特開 2022-163432 転がり軸受

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022163432

(43)【公開日】2022-10-26

(54)【発明の名称】転がり軸受

(51)【国際特許分類】

   F16C 33/66 20060101AFI20221019BHJP

   F16C 19/06 20060101ALI20221019BHJP

   F16C 33/58 20060101ALI20221019BHJP

【ＦＩ】

F16C33/66 Z

F16C19/06

F16C33/58

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021068355

(22)【出願日】2021-04-14

(71)【出願人】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(71)【出願人】

【識別番号】000001247

【氏名又は名称】株式会社ジェイテクト

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】村田 收

(72)【発明者】

【氏名】堀田 滋

(72)【発明者】

【氏名】大宮 康裕

(72)【発明者】

【氏名】遠山 護

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 範和

(72)【発明者】

【氏名】廣瀬 みちる

(72)【発明者】

【氏名】鬼塚 高晃

(72)【発明者】

【氏名】立石 佳男

(72)【発明者】

【氏名】長谷川 賢一

(72)【発明者】

【氏名】戸田 拓矢

(72)【発明者】

【氏名】西村 駒次

(72)【発明者】

【氏名】山本 祐也

【テーマコード（参考）】

3J701

【Ｆターム（参考）】

3J701AA02

3J701AA32

3J701AA42

3J701AA52

3J701AA62

3J701BA53

3J701BA54

3J701BA56

3J701BA69

3J701CA07

3J701CA08

3J701CA13

3J701EA67

3J701FA32

3J701GA01

3J701GA31

3J701XB03

3J701XB24

(57)【要約】

【課題】高速で回転しても、転動面における油量不足を抑制し、焼き付きや摩耗の発生を抑制できる転がり軸受を提供する。
【解決手段】内周面２１ａに外側軌道２１ｂが形成された外輪２１と、外周面２２ａに内側軌道２２ｂが形成された内輪２２と、外側軌道２１ｂと内側軌道２２ｂとの間に配置された転動体２３と、を備え、回転軸を中心として外輪２１と内輪２２とが相対的に回転可能な転がり軸受であって、外輪２１又は内輪２２のいずれか一方の回転軸方向端部に、外輪２１と内輪２２との間から外部へ流出するオイルの流れを妨げる固定板２６を備え、固定板２６には、回転軸方向に貫通するオイル吸引口２６ａが形成されている。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

内周面に外側軌道が形成された外輪と、外周面に内側軌道が形成された内輪と、前記外側軌道と前記内側軌道との間に配置された転動体と、を備え、回転軸を中心として前記外輪と前記内輪とが相対的に回転可能な転がり軸受であって、
前記外輪又は前記内輪のいずれか一方の前記回転軸方向端部に、前記外輪と前記内輪との間から外部へ流出するオイルの流れを妨げる固定板を備え、
前記固定板には、前記回転軸方向に貫通するオイル吸引口が形成されていることを特徴とする転がり軸受。

【請求項2】

請求項１に記載の転がり軸受であって、
前記固定板に対して前記回転軸方向の反対側から前記外輪と前記内輪との間へ前記オイルが供給され、
前記オイル吸引口は、前記外輪に対して前記内輪が回転して進む方向を周方向前側として、前記オイルの供給位置より周方向前側に４５度以内の範囲で配置されていることを特徴とする転がり軸受。

【請求項3】

請求項１又は２に記載の転がり軸受であって、
前記固定板は、前記回転軸に対して略垂直となるように設けられていることを特徴とする転がり軸受。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、転がり軸受に関する。

【背景技術】

【0002】

特許文献１には、転がり軸受にエアオイルを噴射するノズルを設置して軸受内の転動体にオイルを供給して、少ない潤滑油量で高速回転時における軸受内部への潤滑油供給を図る方法が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２００２－５４６４３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に開示される潤滑油供給方法では、使用している転がり軸受はエアオイル潤滑用の内外綿に斜面を有する専用品であり、エアオイルを噴射するその斜面には、噴射ノズル部品と回転する内輪との間に接触を避けるための隙間が存在する。そのため、供給されたエアオイルが回転体の中へ入らず、その隙間から漏れ出てしまい、潤滑不良を起こす可能性がある。更に、転がり軸受を高速で回転させることによって、転動体が転動しながら外輪や内輪の軌道面と接触する転動面へのオイルの流入が極めて少なくなれば、転動面における油量不足を抑制できなくなる可能性がある。

【0005】

そこで、高速で回転する玉軸受の内部の潤滑状態を可視化できる試験機を製作し、従来技術の玉軸受を高速で回転させた場合の玉軸受内部の潤滑状態を観察した。評価試験に用いた玉軸受１は、型式６８０８に相当する形状で、外輪２のみ石英製とした可視化軸受である。玉軸受１の全体の構成を図３及び図４に示す。図３及び図４に示すように、玉軸受１は、透明な石英製の外輪２と、鋼材製の内輪３と、転動体である鋼球４と、鋼球４を周方向に間隔を空けて転動可能に保持する保持器５とを備える。

【0006】

保持器５の形状を、図５、図６及び図７に示す。なお、保持器５の形状を明確にするために、図６では、保持器５のみの断面と鋼球４を示している。保持器５には、鋼球４を転動可能に保持するポケット６が軸方向一方側に形成されており、ポケット６は片側が開放した形状となっている。そして、保持器５の軸方向他方側の側面７は平坦となっている。なお、保持器の側面７には、軸方向に貫通する油通穴は形成されていない。

【0007】

評価試験に用いた試験機の概略を図８に示す。水平方向に延びる回転軸８は２つの軸支持軸受９によって回転可能に支持され、モータ１０によって回転される。回転軸８は玉軸受１の内輪３の内側に挿入されて固定されており、内輪３は回転軸８と一体となって回転する。玉軸受１の外輪２はハウジング１１の内部に固定されている。玉軸受１の上方にはカメラ１２が配置され、ハウジング１１には玉軸受１の上方に観察用穴１３が形成されているため、カメラ１２は外輪２の最頂部を上方から撮影することができる。

【0008】

給油ノズル１４は外輪２の最頂部と内輪３の間にオイルを供給し、玉軸受１より下方でハウジング１１内に貯まったオイルは、オイルポンプ１５によって回収されて循環する。オイルには、市販のＡＴＦ（Ａｕｔｏｍａｔｉｃ Ｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎ Ｆｌｕｉｄ）であるトヨタオートフルードＷＳに蛍光剤であるクマリン－６を混入させたものを用いて、蛍光法によって油量分布を観察した。励起光には、波長４０５ｎｍのＬＥＤフラッシュ照明を用いた。

【0009】

図９は玉軸受１の上面図である。外輪２が透明な石英製であるため、玉軸受１を上方から見ると、内輪３の軌道面３ａや鋼球４の位置も確認することができる。図９の破線で囲まれた領域がカメラ１２による観察領域である。観察領域は視野２３．６ｍｍ×１７．７ｍｍである。ＬＥＤフラッシュ照明の１回発光あたりの時間を３μｓｅｃとして、その発光をカメラ１２のフレームノート４０ｆｐｓに合わせて照射することで、回転している玉軸受１の内部のオイル分布を観察した。玉軸受１への供給油量を１００ｍｌ／ｍｉｎで一定として、玉軸受１に上方から付与したラジアル荷重も３００Ｎで一定として、軸回転速度を約２０００ｒｐｍと約２００００ｒｐｍに変えて観察した。

【0010】

転動面周辺の油量分布の観察結果を模式的に図１０及び図１１に示す。図１０が軸回転速度を約２０００ｒｐｍ（厳密には１９１０ｒｐｍ）とした場合の観察結果であり、図１１が軸回転速度を約２００００ｒｐｍ（厳密には２０２００ｒｐｍ）とした場合の観察結果である。図１０及び図１１は、鋼球４の位置を実線で、鋼球４の中心線を一点鎖線で、保持器５の位置を二点鎖線で記載している。鋼球４は、図１０及び図１１の右側に向かって公転している。図１０及び図１１には、給油ノズル１４も描かれている。図１０及び図１１では、オイルが多く存在する領域ほど濃い灰色で示しており、白い部分にはオイルがほとんど存在していなかったことを示す。

【0011】

図１０に示すように、軸回転速度が約２０００ｒｐｍの低回転条件では、鋼球４の出口側（図１０における鋼球４より左側）の付近を除いて全般的にオイルが充満していた。鋼球４の出口側ではオイルの少ない領域が認められているが、これは鋼球４の公転によって、オイルが排除されていることや、キャビテーションの発生によるものと推察される。

【0012】

図１１に示すように、軸回転速度が約２００００ｒｐｍの高回転条件では、鋼球４及び保持器５の公転軌道部にはオイルが充満しておらず、オイルは公転軌道部の軸方向外側と境界付近に分布していた。これは高速では鋼球４の公転や保持器５の回転によってオイルが排除される速さがオイルの流入速度に対して過度に増大していることや、鋼球４の公転速度の増大に伴い、鋼球４の出口側（図１１における鋼球４より左側）のキャビテーション領域が拡大していることの両者に起因するものと考えられる。なお、鋼球４の入口側（図１１における鋼球４より右側）では、三角状にオイルの多い部分が存在していた。これは保持器５のＵ字状のポケット６の開口部において、内輪３側からオイルが供給されているものと考えられる。ただし、いずれにしても、低速度条件と比較して、高速度条件では、鋼球４の入口側や、外輪２との転がり面となる鋼球４の頂点部分のオイルが少なくなっており、油量不足が生じているものと判断される。摩擦トルク低減の観点では、転動面の油量が少ないほど良好な傾向であるが、摩耗や焼き付き防止の観点では、過度な油量不足を抑制することが必要となる。

【0013】

このように、玉軸受１の内部の油量分布観察の結果、高速回転時には、高速回転する鋼球４や保持器５によってオイルがかき分けられると共に、それらの公転軌道部にオイルが流入する量が極めて少ないことが判明した。この場合、短時間の使用では、特許文献１に開示されている方策による保油性の向上で焼き付きや摩耗を抑制できるとしても、長時間にわたる使用条件では、いずれオイルが枯渇するため、焼き付きや摩耗を抑制できなくなるものと考えられる。したがって、高速回転の玉軸受で長時間の使用にわたって焼き付きや摩耗を抑制するには、外輪２及び内輪３の軌道内へのオイル流入を促進する必要があり、特許文献１に開示されているディンプルの付与だけでは対応が困難である。

【0014】

そこで、本発明は、高速で回転しても、転動面における油量不足を抑制し、焼き付きや摩耗の発生を抑制できる転がり軸受を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0015】

本発明に係る転がり軸受は、内周面に外側軌道が形成された外輪と、外周面に内側軌道が形成された内輪と、前記外側軌道と前記内側軌道との間に配置された転動体と、を備え、回転軸を中心として前記外輪と前記内輪とが相対的に回転可能な転がり軸受であって、 前記外輪又は前記内輪のいずれか一方の前記回転軸方向端部に、前記外輪と前記内輪との間から外部へ流出するオイルの流れを妨げる固定板を備え、前記固定板には、前記回転軸方向に貫通するオイル吸引口が形成されていることを特徴とする。

【0016】

本発明は、外輪と内輪との間に供給されたオイルをオイル吸引口から吸引して、オイル吸引口へ向かって流すことにより、転動面へのオイル流入を促進するため、高速で回転しても、転動面における油量不足を抑制し、焼き付きや摩耗の発生を抑制できる玉軸受を提供することができる。

【0017】

本発明に係る転がり軸受の一態様において、前記固定板に対して前記回転軸方向の反対側から前記外輪と前記内輪との間へ前記オイルが供給され、前記オイル吸引口は、前記外輪に対して前記内輪が回転して進む方向を周方向前側として、前記オイルの供給位置より周方向前側に４５度以内の範囲で配置されていてもよい。

【0018】

この態様によれば、高速回転時におけるオイルの流れを妨げないように効率よくオイルを流すことができる。

【0019】

本発明に係る転がり軸受の一態様において、前記固定板は、前記回転軸に対して略垂直となるように設けられていてもよい。

【発明の効果】

【0020】

本発明は、高速で回転しても、転動面における油量不足を抑制し、焼き付きや摩耗の発生を抑制できる転がり軸受を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本開示の実施形態の転がり軸受の側面図である。

【図2】図１におけるＤ－Ｄ線断面図である。

【図3】外輪の軌道面と転動体の転動面との間の潤滑状態を観察する評価試験に用いた玉軸受の側面図である。

【図4】図３におけるＡ－Ａ線断面図である。

【図5】評価試験に用いた玉軸受の側面図の一部を拡大して示した図である。

【図6】図５におけるＢ－Ｂ線断面図である。

【図7】図５におけるＣ－Ｃ線断面図である。

【図8】外輪の軌道面と転動体の転動面との間の潤滑状態を観察する評価試験に用いた試験機の概略を示す図である。

【図9】外輪の軌道面と転動体の転動面との間の潤滑状態を観察する評価試験における観察領域を示す図である。

【図10】軸回転速度を約２０００ｒｐｍとした場合の転動面周辺の油量分布の観察結果を模式的に示す図である。

【図11】軸回転速度を約２００００ｒｐｍとした場合の転動面周辺の油量分布の観察結果を模式的に示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、図１及び図２を参照しながら、本開示の実施形態の転がり軸受２０について説明する。図２は、図１におけるＤ－Ｄ線に沿った断面図である。図１及び図２に示すように、転がり軸受２０は、外輪２１、内輪２２、転動体２３及び保持器２５を備える玉軸受である。外輪２１の内周面２１ａには、球状の転動体２３の表面に沿うような形状の外側軌道２１ｂが形成される。内輪２２の外周面２２ａには、転動体２３の表面に沿うような形状の内側軌道２２ｂが形成される。外輪２１の外側軌道２１ｂ及び内輪２２の内側軌道２２ｂは、円環状の転がり軸受２０の周方向に沿って所定の間隔で設けられる。転動体２３は、外輪２１の外側軌道２１ｂと内輪２２の内側軌道２２ｂとで形成される空間内に転動可能な状態で保持される。また、保持器２５は、外輪２１と内輪２２との間に配置され、複数の転動体２３を周方向に所定の間隔で転動可能に保持する。転がり軸受２０は、外輪２１と内輪２２との間で転動体２３が転動することによって、外輪２１及び内輪２２の中心軸を回転軸として外輪２１と内輪２２とが相対的に回転可能な構成とされている。

【0023】

転がり軸受２０は、例えば、自動車用の駆動系ユニットや工作機械など、主に使用される回転方向が一方向に定まる用途に用いられる。転がり軸受２０で主に使用される回転方向で内輪２２を回転させると、図１において矢印で示すように内輪２２が反時計回りに回転する。そして、転動体２３も内輪２２と同じ回転方向に公転し、保持器２５も内輪２２と同じ回転方向に回転する。以下、この回転により外輪２１に対して内輪２２が回転して進む方向を周方向前側とする。

【0024】

転がり軸受２０は、オイルの流れを妨げるための固定板２６を備える。固定板２６は、転がり軸受２０の回転軸方向端部から外輪２１の内周面２１ａと内輪２２の外周面２２ａとの間に配置された板状の部材である。固定板２６は、外輪２１と内輪２２との間から外部へ流出するオイルの流れを妨げる位置に配置されている。固定板２６は、円環状の部材とし、転がり軸受２０の回転軸に略垂直となるように配置することが好適である。外輪２１を固定して外輪２１に対して内輪２２を回転させる場合、固定板２６は、外輪２１の回転軸方向端部に固定することが好適である。この場合、固定板２６は、内輪２２とは接触せず、固定板２６と内輪２２の外周面２２ａとの間には隙間を設けることが好適である。内輪２２を固定して内輪２２に対して外輪２１を回転させる場合、固定板２６は、内輪２２の回転軸方向端部に固定することが好適である。この場合、固定板２６は、外輪２１とは接触せず、固定板２６と外輪２１の内周面２１ａとの間には隙間を設けることが好適である。そして、固定板２６には、回転軸方向に貫通するオイル吸引口２６ａが形成されている。

【0025】

転がり軸受２０の固定板２６と回転軸方向反対側には給油ノズル２７が配置される。給油ノズル２７は、外輪２１の内周面２１ａと内輪２２の内周面２１ａとの間へオイルを供給するために用いられる。

【0026】

固定板２６のオイル吸引口２６ａには、吸引配管２８が挿入される。吸引配管２８は不図示のオイルポンプへ接続される。給油ノズル２７から供給されたオイルは、オイル吸引口２６ａからオイルポンプによって吸引される。そのため、給油ノズル２７から供給されたオイルは、外輪２１の内周面２１ａと内輪２２の外周面２２ａとの間を給油ノズル２７から吸引配管２８の方向（図２における左側）へ向かって流れる。このとき、固定板２６が設けられていることによって、オイル吸引口２６ａからオイルをオイルポンプで吸引する際にオイルを効果的に吸引することができる。したがって、外輪２１の内周面２１ａと内輪２２の外周面２２ａとの間のオイルの流量を増やすことができる。

【0027】

外側軌道２１ｂと内側軌道２２ｂとの間に供給されたオイルは、外側軌道２１ｂと転動体２３の間、内側軌道２２ｂと転動体２３の間、周方向に隣り合う転動体２３の間を通る。したがって、外輪２１の内周面２１ａと内輪２２の外周面２２ａとの間のオイルの流量を増やすことによって、外側軌道２１ｂと転動体２３との間及び内側軌道２２ｂと転動体２３の間のオイルの流量も増加し、外側軌道２１ｂと転動体２３との間や内側軌道２２ｂと転動体２３との間ヘオイルを効果的に供給することができる。このように転がり軸受２０は、転動面にオイルを効果的に供給することができるため、高速回転時において、転動面における油量不足を抑制し、焼き付きや摩耗の発生を抑制することができる。

【0028】

なお、図１に示すように、オイル吸引口２６ａは、給油ノズル２７によってオイルが供給されるオイル供給位置よりも角度θだけ周方向前側に設けることが好適である。角度θは、４５度以内とすることが好適である。このようにオイル吸引口２６ａを給油ノズル２７よりも周方向前側に設けることによって、転がり軸受２０が高速回転する状態においてオイルの流れを妨げないように効率よくオイルを流すことができる。

【0029】

本発明は、上述した形態に限定されず、本発明の要旨の範囲内において種々の形態にて実施できる。例えば、本発明の構成は、玉軸受ではなく、ころ軸受に対しても適用できる。

【符号の説明】

【0030】

１ 玉軸受、２ 外輪、３ 内輪、３ａ 軌道面、４ 鋼球、５ 保持器、６ ポケット、７ 側面、８ 回転軸、９ 軸支持軸受、１０ モータ、１１ ハウジング、１２ カメラ、１３ 観察用穴、１４ 給油ノズル、１５ オイルポンプ、２０ 転がり軸受、２１ 外輪、２１ａ 内周面、２１ｂ 外側軌道、２２ 内輪、２２ａ 外周面、２２ｂ 内側軌道、２３ 転動体、２５ 保持器、２６ 固定板、２６ａ オイル吸引口、２７ 給油ノズル、２８ 吸引配管。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】