WO2005054697A1

WO2005054697A1 - 円すいころ軸受

Info

Publication number: WO2005054697A1
Application number: PCT/JP2004/018113
Authority: WO
Inventors: Takashi Tsujimoto
Original assignee: Ntn Corporation
Priority date: 2003-12-02
Filing date: 2004-11-30
Publication date: 2005-06-16
Also published as: US7789570B2; JP2005188738A; US20070280574A1; EP1698789A4; EP1698789B1; EP1698789A1

Abstract

本発明は、保持器の剛性を低下させることなく負荷容量をアップさせ、軌道面の最大面圧を低下させることを目的とする。内輪と、外輪と、前記内輪２と外輪３との間に転動自在に配された複数の円すいころと、前記円すいころを円周所定間隔に保持する保持器とを備えた円すいころ軸受において、ころ係数γを０．９４より大きくする。ここに、γ：（ころ本数×ころ平均径）／（π×ＰＣＤ）

Description

明細書円すいころ軸受技術分野

この発明は円すいころ軸受に関し、特に自動車のトランスミッションの歯車装置に好適に組み込まれる円すいころ軸受に関する。背景技術

自動車のトランスミッション（主変速機）は大別するとマニュアルタイプとォートマチックタイプがあり、また車輛の駆動方式によって前輪駆動（F W D ) 用卜ランスアクスル、後輪駆動（RW D ) 用トランスミッション、および四輪駆動（4 W D ) 用トランスファ（副変速機）がある。これらは、エンジンからの駆動力を変速して駆動軸などへ伝達するものである。

図 7は、自動車のトランスミッションの一構成例を示している。この卜ランスミッションは同期嚙合式のもので、同図で左方向がエンジン側、右方向が駆動車輪側である。メインシャフ卜 4 1 とメインドライブギヤ 4 2との間に円すいころ軸受 4 3が介装される。この例では、メインドライブギヤ 4 2の内周に円すいころ軸受 4 3の外輪軌道面が直接形成されている。メインドライブギヤ 4 2は、円すいころ軸受 4 4でケ一シング 4 5に対して回転自在に支持される。メインドライブギヤ 4 2にクラッチギヤ 4 6が係合連結され、クラッチギヤ 4 6に近接してシンクロ機構 4 7が配設される。

シンクロ機構 4 7は、セレクタ（図示省略）の作動によって軸方向（同図で左右方向）に移動するスリーブ 4 8と、スリーブ 4 8の内周に軸方向移動自在に装着されたシンクロナイザーキ一4 9と、メインシャフト 4 1の外周に係合連結されたハブ 5 0と、クラッチギヤ 4 6の外周（コーン部）に摺動自在に装着されたシンクロナイザーリング 5 1 と、シンクロナイザーキー 4 9をスリーブ 4 8の内周に弾性的に押圧する押さえピン 5 2及びスプリング 5 3とを備えている。同図に示す状態では、スリーブ 4 8及びシンクロナイザ一キー 4 9が押さえピン 5 2によって中立位置に保持されている。この時、メインドライブギヤ 4 2はメインシャフト 4 1に対して空転する。一方、セレクタの作動により、スリーブ 4 8が同図に示す状態から例えば軸方向左側に移動すると、スリーブ 4 8に従動してシンクロナイザーキー 4 9が軸方向左側に移動し、シンク口ナイザ一リング 5 1をクラッチギヤ 4 6のコーン部の傾斜面に押し付ける。これにより、クラッチギヤ 4 6の回転速度が落ち、逆にシンクロ機構 4 7側の回転速度が高められる。そして、両者の回転速度が同期した頃、スリーブ 4 8がさらに軸方向左側に移動して、クラッチギヤ 4 6と嚙み合い、メインシャフト 4 1 とメインドライブギヤ 4 2との間がシンクロ機構 4 7を介して連結される。これにより、メインシャフト 4 1 とメインドライブギヤ 4 2とが同期回転する。

ところで、自動車トランスミッションは、近年、ミッションの A T化、 C V T化および低燃費化等のために低粘度の油が使われる傾向にある。低粘度オイルが使用される環境化では、（1 ) 油温が高い、（2 ) 油量が少ない、（3 ) 予圧抜けが発生するなどの悪条件が重なった場合に、潤滑不良に起因する非常に短寿命の表面起点剥離が面圧の高い内輪軌道面に生じることがある。

この表面起点剥離による短寿命対策としては最大面圧低減が直接的かつ有効な解決策である。最大面圧を低減するためには軸受寸法を変更するか、軸受寸法を変えない場合は軸受のころ本数を増大させる。ころ直径を減少させないでころ本数を增やすためには保持器のポケッ卜間隔を狭くしなければならないが、そのためには保持器のピッチ円を大きくして外輪側にできるだけ寄せる必要がめる。

保持器を外輪内径面に接するまで寄せた例として、図 8に記載の円すいころ軸受がある（特許文献 1参照）。この円すいころ軸受 6 1は保持器 6 2の小径側環状部 6 2 aの外周面と大径側環状部 6 2 bの外周面を外輪 6 3内径面と摺接させて保持器 6 2をガイドし、保持器 6 2の柱部 6 2 cの外径面に引きずりトルクを抑制するため凹所 6 4を形成して、柱部 6 2 cの外径面と外輪 6 3の軌道面 6 3 aの非接触状態を維持するようにしている。保持器 6 2は、小径側環状部 6 2 aと、大径側環状部 6 2 bと、小径側環状部 6 2 aと大径側環状部 6 2 bとを軸方向に繋ぎ外径面に凹所 6 4が形成された複数の柱部 6 2 cとを有する。そして柱部 6 2 c相互間に円すいころ 6 5を転動自在に収容するための複数のポケットが設けられている。小径側環状部 6 2 aには、内径側に一体に延びた鍔部 6 2 dが設けられている。図 8の円すいころ軸受は、保持器 6 2の強度向上を図るもので、保持器 6 2の柱部 6 2 cの周方向幅を大きくするために保持器 6 2を外輪 6 3の内径面に接するまで寄せた例である。

特許文献 1 ：特開 2 0 0 3 - 2 8 1 6 5号公報発明の開示

特許文献 1記載の円すいころ軸受 6 1では、保持器 6 2を外輪 6 3の内径面に接するまで外径に寄せて保持器 6 2の柱部 6 2 cの周方向幅を大きくしている。また、保持器 6 2の柱部 6 2 cに凹所 6 4があるので、板厚が必然的に薄くなつて保持器 6 2の剛性が低下し、軸受 6 1の組立て時の応力によって保持器 6 2が変形したり、軸受 6 1の回転中に保持器 6 2が変形したりする等の可能性もある。

一方、特許文献 1記載の円すいころ軸受以外の従来の典型的な保持器付き円すいころ軸受は、図 9のように外輪 7 1 と保持器 7 2との接触を避けた上で、保持器 7 2の柱幅を確保し、適切な保持器 7 2の柱弓蛍度と円滑な回転を得るために、次式で定義されるころ係数 r (ころの充填率）を、通常 0 . 9 4以下にして設計している。

ころ係数 r = ( Z ■ D A ) / ( π ■ P C D )

ここで、 Z ：ころ本数、 D A：ころ平均径、 P C D ：ころピッチ円径なお、図 9で符号 7 3は円すいころ、 7 4は柱面、 7 5は内輪、 0は窓角でめる。課題を解決するための手段

本発明は負荷容量のアップと軌道面の面圧過大による早期破損を防止することを目的とする。

本発明の円すいころ軸受は、内輪と、外輪と、前記内輪と外輪との間に転動自在に配された複数の円すいころと、前記円すいころを円周所定間隔に保持する保持器とを備えた円すいころ軸受において、ころ係数 rが 0. 94を越えることを特徴とする。

請求項 2の発明は、請求項 1の円すいころ軸受において、ポケットの窓角を 55° 以上 80° 以下にしたことを特徴とする。窓角とは一つのころの周面に当接する柱部の案内面のなす角度をいう。窓角を 55° 以上としたのは、ころとの良好な接触状態を確保するためであり、 80° 以下としたのは、これ以上大きくなると半径方向への押し付け力が大きくなリ、自己潤滑性の樹脂材であつても円滑な回転が得られなくなる危険性が生じるからである。なお、通常の保持器では窓角は 25° 〜50° となっている。

請求項 3の発明は、請求項 1または 2の円すいころ軸受において、前記保持器を機械的強度、耐油性および耐熱性に優れたエンジニアリング ■ プラスチックで構成したことを特徴とする。保持器に樹脂材を使用することにより、鉄板製保持器に比べ、保持器重量が軽く、自己潤滑性があり、摩擦係数が小さいという特徴があるため、軸受内に介在する潤滑油の効果と相俟って、外輪との接触による摩耗の発生を抑えることが可能になる。

これらの樹脂は鉄板と比べると重量が軽く摩擦係数が小さいため、軸受起動時のトルク損失や保持器摩耗の低減に好適である。

エンジニアリング ' プラスチックは、汎用エンジニアリング ' プラスチックとスーパー ·エンジニアリング■ プラスチックを含む。以下に代表的なものを掲げるが、これらはエンジニアリング■ プラスチックの例示であって、ェンジニァリング■プラスチックが以下のものに限定されるものではなし、。

〔汎用エンジニアリング■プラスチック〕ポリカーボネート（PC；)、ポリアミド 6 (PA6)、ポリアミド 66 (P A 66)、ポリアセタール（P OM)、変性ポリフエ二レンエーテル（m— P P E)、ポリブチレンテレフタレ一ト（P B T)、 G F強化ポリエチレンテレフタレート（G F— Ρ ΕΤ)、超高分子量ポリエチレン（U HMW- Ρ Ε)

〔スーパー'エンジニアリング■プラスチック〕ポリサルホン（PS F)、ポリエーテルサルホン（PES)、ポリフエ二レンサルフアイド（P P S)、ポリアリレート（P AR)、ポリアミドイミド（PA I )、ポリエーテルィミド（P E I )、ポリエーテルエ一テルケトン（PEEK)、液晶ポリマー（LC P)、熱可塑性ポリイミド（T P I )、ポリべンズイミダゾール（P B I )、ポリメチルベンテン（T PX)、ポリ 1， 4—シクロへキサンジメチレンテレフタレート（P C T )、ポリアミド 46 ( P A 46 )、ポリアミド 6 T ( P A 6丁）、ポリアミド 9 T (PA9丁）、ポリアミド 1 1， 1 2 (P A 1 1 , 1 2)、フッ素樹脂、ポリフタルアミド（P P A)

円すいころ軸受のころ係数 rを r>0. 94にすることにより、負荷容量がアップするばかリでなく、軌道面の最大面圧を低下させることができるため、過酷潤滑条件下での極短寿命での表面起点剥離を防止することができる。図面の簡単な説明

図 1 (A) は本発明の円すいころ軸受の横断面図、図 1 (B) は同軸受の縦断面図である。

図 2は窓角が下限の円すいころ軸受の部分拡大断面図である。

図 3は窓角が上限の円すいころ軸受の部分拡大断面図である。

図 4は軸受の寿命試験の結果を示す図である。

図 5は本発明の変形例に係る円すいころ軸受の部分断面図である。

図 6は図 5の保持器の柱部の断面図である。

図 7は一般的な自動車トランスミッションの断面図である。

図 8は保持器を外輪側に寄せた従来の円すいころ軸受の断面図である。

図 9は従来の別の円すいころ軸受の部分拡大断面図である。発明を実施するための最良の形態

以下、本発明の実施の形態を図 1〜図 4に基づいて説明する。図 1 (A) (B) に示す実施の形態の円すいころ軸受 1は、円すい状の軌道面 2 aを有し、この軌道面 2 aの小径側に小つば部 2 b、大径側に大つば部 2 cを有する内輪 2と、円すい状の軌道面 3 aを有する外輪 3と、内輪 2の軌道面 2 aと外輪 3の軌道面 3 aとの間に転動自在に配された複数の円すいころ 4と、円すいころ 4を円周等間隔に保持する保持器 5とで構成される。ここで、円すいころ軸受 Ί は、ころ係数 r>0. 94となっている。

保持器 5は、例えば P P S、 P EEK, PA、 P PA、 PA I等のスーパーエンプラで一体成形されたもので、小径側環状部 5 aと、大径側環状部 5 と、小径側環状部 5 aと大径側環状部 5 bとを軸方向に繋ぐ複数の柱部 5 cとを備えている。

柱面 5 dの窓角 0は、下限窓角 0min が図 2のように 55° であり、上限窓角 0max が図 3のように 80。である。窓角は、図 9のように保持器が外輪から離間している典型的な保持器付き円すいころ軸受では、大きくて約 50° である。下限窓角 0min を 55° 以上としたのは、ころとの良好な接触状態を確保するためであり、窓角 55° 未満ではころとの接触状態が悪くなる。すなわち、窓角を 55° 以上とすると、保持器強度を確保した上で r>0. 94として、かつ、良好な接触状態を確保できるのである。また、上限窓角 0max を 8 0° 以下としたのは、これ以上大きくなると半径方向への押し付け力が大きくなり、自己潤滑性の樹脂材であっても円滑な回転が得られなくなる危険性が生じるからである。

図 4に軸受の寿命試験の結果を示す。図 4中、「軸受」欄の「比較例 1 J が保持器と外輪とが離れた典型的な従来の円すいころ軸受、「実施例 1」が本発明の円すいころ軸受のうち従来品に対してころ係数 yのみを >0. 94とした円すいころ軸受、「実施例 2」がころ係数 rを r>0. 94とし、かつ、窓角を 5 5〜80° の範囲にした本発明の円すいころ軸受である。試験は、過酷 ϋ滑、過大負荷条件下で行なった。同図より明らかなように、「実施例 1」は「比較例」の 2倍以上の長寿命となる。さらに、「実施例 2」の軸受はころ係数が「実施例 1」と同じ 0. 96であるが、寿命時間は「実施例 1」の約 5倍以上にもなる。なお、「比較例 1」、「実施例 1 J および「実施例 2 J の寸法は ø 45X081 X 1 6 (単位 mm)、ころ本数は 24本（「比較例"！」）、 27本（「実施例 1 J、「実施例 2J)、油膜パラメータ Λ = 0. 2である。

次に、本発明の変形実施例を図 5および図 6に基づき説明する。同図 (こ示す円すいころ軸受 1は、エンジニアリング 'プラスチックで一体成形した保持器 5の柱部 5 cの外径面に、外輪軌道面側に向けて凸状を成す突起部 5 f を形成したものである。その他は前述した保持器 5と同じである。この突起部 5 f は図 6に示すように柱部 5 cの横断方向の断面輪郭形状が円弧状を成して Ι る。この円弧状の曲率半径 R₂は外輪軌道面半径 R，より小さく形成されている。これは突起部 5 f と外輪軌道面との間に良好な楔状油膜が形成されるようにするためであり、望ましくは突起部の曲率半径 R₂は外輪軌道面半径の 70-9 0%程度に形成するとよい。 70%未満であると楔状油膜の入口開き角度が大きくなリ過ぎて却って動圧が低下する。また 90%を超えると楔状油膜の入口角度が小さくなリすぎて同様に動圧が低下する。また、突起部 5 f の横幅 W₂ は望ましくは柱部 5 cの横幅の 50%以上となるように形成する（W₂≥0. 5 Χ\Λ^)。 50%未満では良好な楔状油膜を形成するための充分な突起部 5 f の高さが確保できなくなるためである。なお、外輪軌道面半径 R，は大径倶 IJから小径側へと連続的に変化しているので、突起部 5 f の曲率半径 R₂もそれに合わせて大径側環状部 5 bの大きな曲率半径 R ₂から小径側環状部 5 aの小さな曲率半径 R₂へと連続的に変化するようにする。

図 5および図 6の円すいころ軸受 1は以上のように構成されているため、軸受 1が回転して保持器 5が回転し始めると、外輪軌道面と保持器 5の突起部 5 f との間に楔状油膜が形成される。この楔状油膜は軸受 1の回転速度にぽぼ比例した動圧を発生するので、保持器 5のピッチ円径（PCD) を従来よリも大きくして外輪軌道面に近接させても、軸受 1を大きな摩耗ないしトルク摄失を生じることなく回転させることが可能となり、無理なくころ本数を増加させることが可能となる。

以上、本発明の実施の形態につき説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されることなく種々の変形が可能である。例えば前記実施の形態では保持器材料に P PS、 PE EK, PA、 P PA、 P A I等のスーパーエンプラを使用したが、必要に応じて、強度増強のため、これら樹脂材料またはその他のェンジニアリング■プラスチックに、ガラス繊維または炭素繊維などを配合したものを使用してもよい。産業上の利用可能性

本発明に係る円すいころ軸受 1は、自動車のトランスミッションに組み込むほか、自動車のデフアレンシャルや、自動車用歯車装置以外の用途に使用することも可能である。

Claims

請求の範囲

1 - 内輪と、外輪と、前記内輪と外輪との間に転動自在に配された複数の円すいころと、前記円すいころを円周所定間隔に保持する保持器とを備えた円すいころ軸受において、ころ係数が 0 . 9 4を越えることを特徴とする円すいころ軸受。

2 . ポケットの窓角を 5 5 ° 以上 8 0 ° 以下にしたことを特徴とする請求項 1の円すいころ軸受。

3 . 前記保持器を機械的強度、耐油性および耐熱性に優れたエンジニアリング■ プラスチックで構成したことを特徴とする請求項 1または 2の円すいころ軸受。