JP5110318B2 - ラジアル転がり軸受特に１列深溝転がり軸受 - Google Patents

Description

本発明は、請求項１の上位概念に記載のラジアル転がり軸受に関し、自動車変速機の主軸を支持するか、又は内燃機関の二次伝動部内の張り車を支持する１列深溝転がり軸受において特に有利に実現可能である。

転がり軸受技術において、１列深溝玉軸受が分解不可能なラジアル転がり軸受であり、特にその半径方向及び軸線方向の荷重負担能力が同じように大きく、その僅かな摩擦のためすべての種類の軸受の最高回転数限界を持っている点ですぐれていることは、当業者に周知である。これらの深溝玉軸受は以前から公知であり、外レース、内レース及びこれらのレースの間に設けられる転動体としての玉から成り、これらの玉が、外レースの内側及び内レースの外側にある溝状の転動軌道において、保持器により互いに等間隔に案内される。このようなラジアル玉軸受への玉の挿入は、ドイツ連邦共和国特許第１６８４９９号明細書により公知になっている偏心組立て方法によって行われ、両方のレースが互いに偏心して配置され、それによりレースの間に生じる自由空間へ玉が充填され、最後に玉転動路のピッチ円上で互いに等間隔に分布される。

しかしこのような深溝玉軸受は、内レース及び外レースの寸法及び玉直径に関係する玉の最大に挿入可能な数が少ないため、軸受の荷重負担能力に関して限界があることが、実際にわかった。従って過去に多数の解決策が提案され、玉の数を多くすることにより、深溝玉軸受の荷重負担能力を高めるようにしていた。

ラジアル転がり軸受における転動体の数を高めるこのような可能性は、例えばドイツ連邦共和国特許出願公開第４３３４１９５号明細書により公知になっている。しかし１列深溝玉軸受として構成されるこれらのラジアル転がり軸受では転動体が玉ではなく、球基本形状から対称に平らにされかつ互いに平行に配置される２つの側面により構成されるいわゆる球面板によって形成される。これらの側面の間におけるこれらの球面板の幅は、外レースの内側と内レースの外側との間隔より小さく構成されているので、軸受に入れる際、球面板は軸受の軸線方向に内レースと外レースとの間隔を通って軸受へ導入され、それからレースの転動路内で９０°回される。この組立て方法によっては個々の転動体の間に一層小さい間隔が得られるので、全体としてもっと多数の転動体をラジアル転がり軸受へ入れることができる。しかし軸受作動中に転動体の相互接触及び転動方向に対して直角な転動体の自動的ねじれを回避するため、これらの転動体も１つの保持器内で互いに等間隔に保持され、かつ軸線方向に案内される。提案された保持構成の１つは、２つの環半体から組合わされる保持器であり、環半体の各々に球面円板の数に相当する凹所がそれぞれ形成され、球面円板の側面にある相補的な中心凹所へこれらの凹所がはまる。球面円板の側面にある凹所は、中心貫通孔により互いに接続され、これらの貫通孔を通して鋲により両方の環半体が互いに結合されるので、球面円板は周方向に互いに位置ぎめされている。凹所の間で保持器の両方の環半体は、球面円板の側面に沿ってそれぞれまっすぐに延びる部分を持ち、これらの部分により、球面円板の転がり軸として役立つ鋲との共同作用で、転動方向に対して直角な転動体の自動的なねじれも回避される。

しかしこのように構成される保持器により、球面円板として構成される転動体の異なる軸受負荷において起こる全運動挙動が考慮されないので、この保持器がこのような特殊の転動体に不適当であると思われていることが、不利であることがわかった。例えばラジアル転がり軸受にある転動体としての球面円板が、高い回転数及び均一な荷重では、振り分け運動なしに起こる環動効果のため、その転動体転動路内で安定に転動し、保持器による軸線方向案内を必要としないことがわかった。しかし軸受回転数が許容最低回転数以下に低下すると、いわゆるよろめき効果が生じ、球面円板がその転動路内で転動方向に対して直角に波状に転がる傾向がある。その際球面円板の転動路縁が保持器の両方の環半体の直線部分に接触し、それにより摩擦熱が発生されて、ラジアル転がり軸受に作動温度の上昇が起こる。球面円板と保持器との摩擦が強くなって、軸受の許容作動温度を超過し、球面円板と保持器とレースとの間の必要な潤滑膜が局部的に裂けるか、又は潤滑剤が一部燃焼するので、保持器の破裂及び軸受の故障を起こすことがある。このような軸受では、保持器の鋲上において両方の環半体の間に締付けられるその支持により、ラジアル転がり軸受に半径方向及び軸受方向の荷重が加わる際、球面円板がラジアル転がり軸受のそれぞれの押圧角に合わされないことが、同様にわかった。ラジアル転がり軸受のこのような荷重を受けて、球面円板を自動的にラジアル転がり軸受の押圧角に合わせようとする際、同様に球面円板の側面が保持器の環半体の直線部分に接触し、また球面円板にある中心貫通孔が保持器の鋲に接触するので、このような条件でもラジアル転がり軸受に過度の摩擦熱が生じることがある。最後に球面円板用のこのような保持器は、このような保持器を備えたラジアル転がり軸受の製造費に関しても不利なことがわかった。なぜならば、その製造特に軸受において鋲により行われるその組立てに比較的費用がかかるからである。

従って従来技術から始まって、本発明の基礎になっている課題は、簡単かつ安価に製造可能な保持器で構成されるラジアル転がり軸受特に深溝転がり軸受を提供し、この軸受により、一方では球面円板として構成される転動体の軸線方向案内が保証され、他方ではラジアル転がり軸受の軸線方向及び半径方向負荷において、縦橋絡片と保持器ポケットとの接触なしに球面円板を押圧角に合わせるのを可能にすることである。

本発明によれば、転動体の軸線方向案内が、保持器ポケットの縦橋絡片に形成されかつ転動体の側面の幅にわたって延びる軸線方向楔凹所を介して行われ、これらの楔凹所を介して、転動体の側面と保持器ポケットの縦橋絡片との間の少な くとも２回の摩擦の少ない線接触が行われ、保持器のピッチ円がラジアル転がり軸受のピッチ円より小さく、保持器ポケットの両縦橋絡片が転動体の直径の３５％の最大高さを持っている。

本発明により構成されるラジアル転がり軸受の好ましい構成及び有利な展開は、従属請求項に記載されている。

ラジアル転がり軸受において、転動体の側面になるべく中心凹所が形成されて、ラジアル転がり軸受用の付加的な潤滑剤溜めとして用いられる。この中心凹所はなるべく丸い偏平くぼみの形に形成され、軸受組立ての際充填される潤滑剤が、これらのくぼみから、軸受作動中自動的に遠心力により、なるべく側方密封環により密封される軸受内部空間へ入る。同時にこれらの凹所は、それにより転動体の質量重心が半径方向外方へその転動面の方へ移される、それにより転動体の転動特性が著しく改善される、という利点を持っている。

本発明によれば、転動体の軸線方向案内のために設けられる転動体の側面と保持器ポケットの縦橋絡片との線接触が、縦中心で縦橋絡片に形成されかつ転動体の側面の幅にわたって延びる軸線方向楔凹所を介して行われ、これらの楔凹所は、軸受作動中に転動体の側面と永続接触しないが、案内の場合これらの側面とそれぞれ２回案内接触している。更に楔凹所の楔縁を丸めて構成して、これらの楔縁の早期の摩耗を防止するのが有利である。

請求項２及び３によれば、本発明により構成されるラジアル転がり軸受は、転動体の転動面の縦半径及び横半径に応じて湾曲して形成される保持器ポケットの横橋絡片が、これらの転動面を越えて延びて、横橋絡片の間で丸められる移行範囲を経てこれらの横橋絡片に結合される保持ポケットの縦橋絡片が、転動体の側面から離れて設けられるようにしていることを特徴としている。側面から離れて保持器ポケットの縦橋絡片を設けると、転動体が、同時に楔凹所の上側及び下側により縦橋絡片において限定される両側の約１２°〜１８°の角の軸線方向自由度を持ち、この自由度によって転動体が半径方向及び軸線方向の軸受付加において、自動的にラジアル転がり軸受の押圧面に合わされる。

転動体の前記軸線方向自由度を実現するための別の前提条件として、本発明により構成されるラジアル転がり軸受の好ましい展開では、更に本発明により、保持器のピッチ円がラジアル転がり軸受のピッチ円より小さく、保持器ポケットの両縦橋絡片が転動体の直径の３５％の最大高さを持っている。軸受ピッチ円より小さい保持器のピッチ円により、転動体がその縦軸線より下で保持器ポケットにより包囲されるので、転動体は、保持器ポケットの縦橋絡片の小さい高さ及び保持器ポケットの前述した構成に関連して、保持器に接触することなくそのつど存在する軸受負荷に合わせることができるため、充分な運動遊隙を利用可能である。転動体の側面により限定される転動体幅が転動体の直径の少なくとも７０％である。なぜならば、このような幅は、軸受の半径方向及び軸線方向の荷重負担能力に関して、実際によいことがわかり、従来の深溝玉軸受の玉もレースの転動路に対して持つ接触面にほぼ一致しているからである。

与えられた課題の解決に、請求項４及び５によるラジアル転がり軸受の特徴も寄与し、これらの特徴によれば、保持器が非切削で製造可能な打抜き部品として、金属材料から、又は射出成形部品として、工業プラスチック又は耐熱プラスチックから構成されるか、又はその代わりに補強ガラス織布及び樹脂母体から成る繊維複合材料から製造される。金属材料として特に鋼、真ちゅう又はアルミニウムが適当であり、これらの材料により保持器が更に完全に又は転動体との接触個所に限定されて、硬質材料、クロム鉄、酸化物セラミック又はモリブデンから成る機能層で被覆されるか、又は工業プラスチックを周りに射出成形される。保持器用工業プラスチックとして、ガラス樹脂から成る内包物を持つか又は持たないＰＡ６６又はＰＡ４６が提供され、耐熱プラスチックとして、適当な添加物又はガラスから成る内包物を持つＰＡＥＫ，ＰＥＥＫ，ＴＰＩ又はＰＡＩが使用可能である。前記の材料は特に安価に購入され、更に保持器のために安価な製造方法の使用を可能にするので、このような保持器で構成されるラジアル転がり軸受は、全体として低い製造費で製造可能である。

従って本発明により構成されるラジアル転がり軸受は、従来技術から公知のラジアル転がり軸受に対して次の利点を持っている。即ち転動体を２回の線接触によってのみ軸線方向に案内する保持器ポケットを持つ保持器の構成により、ラジアル転がり軸受がこのようなラジアル転がり軸受における運動状態を考慮して、それが転動体の軸線方向案内を行い、この案内により、許容最低回転数以下で生じるよろめき運動又は転動方向に対して直角に生じる転動体の傾倒運動が、摩擦熱及びラジアル転がり軸受の作動温度の許容できない上昇をひき起こすことはもはやない。同時に転動体は、保持器ポケットにおけるその線接触案内により、軸線方向における充分な自由度を持ち、この自由度により転動体が、半径方向及び軸線方向軸受負荷において自動的に保持器と接触することなしに、ラジアル転がり軸受のそのつど存在する押圧角に合わされる。更にこのような保持器は、一層少ない製造費に関しても有利なことがわかった。なぜならば、保持器が構造的に簡単に構成され、安価な材料から安価な製造方法及び組立て方法で製造可能だからである。

本発明により構成されるラジアル転がり軸受の好ましい実施例が、添付図面を参照して以下に詳細に説明される。

図１の分解図から、１列深溝転がり軸受として構成されるラジアル転がり軸受がわかり、この軸受は、公知の深溝玉軸受と同様に外レース２、内レース３、及びこれらのレース２，３の間に設けられる転動体４を含んでいる。転動体４は、明らかなようにいわゆる球面円板により形成され、球基本形状から対称に平らにされて互いに平行に配置されるそれぞれ２つの側面８，９を持ち、その転動面１９で、外レース２の内側１３及び内レース３の外側１４に形成されている２つの溝状転動路１１，１２内を転がる。更に転動体４は、２つの環半体６，７から組合わされる保持器５により、周方向に互いに等間隔に保持され、この保持器５が以下の説明の対象である。

図２及び３から明らかなように、保持器５は、本発明によれば、各転動体４に対して、１つのピッチ円線において転動体を包囲する保持器ポケット１５を持ち、これらのポケット内で転動体４が、その側面８，９と保持器ポケット１５の縦橋絡片１６，１７との少なくとも２つの線接触を介して、レース２，３の間で軸線方向に案内される。転動体４の側面８，９に、図４からわかるように、中心凹所１８，１９が形成されて、ラジアル転がり軸受１用の付加的な潤滑剤溜めとして用いられ、これらの中心凹所により、転動体４の質量重心が半径方向外方へ転動面の方へ移される。これらの中心凹所１８，１９は丸い偏平くぼみの形に形成され、軸受組立ての際充填される潤滑剤が、軸受作動中にこれらのくぼみから出て、遠心力により自動的に、側方の密封環２０，２１により密封される軸受内部空間へ入る。

更に図３及び４からわかるように、転動体４の側面８，９と保持器ポケット１５の縦橋絡片１６，１７との線接触が、縦中央で縦橋絡片１８，１９に形成されかつ転動体４の側面の幅にわたって延びる軸線方向楔凹所２２，２３を介して行われ、これらの楔凹所２２，２３は、転動体４の側面にある中心凹所１８，１９によって、これらの転動体とそれぞれ２回、摩擦を少なくされる案内接触している。転動体４の転動面１０の縦半径及び横半径に応じて湾曲して構成される保持器ポケット１５の横橋絡片２４，２５は、明らかにわかるように両側で転動面１０を越えて延びて、横橋絡片２４，２５の間で丸められる移行範囲を介してこれらの横橋絡片に結合される保持器ポケット１５の縦橋絡片１６，１７が、転動体４の側面８，９から離れて設けられるようにしている。転動体４の側面８，９から離れて保持器ポケット１５の縦橋絡片１６，１７を設けることにより、転動体４が両側で、縦橋絡片１６，１７にある楔凹所２２，２３の上側及び下側により限定されて図２に破線で示す約１２°〜１８°の自由度を、半径方向及び軸線方向負荷の際ラジアル転がり軸受１の押圧角に自動的に合わせるために持っている。

更に図２に示すように、転動体４の前記自由度の別の前提として、保持器５のピッチ円ＴＫ_{Ｋａｅｆｉｇ}がラジアル転がり軸受１のピッチ円ＴＫ_{Ｌａｇｅｒ}より小さいので、転動体４はその縦軸線より下で保持器５の保持器ポケット１５により包囲される。保持器ポケット１５の縦橋絡片１６，１７は、転動体４の直径ｂｗの３５％最大高さｈを持ち、転動体４の側面８，９により限定される転動体幅ｄｗは転動体４の直径ｂｗの少なくとも７０％である。図面からなおそれとなくわかるように、保持器５は鋼板から非切削で製造される打抜き部品として構成され、その環半体６，７は誘導溶接により互いに結合され、それと転動体４との接触個所は摩耗減少のためクロム鉄から成る機能層により被覆されている。

本発明により構成されるラジアル転がり軸受の分解斜視図を示す。 本発明により構成されるラジアル転がり軸受の拡大断面図を示す。 本発明により構成されるラジアル転がり軸受の保持器の斜視図を示す。 本発明により構成されるラジアル転がり軸受の保持器の保持器ポケットの詳細図を示す。

符号の説明

１ ラジアル転がり軸受
２ 外レース
３ 内レース
４ 転動体
５ 保持器
６，７ ５の環半体
８，９ ４の側面
１０ ４の転動面
１１ ２の転動路
１２ ３の転動路
１３ ２の内側
１４ ３の外側
１５ 保持器ポケット
１６，１７ １５の縦橋絡片
１８ ８の凹所
１９ ９の凹所
２０，２１ 密封環
２２ １６の楔凹所
２３ １７の楔凹所
２４，２５ １５の横橋絡片
ＴＫ_{Ｋａｅｆｉｇ} ５のピッチ円
ＴＫ_{Ｌａｇｅｒ} １のピッチ円
ｈ １８，１９の高さ
ｂｗ ４の直径
ｄｗ ４の幅

Claims (5)

1. ラジアル転がり軸受であって、外レース（２）、内レース（３）、及びこれらのレース（２，３）の間に設けられかつ球面円板として構成される多数の転動体（４）を含み、転動体（４）が、球基本形状から対称に平らにされかつ平行に配置されるそれぞれ２つの側面（８，９）を持ち、転動体の転動面（１０）が、外レース（２）の内側（１３）及び内レース（３）の外側（１４）に形成される２つの溝状転動路（１１，１２）内で転がり、２つの環半体（６，７）から組合わされる保持器（５）により、転動体（４）が周方向に互いに等間隔に保持され、各転動体（４）用の保持器（５）が、ピッチ円線の所でこれらの転動体を包囲する保持器ポケット（１５）を持ち、これらの保持器ポケット（１５）内で転動体（４）が、一方では両レース（２，３）の間に軸線方向に案内され、他方では所定の自由度でラジアル転がり軸受（１）の押圧角に自動的に合わせるように構成されているものにおいて、転動体（４）の軸線方向案内が、保持器ポケット（１５）の縦橋絡片（１６，１７）に形成されかつ転動体（４）の側面（８，９）の幅にわたって延びる軸線方向楔凹所（２２，２３）を介して行われ、これらの楔凹所（２２，２３）を介して、転動体の側面（８，９）と保持器ポケット（１５）の縦橋絡片（１６，１７）との間の少なくとも２回の摩擦の少ない線接触が行われ、保持器（５）のピッチ円（ＴＫ _{Ｋａｅｆｉｇ} ）がラジアル転がり軸受（１）のピッチ円（ＴＫ _{Ｌａｇｅｒ} ）より小さく、保持器ポケット（１５）の両縦橋絡片（１６，１７）が転動体（４）の直径（ｂｗ）の３５％の最大高さ（ｈ）を持っていることを特徴とする、ラジアル転がり軸受。
2. 転動体（４）の転動面（１０）の半径に応じて湾曲して形成される保持器ポケット（１５）の横橋絡片（２４，２５）が、これらの転動面（１０）を越えて延びて、横橋絡片（２４，２５）の間で丸められる移行範囲を経てこれらの横橋絡片に結合される保持ポケット（１５）の縦橋絡片（１６，１７）が、転動体（４）の側面から離れて設けられるようにしていることを特徴とする、請求項１に記載のラジアル転がり軸受。
3. 転動体（４）が、半径方向及び軸線方向の軸受負荷においてラジアル転がり軸受（１）の押圧角に自動的に合わせるため、その側面（８，９）から離れた保持器ポケット（１５）の縦橋絡片（１６，１７）を設けることによって、縦橋絡片（１６，１７）にある楔凹所（２２，２３）の上側及び下側により限定される約１２°〜１８°の軸線方向自由度を両側に持っていることを特徴とする、請求項２に記載のラジアル転がり軸受。
4. 保持器（５）が非切削で製造可能な打抜き部品として、金属材料から構成され、この金属材料が完全に又は限定されて、転動体（４）との接触個所に、硬質材料、クロム鉄、酸化物セラミック又はモリブデンから成る機能層で被覆されるか、又は工業プラスチックを周りに射出成形されていることを特徴とする、請求項１に記載のラジアル転がり軸受。
5. 保持器（５）が射出成形部品として、ガラス繊維から成る内包物を持つか又はなしの工業プラスチックから、又は適当な添加物又はガラスから成る内包物を持つ耐熱プラスチックから、又は補強ガラス織布及び樹脂母体から成る繊維複合材料から成っていることを特徴とする、請求項１に記載のラジアル転がり軸受。

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