JP2005240898A - プーリ装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 軸受として単列のものを使用し、しかも、軸受のがたを低減しかつ寿命を確保したプーリ装置を提供する。
【解決手段】 玉軸受3の玉17は、軸受中心C2から一方の方向に傾斜したＡ方向において、外輪15および内輪16にそれぞれ点Ａ１および点Ａ２で接触するとともに、軸受中心C2から他方の方向に傾斜したＢ方向においても、外輪15および内輪16にそれぞれ点Ｂ１および点Ｂ２で接触するようになされている。点Ａ１側の外輪軌道面15aの曲率半径をＯＲ１、点Ｂ１側の外輪軌道面15bの曲率半径をＯＲ２、点Ａ２側の内輪軌道面の曲率半径16aをＩＲ１、点Ｂ２側の内輪軌道面の曲率半径16bをＩＲ２として、ＯＲ１＜ＯＲ２、ＩＲ１＜ＩＲ２とされている。
【選択図】 図１

Description

この発明は、プーリ装置に関し、特に、自動車エンジン用のアイドラまたはテンショナーとして使用されるのに好適な軸受一体型のプーリ装置に関する。

従来、自動車エンジン用のアイドラまたはテンショナーとして使用されるプーリ装置では、軸受のがたを低減しかつ長寿命とするという点から、複列玉軸受が使用されている（特許文献１）。
特開２００１−１２４０９８号公報

プーリ装置のコンパクト化および低コスト化の点からは、軸受を単列とすることが好ましいが、自動車エンジン用のアイドラまたはテンショナーとして使用されるプーリ装置では、ラジアル荷重のみまたはモーメント荷重が非常に小さい使用条件であるため、軸受を単列化するとともに、そのがたを低減しかつ寿命を確保することは非常に難しいものであった。

この発明の目的は、軸受として単列のものを使用し、しかも、軸受のがたを低減しかつ寿命を確保したプーリ装置を提供することにある。

この発明によるプーリ装置は、プーリ本体に玉軸受の外輪が圧入されて形成されるプーリ装置において、玉軸受の玉は、軸受中心から一方の方向に傾斜したＡ方向において、外輪および内輪にそれぞれ点Ａ１および点Ａ２で接触するとともに、軸受中心から他方の方向に傾斜したＢ方向においても、外輪および内輪にそれぞれ点Ｂ１および点Ｂ２で接触するようになされており、点Ａ１側の外輪軌道面の曲率半径をＯＲ１、点Ｂ１側の外輪軌道面の曲率半径をＯＲ２、点Ａ２側の内輪軌道面の曲率半径をＩＲ１、点Ｂ２側の内輪軌道面の曲率半径をＩＲ２として、ＯＲ１＜ＯＲ２、ＩＲ１＜ＩＲ２とされていることを特徴とするものである。

がたを防止する点だけからすると、玉が内輪軌道面に２点で接触するとともに、外輪軌道面にも２点で接触する玉軸受（４点接触玉軸受）とすればよいが、自動車エンジン用のアイドラ、テンショナーのように、ラジアル荷重のみまたはモーメント荷重が非常に小さい使用条件となる場合、軌道面の曲率および接触角が軸受中心を境界にして対称である従来の４点接触玉軸受では、玉のスピン運動が起こらないため、潤滑不良となり、焼付きが発生しやすいという問題が生じる。また、プーリ本体の中心と軸受中心がオフセットされる場合、オフセット量による軸受寿命変化が大きく、軸受寿命の確保できるオフセット量が狭く、非常に使いにくいという問題もある。そこで、一方に傾斜したＡ方向において玉と外輪および内輪とがそれぞれ接触する点をＡ１およびＡ２、他方に傾斜したＢ方向において玉と外輪および内輪とがそれぞれ接触する点をＢ１およびＢ２とし、点Ａ１側の外輪軌道面の曲率半径をＯＲ１、点Ｂ１側の外輪軌道面の曲率半径をＯＲ２、点Ａ２側の内輪軌道面の曲率半径をＩＲ１、点Ｂ２側の内輪軌道面の曲率半径をＩＲ２として、ＯＲ１＜ＯＲ２、ＩＲ１＜ＩＲ２という条件を満たすことにより、荷重バランスが崩れて、玉のスピン運動が常に起こるようになり、焼付きが防止される。

各曲率半径については、これらの間に次の関係式が成り立っているようにすることが好ましい。

ＩＲ１＝ＩＲ−ΔＩＲ、ＩＲ２＝ＩＲ＋ΔＩＲ、ＯＲ１＝ＯＲ−ΔＯＲ、ＯＲ２＝ＯＲ＋ΔＯＲ、ＩＲ＝５１．５〜５３．０％Ｂｄ、ΔＩＲ＝０．５〜１．０％Ｂｄ，ＯＲ＝５５．０〜５６．５％Ｂｄ、ΔＯＲ＝０．５〜１．０％Ｂｄ。

軌道面の円弧中心は、軸方向両側の円弧面が滑らかに連なるように決めることが好ましい。このようにすると、軸受中心の内輪軌道面および外輪軌道面上を玉が転がっても、玉が損傷せず、かつ、その内輪軌道面および外輪軌道面での剥離の発生も防止される。

接触角については、値を限定する必要はないが、玉と外輪とのＡ方向の接触角をα１、玉と外輪とのＢ方向の接触角をβ１、玉と内輪とのＡ方向の接触角をα２、玉と内輪とのＢ方向の接触角をβ２とし、α１＜β１、α２＞β２とすることが好ましい。さらに、接触角α１と接触角β２とが等しく、接触角α２と接触角β１とが等しいことがより好ましい。

また、プーリ本体の中心は、玉軸受の中心よりも外輪軌道面の曲率半径が小さい側にオフセットされていることが好ましい。

この場合のオフセット量は、０〜８ｍｍとされていることが好ましく、２〜５ｍｍとされていることがより好ましい。このようにすると、オフセット量がない場合の軸受と同等の寿命を確保できるとともに、オフセット量がばらついた場合でも、寿命のばらつきを極めて小さいものとすることができる。

この発明のプーリ装置によると、玉が内輪軌道面に２点で接触するとともに、外輪軌道面にも２点で接触することにより、がたが防止され、内輪軌道面および外輪軌道面の軸方向両側の曲率半径が異なるように形成されていることにより、焼付き寿命が長くなる。したがって、自動車エンジン用のアイドラまたはテンショナーとして使用した場合に、プーリ装置のコンパクト化および低コスト化と寿命確保とを両立させることができる。

この発明の実施の形態を、以下図面を参照して説明する。

図１は、この発明のプーリ装置の１実施形態を示している。以下の説明において、左右とは、図１の左右をいうものとする。

図１に示すプーリ装置(1)は、プーリ本体(2)と玉軸受(3)とが一体化されて形成されたもので、自動車エンジン用のアイドラまたはテンショナーとして使用される。

プーリ本体(2)は、鋼板プレス製であり、左右方向の軸を中心とする円筒状をなしかつベルトが掛けられる大径円筒部(11)、大径円筒部(11)の左端部の内側に一体に形成された外側フランジ部(12)、大径円筒部(11)と同心となるように外側フランジ部(12)の内周部の右側に一体に形成された小径円筒部(13)、および小径円筒部(13)の右端部の内側に一体に形成された内側フランジ部(14)よりなる。大径円筒部(11)の右端は、小径円筒部(13)の右端よりも右方に位置させられており、大径円筒部(11)の左右の中央がプーリ本体(2)の中心(C1)とされている。

玉軸受(3)は、プーリ本体(2)の小径円筒部(13)内径に圧入された外輪(15)、外輪(15)と同心の内輪(16)、両輪(15)(16)間に配された玉(17)、玉(17)を保持する保持器(18)、および両輪(15)(16)の左右端部間に配されたシール部材(19)(19)からなる。外輪(15)の右端面は、プーリ本体(2)の内側フランジ部(14)の左面に当接させられており、これにより、プーリ本体(2)に対する玉軸受(3)の軸方向位置が位置決めされている。

玉軸受(3)の玉(17)は、軸受中心(C2)から一方の方向（図の反時計方向）に傾斜したＡ方向において、外輪(15)および内輪(16)にそれぞれ点Ａ１および点Ａ２で接触するとともに、軸受中心(C2)から他方の方向（図の時計方向）に傾斜したＢ方向においても、外輪(15)および内輪(16)にそれぞれ点Ｂ１および点Ｂ２で接触するようになされている。これにより、玉軸受(3)のがたつきが防止されている。外輪(15)の軌道面(15a)(15b)および内輪(16))の軌道面(16a)(16b)は、いずれも左右で異なる曲率を有する円弧面とされている。

より具体的には、左側（点Ａ１側）の外輪軌道面(15a)の曲率半径をＯＲ１、右側（点Ｂ１側）の外輪軌道面(15b)の曲率半径をＯＲ２、右側（点Ａ２側）の内輪軌道面(16a)の曲率半径をＩＲ１、左側（点Ｂ２側）の内輪軌道面(16b)の曲率半径をＩＲ２として、ＯＲ１＝５５．０％Ｂｄ、ＯＲ２＝５６．５％Ｂｄ、ＩＲ１＝５１．５％Ｂｄ、ＩＲ２＝５３．０％Ｂｄとされている。なお、％Ｂｄは、玉径を基準とした値であることを意味し、例えば、ＯＲ１＝５５．０％Ｂｄは、左側の外輪軌道面(15a)の曲率半径が玉径の５５．０％であることを示している。

上記各曲率半径ＯＲ１、ＯＲ２、ＩＲ１およびＩＲ２については、ＯＲ１＜ＯＲ２、ＩＲ１＜ＩＲ２であることが必須条件であり、これらの間に次の関係式が成り立っていることがより好ましい条件である。

ＩＲ１＝ＩＲ−ΔＩＲ、ＩＲ２＝ＩＲ＋ΔＩＲ、ＯＲ１＝ＯＲ−ΔＯＲ、ＯＲ２＝ＯＲ＋ΔＯＲ、ＩＲ＝５１．５〜５３．０％Ｂｄ、ΔＩＲ＝０．５〜１．０％Ｂｄ，ＯＲ＝５５．０〜５６．５％Ｂｄ、ΔＯＲ＝０．５〜１．０％Ｂｄ。

そして、左側の外輪軌道面(15a)と右側の外輪軌道面(15b)とが滑らかに連なり、右側の内輪軌道面(16a)と左側の内輪軌道面(16b)とが滑らかに連なるように、これらの軌道面(15a)(15b)(16a)(16b)の円弧中心が決定されている。したがって、玉(17)が軸受中心(C2)上を転がっても、玉(17)は損傷を受けず、かつ、外輪軌道面(15a)(15b)および内輪軌道面(16a)(16b)の剥離の発生も防止される。

接触角については、玉(17)と外輪(15)とのＡ方向の接触角をα１、玉(17)と外輪(15)とのＢ方向の接触角をβ１、玉(17)と内輪(16)とのＡ方向の接触角をα２、玉(17)と内輪(16)とのＢ方向の接触角をβ２とし、α１＜β１、α２＞β２とすることが好ましい。さらに、接触角α１と接触角β２とが等しく、接触角α２と接触角β１とが等しいことがより好ましく、具体的には、α１＝β２＝２３°、α２＝β１＝２５．５°とされている。

また、プーリ本体(2)の中心(C1)は、玉軸受(3)の中心(C2)よりも外輪軌道面(15a)(15b)の曲率半径が小さい側すなわち左側に２〜３ｍｍ程度オフセットされている。

このオフセット量は、図２を参照して、次のように決定される。

図２に示すように、オフセット量を大きくすると、寿命は低下する傾向にある。プーリ本体(2)と複列アンギュラ玉軸受とを組み合わせた場合には、軸受の寿命性能の絶対値が大きいので、オフセット量については、特に注意を払う必要はないが、プーリ本体(2)と単列の深溝玉軸受とを組み合わせた場合には、オフセット量を５ｍｍとすると、目標寿命を満足しないものとなる。従来の４点接触玉軸受に変更すると、オフセット量が５ｍｍの場合には、目標寿命を満足するが、オフセット量による軸受寿命変化が大きく、軸受寿命の確保できるオフセット量が狭いものとなっている。これに対し、上記のように４点で接触させた本発明品の玉軸受(3)とプーリ本体(2)とを組み合わせた場合には、オフセット量が５ｍｍぐらいまでは、オフセット量が０の場合と寿命がほとんど変わらず、また、オフセット量が１０ｍｍになっても、目標寿命を満足することができる。したがって、このプーリ装置(1)においては、プーリ本体(2)と本発明品の玉軸受(3)とのオフセット量の設計値を例えば２〜５ｍｍとすることにより、寿命を確保できるとともに、オフセット量がばらついた場合でも、寿命のばらつきを極めて小さいものとすることができる。

上記プーリ装置(1)によると、玉軸受(3)は、軸受中心(C2)に関して、外輪軌道面(15a)(15b)および内輪軌道面(16a)(16b)の曲率半径が左右（軸方向両側）で異なるようになされているから、接触楕円の大きさが異なり、そのため、ラジアル荷重のみが働いた場合やモーメント荷重が非常に小さい場合でも、玉(17)に作用する荷重のバランスが崩れ、玉(17)がスピン運動する。その結果、内輪(16)と外輪(15)との間に充填された潤滑剤で玉(17)の接触部が潤滑され、玉(17)の全体が十分に潤滑されて、早期の焼付きが防止され、軸受寿命を長くできる。そして、接触角の相違によっても、玉(17)がスピン運動する効果が高められ、曲率半径の相違による効果と相まって、玉(17)の全体がより一層潤滑されて、早期の焼付が防止され、軸受寿命を長くできる。

この発明によるプーリ装置の１実施形態を示す縦断面図である。 プーリ本体中心と軸受中心とのオフセット量が寿命に与える影響を示す図である。

同側面図である。

符号の説明

(1) プーリ装置
(2) プーリ本体
(3) 玉軸受
(15) 外輪
(15a) 点Ａ１側の外輪軌道面（曲率半径ＯＲ１）
(15b) 点Ｂ１側の外輪軌道面（曲率半径ＯＲ２）
(16) 内輪
(16a) 点Ａ２側の内輪軌道面（曲率半径ＩＲ１）
(16b) 点Ｂ２側の内輪軌道面（曲率半径ＩＲ２）
(17) 玉
(C1) プーリ本体の中心
(C2) 玉軸受の中心

Claims (3)

1. プーリ本体に玉軸受の外輪が圧入されて形成されるプーリ装置において、玉軸受の玉は、軸受中心から一方の方向に傾斜したＡ方向において、外輪および内輪にそれぞれ点Ａ１および点Ａ２で接触するとともに、軸受中心から他方の方向に傾斜したＢ方向においても、外輪および内輪にそれぞれ点Ｂ１および点Ｂ２で接触するようになされており、点Ａ１側の外輪軌道面の曲率半径をＯＲ１、点Ｂ１側の外輪軌道面の曲率半径をＯＲ２、点Ａ２側の内輪軌道面の曲率半径をＩＲ１、点Ｂ２側の内輪軌道面の曲率半径をＩＲ２として、ＯＲ１＜ＯＲ２、ＩＲ１＜ＩＲ２とされていることを特徴とするプーリ装置。
2. 各曲率半径の間に次の関係式が成り立っている請求項１のプーリ装置。
   ＩＲ１＝ＩＲ−ΔＩＲ、ＩＲ２＝ＩＲ＋ΔＩＲ、ＯＲ１＝ＯＲ−ΔＯＲ、ＯＲ２＝ＯＲ＋ΔＯＲ、ＩＲ＝５１．５〜５３．０％Ｂｄ、ΔＩＲ＝０．５〜１．０％Ｂｄ，ＯＲ＝５５．０〜５６．５％Ｂｄ、ΔＯＲ＝０．５〜１．０％Ｂｄ。
3. プーリ本体の中心は、玉軸受の中心よりも外輪軌道面の曲率半径が小さい側にオフセットされている請求項１のプーリ装置。

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