自動調心ころ軸受
【課題】運転時に複数の球面ころ４、４がスキューする事を防止して、これら各球面ころ４、４と外輪軌道７及び１対の内輪軌道８、８との転がり接触部での摩擦低減を図り、運転時に発生する摩擦熱を低減する。
【解決手段】上記各球面ころ４、４の最大直径部を、上記外輪軌道７の曲率中心点Ｏout と上記両内輪軌道８、８の曲率中心点Ｏinとを結ぶ仮想直線上に配置したと仮定した状態で、上記各球面ころ４、４の軸方向内端面１４、１４と上記案内輪６の軸方向両側面１３、１３との擦れ合い部の隙間を、０又は負の値とする。この構成により、これら軸方向両側面１３、１３による上記各球面ころ４、４の姿勢制御を確実に行って、上記課題を解決する。
【解決手段】上記各球面ころ４、４の最大直径部を、上記外輪軌道７の曲率中心点Ｏout と上記両内輪軌道８、８の曲率中心点Ｏinとを結ぶ仮想直線上に配置したと仮定した状態で、上記各球面ころ４、４の軸方向内端面１４、１４と上記案内輪６の軸方向両側面１３、１３との擦れ合い部の隙間を、０又は負の値とする。この構成により、これら軸方向両側面１３、１３による上記各球面ころ４、４の姿勢制御を確実に行って、上記課題を解決する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、各種機械装置に組み込まれ、例えばハウジングの内側に回転軸を支承する、自動調心ころ軸受の改良に関する。具体的には、運転時に複数の球面ころがスキューする事を防止して、これら各球面ころと外輪軌道及び内輪軌道との転がり接触部での摩擦低減を図るものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば重量の嵩む軸をハウジングの内側に回転自在に支承する為に従来から、特許文献１〜４に記載された様な自動調心ころ軸受が使用されている。図７は、これら特許文献１〜４に記載される等により、従来から広く知られている自動調心ころ軸受１を示している。この自動調心ころ軸受１は、互いに同心に組み合わされた外輪２と内輪３との間に、複数の球面ころ４、４を転動自在に配列して成る。そして、保持器５と案内輪６とにより、これら各球面ころ４、４の位置並びに姿勢を規制している。
【０００３】
上記外輪２の内周面には、単一の中心を有する球状凹面である、外輪軌道７を形成している。即ち、この外輪軌道７は、母線形状が、上記外輪２の中心軸上の点Ｏout を中心とする、部分凹円弧である。従って上記外輪軌道７の母線形状の曲率半径は、この外輪軌道７の最大内径の１／２である。又、上記内輪３の外周面の幅方向（図７の左右方向）両側には、それぞれが上記外輪軌道７と対向する（上記各球面ころ４、４の自転軸に関して対称な母線形状を有する）、１対の内輪軌道８、８を形成している。これら両内輪軌道８、８は、それぞれの母線形状が点Ｏinを中心とする部分凹円弧である。又、これら両内輪軌道８、８の母線形状の曲率半径は、上記外輪軌道７の母線形状の曲率半径と等しい。尚、図示の例の場合、上記内輪３の外周面の軸方向両端部に、それぞれ外向フランジ状の鍔部９、９を形成している。又、上記各球面ころ４、４は、その最大径部が各球面ころ４、４の軸方向中間部に存在するビヤ樽型（一般的には最大径部が軸方向中央部にある対称形）で、上記外輪軌道７と上記１対の内輪軌道８、８との間に、２列に亙って転動自在に配列されている。上記各球面ころ４、４の外周面の母線形状の曲率半径は、上記外輪軌道７及び上記両内輪軌道８、８の母線形状の曲率半径よりも少しだけ小さい。
【０００４】
上記保持器５は、真鍮の如き銅系合金の様に自己潤滑性を有する金属製の素材に削り加工を施す事により、或いは、合成樹脂を射出成形する事により、全体を一体に造られたもので、円環状のリム部１０と、このリム部１０の軸方向両側面から互いに反対方向に突出した複数本の柱部１１、１１とを備える。そして、円周方向に隣り合う柱部１１、１１の側面と上記リム部１０の軸方向側面とにより三方を囲まれる部分を、それぞれ上記各球面ころ４、４を保持する為のポケット１２、１２としている。
【０００５】
更に、前記案内輪６は、銅系合金の如き自己潤滑性を有する金属、含油メタル、合成樹脂等の、摩擦係数の低い材料により、全体を円環状に形成している。上記案内輪６は、軸方向幅が外径側で大きく内径側で小さい、断面台形で、上記内輪３の軸方向中間部よりも少しだけ大きい内径と、上記保持器５のリム部１０の内径よりも少しだけ小さい外径とを有する。この様な案内輪６は、上記内輪３の軸方向中間部外周面と上記リム部１０の内周面との間に、これら内輪３及びリム部１０に対する相対回転を可能に設置している。この状態で上記案内輪６の軸方向両側面１３、１３は、上記各球面ころ４、４の軸方向内端面（自動調心ころ軸受１の幅方向中央側の端面。本明細書及び特許請求の範囲全体で同じ。）１４、１４と実質的に（対向する部分の周方向両端同士を結ぶ面同士が）平行になる。
【０００６】
上述の様に構成される自動調心ころ軸受１により、例えばハウジングの内側に回転軸を支承する場合、前記外輪２をハウジングに内嵌固定し、上記内輪３を回転軸に外嵌固定する。この回転軸と共にこの内輪３が回転する場合には、上記各球面ころ４、４が転動して、この回転を許容する。上記ハウジングの軸心と上記回転軸の軸心とが不一致の場合、上記外輪２の内側で上記内輪３が調心する（外輪２の中心軸に対し内輪３の中心軸を傾斜させる）事で、この不一致を補償する。この場合に於いて、前記外輪軌道７は単一球面状に形成されている為、上記各球面ころ４、４の転動は、不一致補償後に於いても、円滑に行われる。又、これら各球面ころ４、４は、それぞれの軸方向内端面１４、１４と上記案内輪６の軸方向両側面１３、１３との係合に基づいて姿勢を制御される。即ち、上記各球面ころ４、４の自転中心軸が本来の位置からずれるスキューを抑え、これら各球面ころ４、４の転動面と上記外輪軌道７及び前記両内輪軌道８、８との転がり接触部での摩擦を抑える。
【０００７】
従来は、上述の様に構成され作用する自動調心ころ軸受１の中立状態で、上記案内輪６の軸方向両側面１３、１３と上記各球面ころ４、４の軸方向内端面１４、１４との間に正の隙間を設定していた。この場合の中立状態とは、上記各球面ころ４、４に軸方向の力が作用しない状態で、これら各球面ころ４、４が、上記外輪軌道７と上記両内輪軌道８、８との間で最も安定する位置に存在する状態を言う。そして、この最も安定する状態とは、これら両軌道７、８の断面形状の曲率中心点Ｏout 、Ｏin同士を結ぶ仮想直線α上に、上記各球面ころ４、４の最大直径部（一般的な対称形状の球面ころ４、４の場合には軸方向中央部）を位置させた状態を言う。従来構造の場合には、この状態で、上記各球面ころ４、４の軸方向内端面１４、１４と上記案内輪６の軸方向両側面１３、１３との間に、正の隙間を存在させていた。又、この正の隙間の、これら両面１４、１３に対し直角方向の厚さδを、上記各球面ころ４、４の軸方向長さＬｗの０．００２倍以上（δ≧０．００２Ｌｗ、例えばδ＝０．０２５Ｌｗ）としていた。
【０００８】
この様に、上記自動調心ころ軸受１の中立状態で、上記両面１４、１３同士の間に正の隙間を介在させる理由は、上記案内輪６の軸方向両側面１３、１３と前記内輪３の外周面の軸方向両端部に形成した鍔部９、９の内側面１５、１５との距離が上記各球面ころ４、４の軸方向長さＬｗより小さいと、これら両側面１３、１５との間にこれら各球面ころ４、４を挿入しにくくなると考えられていた為である。この為に従来は、上記案内輪６の軸方向両側面１３、１３と上記両鍔部９、９の内側面１５、１５との距離が、上記各球面ころ４、４の軸方向長さＬｗより大きくなる様に設計して、これら各球面ころ４、４の中立状態で、これら各球面ころ４、４の軸方向外端面１６、１６と上記両鍔部９、９の内側面１５、１５との間、及び、これら各球面ころ４、４の軸方向内端面１４、１４と上記案内輪６の軸方向両側面１３、１３との間に、何れも正の隙間を介在させていた。
【０００９】
ところが、これら両面１４、１３同士の間に正の隙間が介在すると、この隙間分だけ、上記各球面ころ４、４のスキューを抑える事ができず、スキューに基づいて発生する摩擦熱が増大する。即ち、上記従来構造の場合には、上記隙間に基づくスキューにより、上記各球面ころ４、４の転動面と上記外輪軌道７及び両内輪軌道８、８との転がり接触部での滑り摩擦の割合が多くなり、この転がり接触部で発生する摩擦熱が多くなる。本発明者の研究により、上記両面１４、１３同士の間の隙間の大きさによっては、上記転がり接触部で発生する摩擦熱の増大量が、これら両面１４、１３同士の擦れ合い部で発生する摩擦熱の低減量を上回り、上記自動調心ころ軸受１全体としての摩擦熱の発生量を増大させる事が分かった。
【００１０】
この様な事情に鑑みて、特許文献５には、図８に示す様な、案内輪６ａにウェーブワッシャ等の弾性材１７を組み込む事で、この案内輪６ａに軸方向寸法を増大させる方向の弾力を付与し、この案内輪６ａの軸方向両側面１３、１３と各球面ころ４、４の軸方向端面１４、１４とを摺接させ、これら各球面ころ４、４のスキューを防止する構造が記載されている。この様な特許文献５に記載された従来構造の場合、上記案内輪６ａの構造が複雑になり、コストが嵩むだけでなく、この案内輪６ａの軸方向両側面１３、１３と上記各球面ころ４、４の軸方向端面１４、１４との擦れ合い部の摩擦を低く抑える事が難しい。即ち、上記案内輪６ａとして、１対の円輪状部材１８、１８により上記弾性材１７をサンドイッチ状に挟持したものを使用する必要があり、上記案内輪６ａの製造コストが嵩む。しかも、この案内輪６ａに組み込める程度に薄い（軸方向寸法が小さい）弾性材１７のばね定数を低く抑える事は難しく（僅かな変位で弾性が大きく変化する為）、上記擦れ合い部の面圧を適正にする（低く抑える）事は難しい。上記特許文献５には、案内輪全体を、断面形状が馬蹄形である板ばね製とする技術も記載されているが、この様な案内輪にしても、加工が面倒でコストが嵩むだけでなく、ばね定数も低く抑える事が難しい為、同様の問題を生じる。
【００１１】
【特許文献１】特開平１１−３０２３２号公報
【特許文献２】特開２０００−３５２４１８号公報
【特許文献３】特開２００１−８２４６７号公報
【特許文献４】特開２００５−１２１１９９号公報
【特許文献５】特開２００１−８２４６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上述の様な事情に鑑み、運転時に複数の球面ころがスキューする事を防止して、これら各球面ころと外輪軌道及び内輪軌道との転がり接触部での摩擦低減を図り、自動調心ころ軸受の運転時に発生する摩擦熱を、この自動調心ころ軸受全体として安定して低減でき、しかも低コストで造れる構造を実現すべく発明したものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の自動調心ころ軸受は、前述した従来から知られている自動調心ころ軸受と同様に、外輪と、内輪と、複数の球面ころと、保持器と、案内輪とを備える。
このうちの外輪は、全体が円環状であって、内周面に外輪軌道を形成している。この外輪軌道は、部分球状凹面であって、その母線形状が、上記外輪の中心軸上の点Ｏout を中心とする部分凹円弧である。
又、上記内輪は、外周面に１対の内輪軌道を形成している。これら両内輪軌道は、それぞれの母線形状が、上記内輪の径方向外側に存在する点Ｏinを中心とする部分凹円弧であって、それぞれが上記外輪軌道と対向する。
又、上記各球面ころは、それぞれの外周面の母線形状が、上記外輪軌道及び上記両内輪軌道の母線形状の曲率半径よりも小さな曲率半径を有する凸円弧（単一の曲率半径を有する形状）又は部分凸円弧（軸方向両端寄り部分にクラウニングを施す為、部分的に曲率半径を異ならせた、複合曲面形状）である、ビヤ樽型である。この様な上記各球面ころは、それぞれが上記外輪軌道と上記両内輪軌道との間に、２列に亙って、これら両列毎に複数個ずつ、転動自在に設けられている。
又、上記保持器は、円環状であって、上記各球面ころを転動自在に保持する複数のポケットを、円周方向複数個所に設けている。
更に、上記案内輪は、上記両列の球面ころの互いに対向する軸方向内端面同士の間に挟持されている。
【００１４】
特に、本発明の自動調心ころ軸受に於いては、中立状態で、上記案内輪の軸方向両側面と上記各球面ころの軸方向内端面との間の隙間を、０又は負としている。即ち、これら各球面ころに軸方向の力が作用しない状態で、これら各球面ころが上記外輪軌道と上記両内輪軌道との間で最も安定する位置に存在する状態である、上記各球面ころの最大直径部を、上記外輪軌道の曲率中心点Ｏout と上記両内輪軌道の曲率中心点Ｏinとを結ぶ仮想直線上に配置したと仮定した状態で、上記各球面ころの軸方向内端面と上記案内輪の側面との擦れ合い部の隙間を、０又は負の値としている。尚、実際上、隙間を丁度０にして、正の隙間を生じない様にする事が難しい場合には、隙間を負とする。
【００１５】
この様な本発明を実施する場合に好ましくは、請求項２に記載した発明の様に、上記各球面ころの形状を軸方向に関して対称として、これら各球面ころの最大直径部をこれら各球面ころの軸方向中央位置に存在させる。そして、これら各球面ころの軸方向長さをＬｗとし、これら各球面ころの軸方向内端面と案内輪の軸方向側面との擦れ合い部の隙間の大きさをδとした場合に、０≧δ／Ｌｗ≧−０．００４を満たすべく、各部の寸法を規制する。
或いは、請求項３に記載した発明の様に、上記各球面ころの軸方向内端面と上記案内輪の軸方向側面との擦れ合い部の接触荷重ｆを、それぞれこれら各球面ころ及び案内輪を組み込んだ自動調心ころ軸受の静定格荷重Ｃorの０〜０．０２倍（０≦ｆ／Ｃor≦０．０２）、更に好ましくは０〜０．０１２倍（０≦ｆ／Ｃor≦０．０１２）を満たすべく、各部の寸法を規制する。
又、上述の様な本発明を実施する場合に好ましくは、請求項４に記載した発明の様に、上記外輪軌道の表面粗さを、０．１μｍＲａ〜０．５μｍＲａとする。
或いは、請求項５に記載した発明の様に、前記案内輪を金属製とし、この案内輪の軸方向両側面と各球面ころの軸方向内端面とのうちの少なくとも一方の面を酸化被膜で覆う。
【発明の効果】
【００１６】
上述の様な構成を有する本発明の自動調心ころ軸受によれば、各球面ころのスキューを抑え、スキューに基づいてこれら各球面ころの転動面と外輪軌道及び内輪軌道との転がり接触部で滑りの要素が増大する事を抑えられる。この為、自動調心ころ軸受全体としての運転時の発熱量を抑える事ができて、この自動調心ころ軸受のより高速での運転が可能になる他、耐久性の向上も図れる。
特に、負の隙間の大きさを上記各球面ころの軸方向長さの０．００４倍以下に抑えるか、或いは、これら各球面ころの軸方向内端面と案内輪の軸方向側面との擦れ合い部の接触荷重ｆを、それぞれこれら各球面ころ及び案内輪を組み込んだ自動調心ころ軸受の静定格荷重Ｃorの０〜０．０２倍に抑えれば、上記各球面ころの軸方向内端面と案内輪の軸方向両側面との間の滑り摩擦を抑えて、上記自動調心ころ軸受全体としての運転時の発熱量を、十分に抑えられる。又、上記各球面ころの形状を軸方向に関して対称とすれば、これら各球面ころの組み付け方向に注意を払わずに、上記スキューを防止できる。
【００１７】
又、請求項４に記載した発明の様に、上記外輪軌道の表面粗さを、０．１μｍＲａ〜０．５μｍＲａの範囲に規制すれば、早期剥離を抑制して、自動調心ころ軸受の耐久性向上を図れる。
更に、請求項５に記載した発明の様に、案内輪を金属製とし、この案内輪の軸方向両側面と各球面ころの軸方向内端面とのうちの少なくとも一方の面を酸化被膜で覆えば、この案内輪の軸方向両側面と上記各球面ころの軸方向内端面との擦れ合い部で焼き付き等の損傷が発生する事を防止して、耐久性をより向上させられる。
何れにしても本発明の自動調心ころ軸受の場合には、各部の形状及び寸法を規制するのみで足り、上記案内輪として特殊なものを使用する必要がないので、製造コストを抑えられる。又、上記案内輪の軸方向両側面と上記各球面ころの軸方向内端面との擦れ合い部の接触荷重を、低く、しかも安定させて、この擦れ合い部での発熱を抑えつつ、スキューを抑えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
［実施の形態の第１例］
図１〜２は、本発明の実施の形態の第１例を示している。尚、本例を含め、本発明の構造の特徴は、外輪軌道７及び１対の内輪軌道８、８の母線形状の曲率中心点Ｏout 、Ｏinの位置、各球面ころ４、４の軸方向長さＬｗとこれら各球面ころ４、４の最大外径部の軸方向位置（各球面ころ４、４の軸方向内端面１４、１４の位置）、案内輪６の軸方向に関する幅寸法（軸方向両側面１３、１３の位置）を適切に規制する事により、上記各球面ころ４、４の軸方向内端面１４、１４と上記案内輪６の軸方向両側面１３、１３との擦れ合い部に押し付け方向の力を付与する点にある。その他の部分の構成及び作用は、前述した従来構造と同様であるから、同等部分には同一符号を付して重複する説明は省略し、以下、本例の特徴部分を中心に説明する。
【００１９】
一般的に自動調心ころ軸受では、上記各球面ころ４、４に軸方向の力が作用せず、しかも、これら各球面ころ４、４の軸方向両端面が、鍔部９、９の内側面１５、１５にも、上記案内輪６の軸方向両側面１３、１３の何れの面にも当接しない状態では、これら各球面ころ４、４が、上記外輪軌道７と上記両内輪軌道８、８との間で最も安定した位置に存在する事になる。そして、この最も安定する位置とは、上記各球面ころ４、４の最大直径部（本例の場合には軸方向中央部）が、上記外輪軌道７の曲率中心Ｏout と上記両内輪軌道８、８の曲率中心点Ｏinとを結ぶ仮想直線α上に位置した状態である。
【００２０】
これに対し、本例の自動調心ころ軸受の場合には、上記各球面ころ４、４の最大直径部である軸方向中央部が、上記各軌道７、８の曲率中心点Ｏout 、Ｏin同士を結ぶ仮想直線α上に位置した状態で、上記各球面ころ４、４の軸方向内端面１４、１４が、図１に示す様に、丁度上記案内輪６の軸方向両側面１３、１３の位置に存在するか、或いは、図２に示す様に、この案内輪６の軸方向側面１３よりもこの案内輪６の軸方向内側に入り込んだ位置に存在する様に、各部の形状及び寸法を規制している。具体的には、上記各球面ころ４、４の最大直径部から軸方向内端面１４、１４迄の軸方向距離Ｌｗ／２を上記仮想直線αと上記案内輪６の軸方向側面１３との間隔Ｄ以上（Ｌｗ／２≧Ｄ）としている。
【００２１】
但し、図２に示す様に、上記各球面ころ４、４の軸方向内端面１４、１４が、この案内輪６の軸方向側面１３よりもこの案内輪６の軸方向内側に入り込んだ位置に存在するのは、上記各球面ころ４、４の最大直径部が、上記各軌道７、８の曲率中心点Ｏout 、Ｏin同士を結ぶ仮想直線α上に位置した状態にあると仮定した場合である。上記各球面ころ４、４を、実際に上記案内輪６と前記両鍔部９、９との間に組み込んだ状態では、これら各球面ころ４、４の最大直径部は、上記仮想直線αよりも、上記両鍔部９、９側に偏った部分に存在する。この状態でも、上記各球面ころ４、４の軸方向外端面１６、１６と上記両鍔部９、９の内側面１５、１５との間には正の隙間が存在するので、上記各球面ころ４、４を上記案内輪６と上記両鍔部９、９との間に組み込みにくくなる事はない。
【００２２】
上述の通りであるから、実際に上記各軌道７、８同士の間に上記各球面ころ４、４と上記案内輪６とを組み込み、外輪２と内輪３との相対回転に基づいてこれら各球面ころ４、４を最も安定する位置に向け移動させると、これら各球面ころ４、４の軸方向内端面１４、１４が、丁度上記案内輪６の軸方向両側面１３、１３に、隙間なく（接触圧ゼロで）当接するか、或いは、（接触圧を生じさせつつ）突き当てられる。そして、上記各球面ころ４、４の姿勢が、それぞれの軸方向内端面１４、１４と上記案内輪６の軸方向両側面１３、１３との係合により規制される。この場合に、上記図２に示す様に、上記案内輪６を設けないと仮定した場合に、上記球面ころ４の軸方向内端面１４が上記案内輪６の軸方向側面１３よりもこの案内輪６の幅方向内側に、δ分だけ入り込む場合、このδを負の隙間とする。上記組み込み状態では、このδ分に見合う力で、上記軸方向内端面１４が上記軸方向側面１３に押し付けられる。即ち、負の隙間の絶対値｜δ｜が大きい程、組み込み状態での、これら両面１４、１３同士の当接圧が高くなる。
【００２３】
本例の構造を実施する場合に好ましくは、上記負の隙間の絶対値｜δ｜を、０．００４Ｌｗ以下に規制する。即ち、上記各球面ころ４、４の軸方向内端面１４、１４と上記案内輪６の軸方向両側面１３、１３との擦れ合い部の隙間の大きさδを、上記軸方向長さＬｗとの関係で、０≧δ／Ｌｗ≧−０．００４の範囲（｜δ／Ｌｗ｜≦０．００４）に規制する。或いは、上記各擦れ合い部の接触荷重ｆを、それぞれ自動調心ころ軸受の静定格荷重Ｃorの０〜０．０２倍に抑える。上記隙間の大きさδ、或いは上記接触荷重ｆをこの様な範囲に規制する事が好ましい理由に就いては、後述する。
【００２４】
上述の様な構成を有する本例の自動調心ころ軸受１ａによれば、上記各球面ころ４、４のスキューを抑えられる。即ち、本例の構造の場合には、これら各球面ころ４、４の軸方向内端面１４、１４と上記案内輪６の軸方向両側面１３、１３とが接触し易くなる｛これら各面１４、１３同士の間に、実際上の隙間（正の隙間）が生じにくくなる｝。即ち、これら各面１４、１３同士は、丁度（当接圧ゼロの状態で）隙間なく擦れ合うか、若しくは、上記負の隙間の絶対値｜δ｜に応じた当接圧で擦れ合う。この為、上記各球面ころ４、４の姿勢が、上記各面１４、１３同士の係合により規制される。
【００２５】
即ち、これら各面１４、１３のうち、上記各球面ころ４、４の軸方向内端面１４、１４は、これら各球面ころ４、４の自転軸に対し直交する方向に形成されている。又、上記案内輪６の軸方向両側面１３、１３は、全周に亙って均一な（軸方向の凹凸が存在しない）部分円すい凹面となっている。従って、各面１４、１３同士が、互いに対向する部分の周方向両端部で均等に当接している限り、上記各球面ころ４、４の自転軸は正規の方向に向く。言い換えれば、これら各球面ころ４、４がスキューする事はない。この為、スキューに基づいてこれら各球面ころ４、４の転動面と、前記外輪軌道７及び前記両内輪軌道８、８との転がり接触部で滑りの要素が増大する事を抑えられる。この結果、自動調心ころ軸受１ａ全体としての運転時の発熱量を抑える事ができて、この自動調心ころ軸受１ａの、より高速での運転が可能になる他、耐久性の向上も図れる。
【００２６】
特に、上記負の隙間の絶対値｜δ｜を、上記各球面ころ４、４の軸方向長さＬｗの０．００４倍以下（｜δ／Ｌｗ｜≦０．００４）に抑えれば、或いは、上記各擦れ合い部の接触荷重ｆを、それぞれ自動調心ころ軸受の静定格荷重Ｃorの０〜０．０２倍に抑えれば、上記各球面ころ４、４の軸方向内端面１４、１４と前記案内輪６の軸方向両側面１３、１３との間の滑り摩擦を十分に低く抑えて、上記自動調心ころ軸受１ａ全体としての運転時の発熱量を、十分に抑えられる。この点に就いて、図３〜５を参照しつつ説明する。
【００２７】
これら図３〜５のうちの図３〜４は、上記各球面ころ４、４の軸方向内端面１４、１４と上記案内輪６の軸方向側面１３、１３との擦れ合い部の隙間の大きさδが、自動調心ころ軸受全体としての発熱量に及ぼす影響に就いて示している。但し、図３は理論解析の結果を、図４は実際に行った実験の結果を、それぞれ示している。実験は、呼び番号が２４１４４である自動調心ころ軸受（内径＝２２０mm、外径＝３７０mm、幅＝１５０mm、基本動定格荷重＝１８００ｋＮ）を、１６０ｋＮのラジアル荷重を付与しつつ、４００min-1 で回転させつつ、外輪の温度を測定する事で行った。上記図３〜４の横軸は上記隙間の大きさδと上記各球面ころ４、４の軸方向長さＬｗとの比（δ／Ｌｗ）を、縦軸は、上記発熱量（図４の場合には外輪温度）を、それぞれ示している。この発熱量（外輪温度）は、上記隙間が僅かな負である（δ／Ｌｗ≒−０．００１〜０．００３５）場合に最小になり、これよりも大きくても、逆に小さくても（負の隙間の絶対値｜δ｜が大きくなっても）増大する。上記隙間が大きくなって（負の隙間の絶対値｜δ｜が小さくなり、更には正の隙間となって）上記発熱量が増大する理由は、上記各球面ころ４、４のスキューに基づく、上記各転がり接触部での発熱量が増大する為である。これに対して、上記隙間が小さくなって（負の隙間の絶対値｜δ｜が大きくなって）上記発熱量が増大する理由は、上記各球面ころ４、４の軸方向端面１４、１４と上記案内輪６の軸方向両側面１３、１３との擦れ合い部の滑り摩擦に基づく発熱量が増大する為である。
【００２８】
この様な図３〜４から明らかな通り、上記負の隙間の絶対値｜δ｜を上記範囲に規制すれば、上記自動調心ころ軸受１ａ全体としての運転時の発熱量を、十分に抑えられる。尚、図４に示した実験結果が図３に示した理論解析の結果と多少異なった理由は、上記負の隙間の絶対値｜δ｜が大きくなって上記発熱量が増大する程度が、スキューに基づいて上記各転がり接触部でこの発熱量が増大する程度よりも著しかった為である。但し、上記負の隙間の絶対値｜δ｜を、上記各球面ころ４、４の軸方向長さＬｗの０．００４倍以下に抑えれば上記滑り摩擦を十分に低く抑えられる点では、理論解析の結果と実験結果とが一致し、本発明の有効性が確認された。
【００２９】
又、図５は、上記各球面ころ４、４の軸方向内端面１４、１４と上記案内輪６の軸方向側面１３、１３との擦れ合い部の接触荷重ｆとそれぞれ自動調心ころ軸受１ａ（呼び番号＝２４１４４）の静定格荷重Ｃorとの比が、この自動調心ころ軸受１ａ全体としての発熱量に及ぼす影響に就いて理論解析した結果を示している。図５中、実線ａは静定格荷重Ｃorの５％の荷重を加えた状態で運転した場合を、破線ｂは同じく１０％の荷重を加えた状態で運転した場合を、それぞれ示している。この様な解析結果を示す図５から明らかな通り、上記擦れ合い部の接触荷重ｆを自動調心ころ軸受１ａの静定格荷重Ｃorの０〜０．０２倍に抑えれば、この自動調心ころ軸受１ａ全体としての運転時の発熱量を、十分に抑えられる。
【００３０】
［実施の形態の第２例］
図６は、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の場合、内輪３ａの両端部外周面に、上述した実施の形態の第１例の様な鍔部９、９（図１参照）を設けていない。本発明の自動調心ころ軸受の場合には、外輪軌道７及び１対の内輪軌道８、８と各球面ころ４、４の転動面との係合により、これら各球面ころ４、４を案内輪６に向け押圧する方向の力が作用する。従って、本例の構造の様に、上記鍔部９、９を省略しても、上記各球面ころ４、４がスキューしたり、更には、上記各軌道７、８同士の間部分から抜け出る事を、確実に防止できる。上記鍔部９、９を省略した分、上記各軌道７、８同士の間への上記各球面ころ４、４の組み込みは容易になる。
その他の部分の構造及び作用は、上述した実施の形態の第１例と同様であるから、同等部分には同一符号を付して、重複する説明を省略する。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明の効果をより向上させる為に、上述した実施の形態の各例で、外輪軌道７の表面粗さを０．１μｍＲａ〜０．５μｍＲａの範囲に規制したり、案内輪６を金属製とし、この案内輪６の軸方向両側面１３、１３を酸化被膜で覆う事もできる。
上記外輪軌道７の表面粗さを０．１μｍＲａ〜０．５μｍＲａの範囲に規制すれば、前述の特許文献４に記載された発明の場合と同様に、各球面ころ４、４の転動面に対する上記外輪軌道７の摩擦係数を、安定して増大させ、これら各球面ころ４、４の自転滑りを抑制できる。この結果、ピーリング等の表面損傷に基づく早期剥離の発生を抑えて、自動調心ころ軸受の耐久性を、より向上させられる。
【００３２】
又、上記案内輪６を金属製とし、この案内輪６の軸方向両側面１３、１３を、黒染め（四三酸化鉄被膜処理）等の酸化被膜で覆えば、この案内輪６の両側面１３、１３と上記各球面ころ４、４の軸方向内端面１４、１４との焼き付きを防止して、自動調心ころ軸受１、１ａの、より高速での運転を可能にし、しかも耐久性の向上を図れる。即ち、本発明を実施する場合、上記案内輪６の両側面１３、１３と上記各球面ころ４、４の軸方向内端面１４、１４との擦れ合い部の面圧が、多少なりとも上昇する事は避けられない。この為、潤滑油の流量が不足する等、運転条件が厳しくなると、上記擦れ合い部で焼き付き等の損傷が発生する可能性がある。これに対して、上記案内輪６の軸方向両側面１３、１３を酸化被膜で覆えば、上記擦れ合い部での、焼き付き等の損傷を抑えられる。尚、この損傷を抑える為には、酸化被膜を上記各球面ころ４、４の軸方向内端面１４、１４に形成する事も考えられるが、これら各球面ころ４、４に酸化被膜を形成する事は、個数が多くなり、面倒である。これに対して、上記案内輪６の両側面１３、１３を酸化被膜で覆う事は、個数が少なく、容易である。又、一般的に、球面ころに比べて案内輪の方が、表面粗さが大きい為、表面粗さが大きい方の部材に酸化被膜処理を施す事により、上記擦れ合い部の摩擦及び摩耗を小さく抑えられる。但し、コストの面を考慮しなければ、上記案内輪６の両側面１３、１３に代えて、上記各球面ころ４、４の軸方向内端面１４、１４を酸化被膜で覆っても良い。
【００３３】
更に、上記各球面ころ４、４の軸方向内端面１４、１４と上記案内輪６の両側面１３、１３との擦れ合い部の接触荷重を、それぞれ静定格荷重の０〜０．０２倍に規制する技術は、本発明の構造で実施できる他、図８に示す前述の特許文献５に記載されている様な、案内輪６ａに軸方向の弾性を付与した構造にも（コストを考える必要がなければ）適用可能である。即ち、上記案内輪６ａに組み込むウェーブワッシャ等の弾性材１７の弾力を適切に規制できて（ばね定数が低く、しかも安定している弾性材を得られ）、上記接触荷重を静定格荷重の０〜０．０２倍の範囲に抑えられれば、上記擦れ合い部での発熱を抑えつつ、各球面ころ４、４のスキューを抑えられる。そして、スキューに基づく転がり接触部で滑りの要素の増大を抑えて、自動調心ころ軸受全体としての運転時の発熱量を抑え、この自動調心ころ軸受の高速化、耐久性向上を図れる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態の第１例を示す部分断面図。
【図２】球面ころの軸方向内端面と案内輪の軸方向側面との間に存在する負の隙間の概念を説明する為の、図１のＡ部に相当する拡大図。
【図３】各球面ころの軸方向内端面と案内輪の軸方向側面との間の隙間の大きさが、自動調心ころ軸受全体としての発熱量に及ぼす影響に関して、理論解析の結果を示す線図。
【図４】同じく実験結果を示す線図。
【図５】各球面ころの軸方向内端面と案内輪の軸方向側面との擦れ合い部の接触荷重と自動調心ころ軸受の静定格荷重との比が、自動調心ころ軸受全体としての発熱量に及ぼす影響に関して、理論解析の結果を示す線図。
【図６】本発明の実施の形態の第２例を示す部分断面図。
【図７】従来構造の第１例を示す部分断面図。
【図８】同第２例を示す部分断面図。
【符号の説明】
【００３５】
１、１ａ 自動調心ころ軸受
２ 外輪
３、３ａ 内輪
４ 球面ころ
５ 保持器
６、６ａ 案内輪
７ 外輪軌道
８ 内輪軌道
９ 鍔部
１０ リム部
１１ 柱部
１２ ポケット
１３ 軸方向側面
１４ 軸方向内端面
１５ 内側面
１６ 軸方向外端面
１７ 弾性材
１８ 円輪状部材
【技術分野】
【０００１】
この発明は、各種機械装置に組み込まれ、例えばハウジングの内側に回転軸を支承する、自動調心ころ軸受の改良に関する。具体的には、運転時に複数の球面ころがスキューする事を防止して、これら各球面ころと外輪軌道及び内輪軌道との転がり接触部での摩擦低減を図るものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば重量の嵩む軸をハウジングの内側に回転自在に支承する為に従来から、特許文献１〜４に記載された様な自動調心ころ軸受が使用されている。図７は、これら特許文献１〜４に記載される等により、従来から広く知られている自動調心ころ軸受１を示している。この自動調心ころ軸受１は、互いに同心に組み合わされた外輪２と内輪３との間に、複数の球面ころ４、４を転動自在に配列して成る。そして、保持器５と案内輪６とにより、これら各球面ころ４、４の位置並びに姿勢を規制している。
【０００３】
上記外輪２の内周面には、単一の中心を有する球状凹面である、外輪軌道７を形成している。即ち、この外輪軌道７は、母線形状が、上記外輪２の中心軸上の点Ｏout を中心とする、部分凹円弧である。従って上記外輪軌道７の母線形状の曲率半径は、この外輪軌道７の最大内径の１／２である。又、上記内輪３の外周面の幅方向（図７の左右方向）両側には、それぞれが上記外輪軌道７と対向する（上記各球面ころ４、４の自転軸に関して対称な母線形状を有する）、１対の内輪軌道８、８を形成している。これら両内輪軌道８、８は、それぞれの母線形状が点Ｏinを中心とする部分凹円弧である。又、これら両内輪軌道８、８の母線形状の曲率半径は、上記外輪軌道７の母線形状の曲率半径と等しい。尚、図示の例の場合、上記内輪３の外周面の軸方向両端部に、それぞれ外向フランジ状の鍔部９、９を形成している。又、上記各球面ころ４、４は、その最大径部が各球面ころ４、４の軸方向中間部に存在するビヤ樽型（一般的には最大径部が軸方向中央部にある対称形）で、上記外輪軌道７と上記１対の内輪軌道８、８との間に、２列に亙って転動自在に配列されている。上記各球面ころ４、４の外周面の母線形状の曲率半径は、上記外輪軌道７及び上記両内輪軌道８、８の母線形状の曲率半径よりも少しだけ小さい。
【０００４】
上記保持器５は、真鍮の如き銅系合金の様に自己潤滑性を有する金属製の素材に削り加工を施す事により、或いは、合成樹脂を射出成形する事により、全体を一体に造られたもので、円環状のリム部１０と、このリム部１０の軸方向両側面から互いに反対方向に突出した複数本の柱部１１、１１とを備える。そして、円周方向に隣り合う柱部１１、１１の側面と上記リム部１０の軸方向側面とにより三方を囲まれる部分を、それぞれ上記各球面ころ４、４を保持する為のポケット１２、１２としている。
【０００５】
更に、前記案内輪６は、銅系合金の如き自己潤滑性を有する金属、含油メタル、合成樹脂等の、摩擦係数の低い材料により、全体を円環状に形成している。上記案内輪６は、軸方向幅が外径側で大きく内径側で小さい、断面台形で、上記内輪３の軸方向中間部よりも少しだけ大きい内径と、上記保持器５のリム部１０の内径よりも少しだけ小さい外径とを有する。この様な案内輪６は、上記内輪３の軸方向中間部外周面と上記リム部１０の内周面との間に、これら内輪３及びリム部１０に対する相対回転を可能に設置している。この状態で上記案内輪６の軸方向両側面１３、１３は、上記各球面ころ４、４の軸方向内端面（自動調心ころ軸受１の幅方向中央側の端面。本明細書及び特許請求の範囲全体で同じ。）１４、１４と実質的に（対向する部分の周方向両端同士を結ぶ面同士が）平行になる。
【０００６】
上述の様に構成される自動調心ころ軸受１により、例えばハウジングの内側に回転軸を支承する場合、前記外輪２をハウジングに内嵌固定し、上記内輪３を回転軸に外嵌固定する。この回転軸と共にこの内輪３が回転する場合には、上記各球面ころ４、４が転動して、この回転を許容する。上記ハウジングの軸心と上記回転軸の軸心とが不一致の場合、上記外輪２の内側で上記内輪３が調心する（外輪２の中心軸に対し内輪３の中心軸を傾斜させる）事で、この不一致を補償する。この場合に於いて、前記外輪軌道７は単一球面状に形成されている為、上記各球面ころ４、４の転動は、不一致補償後に於いても、円滑に行われる。又、これら各球面ころ４、４は、それぞれの軸方向内端面１４、１４と上記案内輪６の軸方向両側面１３、１３との係合に基づいて姿勢を制御される。即ち、上記各球面ころ４、４の自転中心軸が本来の位置からずれるスキューを抑え、これら各球面ころ４、４の転動面と上記外輪軌道７及び前記両内輪軌道８、８との転がり接触部での摩擦を抑える。
【０００７】
従来は、上述の様に構成され作用する自動調心ころ軸受１の中立状態で、上記案内輪６の軸方向両側面１３、１３と上記各球面ころ４、４の軸方向内端面１４、１４との間に正の隙間を設定していた。この場合の中立状態とは、上記各球面ころ４、４に軸方向の力が作用しない状態で、これら各球面ころ４、４が、上記外輪軌道７と上記両内輪軌道８、８との間で最も安定する位置に存在する状態を言う。そして、この最も安定する状態とは、これら両軌道７、８の断面形状の曲率中心点Ｏout 、Ｏin同士を結ぶ仮想直線α上に、上記各球面ころ４、４の最大直径部（一般的な対称形状の球面ころ４、４の場合には軸方向中央部）を位置させた状態を言う。従来構造の場合には、この状態で、上記各球面ころ４、４の軸方向内端面１４、１４と上記案内輪６の軸方向両側面１３、１３との間に、正の隙間を存在させていた。又、この正の隙間の、これら両面１４、１３に対し直角方向の厚さδを、上記各球面ころ４、４の軸方向長さＬｗの０．００２倍以上（δ≧０．００２Ｌｗ、例えばδ＝０．０２５Ｌｗ）としていた。
【０００８】
この様に、上記自動調心ころ軸受１の中立状態で、上記両面１４、１３同士の間に正の隙間を介在させる理由は、上記案内輪６の軸方向両側面１３、１３と前記内輪３の外周面の軸方向両端部に形成した鍔部９、９の内側面１５、１５との距離が上記各球面ころ４、４の軸方向長さＬｗより小さいと、これら両側面１３、１５との間にこれら各球面ころ４、４を挿入しにくくなると考えられていた為である。この為に従来は、上記案内輪６の軸方向両側面１３、１３と上記両鍔部９、９の内側面１５、１５との距離が、上記各球面ころ４、４の軸方向長さＬｗより大きくなる様に設計して、これら各球面ころ４、４の中立状態で、これら各球面ころ４、４の軸方向外端面１６、１６と上記両鍔部９、９の内側面１５、１５との間、及び、これら各球面ころ４、４の軸方向内端面１４、１４と上記案内輪６の軸方向両側面１３、１３との間に、何れも正の隙間を介在させていた。
【０００９】
ところが、これら両面１４、１３同士の間に正の隙間が介在すると、この隙間分だけ、上記各球面ころ４、４のスキューを抑える事ができず、スキューに基づいて発生する摩擦熱が増大する。即ち、上記従来構造の場合には、上記隙間に基づくスキューにより、上記各球面ころ４、４の転動面と上記外輪軌道７及び両内輪軌道８、８との転がり接触部での滑り摩擦の割合が多くなり、この転がり接触部で発生する摩擦熱が多くなる。本発明者の研究により、上記両面１４、１３同士の間の隙間の大きさによっては、上記転がり接触部で発生する摩擦熱の増大量が、これら両面１４、１３同士の擦れ合い部で発生する摩擦熱の低減量を上回り、上記自動調心ころ軸受１全体としての摩擦熱の発生量を増大させる事が分かった。
【００１０】
この様な事情に鑑みて、特許文献５には、図８に示す様な、案内輪６ａにウェーブワッシャ等の弾性材１７を組み込む事で、この案内輪６ａに軸方向寸法を増大させる方向の弾力を付与し、この案内輪６ａの軸方向両側面１３、１３と各球面ころ４、４の軸方向端面１４、１４とを摺接させ、これら各球面ころ４、４のスキューを防止する構造が記載されている。この様な特許文献５に記載された従来構造の場合、上記案内輪６ａの構造が複雑になり、コストが嵩むだけでなく、この案内輪６ａの軸方向両側面１３、１３と上記各球面ころ４、４の軸方向端面１４、１４との擦れ合い部の摩擦を低く抑える事が難しい。即ち、上記案内輪６ａとして、１対の円輪状部材１８、１８により上記弾性材１７をサンドイッチ状に挟持したものを使用する必要があり、上記案内輪６ａの製造コストが嵩む。しかも、この案内輪６ａに組み込める程度に薄い（軸方向寸法が小さい）弾性材１７のばね定数を低く抑える事は難しく（僅かな変位で弾性が大きく変化する為）、上記擦れ合い部の面圧を適正にする（低く抑える）事は難しい。上記特許文献５には、案内輪全体を、断面形状が馬蹄形である板ばね製とする技術も記載されているが、この様な案内輪にしても、加工が面倒でコストが嵩むだけでなく、ばね定数も低く抑える事が難しい為、同様の問題を生じる。
【００１１】
【特許文献１】特開平１１−３０２３２号公報
【特許文献２】特開２０００−３５２４１８号公報
【特許文献３】特開２００１−８２４６７号公報
【特許文献４】特開２００５−１２１１９９号公報
【特許文献５】特開２００１−８２４６７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
本発明は、上述の様な事情に鑑み、運転時に複数の球面ころがスキューする事を防止して、これら各球面ころと外輪軌道及び内輪軌道との転がり接触部での摩擦低減を図り、自動調心ころ軸受の運転時に発生する摩擦熱を、この自動調心ころ軸受全体として安定して低減でき、しかも低コストで造れる構造を実現すべく発明したものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
本発明の自動調心ころ軸受は、前述した従来から知られている自動調心ころ軸受と同様に、外輪と、内輪と、複数の球面ころと、保持器と、案内輪とを備える。
このうちの外輪は、全体が円環状であって、内周面に外輪軌道を形成している。この外輪軌道は、部分球状凹面であって、その母線形状が、上記外輪の中心軸上の点Ｏout を中心とする部分凹円弧である。
又、上記内輪は、外周面に１対の内輪軌道を形成している。これら両内輪軌道は、それぞれの母線形状が、上記内輪の径方向外側に存在する点Ｏinを中心とする部分凹円弧であって、それぞれが上記外輪軌道と対向する。
又、上記各球面ころは、それぞれの外周面の母線形状が、上記外輪軌道及び上記両内輪軌道の母線形状の曲率半径よりも小さな曲率半径を有する凸円弧（単一の曲率半径を有する形状）又は部分凸円弧（軸方向両端寄り部分にクラウニングを施す為、部分的に曲率半径を異ならせた、複合曲面形状）である、ビヤ樽型である。この様な上記各球面ころは、それぞれが上記外輪軌道と上記両内輪軌道との間に、２列に亙って、これら両列毎に複数個ずつ、転動自在に設けられている。
又、上記保持器は、円環状であって、上記各球面ころを転動自在に保持する複数のポケットを、円周方向複数個所に設けている。
更に、上記案内輪は、上記両列の球面ころの互いに対向する軸方向内端面同士の間に挟持されている。
【００１４】
特に、本発明の自動調心ころ軸受に於いては、中立状態で、上記案内輪の軸方向両側面と上記各球面ころの軸方向内端面との間の隙間を、０又は負としている。即ち、これら各球面ころに軸方向の力が作用しない状態で、これら各球面ころが上記外輪軌道と上記両内輪軌道との間で最も安定する位置に存在する状態である、上記各球面ころの最大直径部を、上記外輪軌道の曲率中心点Ｏout と上記両内輪軌道の曲率中心点Ｏinとを結ぶ仮想直線上に配置したと仮定した状態で、上記各球面ころの軸方向内端面と上記案内輪の側面との擦れ合い部の隙間を、０又は負の値としている。尚、実際上、隙間を丁度０にして、正の隙間を生じない様にする事が難しい場合には、隙間を負とする。
【００１５】
この様な本発明を実施する場合に好ましくは、請求項２に記載した発明の様に、上記各球面ころの形状を軸方向に関して対称として、これら各球面ころの最大直径部をこれら各球面ころの軸方向中央位置に存在させる。そして、これら各球面ころの軸方向長さをＬｗとし、これら各球面ころの軸方向内端面と案内輪の軸方向側面との擦れ合い部の隙間の大きさをδとした場合に、０≧δ／Ｌｗ≧−０．００４を満たすべく、各部の寸法を規制する。
或いは、請求項３に記載した発明の様に、上記各球面ころの軸方向内端面と上記案内輪の軸方向側面との擦れ合い部の接触荷重ｆを、それぞれこれら各球面ころ及び案内輪を組み込んだ自動調心ころ軸受の静定格荷重Ｃorの０〜０．０２倍（０≦ｆ／Ｃor≦０．０２）、更に好ましくは０〜０．０１２倍（０≦ｆ／Ｃor≦０．０１２）を満たすべく、各部の寸法を規制する。
又、上述の様な本発明を実施する場合に好ましくは、請求項４に記載した発明の様に、上記外輪軌道の表面粗さを、０．１μｍＲａ〜０．５μｍＲａとする。
或いは、請求項５に記載した発明の様に、前記案内輪を金属製とし、この案内輪の軸方向両側面と各球面ころの軸方向内端面とのうちの少なくとも一方の面を酸化被膜で覆う。
【発明の効果】
【００１６】
上述の様な構成を有する本発明の自動調心ころ軸受によれば、各球面ころのスキューを抑え、スキューに基づいてこれら各球面ころの転動面と外輪軌道及び内輪軌道との転がり接触部で滑りの要素が増大する事を抑えられる。この為、自動調心ころ軸受全体としての運転時の発熱量を抑える事ができて、この自動調心ころ軸受のより高速での運転が可能になる他、耐久性の向上も図れる。
特に、負の隙間の大きさを上記各球面ころの軸方向長さの０．００４倍以下に抑えるか、或いは、これら各球面ころの軸方向内端面と案内輪の軸方向側面との擦れ合い部の接触荷重ｆを、それぞれこれら各球面ころ及び案内輪を組み込んだ自動調心ころ軸受の静定格荷重Ｃorの０〜０．０２倍に抑えれば、上記各球面ころの軸方向内端面と案内輪の軸方向両側面との間の滑り摩擦を抑えて、上記自動調心ころ軸受全体としての運転時の発熱量を、十分に抑えられる。又、上記各球面ころの形状を軸方向に関して対称とすれば、これら各球面ころの組み付け方向に注意を払わずに、上記スキューを防止できる。
【００１７】
又、請求項４に記載した発明の様に、上記外輪軌道の表面粗さを、０．１μｍＲａ〜０．５μｍＲａの範囲に規制すれば、早期剥離を抑制して、自動調心ころ軸受の耐久性向上を図れる。
更に、請求項５に記載した発明の様に、案内輪を金属製とし、この案内輪の軸方向両側面と各球面ころの軸方向内端面とのうちの少なくとも一方の面を酸化被膜で覆えば、この案内輪の軸方向両側面と上記各球面ころの軸方向内端面との擦れ合い部で焼き付き等の損傷が発生する事を防止して、耐久性をより向上させられる。
何れにしても本発明の自動調心ころ軸受の場合には、各部の形状及び寸法を規制するのみで足り、上記案内輪として特殊なものを使用する必要がないので、製造コストを抑えられる。又、上記案内輪の軸方向両側面と上記各球面ころの軸方向内端面との擦れ合い部の接触荷重を、低く、しかも安定させて、この擦れ合い部での発熱を抑えつつ、スキューを抑えられる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１８】
［実施の形態の第１例］
図１〜２は、本発明の実施の形態の第１例を示している。尚、本例を含め、本発明の構造の特徴は、外輪軌道７及び１対の内輪軌道８、８の母線形状の曲率中心点Ｏout 、Ｏinの位置、各球面ころ４、４の軸方向長さＬｗとこれら各球面ころ４、４の最大外径部の軸方向位置（各球面ころ４、４の軸方向内端面１４、１４の位置）、案内輪６の軸方向に関する幅寸法（軸方向両側面１３、１３の位置）を適切に規制する事により、上記各球面ころ４、４の軸方向内端面１４、１４と上記案内輪６の軸方向両側面１３、１３との擦れ合い部に押し付け方向の力を付与する点にある。その他の部分の構成及び作用は、前述した従来構造と同様であるから、同等部分には同一符号を付して重複する説明は省略し、以下、本例の特徴部分を中心に説明する。
【００１９】
一般的に自動調心ころ軸受では、上記各球面ころ４、４に軸方向の力が作用せず、しかも、これら各球面ころ４、４の軸方向両端面が、鍔部９、９の内側面１５、１５にも、上記案内輪６の軸方向両側面１３、１３の何れの面にも当接しない状態では、これら各球面ころ４、４が、上記外輪軌道７と上記両内輪軌道８、８との間で最も安定した位置に存在する事になる。そして、この最も安定する位置とは、上記各球面ころ４、４の最大直径部（本例の場合には軸方向中央部）が、上記外輪軌道７の曲率中心Ｏout と上記両内輪軌道８、８の曲率中心点Ｏinとを結ぶ仮想直線α上に位置した状態である。
【００２０】
これに対し、本例の自動調心ころ軸受の場合には、上記各球面ころ４、４の最大直径部である軸方向中央部が、上記各軌道７、８の曲率中心点Ｏout 、Ｏin同士を結ぶ仮想直線α上に位置した状態で、上記各球面ころ４、４の軸方向内端面１４、１４が、図１に示す様に、丁度上記案内輪６の軸方向両側面１３、１３の位置に存在するか、或いは、図２に示す様に、この案内輪６の軸方向側面１３よりもこの案内輪６の軸方向内側に入り込んだ位置に存在する様に、各部の形状及び寸法を規制している。具体的には、上記各球面ころ４、４の最大直径部から軸方向内端面１４、１４迄の軸方向距離Ｌｗ／２を上記仮想直線αと上記案内輪６の軸方向側面１３との間隔Ｄ以上（Ｌｗ／２≧Ｄ）としている。
【００２１】
但し、図２に示す様に、上記各球面ころ４、４の軸方向内端面１４、１４が、この案内輪６の軸方向側面１３よりもこの案内輪６の軸方向内側に入り込んだ位置に存在するのは、上記各球面ころ４、４の最大直径部が、上記各軌道７、８の曲率中心点Ｏout 、Ｏin同士を結ぶ仮想直線α上に位置した状態にあると仮定した場合である。上記各球面ころ４、４を、実際に上記案内輪６と前記両鍔部９、９との間に組み込んだ状態では、これら各球面ころ４、４の最大直径部は、上記仮想直線αよりも、上記両鍔部９、９側に偏った部分に存在する。この状態でも、上記各球面ころ４、４の軸方向外端面１６、１６と上記両鍔部９、９の内側面１５、１５との間には正の隙間が存在するので、上記各球面ころ４、４を上記案内輪６と上記両鍔部９、９との間に組み込みにくくなる事はない。
【００２２】
上述の通りであるから、実際に上記各軌道７、８同士の間に上記各球面ころ４、４と上記案内輪６とを組み込み、外輪２と内輪３との相対回転に基づいてこれら各球面ころ４、４を最も安定する位置に向け移動させると、これら各球面ころ４、４の軸方向内端面１４、１４が、丁度上記案内輪６の軸方向両側面１３、１３に、隙間なく（接触圧ゼロで）当接するか、或いは、（接触圧を生じさせつつ）突き当てられる。そして、上記各球面ころ４、４の姿勢が、それぞれの軸方向内端面１４、１４と上記案内輪６の軸方向両側面１３、１３との係合により規制される。この場合に、上記図２に示す様に、上記案内輪６を設けないと仮定した場合に、上記球面ころ４の軸方向内端面１４が上記案内輪６の軸方向側面１３よりもこの案内輪６の幅方向内側に、δ分だけ入り込む場合、このδを負の隙間とする。上記組み込み状態では、このδ分に見合う力で、上記軸方向内端面１４が上記軸方向側面１３に押し付けられる。即ち、負の隙間の絶対値｜δ｜が大きい程、組み込み状態での、これら両面１４、１３同士の当接圧が高くなる。
【００２３】
本例の構造を実施する場合に好ましくは、上記負の隙間の絶対値｜δ｜を、０．００４Ｌｗ以下に規制する。即ち、上記各球面ころ４、４の軸方向内端面１４、１４と上記案内輪６の軸方向両側面１３、１３との擦れ合い部の隙間の大きさδを、上記軸方向長さＬｗとの関係で、０≧δ／Ｌｗ≧−０．００４の範囲（｜δ／Ｌｗ｜≦０．００４）に規制する。或いは、上記各擦れ合い部の接触荷重ｆを、それぞれ自動調心ころ軸受の静定格荷重Ｃorの０〜０．０２倍に抑える。上記隙間の大きさδ、或いは上記接触荷重ｆをこの様な範囲に規制する事が好ましい理由に就いては、後述する。
【００２４】
上述の様な構成を有する本例の自動調心ころ軸受１ａによれば、上記各球面ころ４、４のスキューを抑えられる。即ち、本例の構造の場合には、これら各球面ころ４、４の軸方向内端面１４、１４と上記案内輪６の軸方向両側面１３、１３とが接触し易くなる｛これら各面１４、１３同士の間に、実際上の隙間（正の隙間）が生じにくくなる｝。即ち、これら各面１４、１３同士は、丁度（当接圧ゼロの状態で）隙間なく擦れ合うか、若しくは、上記負の隙間の絶対値｜δ｜に応じた当接圧で擦れ合う。この為、上記各球面ころ４、４の姿勢が、上記各面１４、１３同士の係合により規制される。
【００２５】
即ち、これら各面１４、１３のうち、上記各球面ころ４、４の軸方向内端面１４、１４は、これら各球面ころ４、４の自転軸に対し直交する方向に形成されている。又、上記案内輪６の軸方向両側面１３、１３は、全周に亙って均一な（軸方向の凹凸が存在しない）部分円すい凹面となっている。従って、各面１４、１３同士が、互いに対向する部分の周方向両端部で均等に当接している限り、上記各球面ころ４、４の自転軸は正規の方向に向く。言い換えれば、これら各球面ころ４、４がスキューする事はない。この為、スキューに基づいてこれら各球面ころ４、４の転動面と、前記外輪軌道７及び前記両内輪軌道８、８との転がり接触部で滑りの要素が増大する事を抑えられる。この結果、自動調心ころ軸受１ａ全体としての運転時の発熱量を抑える事ができて、この自動調心ころ軸受１ａの、より高速での運転が可能になる他、耐久性の向上も図れる。
【００２６】
特に、上記負の隙間の絶対値｜δ｜を、上記各球面ころ４、４の軸方向長さＬｗの０．００４倍以下（｜δ／Ｌｗ｜≦０．００４）に抑えれば、或いは、上記各擦れ合い部の接触荷重ｆを、それぞれ自動調心ころ軸受の静定格荷重Ｃorの０〜０．０２倍に抑えれば、上記各球面ころ４、４の軸方向内端面１４、１４と前記案内輪６の軸方向両側面１３、１３との間の滑り摩擦を十分に低く抑えて、上記自動調心ころ軸受１ａ全体としての運転時の発熱量を、十分に抑えられる。この点に就いて、図３〜５を参照しつつ説明する。
【００２７】
これら図３〜５のうちの図３〜４は、上記各球面ころ４、４の軸方向内端面１４、１４と上記案内輪６の軸方向側面１３、１３との擦れ合い部の隙間の大きさδが、自動調心ころ軸受全体としての発熱量に及ぼす影響に就いて示している。但し、図３は理論解析の結果を、図４は実際に行った実験の結果を、それぞれ示している。実験は、呼び番号が２４１４４である自動調心ころ軸受（内径＝２２０mm、外径＝３７０mm、幅＝１５０mm、基本動定格荷重＝１８００ｋＮ）を、１６０ｋＮのラジアル荷重を付与しつつ、４００min-1 で回転させつつ、外輪の温度を測定する事で行った。上記図３〜４の横軸は上記隙間の大きさδと上記各球面ころ４、４の軸方向長さＬｗとの比（δ／Ｌｗ）を、縦軸は、上記発熱量（図４の場合には外輪温度）を、それぞれ示している。この発熱量（外輪温度）は、上記隙間が僅かな負である（δ／Ｌｗ≒−０．００１〜０．００３５）場合に最小になり、これよりも大きくても、逆に小さくても（負の隙間の絶対値｜δ｜が大きくなっても）増大する。上記隙間が大きくなって（負の隙間の絶対値｜δ｜が小さくなり、更には正の隙間となって）上記発熱量が増大する理由は、上記各球面ころ４、４のスキューに基づく、上記各転がり接触部での発熱量が増大する為である。これに対して、上記隙間が小さくなって（負の隙間の絶対値｜δ｜が大きくなって）上記発熱量が増大する理由は、上記各球面ころ４、４の軸方向端面１４、１４と上記案内輪６の軸方向両側面１３、１３との擦れ合い部の滑り摩擦に基づく発熱量が増大する為である。
【００２８】
この様な図３〜４から明らかな通り、上記負の隙間の絶対値｜δ｜を上記範囲に規制すれば、上記自動調心ころ軸受１ａ全体としての運転時の発熱量を、十分に抑えられる。尚、図４に示した実験結果が図３に示した理論解析の結果と多少異なった理由は、上記負の隙間の絶対値｜δ｜が大きくなって上記発熱量が増大する程度が、スキューに基づいて上記各転がり接触部でこの発熱量が増大する程度よりも著しかった為である。但し、上記負の隙間の絶対値｜δ｜を、上記各球面ころ４、４の軸方向長さＬｗの０．００４倍以下に抑えれば上記滑り摩擦を十分に低く抑えられる点では、理論解析の結果と実験結果とが一致し、本発明の有効性が確認された。
【００２９】
又、図５は、上記各球面ころ４、４の軸方向内端面１４、１４と上記案内輪６の軸方向側面１３、１３との擦れ合い部の接触荷重ｆとそれぞれ自動調心ころ軸受１ａ（呼び番号＝２４１４４）の静定格荷重Ｃorとの比が、この自動調心ころ軸受１ａ全体としての発熱量に及ぼす影響に就いて理論解析した結果を示している。図５中、実線ａは静定格荷重Ｃorの５％の荷重を加えた状態で運転した場合を、破線ｂは同じく１０％の荷重を加えた状態で運転した場合を、それぞれ示している。この様な解析結果を示す図５から明らかな通り、上記擦れ合い部の接触荷重ｆを自動調心ころ軸受１ａの静定格荷重Ｃorの０〜０．０２倍に抑えれば、この自動調心ころ軸受１ａ全体としての運転時の発熱量を、十分に抑えられる。
【００３０】
［実施の形態の第２例］
図６は、本発明の実施の形態の第２例を示している。本例の場合、内輪３ａの両端部外周面に、上述した実施の形態の第１例の様な鍔部９、９（図１参照）を設けていない。本発明の自動調心ころ軸受の場合には、外輪軌道７及び１対の内輪軌道８、８と各球面ころ４、４の転動面との係合により、これら各球面ころ４、４を案内輪６に向け押圧する方向の力が作用する。従って、本例の構造の様に、上記鍔部９、９を省略しても、上記各球面ころ４、４がスキューしたり、更には、上記各軌道７、８同士の間部分から抜け出る事を、確実に防止できる。上記鍔部９、９を省略した分、上記各軌道７、８同士の間への上記各球面ころ４、４の組み込みは容易になる。
その他の部分の構造及び作用は、上述した実施の形態の第１例と同様であるから、同等部分には同一符号を付して、重複する説明を省略する。
【産業上の利用可能性】
【００３１】
本発明の効果をより向上させる為に、上述した実施の形態の各例で、外輪軌道７の表面粗さを０．１μｍＲａ〜０．５μｍＲａの範囲に規制したり、案内輪６を金属製とし、この案内輪６の軸方向両側面１３、１３を酸化被膜で覆う事もできる。
上記外輪軌道７の表面粗さを０．１μｍＲａ〜０．５μｍＲａの範囲に規制すれば、前述の特許文献４に記載された発明の場合と同様に、各球面ころ４、４の転動面に対する上記外輪軌道７の摩擦係数を、安定して増大させ、これら各球面ころ４、４の自転滑りを抑制できる。この結果、ピーリング等の表面損傷に基づく早期剥離の発生を抑えて、自動調心ころ軸受の耐久性を、より向上させられる。
【００３２】
又、上記案内輪６を金属製とし、この案内輪６の軸方向両側面１３、１３を、黒染め（四三酸化鉄被膜処理）等の酸化被膜で覆えば、この案内輪６の両側面１３、１３と上記各球面ころ４、４の軸方向内端面１４、１４との焼き付きを防止して、自動調心ころ軸受１、１ａの、より高速での運転を可能にし、しかも耐久性の向上を図れる。即ち、本発明を実施する場合、上記案内輪６の両側面１３、１３と上記各球面ころ４、４の軸方向内端面１４、１４との擦れ合い部の面圧が、多少なりとも上昇する事は避けられない。この為、潤滑油の流量が不足する等、運転条件が厳しくなると、上記擦れ合い部で焼き付き等の損傷が発生する可能性がある。これに対して、上記案内輪６の軸方向両側面１３、１３を酸化被膜で覆えば、上記擦れ合い部での、焼き付き等の損傷を抑えられる。尚、この損傷を抑える為には、酸化被膜を上記各球面ころ４、４の軸方向内端面１４、１４に形成する事も考えられるが、これら各球面ころ４、４に酸化被膜を形成する事は、個数が多くなり、面倒である。これに対して、上記案内輪６の両側面１３、１３を酸化被膜で覆う事は、個数が少なく、容易である。又、一般的に、球面ころに比べて案内輪の方が、表面粗さが大きい為、表面粗さが大きい方の部材に酸化被膜処理を施す事により、上記擦れ合い部の摩擦及び摩耗を小さく抑えられる。但し、コストの面を考慮しなければ、上記案内輪６の両側面１３、１３に代えて、上記各球面ころ４、４の軸方向内端面１４、１４を酸化被膜で覆っても良い。
【００３３】
更に、上記各球面ころ４、４の軸方向内端面１４、１４と上記案内輪６の両側面１３、１３との擦れ合い部の接触荷重を、それぞれ静定格荷重の０〜０．０２倍に規制する技術は、本発明の構造で実施できる他、図８に示す前述の特許文献５に記載されている様な、案内輪６ａに軸方向の弾性を付与した構造にも（コストを考える必要がなければ）適用可能である。即ち、上記案内輪６ａに組み込むウェーブワッシャ等の弾性材１７の弾力を適切に規制できて（ばね定数が低く、しかも安定している弾性材を得られ）、上記接触荷重を静定格荷重の０〜０．０２倍の範囲に抑えられれば、上記擦れ合い部での発熱を抑えつつ、各球面ころ４、４のスキューを抑えられる。そして、スキューに基づく転がり接触部で滑りの要素の増大を抑えて、自動調心ころ軸受全体としての運転時の発熱量を抑え、この自動調心ころ軸受の高速化、耐久性向上を図れる。
【図面の簡単な説明】
【００３４】
【図１】本発明の実施の形態の第１例を示す部分断面図。
【図２】球面ころの軸方向内端面と案内輪の軸方向側面との間に存在する負の隙間の概念を説明する為の、図１のＡ部に相当する拡大図。
【図３】各球面ころの軸方向内端面と案内輪の軸方向側面との間の隙間の大きさが、自動調心ころ軸受全体としての発熱量に及ぼす影響に関して、理論解析の結果を示す線図。
【図４】同じく実験結果を示す線図。
【図５】各球面ころの軸方向内端面と案内輪の軸方向側面との擦れ合い部の接触荷重と自動調心ころ軸受の静定格荷重との比が、自動調心ころ軸受全体としての発熱量に及ぼす影響に関して、理論解析の結果を示す線図。
【図６】本発明の実施の形態の第２例を示す部分断面図。
【図７】従来構造の第１例を示す部分断面図。
【図８】同第２例を示す部分断面図。
【符号の説明】
【００３５】
１、１ａ 自動調心ころ軸受
２ 外輪
３、３ａ 内輪
４ 球面ころ
５ 保持器
６、６ａ 案内輪
７ 外輪軌道
８ 内輪軌道
９ 鍔部
１０ リム部
１１ 柱部
１２ ポケット
１３ 軸方向側面
１４ 軸方向内端面
１５ 内側面
１６ 軸方向外端面
１７ 弾性材
１８ 円輪状部材
【特許請求の範囲】
【請求項１】
全体が円環状であって、母線形状が中心軸上の点Ｏout を中心とする部分凹円弧である部分球状凹面の外輪軌道を内周面に形成した外輪と、全体が円環状であって、それぞれの母線形状が、径方向外側に存在する点Ｏinを中心とする部分凹円弧で、それぞれが上記外輪軌道と対向する１対の内輪軌道を外周面に形成した内輪と、外周面の母線形状が、上記外輪軌道及びこれら両内輪軌道の母線形状の曲率半径よりも小さな曲率半径を有する凸円弧又は部分凸円弧であって、それぞれが上記外輪軌道と上記両内輪軌道との間に、２列に亙って転動自在に設けられた複数の球面ころと、これら各球面ころを転動自在に保持する複数のポケットを、円周方向複数個所に設けた円環状の保持器と、上記両列の球面ころの互いに対向する軸方向内端面同士の間に挟持された案内輪とを備えた自動調心ころ軸受に於いて、上記各球面ころの最大直径部を、上記外輪軌道の曲率中心点Ｏout と上記両内輪軌道の曲率中心点Ｏinとを結ぶ仮想直線上に配置したと仮定した状態で、上記各球面ころの軸方向内端面と上記案内輪の側面との擦れ合い部の隙間が、０又は負の値である事を特徴とする自動調心ころ軸受。
【請求項２】
各球面ころの形状が軸方向に関して対称であって、これら各球面ころの最大直径部がこれら各球面ころの軸方向中央位置に存在し、これら各球面ころの軸方向長さをＬｗとし、これら各球面ころの軸方向内端面と案内輪の軸方向側面との擦れ合い部の隙間の大きさをδとした場合に、０≧δ／Ｌｗ≧−０．００４を満たす、請求項１に記載した自動調心ころ軸受。
【請求項３】
各球面ころの軸方向内端面と案内輪の軸方向側面との擦れ合い部の接触荷重が、それぞれ静定格荷重の０〜０．０２倍である、請求項１〜２のうちの何れか１項に記載した自動調心ころ軸受。
【請求項４】
外輪軌道の表面粗さが０．１μｍＲａ〜０．５μｍＲａである、請求項１〜３のうちの何れか１項に記載した自動調心ころ軸受。
【請求項５】
案内輪が金属製であり、この案内輪の軸方向両側面と各球面ころの軸方向内端面とのうちの少なくとも一方の面が酸化被膜で覆われている、請求項１〜４のうちの何れか１項に記載した自動調心ころ軸受。
【請求項１】
全体が円環状であって、母線形状が中心軸上の点Ｏout を中心とする部分凹円弧である部分球状凹面の外輪軌道を内周面に形成した外輪と、全体が円環状であって、それぞれの母線形状が、径方向外側に存在する点Ｏinを中心とする部分凹円弧で、それぞれが上記外輪軌道と対向する１対の内輪軌道を外周面に形成した内輪と、外周面の母線形状が、上記外輪軌道及びこれら両内輪軌道の母線形状の曲率半径よりも小さな曲率半径を有する凸円弧又は部分凸円弧であって、それぞれが上記外輪軌道と上記両内輪軌道との間に、２列に亙って転動自在に設けられた複数の球面ころと、これら各球面ころを転動自在に保持する複数のポケットを、円周方向複数個所に設けた円環状の保持器と、上記両列の球面ころの互いに対向する軸方向内端面同士の間に挟持された案内輪とを備えた自動調心ころ軸受に於いて、上記各球面ころの最大直径部を、上記外輪軌道の曲率中心点Ｏout と上記両内輪軌道の曲率中心点Ｏinとを結ぶ仮想直線上に配置したと仮定した状態で、上記各球面ころの軸方向内端面と上記案内輪の側面との擦れ合い部の隙間が、０又は負の値である事を特徴とする自動調心ころ軸受。
【請求項２】
各球面ころの形状が軸方向に関して対称であって、これら各球面ころの最大直径部がこれら各球面ころの軸方向中央位置に存在し、これら各球面ころの軸方向長さをＬｗとし、これら各球面ころの軸方向内端面と案内輪の軸方向側面との擦れ合い部の隙間の大きさをδとした場合に、０≧δ／Ｌｗ≧−０．００４を満たす、請求項１に記載した自動調心ころ軸受。
【請求項３】
各球面ころの軸方向内端面と案内輪の軸方向側面との擦れ合い部の接触荷重が、それぞれ静定格荷重の０〜０．０２倍である、請求項１〜２のうちの何れか１項に記載した自動調心ころ軸受。
【請求項４】
外輪軌道の表面粗さが０．１μｍＲａ〜０．５μｍＲａである、請求項１〜３のうちの何れか１項に記載した自動調心ころ軸受。
【請求項５】
案内輪が金属製であり、この案内輪の軸方向両側面と各球面ころの軸方向内端面とのうちの少なくとも一方の面が酸化被膜で覆われている、請求項１〜４のうちの何れか１項に記載した自動調心ころ軸受。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２００９−７４６７９（Ｐ２００９−７４６７９Ａ）
【公開日】平成２１年４月９日（２００９．４．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−５４６２（Ｐ２００８−５４６２）
【出願日】平成２０年１月１５日（２００８．１．１５）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年４月９日（２００９．４．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１月１５日（２００８．１．１５）
【出願人】（０００００４２０４）日本精工株式会社 (8,378)
【Ｆターム（参考）】
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