JP2782853B2 - 内輪の取付構造 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 この発明は、たとえば転がり軸受、滑り軸受の内輪
を、それとは線膨張係数の異なる材料からなる軸に取り
付けて、高温または低温で使用する場合に、伝達荷重お
よび熱応力の増大による内輪の破損を防止した取付構造
に関する。

〔従来の技術〕

従来、たとえば転がり軸受とこれを取り付ける相手部
材との線膨張係数が相違する場合の取付構造に関する報
文が、LUBRICATION ENGINEERIG 1981年７月号の407〜41
5頁に掲載されている。

この転がり軸受は、第２図に示すように、軸１に取り
付けられた内輪２と、図示を省略した軸箱に取り付けら
れた外輪３との間に、保持器６付きの円筒ころ５が配設
されており、軸１は鋼材により、内輪２はセラミックス
材により作られている。内輪２の軸方向の両側端面は中
心軸線に対して外開きに拡径するテーパ面であって、軸
１にすきまばめにより嵌合されている。この内輪２の両
側端面は、軸１にしまりばめにより嵌合された鋼材から
なる一対の間座４によって挟着されており、軸１や間座
４が熱膨張したときに、内輪２と間座４とが挟着面上で
相対的に摺動することによって過大な負荷が作用しない
ようにしてある。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記の転がり軸受においては、軸受に負荷される荷重
は内輪２の両側端面のくさび作用により拡大されて間座
４に伝達されるため、内輪２の両側端面における接触面
圧が著しく増大して摩耗，破損したり、負荷荷重が限界
に達して破壊するなどの不都合が生じることがあり、負
荷荷重の上限値が小さい値に制約されるという問題があ
る。

また、内輪２と間座４とを軸１に組み付けるに当たっ
て、すきまばめにより嵌合されている内輪２と、しまり
ばめにより嵌合されている間座４との間で相対滑りが生
じるため、正確な心出しが困難であって組付け作業に熟
練を要し、作業性の点でも支障がある。

この発明は上記の問題を解決して、軸とは異なる線膨
張係数を有する内輪の運転使用中に、内輪の摩耗，破損
等が生じ難く、また軸に対して内輪の正確な組付けが容
易にできる取付構造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〕

上記目的を達成するため、第１発明においては、軸
と、軸とは異なる線膨張係数を有し、軸の外周に取り付
けられる内輪との間に、軸と内輪との各線膨張係数の中
間値の線膨張係数を有する取付部材が介在して嵌合され
る構造であって、取付部材と内輪との嵌合面および取付
部材と軸との嵌合面のいずれか一方を係合手段により固
く係合し、いずれか他方の少なくとも一方の嵌合面に、
軸方向に間隔をおいて円周方向に形成した溝、または単
条もしくは複条の螺旋状に形成した溝が設けてある。

第２発明においては、軸と、軸とは異なる線膨張係数
を有し、軸の外周に取り付けられる内輪との間に、軸と
内輪とのいずれか一方の線膨張係数とほぼ等しい線膨張
係数を有する取付部材が介在して嵌合される構造であっ
て、線膨張係数がほぼ等しい取付部材と軸または内輪と
の嵌合面は係合手段により固く係合され、線膨張係数が
等しくない取付部材と内輪または軸との少なくとも一方
の嵌合面に、軸方向に間隔をおいて円周方向に形成した
溝、または単条もしくは複条の螺旋状に形成した溝を設
けてある。

〔作用〕

第１発明においては、軸に取付部材を介して取り付け
られた内輪は、内輪に負荷された荷重を、取付部材を介
して軸に伝達するが、軸と取付部材との少なくとも一方
の嵌合面に円周方向または螺旋状の溝が形成されている
場合は、取付部材から軸への荷重伝達は嵌合面の溝と溝
との間の凸状部分により行われ、取付部材と内輪との少
なくとも一方の嵌合面に円周方向または螺旋状の溝が形
成されている場合は、内輪から取付部材への荷重伝達は
嵌合面の溝と溝との間の凸状部分により行われる。

内輪の取付時と運転使用時との間で温度変化が生じた
場合、線膨張係数の差により、取付部材の軸および内輪
との各嵌合面のしめしろが変化するが、このしめしろの
変化は、取付部材と軸または内輪のいずれか一方の部材
との嵌合面においては、その少なくとも一方の面に設け
てある凸状部分の弾性変形量が変化することによって吸
収され、また、取付部材と軸または内輪のいずれか他方
の部材との嵌合面においては、取付部材が軸と内輪との
中間値の線膨張係数を有しているため、内輪が軸に直接
嵌合されている場合に比べて、しめしろの変化が軽減さ
れる。これらの相乗作用により、嵌合面応力の増大、減
少は最小限度に抑制される。

第２発明においては、軸に取付部材を介して取り付け
られた内輪は、内輪に負荷された荷重を、取付部材を介
して軸に伝達する。

この場合において、取付部材の線膨張係数が軸のそれ
とほぼ等しいときは、内輪から取付部材への荷重伝達
は、内輪と取付部材との少なくとも一方の嵌合面に円周
方向または螺旋状に形成された溝と溝との間の凸状部分
により行われ、取付部材の線膨張係数が内輪のそれとほ
ぼ等しいときは、取付部材から軸への荷重伝達は、取付
部材と軸との少なくとも一方の嵌合面に円周方向または
螺旋状に形成された溝と溝との間の凸状部分により行わ
れる。

内輪の取付時と運転使用時との間で温度変化が生じた
場合、取付部材の軸および内輪との各嵌合面のうち、取
付部材の線膨張係数とは異なるいずれか一方の部材との
嵌合面においては、しめしろが変化するが、このしめし
ろの変化は、その嵌合面の少なくとも一方の面に設けて
ある凸状部分の弾性変形量が変化することによって吸収
される。また、取付部材の線膨張係数とほぼ等しいいず
れか他方の部材との嵌合面においては、しめしろの変化
はほとんど生じない。このため、嵌合面応力の増大，減
少は最小限度に抑制される。

〔実施例〕

以下、この発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図は、この発明の実施例を玉軸受について示した
ものである。同図の玉軸受は、内輪20,外輪30および内
輪20と外輪30との間で保持器54に保持案内されて転動す
る玉53により構成されており、内輪20は軸10に対して取
付部材40を介して嵌合されている。取付部材40は、軸10
に螺着した押さえナット18により軸10のフランジ部15と
の間で挟着され、内輪20は取付部材40に螺着した押さえ
ナット19により取付部材40のフランジ部45との間で挟着
された状態で取り付けられている。

玉軸受の内輪20および軸10の材料については、内輪20
がセラミックス材、軸10が鋼材によりそれぞれ構成され
ている。

取付部材40は、軸10と内輪20との各線膨張係数の中間
値の線膨張係数を有する材料、たとえば、鋳鉄，ニッケ
ル鋼，インバー等により構成するか（第１発明）、ある
いは軸10と内輪20とのいずれか一方の線膨張係数とほぼ
等しい線膨張係数を有する材料により構成する（第２発
明）。

第１発明においては、軸10の外周面12に、たとえば螺
旋状の溝13を形成し、この溝13と溝13との間の凸状部分
14に、取付部材40の内周側嵌合面41をしめしろをもって
嵌合し、内輪20の内周側嵌合面21は、取付部材40の外周
面42に固く係合させて取り付ける。

あるいは上記取り付けとは反対に、取付部材40の外周
面42に溝を形成し、この溝と溝との間の凸状部分に内輪
20の内周側嵌合面21をしめしろをもって嵌合し、取付部
材40の内周側嵌合面41は、軸10の外周面12に固く係合さ
せて取り付けてもよい。

上記の取付構造において、軸10の外周面12に溝を形成
する代わりに、取付部材40の内周側嵌合面41に溝を形成
するか、またはこれら双方の面に溝を形成してもよく、
また取付部材40の外周面42に溝を形成する代わりに、内
輪20の内周側嵌合面21に溝を形成するか、またはこれら
双方の面に溝を形成してもよい。

取付部材40を軸10に固く係合させる手段または内輪20
を取付部材40に固く係合させる手段としては、嵌合面の
しめしろ、ねじ、接着、溶着、キー等のうち、適宜の手
段を選択することができる。

第１発明においては、内輪20に負荷された荷重は、取
付部材40を介して軸10に伝達されるが、この玉軸受を、
取付時よりも高温または低温の環境下で運転使用する場
合、内輪20,取付部材40および軸10の各嵌合面に作用す
る応力（嵌合面応力）は次のようになる。

高温状態で運転する場合には、取付部材40と軸10およ
び内輪20との線膨張係数の差により、取付部材40の軸10
および内輪20との各嵌合面には、温度上昇に応じたしめ
しろの増加を生じる。しかし、この各嵌合面のうち、溝
13が形成されていない側の嵌合面においては、取付部材
40の線膨張係数が軸10と内輪20との中間値になっている
ので、温度上昇によるしめしろの増加は、取付部材40を
介さずに内輪20が軸10に嵌合されている場合に比べて小
さい割合に抑制することができる。また、溝13が形成さ
れている側の嵌合面においては、溝13が形成されていな
い場合に比べ、荷重に対する弾性変形量がはるかに大き
く、凸状部分14における見掛け上のばね定数が小さくな
っているため、温度上昇によるしめしろの増加は、溝13
の形成されていない場合に比べてはるかに小さくなる。

上記の作用が綜合されて、内輪20の破壊応力を越えて
嵌合面応力が大きくなるのを防止することができる。

低温状態で運転する場合には、取付部材40と軸10およ
び内輪20との線膨張係数の差により、取付部材40の軸10
および内輪20との各嵌合面には、温度低下に応じたしめ
しろの減少を生じる。しかし、この場合においても前述
した高温状態の場合と同じ理由により、嵌合面応力の減
少は、取付部材40が介在しない場合および溝13の形成さ
れていない場合に比べてはるかに小さくなるから、クリ
ープの発生を防止することが可能になる。

上記実施例の螺旋状の溝13に代えて、円周方向の溝13
を適宜のピッチで形成してもよい。螺旋状の溝13は単条
に限らず、複条に形成することもできる。

螺旋状の溝は、円周方向の溝に比べて加工，製作が容
易であるほか、仮に軸10と内輪20との間のしめしろが消
失するほどの大きい温度差が生じた場合においても、ク
リープに起因する摩耗が軸方向に一様に生じるから、特
定位置に深い傷を生じることがなく、損傷程度を少なく
することができるという利点を有しており、円周方向の
溝よりも実用性が大きい。

また、第１図の溝13の断面形状は円弧状に形成されて
いるが、溝13の断面形状については、そのほか山形状，
台形状，角形状等、必要に応じて最適な形状を選択する
ことが可能であり、さらに溝13の深さ，幅，軸方向間隔
（ピッチ）等についても、必要に応じて最適な値を選定
することができる。

第２発明においては、取付部材40の線膨張係数を内輪
20の線膨張係数とほぼ等しくした場合は、第１発明と同
様に、軸10の外周面12に、たとえば螺旋状の溝13を形成
し、この溝13と溝13との間の凸状部分14に、取付部材40
の内周側嵌合面41をしめしろをもって嵌合し、内輪20の
内周側嵌合面21は、取付部材41の外周面42に固く係合さ
せて取り付ける。

上記とは反対に、取付部材40の線膨張係数を軸10の線
膨張係数とほぼ等しくした場合は、取付部材40の外周面
42に溝を形成し、この溝と溝との間の凸状部分に、内輪
20の内周側嵌合面21をしめしろをもって嵌合し、取付部
材40の内周側嵌合面41は、軸10の外周面12に固く係合さ
せて取り付けてもよい。

上記各取付構造において、軸10の外周面12に溝を形成
する代わりに、取付部材40の内周側嵌合面41に溝を形成
するか、またはこれら双方の面に溝を形成してもよく、
また取付部材40の外周面42に溝を形成する代わりに、内
輪20の内周側嵌合面21に溝を形成するか、またはこれら
双方の面に溝を形成してもよい。

取付部材40または内輪20を、それぞれ軸10または取付
部材40に固く係合させる手段については、第１発明にお
いて説明した手段を適宜選択することができる。

第２発明においては、内輪20に負荷された荷重は、取
付部材40を介して軸10に伝達されるが、この玉軸受40
を、取付時よりも高温または低温の環境下で運転使用す
る場合、内輪20、取付部材40および軸10の各嵌合面に作
用する応力（嵌合面応力）は次のようになる。

高温状態で運転する場合には、内輪20に負荷された荷
重は、取付部材40と、線膨張係数が取付部材40とほぼ等
しい軸10または内輪20のいずれか一方との間では、温度
上昇によるしめしろの増加はほとんど生じないから、嵌
合面応力が増大することなく伝達される。取付部材40
と、線膨張係数が取付部材40と等しくない軸10または内
輪20のいずれか他方との各嵌合面においては、温度上昇
に応じたしめしろの増加を生じる。しかし、この嵌合面
においては、第１発明において説明したところの、少な
くとも一方の嵌合面に形成した溝13による弾性変形作用
と同一の作用が働くため、温度上昇によるしめしろの増
加は、溝13の形成されていない場合に比べてはるかに小
さくなるから、嵌合面応力が内輪20の破壊応力を越えて
大きくなるのを防止することができる。

低温状態で運転する場合には、内輪20に負荷された荷
重は、取付部材40と、線膨張係数が取付部材40とほぼ等
しい軸10または内輪20のいずれか一方との間では、温度
低下によるしめしろの減少はほとんど生じないから、嵌
合面応力が減少することなく伝達される。取付部材40
と、線膨張係数が取付部材40と等しくない軸10または内
輪20とのいずれか他方との各嵌合面においては、温度低
下に応じたしめしろの減少を生じる。しかし、この場合
においても、前述した高温状態の場合と同じ理由によ
り、嵌合面応力の減少は、取付部材40が介在しない場合
および溝13の形成されていない場合に比べてはるかに小
さくなるから、クリープの発生を防止することが可能に
なる。

なお、この発明においては、上述した実施例のよう
に、転がり軸受の内輪と軸との少なくとも一方の嵌合面
に、円周方向または螺旋状の溝を形成するのであるが、
これとは異なる軸方向の溝を形成した場合は、転動体の
通過に伴って内輪に繰返し曲げ応力が加算され、内周側
嵌合面の引張応力が増大するため、内輪が破壊し易くな
るという不都合が生じる。

〔発明の効果〕

以上説明したように、第１発明によれば、軸と、軸に
取付部材を介して取り付けられた内輪との線膨張係数が
異なり、取付部材は軸と内輪との線膨張係数の中間の値
を有している場合に、取付時と使用時との温度変化に起
因して軸と取付部材との嵌合面、および取付部材と内輪
との嵌合面のしめしろが変化しても、内輪に負荷された
荷重は、取付部材と軸および内輪との各嵌合面のうち、
溝が形成されている側の嵌合面においては、溝と溝との
間の凸状部分により伝達されるため、嵌合面応力の変化
は凸状部分の弾性変形によって吸収することができ、溝
が形成されていない側の嵌合面においては、取付部材と
軸または内輪との間の線膨張係数の差が、内輪と軸との
線膨張係数の差よりも小さいため、嵌合面応力の変化が
緩和される。したがって、これらの綜合結果として、高
温時における嵌合面応力の増大によって生じる内輪の破
壊、または低温時における嵌合面応力の減少ないし消失
に伴うクリープによって生じる内輪の振動，摩耗を防止
することが可能になる。

また、取付部材と軸及び内輪との少なくとも一方の嵌
合面に螺旋状の溝を形成して取り付けたものにおいて
は、万一のクリープが発生した場合でも、内輪の破損が
軽微になるだけでなく、加工，製作が容易にできるとい
う利点が併せて得られる。

さらに、取付部材と軸または内輪との嵌合面に形成す
る溝の形状，寸法等の諸元は、必要に応じて最適のもの
となるように、自由に選択，設計することができ、取付
けのための特別な加工を要する他の取付部材は一切必要
としないので、取付けに熟練を要せず、正確な心出しが
容易にできるだけでなく、単純な構成でより確実な信頼
性の高い取付構造が得られる。

さらに、第１発明によれば、取付部材を介在させてあ
るため、長期間の使用、または他の原因による部品交換
時に、容易に対応できるという利点も併せて得られる。

第２発明によれば、軸と、軸に取付部材を介して取り
付けられた内輪との線膨張係数が異なり、取付部材は軸
と内輪とのいずれか一方の線膨張係数とほぼ等しい値を
有している場合に、取付時と使用時との温度変化に起因
して軸と取付部材との嵌合面、または取付部材と内輪と
の嵌合面のしめしろが変化しても、内輪に負荷された荷
重は、取付部材と軸および内輪との各嵌合面のうち、溝
が形成されている側の嵌合面においては、溝と溝との間
の凸状部分により伝達されるため、嵌合面応力の変化は
凸状部分の弾性変形によって吸収することができ、溝が
形成されていない側の嵌合面においては、取付部材と軸
または内輪との線膨張係数がほぼ等しいため、温度変化
による嵌合面応力の変化がほとんど生じない。したがっ
て、第２発明においても、高温時における嵌合面応力の
増大によって生じる内輪の破壊、または低温時における
嵌合面応力の減少ないし消失に伴うクリープによって生
じる内輪の振動，摩耗を防止することが可能になるとと
もに、第１発明において説明した第２段以降の利点が合
わせて得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明を玉軸受に適用した実施例を示す上
半部縦断側面図、第２図は従来の円筒ころ軸受の取付構
造を示す縦断側面図である。 図中、10は軸、12は軸の外周面、13は溝、20は内輪、21
は内輪の内周側嵌合面、40は取付部材、41,42はそれぞ
れ取付部材の内周側嵌合面，外周面である。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】軸と、軸とは異なる線膨張係数を有し、軸
   の外周に取り付けられる内輪との間に、軸と内輪との各
   線膨張係数の中間値の線膨張係数を有する取付部材が介
   在して嵌合され、取付部材と内輪との嵌合面および取付
   部材と軸との嵌合面のいずれか一方が係合手段により固
   く係合され、いずれか他方の嵌合面の少なくとも一方
   に、軸方向に間隔をおいて円周方向に形成した溝、また
   は単条もしくは複条の螺旋状に形成した溝が設けられて
   いることを特徴とする内輪の取付構造。
2. 【請求項２】軸と、軸とは異なる線膨張係数を有し、軸
   の外周に取り付けられる内輪との間に、軸と内輪とのい
   ずれか一方の線膨張係数とほぼ等しい線膨張係数を有す
   る取付部材が介在して嵌合され、線膨張係数がほぼ等し
   い取付部材と軸または内輪との嵌合面は係合手段により
   固く係合され、線膨張係数が等しくない取付部材と内輪
   または軸との少なくとも一方の嵌合面に、軸方向に間隔
   をおいて円周方向に形成した溝、または単条もしくは複
   条の螺旋状に形成した溝が設けられていることを特徴と
   する内輪の取付構造。