JP2009299797A

JP2009299797A - 底付きシェル型総ころ軸受およびユニバーサルジョイント

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Publication number: JP2009299797A
Application number: JP2008155309A
Authority: JP
Inventors: Masato Higuchi; 政人樋口; Hiroaki Osawa; 弘明大沢
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2008-06-13
Filing date: 2008-06-13
Publication date: 2009-12-24
Anticipated expiration: 2028-06-13
Also published as: JP5256871B2

Abstract

【課題】シェル型の外輪の破損防止を図り、高入力トルクの要求に対応可能なシェル型総ころ軸受を提供する。
【解決手段】各々二股アーム５１を有する一対のヨーク５０と、両ヨークを揺動自在に連結する十字型のスパイダ６０とを有するユニバーサルジョイントにおいて、シェル型総ころ軸受１０の外輪１１をヨークの二股アームの軸受孔５２に圧入し、ころ１２をスパイダの軸部６１の外周に嵌合する。軸受は、一端が開口し他端が塞がれた有底筒状のシェル型の外輪１１と、外輪の内周に転動自在に配列された多数のころ１２とを有し、外輪１１の周壁の開口側の端部を内周側に折り返すことにより環状の折り返し部１６を形成し、その環状の折り返し部の先端は、ころ１２の軸方向一端面に対向するストッパ部を形成する。
【選択図】図１

Description

本発明は、有底筒状のシェル型の外輪（板金を絞り加工して形成した外輪）を有する底付きシェル型総ころ軸受、および、その軸受を使用したユニバーサルジョイントに関する。

従来のユニバーサルジョイントとして、底付きシェル型総ころ軸受を使用したものが考案されている（例えば、特許文献１〜３参照。）。

例えば、図９に示すように、ユニバーサルジョイントは、各々二股アーム５１を有する一対のヨーク５０（片側のみ図示）と、これらヨーク５０を傾動自在に連結する十字型のスパイダ６０とを有する。ヨーク５０の各アーム５１の先端には軸受孔５２が設けられ、スパイダ６０には、中央のブロック６５から互いに直交する方向に一対の軸部６１、６２が突設されている。そして、それらスパイダ６０の軸部６１、６２がそれぞれアーム５１の軸受孔５２内に挿入されると共に、各軸受孔５２内に固定された底付きの軸受１１０によって回転自在に支持されている。

この場合の軸受１１０として使用されるシェル型総ころ軸受は、一端が開口し他端が塞がれた有底筒状のシェル型の外輪１１１と、この外輪１１１の内周に転動自在に配列された多数のころ１１２とを有する。外輪１１１は、底壁１１３と周壁１１５とを有し、外輪１１１の開口側の周壁１１５の端部を、内周方向に約９０度に折り曲げることでフランジ部１１６を形成し、このフランジ部１１６でころ１１２を抜け止めしている。

また、図１１に示すように、特許文献３に記載のユニバーサルジョイントに使用されるシェル型総ころ軸受１１０ａでは、有底筒状のシェル型の外輪１１１が、その周壁１１５の開口側の端部１１６ａをストレートに形成する。そして、シール部材１２１を有する環状体１２０はその折り返し部１２０ａをスパイダの軸部６１に設けられた段部６１ｂに係合することで、軸部６１に嵌められる。さらに、軸部６１の外周面に他のシール部材１２２が設けられており、これらシール部材１２１，１２２によって周壁１１５の開口側の端部１１６ａを密封する。

さらに、従来のシェル型ころ軸受１１０ｂとして、図１２に示すように、ころ１１２を保持器１３０を用いて保持するものが考案されている（例えば、特許文献４参照。）。また、この外輪１１１の軸方向両端部には、一対の折り返し部１３１が設けられており、折り返し部１３１の端面１３１ａをころ１１２に対向させている。
特開２００４−３６７０１号公報国際公開第０６／０７９３８１号パンフレット国際公開第０５／０１２７４７号パンフレット特開平０６−２６４９３０号公報

ところで、図９に示すように、ユニバーサルジョイントに総ころ軸受１１０を使用した場合、ころ１１２のスキュー時に、ころ１１２にスラスト力が発生し、そのスラスト力が外輪１１１のフランジ部１１６に集中する。例えば、スキュー方向が矢印Ａ方向である場合、矢印Ｂ方向のスラスト力がころ１１２に作用する。スキュー方向は、ユニバーサルジョイントが揺動運動するため、逆の場合もある。このスラスト力は、ユニバーサルジョイントの入力トルクに比例して増加し、ある領域まで増加した場合には、図１０に示すように、外輪１１１のフランジ部１１６の強度が不足して破損するという問題があった。特許文献１〜４に記載のシェル型軸受は、このような問題を何ら考慮しておらず、保持器を有する特許文献４に記載のシェル型軸受では、上記課題すら存在しない。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、シェル型外輪の破損防止を図り、高入力トルクの要求に対応可能な底付きシェル型総ころ軸受、及び、その軸受を使用したユニバーサルジョイントを提供することにある。

前述した目的を達成するために、本発明に係る底付きシェル型総ころ軸受は、下記（１）、（２）を特徴としている。
（１）一端が開口し他端が塞がれた有底筒状のシェル型の外輪と、該外輪に組み込まれる複数のころと、を有し、前記複数のころが前記外輪の内周面と軸部材の外周面との間で転動自在に配置される底付きシェル型総ころ軸受において、
前記外輪は、その開口側の端部を内周側に折り返すことにより環状の折り返し部を有し、該環状の折り返し部の先端は、前記ころの軸方向一端面に対向するストッパ部を形成することを特徴とする底付きシェル型総ころ軸受。
（２）前記折り返し部の根元の内径側折り曲げ半径Ｒの大きさを、Ｒ＝０．０５〜０．２０ｍｍの範囲に設定すると共に、前記折り返し部の板厚Ｔに対する該折り返し部の長さＳを、Ｓ＝３Ｔ〜６Ｔの範囲に設定したことを特徴とする（１）に記載の底付きシェル型総ころ軸受。

（１）の構成の底付きシェル型総ころ軸受によれば、外輪に形成した折り返し部の先端で、ころのスラスト力を受けるので、従来の９０度に折り曲げたフランジ部でスラスト力を受ける場合に比べて、大きなスラスト力に耐えることができる。従って、高入力トルクの要求に対応することが可能となる。
（２）の構成の底付きシェル型総ころ軸受によれば、良好なプレス成形性を維持しながら、高い強度を発揮することができる。

前述した目的を達成するために、本発明に係る底付きシェル型総ころ軸受は、下記（３）〜（７）を特徴としている。
（３）一端が開口し他端が塞がれた有底筒状のシェル型の外輪と、該外輪に組み込まれる複数のころと、を有し、前記複数のころが前記外輪の内周面と軸部材の外周面との間で転動自在に配置される底付きシェル型総ころ軸受において、
前記外輪の開口側には、該軸部材の段部によってスラスト方向に位置決めされる状態で前記軸部材の外周面に嵌合されるリングが設けられ、該リングは、前記ころの軸方向一端面に対向するストッパ部を形成することを特徴とする底付きシェル型総ころ軸受。
（４）前記リングの外周面には、前記外輪の開口と前記軸部材との隙間を密封するシール部材が嵌合されることを特徴とする（３）に記載の底付きシェル型総ころ軸受。
（５）前記リングの外周面には段部が設けられており、該段部によって前記シール部材が軸方向に位置決めされることを特徴とする（４）に記載の底付きシェル型総ころ軸受。
（６）前記外輪の開口側の端部が内方に傾斜していることを特徴とする（３）〜（５）のいずれかに記載の底付きシェル型総ころ軸受。
（７）前記シール部材は、前記外輪の開口側の端部の内周面と押圧接触する第１シール部と、前記外輪の開口側の端部の外周面と押圧接触する第２シール部と、を有することを特徴とする（３）〜（６）のいずれかに記載の底付きシェル型総ころ軸受。

（３）の構成のシェル型総ころ軸受によれば、軸部材に嵌合したリングによって、ころのスラスト力を受けるようにしたので、従来の９０度に折り曲げたフランジ部でスラスト力を受ける場合に比べて、大きなスラスト力に耐えることができる。従って、高入力トルクの要求に対応することが可能となる。
（４）の構成のシェル型総ころ軸受によれば、前記リングの外周に、外輪の開口と軸部材の隙間を密封するシール部材を嵌合したので、潤滑条件を良好に維持することができる。
（５）の構成のシェル型総ころ軸受によれば、シール部材の位置決めを確実に行うことができる。
（６）の構成のシェル型総ころ軸受によれば、外輪をその開口側からユニバーサルジョイントのヨークの軸受孔に容易に嵌合することができる。
（７）の構成のシェル型総ころ軸受によれば、より確実に軸受内部を密閉することができる。

前述した目的を達成するために、本発明に係るユニバーサルジョイントは、下記（８）を特徴としている。
（８）（１）〜（７）のいずれかに記載の底付きシェル型総ころ軸受と、各々二股アームを有する一対のヨークと、両ヨークを揺動自在に連結する、前記軸部材としての十字型のスパイダと、を有するユニバーサルジョイントにおいて、
前記外輪は前記二股アームの軸受孔に圧入され、前記ころは前記外輪の内周面と前記スパイダの軸部の外周面との間で転動自在に配置されることを特徴とするユニバーサルジョイント。

（８）の構成のユニバーサルジョイントによれば、外輪の破損を無くすことができて、高入力トルクの要求に対応することが可能となる。

本発明によれば、シェル型の外輪の破損防止を図ることができ、高入力トルクの要求に対応することが可能になる。

以下、本発明の各実施形態に係る底付きシェル型総ころ軸受、及びユニバーサルジョイントを図面に基づいて詳細に説明する。

＜第１実施形態＞
図１は、第１実施形態の底付きシェル型総ころ軸受を使用したユニバーサルジョイントの一部構成を示す断面図、図２（ａ）は、図１のシェル型総ころ軸受を取り出して示す拡大断面図、図２（ｂ）は（ａ）のＩＩ部拡大図である。

図１に示すように、本実施形態のユニバーサルジョイントは、各々二股アーム５１を有する一対のヨーク５０（片側のみ図示）と、これらヨーク５０を傾動自在に連結する十字型のスパイダ６０と、を有している。ヨーク５０の各アーム５１の先端には軸受孔５２が設けられ、スパイダ６０には、中央のブロック６５から互いに直交する方向に一対の軸部（軸部材）６１、６２が突設されている。そして、スパイダ６０の各軸部６１、６２がそれぞれアーム５１の軸受孔５２内に挿入され、各軸受孔５２とスパイダ６０の軸部６１（６２）との間に、底付きシェル型総ころ軸受１０が設けられ、これら軸受１０により、スパイダ６０の軸部６１（６２）がアーム５１に回転自在に支持されている。

底付きシェル型総ころ軸受１０は、図２に示すように、一端が開口し他端が塞がれた有底筒状のシェル型の外輪１１と、この外輪１１の内周に転動自在に配列された多数のころ１２とを有する。外輪１１は、鋼板を底壁１３と周壁１５とを有するカップ状に絞り加工することで構成されている。外輪１１の周壁１５の開口側の端部には、該端部を内周側に折り返すことにより環状の折り返し部１６が形成され、その環状の折り返し部１６の先端１６ａが、ころ１２の軸方向一端面に対向するストッパ部を形成し、スキュー時にころ１２に作用するスラスト力を受け止める。また、外輪１１の底壁１３の内面外周付近には、ころ１２の他端を軸方向に位置決めする環状凸部１４が設けられている。図において、矢印Ａはスキュー方向、矢印Ｂはスラスト力のかかる方向を示している。スキュー方向はユニバーサルジョイントの揺動方向に応じて逆方向にもなる。

折り返し部１６は、周壁１５の開口側の縁端を約１８０°の角度で折り返すことにより形成されており、図２（ｂ）に示す標準タイプのものでは、折り返し部１６の根元の折り曲げ半径Ｒの大きさが、Ｒ＝０．０５〜０．２０ｍｍの範囲に設定され、それにより、折り返し部１６と周壁１５の内周面との間に隙間１７が確保されている。また、折り返し部１６の板厚Ｔは、周壁１５のものより薄肉に形成されており、折り返し部１６の板厚Ｔに対する折り返し部１６の長さＳは、Ｓ＝３Ｔ〜６Ｔの範囲に設定されている。

このように、ころ１２のスラスト力を受ける部分を、従来のフランジ部の代わりに、折り返し部１６にしたことにより、従来よりも大きなスラスト力に耐えることができるようになる。従って、高入力トルクの要求に対応することが可能となる。また、折り返し部１６の寸法を標準タイプに設定することにより、良好なプレス成形性を維持しながら、高い強度を発揮することができる。例えば、シミュレーション解析した結果によれば、従来品よりも、破損箇所において、応力を５０％低減できることが確認できた。

従って、本実施形態の軸受と従来の軸受を比較した場合、スキュー時のスラスト力に対する強度や外輪１１の剛性については、本実施形態の方が従来品よりも格段に性能を高めることができると言える。また、外輪の加工については、従来品と同様にプレスで行うことができるので、従来品と同等の加工性を維持することができると言える。また、ヨーク５０に対する軸受１０の圧入方向については、従来品の場合、開口側がフランジ部を有しており、強く押せないことから、密閉側からのみの圧入に制限されていたが、本実施形態の軸受の場合は、フランジ部ではなくて折り返し部１６があることにより、外輪１１の開口側の軸方向剛性が格段に高くなるので、密閉側ばかりでなく、開口側からも軸受をヨークに圧入できるというメリットが得られる。

なお、折り返し部１６の寸法条件は、図２（ｂ）に示すような標準タイプであることが望ましいが、折り曲げ半径Ｒの大小や、周壁１５に対する折り返し部１６の角度の違いが多少あっても、軸受の機能を損なわない範囲において、自由に変更可能である。

例えば、図３（ａ）に示すタイプのものでは、折り曲げ半径Ｒを０．０５未満に小さくしている。このタイプでは、折り曲げ部に対する応力集中が大きくなるため、標準タイプのほうがより高強度である。

また、図３（ｂ）に示すタイプのものでは、折り曲げ半径Ｒをゼロにしている。このタイプに比べると、標準タイプのほうがより高強度であり、プレス成形性も良好である。

また、図３（ｃ）に示すタイプのものでは、折り曲げ半径Ｒを０．２０ｍｍを超える大きさにしている。このタイプでは、折り曲げ部の応力集中は低減できるが、折り曲げ部１６が開きやすくなり、そのために応力が大きくなる傾向がある。

また、図３（ｄ）に示すタイプのものでは、周壁１５の先端を１８０°よりも小さい角度（例えば、１５０°〜１７０°）だけ折り返すことで、傾き角度の付いた状態で折り返し部１６を形成している。この場合、折り曲げ部１６が開きやすくなり、そのために応力が大きくなる傾向がある。

＜第２実施形態＞
図４は第２実施形態の底付きシェル型総ころ軸受を使用したユニバーサルジョイントの一部構成を示す断面図、図５は図４のシェル型総ころ軸受を取り出して示す拡大断面図である。なお、第１実施形態と同一または同等部分については、同一符号を付して説明を省略或いは簡略化する。

図４に示すユニバーサルジョイントでは、アーム５１の各軸受孔５２とスパイダ６０の軸部６１（６２）との間に、底付きシェル型総ころ軸受２０が設けられており、これら軸受２０により、スパイダ６０の軸部６１（６２）がアーム５１に回転自在に支持されている。

底付きシェル型総ころ軸受２０は、図５に示すように、一端が開口し他端が塞がれた有底筒状のシェル型の外輪２１と、この外輪２１の内周に転動自在に配列された多数のころ１２とを有するもので、外輪２１は、鋼板を底壁２３と周壁２５とを有するカップ状に絞り加工することで構成されている。外輪２１の周壁２５の開口側の端部２６はフランジ部は形成されず、略肉厚一様でストレートに延びている。また、外輪２１の底壁２３の内面外周付近には、ころ１２の他端を軸方向に位置決めする環状凸部２４が設けられている。

外輪２１の開口側には、軸部６１とブロック６５の境界の段部６６によってスラスト方向に位置決めされる状態で、スパイダ６０の軸部６１の外周面にリング２７が嵌合される。これにより、リング２７の端面が、ころ１２の軸方向一端面に対向するストッパ部を形成し、スキュー時にころ１２に作用するスラスト力を受け止める。また、リング２７の外周面には、外輪２１の開口とスパイダの軸部６１との隙間を密封するシール部材２８が嵌合されており、外輪２１の開口側の端部２６の内周面を押圧接触する。

このように、スパイダ６０の軸部６１に嵌合したリング２７によって、ころ１２のスラスト力を受けるようにしているので、従来の９０度に折り曲げたフランジ部でスラスト力を受ける場合に比べて、大きなスラスト力に耐えることができる。従って、高入力トルクの要求に対応することが可能となる。また、リング２７の外周に、外輪２１の開口とスパイダ６０の軸部６１の隙間を密封するシール部材２８を嵌合したので、ころ１２が転動する領域の潤滑条件を良好に維持することができる。

＜第３実施形態＞
図６は、ユニバーサルジョイントに使用される第３実施形態の底付きシェル型総ころ軸受を示す拡大断面図である。この実施形態では、シェル型総ころ軸受２０Ｂの外輪２１の開口側の端部２６を、内方に僅かに傾斜させている。傾斜角度は、シール部材２８を傷つけない範囲であればよい。このようにすることで、外輪２１をヨーク５０の軸受孔５２に組み込むときの組み込み性を向上させることができる。
なお、その他の構成については第２実施形態と同様であり、第２実施形態と同一または同等部分については、同一符号を付して説明を省略或いは簡略化する。

＜第４実施形態＞
図７は、ユニバーサルジョイントに使用される第４実施形態のシェル型総ころ軸受を示す拡大断面図である。この実施形態では、シェル型総ころ軸受２０Ｃのリング２７の外周に段部２７ａを設け、その段部２７ａによってシール部材２８が軸方向に位置決めされる。従って、シール部材２８の位置決めを確実に行うことができる。
なお、その他の構成については第２実施形態と同様であり、第２実施形態と同一または同等部分については、同一符号を付して説明を省略或いは簡略化する。

＜第５実施形態＞
図８は、ユニバーサルジョイントに使用される第５実施形態のシェル型総ころ軸受を示す拡大断面図である。この実施形態では、シェル型総ころ軸受２０Ｄのシール部材２９に、外輪２１の周壁２５の開口側の端部２６の内周面に押圧接触する第１シール部２９ａと、外輪２１の周壁２５の開口側の端部２６の外周面に押圧接触する第２シール部２９ｂとを設けている。これにより、より確実にころ１２が転動する領域を密閉することができる。
なお、その他の構成については第２実施形態と同様であり、第２実施形態と同一または同等部分については、同一符号を付して説明を省略或いは簡略化する。

尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。例えば、上述した実施形態は、実施可能な範囲において、任意に組み合わせて構成してもよい。

本発明の第１実施形態のシェル型総ころ軸受を使用したユニバーサルジョイントの一部構成を示す断面図である。（ａ）は図１のシェル型総ころ軸受だけを取り出して示す拡大断面図であり、（ｂ）は(ａ)のＩＩ部の拡大図である。（ａ）〜（ｄ）は、図２（ｂ）と同部分のその他の例を示す図である。本発明の第２実施形態のシェル型総ころ軸受を使用したユニバーサルジョイントの一部構成を示す断面図である。図４のシェル型総ころ軸受周辺の拡大断面図である。本発明の第３実施形態のシェル型総ころ軸受を使用したユニバーサルジョイントの図５と同様の部分を示す拡大図である。本発明の第４実施形態のシェル型総ころ軸受を使用したユニバーサルジョイントの図５と同様の部分を示す拡大図である。本発明の第５実施形態のシェル型総ころ軸受を使用したユニバーサルジョイントの図５と同様の部分を示す拡大図である。従来のユニバーサルジョイントの一部構成を示す断面図である。図９のユニバーサルジョイントにおける軸受の破損時の状態を示す部分拡大図である。他の従来のユニバーサルジョイントに使用される軸受の拡大断面図である。さらに他の従来のシェル型ころ軸受を示す断面図である。

符号の説明

１０シェル型総ころ軸受
１１外輪
１２ころ
１５周壁
１６折り返し部
２０，２０Ｂ，２０Ｃ，２０Ｄシェル型総ころ軸受
２７リング
２７ａ段部
２８，２９シール部材
２９ａ第１シール部
２９ｂ第２シール部
５０ヨーク
５１アーム
５２軸受孔
６０スパイダ
６１，６２軸部（軸部材）
６６段部

Claims

一端が開口し他端が塞がれた有底筒状のシェル型の外輪と、該外輪に組み込まれる複数のころと、を有し、前記複数のころが前記外輪の内周面と軸部材の外周面との間で転動自在に配置される底付きシェル型総ころ軸受において、
前記外輪は、その開口側の端部を内周側に折り返すことにより環状の折り返し部を有し、該環状の折り返し部の先端は、前記ころの軸方向一端面に対向するストッパ部を形成することを特徴とする底付きシェル型総ころ軸受。
前記折り返し部の根元の内径側折り曲げ半径Ｒの大きさを、Ｒ＝０．０５〜０．２０ｍｍの範囲に設定すると共に、前記折り返し部の板厚Ｔに対する該折り返し部の長さＳを、Ｓ＝３Ｔ〜６Ｔの範囲に設定したことを特徴とする請求項１に記載の底付きシェル型総ころ軸受。
一端が開口し他端が塞がれた有底筒状のシェル型の外輪と、該外輪に組み込まれる複数のころと、を有し、前記複数のころが前記外輪の内周面と軸部材の外周面との間で転動自在に配置される底付きシェル型総ころ軸受において、
前記外輪の開口側には、該軸部材の段部によってスラスト方向に位置決めされる状態で前記軸部材の外周面に嵌合されるリングが設けられ、該リングは、前記ころの軸方向一端面に対向するストッパ部を形成することを特徴とする底付きシェル型総ころ軸受。
前記リングの外周面には、前記外輪の開口と前記軸部材との隙間を密封するシール部材が嵌合されることを特徴とする請求項３に記載の底付きシェル型総ころ軸受。
前記リングの外周面には段部が設けられており、該段部によって前記シール部材が軸方向に位置決めされることを特徴とする請求項４に記載の底付きシェル型総ころ軸受。
前記外輪の開口側の端部が内方に傾斜していることを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の底付きシェル型総ころ軸受。
前記シール部材は、前記外輪の開口側の端部の内周面と押圧接触する第１シール部と、前記外輪の開口側の端部の外周面と押圧接触する第２シール部と、を有することを特徴とする請求項３〜６のいずれかに記載の底付きシェル型総ころ軸受。
請求項１〜７のいずれかに記載の底付きシェル型総ころ軸受と、各々二股アームを有する一対のヨークと、両ヨークを揺動自在に連結する、前記軸部材としての十字型のスパイダと、を有するユニバーサルジョイントにおいて、
前記外輪は前記二股アームの軸受孔に圧入され、前記ころは前記外輪の内周面と前記スパイダの軸部の外周面との間で転動自在に配置されることを特徴とするユニバーサルジョイント。