JP2014513782A - 2つの部分を有するハウジングを備える回転ベアリングおよびそうしたベアリングの製造方法 - Google Patents

2つの部分を有するハウジングを備える回転ベアリングおよびそうしたベアリングの製造方法 Download PDF

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Abstract

内側リング(1)と、外側リング(2)と、内側および外側リング(1,2)の間における回転要素(3)の少なくとも1つの列と、リングの少なくとも一方のリング(2)を包囲する環状ハウジング(5)と、を備える回転ベアリングを開示する。外側リング(2)は、2つの別個の部分(2a,2b)を備え、ハウジング(5)は、外側リング(2)の部分(2a,2b)を保持するための2つの別個の部分(17,18)と、別個の部分(17,18)をともに固定するための固定手段とを備える。ハウジング(5)の第1の部分(17)は、外側リング(2)を半径方向に保持するための内側軸方向円筒部分(19)を備え、かつハウジング(5)の第2の部分(18)は、内側軸方向円筒部分(19)を包囲する外側軸方向円筒部分(21)を備える。

Description

本発明は、回転ベアリングに関し、特に内側リングと、外側リングとを有し、これら2つのリングに設けられた軌道間において回転要素の1つ以上の列がケージによって保持される、回転ベアリングに関するものである。この回転要素は例えばボールであってもよい。回転ベアリングは、例えば工業用電気モータまたは自動車用ギアボックスで使用されるものであってもよい。そうした用途において、ベアリングは、多くの場合は使用されるベアリングの許容荷重に比べて相対的に弱い荷重を伴うように、主に半径方向において負荷がかけられる。そうした用途における回転速度は3000回転/分のオーダーのものである。
特許文献1には、内側リングと、2つの部分に形成された外側リングと、当該リングの2つの部分を保持するハウジングと、ケージによって保持されたボールの列と、を備える回転ベアリングが開示される。外側リングの上記部分のうちの一方の部分が、ハウジングとともに、軸方向に予荷重がかけられる弾性要素がその中に収容される空間を規定する。
特許文献1はまた、そうした回転ベアリングの製造方法を開示する。この方法は、組み込まれるケージ内に回転要素を挿入するステップと、内側リングにこの半組立部品を取り付けるステップとを含む。続いて、ボールの列の周囲に外側リングの2つの部分が位置決めされ、外側円筒部分を有するL字形状ハウジング内に当該半組立部品および弾性予荷重要素が取り付けられ、そして円筒部分が1つのリングと回転要素とを封入するまで前記円筒部分を1つの閉空間と1つのリングとにわたって折り曲げられる。こうして回転ベアリングが製造されること、特に第2の半径方向プレートを形成するようハウジングが折り曲げられることを考慮すると、所望の軸方向クリアランスまたは所定の軸方向予荷重を保証することは非常に困難と言える。さらに、弾性軸方向予荷重要素を設けることが必要となるが、これは回転ベアリングのコストを増大させる。
特許文献2は、ともに固定される2つの別個の部分から形成されるハウジングを備える回転ベアリングを提供することによって、こうした問題を解決するものである。このハウジングは、外側リングのこれら部分を軸方向に保持するための2つの半径方向フランジと、軸方向円筒部分とを備える。当該軸方向円筒部分は、外側リングの上記部分と半径方向に接触した状態で半径方向フランジの一方に連結され、かつ半径方向突出部によって半径方向外側に延在する。半径方向フランジの一方が半径方向突出部に固定される。
しかしながら、そうした回転ベアリングは、回転ベアリングのための、段付き形状を有する特別な受容穴を必要とする。さらにそうしたベアリングの組み立て時に、軸方向円筒部分の外面のわずかな変形が、外側リングの2つの別個の部分の位置を動かしてしまうことがある。そうした回転ベアリングは、フランジと半径方向突出部との間に固形の汚染物質または液状の汚染物質が侵入することを防止しない。
米国特許第3,876,266号明細書 仏国特許第2 945 090号明細書
したがって本発明の目的の1つは上記欠点を解消することである。
本発明のさらなる目的は、単純なデザインの、つまり組み立てが容易であり、かつ経済的であり、所望のクリアランスまたは軸方向予荷重を組み立て作業中に容易に得ることができ、かつ一度ベアリングが組み立てられると所望のクリアランスまたは軸方向予荷重が維持される、回転ベアリングを提供することである。
本発明の目的はまた、良好な半径方向の剛性を有し、かつ効果的でありかつ経済的な様式で長期間にわたって機能し得るベアリングを提供することである。
本発明の他の目的は、ハーフリングの位置がハウジングの変形の影響を受けない回転ベアリングを提供することである。
一実施形態において、回転ベアリングは、内側リングと、外側リングと、内側および外側リングの間における回転要素の少なくとも1つの列と、これらリングの少なくとも一方のリングを包囲する環状ハウジングと、を備え、外側リングは2つの別個の部分を備える。ハウジングは、外側リングの前記部分を保持するための2つの別個の部分と、これら別個の部分をともに固定するための固定手段と、を備える。
ハウジングの第1の部分は、外側リングを半径方向に保持するための内側軸方向円筒部分を備え、かつハウジングの第2の部分は、内側軸方向円筒部分を包囲する外側軸方向円筒部分を備える。
リングの上記部分を保持する封入リングまたはハウジングを得るための、2つの別個の部分または構成要素の組み立ては、組み立て作業をより容易にし、かつ回転ベアリングのための所望の可動クリアランスまたは軸方向予荷重が達成されることを保証できるようにする。これにより、効果的な内部潤滑油により長期にわたって動作可能な回転ベアリングが提供される。
好ましくは、ハウジングの第1の部分は半径方向フランジを備える。この半径方向フランジは、内側円筒部分から内側リングへ向けて半径方向に延在し、かつ外側リングの上記部分の一方の部分とともに、第1の閉空間を規定する。
好ましくは、ハウジングの第2の部分は半径方向フランジを備える。この半径方向フランジは、外側円筒部分から内側リングへ向けて半径方向に延在し、かつ外側リングの上記部分の一方の部分とともに、第2の閉空間を規定する。
一実施形態において、閉空間の両方が、潤滑油を収容しかつ潤滑油貯留部として機能する。潤滑油はグリースまたはオイルであってもよい。潤滑油がオイルである場合、このオイルは有利なことに、閉空間の内側に取り付けられた有孔要素内に収容される。
有利なことに、外側リングの別個の部分のそれぞれが、閉空間に収容される潤滑油のための流路手段を備える。
潤滑油のための流路手段は、2つの閉空間を連通状態とするべく、少なくとも部分的に互いに面するように、外側リングの2つの別個の部分のそれぞれの半径方向の厚さ部分に設けられた軸方向孔を備えてもよい。特殊な用途の流路手段は、閉空間と軌道との間を潤滑油が通過できるように設けられることが好ましい。これら流路手段は、リングの厚さ部分に形成された孔または流路を備えていてもよい。これら流路は、好ましくはリングの軌道において開口している。
一実施形態において、ハウジングの別個の部分は、金属シートの切断加工およびプレス加工によって製造される。
固定手段は、溶着部、ろう接部、または接着部を備える。代替的に、クリンピング、ボンディング、リベッティング、スナップ固定などを用いて2つの部分を連結することがさらに可能である。
他の態様によれば、上述のような回転ベアリングの製造方法が提供される。この製造方法は:
− 外側リングを半径方向に保持するための内側軸方向円筒部分を備えるL字形状構造を有するハウジングの第1の部分内に、外側リングの別個の部分の一方を挿入するステップと、
− ハウジングの第1の部分内に、内側リングと回転要素とを挿入するステップと、
− ハウジングの第1の部分内に、外側リングの別個の部分の他方を挿入するステップと、
− 内側軸方向円筒部分を包囲するように、外側軸方向円筒部分を備えるL字形状構造を有するハウジングの第2の部分を固定するステップと、
を含む。
本発明は、全体的に非限定的な例示として考えられかつ添付の図面に示されたいくつかの実施形態についての詳細な説明を読むことでより良く理解されるだろう。
第1の実施形態における、本発明に基づく回転ベアリングの軸方向半断面図である。 第2の実施形態における軸方向半断面図である。 本発明に基づく製造方法のステップを示す図である。 本発明に基づく製造方法のステップを示す図である。 本発明に基づく製造方法のステップを示す図である。
まず図1を参照すると、本発明に基づく回転ベアリングの一実施形態が図示される;このベアリングは、内側リング1と、外側リング2と、内側リング1と外側リング2との間においてケージ4によって保持された、図示された例ではボールから構成される、回転要素3の列と、外側リング2を包囲する環状ハウジング5と、を備える。
内側リング1は中実であり、かつその外側円筒面1a上に環状(トロイダル形状の)溝6を有する。溝の曲率半径は回転要素3の半径よりもわずかに大きく、かつ溝は回転要素3のためのベアリング球溝を形成する。内側リング1は、スチールブランクの機械加工またはプレス加工によって製造されてもよく、続いてリング1は、リング1にその形状的特性を付与しかつその最終表面仕上げを施すために、ベアリング球溝6において研削され、付加的にはラップ加工される。
ケージ4は、回転要素3を収容するようにかつ回転要素3を円周方向に均一に離間して保持するように構成された複数のキャビティ7を備える。キャビティ7は有利なことに、回転要素3よりもわずかに大きな直径を有する球形状のものである。キャビティ7はケージ4の半径方向の厚さ部分に設けられている。このケージ4は、半径方向において外側リング2に面する半径方向部分8を有し、かつ円錐形部分9によって半径方向内側に延在する。この円錐形部分は、半径方向において内側リング1に面して配置され、かつ回転要素3へ向けて軸方向に延在する。半径方向部分8および円錐形部分9は、キャビティ7を規定する。円錐形部分9は、回転要素3のためのガイド部分を形成する。
この実施形態において、外側リング2は、2つの別個の部分2a,2bまたはハーフリングを備える。この別個の部分2a,2bは、製造コストを減らすために、同一でありかつベアリングの軸方向対称面に対して対称的である。これら2つの外側ハーフリング2a,2bは有利なことに、金属シートの切断加工および打ち抜き加工によって製造されてもよく、得られた部片は続いて加熱処理によって硬化される。回転要素3のために意図されたベアリング球溝は、ベアリング球溝にその形状的特性を付与しかつその最終的な表面仕上げを施すために研削されかつ/またはラップ加工されてもよい。この例では2つのハーフリング2a,2bは同一であるため、ここでは、これらハーフリング2a,2bのうち参照符号「a」を有するハーフリング2aについて説明する。図面において他方のハーフリング2bの同一要素には参照符号「b」が付与されることを理解されたい。
外側リング2のハーフリング2aは、外側軸方向円筒部分11aと、半径方向部分12aと、環状(トロイダル形状の)部分13aと、内側軸方向円筒部分14aとを備える。半径方向部分12aは、外側軸方向部分11aと環状部分13aとに接続されている。環状部分13aは、回転要素3のための軌道15aの一部を規定する。軌道15aの曲率半径は、回転要素3の半径よりわずかに大きい。環状部分13aは、内側軸方向部分14aとともに回転ベアリングの外側へ向かって軸方向に延在する。2つの外側ハーフリング2a,2bには、半径方向部分12a,12bのうちの軸方向内側にある半径方向面16a,16bが設けられる。軸方向内側の半径方向面16a,16bは、実質的に回転要素3の半径方向対称面において、互いに対して軸方向に接触している。
有利なことに打ち抜き加工された金属シートから形成され得るハウジング5は、2つの別個の環状部分17,18を備える。環状部分17,18は、2つの外側ハーフリング2a,2bを軸方向においてしっかりと結合するように、外側ハーフリング2a,2bを包囲する。ハウジング5の部分17,18は有利なことに、切断加工およびプレス加工によって単一の金属シートから経済的な方法で製造されてもよい。別個の部分17,18はそれぞれL字形状構造を有する。
第1の部分17は、外側リング2a,2bを半径方向に保持するための内側軸方向円筒部分19を備える。内側軸方向円筒部分19は、外側リング2a,2bを包囲し、かつ外側リング2a,2bの軸方向部分11a,11bの外面と接触する。第1の部分17はさらに半径方向フランジ20を備えており、当該半径方向フランジ20は、半径方向フランジ20の内側縁部20aと内側リング1の円筒面1aとの間にクリアランスが残るように、内側軸方向円筒部分19から内側リング1の外側円筒面1aのすぐ近くへ向けて半径方向に延在する。
ハウジング5の第2の部分18は、第1の部分17の内側軸方向円筒部分19を包囲する外側軸方向円筒部分21を備える。第2の部分18はさらに半径方向フランジ22を備えており、当該半径方向フランジ22は、半径方向フランジ22の内側縁部22aと内側リング1の外側円筒面1aとの間にクリアランスが残るように、外側軸方向円筒部分21から内側リング1の外側円筒面1aのすぐ近くへ向けて半径方向に延在する。
ハーフリング2a,2bは、軸方向部分11a,11bと内側軸方向部分19の内径部との間の接触によって、ハウジング5の第1の部分17の内側軸方向部分19の中心に配置される。外側軸方向部分11a,11bの外側縁部を形成する外側半径方向面23a,23bはそれぞれ、ハウジング5の部分17,18の半径方向フランジ20,22と接触して、2つのハーフリング2a,2bをともに軸方向においてクランプする。また、内側軸方向部分14a,14bの外側縁部を形成する外側半径方向面24a,24bも、半径方向フランジ20,22と接触する。
代替例では、軸方向クリアランス(図示せず)が、内側軸方向部分14a,14bの外側縁部24a,24bと、ハウジング5の半径方向フランジ20,22との間に設けられてもよい。
ハーフリング2a,2bのそれぞれは、ハウジング5とともに環状の閉空間25a,25bを規定する。より詳細には、閉空間25aは、外側軸方向部分11aと、半径方向部分12aと、環状部分13aと、内側軸方向部分14aと、ハウジング5の第1の部分17のうちのこれら部分に隣接する半径方向フランジ20とによって、境界を定められている。空間25a,25bの一方または両方が、潤滑油貯留部として機能してもよい。空間25a,25b内に収容される潤滑油は図面では図示されない。使用される潤滑油はグリースまたはオイルであってもよい。潤滑油は、ハーフリング2aと内側リング1との間に第1の潤滑油貯留部を構成する空間25aに充填可能である。潤滑油はまた、第2の空間25b内に、かつ内側リング1とこれらリング2との間に保持される容積内に充填可能である。
外側リング2の部分2a,2bのそれぞれは、閉空間25a,25b内に収容される潤滑油のための流路手段を備える。図1に図示された例においては、これら流路手段にはいくつかのタイプのものがある。まずこれら流路手段は、外側ハーフリング2a,2bの内側軸方向部分14a,14bの厚さ部分に設けられた複数の半径方向貫通孔26a,26bを備える。こうした孔の構成は、閉空間25a,25b内に収容された潤滑油が、重力によって回転要素3へ向けて直接流動できるようにする。さらに複数の軸方向貫通孔27a,27bを、2つの閉空間25a,25bを連通させるために孔27a,27bが少なくとも部分的に互いに面するようにして、半径方向部分12a,12bの厚さ部分に設けることができる。組み立て時の適切な位置決めによってまたは角度指示手段(図示せず)によって保持可能なこの構成は、2つのハーフリング2a,2bに設けられており、2つの閉空間25a,25bの相互連通を可能にする。代替例では、対応する半径方向部分12a,12bの内側半径方向面16a,16bのそれぞれに、半径方向流路またはダクトを形成する半径方向溝(図示せず)を設けることができる。これにより、半径方向ダクトの外側端部は、対応する貫通孔27a,27bと連通し、かつその内側端部は、環状の球溝15a,15bと連通して、潤滑油をボール3へ向けて直接案内する。この例においては、半径方向ダクトと組み合わせられる軸方向貫通孔27a,27bが互いに面するように容易に配置できないことを理解されたい。
外側軸方向円筒部分21は、溶着、ろう接または接着剤によって内側軸方向円筒部分19に固定される。
図1の実施形態において、半径方向部分12a,12bの内側半径方向面16a,16bは互いに接触する。半径方向部分12a,12b間のこうした接触は、内部予荷重を伴う回転ベアリングを達成可能にする。
図2において同一の要素には同一の参照符号が付与されているが、図2の実施形態は、半径方向部分12a,12bの内側半径方向面16a,16b間に軸方向クリアランス28が設けられており、回転ベアリングは内部予荷重なしに作動可能である点においてのみ図1の実施形態と異なる。いくつかの用途においては、回転ベアリングは予荷重がかけられる、つまり半径方向および軸方向のいずれにおいても予荷重がかけられることが好ましい。例えば車両用ステアリングシステムを補助する電源において、そうしたベアリングは有利なことに、クリック音などのなんらかのノイズを防ぐために、車両用モータのロータを回転状態で支持する。なお、他の用途においては、例えば摩擦を低減しかつリングの熱膨張を補償するために、予荷重のない、つまり内部クリアランスを伴う回転ベアリングを使用することが要求される。
図2の実施形態において、半径方向貫通孔が取り除かれており、かつ環状部分13a,13bには、ボール3へ向けて潤滑油を直接流動へさせるように貫通孔29a,29bが設けられる。当然のことながら、変形例においては上述されたすべてのタイプの流路手段を組み合わせることができる。
ここで、図3から図5を参照しながら、そうしたタイプのベアリングの製造方法について説明する。図3において、外側リング2のハーフリングの一方のハーフリング2aがハウジング5の第1の部分17のL字形状構造に挿入され、ハーフリング2aの半径方向面23a,24aが半径方向フランジ20の内面上に載置され、かつ軸方向部分11aの外面が第1の部分17の内側軸方向円筒部分19と接触させられる。図4においては、次いで内側リング1が取り付けられる。回転要素3がケージ4のキャビティ7内に挿入されかつ半組立部品が内側リング1に取り付けられると、第2のハーフリング2bがL字形状構造17内の回転要素3の列の周囲に配置され、半径方向部分12aの半径方向面16aが、ハーフリング2bの半径方向部分12bの半径方向面16bと接触させられる。外側軸方向部分11bの外面は、内側円筒部分19の内面と接触させられる。続いて図5に示されるように、ハウジング5の第2の部分18は、その外側軸方向円筒部分21が第1の部分17の内側軸方向円筒部分19を包囲するように、位置決めされる。軸方向部分11b,14bの外側半径方向面23b,24bは、第2の部分18の半径方向フランジ22の内側半径方向面22bと接触させられる。ハウジング5の第2の部分18は、ハーフリング2a,2bを軸方向に保持するように取り付けられる。
各実施形態に関して述べた特定の特徴部および特性は、大きな変更を伴わずに他の実施形態に適用できる。さらに本発明は単列ボールベアリングを用いて図示されているが、本発明は、大きな変更を伴わずに、ボールではなくかつ/または回転要素の列を複数有する回転要素を使用するベアリングに適用できることを理解されたい。代替的には、内側リングは、2つのハーフリングを備えることができ、かつ上述したように2つの別個の部分を有するハウジングによって包囲され得る。
2つのL字形状部分から形成されるハウジングにより、本発明に基づく回転ベアリングは、ハウジングの第2の部分の外側円筒部分の外面の変形に影響を受けにくく、ゆえに良好な半径方向の剛性を有する。さらにそうした回転ベアリングは、個体の汚染物質または液状の汚染物質が回転ベアリングの内側に侵入することを防止する。
1 内側リング
2 外側リング
2a,2b ハーフリング
3 回転要素
4 ケージ
5 ハウジング
6 ベアリング球溝
7 キャビティ
8 半径方向部分
9 円錐形部分
11a,11b 軸方向円筒部分
12a,12b 半径方向部分
13a,13b 環状部分
14a,14b 内側軸方向部分
15a,15b 球溝
16a,16b 半径方向面
17 第1の部分
18 第2の部分
19 内側軸方向円筒部分
20,22 半径方向フランジ
21 外側軸方向円筒部分
22a 内側縁部
22b 内側半径方向面
23a,23b,24a,24b 外側半径方向面
25a,25b 閉空間
26a,26b,27a,27b,29a,29b 貫通孔
28 軸方向クリアランス

Claims (9)

  1. 内側リング(1)と、外側リング(2)と、前記内側および外側リング(1,2)の間における回転要素(3)の少なくとも1つの列と、前記リングの少なくとも一方のリング(2)を包囲する環状ハウジング(5)と、を具備してなる回転ベアリングであって、
    前記外側リング(2)は、2つの別個の部分(2a,2b)を具備してなり、前記ハウジング(5)は、前記外側リング(2)の前記部分(2a,2b)を保持するための2つの別個の部分(17,18)と、前記別個の部分(17,18)をともに固定するための固定手段と、を具備してなり、
    前記ハウジング(5)の前記第1の部分(17)は、前記外側リング(2)を半径方向に保持するための内側軸方向円筒部分(19)を具備してなり、かつ前記ハウジング(5)の前記第2の部分(18)は、前記内側軸方向円筒部分(19)を包囲する外側軸方向円筒部分(21)を具備してなることを特徴とする回転ベアリング。
  2. 前記ハウジング(5)の前記第1の部分(17)は、半径方向フランジ(20)を具備してなり、前記半径方向フランジ(20)は、前記内側円筒部分(19)から前記内側リング(1)へ向けて半径方向に延在し、かつ前記外側リング(2)の前記部分の一方の部分(2a)とともに第1の閉空間(25a)を規定することを特徴とする請求項1に記載の回転ベアリング。
  3. 前記ハウジング(5)の前記第2の部分(18)は、半径方向フランジ(22)を具備してなり、前記半径方向フランジ(22)は、前記外側円筒部分(21)から前記内側リング(1)へ向けて半径方向に延在し、かつ前記外側リング(2)の前記部分の一方の部分(2b)とともに第2の閉空間(25b)を規定することを特徴とする請求項2に記載の回転ベアリング。
  4. 前記閉空間(25a,25b)の両方が、潤滑油を収容し、かつ潤滑油貯留部として機能することを特徴とする請求項3に記載の回転ベアリング。
  5. 前記外側リング(2)の前記別個の部分(2a,2b)のそれぞれが、前記閉空間(25a,25b)に収容される潤滑油のための流路手段(26a,27a,29a,26b,27b,29b)を具備してなることを特徴とする請求項4に記載の回転ベアリング。
  6. 潤滑油のための前記流路手段は、軸方向孔(27a,27b)を具備してなり、前記軸方向孔(27a,27b)は、少なくとも部分的に互いに面し、前記外側リング(2)の前記2つの別個の部分(2a,2b)のそれぞれの半径方向部分(12a,12b)の厚さ部分に設けられて、前記2つの閉空間(25a,25b)を連通状態とすることを特徴とする請求項5に記載の回転ベアリング。
  7. 前記ハウジング(5)の前記別個の部分(17,18)は、金属シートの切断加工およびプレス加工によって製造されることを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか一項に記載の回転ベアリング。
  8. 前記固定手段は、溶着部またはろう接部または接着部を具備してなることを特徴とする請求項1から請求項7のいずれか一項に記載の回転ベアリング。
  9. 請求項1から請求項8のいずれか一項に記載の回転ベアリングの製造方法であって、
    − 前記外側リング(2)を半径方向に保持するための内側軸方向円筒部分(19)を具備してなるL字形状構造を有するハウジング(5)の第1の部分(17)内に、前記外側リング(2)の前記別個の部分の一方の部分(2a)を挿入するステップと、
    − 前記ハウジング(5)の前記第1の部分(17)内に前記内側リング(1)と前記回転要素(3)とを挿入するステップと、
    − 前記ハウジング(5)の前記第1の部分(17)内に、前記外側リング(2)の他方の別個の部分(2b)を挿入するステップと、
    − 前記内側軸方向円筒部分(19)を包囲するように、外側軸方向円筒部分(21)を具備してなるL字形状構造を有する前記ハウジング(5)の前記第2の部分(18)を固定するステップと、
    を含むことを特徴とする製造方法。
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