JP2010519473A

JP2010519473A - ローラーベアリング

Info

Publication number: JP2010519473A
Application number: JP2009550231A
Authority: JP
Inventors: ヤコブ、マルティン、デー．
Original assignee: ヤコブ、ヴェルナー
Priority date: 2007-02-23
Filing date: 2008-02-11
Publication date: 2010-06-03
Also published as: ATE532973T1; EP2126388A2; WO2008101606A3; EP2126388B1; DE102007021523A1; WO2008101606A2; US20110064348A1

Abstract

【課題】重い合成荷重を支持することが可能であり、端部における荷重感受性を抑え、摩擦を最小にする、ローラーベアリングを提供すること。
【解決手段】本発明は、ローラーベアリング（１、１１）に関し、該ローラーベアリング（１、１１）は、ベアリング軸（Ｉ）を規定する内輪（２、１２）と、外輪（３、１３）とを備え、該内輪及び該外輪はベアリングレースを構成する。該ベアリングレース間には転動体（４、１４）が設けられ、該転動体及び該レースの形状は、該ローラーベアリング（１、１１）が、一方の側に負荷をかけることが可能な樽型ローラーベアリングとして構成されるように互いに形成される。好ましくは、転動体は、内輪及び外輪の各レース上のセルフロック領域の外にある２つの接触点（Ｐ）に対して接する。
【選択図】図１

Description

本発明は、ローラーベアリングに関する。該ベアリングは、ベアリング軸を規定する内輪と、外輪と、複数の転動体とを備え、該内輪及び該外輪はそれぞれベアリングレースを構成し、該転動体は該ベアリングレース間に設けられる。該ベアリングは、一方の側に負荷をかけることが可能なテーパー樽型ローラーベアリングとして実施される。

円錐（テーパー）ローラーベアリングは、ラジアル荷重とアキシアル荷重との合成荷重を支持するために、一般に用いられる。円錐ローラーベアリングは、端部負荷によって影響を受けやすいという問題がある。このような負荷は、円錐ローラーベアリングのずれによって引き起こされ、円錐ローラーの両端部に高い負荷がかかる。また、軸方向に荷重がかかる場合、円錐ローラーのフロント面に高い摩擦損失が発生するという問題も有る。

さらに、樽型ベアリングを使用することも知られているが、これはラジアル荷重に対しては特に適しているがアキシアル荷重に対しては弱い。ドイツ特許第ＤＥ３９０４４５６Ｃ２号に開示されているように、略樽形状の転動体を用いた旋回ベアリング（ｐｉｖｏｔｉｎｇｂｅａｒｉｎｇ）が知られている。該転動体の外側表面は、円筒部分と、異なる中心点の周りに対する２つの半径によって構成される２つのラジアル荷重受け部分とで構成される。内輪のレース及び外輪のレースは縦断面において円弧形状となるように設計され、これにより旋回ベアリングの内輪と外輪との間のずれが許容可能となる。テーパーベアリングと違い、該旋回ベアリングは、合成荷重を支持するには適していない。

合成荷重を支持するため、例えば欧州特許ＥＰ１１０５６６２Ｂ２号のようなテーパーダブルボールベアリングが提案されている。これによれば、上記問題を大幅に回避することができる。そのようなテーパーダブルボールベアリングは、自動車業界において大きな成功を得ている。しかしながら、上記ベアリングは荷重許容範囲に制限があるため、トラック、農業用車両、バス、造船への適用はかなり制限される。また、そのようなベアリングの摩擦損失をさらに抑えることが要求されている。

本発明の目的は、重い合成荷重を支持することが可能であり、端部における荷重感受性を抑え、摩擦を最小にする、ローラーベアリングを提供することにある。

上記課題は、本発明により解決される。本発明に係るローラーベアリングは、ベアリング軸を規定する内輪と、外輪と、複数の転動体とを備える。該内輪と該外輪はそれぞれレースを構成し、該転動体は該レース間に設けられる。転動体及びレースの形状は、該ベアリングが、一方の側に負荷をかけることが可能なテーパー樽型ローラーベアリングとなるように、形成される。該ベアリングにおいて、樽形状の転動体は２つの接触点において該内輪及び該外輪とそれぞれ接触する。また、該接触点は、セルフロック（ｓｅｌｆ−ｌｏｃｋｉｎｇ）領域の外側にあることが好ましい。これは、該接触点を例えば樽型転動体の接触円弧上に、樽型転動体の回転軸に垂直な中心面に対してセルフロック領域よりも、すなわち例えば約７度よりも大きい角度でオフセットさせて配置することにより実現することができる。

本発明において、テーパー樽型ローラーベアリングは、転動体の回転軸がベアリング軸に対して任意の角度で配置されたベアリングとして定義される。本発明に係るテーパー樽型ローラーベアリングは、端部における荷重感受性が小さく、また軸方向に荷重をかけた際のベアリングカラーにおける摩擦損失のリスクが小さい樽型ローラーベアリングの効果と、合成荷重に対して大きな荷重許容範囲を有する円錐（テーパー）ローラーベアリングの効果とを組み合わせたものとなる。

特に低摩擦は、内輪のレース上の接触点を通る直線が外輪のレース上の接触点を通る直線とベアリング軸上のある単一点で交わる場合に実現される。本発明では、これは、転動体を円錐（テーパー）樽型転動体として設計することによって実現される。すなわち、ベアリング軸に近い側において内輪及び外輪と接する円錐転動体の接触点間の距離は、ベアリング軸に遠い側において内輪及び外輪と接する円錐転動体の接触点間の距離よりも小さい。接触点を通る直線がベアリング軸上のある単一点で交わるこの構成において、円錐樽型転動体は、純粋に回転運動を行い、滑り（ドリル）運動は行わない。

本発明の好ましい実施形態において、転動体の外側表面は、縦断面において一定の半径を有する円弧形状として形成される。すなわち、樽形状の表面は、中心円筒状部分と、２つの接触点を形成する異なる曲率中心を有する２つの円弧形状とからなるのではなく、単一の円弧形状によって構成される。転動体表面を規定する円の中心は、転動体の回転軸に垂直な面上に設定されない。

転動体の表面を定義する円の中心は、内輪のレースにおける接触点同士及び外輪のレースにおける接触点同士の直線に対して垂直な面上に設定される。

内輪及び外輪のレースは、２つの接触領域で形成されることが好ましい。各接触領域は、ベアリング軸に沿った縦断面において一定の半径を有する円弧形状によって規定される。これら接触領域を規定する２つの円弧形状は、互いに離間し且つ転動体の表面を規定する円弧の中心とは異なる円弧中心点を有する。

本発明によれば、転動体の表面を規定する円弧の半径は、接触領域を規定する半径よりも小さい。

本発明に係るテーパー樽型ローラーベアリングは、したがって４つの接触領域を有し、そのうちの２つは外輪上に存在し、他の２つは、内輪上に存在する。各接触領域は、１つの接触点を有し、該接触点において、転動体、好ましくは円錐樽形状に形成された転動体は内輪或いは外輪と接触する。内輪及び外輪が完全であると考える場合、各接触領域は、転動体に接触する接触点が存在する周線を定義する。

セルフロックの可能性なしで転動体の軸方向の力を支持するため、各レースは、２つの接触領域間のセルフロック領域に逃げ溝を有するように設計される。セルフロック領域に広がる該溝によって、転動体がセルフロック領域においてレースと接触することが防止される。

本発明によれば、転動体は、保持器によって、互いに平行に且つベアリング軸に対して規定された角度で配置される。このため、該保持器は、ローラーベアリングの内輪上の溝状の保持器ガイドによって保持される。

保持器には、転動体のためのスペースを与える窓開口部と、転動体を保持器内に回転可能に保持するタブが設けられる。保持器は、保持器と転動体との間の摩擦損失を最小にするように設計される。

転動体の直径と長さとの比は約１：１．５より小さい、特に約１：２より小さいことが好ましい。すなわち、転動体の長さは、直径に比べて大きく設定される。

本発明に係るローラーベアリングは、ダブルベアリングとして設計されてもよい。例えば、ダブルテーパー樽型ローラーベアリングは、鉄道車両の車輪部分の使用に適しており、円錐樽型転動体はＯ型配置に構成して用いられる。ダブルテーパー樽型ローラーベアリングの内輪又は外輪は単一部材として設計されることが好ましい。円錐樽型転動体は、保持器内に配置され、該保持器は好ましくはポリマー製がよい。

さらに、本発明は、少なくとも２つの上記実施形態のローラーベアリングを離間し（互いに離間配置し）、軸方向に予め与圧を加えたベアリング構成にも関する。これらローラーベアリングは、例えばＯ型配置又はＸ型配置に構成されてもよい。

本発明に係るローラーベアリングは、様々な応用に適している。例えば、自動車、トラック、バス、或いは、鉄道車両、農業機械、建設機械に適用することができる。また例えば、変速装置、特に車両用トランスファギアボックスにおいて、上記の実施形態のうち少なくとも１つのベアリングを適用してもよい。特に好ましい実施形態としては、予め軸方向に与圧が付与された２つの上記ベアリングが互いに離間して配置されたギアボックスが挙げられる。本発明は、上述の応用例の１つに限定されない。本発明に係るベアリングは、幅広い種類の応用、特に重量のある合成荷重において摩擦損失を抑える必要のある場合に適している。

本発明は、種々の実施形態において図面を参考に詳細に説明される。

図１は、本発明の第１の実施形態におけるローラーベアリングの断面図である。図２は、本発明の第２の実施形態におけるローラーベアリングの断面図である。図３は、内輪から外輪を取り外した状態にある図２のローラーベアリングの断面図である。図４は、図２のローラーベアリングの適用例の図である。図５は、本発明の他の実施形態におけるダブルローラーベアリングの断面図である。

図１は、一方の側に負荷をかけることが可能なテーパー樽型ローラーベアリング１を示す。該ローラーベアリング１は、内輪２と、外輪３と、内輪２と外輪３との間に設けられる転動体４とを備える。内輪２は、ベアリング軸Ｉを規定する。内輪２及び外輪３は、このベアリング軸Ｉに対して好ましくは回転対称に配置（形成）される。転動体４は動作中において回転軸ＩＩを中心にして回転し、該回転軸ＩＩはベアリング軸Ｉに対して傾斜している。

内輪２及び外輪３にはそれぞれレースがあり、該レースは互いに対向している。転動体４は該レース上を回転しながら案内される。内輪２のレースは、接触領域５ａ、５ｂに分けられ、外輪３のレースは、接触領域６ａ、６ｂに分けられる。接触領域は、図１に示されるように縦断面図における円弧形状で形成され、共通半径Ｒ₁によって規定される。該円弧形状の中心点ＳＰ_A及びＳＰ_Bは、互いにずれて位置しており、転動体４の回転軸ＩＩに対して垂直な平面Ｍ上にはない。

各レース上において、接触領域５ａと５ｂとの間、６ａと６ｂとの間のセルフロック領域（ｓｅｌｆ−ｌｏｃｋｉｎｇａｒｅａ）に逃げ溝（ｒｅｌｉｅｆｇｒｏｏｖｅ）７がある。これにより、転動体は、セルフロック領域においてレースに接触することがない。

樽形転動体４は、表面が内輪２のレース及び外輪３のレースと接触するように設計される。該表面は、同様に図１に示されるように縦断面における１つの円弧形状によって規定される。この円弧形状の中心点ＳＰは、中心面Ｍ上且つベアリング軸Ｉ上に配置される。該転動体の外側表面の半径Ｒ₂は、接触領域の円弧形状の半径Ｒ₁より小さい。

このようにして、接触点Ｐが、各接触領域５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂに形成され、該接触点Ｐにおいて各転動体４が内輪２及び外輪３と接する。内輪２上の２つの接触点を通って、また外輪３上の２つの接触点を通ってそれぞれ直線を引く場合（図１の線Ｂ_IR及びＢ_AR）、図１では、樽形転動体４の接触点を結ぶ直線は互いに平行であり、また回転軸ＩＩとも平行である。

図１に示される実施形態において、転動体４は保持器８内に配置され、該保持器８は、転動体４を互いに平行に且つベアリング軸Ｉに対して規定された方向に保持する。このため、保持器は、内輪２の溝状の保持器ガイド９によって案内される。

図２は、本発明の第２の実施形態を示す。ここで、図２で示される要素のうち図１と同一なものについては、符号先頭に「１」を付ける。

図２において、ローラーベアリング１１は、テーパー円錐樽型ローラーベアリングとして設計される。ここで、転動体１４は、単なる樽形状ではなく、円錐状の樽形状である。転動体１４の外側表面は、ここでもまた、図２で示されるように、縦断面における、ベアリング軸Ｉ上にある中心の周りに一定半径Ｒ₂を有する円弧形状で規定される。

さらに、内輪１２及び外輪１３のレース上の接触領域１５ａ、１５ｂ及び１６ａ、１６ｂは、ここでもまた、互いにずれて位置した中心に対して一定の半径を有する円弧形状によって規定される。

転動体１４の円錐形状により、図２の接触点Ｐにおける直線Ｂ_IR及びＢ_ARは転動体１４の回転軸ＩＩと平行ではなく、ベアリング軸Ｉ上のある一点で回転軸ＩＩと交わる。この構成により、円錐樽形状の転動体１４は、純粋に回転運動のみで動作し、滑り運動による摩擦損失を避けることができる。

図３は、図２で示される実施形態の円錐樽形状の転動体１４が保持器１８において内輪１２上で案内され、外輪１３が円錐樽形状の転動体１４から取り外された状態を示す。

図４の上半分は、２つの図２に示されたテーパー円錐樽型ローラーベアリング１１をトランスファギアボックスに配置した例を示している。図の下半分は、テーパーダブルボールベアリングを有する通常のベアリング構成を示している。

この例では、２つのローラーベアリング１１は、軸方向すなわちベアリング軸Ｉの方向に予め与圧がかかっている。図４の例では、２つのローラーベアリング１１は、Ｏ型配置（Ｏｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）で配置されている。必要に応じて、ローラーベアリング１、１１をＸ型配置（Ｘｃｏｎｆｉｇｕｒａｔｉｏｎ）で配置してもよい。

ダブルテーパー円錐樽型ローラーベアリングを示す本発明の他の実施形態が図５に示される。このダブルベアリングは、鉄道車両の車輪部分への応用に特に適しており、円錐樽型転動体がＯ型配置で配置されるように設計されている。他の場合、Ｘ型配置がより好ましいこともある。

図示した実施形態は、各円錐樽型転動体１４を受けるための独立した各内輪１２を示す。内輪１２は、中間ブッシュを用いて一方の内輪１２によって支持される。外輪１３は、両方の円錐樽型転動体を単一の外輪で支持するように設計されている。他の例では、内輪を単一の内輪で実施してもよい。円錐転動体１４は、ポリマー製の保持器１８内に設けることが好ましい。

１、１１…ローラーベアリング
２、１２…内輪
３、１３…外輪
４、１４…転動体
５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂ、１５、１６…接触領域
７、１７…逃げ溝
８、１８…保持器
９、１９…保持器ガイド
Ｉ…ベアリング軸
ＩＩ…回転軸
Ｂ_IR…内輪側接触点間直線
Ｂ_AR…外輪側接触点間直線
Ｐ…接触点
Ｍ…中心面
ＳＰ_A、ＳＰ_B…接触領域の円弧形状中心
Ｒ₁…接触領域を形成する円弧形状の半径
Ｒ₂…転動体表面を形成する円弧形状の半径

Claims

ベアリング軸（Ｉ）を規定する内輪（２、１２）と、外輪（３、１３）と、転動体（４、１４）とを備えたローラーベアリング（１、１１）であって、前記内輪（２、１２）及び前記外輪（３、１３）はベアリングレースを構成し、前記転動体（４、１４）は前記レース間に設けられ、前記転動体（４、１４）及び前記レースの形状は、前記ローラーベアリング（１、１１）が、一方の側に負荷をかけることが可能な樽型ローラーベアリングを構成するように、互いに形成され、前記転動体は前記内輪（２、１２）の前記レース上及び前記外輪（３、１３）の前記レース上においてそれぞれ２つの接触点（Ｐ）で接し、前記接触点（Ｐ）は好ましくはセルフロック領域の外側にあることを特徴とするローラーベアリング。
請求項１記載のローラーベアリングにおいて、前記転動体は円錐樽型転動体（１４）として形成され、前記内輪（１２）の前記レース上の接触点（Ｐ）を通る直線（Ｂ_IR）と前記外輪（１３）の前記レース上の接触点（Ｐ）を通る直線（Ｂ_AR）とは、前記ベアリング軸（Ｉ）上のある単一の点において交わることを特徴とするローラーベアリング。
請求項１又は２記載のローラーベアリングにおいて、前記転動体（４、１４）の外側表面は、前記ベアリング軸（Ｉ）に沿った縦断面において一定の半径（Ｒ₂）を有する円弧形状によって規定されることを特徴とするローラーベアリング。
請求項１〜３のいずれか１項に記載のローラーベアリングにおいて、前記内輪（２、１２）の前記レース及び前記外輪（３、１３）の前記レースはそれぞれ２つの接触領域（５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂ、１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂ）によって構成され、前記接触領域は、前記ベアリング軸（Ｉ）に沿った縦断面において一定の半径（Ｒ₁）を有する円弧形状によって規定されることを特徴とするローラーベアリング。
請求項３又は４に記載のローラーベアリングにおいて、前記転動体（４、１４）の前記外側表面を構成する前記円弧形状の前記半径（Ｒ₂）は、前記接触領域を規定する前記円弧形状の前記半径（Ｒ₁）よりも小さいことを特徴とするローラーベアリング。
請求項４又は５に記載のローラーベアリングにおいて、４つの前記接触領域（５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂ、１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂ）は、それぞれ１つの接触点（Ｐ）を有し、前記接触点（Ｐ）において、前記転動体（４、１４）は、前記内輪（２、１２）又は前記外輪（３、１３）と接触することを特徴とするローラーベアリング。
請求項４〜６のいずれか１項に記載のローラーベアリングにおいて、逃げ溝（７、１７）が、前記接触領域（５ａ、５ｂ、６ａ、６ｂ、１５ａ、１５ｂ、１６ａ、１６ｂ）間の前記セルフロック領域における各レースに設けられることを特徴とするローラーベアリング。
請求項１〜７のいずれか１項に記載のローラーベアリングにおいて、前記転動体（４、１４）は保持器（８、１８）内に配置され、前記保持器（８、１８）は、前記転動体（４、１４）を互いに平行に且つ前記ベアリング軸に対してある規定の方向に保持することを特徴とするローラーベアリング。
請求項８記載のローラーベアリングにおいて、前記保持器（８、１８）は、前記内輪（２、１２）上の溝状の保持器ガイド（９、１９）によって保持されることを特徴とするローラーベアリング。
請求項８又は９に記載のローラーベアリングにおいて、前記保持器（８、１８）には、前記転動体（４、１４）を保持する窓開口部と、前記転動体（４、１４）を前記保持器（８、１８）内に回転可能に保持するためのタブとが設けられることを特徴とするローラーベアリング。
請求項１〜１０のいずれか１項に記載のローラーベアリングにおいて、前記転動体（４、１４）の直径と長さとの比は、１：１．５より小さく、特に１：２より小さいことを特徴とするローラーベアリング。
ダブルベアリングとして形成される請求項１〜１１のいずれか１項に記載のローラーベアリング。
請求項１２記載のローラーベアリングにおいて、前記外輪（３、１３）又は前記内輪（２、１２）は単一部材として形成されることを特徴とするローラーベアリング。
少なくとも２つの請求項１〜１３のいずれか１項に記載のローラーベアリング（１、１１）に対して軸方向に予め与圧を加え、互いに離間して配置することを特徴とするベアリング構成。
請求項１〜１１のいずれか１項に記載のローラーベアリング（１、１１）を少なくとも１つ有するギアボックス、特に車両用トランスファギアボックス。