JP2006300133A - 転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】 回転トルクが小さい転がり軸受を提供すること。
【解決手段】 第１の玉３の直径を、第２の玉４の直径よりも大きく設定する。第１のラジアル荷重以下のラジアル荷重が作用している状態で、第１の玉３が、外輪１の軌道溝１８および内輪２の軌道溝１９の両方に接触する一方、第２の玉４が、外輪１の軌道溝１８および内輪２の軌道溝１９の両方に接触しないようにする。また、上記第１のラジアル荷重よりも大きい第２のラジアル荷重以上のラジアル荷重が作用している状態で、第１の玉３および第２の玉４の両方が、外輪１の軌道溝１８および内輪２の軌道溝１９の両方に接触するようにする。保持器７の径方向において、保持器７のポケット１０,１１に、第１の玉３と第２の玉４とを交互に配置する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、転動体を有する転がり軸受に関し、特に、車両のホイール軸受として使用されれば好適な転がり軸受に関する。

従来、転がり軸受としては、特開平７−１９２４８号公報（特許文献１）に記載された玉軸受がある。

この玉軸受は、外輪と、内輪と、保持器と、第１の玉と、第２の玉とを有する。そして、上記第１の玉の外径寸法を、上記第２の玉の外径寸法よりわずかに大きく設定している。上記第１の玉および上記第２の玉は、外輪と内輪との間に配置された上記保持器のポケットに配置されている。

上記従来の玉軸受は、上記第１の玉の外径寸法を、上記第２の玉の外径寸法よりもわずかに大きく設定することにより、上記第１の玉の公転速度と、上記第２の玉の公転速度を異なる速度に設定している。このようにして、軸受の運転時において、保持器のポケットにおける第１の玉と第２の玉との円周方向位置を、互いに逆方向に設定して、保持器の転動体に対するガタツキを抑制して、異音の発生を抑制するようにしている。

しかしながら、上記従来の玉軸受では、第１の玉および第２の玉は、作用している荷重の大きさに拘わらず、内輪の軌道面と外輪の軌道面とのうちの少なくとも一方に接触するようになっているので、回転トルクが大きいという問題がある。したがって、上記従来の玉軸受を備えた自動車や工作機械等の運転コストが大きいという問題がある。
特開平７−１９２４８号公報

そこで、本発明の課題は、回転トルクが小さい転がり軸受を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の転がり軸受は、
軌道面を有する外輪と、
軌道面を有する内輪と、
上記外輪の上記軌道面と上記内輪の上記軌道面との間に配置されていると共に、第１の径を有する第１の転動体と、
上記外輪の上記軌道面と上記内輪の上記軌道面との間に配置されていると共に、上記第１の径よりも小さい第２の径を有する第２の転動体と、
上記第１の転動体および上記第２の転動体を保持する保持器と
を備え、
第１の荷重以下の荷重が作用している状態で、上記第１の転動体が、上記外輪の上記軌道面および上記内輪の上記軌道面の両方に接触する一方、上記第２の転動体が、上記外輪の上記軌道面および上記内輪の上記軌道面の両方に対して離間しており、
かつ、上記第１の荷重よりも大きい第２の荷重以上の荷重が作用している状態で、上記第１の転動体および上記第２の転動体の両方が、上記外輪の上記軌道面および上記内輪の上記軌道面の両方に接触することを特徴としている。

尚、上記径は、転動体が玉の場合には、玉の直径であり、転動体が円筒ころの場合には、円筒ころの端面の直径であり、転動体が円錐ころの場合には、円錐ころの大径側の端面における直径であるものとする。

本発明によれば、第１の荷重以下の荷重が作用している状態で、上記第１の転動体が、上記外輪の上記軌道面および上記内輪の上記軌道面の両方に接触する一方、上記第２の転動体が、上記外輪の上記軌道面および上記内輪の上記軌道面の両方に接触していないので、第１の荷重以下の荷重が作用している状態で、内外輪の軌道面に接触する転動体の数を、第２の転動体の数の分だけ小さくできる。したがって、第１の荷重以下の荷重が作用している状態において、内外輪の軌道面との動摩擦の生成源である転動体の数が小さくなるので、この状態において、回転トルクを格段に低減できて、この発明の転がり軸受を備えた自動車や工作機械等の運転コストを格段に低減できる。

また、本発明によれば、第２の荷重以上の荷重が作用した状態において、第１の転動体および第２の転動体の両方で、荷重を分担負荷することができるので、第２の荷重以上の荷重が作用した場合において、その荷重を第１の転動体と第２の転動体とで分担負荷することができて、負荷容量を大きくすることができる。

また、一実施形態の転がり軸受は、上記第２の径よりも小さい第３の径を有する第３の転動体を備え、上記保持器は、上記第３の転動体を保持し、上記第３の転動体は、上記第２の荷重よりも大きな第３の荷重以上の荷重が作用している状態で、上記外輪の上記軌道面および上記内輪の上記軌道面の両方に接触している一方、上記第３荷重より小さい荷重が作用している状態で、上記外輪の上記軌道面および上記内輪の上記軌道面のうちの少なくとも一方に接触していない。

上記実施形態によれば、互いに寸法が異なる３種類以上の転動体を有しているので、作用している荷重の大きさによって、荷重を負荷する転動体の数を略３段階以上に変動させることができる。したがって、作用している荷重の大きさによって小刻みに荷重を負荷する転動体の数を変えることができて、第１の転動体のみが荷重を負荷する領域を小さくできる。したがって、運転時に常時荷重を負荷する第１の転動体の寿命を延ばすことができて、転がり軸受の寿命を長くすることができる。また、荷重を負荷する転動体の数を略３段階以上に変動させることができるので、転がり軸受が設置されている回転軸を安定に支持できる。

また、一実施形態の転がり軸受は、上記保持器が、上記保持器の周方向において、上記第１の転動体と上記第２の転動体を交互に保持している。

上記実施形態によれば、上記保持器が、上記保持器の周方向において、上記第１の転動体と上記第２の転動体を交互に保持し、径が大きい第１の転動体が上記周方向に等間隔に配置されているので、荷重を負荷している状態において、内輪および外輪の一部分が局所的に大きく変形することを防止できて、転動体の公転運動を円滑に行うことができる。したがって、負荷容量を大きくできる。

本発明の転がり軸受によれば、第１の荷重以下の荷重が作用している状態で、上記第１の転動体が、上記外輪の上記軌道面および上記内輪の上記軌道面の両方に接触する一方、上記第２の転動体が、上記外輪の上記軌道面および上記内輪の上記軌道面の両方に接触していないので、第１の荷重以下の荷重が作用している状態で、内外輪の軌道面に接触する転動体の数を、第２の転動体の数の分だけ小さくできて、回転トルクを格段に低減でき、この発明の転がり軸受を備えた自動車や工作機械等の運転コストを格段に低減できる。

また、本発明によれば、第２の荷重以上の荷重が作用した状態において、第１の転動体および第２の転動体の両方で、荷重を分担負荷することができるので、第２の荷重以上の荷重が作用した場合において、その荷重を第１の転動体と第２の転動体とで分担負荷することができて、負荷容量を大きくすることができる。

以下、本発明を図示の形態により詳細に説明する。

図１は、本発明の転がり軸受の一実施形態の玉軸受の径方向の断面図である。

この玉軸受は、ラジアル荷重を負荷するようになっている。この玉軸受は、外輪１と、内輪２と、第１の転動体の一例としての第１の玉３と、第２の転動体の一例としての第２の玉４と、第１の玉３および第２の玉４を保持する保持器７とを備える。

上記外輪１は、内周に軌道面の一例としての深溝型の軌道溝１８を有している。一方、上記内輪２は、車軸（図示せず）に固定されている。上記内輪２は、外周に軌道面の一例としての深溝型の軌道溝１９を有している。

上記保持器７は、外輪１と内輪２との間に配置されている。上記保持器７は、第１の環状部（図示せず）と、第２の環状部（図示せず）と、上記第１の環状部と上記第２の環状部とを連結する八つの柱部１４とからなっている。上記第１の環状部、上記第２の環状部、および、保持器７の周方向に互いに隣接する２つの柱部は、ポケットを画定している。この実施形態では、ポケットは、２種類存在し、第１のポケット１０の開口面積は、第２のポケット１１の開口面積よりも大きくなっている。

上記第１の玉３の直径は、第２の玉４の直径よりも大きくなっている。尚、図１においては、理解を容易にするために、第１の玉３の直径と第２の玉４の直径の差を誇張して描いている。上記第１の玉３は、保持器７の第１のポケット１０に収容されており、第２の玉４は、保持器７の第２のポケット１１に収容されている。上記保持器７は、第１の玉３の径方向の移動範囲を所定の範囲以内に制限すると共に、第２の玉４の径方向の移動範囲を所定の範囲以内に制限している。

図１に示すように、上記第１のポケット１０の数と第２のポケット１１の数の和は、偶数になっており、第１の玉３および第２の玉４は、保持器７の周方向に、交互に配置されている。

この玉軸受は、玉軸受に第１の荷重の一例としての第１のラジアル荷重以下の荷重が作用している場合には、第１の玉３が、外輪１の軌道溝１８と内輪２の軌道溝１９の両方に接触するようになっている一方、第２の玉４は、保持器７によって、外輪１の軌道溝１８および内輪２の軌道溝１９の両方に接触しないように、空中に保持されるようになっている。

すなわち、第１のラジアル荷重以下の荷重が作用している場合には、第２の玉４は、外輪１と内輪２との間で宙に浮いた状態になっており、玉軸受に作用しているラジアル荷重を、第１の玉３のみで負荷するようになっている。

一方、この玉軸受は、上記第１のラジアル荷重よりも大きい第２の荷重の一例としての第２のラジアル荷重以上のラジアル荷重が作用する場合においては、外輪１および内輪２の変形によって、第２の玉４のラジアル隙間が０以下（隙間無し、または、負隙間）になって、第２の玉４も、外輪１の軌道溝１８と内輪２の軌道溝１９の両方に接触して、玉軸受に作用している荷重を分担負荷するようになっている。

上記実施形態の玉軸受によれば、第１のラジアル荷重以下のラジアル荷重が作用している状態で、第１の玉３が、外輪１の軌道溝１８および内輪２の軌道溝１９の両方に接触する一方、第２の玉４が、外輪１の軌道溝１８および内輪２の軌道溝１９の両方に接触していないので、第１のラジアル荷重以下のラジアル荷重が作用している状態で、内外輪１,２の軌道溝１８,１９に接触する転動体を、第１の玉３のみに制限できて、第１の荷重以下の荷重が作用している状態で、内外輪１,２の軌道溝１８,１９に接触する転動体の数を、第２の玉４の数の分だけ小さくできる。したがって、第１の荷重以下の荷重が作用している状態において、内外輪１,２の軌道溝１８,１９との動摩擦の生成源である転動体の数が小さくなるので、この状態において、回転トルクを格段に低減できて、この実施形態の玉軸受を備えた自動車や工作機械等の運転コストを格段に低減できる。

また、上記実施形態の玉軸受によれば、第２の荷重以上の荷重が作用した状態において、第１の玉３および第２の玉４の両方で、荷重を分担負荷することができるので、第２の荷重以上の荷重が作用した場合において、その荷重を第１の玉３と第２の玉４とで分担負荷することができて、負荷容量を大きくすることができる。

また、上記実施形態の玉軸受によれば、上記保持器７が、保持器７の周方向において、第１の玉３と第２の玉４を交互に保持し、径が最も大きい第１の玉３が、上記周方向に等間隔に複数配置されているので、ラジアル荷重を負荷している状態において、外輪１および内輪２の一部分が局所的に大きく変形することを防止できて、第１の玉３および第２の玉４の公転運動を円滑に行うことができる。したがって、負荷容量を大きくできる。

尚、上記実施形態の玉軸受では、上記保持器７は、第１の玉３の径方向の移動範囲を所定の範囲以内に制限すると共に、第２の玉４の径方向の移動範囲を所定の範囲以内に制限するようにしていた。しかしながら、この発明では、開口面積が小さい方の第２のポケットを画定する２つの柱部を、常時第２の玉に接触させるようにし、上記２つの柱部で、保持器の周方向の両側から上記第２の玉を挟み込むようにすることにより、上記第２の玉を上記周方向に拘束するようにしても良い。また、この周方向の拘束に加えて、上記第２のポケットを画定する第１の環状部および第２の環状部を、常時上記第２の玉に接触させるようにし、上記第１の環状部および上記第２の環状部で、保持器の軸方向の両側から第２の玉を挟み込むようにすることにより、第２の玉を上記軸方向に拘束するようにしても良い。このようにして、上記第２の玉と保持器が周方向および軸方向に相対移動できないようにしても良い。

また、上記実施形態の玉軸受では、第１の玉３と、この第１の玉３よりも直径が小さい第２の玉４とで、転動体を構成したが、この発明では、直径の大きさが異なる３種類以上の玉で、転動体を構成しても良い。

例えば、直径の大きさが異なる３種類の玉、すなわち、第１の玉と、この第１の玉よりも直径が小さい第２の玉と、この第２の玉よりも直径が小さい第３の玉で、転動体を構成する場合には、第１のラジアル荷重以下である場合には、第１の玉のみでラジアル荷重を負荷し、第１のラジアル荷重より大きい第２のラジアル荷重以上である場合には、第１の玉と第２の玉の２つの玉だけでラジアル荷重を負荷し、第２のラジアル荷重より大きな第３のラジアル荷重以上である場合には、第１の玉、第２の玉および第３の玉の全てでラジアル荷重を負荷するように設定する。

このように、互いに寸法が異なる３種類の玉で転動体を構成した場合、作用している荷重の大きさによって、荷重を負荷する玉の数を略３段階に変動させることができる。したがって、作用している荷重の大きさによって小刻みに荷重を負荷する玉の数を変えることができて、第１の玉のみが荷重を負荷する領域を小さくできる。したがって、運転時に常時荷重を負荷する第１の玉の寿命を延ばすことができて、玉軸受の寿命を長くすることができる。また、荷重を負荷する玉の数を略３段階に変動させることができるので、玉軸受が設置されている回転軸を安定に支持できる。

また、上記実施形態では、ラジアル荷重負荷用の玉軸受において、転動体を、径が異なる２種類の玉３,４で構成したが、この発明では、スラスト荷重負荷用の玉軸受において、転動体を、径が異なる２種類以上の玉で構成しても良い。この場合、臨界荷重である第１の荷重および第２の荷重がスラスト荷重であることは言うまでもない。

また、この発明では、ラジアル荷重とアキシアル荷重の合成荷重を負荷するのに用いられるアンギュラ玉軸受等のラジアルおよびアキシアル荷重負荷用の玉軸受において、転動体を、径が異なる２種類以上の玉で構成しても良い。

この場合、例えば、転動体を、径が異なる２種類の玉で構成した場合、径が小さい方の玉が、内外輪の両方に非接触で、径が大きい方の玉だけで、荷重を負荷する最大の荷重である第１の荷重を次のように定義する。すなわち、ラジアル荷重を横軸に示し、スラスト荷重を縦軸に示した場合、ラジアル−スラスト平面に軌跡を描く一つの連続曲線上の全ての点の座標が示すベクトル（２つの荷重要素で構成されるベクトル）として定義される。また、同様に、第１の玉および第２の玉の両方で荷重を負荷する最小の荷重である第２の荷重も、上記ラジアル−スラスト平面に軌跡を描く一つの連続曲線上の全ての点の座標が示すベクトル（２つの荷重要素で構成されるベクトル）として定義される。これは、スラスト荷重とラジアル荷重を負荷する転がり軸受の場合は、合成荷重の向きと、合成荷重の大きさの２つの要素によって、第１の荷重および第２の荷重が決定されるということに対応している。

また、上記実施形態では、ラジアル負荷用の玉軸受において、転動体を、径が異なる２種類の玉３,４で構成したが、この発明では、モーメント荷重を負荷できる玉軸受において、転動体を、径が異なる２種類以上の玉で構成しても良い。この場合、臨界荷重である第１の荷重および第２の荷重は、モーメント荷重である。

また、上記実施形態では、玉軸受において、転動体を、第１の玉と、第１の玉よりも径が小さい第２の玉で構成したが、この発明では、円筒ころ軸受において、転動体を、径の大きさが異なる複数の種類の円筒ころで構成しても良い。また、この発明では、円錐ころ軸受において、転動体を、径の大きさが異なる複数の種類の円錐ころで構成しても良い。

尚、本発明の転がり軸受を、バイクや自動車等の車両のホイール軸受（ホイールベアリング）として使用し、かつ、車両が右折や左折等の急激な方向変更をしている状態以外の状態、すなわち、車両が略直進している状態において、径が最大の転動体のみで、荷重を負荷するように設定すれば、車両の燃費を格段に低減することができる。というのは、車両の運転状態の大部分は、上記のような車両が略直進している状態であるが、この発明の転がり軸受を使用すれば、車両が略直進している状態での回転トルクを大幅に低減できるからである。

本発明の転がり軸受の一実施形態である玉軸受の径方向の断面図である。

符号の説明

１ 外輪
２ 内輪
３ 第１の玉
４ 第２の玉
７ 保持器
１０ 第１のポケット
１１ 第２のポケット
１４ 柱部
１８,１９ 軌道溝

Claims (3)

1. 軌道面を有する外輪と、
   軌道面を有する内輪と、
   上記外輪の上記軌道面と上記内輪の上記軌道面との間に配置されていると共に、第１の径を有する第１の転動体と、
   上記外輪の上記軌道面と上記内輪の上記軌道面との間に配置されていると共に、上記第１の径よりも小さい第２の径を有する第２の転動体と、
   上記第１の転動体および上記第２の転動体を保持する保持器と
   を備え、
   第１の荷重以下の荷重が作用している状態で、上記第１の転動体が、上記外輪の上記軌道面および上記内輪の上記軌道面の両方に接触する一方、上記第２の転動体が、上記外輪の上記軌道面および上記内輪の上記軌道面の両方に対して離間しており、
   かつ、上記第１の荷重よりも大きい第２の荷重以上の荷重が作用している状態で、上記第１の転動体および上記第２の転動体の両方が、上記外輪の上記軌道面および上記内輪の上記軌道面の両方に接触することを特徴とする転がり軸受。
2. 請求項１に記載の転がり軸受において、
   上記第２の径よりも小さい第３の径を有する第３の転動体を備え、
   上記保持器は、上記第３の転動体を保持し、
   上記第３の転動体は、上記第２の荷重よりも大きな第３の荷重以上の荷重が作用している状態で、上記外輪の上記軌道面および上記内輪の上記軌道面の両方に接触している一方、上記第３荷重より小さい荷重が作用している状態で、上記外輪の上記軌道面および上記内輪の上記軌道面のうちの少なくとも一方に接触していないことを特徴とする転がり軸受。
3. 請求項１に記載の転がり軸受において、
   上記保持器は、上記保持器の周方向において、上記第１の転動体と上記第２の転動体を交互に保持していることを特徴とする転がり軸受。

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