JP2018009669A

JP2018009669A - 転がり軸受

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Publication number: JP2018009669A
Application number: JP2016140124A
Authority: JP
Inventors: 谷口　陽三; Yozo Taniguchi; 陽三谷口
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2016-07-15
Filing date: 2016-07-15
Publication date: 2018-01-18
Anticipated expiration: 2036-07-15
Also published as: JP6790535B2

Abstract

【課題】径方向の荷重の他に軸方向の荷重も作用する転がり軸受において、クリープを抑制すると共に、転がり軸受が相手部材に接触することで、この相手部材に生じる接触面圧を低減する。【解決手段】転がり軸受７は、内輪１１と、外輪１２と、複数の玉１３と、保持器１４とを備え、内輪１１が回転輪であり外輪１２が固定輪である。外輪１２が取り付けられるハウジング２との嵌め合い面２２に、クリープ抑制用の環状溝３２が形成されている。環状溝３２の軸方向一方側及び軸方向他方側それぞれにハウジング２に接触可能となる円筒面３６ａ，３７ａが形成されている。外輪１２及び内輪１１に軸方向荷重が作用することによって玉１３が外輪１２に接触する側となる軸方向一方側の円筒面３６ａは、軸方向他方側の円筒面３７ａよりも軸方向に長い。【選択図】図１

Description

本発明は、転がり軸受に関する。

各種産業機器には多くの転がり軸受が用いられている。転がり軸受は、内輪、外輪、これら内輪と外輪との間に介在している複数の転動体、及びこれら転動体を保持する保持器を備えている。例えば、図４に示すように、ハウジング９７内の回転軸９９を支持する転がり軸受９０では、内輪９１が回転軸９９に外嵌して取り付けられており、外輪９２がハウジング９７の内周面９８に取り付けられている。

このような転がり軸受９０では、内輪９１と回転軸９９とは「締まり嵌め」の状態で組み立てられるのに対して、外輪９２とハウジング９７とは「すきま嵌め」の状態で組み立てられることが多い。このため、回転軸９９が回転している使用状態で、外輪９２とハウジング９７との間においてクリープ（ハウジング９７に対する外輪９２の周方向の滑り）が発生しやすい。

そこで、外輪９２の外周面９４の中央にクリープ発生を抑制するための環状溝９３を形成した転がり軸受が提案されている（特許文献１参照）。この転がり軸受９０によれば、径方向（ラジアル方向）の大きな荷重が作用している場合に発生しやすいクリープを抑制することが可能となる。なお、このような荷重が作用している場合に発生しやすいクリープは、軸受回転方向と同方向へゆっくりと外輪９２が滑るクリープである。

特開２００６−３２２５７９号公報

前記のとおり、外輪９２の外周面９４に環状溝９３を形成することで、径方向の大きな荷重が作用した場合に発生する前記クリープを抑制することが可能となる。しかし、転がり軸受９０には、径方向の荷重のみならず、軸方向の荷重が作用する場合もある。この場合、玉９５は外輪９２の軌道溝９２ａに対して軸方向一方側に偏った位置Ｐで接触し（図５参照）、外輪９２は、軸方向他方側よりも軸方向一方側において大きな転動体荷重を受けることになる。

このため、ハウジング９７において外輪９２が接触することで生じる面圧は、図５に示すように、軸方向一方側で高くなる。ハウジング９７に生じる接触面圧が高い状態で外輪９２が少しでもクリープすると、接触面圧が高くなっている部分でハウジング９７が摩耗するおそれがある。特に外輪９２が軸受鋼等であるのに対して、ハウジング９７がアルミ合金製等のように比較的摩耗しやすい材料である場合、何らかの対策が必要となる。

そこで、本発明は、径方向の荷重の他に軸方向の荷重も作用する転がり軸受において、クリープを抑制すると共に、転がり軸受が相手部材に接触することで、この相手部材に生じる接触面圧を低減することを目的とする。

本発明は、内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪との間に介在している複数の転動体と、前記複数の転動体を保持する保持器と、を備え、前記内輪と前記外輪との内の一方が回転輪であり他方が固定輪である転がり軸受であって、前記固定輪が取り付けられる相手部材との嵌め合い面に、クリープ抑制用の環状溝が形成されており、前記環状溝の軸方向一方側及び軸方向他方側それぞれに前記相手部材に接触可能となる円筒面が形成されており、前記固定輪及び前記回転輪に軸方向荷重が作用することによって前記転動体が当該固定輪に接触する側となる軸方向一方側の前記円筒面は、軸方向他方側の前記円筒面よりも軸方向に長い。

この転がり軸受によれば、固定輪に環状溝が形成されていることで、固定輪の弾性変形に起因する相手部材との間の相対滑りの発生を抑えることができ、クリープを抑制することが可能となる。更に、径方向の荷重と軸方向の荷重とが共に転がり軸受に作用した場合に、固定輪において、転動体荷重が大きく作用する軸方向一方側の方が、円筒面の面積が広くなるため、相手部材の軸方向一方側に生じる接触面圧を分散させて低減することが可能となる。

また、前記転がり軸受の場合、固定輪の前記嵌め合い面において、前記環状溝が軸方向他方側に偏って形成される構成となる。そこで、前記固定輪に形成され前記転動体が転がり接触する軌道は、当該固定輪において軸方向他方側に偏って形成されているのが好ましい。この場合、固定輪において、環状溝及び軌道が共に軸方向について他方側に偏って位置する構成となる。これにより、環状溝によるクリープ抑制効果を高く維持することができる。

本発明によれば、固定輪がクリープするのを抑制することが可能となると共に、相手部材に生じる接触面圧を分散させて低減することが可能となる。この結果、相手部材における摩耗を抑制することができる。

本発明の転がり軸受の実施の一形態を示す断面図である。図１に示す転がり軸受においてハウジング内周面に作用する面圧分布を示している説明図である。転がり軸受の他の形態を示す断面図である。従来の転がり軸受の断面図である。従来の転がり軸受においてハウジング内周面に作用する面圧分布を示している説明図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の転がり軸受の実施の一形態を示す断面図である。図１に示す転がり軸受７は、ハウジング２及び回転軸４を有している回転装置に設けられており、ハウジング２に対して回転軸４を回転自在として支持している。回転軸４は、転がり軸受７が外嵌して取り付けられている小径軸部４ａと、この小径軸部４ａよりも外径が大きい大径軸部４ｂとを有している。大径軸部４ｂに転がり軸受７の内輪１１が軸方向から接触した状態にある。ハウジング２の内周面３（以下、ハウジング内周面３ともいう。）の軸方向一方側には、環状部５が設けられている。環状部５に転がり軸受７の外輪１２が軸方向から接触した状態にある。

転がり軸受７は、回転軸４に外嵌して取り付けられている内輪１１と、ハウジング内周面３に取り付けられている外輪１２と、これら内輪１１と外輪１２との間に介在している複数の転動体と、これら転動体を保持する環状の保持器１４とを備えている。本実施形態の転動体は玉１３であり、図１に示す転がり軸受７は深溝玉軸受である。

ハウジング２の環状部５が外輪１２を軸方向一方側から軸方向他方側へ押し、回転軸４の大径軸部４ｂが内輪１１を軸方向他方側から軸方向一方側に押すようにして、これら環状部５、転がり軸受７及び回転軸４は設けられており、転がり軸受７には軸方向の荷重（予圧）が付与された状態にある。そして、転がり軸受７は回転軸４を支持することで、この転がり軸受７には径方向の荷重が作用する。したがって、転がり軸受７には、軸方向の荷重と径方向の荷重との合成荷重が作用する。

本実施形態では、内輪１１と回転軸４とは「締まり嵌め」の状態で組み立てられており、内輪１１は回転軸４に密着して嵌合しており回転軸４と一体回転可能である。これに対して、外輪１２は、固定状態にあるハウジング２に取り付けられているが、この外輪１２はハウジング内周面３に「すきま嵌め」の状態で組み立てられている。
このため、回転軸４が内輪１１と共に回転している使用状態で、外輪１２とハウジング２との間においてクリープ（ハウジング２に対する外輪１２の周方向の滑り）が発生することがある。なお、クリープについては、後にも説明する。

内輪１１の外周面には、玉１３が転動する内輪軌道溝（軌道面）１１ａが設けられており、外輪１２の内周面には、玉１３が転動する外輪軌道溝（軌道面）１２ａが設けられている。複数の玉１３は、内輪１１と外輪１２との間の環状空間１５に設けられており、転がり軸受７が回転すると（内輪１１が回転すると）、これら玉１３は保持器１４によって保持された状態で内輪軌道溝１１ａと外輪軌道溝１２ａとを転動する。

保持器１４は、複数の玉１３を周方向に沿って所定間隔（等間隔）をあけて保持することができ、このために、保持器１４には玉１３を収容するためのポケット１８が周方向に沿って複数形成されている。本実施形態の保持器１４は、玉１３の軸方向一方側に設けられている円環部１４ａと、この円環部１４ａから軸方向他方側に延在している複数の柱部１４ｂとを有している。そして、円環部１４ａの軸方向他方側であって、周方向で隣り合う一対の柱部１４ｂ，１４ｂ間がポケット１８となる。なお、保持器１４は、他の形態であってもよく、例えば、軸方向他方側にも円環部を有する構成とすることができる。

本実施形態の転がり軸受７では、固定輪である外輪１２がハウジング２（相手部材）に取り付けられており、この外輪１２の外周面が、ハウジング２（内周面３）に対する嵌め合い面２２となっている。そして、この嵌め合い面２２に環状溝３２が形成されている。環状溝３２は、周方向に連続する環状の凹溝からなり、その断面形状は、周方向に沿って変化しておらず同じである。環状溝３２は、嵌め合い面２２の軸方向の中央部から軸方向他方側（図１の場合、左側）に偏った領域に設けられている。なお、環状溝３２を示す図１等では、その形状の説明を容易とするために深く記載しているが、実際の環状溝３２の深さは外輪１２の厚さに比べて極めて小さく、環状溝３２の深さは、例えば１ｍｍ未満とすることができる。環状溝３２は、ハウジング２（内周面３）に対して非接触となる。

嵌め合い面２２に環状溝３２が設けられていることから、外輪１２は、この環状溝３２の軸方向両側に円筒部３６，３７を有している。これら円筒部３６，３７の外周面は、転がり軸受７の軸受中心線Ｃ０を中心とする円筒面からなり、これら円筒部３６，３７の外周面を、以下において、円筒面３６ａ，３７ａと呼ぶ。図１に示すように、軸受中心線Ｃ０を含む断面において、円筒面３６ａ，３７ａは、軸受中心線Ｃ０に平行な直線形状を有している。これら円筒面３６ａ，３７ａは、ハウジング２（内周面３）に接触可能な面となる。前記のとおり、嵌め合い面２２において環状溝３２は軸方向他方側に位置ずれして形成されていることから、軸方向一方側の第一の円筒面３６ａは、軸方向他方側の第二の円筒面３７ａよりも軸方向に長くなっている（Ｙ１＞Ｙ２）。

前記のとおり、転がり軸受７には、軸方向の予圧が付与されている。つまり、転がり軸受７には径方向の荷重が作用する他に、軸方向の荷重も作用する。このため、玉１３は、外輪軌道溝１２ａのうち最も深い点Ｑ１よりも軸方向一方側の点Ｐ１で外輪１２に接触し、また、内輪軌道溝１１ａのうち最も深い点Ｑ２よりも軸方向他方側の点Ｐ２で内輪１１と接触する。図１に示す断面において、外輪１２及び内輪１１に対する玉１３の接触点となる点Ｐ１と点Ｐ２とを結ぶ直線Ｌ１は、玉１３の中心を通り径方向に延びる中心線Ｌ０に対して傾斜している。つまり、この転がり軸受７には、前記のとおり径方向の荷重と軸方向の荷重との合成荷重が作用しており、この合成荷重によって玉１３が外輪１２及び内輪１１に接触する方向が、前記中心線Ｌ０に対して傾斜している直線Ｌ１の方向となっており、この転がり軸受７は接触角を有している。

前記径方向の中心線Ｌ０は、玉１３の中心を通過する直線であり、本実施形態では、この中心線Ｌ０から外輪１２の軸方向一方側の側面１２ｂまでの距離は、この中心線Ｌ０から外輪１２の軸方向他方側の側面１２ｃまでの距離よりも大きい。つまり、玉１３が転がり接触する軌道（外輪軌道溝１２ａ）は、外輪１２において軸方向他方側に偏って形成されており、玉１３が転がり接触する軌道（内輪軌道溝１１ａ）は、内輪１１において軸方向他方側に偏って形成されている。

ここで、ハウジング２と外輪１２との間で生じるクリープについて説明する。転がり軸受７において発生する可能性のあるクリープには、次の三つが考えられる。なお、下記の軸受回転方向とは、本実施形態の場合、回転輪である内輪１１の回転方向である。
・第一のクリープ：軸受回転方向と同方向へゆっくりと外輪１２が滑るクリープ
・第二のクリープ：軸受回転方向と同方向へ速く外輪１２が滑るクリープ
・第三のクリープ：軸受回転方向と逆方向に外輪１２が滑るクリープ

第一のクリープは、転がり軸受７に径方向（ラジアル方向）の大きな荷重が作用している場合に発生しやすく、下記のメカニズムによって発生すると考えられる。すなわち、転がり軸受７に径方向の大きな荷重が作用している場合、玉１３が高負荷を受けて外輪軌道溝１２ａを通過し、その際、玉１３の直下である外輪外周側が部分的に弾性変形する。なお、転がり軸受７において、径方向の大きな荷重の他に軸方向の荷重も作用しており、前記直線Ｌ１の方向の合成荷重が作用することで、点Ｐ１の径方向外側の部分において、ひずみが大きくなるように外輪１２は弾性変形する。
そして、玉１３は外輪軌道溝１２ａに沿って移動することから、外輪１２は脈動変形（脈動変位）する。これにより、（環状溝３２が形成されていない場合）外輪１２のハウジング２との接触領域における弾性変形に起因して相対滑りが生じ、この相対滑りにより第一のクリープが発生すると考えられる。

第二のクリープは、第一のクリープと外輪１２の移動方向（滑り方向）は同じであるが、転がり軸受７が無負荷である状態で発生しやすい。つまり、無負荷である場合、内輪１１の回転によって外輪１２を連れ回りさせ、これにより第二のクリープが発生すると考えられる。

第三のクリープは、外輪１２の移動方向（滑り方向）が第一及び第二のクリープと反対であり、これは、例えば径方向の荷重が偏荷重となることで外輪１２がハウジング内周面３に沿って振れ回りすることで発生すると考えられる。

そして、本実施形態の転がり軸受７では、前記第一のクリープを抑制するために、外輪１２の嵌め合い面２２であって外輪軌道溝１２ａの径方向外側に環状溝３２が形成されている。このようにハウジング２に対する外輪１２の嵌め合い面２２に環状溝３２が形成されていることで、前記の第一のクリープの発生メカニズムで説明したような弾性変形に起因する相対滑りの発生を抑えることができ、第一のクリープを抑制することが可能となる。つまり、転がり軸受７に径方向の大きな荷重を含む合成荷重が作用している場合、外輪１２のうちの外輪軌道溝１２ａの点Ｐ１の径方向外側の領域は径方向外側に弾性変形（拡径）するが、その領域に環状溝３２が形成されていることにより、弾性変形（拡径）を主に環状溝３２の範囲で生じさせることができる。このため、弾性変形部分とハウジング内周面３とが直接的に接触する範囲を減らすことができ、弾性変形がハウジング２に（ほとんど）伝わらず、外輪１２とハウジング２との間における第一のクリープの発生が抑制される。以上より、環状溝３２は、第一のクリープ抑制用の溝（逃げ溝）となる。

そして、本実施形態の転がり軸受７では、前記のとおり、玉１３は外輪１２に対して軸方向一方側（図１では右側）に偏った位置（点Ｐ１）で接触することから、外輪１２は、軸方向他方側よりも軸方向一方側において大きな転動体荷重を受けることになる。そこで、外輪１２において、軸方向一方側の第一の円筒面３６ａを、軸方向他方側の第二の円筒面３７ａよりも軸方向に長くしている（Ｙ１＞Ｙ２）。このため、軸方向一方側の第一の円筒面３６ａの方が、軸方向他方側の第二の円筒面３７ａと比較して、面積が広くなる。つまり、ハウジング内周面３との接触面積は、第一の円筒面３６ａの方が第二の円筒面３７ａよりも広くなる。

したがって、転がり軸受７に対して径方向の荷重と軸方向の荷重とが共に作用した場合において、図２に示すように、ハウジング２の軸方向一方側に生じる接触面圧を、接触面積が広くなっている軸方向一方側において分散させることができ、軸方向一方側の全体として接触面圧を低減することが可能となる。この結果、仮にクリープが少し発生したとしても、ハウジング２における摩耗を抑制することができる。特に、本実施形態では外輪１２が軸受鋼であるのに対して、ハウジング２はアルミ合金製であって面圧が高くなる部分で摩耗しやすいが、第一の円筒面３６ａを広くすることで、このような摩耗を防ぐことが可能となる。

また、第一の円筒面３６ａと第二の円筒面３７ａとの軸方向の長さの比は、転がり軸受７に合成荷重が作用した場合において、第一の円筒面３６ａが接触することによりハウジング２に生じる面圧（平均値）と、第二の円筒面３７ａが接触することによりハウジング２に生じる面圧（平均値）とが同等となるように設定するのが好ましい。これにより、軸方向一方側で大きくなるはずの接触面圧が、軸方向他方側にも分散され、ハウジング２の摩耗を効果的に防ぐことが可能となる。

更に、本実施形態の場合、第一の円筒面３６ａを第二の円筒面３７ａよりも広くすることで、外輪１２の嵌め合い面２２において、環状溝３２が軸方向他方側に偏って形成される構成となる。そこで、図１に示すように、外輪軌道溝１２ａについても、外輪１２において軸方向他方側に偏って形成されている。これにより、外輪１２において、環状溝３２及び外輪軌道溝１２ａが共に軸方向について他方側に偏って位置する構成となる。

この構成により、環状溝３２によるクリープ抑制効果を高く維持することができる。その理由は、転がり軸受７に径方向の荷重が作用した場合において、外輪１２の弾性変形によるひずみが大きくなる部分に環状溝３２を形成することで、高いクリープ抑制効果が得られることに依る。すなわち、外輪１２が合成荷重の径方向成分によって径方向外側に弾性変形すると、外輪１２の外周部におけるひずみ量は、玉１３と外輪軌道溝１２ａとの接触点Ｐ１に近い部分において大きくなり、その軸方向両側に向かうにしたがってひずみ量は小さくなる。そこで、前記のような第一のクリープを抑制するためには、ひずみ量が大きくなる領域に環状溝３２を形成すればよく、そのために、本実施形態のように環状溝３２が軸方向他方側に偏って形成されるのであれば、外輪軌道溝１２ａも軸方向他方側に偏って形成すればよい。これにより、外輪１２においてひずみ量が大きくなる領域に環状溝３２が形成された構成となる。この結果、外輪１２のひずみ量が大きくなる領域をハウジング２に接触させないで済み、外輪１２の脈動変形（脈動変位）に起因する第一のクリープが抑えられる。

前記実施形態（図１参照）では、内輪１１が、この内輪１１が取り付けられている相手部材（回転軸４）と一体回転する回転輪であり、外輪１２が、この外輪１２が取り付けられている相手部材（ハウジング２）に（クリープするが）固定されている固定輪である。
しかし、本発明では、内輪１１と外輪１２との内の一方が回転輪であって他方が固定輪であればよく、図１に示す形態と反対に、図３に示すように、軸４に取り付けられている内輪１１が固定輪であって、外輪１２がハウジング２と共に一体回転する回転輪であってもよい。この場合、内輪１１と軸４との間がすきま嵌めの状態とされ、軸４に対して内輪１１がクリープすることから、相手部材である軸４に対する内輪１１の嵌め合い面（内周面）２１に（図１の形態と同様に）環状溝３２が形成される。そして、図３に示す転がり軸受７に対して径方向荷重の他に軸方向荷重が作用することによって玉１３が固定輪である内輪１１に大きな荷重で接触する側（つまり、転動体荷重が大きく作用する側）となる軸方向一方側の円筒面３８ａが、軸方向他方側の円筒面３９ｂよりも軸方向に長くなっている。

これにより、径方向の荷重と軸方向の荷重とが共に転がり軸受７に作用した場合に、内輪１１において、転動体荷重が大きく作用する軸方向一方側の方が、軸方向他方側と比較して、円筒面３８ａの面積が広くなる。このため、軸４の軸方向一方側に生じる接触面圧を分散させて低減することが可能となる。
また、図３に示す形態においても、内輪１１に形成され玉１３が転がり接触する内輪軌道溝１１ａは、この内輪１１において軸方向他方側に偏って形成されている。これにより、環状溝３２及び内輪軌道溝１１ａが共に軸方向について他方側に偏って位置する構成となり、環状溝３２によるクリープ抑制効果を高く維持することができる。

なお、図１（図３）に示す前記各形態では、外輪軌道溝１２ａ（内輪軌道溝１１ａ）が、外輪１２（内輪１１）において軸方向他方側に偏って形成されている場合について説明したが、（図示しないが）偏らずに外輪１２（内輪１１）の軸方向の中心位置に形成されていてもよい。

以上のとおり開示した実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。つまり、本発明の転がり軸受は、図示する形態に限らず本発明の範囲内において他の形態のものであってもよい。
例えば、環状溝３２の形状（断面形状）は、図示した形状以外であってもよく、矩形以外に、凹円弧形状等とすることができる。
また、転がり軸受は深溝玉軸受以外にアンギュラ玉軸受であってもよく、また、転動体は玉以外であってもよく、円筒ころや円すいころであってもよい。
また、本発明の転がり軸受は、様々な回転機器に適用可能であり、特にクリープが課題となる回転機器に好適である。

２：ハウジング（相手部材）４：軸（相手部材）７：転がり軸受
１１：内輪１１ａ：内輪軌道溝（軌道）１２：外輪
１２ａ：外輪軌道溝（軌道）１３：玉（転動体）１４：保持器
２１：嵌め合い面２２：嵌め合い面３２：環状溝
３６ａ：円筒面３７ａ：円筒面３８ａ：円筒面
３９ｂ：円筒面

Claims

内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪との間に介在している複数の転動体と、前記複数の転動体を保持する保持器と、を備え、前記内輪と前記外輪との内の一方が回転輪であり他方が固定輪である転がり軸受であって、
前記固定輪が取り付けられる相手部材との嵌め合い面に、クリープ抑制用の環状溝が形成されており、
前記環状溝の軸方向一方側及び軸方向他方側それぞれに前記相手部材に接触可能となる円筒面が形成されており、
前記固定輪及び前記回転輪に軸方向荷重が作用することによって前記転動体が当該固定輪に接触する側となる軸方向一方側の前記円筒面は、軸方向他方側の前記円筒面よりも軸方向に長い、転がり軸受。
前記固定輪に形成され前記転動体が転がり接触する軌道は、当該固定輪において軸方向他方側に偏って形成されている、請求項１に記載の転がり軸受。