JP2015010697A - 転がり軸受装置及びスペーサ - Google Patents

Abstract

【課題】温度上昇による予圧抜けを防止することができる転がり軸受装置を提供する。
【解決手段】固定輪１２、この固定輪１２に対して径方向に対向する回転輪１１、及び固定輪１２及び回転輪１１の間に転動自在に配置される転動体１３を備え、軸方向の予圧が付与される転がり軸受１０と、固定輪１２とこの固定輪１２を支持するハウジング３１との軸方向の間に配置される環状のスペーサ２０とを備え、スペーサ２０は、螺旋状に傾斜する重ね合わせ面２３ａ，２４ａを介して軸方向に重ね合わせられる第１部材２３及び第２部材２４を有し、かつこの第１部材２３と第２部材２４とを周方向に相対移動させることによって軸方向の厚さが変動するスペーサ本体２１と、このスペーサ本体２１の軸方向の厚さを増大させる方向に第１部材２３と第２部材２４とを相対移動させる作用部材２２とを備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、転がり軸受装置及びスペーサに関するものである。

一般に、アンギュラ玉軸受や円すいころ軸受は、軸方向の予圧を付与した状態で使用される。この予圧の付与は、例えば、転がり軸受の外輪をハウジングに圧入し、その内径側に転動体及び内輪を配置した後に、内輪を軸方向に押圧して位置決めをすること等によって行われる。しかし、高速回転時等において転がり軸受を含む装置の温度が上昇し、ハウジングが熱膨張すると、ハウジングと外輪との軸方向の間に隙間が生じ、予圧の低下（いわゆる予圧抜け）が生じる場合がある。特に、近年においては装置の軽量化のためにハウジングがアルミニウム合金等の軽金属で構成される場合があり、これは転がり軸受の構成材料である鋼材よりも線膨張係数が大きいため、温度上昇に伴う熱膨張も大きくなり、予圧抜けが生じる可能性が一層高くなる。

かかる問題を解消するため、下記特許文献１には、図１０に示されるように、外輪１１２の外周面における一端部に周方向に延びる切欠溝１１２ａを形成し、この切欠溝１１２ａの全周にコイルバネ１２０を配置する技術が開示されている。このコイルバネ１２０は、外輪１１２の軸方向一端面（図１０における右端面）及び外周面から突出するように配置され、ハウジング１３１に接することで軸方向及び径方向に弾性変形（圧縮）するようになっている。そして、温度上昇によってハウジング１３１が熱膨張し、外輪１１２との間に隙間が生じると、コイルバネ１３１が弾性復帰することによって予圧を維持するように構成されている。

特開平７−２０８４５９号公報

しかしながら、特許文献１記載の技術のようにコイルバネ１３１の弾性復元力を直接外輪１１２に作用させるだけでは、十分に予圧を維持できるとは言い難く、さらに有効な手段が望まれている。

本発明は、従来とは全く異なる新規な構造によって、温度上昇による予圧抜けを防止することができる転がり軸受装置を提供することを目的とする。
また、本発明は、２部材の間に挿入されるスペーサであって、当該２部材の間隔の変動に追従することができるスペーサを提供することを目的とする。

本発明の転がり軸受装置は、固定輪、この固定輪に対して径方向に対向する回転輪、及び前記固定輪及び前記回転輪の間に転動自在に配置される転動体を備え、軸方向の予圧が付与される転がり軸受と、前記固定輪とこの固定輪を支持するハウジングとの軸方向の間に配置される環状のスペーサとを備え、前記スペーサは、螺旋状に傾斜する重ね合わせ面を介して軸方向に重ね合わせられる第１部材及び第２部材を有し、かつこの第１部材と第２部材とを周方向に相対移動させることによって軸方向の厚さが変動するスペーサ本体と、このスペーサ本体の軸方向の厚さを増大させる方向に前記第１部材と前記第２部材とを相対移動させる作用部材と、を備えていることを特徴とする。

この構成によれば、ハウジングの熱膨張等によって当該ハウジングと固定輪との軸方向の間隔が拡がった場合、作用部材によって第１部材と第２部材とを周方向に相対移動させ、スペーサ本体の軸方向の厚さを増大させることによって、転がり軸受の予圧抜けを防止することができる。

前記作用部材は、自身の熱膨張によって前記第１部材と前記第２部材とを相対移動させるものであってもよい。
この構成によれば、ハウジングの熱膨張に伴って作用部材も熱膨張し、スペーサ本体の軸方向の厚さを増大させることができるので、ハウジングの熱膨張に起因する予圧抜けを好適に防止することができる。

前記作用部材はバネから成り、当該バネの付勢力によって前記第１部材と前記第２部材とを相対回転させてもよい。
この構成によれば、ハウジングと固定輪との軸方向の間隔が拡がった場合に、これに追従してバネの付勢力で第１部材と第２部材とを周方向に相対移動させ、スペーサ本体の軸方向の厚さを増大させることができる。

前記スペーサ本体は、Ｃ字形状に形成されており、その周方向一端面と同他端面との間に前記作用部材が配置されていることが好ましい。

本発明のスペーサは、２つの部材の間に挿入される環状のスペーサであって、螺旋状に傾斜する重ね合わせ面を介して軸方向に重ね合わせられる第１部材及び第２部材を有し、かつこの第１部材と第２部材とを周方向に相対移動させることによって軸方向の厚さが変動するスペーサ本体と、このスペーサ本体の軸方向の厚さを増大させる方向に前記第１部材と前記第２部材とを相対移動させる作用部材と、を備えていることを特徴とする。

この構成によれば、２部材の間隔が拡がった場合に、作用部材によって第１部材と第２部材とを周方向に相対移動させ、スペーサ本体の軸方向の厚さを増大させることによって、２部材とスペーサとの間に隙間が生じるのを防止することができる。

前記２つの部材は、転がり軸受の固定輪と、この固定輪を支持するハウジングであってもよい。

本発明の転がり軸受装置によれば、転がり軸受に付与される予圧の低下を防止することができる。
また、本発明のスペーサによれば、２部材とスペーサとの間に隙間が生じるのを防止することができる。

本発明の第１の実施形態に係る転がり軸受装置の断面図である。 図１に示されるスペーサの斜視図である。 図１に示されるスペーサの分解斜視図である。 図１に示されるスペーサの展開図である。 図１に示されるスペーサの作用を示す拡大断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るスペーサの正面図である。 図６に示されるスペーサの展開図である。 本発明の第３の実施形態に係るスペーサの正面図である。 本発明の第４の実施形態に係るスペーサの分解斜視図である。 従来技術に係る転がり軸受装置の断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１の実施形態に係る転がり軸受装置の断面図である。
本実施形態の転がり軸受装置１は、例えば、自動車のトランスミッションやターボチャージャー等における回転軸を支持するために用いられるものであり、転がり軸受１０とスペーサ２０とを有している。この転がり軸受１０及びスペーサ２０は、ハウジング３１に取り付けられ、転がり軸受１０は回転軸３０を回転自在に支持している。

本実施形態の転がり軸受１０は、アンギュラ玉軸受であり、内輪（回転輪）１１と、内輪１１の径方向外側に同心状に配置された外輪（固定輪）１２と、内輪１１と外輪１２との間に転動自在に設けられた複数の玉（転動体）１３と、複数の玉１３の周方向の間隔を保持する保持器１４とを備えている。

内輪１１は、軸受鋼やステンレス鋼等を用いて形成された環状の部材であり、その外周面には、玉１３が転動する凹曲面状の内輪軌道面１１ａが形成されている。内輪軌道面１１ａの軸方向両側には内輪肩部１６，１７が設けられ、この内輪肩部１６，１７の外周面（以下、「内輪肩面」という）は、転がり軸受１０の軸心に対して略平行な円筒面に形成されている。また、内輪１１の内周面には、回転軸３０が嵌合されている。

回転軸３０は、小径部３０ａと大径部３０ｂとからなり、両者の境界には軸心に直交する段差面３０ｃが形成されている。この段差面３０ｃに内輪１１の軸方向の一端面（図１における右端面）が当接している。

外輪１２も内輪１１と同様、軸受鋼やステンレス鋼等を用いて形成された環状の部材であり、その内周面には、玉１３が転動する凹曲面状の外輪軌道面１２ａが形成されている。外輪軌道面１２ａの軸方向一方側（図１における右側）には、肩部の一部又は全部を取り除いた形態のカウンタボア１８が設けられ、このカウンタボア１８の内周面は、アンギュラ玉軸受１０の軸方向外方ほど径大化する円錐面に形成されている。

外輪軌道面１２ａの軸方向他方側（図１における左側）には外輪肩部１９が設けられ、この外輪肩部１９の内周面は、アンギュラ玉軸受１０の軸心に対して略平行な円筒面に形成されている。
外輪１２の外周面は、ハウジング３１に形成された収容孔３２の内周面に嵌合されることによって固定されている。収容孔３２は、大径部３２ａと小径部３２ｂとを有しており、両者の境界には軸心に直交する段差面３２ｃが形成されている。この段差面３２ｃと、外輪１２の軸方向の一端面（図１における左端面）１２ｃとの間には、スペーサ２０が挿入されている。なお、ハウジング３１は、例えば、アルミニウム合金等の金属材料により形成されている。

複数の玉１３は、軸受鋼やステンレス鋼等を用いて形成された部材であり、内外輪１１，１２それぞれに形成された軌道面１１ａ，１２ａの間に転動自在に介在している。
保持器１４は、合成樹脂等により円環状に形成され、複数のポケット１４ａを周方向に間隔をあけて備えている。各ポケット１４ａに玉１３を収容することで、複数の玉１３の周方向の間隔を保持することができる。

スペーサ２０は、円環状に形成され、回転軸３０の径方向外側に配置されている。また、スペーサ２０の軸方向一端面は、外輪１２の端面１２ｃに当接し、軸方向他端面は、ハウジング３１の段差面３２ｃに当接している。
転がり軸受１０には、軸方向の予圧が付与されている。例えば、回転軸３０に矢印Ａ方向の力を付与しつつ位置決めすることで、転がり軸受１０に予圧が付与される。この予圧によって、外輪１２は、ハウジング３１からスペーサ２０を介して矢印Ａとは反対方向の力を受ける。

以下、スペーサ２０の詳細な構造について説明する。
図２は、図１に示されるスペーサ２０の斜視図、図３は、同スペーサ２０の分解斜視図である。スペーサ２０は、スペーサ本体２１と、作用部材２２とから構成されている。スペーサ本体２１は、周方向の一部が欠落した略Ｃ字形状に形成され、スペーサ２０の大部分を構成している。これに対して、作用部材２２は、スペーサ本体２１の欠落部分を埋めるように挿入されており、六面体のブロック形状に形成されている。スペーサ本体２１は、ステンレス鋼等の金属材料により形成されている。また、作用部材２２は、スペーサ本体２１やハウジング３１よりも線膨張係数が大きい部材、例えば、合成樹脂材料により形成されている。

スペーサ本体２１は、軸方向に重ね合わされた第１部材２３と第２部材２４とからなっている。図１に示されるように、第１部材２３の軸方向一端面は、外輪１２の端面１２ｃに当接し、第２部材２４の軸方向一端面は、ハウジング３１の段差面３２ｃに当接する。また、第１部材２３と第２部材２４との重ね合わせ面２３ａ，２４ａは、螺旋状に傾斜した形状に形成されている。そのため、第１部材２３は、軸方向の厚さｔ１が周方向一方側（図３の矢印ａ）に向けて漸増している。逆に、第２部材２４は、軸方向の厚さｔ２が周方向他方側（図３の矢印ｂ）に向けて漸増している。

第１部材２３の周方向一端面は、より面積の大きい大端面２３ｂとされ、周方向他端面は、より面積の小さい小端面２３ｃとされている。同様に、第２部材２４の周方向一端面は、より面積の大きい大端面２４ｂとされ、周方向他端面は、より面積の小さい小端面２４ｃとされている。そして、第１部材２３と第２部材２４とを重ね合わせたとき、一方の大端面２３ｂ，２４ｂと他方の小端面２４ｃ，２３ｃとが軸方向に隣接して配置され、スペーサ本体２１は、周方向の全体で均一な軸方向の厚さを有している。また、作用部材２２は、第１部材２３の大端面２３ｂと、第２部材２４の大端面２４ｂとに当接し、これらの一方又は双方に固着されるか、または両端面２３ｂ，２４ｂに挟まれることによって固定されている。

図４は、スペーサ２０の展開図、すなわち、スペーサ２０を作用部材２２の部分で分断して、直線状に伸ばした状態を示す図である。
図２及び図４に示されるように、スペーサ２０は、スペーサ本体２１と作用部材２２とから構成され、さらにスペーサ本体２１は、螺旋状に傾斜する重ね合わせ面２３ａ，２４ａを介して重ね合わされた第１部材２３及び第２部材２４から構成されている。そして、作用部材２２は、スペーサ本体２１よりも線膨張係数の大きい材料により構成されている。そのため、作用部材２２は、転がり軸受装置１の温度が上昇することによって、より熱膨張し易くなり、この作用部材２２の熱膨張によって、第１部材２３の大端面２３ｂと第２部材２４の大端面２４ｂとを周方向に押し拡げる力が作用する（矢印ｃ参照）。これにより、第１部材２３と第２部材２４とは、重ね合わせ面２３ａ，２４ａにおいて周方向に相対的にスライドし、重ね合わせ面２３ａ，２４ａの傾斜によってスペーサ本体２１の軸方向の厚さＴが増大する（矢印ｄ参照）。

図５は、スペーサ２０の作用を示す拡大断面図である。なお、図５において、ｔ１は第１部材２３の小端面２３ｃの厚さを示し、ｔ２は、第２部材２４の大端面２４ｂの厚さを示し、Ｔは、スペーサ２０（スペーサ本体２１）の初期の厚さを示している。
転がり軸受装置１が適用される装置の温度上昇によってハウジング３１が熱膨張すると、ハウジング３１の段差面３２ｃと外輪１２の端面１２ｃとの間隔が拡がり、段差面３２ｃとスペーサ２０との間に隙間Ｓが生じようとする。このとき、スペーサ２０における作用部材２２も同様に熱膨張するため、ハウジング３１の熱膨張に追従してスペーサ本体２１の厚さが増大する。図５に示す例では、第２部材２４の大端面２４ｂに隣接する第１部材２３の厚さが、ｔ１からｔ１’に増大した状態を示している（増大分に２点鎖線のハッチングを付している）。そのため、スペーサ本体２１の厚さは、初期厚さＴよりも大きい厚さＴ’に増大し、隙間Ｓの発生を防止する。したがって、転がり軸受１０に対する予圧が低下することもなく、好適に予圧を維持することができる。

また、スペーサ本体２１の第１部材２３と第２部材２４とは、スペーサ２０の周方向の略全体にわたる広い範囲（面積）で重ね合わされている。そのため、転がり軸受１０又はハウジング３１から瞬間的な軸方向の荷重が付与されたとしても、スペーサ本体２１の厚さが変動（減少）することはほとんどない。
第１部材２３と第２部材２４の重ね合わせ面２３ａ，２４ａにおける傾斜角度を変更すれば、作用部材２２の周方向の熱膨張量に対するスペーサ本体２１の軸方向の厚さの増大量の割合を調整することが可能となる。

なお、図５においては、ハウジング３１のラジアル方向（径方向）の熱膨張の図示は省略している。また、スペーサ２０のスペーサ本体２１は、第１部材２３と第２部材２４との相対移動を許容するように、ハウジング３１の収容孔３２の内周面に対して僅かな隙間をあけて配置されている。

図６は、本発明の第２の実施形態に係るスペーサ２０の正面図、図７は、同スペーサ２０の展開図である。
本実施形態のスペーサ２０は、スペーサ本体２１及び作用部材２２が２個ずつ設けられている。具体的には、各スペーサ本体２１は、略半円弧形状に形成され、周方向の端面同士が互いに向かい合うように配置されている。そして、作用部材２２は、２つのスペーサ本体２１の周方向端面間にそれぞれ配置されている。

各スペーサ本体２１は、第１部材２３と、第２部材２４とから構成されている。そして、第１部材２３と第２部材２４の重ね合わせ面２３ａ，２４ａは、螺旋状に傾斜している。また、各スペーサ本体２１の第１部材２３同士は、軸方向の厚さが周方向に関して互いに逆方向に変化し、第２部材２４同士も、軸方向の厚さが周方向に関して互いに逆方向に変化している。そして、第１部材２３の大端面２３ｂ同士が互いに対向し、第２部材２４の大端面２４ｂ同士が互いに対向し、これらの端面間に作用部材２２が配置されている。

本実施形態においても、上記第１の実施形態と同様の作用効果を奏する。さらに、スペーサ本体２１の周方向の長さを小さくすることができるため、その分、重ね合わせ面２３ａ，２４ａの傾斜角度を大きくすることができ、作用部材２２の熱膨張量に対するスペーサ本体２１の厚さの増大量の割合を大きくすることができる。ただし、本実施形態では、スペーサ本体２１及び作用部材２２の部品点数が多くなり、転がり軸受装置１への組み付け性が悪化する可能性があるため、この点においては、第１の実施形態の方が有利である。

なお、本実施形態では、スペーサ２０が、２個のスペーサ本体２１と２個の作用部材２２とで構成されているが、３個以上のスペーサ本体２１及び作用部材２２によって構成することも可能である。

図８は、本発明の第３の実施形態に係るスペーサ２０の正面図である。
上記第１，第２実施形態では、作用部材２２がブロック形状に形成されていたが、本実施形態の作用部材２２は、周方向に伸縮する圧縮バネによって構成されている。そして、圧縮バネ２２は、圧縮された状態で、スペーサ本体２１の周方向端面間に配置されている。したがって、圧縮バネ２２の付勢力によってスペーサ本体２１における第１部材２３と第２部材２４とを周方向に相対的にスライドさせ、スペーサ本体２１の軸方向の厚さを増大させることができる。

したがって、図５に示されるように、ハウジング３１が軸方向に熱膨張した場合であっても、隙間Ｓが生じないようにスペーサ２０の厚さを増大し、予圧抜けを防止することができる。
図８に示す例では、作用部材２２はコイルバネによって構成されているが、板バネ等の他形式のバネによって構成されていてもよい。

図９は、本発明の第４の実施形態に係るスペーサ２０の分解斜視図である。
本実施形態のスペーサ２０は、スペーサ本体２１の第１部材２３及び第２部材２４が、Ｃ字形状ではなく、大端面２３ｂ，２４ｂと小端面２３ｃ，２４ｃとが接続されることによって円環状に連続した形状に形成されている。この実施形態においても上記第１の実施形態と同様の作用効果を奏する。また、本実施形態では、第１部材２３及び第２部材２４の剛性を高めることができる。また、作用部材２２が、第１部材２３と第２部材２４との軸方向の間に配置されるので、作用部材２２が軸方向に位置ずれするのを防止することができる。

本発明は、上記実施形態に限定されることなく適宜設計変更可能である。
例えば、転がり軸受は、アンギュラ玉軸受に限らず、円すいころ軸受であってもよい。
本発明の転がり軸受装置１は、自動車におけるトランスミッションやターボチャージャー等に限らず、回転軸を有するあらゆる装置に採用することができ、特に、熱の影響を受けやすい装置や熱膨張しやすいハウジングを備えている装置に対して好適に採用することができる。

１：転がり軸受装置、１０：転がり軸受、１１：内輪（回転輪）、１２：外輪（固定輪）、１２ｃ：端面、１３：玉（転動体）、２０：スペーサ、２１：スペーサ本体、２２：作用部材、２３：第１部材、２３ａ：重ね合わせ面、２４：第２部材、２４ａ：重ね合わせ面、３１：ハウジング

Claims (6)

1. 固定輪、この固定輪に対して径方向に対向する回転輪、及び前記固定輪及び前記回転輪の間に転動自在に配置される転動体を備え、軸方向の予圧が付与される転がり軸受と、
   前記固定輪とこの固定輪を支持するハウジングとの軸方向の間に配置される環状のスペーサとを備え、
   前記スペーサは、螺旋状に傾斜する重ね合わせ面を介して軸方向に重ね合わせられる第１部材及び第２部材を有し、かつこの第１部材と第２部材とを周方向に相対移動させることによって軸方向の厚さが変動するスペーサ本体と、このスペーサ本体の軸方向の厚さを増大させる方向に前記第１部材と前記第２部材とを相対移動させる作用部材と、を備えていることを特徴とする転がり軸受装置。
2. 前記作用部材は、自身の熱膨張によって前記第１部材と前記第２部材とを相対移動させる、請求項１に記載の転がり軸受装置。
3. 前記作用部材はバネからなり、当該バネの付勢力によって前記第１部材と前記第２部材とを相対移動させる、請求項１に記載の転がり軸受装置。
4. 前記スペーサ本体は、Ｃ字形状に形成されており、その周方向一端面と同他端面との間に前記作用部材が配置されている、請求項１〜３のいずれか１項に記載の転がり軸受装置。
5. ２つの部材の間に挿入される環状のスペーサであって、
   螺旋状に傾斜する重ね合わせ面を介して軸方向に重ね合わせられる第１部材及び第２部材を有し、かつこの第１部材と第２部材とを周方向に相対移動させることによって軸方向の厚さが変動するスペーサ本体と、
   このスペーサ本体の軸方向の厚さを増大させる方向に前記第１部材と前記第２部材とを相対移動させる作用部材と、を備えていることを特徴とするスペーサ。
6. 前記２つの部材は、転がり軸受の固定輪と、この固定輪を支持するハウジングである、請求項５に記載のスペーサ。

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