JP6793128B2 - ローラベアリングアセンブリ - Google Patents

Description

本発明は、概してローラベアリングアセンブリに関する。より具体的には、本発明は、テーパローラベアリングアセンブリが用いられることの多い用途に利用できるストレートローラを含むローラベアリングアセンブリに関する。

軸線方向及び径方向両方の荷重に対応できるローラベアリングアセンブリが様々な用途に必要とされる。典型的には、これらの用途に用いられるローラベアリングアセンブリは、純粋な回転を可能とするように、一対の内輪軌道と外輪軌道との間に配置された、対応するベアリングアセンブリにおける長手方向中心軸線に対してそれぞれが対応しながら傾斜するか或いは先細って頂点で交わる複数のテーパローラを含む。このことから、これらのアセンブリは一般にテーパローラベアリングアセンブリと呼ばれる。テーパローラは一方の端部が他方に対して大きく、それらの端部の間に延在して円錐台形状の外面によって形成される本体部を含む。また、テーパローラの本体部の外面は、様々な用途に応じて形成されてもよい。想定されるように、こうしたテーパローラの製造は困難で時間を要することがあるため、製造費が高くなることがある。

このことから、図９に示すようなベアリングアセンブリ１０を利用することが望ましく、ベアリングアセンブリ１０は、テーパローラに比べて割合簡単に製造され、ベアリングアセンブリの先細内側カップ１２と先細外側カップ１４との間のローラ保持具１７内に回転可能に収容される、複数のストレートローラ２０を利用する。図から分かるように、内側カップ１２及び外側カップ１４はそれぞれ内輪軌道１６と外輪軌道１８とを画成し、そのいずれも円錐台形状の表面によって画成される。また、図１０Ａを参照すると、ベアリングアセンブリ１０が「静止」位置にあるときの円錐台形状の外輪軌道１８の一部が、対応するストレートローラ２０と共に示される。ベアリングアセンブリが「静止」しているということは、その先細内側カップ１２と先細外側カップ１４との間に相対回転が生じておらず、各ストレートローラ２０の長手方向中心軸線２４がベアリングアセンブリの長手方向中心軸線２２と交差しながら、各ストレートローラ２０はローラの全長に沿って円錐台形状の内輪軌道１６及び円錐台形状の外輪軌道１８の両方と接触しうることを意味する。

しかしながら、内側カップ１２と外側カップ１４との間に相対回転が生じると、各ストレートローラ２０は、その長手方向中心軸線２４を横断し且つベアリングアセンブリの長手方向中心軸線２２と交差するようにその中間点から外方に延在する旋回軸線２６（図９）周りに回転を始める。この、旋回軸線２６周りの回転動作は、図１０Ｂ及び図９から最もよく分かるように、内側カップ１２及び外側カップ１４における径方向位置に対する、ローラの表面の接線速度によって駆動される。なお、各ストレートローラ２０の旋回軸線２６周りの回転限度は、対応するローラ保持ポケット２３の寸法によって制限される。各ストレートローラ２０の、対応する旋回軸線２６周りの回転は、その第１端面２１がその第２端面２３ほど外輪軌道１８に沿って移動しないために発生する。例えば、ストレートローラ２０が旋回軸線２６周りに回転しないようにするためには、第２端面２３は、図１０Ｂに示すように、「高速経路」１７が「低速経路」１９よりも大きな円形経路であることから、第１端面２１が低速経路１９に沿って回転するよりも速く軌道の高速経路１７に沿って回転する必要がある。勿論、これは、ストレートローラ２０は全ての部分が同時に回転するため、不可能である。「中間経路」２１は、外輪軌道１８に沿って移動する各ストレートローラ２０の中間点を表す経路である。

図１０Ｂ及び１２を参照すると、ストレートローラ２０の旋回軸線２６周りの回転によって、円錐台形状の外輪軌道１８は、ストレートローラの長手方向中心軸線２４に対して凹状の外形を有するかのように機能する。この凹状の外形は、回転するストレートローラ２０の長手方向中心軸線２４を通過する平面と、ローラの第１端面２１及び第２端面２３が外輪軌道１８と接触する点とによって画成される双曲線の円錐曲線である。図示のように、この構成はストレートローラ２０に望ましくない端部荷重を引き起こし、それによってストレートローラに望ましくない応力が生じる。こうした端部荷重はスポーリングを引き起こし、許容できない時間枠におけるベアリングの故障を引き起こす。

本発明は、従来技術の構成及び方法の考察を認識しそれに対処する。

本開示に係るローラベアリングアセンブリの一実施例は、内輪軌道を画成する先細内側カップと、外輪軌道を画成し、外輪軌道が凸状の外形を有し、凸状の外形が外輪軌道とローラベアリングアセンブリの長手方向中心軸線が存在する中央平面との交差によって画成される先細外側カップと、各々が内輪軌道及び外輪軌道と回転接触するように細内側カップと先細外側カップとの間に配置された複数のストレートローラとを備え、各ストレートローラが、第１端面、第２端面及びそれらの間に延在する円筒形状の本体部を有する。

本開示に係るローラベアリングアセンブリの他の実施例は、先細内輪軌道を画成する内側カップと、先細外輪軌道を画成し、先細外輪軌道が凸状の外形を有し、凸状の外形が先細外輪軌道とローラベアリングアセンブリの長手方向中心軸線が存在する中央平面との交差によって画成される外側カップと、内周、外周及びそれらの間に延在する円筒形状の本体部を有し、本体部が複数のローラポケットを画成するローラ保持具と、内側カップと外側カップとの間に配置された複数のストレートローラとを備え、各ストレートローラが先細内側軌道及び先細外側軌道と回転接触するように、各ストレートローラがローラ保持具の対応するローラポケット内に配置され、各ストレートローラが、第１端面、第２端面及びそれらの間に延在する円筒形状の本体部を有する。

本明細書の一部に組み込まれ且つそれを構成する添付の図面は、本発明の１つ以上の実施例を示し、説明文と共に本発明の本質を説明する。

本発明の、最良の態様を含む、当業者を対象とする完全且つ実施可能な開示が、以下のような添付の図面を参照する本明細書に記載される。

本開示の実施例に係るローラベアリングアセンブリの断面図である。 ストレートローラが静止している、図１に示すローラベアリングアセンブリの外側カップ及びストレートローラの部分上面図である。 ストレートローラが動作している、図１に示すローラベアリングアセンブリの外側カップ及びストレートローラの部分上面図である。 図１に示すローラベアリングアセンブリのローラ保持具及び対応するストレートローラの部分図である。 図２Ａに示すローラベアリングアセンブリの、４−４線に沿った部分断面図である。 図２Ｂに示すローラベアリングアセンブリの、５−５線に沿った部分断面図である。 図１に示すローラベアリングアセンブリの断面図における指定部分の拡大図である。 ストレートローラが静止している、本開示に係るローラベアリングアセンブリの第２実施例の部分断面図である。 ストレートローラが動作している、本開示に伴う図７に示すローラベアリングアセンブリの第２実施例の部分断面図である。 従来技術におけるローラベアリングアセンブリの断面図である。 ストレートローラが静止している、図９に示す従来技術におけるローラベアリングアセンブリの外側カップ及びストレートローラの部分上面図である。 ストレートローラが動作している、図９に示す従来技術におけるローラベアリングアセンブリの外側カップ及びストレートローラの部分上面図である。 図９に示す従来技術におけるローラベアリングアセンブリのローラ保持具及び対応するストレートローラの部分図である。 図１０Ｂに示す従来技術におけるローラベアリングアセンブリの、１２−１２線に沿った部分断面図である。

本明細書及び図面において参照符号を繰り返し使用することで、本開示に係る本発明の同一又は類似の特徴又は要素を表すようになっている。

ここで、その１つ以上の例示が添付の図面に示される、本発明の好適な実施例を詳細に参照する。各例示は本発明の非限定の説明によって提供される。つまり、当業者にとって、本発明においてその範囲及び趣旨から逸脱することなく修正例及び変形例を作ることができることは明らかであろう。例えば、一実施例の一部として示され或いは説明された特徴が、更なる実施例を生み出すために他の実施例に用いられてもよい。これによって、本発明は、付属の請求項及びその均等物の範囲内で、そうした修正例及び変形例を網羅するようになっている。

図面を参照すると、図１〜図６に示すように、本発明に係るローラベアリングアセンブリ１００の実施例は、先細内側カップ１１０と、先細外側カップ１３０と、それらの間に配置され、複数のローラポケット１７８を画成するローラ保持具１７０と、それぞれが、対応するローラポケット１７８内に回転可能に受容される複数のストレートローラ１５０とを含む。ローラ保持具１７０及びストレートローラ１５０が内側カップ１１０と外側カップ１３０との間に回転可能に受容されることで、各ストレートローラ１５０は、内側カップ１１０及び外側カップ１３０によってそれぞれ画成される内輪軌道１１８と外輪軌道１３８との間に回転可能に受容され、且つ内輪軌道１１８及び外輪軌道１３８と回転接触する。なお、図示のような内側カップ１１０及び外側カップ１３０がドロンカップ（シェル形カップ）の技術を用いて構成されても、代替実施例における内側カップ及び外側カップは精密接地のカップであってもよい。また、図１に示すように、中央軸孔１８２を画成する内側カラー１８０が内側カップ１１０の径方向内方に配置され、外側カラー１８４が外側カップ１３０の径方向外方に配置されることにより、ベアリングアセンブリの設置が容易になる。

図３を参照すると、図示の実施例において、ローラ保持具１７０は、環状第１端部材１７２と、環状第２端部材１７４と、それらの間に延在する複数の長尺の中央部材１７６とを含み、こうして複数のローラポケット１７８を形成する。また、図１を参照すると、第２端部材１７４が第１端部材１７２よりも大きな直径を有することから、中央部材１７６は第１端部材１７２と第２端部材１７４との間に円錐台形状に延在する。ストレートローラ１５０は、対応するローラポケット１７８内に回転可能に受容され、各ストレートローラ１５０は、第１端面１５２と、第２端面１５４と、その間に延在する円筒形状の本体部とを含む。ローラ保持具１７０のローラポケット１７８の寸法は、後に詳述されるように、内側カップ１１０と外側カップ１３０とが互いに相対回転しながら、対応するストレートローラ１５０の対応する旋回軸線１６０（図１）周りの回転限度を制限するように選択される。なお、図３に示すローラポケット１７８の寸法は、例示のみの目的で、ストレートローラ１５０がそこで回転可能な程度に拡大されている。

図６から最もよく分かるように、内側カップ１１０は、環状内側フランジ１１２と、環状外側フランジ１１４と、それらの間に延在する円錐台形状の本体部１１６とを含む。本体部１１６の円錐台形状の内面が内側カラー１８０と隣接するのに対して、本体部１１６の円錐台形状の外面がローラベアリングアセンブリ１００の内輪軌道１１８を画成する。同様に、外側カップ１３０は、環状内側フランジ１３２と、環状外側フランジ１３４と、それらの間に延在する円錐台形状の本体部１３６とを含む。そして、本体部１３６の円錐台形状の外面も外側カラー１８４と隣接する。しかしながら、外側カップの本体部１３６の内面によって画成される、ベアリングアセンブリ１００の外輪軌道１３８は、円錐台形状の表面では画成されない。むしろ、外輪軌道１３８は、ベアリングアセンブリの長手方向中心軸線１０１が存在する任意の平面である、回転しているベアリングアセンブリ１００の対称面と、外側カップ１３０の外輪軌道１３８との交差によって画成されるように、凸状の外形を画成する。こうして、図２Ａ及び図４に示すように、ストレートローラ１５０が、内側カップ１１０と外側カップ１３０との間に相対的な動作がなく且つストレートローラ１５０の長手方向中心軸線１５８がローラベアリングアセンブリ１００の長手方向中心軸線１０１と交差する「静止」位置にあるとき、ストレートローラ１５０はその全長に沿って内輪軌道１１８と接触する。しかしながら、外輪軌道１３８の凸状の外形に伴い、ストレートローラ１５０は、中間部分であるその全長の一部のみに沿って外輪軌道と接触する。

しかしながら、内側カップ１１０と外側カップ１３０との間に相対回転が生じると、各ストレートローラ１５０は、その長手方向中心軸線１５８を横断し且つベアリングアセンブリの長手方向中心軸線１０１と交差するようにその中間点から外方に延在する旋回軸線１６０（図１）周りに回転を始める。この、旋回軸線１６０周りの回転動作は図２Ｂ及び図５から最もよく分かる。なお、図３に示すように、各ストレートローラ１５０の旋回軸線１６０周りの回転限度は、対応するローラポケット１７８の寸法によって制限される。先述のように、各ストレートローラ１５０の、対応する旋回軸線１６０周りの回転は、その第１端面１５２がその第２端面１５４ほど外輪軌道１３８に沿って移動しないために発生する。例えば、ストレートローラ１５０が旋回軸線１６０周りに回転しないようにするためには、第２端面１５４は、図２Ｂに示すように、「高速経路」１４２が「低速経路」１４４よりも大きな円形経路であることから、第１端面１５２が低速経路１４４に沿って回転するよりも速く軌道の高速経路１４２に沿って回転する必要がある。これは、ストレートローラ１５０は全ての部分が同時に回転するため勿論不可能である。「中間経路」１４６は、外輪軌道１３８に沿って移動する各ストレートローラ１５０の中間点を表す経路である。

図２Ｂ及び図５を参照すると、先述した図９〜図１２に示す従来技術のベアリングアセンブリ１０とは異なり、凸状の外輪軌道１３０は、各ストレートローラ１５０が旋回軸線１６０周りに回転することによって、ストレートローラの長方向中心軸線１５８に対して真っ直ぐな外形を有するかのように機能する。具体的には、開示のローラベアリングアセンブリ１００の各ストレートローラ１５０の中間部分が、旋回軸線１６０周りに回転しながら外輪軌道１３８との接触を維持するのに対して、従来技術のベアリングアセンブリの各ストレートローラ２０の中間部分は外輪軌道１８との接触を失うため、ローラへの端部荷重を引き起こす。こうして、開示のストレートローラ１５０の回転によって、その端部が外輪軌道１３８と接触することで、各ストレートローラ１５０のより多くの部分が、ストレートローラが図２Ａ及び図４に示す静止位置にあるときよりも外輪軌道１３８と接触する。従って、開示のベアリングアセンブリ１００の凸状の外輪軌道１３８によってストレートローラの端部荷重が軽減されることで、スポーリングが減少する。

本発明の１つ以上の好適な実施例が先に説明されたが、当業者は、本発明においてその範囲及び趣旨から逸脱することなく様々な修正及び変形を行えることが理解されるであろう。本発明は、付属の請求項及びその均等物の範囲内及び趣旨内で、そうした修正例及び変形例を網羅するようになっている。

Claims (7)

1. ローラベアリングアセンブリであって、
   内輪軌道を画成している先細内側カップと、
   外輪軌道を画成している先細外側カップであって、前記外輪軌道が円錐台形状の凸状の外形を有し、前記ローラベアリングアセンブリの長手方向中心軸線が前記円錐台形状の回転軸線によって画成され、前記凸状の外形が前記外輪軌道と前記ローラベアリングアセンブリの前記長手方向中心軸線が存在する中央平面との交差によって画成されている、先細外側カップと、
   複数のストレートローラであって、各ストレートローラが前記内輪軌道及び前記外輪軌道と回転接触するように、前記先細内側カップと前記先細外側カップとの間に配置された複数のストレートローラであって、各ストレートローラが、第１端面、第２端面、及びそれらの間に延在する円筒形状の本体部を有する、複数のストレートローラと、
   複数の対称なローラポケットを画成しているローラ保持具であって、各ローラポケットが、対応するストレートローラを受容し、各ローラポケットが、前記ローラベアリングアセンブリの前記長手方向中心軸線と交差するとともに前記対応するストレートローラの長手方向中心軸線の中間点と交差する旋回軸線の周りを各ストレートローラが、前記先細外側カップの前記先細内側カップに対する相対回転時の前記外輪軌道における速度差に起因して限定的に回転可能となるように、各対応するストレートローラの最大幅よりも大きな最大幅を有し、前記旋回軸線が、前記対応するストレートローラの前記長手方向中心軸線を横断している、ローラ保持具と
   を備えるローラベアリングアセンブリ。
2. 前記内輪軌道が円錐台形状の表面によって画成されている、請求項１に記載のローラベアリングアセンブリ。
3. 前記内輪軌道が凹状の外形を有し、前記凹状の外形が前記中央平面と前記内輪軌道との交差によって画成されている、請求項１に記載のローラベアリングアセンブリ。
4. ローラベアリングアセンブリであって、
   先細内輪軌道を画成している内側カップと、
   先細外輪軌道を画成している外側カップであって、前記先細外輪軌道が円錐台形状の凸状の外形を有し、前記ローラベアリングアセンブリの長手方向中心軸線が前記円錐台形状の回転軸線によって画成され、前記凸状の外形が前記先細外輪軌道と前記ローラベアリングアセンブリの前記長手方向中心軸線が存在する中央平面との交差によって画成されている、外側カップと、
   内周、外周及びそれらの間に延在する円錐台形状の本体部を有するローラ保持具であって、前記本体部が複数の対称なローラポケットを画成している、ローラ保持具と、
   前記内側カップと前記外側カップとの間に配置された複数のストレートローラと
   を備え、
   各ストレートローラが前記先細内輪軌道及び前記先細外輪軌道と回転接触するように、各ストレートローラが、前記ローラ保持具の対応するローラポケット内に配置され、各ストレートローラが、第１端面、第２端面、及びそれらの間に延在する円筒形状の本体部を有し、
   各ローラポケットが、前記ローラベアリングアセンブリの前記長手方向中心軸線と交差するとともに対応するストレートローラの長手方向中心軸線の中間点と交差する旋回軸線の周りを各ストレートローラが、前記外側カップの前記内側カップに対する相対回転時の前記先細外輪軌道における速度差に起因して限定的に回転可能となるように、各対応するストレートローラの最大幅よりも大きな最大幅を有し、前記旋回軸線が、前記対応するストレートローラの前記長手方向中心軸線を横断している、ローラベアリングアセンブリ。
5. 前記内輪軌道が円錐台形状の表面によって画成されている、請求項４に記載のローラベアリングアセンブリ。
6. 前記内輪軌道が凹状の外形を有し、前記凹状の外形が前記中央平面と前記内輪軌道との交差によって画成されている、請求項４に記載のローラベアリングアセンブリ。
7. 前記内側カップ及び前記外側カップが、ドローンカップを更に含む、請求項４に記載のローラベアリングアセンブリ。