JP2011127644A - 転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】ポンプ作用を発生させることできる転がり軸受を提供する。
【解決手段】転がり軸受１０は、内輪３０と、外輪２０と、内輪３０と外輪２０との間に保持器１４に保持されて配置される複数の玉状の転動体１２とを備えた深溝玉軸受である。内輪３０は一方側の外周面３２が軸受外部から軸受内部に向かって拡径するテーパ形状とされ、他方側の外周面３４が軸受内部から軸受外部に向かって拡径するテーパ形状とされている。そして、転動体１２の内輪側軌道面３６は軸対称の形状とされている。外輪２０は一方側の内周面２２が軸受外部から軸受内部に向かって拡径するテーパ形状とされており、他方側の内周面２４が軸受内部から軸受外部に向かって拡径するテーパ形状とされている。そして、転動体１２の外輪側軌道面２６は軸対称の形状とされている。
【選択図】図１

Description

この発明は転がり軸受に関する。具体的にはポンプ作用を発生させることができる転がり軸受に関する。

オープンタイプのラジアル軸受を回転させると、その軸受のまわりに気流が発生する。そこで、潤滑油の中で軸受を使用した場合、軸受の回転により軸受中を潤滑油がある方向に貫通する挙動が起こることがある。これをポンプ作用と呼ぶ。
ポンプ作用が一般的に発生しやすい軸受の形式として、円すいころ軸受が挙げられる。図４に円すいころ軸受１１０の軸方向断面を示す。円すいころ軸受１１０は、図４に示したように、外輪１２０と内輪１３０の間に保持器１１４に保持された複数の円すいころ１１２が配置された構成とされている。そして、円すいころ軸受１１０では、円すいころ１１２の内輪１３０側の軌道面および外輪１２０側の軌道面が傾斜しているため、軸受の回転時に、遠心力により潤滑油が外径側に移動し、図４に示した矢印の方向に潤滑油が排出されていく。そして、潤滑油の排出時には軸受の内部が負圧となり、潤滑油が流入しやすくなる。そのために、図４に示した矢印の方向に軸受中を潤滑油が貫通するポンプ作用が発生する。
これに対して、深溝玉軸受では、一般にポンプ作用が小さいが、これは深溝玉軸受と円すいころ軸受の構造の違いによる。図５に一般的な深溝玉軸受である深溝玉軸受２１０の軸方向断面を示す。深溝玉軸受２１０は、図５に示したように、外輪２２０と内輪２３０の間に保持器２１４に保持された複数の玉２１２が配置された構成とされている。そして、玉２１２の軌道面は軸方向で対称とされており、外輪２２０の内周面および内輪２３０の外周面は軸に平行であって、軸受内部が全体として軸方向に対称の形状とされている。そのため、軸受の内部で潤滑油を軸方向の一方の側に移動させる力が生じにくいので、深溝玉軸受ではポンプ作用が小さい。

上述の通り、深溝玉軸受は円すいころ軸受に比べてポンプ作用が小さいが、一方で、深溝玉軸受は円すいころ軸受に比べて一般的に低トルクであるという特徴がある。そこで、潤滑油の貫通が必要とされ低トルクであることが要求されるが、予圧管理を必要としない部位の軸受として、円すいころ軸受に換えて深溝玉軸受を使用することが検討されている。図６に、深溝玉軸受の使用が検討されている部位を模式的に示す。図６に示した軸受配置部位は、軸方向で潤滑油の量が比較的多い潤滑豊富な部位（図６の紙面左側）と潤滑油の乏しい部位（図６の紙面右側）の間に位置している。そして、潤滑油の乏しい部位には潤滑油が必要な部材があるため、ハウジングとシャフトの間で図６の軸受配置部位に配置される軸受には、潤滑油が軸受中を貫通することが求められる。

ここで、ポンプ作用が期待される深溝玉軸受として、特許文献１には、内輪の外周面の軸方向端部の角に転動体の方向に向く斜面を持つ切欠を形成し、切欠の軸方向外方に切欠の斜面にほぼ連続するテーパを持つテーパカラーを配置した深溝玉軸受が記載されている。特許文献１によれば、テーパカラーと内輪の外周面の切欠によるポンプ作用により、潤滑油が軸受の内部に導入される。
そして、特許文献２には、潤滑油が排出される側の内輪の外周面に潤滑油の排出側端部に向かってその経が大きくなるテーパが形成された深溝玉軸受が記載されている。特許文献２によれば、内輪の外周面のテーパにより潤滑油の流れが付勢される。

特開平１１−１０８０６７号公報 特開平１１−２０１１７３号公報

しかしながら、特許文献１あるいは特許文献２に記載の深溝玉軸受ではポンプ作用があまり期待できず、結果として、図６の軸受配置部位の右側では、期待するだけの潤滑油量が得られない可能性が高い。

本発明は、上述した問題を解決するために提案するものであり、本発明が解決しようとする課題は、ポンプ作用を発生させることができる転がり軸受を提供することである。

上記課題を解決するため、本発明にかかる転がり軸受は次の手段をとる。
まず、本発明の第１の発明は、内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪との間に配置される転動体と、を備えた転がり軸受であって、
前記内輪の外周面は、軸方向の一方側で軸受外部から軸受内部に向かって径が大きくなるテーパ形状とされ、前記外輪の内周面は、軸方向の他方側で軸受内部から軸受外部に向かって径が大きくなるテーパ形状とされている転がり軸受である。

この第１の発明によれば、内輪または外輪のうちの回転する側の軌道輪に形成されたテーパ形状により、潤滑油を軸受の一方側から他方側に貫通させるポンプ作用が発生する。そして、一方側の内輪の外周面のテーバ形状は潤滑油の軸受内部への流入を促す働きをし、他方側の外輪の内周面のテーパ形状は、潤滑油の軸受外部への流出を促す働きをする。よって、潤滑油は、軸受の軸方向の一方側から他方側へ、内径側から外径側へと向かって流れ、軸受の内部を貫通することができる。
よって、ポンプ作用を発生させることができる転がり軸受を提供することができる。

次に、本発明の第２の発明は、上記第１の発明に係る転がり軸受であって、
前記外輪の内周面は、軸方向の一方側で軸受外部から軸受内部に向かって径が大きくなるテーパ形状とされ、前記内輪の外周面は、軸方向の他方側で軸受内部から軸受外部に向かって径が大きくなるテーパ形状とされていることを特徴とする。
この第２の発明によれば、内輪または外輪のうちの回転する側の軌道輪の軸方向両側に形成されたテーパ形状により、潤滑油を軸受の一方側から他方側に貫通させるポンプ作用がより強く発生する。そして、一方側の外輪の内周面のテーパ形状は、潤滑油が軸受内方かつ径方向外方へ流れるように誘導し、他方側の内輪の外周面のテーパ形状は、潤滑油が軸受外方かつ径方向外方へ流れるように誘導する。よって、より強力なポンプ作用を発生させることができる。

次に、本発明の第３の発明は、上記第２の発明に係る転がり軸受であって、
一方側の内輪の外周面と外輪の内周面のテーパ形状または他方側の内輪の外周面と外輪の内周面のテーパ形状のうちの少なくとも一方の側のテーパ形状は、内輪の外周面と外輪の内周面の間の径方向の間隔が軸方向の一方側から他方側に向かって大きくなることを特徴とする。
この第３の発明によれば、軸方向の一方側または他方側の少なくとも一方で、内輪の外周面と外輪の内周面の間の径方向の間隔が軸方向の一方側から他方側に向かって大きくなるため、軸受の一方側から他方側への潤滑油の流れが円滑となる。

次に、本発明の第４の発明は、上記第２の発明または第３の発明に係る転がり軸受であって、
一方側の端における内輪の外周面と外輪の内周面との間の開口幅よりも、他方側の端における内輪の外周面と外輪の内周面との間の開口幅の方が大きいことを特徴とする。
この第４の発明によれば、軸受の一方側の端の開口幅よりも他方側の端の開口幅の方が大きいので、軸受の一方側から他方側への潤滑油の流れが円滑となる。

次に、本発明の第５の発明は、上記第２の発明ないし第４の発明のいずれかの発明に係る転がり軸受であって、
前記内輪の一方側の外周面のテーパ形状を軸方向に延長した面よりも、前記外輪の他方側の内周面のテーパ形状が、径方向で外側となることを特徴とする。
この第５の発明によれば、内輪の一方側の外周面のテーパ形状に沿って軸受内に流入した潤滑油は、テーパ形状の延長上に流れ、他方側の外輪の内周面に当たることなく、軸受外方に流出していくことができる。よって、軸受の一方側から他方側への潤滑油の流れが円滑となる。

次に、本発明の第６の発明は、上記第２の発明ないし第５の発明のいずれかの発明に係る転がり軸受であって、
前記転動体は玉であることを特徴とする。
この第６の発明によれば、転動体が玉であるため、転動体と内輪および外輪との接触抵抗が小さくなり、トルクを低減させることができる。

上述の本発明の各発明によれば、次の効果が得られる。
まず、上述の第１の発明によれば、内輪または外輪のうちの回転する側の軌道輪に形成されたテーパ形状により、潤滑油を軸受の一方側から他方側に貫通させるポンプ作用が発生する。そして内輪および外輪のテーパ形状は、潤滑油の軸方向の一方側から他方側への流れを円滑にする。よって、ポンプ作用を発生させることができる転がり軸受を提供することができる。
次に上述の第２の発明によれば、内輪または外輪のうちの回転する側の軌道輪の軸方向両側に形成されたテーパ形状により、潤滑油を軸受の一方側から他方側に貫通させるポンプ作用がより強力に発生する。
次に上述の第３の発明によれば、軸方向の一方側または他方側の少なくとも一方で、内輪の外周面と外輪の内周面の間の径方向の間隔が軸方向の一方側から他方側に向かって大きくなるため、軸受の一方側から他方側への潤滑油の流れが円滑となる。
次に上述の第４の発明によれば、軸受の一方側の端の開口幅よりも他方側の端の開口幅の方が大きいので、軸受の一方側から他方側への潤滑油の流れが円滑となる。
次に上述の第５の発明によれば、内輪の一方側の外周面のテーパ形状に沿って軸受内に流入した潤滑油は、テーパ形状の延長上に流れ、他方側の外輪の内周面に当たることなく、軸受外方に流出していくことができるので、軸受の一方側から他方側への潤滑油の流れが円滑となる。
次に上述の第６の発明によれば、転動体が玉であるため、接触抵抗が小さくなり、トルクを低減させることができる。

実施例１における転がり軸受の軸方向断面図である。 実施例２における転がり軸受の軸方向断面図である。 実施例３における転がり軸受の軸方向断面図である。 円すいころ軸受のポンプ作用を説明する図である。 従来技術による深溝玉軸受の軸方向断面図である。 深溝玉軸受を使用したい部位を説明する図である。

以下、本発明を実施するための形態について実施例にしたがって説明する。

［構成］
図１に本発明の実施例１における転がり軸受１０の軸方向断面を示す。なお、以下の説明では、軸受の軸方向の両側について、図１で符号のＡが付されている側を一方側、図１で符号のＢが付されている側を他方側と呼び区別する。
転がり軸受１０は、内輪３０と、外輪２０と、内輪３０と外輪２０との間に保持器１４に保持された状態で配置される複数の玉状の転動体１２とを備えた深溝玉軸受である。
内輪３０は一方側の外周面３２が軸受外部から軸受内部に向かって径が大きくなるテーパ形状とされており、他方側の外周面３４が軸受内部から軸受外部に向かって径が大きくなるテーパ形状とされている。そして、転動体１２の内輪側軌道面３６に隣接する内輪３０の外周面はテーパの無い円筒面とされており、内輪側軌道面３６は軸対称の形状とされている。
外輪２０は一方側の内周面２２が軸受外部から軸受内部に向かって径が大きくなるテーパ形状とされており、他方側の内周面２４が軸受内部から軸受外部に向かって径が大きくなるテーパ形状とされている。そして、転動体１２の外輪側軌道面２６に隣接する外輪２０の内周面はテーパの無い円筒面とされており、外輪側軌道面２６は軸対称の形状とされている。
転がり軸受１０は、転動体１２の軌道面が軸方向で対称とされているので、転動体１２の回転が安定する。

そして、転がり軸受１０の一方側の端における内輪３０の外周面３２と外輪２０の内周面２２との間の開口幅Ａよりも、他方側の端における内輪３０の外周面３４と外輪２０の内周面２４との間の開口幅Ｂの方が大きい。
そして、図１にｄで示した内輪３０の他方側の外周面３４のテーパ形状を形成する円錐面の母線と、図１にｃで示した外輪２０の他方側の内周面２４のテーパ形状を形成する円錐面の母線は、転がり軸受１０の中心軸１６上の一点で交わっている。すなわち、内輪３０の外周面３４と外輪２０の内周面２４は、それぞれ中心軸１６上の一点で頂点を共有する円錐面の一部をなしている。よって、転がり軸受１０の他方側では、内輪３０の外周面３４と外輪２０の内周面２４の間の径方向の距離が軸受内部から軸受外部に向かって大きくなっている。
そして、転がり軸受１０の一方側では、内輪３０の外周面３２と外輪２０の内周面２２の間の径方向の間隔が軸受外部から軸受内部に向かって大きくなっている。
そして、内輪３０の一方側の外周面３２のテーパ形状を軸方向に延長した面（断面線を図１にｅで示す）よりも、外輪２０の他方側の内周面２４のテーパ形状が、径方向で外側となっている。

［効果］
実施例１によれば、内輪３０または外輪２０のうちの回転する側の軌道輪の軸方向両側に形成されたテーパ形状により、遠心力により潤滑油を転がり軸受１０の一方側から他方側に貫通させるポンプ作用が発生する。そして、一方側の内輪３０の外周面３２と外輪２０の内周面２２のテーパ形状は、潤滑油を軸受内部へ流入させて軸受内方かつ径方向外方へ流れるように誘導する。そして、他方側の内輪３０の外周面３４と外輪２０の内周面２４のテーパ形状は、潤滑油が軸受外方かつ径方向外方へ流れて軸受外部に排出されるように誘導する。よって、実施例１によれば、ポンプ作用を発生させることができる転がり軸受を提供することができる。
そして、実施例１によれば、一方側の端における外輪２０と内輪３０の間の開口幅Ａよりも他方側の端における外輪２０と内輪３０の間の開口幅Ｂの方が大きい。そして、一方側では、外輪２０と内輪３０の間の径方向距離が軸受外部から軸受内部に向かって大きくなり、他方側では、外輪２０と内輪３０の間の径方向距離が軸受内部から軸受外部に向かって大きくなっている。よって、転がり軸受１０の一方側から他方側へ潤滑油が円滑に流れることができる。
そして、内輪３０の一方側の外周面３２を軸方向に延長した面よりも、外輪２０の他方側の内周面２４が径方向で外側となっているので、内輪３０の外周面３２沿いに軸受内に流入した潤滑油は、外周面３２の延長上に流れ、他方側の外輪２０の内周面２４に当たることなく、軸受外方に流れていくことができる。
そして、転動体１２が玉であるため、転動体１２と内輪３０および外輪２０との接触抵抗が小さくトルクが低い。

［変形例］
実施例１では、内輪３０の一方側の外周面３２と他方側の外周面３４および外輪２０の一方側の内周面２２と他方側の内周面２４の全てをテーパ形状としたが、全てをテーパ形状にする必要はない。少なくとも、内輪３０の一方側の外周面３２と外輪の他方側の内周面２４をテーパ形状とすればよく、内輪３０の他方側の外周面３４および外輪２０の一方側の内周面２２は軸平行な面としても、遠心力により潤滑油を転がり軸受１０の一方側から他方側に貫通させるポンプ作用が発生する。
そして、実施例１では、内輪３０の外周面のテーパ形状と外輪２０の内周面のテーパ形状の径方向の間隔が軸方向の一方側から他方側に向かって大きくなる構成としたが、この間隔を軸方向で一定としてもよい。また、内輪３０の一方側の外周面３２のテーパの傾斜を大きくして、外周面３２のテーパ形状を軸方向に延長した面が、外輪２０の他方側の内周面２４のテーパ形状よりも径方向で外側となってもよい。このような形状としても、遠心力により潤滑油を転がり軸受１０の一方側から他方側に貫通させるポンプ作用を発生させることができる。

［構成］
図２に本発明の実施例２における転がり軸受４０の軸方向断面を示す。なお、以下の説明では、軸受の軸方向の両側について、図２の紙面左側を一方側、図２の紙面右側を他方側と呼び区別する。
転がり軸受４０は、内輪６０と、外輪５０と、保持器４４に保持されて内輪６０と外輪５０との間に配置される複数の玉状の転動体４２とを備えた深溝玉軸受である。保持器４４は軸方向の一方側で縮径する傘形を成し、軸方向に傾斜する方向で転動体４２を保持する片抱きの保持器である。
内輪６０の外周面６２は軸方向の一方側から他方側に向かって径が大きくなるテーパ形状とされており、テーパ形状の外周面６２上に転動体４２の内輪側軌道面６４が形成されている。そして、外周面６２と内輪側軌道面６４の間には円筒部分は無く、内輪側軌道面６４は軸方向で非対称の形状とされている。
外輪５０の内周面５２は軸方向の一方側から他方側に向かって径が大きくなるテーパ形状とされており、テーパ形状の内周面５２上に転動体４２の外輪側軌道面５４が形成されている。そして、内周面５２と外輪側軌道面５４との間には円筒部分は無く、外輪側軌道面５４は軸方向で非対称の形状とされている。
そして、図２にｇで示した内輪６０の外周面６２を形成する円錐面の母線と、図２にｆで示した外輪５０の内周面５２を形成する円錐面の母線は、円すいころ軸受と同様に、転がり軸受４０の中心軸４６上の一点で交わっている。そのため、転がり軸受４０の内輪６０の外周面６２と外輪５０の内周面５２との間の径方向の間隔が、軸方向の一方側から他方側に向けて単調に増加する構成となっている。

［効果］
実施例２によれば、内輪６０または外輪５０のうちの回転する側の軌道輪に形成されたテーパ形状により、遠心力により潤滑油を転がり軸受４０の一方側から他方側に貫通させるポンプ作用が発生する。そして、内輪６０の外周面６２のテーパ形状と外輪５０の内周面５２のテーパ形状により、潤滑油を軸受内部に流入させ、潤滑油が軸受外方かつ径方向外方へ流れて軸受外部に排出されるように誘導する。よって、実施例２によれば、ポンプ作用を発生させることができる転がり軸受を提供することができる。
そして、実施例２によれば、転がり軸受４０の内輪６０の外周面６２と外輪５０の内周面５２との間の径方向の間隔が、軸方向の一方側から他方側に向けて単調に増加する構成となっている。そして、保持器４４は傘形とされており潤滑油の流れを妨げない。よって、転がり軸受４０の一方側から他方側へ潤滑油が円滑に流れることができる。
そして、転動体４２が玉であるため、転動体４２と内輪６０および外輪５０との接触抵抗が小さくトルクが低い。

［構成］
図３に本発明の実施例３における転がり軸受７０の軸方向断面を示す。なお、以下の説明では、軸受の軸方向の両側について、図３の紙面左側を一方側、図３の紙面右側を他方側と呼び区別する。
転がり軸受７０は、内輪９０と、外輪８０と、内輪９０と外輪８０との間に保持器７４に保持された状態で配置される複数の円筒状の転動体７２とを備えた円筒ころ軸受である。
内輪９０は一方側の外周面９２が軸受外部から軸受内部に向かって径が大きくなるテーパ形状とされており、他方側の外周面９４が軸受内部から軸受外部に向かって径が大きくなるテーパ形状とされている。そして、転動体７２の内輪側軌道面９６に隣接する内輪９０の外周面はテーパの無い円筒面とされており、内輪側軌道面９６は軸対称の形状とされている。
外輪８０は一方側の内周面８２が軸受外部から軸受内部に向かって径が大きくなるテーパ形状とされており、他方側の内周面８４が軸受内部から軸受外部に向かって径が大きくなるテーパ形状とされている。そして、転動体７２の外輪側軌道面８６に隣接する外輪８０の内周面はテーパの無い円筒面とされており、外輪側軌道面８６は軸対称の形状とされている。

［効果］
実施例３によれば、内輪９０または外輪８０のうちの回転する側の軌道輪の軸方向両側に形成されたテーパ形状により、遠心力により潤滑油を転がり軸受７０の一方側から他方側に貫通させるポンプ作用が生ずる。そして、一方側の内輪９０の外周面９２と外輪８０の内周面８２のテーパ形状は、潤滑油を軸受内部へ流入させて、潤滑油が軸受内方かつ径方向外方へ流れるように誘導する。そして、他方側の内輪９０の外周面９４と外輪８０の内周面８４のテーパ形状は、潤滑油が軸受外方かつ径方向外方へ流れて軸受外部に排出されるように誘導する。よって、実施例３によれば、ポンプ作用を発生させることができる転がり軸受を提供することができる。

その他、本発明に係る転がり軸受はその発明の思想の範囲で、各種の形態で実施できるものである。

１０ 転がり軸受
１２ 転動体
１４ 保持器
１６ 中心軸
２０ 外輪
２２ 内周面
２４ 内周面
２６ 外輪側軌道面
３０ 内輪
３２ 外周面
３４ 外周面
３６ 内輪側軌道面
４０ 転がり軸受
４２ 転動体
４４ 保持器
４６ 中心軸
５０ 外輪
５２ 内周面
５４ 外輪側軌道面
６０ 内輪
６２ 外周面
６４ 内輪側軌道面
７０ 転がり軸受
７２ 転動体
７４ 保持器
８０ 外輪
８２ 内周面
８４ 内周面
８６ 外輪側軌道面
９０ 内輪
９２ 外周面
９４ 外周面
９６ 内輪側軌道面
Ａ 一方側の開口幅
Ｂ 他方側の開口幅

Claims (6)

1. 内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪との間に配置される転動体と、を備えた転がり軸受であって、
   前記内輪の外周面は、軸方向の一方側で軸受外部から軸受内部に向かって径が大きくなるテーパ形状とされ、
   前記外輪の内周面は、軸方向の他方側で軸受内部から軸受外部に向かって径が大きくなるテーパ形状とされている転がり軸受。
2. 請求項１に記載の転がり軸受であって、
   前記外輪の内周面は、軸方向の一方側で軸受外部から軸受内部に向かって径が大きくなるテーパ形状とされ、
   前記内輪の外周面は、軸方向の他方側で軸受内部から軸受外部に向かって径が大きくなるテーパ形状とされていることを特徴とする転がり軸受。
3. 請求項２に記載の転がり軸受であって、
   一方側の内輪の外周面と外輪の内周面のテーパ形状または他方側の内輪の外周面と外輪の内周面のテーパ形状のうちの少なくとも一方の側のテーパ形状は、内輪の外周面と外輪の内周面の間の径方向の間隔が軸方向の一方側から他方側に向かって大きくなることを特徴とする転がり軸受。
4. 請求項２または請求項３に記載の転がり軸受であって、
   一方側の端における内輪の外周面と外輪の内周面との間の開口幅よりも、他方側の端における内輪の外周面と外輪の内周面との間の開口幅の方が大きいことを特徴とする転がり軸受。
5. 請求項２ないし請求項４に記載の転がり軸受であって、
   前記内輪の一方側の外周面のテーパ形状を軸方向に延長した面よりも、前記外輪の他方側の内周面のテーパ形状が、径方向で外側となることを特徴とする転がり軸受。
6. 請求項２ないし請求項５に記載の転がり軸受であって、
   前記転動体は玉であることを特徴とする転がり軸受。
   

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