JP2011226582A - 転がり軸受および転がり軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】静止荷重が作用する軌道輪、例えば内輪、およびこの軌道輪の転動体軌道面と反対側の面に接する部材、例えば軸の摩耗を防止できる転がり軸受を提供する。
【解決手段】転がり軸受５は、内輪１、外輪２、およびこれら内外輪１，２の各軌道面１ａ，２ａ間に介在する転動体３を有するラジアル型の軸受である。内輪１の内径面の軸方向中央部の内径が両端部１１の内径よりも大径となり、環状凹部１０を形成する凹曲面状の中央凹み形状とする。そして、内輪１の内周に嵌合する軸６に対して、内輪１の内径面における軸方向両端部１１で接触させる。それにより、転動体３と内輪１の接触点Ａから軸６と内輪１の接触点Ｂまでの距離ａが長くなるため、転動体３と内輪１との転がり接触による、内輪１の内径面での周方向の応力分布が均一に近くなり、軸６と内輪１との間のすべりがほとんど生じなくなる。
【選択図】図１

Description

この発明は、各種回転機械に用いられ、特に静止荷重が作用する軌道輪がとまりばめ、またはすきまばめで用いられる転がり軸受および転がり軸受装置に関する。

転がり軸受では、回転荷重が作用する軌道輪をしまりばめにする必要があり、逆に静止荷重が作用する軌道輪についてはすきまばめにすることができる。例えば、転がり軸受５が内輪静止・内輪静止荷重（図６）で使用される場合や内輪回転・内輪静止荷重（図７）で使用される場合、内輪１をすきまばめ、またはとまりばめ（軽度のしまりばめを含む）にする。内輪１をとまりばめにした場合、荷重や遠心膨張によって軸６と内輪１との間にすきまが生じることがある。この状態で内輪軌道面上を転動体３が通過すると、転動体３との接触により内輪１の内径面に発生する周方向の応力分布が一定形状のまま移動することにより、内輪１の内径面が局所的に伸縮を繰り返す。このため、内輪１は軸受の回転と同じ方向に軸６との間ですべりを生じ、内輪１の内径面や軸６の外径面に摩耗等の損傷を引き起こすことがある。同様の現象は、外輪静止・外輪静止荷重（図１２）または外輪回転・外輪静止荷重（図１３）で、外輪２をとまりばめにした場合にも、外輪２の外径面やハウジング７の内径面に生じる。

上記内輪と軸との間のすべりによる内輪の内径面や軸の外径面の摩耗を防止するのに、止めねじやキーを用いて内輪と軸とが相互回転しないように固定する方法がある。他に、内輪の内径面および軸の外径面の両方またはいずれか一方に摩耗防止用の被膜を形成して、内輪と軸との間のすべりが生じても内輪の内径面や軸の外径面に摩耗が起きないようにする方法がある。例えば、特許文献１には、セラミックス製の内外輪と鋼製の軸またはハウジングとの間で隙間が生じた場合の損傷対策として、リン酸マンガン被膜を形成して母材の摩耗を防ぐ方法が開示されている。また、特許文献２には、転がり接触またはすべり接触する部材に、中間層を設けたダイヤモンドライクカーボン膜を形成して、異物による摩耗の進展を防ぐ方法が開示されている。

実開平５−８１５２９号公報 特開２００７−３２７０３７号公報

止めねじにより内輪と軸を固定する方法は、止めねじの先端と軸との間の摩擦力により内輪と軸を固定するものであるため、軸に対する内輪の駆動トルクが大きい場合には内輪と軸との間のすべりを防止できない。キーにより内輪と軸を固定する方法は、内輪および軸にキー溝を設ける必要があり、内輪および軸の強度低下が懸念される。特許文献１，２のように被膜を設ける方法は、内輪と軸との間にすべりは生じるので、被膜が摩滅した場合に母材の摩耗が発生する。同様の問題は、外輪をとまりばめにした場合の外輪の外径面やハウジングの内径面についても言える。

この発明の目的は、静止荷重が作用する軌道輪、およびこの軌道輪の転動体軌道面と反対側の周面に接する部材の摩耗を防止できる転がり軸受および転がり軸受装置を提供することである。

この発明における第１の発明の転がり軸受は、内輪、外輪、およびこれら内外輪の各軌道面間に介在する転動体を有するラジアル型の転がり軸受において、前記内輪の内径面を、軸方向の中央部の内径が両端部の内径よりも大径となり、環状凹部を形成する凹曲面状の中央凹み形状とし、前記内輪の内周に嵌合する軸に対して前記内輪の内径面の軸方向両端部で接触するようにしたことを特徴とする。この第１の発明は、静止荷重が作用する軌道輪が内輪である場合に適用される。

この構成によれば、内輪の内径面における軸方向両端部が軸に接触するため、内輪の内径面の軸方向中央部が軸と接触する場合と比較して、転動体と内輪の接触点から軸と内輪の接触点までの距離が長くなる。サンブナンの原理より、上記距離が長くなれば、転動体と内輪との転がり接触による、内輪の内径面での周方向の応力分布の不均一性が緩和され、均一に近くなる。周方向の応力分布が均一に近ければ、内輪の内径面の局所的な伸縮がきわめて少なく、軸と内輪との間のすべりがほとんど生じない。その結果、内輪の内径面や軸の外径面における摩耗等の損傷が防がれる。

第１の発明において、前記内輪の内径面における前記環状凹部を成す部分の母線と、前記軸と接触する部分の母線とが、互いの接続部を含めて少なくとも荷重作用時に弾性変形により前記軸と接触する領域すなわち範囲で滑らかに繋がっているのが望ましい。前記母線とは、その線を回転中心軸回りに回転させることで回転体形状をつくる線を言う。
前記母線のうち荷重作用時に弾性変形により軸と接触する範囲が滑らかであれば、内輪が軸に対してエッジ接触することを避けられる。また、内輪の内径面の一部に応力集中が生じることを防げる。

第１の発明において、前記外輪よりも前記内輪の方が、軸方向の幅寸法が長くても良い。
内輪の軸方向寸法を長くすれば、転動体と内輪の接触点から軸と内輪の接触点までの距離をさらに長くすることができる。それにより、内輪の内径面での周方向の応力分布がさらに均一に近づき、内輪の内径面の局所的な伸縮をより一層抑えられる。

第１の発明の転がり軸受は、前記内輪の内周に嵌合する軸と組み合わせて、転がり軸受装置として使用される。

また、第１の発明の考えを応用して、次のような転がり軸受装置としてもよい。すなわち、この転がり軸受装置は、内輪、外輪、およびこれら内外輪の各軌道面間に介在する転動体を有するラジアル型の転がり軸受と、前記内輪の内周に嵌合する軸とを備え、前記軸の外径面における前記内輪の内径面に正対する部分である外径面正対部を、軸方向の中央部の外径が両端部よりも小径となり、環状凹部を形成する凹曲面状の中央凹み形状とし、前記内輪に対して前記外径面正対部の軸方向両端部で接触するようにしたことを特徴とする。

この構成によれば、軸の外径面正対部における軸方向両端部が内輪に接触するため、軸の外径面正対部における軸方向中央部が内輪と接触する場合と比較して、転動体と内輪の接触点から軸と内輪の接触点までの距離が長くなる。上記距離が長くなれば、前記同様の理由により、内輪の内径面の局所的な伸縮がきわめて少なく、軸と内輪との間のすべりがほとんど生じない。その結果、内輪の内径面や軸の外径面における摩耗等の損傷が防がれる。

第１の発明の転がり軸受を用いた転がり軸受装置、および第１の発明の考えを応用した転がり軸受装置は、前記内輪と前記軸とのはめあい公差がすきまばめ、またはとまりばめであるのが効果的である。

この発明における第２の発明の転がり軸受は、内輪、外輪、およびこれら内外輪の各軌道面間に介在する転動体を有するラジアル型の転がり軸受において、前記外輪の外径面を、軸方向の中央部の外径が両端部の外径よりも小径となり、環状凹部を形成する凹曲面状の中央凹み形状とし、前記外輪の外周に嵌合するハウジングに対して、前記外輪の外径面の軸方向両端部で接触するようにしたことを特徴とする。この第２の発明は、静止荷重が作用する軌道輪が外輪である場合に適用される。

この構成によれば、外輪の外径面における軸方向両端部がハウジングに接触するため、外輪の外径面の軸方向中央部がハウジングと接触する場合と比較して、転動体と外輪の接触点からハウジングと外輪の接触点までの距離が長くなる。サンブナンの原理より、上記距離が長くなれば、転動体と外輪との転がり接触による、外輪の外径面での周方向の応力分布の不均一性が緩和され、均一に近くなる。周方向の応力分布が均一に近ければ、外輪の外径面の局所的な伸縮がきわめて少なく、ハウジングと外輪との間のすべりがほとんど生じない。その結果、外輪の外径面やハウジングの内径面における摩耗等の損傷が防がれる。

第２の発明において、前記外輪の外径面における前記環状凹部を成す部分の母線と、前記ハウジングと接触する部分の母線とが、互いの接続部を含めて少なくとも荷重作用時に弾性変形により前記ハウジングと接触する領域すなわち範囲で滑らかに繋がっているのが望ましい。
前記母線のうち荷重作用時に弾性変形によりハウジングと接触する範囲が滑らかであれば、外輪がハウジングに対してエッジ接触することを避けられる。また、外輪の内径面の一部に応力集中が生じることを防げる。

第２の発明において、前記内輪よりも前記外輪の方が、軸方向の幅寸法が長くても良い。
外輪の軸方向寸法を長くすれば、転動体と外輪の接触点からハウジングと外輪の接触点までの距離をさらに長くすることができる。それにより、外輪の外径面での周方向の応力分布がさらに均一に近づき、外輪の外径面の局所的な伸縮をより一層抑えられる。

第２の発明の転がり軸受は、前記外輪の外周に嵌合するハウジングと組み合わせて、転がり軸受装置として使用される。

また、第２の発明の考えを応用して、次のような転がり軸受装置としてもよい。すなわち、この転がり軸受装置は、内輪、外輪、およびこれら内外輪の各軌道面間に介在する転動体を有するラジアル型の転がり軸受と、前記外輪の外周に嵌合するハウジングとを備え、前記ハウジングの内径面における前記外輪の外径面に正対する部分である内径面正対部を、軸方向の中央部の内径が両端部よりも大径となり、環状凹部を形成する凹曲面状の中央凹み形状とし、前記外輪に対して内径面正対部の軸方向両端部で接触するようにしたことを特徴とする。

この構成によれば、ハウジングの内径面正対部における軸方向両端部が外輪に接触するため、ハウジングの外径面正対部における軸方向中央部が外輪と接触する場合と比較して、転動体と外輪の接触点からハウジングと外輪の接触点までの距離が長くなる。上記距離が長くなれば、前記同様の理由により、外輪の外径面の局所的な伸縮がきわめて少なく、ハウジングと外輪との間のすべりがほとんど生じない。その結果、外輪の外径面やハウジングの内径面における摩耗等の損傷が防がれる。

第２の発明の転がり軸受を用いた転がり軸受装置、および第２の発明の考えを応用した転がり軸受装置は、前記外輪と前記ハウジングとのはめあい公差がすきまばめ、またはとまりばめであるのが効果的である。

この発明における第３の発明の転がり軸受は、軸方向に対面する一対の軌道輪、およびこれら一対の軌道輪の各軌道面間に介在する転動体を有するスラスト型の転がり軸受において、前記一対の軌道輪の反軌道面側の面である端面を、径方向の中央部が両端部よりも前記軌道面側に近く、環状凹部を形成する凹曲面状の中央凹み形状とし、各軌道輪の端面にそれぞれ接触する一対の接触部材に対して前記軌道輪の端面における径方向両端部で接触するようにしたことを特徴とする。

この構成によれば、軌道輪の端面における径方向の両端部が接触部材に接触するため、軌道輪の端面における径方向の中央部が接触部材と接触する場合と比較して、転動体と軌道輪の接触点から接触部材と軌道輪の接触点までの距離が長くなる。サンブナンの原理より、上記距離が長くなれば、転動体と軌道輪との転がり接触による、軌道輪の端面での周方向の応力分布の不均一性が緩和され、均一に近くなる。周方向の応力分布が均一に近ければ、軌道輪の端面の局所的な伸縮がきわめて少なく、接触部材と軌道輪との間のすべりがほとんど生じない。その結果、軌道輪の端面や接触部材の軌道輪と接触する面における摩耗等の損傷が防がれる。

第３の発明において、前記軌道輪の端面における前記環状凹部を成す部分の母線と、前記接触部材と接触する部分の母線とが、互いの接続部を含めて少なくとも荷重作用時に弾性変形により前記接触部材、例えば軸もしくはハウジングと接触する領域すなわち範囲で滑らかに繋がっているのが望ましい。
前記母線のうち荷重作用時に弾性変形により接触部材と接触する範囲が滑らかであれば、軌道輪が軸もしくはハウジングに対してエッジ接触することを避けられる。また、軌道輪の端面の一部に応力集中が生じることを防げる。

第３の発明の転がり軸受は、前記一対の軌道輪の端面にそれぞれ接触する一対の接触部材と組み合わせて、転がり軸受装置として使用される。

また、第３の発明の考えを応用して、次のような転がり軸受装置としてもよい。すなわち、この転がり軸受装置は、軸方向に対面する一対の軌道輪、およびこれら一対の軌道輪の各軌道面間に介在する転動体を有するスラスト型の転がり軸受と、前記一対の軌道輪の反軌道面側の面である端面に接触する接触部材とを備え、前記接触部材の前記軌道輪と対向する面における前記軌道輪と正対する部分である対向面正対部を、径方向中央部に環状凹部が形成された凹曲面状の中央凹み形状とし、各軌道輪に対して前記対向面正対部の径方向両端部で接触するようにしたことを特徴とする。

この構成によれば、接触部材の対向面正対部における径方向両端部が軌道輪に接触するため、接触部材の対向面正対部における径方向中央部が軌道輪と接触する場合と比較して、転動体と軌道輪の接触点から接触部材と軌道輪の接触点までの距離が長くなる。上記距離が長くなれば、前記同様の理由により、軌道輪の接触部材と対向する面の局所的な伸縮がきわめて少なく、接触部材と軌道輪との間のすべりがほとんど生じない。その結果、軌道輪の接触部材と対向する端面や接触部材の対向面正対部における摩耗等の損傷が防がれる。

第１ないし第３の各発明において、前記環状凹部内にグリースを充填するか、または前記環状凹部を構成する面にグリースを塗布しても良い。その場合、前記グリースは、油性向上剤、極圧添加剤、および固体潤滑剤のうち少なくとも１つを含有するものとする。
第１ないし第３の各発明の構成により、静止荷重が作用する内輪または外輪または軌道輪の軸またはハウジングまたは接触部材と接触する面での周方向の応力分布の不均一性が緩和されるが、完全な均一とはならないため、わずかながらすべりが生じることがある。環状凹部内にグリースを充填するか、または環状凹部を構成する面にグリースを塗布することにより、すべりが生じた場合の摩耗を防止できる。上記すべりの速度はきわめて小さいので、境界潤滑下で潤滑作用のある添加物をグリースに添加するのが良い。油性向上剤、極圧添加剤、および固体潤滑剤は、いずれも境界潤滑下で潤滑作用を有する。

上記のようにグリースを使用する場合、前記環状凹部の幅方向の両端または一端をシール材で密封するのが良い。前記シール材は、例えばＯリングとする。
シール材で環状凹部からのグリースの漏洩を防止することにより、すべりが生じた場合の摩耗の防止効果を長時間維持させることができる。

この発明において、前記環状凹部が設けられている面に、母材よりも摩擦係数の低い被膜を形成してもよい。また、前記環状凹部が設けられている面と対向する面に、母材よりも摩擦係数の低い被膜を形成してもよい。前記被膜は、例えばリン酸塩被膜とする。
環状凹部が設けられている面、および環状凹部が設けられている面と対向する面のいずれかまたは両方に、リン酸塩被膜等のように潤滑性のある被膜を形成することによって、耐摩耗性をより一層向上させることができる。

この発明における第１の発明の転がり軸受は、内輪、外輪、およびこれら内外輪の各軌道面間に介在する転動体を有するラジアル型の転がり軸受において、前記内輪の内径面を、軸方向の中央部の内径が両端部の内径よりも大径となり、環状凹部を形成する凹曲面状の中央凹み形状とし、前記内輪の内周に嵌合する軸に対して前記内輪の内径面の軸方向両端部で接触するようにしたため、静止荷重が作用する軌道輪である内輪、およびこの内輪の転動体軌道面と反対側の周面に接する部材である軸の摩耗を防止できる。

この発明における第２の発明の転がり軸受装置は、内輪、外輪、およびこれら内外輪の各軌道面間に介在する転動体を有するラジアル型の転がり軸受において、前記外輪の外径面を、軸方向の中央部の外径が両端部の外径よりも小径となり、環状凹部を形成する凹曲面状の中央凹み形状とし、前記外輪の外周に嵌合するハウジングに対して、前記外輪の外径面の軸方向両端部で接触するようにしたため、静止荷重が作用する軌道輪である外輪、およびこの外輪の転動体軌道面と反対側の周面に接する部材であるハウジングの摩耗を防止できる。

この発明における第３の発明の転がり軸受装置は、軸方向に対面する一対の軌道輪、およびこれら一対の軌道輪の各軌道面間に介在する転動体を有するスラスト型の転がり軸受において、前記一対の軌道輪の反軌道面側の面である端面を、径方向の中央部が両端部よりも前記軌道面側に近く、環状凹部を形成する凹曲面状の中央凹み形状とし、各軌道輪の端面にそれぞれ接触する一対の接触部材に対して前記軌道輪の端面における径方向両端部で接触するようにしたため、軌道輪および接触部材の摩耗を防止できる。

（Ａ）は第１の発明の一実施形態にかかる転がり軸受を用いた転がり軸受装置の断面図、（Ｂ）はＩＢ部の一例を示す拡大図、（Ｃ）はＩＢ部の異なる例を示す拡大図である。 第１の発明の異なる実施形態にかかる転がり軸受を用いた転がり軸受装置の断面図である。 第１の発明のさらに異なる実施形態にかかる転がり軸受を用いた転がり軸受装置の断面図である。 第１の発明の応用例である転がり軸受装置の断面図である。 第１の発明の異なる応用例である転がり軸受装置の断面図である。 （Ａ），（Ｂ）は図１〜図３の転がり軸受、および図４、図５の転がり軸受装置の使用状況を示す説明図である。 （Ａ），（Ｂ）は図１〜図３の転がり軸受、および図４、図５の転がり軸受装置の異なる使用状況を示す説明図である。 第２の発明の一実施形態にかかる転がり軸受を用いた転がり軸受装置の断面図である。 第２の発明の異なる実施形態にかかる転がり軸受を用いた転がり軸受装置の断面図である。 第２の発明の応用例である転がり軸受装置の断面図である。 第２の発明の異なる応用例である転がり軸受装置の断面図である。 （Ａ），（Ｂ）は図８、図９の転がり軸受、および図１０、図１１の転がり軸受装置の使用状況を示す説明図である。 （Ａ），（Ｂ）は図８、図９の転がり軸受、および図１０、図１１の転がり軸受装置の異なる使用状況を示す説明図である。 第３の発明の一実施形態にかかる転がり軸受を用いた転がり軸受装置の断面図である。 第３の発明の応用例である転がり軸受装置の断面図である。 従来の転がり軸受を用いた転がり軸受装置の断面図である。

この発明の実施形態を図面と共に説明する。図１（Ａ）は、第１の発明にかかる転がり軸受を用いた転がり軸受装置の断面図、同図（Ｂ）は、そのＩＢ部拡大図である。転がり軸受５はラジアル型であって、内輪１、外輪２、および内外輪１，２の各軌道面１ａ，２ａ間に介在する転動体３を有する。図例の転がり軸受５は深溝玉軸受であり、転動体３はボールからなる。各転動体３は、保持器４の円周方向に並ぶポケット４ａ内に保持される。この転がり軸受１は、前記内輪１の内周に嵌合する軸６と組み合わされて、転がり軸受装置を構成する。なお、図２以下の各図に示すラジアル型の転がり軸受５では、保持器４の図示を省略してある。

内輪１の内径面は、軸方向中央部に凹曲面状の環状凹部１０が形成された中央凹み形状とされている。すなわち、軸方向中央部の内径が両端部１１の内径よりも大きい形状とされている。図１（Ｂ）に拡大して示すように、両端部１１は軸６と接触する部分であり、軸６との接触面は軸方向に一定幅Ｗを有する。内輪１の内径面の端部１１から端面にかけては、円弧状の面取り部１１ａとされている。内輪１の内径面を構成する母線１２は、環状凹部１０を成す部分１２ａから両端部１１を成す部分１２ｂにかけて軸受中心線Ｏ（図１（Ａ））に対する勾配が滑らかに変化する曲線である。言い換えると、環状凹部１０を成す部分の母線１２ａと、軸６と接触する部分の母線１２ｂとが、互いの接続部であるＢ点で滑らかに繋がっている。滑らかに繋がるとは、接続点の両側の線が接続点で微分可能な線であることを言う。

内輪１の内径面の断面形状は、図１（Ｃ）に示すように、両端部１１が線で軸６と接触するのではなく、点Ｂで接触する形状であっても良い。その場合、環状凹部１０を成す部分の母線１２ａと、面取り部１１ａを成す部分の母線１２ｃとが、互いの接続部であるＢ点で滑らかに繋がっているのが良い。

この転がり軸受５は、図６（Ａ），（Ｂ）のような内輪静止・内輪静止荷重の状況下、または図７（Ａ），（Ｂ）のような内輪回転・内輪静止荷重の状況下で用いられる。すなわち、静止荷重が作用する軌道輪が内輪１とされる。内輪１は軸６に対して、すきまばめ、またはとまりばめ（軽度のしまりばめを含む）にしてある。

この転がり軸受５は、内輪1の内径面を上記形状としたことにより、内輪１の内径面における環状凹部１０の両端部１１が軸６の外径面に接触する。そのため、転動体３と内輪１の接触点Ａから軸６と内輪１の接触点Ｂまでの距離ａが、内輪１の内径面の軸方向中央部が軸６と接触する場合の同距離ｂ（図１６）と比較して長くなる。サンブナンの原理より、上記距離ａ，ｂが長くなれば、転動体３と内輪１との転がり接触による、内輪１の内径面での周方向の応力分布の不均一性が緩和され、均一に近くなる。周方向の応力分布が均一に近ければ、内輪１の内径面の局所的な伸縮がきわめて少ないため、軸６と内輪１との間にすきまがあっても、両者間ですべりがほとんど生じない。その結果、内輪１の内径面や軸６の外径面における摩耗等の損傷が防がれる。

内輪１の内径面を構成する母線１２は、環状凹部１０を成す部分と軸６と接触する部分とが滑らかに繋がっているため、内輪１が軸６に対してエッジ接触することを避けられる。また、内輪１の内径面の一部に応力集中が生じることを防げる。

内輪１の内径面での周方向の応力分布は、均一に近くはなるが、完全な均一とはならないため、わずかながらすべりが生じることがある。そこで、すべりが生じた場合の摩耗を防止するために、図２に示すように、環状凹部１０内にグリース８を充填するか、または環状凹部１０を構成する内輪１の内径面にグリース８を塗布するのが良い。グリース８は、境界潤滑下で潤滑作用のある添加物、例えば油性向上剤、極圧添加剤、および固体潤滑剤のうち少なくとも１つを含有しているのが望ましい。

上記のようにグリース８を使用する場合、環状凹部１０の幅方向の両端をシール材１３で密封するのが良い。シール材１３としては、例えばＯリングが用いられる。図例では、内輪１の内径面の軸方向両端に切欠き１４を設け、この切欠き１４にＯリングからなるシール材１３を嵌め込んである。シール材１３で環状凹部１０からのグリース８の漏洩を防止することにより、すべりが生じた場合の摩耗の防止効果を長時間維持させることができる。場合によっては、環状凹部１０の幅方向の一端だけをシール材１３で密封してもよい。
上記グリース８の使用、およびシール材１３によりグリース８を密封する構成は、以下の各実施形態にも適用できる。

図３は、第１の発明にかかる転がり軸受の異なる実施形態を示す。この転がり軸受５は、内輪１の軸方向幅寸法Ｌ１の方が、外輪２の軸方向幅寸法Ｌ２よりも長くしてある。内輪１の軸方向幅寸法Ｌ１を長くすれば、転動体３と内輪１の接触点Ａから軸６と内輪１の接触点Ｂまでの距離ａをさらに長くすることができる。それにより、内輪１の内径面での周方向の応力分布がさらに均一に近づき、内輪１の内径面の局所的な伸縮をより一層抑えられ、軸６と内輪１との間のすべりを抑える効果が大きくなる。

図４は、第１の発明の応用例である転がり軸受装置を示す。この転がり軸受装置も、深溝玉軸受からなるラジアル型の転がり軸受５と、内輪１の内周に嵌合する軸６とでなる。転がり軸受５は、内輪１の内径面が円筒状をした一般的な形状である。この転がり軸受装置は、軸６の外径面に、第１の発明が応用されている。

すなわち、軸６の外径面における内輪１の内径面に正対する部分である外径面正対部１５は、軸方向中央部に凹曲面状の環状凹部１６が形成された中央凹み形状とされ、軸方向中央部の外径が両端部１７の外径よりも小さい形状とされている。これにより、軸６は、外径面正対部１５の両端部１７における内輪１の面取り部１１ａよりも軸方向中央側の部分で、内輪１と接触する。軸６の外径面正対部１５を構成する母線１８は、環状凹部１６を成す部分から両端部１７を成す部分にかけて軸受中心線Ｏに対する勾配が滑らかに変化する曲線である。言い換えると、母線１８の環状凹部１６を成す部分と、内輪１と接触する部分とが、互いの接続部であるＢ点で滑らかに繋がっている。

この転がり軸受装置も、図６（Ａ），（Ｂ）のような内輪静止・内輪静止荷重の状況下、または図７（Ａ），（Ｂ）のような内輪回転・内輪静止荷重の状況下で用いられる。すなわち、静止荷重が作用する軌道輪が内輪１とされる。内輪１は軸６に対して、すきまばめ、またはとまりばめ（軽度のしまりばめを含む）にしてある。

この転がり軸受装置は、軸６の外径面正対部１５を上記形状としたことにより、軸６の外径面正対部１５における軸方向両端部１７が内輪１に接触するため、軸６の外径面正対部１５における軸方向中央部が内輪と接触する場合（図示せず）と比較して、転動体３と内輪１の接触点Ａから軸６と内輪１の接触点Ｂまでの距離ａが長くなる。上記距離ａが長くなれば、前記同様の理由により、内輪１の内径面の局所的な伸縮がきわめて少なく、軸６と内輪１との間のすべりがほとんど生じない。その結果、内輪１の内径面や軸６の外径面における摩耗等の損傷が防がれる。

図５は、第１の発明を応用した転がり軸受装置の異なる実施形態を示す。この転がり軸受装置の転がり軸受５は、内輪１の軸方向幅寸法Ｌ１の方が、外輪２の軸方向幅寸法Ｌ２よりも長くしてある。内輪１の軸方向幅寸法Ｌ１を長くすれば、転動体３と内輪１の接触点Ａから軸６と内輪１の接触点Ｂまでの距離ａをさらに長くすることができる。それにより、内輪１の内径面での周方向の応力分布がさらに均一に近づき、内輪１の内径面の局所的な伸縮をより一層抑えられ、軸６と内輪１との間のすべりを抑える効果が大きくなる。

図８は、第２の発明にかかる転がり軸受を用いた転がり軸受装置の断面図である。転がり軸受５は、深溝玉軸受からなるラジアル型の軸受であって、外輪２の外周に嵌合するハウジング７と組み合わされて、転がり軸受装置を構成する。外輪２の外径面は、軸方向中央部に凹曲面状の環状凹部２０が形成された中央凹み形状とされている。すなわち、軸方向中央部の外径が両端部２１の外径よりも小さい形状とされている。両端部２１はハウジング７と接触する部分である。外輪２の外径面の端部２１から端面にかけては、円弧状の面取り部２１ａとされている。外輪１の外径面を構成する母線２２は、環状凹部２０を成す部分から両端部を成す部分にかけて軸受中心線Ｏに対する勾配が滑らかに変化する曲線である。言い換えると、母線２２の環状凹部２０を成す部分と、ハウジング７と接触する部分とが、互いの接続部であるＣ点で滑らかに繋がっている。

この転がり軸受は、図１２（Ａ），（Ｂ）のような外輪静止・外輪静止荷重の状況下、または図１３（Ａ），（Ｂ）のような外輪回転・外輪静止荷重の状況下で用いられる。すなわち、静止荷重が作用する軌道輪が外輪２とされる。外輪２はハウジング７に対して、すきまばめ、またはとまりばめ（軽度のしまりばめを含む）にしてある。

この転がり軸受は、外輪２の外径面を上記形状としたことにより、外輪２の外径面における軸方向両端部２１がハウジング７の内径面に接触する。そのため、外輪２の外径面の軸方向中央部がハウジング７と接触する場合（図示せず）と比較して、転動体３と外輪２の接触点Ｃからハウジング７と外輪２の接触点Ｄまでの距離ｃが長くなる。サンブナンの原理より、上記距離ｃが長くなれば、転動体３と外輪２との転がり接触による、外輪２の外径面での周方向の応力分布の不均一性が緩和され、均一に近くなる。周方向の応力分布が均一に近ければ、外輪２の外径面の局所的な伸縮がきわめて少ないため、ハウジング７と外輪２との間にすきまがあっても、両者間ですべりがほとんど生じない。その結果、外輪２の外径面やハウジング７の内径面における摩耗等の損傷が防がれる。

外輪２の外径面を構成する母線２２は、環状凹部２０を成す部分とハウジング７と接触する部分とが滑らかに繋がっているため、外輪２がハウジング７に対してエッジ接触することを避けられる。また、外輪２の外径面の一部に応力集中が生じることを防げる。

図９は、第２の発明にかかる転がり軸受の異なる実施形態を示す。この転がり軸受５は、内輪１の軸方向幅寸法Ｌ１よりも、外輪２の軸方向幅寸法Ｌ２を長くしてある。外輪２の軸方向幅寸法Ｌ２を長くすれば、転動体３と外輪２の接触点Ｃからハウジング７と外輪２の接触点Ｄまでの距離ｃをさらに長くすることができる。それにより、外輪２の外径面での周方向の応力分布がさらに均一に近づき、外輪２の外径面の局所的な伸縮をより一層抑えられ、ハウジング７と外輪２との間のすべりを抑える効果が大きくなる。

図１０は、第２の発明の応用例である転がり軸受装置を示す。この転がり軸受装置も、深溝玉軸受からなるラジアル型の転がり軸受５と、外輪２の外周に嵌合するハウジング７とでなる。転がり軸受５は、外輪２の外径面が円筒状をした一般的な形状である。この転がり軸受装置は、ハウジング７の外径面に、第２の発明が応用されている。

すなわち、ハウジング７の内径面における外輪２の外径面に正対する部分である内径面正対部２５は、軸方向中央部に凹曲面状の環状凹部２６が形成された中央凹み形状とされ、軸方向中央部の内径が両端部２７の内径よりも大きい形状とされている。これにより、ハウジング７は、内径面正対部２５の両端部２７における外輪２の面取り部２１ａよりも軸方向中央側の部分で、外輪２と接触する。ハウジング７の内径面正対部２５を構成する母線２８は、環状凹部２６を成す部分から両端部２７を成す部分にかけて軸受中心線Ｏに対する勾配が滑らかに変化する曲線である。言い換えると、母線２８の環状凹部２６を成す部分と、外輪２と接触する部分とが、互いの接続部であるＤ点で滑らかに繋がっている。

この転がり軸受装置も、図１２（Ａ），（Ｂ）のような外輪静止・外輪静止荷重の状況下、または図１３（Ａ），（Ｂ）のような外輪回転・外輪静止荷重の状況下で用いられる。すなわち、静止荷重が作用する軌道輪が外輪２とされる。外輪２はハウジング７に対して、すきまばめ、またはとまりばめ（軽度のしまりばめを含む）にしてある。

この転がり軸受装置は、ハウジング７の内径面正対部２５を上記形状としたことにより、ハウジング７の内径面正対部２５における軸方向両端部２７が外輪２に接触するため、ハウジング７の内径面正対部２５における軸方向中央部が外輪２と接触する場合（図示せず）と比較して、転動体３と外輪２の接触点Ｃからハウジング７と外輪２の接触点Ｄまでの距離ｃが長くなる。上記距離ｃが長くなれば、前記同様の理由により、外輪２の外径面の局所的な伸縮がきわめて少なく、ハウジング７と外輪２との間のすべりがほとんど生じない。その結果、外輪２の外径面やハウジング７の内径面における摩耗等の損傷が防がれる。

図１１は、第２の発明の応用例である転がり軸受装置の異なる実施形態を示す。この転がり軸受装置の転がり軸受５は、内輪１の軸方向幅寸法Ｌ１よりも、外輪２の軸方向幅寸法Ｌ２の方が長くしてある。外輪２の軸方向幅寸法Ｌ２を長くすれば、転動体３と外輪２の接触点Ｃからハウジング７と外輪２の接触点Ｄまでの距離ｃをさらに長くすることができる。それにより、外輪２の外径面での周方向の応力分布がさらに均一に近づき、外輪２の内径面の局所的な伸縮をより一層抑えられ、ハウジング７と外輪２との間のすべりを抑える効果が大きくなる。

図１４は、第３の発明にかかる転がり軸受を用いた転がり軸受装置の断面図である。転がり軸受３４はスラスト型であって、軸方向に対面する一対の軌道輪３１，３２、およびこれら一対の軌道輪３１，３２の各軌道面３１ａ，３２ａ間に介在する転動体３３を有する。図例の転がり軸受３４は単式スラスト玉軸受であり、転動体３３はボールからなる。各転動体３３は、保持器（図示せず）の円周方向に並ぶポケット（図示せず）内に保持される。この転がり軸受３４は、前記一対の軌道輪３１，３２にそれぞれ接触する一対の接触部材３５，３６と組み合わされて、転がり軸受装置を構成する。例えば、接触部材３５が軸、接触部材３６がハウジングである。

軌道輪３１（３２）の軌道面３１ａ（３２ａ）と反対側の面である端面は、径方向中央部に凹曲面状の環状凹部３７（３８）が形成された中央凹み形状とされている。環状凹部３７（３８）の径方向の両側部分である両端部３９Ａ，３９Ｂ（４０Ａ，４０Ｂ）は、接触部材３５（３６）と接触する部分である。軌道輪３１（３２）の端面における端部３９Ａ，３９Ｂ（４０Ａ，４０Ｂ）から内径面および外径面にかけては、円弧状の面取り部３９ａＡ，３９ａＢ（４０ａＡ，４０ａＢ）とされている。軌道輪３１（３２）の端面を構成する母線４１（４２）は、環状凹部３７（３８）を成す部分から両端部３９Ａ，３９Ｂ（４０Ａ，４０Ｂ）を成す部分にかけて軸受中心線Ｏと直交する平面に対する勾配が滑らかに変化する曲線である。言い換えると、母線４１（４２）の環状凹部３７（３８）を成す部分と、接触部材３５（３６）と接触する部分とが、互いの接続部であるＧ点（Ｈ点）で滑らかに繋がっている。

この転がり軸受は、軌道輪３1（３２）の端面を上記形状としたことにより、軌道輪３１（３２）の端面における径方向の両端部３９Ａ，３９Ｂ（４０Ａ，４０Ｂ）が接触部材３５（３６）に接触する。そのため、転動体３３と軌道輪３１（３２）の接触点Ｅ（Ｆ）から接触部材３５（３６）と軌道輪３１（３２）の接触点Ｇ（Ｈ）までの距離ｅ（ｆ）が、軌道輪３１（３２）の端面の径方向中央部が接触部材３５（３６）と接触する場合（図示せず）と比較して長くなる。サンブナンの原理より、上記距離ｅ（ｆ）が長くなれば、転動体３３と軌道輪３１（３２）との転がり接触による、軌道輪３１（３２）の端面での周方向の応力分布の不均一性が緩和され、均一に近くなる。周方向の応力分布が均一に近ければ、軌道輪３１（３２）の端面の局所的な伸縮がきわめて少ないため、接触部材３５（３６）と軌道輪３１（３２）との間にすきまがあっても、両者間ですべりがほとんど生じない。その結果、軌道輪３１（３２）の端面や接触部材３５（３６）の端面における摩耗等の損傷が防がれる。

軌道輪３１，３２の端面を構成する母線４１，４２は、環状凹部３７，３８を成す部分と、接触部材３５，３６と接触する部分とが滑らかに繋がっているため、軌道輪３１，３２が接触部材３５，３６に対してエッジ接触することを避けられる。また、軌道輪３１,６の内径面の一部に応力集中が生じることを防げる。

図１５は、第３の発明の応用例である転がり軸受装置を示す。この転がり軸受装置も、単式スラスト玉軸受からなるスラスト型の転がり軸受３４と、一対の軌道輪３１，３２にそれぞれ接触する一対の接触部材３５，３６とでなる。転がり軸受３４は、各軌道輪３１，３２の軌道面３１ａ，３２ａと反対側の面である端面が円筒状をした一般的な形状である。この転がり軸受装置は、各接触部材３５，３６の軌道輪３１，３２側を向く面である対向面に、第３の発明が応用されている。

すなわち、接触部材３５（３６）の対向面は、径方向中央部に凹曲面状の環状凹部４７（４８）が形成された中央凹み形状とされている。これにより、接触部材３５（３６）は、対向面の両端部４９Ａ，４９Ｂ（５０Ａ，５０Ｂ）における軌道輪３１（３２）の面取り部３９ａＡ，３９ａＢ（４０ａＡ，４０ａＢ）よりも径方向中央側の部分で、軌道輪３１（３２）と接触する。接触部材３５（３６）の対向面を構成する母線５１（５２）は、環状凹部４７（４８）を成す部分から両端部４９Ａ，４９Ｂ（５０Ａ，５０Ｂ）を成す部分にかけて軸受中心線Ｏと直交する平面に対する勾配が滑らかに変化する曲線である。言い換えると、母線５１（５２）の環状凹部４７（４８）を成す部分と、軌道輪３１（３２）と接触する部分とが、互いの接続部であるＧ点（Ｈ点）で滑らかに繋がっている。

この転がり軸受装置は、接触部材３５（３６）の対向面を上記形状としたことにより、接触部材３５（３６）の対向面における径方向の両端部４９Ａ，４９Ｂ（５０Ａ，５０Ｂ）が軌道輪３１（３２）に接触する。そのため、転動体３３と軌道輪３１（３２）の接触点Ｅ（Ｆ）から接触部材３５（３６）と軌道輪３１（３２）の接触点Ｇ（Ｈ）までの距離ｅ（ｆ）が、軌道輪３１（３２）の端面の径方向中央部が接触部材３５（３６）と接触する場合（図示せず）と比較して長くなる。上記距離ｅ（ｆ）が長くなれば、前記同様の理由により、軌道輪３１（３２）の端面の局所的な伸縮がきわめて少なく、接触部材３５（３６）と軌道輪３１（３２）との間のすべりがほとんど生じない。その結果、軌道輪３１（３２）の対向面や接触部材３５（３６）の端面における摩耗等の損傷が防がれる。

なお、図１５の例では、接触部材３５（３６）の対向面の径方向寸法が軌道輪３１（３２）の端面の径方向寸法と同じであるため、接触部材３５（３６）の対向面全体が中央凹み形状とされているが、接触部材３５（３６）の対向面の径方向寸法が軌道輪３１（３２）の端面の径方向寸法よりも大きい場合は、接触部材３５（３６）の軌道輪３１（３２）と対向する面における軌道輪３１（３２）と正対する部分である対向面正対部を、径方向の中央部に環状凹部４７（４８）が形成された凹曲面状の中央凹み形状とし、各軌道輪３１（３２）に対して対向面正対部の径方向両端部で接触させる。

１…内輪
１ａ…軌道面
２…外輪
２ａ…軌道面
３，３３…転動体
５…ラジアル型の転がり軸受
６…軸
７…ハウジング
８…グリース
１０，１６，２０，２６，３７，３８，４７，４８…環状凹部
１１，１７，２１，２７，３９Ａ，３９Ｂ，４０Ａ，４０Ｂ，４９Ａ，４９Ｂ，５０Ａ，５０Ｂ…軸方向端部
１２，１８，２２，２８，４１，４２，５１，５２…母線
１３…シール材
１５…外径面正対部
２５…内径面正対部
３１，３２…軌道輪
３４…スラスト型の転がり軸受
３５，３６…接触部材
Ｌ１…内輪の軸方向幅寸法
Ｌ２…外輪の軸方向幅寸法
Ｏ…軸受中心線

Claims (20)

1. 内輪、外輪、およびこれら内外輪の各軌道面間に介在する転動体を有するラジアル型の転がり軸受において、前記内輪の内径面を、軸方向の中央部の内径が両端部の内径よりも大径となり、環状凹部を形成する凹曲面状の中央凹み形状とし、前記内輪の内周に嵌合する軸に対して前記内輪の内径面の軸方向両端部で接触するようにしたことを特徴とする転がり軸受。
2. 請求項１において、前記内輪の内径面における前記環状凹部を成す部分の母線と、前記軸と接触する部分の母線とが、互いの接続部を含めて少なくとも弾性変形により前記軸と接触する領域で滑らかに繋がっている転がり軸受。
3. 請求項１または請求項２において、前記外輪よりも前記内輪の方が、軸方向の幅寸法が長い転がり軸受。
4. 請求項１ないし請求項３のいずれかに記載の転がり軸受と、前記内輪の内周に嵌合する軸とでなる転がり軸受装置。
5. 内輪、外輪、およびこれら内外輪の各軌道面間に介在する転動体を有するラジアル型の転がり軸受と、前記内輪の内周に嵌合する軸とを備え、前記軸の外径面における前記内輪の内径面に正対する部分である外径面正対部を、軸方向の中央部の外径が両端部よりも小径となり、環状凹部を形成する凹曲面状の中央凹み形状とし、前記内輪に対して前記外径面正対部の軸方向両端部で接触するようにしたことを特徴とする転がり軸受装置。
6. 請求項４または請求項５において、前記内輪と前記軸とのはめあい公差がすきまばめ、またはとまりばめである転がり軸受装置。
7. 内輪、外輪、およびこれら内外輪の各軌道面間に介在する転動体を有するラジアル型の転がり軸受において、前記外輪の外径面を、軸方向の中央部の外径が両端部の外径よりも小径となり、環状凹部を形成する凹曲面状の中央凹み形状とし、前記外輪の外周に嵌合するハウジングに対して、前記外輪の外径面の軸方向両端部で接触するようにしたことを特徴とする転がり軸受。
8. 請求項７において、前記外輪の外径面における前記環状凹部を成す部分の母線と、前記ハウジングと接触する部分の母線とが、互いの接続部を含めて少なくとも弾性変形により前記ハウジングと接触する領域で滑らかに繋がっている転がり軸受。
9. 請求項７または請求項８において、前記内輪よりも前記外輪の方が、軸方向の幅寸法が長い転がり軸受。
10. 請求項７ないし請求項９のいずれかに記載の転がり軸受と、前記外輪の外周に嵌合するハウジングとでなる転がり軸受装置。
11. 内輪、外輪、およびこれら内外輪の各軌道面間に介在する転動体を有するラジアル型の転がり軸受と、前記外輪の外周に嵌合するハウジングとを備え、前記ハウジングの内径面における前記外輪の外径面に正対する部分である内径面正対部を、軸方向の中央部の内径が両端部よりも大径となり、環状凹部を形成する凹曲面状の中央凹み形状とし、前記外輪に対して内径面正対部の軸方向両端部で接触するようにしたことを特徴とする転がり軸受装置。
12. 請求項１０または請求項１１において、前記外輪と前記ハウジングとのはめあい公差がすきまばめ、またはとまりばめである転がり軸受装置。
13. 軸方向に対面する一対の軌道輪、およびこれら一対の軌道輪の各軌道面間に介在する転動体を有するスラスト型の転がり軸受において、前記一対の軌道輪の反軌道面側の面である端面を、径方向の中央部に環状凹部が形成された凹曲面状の中央凹み形状とし、各軌道輪の端面にそれぞれ接触する一対の接触部材に対して前記軌道輪の端面における径方向両端部で接触するようにしたことを特徴とする転がり軸受。
14. 請求項１３において、前記軌道輪の端面における前記環状凹部を成す部分の母線と、前記接触部材と接触する部分の母線とが、互いの接続部を含めて少なくとも弾性変形により前記接触部材と接触する領域で滑らかに繋がっている転がり軸受。
15. 請求項１３または請求項１４に記載の転がり軸受と、前記一対の軌道輪の端面にそれぞれ接触する一対の接触部材とでなる転がり軸受装置。
16. 軸方向に対面する一対の軌道輪、およびこれら一対の軌道輪の各軌道面間に介在する転動体を有するスラスト型の転がり軸受と、前記一対の軌道輪の反軌道面側の面である端面に接触する接触部材とを備え、前記接触部材の前記軌道輪と対向する面における前記軌道輪と正対する部分である対向面正対部を、径方向の中央部に環状凹部が形成された凹曲面状の中央凹み形状とし、各軌道輪に対して前記対向面正対部の径方向両端部で接触するようにしたことを特徴とする転がり軸受装置。
17. 請求項１、請求項２、請求項３、請求項７、請求項８、請求項９、請求項１３、および請求項１４のいずれか１項において、前記環状凹部内にグリースを充填するか、または前記環状凹部を構成する面にグリースを塗布した転がり軸受。
18. 請求項１７において、前記グリースは、油性向上剤、極圧添加剤、および固体潤滑剤のうち少なくとも１つを含有する転がり軸受。
19. 請求項１、請求項２、請求項３、請求項７、請求項８、請求項９、請求項１３、および請求項１４のいずれか１項において、前記環状凹部の両端または一端をシール材で密封した転がり軸受。
20. 請求項１、請求項２、請求項３、請求項７、請求項８、請求項９、請求項１３、および請求項１４のいずれか１項において、前記環状凹部が設けられている面に、母材よりも摩擦係数の低い被膜を形成した転がり軸受。