JP2010043733A - プーリ付き転がり軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】転がり軸受の外輪に対する軽金属製のプーリのクリープを防止できると共に、上記クリープを防止する加工に起因する外輪の軌道面の精度の悪化が起こることがないプーリ付き転がり軸受装置を提供すること。
【解決手段】玉軸受１の鋼製の外輪１３の円筒外周面１０に、鋼製の歯付リング２の円筒内周面２０を締まり嵌めにより固定する。歯付リング２の外周面２１のセレーション形状の歯部２３にプーリ３のセレーション形状の歯部３３が噛合するように、軽金属製のプーリ３の内周面３１を歯付リング２の外周面２１に圧入する。
【選択図】図１

Description

本発明は、軽金属製のプーリと、転がり軸受とを有するプーリ付き転がり軸受装置に関する。

従来、プーリ付き転がり軸受装置としては、特開２００６−８３９２６号公報（特許文献１）に記載されているものがある。

このプーリ付き転がり軸受装置は、マグネシウム合金製のプーリと、鋼製の玉軸受とを備え、上記プーリの内周面は、上記玉軸受の外輪の外周面に外嵌されて固定されている。

このプーリ付き転がり軸受装置は、上記外輪の外周面に、環状溝を形成すると共に、上記プーリに、プーリの内周面から径方向の内方に突出する環状の突出部を形成し、上記外輪の上記環状溝に、上記プーリの上記突出部を嵌合させることにより、外輪に対するプーリの相対回転を防止している。

上記従来のプーリ付き転がり軸受装置では、外輪の外周面に、外輪に対するプーリの相対回転を防止するための環状溝を形成することに起因しているから、外輪の軌道溝の精度が悪くなることがある。

一方、上記外輪の軌道溝の精度の悪化を回避するために、マグネシウム合金製のプーリの円筒内周面を、転がり軸受の外輪の円筒外周面に締まり嵌めにより外嵌して固定した場合、マグネシウム合金と、鋼との線膨張係数の違いに起因して、高温において、プーリと、外輪との締め代が小さくなって、プーリが外輪に対してクリープすることがあり、このクリープに起因してプーリ付き転がり軸受装置の寿命が短くなることがある。

特開２００６−８３９２６号公報

そこで、本発明の課題は、転がり軸受の外輪に対する軽金属製のプーリのクリープを防止できると共に、上記クリープを防止する加工に起因する外輪の軌道面の精度の悪化が起こることがないプーリ付き転がり軸受装置を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明のプーリ付き転がり軸受装置は、
鋼製の外輪と、内輪と、転動体とを有する転がり軸受と、
内周面が上記外輪の外周面に締まり嵌めされる一方、外周面に歯部を有する鋼製の歯付リングと、
上記歯付リングの上記歯部に噛合している歯部を内周面に有する軽金属製のプーリと
を備えることを特徴としている。

本発明によれば、歯付リングの内周面が外輪の外周面に締まり嵌めされる構成であって、外輪の外周面にクリープを防止するための部分が形成されることがないから、クリープを防止するための部分の形成に起因する外輪の軌道面の精度の悪化が起こることがない。

また、本発明によれば、転がり軸受の外輪と、外輪に外嵌されて固定されている歯付リングとが、ともに鋼製材料からなっていて、上記外輪と上記歯付リングとが、同程度の線膨張係数を有しているから、高温においても、歯付リングが外輪に対してクリープすることがない。また、上記鋼製の歯付リングの外周面と、軽金属製のプーリとが噛合する構成であるから、プーリが歯付リングに対してクリープすることがない。したがって、プーリとして、リサイクル性に優れて環境に優しい軽金属製のプーリを使用しても、高温においても、その軽金属製のプーリが、転がり軸受の鋼製の外輪に対してクリープすることがない。

また、一実施形態では、
上記軽金属製のプーリは、上記歯付リングの上記外周面にダイカスト成形で形成されている。

上記実施形態によれば、軽金属製のプーリを、歯付リングの外周面にダイカスト成形で形成するから、歯付リングの外周面に形成される歯部の精度がいかなる精度であっても、歯付リングの歯部が存在する外周面に、溶けた軽金属を流し込んで圧力を与えるだけで、軽金属製プーリと、歯付リングとの接合が、軽金属製プーリと歯付リングとの間に空隙が存在しない密な接合になる。したがって、圧入による形成、すなわち、歯付リングの外周面に、精度高い歯部を形成し、かつ、軽金属製プーリの内周面に、歯付リングの歯部に噛合する精度高い歯部を形成することが必要不可欠な形成法と比較して、歯付リングの外周面に形成される歯部に精度が要求されることがなくて、工数および製造コストを格段に低減することができる。

また、上記実施形態によれば、例えば、数百℃程度の非常に高温の液状の軽金属を、歯付リングの外周面に流し込んで、軽金属と、歯付リングとを接合する構成であるから、数百℃程度で締め代が零になる軽金属と歯付リングの接合を実現できる。すなわち、常温においては、軽金属の強烈な収縮に起因して、軽金属製プーリと歯付リングとの接合が、非常に大きい締め代を有する強烈な締まり嵌めになる。したがって、軽金属製プーリと、歯付リングとの間にがたつきが発生することを確実に防止できる。

本発明のプーリ付き転がり軸受装置によれば、クリープを防止する加工に起因する外輪の軌道面の精度の悪化が起こることがなく、かつ、高温において、軽金属製のプーリが転がり軸受の鋼製の外輪に対してクリープすることを防止できる。

本発明の一実施形態のプーリ付き転がり軸受装置を一方の側面から見たときの模式図である。 上記実施形態の変形例のプーリ付き転がり軸受装置において、軽金属製のプーリの周方向の一部、歯付リングの周方向の一部、および、軸受の周方向の一部を示す模式図である。 第２実施形態のプーリ付き転がり軸受装置の鋼製の歯付リングの斜視図と、歯付リングの軸方向の断面図とを合わせて示した図である。 歯付リングと、その歯付リングに締まり嵌めされているアルミプーリとを示すアルミプーリアッセンブリの軸方向の断面図である。 第２実施形態のプーリ付き転がり軸受装置を示す軸方向の断面図である。

以下、本発明を図示の形態により詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態のプーリ付き転がり軸受装置を一方の側面から見たときの模式図である。

図１に示すように、このプーリ付き転がり軸受装置は、転がり軸受の一例としての玉軸受１と、鋼製の歯付リング２と、プーリ３とを備える。

上記玉軸受１は、外輪１３と、内輪１４と、複数の鋼製の玉（図示せず）とを備える。上記外輪１３、内輪１４および上記玉の夫々は、ＳＵＪ２鋼（高炭素クロム軸受鋼）、ＳＡＥ５１２０浸炭焼入等の浸炭焼入鋼、高速度工具鋼等の鋼製材料からなっている。上記複数の玉は、外輪１３の軌道溝と、内輪１４の軌道溝との間に、保持器（図示せず）によって保持された状態で、周方向に互いに間隔をおいて配置されている。尚、図１において、１０は、外輪１３の円筒外周面を示し、１１は、内輪１４の円筒内周面を示し、１５は、外輪１３と内輪１４との間の開口部を密閉するシール部材を示している。

上記歯付リング２は、Ｓ４５Ｃ鋼等の鋼製材料からなっている。上記歯付リング２は、円筒内周面２０と、セレーション（のこぎり歯）形状の歯部２３を有する外周面２１とを有する。上記歯部２３は、上記外周面２１の周方向の全周にわたって形成されている。また、上記歯部２３は、歯付リング２の軸方向の一方の端面から他方の端面まで軸方向に延在している。上記歯付リング２の円筒内周面２０は、上記外輪１３の円筒外周面１０に締まり嵌めにより外嵌されて固定されている。

上記プーリ３は、例えば、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、マグネシウム合金等の軽金属からなっている。上記プーリ３は、円筒外周面３０と、セレーション（のこぎり歯）形状の歯部３３を有する内周面３１とを有する。上記プーリ３の円筒外周面３０には、図示しないベルトが掛け渡され、回転動力が上記ベルトからプーリ３に伝達されるようになっている。上記プーリ３の内周面３１は、歯付リング２の外周面２１に圧入により固定されている。

図１に示すように、上記プーリ３の内周面３１の歯部３３は、歯付リング２の外周面２１の歯部２３に対応する形状をしている。上記プーリ３の歯部３３は、歯付リング２の歯部２３に噛合している。上記プーリ３の軸方向の両端面の径方向の内方側の部分は、かしめられている。このかしめによって、上記歯付リング２に対するプーリ３の軸方向の移動を防止している。

上記実施形態のプーリ付き転がり軸受装置によれば、歯付リング２の円筒内周面２０が外輪１３の円筒外周面１０に締まり嵌めされる構成であって、外輪１３の円筒外周面１０に、環状溝等、クリープを防止するための部分が形成されることがないから、そのクリープを防止するための部分の形成に起因する外輪１３の軌道溝の精度の悪化が起こることがない。

また、上記実施形態のプーリ付き転がり軸受装置によれば、玉軸受１の外輪１３と、外輪１３に外嵌されて固定されている歯付リング２とが、ともに鋼製材料からなっていて、外輪１３と歯付リング２とが、同程度の線膨張係数を有しているから、高温においても、歯付リング２が外輪１３に対してクリープすることがない。また、上記鋼製の歯付リング２の外周面と、軽金属製のプーリとが噛合する構成であるから、プーリ３が歯付リング２に対してクリープすることがない。したがって、プーリとして、リサイクル性に優れて環境に優しい軽金属製のプーリ３を使用しても、高温においても、その軽金属製のプーリ３が、玉軸受１の鋼製の外輪１３に対してクリープすることがない。

尚、上記実施形態のプーリ付き転がり軸受装置では、転がり軸受が玉軸受１であったが、この発明では、転がり軸受は、ころ軸受等、玉軸受以外の転がり軸受であっても良い。

また、上記実施形態のプーリ付き転がり軸受装置では、外輪１３の材料が、ＳＵＪ２鋼や、ＳＡＥ５１２０浸炭焼入鋼であったが、この発明では、外輪の材料は、その他の軸受鋼やステンレス鋼等の鋼であっても良い。また、上記実施形態のプーリ付き転がり軸受装置では、歯付リングの材料が、Ｓ４５Ｃ鋼であったが、この発明では、歯付リングの材料は、軸受鋼、ステンレス鋼やその他の炭素鋼等の鋼であっても良い。また、転動体は、鋼製材料製であっても、セラミック製であっても良い。

また、上記実施形態のプーリ付き転がり軸受装置では、歯付リング２の歯部２３の形状およびこの歯部２３の形状に対応するプーリ３の歯部３３の形状がセレーション（のこぎり歯）形状であったが、この発明では、歯付リングの外周面の歯部の形状およびこの歯部の形状に対応するプーリの内周面の歯部の形状は、以下の図２で示すように、セレーション形状以外の形状であっても良い。

図２は、上記実施形態の変形例のプーリ付き転がり軸受装置において、軽金属製のプーリ１０３の周方向の一部、鋼製の歯付リング１０２の周方向の一部、および、軸受１０１の周方向の一部を示す模式図である。

尚、図２において、プーリ１０３の図２の紙面に垂直な方向の位置、歯付リング１０２の紙面に垂直な方向の位置、および、転がり軸受１０１の紙面に垂直な方向の位置は、いずれも異なっている。

図２に示すように、上記変形例のプーリ付き転がり軸受装置では、歯付リング１０２の外周面１２１の歯部１２３を構成する凹凸の凸部の形状、および、プーリ１０３の内周面１３１の歯部１３３を構成する凹凸の凸部の形状が、断面略等脚台形の形状になっている。このように、歯部の形状として、セレーション形状以外の形状を採用しても良い。

また、図示はしないが、この発明では、歯付リングの外周面の歯部の形状およびこの歯部の形状に対応するプーリの内周面の歯部の形状は、インボリュート形状、サイクロイド形状、または、スプライン形状等であっても良い。

また、上記実施形態のプーリ付き転がり軸受装置では、上記歯付リング２の外周面２１の歯部２３は、歯付リング２の軸方向の第１端面から第２端面まで軸方向に延在していたが、この発明では、歯付リングの外周面の歯部は、軸方向において、歯付リングの外周面の一部のみに形成されれば良い。そして、プーリを歯付リングに所定の位置に組み込んだ状態において、プーリの内周面の歯部は、歯付リングの外周面の一部のみに形成された歯部に径方向に対向するプーリの内周面の位置を含む箇所に形成されれば良い。

図３〜５は、第２実施形態のプーリ付き転がり軸受装置の製造過程を説明する図である。

第２実施形態のプーリ付き転がり軸受装置は、第１実施形態のプーリ付き転がり軸受とは異なる製造方法によって形成されている。以下、図３〜５を用いて、第２実施形態のプーリ付き転がり軸受装置およびその製造方法を説明する。尚、第２実施形態では、第１実施形態と同一の作用効果および変形例については、説明を省略する。

図３は、第２実施形態のプーリ付き転がり軸受装置の鋼製の歯付リング２０２の斜視図と、歯付リング２０２の軸方向の断面図とを合わせて示した図である。

図３に示すように、第２実施形態の歯付リング２０２は、その外周面の軸方向の略中央部に、セレーション形状の歯部２３３を有している。この歯部２３３は、歯付リング２０２の外周面を荒削りすることのみによって形成されている。

図４は、上記歯付リング２０２と、その歯付リング２０２に締まり嵌めされている軽金属製プーリの一例としてのアルミプーリ２０３とを示すアルミプーリアッセンブリ２５０の軸方向の断面図である。

このアルミプーリアッセンブリ２５０は、歯付リング２０２の外周面にダイカスト成形でアルミプーリ２０３を成形してなっている。詳しくは、上記アルミプーリアッセンブリ２５０は、歯付リング２０２の外周面に接合するように、６００℃程度の高温で溶融した軽金属の一例としてのアルミニウム合金を鋳型に入れ、高圧を掛けて鋳造して形成されている。

図５は、第２実施形態のプーリ付き転がり軸受装置２７０を示す軸方向の断面図である。

このプーリ付き転がり軸受装置２７０は、次のように形成されている。

先ず、アルミダイカスト成形によって形成された図４に示すアルミプーリアッセンブリ２５０の鋼製の歯付リング２０２の内周面を旋削または研削仕上げする。

その後、玉軸受２０１の外輪２１３の外周面を、歯付リング２０２の内周面に圧入により締まり嵌めして、アルミプーリアッセンブリ２５０と、玉軸受２０１とを一体化して、プーリ付き転がり軸受装置２７０を製造している。

上記第２実施形態のプーリ付き転がり軸受装置２７０によれば、アルミプーリ２０３を、歯付リング２０２の外周面にダイカスト成形で形成するから、歯付リング２０２の外周面に形成される歯部２３３の精度がいかなる精度であっても、歯付リング２０２の歯部２３３が存在する外周面に、溶融したアルミニウム合金を流し込んで圧力を与えるだけで、アルミプーリ２０３と、歯付リング２０２との接合が、アルミプーリ２０３と歯付リング２０２との間に空隙が存在しない密な接合になる。したがって、圧入による形成、すなわち、歯付リングの外周面に、精度高い歯部を形成し、かつ、アルミプーリの内周面に、歯付リングの歯部に噛合する精度高い歯部を形成することが必要不可欠な形成法と比較して、歯付リング２０２の外周面に形成される歯部２３３に精度が要求されることがなくて、工数および製造コストを格段に低減することができる。

また、上記第２実施形態のプーリ付き転がり軸受装置２７０によれば、例えば、６００℃程度の非常に高温の液状のアルミニウム合金を、歯付リング２０２の外周面に流し込んで、アルミニウム合金と、歯付リング２０２とを接合する構成であるから、６００℃程度で締め代が零になるアルミプーリ２０３と歯付リング２０２の接合を実現できる。すなわち、常温においては、アルミニウム合金の強烈な収縮に起因して、アルミプーリ２０３と歯付リング２０２との接合が、非常に大きい締め代を有する強烈な締まり嵌めになる。したがって、アルミプーリ２０３と、歯付リング２０２との間にがたつきが発生することを確実に防止できる。

尚、上記第２実施形態では、製造過程において、略６００℃の溶融したアルミニウム合金を使用したが、製造過程において、６００℃以外の温度の溶融したアルミニウム合金を使用しても良いことは、勿論である。また、アルミニウム合金の代わりに、アルミニウム、マグネシウム、マグネシウム合金等の他の軽金属を用いる場合においても、それらの軽金属は、溶融していさえすれば如何なる温度でも良いことも勿論である。

１,２０１ 玉軸受
２,１０２,２０２ 歯付リング
３,１０３,２０３ プーリ
１０,１１０ 外輪の円筒外周面
１３,２１３ 外輪
１４ 内輪
１５ シール部材
２０,１２０ 歯付リングの円筒内周面
２１,１２１ 歯付リングの外周面
２３,１２３ 歯付リングの歯部
３１,１３１ プーリの内周面
３３,１３３,２３３ プーリの歯部
１０１ 転がり軸受
２５０ アルミプーリアッセンブリ
２７０ プーリ付き転がり軸受装置

Claims (2)

1. 鋼製の外輪と、内輪と、転動体とを有する転がり軸受と、
   内周面が上記外輪の外周面に締まり嵌めされる一方、外周面に歯部を有する鋼製の歯付リングと、
   上記歯付リングの上記歯部に噛合している歯部を内周面に有する軽金属製のプーリと
   を備えることを特徴とするプーリ付き転がり軸受装置。
2. 請求項１に記載のプーリ付き転がり軸受装置において、
   上記軽金属製のプーリは、上記歯付リングの上記外周面にダイカスト成形で形成されていることを特徴とするプーリ付き転がり軸受装置。

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