WO2023149163A1 - シェル形ころ軸受およびシェル形ころ軸受の固定構造 - Google Patents

Abstract

シェル外輪（１１）は、円筒形状の外輪本体（１２）と、外輪本体（１２）の軸線方向両端縁から内径側に突出する鍔部（１４）と、外輪本体（１２）と鍔部（１４）を結合し外側表面が丸みを帯びた膨らみ面にされる丸み部（１６）とを含む。外輪本体（１２）の軸線方向外側の外周面は、軸線方向外側に向かうほど徐々に縮径するテーパ面（１７）にされる。テーパ面（１７）は丸み部（１６）の膨らみ面と滑らかに接続する。シェル外輪（１１）の中心軸線を含む平面でシェル外輪（１１）を切断して現れる切断面に関し、膨らみ面の断面線と重なる仮想円（１６ｃ）が、テーパ面（１７）の断面線よりも内径側に位置する。

Description

シェル形ころ軸受およびシェル形ころ軸受の固定構造

　本発明は、ラジアル荷重を受け持つシェル形ころ軸受のシェル外輪に関する。

　カーエアコン用コンプレッサに組み込まれるシェル形針状ころ軸受として従来、例えば特開２００８―０３８９８６号公報（特許文献１）に記載されるように、シェル外輪と、シェル外輪の内径側に組み込まれる保持器と、保持器に保持される転動体としての針状ころとを備えるものが知られている。特許文献１のシェル外輪では、軸方向外側に位置する軸方向両端部が内径側に１８０°折り返されて形成される。また、軸方向両端部の外周面がテーパ形状に形成される。これらのテーパ角は５度～２５度である。この理由として、テーパ角が５度～２５度であると、テーパ面によって開口への導入が案内されるため、ハウジングの開口にシェル外輪を圧入する際にシェル外輪の倒れやかじりを抑制でき、汎用の工具を用いてもスムーズな組付けを行うことができる、というものである。テーパ角が５度未満であると、シェル外輪がハウジングの開口に圧入する際の嵌合幅を十分確保できず、ハウジングに対するシェル外輪の座りが不十分になる、というものである。

特開２００８―０３８９８６号公報

　近年の軽量化の要請に従い、シェル形針状ころ軸受が圧入される軸箱はアルミニウム等を主成分とする軽合金系軸箱が使用されることが多くなってきている。軽合金系軸箱では、鉄系軸箱に比べてシェル外輪のかじりが発生するリスクが上がる。かじり対策として特許文献１では、シェル外輪の軸線方向端部外周に５度以上２５度以下のテーパを付けることを推奨としているが、テーパ面の軸方向外側端が稜線のように尖ってエッジが立ってしまう。そうするとエッジが軸箱の内径面に当接してかじりが発生する懸念がある。

　本発明は、上述の実情に鑑み、従来よりもかじりの発生を防止することができるシェル外輪を提供することを目的とする。

　この目的のため本発明によるシェル形ころ軸受は、シェル外輪と、シェル外輪の中に組み込まれる保持器と、保持器に保持されてシェル外輪の内径面を転動するころとを備える。シェル外輪は、軸箱の丸孔に圧入固定される円筒形状の外輪本体と、外輪本体の軸線方向両端縁から内径側に突出する鍔部と、外輪本体と鍔部を結合し外側表面が丸みを帯びた膨らみ面にされる丸み部とを含む。外輪本体の軸線方向一端縁を含む外周面は、軸線方向外側に向かうほど徐々に縮径する傾き面にされ、傾き面は丸み部の膨らみ面と滑らかに接続し、シェル外輪の中心軸線を含む平面で当該シェル外輪を切断して現れる切断面に関し、膨らみ面の断面線と重なる仮想円が、傾き面の断面線よりもシェル外輪の内径側に位置する。

　かかる本発明によれば、外輪本体の傾き面と、丸み部の膨らみ面との接続箇所が稜線にならず、エッジが立たない。したがって軸箱の外側からシェル形ころ軸受を軸箱の丸孔に圧入する際、シェル外輪と軸箱のかじりが防止される。内径側に位置するとは、中心軸線に近いことをいう。なお仮想円は、外輪本体の断面よりもシェル外輪の内径側に位置する。

　本発明の一局面として、シェル外輪の外径寸法Ｄと、前記シェル外輪の全長寸法Ｌが、０．５≦Ｄ／Ｌ≦１０を満足する。

　本発明の好ましい局面として、仮想円の半径Ｒが、０．５［ｍｍ］≦Ｒ≦２．５［ｍｍ］を満足する。かかる局面によれば、本発明のシェル形ころ軸受が自動車の自動変速機に好適に組み込まれる。

　本発明のさらに好ましい局面として、外輪本体の外周面の算術表面粗さＲａは、０．５以下である。かかる局面によれば、本発明のシェル形ころ軸受を軸箱の丸孔に円滑に圧入することができる。

　本発明の一局面として、シェル形ころ軸受の固定構造は、上述したシェル形ころ軸受と、シェル外輪の外径寸法よりも小さな内径寸法の丸孔を有し当該丸孔の内径面がシェル外輪の外輪本体の外周面と負すきまで密着する軽合金製の軸箱とを具備する。

　本発明の一局面として、丸孔の前記内径面の算術表面粗さＲａは、１．６以下である。かかる局面によれば、本発明のシェル形ころ軸受を軸箱の丸孔に円滑に圧入することができる。

　このように本発明によれば、シェル外輪と軸箱のかじりを防止することができる。またシェル形ころ軸受は、正しい姿勢で軸箱の孔に圧入される。

本発明の一実施形態になるシェル形ころ軸受を示す縦断面図である。 軸箱に圧入固定された同実施形態を示す縦断面図である。 図１中、シェル外輪の軸線方向外側端を示す拡大断面図である。 対比例のシェル外輪を示す拡大断面図である。

　以下、本発明の実施の形態を、図面に基づき詳細に説明する。図１は、本発明の一実施形態になるシェル形ころ軸受を示す縦断面図である。図２は、軸箱の丸孔に圧入固定された同実施形態を示す縦断面図である。シェル形ころ軸受１０は、シェル外輪１１と、保持器２１と、ころ３１とを具備し、図２に示すように軸箱４０の丸孔４１に圧入固定される。なお図面が煩雑になることを避けるため、図１～図４の断面図では、断面を表す模様が一部図略される。

　軸箱４０は、アルミニウム、あるいはその他の軽金属を主成分とする軽金属製である。軸箱４０は例えば、自動車用変速機の変速機ケースである。丸孔４１の内径面は、算術平均粗さＲａを１．６以下にされる。

　シェル外輪１１は、一体物であって、外輪本体１２、鍔部１３，１４、および丸み部１５，１６を備える。シェル外輪１１は、機械構造用炭素鋼又はステンレス鋼を冷間圧延して形成されたものであり、主な材質としてはＳＰＣ、ＳＣＭ、ＳＵＳが挙げられる。外輪本体１２の板厚Ｔは、０．５～２．５ｍｍである。

　鍔部１３は、円筒形状の外輪本体１２の軸線方向一端から、内径側へ略９０度に立ち上がる。外輪本体１２の板厚Ｔと鍔部１３の板厚は、略等しいか、あるいは鍔部１３の板厚の方が大きい。丸み部１５は、外輪本体１２の軸線方向外側縁と鍔部１３の外径縁の間にあってこれらを結合する。丸み部１５はシェル外輪１１の外側に面する外側表面を有する。丸み部１５の外側表面は、シェル外輪１１の全周において、外側へ向かって膨らむよう丸みを帯びた膨らみ面である。

　図１に示すように、シェル外輪１１の外径寸法Ｄと、軸線方向の全長寸法Ｌの関係は、式１で示される。
［式１］　０．５≦Ｄ／Ｌ≦１０
つまりシェル外輪の多くは、外径寸法Ｄのほうが全長寸法Ｌよりも大きいが、これに限定されない。

　鍔部１４は、円筒形状の外輪本体１２の軸線方向他端から、内径側へ略９０度に立ち上がる。鍔部１４の板厚は、外輪本体１２の板厚Ｔよりも小さい。略９０度というのは、鍔部１４の角度が外輪本体１２に対して９０±１０度の範囲内でよいという意味である。丸み部１６は、外輪本体１２の軸線方向外側縁と鍔部１４の外径縁の間にあってこれらを結合する。丸み部１６の外側表面も、丸み部１５の外側表面と同様、シェル外輪１１の全周において、外側へ向かって膨らむよう丸みを帯びた膨らみ面である。

　鍔部１４は、円筒形状の素形材の軸線方向他方縁を、内径側へ徐々に折り曲げて形成される。このため鍔部１４および／または丸み部１６は縁曲部ともいう。曲げ加工の容易性確保のため、鍔部１４の板厚は、外輪本体１２の軸線方向中央領域における板厚Ｔの４０％以上７５％以下の範囲に含まれる所定値である。

　１対の鍔部１３，１４間には、保持器２１およびころ３１が配置される。保持器２１の外径寸法は鍔部１３および／または鍔部１４の内径寸法よりも大きい。円筒形状の保持器２１は、シェル外輪１１の内側に組み込まれ、鍔部１３，１４によって軸線方向移動を規制される。保持器２１には、周方向に間隔を空けてポケット２２が複数形成される。各ポケット２２にはころ３１が配置され、ころ３１は保持器２１に形成されるころ止め部（図略）によって脱落しないよう保持される。ころ３１は、例えば針状ころであり、外輪本体１２の内径面１２ｃを転動する。このため外輪本体１２の内径面１２ｃは外側軌道面に相当する。本実施形態の針状ころは、ころ全長がころ直径の３～１０倍である。

　図３は、シェル外輪の鍔部１４と、外輪本体１２の軸線方向他端縁を示す拡大断面図である。外輪本体１２の軸線方向一端縁を含む外周面は緩やかなテーパ面１７に形成される。テーパ面１７のテーパ角度θは、０．５度以上５度未満の範囲に含まれる所定角度である。テーパ面１７は、軸線方向外側に向かうほど徐々に縮径する傾き面である。テーパ面１７を含む外輪本体１２の外周面は、算術平均粗さＲａを０．５以下にされ、好ましくは０．２以下にされる。

　丸み部１６の外側表面は、鍔部１４の外側端面１４ｂおよびテーパ面１７と滑らかに接続する。滑らかに接続するとは、テーパ面１７と丸み部１６の外側表面の接続箇所２０に、稜線が生じず、エッジが立たないということである。なお図１に示す外輪本体１２の外周面の軸線方向一方端（鍔部１３側）にもテーパ面が形成される。丸み部１５の外側表面も、鍔部１３の外側端面１３ｂおよび外輪本体１２の外周面と滑らかに接続する。

　本実施形態では、丸み部１６の外側表面の断面線が、仮想円１６ｃで表される。仮想円１６ｃは、丸み部１６の外側表面の断面線から算出される最小二乗基準円である。この最小二乗基準円は、丸み部１６の外側表面の断面線上の少なくとも３点に基づいて算出される。かかる複数の点はテーパ面１７の断面線および外側端面１３ｂの断面線に含まれない。仮想円１６ｃは丸み部１６の外側表面の断面線に重なる。つまり丸み部１６の外側表面の断面線は、円弧である。本実施形態では、丸み部１６の外側表面の断面線が、仮想円１６ｃの接線と滑らかに接続する。

　テーパ面１７は、外輪本体１２の外周面のうち最も内径側に位置する。また仮想円１６ｃ全体が、テーパ面１７よりも内径側に位置する。これによりテーパ面１７と丸み部１６の外側表面の接続箇所２０に、稜線が生じず、エッジが立たなくされる。

　仮想円１６ｃの中心点から鍔部１４側に回転軸線と平行に延びる仮想線を基準線（０度）とした場合に、この基準線に対する角度が４５度～９０度となる範囲が特に、軸箱４０の丸孔４１への圧入時のかじりに影響を及ぼす。本実施形態では、この角度範囲内の略全体を丸み部１６が占めており、かつ、８０度～９０度の範囲に位置する接続箇所２０にはエッジが立っていないため、シェル外輪１１を丸孔４１に圧入する際におけるシェル外輪１１と軸箱４０のかじりを防止することができる。

　本実施形態では、仮想円１６ｃの半径Ｒが式２を満足する。単位はミリメートル［ｍｍ］である。本実施形態のシェル形ころ軸受１０は自動車用自動変速機に好適に組み込まれる。
［式２］　０．５［ｍｍ］≦Ｒ≦２．５［ｍｍ］
　仮想円１６ｃの半径Ｒは、外輪本体１２の軸線方向中央領域における板厚Ｔとの関係においては、たとえば板厚Ｔの１．０～２．０倍である。

　理解を容易にするため、図４に示す対比例につき説明する。対比例のシェル外輪５１では、仮想円１６ｃの一部がテーパ面１７よりも外径側に位置する。これによりテーパ面１７と丸み部１６の外側表面の接続箇所２４に、稜線が生じてしまい、エッジが立ちやすくなる。そして、このような接続箇所２４が上述の角度範囲の凡そ６０度～７０度の位置に含まれているため、シェル外輪５１を軸箱４０に圧入する際、接続箇所２４が丸孔４１の内径面に当接して、かじりが生じる懸念がある。

　丸み部１６の内周面には円環溝状の盗み部１８が形成される。盗み部１８は、外輪本体１２の内径面１２ｃよりも外径側へ後退する。盗み部１８の表面は、軸線方向内側で内径面１２ｃと接続し、軸線方向外側で鍔部１４の内側端面１４ｃと接続する。盗み部１８により、曲げ加工による鍔部１４および丸み部１６の形成が容易にされる。

　図２に示すようにシェル外輪１１は、丸孔４１の軸線方向一方側から、断面円形の丸孔４１に圧入固定される。圧入固定前のシェル外輪１１の原形状態の外径寸法が、丸孔４１の原形状態の内径寸法よりもわずかに大きい。この負すきまの寸法差を締め代領域Ｓといい、図１および図３の外輪本体外径部分にハッチング模様を付して表示される。締め代領域Ｓは、全周に亘って外輪本体１２の軸線方向一端部から他端部までを占めており、テーパ面１７と一部重なる。

　ところで本実施形態のテーパ面１７は、膨らみ面である丸み部１５，１６の外側表面と滑らかに接続し、図３に断面図で示すように丸み部の断面線と重なる仮想円１６ｃが、テーパ面１７の断面線よりも内径側に位置する。これにより接続箇所２０に、稜線が生じず、エッジが立たなくされる。そしてシェル形ころ軸受１０は、軽金属製の軸箱４０の丸孔４１に軸線方向外側から圧入される際、丸孔４１に対して傾かず、シェル外輪１１と軸箱４０の間でかじりが発生せず、軸箱４０に傷をつけない。

　また本実施形態によれば、外輪本体１２の外周面の算術表面粗さＲａは、０．５以下であることから、シェル形ころ軸受１０は軸箱４０に円滑に圧入固定される。丸孔４１の内径面の算術表面粗さＲａを１．６以下にしても、同様の効果が得られる。

　以上、図面を参照して本発明の実施の形態を説明したが、本発明は、図示した実施の形態のものに限定されない。図示した実施の形態に対して、本発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

　本発明は、機械要素において有利に利用される。

　１０　シェル形ころ軸受、　１１　シェル外輪、　１２　外輪本体、　１２ｃ　内径面、　１３，１４　鍔部、　１３ｂ，１４ｂ　外側端面、　１４ｃ　内側端面、　１５，１６　丸み部、　１６ｃ　仮想円、　１７　テーパ面、　２０　接続箇所、　２１　保持器、　２２　ポケット、　４０　軸箱、　４１　丸孔。

 

Claims (6)

1. 　シェル外輪と、
   　前記シェル外輪の中に組み込まれる保持器と、
   　前記保持器に保持されて前記シェル外輪の内径面を転動するころとを備え、
   　　前記シェル外輪は、軸箱の丸孔に圧入固定される円筒形状の外輪本体と、前記外輪本体の軸線方向両端縁から内径側に突出する鍔部と、前記外輪本体と前記鍔部を結合し外側表面が丸みを帯びた膨らみ面にされる丸み部とを含み、
   　　前記外輪本体の前記軸線方向一端縁を含む外周面は、軸線方向外側に向かうほど徐々に縮径する傾き面にされ、
   　　前記傾き面は前記膨らみ面と滑らかに接続し、
   　　前記シェル外輪の中心軸線を含む平面で当該シェル外輪を切断して現れる切断面に関し、前記膨らみ面の断面線と重なる仮想円が、前記傾き面の断面線よりも内径側に位置する、シェル形ころ軸受。
2. 　前記シェル外輪の外径寸法Ｄと、前記シェル外輪の全長寸法Ｌが、
   ０．５≦Ｄ／Ｌ≦１０を満足する、請求項１に記載のシェル形ころ軸受。
3. 　前記仮想円の半径Ｒが、０．５［ｍｍ］≦Ｒ≦２．５［ｍｍ］を満足する、請求項２に記載のシェル形ころ軸受。
4. 　前記外輪本体の外周面の算術表面粗さＲａは、０．５以下である、請求項１に記載のシェル形ころ軸受。
5. 　請求項１～４のいずれかに記載のシェル形ころ軸受と、
   　前記シェル外輪の外径寸法よりも小さな内径寸法の丸孔を有し、前記丸孔の内径面が前記外輪本体の外周面と負すきまで密着する軽合金製の軸箱とを具備する、シェル形ころ軸受の固定構造。
6. 　前記丸孔の前記内径面の算術表面粗さＲａは、１．６以下である、請求項５に記載のシェル形ころ軸受の固定構造。

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