JP4906742B2 - スラスト軸受アセンブリ - Google Patents

Description

他の出願に関する相互参照
本出願は、米国特許法第１１９条に基づき、２００５年２月２２日に出願されると共に全ての開示内容は言及したことにより本明細書中に援用されるという仮特許出願第６０／６５４，９１６号の優先権を主張する。
本発明は、スラスト軸受アセンブリに関し、特に、ニードル・ローラ式スラスト軸受アセンブリに関する。

図１１および図１２を参照すると、先行技術のニードル・ローラ式スラスト軸受１が示される。軸受１は、回転の中心から径方向に配置された複数個の円筒状転動要素２を含む。各転動要素２は、軸受１の基本構造を形成する軸受ケージ３により保持かつ案内される。

現在、金属製のニードル・ローラ用軸受ケージ３を作製するために幾つかの種類の構成が使用されている。図１３および図１４は、２個の半体４から構成されたケージ３Ａを備えたスラスト軸受１Ａを示している。各半体４は、転動要素２の直径よりも僅かに幅が小さい矩形状窓開口５を有する。各ケージ半体４はまた、対向する部材に向けて内方に向けられた円周方向フランジ６も有する。相互に結合されたときにこれらの２個のケージ半体４はボックスを形成し、該ボックスは、転動要素２に対する案内および両方向における該転動要素の保持と共に、当該アセンブリに対する構造的一体性を提供する。

図１５および図１６には、別の構成を有するケージ３Ｂを備えた先行技術のスラスト軸受１Ｂが示される。この構成においてケージ３Ｂは、単一片の金属から、特別に形状化された開口と協働して転動要素２を保持および案内する形状へと形成される。断面においてこの形式のケージ３Ｂは、ギリシャ文字シグマ（Σ）と類似した形状を有する。
なし なし

図１７および図１８には、更に別の構成のケージ３Ｃを有する別のスラスト軸受１Ｃが示される。此処で、ケージ３Ｃは転動要素２の直径に近い材料厚みを有すると共に、転動要素２を受容する矩形開口５を有する。保持は、開口５が転動要素２の直径より小寸とされる様に、該開口５の近傍におけるケージ面を囲繞７または別様に形成することで提供される。

一実施例においてスラスト軸受アセンブリは、ケージと、複数個の転動要素とを含む。上記ケージは第１および第２のケージ半体を有し、各ケージ半体は、円周方向に離間された複数個の開口を備える夫々の径方向セグメントを有する。各開口は、開口周縁部を有する。円周方向において上記複数個の開口間となる上記径方向セグメントの部分同士は所定平面に沿い当接し且つ夫々の開口は整列されることで転動要素用ポケットを画成し乍ら、上記ケージ半体同士は相互接続される。上記転動要素は、各転動要素の中心線が上記所定平面内にまたは該平面の近傍に位置する如く上記転動要素用ポケット内に位置決めされる。フランジは、各開口周縁部の少なくとも一部分に沿い延在することで上記転動要素を夫々の１個の転動要素用ポケット内に保持する。上記フランジは、各転動要素に隣接する円滑に丸み付けされた表面を含み得る。

別実施例においてスラスト軸受アセンブリは、ケージと、複数個の転動要素とを含む。上記ケージは第１および第２のケージ半体を有し、各ケージ半体は、複数個の開口を備える夫々の径方向セグメントを有する。各開口は開口周縁部を有し、且つ、上記ケージ半体同士は、上記径方向セグメントの部分同士が所定平面に沿い当接し乍ら、相互接続される。夫々の開口は整列されることで、転動要素用ポケットを画成する。上記転動要素は、各転動要素の中心線が上記所定平面内にまたは該平面の近傍に位置する如く上記転動要素用ポケット内に位置決めされる。フランジは、各開口の周縁部全体に沿い延在することで上記転動要素を夫々の１個の転動要素用ポケット内で案内かつ保持する。

本発明に依れば、転動要素用ポケットの回りのフランジによりケージの強度が高められると共に、該フランジの円滑な表面により提供される良好な潤滑特性により摩擦および摩耗が低減されたスラスト軸受アセンブリが提供される。

本発明は、全図を通して同一番号は同一要素を表すという添付図面を参照して記述される。以下の記述において、たとえば“頂部”、“底部”、“右側”、“左側”、“前側”、“前側の”、“前方へ”、“後側”、“後側の”および“後方へ”という一定の用語は、相対的記述を明瞭化するためにのみ使用されるものであり、限定を意図するものでは無い。

図１および図２を参照すると、本発明の第１実施例であるニードル・ローラ式スラスト軸受アセンブリ２０が示される。スラスト軸受アセンブリ２０は、（不図示の）回転中心から径方向に配置された好適には円筒状の複数個の転動要素２を支持するケージ２２を含む。ケージ２２は、２つのケージ半体２４、２６を備える。各ケージ半体２４、２６は、円周方向に離間された開口３０、３２を夫々備えた径方向延在セグメント２５、２７を含む。各径方向延在セグメント２５、２７は、円周方向において複数個の開口３０、３２間である部分４７、４８を含む。

開口３０、３２は好適には、概略的に矩形状であり、且つ、転動要素２を受容すべく構成される。ケージ半体２４、２６は、開口３０、３２を径方向および円周方向に整列させ乍ら、且つ、径方向延在セグメント２５、２７の部分４７、４８の如き少なくとも一部分を平面Ｐに沿い相互に当接させ乍ら、相互接続される。転動要素２の各々の中心線は、平面Ｐ内またはその近傍に位置する。この実施例においては、径方向部分２５、２７の内径および外径にて円周方向フランジ２８が配備されることで、スラスト軸受アセンブリ２０に対する案内表面を提供し、且つ、ケージ２２に対する付加的な構造的剛性を提供する。

各開口３０、３２は、開口周縁部の少なくとも一部分または全体の回りにフランジ３４を有する。各フランジ３４は、平面Ｐから外方に延在する。フランジ３４は、転動要素２を案内かつ保持する如き様式で形成される。先行技術のケージ３の構成と比較したこの設計態様の利点は、転動要素２と接触する本発明のケージ２２の一切の部分は円滑に丸み付けして形成された表面を有するということである。対照的に図１９に示された如く、ケージ３Ａの転動要素２に接触する表面は、適切な注油を以て接触するが摩耗にも帰着し得るべく粗く穴抜きされた表面１０により開口５が画成される如く穴抜きされる。

図２は、スラスト軸受アセンブリ２０の構成が如何にして、有効な潤滑油膜の進展を許容するかを示している。詳細には潤滑油は、転動要素２と、２個の当接ケージ半体２４、２６との間に画成される概略的に三角形の領域において捕捉され得る。当接部分４７、４８は、各フランジ３４間の三角形領域を遮断し、転動要素２の近傍から円周方向に潤滑油が離脱するのを阻止する。この概略的に三角形の領域内へと跳ね込むか、または、転動要素２に対する付着により該三角形領域へと搬送された潤滑油は、この領域に蓄積する傾向であり、且つ、転動要素２とフランジ３４の表面３５との間における流体力学的な潤滑油膜の進展を助力する。フランジ３４の円滑で概略的に凸状の表面３５は、転動要素２からの潤滑油の“掻き取り”を最小限とし、且つ、転動要素２の近傍の上記概略的に三角形の領域における潤滑油の存在維持を助力する。円滑な表面３５はまた、転動要素２とケージ２２との間の直接的接触も最小限とすることで、摩擦および摩耗を低減する。

図３には、転動要素用開口３０、３２に対するフランジ構成の別形態が示される。この場合にケージ半体２４Ａ、２６Ａは依然として、転動要素２の中心線に沿って又は略々沿って延在する平面Ｐ上で当接するが、転動要素２の丈に沿うフランジ３４Ａは別体的タブ３７へと分割される。これらのタブ３７は、円滑であると共に上記転動要素に対して概略的に形状適合する表面であって、図２に示された円滑で概略的に凸状の表面３５の変化形であるという表面を呈すべく形成される。但しタブ３７は、転動要素２の直近側に指向されるのではなく、逆側へと指向される。両方向における転動要素の保持を確実とすべく、タブ３７は、転動要素２の丈に沿う如き周縁部の一部上で交互配置される。この更に頑丈な構成に依れば、フランジ３４Ａの更に大きな長さが許容される。この付加的な長さはフランジ３４Ａの形状における更に大きな融通性を許容し、且つ、該付加的な長さは、更に小寸の直径を有する転動要素であってケージ２２に対して更に厳しいスペース制限を有するという転動要素を備えた軸受アセンブリ２０に対して特に有用である。

優れた摩耗性および潤滑性に加え、スラスト軸受アセンブリ２０のケージ２２の別の利点は、既存形式のケージ構成と比較して該ケージが提供する相当に大きな強度である。これは特に、ケージ開口の角隅部の如く応力が高度に集中する領域において特に重要である。図２０は、内径の近傍における先行技術のケージ３Ａの一部を示している。ケージ開口５の角隅部１３は、転動要素を露出させるために直角であり且つ比較的に鋭角的であるべきことが理解され得る。各開口５間のケージ・バー１４の台形状は先行技術の設計態様におけるこの状況を悪化させる、と言うのも、上記ケージに対する径方向負荷および捩れ負荷により引き起こされた応力に抗するケージ材料は最小限だからである。図４を参照するとスラスト軸受アセンブリ２０のフランジ３４は、概略的に矩形状の開口３０、３２の角隅部３１にて連続表面を含む。この構造は、２つの様式でケージ強度を増大し得る。第１にフランジ３４は、開口３０の全周に亙り転動要素２に対する付加的材料を提供する。内径の近傍における角隅部３１の如き高応力の領域においてフランジ３４は、これらの応力に抗すべく利用可能な材料の量を略々二倍とし得る。ケージ開口３０は、フランジ３４の実際の形状により更に強化される。フランジ３４は、応力が開口３０の角隅部３１から離間して導向される如き様式で設計される。付加的材料と、最適化された応力の流れとを組み合わせると、先行技術の構成より数倍大きいケージ強度に帰着する。

２個のケージ半体２４、２６を相互接続して堅固なケージ２２を形成するためには、幾つかの可能的手法が在る。図３に示された如くシールされた軸受アセンブリ２０の実施例を用いると、転動要素３は、弾性的にタブ３７を越えてケージ半体２４Ａ、２６Ａに結合して単体的なスラスト軸受アセンブリ２０を形成し得る。

図５乃至図８には、ケージ半体２４、２６を相互接続する幾つかの付加的な例が示されるが、他の方法もまた利用され得る。図５を参照するとケージ半体２４、２６は、当接する径方向部分２５および２７に沿う種々の箇所にてスポット溶接４０される。図６は、径方向部分２５、２７を部分的に穴抜きすると共に２個の半体２４、２６を一体的に固定することにより生成された機械的継手４２を示している。図７を参照すると、内側または外側フランジ２８の回りにてケージ半体２４、２６の内側および／または外側直径に対しては円周方向バンド４４が固着されることで、半体２４、２６を相互に固着している。図８に示された実施例において、一方のケージ半体２６Ｂはフランジを有さず、代わりに、径方向部分２７にて終端している。他方のケージ半体２４Ｂは、径方向部分２５から延在するフランジ４６であって径方向部分２７に向けて延在して該径方向部分の回りに巻き付くフランジ４６を有する。フランジ４６はケージの外径に沿うものとして示されるが、ケージの内径に沿いフランジ４６を配備することも可能である。

本発明の別の利点は、ケージ２２の内側および外側直径において異なるサイズとされた円周方向フランジ２８の種々の組み合わせは、軸受アセンブリ２０内における潤滑油の流れを制御すべく使用され得るということである。一定の場合においては潤滑油の流れを制限しもしくは部分的に制限することが好適である一方、他の場合には可及的に大きな流れを許容することが好適である。たとえば図９は、２つの構造５０および５２の間に位置された図１のスラスト軸受アセンブリ２０を示している。理解され得る如く、内側および外側直径のフランジ２８は、軸受アセンブリ２０を通る径方向の油の流れを制限する。図１０は、構造５０、５２間に位置された別実施例のスラスト軸受アセンブリ２０Ｃを示している。スラスト軸受アセンブリ２０Ｃは、相互接続された半体２４Ｃおよび２６Ｃを備えたケージ２２Ｃを含む。両半体２４Ｃおよび２６Ｃはフランジが無いことにより、軸受アセンブリ２０Ｃを通る更なる油の流れを許容する。他の設計態様は、部分的なまたは更に短寸のフランジ２８を取入れることで、流れを部分的に制限し得る。

本発明は、軸受アセンブリの強度、剛性、潤滑の利点と、効率との両方を相当に改善する様式で、スラスト軸受ケージの本質的な要件、すなわち構造、案内および保持に対処する。更に、薄寸の断面形状を有する軸受アセンブリが達成され得る。

本発明の種々の特徴および利点は、添付の各請求項に示される。

本発明の第１実施例であるニードル・ローラ式スラスト軸受アセンブリの部分的斜視図である。 図１における２−２線に沿う断面図である。 スラスト軸受アセンブリの別実施例を示す図２と同様の断面図である。 明瞭化のために転動要素を除去した図１における円４により表されるケージ部分の分解図である。 図１における５−５線に沿う断面図である。 スラスト軸受アセンブリの他の実施例を示す図５と同様の断面図である。 スラスト軸受アセンブリの他の実施例を示す図５と同様の断面図である。 スラスト軸受アセンブリの他の実施例を示す図５と同様の断面図である。 一対の軸受面間に位置された図１のニードル・ローラ式スラスト軸受アセンブリを示す断面図である。 スラスト軸受の別実施例を示す図９と同様の断面図である。 図１２における１１−１１線に沿う断面図である。 先行技術のスラスト軸受の前面図である。 代替的な先行技術のスラスト軸受の部分的断面図である。 図１３のスラスト軸受のケージの部分的斜視図である。 別の先行技術のスラスト軸受のケージの斜視図である。 図１５のケージを用いた代替的なスラスト軸受の部分的断面図である。 更に別の代替的な先行技術のスラスト軸受の斜視図である。 図１７における１８−１８線に沿う断面図である。 図１３における１９−１９線に沿う断面図である。 図１４において円２０により表されるケージ部分の分解図である。

符号の説明

１ ニードル・ローラ式スラスト軸受
１Ａ、１Ｂ、１Ｃ スラスト軸受
２ 転動要素
３ ニードル・ローラ用軸受ケージ
３Ａ、３Ｂ、３Ｃ ケージ
４ ケージ半体
５ 矩形開口
６ 円周方向フランジ
７ 囲繞
１０ 粗く穴抜きされた表面
１３ 角隅部
１４ ケージ・バー
２０ ニードル・ローラ式スラスト軸受アセンブリ
２０Ｃ スラスト軸受アセンブリ
２２ ケージ
２２Ｃ ケージ
２４ ケージ半体
２４Ａ、２４Ｂ、２４Ｃ ケージ半体
２５ 径方向延在セグメント／径方向部分
２６ ケージ半体
２６Ａ、２６Ｂ、２６Ｃ ケージ半体
２７ 径方向延在セグメント／径方向部分
２８ 円周方向フランジ
３０ 転動要素用開口
３１ 角隅部
３２ 転動要素用開口
３４ フランジ
３４Ａ フランジ
３５ 表面
３７ 別体的タブ
４０ スポット溶接
４２ 機械的継手
４４ 円周方向バンド
４６ フランジ
４７、４８ 当接部分
５０、５２ 構造

Claims (10)

1. 第１および第２のケージ半体を有するケージであって、各ケージ半体は円周方向に離間された複数個の開口を備えた夫々の径方向セグメントを有し、各開口は開口周縁部を有し、円周方向において上記複数個の開口間となる上記径方向セグメントの部分同士は所定平面に沿い当接し且つ夫々の開口は整列されることで転動要素用ポケットを画成し乍ら上記ケージ半体同士は相互接続されるというケージと、
   各転動要素の中心線が上記所定平面内にまたは該平面の近傍に位置する如く上記転動要素用ポケット内に位置決めされた複数個の転動要素と、
   各開口周縁部の少なくとも一部分に沿い延在することで上記転動要素を夫々の１個の転動要素用ポケット内に保持するフランジとを備え、
   各フランジは複数個のタブとして形成され、夫々の開口周縁部の少なくとも一部分上にて、一方のケージ半体からのタブは他方のケージ半体からのタブと交互配置されるスラスト軸受アセンブリ。
2. 各転動要素の中心線は前記所定平面内に位置する請求項１記載のスラスト軸受アセンブリ。
3. 各フランジは夫々の開口の周縁部全体に沿い延在する請求項１記載のスラスト軸受アセンブリ。
4. 前記開口は概略的に矩形状である請求項1記載のスラスト軸アセンブリ。
5. 各フランジは前記概略的に矩形状の開口の角隅部にて連続表面を含む請求項4記載のスラスト軸受アセンブリ。
6. 少なくとも一方のケージ半体は、外側半径に沿うフランジであって前記所定平面から離間して延在するフランジを含む請求項１記載のスラスト軸受アセンブリ。
7. 少なくとも一方のケージ半体は、内側半径に沿うフランジであって前記所定平面から離間して延在するフランジを含む請求項1記載のスラスト軸受アセンブリ。
8. 前記各ケージ半体は、スポット溶接と、機械的継手と、円周方向に延在する挟持バンドと、他方のケージ半体の一部分と重なり合い且つ該一部分を挟持する一方のケージ半体の一部分により一体的に結合される請求項１記載のスラスト軸受アセンブリ。
9. 前記各ケージ半体は同一的である請求項１記載のスラスト軸受アセンブリ。
10. 前記フランジは前記転動要素に隣接する円滑な湾曲表面を含む請求項１記載のスラスト軸受アセンブリ。

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