JP2015505598A - 磁気及び/または電子素子を有するロールベアリング組立体 - Google Patents

磁気及び/または電子素子を有するロールベアリング組立体 Download PDF

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Abstract

ロールベアリング組立体は、内側リング(2)と、外側リング(3)と、内側及び外側リング(2、3)に設けられた軌道(13a、13b)間に配設された少なくとも1列の転がり素子(4)と、内側に少なくとも一方のリング(3)が配置される環状筐体(6)と、を備え、一方のリング(3)が、筐体(6)と共に、閉空間(23a、23b)を画成する。磁気素子(25)及び/または電子素子(30)は、少なくとも一方の閉空間(23a、23b)の内側に取り付けられている。

Description

本発明は、ロールベアリング、特に、内側リング及び外側リングを有し、1以上の列の転がり素子が2つのリングに設けられた軌道間のケージにより保持されている、ロールベアリングに関する。転がり素子は、例えば、ボールであってもよい。ロールベアリングは、例えば、産業用電動機でまたは自動車のギアボックス内で使用されるロールベアリングである。
このような用途において、ベアリングには、主として、径方向に負荷がかけられている。ロールベアリングの耐用年数は、ベアリングの潤滑性に基本的に関連する。潤滑における欠点は、一般的に、ベアリングの急速な劣化及び故障を招く。このため、摩擦トルクは、軌道の設計に依存する。
例えば、公知の深溝ボールベアリングは、内側及び外側リングと共に、チャンバを区画する2つのシールを有しており、このチャンバの内側には、グリースのような潤滑剤がベアリングの組み立て中に導入されている。このようなベアリングは、「生涯」潤滑されていると称される。しかしながら、長期間において、グリースが混合することは、その経年劣化と及びベアリングが受ける熱サイクルと組み合わせて、グリースを劣化させる。このタイプのロールベアリングに関して、周期的にグリースを再注入する作業を想定することができる。しかしながら、これら作業は、高価である。
このような周期的にグリースを再注入することを避けるため、特許文献1は、少なくとも1列の転がり素子を有する内側リング及び外側リングと、外側リングを囲む環状筐体と、を備える、ロールベアリングを開示している。上記外側リングは、2つの部品になっており、各部品は、筐体と共に閉空間を形成し、この閉空間の内側には、グリースまたはオイルが配置されている。閉空間は、グリースまたはオイル貯留部として機能する。潤滑剤のための通路手段は、外側リングの2つの部品に設けられており、潤滑剤が閉空間から転がり素子に向けて通過させる。このようなロールベアリングは、内部潤滑剤により、長期間にわたって動作可能である。
しかしながら、閉空間から穴部を介した潤滑剤の移行は、重力のおかげで、ロールベアリングの温度及び振動に依存し、このため、時間ごとに変化する。
さらに、ロールベアリングの設計中にロールベアリングの内側に導入された、または、使用中に軌道と転がり素子との間の摩擦によって形成された、金属汚染は、軌道を損傷させることがある。
仏国特許出願第2923277号明細書
本発明の特有の目的は、非機能領域に金属汚染を集中させるための手段と、ロールベアリング組立体の内側における温度及び/または振動のようないくつかの機能するベアリングパラメータを制御するための手段と、を有する、ロールベアリング組立体を提供することである。
一形態において、ロールベアリング組立体は、内側リングと、外側リングと、内側及び外側リングに設けられた軌道間に配設された少なくとも1列の転がり素子と、内側に少なくとも一方のリングが配置される環状筐体と、を備える。少なくとも1つの閉空間は、少なくとも一方のリングと環状筐体とによって画成される。
磁気素子及び/または電気素子は、少なくとも一方の閉空間の内側に取り付けられる。
一形態において、環状筐体内に配置された少なくとも一方のリングは、2つの半体リング部品を備える。各半体リング部品は、径方向部分と、径方向部分から外側に向けて延在する内側及び外側軸方向シリンダ状部分と、を有する。内側軸方向シリンダ状部分は、径方向部分から軌道を画成する環状部分まで延在する。上記一方のリングの2つの半体リング部品それぞれは、環状筐体と共に、閉空間を画成する。
有利には、少なくとも一方の閉空間は、潤滑剤貯留部として機能し、ロールベアリングは、潤滑剤が閉空間から軌道へ通過させるための通路手段をさらに備える。
有利には、少なくとも1つの永久磁石は、一方の軌道の近くにおいて、上記閉空間の内側に取り付けられている。
このような磁石を有するロールベアリング組立体により、ロールベアリングの設計中にその内側に導入されるまたは使用中に軌道と転がり素子との間の摩擦によって形成される金属粒子を非機能領域に収集することが可能となり、ロールベアリングの耐用年数を増大させる。
永久磁石は、一方の半体リング部品の内側軸方向シリンダ状部分の外面に径方向に取り付けられてもよく、環状筐体に軸方向で当接する。
例えば、一方の閉空間は、潤滑剤を収容し、他方の閉空間は、磁気素子を収容する、または、両閉空間は、潤滑剤を収容してもよい。
一形態において、磁気素子は、両閉空間の内側に取り付けられる。
別の形態において、電子素子は、一方の半体リング部品の環状部分の外面であって上記半体リング部品の軌道とは反対側にある外面に取り付けられている。
別の形態において、少なくとも一方の閉空間は、潤滑剤貯留部として機能し、ロールベアリングは、潤滑剤が閉空間から軌道へ通過させるための通路手段をさらに備える。
有利には、一方の閉空間は、潤滑剤を収容し、他方の閉空間は、電子素子を収容する。
一形態において、少なくとも1つの電子素子は、両閉空間の内側に取り付けられており、潤滑剤は、上記閉空間に配置されていない。
電子素子は、環状部分の外面に固定されたセンサと、センサの情報をロールベアリング組立体の外側に伝達するための伝達手段と、を備えてもよい。センサは、振動または温度センサであってもよく、それにより、使用中にロールベアリングを制御し、また、ロールベアリングの内側に高温もしくは強い振動がある場合にロールベアリングの劣化を防止する。
例えば、伝達手段は、環状筐体に設けられた孔部を通過するワイヤまたはアンテナを備える。
有利には、通路手段は、上記一方のリングの少なくとも一方の半体リング部品の径方向部分の厚さに設けられた軸方向貫通孔部と、軸方向貫通孔部と連通する径方向凹所と、を備える。
一形態において、環状筐体は、上記一方のリングの半体リング部品を保持するための2つの個別部品を備える。
本発明は、完全に非限定的な例を用いて考慮されたかつ添付の図面で示された複数の実施形態の詳細な説明を検討することからより理解される。
本発明の第1実施形態にかかるロールベアリングを示す軸方向半断面図である。 第2実施形態を示す軸方向半断面図である。 第3実施形態を示す軸方向半断面図である。 第4実施形態を示す軸方向半断面図である。
図1及び図2に示すように、全体的に参照符号1が付されたロールベアリング組立体は、内側リング2と、外側リング3と、例えば図示の例においてボールからなり、内側リング2と外側リング3との間でケージ5によって保持された1列の転がり素子4と、外側リング3を囲む環状筐体6と、を備える。
内側リング2は、中実であり、その外側シリンダ状面2aにおいて環状溝部7を有しており、この環状溝部の曲率半径は、転がり素子4の半径よりも若干大きく、転がり素子4のためのベアリングレースを形成する。内側リング2は、スチールブランクを機械加工することによってまたはプレスすることによって製造されてもよく、その後、ベアリングレース7において研削され、任意で粗研磨され、それにより、リング2に対してその幾何形状特性及びその最終面仕上げを付与する。
ケージ5は、転がり素子4を収容して転がり素子が周方向で均一に間隔をあけられることを維持するように設計された複数のキャビティ8を備える。キャビティ8は、有利には、転がり素子4の直径よりも若干大きい直径を有する球状をなしている。キャビティ8は、ケージ5の径方向厚さに形成されており、このケージは、外側リング2を径方向で向く径方向部分5aを有し、円錐状部分5bにより径方向内側に延在する。円錐状部分5bは、内側リング2に径方向で向くように位置しており、転がり素子4に向けて軸方向で延在する。径方向部分5a及び円錐状部分5bは、キャビティ8を画成する。円錐状部分5bは、転がり素子4のための案内部分を形成する。
外側リング3は、2つの別個部品3a、3b、すなわち半体リング部品を備える。半体リング部品3a、3bは、ほぼ同一であり、ベアリング1の対称軸方向面Yに関して対称であり、それにより、製造コストを低減する。これら2つの外側半体リング部品3a、3bは、有利には、金属シートを切断してプレスすることによって製造されており、その後、得られた構成要素は、熱処理によって硬化される。転がり素子4のためのベアリング軌道は、研削され、かつ/または粗研磨されており、これにより、軌道に対してこれらの幾何形状特性及び最終的な面仕上げをもたらす。2つの半体リング部品3a、3bがこの例においてほぼ同一であるので、参照符号「a」を有する一方の半体リングのみを説明し、理解することは、他方の半体リング3bである同一素子は、図において参照符号「b」を有することである。
外側リング3の半体リング部品3aは、外側軸方向シリンダ状部分9aと、径方向部分10aと、環状部分11aと、内側軸方向シリンダ状部分12aと、を備える。径方向部分10aは、外側軸方向部分9aに、及び、環状部分11aに、接続されている。環状部分11aは、転がり素子4のための軌道13aの一部を画成する。軌道13aの曲率半径は、転がり素子4の半径を若干超える。環状部分11aは、内側軸方向部分12aと共に、ロールベアリング1の外側に向けて軸方向に延在する。2つの外側半体リング部品3a、3bは、径方向部分10a、10bそれぞれの軸方向内側径方向面14a、14bと接触するように配置されている。
この実施形態において、有利には型打ちされた金属シートから形成された筐体6は、2つの外側半体リング部品3a、3bを囲む2つの個別環状部品15、16を備え、それにより、軸方向でこれらを共にしっかりと保持する。筐体6の部品15、16は、有利には、切断及びプレス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。各個別部品15、16は、L字状構造を有する。
第1部品15は、上記外側半体リング部品3a、3bを径方向で保持するための内側軸方向シリンダ状部分17を備える。内側軸方向シリンダ状部分17は、外側半体リング部品3a、3bを囲み、外側半体リング部品3a、3bの軸方向部分9a、9bの外面に接触する。第1部品15は、内側軸方向部分17から内側リング2の外側シリンダ状面2aのすぐ近くに向けて延在する径方向フランジ18をさらに備え、それにより、径方向フランジ18の内縁部18aと内側リング2のシリンダ状面2aとの間に間隙を残す。
筐体6の第2部品16は、第1部品15の内側軸方向シリンダ状部分17を囲む外側軸方向シリンダ状部分19を備える。第2部品16は、外側離シリンダ状部分19から内側リング2の外側シリンダ状面2aのすぐ近くに向けて延在する径方向フランジ20をさらに備え、それにより、径方向フランジ20の内縁部20aと内側リング2の外側シリンダ状面2aとの間に間隙を残す。外側シリンダ状部分19は、溶接、ロウ付けまたは接着により内側軸方向シリンダ状部分17に固定されている。
代替例として、筐体6は、軸方向シリンダ状部分と、軸方向シリンダ状部分から内側リングに向けて延在する2つの径方向フランジと、を有する、単一部品であってもよい。
半体リング部品3a、3bは、軸方向部分9a、9bと上記内側軸方向部分17の内孔部17aとの接触によって、筐体6の第1部品15の内側軸方向部分17に中心合せされている。外側軸方向部分9a、9bの外縁部を形成する外側径方向面21a、21bは、筐体6の部品15、16の径方向フランジ18、20の内面18b、20bとそれぞれ接触し、このため、2つの半体リング部品3a、3bを軸方向で挟み込む。内側軸方向部分12a、12bの外縁部を形成する径方向外側面22a、22bは、同様に、径方向フランジ18、20の上記内面18b、20bと接触する。
代替例として、軸方向間隙(図示略)を内側軸方向部分12a、12bの外縁部22a、22bと筐体6の径方向フランジ18、20の内面18b、20bとの間に設けてもよい。
半体リング部品3a、3bそれぞれは、筐体6と共に、環状閉空間23a、23bを画成する。より具体的には、閉空間23aは、外側軸方向部分9a、径方向部分10a、環状部分11a及び内側軸方向部分12a、並びに、筐体6の第1部品15のうちこれら部分に隣接する径方向フランジ18により区画されている。
図1に示すように、ロールベアリング組立体1は、対応する軌道13aの近くにおいて、一方の閉空間23aの内側に取り付けられた磁気素子25をさらに備える。磁気素子25は、一方の半体リング部品3aの内側軸方向シリンダ状部分12aの外面において径方向に取り付けられており、筐体6の径方向フランジ18の内面18bに軸方向で当接する。
図示のように、2つのうちの一方の閉空間23bは、潤滑剤貯留部として機能し、この閉空間23b内に収容された潤滑剤26は、グリースまたはオイルであってもよく、他方の閉空間23aは、磁気素子25を収容する。
外側リング3の半体リング部品3bは、通路手段を備える。図1に示す例において、この通路手段は、潤滑剤26を収容する半体リング部品3bの径方向部分10bの厚さにおいて設けられた少なくとも1つの、好ましくは複数の軸方向貫通孔部28bを備える。軸方向貫通孔28bは、径方向凹所または溝部29bと連通し、この溝部は、その内端部に向けて開口し、それにより、1列の転がり素子4内へ、及び、転がり素子の軌道13a、13bとの接触面それぞれ間に、潤滑剤26のための通路を流動させる。
磁気素子25は、金属粒子27を内側軸方向シリンダ状部分12bに当接させて引き付けることを可能とし、それにより、これら粒子がロールベアリング1の軌道13a、13bを損傷することを防止する。金属粒子は、軌道と転がり素子との間の摩擦によって形成されることがある、または、例えば高摩擦環境での使用中にもしくはロールベアリングの機械加工中に外側から出現する。
代替例として、内側軸方向部分12a、12bの外縁部22a、22bと筐体6の径方向フランジ18、20の内面18b、20bとの間に軸方向間隙(図示略)が設けられている場合、または、グリースを転がり素子上に直接使用する場合には、半体リング部品には、通路手段が設けられていなくてもよい。
しかしながら、あるいは、対応する閉空間23b内に収容されている潤滑剤のための他のタイプの通路手段を用いてもよい。
例えば、径方向貫通孔部(図示略)は、外側半体リング部品3bの内側シリンダ状軸方向部分12a、12bの厚さに設けられてもよい。このような軸方向貫通孔部は、上記閉空間23b内に収容されている潤滑剤26が重力によって転がり素子4に向けて直接流動することを可能とする。
図2に示すように、磁気素子25a、25bは、各閉空間23a、23bに取り付けられており、両閉空間23a、23bは、潤滑剤貯留部として機能する。
この実施形態において、通路手段は、各半体リング部品3a、3bの径方向部分10a、10bの厚さに設けられた少なくとも1つの、好ましくは複数の軸方向貫通孔部28a、28bを備える。各軸方向貫通孔部28a、28bは、径方向凹所または溝部29a、29bと連通し、これら溝部は、その内端部に向けて開口し、それにより、1列の転がり素子4内へ、及び、転がり素子の軌道13a、13bとの接触面それぞれ間に、潤滑剤26のための通路を流動させる。図示のように、軸方向貫通孔部28a、28bは、少なくとも部分的に向かい合っており、それにより、2つの閉空間23a、23bを連通させる。代替例として、軸方向貫通孔部は、向かい合っていなくてもよい。
同一の要素には同一の参照符号が付されている図3の実施形態は、図1に示す実施形態とは、電子素子30が一方の閉空間23aの内側に取り付けられている点のみで、異なる。
この実施形態において、電子素子30は、一方の半体リング部品3aの環状部分11aの外面であって対応する半体リング部品3aの軌道13aとは反対側の外面に取り付けられている。
電子素子30は、環状部分11aの外面に固定されたセンサ30aと、ロールベアリング組立体1の外側に向けてセンサ30aの情報を伝達するための伝達手段30bと、を備える。センサは、例えば、温度センサや振動センサであってもよい。図示のように、伝達手段30bは、筐体6に設けられた軸方向貫通孔部18cを貫通するワイヤである。代替例として、伝達手段30bは、ワイヤレスであってもよく、または、一端部がセンサ30aに取り付けられて他端部が筐体6の周辺にあるアンテナであってもよい。
この実施形態において、2つのうちの一方のみの閉空間23bは、潤滑剤貯留部として機能し、この閉空間23bに収容された潤滑剤26は、グリースまたはオイルであってもよく、他方の閉空間23aは、電子素子30を収容する。
同一の要素には同一の参照符号が付されている図4の実施形態は、図2の実施形態とは、一方の閉空間23aが磁気素子25aとセンサ30a及び伝達手段30bを有する電子素子30とを備える点で、異なる。他方の閉空間23bは、他の磁気素子25bを収容し、潤滑剤26のための潤滑剤貯留部として機能する。
本発明は、内側リングを囲む筐体を有するロールベアリングに適用されてもよい。その場合において、外側リングは、中実である一方、内側リングを形成する2つの半体リング部品は、金属シートを型打ちすることによって形成される。この配置は、図1から図4の実施形態の配置と同一であるが、素子が逆である。
本発明は、同様に、内側リング及び外側リング双方が環状筐体により囲まれるロールベアリングに適用されてもよい。その場合において、2つのリングは、同一構造を有する。すなわち、内側リングは、第1環状筐体により囲まれており、外側リングは、第2環状筐体により囲まれる。
実施形態それぞれで述べた具体的な機能及び特徴は、他の実施形態に対して重大な改変なく適用されてもよい。さらに、本願発明が単一列のボールベアリングを用いて説明されているが、理解することは、本発明がボールではないかつ/または複数列の転がり素子を有する転がり素子を用いたベアリングに対して重大な改変なく適用されてもよい。あるいは、内側リングは、上述のように、2つの半体リング部品を備え、2つの個別部品を有する筐体によって囲まれてもよい。
上記ロールベアリングにより、閉空間は、ロールベアリングに対してさらなる寸法を追加することなく、潤滑剤以外の他の素子を収容するために使用されてもよい。
さらに、磁気及び電子素子により、ロールベアリング組立体の耐用年数は、増大する。実際には、磁気素子により、金属粒子を引き付けることが可能となり、それにより、これら粒子が軌道を損傷することを防止し、電子素子により、潤滑剤の問題に起因する温度上昇のようなロールベアリングの欠陥を検出することが可能となり、この欠陥は、軌道と転がり素子との間の摩擦を増大させ、このため、磁気素子によってすぐに収集される金属粒子を形成する。
1 ロールベアリング組立体,ロールベアリング,ベアリング、2 内側リング,リング、3 外側リング,リング、3a,3b 半体リング部品,外側半体リング部品,別個部品、4 転がり素子、6 環状筐体,筐体、9a,9b 外側軸方向シリンダ状部分,外側軸方向部分,軸方向部分、10a,10b 径方向部分、11a,11b 環状部分、12a,12b 内側軸方向シリンダ状部分,内側シリンダ状軸方向部分,内側軸方向部分、13a,13b 軌道、15 個別環状部品,個別部品,第1部品,部品、16 個別環状部品,個別部品,第2部品,部品、23a,23b 環状閉空間,閉空間、25,25a,25b 磁気素子、26 潤滑剤、28a,28b 軸方向貫通孔部、29a,29b 溝部、30 電子素子、30a センサ、30b 伝達手段

Claims (14)

  1. 内側リング(2)と、外側リング(3)と、前記内側及び外側リング(2、3)に設けられた軌道(13a、13b)間に配設された少なくとも1列の転がり素子(4)と、内側に少なくとも一方の前記リング(3)が配置される環状筐体(6)と、を備え、
    一方の前記リング(3)が、前記筐体(6)と共に、閉空間(23a、23b)を画成する、ロールベアリング組立体であって、
    磁気素子(25)及び/または電子素子(30)が、少なくとも一方の前記閉空間(23a、23b)の内側に取り付けられていることを特徴とするロールベアリング組立体。
  2. 前記環状筐体(6)内に配置される前記リング(3)が、2つの半体リング部品(3a、3b)を備え、
    前記半体リング部品(3a、3b)それぞれが、径方向部分(10a、10b)と、前記径方向部分(10a、10b)から外側に向けて延在する内側及び外側軸方向シリンダ状部分(9a、9b、12a、12b)と、を有し、
    前記内側軸方向シリンダ状部分(12a、12b)が、前記軌道(13a、13b)を画成する環状部分(11a、11b)まで前記径方向部分(10a、10b)から延在し、
    一方の前記リング(3)の2つの前記半体リング部品(3a、3b)それぞれが、前記筐体(6)と共に、前記閉空間(23a、23b)を画成することを特徴とする請求項1に記載のロールベアリング組立体。
  3. 少なくとも一方の前記閉空間(23a、23b)が、潤滑剤(26)の貯留部として機能し、
    少なくとも一方の半体リング部品(3a、3b)が、潤滑剤(26)が前記閉空間(23a、23b)から前記軌道(13a、13b)まで通過させるための通路手段(28a、28b、29a、29b)を備えることを特徴とする請求項1または2に記載のロールベアリング組立体。
  4. 少なくとも1つの磁石(25)が、前記軌道(13a、13b)のうちの一方の近傍において前記閉空間(23a)の内側に取り付けられていることを特徴とする請求項1から3のいずれか1項に記載のロールベアリング組立体。
  5. 永久磁石(25)が、前記内側軸方向シリンダ状部分(12a)の外面において径方向に取り付けられており、前記環状筐体(6)に軸方向で当接していることを特徴とする請求項4に記載のロールベアリング組立体。
  6. 一方の前記閉空間(23b)が、潤滑剤(26)を収容し、
    他方の前記閉空間(23a)が、前記磁気素子(25)を収容することを特徴とする請求項2から5のいずれか1項に記載のロールベアリング組立体。
  7. 前記閉空間(23a、23b)双方が、潤滑剤(26)を収容することを特徴とする請求項2から5のいずれか1項に記載のロールベアリング組立体。
  8. 前記磁気素子(25a、25b)が、前記閉空間(23a、23b)双方の内側に取り付けられていることを特徴とする請求項1から7のいずれか1項に記載のロールベアリング組立体。
  9. 前記電子素子(30)が、一方の前記半体リング部品(3a)の前記環状部分(11a)の外面であって前記半体リング部品(3a)の前記軌道(13a)とは反対側にある外面に取り付けられていることを特徴とする請求項2から8のいずれか1項に記載のロールベアリング組立体。
  10. 一方の前記閉空間(23b)が、潤滑剤を収容し、
    他方の前記閉空間(23a)が、前記電子素子(30)を収容することを特徴とする請求項9に記載のロールベアリング組立体。
  11. 前記電子素子(30)が、前記環状部分(11a)の外面に固定されたセンサ(30a)と、当該ロールベアリング組立体(1)の外側に向けて前記センサ(30a)の情報を伝達するための伝達手段(30b)と、を備えることを特徴とする請求項9または10に記載のロールベアリング組立体。
  12. 前記伝達手段(30b)が、前記環状筐体(6)に設けられた孔部(18c)を通過するワイヤまたはアンテナを備えることを特徴とする請求項11に記載のロールベアリング組立体。
  13. 通路手段(28a、28b、29a)が、一方の前記リング(3)の少なくとも一方の半体リング部品(3a、3b)の径方向部分(10a、10b)の厚さに設けられた軸方向貫通孔部(28a、28b)と、前記軸方向貫通孔部(28a、28b)と、と連通する径方向凹所(29a、29b)と、を備えることを特徴とする請求項1から11のいずれか1項に記載のロールベアリング組立体。
  14. 前記環状筐体(6)が、一方の前記リング(3)の半体リング部品(3a、3b)を保持するための2つの個別部品(15、16)を備えることを特徴とする請求項1から12のいずれか1項に記載のロールベアリング組立体。
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