JP7833484B2 - 定格容量可変型転がり軸受及び定格容量可変型転がり軸受用の転動体 - Google Patents

Description

本発明は、荷重可変型転がり軸受及び荷重可変型転がり軸受用の転動体に関し、より詳細には、軸受に加えられる外力により軸受の定格容量が可変となる荷重可変型転がり軸受及び荷重可変型転がり軸受用の転動体に関する。

玉軸受とは、軸受の駆動のために内輪と外輪との間に玉（ボール）を転動体として用いる軸受のことをいい、通常の玉軸受には、転動体である玉同士の円周方向の間隔を保持するリテーナー（別名：ケージ）が装着されることになる。

図１は、従来の技術の玉軸受１の一部分を切開した斜視図である。図１を参照すると、従来の玉軸受１は、転動体である玉３０と接触して駆動されるように内周側に外輪軌道１１が形成されたリング状の外輪１０と、玉３０と接触して駆動されるように外周側に内輪軌道２１が形成されたリング状の内輪２０と、前記外輪１０と内輪２０との間に位置して外輪軌道１１と内輪軌道２１のとの間において転動される複数の玉３０と、前記玉３０同士の円周方向の間隔を保持するように外輪１０と内輪２０との間に配設されるリテーナー４０と、からなる。

外部から作用する荷重に対する玉軸受などのような転がり軸受の支持能である定格容量（静定格荷重、動定格荷重）は、転動体の数、転動体の大きさ（玉の直径、ころ軸受である場合にはころの直径）などに応じて異なってくる。

図１に示す形状を呈する玉軸受は、転動体である玉が球状であって、大韓民国特許公開第１０－２００９－００４１１０３号公報に公知となっている円すいころ軸受（テーパーローラーベアリング）のようなころ軸受に比べて、転動体の接触面積が小さいため、接触抵抗が小さいことから、回転トルクが低いという長所があるものの、軸受に作用する荷重に対する支持能はころ軸受に比べて小さい。

したがって、従来の自動車用変速機などには、大韓民国特許公開第１０－２００９－００４１１０３号公報に公知となっている円すいころ軸受が用いられていたが、最近、自動車に対して高い燃費が求められ、地球温暖化などの環境イシューが取り上げられることに伴い、回転トルクの低い玉軸受が採択されている。変速機のように軸受に加えられる荷重が可変となる場合、大きな荷重に合わせて軸受が設計されなければならないため、作動に比べて余計に大きなサイズの軸受が設置されるという問題があった。

例えば、変速機は、低段（例えば、１段～３段）において軸受に作用する荷重が大きく、高段（５段以上）において軸受に作用する荷重が非常に小さいという特徴があり、運用比率からみると、低段において１０％未満であり、主として高段において９０％以上運用される。

変速機に設置される軸受は運用率が１０％未満であるが、荷重の大きな低段に合わせて設計されなければならないため、９０％以上運用される高段において余計に定格容量の大きな軸受が用いられている。また、高段において用いられるには、軸受の重さや回転トルクも大きいという問題があった。

韓国公開特許第１０－２００９－００４１１０３号公報

本発明は、上記のような従来の技術が抱えている問題を解決するために案出されたものであって、可変荷重の環境下で外力に応じて軸受の定格容量が可変となる荷重可変型転がり軸受及び荷重可変型転がり軸受用の転動体を提供することを目的とする。

上記のような目的のために本発明は、内周面に凹状に外輪軌道が形成されたリング状の外輪と、外周面に凹状に内輪軌道が形成されたリング状の内輪と、前記外輪軌道と内輪軌道との間に円周方向に沿って並べられた複数の転動体と、を備え、前記転動体は、円筒状の転動体可変接触部と、転動体可変接触部の両側に配備され、凸状の球面に形成された転動体球面部と、を備え、前記外輪軌道は、断面が凹んだ円弧状に形成された外輪軌道球面接触部と、前記外輪軌道球面接触部の軸方向に隣り合って位置する円筒状の外輪軌道可変接触部と、を備え、前記内輪軌道は、断面が凹んだ円弧状に形成された内輪軌道球面接触部と、前記内輪軌道球面接触部の軸方向に隣り合って位置する円筒状の内輪軌道可変接触部と、を備え、前記転動体球面部は、外輪軌道球面接触部と内輪軌道球面接触部との間に位置し、転動体可変接触部は、外輪軌道可変接触部と内輪軌道可変接触部との間に位置することを特徴とする。

上記において、外輪軌道球面接触部は、軸方向に離間して２つ配備され、前記内輪軌道球面接触部は、軸方向に離間して２つ配備され、前記外輪軌道可変接触部は、外輪軌道球面接触部との間に位置し、前記内輪軌道可変接触部は、内輪軌道球面接触部との間に位置して、前記外輪軌道可変接触部の半径方向の内側に離間し、前記外輪軌道球面接触部と内輪軌道球面接触部は、対角線方向に互いに向かい合うことを特徴とする。

上記において、軸受が組み立てられるとき、前記転動体可変接触部が両側の外輪軌道可変接触部と内輪軌道可変接触部に接触する前に、前記転動体球面部が両側の外輪軌道球面接触部と内輪軌道球面接触部に接触することを特徴とする。

上記において、軸受が組み立てられれば、前記転動体球面部は、両側の外輪軌道球面接触部と内輪軌道球面接触部に接触し、前記転動体可変接触部は、両側の外輪軌道可変接触部及び内輪軌道可変接触部と離間していることを特徴とする。

上記において、外輪軌道可変接触部と内輪軌道可変接触部は、軸方向に中心部が突出したクラウニング状に形成されたことを特徴とする。

上記において、転動体可変接触部は、その長手方向の中心部が突出したクラウニング状に形成されたことを特徴とする。

上記において、外輪軌道球面接触部と外輪軌道可変接触部との間には、凹状を呈し、かつ、円周方向に沿って延びた外輪アンダーカット部が形成され、前記内輪軌道球面接触部と内輪軌道可変接触部との間には、凹状を呈し、かつ、円周方向に沿って延びた内輪アンダーカット部が形成されたことを特徴とする。

上記において、外輪軌道球面接触部と外輪軌道可変接触部との間には、凹状を呈し、かつ、円周方向に沿って延びた外輪アンダーカット部が形成され、前記内輪軌道球面接触部と内輪軌道可変接触部との間には、凹状を呈し、かつ、円周方向に沿って延びた内輪アンダーカット部が形成されたことを特徴とする。

従来の技術による玉軸受を示す一部切開斜視図である。 本発明に係る荷重可変型転がり軸受の半断面図である。 図２の“Ａ”部を拡大して示すものである。 図２の“Ｂ”部を拡大して示すものである。 本発明に係る荷重可変型転がり軸受に配備される転動体を示す断面図である。

以下では、添付図面に基づいて、本発明に係る荷重可変型転がり軸受及び荷重可変型転がり軸受用の転動体について詳しく説明する。

図２は、本発明に係る荷重可変型転がり軸受の半断面図であり、図３は、図２の“Ａ”部を拡大して示すものであり、図４は、図２の“Ｂ”部を拡大して示すものであり、図５は、本発明に係る荷重可変型転がり軸受に配備される転動体を示す断面図である。

以下の説明において、図２の横方向を軸方向として説明する。図２の縦方向が半径方向である。

図２に示すように、本発明に係る荷重可変型転がり軸受１００は、内周面に凹状に外輪軌道１１１が形成されたリング状の外輪１１０と、外周面に凹状に内輪軌道１２１が形成されたリング状の内輪１２０と、前記外輪軌道１１１と内輪軌道１２１との間に円周方向に沿って並べられた複数の転動体１３０と、を備える。図面符号１４０は、転動体１３０の円周方向の間隔を保持するケージを示すものである。本発明に係る荷重可変型転がり軸受１００は、ケージ１４０をさらに備えていてもよい。前記ケージ１４０は、リング状を呈し、かつ、円周方向に沿って離間して転動体１３０が収容される複数のポケットが形成される。図２には示されていないが、内輪１２０と外輪１１０との間に、かつ、軸方向の両側に形成された開口部には、シール（密封）のためのシール（Ｓｅａｌ）（図示せず）が備えられていてもよい。

前記転動体１３０は、円筒状の転動体可変接触部１３３と、転動体可変接触部１３３の長手方向（図５の横方向）の両側に配備され、凸状の球面に形成された転動体球面部１３１と、を備える。

図５に示すように、前記転動体１３０は、球体から一部が切り欠かれた円筒状に形成される。転動体可変接触部１３３の直径Ｈは、球面である転動体球面部１３１の曲げ率半径に２を乗算した値（２×Ｒ）の８０％～９５％の範囲に形成されてもよい。前記転動体１３０に転動体可変接触部１３３が形成されることにより、球体である転動体に比べて、必要に応じて、さらに多くの数（例えば、１つまたは２つ）の転動体１３０が軸受に組み付けられることが可能になる。

前記転動体可変接触部１３３は、円筒状に形成され、外向きに突出したクラウニング（Ｃｒｏｗｎｉｎｇ）状に形成されてもよい。クラウニング（Ｃｒｏｗｎｉｎｇ）の具体的な形状は、従来の公知の技術であるため、これについての説明は省略する。

前記転動体球面部１３１は、転動体可変接触部１３３につながる部分から直径が縮径する形状に球面をなして配備される。

前記転動体１３０は、真球度が３μｍ以下である球体に製造し、球体の両側をチャッキング（Ｃｈｕｃｋｉｎｇ）し、回転させながら、中間部分を研削して円筒状の転動体可変接触部１３３を形成してもよいし、あるいは、ラバー砥石（回転駆動用）と研削砥石（研削加工用）との間に球体を通させて円筒状の転動体可変接触部１３３を形成してもよい。

前記円筒状の転動体可変接触部１３３は、球体の一部が切り欠かれた円筒状に形成されて両側の転動体球面部１３１の曲げ率の中心は互いに一致する。

前記外輪軌道１１１は、外輪軌道球面接触部１１１－１と、外輪軌道可変接触部１１１－３と、を備える。前記外輪軌道球面接触部１１１－１は、円周方向に沿って延び、断面は、図２に示すように、凹状の円弧状に形成される。

前記外輪軌道可変接触部１１１－３は、外輪軌道球面接触部１１１－１と軸方向に隣り合って外輪軌道１１１の凹状の底面を形成する。前記外輪軌道球面接触部１１１－１は、軸方向に離間して２つ配備され、前記外輪軌道可変接触部１１１－３は、外輪軌道球面接触部１１１－１の間に位置して外輪軌道１１１の底面を形成する。

前記外輪軌道可変接触部１１１－３は、円筒状に形成される。前記外輪軌道可変接触部１１１－３は、凸状のクラウニング状に形成されてもよい。前記外輪軌道可変接触部１１１－３がクラウニング状に形成されることにより、軸受に外力が作用して外輪軌道可変接触部１１１－３と転動体可変接触部１３３に接触するときに中心部から接触して接触応力の集中が防がれることが可能になる。

前記外輪軌道球面接触部１１１－１の図２に示す断面円弧の曲げ率半径は、転動体球面部１３１の曲げ率半径Ｒよりも大きくなるように形成される。前記外輪軌道球面接触部１１１－１の曲げ率半径は、転動体球面部１３１の曲げ率半径の１０２～２００％の範囲に形成される。

軸受が軸とハウジング（図示せず）に組み立てられれば（軸受が組み立てられて内輪または外輪が軸またはハウジングに締まり嵌合すれば）、図２に示すように、前記外輪軌道球面接触部１１１－１の円弧の中間個所において転動体球面部１３１が外輪軌道球面接触部１１１－１に接触する（図２の図面符号Ｐ１）。外輪軌道可変接触部１１１－３を挟んで、軸方向の両側において外輪軌道球面接触部１１１－１と転動体球面部１３１とが接触する。

軸方向の両側において外輪軌道球面接触部１１１－１及び転動体球面部１３１が接し、外輪軌道球面接触部１１１－１の間に位置する外輪軌道可変接触部１１１－３は、転動体可変接触部１３３とは微小な間隔Ｄｏ（例えば、１００μｍ）だけ離間する。

外輪軌道球面接触部１１１－１の曲げ率半径が転動体球面部１３１の曲げ率半径よりも大きいため、外輪軌道球面接触部１１１－１と転動体球面部１３１のとの間隔は、両側において大きくなる

前記外輪軌道球面接触部１１１－１と外輪軌道可変接触部１１１－３との間には、凹状を呈し、かつ、円周方向に沿って延びた外輪アンダーカット部１１１－５が形成される。前記外輪アンダーカット部１１１－５が形成されることにより、転動体１３０との干渉が防がれ、外輪軌道球面接触部１１１－１と外輪軌道可変接触部１１１－３のスーパーフィニッシュ(超仕上げ)（Ｓｕｐｅｒ Ｆｉｎｉｓｈｉｎｇ）加工が円滑に行われる。

図３における図面符号Ｇｏは、外輪軌道球面接触部１１１－１と転動体球面部１３１との間隔を示すものである。軸受が組み立てられれば、外輪軌道球面接触部１１１－１と転動体球面部１３１は、軸方向に外輪軌道球面接触部１１１－１の円弧の中間個所Ｐ１において接し、中間個所から遠ざかることにつれて、離間した間隔Ｇｏが次第に増加する。

前記内輪軌道１２１は、内輪軌道球面接触部１２１－１と、内輪軌道可変接触部１２１－３と、を備える。前記内輪軌道球面接触部１２１－１は、円周方向に沿って延び、断面は、図２に示すように、凹状の円弧状に形成される。

前記内輪軌道可変接触部１２１－３は、内輪軌道球面接触部１２１－１に軸方向に隣り合って内輪軌道１２１の凹状の底面を形成する。前記内輪軌道球面接触部１２１－１は、軸方向に離間して２つ配備され、前記内輪軌道可変接触部１２１－３は、内輪軌道球面接触部１２１－１の間に位置して内輪軌道１２１の底面を形成する。

前記内輪軌道可変接触部１２１－３は、外輪軌道可変接触部１１１－３と向かい合い、外輪軌道可変接触部１１１－３から半径方向の内向きに離間する。

前記内輪軌道球面接触部１２１－１は、外輪軌道球面接触部１１１－１と対角線の方向に互いに向かい合う。

前記内輪軌道可変接触部１２１－３は、円筒状に形成される。前記内輪軌道可変接触部１２１－３の断面は、軸方向の中心部が凸状のクラウニング状に形成されてもよい。前記内輪軌道可変接触部１２１－３がクラウニング状に形成されることにより、内輪軌道可変接触部１２１－３と転動体可変接触部１３３に接触するときに中心部から接触して接触応力の集中が防がれることが可能になる。

前記内輪軌道球面接触部１２１－１の図２に示す断面円弧の曲げ率半径は、転動体球面部１３１の曲げ率半径よりも大きくなるように形成される。前記内輪軌道球面接触部１２１－１の曲げ率半径は、転動体球面部１３１の曲げ率半径の１０２～２００％の範囲に形成される。軸受が組み立てられれば、図２に示すように、前記内輪軌道球面接触部１２１－１の円弧の中間個所において転動体球面部１３１が内輪軌道球面接触部１２１－１に接触する（図２の図面符号Ｐ２）。内輪軌道可変接触部１２１－３を挟んで、軸方向の両側において内輪軌道球面接触部１２１－１と転動体球面部１３１とが接触する。

軸方向の両側において内輪軌道球面接触部１２１－１と転動体球面部１３１とが接し、内輪軌道球面接触部１２１－１の間に位置する内輪軌道可変接触部１２１－３は、前記転動体可変接触部１３３と微小な間隔Ｄｉ（例えば、１００μｍ）だけ離間する。内輪軌道球面接触部１２１－１と転動体球面部１３１との間隔は、両側において大きくなるように形成される。

前記内輪軌道球面接触部１２１－１と内輪軌道可変接触部１２１－３との間には、凹状を呈し、かつ、円周方向に沿って延びた内輪アンダーカット部１２１－５が形成される。前記内輪アンダーカット部１２１－５が形成されることにより、転動体１３０との干渉が防がれ、内輪軌道球面接触部１２１－１と内輪軌道可変接触部１２１－３のスーパーフィニッシュ(超仕上げ)（Ｓｕｐｅｒ Ｆｉｎｉｓｈｉｎｇ）加工が円滑に行われる。

図４における図面符号Ｇｉは、内輪軌道球面接触部１２１－１と転動体球面部１３１との間隔を示すものである。軸受が組み立てられれば、内輪軌道球面接触部１２１－１と転動体球面部１３１とは内輪軌道球面接触部１２１－１円弧の中間個所Ｐ２において接し、中心地点から遠ざかるにつれて離間した間隔Ｇｉが次第に増加する。

前記外輪軌道球面接触部１１１－１は、軸方向に離間して２つ配備され、前記内輪軌道球面接触部１２１－１は、軸方向に離間して２つ配備される。前記外輪軌道可変接触部１１１－３は、外輪軌道球面接触部１１１－１の間に位置し、前記内輪軌道可変接触部１２１－３は、内輪軌道球面接触部１２１－１の間に位置して、前記外輪軌道可変接触部１１１－３の半径方向の内側に離間して、前記外輪軌道球面接触部１１１－１と内輪軌道球面接触部１２１－１とは対角線の方向に互いに向かい合う。

作動に際して軸受に荷重が作用すると、例えば、内輪１２０に嵌入した軸（図示せず）に半径方向の荷重が作用すると、一部の転動体１３０が外輪１１０に押し付けられて内輪軌道可変接触部１２１－３と転動体可変接触部１３３との間隔Ｄｉと、外輪軌道可変接触部１１１－３と転動体可変接触部１３３との間隔Ｄｏが減少し、荷重の増加につれて内輪軌道可変接触部１２１－３と転動体可変接触部１３３とが接し、外輪軌道可変接触部１１１－３と転動体可変接触部１３３とが接することになる。

軸受に大きな荷重が作用するとき、軸受の内輪１２０は、内輪軌道球面接触部１２１－１と転動体球面部１３１とが接し、これに加えて、内輪軌道可変接触部１２１－３と転動体可変接触部１３３とが接しながら駆動され、外輪１１０は、外輪軌道球面接触部１１１－１と転動体球面部１３１とが接し、これに加えて、外輪軌道可変接触部１１１－３と転動体可変接触部１３３とが接しながら作動することになり、その結果、定格荷重が大きくなるという効果が奏される。

例えば、変速機において、軸受に大きな荷重が作用しない高段において、内輪１２０は、内輪軌道可変接触部１２１－３が転動体可変接触部１３３と接触せず、かつ、内輪軌道球面接触部１２１－１と転動体球面部１３１とが接触した状態で、そして、外輪１１０は、外輪軌道可変接触部１１１－３が転動体可変接触部１３３と接触せず、かつ、外輪軌道球面接触部１１１－１と転動体球面部１３１とが接触した状態で回転して、４点接触状態Ｐ１、Ｐ２に回転する。

軸受に大きな荷重が作用する低段において、内輪１２０は、内輪軌道可変接触部１２１－３が転動体可変接触部１３３に接し、内輪軌道球面接触部１２１－１もまた転動体球面部１３１が接触した状態で、そして、外輪１１０は、外輪軌道可変接触部１１１－３が転動体可変接触部１３３に接し、外輪軌道球面接触部１１１－１もまた転動体球面部１３１が接触した状態で回転する。したがって、変速機の低段運転のように大きな荷重が作用する場合、荷重支持能が増大され、高段運転のように荷重が小さな状態では、４点接触回転するため、半径方向の内外側の転動体可変接触部１３３と接触して回転する場合に比べて回転トルクは減少して、余計なトルクの増加や大きな軸受の使用に伴う効率（燃費など）の減少が防がれることが可能になる。可変荷重の環境下で、高荷重に対して定格容量が大きくなるので、軸受の大きさ（転動体の大きさなど）を大きくしないつつも、大きな荷重を支持することができる。

前記内輪軌道球面接触部１２１－１と転動体球面部１３１との間の隙間Ｄｉや、外輪軌道可変接触部１１１－３と転動体可変接触部１３３との間隔Ｄｏは、軸受に作用する可変となる荷重の大きさに応じて設定されて製造される。

本発明の説明のための図２には、単列が示されているが、本発明はこれに何ら限定されるものではなく、本発明には、２列以上の複列も含まれる。

本発明は、初期のトルクは大きくなく、負荷容量を増加させることができる。

Claims (4)

1. 内周面に凹状に外輪軌道（１１１）が形成されたリング状の外輪（１１０）と、
   外周面に凹状に内輪軌道（１２１）が形成されたリング状の内輪（１２０）と、
   前記外輪軌道（１１１）と内輪軌道（１２１）との間に円周方向に沿って並べられた複数の転動体（１３０）と、
   を備え、
   前記転動体（１３０）は、
   円筒状の転動体可変接触部（１３３）と、
   転動体可変接触部（１３３）の両側に配備され、凸状の球面に形成された転動体球面部（１３１）と、
   を備え、
   前記外輪軌道（１１１）は、断面が凹んだ円弧状に形成された外輪軌道球面接触部（１１１－１）と、前記外輪軌道球面接触部（１１１－１）の軸方向に隣り合って位置する円筒状の外輪軌道可変接触部（１１１－３）と、を備え、
   前記内輪軌道（１２１）は、断面が凹んだ円弧状に形成された内輪軌道球面接触部（１２１－１）と、前記内輪軌道球面接触部（１２１－１）の軸方向に隣り合って位置する円筒状の内輪軌道可変接触部（１２１－３）と、を備え、
   前記外輪軌道球面接触部（１１１－１）の曲率半径は転動体球面部（１３１）の曲率半径（Ｒ）より大きく形成され、前記内輪軌道球面接触部（１２１－１）の曲率半径は転動体球面部（１３１）の曲率半径より大きく形成され；
   前記外輪軌道可変接触部（１１１－３）は外輪軌道球面接触部（１１１－１）の間に位置し、前記内輪軌道可変接触部（１２１－３）は内輪軌道球面接触部（１２１－１）の間に位置し、前記外輪軌道可変接触部（１１１－３）の半径方向内側に離間され；
   前記転動体球面部（１３１）は、外輪軌道球面接触部（１１１－１）と内輪軌道球面接触部（１２１－１）との間に位置し、前記外輪軌道球面接触部（１１１－１）と内輪軌道球面接触部（１２１－１）は対角線方向に互いに向かい合い；
   軸受が組み立てられると、前記転動体球面部（１３１）は両側の外輪軌道球面接触部（１１１－１）と内輪軌道球面接触部（１２１－１）に接触し、前記転動体可変接触部（１３３）は両側の外輪軌道可変接触部（１１１－３）および内輪軌道可変接触部（１２１－３）と離間され；
   軸受に大きな荷重が作用すると、内輪（１２０）は内輪軌道可変接触部（１２１－３）が転動体可変接触部（１３３）に接し、内輪軌道球面接触部（１２１－１）も転動体球面部（１３１）が接触した状態で、そして外輪（１１０）は外輪軌道可変接触部（１１１－３）が転動体可変接触部（１３３）に接し、外輪軌道球面接触部（１１１－１）も転動体球面部（１３１）が接触した状態で回転して定格容量が大きくなることを特徴とする、定格容量可変型転がり軸受（１００）。
2. 前記外輪軌道球面接触部（１１１－１）は、軸方向に離間して２つ配備され、前記内輪軌道球面接触部（１２１－１）は、軸方向に離間して２つ配備されることを特徴とする、請求項１に記載の定格容量可変型転がり軸受（１００）。
3. 前記外輪軌道可変接触部（１１１－３）と内輪軌道可変接触部（１２１－３）は、軸方向に中心部が突出したクラウニング状に形成されたことを特徴とする、請求項１または２に記載の定格容量可変型転がり軸受（１００）。
4. 前記転動体可変接触部（１３３）は、その長手方向の中心部が突出したクラウニング状に形成されたことを特徴とする、請求項１または２に記載の定格容量可変型転がり軸受（１００）。