JP5904962B2 - ローラーベアリング - Google Patents

Description

本発明は、ローラーベアリングに関し、詳しくは滑り摩擦の小さいローラーベアリングに関するものである。

図１に示すように、従来のローラーベアリング１０は、内環状部１１と、外環状部１２と、内環状部１１と外環状部１２との間に転動可能に配置された複数のローラー１３とを備える。内環状部１１および外環状部１２はそれぞれ二つの相互に垂直な軌道面１１２、１２２を有する。ローラー１３は、円柱面１３２が軌道面１１２および軌道面１２２に当節しながら転動するため、内環状部１１と外環状部１２とが相互に回転可能に結合される。一方、転動しながら接触する際に生じた摩擦抵抗力が比較的低いため、内環状部１１および外環状部１２は相互にスムーズに回転するだけでなく、駆動力による回転動作に必要なトルクが比較的小さい。

市販のローラーベアリングにおいて、ローラー１３は長さがほぼローラー１３の外径および軌道面１１２、１２２の幅に等しいため、ローラー１３の円柱面１３２はほぼ軌道面１１２、１２２に完全に接触する。一方、軌道面１１２、１２２上の異なる位置の接線速度が異なるため、ローラー１３と軌道面１１２、１２２との間にスクロールを生じさせ、摩擦抵抗力を増大させる。

特開平５−２１５１３０号公報

言い換えれば、従来のローラーベアリングはローラーを軌道面に接触させる長さが大きいため、摩擦抵抗力が大きいだけでなく、高速回転装置に応用される際、温度が急速に上昇するため、損壊しやすい。従って、改善の余地がある。

上述した問題に鑑み、本発明は、ローラーと軌道面との間の摩擦抵抗力が比較的小さく、高速回転しても損壊しにくいローラーベアリングを提供することを主な目的とする。

上述の目的を達成するために、本発明によるローラーベアリングは外環状部、内環状部および複数のローラーを備える。外環状部および内環状部にはそれぞれ転動溝が形成される。転動溝は二つの相互に垂直な軌道面を有する。ローラーは外環状部の軌道面および内環状部の軌道面に接触しながら転動すると同時に外環状部の転動溝および内環状部の転動溝に装着され、外環状部と内環状部とを相互に回転可能に結合させることができる。ローラーベアリングの特徴は次の通りである。外環状部の転動溝および内環状部の転動溝はそれぞれ陥没溝を有する。外環状部の陥没溝は外環状部の二つの軌道面の間に位置し、外環状部の二つの軌道面より低い外環状部の内壁により形成されており、ローラーとの間でＶ字状の隙間を形成する。内環状部の陥没溝は内環状部の二つの軌道面の間に位置し、内環状部の二つの軌道面より低い内環状部の内壁により形成されており、ローラーとの間でＶ字状の隙間を形成する。外環状部および内環状部の軌道面の幅とローラーの直径の比は０．４５以上０．６２以下である。

本発明によるローラーベアリングでは、軌道面の幅とローラーの直径との比を設定することによって、ローラーと軌道面との間の滑り摩擦を大幅に減少することができ、負荷能力の減少を抑制することができる。一方、高速回転して使用される際、負荷が少し下がるため、本発明によるローラーベアリングは、高速回転の使用に対応できるだけでなく、損壊しにくい。

従来のローラーベアリングを示す断面図である。 本発明の第１実施形態によるローラーベアリングを示す分解斜視図である。 本発明の第１実施形態によるローラーベアリングを示す斜視図である。 図３の４−４線断面図である。 本発明の第２実施形態によるローラーベアリングを示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態によるローラーベアリングの詳細な構造、特徴、組み立てまたは使用方法を、図面に基づいて説明する。また、以下の詳細な説明および実施形態は本発明を説明するためのものに過ぎず、本発明の請求範囲を限定するものではない。
（第１実施形態）
図２および図３に示すように、本発明の第１実施形態によるローラーベアリング２０は、外環状部３０、内環状部４０および複数のローラー５０を備える。

本実施形態において、外環状部３０は二つの環状シェル３２が合わさることによって構成される。図４に示すように、外環状部３０は内側面３４と、内側面３４を陥没させて形成した転動溝３６とを有する。転動溝３６は断面がＶ字型を呈し、かつ二つの相互に垂直な軌道面３６１、３６２と、二つの軌道面３６１、３６２の間に位置しかつ二つの軌道面３６１、３６２を陥没させて形成した陥没溝３６４と、軌道面３６１と内側面３４との間に位置する陥没状欠け口３６５と、軌道面３６２と内側面３４との間に位置する陥没状欠け口３６６とを有する。

内環状部４０は、外側面４４と、外側面４４を陥没させて形成した転動溝４６とを有する。転動溝４６は二つの相互に垂直な軌道面４６１、４６２と、二つの軌道面４６１、４６２の間に位置しかつ二つの軌道面４６１、４６２を陥没させて形成した陥没溝４６４と、軌道面４６１と内側面４４との間に位置する陥没状欠け口４６５と、軌道面４６２と内側面４４との間に位置する陥没状欠け口４６６とを有する。

内環状部４０は、外側面４４と外環状部３０の内側面３４とが相互に向かい合うことによって外環状部３０の中央に配置される。ローラー５０は外環状部３０の軌道面と内環状部４０の軌道面に接触しながら転動すると同時に外環状部３０の転動溝３６および内環状部４０の転動溝４６に装着されるため、外環状部３０と内環状部４０を相互に回転させ、結合させることができる。

図２に示すように、二つの隣り合うローラー５０は中心軸が交差するように配置されるため、図４の右側に示した半分のローラー５０は円柱面５２によって外環状部３０の軌道面３６１および内環状部４０の軌道面４６１に接触しながら転動する。図４の左側に示した別の半分のローラー５０は円柱面５２によって外環状部３０の軌道面３６２および内環状部４０の軌道面４６２に接触しながら転動する。

ローラー５０の長さは直径Ｄに等しい。二つの軌道面３６１、４６１の距離および二つの軌道面３６２、４６２の距離はローラー５０の直径Ｄに等しい。転動溝３６は陥没溝３６４および陥没状欠け口３６５、３６６を有し、転動溝４６は陥没溝４６４および陥没状欠け口４６５、４６６を有し、ローラー５０は円柱面５２の一部分が軌道面３６１、３６２、４６１、４６２に接触しながら転動する。従って、従来のローラーベアリングに比べて、本発明によるローラーベアリング２０は、滑り摩擦が比較少ない。一方、ローラーベアリング２０はローラー５０を軌道面３６１、３６２、４６１、４６２に接触させる長さが比較小さいため、負荷能力が減少する。またスリップトルクはローラーを軌道面に接触させる長さの自乗に比例する。負荷能力はローラーを軌道面に接触させる長さに比例する。直径Ｄを１、ローラーを軌道面に接触させる長さをｘに設定する場合、下記の式１、式２に基づいてｘの比較的好ましい数値を算出することができる。

ｙ＝ｘ^２,０≦ｘ≦１・・・式１

ｙ＝１−ｘ, ０≦ｘ≦１・・・式２

上述した式１、式２に基づいて計算した結果は、ｘ＝０．６２を表示する。つまり、ローラー５０を軌道面３６１、３６２、４６１、４６２に接触させる長さをローラー５０の直径Ｄの０．６２倍に下げれば、滑り摩擦を減少させる効果が明らかになるだけでなく、負荷能力を極端に減少させることがないため、軌道面３６１、３６２、４６１、４６２の幅（即ち軌道面３６１、３６２の幅は陥没状欠け口３６５、３６６と陥没溝３６４の最小距離であり、軌道面４６１、４６２の幅は陥没状欠け口４６５、４６６と陥没溝４６４の最小距離である）を０．６２Ｄに設定することができる。

上述した分析は転動の理論量に基づくものであるが、実際には振動、潤滑油のダンピングなどの別の要素を配慮する必要がある。一方、軌道面の幅Ｗ（図４に示したＷは軌道面３６１の幅、本明細書においてのＷは軌道面３６１、３６２、４６１、４６２の幅である）とローラー５０の直径Ｄの比と、ローラーベアリングの作動に伴って温度が上昇する関係とを参考にテストを進めた結果は、Ｗ／Ｄが０．４５以下である場合、Ｗ数値を小さくしても温度上昇を抑制する効果があまり大きくないことが判明した。上述した結果により、本発明は軌道面３６１、３６２、４６１、４６２の幅Ｗとローラー５０の直径Ｄとの比を０．４５以上または０．４５、かつ０．６２以下または０．６２に設定することによって滑り摩擦を効果的に減少させるため、従来のローラーベアリングと比べて、ローラーベアリング２０が高速回転しても損壊しにくい。

本実施形態において、軌道面３６１、３６２、４６１、４６２の幅Ｗは同じである。二つの軌道面３６１、４６１は転動しながら接触するローラー５０の中心軸線Ｌ１に向かって相互に対応し、二つの軌道面３６２、４６２は転動しながら接触するローラー５０の中心軸線Ｌ２に向かって相互に対応するため、ローラー５０が外環状部３０および内環状部４０に接触した部位は相互に対応する。従って。本発明はローラー５０の受けた力が均等でないため負荷能力が降下することを避けることができるだけでなく、トルクが生じるためローラー５０が損壊しやすくなることを避けることができる。一方、軌道面３６１、３６２、４６１、４６２の幅は同じであるか、上述したように相互に対応するとは限らず、上述した比を満足させればよい。

一方、本実施形態において、軌道面３６１、３６２、４６１、４６２はローラー５０の円柱面５２の中央部位に位置するのに対し、陥没溝３６４、４６４の開口の幅Ｌは下記の式３を満足する。

Ｌ＝（Ｄ−Ｗ）／１．４１４・・・式３

このときローラー５０は力を均等に受け、負荷能力を向上させることができるだけでなく、損壊を避けることができる。

（第２実施形態）
第１実施形態によるローラーベアリング２０において、内環状部４０は一体成型であり、外環状部３０は二つの環状シェル３２から構成されるため、内環状部４０と外環状部３０との間にローラー５０を配置することが簡単である。一方、上述した内容の特徴、即ちローラーベアリング２０の摩擦抵抗力を減少させ、負荷能力を維持することは図５に示した本発明の第２実施形態によるローラーベアリング６０にも適用できる。第２実施形態によるローラーベアリング６０において、外環状部７０は一体成型である。内環状部８０は二つの環状シェル８２が合わさることによって構成される。このような設計はローラーを簡単に配置することができる。一方、本発明は内環状部と外環状部が二つとも一体成型されたローラーベアリングであってもよい。

以上、本発明は、上記実施形態になんら限定されるものではなく、発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の形態で実施可能である。

２０：ローラーベアリング、
３０：外環状部、
３２：環状シェル、
３４：内側面、
３６：転動溝、
３６１、３６２：軌道面、
３６４：陥没溝、
３６５、３６６：陥没状欠け口、
４０：内環状部、
４４：外側面、
４６：転動溝、
４６１、４６２：軌道面、
４６４：陥没溝、
４６５、４６６：陥没状欠け口、
５０：ローラー、
５２：円柱面、
６０：ローラーベアリング、
７０：外環状部、
８０：内環状部、
８２：環状シェル、
Ｄ：ローラーの直径、
Ｗ：軌道面の幅、
Ｌ１、Ｌ２：中心軸線、
Ｌ：陥没溝の開口の幅。

Claims (5)

1. 外環状部、内環状部および複数のローラーを備え、
   前記外環状部および前記内環状部にはそれぞれ転動溝が形成され、
   前記転動溝は、二つの相互に垂直する軌道面を有し、
   前記ローラーは、前記外環状部の軌道面および前記内環状部の軌道面に接触しながら転動すると同時に前記外環状部の転動溝および前記内環状部の転動溝に装着され、前記外環状部と前記内環状部とを相対回転可能に結合させ、
   前記外環状部の転動溝および前記内環状部の転動溝は、それぞれ陥没溝を有し、
   前記外環状部の陥没溝は、前記外環状部の二つの軌道面の間に位置し、前記外環状部の二つの軌道面より低い前記外環状部の内壁により形成されており、前記ローラーとの間でＶ字状の隙間を形成し、
   前記内環状部の陥没溝は、前記内環状部の二つの軌道面の間に位置し、前記内環状部の二つの軌道面より低い前記内環状部の内壁により形成されており、前記ローラーとの間でＶ字状の隙間を形成し、
   前記外環状部および前記内環状部の軌道面の幅とローラーの直径の比は０．４５以上、０．６２以下であることを特徴とするローラーベアリング。
2. 前記陥没溝の開口の幅は下記の式３を満足し、
   Ｌ＝（Ｄ−Ｗ）／１．４１４・・・式３
   Ｌは陥没溝の開口の幅であり、Ｄはローラーの直径であり、Ｗは軌道面の幅であることを特徴とする請求項１に記載のローラーベアリング。
3. 前記外環状部は、前記内環状部に向かい合う内側面を有し、
   前記外環状部の転動溝はさらに二つの陥没状欠け口を有し、
   二つの前記陥没状欠け口はそれぞれ前記外環状部の二つの軌道面と前記内側面との間に位置し、
   前記外環状部の二つの軌道面の幅は、前記外環状部の二つの陥没状欠け口と前記外環状部の陥没溝との間の最小距離であることを特徴とする請求項１に記載のローラーベアリング。
4. 前記内環状部は、前記外環状部に向かい合う外側面を有し、
   前記内環状部の転動溝はさらに二つの陥没状欠け口を有し、
   二つの前記陥没状欠け口はそれぞれ前記内環状部の二つの軌道面と前記外側面との間に位置し、
   前記内環状部の二つの軌道面の幅は、前記内環状部の二つの陥没状欠け口と前記内環状部の陥没溝との間の最小距離であることを特徴とする請求項１に記載のローラーベアリング。
5. 複数の前記ローラーは、
   中心軸が前記外環状部の一方の軌道面および前記内環状部の一方の軌道面に直行する前記ローラーと、
   中心軸が前記外環状部の他方の軌道面と前記内環状部の他方の軌道面に直行する前記ローラーとが交互に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のローラーベアリング。

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