JP6476650B2 - アンギュラ玉軸受 - Google Patents

Description

本発明は、内輪および外輪とボールとが４点で接触するアンギュラ玉軸受に関する。

従来から、アンギュラ玉軸受（斜接玉軸受）が広く市場に提供されている。アンギュラ玉軸受は、ボールが内輪および外輪の軌道面とそれぞれ１点で接触する２点接触である。アンギュラ玉軸受は、軸に垂直な角度を０°とすると、ボールの内輪側の接触点と外輪側の接触点を通る直線が０°に対してある角度（接触角）を持った構成である。内輪および外輪の軌道面の両側の高くなっている部分を肩部と呼ぶが、アンギュラ玉軸受においては接触点に近い側の肩部が反対側より高くなっている。

アンギュラ玉軸受はラジアル荷重と１方向のアキシアル荷重を受けることができる。アキシアル荷重を受けられる側を正面、反対側を背面と呼ぶ。アンギュラ玉軸受は２個以上を組み合わせで使用される場合が多く、正面合わせ（ＤＦ）、背面合わせ（ＤＢ）、並列組み合わせ（ＤＴ）で使用される。

また従来から、内輪および外輪とボールとが４点で接触する４点接触玉軸受が広く市場に提供されている。一般に４点接触玉軸受は、対向する接触点を通る２本の直線が０°を中心に交差した構成となっている。４点接触玉軸受は内輪、ボール、および外輪のアキシアル方向の相対的な変位を規制することができるため、アキシアル荷重に対する剛性が高くなり、ラジアル荷重とアキシアル荷重の両方を受けられるという特徴がある。

特許文献１には、３点または４点の多点接触玉軸受において、アンギュラ玉軸受のように、内輪（および外輪）においてボールの両側の肩部の高さを異ならせた構成が提案されている。特許文献１によれば、多点接触玉軸受において、肩部を高くした側の負荷容量を増すことができると説明されている。

特開２００６−１１８５９１号公報

上述したアンギュラ玉軸受と多点接触玉軸受を比較すると、いずれもラジアル荷重とアキシアル荷重の両方を受けることができるが、アンギュラ玉軸受のほうが大きなアキシアル荷重を受けることができる。すなわち、大きなアキシアル荷重がかかる場所には、アンギュラ玉軸受のほうが適している。

一方、アンギュラ玉軸受は上述のように組み合わせで使用される場合が多い。しかしながら近年は、軸受に小型軽量化が求められている。例えば自動車を例に上げた場合、軸受を小型軽量化すれば、車両の重量軽減による燃費の向上や、車両設計における部品レイアウトの自由度の向上を期待することができる。そのため、アンギュラ玉軸受であっても単体で使用したいという要請がある。

ところがアンギュラ玉軸受を単体で使用した場合、背面からのアキシアル荷重に対して剛性が低い（負荷容量が極めて低い）のももちろんであるが、ラジアル荷重のみである場合にも肩乗り上げを起こしやすいという問題がある。肩乗り上げとは、軌道輪とボールとの接触楕円が軌道面からはみ出してしまうことをいう。肩乗り上げが発生すると、肩部に圧痕を生じたり、ボールにキズを生じたりしてしまい、軸受の寿命を著しく短縮してしまう。すなわち、アンギュラ玉軸受を単体で使用できるのは安定して１方向からのアキシアル荷重がかかる部位に限られ、一時的にでもラジアル荷重だけになる部位には採用できないという問題がある。

そこで本発明は、アンギュラ玉軸受であるにもかかわらず、ラジアル荷重だけでも使用することが可能なアンギュラ玉軸受を提供することを目的としている。

上記課題を解決するための本発明の代表的な構成は、ボールが内輪と外輪の軌道面に４点で接触するアンギュラ玉軸受において、内輪および外輪には軌道面の両側に肩部が形成されていて、軸に垂直な角度を０°とすると、対向する接触点を通る２本の直線の０°に対する接触角θ１、θ２は、接触角θ１が０°〜５°、接触角θ２が３５°〜４５°であることを特徴とする。

上記構成によれば、まず、接触角θ２が３５°〜４５°のアンギュラ玉軸受であることから、アキシアル荷重を受けることができる。そしてさらに、接触角θ１が０°であり、かつ軌道面の両側に肩部が形成されていることから、ラジアル荷重を受けると軌道面内に求心力が働き、肩乗り上げを生じるおそれがない。したがって、アンギュラ玉軸受であるにもかかわらず、ラジアル荷重だけでも使用することが可能となる。

なお、対向する接触点とは、ボールが内輪および外輪の軌道面とそれぞれ２点で接触するところ、ボールを中心として対向する１組の内輪側の接触点と外輪側の接触点のことである。

接触角θ１が０°より大きいとき、接触角θ１、θ２は、いずれも軸に垂直な角度の一方側にあることが好ましい。これにより、より大きなアキシアル荷重を受けることが可能となる。

本発明によれば、アンギュラ玉軸受であるにもかかわらず、ラジアル荷重だけでも使用することが可能なアンギュラ玉軸受を提供することができる。

実施形態にかかるアンギュラ玉軸受を説明する図である。 実施例と比較例を説明する図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示または説明を省略する。

図１は実施形態にかかるアンギュラ玉軸受（以下、単に「軸受１００」という。）を説明する図である。軸受１００は単列のアンギュラ玉軸受であって、さらに４点接触となっている。

軸受１００は、外輪１０２と内輪１０４の間に形成された軌道の中に、ボール１０６が配置されている。

外輪１０２の軌道面１０２ａの両側には、肩部１０２ｂ、１０２ｃが形成されている。同様に、内輪１０４の軌道面１０４ａの両側には、肩部１０４ｂ、１０４ｃが形成されている。なお肩部とは、軌道面よりも高くなっている部分であり、外輪の場合には内径を小さく、内輪の場合には外径を大きくした部分である。軸受１００は図１の左側を正面とするアンギュラ玉軸受であり、外輪１０２の左側の肩部１０２ｃは、右側の肩部１０２ｂより高く形成されている。また内輪１０４の右側の肩部１０４ｂは、左側の肩部１０４ｃより高く形成されている。

ボール１０６は外輪と２つの接触点で接触する。軸に垂直な角度を０°として、０°に近い側から接触点をＰ１１、Ｐ１２とする。同様に、ボール１０６と内輪１０４との２つの接触点を０°に近い側からＰ２１、Ｐ２２とする。接触点Ｐ１１とＰ２１、Ｐ１２とＰ２２は、それぞれボール１０６を中心として対向する１組の接触点となる。接触点Ｐ１１とＰ２１を通る直線Ｌ１の０°に対する接触角をθ１とし、接触点Ｐ１２とＰ２２を通る直線Ｌ２の０°に対する接触角をθ２とする。

そして本発明においては、ボール１０６の接触角θ１が０°〜５°、接触角θ２が３５°〜４５°である。一例として、接触角θ１を０°、接触角θ２を４０°とすることができる（２０°を中心としてまたぎ角を４０°にする）。

接触角θ２が３５°以上であることが好ましいのは、接触角θ１とθ２のまたぎ角を３５°以上とすることが好ましいためである。またぎ角を小さくしすぎると、４点接触のため両列の接触楕円が重なり、重なった部分が過大面圧になるおそれがある。例えば、接触角θ１＝０°、θ２＝３０°の場合、１５°位置で接触楕円が重なることで過大面圧となるおそれがある。一方、接触角θ２が４５°以下であることが好ましいのは、θ２を４５°以上にすると、肩乗り上げが発生する可能性高くなるためである。

上記構成によれば、基本的には４点接触のアンギュラ玉軸受であるから、アキシアル荷重を主に接触点Ｐ２１とＰ２２によって受けることができる。したがって、正面からの１方向の大きなアキシアル荷重を受けることができる。

さらに、主にラジアル荷重がかかる場合には主に接触点Ｐ１１とＰ２１（接触角θ１）によって荷重を受ける。荷重の方向と接触角の角度がほとんど同じであるため、高いラジアル剛性を得ることができる。また、接触角θ１が０°〜５°であり、かつ軌道面１０２ａ、１０４ａの両側に肩部１０２ｂ、１０２ｃ、１０４ｂ、１０４ｃが形成されていることから、ラジアル荷重を受けると軌道面内に求心力が働き、肩乗り上げを生じるおそれがない。

このように、アンギュラ玉軸受であるにもかかわらず、ラジアル荷重だけでも使用することが可能である。したがって軸受１００は、高いラジアル剛性が必要な場所にも、高いアキシアル剛性が必要な場所にも使用することができる。

図２は実施例と比較例を説明する図であって、図２（ａ）は実施例、図２（ｂ）は比較例を示している。いずれもラジアル荷重のみが入力された場合を想定する。

図２（ａ）に示す実施例は上記の構造を有し、θ１を０°、θ２を４０°としている。図２（ａ）に示す実施例では、０°の接触角θ１を形成する接触点Ｐ１１とＰ２１によってラジアル荷重を受けることができるため、接触楕円が０°方向に形成される。そして肩部１０４ｃが設けられていることにより、接触楕円は軌道面１０４ａからはみ出すことがない。このように、本発明にかかる軸受１００であれば、アンギュラ玉軸受であるにもかかわらず、ラジアル荷重だけでも使用できることがわかる。

図２（ｂ）（ｃ）に示す比較例は従来の２点接触のアンギュラ玉軸受２００であり、接触点Ｐ３２、Ｐ４２が形成する接触角θ３を４０°としている。図２（ｂ）に示すように、従来のアンギュラ玉軸受２００を仮に単体で使用すると、ラジアル荷重のみが入力されると接触角は０°に移動してしまう。その結果として接触楕円が内輪２０４の軌道面２０４ａからはみ出してしまい、肩部２０４ｃに対して肩乗り上げを生じてしまう。

図２（ｃ）に示すように、従来のアンギュラ玉軸受２００を組み合わせ（図はＤＢ）で使用した場合には、ラジアル荷重のみが入力されると接触点Ｐ３２、Ｐ４２が０°方向に移動するが、０°までは移動しない。そして、例えば３０°で接触するようになるとすれば、接触角３０°を中心とした接触楕円が形成される。この場合は、低い側の肩部２０４ｃに肩乗り上げすることはない。このように、組み合わせにすればアンギュラ玉軸受２００でラジアル荷重を受けられることは冒頭で述べた通りである。但し、ラジアル荷重が大きい所に接触角の大きいアンギュラ玉軸受を使用すると、軸受の寿命が短くなるうえ、ラジアル剛性も小さいという問題があるため、好ましくない。

本発明にかかる軸受１００は、例えばトランスミッションなどの回転が逆になる（荷重も逆になる）部位にも使用することができる。トランスミッションでは、前進時はラジアル、スラスト合成荷重で使用されるが、後退時はギヤが切り替わりラジアル荷重のみになる。このような場合にも、本発明による軸受１００は単体で使用することが可能である。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、アンギュラ玉軸受であるにもかかわらず、ラジアル荷重だけでも使用することが可能なアンギュラ玉軸受として利用することができる。

１００…軸受、１０２…外輪、１０２ａ…軌道面、１０２ｂ…肩部、１０２ｃ…肩部、１０４…内輪、１０４ａ…軌道面、１０４ｂ…肩部、１０４ｃ…肩部、１０６…ボール、Ｐ１１、Ｐ１２、Ｐ２１、Ｐ２２…接触点

Claims (1)

1. ボールが内輪と外輪の軌道面に４点で接触するアンギュラ玉軸受において、
   前記内輪および外輪には軌道面の両側に肩部が形成されていて、
   軸に垂直な角度を０°とすると、対向する接触点を通る２本の直線の０°に対する接触角θ１、θ２は、接触角θ１が０°、接触角θ２が３５°〜４５°であることを特徴とするアンギュラ玉軸受。

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