JP2010121779A - 転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】遠心効果による保持器と内側レースとの間の粘性結合に対する効果を改良された転がり軸受を提供する。
【解決手段】内側レース３と、外側レース２と、２つのレース２、３の間に位置する軸受保持器５内に配置された転動体４の配列とを備えている。軸受１内における保持器５の偏心動作を制限するために軸受保持器５の内面が内側レース３上で案内され、保持器５に設けられた一対の周方向堰６ａ，７ｂの間に形成されたリザーバ９を更に有している。内側レース３の外面が、リザーバ９内の油と接触する隆起したランド部３ｄを含んでいる。このことにより、保持器５と内側レース３との相対速度を制御し、保持器５が前記偏心動作している間に、ランド部３ｄと油との間の前記制御接触を維持するために、各堰６ｂ，７ｂの径方向深さは、ランド部３ｄと保持器５との間の最大径方向隙間よりも大きくなっている。
【選択図】図１

Description

本発明は、特に例えばガスタービンエンジンなどの高速用途で用いられる転がり軸受に関する。

転がり軸受は、一般に、内側レースと、外側レースと、周転円速度（epicyclic speed）で回転するためにこれらのレースの間に設けられた軸受保持器内に配置される転動体の配列とを備えている。

軸受が回転している間、荷重を受けるこれらの転動体は、保持器を押圧して回転させ、また、保持器は、荷重を受けないローラを押圧する。残念ながら、保持器は、軸受内で同心を保つ傾向がなく、その代わり、不安定な動作により偏心経路（eccentric path）で移動する傾向がある。このような問題に対処するために、保持器は、通常、軸受内で保持器の偏心動作を制限するように案内される。

保持器は、外側レース、内側レース、または、転動体自体に案内されてもよい。

特定の動作状態下で、転がり軸受は、転動体が周転円速度で作動するようにするために転動体とレースウェイ（raceway）との間の不十分な静止摩擦に起因して転動体がレース上で滑るという欠点を伴う場合がある。滑りは、高い摩耗率をもたらし、過熱して、最終的に軸受が早期に故障する可能性がある。

軸受が回転している間、「遠心力」により転動体が外側レースと強固に接触した状態に維持され、それにより、転動体は、外側レース速度（静止した外側レースの場合にはゼロとなる場合がある）で作動する傾向がある。この場合、転動体と内側レースとの間で滑りが起こる可能性がかなり高い。そのような場合には、内側レースと保持器との間に、外側レースと保持器との間よりも近接した隙間を与えるように保持器を内側レース上で案内することが好ましい。このことにより、保持器と内側レースとの間にある潤滑油が、内側レースと保持器との間に正味の粘性抵抗をもたらすようにし、その結果、保持器（したがって、転動体）が内側レース速度に近い速度で作動する。

残念ながら、実際には、遠心効果により、保持器と内側レースとの間に介在された潤滑油を保持することが困難になり、このことにより、保持器と内側レースとの間の「粘性結合」に対する効果が制限される。

本発明の目的は、改良された転がり軸受を提供することである。

本発明によれば、内側レースと、外側レースと、２つのレースの間に位置する軸受保持器内に配置された転動体の配列とを備え、軸受内における保持器の偏心動作を制限するために、軸受保持器の内面が内側レース上で案内され、保持器に設けられた一対の周方向堰の間に形成されたリザーバを更に有し、内側レースの外面がリザーバ内の油と接触する隆起したランド部を含み、このことにより、保持器と内側レースとの相対速度を制御し、保持器が前記偏心動作を行っている間に、ランド部と油との間の前記制御接触を維持するために、各堰の径方向深さがランド部と保持器との間の最大径方向隙間よりも大きい転がり軸受が提供される。

軸受は、転動体の配列の両側に設けられたリザーバを有し、各リザーバは、保持器のそれぞれの内側周方向堰と外側周方向堰との間に形成されてもよい。

内側堰のうちの一方または両方は、それぞれの外側堰よりも小さい径方向深さを有していてもよい。

保持器を内側レースから軸方向に分離できるように、堰のうちの１つ以上は、取り外し可能であってもよい。

１つの実施形態では、内側レースは、一対の内側レースリングから形成される分割レースであり、内側レースを保持器から軸方向に分離できるように、外側堰がそれぞれ取り外し可能である。

各外側堰は、内側レースリングの端面の軸方向外側にそれぞれ位置し、このことにより、内側レースリングの相対的な軸方向分離を制限して、軸受を単一のユニットアセンブリとして保持してもよい。特に、外側堰のうちの一方または両方は、保持器の前記偏心動作を減衰させるためにそれぞれの端面と摩擦係合してもよい。

各内側堰は、例えば機械加工によって保持器の一部として形成されてもよい。保持器は、単一部品の保持器であってもよい。

取り外し可能な堰のうちの１つ以上は、圧縮して嵌められた（compression-fit）状態で保持器の内面と係合する弾性リング部材として形成されていてもよい。

軸受は、リザーバの少なくとも一方に対して直接に油を供給するために内側レースを貫通する１つ以上の油供給通路を含んでいてもよい。

軸受は、ガスタービンエンジンの主ロータ軸を支持するために、特に好適に用いられるようにしてもよい。

本発明の他の態様によれば、本発明の転がり軸受を組み付ける方法であって、内側レースと保持器とを軸方向に組み付ける工程と、その後、前記周方向堰のうちの１つ以上を保持器に対して固定する工程とを含む方法が提供される。該方法は、特に、保持器と内側レースのその後の軸方向分離のために、前記１つ以上の周方向堰を保持器に対して取り外し可能に固定することを含んでいてもよい。

転がり軸受の一部の断面図である。 図１の転がり軸受の一部の拡大断面図である。

ここで、添付図面を参照して本発明の実施形態を一例として説明する。

図１は、転がり軸受１の一部の断面図を示している。転がり軸受１は、外側レース２と、内側レース３と、ボールベアリング転動体４の配列（図１では、そのうちの１つだけが現れている）とを備えている。転動体４は、比較的近い動作隙間を伴って内側レース３上で案内されるそれぞれの軸受保持器５内に保持されている。

内側レース３は、分割線３ｅに沿って分離される第１のレースリング３ａと第２のレースリング３ｂとを有する分割レースである。

ボールベアリング４の両側における保持器５の内面に、内周堰６ａ，６ｂ（図２も参照）が機械加工されている。内側レース３の軸方向端面を超えて軸方向に延びる保持器５の端部５ａ，５ｂに、対応する取り外し可能な外側堰７ａ，７ｂが設けられている。外側堰７ａ，７ｂは、保持器５の端部５ａ，５ｂに設けられた対応する溝５ｃ，５ｄ内に「圧縮して嵌められて」保持される弾性リング部材を有している。

外側堰７ａ，７ｂとしては、任意の適した弾性リング部材、例えばサークリップ、ピストン−リング、スナップリングなどが使用されてもよい。

堰６ａ，７ａおよび６ｂ，７ｂにより、内側レース３にドリル加工された通路１０，１１を通じて供給される潤滑油を受け入れるためのリザーバ８，９がそれぞれ形成されている。軸受１が回転している間に油がリザーバ８，９へ供給されるため、油の「ヘッド」（図２に符号９ａで示されている）がリザーバ８，９内に集められて遠心力の影響を受けてリザーバ８，９内に保持される。

レースウェイによってではなく軸受の面の上方へ油を供給するなど、油をリザーバ８，９へ供給するための他の適した代わりの手段が使用されてもよい。

内側レース３は、リザーバ８，９へ向けて径方向に延びるランド部３ｃ，３ｄを有している。

したがって、ランド部３ｃ，３ｄは、軸受１が回転している間に、リザーバ８，９内に集められた油と接触し、このことにより、保持器５（したがって、転動体４）を内側レース３の速度で作動させる傾向がある粘性抵抗を保持器５に対して与える効果がある。

図１に示される実施形態において、ランド部３ｃおよび３ｄは、保持器５のための案内面も提供している。あるいは、保持器５が、内側レース３の他の面上で案内されてもよい。

軸受１が回転している間、保持器５は、内側レース３に対して偏心経路で移動してもよい。この場合、偏心の限度は、保持器５とランド部３ｃ，３ｄとの間の案内隙間ｘによって決定される。偏心の限度で、保持器５がランド部３ｃ，３ｄの一方または両方と接触することは言うまでもない。また、ランド部３ｃ，３ｄと保持器５との間の接触領域は、ランド部３ｃ，３ｄと保持器５との間の最大径方向隙間の対応する領域である。図１の場合、この最大径方向隙間は、ランド部３ｃ，３ｄと保持器５との間の直径隙間である２ｘにかなり近くなっている。

軸受１が回転している間に、ランド部３ｃ，３ｄが「十分に湿った」状態であるようにするため、堰６ａ，６ｂ，７ａ，７ｂの径方向深さは、（図２において最も良く分かるように）それぞれのランド部３ｃ，３ｄ間の最大径方向隙間２ｘよりも大きい。したがって、保持器５とランド部３ｃ，３ｄとの間の最大径方向隙間の位置であっても、ランド部３ｃ，３ｄは、それにもかかわらず、それらの周方向の長さ全体にわたって、それぞれのリザーバ８，９を満たしている油との接触を維持し、したがって、内側レース３および保持器５の全ての動作位置に関して保持器５と内側レース３との間の粘性抵抗を最大にする傾向がある。また、リザーバ８，９内の油は、実質的に、内側レース３および保持器５の全ての動作位置に関してランド部３ｃ，３ｄの全周にわたって油が充分に満たされた流体力学的な流体ベアリングを形成する。このことにより、内側レース３に対する保持器の偏心動作が減衰される。

図２に示すように、軸受内に向かう油の内側への流れを促すため、内側堰６ａ，６ｂはそれぞれの外側堰７ａ，７ｂよりも小さい径方向深さを有する。油がリザーバ８（または９）に供給され続けるため、油が小さい方の内側堰６ａ（または６ｂ）を越えて溢れ出て、このことにより、ボールベアリング４、保持器５、レース２、３等に、潤滑油の内側へ向かう流れＡが引き起こされる。

保持器のある程度の更なる摩擦減衰を与えるため、図１における外側堰７ａ，７ｂは、内側レース３の軸方向端面と摩擦係合してもよい。同様に、外側堰は、軸方向端面以外の内側レース３の端面、例えば、内側レースの軸方向端面から軸方向内側に位置するランド部の端面と係合してもよい。

取り外し可能な外側堰７ａ，７ｂおよび分割された内側レース３により、以下のようにして、軸受１の好都合な軸方向分解が可能になる。すなわち、外側堰７ａ，７ｂを取り外し、その後に内側レースリング３ａ，３ｂを保持器５に設けられた内側堰６ａ，６ｂから離間するように軸方向外側へスライドさせて内側レース３および保持器５を取り外す。このようにして内側レースが保持器５から取り外されると、ボールベアリング４を保持器５から都合良く取り外して望み通りに交換できる。

軸受１を再び組み付ける（あるいは、最初に組み付ける）ため、内側リング３ａ，３ｂが保持器５の軸方向端部を通して軸方向に挿入され、その後に保持器５内にボールベアリング４が配置されて、外側レース２が配置される。また、その後、外側堰７ａ，７ｂを形成するリング部材が保持器５の溝５ａ，５ｂ内に圧縮して嵌められる。外側堰７ａ，７ｂと内側レース３のそれぞれの軸方向端面（または、何らかの他の端面）との間の軸方向間隔を注意深く選択することにより、内側リング３ａ，３ｂの軸方向間隔を制御して軸受１の不測の分解を防止することができる。したがって、外側堰７ａ，７ｂは、軸方向分離が望まれるような時まで好都合な運搬および取り付けのために単一のユニットアセンブリとして軸受１を保持するのに役立つ。

取り外し可能な外側堰を設けると、分割内側レースを都合良く軸方向に取り外すとともに組み付けることができる。しかしながら、一般に、容易に分かるように、内側レースが分割されているか或いは単一部品であるかどうかなどの要因に応じて、保持器を内側レースから軸方向に取り外すことができるように、必要とされる取り外し可能な堰の数は、更に多くても少なくてもよい。

本発明の軸受は、軸受が最初に軸方向に組み付けられる場合であっても軸方向の分離を可能にしなくてもよい。例えば、内側レースおよび保持器を軸方向に組み付けた後に保持器内に転動体を配置させて外側レースを配置させ、その後、必要に応じて１つ以上の周方向堰を保持器に対して取り付け固定することによって、軸受が、軸方向に都合良く組み付けられてもよい。

本発明の軸受は、ローラまたはニードルローラなどの他の転動体を使用することができる。

本発明の軸受は、ガスタービンの主軸を支持するなどの高速用途に特に適していると想定される。しかしながら、本発明は特にそのような用途に限定されない。

Claims (13)

1. 内側レース（３）と、
   外側レース（２）と、
   ２つのレース（２，３）の間に位置する軸受保持器（５）内に配置された転動体（４）の配列と、を備え、
   軸受（１）内における保持器（５）の偏心動作を制限するために、軸受保持器（５）の内面が内側レース（３）上で案内され、
   保持器（５）に設けられた一対の周方向堰（６ａ，７ａ；６ｂ，７ｂ）の間に形成されたリザーバ（８，９）を更に有し、
   内側レース（３）の外面が、リザーバ（８，９）内の油（９ａ）と接触する隆起したランド部（３ｃ，３ｄ）を含み、このことにより、保持器（５）と内側レース（３）との相対速度を制御し、
   保持器（５）が前記偏心動作している間に、ランド部（３ｄ）と油（９ａ）との間の前記制御接触を維持するために、各堰（６ａ，７ａ；６ｂ，７ｂ）の径方向深さは、ランド部（３ｄ）と保持器（５）との間の最大径方向隙間よりも大きくなっており、
   保持器を内側レースから軸方向に分離できるように堰のうちの１つ以上が取り外し可能になっている、ことを特徴とする転がり軸受（１）。
2. 転動体の配列の両側に設けられたリザーバ（８，９）を有し、
   各リザーバ（８，９）は、保持器（５）の内側周方向堰と外側周方向堰（６ａ，７ａ；６ｂ，７ｂ）との間にそれぞれ形成されていることを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受。
3. 内側堰（６ａ，６ｂ）のうちの一方または両方は、それぞれの外側堰（７ａ，７ｂ）よりも小さい径方向深さを有することを特徴とする請求項２に記載の転がり軸受。
4. 内側レース（３）は、一対の内側レースリング（３ａ，３ｂ）から形成された分割レースであり、
   内側レース（３）を保持器（５）から軸方向に分離できるように、外側堰（７ａ，７ｂ）がそれぞれ取り外し可能であることを特徴とする請求項２に記載の転がり軸受。
5. 外側堰（７ａ，７ｂ）は、内側レースリング（３ａ，３ｂ）の端面の軸方向外側にそれぞれ位置し、このことにより、内側レースリング（３ａ，３ｂ）の相対的な軸方向分離を制限して、軸受（１）を単一のユニットアセンブリとして保持することを特徴とする請求項４に記載の転がり軸受。
6. 外側堰（７ａ，７ｂ）のうちの一方または両方は、保持器（５）の前記偏心動作を減衰させるためにそれぞれの端面と摩擦係合することを特徴とする請求項５に記載の転がり軸受。
7. 各内側堰（６ａ，６ｂ）は、保持器の一部として形成されていることを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受。
8. 保持器（５）は、単一部品の保持器であることを特徴とする請求項４に記載の転がり軸受。
9. 取り外し可能な堰（７ａ，７ｂ）のうちの１つ以上は、圧縮して嵌められた状態で保持器（５）の内面と係合する弾性リング部材として形成されていることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか一項に記載の転がり軸受。
10. 前記リザーバ（８，９）の少なくとも一方に対して直接に油を供給するために内側レースを貫通する１つ以上の油供給通路（１０，１１）を更に備えたことを特徴とする請求項１乃至９のいずれか一項に記載の転がり軸受。
11. ガスタービンエンジンの主ロータ軸を支持するために用いられることを特徴とする請求項１乃至１０のいずれか一項に記載の転がり軸受。
12. 請求項１に記載の転がり軸受を組み付ける方法であって、
    内側レース（３）と保持器（５）とを軸方向に組み付ける工程と、
    その後に前記周方向堰のうちの１つ以上を保持器（５）に対して固定する工程と、を含むことを特徴とする方法。
13. 保持器（５）と内側レース（３）のその後の軸方向分離のために、前記１つ以上の周方向堰を保持器（５）に対して取り外し可能に固定する工程を含むことを特徴とする請求項１０に記載の方法。

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