JP2003130060A - ラジアル玉軸受 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 使用時にも回転しない固定輪である外輪３の
寿命を、使用時に回転する内輪５、５の寿命に近づける
事により、複列ラジアル玉軸受１全体としての長寿命化
を図る。 【解決手段】 上記外輪３の肩部７の高さと上記各内輪
５、５の肩部８、８の高さとを規制する事により、内輪
軌道４、４の幅方向端縁（上記肩部８、８側の端縁）よ
りも、外輪軌道２、２の幅方向端縁（上記肩７側の端
縁）に各玉６、６の転動面が乗り上がりにくくする。こ
の様な構成を採用する事により、上記課題を解決する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、自動車の車輪、自
動車用補機、情報機器、家庭用電化製品、一般産業機械
等の各種機械装置の回転支持部分に組み込むラジアル玉
軸受の改良に関する。特に、本発明のラジアル玉軸受
は、運転中に、荷重や軸の傾斜、振動が加わる様な条件
で使用する場合でも、十分な耐久性確保を図るものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】自動車の車輪を懸架装置に対して回転自
在に支持する為に、例えば、図１に示す様な複列ラジア
ル玉軸受１を使用する。この複列ラジアル玉軸受１は、
内周面にアンギュラ型の外輪軌道２、２を複列に形成し
た外輪３と、それぞれが外周面にアンギュラ型の内輪軌
道４を形成した１対の内輪５、５と、上記各外輪軌道
２、２とこれら各内輪軌道４、４との間にそれぞれ複数
個ずつ、保持器９、９により保持した状態で転動自在に
設けられた玉６、６とを備える。そして、図示の様に、
上記各内輪５、５の軸方向端面同士を互いに突き合わせ
た状態で、上記各玉６、６に、図１に鎖線γで示す方向
の接触角αを付与している。この様に構成する複列ラジ
アル玉軸受１により、自動車の車輪を懸架装置に対して
回転自在に支持する場合には、例えば、上記外輪３を懸
架装置を構成するナックルに内嵌固定すると共に、上記
各内輪５、５を車輪と共に回転するハブに外嵌固定す
る。尚、この場合、上記外輪３が使用時にも回転しない
固定輪となり、上記各内輪５、５が使用時に回転する回
転輪となる。

【０００３】ところで、自動車の運転時に上述の様な複
列ラジアル玉軸受１には、ラジアル荷重の他、大きなス
ラスト荷重やモーメント荷重が負荷される場合がある。
一方、この様な場合に、上記複列ラジアル玉軸受１の各
構成部材が弾性変形する等により、上記各玉６、６の転
動面が上記各軌道２、４の幅方向端縁（これら各軌道
２、４の幅方向片側に存在する肩部７、８側の端縁）に
乗り上げる可能性がある。そして、この様な乗り上げが
生じると、上記各玉６、６の転動面とこれら各軌道２、
４との接触部に存在する接触楕円の一部が当該軌道２、
４から外れ、エッジロードに基づき、上記各玉６、６の
転動面と上記各軌道２、４との接触部の面圧が上昇す
る。尚、これら各玉６、６の転動面とこれら各軌道２、
４との接触部が当該軌道２、４の幅方向端縁にまで達す
ると、接触部分の形状は楕円ではなくなる（楕円の一部
が欠けた形状になる）。但し、本明細書では、説明の便
宜上、接触楕円の一部が軌道から外れた場合でも「接触
楕円」の語を用いる。

【０００４】又、上述した様なエッジロードに基づく面
圧上昇は、上記接触楕円の一部が当該軌道２、４から外
れる割合（＝当該一部の面積／当該一部を含む接触楕円
全体の面積。以下、「玉の乗り上げ率」と言う。）が大
きくなる程、大きくなる。この様な面圧上昇は、上記複
列ラジアル玉軸受１の転がり疲れ寿命を低下させる原因
となる為、実際の設計を行なう場合には、運転時の負荷
荷重条件を考慮して、運転時に上記外輪３と上記各内輪
５、５とに就いての上記各玉６、６の乗り上げ率がそれ
ぞれ大きくなり過ぎない様に（例えば数％程度に抑えら
れる様に）している。又、上記外輪３と上記各内輪５、
５とで、運転時の上記各玉６、６の乗り上げ率が互いに
ほぼ等しくなる様にしている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上述した様な複列ラジ
アル玉軸受１の場合、例えば自動車のタイヤが縁石等に
勢い良く乗り上げた際に、上記各玉６、６の乗り上げ率
が、設計上予定していた値よりも大きくなる可能性があ
る。そして、この事が原因となって、固定輪である外輪
３の内周面に形成した外輪軌道２に早期に剥離が生じ、
上記複列ラジアル玉軸受１の寿命が計算値よりも短くな
ると言った不都合を生じる場合がある。この為、この様
な不都合を防止する技術の提供が望まれている。

【０００６】図２は、ラジアル玉軸受の転がり疲れ寿命
（回転輪又は固定輪の寿命）と、運転時の玉の乗り上げ
率との関係を調べる為に行なった実験の結果を示してい
る。実験では、試料となるラジアル玉軸受として、外輪
と内輪とで運転時の玉の乗り上げ率（計算値）が互いに
ほぼ等しく、且つ、玉の乗り上げが生じない前提での転
がり疲れ寿命（計算値）が内輪に比べて外輪の方が長
い、アンギュラ型のラジアル玉軸受を使用した。そし
て、この様なラジアル玉軸受を、外輪固定・内輪回転
で、且つ、外輪と内輪とにそれぞれ玉の乗り上げが生じ
る状態で運転した。尚、この為に運転中、上記ラジアル
玉軸受に、ラジアル荷重やモーメント荷重等の不等分布
荷重を負荷した。尚、運転時の玉の乗り上げ率は、試料
となる３９個のラジアル玉軸受毎に少しずつ変えた。そ
して、これら各ラジアル玉軸受が寿命に達する（即ち、
外輪と内輪とのうちの何れか一方の軌道輪の軌道面に剥
離が生じる事に基づき、当該ラジアル玉軸受の振動又は
温度が著しく上昇する）までの時間を測定すると共に、
外輪と内輪とのうちの何れの軌道輪の軌道面に剥離が生
じたかを調べた。

【０００７】実験の結果、図２に示す様に、玉の乗り上
げが生じない前提での寿命の計算値が内輪に比べて外輪
の方が長いにも拘らず、試料として用いた３９個のラジ
アル玉軸受のうち、大半（３０個）のラジアル玉軸受
が、回転輪である内輪の軌道面（内輪軌道）よりも先に
固定輪である外輪の軌道面（外輪軌道）に剥離を生じ
た。尚、一般的に、運転時にラジアル荷重やモーメント
荷重等の不等分布荷重を受けるラジアル玉軸受の場合、
回転輪よりも固定輪の方が軌道面に剥離を生じやすい。
この理由は、回転輪の場合には、運転時に負荷圏が軌道
面の円周方向に移動するのに対し、固定輪の場合には、
運転時に負荷圏が軌道面の円周方向に移動せず、軌道面
の同一個所で常に大きな繰り返し応力を受ける為であ
る。

【０００８】又、図２に示した実験結果から明らかな通
り、運転時の玉の乗り上げ率が大きくなる程、回転輪で
ある内輪の軌道面よりも先に固定輪である外輪の軌道面
に剥離が生じ易くなり、且つ、ラジアル玉軸受の相対寿
命比（特定の試料の寿命を１としてそれに対する比率で
表した、寿命を表す値）が小さくなる事が分かる。そこ
で、この様な実験結果を分析すると、固定輪である外輪
に就いて運転時の玉の乗り上げ率が小さくなる様にすれ
ば、この外輪の軌道面に剥離を生じにくくでき、ラジア
ル玉軸受全体としての寿命の延長を図れる事が分かる。

【０００９】尚、上述の様に運転時の玉の乗り上げ率を
小さくする方法、即ち、軌道の幅方向端縁に玉の転動面
が乗り上がりにくくする方法としては、当該軌道の曲率
半径を大きくして、当該軌道と上記玉の転動面との接触
部に存在する接触楕円の面積を小さくする方法と、当該
軌道の幅方向側方に存在する肩部の高さを高くする方法
とがある。このうち、軌道の曲率半径を大きくする方法
は、この軌道の曲率半径を大きくする事に伴って接触部
の面圧が上昇する為、転がり疲れ寿命を確保する観点か
ら採用するのが難しい場合がある。又、肩部の高さを高
くする方法は、この肩部と保持器９（図１参照）等の他
の部材との干渉防止を図る為、制限を受ける場合があ
る。従って、軌道の幅方向端縁に玉の転動面を乗り上が
りにくくさせる設計は、当該軌道の曲率半径と上記肩部
の高さとの双方の値を調整しつつ、行なう必要がある。
一方、上述の様な場合に、固定輪である外輪と同じ分だ
け、回転輪である内輪に就いても運転時の玉の乗り上げ
率を小さくすれば、この内輪の寿命も延長する可能性が
ある。但し、現状のままで十分な寿命を有する、回転輪
である内輪の寿命を更に延長すベく、玉の乗り上げ率を
小さくしても、この回転輪が過剰品質となるだけでな
く、接触部の面圧が上昇して、かえって別の面から寿命
を短くしたり（内輪軌道の曲率半径を大きくした場
合）、肩部と保持器とが干渉する（肩部の高さを大きく
した場合）等の問題が生じる為、好ましくない。本発明
は、上述の様な事情に鑑みて、玉の転動面と各軌道との
接触部の面圧上昇を抑えたり、肩部と、保持器等他の部
材との干渉を防止しながら、固定輪と回転輪との軌道面
の曲率半径及び肩部の高さを調節する事により、これら
固定輪と回転輪との寿命のバランスを取りつつ、ラジア
ル玉軸受全体としての寿命の延長を図るべく発明したも
のである。

【００１０】

【課題を解決するための手段】本発明のラジアル玉軸受
は、前述の図１に示した複列ラジアル玉軸受１と同様、
内周面に外輪軌道を形成した外輪と、外周面に内輪軌道
を形成した内輪と、これら外輪軌道と内輪軌道との間に
転動自在に設けられた複数個の玉とを備える。そして、
上記外輪と上記内輪とのうち、一方の軌道輪が使用時に
も回転しない固定輪となり、他方の軌道輪が使用時に回
転する回転輪となる。特に、本発明のラジアル玉軸受に
於いては、上記回転輪の周面に形成した軌道の幅方向端
縁よりも、上記固定輪の周面に形成した軌道の幅方向端
縁に上記各玉の転動面が乗り上がりにくくしている。

【００１１】具体的には、請求項２に示した様に、上記
固定輪の周面に形成した軌道の曲率半径をｒ_s とし、上
記回転輪の周面に形成した軌道の曲率半径をｒ_m とし、
上記各玉の転動面と上記固定輪の周面に形成した軌道と
の接触部に存在する接触楕円の長径を２ａ_s （ａ_s ：長
半径）とし、上記各玉の転動面と上記回転輪の周面に形
成した軌道との接触部に存在する接触楕円の長径を２ａ
_m （ａ_m ：長半径）とし、Ｐ及びＱを係数とした場合
に、関係式「（ａ_s ／ａ_m ）＝Ｐ（ｒ_s ／ｒ_m ）＋Ｑ」
が成立し、且つ、上記各玉の転動面と上記外輪、内輪各
軌道との接触角をαとし、上記固定輪の周面に形成した
軌道の幅方向側方に設けられた肩部の、当該軌道の溝底
からの径方向高さをＨ_s とし、上記回転輪の周面に形成
した軌道の幅方向側方に設けられた肩部の、当該軌道の
溝底からの径方向高さをＨ_m とした場合に、不等式「Ｈ
_s ＞ｒ_s （１−cos （α＋sin ^-1（ｒ_m ・sin （cos^-1
（１−Ｈ_m ／ｒ_m ）−α）×（Ｐ（ｒ_s ／ｒ_m ）＋Ｑ）
／ｒ_s ）））」を満たす様にする。

【００１２】又、この場合に好ましくは、請求項３に記
載した様に、式「Ｈ_s ＝（１．０７〜１．１５）×ｒ_s
（１−cos （α＋sin ^-1（ｒ_m ・sin （cos^-1 （１−Ｈ
_m ／ｒ_m ）−α）×（Ｐ（ｒ_s ／ｒ_m ）＋Ｑ）／ｒ
_s ）））」を満たす様にする。

【００１３】

【作用】上述の様に構成する本発明のラジアル玉軸受に
よれば、運転時の玉の乗り上げ率が回転輪に比べて固定
輪の方で小さくなり、この固定輪の軌道に早期に剥離が
生じる事を防止できる。この結果、固定輪と回転輪との
寿命のバランスを取りつつ、ラジアル玉軸受全体として
の寿命の延長を図れる。

【００１４】尚、本発明は、内輪固定・外輪回転で使用
されるラジアル玉軸受も、外輪固定・内輪回転で使用さ
れるラジアル玉軸受も、何れも対象となるが、内輪回転
で使用されるラジアル玉軸受に適用した場合に、より顕
著な効果を得られる（広範囲の玉軸受に適用可能であ
る）。この理由は、次の通りである。即ち、ラジアル玉
軸受を構成する外輪軌道と内輪軌道とのうちの内輪軌道
は、円周方向に関して凸に湾曲している為、この内輪軌
道と玉の転動面との接触部に存在する接触楕円の面積が
（円周方向に存在する短径が短くなる為）小さくなり易
い。この為、接触部の面圧上昇を抑えるべく、上記内輪
軌道の曲率半径を玉の転動面の曲率半径に近付けて小さ
くし、上記接触楕円の面積を十分に確保する必要があ
る。ところが、この様に内輪軌道の曲率半径を小さくす
ると、上記接触楕円の（円周方向に対し直角方向に存在
する）長径（この内輪軌道の幅方向に関する幅）が大き
くなる為、この内輪軌道の幅方向端縁に上記玉の転動面
が乗り上げ易くなる。

【００１５】一方、本発明を内輪固定・外輪回転で使用
されるラジアル玉軸受に適用する場合には、外輪軌道の
幅方向端縁よりも、内輪軌道の幅方向端縁に玉の転動面
が乗り上がりにくくする。そして、この為に、内輪軌道
の幅方向側方に設けられた肩部の高さを高くする。とこ
ろが、上述した様に内輪軌道の幅方向端縁には、玉の転
動面が乗り上がり易くなっている。この為、上記外輪軌
道の幅方向端縁よりも、上記内輪軌道の幅方向端縁に玉
の転動面が乗り上がりにくくする為には、上記肩部の高
さを相当高くする必要がある。ところが、この場合、こ
の肩部と保持器等の他の部材とが干渉する事を防止する
必要がある為、ラジアル玉軸受の構造によっては、この
肩部の高さを所望通りに高くできない場合がある。この
為、本発明は、内輪固定・外輪回転で使用されるラジア
ル玉軸受に適用しにくい場合が考えられる。

【００１６】これに対して、上記外輪軌道は、円周方向
に関して凹に湾曲している為、この外輪軌道と玉の転動
面との接触部に存在する接触楕円の（円周方向に存在す
る短径が長くなる為）面積を確保し易い。この為、この
外輪軌道の曲率半径を多少大きくしても、接触部の面圧
上昇を抑える事ができる。この様に外輪軌道の場合に
は、その曲率半径を上記内輪軌道の曲率半径に比べて大
きくできる為、上記接触楕円の長半径（上記外輪軌道の
幅方向に関する幅）が小さくなり、この外輪軌道の幅方
向端縁に玉の転動面が乗り上がりにくくなる。

【００１７】一方、本発明を外輪固定・内輪回転で使用
されるラジアル玉軸受に適用する場合には、内輪軌道の
幅方向端縁よりも、外輪軌道の幅方向端縁に玉の転動面
が乗り上がりにくくする。そして、この為に、外輪軌道
の幅方向側方に設けられた肩部の高さを高くするが、上
述した様に外輪軌道の幅方向端縁には、玉の転動面が乗
り上がりにくくなっている。この為、上記内輪軌道の幅
方向端縁よりも、上記外輪軌道の幅方向端縁に玉の転動
面が乗り上がりにくくする場合には、上記肩部の高さを
少しだけ高くすれば良い。従って、この肩部と保持器等
の他の部材との干渉防止を考慮する必要がある場合で
も、この肩部の高さを所望通りに高くし易い。この為、
本発明は、外輪固定・内輪回転で使用されるラジアル玉
軸受に適用し易い。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の実施例に就いて説明する。本
実施例では、前述の図１に示した複列ラジアル玉軸受１
に本発明を適用し、各玉６、６と各軌道２、４との接触
部の面圧上昇を抑えながら、回転輪の軌道の幅方向片側
に設けた肩部の高さと、固定輪の軌道の幅方向片側に設
けた肩部の高さとを調節する。これにより、運転時に上
記各玉６、６が、上記回転輪の軌道の幅方向片側の端縁
よりも上記固定輪の軌道の幅方向片側の端縁に乗り上が
りにくい構造とする。そして、固定輪と回転輪との寿命
を互いにほぼ等しくしつつ、上記複列ラジアル玉軸受１
全体としての寿命の延長を図る。以下の実施例は、上述
の図１に加えて、図３〜１０を参照しつつ説明する。

【００１９】（第一実施例）本例は、上記図１に示した
複列ラジアル玉軸受１を構成する各内輪５、５が使用時
に回転する回転輪であり、外輪３が使用時にも回転しな
い固定輪である場合の実施例である。本例では、上記玉
６の直径Ｄ（図５）が９．５〜１２．７mmの範囲にあ
り、玉列のピッチ円直径が４４〜６４．５mmの範囲にあ
り、外輪、内輪各軌道２、４と上記玉６の転動面との接
触角α（図５）が４０度であり、上記外輪軌道２の曲率
半径ｒ_o （図３、６、請求項２の「ｒ_s 」）及び上記内
輪軌道４の曲率半径ｒ_i（図４、６、請求項２の「ｒ
_m 」）と上記玉６の直径Ｄとの比が、それぞれ（ｒ _o ／
Ｄ）＝０．５１〜０．５４、（ｒ_i ／Ｄ）＝０．５１〜
０．５４の範囲にある複列ラジアル玉軸受１を対象とす
る。

【００２０】この様な複列ラジアル玉軸受１の場合、上
記外輪軌道２と上記玉６の転動面との接触部に存在する
接触楕円（以下「外輪側の接触楕円」と言う。）の長軸
方向の半径（以下「長半径」と言う。）をａ_o （図５、
請求項の「ａ_s 」）とし、上記内輪軌道４と上記玉６の
転動面との接触部に存在する接触楕円（以下「内輪側の
接触楕円」と言う。）の長半径をａ_i （図５、請求項の
「ａ_m 」）とした場合に、これら各長半径ａ_o 、ａ_i 同
士の比（ａ_o ／ａ_i ）と、上記外輪、内輪各軌道２、４
の曲率半径ｒ_o 、ｒ_i 同士の比（ｒ_o ／ｒ_i ）との間に
は、図７に示す様な直線関係（比例関係）、即ち、次の
（１）式で表される関係が成立する。 （ａ_o ／ａ_i ）＝−７．２１５（ｒ_o ／ｒ_i ）＋８．１８７ −−−−−（１） 尚、この（１）式を請求項の記載と対比すると、−７．
２１５＝Ｐ、８．１８７＝Ｑとなる｛後述する（７）式
に於いて同じ｝。尚、上記各長半径ａ_o 、ａ_iの具体的
数値は、玉軸受の技術分野で周知である、ヘルツの接触
理論により求める事ができる。

【００２１】一方、内輪側の肩部８の高さ（上記内輪軌
道４の溝底から、荷重を負荷可能な部分の端である、こ
の肩部８の端縁までの径方向高さ）をＨ_i （図４、６、
請求項の「Ｈ_m 」）とすると、上記内輪軌道４の曲率中
心Ｏ₄ を中心とする、この内輪軌道４の溝底と上記肩部
８の端縁との間の角度θ_Hi（図６）は、 θ_Hi＝cos^-1 （１−Ｈ_i ／ｒ_i ） −−−−−（２） となる。又、上記外輪、内輪各軌道２、４と上記玉６の
転動面との接触角はαであるから、上記内輪側の接触楕
円の許容長半径（＝上記玉６の転動面が内輪側の肩部８
の端縁に乗り上げない範囲での、当該接触楕円の長半径
ａ_i の最大値）ａ_i、limは、 ａ_i、lim ＝ｒ_i ・sin （θ_Hi−α） −−−−−（３） となる。

【００２２】一方、上記内輪側の接触楕円の長半径ａ_i
が上記許容長半径ａ_i、lim である場合の、前記外輪側
の接触楕円の長半径ａ_o （この場合のａ_o をａ_o、ilim
とする）は、前記（１）式より、 ａ_o、ilim＝ａ_i、lim ｛−７．２１５（ｒ_o ／ｒ_i ）＋８．１８７｝ −−−−−（４） となる。

【００２３】そして、この（４）式で表される長半径ａ
_o、ilimが、上記外輪側の接触楕円の許容長半径（＝上
記玉６の転動面が外輪側の肩部７の端縁に乗り上げない
範囲での、当該接触楕円の長半径ａ_o の最大値）となる
場合の、外輪側の肩部７の高さ（上記記外輪軌道２の溝
底からこの肩部７の端縁までの径方向高さ）Ｈ_o （図
６、請求項の「Ｈ_s 」。尚、この場合のＨ_o を必要最低
高さＨ_o、min とする）は、 Ｈ_o、min ＝ｒ_o （１−cos θ_Ho） −−−−−（５） となる。尚、この（５）式の右辺中のθ_Hoは、図６に示
す様に、上記外輪軌道２の曲率中心Ｏ₂ を中心とする、
この外輪軌道２の溝底と上記肩部７の端縁との間の角度
であり、 θ_Ho＝α＋sin ^-1（ａ_o、ilim／ｒ_o ） −−−−−（６） で表される。

【００２４】ここで、上記（５）式に、上記（２）〜
（４）及び（６）式を代入すると、上記外輪側の肩部７
の必要最低高さＨ_o、min は、 Ｈ_o、min ＝ｒ_o （１−cos （α＋sin ^-1（ｒ_i ・sin （cos^-1 （１−Ｈ_i ／ｒ_i ）−α）×（−７．２１５（ｒ_o ／ｒ_i ）＋８．１８７）／ｒ_o ））） −−−−−（７） と表されるが、この（７）式を諸元の異なる幾つかの複
列ラジアル玉軸受１に就いて計算すると、図８に示す様
な結果が得られ、この結果に示す直線関係（比例関係）
から、次の近似式が得られる。 Ｈ_o、min ＝Ｈ_i ｛−６．１３１（ｒ_o ／ｒ_i ）＋７．１０５｝ −−−−−（８）

【００２５】そこで、本実施例では、回転輪である内輪
５の肩部８の高さをＨ_i とした場合に、固定輪である外
輪３の肩部７の高さＨ_o を上記必要最低高さＨ_o、min
よりも大きくする（Ｈ_o ＞Ｈ_o、min ）事により、運転
時に複数個の玉６、６が、上記回転輪である内輪５の肩
部８の端縁よりも上記固定輪である外輪３の肩部７の端
縁に乗り上げにくい構造として、上記複列ラジアル玉軸
受１の長寿命化を図る。例えば、Ｈ_o ＝（１．０７〜
１．１５）×Ｈ_o、min とすれば、上記複列ラジアル玉
軸受１の長寿命化を図れると共に、上記外輪軌道２と上
記内輪軌道４との実際の転がり疲れ寿命を互いにほぼ等
しくできる（バランスの良い設計を行なえる）。

【００２６】上述の計算に基づいて設計を行なった複列
ラジアル玉軸受１の６例（軸受ａ〜ｆ）を、以下の表１
に示す。

【表１】 尚、これら各軸受ａ〜ｆとも、外輪、内輪各軌道２、４
の曲率半径ｒ_o 、ｒ_iと玉６の直径Ｄとの比を、（ｒ_o
／Ｄ）＝０．５３、（ｒ_i ／Ｄ）＝０．５１７５とし、
接触角αを（前述した通り）４０度とした。尚、上記内
輪軌道４は、円周方向に関して凸に湾曲している為、こ
の内輪軌道４と上記玉６の転動面との接触部に存在する
接触楕円の面積が小さくなり易い。この為、当該接触部
の面圧上昇を抑えるべく、上述の様に内輪側の比（ｒ_i
／Ｄ）を、外輪側の比（ｒ_o ／Ｄ）に比べて小さくし
た。一方、この様に比（ｒ_i ／Ｄ）を小さくした分、上
記接触楕円の長径（この内輪軌道４の幅方向に関する
幅）が長くなり、この接触楕円の一部が上記内輪軌道４
から外れ易くなる為、これを有効に防止すべく、回転輪
である内輪５の肩部８の高さＨ_i は、上記玉６の直径Ｄ
の４２％（Ｈ_i ＝０．４２×Ｄ）とした。又、固定輪で
ある外輪３の肩部７の高さＨ_o は、Ｈ_o ≒１．１×Ｈ
_o、min とした。この結果、上述した各軸受ａ〜ｆと
も、本発明による肩部の寸法規制を行なう前に比べて、
軸受全体の転がり疲れ寿命を１．５〜３倍程度伸ばす事
ができた。

【００２７】（第二実施例）本例は、上記複列ラジアル
玉軸受１を構成する外輪３が使用時に回転する回転輪で
あり、各内輪５、５が使用時にも回転しない固定輪であ
る場合の実施例である。本例の場合も、上述した第１例
の場合と同様、玉６の直径Ｄが９．５〜１２．７mmの範
囲にあり、玉列のピッチ円直径が４４〜６４．５mmの範
囲にあり、外輪、内輪各軌道２、４と上記玉６の転動面
との接触角αが４０度であり、上記外輪軌道２の曲率半
径ｒ_o （請求項の「ｒ_m 」）及び上記内輪各軌道４の曲
率半径ｒ _i （請求項の「ｒ_s 」）と上記玉６の直径Ｄと
の比が、それぞれ（ｒ_o ／Ｄ）＝０．５１〜０．５４、
（ｒ_i ／Ｄ）＝０．５１〜０．５４の範囲にある複列ラ
ジアル玉軸受１を対象とする。

【００２８】この様な複列ラジアル玉軸受１の場合、内
輪側の接触楕円の長半径ａ_i （請求項の「ａ_s 」）と外
輪側の接触楕円の長半径ａ_o （請求項の「ａ_m 」）との
比（ａ_i ／ａ_o ）と、上記内輪、外輪各軌道４、２の曲
率半径ｒ_i 、ｒ_o 同士の比（ｒ_i ／ｒ_o ）との間には、
図９に示す様な直線関係（比例関係）、即ち、次の
（９）式で表される関係が成立する。 （ａ_i ／ａ_o ）＝−１１．４４８（ｒ_i ／ｒ_o ）＋１２．４８１ −−−−−（９） 尚、この（９）式を請求項の記載と対比すると、−１
１．４４８＝Ｐ、１２．４８１＝Ｑとなる｛後述する
（１５）式に於いて同じ｝。

【００２９】一方、外輪側の肩部７の高さをＨ_o （請求
項の「Ｈ_m 」）とすると、上記外輪軌道２の曲率中心Ｏ
₂ を中心とする、この外輪軌道２の溝底と上記肩部７の
端縁との間の角度θ_Hoは、 θ_Ho＝cos^-1 （１−Ｈ_o ／ｒ_o ） −−−−−（１０） となる。又、上記内輪、外輪各軌道４、２と上記玉６の
転動面との接触角はαであるから、上記外輪側の接触楕
円の許容長半径ａ_o、lim は、 ａ_o、lim ＝ｒ_o ・sin （θ_Ho−α） −−−−−（１１） となる。

【００３０】一方、上記外輪側の接触楕円の長半径ａ_o
が上記許容長半径ａ_o、lim である場合の、前記内輪側
の接触楕円の長半径ａ_i （この場合のａ_i をａ_i、olim
とする）は、上記（９）式より、 ａ_i、olim＝ａ_o、lim ｛−１１．４４８（ｒ_i ／ｒ_o ）＋１２．４８１｝ −−−−−（１２） となる。

【００３１】そして、この（１２）式で表される長半径
ａ_i、olimが、上記内輪側の接触楕円の許容長半径とな
る場合の、内輪側の肩部８の高さＨ_i （請求項の「Ｈ
_s 」。尚、この場合のＨ_i を必要最低高さＨ_i、min と
する）は、Ｈ_i、min ＝ｒ_i （１−cos θ_Hi） −−−
（１３）となる。尚、この（１３）式の右辺中のθ
_Hiは、上記内輪軌道４の曲率中心Ｏ₄を中心とする、こ
の内輪軌道４の溝底と上記肩部８の端縁との間の角度で
あり、 θ_Hi＝α＋sin ^-1（ａ_i、olim／ｒ_i ） −−−−−（１４） で表される。

【００３２】ここで、上記（１３）式に、上記（１０）
〜（１２）及び（１４）式を代入すると、上記内輪側の
肩部８の必要最低高さＨ_i、min は、 Ｈ_i、min ＝ｒ_i （１−cos （α＋sin ^-1（ｒ_o ・sin （cos^-1 （１−Ｈ_o ／ｒ_o ）−α）×（−１１．４４８（ｒ_i ／ｒ_o ）＋１２．４８１）／ｒ_i ）） ） −−−−−（１５） と表されるが、この（１５）式を諸元の異なる幾つかの
複列ラジアル玉軸受１に就いて計算すると、図１０に示
す様な結果が得られ、この結果に示す直線関係（比例関
係）から、次の近似式が得られる。 Ｈ_i、min ＝Ｈ_o ｛−９．０３８２（ｒ_i ／ｒ_o ）＋１０．０６３｝ −−−−−（１６）

【００３３】そこで、本実施例では、回転輪である外輪
３の肩部７の高さをＨ_o とした場合に、固定輪である内
輪５の肩部８の高さＨ_i を上記必要最低高さＨ_i、min
よりも大きくする（Ｈ_i ＞Ｈ_i、min ）事により、運転
時に複数個の玉６、６が、上記回転輪である外輪３の肩
部７の端縁よりも上記固定輪である内輪５の肩部８の端
縁に乗り上げにくい構造として、上記複列ラジアル玉軸
受１の長寿命化を図る。例えば、Ｈ_i ＝（１．０７〜
１．１５）×Ｈ_i、min とすれば、上記複列ラジアル玉
軸受１の長寿命化を図れると共に、上記内輪軌道４と上
記外輪軌道２との実際の転がり疲れ寿命を互いにほぼ等
しくできる（バランスの良い設計を行なえる）。

【００３４】上述の計算に基づいて設計を行なった複列
ラジアル玉軸受１の６例（軸受ｇ〜ｌ）を、以下の表２
に示す。

【表２】 尚、これら各軸受ｇ〜ｌとも、外輪、内輪各軌道２、４
の曲率半径ｒ_o 、ｒ_iと玉６の直径Ｄとの比を、（ｒ_o
／Ｄ）＝０．５３、（ｒ_i ／Ｄ）＝０．５１７５とし、
接触角αを（前述した通り）４０度とした。尚、上記外
輪軌道２は、円周方向に関して凹に湾曲している為、こ
の外輪軌道２と上記玉６の転動面との接触部に存在する
接触楕円の面積を確保し易い。この為、上述の様に外輪
側の比（ｒ_o ／Ｄ）を、内輪側の比（ｒ_i ／Ｄ）に比べ
て大きくした。又、この様に外輪側の比（ｒ_o ／Ｄ）を
大きくした分、上記外輪軌道２の幅方向端縁に上記玉６
の転動面を乗り上げにくくできる為、回転輪である外輪
３の肩部７の高さＨ_o は、上記玉６の直径Ｄの３３％
（Ｈ_o ＝０．３３×Ｄ）とした。又、固定輪である内輪
５の肩部８の高さＨ_i は、Ｈ_i ≒１．１×Ｈ_i、min と
した。この結果、上記各軸受ｇ〜ｌとも、本発明による
肩部の寸法規制を行なう前に比べて、軸受全体の転がり
疲れ寿命を１．５〜３倍程度伸ばす事ができた。

【００３５】尚、上述した実施例は、自動車の車輪支持
部に組み込む複列ラジアル玉軸受１を例に挙げて説明し
たが、本発明を適用可能なラジアル玉軸受は、これに限
るものではない。例えば、変速機等の動力伝達装置、旋
盤等の工作機械、コンプレッサの回転軸の端部に組み付
ける電磁クラッチ付プーリ装置、家庭用電化機器、情報
機器等、各種機械装置の回転支持部に組み込んで、運転
時に玉の乗り上げを生じる可能性のあるラジアル玉軸受
（複列・単列、深溝型・アンギュラ型等の種別を問わな
い）に適用可能である。

【００３６】

【発明の効果】本発明のラジアル玉軸受は、以上に述べ
た通り構成され作用するので、固定輪と回転輪との寿命
のバランスを取りつつ、ラジアル玉軸受全体としての寿
命の延長を図れる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ラジアル玉軸受の１例である、アンギュラ型の
複列ラジアル玉軸受の半部断面図。

【図２】運転時の玉の乗り上げ率が回転輪と固定輪とで
等しいラジアル玉軸受の耐久試験の結果を示す図。

【図３】アンギュラ型の複列ラジアル玉軸受を構成する
外輪の半部断面図。

【図４】同じく、１対の内輪の半部側面図。

【図５】接触角αと、接触楕円の長半径ａ_i 、ａ_o とを
表した図。

【図６】軌道の曲率半径ｒ_i 、ｒ_o と、肩部の高さＨ
_i 、Ｈ_o と、軌道の溝底と肩部の端縁との間の角度
θ_Hi、θ_Hoとを表した図。

【図７】外輪、内輪両軌道の曲率半径同士の比（ｒ_o ／
ｒ_i ）と外輪側、内輪側両接触楕円の長半径同士の比
（ａ_o ／ａ_i ）との関係を示すグラフ。

【図８】外輪、内輪両軌道の曲率半径同士の比（ｒ_o ／
ｒ_i ）と、外輪側の肩部の必要最低高さと内輪側の肩部
の高さとの比（Ｈ_o、min ／Ｈ_i ）との関係を示すグラ
フ。

【図９】内輪、外輪両軌道の曲率半径同士の比（ｒ_i ／
ｒ_o ）と内輪側、外輪側両接触楕円の長半径同士の比
（ａ_i ／ａ_o ）との関係を示すグラフ。

【図１０】内輪、外輪両軌道の曲率半径同士の比（ｒ_i
／ｒ_o ）と、内輪側の肩部の必要最低高さと外輪側の肩
部の高さとの比（Ｈ_i、min ／Ｈ_o ）との関係を示すグ
ラフ。

【符号の説明】

１ 複列ラジアル玉軸受 ２ 外輪軌道 ３ 外輪 ４ 内輪軌道 ５ 内輪 ６ 玉 ７ 肩部 ８ 肩部 ９ 保持器

フロントページの続き Ｆターム(参考） 3J101 AA02 AA32 AA43 AA54 AA62 BA53 BA54 BA55 BA64 FA31 GA11 GA24 GA29 GA31

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 内周面に外輪軌道を形成した外輪と、外
   周面に内輪軌道を形成した内輪と、これら外輪軌道と内
   輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の玉とを備
   え、上記外輪と上記内輪とのうちの一方の軌道輪が使用
   時にも回転しない固定輪となり、他方の軌道輪が使用時
   に回転する回転輪となるラジアル玉軸受に於いて、この
   回転輪の周面に形成した軌道の幅方向端縁よりも、上記
   固定輪の周面に形成した軌道の幅方向端縁に、上記各玉
   の転動面が乗り上がりにくくした事を特徴とするラジア
   ル玉軸受。
2. 【請求項２】 内周面に外輪軌道を形成した外輪と、外
   周面に内輪軌道を形成した内輪と、これら外輪軌道と内
   輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の玉とを備
   え、上記外輪と上記内輪とのうちの一方の軌道輪が使用
   時にも回転しない固定輪となり、他方の軌道輪が使用時
   に回転する回転輪となるラジアル玉軸受に於いて、上記
   固定輪の周面に形成した軌道の曲率半径をｒ_s とし、上
   記回転輪の周面に形成した軌道の曲率半径をｒ_m とし、
   上記各玉の転動面と上記固定輪の周面に形成した軌道と
   の接触部に存在する接触楕円の長径を２ａ_s とし、上記
   各玉の転動面と上記回転輪の周面に形成した軌道との接
   触部に存在する接触楕円の長径を２ａ_m とし、Ｐ及びＱ
   を係数とした場合に、関係式「（ａ_s ／ａ_m ）＝Ｐ（ｒ
   _s ／ｒ_m ）＋Ｑ」が成立し、且つ、上記各玉の転動面と
   上記外輪、内輪各軌道との接触角をαとし、上記固定輪
   の周面に形成した軌道の幅方向側方に設けられた肩部
   の、当該軌道の溝底からの径方向高さをＨ_s とし、上記
   回転輪の周面に形成した軌道の幅方向側方に設けられた
   肩部の、当該軌道の溝底からの径方向高さをＨ_m とした
   場合に、不等式「Ｈ_s ＞ｒ_s （１−cos （α＋sin
   ^-1（ｒ_m ・sin （cos^-1 （１−Ｈ_m ／ｒ_m ）−α）×
   （Ｐ（ｒ_s ／ｒ_m ）＋Ｑ）／ｒ_s ）））」を満たす事を
   特徴とするラジアル玉軸受。
3. 【請求項３】 式「Ｈ_s ＝（１．０７〜１．１５）×ｒ
   _s （１−cos （α＋sin ^-1（ｒ_m ・sin （cos^-1 （１−
   Ｈ_m ／ｒ_m ）−α）×（Ｐ（ｒ_s ／ｒ_m ）＋Ｑ）／ｒ
   _s ）））」を満たす、請求項２に記載したラジアル玉軸
   受。