JP2018004062A - 転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】転がり軸受の固定輪にクリープ抑制用として環状溝を形成した場合において、この固定輪が取り付けられる相手部材に発生する接触面圧が局所的に高くなるのを抑制する。【解決手段】転がり軸受７は、内輪１１と、外輪１２と、複数の玉１３と、これら玉１３を保持する保持器１４とを備え、内輪１１が回転輪であり、外輪１２が固定輪となる。この場合、外輪１２のうち、この外輪１２が取付けられるハウジング２（相手部材）側の面に、クリープ抑制用の環状溝３２が形成されている。更に、外輪１２に、環状溝３２の両側部を覆う筒状部材１７が設けられている。【選択図】 図２

Description

本発明は、転がり軸受に関する。

各種産業機器には多くの転がり軸受が用いられている。転がり軸受は、内輪、外輪、これら内輪と外輪との間に介在している複数の転動体、及びこれら転動体を保持する保持器を備えている。例えば、図５に示すように、ハウジング９７内の回転軸９５を支持する転がり軸受９０では、内輪９１が回転軸９５に外嵌して取り付けられており、外輪９２がハウジング９７の内周面９８に取り付けられている。

このような転がり軸受９０では、内輪９１と回転軸９５とは「締まり嵌め」の状態で組み立てられるのに対して、外輪９２とハウジング９７とは「すきま嵌め」の状態で組み立てられることがある。このため、回転軸９５が回転している使用状態で、外輪９２とハウジング９７との間においてクリープ（ハウジング９７に対する外輪９２の周方向の滑り）が発生しやすい。

そこで、外輪９２の外周面９４にクリープ発生を抑制するための溝（環状溝）９３を形成した転がり軸受が提案されている（特許文献１参照）。この転がり軸受９０によれば、径方向（ラジアル方向）の大きな荷重が作用している場合に発生しやすいクリープを抑制することが可能となる。なお、このような荷重が作用している場合に発生しやすいクリープは、軸受回転方向と同方向へゆっくりと外輪９２が滑るクリープである。

特開２００６−３２２５７９号公報

前記のとおり、外輪９２の外周面９４に環状溝９３を形成することで、転がり軸受９０に径方向の大きな荷重が作用した場合の前記クリープを抑制することが可能となる。しかし、この径方向の大きな荷重によって、環状溝９３の軸方向両側のエッジ部９９がハウジング９７の内周面９８に接触することで、ハウジング９７のうち、このエッジ部９９が接触する部分において、図６に示すように、接触面圧が局所的に高くなる。この場合、外輪９２が少しでもクリープすると、接触面圧が局所的に高くなっている位置でハウジング９７が摩耗するおそれがある。特に外輪９２が軸受鋼等であるのに対して、ハウジング９７がアルミ合金製等のように比較的摩耗しやすい材料である場合、何らかの対策が必要となる。

そこで、本発明は、転がり軸受の固定輪にクリープ抑制用として環状溝を形成した場合において、この固定輪が取り付けられる相手部材に発生する接触面圧が局所的に高くなるのを抑制することを目的とする。

本発明は、内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪との間に介在している複数の転動体と、前記複数の転動体を保持する保持器と、を備え、前記内輪と前記外輪との内の一方が回転輪であり他方が固定輪である転がり軸受であって、前記固定輪のうち、当該固定輪が取付けられる相手部材側の面に、クリープ抑制用の環状溝が形成されており、前記固定輪に、前記環状溝の両側部を覆う筒状部材が設けられている。

この転がり軸受によれば、固定輪に形成されている環状溝の両側部と、相手部材との間には筒状部材が介在するため、転がり軸受に径方向荷重が作用しても、相手部材における接触面圧が、環状溝の両側部に対応する位置で局所的に高くなるのを抑えることができる。また、このように固定輪と相手部材との間に筒状部材が介在していても、固定輪に環状溝が形成されていることで、固定輪の弾性変形に起因する相手部材との間の相対滑りの発生を抑えることができ、クリープを抑制する機能は確保される。

また、前記筒状部材は前記固定輪に締り嵌めの状態で取り付けられているのが好ましい。
この場合、固定輪との接触により生じる筒状部材での面圧は、環状溝の両側部が接触する位置で高くなるが、筒状部材と固定輪とは締まり嵌めの状態となっていることで、これら筒状部材と固定輪との間でクリープは生じず、相互間で摩耗は発生しない。

また、前記筒状部材は、前記固定輪のうち、前記環状溝が形成されている面の全体を覆っているのが好ましい。
これにより、相手部材と筒状部材との接触面積が広くなり、相手部材における接触面圧をより一層低下させることができる。

本発明によれば、固定輪に環状溝が形成されていることでクリープの発生を抑制することができ、しかも、固定輪が取付けられる相手部材に発生する接触面圧が局所的に高くなるのを抑制することが可能となる。この結果、相手部材における摩耗を防ぐことができる。

本発明の転がり軸受を含む回転装置の実施の一形態を示す縦断面図である。 転がり軸受の断面図である。 ハウジングに生じる接触面圧の説明図である。 転がり軸受の他の形態を示す断面図である。 従来の転がり軸受を説明する断面図である。 従来例の場合のハウジングに生じる接触面圧の説明図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の転がり軸受７を含む回転装置１の実施の一形態を示す断面図である。回転装置１はハウジング２及び回転軸４を有しており、一対の転がり軸受７，７によって回転軸４がハウジング２に回転自在となって支持されている。これら転がり軸受７，７は、予圧付与型の軸受であり、軸方向の荷重（予圧）が付与された状態にある。軸方向一方側（図１では右側）の転がり軸受７と、軸方向他方側（図１では左側）の転がり軸受７とは同じ構成である。以下において、軸方向一方側（図１では右側）の転がり軸受７を代表として詳細な構成を説明する。

図２は、転がり軸受７の断面図である。転がり軸受７は、回転軸４に外嵌して取り付けられている内輪１１と、内輪１１の径方向外側に設けられている外輪１２と、これら内輪１１と外輪１２との間に介在している複数の転動体と、これら転動体を保持する環状の保持器１４とを備えている。本実施形態の転動体は玉１３であり、図２に示す転がり軸受７は深溝玉軸受である。また、転がり軸受７は、外輪１２に外嵌して取付けられている筒状部材１７を備えている。外輪１２は筒状部材１７を介してハウジング２の内周面３（以下、ハウジング内周面３ともいう。）に取り付けられている。以下の説明において、外輪１２と筒状部材１７とをあわせて外輪体１６と呼ぶ。

内輪１１の外周面には、玉１３が転動する内輪軌道溝（軌道面）１１ａが形成されており、外輪１２の内周面には、玉１３が転動する外輪軌道溝（軌道面）１２ａが形成されている。複数の玉１３は、内輪１１と外輪１２との間の環状空間１５に設けられており、転がり軸受７が回転すると（本実施形態では内輪１１が回転すると）、これら玉１３は保持器１４によって保持された状態で内輪軌道溝１１ａと外輪軌道溝１２ａとを転動する。

保持器１４は、複数の玉１３を周方向に沿って所定間隔（等間隔）をあけて保持することができ、このために、保持器１４には玉１３を収容するためのポケット１８が周方向に沿って複数形成されている。本実施形態の保持器１４は、玉１３の軸方向一方側に設けられている円環部１４ａと、この円環部１４ａから軸方向他方側に延びている複数の柱部１４ｂとを有している。そして、円環部１４ａの軸方向他方側（図２では左側）であって、周方向で隣り合う一対の柱部１４ｂ，１４ｂ間が、ポケット１８となる。なお、保持器１４は、他の形態であってもよく、例えば、軸方向他方側にも円環部を有する構成とすることができる。

外輪１２に環状溝３２が形成されている。環状溝３２はハウジング２側の面、つまり外輪１２の外周面２２に形成されている。環状溝３２は、周方向に連続する環状の凹溝からなり、その断面形状は、周方向に沿って変化しておらず同じである。環状溝３２は、外輪１２の外周面２２であって外輪軌道溝１２ａの径方向外側に形成されている。なお、環状溝３２を示す各図では、その形状の説明を容易とするために深く記載しているが、実際の環状溝３２の深さは外輪１２の厚さに比べて極めて小さく、環状溝３２の深さは、例えば１ｍｍ未満である。図２に示す環状溝３２は、外輪軌道溝１２ａの軸方向幅Ｙよりも大きな溝幅Ｘ０を有しているが、軸方向幅Ｙ以下の溝幅Ｘ０を有している形状であってもよい。

外輪１２の外周側に環状溝３２が設けられていることから、外輪１２は、環状溝３２の軸方向両側に円筒部３６，３７を有している。これら円筒部３６，３７の外周面は、転がり軸受７の軸受中心線Ｃ０を中心とする円筒面３６ａ，３７ａからなる。図２に示すように、軸受中心線Ｃ０を含む断面において、円筒面３６ａ，３７ａは、軸受中心線Ｃ０に平行な直線形状を有している。

筒状部材１７は、金属製であり、本実施形態では、薄い鋼板（冷間圧延鋼板：ＳＰＣＣ）を円筒状として構成した部材である。なお、筒状部材１７は、その他の材質であってもよい。筒状部材１７は、外輪１２に比べて薄く、例えば筒状部材１７の板厚は１ミリメートル未満である。本実施形態では、筒状部材１７と外輪１２とは軸方向に同じ寸法である。そして、筒状部材１７は、外輪１２に締り嵌めの状態で取り付けられている。つまり、筒状部材１７は、前記円筒面３６ａ，３７ａに締まり嵌めの状態となって外輪１２に取付けられている。このため、筒状部材１７と外輪１２とは相対回転不能な状態となる。なお、筒状部材１７と環状溝３２（溝底面４１）とは非接触の状態にある。

内輪１１と回転軸４とは「締まり嵌め」の状態で組み立てられており、内輪１１は回転軸４に密着して嵌合しており回転軸４と一体回転可能である。これに対して、外輪１２は、筒状部材１７を介して、固定状態にあるハウジング２に取り付けられているが、これら外輪１２及び筒状部材１７からなる外輪体１６は、ハウジング内周面３に「すきま嵌め」の状態となっている。このため、回転軸４が内輪１１と共に回転している使用状態で、外輪体１６とハウジング２との間においてクリープ（ハウジング２に対する外輪体１６の周方向の滑り）が発生することがある。

ここで、ハウジング２と転がり軸受７との間で生じるクリープについて説明する。なお、クリープ及びその発生メカニズムについては、外輪１２に環状溝３２が形成されておらず、また、外輪１２とハウジング２との間に筒状部材１７が介在しておらず、外輪１２とハウジング２とがすき間嵌めの状態となっている場合として、図２を参照しながら説明する。転がり軸受７において発生する可能性のあるクリープには、次の三つが考えられる。なお、下記の軸受回転方向とは、本実施形態の場合、回転輪である内輪１１の回転方向である。
・第一のクリープ：軸受回転方向と同方向へゆっくりと外輪１２が滑るクリープ
・第二のクリープ：軸受回転方向と同方向へ速く外輪１２が滑るクリープ
・第三のクリープ：軸受回転方向と逆方向に外輪１２が滑るクリープ

第一のクリープは、転がり軸受７に径方向（ラジアル方向）の大きな荷重が作用している場合に発生しやすく、下記のメカニズムによって発生すると考えられる。すなわち、転がり軸受７に径方向の大きな荷重が作用している場合、玉１３が高負荷を受けて外輪軌道溝１２ａを通過し、その際、玉１３の直下である外輪外周側が部分的に弾性変形する。玉１３は外輪軌道溝１２ａに沿って移動することから、外輪１２は脈動変形（脈動変位）する。この脈動変形により、外輪１２とハウジング２との間に周方向の相対滑りが生じ、この相対滑りにより第一のクリープが発生すると考えられる。

第二のクリープは、第一のクリープと外輪１２の移動方向（滑り方向）は同じであるが、転がり軸受７が径方向に関して無負荷である状態で発生しやすい。つまり、径方向に無負荷である場合、内輪１１の回転によって外輪１２を連れ回りさせ、これにより第二のクリープが発生すると考えられる。

第三のクリープは、外輪１２の移動方向（滑り方向）が第一及び第二のクリープと反対であり、これは、例えば径方向の荷重が偏荷重となることで外輪１２がハウジング内周面３に沿って振れ回りすることで発生すると考えられる。
以上が、クリープ及びその発生メカニズムについての説明である。

本実施形態の転がり軸受７の環状溝３２及び筒状部材１７の機能について説明する。前記のとおり（図２参照）外輪１２には筒状部材１７が外嵌しており、外輪１２は筒状部材１７を介してハウジング２（相手部材）に取り付けられている。このため、筒状部材１７の外周面が、ハウジング内周面３に対する嵌め合い面となっている。ただし、筒状部材１７はハウジング内周面３に「すきま嵌め」の状態にある。

前記第一のクリープの説明のとおり、転がり軸受７に径方向の大きな荷重が作用している場合、玉１３が高負荷を受けて外輪軌道溝１２ａを通過し、その際、玉１３の直下である外輪外周側が部分的に弾性変形する。玉１３は外輪軌道溝１２ａに沿って移動することから、外輪１２は脈動変形（脈動変位）する。これは、外輪１２に筒状部材１７が外嵌していても、同じである。

そこで、本実施形態では、外輪１２の外周面２２に環状溝３２が形成されていることで、前記弾性変形（脈動変形）に起因するハウジング２との間の周方向の相対滑りの発生を抑え、第一のクリープを抑制している。つまり、転がり軸受７に径方向の大きな荷重が作用すると、外輪１２のうちの外輪軌道溝１２ａの径方向外側の領域は径方向外側に弾性変形（拡径）するが、その領域に環状溝３２が形成されていることにより、弾性変形（拡径）を主に環状溝３２の範囲で生じさせることができる。これは、外輪１２に筒状部材１７が外嵌していても、同じである。

このため、外輪１２の弾性変形（拡径）部分は、筒状部材１７に接触せず、又は、接触したとしても、ハウジング内周面３との間に筒状部材１７が介在していることにより、外輪１２の弾性変形部分における脈動がハウジング内周面３に伝わる範囲を減らすことができる。つまり、外輪１２（外輪体１６）の弾性変形がハウジング２に（ほとんど）伝わらず、脈動変形による外輪１２とハウジング２との間の周方向の相対滑りが生じない。この結果、外輪１２（外輪体１６）とハウジング２との間における第一のクリープの発生が抑制される。以上より、環状溝３２は、第一のクリープ抑制用の溝（逃げ溝）となっている。

図２に示す環状溝３２は、中央の溝底面４１と、この溝底面４１の軸方向両側の側面４２，４３とを有した溝形状を備えている。一方の側面４２は、前記円筒面３６ａと所定の角度を有して交差しており、他方の側面４３は、前記円筒面３７ａと所定の角度を有して交差している。側面４２と円筒面３６ａとの交差部が、環状溝３２の第一のエッジ部４６となり、側面４３と円筒面３７ａとの交差部が、環状溝３２の第二のエッジ部４７となる。

そして、筒状部材１７は、環状溝３２の両側部のエッジ部４６，４７を覆っている。なお、本実施形態では、筒状部材１７は、外輪１２の外周面２２の全体を覆っている。筒状部材１７がエッジ部４６，４７を覆っているため、つまり、エッジ部４６，４７と、ハウジング２との間には筒状部材１７が介在しているため、転がり軸受７に大きな径方向荷重が作用しても、図３に示すように、ハウジング２における接触面圧が、環状溝３２の両側のエッジ部４６，４７に対応する位置で、局所的に高くなるのを抑えることができる。つまり、筒状部材１７によってハウジング２における接触面圧が分散され、ハウジング２における接触面圧のピークを緩和することができる。このため、他の要因でクリープが発生したとしても、ハウジング２に発生する接触面圧は局所的に大きくならないため、仮にクリープが少し発生したとしても、ハウジング２の摩耗を効果的に防ぐことが可能となる。特に、本実施形態では外輪１２が軸受鋼であるのに対して、ハウジング２はアルミ合金製であって局部的に面圧が高くなる部分で摩耗しやすいが、筒状部材１７が外輪１２との間に介在することで、このような摩耗を防ぐことが可能となる。

そして、外輪１２とハウジング２との間に筒状部材１７が介在していても、外輪１２には環状溝３２が形成されていることで、前記のとおり、外輪１２（外輪体１６）の弾性変形に起因するハウジング２との間の相対滑りの発生を抑え、前記第一のクリープを抑制する機能は確保されている。

なお、筒状部材１７に対して外輪１２が接触することで、この筒状部材１７の内周面に生じる面圧は、環状溝３２の両側のエッジ部４６，４７が接触する位置で高くなる。しかし、本実施形態では、筒状部材１７が、外輪１２に締り嵌めの状態で取り付けられていることで、これら筒状部材１７と外輪１２との間でクリープは発生しない。このため、これらの間の接触面圧が高くても、滑り接触による摩耗は相互間で発生しない。

また、筒状部材１７は環状溝３２を全て覆っている。特に、筒状部材１７は、外輪１２の外周面２２の全体を覆っている。このため、外輪１２に単一の筒状部材１７を取り付けることで、図３により説明したように、ハウジング２における接触面圧が、環状溝３２の両側のエッジ部４６，４７それぞれに対応する位置で、局部的に高くなるのを抑えることのできる構成が得られる。また、筒状部材１７が外輪１２の外周面２２の全体を覆っていることで、ハウジング２と筒状部材１７との接触面積が広くなり、相互間の接触面圧をより一層低下させることが可能となる。

前記実施形態（図２参照）では、内輪１１が、この内輪１１が取り付けられている相手部材（回転軸４）と一体回転する回転輪であり、外輪１２が、この外輪１２及び筒状部材１７が取り付けられている相手部材（ハウジング２）に（クリープするが）固定されている固定輪である。
しかし、本発明では、内輪１１と外輪１２との内の一方が回転輪であって他方が固定輪であればよく、図２に示す形態と反対に、図４に示すように、軸４に取り付けられている内輪１１が固定輪であって、外輪１２がハウジング２と共に一体回転する回転輪であってもよい。この場合、内輪１１の内周面にクリープ抑制用の環状溝３２を形成し、内輪１１の内周側に環状溝３２の両側部（エッジ部）を覆う筒状部材１７が設けられる。筒状部材１７は、内輪１１に締まり嵌めの状態で取付けられているが、筒状部材１７は、軸４にすきま嵌めの状態となって取付けられる。この転がり軸受７においても、内輪１１の環状溝３２と軸４との間には筒状部材１７が介在するため、径方向荷重が作用しても、軸４における接触面圧が、環状溝３２の両側部に対応する位置で局所的に高くなるのを抑えることができる。また、環状溝３２によって、内輪１１のクリープを抑制する機能は確保される。

なお、以上のとおり開示した実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。つまり、本発明の転がり軸受は、図示する形態に限らず本発明の範囲内において他の形態のものであってもよい。
例えば、本発明の転がり軸受は、深溝玉軸受以外にアンギュラ玉軸受であってもよく、また、転動体は玉以外であってもよく、円筒ころや円すいころであってもよい。また、本発明の転がり軸受は様々な機器に適用可能であり、特にクリープが課題となる回転機器に適用するのが好ましい。

７：転がり軸受 １１：内輪 １２：外輪
１３：玉（転動体） １４：保持器 １７：筒状部材
２２：外周面（相手部材側の面） ３２：環状溝
４６，４７：エッジ部（側部）

Claims (3)

1. 内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪との間に介在している複数の転動体と、前記複数の転動体を保持する保持器と、を備え、前記内輪と前記外輪との内の一方が回転輪であり他方が固定輪である転がり軸受であって、
   前記固定輪のうち、当該固定輪が取付けられる相手部材側の面に、クリープ抑制用の環状溝が形成されており、
   前記固定輪に、前記環状溝の両側部を覆う筒状部材が設けられている、転がり軸受。
2. 前記筒状部材は前記固定輪に締り嵌めの状態で取り付けられている、請求項１に記載の転がり軸受。
3. 前記筒状部材は、前記固定輪のうち、前記環状溝が形成されている面の全体を覆っている、請求項１又は２に記載の転がり軸受。

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