JP3608547B2 - ラジアル玉軸受 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明に係るラジアル玉軸受は、例えば各種回転軸を支持する為に利用する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば自動車用変速機、或は各種産業機械用の変速機として、図３〜４に略示する様なトロイダル型無段変速機を使用する事が研究されている。このトロイダル型無段変速機は、例えば実開昭６２−７１４６５号公報に開示されている様に、入力軸１と同心に入力側ディスク２を支持し、出力軸３の端部に出力側ディスク４を固定している。トロイダル型無段変速機を納めたケーシングの内面、或はこのケーシング内に設けられた支持ブラケットには、前記入力軸１並びに出力軸３に対して捻れの位置にある枢軸５、５を中心として揺動するトラニオン６、６が設けられている。
【０００３】
各トラニオン６、６は、両端部外側面に前記枢軸５、５を設けている。又、各トラニオン６、６の中心部には変位軸７、７の基端部を支持し、前記枢軸５、５を中心として各トラニオン６、６を揺動させる事により、各変位軸７、７の傾斜角度の調節を自在としている。各トラニオン６、６に支持された変位軸７、７の周囲には、それぞれパワーローラ８、８を回転自在に支持している。そして、各パワーローラ８、８を、前記入力側、出力側両ディスク２、４の間に挟持している。
【０００４】
入力側、出力側両ディスク２、４の互いに対向する内側面２ａ、４ａは、それぞれ断面が、ほぼ前記枢軸５を中心とする円弧形の凹面をなしている。そして、球面状の凸面に形成された各パワーローラ８、８の周面８ａ、８ａは、前記内側面２ａ、４ａに当接させている。
【０００５】
前記入力軸１と入力側ディスク２との間には、ローディングカム式の押圧装置９を設け、この押圧装置９によって、前記入力側ディスク２を出力側ディスク４に向け、弾性的に押圧している。この押圧装置９は、入力軸１と共に回転するカム板１０と、保持器１１により保持された複数個（例えば４個）のローラ１２、１２とから構成されている。前記カム板１０の片側面（図３〜４の左側面）には、円周方向に亙る凹凸面であるカム面１３を形成し、又、前記入力側ディスク２の外側面（図３〜４の右側面）にも、同様のカム面１４を形成している。そして、前記複数個のローラ１２、１２を、前記入力軸１の中心に対して放射状に配置している。
【０００６】
上述の様に構成されるトロイダル型無段変速機の使用時、入力軸１の回転に伴ってカム板１０が回転すると、カム面１３によって複数個のローラ１２、１２が、入力側ディスク２の外側面に形成したカム面１４に押圧される。この結果、前記入力側ディスク２が前記複数のパワーローラ８、８に押圧されると同時に、前記１対のカム面１３、１４と複数個のローラ１２、１２との噛合に基づいて、前記入力側ディスク２が回転する。そして、この入力側ディスク２の回転が、前記複数のパワーローラ８、８を介して出力側ディスク４に伝達され、この出力側ディスク４に固定の出力軸３が回転する。
【０００７】
入力軸１と出力軸３との回転速度を変える場合で、先ず入力軸１と出力軸３との間で減速を行なう場合には、枢軸５、５を中心として各トラニオン６、６を揺動させ、各パワーローラ８、８の周面８ａ、８ａが図３に示す様に、入力側ディスク２の内側面２ａの中心寄り部分と出力側ディスク４の内側面４ａの外周寄り部分とにそれぞれ当接する様に、各変位軸７、７を傾斜させる。
【０００８】
反対に、増速を行なう場合には、各パワーローラ８、８の周面８ａ、８ａが図４に示す様に、入力側ディスク２の内側面２ａの外周寄り部分と出力側ディスク４の内側面４ａの中心寄り部分とに、それぞれ当接する様に、各変位軸７、７を傾斜させる。各変位軸７、７の傾斜角度を、図３と図４との中間にすれば、入力軸１と出力軸３との間で、中間の変速比を得る事ができる。
【０００９】
図３〜４には、トロイダル型無段変速機の基本構造のみを示しているが、自動車用変速機等としてより具体化した構造も、例えば実願昭６１−８７５２３号（実開昭６２−１９９５５７号）のマイクロフィルムに記載されている様に、従来から種々知られている。
【００１０】
ところで、上述の様なトロイダル型無段変速機の運転時に前記各パワーローラ８、８は、入力側ディスク２及び出力側ディスク４からのスラスト荷重を受けつつ、高速で回転する。この為、これら各パワーローラ８、８と前記各トラニオン６、６との間には、図５に示す様なスラスト玉軸受１５を設けている。
【００１１】
前記スラスト玉軸受１５は、第一の軌道輪である内輪としての機能を兼ね備える前記パワーローラ８と、複数の玉１６、１６と、これら複数の玉１６、１６を転動自在に保持する為の保持器２０と、前記パワーローラ８と同じ中心軸αを有する、第二の軌道輪である外輪１７とから構成されている。尚、前記パワーローラ８、玉１６、１６、外輪１７は、それぞれ軸受鋼、浸炭鋼等の軸受用鋼により形成されている。又、前記パワーローラ８の軸方向片面（図５の上面）には第一の軌道である内輪軌道１８を、前記外輪１７の軸方向片面（図５の下面）で前記内輪軌道１８と対向する部分には第二の軌道である外輪軌道１９を、それぞれ形成している。これら各軌道１８、１９は、それぞれ断面が円弧形で全体が円環状とされている。尚、従来のスラスト玉軸受１５の場合には、内輪軌道１８の断面の曲率半径Ｒ１８と外輪軌道１９の断面の曲率半径Ｒ１９とは互いに等しく（Ｒ１８＝Ｒ１９）している。前記各玉１６、１６の転動面は、これら内輪軌道１８と外輪軌道１９とに転接する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、実際にトロイダル型無段変速機に組み込まれてパワーローラ８を支承するスラスト玉軸受１５の場合には、次に述べる様な解決すべき点がある。即ち、内輪としての機能を兼ね備えるパワーローラ８には、直径方向反対側に存在する入力側ディスク２との接触点と出力側ディスク４との接触点との２点から荷重が加わるが、この２点から円周方向に９０度ずれた点では荷重が加わらない。従って前記パワーローラ８の円周方向に亙る荷重分布は不均一になり、このパワーローラ８は、曲げ応力が作用する様な応力場に置かれる。これに対して外輪１７は、円周方向に亙って均等に配置された玉１６、１６により、円周方向に亙ってほぼ均一な荷重を受ける。
【００１３】
又、前記パワーローラ８は、トロイダル型無段変速機の変速比を確保すべくその設置位置を規制する必要上、厚さ寸法Ｔ８ を十分に大きくする必要がある。この為、スラスト玉軸受１５の内輪として機能する前記パワーローラ８の応力拡大係数が大きくなる応力場にあり、このパワーローラ８の寿命に関しては、モード２だけでなくモード１も関与してくる。このうち、面内剪断形のモード２は、一般的なスラスト玉軸受でも疲れ寿命として問題となるフレーキング発生による転がり疲労に関するもので、トロイダル型無段変速機用スラスト玉軸受に限らず、一般の玉軸受でも問題となる。一方、開口形のモード１は、内輪割れに結び付く曲げ疲労に関するものであり、厚さ寸法の大きなパワーローラ８に不均一な荷重を受ける、トロイダル型無段変速機用スラスト玉軸受独特な疲労として問題となる。
【００１４】
従って、トロイダル型無段変速機用スラスト玉軸受の耐久性を確保する為には、一般的なモード２の転がり疲労だけでなく、モード１の曲げ疲労に就いても考慮しなければならない。モード１の曲げ疲労による割れの発生を防止し、軌道輪の長寿命化を図る為には破壊靱性値Ｋ１ｃが大きな材料によりこの軌道輪を造れば良い。ところが、この破壊靱性値Ｋ１ｃが大きな材料が、モード２の転がり疲労を防止するのに有効であるとは限らず、モード２による転がり疲れ寿命を長くできない場合がある。例えば、浸炭ＳＣｒ 材を用いてこの転がり疲れ寿命を長くする為には、この材料（鋼）の炭素含有率（Ｃ％）を或る程度高く、且つ、浸炭深さを或る程度深くする必要がある。ところが、Ｃ％を高くしたり、或は浸炭深さを深くしたりすると、前記破壊靱性値Ｋ１ｃが小さくなってしまう。この事から明らかな通り、同一材質に異なる組成と熱処理とを施した２種類の材料Ａ、Ｂを考慮した場合には、材料Ａの方が材料Ｂよりもモード１による曲げ疲労に対しては強いが、材料Ｂの方が材料Ａよりもモード２による転がり疲労に対しては強いと言う事があり、材料の選定に大きな影響力を及ぼす。
【００１５】
破壊靱性値Ｋ１ｃを大きくするには、例えば、
（１） 材料の組織の結晶粒径を小さくする。
（２） 微細炭化物を結晶粒内に分布させる。
（３） 焼き戻し温度を高くして硬さを小さくする。
（４） 浸炭、窒化、高周波焼き入れ等の表面硬化鋼では、表面硬化深さを浅くしたり、芯部の硬さを小さくする。
等が考えられる。
（４） から、表面硬化鋼は完全焼き入れ鋼よりは破壊靱性値が大きくなる。又、形状、使用条件等に就いては、逆に、（ａ） 部材寸法の増加、（ｂ） 環境温度の低下、（ｃ） 荷重速度の増加、は同一材質の部品では破壊靱性値の低下を招く。
【００１６】
トロイダル型無段変速機用のスラスト玉軸受１５を構成するパワーローラ８の様に、形状的な制約から破壊靱性値Ｋ１ｃの低い材料を使用できない（モード１による曲げ疲労に対する強度を確保する必要がある）場合には、モード２による転がり疲労に対して弱い、破壊靱性値Ｋ１ｃの高い材料を使用せざるを得ない。従って、そのままではパワーローラ８に形成した内輪軌道１８にフレーキングが発生し易くなる。破壊靱性値Ｋ１ｃの高い材料を使用して、しかもフレーキングを発生しにくくする為には、前記内輪軌道１８の断面の曲率半径Ｒ１８を小さくし（玉１６、１６の外径の１／２に近づけ）、玉１６、１６の転動面と内輪軌道１８との接触点の面積を大きくし、この接触点の最大接触面圧を低く抑える事が効果がある。ところが、軌道面の断面の曲率半径を小さくする事は、当該軌道面と玉１６、１６の転動面との転がり抵抗の増大の原因となる。
【００１７】
一方、前述の様に従来のスラスト玉軸受１５の場合、内輪軌道１８の断面の曲率半径Ｒ１８と外輪軌道１９の断面の曲率半径Ｒ１９とが同じ（Ｒ１８＝Ｒ１９）であった。従って、単にこれら各軌道１８、１９の断面の曲率半径Ｒ１８、Ｒ１９を小さくした場合には、前記スラスト玉軸受１５の転がり抵抗が増大し、このスラスト玉軸受１５を組み込んだトロイダル型無段変速機の動力損失を増大させてしまう。この様な問題は、トロイダル型無段変速機用のスラスト玉軸受１５に限らず、ラジアル玉軸受の場合も、使用条件によっては発生する。即ち、ラジアル玉軸受の場合、使用状態によっては外輪又は内輪が、不均一なラジアル荷重に基づいて、モード１による割れを発生する可能性がある。
本発明のラジアル玉軸受は、この様な事情に鑑みて発明したものである。
【００１８】
【課題を解決する為の手段】
本発明のラジアル玉軸受は何れも、従来から知られたラジアル玉軸受と同様に、第一の軌道輪と、この第一の軌道輪の周面に形成された断面が円弧状で全体が円環状の第一の軌道と、前記第一の軌道輪と同心に配置された第二の軌道輪と、この第二の軌道輪の周面で前記第一の軌道と対向する部分に形成された断面が円弧状で全体が円環状の第二の軌道と、それぞれの転動面を前記第一、第二の両軌道に当接させた複数の玉とを備えている。そして、使用時に前記第一の軌道輪の応力拡大係数が前記第二の軌道輪の応力拡大係数よりも大きくなる応力場におかれる。
【００１９】
特に、本発明のラジアル玉軸受に於いては、前記第一の軌道輪を構成する材料の破壊靱性値を前記第二の軌道輪を構成する材料の破壊靱性値よりも大きくしている。
この様に、前記第一の軌道輪を構成する材料の破壊靱性値を前記第二の軌道輪を構成する材料の破壊靱性値よりも大きくする為に、請求項１に記載したラジアル玉軸受の場合には、前記第一の軌道輪を表面硬化鋼製とし、前記第二の軌道輪を完全硬化鋼製としている。
又、請求項２に記載したラジアル玉軸受の場合には、前記第一、第二の軌道輪を表面硬化鋼製とし、このうちの第一の軌道輪の表面硬化深さを第二の軌道輪の表面硬化深さよりも小さくしている。
又、請求項３に記載したラジアル玉軸受の場合には、前記第一、第二の軌道輪を表面硬化鋼製とし、このうちの第一の軌道輪の芯部硬さを第二の軌道輪の芯部硬さよりも小さくしている。
更に、請求項４に記載したラジアル玉軸受の場合には、前記第一の軌道輪の表面硬さを前記第二の軌道輪の表面硬さよりも小さくしている。
これと共に、前記第一の軌道と前記各玉との最大接触面圧を前記第二の軌道と前記各玉との最大接触面圧よりも小さくしている。
【００２０】
【作用】
上述の様に構成される本発明のラジアル玉軸受の場合には、第一の軌道輪を破壊靱性値の大きな材料により造っている為、この第一の軌道輪にモード１の曲げ疲労による割れが発生しにくくなる。又、この第一の軌道輪に形成した第一の軌道と玉との最大接触面圧が小さい事に基づき、この第一の軌道に、モード２の転がり疲労によるフレーキングが発生しにくくなる。
【００２１】
一方、モード１による曲げ疲労をあまり考慮する必要のない第二の軌道輪は、破壊靱性値の大きな材料により造る必要がなく、モード２による転がり疲労に対して強い材料により造れる。従って、この第二の軌道輪に形成した第二の軌道と玉との最大接触面圧を小さくする必要がなく、この第二の軌道と玉との転がり抵抗の増大を防止できる。この結果、ラジアル玉軸受全体としての転がり抵抗の増大も少なく抑える事ができる。
【００２２】
尚、曲げ疲労や転がり疲労に対する強度を確保すべく、破壊靱性値を適正値にする為には、各軌道輪を構成する軸受用鋼に施す熱処理として、例えば浸炭処理、浸炭窒化処理、高周波焼き入れ処理等の表面硬化処理を行なう。
【００２３】
【実施例】
図１は、本発明の第一実施例を示している。本実施例は、本発明を深溝型のラジアル玉軸受２１に適用したものである。この様なラジアル玉軸受２１の使用状態では、内輪２２は軸２３に外嵌され、外輪２４はハウジング２５に内嵌される。この様なラジアル玉軸受２１の場合、使用状態によっては外輪２４が、ハウジング２５から加わる不均一なラジアル荷重に基づいて、モード１による割れを発生する可能性がある。
【００２４】
そこで、この様な使用状態の場合には、前記外輪２４を破壊靱性値Ｋ １ｃ ´の大きな材料により造る事で、この外輪２４に割れが発生する事を防止する。一方、ラジアル玉軸受２１の場合には、内輪軌道２６の断面の曲率半径を外輪軌道２７の断面の曲率半径よりも極端に小さくしない限り、円周方向に亙る曲率半径が比較的小さく、しかも円周方向に亙って凸に弯曲した内輪軌道２６と玉２８、２８との最大接触面圧Ｐ ｍａｘ が、円周方向に亙る曲率半径が比較的大きいが、円周方向に亙って凹に弯曲した外輪軌道２７と玉２８、２８との最大接触面圧Ｐ ｍａｘ ´よりも大きく（Ｐ ｍａｘ ＞Ｐ ｍａｘ ´）なる。そこで、最大接触面圧Ｐ ｍａｘ が大きくなる内輪軌道２６を有する内輪２２は、破壊靱性値Ｋ １ｃ が小さくても、モード２による転がり疲労に対して強い材料により造る。
【００２５】
【００２６】
外輪２４の破壊靱性値Ｋ１ｃを内輪２２より大きくした組み合わせとしては、前述の様に破壊靱性値を大きくする方法で述べた事から、
（１） 外輪２４を表面硬化鋼とし、内輪２２を完全硬化鋼とする。
（２） 外輪２４の浸炭深さを内輪２２よりも浅くするか、外輪２４の芯部硬さを内輪２２より小さくする。
（３） 外輪２４の硬さを内輪２２より小さくする。
等が考えられる。
【００２７】
上述の様に構成される本発明のラジアル玉軸受の場合には、ハウジング２５から加わる不均一なラジアル荷重を受け、応力拡大係数Ｋ １ が大きい応力場にある外輪２４を、破壊靱性値の大きな材料により造っている。この為、応力拡大係数Ｋ１ が大きいにも拘らず、上記外輪２４にモード１の曲げ疲労による割れが発生しにくくなる。又、この外輪２４に形成した外輪軌道２７と玉２８、２８との最大接触面圧Ｐｍａｘ が小さい事に基づき、この外輪軌道２７に、モード２の転がり疲労によるフレーキングが発生しにくくなる。
【００２８】
一方、内輪２２は、応力拡大係数Ｋ１ ´が前記外輪２４よりも小さい応力場にある。従って、この内輪２２に関しては、モード１による曲げ疲労をあまり考慮する必要がない。即ち、この内輪２２は、破壊靱性値Ｋ１ｃ´の大きな材料により造る必要がなく、破壊靱性値Ｋ１ｃ´が小さくても、モード２による転がり疲労に対して強い材料により造れる。従って、この内輪２２に形成した内輪軌道２６と玉２８、２８との最大接触面圧Ｐｍａｘ ´を小さくする必要がない。より具体的には、前述した様に、円周方向に亙る曲率半径が比較的小さく、しかも円周方向に亙って凸に弯曲した内輪軌道２６と玉２８、２８との最大接触面圧Ｐ ｍａｘ を、円周方向に亙る曲率半径が比較的大きいが、円周方向に亙って凹に弯曲した外輪軌道２７と玉２８、２８との最大接触面圧Ｐ ｍａｘ ´よりも大きく（Ｐ ｍａｘ ＞Ｐ ｍａｘ ´）する。この結果、ラジアル玉軸受全体としての転がり抵抗の増大も少なく抑える事ができる。
【００２９】
【００３０】
【００３１】
次に、図２は、本発明の第二実施例を示している。本実施例は、本発明を内輪回転の高速回転（高ｄｍｎ ）で使用されるアンギュラ型のラジアル玉軸受２９に適用したものである。この様なラジアル玉軸受２９の場合には、遠心力や発熱の為、内輪３０と回転軸３１との嵌合部からこの内輪３０に荷重が加わり、この内輪３０に割れを発生する場合がある。即ち、内輪３０の応力拡大係数Ｋ１ が外輪３３の応力拡大係数Ｋ１ ´よりも大きく（Ｋ１ ＞Ｋ１ ´）なる応力場におかれている。一方、高速回転に伴う遠心力によって玉３２、３２は、外輪３３内周面の外輪軌道３４に押し付けられる。従って、玉３２、３２の転動面と外輪軌道３４との最大接触面圧Ｐｍａｘ ´が、この転動面と内輪３０外周面の内輪軌道３５との最大接触面圧Ｐｍａｘ よりも大きく（Ｐｍａｘ ´＞Ｐｍａｘ ）なる。
【００３２】
そこで、この様な使用状態の場合には、前記内輪３０を破壊靱性値Ｋ１ｃの大きな材料により造る事で、この内輪３０に割れが発生する事を防止する。一方、最大接触面圧Ｐｍａｘ ´が大きくなる外輪軌道３４を有する外輪３３は、破壊靱性値Ｋ１ｃ´が小さくても、モード２による転がり疲労に対して強い材料により造る。
【００３３】
【発明の効果】
本発明のラジアル玉軸受は、以上に述べた通り構成され作用する為、回転抵抗をあまり増大させる事なく、何れの軌道輪の寿命も確保できる。従って、ラジアル玉軸受を組み込んだ各種装置の性能を低下させる事なく、このラジアル玉軸受の耐久性向上を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施例を示す断面図。
【図２】同第二実施例を示す断面図。
【図３】スラスト玉軸受を組み込んだトロイダル型無段変速機の基本的構成を、最大減 速時の状態で示す側面図。
【図４】同じく最大増速時の状態で示す側面図。
【図５】トロイダル型無段変速機に組み込まれたスラスト玉軸受の断面図。
【符号の説明】
１ 入力軸
２ 入力側ディスク
２ａ 内側面
３ 出力軸
４ 出力側ディスク
４ａ 内側面
５ 枢軸
６ トラニオン
７ 変位軸
８、８Ａ パワーローラ
８ａ 周面
９ 押圧装置
１０ カム板
１１ 保持器
１２ ローラ
１３、１４ カム面
１５ スラスト玉軸受
１６ 玉
１７ 外輪
１８ 内輪軌道
１９ 外輪軌道
２０ 保持器
２１ ラジアル玉軸受
２２ 内輪
２３ 軸
２４ 外輪
２５ ハウジング
２６ 内輪軌道
２７ 外輪軌道
２８ 玉
２９ ラジアル玉軸受
３０ 内輪
３１ 回転軸
３２ 玉
３３ 外輪
３４ 外輪軌道
３５ 内輪軌道
【産業上の利用分野】
この発明に係るラジアル玉軸受は、例えば各種回転軸を支持する為に利用する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば自動車用変速機、或は各種産業機械用の変速機として、図３〜４に略示する様なトロイダル型無段変速機を使用する事が研究されている。このトロイダル型無段変速機は、例えば実開昭６２−７１４６５号公報に開示されている様に、入力軸１と同心に入力側ディスク２を支持し、出力軸３の端部に出力側ディスク４を固定している。トロイダル型無段変速機を納めたケーシングの内面、或はこのケーシング内に設けられた支持ブラケットには、前記入力軸１並びに出力軸３に対して捻れの位置にある枢軸５、５を中心として揺動するトラニオン６、６が設けられている。
【０００３】
各トラニオン６、６は、両端部外側面に前記枢軸５、５を設けている。又、各トラニオン６、６の中心部には変位軸７、７の基端部を支持し、前記枢軸５、５を中心として各トラニオン６、６を揺動させる事により、各変位軸７、７の傾斜角度の調節を自在としている。各トラニオン６、６に支持された変位軸７、７の周囲には、それぞれパワーローラ８、８を回転自在に支持している。そして、各パワーローラ８、８を、前記入力側、出力側両ディスク２、４の間に挟持している。
【０００４】
入力側、出力側両ディスク２、４の互いに対向する内側面２ａ、４ａは、それぞれ断面が、ほぼ前記枢軸５を中心とする円弧形の凹面をなしている。そして、球面状の凸面に形成された各パワーローラ８、８の周面８ａ、８ａは、前記内側面２ａ、４ａに当接させている。
【０００５】
前記入力軸１と入力側ディスク２との間には、ローディングカム式の押圧装置９を設け、この押圧装置９によって、前記入力側ディスク２を出力側ディスク４に向け、弾性的に押圧している。この押圧装置９は、入力軸１と共に回転するカム板１０と、保持器１１により保持された複数個（例えば４個）のローラ１２、１２とから構成されている。前記カム板１０の片側面（図３〜４の左側面）には、円周方向に亙る凹凸面であるカム面１３を形成し、又、前記入力側ディスク２の外側面（図３〜４の右側面）にも、同様のカム面１４を形成している。そして、前記複数個のローラ１２、１２を、前記入力軸１の中心に対して放射状に配置している。
【０００６】
上述の様に構成されるトロイダル型無段変速機の使用時、入力軸１の回転に伴ってカム板１０が回転すると、カム面１３によって複数個のローラ１２、１２が、入力側ディスク２の外側面に形成したカム面１４に押圧される。この結果、前記入力側ディスク２が前記複数のパワーローラ８、８に押圧されると同時に、前記１対のカム面１３、１４と複数個のローラ１２、１２との噛合に基づいて、前記入力側ディスク２が回転する。そして、この入力側ディスク２の回転が、前記複数のパワーローラ８、８を介して出力側ディスク４に伝達され、この出力側ディスク４に固定の出力軸３が回転する。
【０００７】
入力軸１と出力軸３との回転速度を変える場合で、先ず入力軸１と出力軸３との間で減速を行なう場合には、枢軸５、５を中心として各トラニオン６、６を揺動させ、各パワーローラ８、８の周面８ａ、８ａが図３に示す様に、入力側ディスク２の内側面２ａの中心寄り部分と出力側ディスク４の内側面４ａの外周寄り部分とにそれぞれ当接する様に、各変位軸７、７を傾斜させる。
【０００８】
反対に、増速を行なう場合には、各パワーローラ８、８の周面８ａ、８ａが図４に示す様に、入力側ディスク２の内側面２ａの外周寄り部分と出力側ディスク４の内側面４ａの中心寄り部分とに、それぞれ当接する様に、各変位軸７、７を傾斜させる。各変位軸７、７の傾斜角度を、図３と図４との中間にすれば、入力軸１と出力軸３との間で、中間の変速比を得る事ができる。
【０００９】
図３〜４には、トロイダル型無段変速機の基本構造のみを示しているが、自動車用変速機等としてより具体化した構造も、例えば実願昭６１−８７５２３号（実開昭６２−１９９５５７号）のマイクロフィルムに記載されている様に、従来から種々知られている。
【００１０】
ところで、上述の様なトロイダル型無段変速機の運転時に前記各パワーローラ８、８は、入力側ディスク２及び出力側ディスク４からのスラスト荷重を受けつつ、高速で回転する。この為、これら各パワーローラ８、８と前記各トラニオン６、６との間には、図５に示す様なスラスト玉軸受１５を設けている。
【００１１】
前記スラスト玉軸受１５は、第一の軌道輪である内輪としての機能を兼ね備える前記パワーローラ８と、複数の玉１６、１６と、これら複数の玉１６、１６を転動自在に保持する為の保持器２０と、前記パワーローラ８と同じ中心軸αを有する、第二の軌道輪である外輪１７とから構成されている。尚、前記パワーローラ８、玉１６、１６、外輪１７は、それぞれ軸受鋼、浸炭鋼等の軸受用鋼により形成されている。又、前記パワーローラ８の軸方向片面（図５の上面）には第一の軌道である内輪軌道１８を、前記外輪１７の軸方向片面（図５の下面）で前記内輪軌道１８と対向する部分には第二の軌道である外輪軌道１９を、それぞれ形成している。これら各軌道１８、１９は、それぞれ断面が円弧形で全体が円環状とされている。尚、従来のスラスト玉軸受１５の場合には、内輪軌道１８の断面の曲率半径Ｒ１８と外輪軌道１９の断面の曲率半径Ｒ１９とは互いに等しく（Ｒ１８＝Ｒ１９）している。前記各玉１６、１６の転動面は、これら内輪軌道１８と外輪軌道１９とに転接する。
【００１２】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、実際にトロイダル型無段変速機に組み込まれてパワーローラ８を支承するスラスト玉軸受１５の場合には、次に述べる様な解決すべき点がある。即ち、内輪としての機能を兼ね備えるパワーローラ８には、直径方向反対側に存在する入力側ディスク２との接触点と出力側ディスク４との接触点との２点から荷重が加わるが、この２点から円周方向に９０度ずれた点では荷重が加わらない。従って前記パワーローラ８の円周方向に亙る荷重分布は不均一になり、このパワーローラ８は、曲げ応力が作用する様な応力場に置かれる。これに対して外輪１７は、円周方向に亙って均等に配置された玉１６、１６により、円周方向に亙ってほぼ均一な荷重を受ける。
【００１３】
又、前記パワーローラ８は、トロイダル型無段変速機の変速比を確保すべくその設置位置を規制する必要上、厚さ寸法Ｔ８ を十分に大きくする必要がある。この為、スラスト玉軸受１５の内輪として機能する前記パワーローラ８の応力拡大係数が大きくなる応力場にあり、このパワーローラ８の寿命に関しては、モード２だけでなくモード１も関与してくる。このうち、面内剪断形のモード２は、一般的なスラスト玉軸受でも疲れ寿命として問題となるフレーキング発生による転がり疲労に関するもので、トロイダル型無段変速機用スラスト玉軸受に限らず、一般の玉軸受でも問題となる。一方、開口形のモード１は、内輪割れに結び付く曲げ疲労に関するものであり、厚さ寸法の大きなパワーローラ８に不均一な荷重を受ける、トロイダル型無段変速機用スラスト玉軸受独特な疲労として問題となる。
【００１４】
従って、トロイダル型無段変速機用スラスト玉軸受の耐久性を確保する為には、一般的なモード２の転がり疲労だけでなく、モード１の曲げ疲労に就いても考慮しなければならない。モード１の曲げ疲労による割れの発生を防止し、軌道輪の長寿命化を図る為には破壊靱性値Ｋ１ｃが大きな材料によりこの軌道輪を造れば良い。ところが、この破壊靱性値Ｋ１ｃが大きな材料が、モード２の転がり疲労を防止するのに有効であるとは限らず、モード２による転がり疲れ寿命を長くできない場合がある。例えば、浸炭ＳＣｒ 材を用いてこの転がり疲れ寿命を長くする為には、この材料（鋼）の炭素含有率（Ｃ％）を或る程度高く、且つ、浸炭深さを或る程度深くする必要がある。ところが、Ｃ％を高くしたり、或は浸炭深さを深くしたりすると、前記破壊靱性値Ｋ１ｃが小さくなってしまう。この事から明らかな通り、同一材質に異なる組成と熱処理とを施した２種類の材料Ａ、Ｂを考慮した場合には、材料Ａの方が材料Ｂよりもモード１による曲げ疲労に対しては強いが、材料Ｂの方が材料Ａよりもモード２による転がり疲労に対しては強いと言う事があり、材料の選定に大きな影響力を及ぼす。
【００１５】
破壊靱性値Ｋ１ｃを大きくするには、例えば、
（１） 材料の組織の結晶粒径を小さくする。
（２） 微細炭化物を結晶粒内に分布させる。
（３） 焼き戻し温度を高くして硬さを小さくする。
（４） 浸炭、窒化、高周波焼き入れ等の表面硬化鋼では、表面硬化深さを浅くしたり、芯部の硬さを小さくする。
等が考えられる。
（４） から、表面硬化鋼は完全焼き入れ鋼よりは破壊靱性値が大きくなる。又、形状、使用条件等に就いては、逆に、（ａ） 部材寸法の増加、（ｂ） 環境温度の低下、（ｃ） 荷重速度の増加、は同一材質の部品では破壊靱性値の低下を招く。
【００１６】
トロイダル型無段変速機用のスラスト玉軸受１５を構成するパワーローラ８の様に、形状的な制約から破壊靱性値Ｋ１ｃの低い材料を使用できない（モード１による曲げ疲労に対する強度を確保する必要がある）場合には、モード２による転がり疲労に対して弱い、破壊靱性値Ｋ１ｃの高い材料を使用せざるを得ない。従って、そのままではパワーローラ８に形成した内輪軌道１８にフレーキングが発生し易くなる。破壊靱性値Ｋ１ｃの高い材料を使用して、しかもフレーキングを発生しにくくする為には、前記内輪軌道１８の断面の曲率半径Ｒ１８を小さくし（玉１６、１６の外径の１／２に近づけ）、玉１６、１６の転動面と内輪軌道１８との接触点の面積を大きくし、この接触点の最大接触面圧を低く抑える事が効果がある。ところが、軌道面の断面の曲率半径を小さくする事は、当該軌道面と玉１６、１６の転動面との転がり抵抗の増大の原因となる。
【００１７】
一方、前述の様に従来のスラスト玉軸受１５の場合、内輪軌道１８の断面の曲率半径Ｒ１８と外輪軌道１９の断面の曲率半径Ｒ１９とが同じ（Ｒ１８＝Ｒ１９）であった。従って、単にこれら各軌道１８、１９の断面の曲率半径Ｒ１８、Ｒ１９を小さくした場合には、前記スラスト玉軸受１５の転がり抵抗が増大し、このスラスト玉軸受１５を組み込んだトロイダル型無段変速機の動力損失を増大させてしまう。この様な問題は、トロイダル型無段変速機用のスラスト玉軸受１５に限らず、ラジアル玉軸受の場合も、使用条件によっては発生する。即ち、ラジアル玉軸受の場合、使用状態によっては外輪又は内輪が、不均一なラジアル荷重に基づいて、モード１による割れを発生する可能性がある。
本発明のラジアル玉軸受は、この様な事情に鑑みて発明したものである。
【００１８】
【課題を解決する為の手段】
本発明のラジアル玉軸受は何れも、従来から知られたラジアル玉軸受と同様に、第一の軌道輪と、この第一の軌道輪の周面に形成された断面が円弧状で全体が円環状の第一の軌道と、前記第一の軌道輪と同心に配置された第二の軌道輪と、この第二の軌道輪の周面で前記第一の軌道と対向する部分に形成された断面が円弧状で全体が円環状の第二の軌道と、それぞれの転動面を前記第一、第二の両軌道に当接させた複数の玉とを備えている。そして、使用時に前記第一の軌道輪の応力拡大係数が前記第二の軌道輪の応力拡大係数よりも大きくなる応力場におかれる。
【００１９】
特に、本発明のラジアル玉軸受に於いては、前記第一の軌道輪を構成する材料の破壊靱性値を前記第二の軌道輪を構成する材料の破壊靱性値よりも大きくしている。
この様に、前記第一の軌道輪を構成する材料の破壊靱性値を前記第二の軌道輪を構成する材料の破壊靱性値よりも大きくする為に、請求項１に記載したラジアル玉軸受の場合には、前記第一の軌道輪を表面硬化鋼製とし、前記第二の軌道輪を完全硬化鋼製としている。
又、請求項２に記載したラジアル玉軸受の場合には、前記第一、第二の軌道輪を表面硬化鋼製とし、このうちの第一の軌道輪の表面硬化深さを第二の軌道輪の表面硬化深さよりも小さくしている。
又、請求項３に記載したラジアル玉軸受の場合には、前記第一、第二の軌道輪を表面硬化鋼製とし、このうちの第一の軌道輪の芯部硬さを第二の軌道輪の芯部硬さよりも小さくしている。
更に、請求項４に記載したラジアル玉軸受の場合には、前記第一の軌道輪の表面硬さを前記第二の軌道輪の表面硬さよりも小さくしている。
これと共に、前記第一の軌道と前記各玉との最大接触面圧を前記第二の軌道と前記各玉との最大接触面圧よりも小さくしている。
【００２０】
【作用】
上述の様に構成される本発明のラジアル玉軸受の場合には、第一の軌道輪を破壊靱性値の大きな材料により造っている為、この第一の軌道輪にモード１の曲げ疲労による割れが発生しにくくなる。又、この第一の軌道輪に形成した第一の軌道と玉との最大接触面圧が小さい事に基づき、この第一の軌道に、モード２の転がり疲労によるフレーキングが発生しにくくなる。
【００２１】
一方、モード１による曲げ疲労をあまり考慮する必要のない第二の軌道輪は、破壊靱性値の大きな材料により造る必要がなく、モード２による転がり疲労に対して強い材料により造れる。従って、この第二の軌道輪に形成した第二の軌道と玉との最大接触面圧を小さくする必要がなく、この第二の軌道と玉との転がり抵抗の増大を防止できる。この結果、ラジアル玉軸受全体としての転がり抵抗の増大も少なく抑える事ができる。
【００２２】
尚、曲げ疲労や転がり疲労に対する強度を確保すべく、破壊靱性値を適正値にする為には、各軌道輪を構成する軸受用鋼に施す熱処理として、例えば浸炭処理、浸炭窒化処理、高周波焼き入れ処理等の表面硬化処理を行なう。
【００２３】
【実施例】
図１は、本発明の第一実施例を示している。本実施例は、本発明を深溝型のラジアル玉軸受２１に適用したものである。この様なラジアル玉軸受２１の使用状態では、内輪２２は軸２３に外嵌され、外輪２４はハウジング２５に内嵌される。この様なラジアル玉軸受２１の場合、使用状態によっては外輪２４が、ハウジング２５から加わる不均一なラジアル荷重に基づいて、モード１による割れを発生する可能性がある。
【００２４】
そこで、この様な使用状態の場合には、前記外輪２４を破壊靱性値Ｋ １ｃ ´の大きな材料により造る事で、この外輪２４に割れが発生する事を防止する。一方、ラジアル玉軸受２１の場合には、内輪軌道２６の断面の曲率半径を外輪軌道２７の断面の曲率半径よりも極端に小さくしない限り、円周方向に亙る曲率半径が比較的小さく、しかも円周方向に亙って凸に弯曲した内輪軌道２６と玉２８、２８との最大接触面圧Ｐ ｍａｘ が、円周方向に亙る曲率半径が比較的大きいが、円周方向に亙って凹に弯曲した外輪軌道２７と玉２８、２８との最大接触面圧Ｐ ｍａｘ ´よりも大きく（Ｐ ｍａｘ ＞Ｐ ｍａｘ ´）なる。そこで、最大接触面圧Ｐ ｍａｘ が大きくなる内輪軌道２６を有する内輪２２は、破壊靱性値Ｋ １ｃ が小さくても、モード２による転がり疲労に対して強い材料により造る。
【００２５】
【００２６】
外輪２４の破壊靱性値Ｋ１ｃを内輪２２より大きくした組み合わせとしては、前述の様に破壊靱性値を大きくする方法で述べた事から、
（１） 外輪２４を表面硬化鋼とし、内輪２２を完全硬化鋼とする。
（２） 外輪２４の浸炭深さを内輪２２よりも浅くするか、外輪２４の芯部硬さを内輪２２より小さくする。
（３） 外輪２４の硬さを内輪２２より小さくする。
等が考えられる。
【００２７】
上述の様に構成される本発明のラジアル玉軸受の場合には、ハウジング２５から加わる不均一なラジアル荷重を受け、応力拡大係数Ｋ １ が大きい応力場にある外輪２４を、破壊靱性値の大きな材料により造っている。この為、応力拡大係数Ｋ１ が大きいにも拘らず、上記外輪２４にモード１の曲げ疲労による割れが発生しにくくなる。又、この外輪２４に形成した外輪軌道２７と玉２８、２８との最大接触面圧Ｐｍａｘ が小さい事に基づき、この外輪軌道２７に、モード２の転がり疲労によるフレーキングが発生しにくくなる。
【００２８】
一方、内輪２２は、応力拡大係数Ｋ１ ´が前記外輪２４よりも小さい応力場にある。従って、この内輪２２に関しては、モード１による曲げ疲労をあまり考慮する必要がない。即ち、この内輪２２は、破壊靱性値Ｋ１ｃ´の大きな材料により造る必要がなく、破壊靱性値Ｋ１ｃ´が小さくても、モード２による転がり疲労に対して強い材料により造れる。従って、この内輪２２に形成した内輪軌道２６と玉２８、２８との最大接触面圧Ｐｍａｘ ´を小さくする必要がない。より具体的には、前述した様に、円周方向に亙る曲率半径が比較的小さく、しかも円周方向に亙って凸に弯曲した内輪軌道２６と玉２８、２８との最大接触面圧Ｐ ｍａｘ を、円周方向に亙る曲率半径が比較的大きいが、円周方向に亙って凹に弯曲した外輪軌道２７と玉２８、２８との最大接触面圧Ｐ ｍａｘ ´よりも大きく（Ｐ ｍａｘ ＞Ｐ ｍａｘ ´）する。この結果、ラジアル玉軸受全体としての転がり抵抗の増大も少なく抑える事ができる。
【００２９】
【００３０】
【００３１】
次に、図２は、本発明の第二実施例を示している。本実施例は、本発明を内輪回転の高速回転（高ｄｍｎ ）で使用されるアンギュラ型のラジアル玉軸受２９に適用したものである。この様なラジアル玉軸受２９の場合には、遠心力や発熱の為、内輪３０と回転軸３１との嵌合部からこの内輪３０に荷重が加わり、この内輪３０に割れを発生する場合がある。即ち、内輪３０の応力拡大係数Ｋ１ が外輪３３の応力拡大係数Ｋ１ ´よりも大きく（Ｋ１ ＞Ｋ１ ´）なる応力場におかれている。一方、高速回転に伴う遠心力によって玉３２、３２は、外輪３３内周面の外輪軌道３４に押し付けられる。従って、玉３２、３２の転動面と外輪軌道３４との最大接触面圧Ｐｍａｘ ´が、この転動面と内輪３０外周面の内輪軌道３５との最大接触面圧Ｐｍａｘ よりも大きく（Ｐｍａｘ ´＞Ｐｍａｘ ）なる。
【００３２】
そこで、この様な使用状態の場合には、前記内輪３０を破壊靱性値Ｋ１ｃの大きな材料により造る事で、この内輪３０に割れが発生する事を防止する。一方、最大接触面圧Ｐｍａｘ ´が大きくなる外輪軌道３４を有する外輪３３は、破壊靱性値Ｋ１ｃ´が小さくても、モード２による転がり疲労に対して強い材料により造る。
【００３３】
【発明の効果】
本発明のラジアル玉軸受は、以上に述べた通り構成され作用する為、回転抵抗をあまり増大させる事なく、何れの軌道輪の寿命も確保できる。従って、ラジアル玉軸受を組み込んだ各種装置の性能を低下させる事なく、このラジアル玉軸受の耐久性向上を図れる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第一実施例を示す断面図。
【図２】同第二実施例を示す断面図。
【図３】スラスト玉軸受を組み込んだトロイダル型無段変速機の基本的構成を、最大減 速時の状態で示す側面図。
【図４】同じく最大増速時の状態で示す側面図。
【図５】トロイダル型無段変速機に組み込まれたスラスト玉軸受の断面図。
【符号の説明】
１ 入力軸
２ 入力側ディスク
２ａ 内側面
３ 出力軸
４ 出力側ディスク
４ａ 内側面
５ 枢軸
６ トラニオン
７ 変位軸
８、８Ａ パワーローラ
８ａ 周面
９ 押圧装置
１０ カム板
１１ 保持器
１２ ローラ
１３、１４ カム面
１５ スラスト玉軸受
１６ 玉
１７ 外輪
１８ 内輪軌道
１９ 外輪軌道
２０ 保持器
２１ ラジアル玉軸受
２２ 内輪
２３ 軸
２４ 外輪
２５ ハウジング
２６ 内輪軌道
２７ 外輪軌道
２８ 玉
２９ ラジアル玉軸受
３０ 内輪
３１ 回転軸
３２ 玉
３３ 外輪
３４ 外輪軌道
３５ 内輪軌道
Claims (4)
- 第一の軌道輪と、この第一の軌道輪の周面に形成された断面が円弧状で全体が円環状の第一の軌道と、上記第一の軌道輪と同心に配置された第二の軌道輪と、この第二の軌道輪の周面で上記第一の軌道と対向する部分に形成された断面が円弧状で全体が円環状の第二の軌道と、それぞれの転動面を前記第一、第二の両軌道に当接させた複数の玉とを備え、使用時に前記第一の軌道輪の応力拡大係数が前記第二の軌道輪の応力拡大係数よりも大きくなる応力場におかれるラジアル玉軸受に於いて、前記第一の軌道輪を表面硬化鋼製とし、前記第二の軌道輪を完全硬化鋼製とする事により、前記第一の軌道輪を構成する材料の破壊靱性値を前記第二の軌道輪を構成する材料の破壊靱性値よりも大きくすると共に、前記第一の軌道と前記各玉との最大接触面圧を前記第二の軌道と前記各玉との最大接触面圧よりも小さくした事を特徴とするラジアル玉軸受。
- 第一の軌道輪と、この第一の軌道輪の周面に形成された断面が円弧状で全体が円環状の第一の軌道と、上記第一の軌道輪と同心に配置された第二の軌道輪と、この第二の軌道輪の周面で上記第一の軌道と対向する部分に形成された断面が円弧状で全体が円環状の第二の軌道と、それぞれの転動面を前記第一、第二の両軌道に当接させた複数の玉とを備え、使用時に前記第一の軌道輪の応力拡大係数が前記第二の軌道輪の応力拡大係数よりも大きくなる応力場におかれるラジアル玉軸受に於いて、前記第一、第二の軌道輪を表面硬化鋼製とし、このうちの第一の軌道輪の表面硬化深さを第二の軌道輪の表面硬化深さよりも小さくする事により、前記第一の軌道輪を構成する材料の破壊靱性値を前記第二の軌道輪を構成する材料の破壊靱性値よりも大きくすると共に、前記第一の軌道と前記各玉との最大接触面圧を前記第二の軌道と前記各玉との最大接触面圧よりも小さくした事を特徴とするラジアル玉軸受。
- 第一の軌道輪と、この第一の軌道輪の周面に形成された断面が円弧状で全体が円環状の第一の軌道と、上記第一の軌道輪と同心に配置された第二の軌道輪と、この第二の軌道輪の周面で上記第一の軌道と対向する部分に形成された断面が円弧状で全体が円環状の第二の軌道と、それぞれの転動面を前記第一、第二の両軌道に当接させた複数の玉とを備え、使用時に前記第一の軌道輪の応力拡大係数が前記第二の軌道輪の応力拡大係数よりも大きくなる応力場におかれるラジアル玉軸受に於いて、前記第一、第二の軌道輪を表面硬化鋼製とし、このうちの第一の軌道輪の芯部硬さを第二の軌道輪の芯部硬さよりも小さくする事により、前記第一の軌道輪を構成する材料の破壊靱性値を前記第二の軌道輪を構成する材料の破壊靱性値よりも大きくすると共に、前記第一の軌道と前記各玉との最大接触面圧を前記第二の軌道と前記各玉との最大接触面圧よりも小さくした事を特徴とするラジアル玉軸受。
- 第一の軌道輪と、この第一の軌道輪の周面に形成された断面が円弧状で全体が円環状の第一の軌道と、上記第一の軌道輪と同心に配置された第二の軌道輪と、この第二の軌道輪の周面で上記第一の軌道と対向する部分に形成された断面が円弧状で全体が円環状の第二の軌道と、それぞれの転動面を前記第一、第二の両軌道に当接させた複数の玉とを備え、使用時に前記第一の軌道輪の応力拡大係数が前記第二の軌道輪の応力拡大係数よりも大きくなる応力場におかれるラジアル玉軸受に於いて、前記第一の軌道輪の表面硬さを前記第二の軌道輪の表面硬さよりも小さくする事により、前記第一の軌道輪を構成する材料の破壊靱性値を前記第二の軌道輪を構成する材料の破壊靱性値よりも大きくすると共に、前記第一の軌道と前記各玉との最大接触面圧を前記第二の軌道と前記各玉との最大接触面圧よりも小さくした事を特徴とするラジアル玉軸受。
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