JP3628033B2 - レース付スラストころ軸受 - Google Patents

Description

【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明に係るレース付スラストころ軸受（ニードル軸受を含む。）は、例えば自動車用変速機（手動及び自動）、トランスファ、或はカークーラ用コンプレッサ等の電装品の回転部分に装着して、この回転部分に加わるスラスト荷重を支承するのに利用する。
【０００２】
【従来の技術】
変速機やカークーラ用コンプレッサの回転部分に加わるスラスト荷重を支承する為にレース付スラストころ軸受を使用する事が、例えば実開昭５８−１６９２１７号公報、同６３−４９０２０号公報等に記載されている様に、従来から知られている。図９〜１０は、従来からこの様な回転部分に使用されていたレース付スラストころ軸受の１例を示している。このレース付スラストころ軸受は、スラスト軸受本体１を２枚のレース２ａ、２ｂでサンドイッチ状に挟持して成り、これら各部材１、２ａ、２ｂ同士を、互いに非分離に結合している。
【０００３】
上記スラスト軸受本体１は、放射状に配列された複数のころ３と、全体を円輪状に造られて、上記複数のころ３を転動自在に保持する保持器４とから構成される。図示の例ではこの保持器４は、それぞれが金属板を絞り成形する事で円輪状に造られた半片５ａ、５ｂを最中状に組み合わせて成る。そして、それぞれが放射状に設けられたポケット６内に上記ころ３を１本ずつ、転動自在に、且つポケット６からの脱落を防止した状態で保持している。
【０００４】
一方、上記各レース２ａ、２ｂは、鋼板により、断面Ｌ字形で全体を円輪状に形成している。即ち、一方（図９〜１０の上方）のレース２ａ（所謂外輪）は、円輪状の平板部７ａの外周縁に短円筒状のフランジ部８ａを形成する事により、他方（図９〜１０の下方）のレース２ｂ（所謂内輪）は、円輪状の平板部７ｂの内周縁に短円筒状のフランジ部８ｂを形成する事により、それぞれ上記形状としている。そして、上記両平板部７ａ、７ｂの互いに対抗する面を上記複数のころ３、３の転動面に当接させている。この状態で上記１対のレース２ａ、２ｂは、複数のころ３、３の転動に基づき、相対的回転が自在となる。
【０００５】
尚、上記複数のころ３の軸方向両端寄り部にはクラウニングを施す事により、各ころ３の軸方向両端と上記各レース２ａ、２ｂとの接触部分に過大な力（所謂エッヂロード）が加わる事を防止している。又、図９〜１０に示した構造の場合には、上記各フランジ８ａ、８ｂの先端縁に形成した係止突片９ａ、９ｂと、上記保持器４の外周縁又は内周縁と係合させている。この係合により、レース付スラストころ軸受を構成する各部材の分離防止を図っている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上述の様に構成される従来のレース付スラストころ軸受の場合、各ころ３、３の転動面と各レース２ａ、２ｂの表面との接触部に過大な応力が発生し易い。従って、次の▲１▼〜▲３▼の様な事情があると、必ずしもレース付スラストころ軸受の寿命を十分に確保できない。
【０００７】
▲１▼レース付スラスト軸受の設置部分に偏荷重が加わり易い。
例えば、カークーラ用コンプレッサの回転軸にはスラスト荷重が、この回転軸に対して非対称に加わる。この結果、この回転軸を支承するレース付スラスト軸受には偏荷重が加わり、ころ３に、直径方向に亙って不均一な荷重が加わる。そして、偏荷重の程度が著しくなると、クラウニングによってエッヂロードの発生を防止できなくなって、このエッヂロードを受けたレース２ａ、２ｂの寿命を著しく短縮する。この様な状況は、レース付スラスト軸受を挟持した部材が傾斜した場合にも発生する。
【０００８】
エッヂロードの発生防止の為には、クラウニング量を多くする事が効果があるが、クラウニング量の増大は上記各ころ３の円筒面部分の減少に結び付く。そして、円筒面部分の減少は、定常状態（偏荷重を受けない状態）での、上記各ころ３の転動面とレース２ａ、２ｂとの間の接触圧の増大に結び付く為、採用できない場合が多い。
【０００９】
▲２▼レース２ａ、２ｂの製造に伴って、何れかのレース２ａ、２ｂの一部で上記転動面が当接する円輪状軌道部分の断面形状が、直径方向中央部が上記転動面側が凹面となる円弧形に変形する。
上記各レース２ａ、２ｂは、薄い鋼板をプレス成形した後、熱処理硬化させるが、この熱処理の際、上述の様な形状に変形し易い。そして、変形した場合には、上記各ころ３の軸方向両端部と上記軌道部分とが接触して、接触部にエッヂロードが発生する。
熱処理後に上記軌道部分に研削処理を行なえば、上述の様な原因によるエッヂロードの発生を防止できるが、加工コストが嵩む為、用途によっては採用できない場合が多い。
【００１０】
▲３▼レース２ａ、２ｂを挟持する部材が各レース２ａ、２ｂを支える（バックアップする）強度が小さい場合に、上記各ころ３から加わる力によって、当該レース２ａ、２ｂが傾斜若しくは弾性変形する。この結果、上記各ころ３、３の軸方向両端部と上記軌道部分とが接触して、接触部にエッヂロードが発生する。
【００１１】
本発明のレース付スラストころ軸受は、上述の様な事情に鑑みて発明したものである。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明のレース付スラストころ軸受は、前述した従来のレース付スラストころ軸受と同様に、放射方向に配列された複数のころと、厚さ並びに径方向に関する幅が実質的に均一である金属板に曲げ加工を施す事により円輪状に形成されて、この複数のころの転動面を当接させる軌道部分を有する少なくとも１枚のレースとを備えている。
【００１３】
特に、本発明のレース付スラストころ軸受に於いては、上記金属板の径方向中央部で上記軌道部分を構成する部分を上記各ころに向けて膨出させる事により、上記軌道部分の直径方向に亙る断面形状を、中央部が上記転動面側に突出する円弧状で、この円弧の頂点と上記軌道部分の内周縁又は外周縁とを結ぶ直線が、上記金属板を曲げ加工する以前の基準面に平行な面に対する傾斜角度をθとした場合に、上記内周縁と外周縁とに関する何れの直線に就いても、０＜ ｔａｎ θ≦ ３／１０００ を満たす形状としている。
【００１４】
【作用】
上述の様に構成される本発明のレース付スラストころ軸受の軸受作用自体は、従来のスラストころ軸受と同様である。特に、本発明のレース付スラストころ軸受の場合には、レースの円輪状の軌道部分の形状を工夫する事により、コスト上昇を抑えつつ、この軌道部分ところの転動面とを均一に接触させる事が可能となる。
【００１５】
【実施例】
図１は本発明のレース付スラストころ軸受を構成するレース１０の基本形状を示している。このレース１０は、厚さ並びに径方向に関する幅が実質的に均一である鋼板をプレス成形による曲げ加工を施す事により、断面Ｌ字形で全体を円輪状に形成している。即ち、円輪部１１の外周縁に、短円筒状のフランジ部１２を形成している。
【００１６】
上記円輪部１１の一部で、直径方向（図１の左右方向）中央に位置する円輪状部分、即ち、図１に示した幅寸法ｈ部分は、レース付スラストころ軸受を組み立てた状態でころ３（図４〜１０参照）の転動面と当接する、軌道部分１３である。この軌道部分１３は、図１に誇張して示す様に直径方向に亙る断面形状を、径方向中央部が上記転動面側に突出する円弧状の形としている。この様に軌道部分１３の断面形状を円弧状の形とする加工は、プレス加工により、上記円輪部１１及びフランジ部１２を形成するのと同時に行なえる。尚、スラストころ軸受を構成するころ３は、それぞれの軸方向（レース１０の半径方向）に亙って多少変位可能である。従って、上記軌道部分１３の幅ｈは、上記ころ３の転動面の長さよりも少し長くする。
【００１７】
上述の様な形状を有するレース１０を組み込んだ本発明のレース付スラストころ軸受の場合、上記軌道部分１３と上記各ころ３の転動面とを均一に接触させる事が可能となる。即ち、上記軌道部分１３と転動面とを当接させた状態でスラスト荷重を受けると、上記軌道部分１３の中央部分が上記転動面に合わせて直線状に弾性変形する事で、これら軌道部分１３と転動面とが十分に広い面積で接触する。従って、接触部に大きな面圧が作用する事がない。
【００１８】
偏荷重を受ける等により、上記転動面と上記円輪部１１の基準面１４とが非平行になった場合でも、上記軌道部分１３の弾性変形部が転動面の変位に伴って変化する。従って、上記各ころ３に十分なクラウニングを施した場合と同様に、これら各ころ３の軸方向端縁と上記円輪部１１との接触によるエッヂロードの発生防止を図れる。これらにより、レース１０及びころ３の表面に剥離等の損傷が発生するのを防止して、レース付スラストころ軸受の寿命延長を図れる。
【００１９】
尚、上記軌道部分１３の断面形状は、レース付スラストころ軸受の寿命を十分に確保する面から、次の （１） の条件を満たす事が必要であり、更に次の （２） の条件を満たす事が好ましい。
（１） 上記軌道部分１３の内周縁（又は外周縁）と頂点Ｐとを結ぶ直線が、上記基準面１４に平行な面に対する傾斜角度をθとした場合に、０＜ ｔａｎ θ≦ ３／１０００ を満たす事。尚、図１から明らかな通り、 ｔａｎ θ＝Ｈ／（ｈ／２）である。
（２） 直径方向中央の線ａに対して対称である。即ち、上記軌道部分１３の内周縁と外周縁とからそれぞれｈ／２の距離に存在する線ａが、円弧の頂点Ｐを通る事。
【００２０】
上記（１）（２）の条件の内、（２） の条件は何れの方向の偏荷重が加わった場合にもエッヂロードの発生防止を有効に図る為に必要である。
【００２１】
又、（１） の条件は、定常状態に転動面と軌道部分１３との接触面圧が過大になるのを防止しつつ、上記エッヂロードの防止を図る為に必要である。即ち、上記軌道部分１３の曲率を大きくし過ぎる結果、この軌道部分１３の高さＨが高くなり過ぎる（ ｔａｎθ＞３／１０００になる）と、転動面と軌道部分１３との接触面積が狭くなって、上記接触面圧が過大になる。反対に、上記軌道部分１３が平坦若しくはころ３側が凹面となる方向に湾曲している（ ｔａｎθ≦０になる）と、仮に上記各ころ３の軸方向両端部にクラウニングを施した場合でも、これら各ころ３の軸方向両端縁と上記円輪部１１とが接触し易くなる。この結果、接触部にエッヂロードが発生し易くなる。
【００２２】
図２は、上記軌道部分１３の形状（傾斜角度θ）がレース付スラストころ軸受の寿命に及ぼす影響に就いて示している。この図２の縦軸に示した寿命比とは、造られた軸受を実際に試験した結果得られる実寿命と軸受を構成する各部材の材質、形状、大きさ等から計算した計算寿命との比である。この寿命比は大きいほど好ましい。又、横軸には、上記傾斜角度θを示している。傾斜角度θが−であるとは、図２の上部（ａ）に示す様に、軌道部分１３がころ３、３側が凹面となる方向に湾曲している事を示し、＋であるとは、図２の上部（ｂ）に示す様に、軌道部分１３がころ３、３側が凸面となる方向に湾曲している事を示す。
【００２３】
この図２の記載から明らかな通り、上記傾斜角度θを０＜ ｔａｎθ≦３／１０００を満たす範囲で定めれば、レース付スラストころ軸受の寿命延長を十分に図れる。尚、この図２の記載から明らかな通り、 ｔａｎθ＝０とすれば、実用上十分な寿命を確保できる。ところが、実験室的な方法は別として、安価なレース１０を大量に得る事が可能な方法により、 ｔａｎθ＝０とすべく前記円輪部１１を完全に平坦面とする事が面倒でコストが嵩む事は、前述の通りである。
【００２４】
又、図３は、前記図９〜１０に示した従来品の様に、ころの転動面が当接する部分を平坦にしたレースを組み込んだレース付ころ軸受と、図１に示す様な湾曲した軌道部分１３を有するレース１０を組み込んだ本発明品との寿命を比較したものである。図３に示した２本の線の内、実線αは本発明品の寿命を、破線βは従来品の寿命を、それぞれ表している。
【００２５】
この図３の縦軸には累積破損率（複数の供試体の内、破損したものが全体数に占める割合）を、横軸には寿命時間を、それぞれ表している。尚、供試体として使用したレース付スラストころ軸受は、自動車用自動変速機に組み込まれるものを採用した。又、従来品、本発明品の何れにも、ころの軸方向両端部に同様のクラウニングを施した。
【００２６】
試験条件は次の通りである。

【００２７】
この様な条件で行なった実験の結果を示す図３の記載から明らかな通り、本発明のレース付スラストころ軸受の寿命は、従来品の寿命に比べて遥かに長い。例えばＬ_１０（９０％の供試体が破損せずに残っている時間＝累積破損率が１０％の時間）で比較すると、本発明品は従来品の約２．２倍の寿命を有する。
【００２８】
次に、本発明を具体的な構造に適用した実施例に就いて説明する。先ず、図４に示した第一実施例の場合には、前述した従来構造の場合と同様に、１対のレース１０ａ、１０ｂによって、複数のころ３を挟持している。この複数のころ３は、保持器４により、転動自在に保持している。各レース１０ａ、１０ｂの外周縁又は内周縁に形成したフランジ部１２ａ、１２ｂの先端縁にはそれぞれ係止突片９ａ、９ｂを形成している。そして、各係止突片９ａ、９ｂと上記保持器４の外周縁又は内周縁との係合により、構成各部材の分離防止を図っている。上記各レース１０ａ、１０ｂには、それぞれころ３側が凸面となる方向に湾曲した軌道部分１３、１３を形成している。
【００２９】
次に、図５に示した第二実施例の場合には、内輪と呼ばれるレース１０ｂ（図４参照）を省略している。これとは逆に、図６に示した第三実施例の場合には、外輪と呼ばれるレース１０ａ（図４参照）を省略している。これら第二〜第三実施例の場合には、ころ３の転動面でレース１０ａ、１０ｂと反対側部分は、変速機のギヤ等に形成された平坦面に当接する。この平坦面は、切削加工により高精度に仕上げられ、しかも剛性が高い為、レースの場合の様なエッヂロードの発生はない。従って、寿命確保の為には、レース１０ａ、１０ｂの軌道部分１３を湾曲させるのみで足りる。
【００３０】
次に、図７に示した第四実施例の場合には、各レース１５ａ、１５ｂの外周縁又は内周縁に形成したフランジ部１６ａ、１６ｂを、それぞれの軌道部分１３、１３とは逆方向に折り曲げている。そして、各フランジ１６ａ、１６ｂを、互いに相対回転するハウジング部１７ａ、１７ｂに外嵌又は内嵌している。更に、図８に示した第五実施例の場合には、１対のレース１８ａ、１８ｂの何れにもフランジ部を形成していない。これら第四〜第五実施例の場合には、レース１５ａ、１５ｂ、１８ａ、１８ｂが回転支持部分に組み込まれた状態で、保持器４に支持されたころ３が図示の状態に組み合わされる。組み込み前は、レース１５ａ、１５ｂ、１８ａ、１８ｂと保持器４とは互いに分離している。軌道部分１３を湾曲させる事で寿命延長を図った点は、上述した第一〜第三実施例と同様である。
【００３１】
【発明の効果】
本発明のレース付スラストころ軸受は、以上に述べた通り構成され作用する為、製作費を高くする事なく、耐久性の優れたレース付スラストころ軸受を得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に使用するレースの部分拡大断面図。
【図２】軌道部分の傾斜角度が寿命に及ぼす影響を示す線図。
【図３】従来品と本発明品との寿命を示す線図。
【図４】具体的構造の第一実施例を示す部分拡大断面図。
【図５】同第二実施例を示す部分拡大断面図。
【図６】同第三実施例を示す部分拡大断面図。
【図７】同第四実施例を示す部分拡大断面図。
【図８】同第五実施例を示す部分拡大断面図。
【図９】従来構造の１例を分解した状態で示す部分拡大断面図。
【図１０】同じく組み立てた状態で示す部分拡大断面図。
【符号の説明】
１ スラスト軸受本体
２ａ、２ｂ レース
３ ころ
４ 保持器
５ａ、５ｂ 半片
６ ポケット
７ａ、７ｂ 平板部
８ａ、８ｂ フランジ部
９ａ、９ｂ 係止突片
１０、１０ａ、１０ｂ レース
１１ 円輪部
１２、１２ａ、１２ｂ フランジ部
１３ 軌道部分
１４ 基準面
１５ａ、１５ｂ レース
１６ａ、１６ｂ フランジ部
１７ａ、１７ｂ ハウジング部
１８ａ、１８ｂ レース

Claims (1)

1. 放射方向に配列された複数のころと、厚さ並びに径方向に関する幅が実質的に均一である金属板に曲げ加工を施す事により円輪状に形成されて、この複数のころの転動面を当接させる軌道部分を有する、少なくとも１枚のレースとを備えたレース付スラストころ軸受に於いて、上記金属板の径方向中央部で上記軌道部分を構成する部分を上記各ころに向けて膨出させる事により、上記軌道部分の直径方向に亙る断面形状を、中央部が上記転動面側に突出する円弧状で、この円弧の頂点と上記軌道部分の内周縁又は外周縁とを結ぶ直線が、上記金属板を曲げ加工する以前の基準面に平行な面に対する傾斜角度をθとした場合に、上記内周縁と外周縁とに関する何れの直線に就いても、０＜ ｔａｎ θ≦ ３／１０００ を満たす形状とした事を特徴とするレース付スラストころ軸受。

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