CN1671974A - 滚动轴承 - Google Patents

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Abstract

在将在上述外圈的轴方向中央部上设置有上述外圈轨道的部分的最小壁厚作为h，将上述各个滚动体的外径作为Da的情况下，满足0.4Da≤h≤0.8Da的关系。该结果，即使在将外圈4a固定在低刚性的变速机壳体上的情况下，也能够不增大(加厚)该外圈的壁厚h地防止该外圈的弹性变形。在将外圈的外径作为D，将该外圈的轴方向地宽度作为W，将在外圈的轴方向中央部上设置有上述外圈轨道的部分的最小壁厚作为h，将上述各个滚柱的直径作为Da的情况下，为了使以{(h1.5·W)/(Da1.1·D0.5)}计算的值K满足1.20≤K≤2.00，而限制各个尺寸。其结果，能够不使该外圈大型化地充分确保该外圈的刚性，防止由于该外圈的弹性变形而导致的早期剥离。

Description

滚动轴承
技术领域
本发明涉及滚动轴承的耐久性的确保，该滚动轴承用于可自由滚动地支承构成例如汽车用交流发电机、皮带式无极变速机的皮带轮或者人力操纵传动装置、自动变速装置的齿轮等各种旋转机械装置的旋转部件。
背景技术
首先，对作为CVT油(包含ATF兼用油)使用低粘度的油、且装入低刚性的变速机壳体中的滚动轴承进行说明。
作为汽车用自动变速机用变速组件，皮带式无极变速机，如实公平8-30526号公报等所记载的那样，以往进行了各种考虑，其一部分被运用到了实践中。图1示出了这样的皮带式无极变速机的基本结构。该皮带式无极变速机，具有相互平行地配置的输入侧旋转轴1和输出侧旋转轴2。这些各个旋转轴1、2，分别通过一对滚动轴承自由旋转地支承于未图示的变速机壳体的内侧，该变速机壳体是记载于权利要求的范围内的固定部分。
这些滚动轴承3，分别如图2所示，具有相互同心设置的外圈4和内圈5。其中的外圈4，在内周面具有外圈轨道6，内圈5在外周面具有内圈轨道7。在这些外圈轨道6和内圈轨道7之间，以通过保持器9保持的状态，可自由滚动地设置有多个滚动体8。分别这样地构成的上述滚动轴承3，其外圈4分别内嵌固定于上述变速机壳体的一部分中，其内圈5分别外嵌固定于上述输入侧旋转轴1或者上述输出侧旋转轴2中。通过这样的结构，这些两个旋转轴1、2旋转自如地支承于上述变速机壳体的内侧。此外，作为上述滚动轴承3，以往，使用由第2标准轴承钢(SUJ2)制成外圈4、内圈5、各个滚动体8的轴承。
上述两个旋转轴1、2中的输入侧旋转轴1，通过发动机等的驱动源10，经由转矩变换器或者电磁离合器等的发动离合器11进行旋转驱动。另外，在上述输入侧旋转轴1的中间部，在位于一对滚动轴承3之间的部分上设置有驱动侧皮带轮12，使该驱动侧皮带轮12和上述输入侧旋转轴1同步旋转。构成该驱动侧皮带轮12的1对驱动侧皮带轮板13a、13b彼此的间隔，通过用驱动侧促动器14使一个(图1的左方)驱动侧皮带轮板13a向轴方向发生变位来自如调节。即，上述驱动侧皮带轮12的槽宽，通过上述驱动侧促动器14自由扩大、缩小。
另一方面，在上述输出侧旋转轴2的中间部，在位于一对滚动轴承3的之间的部分上设置有从动侧皮带轮15，使该从动侧皮带轮15和上述输出侧旋转轴2同步旋转。构成该从动侧皮带轮15的一对从动侧皮带轮板16a、16b彼此的间隔，通过用从动侧促动器17使一个(图1的右方)驱动侧皮带轮板16a向轴方向发生变位来自如调节。即，上述驱动侧皮带轮15的槽宽，通过上述从动侧促动器17自由扩大、缩小。另外，在该从动侧皮带轮15和上述驱动侧皮带轮12上，架设有环带18。作为该环带18，使用金属制的带。
在如上述构成的皮带式无极变速机中，从前述驱动源10经由上述发动离合器11向上述输入侧旋转轴1传递的动力，从上述驱动侧皮带轮12经由上述环带18传递到上述从动侧皮带轮15上。此外，作为该环带18，以往，已知有向推压方向传递动力的环带，和向拉紧方向传递动力的环带。对于任何一个环带，向上述从动侧皮带轮15传递的动力，从上述输出侧旋转轴2经由减速齿轮列19、差速器齿轮20传递到驱动轮21。在改变上述输入侧旋转轴1和输出侧旋转轴2之间的变速比的情况下，使上述两个皮带轮12、15的槽宽相互关联同时进行扩大、缩小。
例如，在增大上述输入侧旋转轴1和输出侧旋转轴2之间的减速比的情况下，扩大上述驱动侧皮带轮12的槽宽，同时缩小上述从动侧皮带轮15的槽宽。其结果，在上述环带18的一部分上，架设在这两个皮带轮12、15上的部分的直径，在上述驱动侧皮带轮12上变小，在上述从动侧皮带轮15上变大，在上述输入侧旋转轴1和输出旋转轴2之间进行减速。相反的，在增大(使减速比变小)上述输入侧旋转轴1和输出侧旋转轴2之间的增速比的情况下，减小上述驱动侧皮带轮12的槽宽，同时扩大上述从动侧皮带轮15的槽宽。其结果，在上述环带18的一部分上，架设在这两个皮带轮12、15上的部分的直径，在上述驱动侧皮带轮12上变小，在上述从动侧皮带轮15上变大，在上述输入侧旋转轴1和输出旋转轴2之间进行增速。
在如上述构成并进行工作的皮带式无极变速机运转时，向各个可动部供给润滑油，对这些各个可动部进行润滑。作为在皮带式无极变速机的情况下，所使用的润滑油，使用CVT油(含有ATF兼用油)。其理由是为了增大金属制的环带18和驱动侧、从动侧两个皮带轮12、15的摩擦卡合部的摩擦系数，且，使其稳定。此外，使上述CVT油以大于等于300cc/min的流量向上述摩擦部循环，对该摩擦部进行润滑。另外，上述CVT油的一部分，通过前述各个滚动轴承3的内部(例如，以大于等于20cc/min的流量)，对这些滚动轴承3的滚动接触部进行润滑。因此，伴随上述环带18和上述两皮带轮12、15的摩擦而产生的磨损颗粒、伴随前述减速齿轮列19的摩擦而产生的齿轮磨损颗粒等的异物，在混入CVT油的状态下很可能进入这些滚动轴承3的内部。这些异物，成为损伤上述滚动轴承3的滚动接触部，降低其耐久性的原因。
因此，以往，通过增大上述各个滚动轴承3的轴承尺寸，或者增大各个滚动体8的直径Da等，来增大上述各个滚动轴承3的基本动态额定负载，以延长这些各个滚动轴承3的寿命。但是，若这样地确保基本动态额定负载、增大上述各个滚动体3的直径Da，则为了实现上述皮带式无极变速机的小型轻量化，有必要缩小(变薄)前述外圈4的壁厚T。而且，在固定该外圈4的前述变速机壳体的刚性较低的情况下，若这样地缩小外圈4的壁厚T，则该外圈4容易发生弹性变形，同时，伴随该变形向该外圈4施加过大的弯曲应力，导致上述各个滚动轴承3的寿命有可能变短。
例如，在社团法人日本摩擦学会的摩擦会议学报(盛冈1992-10)E-33的793～796页中，记载有：在以向轨道轮施加70MPa的弯曲应力的状态运转滚动轴承的情况下，该滚动轴承的寿命与没有施加弯曲应力的情况相比，降低1/4～1/5。另外，还记载有：为了防止这样的寿命的降低，用能够承受残留压缩应力的材料制造上述轨道轮是比较有效的。但是，在使用这样的能够承受弹性应力的材料的时候，在上述轨道轮中使用渗碳钢，同时，在该轨道轮的轨道面上还有必要实施喷丸处理等的机械加工，有可能导致成本升高。
近年来，为了确保皮带式无极变速机的效率，抑制运转时产生的噪音，同时，抑制驱动侧、从动侧两个皮带轮12、15、环带18的磨耗，考虑了使用比CVT油黏度更低的油的情况。在这样的情况下，也可以推测到作为用于支承输入侧、输出侧各个旋转轴1、2的滚动轴承3，若使用标准的轴承，则发生早期剥离的可能性将变大。即，由于伴随传动带变动的径向及轴向的振动，外圈4及内圈5将容易发生弹性变形，同时，将向这些外圈4及内圈5施加过大的弯曲应力。伴随着这样的变形及过大的弯曲应力，在外圈轨道6及内圈轨道7和滚动体8的滚动面的旋转接触部上将容易发生基于滑动的金属接触，由于这样的金属接触，在这些外圈轨道6、内圈轨道7、滚动体8的滚动面上，发生早期剥离的可能性变大。
即，在皮带式无极变速机的运转时，具有上述滚动轴承3的温度超过100℃的情况，进入该滚动轴承3的内部并润滑该滚动轴承3的滚动接触部的CVT油的粘度，为低于且等于10mm2/sec的相当低的值。另外，还具有供给到上述滚动接触部的CVT油的量不足的可能。而且，在作为固定部分的变速机壳体的刚性较小的情况下，固定于该变速机壳体上的外圈4容易发生弹性变形，伴随着该变形，在上述滚动接触部容易发生滚动体8的差动、公转、基于自转的滑动的情况。其结果，与如上述的CVT油的不足相对，在上述滚动接触部上容易发生油膜破裂。在发生这样的油膜破裂的情况下，上述外圈轨道6、滚动体8的滚动面处于活性化的状态，将促进例如由氢侵入导致的氢脆性剥离、伴随金属接触的表面疲劳现象，导致发生早期剥离的可能性变大。
另一方面，根据赫兹(hertz)的弹性接触论，可以计算出滚动接触下的最大剪切应力，发生在从轨道面的深度为大约滚动体直径的2％的位置。这种情况下，发生最大剪切应力的轨道轮的壁厚，是作为半无限大而计算出来的。与之相对，在标准的JIS名称和编号的滚动轴承的情况下，将轨道轮的壁厚，做成最大剪切应力的发生位置的10的程度，即为滚动体8的直径20％的程度。其理由是因为，在将轨道轮固定在高刚性的部分上的情况下，若该轨道轮的壁厚为滚动体的直径的20％的程度，则将该轨道轮的壁厚作为无限大而考虑的上述赫兹(hertz)的弹性接触论成立，而且，可以认为在实验上能确保充分的耐久性。因此，在装入皮带式无极变速机中的滚动轴承3的情况下，若变速机壳体的刚性较低，则有必要确保该滚动轴承3的耐久性，增大(增厚)固定于该变速机壳体上的外圈4的壁厚。但是，仅这样地增大外圈4的壁厚，由于导致伴随大型化的重量增大、转动阻力增加，所以也不是所希望的。
此外，在特开平10-37951号公报中，记载了与内圈的壁厚相比通过增大外圈的壁厚，来实现提高工作机械用滚动轴承的容许高速性能的发明。即，记载了：通过将各个滚动体由陶瓷制成，实现降低施加在作为固定侧轨道轮的外圈上的离心力，进而，实现减小产生于作为旋转侧轨道轮的内圈上的离心力，该内圈的壁厚为2.5～4.0mm，且该内圈的壁厚为上述外圈的壁厚的2.0～2.75倍的结构。但是，在该结构中，使外圈的壁厚大于内圈的壁厚的理由，仅是为了降低由于减小内圈的壁厚而产生的离心力，而不是防止固定于低刚性部分的外圈的弹性变形。而且，由于上述各个滚动体是陶瓷制成的，所以免不了要增加材料成本、加工成本。此外，由于外圈的壁厚过大，所以如后所述，滚动体的滚动面容易损伤。
下面，对固定于交流发电机的滚动轴承进行说明，前述交流发电机具有由例如铝合金制成的刚性较低的壳体。
以汽车的驱动用发动机作为驱动源的各种辅助装置，相对于壳体旋转自如地支承旋转轴，同时，在该旋转轴的一端部，在向上述壳体外突出的部分上，固定有从动皮带轮。此外，在该从动皮带轮上，通过经由环带传递发动机的曲轴的旋转，能够自如驱动各种辅助装置。图3，是表示在这样的各种辅助装置中，用于进行汽车的必要的发电的交流发电机的1个例子。该交流发电机101，在由铝合金等的轻量金属制成的壳体102的内侧，通过一对滚动轴承104旋转自如地支承旋转轴103。这些滚动轴承104，具有在外周面上形成有内圈轨道105的内圈106，和在内周面上形成外圈轨道107的外圈108，和旋转自如地配置于内圈轨道105和外圈轨道107之间的分别作为滚动体的多个滚珠109。
另外，在上述旋转轴103的中间部上，设置有转子110和转换器111。另外，在该旋转轴103的一端部，在向上述壳体102外面突出的部分上，固定有从动皮带轮112。在将上述壳体102固定在未图示的发动机上的状态下，在上述从动皮带轮112上架设有未图示的环带，经由该环带，将上述发动机的曲轴的旋转自如传递到上述旋转轴103。另外，在上述壳体102的内侧，在存在于上述转子110的周围的部分上，固定有定子113。这样地构成的交流发电机101，通过上述发动机的旋转，使设置有上述转子110的旋转轴103旋转，在与该转子110对置的上述定子上产生电流。
在如上述构成的交流发电机101的情况下，在使用时，构成各个滚动轴承101的内圈106旋转，同时，根据环带的张力，在这些各个内圈106上一直施加有同一方向的径向负载。此外，若这样的径向负载经由各个滚珠109施加到外圈108上，则在固定有该外圈108的壳体102的刚性较低的情况下，上述外圈108有可能与该壳体102一同发生弹性变形。这样的外圈108的弹性变形，可以认为是由于在该外圈108上产生早期剥离等的损伤而造成的。
即，根据上述径向负载，若该外圈108与上述壳体102一同发生弹性变形，则可以认为该径向负载作为不平衡负载施加到上述外圈108上，同时，该外圈108变得容易振动。这样的不平衡负载及振动，导致在内圈轨道105及外圈轨道107和各个滚珠109的滚动面的滚动接触部上难以形成油、润滑油等的润滑剂的油膜。另外，若上述润滑油中含有水分，或者从外部侵入有水分时，则仍然有可能在上述滚动接触部上难以形成油膜。此外，若这样地在滚动接触部上难以形成油膜，则上述内圈轨道105及外圈轨道107和上述各个滚珠109的滚动面容易发生金属接触，在上述内圈轨道105及外圈轨道107、各个滚珠109的滚动面上可能发生早期剥离。
为了防止这样的早期剥离，在例如特开2001-221238号公报中记载了通过限制外圈的材料成分防止早期剥离的发明，另外，在特开平5-98280号公报中记载了通过限制润滑油的材料成分防止早期剥离的发明。但是，对于交流发电机、电磁离合器等的装入汽车用辅助装置(电气部件)中的滚动轴承，在伴随近年来的技术革新的发动机的高性能化而引起的高温化、高速化、及伴随传动带的张力增大的高负载化等的影响下，使用条件变得更加严格。因此，仅依靠限制构成滚动轴承、润滑剂的成分，不能够对应这样的使用条件的变化，仍有可能发生由于早期剥离而引起的寿命降低的问题。
发明内容
本发明的目的是实现如下的一种皮带式无极变速机用滚动轴承，该滚动轴承，即使在将外圈安装到如铝合金制成的刚性较低的变速机壳体上的情况下，在构成滚动接触部的外圈轨道、内圈轨道、滚动体的滚动面上，也难以发生早期剥离等的损伤。
本发明的滚动轴承，具有外圈和内圈及多个滚动体。
其中的外圈，在内周面上具有外圈轨道。
另外，上述内圈，在外周面上具有内圈轨道。
另外，上述各个滚动体，可自由滚动地设置在上述外圈轨道和内圈轨道之间。
此外，将上述外圈内嵌支承于变速机壳体等的固定的部分上，将上述内圈外嵌支承于输入侧、输出侧的各个旋转轴的端部或者中间部等，与构成皮带式无极变速机的皮带轮一同旋转的部分上，并将该皮带轮可自由旋转地支承于上述固定的部分上。
特别是，在皮带式无极变速机用滚动轴承中，在将在上述外圈的轴方向中央部上设置有上述外圈轨道的部分的最小壁厚(径向厚度)作为h，将上述各个滚动体的直径作为Da的情况下，满足0.4Da≤h≤0.8Da，最好满足0.4Da≤h≤0.6Da。
在如上述构成的本发明的皮带式无极变速机用滚动轴承的情况下，即使在使用低粘度的CVT油，且组装入低刚性的变速机壳体上的情况下，也能充分确保剥离寿命。
即，即使在将外圈固定在例如铝合金制成的那样低刚性的变速机壳体上的情况下，也能够不增大(加厚)该外圈的壁厚地防止该外圈发生弹性变形和伴随该变形向该外圈上施加过大的应力的现象。因此，即使在使用低粘度的CVT油，或者不在上述滚动轴承的内部流通大量的润滑油(例如超过20cc/min的程度)，导致难以确保夹在外圈轨道及内圈轨道和各个滚动体的转动面的滚动接触部之间的油膜的强度的情况下，也能够防止在该滚动接触部发生金属接触的现象，能够充分确保剥离寿命。因此，为了确保必要的耐久性，不必将上述滚动轴承大型化，便能够实现小型且轻量地构成输入侧旋转轴及输出侧旋转轴的旋转支承部且降低旋转阻力。其结果，能实现皮带式无极变速机的小型、轻量化并提高传动效率。
特别是，对于装入交流发电机、电磁离合器等的汽车用辅助装置(电气部件)的滚动轴承，在将上述外圈的外径作为D，将该外圈的轴方向地宽度作为W，将在外圈的轴方向中央部设置有外圈轨道的部分的最小壁厚作为h，将上述各个滚动体的直径作为Da的情况下，满足1.20≤{(h1.5·W)/(Da1.1·D0.5)}≤2.00的关系。
根据如上述构成的本发明的滚动轴承，即使将外圈固定在由铝合金等的轻金属制成的刚性较低的壳体上的情况下，也能够不必延伸该外圈、使滚动轴承大型化地，充分确保该外圈的刚性，防止由于该外圈的弹性变形而导致的早期剥离。
即，如果上述壳体的刚性较低，则上述外圈与该壳体一同弹性变形为不能够忽视的程度，使负载圈变窄。即，该外圈发生以施加负载的部分为中心以向径向外侧扩展的形式的弹性变形，由于扩展的部分不能够支承负载，所以施加上述负载的部分具有负载集中的倾向。如果上述各个滚动体从非负载圈向这样的负载集中部分突入，则向这些各个滚动体上急剧地施加约束力(约束程度显著)，在这些各个滚动体的转动面和外圈轨道及内圈轨道上容易产生显著的滑动。伴随该滑动，形成于这些滚动体的转动面和内圈轨道及外圈轨道的滚动接触部的油膜容易破裂，这些各个滚动体的转动面和内圈轨道及外圈轨道容易发生金属接触。另外，上述各个滚动体在从负载圈鼓出的情况下，由于从较大的约束力中突然释放，所以同样产生滑动，伴随该滑动容易发生金属接触。此外，根据这样的金属接触，在上述各个滚动体的转动面和内圈轨道及外圈轨道的滚动接触部上容易发生早期剥离。此外，在上述壳体的刚性较低的情况下，根据来自存在于(通过)负载圈上的各个滚动体的负载，上述外圈轨道容易发生弹性变形(以圆周方向的槽形状在径向波动的形式)。通过这样的轨道面的弹性变形，容易产生如上述的滑动，能够加速早期剥离。
于是，通过实现上述外圈的壁厚h及宽度W的适当化，如前述，限制在1.20≤{(h1.5·W)/(Da1.1·D0.5)}≤2.00的范围内，使该外圈难以发生弹性变形，防止由如上述的机构引起的早期剥离。此外，在用上述式{(h1.5·W)/(Da1.1·D0.5)}计算的值(以下作为[K])不到1.20的情况下，上述外圈的刚性降得过低，在将该外圈固定到由铝合金等制成的刚性较低的壳体上的情况下，该外圈容易发生弹性变形，可能在早期发生如上述的剥离。另一方面，在上述K超过2.00的情况下，上述外圈的刚性变得过大，在将上述各个滚珠安装到滚动轴承上的时候，该外圈有可能超过弹性变形区域而发生塑性变形、在该外圈上产生损伤。
附图说明
图1是组装有皮带式无极变速机的车辆的驱动系统的大致剖面图，前述皮带式无极变速机具有作为本发明的对象的滚动轴承。
图2是取出滚动轴承的放大剖面图的1例。
图3是表示以往已知的交流发电机的1例的大致剖面图。
图4是表示本发明的实施方式的1例的与图2相同的剖面图。
图5是表示本发明的实施方式的1例的部分剖面图。
图6是表示在壳体的刚性较高的情况下，经由滚动体向外圈施加负载的模式图。
图7是表示在壳体的刚性较低的情况下，经由滚动体向外圈施加负载的模式图。
图8是表示为了确认效果而进行的实验结果的线图。
具体实施方式
图4表示本发明的实施方式的1例。此外，本发明的特征是，研究用于支承皮带式无极变速机的输入侧、输出侧两个旋转轴1、2(参照图1)的滚动轴承3的结构，即使在变速机壳体的刚性较低的情况下，也能充分确保该滚动轴承3的耐久性。对于其他的部分的结构及作用，由于包含前述图2所示的结构，并与以往已知的皮带式无极变速机用滚动轴承相同，所以相同的部分使用同一符号，省略重复说明的部分或简略说明，下面，以本发明的特征部分为中心进行说明。
在本例的情况下，在将在外圈4的轴方向中央部设置有外圈轨道6的部分的(对于径向)最小壁厚作为h、将各个滚动体8的直径作为Da的情况下，为了满足0.4Da≤h≤0.8Da，最好是0.4Da≤h≤0.6Da的条件，限制上述外圈4的尺寸。另外，将上述外圈4及内圈5的轴方向的宽度W限制在满足1.2Da≤h≤2.5Da的范围内。在这样的本例的滚动轴承3的情况下，即使在使用低粘度的CVT油，且，装入低刚性的变速机壳体的时候，也能够充分确保剥离寿命。
即，即使在将上述外圈4固定在如铝合金的质量较轻且刚性较低的变速机壳体上的情况下，也能够不增大(加厚)该外圈4的壁厚h地防止该外圈4发生弹性变形和伴随该变形向该外圈4上施加过大的应力的现象。因此，即使在使用低粘度的CVT油，或者不在上述滚动轴承3的内部流通大量的润滑油，(例如大大超过200cc/min)导致难以确保夹在外圈轨道6及内圈轨道7和各个滚动体8的转动面的滚动接触部之间的油膜的强度的情况下，也能够防止在该滚动接触部发生金属接触的现象，能够充分确保剥离寿命。因此，为了确保必要的耐久性，不必将上述滚动轴承3大型化，便能够实现在小型且轻量地构成输入侧旋转轴1及输出侧旋转轴2的旋转支承部且降低旋转阻力。其结果，能实现皮带式无极变速机的小型、轻量化并提高传动效率。
此外，在上述外圈4a的最小壁厚h超过0.8Da的情况下，难以将上述滚动体8装入上述滚动轴承3。即，在用自动组装装置组装该滚动轴承3的情况下，通常最后组装的滚动体8，在使上述外圈4发生弹性变形的状态下进行组装。因此，在上述最小壁厚h超过0.8Da的情况下，具有以下可能性：用于使上述外圈4弹性变形的必要的负载变大，在上述外圈4、滚动体8上容易产生损伤，不能够以自动组装装置进行组装。另一方面，在上述最小壁厚h小于0.4Da的情况下，在用于固定上述外圈4的变速机壳体的刚性较低的情况下，具有以下可能性：该外圈4容易发生弹性变形，在上述外圈轨道6、内圈轨道7、各个滚动体8的滚动面上产生早期剥离。
另外，上述外圈4及内圈5的轴方向的宽度W，从防止外圈4及内圈5的弹性变形这一点出发，最好较大。但是，若使上述宽度W变大，则这些外圈4及内圈5的质量也要变大。即，在上述宽度W超过2.5Da的情况下，上述外圈4及内圈5的质量变得过大，有可能导致皮带式无极变速机的传动效率低下。另一方面，在上述宽度W小于1.2Da的情况下，上述外圈4及内圈5的刚性降低，有可能导致这些外圈4及内圈5容易发生弹性变形。因此，上述宽度W，最好位于大于等于1.2Da且小于等于2.5Da的范围内。
另外，在本例的情况下，在上述外圈4的内周面和内圈5的外周面之间，在设置有多个滚动体8的部分的两端开口部上，没有设置密封部件。但是，在驱动侧、从动侧的各个皮带轮12、15、环带18(参照图1)的磨损颗粒等异物较多地侵入的可能性较大的情况下，在滚动轴承的轴方向尺寸允许的限度内，最好设置上述密封部件。作为这样的密封部件，除了轻接触型变速箱用密封件之外，也可以根据使用温度，选择使用金属板制成的非接触型的装置、硝基密封件、压克力密封件或者氟密封垫等。
另外，对于上述转动自如地支承上述各个滚动体8的保持器9的结构及材料，虽然没有特别的限定，但是在使用时的旋转速度特别快的情况下，从降低保持器和滚动体之间的摩擦并抑制较硬的磨损颗粒的产生、实现长寿命化的层面考虑，最好使用合成树脂制的冠型保持器。与此相对，由于较大的变动负载的作用，在考虑到发生保持器断裂(破碎)的情况下，最好使用金属制成的波形保持器。
进而，在本例的情况下，构成滚动轴承3的外圈4、内圈5、滚动体8，分别由残留奥氏体的量γR为5～15％容量的第2标准等级的轴承钢(SUJ2)构成。但是，在存在于皮带式无极变速机内部，并混入CVT油中、通过上述滚动轴承3的滚动体8的设置空间的异物的量较多的情况下，最好至少对构成外圈4、内圈5、滚动体8的钢材的一部分进行渗碳处理或者渗碳氮化处理。通过这样的处理，若使上述外圈4、内圈5、滚动体8的表面的残留奥氏体量达到20～45％容量的程度，同时，使该表面硬度达到HRC62～67的程度，则能够防止由上述异物引起的该表面损伤，提高滚动轴承3的耐久性。此外，在该滚动轴承3的使用温度达到大于等于150℃的情况时，最好在上述外圈4、内圈5、滚动体8上，进行将残留奥氏体的量抑制在0～5％程度的尺寸稳定化处理。这种情况下，作为前述密封部件，最好使用具有耐热橡胶的装置。
另外，在本例的情况下，以上述滚动轴承3的内部间隙作为普通间隙，将外圈轨道6及内圈轨道7的截面形状的曲率半径，做成任何一个滚动体8的直径的0.52倍(0.52Da)。但是，若适当地限制(抑制为较小的程度，例如至少使内圈轨道7的曲率半径成为0.505Da)上述内部间隙及上述各个轨道6、7的截面形状的曲率半径，将外圈轨道6的曲率半径做成0.535Da，并抑制径向的反冲及轴向的反冲，使上述各个滚动体8的滚动面和外圈轨道6及内圈轨道7的接触压力处于均一状态，则能够进一步提高以耐久性为中心的性能。另外，滚动轴承3并不限于图示的单列深沟球轴承的情况，角型等的其他形式的球轴承，此外圆筒滚柱轴承、圆锥滚柱轴承、滚针轴承等也能取得相同的作用、效果。
实施例
下面，对为了确认本发明的效果而进行的实验进行说明。在实验中，如下面的表1所示的那样，对外圈4的最小壁厚h为滚动体(滚珠)8的直径Da的0.4～0.8倍、任何一个都属于本发明的技术范围的10种试料(实施例1～10)，和本发明的技术范围之外的4种试料(比较例1～4)，共计14种试料，分别测定其耐久性。这些试料，以JIS第6209号(内径d＝45mm，外径D＝85mm，宽度W＝19mm，滚珠直径Da＝11.906mm)及JIS第6310号(内径d＝50mm，外径D＝110mm，宽度W＝27mm，滚珠直径Da＝11.906mm)的滚珠轴承为基础(base)，通过改变各自的外圈的外径及各个滚珠的直径，调整为如下表1所记载的尺寸。
[表1]
外圈的外径D[mm] 外圈的壁厚h[mm] 滚珠的直径Da[mm] h L10寿命[hr] 有无破损 其它
实施方式   1     87     5     11.906   0.42Da   500   5/5无异常   6209为基础
  2     89     6   0.50Da   500   5/5无异常
  3     91     7   0.59Da   500   5/5无异常
  4     93     8   0.67Da   500   1/5滚珠损伤
  5     95     9   0.76Da   500   2/5滚珠损伤
6 117 8     19.050 0.42Da 500 5/5无异常   6310为基础
  7     119     9   0.47Da   500   5/5无异常
  8     121     10   0.53Da   500   5/5无异常
  9     123     11   0.58Da   500   5/5无异常
  1     125     12   0.63Da   500   1/5滚珠损伤
比较例   1     85     4     11.906   0.34Da   97   5/5外圈剥离   6209(标准)
2 97 10 0.84Da 125 5/5滚珠剥离 6209为基础
3 110 45     19.050 0.23Da 84   5/5外圈剥离   6310(标准)
4 113 6 0.31Da 91 5/5外圈剥离 6310为基础
将上表1所记载的尺寸的各个滚动轴承3，装入如图1所示的皮带式无极变速机，用于将输入侧旋转轴1可自由滚动地支承于变速机壳体上。构成滚动接触部的各个面的粗糙度，与通常的滚动轴承相同，算术平均粗度Ra为0.01～0.03μm。另外，轴承材料使用第2标准等级的轴承钢(SUJ2，硬度＝HR C60～65)。另外，保持器9，使用铁制的波形冲压保持器。另外，各个滚动体(滚珠)8，是在将SUJ2进行完全淬火、回火后，进行磨削加工而形成的。
此外，在下述的条件下，进行以500小时为目标时间的耐久试验，在试验后将滚动轴承3进行分解，确认该滚动轴承3的构成部件有无破损，同时求出L10寿命(额定疲劳寿命)。此外，在本次进行的试验中，为了求出装入输出侧旋转轴1的旋转支承部分中的轴承3的耐久性，对装入输出侧旋转轴2的旋转支承部的滚动轴承3，共计足量(200cc/min)的润滑油(CVT油)。另外，使试验对象以外的滚动轴承3处于与作为试验对象的滚动轴承3相比在先没有损伤的状态。
试验条件如下：
试验装置：图1所示的皮带式无极变速机
试样个数：每种试样各5个
判定方法：在500小时运转后进行分解。但是，如果在中途振动值急剧上升的情况下，在该时刻停止后，进行分解。
从发动机向输入侧旋转轴1的输入转矩：250N·m(JIS第6209号及基于第6209号的轴承)，500N·m(JIS第6310号及基于第6310号的轴承)
输入侧旋转轴1的旋转速度：6000min-1
润滑油：CVT油{40℃时的动态粘滞度＝35mm2/sec＝35×10-6m2/s(35cSt)，100℃时的动态粘滞度＝7mm2/sec＝7×10-6m2/s(7cSt)}
润滑油流量：10cc/min
轴承温度：120℃
此外，对于各个滚动轴承，发动机转矩和滚动轴承的基本额定负载之比大致相同。
从以如上条件进行的试验的结果，可知如下情况。
首先，对于属于本发明的技术范围内的实施方式1～10，任何一个在达到目标时间500小时之前，滚动轴承3均无损伤，能够继续运转。另外，对于其中的实施方式1～3及实施方式6～9，在试验后确认轨道面时，残留有研磨痕(研磨目)，润滑状态良好。另外，在外圈4的外周面上无基于蠕变的损伤。
另一方面，对于实施方式4、5、10，在滚动体(滚珠)8上有损伤。这样的损伤，可以认为是由于外圈4的壁厚h充分大，在将上述滚动体(滚珠)8装入滚动轴承3时，上述外圈4难以发生弹性变形而产生的。因此，在进行这样的滚动轴承3的组装时，最好不使上述滚动体8产生损伤，将上述外圈的壁厚h做成0.4Da～0.6Da(0.4Da≤h≤0.6Da)。
另外，对于超出本发明的技术范围的比较例1～4，在任何情况下，早期(经过84～125小时的时刻)在滚动接触部分产生剥离，并产生显著的振动。另外，对于其中的比较例1、3，在确认轨道面时，不残留有研磨痕的一部分，可以认为是产生了局部的金属接触(metalcontact)。另外，在外圈4的外周面上能够确认基于蠕变的损伤，可以认为由于该蠕变在外圈负载圈上产生了滚动体8的滑动。另外，对于比较例2，由于外圈4的壁厚h远远大于0.84Da，所以可以认为，以将滚动体(滚珠)8装入滚动轴承3时产生的损伤为起点，在早期产生了剥离。另外，对于比较例4，由于外圈4的壁厚h远远小于0.31Da，所以与比较例1、3相同，在外圈轨道6上能够确认基于滚动接触部的金属接触的损伤，前述滚动接触部的金属接触是伴随外圈4的弹性变形而产生的。
图5表示本发明的实施方式的另一个例子。作为深槽型球轴承的本例的滚动轴承104，具有：在外周面上形成有内圈轨道105的作为旋转轮的内圈106，和在内周面上形成有外圈轨道107的作为固定轮的外圈108，和分别可自由滚动地设置于这些内圈轨道105和外圈轨道107之间的作为滚动体的多个滚珠109。另外，在上述外圈108的内周面和内圈106的外周面之间设置有多个滚珠109的部分的两端开口部上，设置有密封圈114。
特别是，在本例的滚动轴承104的情况下，将上述外圈108的外径作为D，将该外圈108的轴方向的宽度作为W，将在该外圈108的轴方向中央部分设置上述外圈轨道107的部分的最小壁厚作为h，将上述各个滚珠9的直径作为Da，在这种情况下，限制各个尺寸，以使由{(h1.5·W)/(Da1.1·D0.5)}计算所得的值K满足1.20≤K≤2.00的关系。
根据如上述构成的本例的滚动轴承104，即使将外圈108固定在由铝合金等的轻金属制成的刚性较低的壳体上的情况下，也能够不必延伸该外圈108、使滚动轴承104大型化地，充分确保该外圈108的刚性，防止由于该外圈108的弹性变形而导致的早期剥离。
即，通过本发明的发明者的研究可以得知：如果上述壳体的刚性较低，则上述外圈108与该壳体一同弹性变形为不能够忽视的程度，并且以这样的弹性变形为起因将发生早期剥离。具体的是，在固定该外圈108的壳体的刚性较大的情况下，如果向滚动轴承施加负载，则各个滚珠109的负载分布如图6中的箭头所示。另一方面，在该壳体的刚性较低的情况下，各个滚珠109的负载分布如图7的箭头所示。从这些图6、7可知，在上述壳体的刚性较大的情况下，在上述外圈108上均匀地施加有来自多个滚珠109的负载(负载圈较宽)，与此相对，在上述壳体的刚性较小的情况下，在负载集中到较少的滚珠109上的状态下向上述外圈108施加(负载圈变窄)。即，由于上述外圈108以负载的施加部分(径向负载负载圈最下点)为中心以向径向外侧扩展的形式发生弹性变形且该扩展部分不支承负载，所以在上述负载附加部分上具有负载集中的倾向。此外，在这样的负载集中部分上如果上述各个滚珠109从非负载圈突入，则向这些各个滚珠109上急剧地施加约束力(约束程度显著)，在这些各个滚珠109的转动面和上述外圈轨道107及内圈轨道105上容易产生显著的滑动。
伴随该滑动，形成于这些滚珠109的转动面和内圈轨道105及外圈轨道107的滚动接触部的油膜容易破裂，这些各个滚珠109的转动面和内圈轨道105及外圈轨道107容易发生金属接触。另外，上述各个滚珠109在从负载圈鼓出的情况下，由于从较大的约束力中突然释放，同样产生滑动，伴随该滑动容易发生金属接触。此外，根据这样的金属接触，在上述各个滚珠109的转动面和内圈轨道105及外圈轨道107的滚动接触部上容易发生早期剥离。此外，在上述壳体的刚性较低的情况下，根据来自存在(通过)于负载圈上的各个滚珠109的负载，上述外圈轨道107容易发生弹性变形(以圆周方向的槽形状在径向波动的形式)。通过这样的轨道面的弹性变形，容易产生如上述的滑动，能够加速早期剥离。另外，上述金属接触，容易发生由包含于高振动、高温、润滑油中的水分、结露等而引起的水分的混入。
于是，通过实现上述外圈108的壁厚h及宽度W的适当化，将如前述通过{(h1.5·W)/(Da1.1·D0.5)}计算的数值K限制在1.20≤K≤2.00的范围内，使上述外圈108难以发生弹性变形，防止由如上述的机构引起的早期剥离。即，在负载圈的两端部比较缓慢地约束上述各个滚珠109、解除约束，防止上述早期剥离。此外，在上述K不到1.20的情况下，上述外圈108的刚性降得过低，在将该外圈108固定到由铝合金等制成的刚性较低的壳体上的情况下，该外圈108容易发生弹性变形，可能在早期发生如上述的剥离。另一方面，在上述K超过2.00的情况下，上述外圈108的刚性变得过大，在将上述各个滚珠109安装到滚动轴承104上的时候，该外圈108有可能超过弹性变形区域发生塑性变形、在该外圈108上产生损伤。
另外，本发明的发明者，还着眼于根据滚动轴承104的旋转阻力，上述外圈108与上述内圈106的旋转方向同方向地旋转的外圈的蠕变现象。可以了解到：通过如上述实现外圈108的壁厚h及宽度W的适当化使该外圈108难以发生弹性变形，能够防止如上述的早期剥离和外圈的蠕变现象。即，可以了解到：通过确保外圈108的刚性，能够抑制上述外圈108和壳体间的局部的面压的增大，能够防止由于该局部面压的增大而产生的外圈的蠕变。
下面，对为了确认本发明的效果而进行的实验进行说明。实验，是对上述表2及表3分别示出的试料，分别测定其耐久性。在这些表2及表3中，将属于本发明的技术范围内的试料作为实施例11～16，将超出本发明的技术范围的试料作为比较例5～8。另外，下述表1所示的各个试料是以JIS第6204号(内径d＝20mm、外径D＝47mm、宽度W＝14mm、滚珠直径Da＝7.937mm，外圈的最小壁厚h＝2.781mm)第2标准等级的轴承钢(SUJ2)的深槽型球轴承为基础(base)的，同样的，表2所示的各个试料是以JIS第6207号(内径d＝35mm、外径D＝72mm、宽度W＝17mm、滚珠直径Da＝11.112mm，外圈的最小壁厚h＝3.694mm)第2标准等级的轴承钢(SUJ2)的深槽型球轴承为基础的，通过改变各个外圈的外径D，调整用{(h1.5·W)/(Da1.1·D0.5)}计算出的K的值。
[表2]
  外圈的外径D[mm] k＝{(h1.5·W)/(Da1.1·D0.5)} 资料No  试验时间[hr]
  比较例5     Φ47     0.97   ①   265
  ②   303
  ③   211
  ④   335
  ⑤   198
  比较例6     Φ47.5     1.10   ①   358
  ②   387
  ③   432
  ④   500←
  ⑤   455
  实施例11     Φ48     1.22   ①   500←
  ②   465
  ③   500←
  ④   500←
  ⑤   500←
  实施例12     Φ48.5     1.36   ①   500←
  ②   500←
  ③   500←
  ④   500←
  ⑤   500←
  实施例13     Φ49     1.51   ①   500←
  ②   500←
  ③   500←
  ④   500←
  ⑤   500←
[表3]
  外圈的外径D[mm] K＝{(h1.5·W)/(Da1.1·D0.5)} 资料No    试验时间[hr]
    比较例7     Φ72     1.01     ①     388
    ②     452
    ③     546
    ④     420
    ⑤     553
    比较例8     Φ72.5     1.11     ①     486
    ②     580
    ③     530
    ④     670
    ⑤     710←
    实施例14     Φ73     1.21     ①     710←
    ②     710←
    ③     710←
    ④     682
    ⑤     710←
    实施例15     Φ73.5     1.31     ①     710←
    ②     710←
    ③     710←
    ④     710←
    ⑤     710←
    实施例16     Φ74     1.42     ①     710←
    ②     710←
    ③     710←
    ④     710←
    ⑤     710←
将各个表2、3所记载的各个尺寸的滚动轴承，在下述的条件下，进行分别以500小时(表2的情况)、710小时(表3的情况)为目标时间的耐久试验，以调查到剥离发生为止的时间。将目标时间这样地进行设定的理由是，本试验条件的情况下的L10寿命(额定疲劳寿命)分别为494小时(表2的情况)、705小时(表3的情况)。另外，在此次进行的实验中，所进行的内圈旋转为将外圈固定在壳体上，同时使内圈旋转。另外，在表2的试料的情况下，在外圈的内周面和内圈的外周面之间，在设置有多个滚珠的部分的两端开口部上设置有密封圈，同时，通过润滑油进行润滑。另外，在表3的试料的情况下，不必设置密封圈地打开设置有多个滚珠的部分的两端开口部，同时，通过在该部分中流通润滑油进行强制润滑。
实验条件如下：
①表2的试料的情况下：
试料个数：每种试料5个
内部间隙：C3
内圈轨道及外圈轨道的曲率半径：滚珠的直径的52％
负载：P(轴承负载)/C(动态额定负载)＝0.15
内圈的旋转速度：10000min-1
润滑剂：EA2油脂、封入量35％
周围温度：100℃
水的混入：以润滑油的1％重量的比例向润滑油中混入
②表2中的试料的情况
试料个数：每种试料5个
内部间隙：C3
内圈轨道及外圈轨道的曲率半径：滚珠的直径的52％
负载：P(轴承负载)/C(动态额定负载)＝0.15
内圈的旋转速度：7000min-1
润滑剂：ATF油{40℃时的动态粘滞度＝35mm2/sec＝35×10-6m2/s(35cSt)，100℃时的动态粘滞度＝7mm2/sec＝7×10-6m2/s(7cSt)}
油温：100℃
水的混入：以1％重量的比例(30cc)向润滑油3L中混入
从以如上述条件进行的实验结果，可知：
首先，对于上述表1，是标准的外圈直径，在超出本发明的技术范围的比较例5(D＝47mm、k＝0.97)的情况下，所有的试料达不到计算寿命(L10寿命)的494小时，便发生早期剥离。另一方面，在属于本发明的技术范围的实施例11～13的情况下，大部分(15个中的14个)满足计算寿命。此外，对于外圈的外径D超过49mm的情况，虽然确认能够防止早期剥离，但是在该外圈的外径D为51mm(K＝2.10)，即，K超过2.00的情况下，不希望将滚珠装入滚动轴承时外圈发生塑性形变。
另外，对于上述表3，在具有标准的外圈直径，超出本发明的技术范围的比较例3(D＝72mm，k＝1.01)的情况下，所有的试料不到计算寿命(L10寿命)的705小时，便发生早期剥离。另一方面，在属于本发明的技术范围的实施例14～16的情况下，大部分(15个中的14个)满足计算寿命。此外，对于外圈的外径D超过74mm的情况，虽然确认能够防止早期剥离，但是在该外圈的外径D为77mm(K＝2.11)，即，K超过2.00的情况下，不希望将滚珠装入滚动轴承时外圈发生塑性形变。
在图8中，表示滚动轴承的寿命和K的值的关系。从该图8中可以得知，即使在将外圈固定在由铝合金等制成的刚性较低的壳体上的情况下，通过将K限制在1.20～2.00的范围内，以使该外圈难以发生弹性变形，能够充分确保寿命。
本发明的皮带式无极变速机用滚动轴承，由于如以上所述地构成并进行工作，所以即使在使用低粘性的CVT油，且将外圈固定在低刚性的变速机壳体上的情况下，也能获得充分的耐久性。因此，能够确保耐久性，并能够提高皮带式无极变速机的效率。
另外，本发明，由于如以上所述地构成并进行工作，所以即使在将外圈固定在由铝合金等制成的刚性较低的壳体上的情况下，也能够不必使该外圈大型化地防止发生早期剥离，有助于提高组装有滚动轴承的各种旋转机械装置的耐久性。特别适合于如交流发电机、变速箱那样，将设置有皮带轮、齿轮的旋转轴支承于如上述的由低刚性的铝合金等制成的壳体上的情况，有助于提高这样的交流发电机、变速箱的耐久性、可靠性。

Claims (2)

1.一种滚动轴承，其特征在于，具有以下部件：
在内周面上具有外圈轨道的外圈，
在外周面上具有内圈轨道的内圈，和
可自由滚动地设置于外圈轨道和内圈轨道之间的多个滚动体，
在将在外圈的轴方向中央部上设置有外圈轨道的部分的最小壁厚作为h，将各个滚动体的直径作为Da的情况下，满足
0.4Da≤h≤0.8Da的关系。
2.一种滚动轴承，其特征在于，具有以下部件：
在外周面上形成有内圈轨道的内圈，
在内周面上形成有外圈轨道的外圈，和
可自由滚动地设置于内圈轨道和外圈轨道之间的多个滚动体，
在将外圈的外径作为D，将外圈的轴方向的宽度作为W，将在外圈的轴方向中央部上设置有外圈轨道的部分的最小壁厚作为h，将各个滚动体的直径作为Da的情况下，满足
1.20≤{(h1.5·W)/(Da1.1·D0.5)}≤2.00的关系。
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