JP6631784B2

JP6631784B2 - 旋回リング

Info

Publication number: JP6631784B2
Application number: JP2015231044A
Authority: JP
Inventors: 望月　廣昭; 廣昭望月; 敬左萩原
Original assignee: THK Co Ltd
Current assignee: THK Co Ltd
Priority date: 2015-11-26
Filing date: 2015-11-26
Publication date: 2020-01-15
Anticipated expiration: 2035-11-26
Also published as: EP3382222B1; WO2017090337A1; EP3382222A4; US10570954B2; US20180340569A1; JP2017096455A; EP3382222A1

Description

本発明は、旋回リングに関するものである。

第１の転動体転走溝を備える内輪と、第１の転動体転走溝と対向する第２の転動体転走溝を備える外輪と、第１の転動体転走溝と前記第２の転動体転走溝との間に介在する複数の転動体と、を有する旋回リングとして、例えば、内輪及び外輪の少なくとも一方に対象物が取り付けられる軸受装置が広く知られている。

下記特許文献１には、樹脂製ボールと、この樹脂製ボールより小径の鋼製ボールが、外輪と内輪との間に、周方向にそれぞれ３個以上配置されているステアリングコラム用軸受装置が開示されている。この構成によれば、鋼製ボールにより衝突時の大荷重を受けつつ、樹脂製ボールの微小変形により軸受のラジアル隙間のバラツキを吸収することで、ステアリングシャフトのガタつきやゴリ等を防止することができる。

特開２００４−２１８７９０号公報

ところで、上記特許文献１には、通常回転時におけるラジアル荷重および車両衝突時等の大荷重は、周方向に均等に分散させて負荷した方が有利であることを考慮すると、同じ種類のボールの周方向への連続は２個までに抑えるべきであり、同種のボールどうしは、周方向に等間隔に配置する方が有利であるという旨の記載がある（特許文献１の段落［００２６］参照）。

しかしながら、同じ種類のボールの周方向への連続を２個までに抑えると、例えば、３個に１つは必ず大きさの異なるボールが配置されるため、通常回転時にボールが内輪と外輪に触れる割合が少なくとも３分の２以下に減る。そうすると、軸受装置の耐荷重性も３分の２以下に減るため、重量物を支持し難くなり、また、ボールが内輪と外輪に触れる割合が減ることで、内輪と外輪との相対回転のスムーズさが失われる虞がある。このため、重量物を支持し、回転のスムーズさが要求される座席等の軸受装置には、上記軸受装置を適用することは困難であった。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、通常回転時の耐荷重性及び回転のスムーズさと、非常時に加わる大きな荷重に対する耐久性と、を両立できる旋回リングの提供を目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、第１の転動体転走溝を備える内輪と、前記第１の転動体転走溝と対向する第２の転動体転走溝を備える外輪と、前記第１の転動体転走溝と前記第２の転動体転走溝との間に介在する複数の転動体と、を有する旋回リングであって、前記複数の転動体は、周方向において間隔をあけて配置された複数の硬質転動体と、周方向において隣り合う前記硬質転動体の間に少なくとも３個以上配置された、前記硬質転動体よりも剛性が低い複数の軟質転動体と、を含み、前記硬質転動体は、前記軟質転動体の弾性変形可能な大きさよりも小さい、旋回リングを採用する。

本発明によれば、通常回転時の耐荷重性及び回転のスムーズさと、非常時に加わる大きな荷重に対する耐久性と、を両立できる。

本発明の実施形態における旋回リング１の側面図である。本発明の実施形態における軸受装置２０の上面側斜視図である。本発明の実施形態における軸受装置２０の下面側斜視図である。本発明の実施形態における軸受装置２０の横断面図である。本発明の実施形態における軸受装置２０の縦断面を模式的に示す図である。本発明の実施形態における旋回リング１に非常に大きなモーメント荷重Ｍが加わったときの様子を示す図である。本発明の実施形態における硬質転動体５０ｂの作用を示す図である。比較例の軸受装置２０´の縦断面を模式的に示す図である。本発明の実施形態における一変形例における軸受装置２０Ａの縦断面を模式的に示す図である。本発明の実施形態における一変形例における軸受装置２０Ｂの縦断面を模式的に示す図である。

以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
各図面においては、各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがある。

図１は、本発明の実施形態における旋回リング１の側面図である。
旋回リング１は、座席部材１０が取り付けられた軸受装置２０を構成している。座席部材１０は、着座者が着座する座体１１と、座体１１に着座した着座者の背中を支持する背凭れ１２と、を有する。軸受装置２０は、土台２に固定され、座席部材１０を回転軸Ｌ周りに回転自在に支持する。なお、以下の説明では、回転軸Ｌが延びる方向を、アキシャル方向（軸方向）と称する。また、回転軸Ｌが延びる方向と直交する方向を、ラジアル方向（径方向）と称する。

図２は、本発明の実施形態における軸受装置２０の上面側斜視図である。図３は、本発明の実施形態における軸受装置２０の下面側斜視図である。図４は、本発明の実施形態における軸受装置２０の横断面図である。
軸受装置２０は、図２及び図３に示す、内輪３０及び外輪４０と、図４に示す、複数の転動体５０と、を有する。

内輪３０は、図２及び図３に示すように、略円環状に形成されており、アキシャル方向において座席部材１０（対象物）を取り付け可能な複数の取付穴３１（取付部）と、軽量化のために形成された複数の肉抜き穴３２と、図４に示すように、転動体５０が転動する第１の転動体転走溝３３と、を有する。なお、図２に示す符号３４は、転動体５０の組込口を閉塞する蓋体であり、内輪３０にネジ止めされている。

取付穴３１は、アキシャル方向において内輪３０を貫通して形成された貫通穴である。取付穴３１には、座席部材１０を固定するボルト等が配置される。取付穴３１は、内輪３０の中央開口の縁部に、周方向において間隔をあけて複数形成されている。
肉抜き穴３２は、アキシャル方向において内輪３０を貫通して形成された貫通穴であり、取付穴３１よりも大きな径を有する。肉抜き穴３２は、周方向において隣り合う取付穴３１の間に、少なくとも１つ以上形成されている。

図５は、本発明の実施形態における軸受装置２０の縦断面を模式的に示す図である。
図５に示すように、第１の転動体転走溝３３は、内輪３０の外周面に形成されている。第１の転動体転走溝３３は、所謂ゴシックアーチ形状を有する。すなわち、第１の転動体転走溝３３は、溝中央を基準としてアキシャル方向の一方側に形成された第１溝面３３ａと、アキシャル方向の他方側に形成された第２溝面３３ｂと、を有する。

第１溝面３３ａ及び第２溝面３３ｂのそれぞれは、溝中心を基準として対称に形成された円弧形状を有する。第１溝面３３ａ及び第２溝面３３ｂのそれぞれの円弧形状の中心は、一致しておらず、第１の転動体転走溝３３は、溝中央の部分が尖ったように形成されている。転動体５０（後述する軟質転動体５０ａ）は、第１溝面３３ａ及び第２溝面３３ｂのそれぞれと接触して転動する。

外輪４０は、図２及び図３に示すように、内輪３０の外周側に配置されている。外輪４０は、略円環状に形成されており、アキシャル方向において土台２（対象物）に取り付け可能な第１の取付穴４１（取付部）と、土台２及び座席部材１０以外の部材を取り付け可能な第２の取付穴４２と、図４に示すように、転動体５０が転動する第２の転動体転走溝４３と、を有する。なお、図２に示す符号４４は、転動体５０の組込口を形成する溝であり、外輪４０に形成されている。

第１の取付穴４１は、外輪４０の外周面からラジアル方向に突出して設けられた一対の突出部４５に、アキシャル方向において貫通して形成された貫通穴である。第１の取付穴４１には、土台２に固定するためのボルト等が配置される。一対の突出部４５は、座席部材１０の左右方向に延在した状態で土台２に対し固定される（後述する図６参照）。
第２の取付穴４２は、外輪４０の外周面からラジアル方向に突出して設けられた鍔部４６に、アキシャル方向において貫通して形成された貫通穴である。第２の取付穴４２は、ラジアル方向において第１の取付穴４１と略同じ半径上に配置されている。

図５に示すように、第２の転動体転走溝４３は、外輪４０の内周面に形成されている。第２の転動体転走溝４３は、第１の転動体転走溝３３とラジアル方向で対向している。第２の転動体転走溝４３は、所謂ゴシックアーチ形状を有する。すなわち、第２の転動体転走溝４３は、溝中央を基準としてアキシャル方向の一方側に形成された第１溝面４３ａと、アキシャル方向の他方側に形成された第２溝面４３ｂと、を有する。

第１溝面４３ａ及び第２溝面４３ｂのそれぞれは、溝中心を基準として対称に形成された円弧形状を有する。第１溝面４３ａ及び第２溝面４３ｂのそれぞれの円弧形状の中心は、一致しておらず、第２の転動体転走溝４３は、溝中央の部分が尖ったように形成されている。転動体５０（後述する軟質転動体５０ａ）は、第１溝面４３ａ及び第２溝面４３ｂのそれぞれと接触して転動する。

転動体５０は、図４に示すように、第１の転動体転走溝３３と第２の転動体転走溝４３との間に介在する。第１の転動体転走溝３３と第２の転動体転走溝４３が対向すると、その対向する部分に転動体転走路３が形成される。内輪３０と外輪４０は、回転軸Ｌを中心に環状に形成された転動体転走路３を転動体５０が転動することにより、回転軸Ｌ周りに相対回転可能とされている。

転動体５０は、複数の軟質転動体５０ａと、複数の硬質転動体５０ｂと、を含む。
軟質転動体５０ａは、硬質転動体５０ｂより剛性が低い材質を有する。本実施形態の軟質転動体５０ａは、ＰＯＭ（ポリアセタール）等の樹脂製材から形成されたボールである。軟質転動体５０ａは、通常回転時に、転動体転走路３において負荷がかかった状態で転動する。すなわち、軟質転動体５０ａは、弾性変形しつつ、図５に示すように、第１の転動体転走溝３３の第１溝面３３ａ，第２溝面３３ｂ、及び、第２の転動体転走溝４３の第１溝面４３ａ，第２溝面４３ｂに対して４点で接触しながら転動する。

硬質転動体５０ｂは、軟質転動体５０ａよりも剛性が高い材質を有する。本実施形態の硬質転動体５０ｂは、ステンレス等の鋼製材から形成されたボールである。なお、硬質転動体５０ｂは、鋼製材には限定されず、例えばセラミック材であってもよい。硬質転動体５０ｂは、通常回転時に、転動体転走路３において負荷がかからない状態で転動する。すなわち、硬質転動体５０ｂは、軟質転動体５０ａの弾性変形可能な大きさよりも小さく、通常回転時には、第１の転動体転走溝３３及び第２の転動体転走溝４３と４点で接触せず、負荷を受けない。硬質転動体５０ｂが負荷を受けるときは、軟質転動体５０ａが塑性変形したときである。この硬質転動体５０ｂの直径は、例えば、軟質転動体５０ａの直径の１０％程度小さい。

硬質転動体５０ｂの表面は、軟質転動体５０ａの表面の摩擦係数よりも大きな摩擦係数を有する。すなわち、軟質転動体５０ａの表面は、成型後、研磨されているのに対し、硬質転動体５０ｂの表面は、成型後に研磨されておらず、硬質転動体５０ｂの方が、軟質転動体５０ａよりも表面が粗くなっている。なお、硬質転動体５０ｂは、上述したように、通常回転時に負荷を受けないため、摩擦が大きくても、軟質転動体５０ａの転動、ひいては、内輪３０と外輪４０の相対回転のスムーズさを損なうことはない。

図４に示すように、硬質転動体５０ｂは、転動体転走路３の周方向において、間隔をあけて複数配置されている。また、軟質転動体５０ａは、周方向において隣り合う硬質転動体５０ｂの間に少なくとも３個以上配置されている。具体的に、本実施形態の硬質転動体５０ｂは、周方向において間隔をあけて３個配置されている。また、本実施形態の軟質転動体５０ａは、周方向において隣り合う硬質転動体５０ｂの間の第１領域Ｘ１に１１個、第２領域Ｘ２に１１個、第３領域Ｘ３に１２個配置されている。

このように、複数の転動体５０は、周方向において間隔をあけて配置された複数の硬質転動体５０ｂと、周方向において隣り合う硬質転動体５０ｂの間に少なくとも３個以上配置された複数の軟質転動体５０ａと、を含むため、通常回転時の耐荷重性及び回転のスムーズさを確保することができる。すなわち、周方向において連続する４個の転動体５０のうち３個は少なくとも軟質転動体５０ａとなるため、通常回転時に転動体５０が内輪３０と外輪４０に触れる割合を７５％以上確保することができる。

図４に示す本実施形態によれば、複数の転動体５０は、３７個中、３４個が軟質転動体５０ａであるため、転動体５０の約９２％が内輪３０と外輪４０に触れる。このため、軸受装置２０の耐荷重性の低下を、約８％に抑えることができる。また、転動体５０の大部分を構成する軟質転動体５０ａが、転動体転走路３において負荷がかかった状態で転動するため、内輪３０と外輪４０の相対回転のスムーズさが損なわれることはない。また、軟質転動体５０ａに負荷がかかって弾性変形すると、座席部材１０の旋回動作に、樹脂材特有の重厚感（粘り気）を与えることができる。

続いて、図６及び図７を参照しつつ、硬質転動体５０ｂの作用について説明する。
図６は、本発明の実施形態における旋回リング１に非常に大きなモーメント荷重Ｍが加わったときの様子を示す図である。図７は、本発明の実施形態における硬質転動体５０ｂの作用を示す図である。

旋回リング１が、車や飛行機などの移動体に設置された場合、移動体の急停止、急発進、又は衝突時等に、非常に大きな荷重を受ける。この荷重が座席部材１０のラジアル方向（例えば軸Ｌ１が延びる前後方向）にかかると、軸受装置２０に対し、左右方向に延びる軸Ｌ２周りに非常に大きなモーメント荷重Ｍが加わる（図６参照）。モーメント荷重Ｍは、土台２に固定された外輪４０に対して、座席部材１０に固定された内輪３０を、左右方向に延びる軸周りに回転させ、内輪３０と外輪４０との間に介在する複数の転動体５０に対してせん断力を与える。

ここで、複数の転動体５０は、軟質転動体５０ａよりも剛性が高い硬質転動体５０ｂを含む。硬質転動体５０ｂは、軟質転動体５０ａの弾性変形可能な大きさよりも小さく、通常回転時には、内輪３０と外輪４０の相対回転に寄与しないが、せん断力によって軟質転動体５０ａが塑性変形したときに、内輪３０と外輪４０との間に挟まり、軸受装置２０の分解を阻止する。すなわち、硬質転動体５０ｂは、軟質転動体５０ａがせん断力によって二つに割れることを未然に防ぎ、非常時に加わる大きな荷重に対する軸受装置２０の耐久性を向上させる。

本実施形態では、図４に示すように、硬質転動体５０ｂが、周方向において約１２０°間隔で３つ配置されている。このため、硬質転動体５０ｂのそれぞれがモーメント荷重Ｍの作用軸（回転軸Ｌと直交する軸（図４に示す例では軸Ｌ２））上に一直線に並ぶことがなく、図６に示すようなモーメント荷重Ｍがかかったときに、少なくとも一つの硬質転動体５０ｂがモーメント荷重Ｍを受けることができる。このように、硬質転動体５０ｂは、一直線に並ばないように配置することが好ましく、例えば、隣り合う硬質転動体５０ｂの間は、周方向において９０°より大きく１８０°未満の間隔をあけることが好ましい。この条件を満たせば、硬質転動体５０ｂを厳密な１２０°ではない不等間隔に配置してもよく、設計の自由度を高めることができる。

また、第１の転動体転走溝３３及び第２の転動体転走溝４３は、図７に示すように、ゴシックアーチ形状を有する。この構成によれば、第１の転動体転走溝３３及び第２の転動体転走溝４３を介して硬質転動体５０ｂが受ける荷重Ｆ１の方向が斜めになり、その荷重の一部（ラジアル方向の分力Ｆ３）を内輪３０または外輪４０に負担させることができ、荷重Ｆ１によって硬質転動体５０ｂが受けるせん断力（アキシャル方向の分力Ｆ２）を相対的に小さくすることができる。

図８は、比較例の軸受装置２０´の縦断面を模式的に示す図である。
図８に示す軸受装置２０´は、単一円弧の所謂サーキュラーアーク形状の第１の転動体転走溝３３´及び第２の転動体転走溝４３´を備えている。この構成では、第１の転動体転走溝３３´及び第２の転動体転走溝４３´を介して硬質転動体５０ｂが受ける荷重Ｆ１の方向が接点変動によって略垂直方向になり、内輪３０または外輪４０が荷重Ｆ１を負担する割合（分力Ｆ３）が小さくなり、硬質転動体５０ｂが荷重Ｆ１を負担する割合（分力Ｆ２）が相対的に大きくなる。

本実施形態では、第１の転動体転走溝３３及び第２の転動体転走溝４３が、図７に示すように、ゴシックアーチ形状であるため、図８に示す単一円弧の所謂サーキュラーアーク形状であった場合のように、硬質転動体５０ｂが、単体で略全ての荷重Ｆ１をせん断力として受ける虞がなくなるため、硬質転動体５０ｂのせん断を防ぎ、軸受装置２０の耐久性を向上させることができる。

また、硬質転動体５０ｂの表面は、軟質転動体５０ａの表面の摩擦係数よりも大きな摩擦係数を有しており、内輪３０と外輪４０との間に挟まったときの、第１の転動体転走溝３３及び第２の転動体転走溝４３に対する硬質転動体５０ｂの滑りを抑制することができる。これにより、硬質転動体５０ｂが、内輪３０と外輪４０との間に強固に挟まり（齧り）易くなり、内輪３０と外輪４０との分解を好適に阻止することができる。

このように、上述の本実施形態によれば、アキシャル方向において土台２に外輪４０を第１の取付穴４１を介して取り付け、また、アキシャル方向において座席部材１０に内輪３０を取付穴３１を介して取り付けた旋回リング１において、複数の転動体５０が、周方向において間隔をあけて配置された複数の硬質転動体５０ｂと、周方向において隣り合う硬質転動体５０ｂの間に少なくとも３個以上配置された、硬質転動体５０ｂよりも剛性が低い複数の軟質転動体５０ａと、を含む、という構成を採用することによって、通常回転時の耐荷重性及び回転のスムーズさと、非常時に加わる大きな荷重に対する耐久性と、を両立できる。

以上、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の主旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

例えば、以下に示す変形例を採用し得る。以下の説明において、上述の実施形態と同一又は同等の構成については同一又は同等の符号を付し、その説明を簡略若しくは省略する。

図９は、本発明の一変形例における軸受装置２０Ａの縦断面を模式的に示す図である。
図９に示す硬質転動体５０ｂは、表面にコーティング層５０ｂ１を有する。コーティング層５０ｂ１は、軟質転動体５０ａと同じ樹脂材から形成されている。コーティング層５０ｂ１の厚みは、軟質転動体５０ａと同じように弾性変形可能な厚みを有する。また、コーティング層５０ｂ１を含む硬質転動体５０ｂの径は、軟質転動体５０ａと同じ径とされている。また、コーティング層５０ｂ１の表面は、軟質転動体５０ａの表面と同じように研磨されている。この構成によれば、通常回転時においても、硬質転動体５０ｂに負荷がかかるため、通常回転時の耐荷重性及び回転のスムーズさがより向上する。また、非常時に大きな荷重が加わってコーティング層５０ｂ１が損傷すると、硬質転動体５０ｂが露出するため、上記実施形態と同様に、軸受装置２０Ａの耐久性を向上させることができる。

図１０は、本発明の一変形例における軸受装置２０Ｂの縦断面を模式的に示す図である。
図１０に示す硬質転動体５０ｂは、ローラー形状を有している。ローラー形状は、ボール形状よりも荷重に対して強い形状であるため、軸受装置２０Ｂの耐久性をより向上させることができる。また、軟質転動体５０ａもローラー形状であってもよい。
なお、硬質転動体５０ｂが小さく、内輪３０と外輪４０の相対回転に寄与しないものであれば、硬質転動体５０ｂの形状は特に問わないが、軟質転動体５０ａの転動を阻害しない形状であることが好ましい。

また、例えば、上記実施形態では、内輪３０に座席部材１０が取り付けられる構成について説明したが、外輪４０に座席部材１０が取り付けられる構成を採用してもよい。また、内輪３０及び外輪４０の少なくともいずれか一方に、座席部材１０ではない他の部材（器具や機械等）が取り付けられる構成を採用してもよい。また、旋回リング１は、部材が取り付けられていない状態（軸受装置２０単体）であってもよい。

また、例えば、軟質転動体５０ａは、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＰ（ポリプロピレン）、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＥＥＫ（ピーク）、ＰＡ（ポリアミド）等から形成されていてもよい。

１…旋回リング、２…土台（対象物）、１０…座席部材（対象物）、３０…内輪、３１…取付穴（取付部）、３３…第１の転動体転走溝、４０…外輪、４１…第１の取付穴（取付部）、４３…第２の転動体転走溝、５０…転動体、５０ａ…軟質転動体、５０ｂ…硬質転動体、Ｌ…回転軸

Claims

第１の転動体転走溝を備える内輪と、
前記第１の転動体転走溝と対向する第２の転動体転走溝を備える外輪と、
前記第１の転動体転走溝と前記第２の転動体転走溝との間に介在する複数の転動体と、を有する旋回リングであって、
前記複数の転動体は、周方向において間隔をあけて配置された複数の硬質転動体と、周方向において隣り合う前記硬質転動体の間に少なくとも３個以上配置された、前記硬質転動体よりも剛性が低い複数の軟質転動体と、を含み、
前記硬質転動体は、前記軟質転動体の弾性変形可能な大きさよりも小さい、ことを特徴とする旋回リング。
前記内輪及び前記外輪の少なくともいずれか一方は、アキシャル方向において対象物を取り付け可能な取付部を有する、ことを特徴とする請求項１に記載の旋回リング。
前記第１の転動体転走溝及び前記第２の転動体転走溝は、ゴシックアーチ形状を有する、ことを特徴とする請求項１または２に記載の旋回リング。
前記硬質転動体の表面は、前記軟質転動体の表面の摩擦係数よりも大きな摩擦係数を有する、ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の旋回リング。