JP5165477B2 - ベアリング - Google Patents

Description

本発明は、軸線周りに相対的に回転可能とされるとともに内周側と外周側に配置される部材のうち少なくともいずれか一方が対象物にボルトにより締結されるベアリングに関するものである。

周知のように回転する対象物を支持するために、内周側と外周側に配置された部材が軸線周りに相対的に回転するように構成された転がり軸受（以下、ベアリングという）が広く一般に使用されている。

ベアリングは、例えば、転動体の種類により玉軸受、ころ軸受に分類されるとともに、それぞれラジアル力、スラスト力を受けるための構成により種々の設定がされている。
また、ラジアル力とスラスト力との合成力を受けるためのベアリングとして、例えば、特許文献１に示されるような内周側に配置される部材と外周側に配置される部材の間に形成された軌道空間にベアリングの回転軸線の一方側に向かって径方向内方に４５°傾斜させた転動体と、径方向外方に４５°傾斜させた転動体が交互に配置されたクロスローラベアリングやアンギュラベアリングがある。
また、アンギュラベアリングやクロスローラベアリングには、複数（例えば、２列の軌道空間を形成することにより配設する転動体の数を増加させて支持可能な荷重を増加させたものがある。

図１０に示したのは、２列の軌道空間を有するアンギュラベアリングの例であるが、アンギュラベアリング（ベアリング）１００は、外輪１１０と内輪１２０と、外輪１１０と内輪１２０の間に周方向に形成される軌道空間１３０に配設されるローラ（転動体）１４０とを備えている。
軌道空間１３０は、軸線Ｏ方向に並列配置される２列の軌道空間からなり、軌道空間１３０にはそれぞれローラ１４０が配設されていて、ローラ１４０はベアリング１００の軸線Ｏ方向における中央側が、軸線Ｏに近づく方向にそれぞれ軸線Ｏに対して４５°傾斜して配置されている。
米国特許第４９０６１１３号明細書

しかしながら、図１０に示すように、ボルトＢ１１、Ｂ１２を用いてベアリング１００を対象物Ｗ１、Ｗ２に取付けると、例えば、ボルトＢ１１の締め付けにより矢印Ｓ１、Ｓ２方向の歪変形が発生し、ボルトＢ１２の締め付けにより矢印Ｓ３、Ｓ４方向の歪変形が発生する。その結果、軌道空間１３０に変形が生じてラジアル隙間が小さくなりローラ１４０のスムースな回転が妨げられてベアリング１００の剛性、トルク、寿命に関する信頼性が低下するという問題がある。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであって、ベアリングを構成する外周側と内周側の部材をボルトにより軸線方向に対象物に取り付けた場合に、締結による変形が抑制されてベアリングの剛性、トルク、寿命に関する信頼性の低下が抑制されるベアリングを提供することを目的とする。

この課題を解決するために、以下の手段を採用した。
本発明に係るベアリングは、外周側に配置される外輪と、該外輪の内周側に配置され、前記外輪との間に周方向に形成される少なくとも1列の軌道空間を形成する内輪と、前記軌道空間に転動自在に配設される複数個の転動体と、を備え、前記転動体が転動することにより前記外輪と前記内輪とが軸線周りに相対的に回転可能とされるベアリングであって、前記外輪と前記内輪の少なくともいずれか一方には座ぐり部を有するボルト穴が前記軸線方向に形成され、前記座ぐり部は、座ぐり面から前記ボルト穴を介して締結される対象物との取付面までの前記軸線方向の距離をＬ１とし、前記取付面に最も近接して配設される転動体の前記軸線方向の中心から前記取付面までの前記軸線方向の距離をＬ２とした場合に、Ｌ１≦Ｌ２とされ、前記ボルト穴は、下穴長さＬ３≧下穴直径Ｄに形成され、前記取付面に当接する取付部は、前記ボルト穴の中心を挟んで前記軸線を中心とする径方向の内周側と外周側の幅が同一に形成され、前記取付部は、前記軸線を中心とする径方向の内周側と外周側のいずれか一方に前記幅を同一とするための逃し形状が形成されていることを特徴とする。

この発明に係るベアリングによれば、取付面に対するボルト穴の座ぐり面の距離Ｌ１が、取付面に最も近接して配列される転動体の軸線方向の中心までの距離Ｌ２以下とされているので、ボルト穴に挿入したボルトを締結した場合に座ぐり面周辺の軸線方向の変形やボルト穴周辺の横弾性変形等が発生しても、取付面から座ぐり面以上に離間した位置に中心を有する転動体が配設される軌道空間に変形の影響が及ぶのが抑制され、その結果ラジアル隙間の変化が抑制される。
すなわち、上記構成において軸線方向の変形や横弾性変形等の影響により最もラジアル隙間が変化しやすい位置にある取付面に最も近接して形成された軌道空間に対しても横弾性変形の影響が抑制されるため、転動体が配設される軌道空間が複数形成されている場合であっても、取付面からの距離がより大きい軌道空間には変形の影響がさらに及び難くラジアル隙間の変化が抑制される。
その結果、ボルト締結によるベアリングの回転に対する影響を抑制して安定した回転を確保することができる。

座ぐり面周辺の軸線方向の変形を抑制するとともに座ぐり面と取付面の間の変形を抑制しベアリングの安定した回転を確保することができる。

対象物の取付受面と当接するベアリングの取付面が、ボルト穴の中心を挟んでベアリングの径方向に同じ幅に形成されている場合、ボルト締結によりボルト穴周辺に作用する力がベアリングの径方向の内周側と外周側において同等となりで主として圧縮力として作用するため、ボルト締結によってボルト穴周辺にベアリングの径方向への変形が生じることが抑制されてベアリングの安定した回転を確保することができる。

取付面に逃げ部を形成することにより幅を同一とするので、外輪、内輪と対象物との取付性の低下が抑制されるとともに、容易に同一幅を形成することができる。

本発明によれば、ボルト締結によるラジアル隙間の変化を抑制することによりベアリングの回転を安定させ、剛性、トルク、寿命に関する信頼性を確保することができる。

以下に、本発明の第１の実施形態であるベアリングについて、図１〜図９を参照して説明する。
この実施形態のベアリング１は、図１、図２に示すように、２列のローラが配設された複列アンギュラローラベアリングであり、外周側に配置される外輪１０と、外輪１０の内周側に配置される内輪２０と、外輪１０と内輪２０との間に周方向に形成される２列の軌道空間３０に転動自在に配設される複数個のローラ（転動体）４０とを備え、ローラ４０が転動することにより外輪１０と内輪２０とがベアリング１の軸線Ｏ１周りに相対的に回転可能とされている。
軌道空間３０は、第１の軌道空間３１と第２の軌道空間３２とを備えており、第１の軌道空間３１と第２の軌道空間３２は軸線Ｏ１方向に並んで配置されている。

ローラ４０は、第１の軌道空間３１に配設されるローラ４１と、第２の軌道空間３２に配設されるローラ４２とを備えており、ローラ４１、４２は、それぞれの軸線Ｏ２、Ｏ３周りに回転自在とされており、軸線Ｏ２、Ｏ３は、軸線Ｏ１方向のベアリング１の中央側が軸線Ｏ１に近接するように配置されている。
なお、転動体の軸線Ｏ１方向の中心とは、このローラ４０では、軸線Ｏ１方向におけるローラ４１、４２の軸線Ｏ２、Ｏ３方向の中央の位置を指している。

外輪１０は、両端面が平坦な環状に形成され軸線Ｏ１を含む断面が略矩形とされ内周側の面には第１の軌道空間３１と第２の軌道空間３２の外周部分を構成する軌道溝３１Ａ、３２Ａが形成されている。
軌道溝３１Ａ、３２Ａは、それぞれ軸線Ｏ１を含む断面が外輪１０の内周面１１を底辺とし底辺の中央に向かって４５°の傾斜で拡径する直角二等辺三角形に形成されていて、軌道溝３１Ａ、３２Ａの軸線Ｏ１方向中央側において外輪１０に形成される面はローラ４０の周面と接触するように構成されている。

内輪２０は、外輪１０の内周側に配置可能とされる外形を有し、両端面が平坦な環状に形成され軸線Ｏ１を含む断面が略矩形とされ外周側の面には第１の軌道空間３１と第２の軌道空間３２の内周部分を構成する軌道溝３１Ｂ、３２Ｂが形成されている。
軌道溝３１Ｂ、３２Ｂは、それぞれ軸線Ｏ１を含む断面が内輪２０の外周面２１を底辺とし底辺の中央に向かって４５°の傾斜で縮径する直角二等辺三角形に形成されていて、軌道溝３１Ｂ、３２Ｂの軸線Ｏ１方向中央側において内輪２０に形成される面はローラ４０の周面と接触するように構成されている。

また、外輪１０には、軸線Ｏ１方向に形成されたボルト穴１５が外輪１０の軸線Ｏ１を中心とする円周上に複数配置されており、内輪２０には、軸線Ｏ１方向に形成されたボルト穴２５が内輪２０の軸線Ｏ１を中心とする円周上に複数配置されている。
ボルト穴１５、２５は、図３に示すように、下穴１６、２６に座ぐり部１７、２７が形成された構成とされており、座ぐり部１７、２７の下穴１６、２６側は座ぐり面１８、２８とされている。

また、外輪１０を対象物Ｗ１に取り付ける場合に対象物Ｗ１の取付受面Ｗ１１と当接する取付面１０Ｔは径方向の幅がＸ（＝Ｘ１＋Ｘ２）とされ、ボルト穴１５の中心を基準とした場合に、軸線Ｏ1を中心とする径方向の外周側の幅Ｘ１と内周側の幅Ｘ２が同一になるように取付面１０Ｔの内周側に逃げ部１０Ｅが形成されている。

また、内輪２０を対象物Ｗ２に取り付ける場合に取付受面Ｗ２１と当接する取付面２０Ｔは径方向の幅がＹ（＝Ｙ１＋Ｙ２）とされ、ボルト穴２５の中心を基準とした場合に、軸線Ｏ1を中心とする径方向の外周側の幅Ｙ１と内周側の幅Ｙ２が同一になるように取付面２０Ｔの外周側に逃げ部２０Ｅが形成されている。

また、ボルト穴１５、２５は、座ぐり面１８、２８から対象物Ｗ１、Ｗ２の取付面１０Ｔ、２０Ｔまでの軸線Ｏ１方向の距離をＬ１とし、取付面１０Ｔ、２０Ｔに最も近接して配設される第２の軌道空間３２に配設されるローラ４２の軸線Ｏ１方向の中心から取付面１０Ｔ、２０Ｔまでの軸線Ｏ１方向の距離をＬ２とした場合に、Ｌ１≦Ｌ２と、されている。

ボルト穴１５、２５の座ぐり面１８、２８の位置は、それぞれ取付面１０Ｔ、２０Ｔから異なる距離としてもよいが、この実施形態においては、ボルト穴１５、２５の座ぐり面１８、２８の位置は、取付面１０Ｔ、２０Ｔから同一の距離Ｌ１に形成されている。
また、この実施形態では、ボルト穴１５、２５の周囲が取付面１０Ｔ、２０Ｔとされていて取付受面Ｗ１１、Ｗ２１と当接可能とされているので、下穴１６、２６の長さＬ３は、座ぐり面１８、２８から取付面１０Ｔ、２０Ｔまでの距離Ｌ１と同一とされており、下穴長さＬ３と下穴直径Ｄとの関係は、下穴長さＬ３≧下穴直径Ｄに形成されている。

その結果、ボルト穴１５、２５にボルトを挿入して、対象物Ｗ１、Ｗ２に締結した場合に、座ぐり部１７、２７の周辺に軸線Ｏ１方向に十分な耐力が確保可能とされ、ボルト締結による座ぐり部１７、２７に座屈が発生するのが抑制されるようになっている。

なお、この実施形態において、ボルト穴１５、１６は取り付けられる対象物Ｗ１、Ｗ２がベアリング１の同じ側に配置される場合について形成されているが、図４に示すように対象物Ｗ１、Ｗ２がベアリング１を挟んで反対側となるように、内輪２０のボルト穴２５Ａを形成してもよい。

軌道空間及び転動体については、上記実施形態のほか、例えば、図５（Ａ）から（Ｃ）に示すような形態としてもよい。
図５（Ａ）は、外輪１０Ｂと内輪２０Ｂの間に形成された２列の軌道空間３０Ｂにクロスローラ４０Ｂが配列されている。この場合の、ボルト穴１５Ｂ、２５Ｂの座ぐり面及びクロスローラ４０Ｂから取付面までの距離とは、図５（Ａ）に示すとおりである。

また、図５（Ｂ）は、外輪１０Ｃと内輪２０Ｃの間に形成された２列の軌道空間３０Ｃボール４０Ｃが配設されている。この場合の、ボルト穴１５Ｃ、２５Ｃの座ぐり面及びボール４０Ｃから取付面までの距離とは、図５（Ｂ）に示すとおりである。

図５（Ｃ）は、外輪１０Ｄの軸線Ｏ１方向の中央部に径方向内周側に伸びる小径部１２Ｄが形成され、小径部１２Ｄの内周面に軸線Ｏ１と平行な軸線Ｏ４周りに回転するローラ４３Ｄが配置され小径部１２Ｄの軸線Ｏ１方向の両端面に軸線Ｏ１と直交し軸線Ｏ１方向に伸びる軸線Ｏ５、Ｏ６周り回転するローラ４１Ｄ、４２Ｄが配置され、ローラ４１Ｄ、４２Ｄ、４３Ｄを挟んで内輪２０Ｄが配置されている。
この場合の、取付面に最も近接するローラとは、ボルト穴１５Ｄに関しては４２Ｄが、ボルト穴２５Ｄに関しては４１Ｄが該当し、その場合のローラ４１Ｄ、４２Ｄの軸線Ｏ１方向の距離Ｌ２とは、それぞれ軸線Ｏ５、Ｏ６を基準として構成される。

上記実施の形態に係るベアリング１によれば、座ぐり面１８、２８から取付面１０Ｔ、２０Ｔまでの距離Ｌ１が、軸線Ｏ１方向のローラ４０の中心までの距離Ｌ２以下とされているので、ボルトを締結した場合に座ぐり面１８、２８周辺の変形等が発生しても、軌道空間３０に変形の影響が及ぶのが抑制されてラジアル隙間の変化が抑制される。
その結果、ボルト締結によるベアリングの回転に対する影響を抑制して安定した回転を確保することができる。

また、取付面１０Ｔ、２０Ｔがボルト穴の中心を基準として軸線Ｏ１を中心とする径方向の外周側と内周側において同一の幅に形成されているので、ボルト締結によりボルト穴１５、２５周辺に作用する力が内周側と外周側で同等となって主として圧縮力として作用するため、ボルト締結によってボルト穴１５、２５周辺に径方向の変形が生じることが抑制される。

以上説明したように、ベアリング１によれば、ボルト締結によるラジアル隙間の変化が抑制されるので、ベアリング１の回転を安定させることができ、その結果、ベアリング１の剛性、トルク、寿命に関する信頼性を確保することができる。

以下、この発明の効果の検証結果について説明する。
図６は外輪について、図７は内輪についての、ボルト締め付けによる座ぐり部周辺の変形を有限要素法により評価した結果であり、（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）は、それぞれ従来形式、取付面の内周側と外周側を同幅とした場合、座ぐり面を深くした場合を示している。

図６によると、外輪のボルト締め付けによる座ぐり部周辺の軸線方向の変形は、（Ａ）の従来形式と（Ｂ）の取付面を同幅とした場合ではあまり差異は見られないが、（Ｃ）の座ぐり面を深くした場合には座ぐり部の内外周側において変形がほとんど発生しないことが確認された。

また、図７によると、内輪のボルト締め付けによる座ぐり部周辺の軸線方向の変形は、（Ａ）の従来形式を１００とした場合に、（Ｂ）の取付面を同幅とした場合が約８０、（Ｃ）の座ぐり面を深くした場合が約４０であり、内輪における軸線方向の変形が大幅に改善されることが確認された。したがって、ベアリングの小径側においてより効果が大きいことがわかる。

図８は、ボルト締め付けによるベアリングの軸線方向の変形をベアリングの平面度により示す図であり、（Ａ）は従来形式を、（Ｂ）は座ぐり面を深くした場合を示している。
図８によると、（Ａ）の従来形式では周方向において多くの凹凸が発生しているのが（Ｂ）の座ぐり面を深くした場合には形成される山が２つまで減少しており、平面度に関しても（Ａ）の従来形式では０．００３９であったのが（Ｂ）座ぐり面を深くした場合には０．００２８と、２８％改善することが確認された。

図９は、ボルト締め付けによるベアリングの径方向の変形をベアリングの真円度により示す図であり、（Ａ）は従来形式を、（Ｂ）は座ぐり面を深くした場合を示している。
図９によると、真円度は、（Ａ）の従来形式で０．０１９であったのが（Ｂ）座ぐり面を深くした場合には０．０１４と、２６％改善することが確認された。

以上、本発明の実施形態であるベアリングについて説明したが、上記の実施形態において記載した技術的事項については、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更を加えることが可能である。

例えば、上記実施の形態においては、ベアリング１がローラ４０を配設する軌道空間３０が２列形成されている場合について説明したが、軌道空間の数は任意に設定してもよい。
また、外輪１０と内輪２０の双方にボルト穴１５、２５が形成されていて、それぞれの座ぐり部１７、２７が深く形成される場合について説明したが、いずれか一方のボルト穴１５、２５の座ぐり部１７、２７のみを深く形成する構成としてもよい。

また、取付受面Ｗ１１、Ｗ２１と当接する取付面１０Ｔ、２０Ｔがボルト穴１５、２５を挟んで軸線Ｏ１を中心とする径方向の内周側と外周側が同じ幅に形成されている場合について説明したが、内周側と外周側の幅を異なる寸法としてもよい。

また、取付面１０Ｔ、２０Ｔの幅調整に関して、逃げ部１０Ｅ、２０Ｅを形成することにより取付面１０Ｔ、２０Ｔの幅を内周側と外周側を同一とする場合について説明したが、例えば、取付面１０Ｔ、２０Ｔに逃げ部１０Ｅ、２０Ｅを形成することなく外輪１０、内輪２０の幅方向の中央にボルト穴１５、２５の中心を配置する構成としてもよいし、また、取付面１０Ｔ、２０Ｔの幅が狭い側にフランジ等を形成して拡幅することにより同一幅としてもよい。

本発明の一実施形態に係るベアリングの一部を断面とした斜視図である。 図１の断面部分を詳細に示した斜視図である。 本発明の一実施形態に係るベアリングの軸線を含む縦断面図であり、（Ａ）は、概略図であり、（Ｂ）は詳細を示す縦断面図である。 本発明に係るベアリングの別の実施形態を示す図である。 本発明に係るベアリングの別の実施形態を示す図である。 内輪の座ぐり部周辺の変形を評価した結果であり、（Ａ）は従来形式を、（Ｂ）は取付面を同幅とした場合を、（Ｃ）は座ぐり面を深くした場合を示している。 外輪の座ぐり部周辺の変形を評価した結果であり、（Ａ）は従来形式を、（Ｂ）は取付面を同幅とした場合を、（Ｃ）は座ぐり面を深くした場合を示している。 ボルト締め付けによるベアリングの軸線方向の変形を示す図であり、（Ａ）は従来形式を、（Ｂ）は座ぐり面を深くした場合を示している。 ボルト締め付けによるベアリングの径方向の変形を示す図であり、（Ａ）は従来形式を、（Ｂ）は座ぐり面を深くした場合を示している。 従来のアンギュラベアリングの構成を示す図である。

符号の説明

Ｗ１、Ｗ２ 対象物 Ｗ１１、Ｗ２１ 取付受面 １ ベアリング １０ 外輪
２０ 内輪 ３０ 軌道空間 ４０ 転動体 １５、２５ ボルト穴 １６、２６ 下穴 １７、２７ 座ぐり部 １８、２８ 座ぐり面 １０Ｔ、２０Ｔ 取付面 Ｘ１、Ｙ１ 内周側の幅 Ｘ２、Ｙ２ 内周側の幅 １０Ｅ、２０Ｅ 逃げ部

Claims (1)

1. 外周側に配置される外輪と、該外輪の内周側に配置され、前記外輪との間に周方向に形成される少なくとも１列の軌道空間を形成する内輪と、前記軌道空間に転動自在に配設される複数個の転動体と、を備え、前記転動体が転動することにより前記外輪と前記内輪とが軸線周りに相対的に回転可能とされるベアリングであって、
   前記外輪と前記内輪の少なくともいずれか一方には座ぐり部を有するボルト穴が前記軸線方向に形成され、
   前記座ぐり部は、座ぐり面から前記ボルト穴を介して締結される対象物との取付面までの前記軸線方向の距離をＬ１とし、前記取付面に最も近接して配設される転動体の前記軸線方向の中心から前記取付面までの前記軸線方向の距離をＬ２とした場合に、Ｌ１≦Ｌ２とされ、
   前記ボルト穴は、下穴長さＬ３≧下穴直径Ｄに形成され、
   前記取付面に当接する取付部は、前記ボルト穴の中心を挟んで前記軸線を中心とする径方向の内周側と外周側の幅が同一に形成され、
   前記取付部は、前記軸線を中心とする径方向の内周側と外周側のいずれか一方に前記幅を同一とするための逃し形状が形成されていることを特徴とするベアリング。

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