(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
転動体と半径が同一であり該転動体と嵌合する断面形状の円弧部と該円弧部の両端において該円弧部に対し接線となる断面形状の直線部とを軌道方向に連続的に形成してなることを特徴とする転がり機械要素軌道面。
【請求項２】
転動体が軌道面上を転動するように構成された転がり機械要素において、転動体と半径が同一であり該転動体と嵌合する断面形状の円弧部と該円弧部の両端において該円弧部に対し接線となる断面形状の直線部とが軌道方向に連続してなる軌道面を形成したことを特徴とする転がり機械要素。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、転がり機械要素に係り、特に軌道面形状を、転動体とはめあい状態となる半径の円弧部と直線部との組合せにすることによって、転動体と軌道面との接触面積が２つの半円及び１つの矩形の組合せとなるようにして、負荷容量を飛躍的に向上させることができるようにした転がり機械要素に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の転がり機械要素１は、例えば図６に示すように、転動体の一例たる玉２を部材３，４により挾むようにして構成されており、部材３，４には、溝曲率半径が玉径Ｄｗのｆ（適合度又は適合係数）倍となるように形成された断面円弧溝状の軌道面３ａ，４ａが夫々形成され、玉２と該軌道面３ａ，４ａとの接触は１円弧接触であった。
【０００３】
このため部材３，４と玉２との接触状態は点接触となり、接触面積５は、図６に示すように、長軸の長さが２ａ、短軸の長さが２ｂからなる楕円形となり、該接触面積５に生ずる応力分布６も、断面楕円弧形となっていた。
【０００４】
負荷容量を向上させるためには、ｆ数をできるだけ０．５に近い値にして玉と軌道面との接触面積を増大させることが望ましいが、０．５以上０．５１未満では、玉と軌道面との接触部に差動すべりが発生して摩擦抵抗が増大してしまい、寿命値が低下するので、通常は０．５１乃至０．５５の間で定めていた。
【０００５】
ｆ数が０．５１乃至０．５５の場合には、差動すべりが少なくなるため、摩擦抵抗の低減による長寿命化が図れるが、接触面積５が小さくなってしまうため、接触部の最大応力σｍａｘ  が高くなり易く、負荷容量が小さくなるという問題点があった。
【０００６】
また従来の転がり機械要素には、図７に示すように、軌道溝のない部材８，９により玉２を挾むようにして構成されたものもあった。この場合にも、部材８，９と玉２との接触状態は点接触となるが、接触面積１０は、図７に示すように、半径ａの円形となり、該接触面積１０に生ずる応力分布１１も、断面円弧形となっていた。
【０００７】
このため軌道溝を有する場合よりも更に接触部の最大応力σｍａｘ  が高くなり易く、負荷容量もより小さいという問題点があった。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記した従来技術の欠点を除くためになされたものであって、その目的とするところは、転動体と半径が同一であり該転動体と嵌合する断面形状の円弧部と該円弧部の両端において該円弧部に対し接線となる断面形状の直線部とを軌道方向に連続的に形成することによって、差動滑りを増加させずに転動体と軌道面との接触面積を増加させて接触部の最大応力を低下させ、負荷容量を飛躍的に増大させることである。
【０００９】
また他の目的は、転動体が軌道面上を転動するように構成された転がり機械要素において、転動体と半径が同一であり該転動体と嵌合する断面形状の円弧部と該円弧部の両端において該円弧部に対し接線となる断面形状の直線部とが軌道方向に連続してなる軌道面を形成することによって、負荷容量を増大させて転がり機械要素の長寿命化を図ることである。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
要するに本発明（請求項１）は、転動体と半径が同一であり該転動体と嵌合する断面形状の円弧部と該円弧部の両端において該円弧部に対し接線となる断面形状の直線部とを軌道方向に連続的に形成してなることを特徴とするものである。
【００１１】
また本発明（請求項２）は、転動体が軌道面上を転動するように構成された転がり機械要素において、転動体と半径が同一であり該転動体と嵌合する断面形状の円弧部と該円弧部の両端において該円弧部に対し接線となる断面形状の直線部とが軌道方向に連続してなる軌道面を形成したことを特徴とするものである。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下本発明を図面に示す実施例に基いて説明する。本発明に係る転がり機械要素１５は、図１及び図２において、転動体の一例たる玉１６と半径が同一であり該玉１６と嵌合する断面形状の円弧部１８ａと、該円弧部１８ａの両端において該円弧部１８ａに対し接線となる断面形状の直線部１８ｂとが軌道方向に連続してなる軌道面１８を形成したものであり、玉１６が軌道面１８上を転動するように構成されている。
【００１３】
軌道面１８は、玉１６を挾む部材１９，２０に夫々形成されており、図１及び図２に示すように、円弧部１８ａが玉中心ｏb を中心として角度２θの範囲に形成され、そこから直線部１８ｂが更にθa の角度まで形成されている。円弧部１８ａの半径をＲとすると、直線部１８ｂの長さは、Ｒθa となる。なお、円弧部半径Ｒは、玉１６の半径と同一であるので、Ｒ＝Ｄw ／２である。実際には公差が必要になるが、円弧部半径Ｒが０．５１×Ｄw よりも小さく、できるだけＤw ／２に近いことが望ましい。
【００１４】
軌道面１８の方向は、リニアガイドのレールのように（図示せず）直線状でもよく、玉軸受の内外輪のように円弧状でもよく、或いはボールねじのねじ軸のように螺旋状であってもよい。転動体は、玉１６に限られるものではなく、例えば球面ころ（図示せず）であってもよい。
【００１５】
本発明は、上記のように構成されており、以下その作用について説明する。図３に示すように、転がり機械要素１５に対し、部材１９が下降する方向にラジアル荷重が作用すると、転がり機械要素１５は玉１６と部材１９，２０との夫々の接触点、即ち軌道面１８において弾性変形し、部材１９が下方にδだけ移動すると考える。円弧部１８ａと直線部１８ｂとの境界、即ち角度θの位置では、玉１６の直径方向の変形量はδｒ  となる。
【００１６】
このとき玉１６と軌道面１８との接触面積２１は、図５に示すように、幅が２Ｒθ、高さが２ａの１つの矩形状領域２１ａと、半径がａである２つの半円状領域２１ｂが組み合わされたものとなる。矩形状領域２１ａは、軌道面１８の円弧部１８ａに生じ、半円状領域２１ｂは直線部１８ｂに生ずる。
【００１７】
半円状領域２１ｂに生ずるヘルツ応力分布２３は、図４及び図５に示すように、最大ヘルツ応力σｍａｘ  を頂点とする球面形の分布となり、矩形状領域２１ａに生ずるヘルツ応力分布２４は、同様に最大ヘルツ応力がσｍａｘ  である半円筒形（蒲鉾形）の分布となる。半円状領域２１ｂと矩形状領域２１ａとの境界では、応力分布は連続しているので、ヘルツ応力分布２３，２４は同一である。
【００１８】
ここで、従来例（図７に示す平面と玉の場合）及び本発明について負荷容量を理論計算した結果について説明する。計算条件としては、玉径Ｄｗ  ＝６．３５ｍｍ、角度θ＝２０°とし、表１に示すように、ラジアル方向にδだけ変形したときの玉荷重（ラジアル方向分力を合計したもの）を算出した。
【００１９】
【表１】
0003608163.tif 000002
【００２０】
表１において、Ｑ１  θ＝０とは、角度θを０とした場合についての玉荷重であり、即ち軌道面に円弧部がなく、平面と玉との接触状態における玉荷重であることを示している。σｍａｘ  は、その玉荷重時の最大ヘルツ応力を示している。またＱ１（θ）  は、半円状領域２１ｂに生ずる玉荷重のラジアル方向成分を示しており、Ｑ２（２θ）  は、矩形状領域２１ａに生ずる玉荷重のラジアル方向成分を示している。そしてＱは、Ｑ１（θ）  とＱ２（２θ）  との和である。最も右の列には、本発明の場合の玉荷重Ｑと従来例（平面と玉）の場合の玉荷重Ｑ１  θ＝０との比（玉荷重比）を示している。
【００２１】
例えばδ＝１０μｍで見てみると、玉荷重比は１６．２となっており、またδ＝６０μｍで見ても、玉荷重比は７．１となっている。玉荷重比は、同じδだけ変形させるために必要なラジアル荷重の比であり、本発明の方がはるかに大きなラジアル荷重を必要とすることがわかる。
【００２２】
また図６に示すような、軌道面４ａが円弧溝の場合の玉荷重の一例について算出してみると、例えば適合係数ｆ＝０．５２とし（溝曲率半径＝０．５２×Ｄｗ  ）、現ＩＳＯの規格による基本静定格荷重として定義される、最大ヘルツ応力σｍａｘ  ＝４．２ＧＰａ時の玉荷重Ｑ’を算出すると、３６９１Ｎとなる。このときδ＝５７．７μｍであるので、表１のうち最も近いδ＝５８μｍの場合と比較すると、Ｑ／Ｑ’＝９８０１／３６９１＝２．６６となり、やはり従来の円弧溝の場合と比較しても、本発明の方が大きなラジアル荷重を必要とすることがわかる。
【００２３】
上記解析により、本発明は転がり機械要素の負荷容量を飛躍的に高めるものであることが明らかになったことになる。
【００２４】
【発明の効果】
本発明は、上記のように転動体と半径が同一であり該転動体と嵌合する断面形状の円弧部と該円弧部の両端において該円弧部に対し接線となる断面形状の直線部とを軌道方向に連続的に形成したので、差動滑りを増加させずに転動体と軌道面との接触面積を増加させて接触部の最大応力を低下させ、負荷容量を飛躍的に増大させることができる効果がある。
【００２５】
また転動体が軌道面上を転動するように構成された転がり機械要素において、転動体と半径が同一であり該転動体と嵌合する断面形状の円弧部と該円弧部の両端において該円弧部に対し接線となる断面形状の直線部とが軌道方向に連続してなる軌道面を形成したので、負荷容量を増大させて転がり機械要素の長寿命化を図ることができる効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】図１から図５は、本発明の実施例に係り、図１は転がり機械要素の縦断面図である。
【図２】軌道面の断面形状を示す部分拡大縦断面図である。
【図３】ラジアル荷重が作用して変形した状態を示す転がり機械要素の縦断面図である。
【図４】ラジアル荷重作用時の応力分布状態を示す転がり機械要素の縦断面図である。
【図５】転動体と軌道面との接触面積及び直線部に生ずる半円形ヘルツ応力分布を示す平面図及び側面図である。
【図６】図６及び図７は、従来例に係り、図６は曲率半径が転動体径Ｄｗ  のｆ倍とされた円弧溝を軌道面とし、楕円形の接触面積及びヘルツ応力分布を持つ転がり機械要素の縦断面図である。
【図７】軌道面が平面とされ、円形の接触面積及びヘルツ応力分布を持つ転がり機械要素の縦断面図である。
【符号の説明】
１５    転がり機械要素
１６    転動体の一例たる玉
１８    軌道面
１８ａ  円弧部
１８ｂ  直線部
【図１】
0003608163.tif 000003
【図２】
0003608163.tif 000004
【図３】
0003608163.tif 000005
【図４】
0003608163.tif 000006
【図５】
0003608163.tif 000007
【図６】
0003608163.tif 000008
【図７】
0003608163.tif 000009