JP2009079696A

JP2009079696A - 転がり軸受への予圧付与機構

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Publication number: JP2009079696A
Application number: JP2007249736A
Authority: JP
Inventors: Yoshihito Nakajima; 義仁中島
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2007-09-26
Filing date: 2007-09-26
Publication date: 2009-04-16

Abstract

【課題】温度上昇時における予圧低下あるいは予圧抜けを抑制する転がり軸受に対する予圧付与機構を提供する。
【解決手段】外輪の正面とハウジングにおいて外輪の正面と向かい合う壁面との間に、周方向に渡って、熱膨張部材１２と第１の受圧部材１１あるいは第２の受圧部材１３とを配置する。熱膨張部材１２が温度上昇による熱膨張で径方向外方へと移動する際に、第１の受圧部材１１あるいは第２の受圧部材１３上を摺動しながらくさび作用により両受圧部材を押圧して軸受に対するスラスト予圧力を生成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、転がり軸受への予圧付与機構に関する。

転がり軸受においては軸および軸受の回転時の揺動を抑制し、剛性を高める等の目的のために通常、予圧が付与される。例えば円すいころ軸受に対しては、ラジアル方向の予圧と、一方向のスラスト（アキシャル）方向の予圧が付与される。予圧の付与は、軸受の外輪をハウジングに圧入し、さらに転動体、内輪を配置した後に、内輪を軸方向に押圧して位置決めをする等を通じて行われる。しかし転がり軸受が実際に使用される際に、高速回転時等において転がり軸受を含む機構の温度が上昇し、それによりハウジングの熱膨張によって予圧が低下する、いわゆる予圧抜けが生じる場合がある。

予圧抜けに対処するための方法として、例えば特許文献１においては、軸受の外輪の正面（外輪の端面のうちで面積が大きい側の端面）の径方向外方の側縁に環状の切欠溝を形成し、この溝にコイルばねを取り付ける方法が開示されている。このばねは外輪正面から一部が突出する状態に配置されており、これによりハウジングがこのばねを押し、ばねが弾性復元力により外輪を押すことで予圧が付与される、あるいは予圧抜けが抑制されることとなる。

特開平７−２０８４５９号公報

しかし、特許文献１に開示された方法ではばねを利用しているため、ばねの最大長よりもハウジングと外輪の距離が大きくなるとばねの弾性力が発生しない。したがって当然、予圧抜けの防止の機能は果たせなくなる。

また、ばねの復元力は温度変化に対応して変化する性質では基本的にはない。しかし、上記のとおり、軸受における予圧抜けとしては温度上昇時を考慮することが重要である。特許文献１の方法は、温度上昇時もそうでない時も同様に予圧を付与する方法であり、温度上昇時に適切な予圧値となる場合、常温時において過度の予圧となる可能性がある。温度上昇時に対応して予圧保持する機構の開発が必要である。

そこで本発明が解決しようとする課題は、上記問題点に鑑み、転がり軸受における温度上昇による予圧低下あるいは予圧抜けを効果的に抑制する転がり軸受への予圧付与機構を提供することにある。

課題を解決するための手段及び発明の効果

上記課題を解決するために、本発明に係る転がり軸受への予圧付与機構は、固定輪である外輪と、回転輪である内輪と、それら外輪・内輪間に転動可能に配置された複数の転動体とを備えたころがり軸受に対し、前記外輪が非回転部材に、前記内輪が回転部材に装着された状態で前記外輪、内輪及び転動体間に軸方向の相互荷重であるスラスト荷重を付与する転がり軸受の予圧付与機構であって、前記外輪において前記予圧が付与されるべき受圧端面に対向するように、前記非回転部材と前記外輪の受圧端面との間に配置され、少なくとも温度上昇時に、その温度上昇に伴う熱膨張により直接または受圧部材を介して前記外輪の受圧端面に対し前記スラスト荷重を付与する熱膨張部材を備えることを特徴とする。

これにより、本発明の転がり軸受の予圧付与機構では、温度上昇時において熱膨張部材の熱膨張を利用して予圧付与を行うので、温度の変化に適応して予圧を付与できるとの効果を奏する。これにより温度上昇時の予圧抜けを抑制することができる。

また、前記熱膨張部材は、前記外輪の環状の受圧端面に対向する環状形態をなし、前記受圧部材を介して前記スラスト荷重を前記外輪の受圧端面に作用させるものであって、それら熱膨張部材と受圧部材との互いの接触面の少なくとも一方の接触面は、前記熱膨張部材の径方向外方への熱膨張変形による径方向荷重に基づいて前記外輪の軸方向の荷重成分を生じさせるために、径方向外方に向かうほど前記外輪の受圧端面から遠ざかる傾斜面としてもよい。

こうした構成により、熱膨張部材の径方向外方を含む方向への膨張を受圧部材によって外輪の受圧端面方向への荷重へと変換するので、熱膨張部材の熱膨張から効率的に受圧端面方向の予圧力を発生させることができる。

特に熱膨張部材は環状の形状であり、軸方向の幅よりも周方向の長さの方が長い。したがって、熱膨張部材の熱膨張においては、軸方向の膨張の長さよりも、周方向の長さの方が大きい。よって熱膨張部材の径方向外方への膨張を利用することにより熱膨張部材における熱膨張を効率的に利用しているので、本発明においては効率的に予圧力が生成される。

さらに、前記熱膨張部材は、前記外輪の環状の受圧端面に対向する環状形態をなし、その熱膨張部材と前記外輪の受圧端面との間に、前記受圧部材として前記熱膨張部材の外径に対応する環状の第1の受圧部材が配置され、また前記熱膨張部材を挟んでその第1の受圧部材とは反対側に、第１の受圧部材に対応する外径の第２の受圧部材が前記熱膨張部材と前記非回転部材との間に配置されて、それら第1及び第２の受圧部材の間に前記熱膨張部材が入り込む形態とされ、その熱膨張部材の外周両側部には、自身の外周縁に向かって漸次幅が減少するテーパ外周面が形成され、またこのテーパ外周面と両側で接触する第１及び第２の受圧部材には前記テーパ外周面にそれぞれ対応する第１傾斜面と第2傾斜面が形成され、これら第1及び第2傾斜面が相俟って前記熱膨張部材のテーパ外周面に対応するテーパ内周面を構成し、その熱膨張部材の径方向外方への熱膨張に伴い、前記テーパ外周面とテーパ内周面との押圧作用による、前記熱膨張部材の径方向外方への荷重に基づく前記外輪の軸方向への荷重成分を生じさせるくさび作用によって、前記外輪の受圧端面に対する前記スラスト荷重を発生又は増大させるとしてもよい。

こうした構成により、２つの受圧部材により熱膨張部材を両側から挟む構造とすることで、くさび作用により、熱膨張部材の径方向外方を含む方向への膨張から、外輪の受圧端面への予圧力を得ることができる。

さらに、熱膨張部材の線膨張係数の値は、ハウジングの線膨張係数の値以上とすればよい。適切な線膨張値に設定することで、より適切な予圧値を得ることにつながる。また、線膨張係数でなく体膨張係数を考慮してもよい。

以下、本発明の実施形態を図面を参照しつつ説明する。まず図１には転がり軸受１に対する第１実施形態の予圧付与機構１０の側面断面図が示される。

以下で説明する全ての実施形態及び変形例では転がり軸受１として円すいころ軸受に限らず、アンギュラ玉軸受などスラスト予圧付与可能な他の転がり軸受でもよい。

図１で示されるとおり、円すいころ軸受１は外輪２の内周面、及び内輪３の外周面に軌道面が形成され、それら軌道面の間に転動体４、あるいは円すいころ４が転動可能に配置される。保持器５は転動体４を周方向に所定の間隔を保つべく保持する。そしてこの転がり軸受１は、外輪２の外周面がハウジング７に接し、内輪３の内周面が軸６に嵌合するように配置される。外輪２のハウジング７への圧入によりラジアル方向の予圧が転がり軸受１に付与される。また、内輪３に対し固定部材８が当接して、固定部材８が内輪３の軸方向の位置決めを行うとともに、内輪３を押圧してスラスト予圧の付与が行われる。

本発明の予圧付与機構１０は、円すいころ軸受１の外輪２の正面１６とハウジング７の壁面１７の間に配置される。図１に示されるとおり、外輪２の正面１６（受圧端面）側から順に、第１の受圧部材１１、熱膨張部材１２、第２の受圧部材１３が配置される。第１の受圧部材１１の正面図およびそのＡ−Ａ断面図は図３に示される。同様に熱膨張部材１２の正面図およびそのＢ−Ｂ断面図は図４に、第２の受圧部材１３の正面図およびそのＣ−Ｃ断面図は図５に示される。

第１の受圧部材１１は、外輪と接しない側の端面である傾斜面１４（第１傾斜面）で熱膨張部材１２と接する。また、第２の受圧部材１３は、ハウジング７と接しない側の端面である傾斜面１５（第２傾斜面）で熱膨張部材１２と接する。以上３つの部材１１，１２，１３から本実施形態における転がり軸受１に対する予圧付与機構１０が構成される。

図１あるいは図４のとおり、熱膨張部材１２の幅長は径方向外方に向かうに従いテーパ状に減少する。したがって、熱膨張部材１２の外周両側部は、外周縁に向かって漸次幅が減少するテーパ外周面を形成する。それに対応して、第１の受圧部材１１における傾斜面１４と第２の受圧部材における傾斜面１５の間の距離も、軸方向外方に向かうに従い減少する。これにより傾斜面１４と傾斜面１５がテーパ内周面を形成する。

以下で本発明の予圧付与機構１０による予圧付与の原理を説明する。既に述べたとおり、軸６及び内輪３の回転に伴ない、ハウジング７の温度が上昇し、それによる熱膨張により転がり軸受１の予圧が低下する。本発明においては、ハウジング７内の温度上昇に伴ない、熱膨張部材１２が熱膨張する。この目的のために熱膨張部材１２は熱膨張係数（線膨張係数、あるいは体膨張係数）が大きな材質を用いて形成する。

熱膨張部材１２の材質の例としてはアルミニウムがある。また、フェノールやナイロン等の樹脂も、金属より線膨張係数が大きいので好適である。なお本発明において、熱膨張係数として線膨張係数でなく体膨張係数を用いてもよい。

熱膨張により熱膨張部材１２は周方向の長さが増大するとともに、径（直径、半径）方向の長さも増大する。これにより、熱膨張部材１２は径方向外方へと形状を増大させる。これは図１の断面図においては熱膨張部材１２の断面を図中で上側断面は上方向に、下側断面は下方向に移動させることと等価である。これにより、全体が図２に示された位置関係へと変わる。

図２においては矢印で示されるとおり、熱膨張部材１２が図１と比較して径方向外方へと移動している。その際に熱膨張部材１２は第１の受圧部材１１の傾斜面１４と第２の受圧部材１３の傾斜面１５に挟まれた状態で、これら２つの端面上を摺動する。それにより、熱膨張部材１２が第１の受圧部材１１と第２の受圧部材１３の間の距離をくさび作用により押し広げる。

しかし第２の受圧部材１３はハウジングの壁面１７によって図２の左方への移動を規制されている。よって結局、熱膨張部材１２が熱膨張によって両部材１１，１３の間隔の押し広げることにより、第１の受圧部材１１の外輪２の正面１６（受圧端面）への押圧力が発生する。これにより、第１の受圧部材１１が外輪２を押圧する。こうして転がり軸受１にスラスト予圧が付与される。したがってハウジング７の膨張による予圧の低下分が、予圧付与機構１０により付与される予圧により補償されて予圧低下が抑制される。より望ましくは予圧の低下分が完全に補償されて予圧低下がなくなり、適切な予圧が維持される。以上が本発明の第１実施形態における予圧付与の原理である。

図６、図７は上記予圧付与機構１０の変形例１および２である。これらを以下で説明する。

まず、図６に示された予圧付与機構２０を説明する。予圧付与機構２０は第１の受圧部材２１、熱膨張部材２２、第２の受圧部材２３よりなる。上で述べた予圧付与機構１０では傾斜面１４と１５それぞれの軸からの傾斜角がほぼ等しくされていたが、本発明においては、これを変えてもよい。そこで図６に示される予圧付与機構２０においては第１の受圧部材の傾斜面２４（第１傾斜面）と第２の受圧部材２３の傾斜面２５（第２傾斜面）の軸６との間になす角度を異なったものとしている。予圧付与機構２０による予圧付与の原理は予圧付与機構１０と同様である。

次に、図７に示された予圧付与機構３０を説明する。予圧付与機構３０は第１の受圧部材３１、熱膨張部材３２、第２の受圧部材３３よりなる。上で述べた予圧付与機構１０，２０では熱膨張部材１２，２２は断面台形形状であり、第１の受圧部材１１，２１及び第２の受圧部材１３，２３との間で面接触していた。けれども本発明では面接触と限定しなくてもよい。図７の予圧付与機構３０においては熱膨張部材３２の断面は円形状である。そして第１の受圧部材３１の傾斜面３４（第１傾斜面）、第２の受圧部材３３の傾斜面３５（第２傾斜面）との間で線接触する。予圧付与機構３０による予圧付与の原理は予圧付与機構１０と同様である。なお、熱膨張部材３２の形状は楕円であってもよい。また熱膨張部材３２の形状は、第１の受圧部材３１、あるいは第２の受圧部材３２と接する部分のみ曲面である形状であってもよい。

上で説明した第１実施形態および２つの変形例では、２つの受圧部材が用いられた。しかし、どちらか１つのみの使用においても予圧付与は行える。これを以下で第２，３実施形態として示す。

まず図８に示される第２実施形態を説明する。同図のとおり第２実施形態の予圧付与機構４０は、第１の受圧部材４１と熱膨張部材４２とからのみ構成されている。同機構４０の予圧付与の原理は予圧付与機構１０の説明と同様である。すなわち、熱膨張部材４２が温度上昇により熱膨張して第１の受圧部材４１の傾斜面４４上を摺動しながら径方向外方へ移動する。それにより、第１の受圧部材４１が外輪２方向へと押されて外輪２にスラスト予圧が付与される。

次に図９に示される第３実施形態を説明する。同図のとおり第３実施形態の予圧付与機構５０は、熱膨張部材５２と第２の受圧部材５３とからのみ構成されている。同機構５０の予圧付与原理は予圧付与機構１０の説明と同様である。すなわち、熱膨張部材５２が温度上昇により熱膨張して第２の受圧部材５３の傾斜面５５上を摺動しながら径方向外方へ移動する。それにより、熱膨張部材５２が外輪２方向へと押されて外輪２にスラスト予圧が付与される。

さらに、受圧部材を２つとも取り除いたより簡素な構成とすることもできる。これが図１０に示される第４実施形態である。第４実施形態の予圧付与機構６０においては図９の第３実施形態からさらに第２の受圧部材が取り除かれている。そして、ハウジング７の壁面６５をテーパ状に径方向外方に向かうに従い外輪２側に近づくべく傾斜面として形成する。これにより、熱膨張によりハウジング７の壁面６５上を摺動しながら径方向外方へと移動する熱膨張部材６２が外輪２方向へと押されて、外輪２にスラスト予圧が付与される。

上記すべての実施形態および変形例において熱膨張部材と第１あるいは第２の受圧部材との間は線接触であっても、面接触であってもよい。また、第１あるいは第２の受圧部材の傾斜面の軸を含む断面は直線状でも曲線状でもよい。

本発明の第１実施形態における予圧付与機構を備えた円すいころ軸受を示す側面断面図。図１の温度上昇時を示す側面断面図。第１実施形態における第１の受圧部材の正面図及びＡ−Ａ断面図。第１実施形態における熱膨張部材の正面図及びＢ−Ｂ断面図。第１実施形態における第２の受圧部材の正面図及びＣ−Ｃ断面図。変形例１における予圧付与機構を示す側面断面図。変形例２における予圧付与機構を示す側面断面図。第２実施形態における予圧付与機構を示す側面断面図。第３実施形態における予圧付与機構を示す側面断面図。第４実施形態における予圧付与機構を示す側面断面図。

符号の説明

１転がり軸受（円すいころ軸受）
２外輪
３内輪
４転動体（ころ、円すいころ）
５保持器
６軸
７ハウジング
８固定部材
１０、２０，３０，４０，５０，６０予圧付与機構
１１、２１，３１，４１第１の受圧部材
１２、２２，３２，４２，５２，６２熱膨張部材
１３、２３，３３、５３第２の受圧部材
１４，１５、２４，２５，３４，３５，４４，５５傾斜面
１６外輪の正面（受圧端面）
１７、６５ハウジングの壁面

Claims

固定輪である外輪と、回転輪である内輪と、それら外輪、内輪間に転動可能に配置された複数の転動体とを備えた転がり軸受に対し、前記外輪が非回転部材に、前記内輪が回転部材に装着された状態で前記外輪、内輪及び転動体間に軸方向の相互荷重であるスラスト荷重を付与する転がり軸受への予圧付与機構であって、
前記外輪において前記予圧が付与されるべき受圧端面に対向するように、前記非回転部材と前記外輪の前記受圧端面との間に配置され、少なくとも温度上昇時に、その温度上昇に伴う熱膨張により直接または受圧部材を介して前記外輪の受圧端面に対し前記スラスト荷重を付与する熱膨張部材を備えることを特徴とする転がり軸受への予圧付与機構。
前記熱膨張部材は、前記外輪の環状の受圧端面に対向する環状形態をなし、前記受圧部材を介して前記スラスト荷重を前記外輪の受圧端面に作用させるものであって、それら熱膨張部材と受圧部材との互いの接触面の少なくとも一方の接触面は、前記熱膨張部材の径方向外方への熱膨張変形による径方向荷重に基づいて前記外輪の軸方向の荷重成分を生じさせるために、径方向外方に向かうほど前記外輪の受圧端面から遠ざかる傾斜面とされている請求項１に記載の転がり軸受への予圧付与機構。
前記熱膨張部材は、前記外輪の環状の受圧端面に対向する環状形態をなし、その熱膨張部材と前記外輪の受圧端面との間に、前記受圧部材として前記熱膨張部材の外径に対応する環状の第１の受圧部材が配置され、また前記熱膨張部材を挟んでその第１の受圧部材とは反対側に、第１の受圧部材に対応する外径の第２の受圧部材が前記熱膨張部材と前記非回転部材との間に配置されて、それら第１及び第２の受圧部材の間に前記熱膨張部材が入り込む形態とされ、
その熱膨張部材の外周両側部には、自身の外周縁に向かって漸次幅が減少するテーパ外周面が形成され、またこのテーパ外周面と両側で接触する第１及び第２の受圧部材には前記テーパ外周面にそれぞれ対応する第１傾斜面と第２傾斜面が形成され、これら第１及び第２傾斜面が相俟って前記熱膨張部材のテーパ外周面に対応するテーパ内周面を構成し、
その熱膨張部材の径方向外方への熱膨張に伴い、前記テーパ外周面とテーパ内周面との押圧作用による、前記熱膨張部材の径方向外方への荷重に基づく前記外輪の軸方向への荷重成分を生じさせるくさび作用によって、前記外輪の受圧端面に対する前記スラスト荷重を発生又は増大させる請求項２に記載の転がり軸受への予圧付与機構。