化によって、部品点数を減らし、組付時の負荷やセットミス等を軽減できる。また、接着以外にも、図６〜９に示すように環状部材１０を外輪３の内周面又は外周面に圧入することにより一体化してもよい。

より詳細に、環状部材１０を外輪３の内周面に圧入固定する場合には、図６に示すように、外輪３の内周面に内周溝３ｃを形成する。また、図７に示すように、環状部材１０は断面略Ｌ字形状とされ、円環状基部１１の径方向内側端部から軸方向に延出する内側鍔部１５が形成される。そして、内側鍔部１５を外輪３の内周面に圧入すると共に、内側鍔部１５に形成した嵌合凸部１５ａを外輪３の内周溝３ｃに嵌合することにより、環状部材１０を外輪３に確実に固定する。

また、環状部材１０を外輪３の外周面に圧入固定する場合には、図８に示すように、外輪３の外周面に外周溝３ｄを形成する。なお、図示の例では、外周溝３ｄは一対形成されている。また、図９に示すように、環状部材１０は断面略Ｌ字形状とされ、円環状基部１１の径方向外側端部から軸方向に延出する外側鍔部１７が形成される。そして、外側鍔部１７を外輪３の外周面に圧入すると共に、外側鍔部１７に形成した一対の嵌合凸部１７ａを外輪３の外周溝３ｄに嵌合することにより、環状部材１０を外輪３に確実に固定する。

また、環状部材１０に覆われた断面略Ｌ字形状の芯金３０を、外輪３の内周面又は外周面に圧入することにより、環状部材１０を外輪３に固定しても構わない。なお、図１０には、芯金３０が外輪３の内周面に圧入された状態が示されている。

このように、図６〜１０に示した何れの構成であっても、環状部材１０と外輪３（転がり軸受１）とが一体となるような構成とすることで、トランスミッション等への組付時の製品取扱いが容易となり、組付時の負荷やセットミスを軽減できる。

さらに、図１１に示すように、外輪３の軸方向両側から、それぞれ環状部材１０に覆われた一対の芯金３０を圧入固定することによって、外輪３の軸方向両側に環状部材１０を配置しても構わない。この場合、転がり軸受１は軸方向両側のアキシャル方向荷重に対する緩衝機能を有するので、より幅広い適用性が期待できる。

以上説明したように、本実施形態の転がり軸受１によれば、外輪３と支持構造物２０との軸方向における間には樹脂製の環状部材１０が配置され、環状部材１０は軸方向に突出する突起部１３を少なくとも一つ有する。したがって、歯車やベルト等によるトルク伝達に起因して回転軸上に発生する軸方向振動や衝撃が、転がり軸受１を介して支持構造物２０に伝達される際に、環状部材１０の突起部１３が撓むことによる緩衝効果が発現する。これにより、発音体となり易いトランスミッションケース等の支持構造物２０の周辺構造の振動が抑制され、トランスミッション等の装置の騒音低減が実現できる。

なお、外輪３と支持構造物２０との間でクリープが発生した場合、環状部材１０の摩耗や、環状部材１０と外輪３との間の波打ち現象の発生が懸念されるが、外輪３の径方向肉厚及び軸方向幅を適正化することにより、クリープを抑制し、防振機能を損なわないように設定している。具体的には、外輪３の径方向における最小肉厚をｈとし、玉７の直径をＤａとしたとき、０．４Ｄａ≦ｈ≦０．８Ｄａを満たすように設定される。仮に０．４Ｄａ＞ｈである場合、外輪３の剛性が不足することにより、重荷重時に外輪３及び環状部材１０が波打ち状に変形し、外輪３と支持構造物２０との間でクリープが発生する可能性がある。また、ｈ＞０．８Ｄａである場合、外輪３の外径寸法が過度に大きくなり、装置の大型化や重量増大を招いてしまう。

尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜変更、改良等が可能である。

例えば、上述の実施形態では、固定輪として外輪３を、回転輪として内輪５を適用したが、逆に、回転輪として外輪３を、固定輪として内輪５を適用しても構わない。この場合、内輪５が支持構造物に支持され、内輪５と当該支持構造物との軸方向における間に環状部材１０が配置される。

１ 転がり軸受
３ 外輪（固定輪）
３ａ 軸方向一端面
３ｂ 軸方向他端面
３ｃ 内周溝
３ｄ 外周溝
５ 内輪（回転輪）
７ 玉（転動体）
１０ 環状部材
１１ 円環状基部
１３ 突起部
１５ 内側鍔部
１５ａ 嵌合凸部
１７ 外側鍔部
１７ａ 嵌合凸部
２０ 支持構造物
２１ 内周面
２３ 内周側凸部
２５ 固定部材
２７ 螺合部材
３０ 芯金

Claims (3)

1. 固定輪が支持構造物に支持される転がり軸受であって、
   前記固定輪と前記支持構造物との軸方向における間には、樹脂製の環状部材が配置され、
   前記環状部材は、固定輪の軸方向端面に直接又は間接的に当接する円形平板状の円環状基部と、前記円環状基部から軸方向外側に突出する複数の突起部を有し、
   前記突起部は四角錐台形状を有するともに、
   前記突起部の四角錐台を構成する上下台形面の面積比が１０〜２５％に設定され、
   前記環状部材を径方向から見た場合における、前記突起部の断面形状である台形形状は、上底の寸法が下底の寸法の１／２以下である
   ことを特徴とする転がり軸受。
2. 前記固定輪の径方向における最小肉厚をｈとし、
   前記固定輪と回転輪との間に転動自在に配置される転動体の直径をＤａとしたとき、
   ０．４Ｄａ≦ｈ≦０．８Ｄａを満たす
   ことを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受。
3. トランスミッション内の回転軸支持用途に用いられる
   ことを特徴とする請求項１又は２に記載の転がり軸受。

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