JPS5834686B2 - スキユ−制御性を有する球面ころ軸受 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、ころ軸受、特に、ころのスキューの制御を行
う構造に関する。

ころのスキューを制御する観念は、それ自体新しいもの
ではない。

この観念及び理論とは、本特許出願人の米国特許第３９
９０７５３号に詳細に説明され、こへに参考として記述
する（この特許は、ケルストロームの特許とこＳでは称
する）。

ケルストロームの特許では１球面ころ軸受でのころのス
キューの原因は、軌道との接触点に生じる残留旋回運動
に基づくものとして示される。

正として定義づけられる方向へ小さな値でころをスキュ
ーさせると、軸受の摩擦、発熱、最終的には疲労寿命に
対して有益な効果があることが示されている。

ケルストロームは、正のスキューを得るために、旋回運
動を制御する種々な技法を開示した。

これ等の技法では、軌道を変更するものである。

例えば、一つの技法は、表面粗さの制御で摩擦係数の調
節をする。

他の技法では、軌道の適合性を変更するし、また第三の
スキュー制御技法としては、一つまたは両者の軌道に逃
げ領域を設けるものである。

これ等の技法の総てゾは、ころ輪郭は、通常のものであ
った。

ケルストロームの技法は。総て、実施可能であり、所望
の正のスキュー制御を達成するのに効果的であることが
判明したが、下記に説明するように、荷重、速度、潤滑
条件等の広い範囲にわたりあらゆる軸受の荷重を受ける
ころに対し、所望の僅かに正のスキュー姿勢を保証する
べく、製造の際に、これ等の技法の総てを充分正確に制
御することは、実際上困難であった。

本発明は、所定の態様でこる輪郭を選択的に変更すると
共に、内、外軌道は一定の曲率半径で良いようにし、た
だ、夫々には一定ではあっても、ころの輪郭を形成する
曲率半径に対しては互いには異なる条件を付すことによ
り、ころを所望の通りに正にスキューさせようとするも
のである。

ケルストロームの軌道の輪郭形成ないし凹所形成の技法
では、ころと軌道との間の幾何学的関係が、荷重下の軸
受の作用中に変化すれば、圧力分布が変化し、所望の小
さい正のスキューを作るように理論的に構成された静的
条件では、実際上ころの大きな正のスキューまたは負の
スキューすら生じ得ることが判明した。

これ等は、明らかに望ましくない。

相対的な形状寸法の変化は１例えば、作用条件に対して
適合し従って力の関係を変更するように相互に内、外輪
が移動する複列自動調心球面ころ軸受で生じ得る。

更に、現在軸受材料の選択に当って比較的制限があるの
で、軌道の摩擦係数を選択的に変更するケルストローム
の技法は制約をうける。

その上、表面粗さによって摩擦係数を制御するのは、製
造上困難な技術である。

更に、表面粗さは、摩耗のために軸受の寿命中に変化し
、これは、勿論、スキュー制御を変更してしまう。

また、摩擦は、弾性流体力学な膜の程度で著しく影響を
受け、これにより、スキュー制御の手段としての表面粗
さの有効性に影響を及ぼす。

本発明によると、こる輪郭は、中央部分と両端部分とで
異なる曲率半径によって形成されるものの、自動調心軸
受での相互間の軌道調節運動中でも、ころと軌道との間
の形状寸法関係は、一定に維持される。

また、本発明の原理は、軸受が変化する荷重条件を受け
る際に生じる形状寸法の変化と、常態の内部間隙とを吸
収するように軸受での調節を補償する。

要するに、本発明は、ころと軌道との間の形状寸法の関
係が、不整合または荷重下のいづれでも、同７に維持さ
れるスキュー制御技法を提供する。

従って、小さい正のスキューを与える所望のモーメント
関係は、殆んど不変に維持される。

本発明の特別な輪郭のころの根本の原理は、二つの軌道
の接触点での圧力場を、軌道輪郭には変更を及ぼさずに
一定曲率半径の弧状のままにしていても、ころのスキュ
ー制御に適合するように形成できるということであり、
従って、接触点の形状寸法が軸受の軸方向不整合で影響
されないという要件を満足させ得る。

これは１通常の球面ころ軸受での圧力分布と、力の解析
を下記に説明する所から明らかになろう。

弧状輪郭のころが、小さい曲率（大きい曲率半径）の弧
状輪郭の軌道に対して負荷されるとき。

接触点での法線方向の圧力分布は楕円形となり。

最高圧力は、曲率の中心線上に生じ、また、圧力分布は
、この直線を中心に対称的である（第１図参照）。

実際的な球面ころ軸受（対称的な輪郭のころを有するも
の）の代表的なりラスでは、設計上の考慮は、最初の接
触点での輪郭の接線が、軸受の頂点（円錐転勤点）を通
ることのないようにする。

即ち、接触点が荷重下にあって、表面の弾性歪みにより
、有限の幅の「転勤路」を形成した時に、変形した接触
輪郭が二点Ｈ１，Ｈ２でのみ頂点からの直線に交差可能
となるようにする（第２図参照）。

軸受が運動状態にあるとき、これ等の二点は、一つの表
面が他の表面上を真実に転動する接触「転勤路」の領域
を示す。

この直線より上の総てのその他の接触領域は、一つの方
向へ滑り、この直線より下の領域は、反対方向へ滑る（
第３図参照）。

滑りは、必然的に、滑りの方向での表面に摩擦力を生じ
る（第４図参照）。

頂点線と、その交差点Ｈ１，Ｈ２との実際の位置は、接
線摩擦合力が零になる如く定められねばならない（ここ
では、この平衡状態を僅かに変更することある保持器摩
擦とが潤滑剤による等価的な圧搾フィルム摩擦損失等の
二次的な考慮は無視する）。

第４図では、図式的に、面積Ａ、Ｃの和は、面積Ｂに等
しくなければならない。

便宜上、第４図の滑り摩擦力の大きさは、クーロンの摩
擦条件の下にあるものとして、法線接触力に比例して示
される。

その他の摩擦／法線力の関係も、全体の論題を無効にす
ることなく仮定可能である。

摩擦力は、並進平衡状態にあるが、Ｈｌ、Ｈ２が非対称
であるため、接触中心Ｏのまわりのモーメント平衡は欠
如する。

このＯのまわりの合成摩擦スピンモーメントの大きさは
、第５図に示すように、釣合う面積を差引くことで図式
的に評価可能であり、図示の場合では、正味の時計方向
モーメントが生じている。

場合によっては反対方向への正味スピンモーメントとな
ることもあり、ともかく、ころの実際の挙動は、二つの
軌道の接触点に生じるスピンモーメント間の差に対する
応答である。

上述の説明は、ころの軸心が軌道の軸心と同一平面にあ
るとしての話である。

ここで、不等の摩擦モーメントが生じると、ころの応答
は、優勢な接触摩擦モーメントの方向ヘスキューする。

従って、別の滑り速度は、頂点直線の方向へ各接触点で
拡がる。

そして、これ等の附加的な滑り速度は。滑り摩擦の方向
を変更し、ころの主な曲率を平面方向に変化させること
になり、接触点での圧力分布、従って、第４図に示す力
の大きさを変更し、従って、各接触点での正味摩擦モー
メントを変更する。

摩擦モーメントが等しくかつ反対方向である平衡スキュ
ー角度が存在するか否かは、二つのころの接触点での形
状寸法、荷重、潤滑等の条件に依存する。

この型式の通常の軸受は、負のスキュー角度でこる平衡
を有するか、または保持器の空所で制限されるころのス
キュー姿勢により負の方向において不安定であるかのい
ずれかであることが解析で示された。

他のクラスの自動調心ころ軸受は、非対称輪郭のころを
使用し、中心線が称呼接触点で頂点直線に対してまさに
接線になる様に構成され、従って、第４図に示すクーロ
ンの滑り摩擦力は、並進的であると共にモーメントが釣
合い、従って、該接触点にスキューモーメントが生じな
い。

しかしながら、該軸受の形状寸法は、ころの二つの接触
点の法線力が同一直線上にあるのを阻止し、従って、こ
ろの平衡を得るには第三の接触力が必要である。

この反力は、第６図に示すように、少くとも一方の軌道
または双方の軌道に取付けられるフランジで与えられる
。

いづれの形態でも、このフランジの接触点は、不可避的
に滑り速度成分を有し、この成分は、こる端部で接線方
向摩擦力を生じ、この摩擦力は、次第に負の方向へのこ
ろのスキュー運動を与える。

この負のスキュー力が、平衡する負のころ姿勢を形成し
得るか否かは、軌道接触点に依存するだけではなく、こ
る端部と、係合するフランジとの形状にも依存する。

上述の非対称接触点での合成スピンモーメントの欠如は
、仮定された単純なり−ロンの摩擦条件でのみ正しい。

一層実際的な摩擦力の関係を求めるには、速度の関数と
なる粘度の項を必要とし、これ等の摩擦関係を考慮する
と、解析は、第４図に示す型式の非対称の場において再
度展開され、スキュー運動が生じることを示す。

従って、軸受の非対称のころのクラスでも、望ましくな
い負のスキュー傾向を有している。

上述では、ころのスキューの原因の概要を説明し、現在
の総ての軸受では、ころの総ての接触点（ニ一つまたは
三つのいづれか）からの合成摩擦モーメントが、望まし
くない負のこるスキューを生じることが示される。

しかしながら、いづれの場合でも、一つの接触点には、
所望の正の方向の正味スキューモーメントが生ずるから
、ケルストロームの特許と同じく：本発明の目的は、平
衡した場合にころに所定の小さい正のスキュー姿勢を与
えるように、負のモーメントに対してこの正のスキュー
モーメントを増大することである。

接触点での摩擦モーメントは、各接触点での滑り力の大
きさを変えるか、又は中心Ｏに対して各接触を含む領域
の相対的な摩擦力の分布状態を変えるかで変更、制御で
きるが、既述のように、前者の方法は例えば接触点乃至
接触面ごとにその表面粗さを異ならせる等して有効摩擦
係数を故意に変えることによりなし得、後者はころに対
する方線応力をベクトル的に再分配させることでなし得
る。

前者の欠点は既述した通りであり、本発明は後者に属し
て、これを合理的構成により得んとするものである。

初めに述べたように、接触点での弧状輪郭は、楕円形法
線力分布を生じる。

こうした制約は、接触面の一つを可変輪郭曲率を有する
様にすることで解くことができる。

こうした輪郭の最も簡単な例は、楕円であるが、実施の
可能性は、単一の曲線に制約されるものではない。

実際的な制約があるとすれば、局部的な応力集中を防止
すると共に製造上の考慮から、傾斜を連続にする（無限
曲率の線がないこと）ということが唯一の制約となる。

応力再分配の観点から、非弧状輪郭は、軌道またはころ
のいづれかに適用してもよい。

全体の軸受性能は、この選択の適当性如何にかかつてい
る。

第７図に示す代表的な球面ころ軸受の形状を考慮すると
この図では、外側軌道の接触点には、正の方向のスキュ
ーモーメントが生じ、内側軌道の接触点には、負の方向
のスキューモーメントが生じている（ケルストロームの
特許参照）。

スキューに関して通常行なわれている正、負の定義に就
いては後に詳しいが、外側軌道においての正のスキュー
モーメントが増すとか、内側軌道においての負のスキュ
ーモーメントが減少するとか、或いは両者が同時に起こ
るとかして、正のスキューモーメントが優勢になると、
ころは正にスキューする。

この軸受では、外側軌道が一定の曲率半径であるために
自動調心特性が出ており、一定曲率半径でなくすると、
この特性は阻害されてしまう。

即ち、本発明では一定曲率半径という条件は損うもので
はないのである。

輪郭の調整は、圧力輪郭の幅、従って、負のスキューモ
ーメントが減少するように内側軌道に対して施した従来
例もあった（ケルストロームの特許）。

しかしながら、最高接触圧力は、増加する。また、荷重
の方向が変化する際、内側軌道でのころの軸方向位置が
変化し、従って、ころに対する内輪輪郭の位置誤差を導
く。

輪郭の変更、即ち、部分ごとの曲率半径の変更が本発明
のように、ころに対して行われるとすれば、所望のスキ
ューモーメントの平衡は１両接触点、従って、合成摩擦
滑り場での法線力分布を有オリ（こ調整してなすことが
できる。

例示のため、特定の曲率半径を有する弧形軌道に対し、
異なる楕円率のころの負荷接触で生じる法線応力分布を
考察する（第８図）。

曲線１は、等しい軸を有する楕円の特別な場合の円であ
り。

よく見られる楕円圧力分布を生じる。

曲線２は、最大曲率半径が接触する軌道のものに等しい
楕円の曲線である。

この曲線は、中心に平坦な圧力分布を与える。

曲線３，４は、楕円率の増加に従い圧力分布が二極人的
に増大していくのを示す。

第１図乃至第５図の一連の図を再度参照すると、この形
状は、第９図乃至第１２図にも描かれているので、ころ
の大きい楕円率に関連して拡げられた「転勤軌跡」が接
触中心線のまわりにより大きいスキューモーメントを生
じることが認められる。

しかしながら、二つの軌道が共通の曲率を有するとすれ
ば、両者の軌道摩擦モーメントは、同一程度に増大され
、従って、この条件のみでは、スキュー制御の目的を達
成するのに不充分である。

第１３図では、楕円形のこる輪郭に対して負荷される軌
道の曲率半径を変更した効果が、接触圧力分布に影響を
及ぼすことが示されている。

従つて、内側軌道が、外側軌道の球面半径よりも幾分大
きい曲率半径で作られるとすれば、接触圧力分布の所望
の差異が得られ、従って、ころのスキュー制御が達成さ
れる。

第１３図に明示のように、この解決方法の利点は、内側
軌道（常に最も過酷な応力を生じ従って疲労し易い）の
最大応力が、鋭くピークにならず、良好に分布されて維
持され、二極天性応力場傾向は、接触点順応性により、
応力が本質的に低くなる外側軌道に与えられることであ
る。

上述の例では、圧力輪郭の変更のみを考慮した。

勿論、滑り力の並進的な平衡は、同様に考慮されねばな
らない。

転勤点Ｈ１，Ｈ２の位置変化は、比較的小さく実際上の
輪郭の変化の範囲内にあるが、それでも、これ等の変位
は、夫々の接触点での所望のモーメント調整を増大する
傾向がある。

ころが球形の内面に接触するこの例では、ころ輪郭の曲
率半径は、ころ端部に向って減少し、または換言すれば
、ころ輪郭の接触領域は、楕円の短軸と曲線との交差点
近傍となる。

第８、第１３図の例示された圧力輪郭は、対称的であり
、軌道の曲率の中心は、楕円の短軸上に在ると見做され
る。

これは、前提条件ではない。上述のことを念頭におき、
本発明の主目的は、最小の摩擦を伴って作用し最大の使
用寿命を有する改良された自動調心ころ軸受を提供する
ことである。

本発明の他の目的は、耐魔耗性でありかつ容易に製造可
能で新規な自動調心軸受を提供することである。

更に他の目的として、本発明は、自動調心性能を備える
と共に、軸受の作用の際に非負のスキュー角度をころが
取るため、一定の輪郭ではあるが異なる曲率半径の輪郭
を有する軌道と励働する可変曲率を有する輪郭を備える
ころを具備する独特のころ軸受を提供する。

特に、本発明では、軸受は、内、外側軌道を有する内、
外輪を備え、該軌道間に間挿される一連のころは、曲率
が異なる輪郭部分を持ち、一つの実施例ではころを通り
横方向へ延びる中央横断面を基準面乃至基準線として、
この中央基準面から端に行くに従って増加することはな
い曲率半径、寧ろ端の方が小さい曲率半径となるころ輪
郭を備えている。

内、外側軌道は、一定の曲率半径を有する輪郭を備えて
いるが、内側軌道輪郭の曲率半径は、外側軌道輪郭の曲
率半径よりも大きい。

基準線近傍のこる輪郭中央部分の曲率半径は、基準線で
の外側軌道輪郭の曲率半径よりも大きく、基準線の両側
における端部位置では、外側軌道輪郭の曲率半径よりも
小さい。

これ等の形状寸法の構成の考慮によって形成される軸受
は、自動調心性能を有し、最小の摩擦と、最大の使用寿
命とを有し容易に多量生産可能である。

本発明の他の目的、特徴は、添附図面を参照する下記の
説明から明瞭になろう。

図面を参照すると、第７図は本発明の一実施例としての
軸受１０を示している。

軸受１０は、軌道１２，１２を有する内輪１１と、軌道
１２゜１２に対面する軌道１４を有する外輪１３と、内
、外の軌道間の環状空間１６に回転可能に収められる一
連のころないし転動体１５，１５とを備えている。

また、同図に顕らかなように、転動体１５゜１５は、内
外輪１１，１３間に一対の軸方向に離隔した列を形成し
乍ら端部を対向させるように位置している。

転動体１５，１５は保持器１７゜１７で常時分離され、
環状空間１６内で円周方向に片寄りしている。

軸受１０は自動調心性能を有している。

このため外輪１３は、内輪１１の回転軸心線を通る軸線
の周りに旋回し得るようになっている。

この目的のため外側軌道１４は、一定の曲率半径Ｒｏ（
第２１図）を有する輪郭で形成され、内輪１１は軌道１
２１２が軸受１０の回転軸心Ａから半径方ツ 向に描かれた中心線ＣＬに対して対称になるように形成
されている。

内側軌道１２，１２は、その反対側の軸方向端部から軸
受の中心線ｃＬに向い上方に傾斜していて、この種複列
自動調心ころ軸受で良く行なわれているように、案内リ
ング１８が両端部で相互にころ１５，１５を分離する様
に、二列のころ１５，１５で内輪１１に装着されている
（本発明によると、軸受１０はころ１５１５とツ 共に、非負のスキュー角度で働くように構成される。

スキュー角度は、軸受の回転軸らを通る平面からのころ
の回転軸心の偏位角度である。

スキュー角度は、正、負または零であり得る。

スキュー角度は、軸方向でころに作用する摩擦力の成分
が。

同一接触点でころに作用する法線方向接触力の軸方向成
分に加えられる方向、即ち同方向に向くとき、正である
と定義される。

上述のケルストロームの特許で説明されまた下記に明白
なように、所定の範囲内の正のスキュー角度にころを位
置させて働き得る軸受は、軸受内の全体の摩擦を低減し
。

軸受の使用寿命を延長するものとなる。

ケルストロームの特許では、外側軌道は、ころの中央に
隣接して浅い逃げを有し、内側軌道は、ころの両端に隣
接して一対の逃げを有している。

このように軌道を変形すると、外側軌道ところとめ間に
は二極天性の圧力分布（第１９ａ図）を生じさせると共
に、内側軌道ところとの間にはピークのある単−極太性
の圧力分布（第２０ａ図）を生じさせる。

これ等の圧力分布は、ころを正のスキュー角度に旋回す
る摩擦力のモーメントを形成する。

上述のように、複列自動調心球面ころ軸受の様な成る用
途では、力関係は異なる運転条件の下で夫々に変化する
。

従って、成る場合には、圧力分布がころを負のスキュー
角度にする程度にまで変化する。

本発明でも、ころ外形状によっては、上述のものと殆ん
ど同一の二極天性、単−極大性の圧力分布を形成する。

しかしながら、相対的圧力分布は、運転条件が変化し・
でも正のスキュー角度を維持するように殆んど同一に保
たれる。

本発明の特定の実施例を説明する前に、更に詳細に正、
負のスキューを解析しておく。

軸受がそのころを正のスキュー角度にして運転している
とき、軌道面ところ面との間の相対的滑り運動で生じる
摩擦力は、転動体と、内、外側軌道との間の荷重領域に
拡がる。

この現象を理解する扶助として第１３ａ図を参照すると
、外輪１３は、紙面の外方手前、即ち図面を見ている人
の方へ移動し、円輪１１は、反対に紙面内へ移動し。

ころ１５は矢印で示す方向へその軸心１５ａを中心に回
転している。

従って、転動体１５は外側軌道１４との接触真では、相
対的に紙面内へ後方の方向に転動するものと見做し得る
。

しかしながら、ころ１５が斜めのため、ころ１５の転勤
運動の方向は１紙面に垂直ではない。

むしろ、この転勤運動は、ころ１５の中線Ｍで内外輪を
通って描かれる平面から偏位する方向成分を有している
。

外輪１３は、軸受軸心Ａを中心とする運動のみをなし得
るので、ころ１５との接触点でのその運動は、紙面に正
確に垂直である。

この結果外輪１４は。中線ないし中心面Ｍへの方向でこ
ろ１５の面上を滑らねばならない。

この運動は、摩擦力ＦＴを生じ、摩擦力ＦＴを図示のよ
うにころ１５に作用するように示すと、軸受１０の軸方
向に向く成分ＰＴＡに分解することができる。

同様な理由により、同一の大きさであるが反対方向の滑
り摩擦力−ＦＴは、内輪１２との接触点でころ１５の底
部に生じている。

また、外部の軸方向荷重ＰＡが外輪１３に加わると、等
しいが反対の反作用荷重−ＰＡが内輪１１に加わる。

これ等の荷重は、結局、法線方向の力ＦＮを外側軌道１
３を介してころ１５に加える様になる。

第１３ａ図に明示のように、この法線方向力ＦＮは、半
径方向成分ＦＮＲと、軸方向成分ＦＮＡとを有している
。

ここで、この法線力ＦＮの軸方向成分ＦＮＡが、ころ１
５に作用する摩擦力ＦＴの軸方向成分ＰＴＡと同一方向
であるとき、ころは、正のスキュー角度にあると定義さ
れる。

勿論、同様な解析は、外輪１３に外部荷重ＰＡが右方か
ら加わり、これに反作用するように内輪１１には左方か
ら反作用カーＰＡが加わる場合にも行える。

第１５ａに示す軸受では、ころ１５は、負のスキュー角
度を採って０・る。

この場合、外輪１３がころ１５に対して滑ることにより
、そのころが正のスキュー角度にある場合に生まれた、
第１３ａ図の軸受への力ＦＴＡに対して反対方向へ滑り
摩擦力ＰＴＡを向けさせる。

ころを正のスキュー角度にして運転できる軸受の利点（
零と負とのスキュー角度に比し）を理解頂くため、外輪
に作用する種々な力の場を示す第１３ｂ、第１４ｂ、第
１５ｂ図を参照する。

例示の目的で、種々な力は、ころの中心面Ｍに関連して
説明するが、下記に明らかなように、本発明の軸受では
外側軌道に二極天性圧力分布があるため該個所に厳密に
作用するものではない。

ころが零のスキュー角度になって運転している第１４ａ
図示の軸受を初めに考察すると、軸方向外部荷重ＰＡは
、それに釣合うように作用する軸方向成分−ＦＮＡを有
する法線力−ＦＮを生じることが第１４ｂ図で認められ
る。

また、法線力−ＦＮは、半径方向成分−ＦＮ□を有して
いる。

この力の釣合いは、第１４ｃ図に示される。

次に、ころが正のスキュー角度を採って運転する第１３
ａ図に示す本発明の軸受を考慮すると、軸方向外部荷重
ＰＡは、外輪に作用する法線力−ＦＮを生じることが第
１３ｂ図で判かる。

法線力−ＦＮは、軸方向と半径方向との成分−ＦＮＡ。

ＦＮＲを夫々有している。

更に、上述の摩擦力−Ｆ”Ｔ、は、外部荷重成分ＰＡの
反対方向で外輪に作用する。

軸受での力の釣合における摩擦力−ＦＴは、第１３ｃ図
に明らかなように、外部荷重ベクトルＰＡからベクトル
として差引かれる。

法線力ベクトル−ＦＮの作用線は、法線力ベクトル−Ｆ
Ｎ（破線で示される）に平行に摩擦力−ＦＴの尖端を始
点とする。

その結果得られる法線力−ＦＮ（実線で示される）は、
零スキュー角度の時にころから外輪に加えられる力より
も著しく小さい。

第１３ｃ、第１４ｃ図を比較されたい。

従って、このように、法線力が小さくなれば、軸受の疲
労寿命を伸ばす効果が生まれてくる。

また、外輪のフープ応力も低減される。

第１３ｄ、第１４ｄ図を比較されたい。

ころが負のスキュー角度となって運転される軸受では、
ころが正または零のスキュー角度を採っている場合に比
し、フープ応力も大きくなるし、疲労寿命も短くなって
しまう。

これは、第１３ｃ。第１４０．第１５ｃ図を比較すれば
理解頂けよう。

第１５ｂ図に示すように、ころを介して外輪に加えられ
る摩擦力−ＦＴは、軸方向外部荷重ＰＡと同一方向へ作
用する。

従って、摩擦力−ＦＴは、第１５ｃ図の軸方向荷重酸Ｓ
ＰＡにベクトル的に加えられる。

その結果得られる法線力ベクトル−ＦＮ（実線で示す）
は、零スキュー角度時の法線力ベクトル−ＦＮ（破線で
示す）よりも著しく大きくなってしまうのである。

当然、軸受の疲労寿命は、短くなってしまう。

また、フープ応力についても第１４ｄ、第１５ｄ図を比
較されたい。

上述の解析は、純スラスト荷重下の軸受に適用される。

しかし、純半径方向荷重を受けた場合には、通常の小さ
い軸受接触角で作られた軸受の場合には、ころが正のス
キュー角度を採っている方が零スキュー角度を採ってい
る時よりも僅かに大きい法線力が当該軸受に生じる。

負のスキュー角度では、零スキュー角度に比し、僅かに
小さい法線力油力が生じる。

これは、第１３ａ、第１４ａ、第１５ａ図に夫々示され
るころのスキュー角度に対応する半径方向荷重をうける
軸受での力を示す第１６ｂ、第１７ｂ、第ｉｓｂ図を参
照することで理解されよう。

しかし乍ら、軸方向荷重の軸受とは異なり、純半径方向
荷重下の軸受は、その外輪に著しいフープ応力を有して
いない。

むしろ、該軸受の外輪は。ころの各列に対応する外輪の
半分の部分間で軸方向への内部応力を有している。

正と、零と負とのころのスキュー条件に対し、外部荷重
の内部応力とに対するこの関係は、第１６ａ、第１７ａ
、第１８ａ図の線図に示される。

第１６ｂ、第１７ｂ、第１８ｂ図に明らかなように、純
半径方向荷重は、外輪の半分の部分間にころのスキュー
角度に依存して変化する軸方向応力ＦＨＡを生じる。

例えば、第１７ｂ図（零スキュー角度）に示すように、
軸方向応力は、ベクトルＦＨＡで示される所定の大きさ
のものである。

同様な軸方向応力ＦＨＡは、ころの正のスキュー角度で
生じる摩擦カーＦＴに基づく第１６ｂ図では大きく、こ
れと対照的に、同様な軸方向応力ＦＨＡは、ころの負の
スキュー角度で生じる摩擦カーＦＴに基づく第１８ｂ図
では小さい。

第１６ｂ、第１７ｂ、第１８ｂ図を比較することにより
、正のスキュー条件での法線力−ＦＮの大きさは、零の
スキュー条件でのものよりも僅かに大きく、負のスキュ
ー条件での法線力−ＦＮは、零のスキュー条件でのもの
よりも僅かに小さいことになる。

従って、純半径方向荷重に対しては、ころを正のスキュ
ー角度にすることによる利点は、純軸方向荷重に対する
既述の利点のように著しいものとしては得られない。

一般に、軸受での外部荷重が半径方向と軸方向との荷重
成分の組合わせであるとき、ころを正のスキュー角度に
した軸受の作用は、軸方向荷重成分で主として生じる法
線接触力を低減するが軸方向応力は低減しないことにな
る。

しかしながら、最も一般的な複列球面ころ軸受では、接
触角度（ころ軸心の軸受軸心に対する傾斜の角度）が小
さく、半径方向荷重成分に対する軸方向荷重成分の比が
約ｌ：５以上となるため、法線力の低下効果が支配的に
なり、軸方向応力の増加という欠点を補なって余りある
。

以上１本発明の広い一般的な観念を説明したが。

以下では好適な実施例としてのこる輪郭を有する特定の
軸受に説明を施す。

本発明によると、ころは所定の可変な不定曲率の輪郭で
形成され、内側、外側軌道は、一定半径の曲率で形成さ
れる。

第２１図では、本発明のこの実施例を軸受に対する幾何
学的関係を著しく拡大し、簡単化して示しているが、外
側軌道１４は、一定の曲率半径ＲＯを有し、内側軌道１
２は、一定の曲率半径ＲＩを有している。

曲率半径Ｒ■は、曲率半径Ｒｏよりも太きい。

各ころ１５は、可変曲率を有する輪郭となっていて、こ
の曲率は、この場合には、ころ１５の長さ方向の中点で
の半径方向直線で示す基準線Ｍから離れると増大してい
る。

この実施例では、ころ１５の輪郭の可変曲率は。

少くとも二つの異なる大きさの半径を有している。

一つの曲率半径Ｒ２は、ころの端部付近、つまり基準線
Ｍの外方のこる輪郭の部分に適用される。

曲率半径Ｒγ２は、ころ基準線Ｍから等距離に位置する
個所Ｘ１．Ｘ２で半径Ｒγ１の曲率に変えられる。

曲率半径Ｒγ１は、内側軌道輪郭の曲率半径Ｒ■よりも
小さいが、外側軌道輪郭の曲率半径ＲＯよりも大きくな
っている。

一方１曲率半径Ｒ７’２は、外側軌道の曲率半径Ｒｏよ
りも小さい。

換言すれば、内側軌道輪郭の曲率半径ＲＩは、ころの長
さに沿ういずれの個所（ころ基準線Ｍにおける領域を含
む）でころの曲率半径よりも大きいが、外側軌道輪郭の
曲率半径ＲＯは、基準線Ｍでのこる輪郭の曲率半径Ｒγ
１より小さいが、ころの端部付近のこる輪郭の曲率半径
Ｒγ２よりも大きくなっている。

これは、次の幾何学的関係で表わし得る。

Ｉ Ｒ工〉Ｒγ１ 〉Ｒ８ Ｉｆ Ｒ７２＜Ｒｏ これ等の条件は、ころ基準線Ｍにその短軸を有する楕円
の弧で形成される輪郭を備えるころによって満足される
。

異なるこる輪郭の半径は、点Ｘ１ ｐ Ｘ２での相互の
接続部において共通の接線を有している。

換言すれば、ころの輪郭は、それに沿う任意の個所に両
半径部分が途切れて端縁となる部分（曲率半径が零の直
線）も、また、両半径部分が重なった部分を結ぶ部分（
はぼＲγ１に似た小さい曲率半径の領域）もないことを
特徴とする。

第２１図に示すころは、ころ１５の両端部近傍の輪郭の
曲率半径Ｒγ２が、ころ基準線Ｍ付近の曲率半径Ｒγ１
よりも小さいため、率は段階的に大きくはなっていない
輪郭の例である。

この実施例では、こる基準線Ｍはころ１５の長さ方向の
中線に位置し、ころ１５は基準線に対して対称的である
。

従って、ころ１５は対称的に中高にされていると定義し
てもよい。

上述の対称的な輪郭のころに対し、用途によっでは、非
対称的な輪郭のころが好ましい場合かある。

非対称輪郭のころを有する軸受でのころと軌道との輪郭
の一例は、第２２図に示される。

故旧に明示のように、ころ１１５は、三つの異なる曲率
半径Ｒγ１．Ｒγ２．Ｒγ３を有する可変曲率を備えて
いる。

基準線Ｍは、ころ１１５の左端よりもころ１１５の右端
により近く位置している。

半径Ｒγ１は、基準線Ｍの左の位置Ｘ１で半径Ｒγ２に
なり、基準線Ｍの右の位置Ｘ２で半径Ｒγ３になってい
る。

位置Ｘ１は位置Ｘ２よりも基準線Ｍから隔たっている。

図示のように、半径Ｒγ□は、半径Ｒγ２．Ｒγ３より
も太きい。

勿論、内側、外側軌道１１２，１１４の輪郭の上述の関
係は、この非対称輪郭のころ軸受でも同じである。

上述の幾何学的関係ＩＩＩにより、本発明の両り 実施例では、ころ輪郭は、一定に規格化した比率：Ｒ，
（Ｘ＝０）＜ｔ”’ｒ軽荷重、）Ｔ、ｃおい、。

６中２ 線ないし基準線Ｍ（Ｘ＝０）で内側軌道輪郭に接触し、
この比は、多くの球面ころ軸受にあって約０．９８であ
る。

ころと内側軌道との接触点での荷重が増大するとき、圧
力が、ころ輪郭に沿い所定の態様で分布することは公知
である。

例えば、定曲率の軌道と、ころとの間では、ヘルツ圧力
分布は、下記の等式で表示可能なＸの楕円関数である。

こ＼に、Ｐ（Ｘ）は、接触中心から距離Ｘにおける圧力
であり、Ｐ（０は、接触中心での圧力であり、Ｘは、接
触中心からの距離であり、１１／２は、接触中心からこ
ろの端部への距離である。

本発明では、ころ輪郭の曲率半径は、Ｘが漸増するにつ
れて減小するので、ころ材料は距離Ｘがころ中線から離
れるにつれ、漸増する比率で除去されていくものと見る
ことができる（ころは直径が小さくなる）。

従って、等式■で示されるころと、軌道との接触点に存
在するよりも、Ｘの漸増に従い急激な圧力の低下がおこ
る。

この結果、内側軌道での圧力分布は、ヘルツのものより
も大きいピークを有している。

第２０ａ、第２０ｂ図を参照されたい。

幾何学的関係１．ＩＩによると、ころ輪郭は、軽荷重で
は、Ｘ＝Ｏで外側軌道に接触しない。

これＲγ１ は、Ｘ＝０では、 〉■であるからであるが。

Ｏ Ｒ′０ 逆数の−〈ｌであるため、逆クラウン作用Ｒγ１ が存在する。

しかしながら、位置Ｘ１．Ｘ２では。軽荷重下で外側軌
道に接しており、これ等の位置では１次の比率が存在す
る。

この比率は、多くの球面ころ軸受で約０．９８の所定の
値を有している。

従って、荷重が増加するに従い、位置Ｘ１．Ｘ２の周囲
の接触面積は、増大してＸ＝Ｏの周囲に伸び、接触中心
の両側に生じる一対の圧力レベルのために二極天性と言
える圧力分布を形成する。

第１９ａ、第１９ｂ図を参照されたい。

上述に鑑み１本発明の軸受では、ころ輪郭の外側軌道と
の関係は、外輪の軸心が軸受の軸心と同心状でなくても
、同一に維持されることが明療である。

従って、軸受は、内、外輪が共通軸心のまわりに回転し
ないときでも、非負のスキュー角度のそのころと共に作
用する。

その上、ころ輪郭を可変曲率を有するように製造するた
め、内輪は、通常の方法により、一定曲率半径として良
く、容易に製造可能である。

本発明の好適実施例は、対称的な輪郭のころを有する球
面ころ軸受に関して詳細に説明されだが、種々な変形、
変更は、本特許請求の範囲記載の本発明の思想から外れ
ない限り自由である。

また例えば、本発明は、内輪軌道が球形である球面ころ
軸受の他の型式は勿論、リニア軸受に対しても実施でき
る。

【図面の簡単な説明】

第１図はころの圧力分布の説明図、第２図は球面ころ軸
受の角度的に方向性がある負荷時のころの純転勤点を示
す説明図、第３、第４、第５図は荷重の下で角度的な方
向性のあるころにおける−般的な滑りのパターンと摩擦
力との説明図、第６図はころへのフランジ反力と軌道の
力とを示す第２図と同様な説明図、第７図は代表的な複
列球面ころ軸受の断面図、第８図は特定の曲率半径を有
する弧状軌道と、異なる楕円率を有するころとの負荷時
の接触で生じる法線応力分布の説明図、第９図乃至第１
２図はころの楕円率が増大した際の接触中心線のまわり
の大きなスキューモーメントを示す夫々第１、第３、第
４、第５図と同様な説明図、第１３図は特に接触圧力分
布に影響する楕円形ころ輪郭に対して軌道の曲率半径を
変更した効果の説明図、第１３ａ、第１４ａ、第１５ａ
図は夫々正と、零と負とのスキュー角度に位置するころ
によって作用する軸方向に負荷された軸受に生じる特定
の力の略図的な説明図、第１３ｂ、第１４ｂ、第１５ｂ
図は同上の軸受に夫々生じる力の関係を示す単純化され
た力の場の説明図、第１３ｃ、第１４ｃ、第１５ｃ図は
夫々正と、零と負とのころのスキュー角度の第１３ａ、
第１４ａ第１５ａ図の軸受の作用効果を比較する単一こ
ろの負荷の下にある外輪の一部に対する力の平衡を示す
簡単化されたベクトル図、第１３ｄ、第１４ｄ、第１５
ｄ図は第１３ｃ、第１４Ｃ１第１５ｃ図の力ＦＮＲ，に
対して反作用を与える夫々第１３ａ、第１４ａ、第１５
ａ図に示す軸受の外輪のフープ応力の相対的な大きさを
現わす説明図。 第１６ａ、第１７ａ、第１８ａ図は純半径方向荷重の下
で軸受に生じる力の関係を示す第１３ｂ、第１４ｂ、第
１５ｂ図と同様な単純化された力の場の説明図、第１６
ｂ、第１７ｂ、第１８ｂ図は夫々正と、零と、負とのス
キュー角度の同上の軸受の作用の効果を比較する単純化
されたベクトル図、第１９ａ、第１９ｂ図は本発明の適
用を示すために選定されたころ軸受形態の外輪の接触点
での二極天性圧力分布の図式的な説明図、第２０ａ。 第２０ｂ図は本発明の適用を示すために選定されたころ
軸受形態の内輪の接触点でのピークのある一極大性の圧
力分布の図式的な説明図、第２１゜第２２図は本発明の
実施例の軸受に現枕る特定の形状寸法関係の説明図で、
図中、１０は軸受、１１．１３は内、外輪、１２，１４
は内、外側軌道、１５はころ、１５ａはころの軸心、１
６は内、外輪間の環状空間１Ｍはころの中線、Ｒ■、Ｒ
ｏは内外側軌道の曲率半径、Ｒγ１はころの中央部の曲
率半径、Ｒγ２．Ｒγ３はころの端部の曲率半径、Ａは
軸受の軸心、ＦＴＡは摩擦力の軸方向成分、ＦＮは法線
力、ＦＮＡは法線力の軸方向成分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内側軌道と外側軌道との間（こ、夫々軸心のまわり
   に回転可能な複数のころを収めてなる球面ころ軸受にお
   いて、 上記ころは、その中央横断基準面近傍の中央部分の輪郭
   の曲率半径が両端部の輪郭の曲率半径より大きく、 上記内側軌道は、その輪郭の曲率半径が一定で。 かつ上記ころの中央部分の輪郭の曲率半径よりも大きく
   、 上記外側軌道は、その輪郭の曲率半径が一定で。 かつ上記ころの中央部分の輪郭の曲率半径よりも小さい
   ことを特徴とする球面ころ軸受。 ２、特許請求の範囲１に記載の球面ころ軸受であって、
   ころの両端部の曲率半径が互いに異なっていることを特
   徴とするもの。