JP4113979B2 - ころがり軸受 - Google Patents

Description

本発明は、広く一般に使用されるころがり軸受であるが、特に摩擦抵抗の少ないころがり軸受に関するものである。

従来、ころがり軸受の転動体は保持器によって等間隔に保持されるか、又は総ボールと称する全周に転動体を配置して保持器を排除したものが有る。 しかし、前者では回転時に転動体とリテーナーの壁面とが接触すると摩擦力が発生する。 又、後者では隣り合う転動体同士が接触することによって同様に摩擦力が発生する。 この摩擦力は断続的に発生するために起動性能を低下し、滑らかな回転を妨げる原因となり得る。

この対策として、転動体同士の接触を防止する技術として本出願人が出願した下記特許が認可され効果を上げているが、新たな軌道面の追加により比較的高い製作精度が要求されるために、あまり広く利用されていない。
特許３４５３７０１号 ころがり軸受

本発明は上記特許と同等の効果を持ちながら新たな軌道面を必要とせず、製作が容易なころがり軸受を実現するものである。

上記課題を解決するための本発明の手段は、第１の軌道面を有する第１の軌道輪と、第２の軌道面を有する第２の軌道輪と、該第１の軌道面と第２の軌道面に接して回転する複数の転動体を配置してなるころがり軸受において、各々の隣り合う転動体の間に補助転動体を設け、該補助転動体の中心位置を隣り合う転動体の中心を結ぶ直線上に配置したことを特徴とするころがり軸受を提供するものである。

上記手段における実施形態のひとつとして、第１の軌道面と第２の軌道面の断面を円弧状として、転動体を球状としたころがり軸受を提供するものである。

又、上記手段における他の実施形態として、第１の軌道面と第２の軌道面の断面を直線状として、転動体を円筒状としたころがり軸受を提供するものである。

又、上記手段における補助転動体の実施形態のひとつとしては、補助転動体の形状を球状としたころがり軸受を提供するものである。

又、上記手段における補助転動体の他の実施形態としては、補助転動体の形状を円筒状としたころがり軸受を提供するものである。

本発明のころがり軸受は、上記の手段に示すように第１の軌道面を有する第１の軌道輪と、第２の軌道面を有する第２の軌道輪と、該第１の軌道面と第２の軌道面に接して回転する複数の転動体を配置してなるころがり軸受において、各々の隣り合う転動体の間に補助転動体を設け、該補助転動体の中心位置を隣り合う転動体の中心を結ぶ直線上に配置している。

このように構成することによって、隣り合う転動体の距離が接近した場合、補助転動体に接触すると、補助転動体は転動体と逆方向に回転することでころがり接触状態を保つ。
この場合、隣り合う転動体の中心を結ぶ直線上に補助転動体の中心があるので補助転動体を側方に押し出す力は働かない。 補助転動体の中心がこの直線上からずれたとき保持器によってある程度以上のずれが生じないように支持すれば良い。 この支持力はずれ量が少ないほど小さい。 その支持力の大きさは、ずれ量と隣り合った転動体の中心間距離のとの比に比例する。 仮にこの比が１％ならば、支持力は転動体と補助転動体の接触圧の２％である。 補助転動体は両側から等しい力で押されているので、合計の支持力は２％の２倍で４％となる。このように直に保持器と転動体がすべり接触する従来のタイプに比べて摩擦力を大幅に減少させることが出来る。

上記手段における実施形態のひとつとして、第１の軌道面と第２の軌道面の断面を円弧状として、転動体を球状とした場合は、一般にアンギュラーコンタクト軸受と呼ばれる軸受に実施される場合が多い。 この場合の補助転動体の形状は球体状でも円筒状でも良い。 前者の場合は製造が容易で安価となり、後者は補助転動体の直径を小さくすることで転動体の数を増加し、大きな荷重に耐える軸受とすることが出来る。

又、上記手段における他の実施形態として、第１の軌道面と第２の軌道面の断面を直線状として、転動体を円筒状としたいわゆる円筒コロ軸受の場合は、軸方向の荷重には対応出来ないが、半径方向の大きな荷重に耐えることが出来る。 この場合の補助転動体は、円筒状のものか、又は球状のものを２列に配置することとなる。

尚、転動体が球状の場合は第１と第２の軌道輪が軸方向に対向したいわゆるスラスト軸受としても応用することが出来る。この場合も効果は前記アンギュラーコンタクト軸受の場合と同じである。

尚、本発明を実施する上で新たな軌道面の追加はなく、補助転動体の追加と、保持器の変更のみで良いので製造は容易であり、安価に製作する事が出来る。

本発明のころがり軸受は、上記の手段により明らかなように、新たな軌道面を追加することなしに、アンギュラーコンタクト軸受、円筒コロ軸受、スラスト軸受などに広い範囲に容易に実施することが可能であり、従来のものに比べて摩擦力の大幅な低減を可能にするものである。

本発明の構造は、その好ましい実施形態のひとつとして、断面が円弧状の第１の軌道面を有する第１の軌道輪（外輪）と、断面が円弧状の第２の軌道面を有する第２の軌道輪（内輪）と、該第１の軌道面と第２の軌道面に接して回転する複数の球状の転動体を配置してなるころがり軸受において、各々の隣り合う転動体の間に球状の補助転動体を設け、該補助転動体の中心位置を隣り合う転動体の中心を結ぶ直線上に配置している。 この位置関係を保つために、転動体が緩く収まる半径方向の複数の穴と、補助転動体が緩く収まる円周方向の複数の穴を有する保持器が設けられている。

このように構成したころがり軸受は、第１の軌道輪と第２の軌道輪が相対回転運動をすると、転動体は第１の軌道面と第２の軌道面に接触した状態でころがり運動をする。 しかし、荷重の方向が軸受の回転中心軸に対して傾いた場合などに該ころがり運動の回転軸が傾き、 隣り合った転動体の間隔が変動することがある。 この場合、接近した転動体は補助転動体に接触し、補助転動体が転動体の外周の回転速度と同じ速度で逆回転して、ころがり運動をする。 補助転動体の中心が隣り合った転動体の中心を結ぶ線上にあれば、補助転動体を側方に押し出す力は働かない。 この線上からずれると、保持器が側方から補助転動体を支持してそのずれ量を制限する。 その支持力の大きさは、ずれ量と隣り合った転動体の中心間距離のとの比に比例する。 仮にこの比が１％ならば、支持力は転動体と補助転動体の接触圧の２％である。 補助転動体は両側から等しい力で押されているので、合計の支持力は２％の２倍で４％となる。 このように、補助転動体を使用しない従来の軸受に比べてこの部分の摩擦を大幅に減少させることが出来る。

尚、本発明において、上記説明の構造は、単なる一例であり、転動体の形状、補助転動体の形状、又軌道輪も半径方向に対向するものではなく、軸方向に対向するもの等、多くの応用が可能である。

以下図について本発明の実施形態について説明する。
図１は本発明の一実施形態の構造を示す側断面図であり、図２はその正面図である。
図１及び図２において、断面が円弧状の第１の軌道面１を有する第１の軌道輪（外輪）２と、断面が円弧状の第２の軌道面３を有する第２の軌道輪（内輪）４と、該第１の軌道面１と第２の軌道面３に接して回転する複数の球状の転動体５を配置してなるころがり軸受において、各々の隣り合う転動体５の間に球状の補助転動体６を設け、該補助転動体６の中心位置を隣り合う転動体５の中心を結ぶ直線７上に配置している。 この位置関係を保つために、転動体５が緩く収まる半径方向の複数の穴８と、補助転動体６が緩く収まる円周方向の複数の穴９を有する保持器１０が設けられている。

このように構成したころがり軸受は、第１の軌道輪２と第２の軌道輪４が相対回転運動をすると、転動体５は第１の軌道面１と第２の軌道面３に接触した状態でころがり運動をする。 しかし、荷重の方向が軸受の回転中心軸１１に対して傾いた場合などに該転動体５のころがり運動の回転軸が傾き、 隣り合った転動体５の間隔が変動することがある。 この場合、接近した転動体５は補助転動体６に接触し、補助転動体６が転動体５の外周の回転速度と同じ速度で逆回転して、ころがり運動をする。 補助転動体６の中心が隣り合った転動体５の中心を結ぶ線７上にあれば、補助転動体６を側方に押し出す力は働かない。 この線上からずれると、保持器１０の円周方向の穴９が側方から補助転動体６を支持してそのずれ量を制限する。 その支持力の大きさは、隣り合った転動体５の中心間距離とずれ量との比に比例する。 仮にこの比が１％ならば、支持力は転動体５と補助転動体６の接触圧の２％である。 補助転動体６は両側から等しい力で転動体５に押されているので、合計の支持力は２％の２倍で４％となる。 このように、補助転動体６を使用しない従来の軸受に比べてこの部分の摩擦を大幅に減少させることが出来る。

項の４行目「断面が円弧状の」を図面表示に合わせて「断面が直線状の」と訂正する。

このように構成したころがり軸受の作用は図１及び図３に示した構造のものとほぼ同様であるが、軸方向の荷重を受けることは出来ない代わりに、半径方向の大きな荷重を支えることが出来る。

図５は、本発明の他の実施例の構造を示す側断面図である。
図５において、補助転動体４６は球状をなし、転動体２５の長手方向に対して２列に配置されている。 保持器５０の円周方向の穴４９もこの補助転動体４６を緩く収めるべく２列に設けられている。 図５に示す構造のころがり軸受の作用は、図３及び図４に示す構造のものとほぼ同じであるが、比較的転動体２５の数が少ない軸受について、保持器が製造上容易な形状となる利点がある。

図６は、本発明の他の実施例の構造を示す側断面図であり。 図７は、その正面図である。
図６及び図７において、断面が円弧状の第１の軌道面６１を有する第１の軌道輪６２と、断面が円弧状の第２の軌道面６３を有する第２の軌道輪６４とは相互の軌道面６１と６３が軸方向に対向している。 該第１の軌道面６１と第２の軌道面６３に接して回転する複数の球状の転動体６５を配置してなるころがり軸受において、各々の隣り合う転動体６５の間に球状の補助転動体６６を設け、該補助転動体６６の中心位置を隣り合う転動体６５の中心を結ぶ直線６７上に配置している。 この位置関係を保つために、転動体６５が緩く収まるころがり軸受の回転中心軸７１方向の複数の穴６８と、補助転動体６６が緩く収まる円周方向の複数の穴６９を有する保持器７０が設けられている。該保持器７０は製造、組み立て上の理由で軸受の回転中心軸７１に直角な平面で２分割され、転動体６５及び補助転動体６６を組み込み後にリベット７２で結合されている。

このように構成したころがり軸受は、第１の軌道輪６２と第２の軌道輪６４が相対回転運動をすると、転動体６５は第１の軌道面６１と第２の軌道面６３に接触した状態でころがり運動をする。 しかし、荷重の方向が軸受の回転中心軸７１に対して傾いた場合などに該転動体６５のころがり運動の回転軸が傾き、隣り合った転動体６５の間隔が変動することがある。 この場合、接近した転動体６５は補助転動体６６に接触し、補助転動体６６が転動体６５の外周の回転速度と同じ速度で逆回転して、ころがり運動をする。
この場合の作用は図１及び図２に示す構造の場合とほぼ同様である。 但し、保持器７０の複数の穴６８には転動体６５の公転に伴う遠心力がより強く働くので、保持器の材質はこの遠心力に耐える金属で製作されることが望ましい。 補助転動体６６は径が小さく
質量が小さいので、遠心力の影響を受けることはかなりの高速回転時以外問題になることは少ない。 その場合も、補助転動体６６の材質を比重の軽いセラミックなどで製作することによって解決する事が出来る。

以上の説明だ明らかのごとく、本発明のころがり軸受は、転動体同士又は保持器の壁面と転動体の接触による断続的な摩擦力の発生を大幅に低減することが出来る上、新たな軌道面の追加が不要であり、保持器の変更と補助転動体の追加のみで実施が可能であるので、従来の軸受との置き換えも容易であるため、安価に実施することが出来、摩擦力の減少効果を従来の軸受と比較しやすい。 又、アンギュラーコンタクト軸受、円筒コロ軸受、スラスト軸受など広く応用することが出来るため、その産業上の効果は極めて著しい。

本発明の一実施形態の構造を示す側断面図である。 その正面図である。 本発明の他の実施形態の構造を示す分解斜視図である。 その正面図である。 本発明の他の実施形態の構造を示す分解斜視図である。 本発明の他の実施形態の構造を示す側断面図である。 その正面図である。

符号の説明

１、２１、６１：第１の軌道面
２、２２、６２：第１の軌道輪
３、２３、６３：第２の軌道面
４、２４、６４：第２の軌道輪
５、２５、６５：転動体
６、２６、４６、６６：補助転動体
７、２７、６７：直線
８、２８、６８：半径方向の複数の穴
９、２９、４９、６９：円周方向の複数の穴
１０、３０、５０、７０：保持器
１１、７１：ころがり軸受の回転中心軸
７２：リベット

Claims (5)

1. 回転軸を含む側断面が円弧状の第１の軌道面を有する第１の軌道輪と、該側断面が円弧状の第２の軌道面を有する第２の軌道輪とが相互の軌道面が半径方向に対向しており、該第１の軌道面と第２の軌道面に接して回転する複数の球状の転動体を配置してなるころがり軸受において、各々の隣り合う転動体の間に該転動体と接し得る間隔で球状の補助転動体を設け、該補助転動体の中心位置を隣り合う転動体の中心を結ぶ直線上に配置し、上記配置状態を維持するために該転動体が緩く収まる軸受半径方向の複数の穴と、該半径方向の複数の穴の側壁に該補助転動体が緩く収まる軸受円周方向の穴を有する円環状の保持器を設けたことを特徴とするころがり軸受。
2. 回転軸を含む側断面が直線状の第１の軌道面を有する第１の軌道輪と、該側断面が直線状の第２の軌道面を有する第２の軌道輪とが相互の軌道面が半径方向に対向しており、該第１の軌道面と第２の軌道面に接して回転する複数の円筒状の転動体を配置してなるころがり軸受において、各々の隣り合う転動体の間に該転動体と接し得る間隔で円筒状の補助転動体を該転動体と並行に設け、該補助転動体の中心位置を隣り合う転動体の中心を結ぶ直線上に配置し、上記配置状態を維持するために該転動体が緩く収まる軸受半径方向の複数の穴と、該半径方向の複数の穴の側壁に該補助転動体が緩く収まる軸受円周方向の穴を有する円環状の保持器を設けたことを特徴とするころがり軸受。
3. 回転軸を含む側断面が直線状の第１の軌道面を有する第１の軌道輪と、該側断面が直線状の第２の軌道面を有する第２の軌道輪とが相互の軌道面が半径方向に対向しており、該第１の軌道面と第２の軌道面に接して回転する複数の円筒状の転動体を配置してなるころがり軸受において、各々の隣り合う転動体の間に該転動体と接し得る間隔で２列に球状の補助転動体を設け、該補助転動体の中心位置を隣り合う転動体の中心を結ぶ直線上に配置し、上記配置状態を維持するために該転動体が緩く収まる軸受半径方向の複数の穴と、該半径方向の複数の穴の側壁に該補助転動体が緩く収まる軸受円周方向の２個づつの穴を有する円環状の保持器を設けたことを特徴とするころがり軸受。
4. 回転軸を含む側断面が円弧状の第１の軌道面を有する第１の軌道輪と、該側断面が円弧状の第２の軌道面を有する第２の軌道輪とが相互の軌道面が軸方向に対向しており、該第１の軌道面と第２の軌道面に接して回転する複数の球状の転動体を配置してなるころがり軸受において、各々の隣り合う転動体の間に該転動体と接し得る間隔で球状の補助転動体を設け、該補助転動体の中心位置を隣り合う転動体の中心を結ぶ直線上に配置し、上記配置状態を維持するために該転動体が緩く収まる軸受中心軸方向の複数の穴と、該中心軸方向の複数の穴の側壁に該補助転動体が緩く収まる軸受円周方向の穴を有する円環状の保持器を設けたことを特徴とするころがり軸受。
5. 各々の隣り合う転動体の間に該転動体と接し得る間隔でセラミック製の補助転動体を設け、該補助転動体の中心位置を隣り合う転動体の中心を結ぶ直線上に配置し、上記配置状態を維持するために該転動体が緩く収まる軸受円周方向と直角な方向の複数の穴と、該軸受円周方向と直角な方向の複数の穴の側壁に該補助転動体が緩く収まる軸受円周方向の穴を有する金属製で円環状の保持器を設けたことを特徴とする請求項１乃至４記載のころがり軸受。

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