JP2007504412A - 軸受アセンブリ - Google Patents

Abstract

【課題および解決手段】軸受アセンブリは、軸受１の外レース上に保持板６を取り付けることによって、軸方向にコンパクト、技術的に経済的、および信頼できる方法でケーシング内に軸に支承される軸受を軸方向に保持する問題に取り込むことを記載されている。その取付けは、保持板が外レースに対して回転できるように、肩部上で圧入することによって達成することができる。この軸受は、その後、軸４で支承され、かつコンパクトなケーシング３内に挿入され、その結果、外レースは、ケーシング３の端部壁に形成されたハウジング２に案内される。その後、保持板は、ねじ９によって係合されるため、締結ボス７を貫通孔８と同心にすることが必要なときは回転させることができ、その結果、保持板は、外レースに対して軸方向に押圧される。
【選択図】図１

Description

本発明は軸受アセンブリの形態と形成方法に関し、特に、軸受ハウジングにアクセスする締結工具なしで非常にコンパクトな機械アセンブリにおいて、軸受に軸方向荷重が服される場所や、ロボット機械アセンブリが望ましい場合に使用するのに適合する。

本発明は、歯車のような多数の他の構成要素と一緒に、ギヤボックスの歯車軸に軸受が軸支された場所で、、コンパクトな車両用ギヤボックス・ハウジング内への軸受の組み込みにおける問題に取り組んで生じたものである。以下ではこのような文脈で説明するが、特に断らない限り、本発明は多くの他の同様な構造に適用することができる。このようなギヤボックスにおいては、歯車軸を軸受で支承され、軸受は、ギヤボックス・ケーシング内に形成された軸受ハウジング内に収容される。外面の取付は、外面が異なる角度方向をとらないように、典型的には工学締まりばめ（engineering interference fit）または同様の位置決め手段である。軸には作動時に軸方向力が加わり、これらの軸方向力は、軸受を各軸方向にそのハウジングから外方に駆り立てる。ケーシングの軸方向外方に方向付けられた力は、ケーシングに形成された肩部によって対抗させる。しかしながら、保持手段は、逆方向の軸方向変位を防ぐため、軸受の外レースとケーシングとの間で作用させなければならない。従来手段の一例は、軸受ハウジングの壁面に形成された溝に嵌めこまれた止め輪であるかもしれない。しかしながら、このような保持手段の取付けは、ケーシング内部に工具によるアクセスを必要とし、また、ロボット作業で実施することが困難である。更に、止め輪や類似装置の使用は、軸受外面と、止め輪間に動きばめが必要であり、これは、軸受の軸方向の望ましくない移動を許容し、かつ、軸方向の空間を占有する。また、止め輪や類似装置は、良い工具アクセスなしに分解することが容易でない。このようなアクセス要件が取り除けるならば、ロボットアセンブリは可能であろうし、また、ギヤボックスの容積が、当業者に明らかであるであろう多数の利点で減少させることができる。

また、在来技術として知られているものには、モータにおける軸受アセンブリを開示する欧州特許第１２６５３３９号公報がある。保持板は、まず一時的に軸に取り付けられる。次いで、軸受は、軸で支承される。その後、組み立てられた保持板及び軸受は、軸受ハウジング内に挿入された軸受の外レースとともに、モータ・ケーシング内に挿入される。これは、保持板が、作動前に軸から取り外さなければならないという問題を表わしている。更に、保持板は、軸受とハウジングアセンブリの軸方向長さが最小限ではないため、軸受の内端と同じ高さにあるように配置することはできない。

これらの問題点を軽減するため、本発明は、ケーシング内に形成された軸受ハウジングに収容するための外レースと、軸で支承されるための内レースとをもつ軸受を有する軸受けアセンブリであって、前記軸受ハウジング内または軸上への組立前に、前記外レース上に取り付けられる保持板を有し、該保持板は、この保持板に対向するケーシングの壁面内または壁面上に設けられた締結手段と組になるための締結手段を備えることを特徴とする軸受アセンブリを提供する。

保持板は、幾つかの用途に対し、例えばプレス嵌めによって非回転に締め付けられてもよい。しかしながら、本発明の好適な実施形態では、保持板は、軸受の外レースに対して回転するように締結され、このようにして、外レースがハウジング内に非回転に保持された後における締結手段の都合のよい配置を提供する。

さらに、本発明によれば、保持板を軸受の外レース上に取り付ける工程を有し、これにより、前記軸受が軸受ハウジングにあると、軸受ハウジングが形成されるところのケーシングと前記保持板の間で作用する締結手段によって固定される保持板によって軸方向に保持される、軸受アセンブリの形成方法を提供する。

本発明の別の面によれば、０．３５を超える高い歪み硬化係数を有するような板の材料を選択し、そして、元の板とボスの壁面との間の領域の曲率半径が下記の式を満たすようにダイに対してボスをプレス成形する工程を有する、使用中に繰返し疲労荷重が負荷される板にボスを形成する方法を提供する。
記
曲率半径＝板厚×Ａ
但し、ボスの弧状部分が荷重下で加工硬化して、高い局部的引張強度を有する領域を生ずるようにするため、Ａは０．３と０．７の間の値である。

本発明の軸受アセンブリは、上記で論じた問題を軽減する。なお、以下に示す軸受アセンブリやその形成方法の実施形態の詳細な記述や添付した図面の構成だけには限定されないことは明らかである。

図面を参照すると、図１は軸受アセンブリを示し、この軸受アセンブリは、車両ギアボックス用のケーシング３内に形成される軸受ハウジング２内に収容される外レースを有する。軸受１の内レースは、軸４で支承される。軸受１は、軸受ハウジング２内に収容されるべきであり、その結果、軸受は、軸受ハウジング内に形成された肩部５と衝合して、前記ケーシング３から外方への軸受の（軸に関して）軸方向変位が防止される。軸受１が軸方向逆向きに移動するのを防止するため、保持板６は、軸受１の外レースに対し回転するように取り付けられる。軸受１が、前記ハウジング内にはめ込まれるとき、保持板（６）に形成されたねじ切りされたボス７によって付与された締結手段を、ケーシング３を貫通して形成された貫通孔８と同心にし、その結果、ねじ９は、前記ボス７と係合させかつ保持板６を保持するように前記貫通孔を貫通させることができる。したがって、構成要素１０と保持板の間での工具の操作が妨げられる程度まで保持板に密接しているように、前記構成要素１０が軸に取り付けられているような場所や、締結工具が、保持板上で操作できない程度まで、軸受軸、構成要素および保持板を取り囲んでいるような場所で、前記軸受アセンブリを軸に取り付けることができる。
このことは、軸受アセンブリと軸とが取り付けられる前に、歯車１０のような更なる構成要素を、軸受１に非常に近接させて軸に取り付けることが可能になる。

保持板６は、まずボス７打ち抜くことによって金属ストリップから形成される。次に、中心穴１１を打ち抜く。その後、複数個の固定縁部１７（１２）が、保持板（６）の円形内端縁の周りに間隔を置いて円弧に沿って形成される。図６に示す実施例では、３個の縁部（１７）が形成されているが、特定の要求にに応じて、２〜５個の縁部を形成することができる。

図２は、固定縁部１７を形成するための特別に設計された穴あけ工具の使用を示している。中心穴１１は、円形ガイド１４を取り囲むダイプレート１３上に位置決めする。次いで、前記中心穴１１の端縁から少し距離をおく保持板の表面に、コイニングポンチ１６を一部打ち込まれる前に、プラテンリング１５が、保持板の露出面を押圧する。コイニングポンチは、楔状のブレード１７をもち、このブレードは、保持板の表面に係合して、前記保持板の端縁を塑性変形させ、その結果、保持板の表面から上方に突出し、かつ、前記中心穴から離れた保持板の端縁に沿って溝１８を残したまま前記端縁上に縁部１７を形成する。コイニングポンチはまた、前記円弧の各端に切欠き１９を形成して、各端出の変形を抑制することもできる。コイニングポンチによって変形させる各円弧は、円弧の１２度と３６度の間にわたって延在し、その結果、変形させた前記端縁のトータル部分は、１０％と３０％の間である。

軸受１の外レース端縁上に肩部２０を形成する。三角形状の溝２１が、前記肩部を形成した軸方向面２２に隣接する肩部２０に形成される。この実施例では、前記溝は、深さが０．３〜０．４ｍｍのオーダーであり、固定縁部１７は同様の高さである。保持板の中心穴は、肩部２１の直径と比べてオーバーサイズとする。

保持板６を軸受１に固定するため、保持板は、軸方向面２２に係合する固定縁部１７で軸受上に位置決めされる。中心穴１１の肩部２０への装着は、図３および図４に誇張したギャップによって示されるように、緩めであることに気づくかもしれない。そのとき、図３に示す矢印の方向に組立力を加えることにより、固定縁部１７を塑性変形させ、その結果、図４に示すように前記固定縁部が溝２１に係合することになる。

保持板６はまた、保持板外周から突出したU字状のブラケット２３の形式で、保持素子を設ける。Ｕ字状の板のフォーク部は、（図示しない）ギヤチェンジ支持ロッドを係合する。

保持板の占める空間を最小化するためには、保持板のゲージを必要以上に厚くすることは好ましくない。締結手段が、軸受の軸方向面に対する締付作用で保持板を設けることが必要なように、軸受を最小限の動作で保持することが不可欠である。このことは、金属疲労問題を呈する動作中に、保持板に、繰返し軸方向荷重が加えられる場合には尚更である。前記板にボスを成形する従来のポンチは、板の加工硬化によって金属疲労問題を悪化させるため、ボスを成形するポンチ（打ち抜き）は使用をできないものと考えられている。しかし、ポンチ成形法は、締結手段の形成に対しては、代替の従来の解決法と比較してかなり経済的である。ボスの端面が正確にフラットであるのを保証することがボスを成形するポンチ（打ち抜き）での更なる問題点である。

ボスのポンチ成形法を可能にするため、前記板は、高い歪み硬化係数を持つ材料から成形されるのが好都合であるかもしれない。好適な実施例は、等級３０４のオーステナイト系ステンレス鋼および等級１０２０−１０４０の普通炭素鋼である。代替のアプローチは、高成形性の材料を選択し、また、ボスの成形後に、疲労公差を改良するため、表面硬化あるいはニトロテックプロセス(Nitrotec process)のような追加処理を施すことである。

図７Ａおよび図７Ｂは、ボス形成用の設計された工具を図解する。この工具は、円弧状の周縁２５を持つダイ２４を有する。その円弧状周縁の曲率半径は、保持板６におけるくびれを防止するため、注意深く形成されなければならない。その円弧状周縁の曲率半径は、好ましくは次式に従って形成される。
曲率半径＝板の厚さ×Ａ
但し、Ａは０．３と０．７の間の値である。ポンチ工具２６は、ダイと連携して、ボス７の端面Ｆが、フラットでかつ角ばっていることを保証するように、特別に形成される。

上記した実施例は、板を締結するためにねじを使用しているけれども、リベットのような他の締結手段の使用が、本発明の範囲内として想定される。

ギヤボックス・ケーシング内に形成された軸受ハウジング内に取付け中の軸受アセンブリを示すギヤボックス・ケーシングの断面図である。 軸受アセンブリの保持板上への固定縁部（１７）の形成を示す、ダイ打ち抜きの拡大断面図である。 保持板を軸受に取り付けたときの、軸受の肩部の拡大断面図である。 固定縁部（１７）の保持板の溝への係合を示す拡大断面図である。 保持板のみの断面図である。 保持板の平面図である。 ＡおよびＢは、保持板へのボスの形成を示す図である。

符号の説明

１ 軸受
２ 軸受ハウジング
３ ケーシング
４ 軸
５ 肩部
６ 保持板
７ ボス
８ 貫通孔
９ ねじ
１０ 構成要素
１１ 中心穴
１２ 複数の固定縁部
１３ ダイプレート
１４ 円形ガイド
１５ プラテンリング
１６ コイニングポンチ
１７ ブレード
１８ 溝
１９ 切欠き
２０ 肩部
２１ 溝
２２ 軸方向面
２３ ブラケット

Claims (26)

1. ケーシング（３）内に形成された軸受ハウジング（２）に収容するための外レースと、軸（４）で支承されるための内レースとをもつ軸受（１）を有する軸受けアセンブリであって、
   前記軸受ハウジング（２）内への組立前に、前記外レース上に取り付けられる保持板（６）を有し、該保持板（６）は、この保持板（６）に対向するケーシング（３）の壁面内または壁面上に設けられた締結手段（９）と組になるための締結手段（７）を備えることを特徴とする軸受アセンブリ。
2. 前記保持板（６）は、前記外レースに対し相対的な回転のため取り付けられる請求項１に記載の軸受アセンブリ。
3. 前記保持板（６）は、前記ベアリング（１）の外レースの円形肩部（２０）に形成された円形溝（２１）と係合するため、塑性変形させた保持板（６）の円形の内周縁上に形成された、プレス作用による緩い締付けの固定縁部（１７）によって取り付けられる請求項１または請求項２に記載の軸受アセンブリ。
4. 前記固定縁部（１７）は、前記保持板（６）の円形内周縁上の間隔を置いた部分にのみ形成する請求項３に記載の軸受アセンブリ。
5. 前記間隔を置いた部分の総周長は、前記内周縁の円周の１０％と３０％の間である請求項４に記載の軸受アセンブリ。
6. 締結工具が構成要素と前記保持板（６）の間で操作できない程度に前記保持板と近接して前記構成要素が取り付けられているところの軸（４）を組み合わせたものである、請求項１〜５のいずれか１項に記載の軸受アセンブリ。
7. 前記軸受（１）がこの軸受ハウジングに一旦はめ込まれると、ケーシング（３）および前記構成要素が、締結工具の保持板（６）への作用を妨げるように、ケーシング（３）内に形成された軸受ハウジング（２）を組合わせたものである請求項１〜６のいずれか１項に記載の軸受アセンブリ。
8. 前記締結手段（９）は、前記ケーシング（３）に形成された貫通孔（８）を通して前記保持板（６）のボス内に嵌めこまれるねじを有する請求項１〜７のいずれか１項に記載の軸受アセンブリ。
9. 前記締結手段（９）は、保持板（６）を所定の方向に角度的に整列させるため、ともに作用する請求項８に記載の軸受アセンブリ。
10. 前記保持板（６）は、更に、前記軸受アセンブリの他の構成要素の位置決めまたは保持を行うための位置決め素子または保持素子を有する請求項１〜９のいずれか１項に記載の軸受アセンブリ。
11. ギヤボックスと組み合わせる請求項１０に記載の軸受アセンブリ。
12. 少なくとも一つの更なる位置決め素子が、ギヤチェンジ支持ロッドの一端を収容する穴または凹部である請求項１１に記載の軸受アセンブリ。
13. 保持板（６）を軸受（１）の外レース上に取り付ける工程を有し、これにより、その後、前記軸受（１）が軸受ハウジング（２）に嵌め込まれると、軸受は、軸受ハウジング（２）が形成されるところのケーシング（３）と前記保持板（６）の間で作用する締結手段（９）によって固定される保持板（６）によって軸方向に保持される、軸受アセンブリの形成方法。
14. 前記保持板（６）は、前記外レースに対し回転するように外レース上に取り付けられる請求項１３に記載の方法。
15. 前記軸受（１）の外レースの外端縁上に肩部を形成する工程と、
    前記肩部に溝を形成する工程と、
    ストリップ材に穴を打ち抜くことにより前記保持板（６）を形成する工程と、
    前記穴の周りの円弧における前記保持板（６）上に、サイジングノーズを打ち抜く工程と、
    前記保持板（６）の前記穴を前記肩部上に位置決めする工程と、
    新たに形づくられた固定縁部（１７）が前記溝と係合して形成されるように、固定縁部（１７）をかしめるため、前記保持板（６）を、前記外レースの軸方向面に対して押圧する固定縁部工程と
    を有する、請求項１３または１４に記載の方法。
16. 前記穴の円周の部分の周りに、周方向に間隔を置く複数の固定縁部（１７）を形成する工程を有する、請求項１５に記載の軸受アセンブリの形成方法。
17. 前記固定縁部（１７）は、前記穴の周りに、該穴の周長の１０％と３０％の間の総弧長で弧の周りに形成される請求項１５に記載の方法。
18. 締結手段は、保持板（６）内に形成される請求項１３〜１７のいずれか１項に記載の方法。
19. 前記締結手段は、前記穴の周りに、複数のボスを前記保持板に打ち抜くことによって形成される請求項１８に記載の方法。
20. 保持板の本体とボスとの間に形成される曲率半径が下記の式を満たす請求項１９に記載の方法。
    記
    曲率半径＝保持板の板厚×Ａ
    但し、Ａは０．３と０．７の間の値であり、かつ、前記保持板（６）が形成される材料は、ボスの弧状部分が荷重下で加工硬化して、高い局部的引張強度を有する領域を生ずるようにするため、０．３５を超える高い歪み硬化係数を持つものとする。
21. 前記保持板が形成される材料は、等級３０４のオーステナイト系ステンレス鋼から選択される請求項１３〜２０のいずれか１項に記載の方法。
22. 締結工具が他の構成要素と前記保持板（６）との間で操作できない程度に、軸（４）上に前記構成要素が近接している状態で、組み立てられた軸受（１）および保持板（６）を軸（４）で支承させる工程を有する、請求項１３〜２１のいずれか１項に記載の方法。
23. 前記軸受（１）は、軸（４）で支承され、かつ、ケーシング（３）に形成された軸受ハウジング（２）内に挿入され、締結具は、ケーシング３を貫通して、、保持板（６）に形成された締結手段と係合する請求項１３〜２２のいずれか１項に記載の方法。
24. 前記締結具は、ねじである請求項２３に記載の方法。
25. ０．３５を超える高い歪み硬化係数を有するような板の材料を選択し、そして、
    元の板とボスの壁面との間の領域の曲率半径が下記の式を満たすようにダイに対してボスをプレス成形する
    工程を有する、使用中に繰返し疲労荷重が負荷される板にボスを成形する方法。
    記
    曲率半径＝板の厚さ×Ａ
    但し、ボスの弧状部分が荷重下で加工硬化して、高い局部的引張強度を有する領域を生ずるようにするため、Ａは０．３と０．７の間の値である。
26. 前記板の材料は、等級３０４のオーステナイト系ステンレス鋼である請求項２５に記載の方法。
    
    

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