JP2009534609A

JP2009534609A - ラジアルころ軸受、特に単列球面ころ軸受及びその組立方法

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Publication number: JP2009534609A
Application number: JP2009506907A
Authority: JP
Inventors: ハインリッヒ、ホフマン; ホルスト、デップリング; ライナー、アイドロート; ゲオルク、ゴッペルト
Original assignee: Schaeffler KG
Current assignee: IHO Holding GmbH and Co KG
Priority date: 2006-04-26
Filing date: 2007-04-17
Publication date: 2009-09-24
Anticipated expiration: 2027-04-17
Also published as: CN101432538A; US20090185770A1; BRPI0710877A2; EP2013499A1; EP2013499B1; DE502007003307D1; KR20080110646A; US8419289B2; JP5172823B2; CN101432538B; WO2007121711A1; KR101340123B1; DE102006019228A1; BRPI0710877A8; ATE462891T1

Abstract

本発明は外レース（２）、内レース（３）及びこれらのレース（２、３）の間に配置され、球基本形から対称に平面をとったそれぞれ２つの側面（６、７）を有する多数の球面ころ（５）からなる、単列球面ころ軸受として形成されたラジアルころ軸受に関する。これらの球面ころ（５）は保持器（４）によって均等な相互間隔で保持され、その接触面（８）がそれぞれ２つの軸方向リム（１３、１４及び１５、１６）で画定された２つの溝状の軌道（１１、１２）の中で転動する。その場合球面ころ（５）の側面（６、７）の間の幅（ｂ_K）は球基本形の直径（ｄ_K）の少なくとも７０％であり、従ってレース（２、３）の軌道（１１、１２）の軸方向リム（１３、１５及び１４、１６）の間隔（ａ_B）より大きい。本発明に基づき２つのレース（２、３）の軌道（１１、１２）は極めて拡大された深さ（ｔ_LA、ｔ_LI）及び幅（ｂ_LA、ｂ_LI）で形成されており、このため軸受縦軸（１７）の両側で２５°に及ぶ使用圧力角で変動軸方向荷重のもとでも球面ころ（５）の接触面（８）がレース（２、３）の軌道（１１、１２）と完全に線接触し、またレース（２、３）の軌道（１１、１２）の半径方向に相対するリム（１３、１５及び１４、１６）の間隔（ａ_B）が狭いため、レース（２、３）を互いに偏心に配置した場合でも間隔（ａ_Bex）は球面ころ（５）の球基本形の直径（ｄ_K）より小さい。

Description

本発明は請求項１の上位概念を構成する特徴に基づく、高い軸方向荷重に適したラジアルころ軸受及び上記のラジアルころ軸受の組立方法に係り、例えば自動車マニュアルトランスミッションの固定軸受として使用される単列球面ころ軸受で特に有利に実現される。

高い軸方向力を負荷することもできるラジアルころ軸受として、実際にはとりわけ単列深溝玉軸受が使用される。この軸受は均等な高い半径方向及び軸方向荷重容量を有し、摩擦が少なく、あらゆる種類の軸受で最高の限界回転数を有するからである。この深溝玉軸受は周知のように外レース、内レース及び転動体としてレースの間に配置された複数個の軸受玉からなる。その場合外レースの内側と内レースの外側にそれぞれ溝状の軌道が凹設されており、軌道はそれぞれ２つの軸方向リムで画定され、軌道の中で軸受玉は保持器により均等な相互間隔で案内される。深溝玉軸受への軸受玉の挿入はたいていドイツ特許ＤＥ１６８４９９で周知の偏心組立法で行われる。この方法では２つのレースが互いに偏心に配置され、それによってレースの間に生じる自由空間に軸受玉を充填する。次に２つのレースの弾性を利用して内レースを外レースに対して同心の位置に置き、最後に軸受玉をレースの軌道に均等に配分し、保持器を挿入することができる。

ところが実際に判明したところでは、このような深溝玉軸受は最大限取り付け可能な玉の数が少なく、その数は内レース及び外レースの寸法並びに玉の直径に左右されるため、とりわけ軸受の半径方向荷重容量に関して限界がある。そこでこれまでに多数の解決策、例えば外レースと内レースの軌道の相対するリムに配置されたドイツ特許ＤＥ１５１４８３による無閉鎖の挿入口又は同様に形成されたドイツ特許公開ＤＥ２４０７４７７Ａ１による閉鎖可能な挿入口が提案された。この解決策によれば玉の数を増やすことにより深溝玉軸受の半径方向荷重容量の増加が得られるとのことであったが、多数の欠点のため実際には普及しなかった。

ラジアルころ軸受の転動体の数を増加する別のやり方がさらにドイツ特許ＤＥ３１１３１７により初めて知られるところとなり、ドイツ特許公開ＤＥ４３３４１９５Ａ１によってさらに改良された。ところが元来単列深溝玉軸受として形成されたこのラジアルころ軸受では転動体が玉でなく、球基本形から対称に平面をとった、互いに平行に配置された２つの側面を設けたいわゆる球面ころからなる。この球面ころの側面の間の幅はレースの軌道の半径方向に相対する軸方向リムの間隔より狭く形成されているから、軸受への球面ころの充填はいわゆる軸方向組立法で行うことができる。その場合球面ころは内レースと外レースの間の間隔を軸方向に通って軸受に挿入することができる。次に球面ころの中心点が軌道の軸線の高さに来たならば、球面ころをあるいは垂直に、あるいは水平に９０°回転して、その接触面がレースの軌道の中で転動できるようにする。

この特殊な構造の球面ころを軸受に軸方向に挿入して、ラジアルころ軸受を多数の転動体でほぼ完全に充填し、高い半径方向荷重のために利用することが可能であるにかかわらず、このような球面ころ軸受は軸受の軸方向荷重容量に関していずれにせよ折衷案にすぎない。これは次のことに原因がある。即ち球面ころは軸受に軸方向に挿入できるように側面の間の幅を小さく形成せざるを得ず、また軸受全体にあまり大きな半径方向すき間を生じないで、転動体が使用位置で回転することを可能にするために、レースの球面ころの軌道を比較的平坦に形成せざるを得ないのである。ところが球面ころの比較的平坦な軌道は、軌道の中で軸方向に傾くことによって、軸方向に作用する使用圧力角に適応する場合、球面ころにとって利用可能な支持面があまりに少ないため、このような球面ころ軸受のとりわけ軸方向荷重容量は極めて小さく、従ってこの種の球面ころ軸受は高い軸方向荷重には不適当である。

そこでこれらの欠点を回避するために、本願の出願の時点で未公開の、出願番号１０２００５０１４５５６．６の特許出願は、球面ころの側面の間の幅を球基本形の直径の少なくとも７０％に拡大し、レースの球面ころの溝状軌道を球面ころの球基本形の直径の１７％〜１９％の深さ及び７５％〜７８％の幅で形成することを提案する。それによって在来の深溝玉軸受の玉とレースの軌道の場合のように、球面ころの球基本形の周囲の約４５％という、軸受の半径方向及び軸方向荷重容量を高める、球面ころと軌道の総接触面が生じるからである。ところが転動体軌道を画定する内レースと外レースのリムの間隔は球面ころの幅より小さいから、ラジアルころ軸受への球面ころの挿入はやはり周知の偏心組立法で行わなければならない。この方法では互いに偏心に配置された２つのレースの半径方向に相対するリムの最大間隔の場所で、球面ころを垂直の姿勢で横から転動体軌道に挿入し、その側面を相接してレースの間の自由空間にずらせる。ところが球面ころの平坦な側面は、偏心組立法でも単列深溝玉軸受に比して多数の転動体を軸受に取り付けることを可能にする。軸受に球面ころを充填した後、内レースを外レースと同心の位置に持ってゆき、球面ころを軌道の基準円上に均等な相互間隔で配分し、９０°旋回して、軌道に沿って配置された使用位置に置き、最後に保持器をラジアルころ軸受に挿着する。

このように形成された球面ころ軸受によって球面ころはレースの軌道に対して大きな接触面を有し、軸受に在来の単列深溝玉軸受より多数の転動体を装備することができるので、とりわけ軸受の半径方向荷重容量を在来の深溝玉軸受に比して高め、軸受の軸方向取付けスペースと重量を減少することができた。ところが軸受の軸方向荷重容量の増加は比較的少なかった。球面ころの軌道は、深くしたにしても、軌道内で軸方向に傾くことにより作用する使用圧力角に適応する場合、球面ころを完全に支えるには依然としてあまりに平坦であるため、このような球面ころ軸受は極めて高い使用圧力角で変動軸方向荷重に対しては依然として不適当だからである。

そこで周知の先行技術の解決策の上記の欠点から出発して、本発明の根底にあるのは、半径方向荷重容量が高いだけでなく、軸受縦軸の両側で高い使用圧力角で変動軸方向荷重にも適合するラジアルころ軸受、特に単列球面ころ軸受を案出するという課題である。

請求項１の上位概念の特徴を有するラジアルころ軸受で、この課題は本発明に基づき２つのレースの軌道を極めて拡大された深さ及び幅で形成し、このため軸受縦軸の両側で２５°に及ぶ使用圧力角で変動軸方向荷重のもとでも球面ころの接触面がレースの軌道に対して完全に線接触し、またレースの軌道の半径方向に相対するリムの間隔が狭いため、レースを互いに偏心に配置した場合でもこの間隔が球面ころの球基本形の直径より小さいことによって解決される。

本発明に基づき形成されたラジアルころ軸受の好ましい実施態様と改良が従属請求項で記述される。

それによれば請求項２及び３に基づき本発明に基づくラジアルころ軸受で、外レースの内側及び内レースの外側の軌道は球面ころの球基本形の直径の２５％以上の深さを有し、一方、レースの軌道の幅は球面ころの球基本形の直径の８５％以上となっている。その場合このような寸法による軌道の形成は明かに在来の深溝玉軸受の軌道寸法を超えており、球面ころが半径方向すき間に応じて２５°に及ぶ使用圧力角でも軌道に対して１００％の潤滑度を有し、こうして軸受が全半径方向荷重とともに極めて高い軸方向荷重容量を維持することを保証する。

請求項４及び５によれば、本発明に基づき形成されたラジアルころ軸受はさらにレースを互いに同心に配置した場合は軌道の半径方向に相対する軸方向リムの間隔が球面ころの球基本形の直径の約４０％〜５０％にすぎず、レースを互いに偏心に配置した場合はこれらの軸方向リムの最大間隔が球面ころの球基本形の直径の７５％〜９０％であることを特徴とする。従って球基本形の７０％という球面ころの側面の幅では、周知の軸方向組立法でも在来の偏心組立法でも球面ころをラジアルころ軸受に挿入するのは差当たり不可能と思われる。いずれの方法でも軌道のリムの間隔が小さすぎるからである。

そこでこのようなラジアルころ軸受の請求項６による本発明の組立方法は、まず周知のように内レースを外レースに挿入し、これらのレースを共通の半径方向軸線上で互いに偏心の位置に配置するという、球面ころの改良偏心組立法である。しかしその場合、周知の偏心組立法と違って、第１の球面ころをレースに対して側面を垂直でなく接線方向に向けた状態でレースの半径方向に相対するリムの最大間隔の場所で差し込み、続いてこの第１の球面ころをレースの軌道の中へ９０°傾けて軌道を横切る姿勢にし、この姿勢でレースの間の第１の横中間位置にずらせる。次に第２の球面ころをレースに対して側面を接線方向に向けた状態でリムの最大間隔の場所でレースの間に差し込み、同じくレースの軌道の中へ９０°傾けて軌道を横切る姿勢にし、この姿勢でレースの間の第２の横中間位置にずらせる。

ラジアルころ軸受への球面ころの最大可能な充填に至るまで上記の段階を交互に繰り返し、続いて偏心組立法で周知のように内レースを外レースに対して再び同心の位置にずらせることができる。次に挿入したすべての球面ころを軌道を横切る姿勢でレースの軌道の全周又はその基準円に均等な間隔で配分し、９０°回転することによって軌道に沿って配置された使用位置に置き、最後にレースのリムの間の間隔を通って保持器の挿入を行うことができる。

本発明に基づき形成された球面ころ軸受はこうして非常に深く、非常に広幅の球面ころ軌道を形成することと、球基本形の直径の７０％という最適な幅で球面ころを形成することとの組合せによって、先行技術で周知の球面ころ軸受に比して今や半径方向荷重容量が高いだけでなく、軸受縦軸の両側で高い使用圧力角のもとで変動軸方向荷重にも適合するという利点を有する。

次に添付の図面を参照して、本発明に基づき形成されたラジアルころ軸受の好ましい実施形態を詳述する。

単列球面ころ軸受として形成され、おおむね外レース２、内レース３及びこれらのレース２、３の間に配置され、球基本形から対称に平面をとった、互いに平行に配置されたそれぞれ２つの側面６、７を有する多数の球面ころ５からなるラジアルころ軸受１が図１及び図２で明らかである。これらの球面ころ５は、保持器４によって周方向に均等な相互間隔で保持され、その接触面８が外レース２の内側９及び内レース３の外側１０に凹設された溝状の軌道１１、１２の中で転動することがはっきり判る。軌道１１、１２はそれぞれ２つの軸方向リム１３、１４及び１５、１６によって画定される。なお、球面ころ５は、図３で明かなように側面６、７の間に球基本形の直径ｄ_Kの約７０％の幅ｂ_Kを有し、従ってレース２、３の軌道１１、１２の半径方向に相対する軸方向リム１３、１５及び１４、１６の間隔ａ_Bより幅広である。

このように形成されたラジアルころ軸受１を極めて高い軸方向荷重容量を持たせて形成するために、２つのレース２、３の軌道１１、１２は、図２及び３で判るように、本発明に基づき極めて拡大された深さｔ_LA、ｔ_LI及び幅ｂ_LA、ｂ_LIで形成されており、このため軸受縦軸の両側で２５°に及ぶ使用圧力角で変動軸方向荷重のもとでも球面ころ５の接触面８はレース２、３の軌道１１、１２と完全に線接触する。その場合レース２、３の軌道１１、１２の半径方向に相対する軸方向リム１３、１５及び１４、１６の間の、図３に示した間隔ａ_Bが狭いため、図４に示すようにレース２、３を互いに偏心に配置した場合でも、間隔ａ_Bexは球面ころ５の球基本形の直径ｄ_Kより小さい。

その場合具体的な構成として、外レース２の内側９及び内レース３の外側１０の軌道１１、１２の深さｔ_LA、ｔ_LIは球面ころ５の球基本形の直径ｄ_Kの約３０％であり、一方、軌道１１、１２の幅ｂ_LA、ｂ_LIは球面ころ５の球基本形の直径ｄ_Kの約９０％である。またレース２、３を図示のように互いに同心に配置した場合は、軌道１１、１２の半径方向に相対する軸方向リム１３、１５及び１４、１６の間隔ａ_Bは球面ころ５の球基本形の直径ｄ_Kの約４０％にすぎず、図４に示すようにレース２、３を互いに偏心に配置した場合は、これらの軸方向リムの間の最大間隔ａ_Bexが球面ころ５の球基本形の直径ｄ_Kの約８０％である。軌道１１、１２をこのような寸法で形成することによって、球面ころ５は２５°に及ぶ使用圧力角でも軌道１１、１２に対して１００％の潤滑度を有し、こうして軸受の全半径方向荷重とともに極めて高い軸方向荷重容量を保証するが、同時に軌道１１、１２の軸方向リム１３、１５及び１４、１６の間隔ａ_B又はａ_Bexがあまりに小さいため、従来周知の軸方向及び偏心組立法ではもはや球面ころ５を組み立てることができない。

そこでこのように形成されたラジアルころ軸受１で球面ころ５の組立は本発明に基づき改良偏心組立法で行われる。この方法ではまず図４に示すように外レース２の中へ内レース３を周知のように挿入し、レース２、３を共通の半径方向軸線上で互いに偏心の位置に配置する。しかしこの偏心組立法で新規なのは次の点である。即ち次に第１の球面ころ５をレース２、３の半径方向に相対するリム１３、１５及び１４、１６の最大間隔ａ_Bexの場所で、図４及び５に示すようにレース２、３に対して側面６、７を接線方向に向けた状態で第１の球面ころ５を差し込み、続いてこの第１の球面ころ５をレース２、３の軌道１１、１２の中へ９０°傾けて軌道１１、１２を横切る姿勢にし、この姿勢で図４の垂直の中心軸の左に示した、レース２、３の間の第１の横中間位置にずらせる。次にレース２、３の間のリム１３、１５及び１４、１６の間の最大間隔ａ_Bexの場所で第２の球面ころ５をレース２、３に対して側面６、７を接線方向に向けた状態で差し込み、やはりレース２、３の軌道１１、１２の中へ９０°傾けて軌道を横切る姿勢にし、この姿勢で図４の垂直の中心軸の右側に示した、レース２、３の間の第２の横中間位置にずらせる。

次にラジアルころ軸受１への球面ころ５の最大可能な充填に至るまで、上記の段階を交互に繰り返し、続いて内レース３を外レース２に対して同心の位置へ周知のようにずらせることができる。次に挿入したすべての球面ころ５を軌道１１、１２を横切る姿勢で基準円上に均等な間隔で配分し、９０°回転することによって、軌道１１、１２に沿って配置された、図１に示した使用位置に置き、最後にレース２、３のリム１３、１５及び１４、１６の間の間隔ａ_Bを通って保持器４を挿入することができる。

本発明に基づき形成された球面ころ軸受の立体概観図を示す。本発明に基づき形成された球面ころ軸受の横断面図を示す。本発明に基づき形成された球面ころ軸受の横断面図の半分の、図２の細部Ｘに基づく拡大図を示す。本発明に基づき形成された球面ころ軸受の球面ころの組立の際の側面図を示す。本発明に基づき形成された球面ころ軸受の球面ころの組立の際の横断面図を示す。

符号の説明

１ラジアルころ軸受
２外レース
３内レース
４保持器
５球面ころ
６５の側面
７５の側面
８５の接触面
９２の内側
１０３の外側
１１９の軌道
１２１０の軌道
１３１１のリム
１４１１のリム
１５１２のリム
１６１２のリム
１７軸受縦軸
ｂ_K ５の幅
ｄ_K ５の球基本形の直径
ｔ_LA １１の深さ
ｔ_LI １２の深さ
ｂ_LA １１の幅
ｂ_LI １２の幅
ａ_B １３と１５又は１４と１６の間の間隔
ａ_Bex２及び３の偏心配置の場合の１３と１５又は１４と１６の間隔

Claims

おおむね外レース（２）、内レース（３）及びこれらのレース（２、３）の間に配置され、保持器（４）によって周方向に均等な相互間隔で保持された多数の球面ころ（５）からなり、球面ころ（５）が球基本形から対称に平面をとった、互いに平行に配置されたそれぞれ２つの側面（６、７）を有し、その接触面（８）が外レース（２）の内側（９）及び内レース（３）の外側（１０）に凹設された２つの溝状の軌道（１１、１２）の中で転動し、軌道（１１、１２）がそれぞれ２つの軸方向リム（１３、１４及び１５、１６）によって画定され、球面ころ（５）の側面（６、７）の間の幅（ｂ_K）が球基本形の直径（ｄ_K）の少なくとも７０％であり、レース（２、３）の軌道（１１、１２）の半径方向に相対する軸方向リム（１３、１５及び１４、１６）の間隔（ａ_B）より大きいラジアルころ軸受、特に単列球面ころ軸受において、
軸受縦軸（１７）の両側で２５°に及ぶ使用圧力角で変動軸方向荷重のもとでも球面ころ（５）の接触面（８）がレース（２、３）の軌道（１１、１２）と完全に線接触するように、２つのレース（２、３）の軌道（１１、１２）が極めて拡大された深さ（ｔ_LA、ｔ_LI）及び幅（ｂ_LA、ｂ_LI）で形成されており、かつ、レース（２、３）を互いに偏心に配置した場合でも間隔（ａ_Bex）が球面ころ（５）の球基本形の直径（ｄ_K）より小さくなるように、レース（２、３）の軌道（１１、１２）の半径方向に相対するリム（１３、１５及び１４、１６）の間隔（ａ_B）が狭くなっていることを特徴とするラジアルころ軸受。
外レース（２）の内側（９）及び内レース（３）の外側（１０）の軌道（１１、１２）が球面ころ（５）の球基本形の直径（ｄ_K）の２５％以上の深さ（ｔ_LA、ｔ_LI）を有することを特徴とする請求項１に記載のラジアルころ軸受。
外レース（２）の内側（９）及び内レース（３）の外側（１０）の軌道（１１、１２）が球面ころ（５）の球基本形の直径（ｄ_K）の８５％以上の幅（ｂ_LA、ｂ_LI）を有することを特徴とする請求項２に記載のラジアルころ軸受。
レース（２、３）を互いに同心に配置したとき、軌道（１１、１２）の半径方向に相対する軸方向リム（１３、１５及び１４、１６）の間隔（ａ_B）が球面ころ（５）の球基本形の直径（ｄ_K）の約４０％から５０％にすぎないことを特徴とする請求項３に記載のラジアルころ軸受。
レース（２、３）を互いに偏心に配置したとき、軌道（１１、１２）の半径方向に相対する軸方向リム（１３、１５及び１４、１６）の間隔（ａ_Bex）が球面ころ（５）の球基本形の直径（ｄ_K）の７５％から９０％であることを特徴とする請求項４に記載のラジアルころ軸受。
まず内レース（３）を外レース（２）の中に挿入し、レース（２、３）を共通の半径方向軸線上で互いに偏心の位置に配置して行う、請求項１の特徴を有するラジアルころ軸受の組立方法において、下記のその後の段階、即ち
ａ）レース（２、３）の半径方向に相対するリム（１３、１５及び１４、１６）の最大間隔（ａ_Bex）の場所で、レース（２、３）に対して側面（６、７）を接線方向に向けた状態で第１の球面ころ（５）を差し込み、
ｂ）球面ころ（５）をレース（２、３）の軌道（１１、１２）の中へ９０°傾けて軌道を横切る姿勢にし、この姿勢で球面ころ（５）をレース（２、３）の間の第１の横中間位置にずらし、
ｃ）レース（２、３）の軸方向に相対するリム（１３、１５及び１４、１６）の最大間隔（ａ_Bex）の場所で、レース（２、３）に対して側面（６、７）を接線方向に向けた状態で第２の球面ころ（５）を差し込み、
ｄ）第２の球面ころ（５）をレース（２、３）の軌道（１１、１２）の中へ９０°傾けて軌道を横切る姿勢にし、この位置で球面ころをレース（２、３）の間の第２の横中間位置にずらし、
ｅ）ラジアルころ軸受（１）への球面ころ（５）の最大可能な充填に至るまで、段階ａ）及びｂ）並びに段階ｃ）及びｄ）を交互に繰り返し、続いて内レース（３）を外レース（２）に対して同心の位置へずらし、
ｆ）挿入したすべての球面ころ（５）を軌道（１１、１２）を横切る姿勢で、レース（２、３）の軌道（１１、１２）の全周に均等な間隔で配分し、
ｇ）挿入した球面ころ（５）を９０°回転して、軌道（１１、１２）に沿って配置された使用位置に置き、最後にレース（２、３）のリム（１３、１４及び１５、１６）の間の間隔（ａ_B）を通って保持器（４）を挿入する
ことを特徴とする方法。