(57)【要約】【課題】大荷重が負荷されても長寿命な転がり軸受装置を提供する。【解決手段】転がり軸受装置は、ハウジング１と、ハウジング１に挿通され同軸に配された回転軸２と、ハウジング１の内周面１ａと回転軸２の外周面との間に介装されハウジング１と回転軸２とを相対回転自在に支持する転がり軸受１０と、を備えている。転がり軸受１０の外輪１２の外周面１２ａを非真円形状に形成して、外輪１２の外周面１２ａとハウジング１の内周面１ａとの間に径方向すきまＣを設け、ラジアル荷重が負荷される周方向位置に径方向すきまＣを配した。【選択図】図１
2014085000.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪と外輪と複数の転動体とを備える転がり軸受を、ハウジングと前記ハウジングに挿通された軸との間に介装して、前記ハウジングと前記軸とを相対回転自在とした転がり軸受装置であって、
互いに対向する前記外輪の外周面及び前記ハウジングの内周面の少なくとも一方を非真円形状に形成して、前記外輪の外周面と前記ハウジングの内周面との間に径方向すきまを設け、ラジアル荷重が負荷される周方向位置に前記径方向すきまを配したことを特徴とする転がり軸受装置。
【請求項２】
真円形状である前記外輪の外周面の一部を、他部よりも曲率半径が大きい円弧状とすることにより、前記外輪の外周面を非真円形状とし、この非真円形状の前記外輪の外周面と真円形状の前記ハウジングの内周面との間に前記径方向すきまを設けたことを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受装置。
【請求項３】
真円形状である前記ハウジングの内周面の一部を、他部よりも曲率半径が小さい円弧状とすることにより、前記ハウジングの内周面を非真円形状とし、この非真円形状の前記ハウジングの内周面と真円形状の前記外輪の外周面との間に前記径方向すきまを設けたことを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受装置。
【請求項４】
前記外輪及び前記ハウジングのうち非真円形状に形成した方の、前記ラジアル荷重が負荷される周方向位置に、該周方向位置を示すマークを表示したことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載の転がり軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は転がり軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
ハウジングと、該ハウジングに挿嵌された軸との間に介装されてハウジングと軸とを相対回転自在に支持する転がり軸受としては、内輪及び外輪の周方向に沿って連続する軌道面の連続方向の形状が真円形状である真円転がり軸受が一般的に使用される。
ただし、高速軽荷重条件で使用される、ガスタービン等の回転軸を支持する転がり軸受では、無負荷時に転動体が軌道面を転動せずに滑り、スキッディング損傷と呼ばれる摩耗が発生するおそれがある。
そこで、このようなスキッディング損傷を防止する対策として、内輪及び外輪のうち少なくとも一方の軌道面を楕円形又はおむすび形に歪ませて非真円形状とした非真円転がり軸受が提案されている（例えば特許文献１を参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００１−３０４２７４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、前述の一般的な真円転がり軸受は、大荷重が負荷されると最大転動体荷重が大きくなるので、転がり疲れ寿命が不十分となるおそれがあるという問題があった。なお、転がり軸受に外部から負荷された荷重を、いくつかの転動体が分担して支持するが、１つの転動体が支持する荷重を転動体荷重といい、各転動体の転動体荷重のうち最大のものを最大転動体荷重という。
そこで、本発明は上記のような従来技術が有する問題点を解決し、大荷重が負荷されても長寿命な転がり軸受装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
前記課題を解決するため、本発明の態様は、次のような構成からなる。すなわち、本発明の一態様に係る転がり軸受装置は、内輪と外輪と複数の転動体とを備える転がり軸受を、ハウジングと前記ハウジングに挿通された軸との間に介装して、前記ハウジングと前記軸とを相対回転自在とした転がり軸受装置であって、互いに対向する前記外輪の外周面及び前記ハウジングの内周面の少なくとも一方を非真円形状に形成して、前記外輪の外周面と前記ハウジングの内周面との間に径方向すきまを設け、ラジアル荷重が負荷される周方向位置に前記径方向すきまを配したことを特徴とする。
【０００６】
この転がり軸受装置においては、真円形状である前記外輪の外周面の一部を、他部よりも曲率半径が大きい円弧状とすることにより、前記外輪の外周面を非真円形状とし、この非真円形状の前記外輪の外周面と真円形状の前記ハウジングの内周面との間に前記径方向すきまを設けてもよい。あるいは、真円形状である前記ハウジングの内周面の一部を、他部よりも曲率半径が小さい円弧状とすることにより、前記ハウジングの内周面を非真円形状とし、この非真円形状の前記ハウジングの内周面と真円形状の前記外輪の外周面との間に前記径方向すきまを設けてもよい。
また、前記外輪及び前記ハウジングのうち非真円形状に形成した方の、前記ラジアル荷重が負荷される周方向位置に、該周方向位置を示すマークを表示してもよい。
【発明の効果】
【０００７】
本発明の転がり軸受装置は、外輪の外周面とハウジングの内周面との間に径方向すきまを設け、ラジアル荷重が負荷される周方向位置に径方向すきまを配したので、大荷重が負荷されても長寿命である。
【図面の簡単な説明】
【０００８】
【図１】本発明に係る転がり軸受装置の一実施形態の構造を示す側面図である。
【図２】転動体の位置と転動体荷重との関係を示すグラフである。
【図３】本実施形態の転がり軸受装置の変形例を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
本発明に係る転がり軸受装置の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
〔第一実施形態〕
図１は、本発明に係る転がり軸受装置の一実施形態の構造を示す側面図である。図１に示す第一実施形態の転がり軸受装置は、例えば略筒状のハウジング１と、ハウジング１に挿通され同軸に配された回転軸２と、ハウジング１の内周面１ａと回転軸２の外周面との間に介装されハウジング１と回転軸２とを相対回転自在に支持する転がり軸受１０と、を備えている。
【００１０】
この転がり軸受１０としては、例えば、内輪１１と、外輪１２と、内輪１１及び外輪１２の間に転動自在に配された複数の転動体Ｒと、を備える円筒ころ軸受が使用される。なお、転がり軸受１０は、保持器やシール装置を備えていてもよいし、備えていなくてもよい。また、転がり軸受の種類は円筒ころ軸受に限定されるものではなく、円筒ころ軸受以外の様々な種類の転がり軸受を使用することができる。例えば、深溝玉軸受，アンギュラ玉軸受，自動調心玉軸受，円すいころ軸受，針状ころ軸受，自動調心ころ軸受等のラジアル形の転がり軸受である。
【００１１】
通常、このような転がり軸受装置においては、嵌め合い面であるハウジングの内周面と外輪の外周面とは、周方向の形状がいずれも真円形状であり、互いに対向する両面の間には径方向すきまが設けられていない、いわゆるしまりばめで使用するか、あるいは、径方向すきまが設けられている、いわゆるすきまばめで使用するが、本実施形態の転がり軸受装置においては、外輪１２の外縁部の一部を真円形状から欠落させることによって、外輪１２の外周面１２ａを非真円形状に形成している。
【００１２】
詳述すると、外輪１２の外周面１２ａは、その大部分は同一半径の真円形状部となっているが、一部は真円形状部の半径よりも小径となっているので（以下、この部分を「非真円形状部２０」と記すこともある）、全体としては非真円形状となっている。その結果、しまりばめの場合は、真円形状であるハウジング１の内周面１ａと非真円形状である外輪１２の外周面１２ａとの間に径方向すきまＣが形成される。また、すきまばめの場合は、真円形状であるハウジング１の内周面１ａと、外輪１２の外周面１２ａに設けられた非真円形状部２０との間の径方向すきまＣの大きさは、他の部分（すなわち真円形状部）の径方向すきまよりも大きくなる。
【００１３】
転がり軸受装置において転がり軸受１０には、ハウジング１側（外部側）から軸受中心軸に向かう方向のラジアル荷重が負荷されるので、ラジアル荷重が負荷される周方向位置に非真円形状部２０が位置するように、転がり軸受装置に転がり軸受１０を取り付ける。その結果、ラジアル荷重が負荷される周方向位置に径方向すきまＣが配されることとなる。図１の例では、矢印で示すように、上方から下方に向かう方向のラジアル荷重が転がり軸受１０の上側に負荷されるので、非真円形状部２０が上側に位置するように、ハウジング１に転がり軸受１０が取り付けられている。
【００１４】
転がり軸受にラジアル荷重が負荷されると、複数の転動体のうちいくつかの転動体が分担して荷重を支持し（転動体が荷重を支持している範囲を負荷圏という）、転動体位置が荷重線に対して線対称であれば、負荷圏の転動体の転動体荷重の分布は荷重線に対して線対称となる。通常の転がり軸受であれば、負荷圏の転動体の中でも荷重線上に位置する転動体Ｒ０の転動体荷重が最大となる。そして、転動体Ｒ０の両隣の転動体Ｒ１，Ｒ１の転動体荷重は転動体Ｒ０の転動体荷重よりも小さく、転動体Ｒ１，Ｒ１の隣の転動体Ｒ２，Ｒ２の転動体荷重は転動体Ｒ１の転動体荷重よりもさらに小さく、転動体Ｒ０から離れるに従って転動体荷重は小さくなっていく。
【００１５】
転がり軸受の寿命は、負荷圏の転動体の転動体荷重を基に決定するが、荷重線上に位置する転動体Ｒ０の最大転動体荷重が寿命に大きく影響するため、転がり軸受に大荷重が負荷される場合には、通常の転がり軸受では損傷が生じやすくなり、寿命が低下するおそれがある。
しかしながら、本実施形態の転がり軸受装置は、ハウジング１の内周面１ａと外輪１２の外周面１２ａとの間に径方向すきまＣが形成されており、ラジアル荷重が負荷される周方向位置に径方向すきまＣが配されているので、ラジアル荷重が負荷された際にはハウジング１と外輪１２が弾性変形し、ハウジング１の内周面１ａが外輪１２の非真円形状部２０の外周面１２ａに接触するまでラジアル荷重は荷重線上に位置する転動体Ｒ０にはあまり負荷されず、隣接する転動体Ｒ１，Ｒ２，・・・に多く負荷されることとなる。
【００１６】
その結果、荷重線上に位置する転動体Ｒ０に負荷されるはずのラジアル荷重が、隣接する転動体Ｒ１，Ｒ２，・・・に分散されるため、荷重線上に位置する転動体Ｒ０が支持するラジアル荷重が低減されて、転がり軸受１０の最大転動体荷重が小さくなる。よって、一般的な真円転がり軸受に比べて、転がり軸受１０は、大荷重が負荷されたとしても転がり疲れ寿命が長寿命である。
【００１７】
非真円形状部２０の外周面１２ａの形状は、荷重線上に位置する転動体Ｒ０にラジアル荷重が負荷されるような大きさの径方向すきまＣが形成されるならば、特に限定されるものではないが、真円形状部の半径よりも曲率半径が大きい円弧状としてもよい（真円形状部と非真円形状部２０とでは、曲率中心は異なる）。なお、径方向すきまＣが小さすぎると、荷重線上に位置する転動体Ｒ０の転動体荷重が大きなままなので、転がり軸受１０の長寿命化効果が不十分となるおそれがある。一方、径方向すきまＣが大きすぎると、荷重線上に位置する転動体Ｒ０がラジアル荷重をほとんど支持しなくなるため、かえって転がり軸受１０の転がり疲れ寿命が短くなるおそれ、あるいは、ハウジング１の強度が低下するおそれがある。なお、図１に示す外輪１２と転動体Ｒとの間のすきまは、分かりやすくするために、実際よりも大きめに描いてある。
【００１８】
ここで、外径９００ｍｍの円筒ころ軸受を例にして、本実施形態の転がり軸受１０と一般的な真円転がり軸受について、ラジアル荷重を負荷した際の転動体荷重の分布を有限要素法により計算した。なお、径方向すきまＣのうち最大開口部分の径方向距離δを０．１ｍｍ、円筒ころ軸受の初期ラジアルすきまを０．８ｍｍとして、計算を行った。計算結果を図２に示す。
【００１９】
なお、図２のグラフにおいては、荷重線上に位置する転動体の転動体位置をＲ０、その隣の転動体の転動体位置をＲ１と表示し、さらにＲ０から離れるに従ってＲ２，Ｒ３，Ｒ４・・・と表示している。また、図２のグラフにおける転動体荷重は、一般的な真円転がり軸受の荷重線上に位置する転動体Ｒ０の転動体荷重を１とした場合の相対値で示してある。
図２のグラフから、本実施形態の転がり軸受１０（図２のグラフにおいては本発明例と記してある）の最大転動体荷重は、一般的な真円転がり軸受（図２のグラフにおいては従来例と記してある）の最大転動体荷重よりも約１５％低いことが分かる。
【００２０】
〔第二実施形態〕
第二実施形態の転がり軸受装置の構成及び作用は、第一実施形態とほぼ同様であるので、図１を参照しながら異なる部分のみ説明し、同様の部分の説明は省略する。
第一実施形態においては、外輪１２の外縁部の一部を真円形状から欠落させることによって、外輪１２の外周面１２ａを非真円形状に形成したが、第二実施形態においては、ハウジング１の内縁部の一部を真円形状から欠落させることによって（すなわち、ハウジング１の内周面１ａに凹部を設けることによって）、ハウジング１の内周面１ａを非真円形状に形成している。
【００２１】
詳述すると、ハウジング１の内周面１ａは、その大部分は同一半径の真円形状部となっているが、一部は真円形状部の半径よりも大径となっているので（この部分が非真円形状部２０である）、全体としては非真円形状となっている。その結果、真円形状である外輪１２の外周面１２ａと非真円形状であるハウジング１の内周面１ａとの間に径方向すきまＣが形成される。
【００２２】
そして、ラジアル荷重が負荷される周方向位置に非真円形状部２０が位置するように、転がり軸受装置に転がり軸受１０を取り付ける。その結果、ラジアル荷重が負荷される周方向位置に径方向すきまＣが配されることとなる。
図１の例では、上方から下方に向かう方向のラジアル荷重が転がり軸受１０の上側に負荷されるので、ハウジング１の内周面１ａの上側に非真円形状部２０を設け、そのハウジング１に転がり軸受１０を取り付ける。
【００２３】
第二実施形態の転がり軸受装置は、ハウジング１の内周面１ａと外輪１２の外周面１２ａとの間に径方向すきまＣが形成されており、ラジアル荷重が負荷される周方向位置に径方向すきまＣが配されているので、ラジアル荷重が負荷された際にはハウジング１と外輪１２が弾性変形し、ハウジング１の非真円形状部２０の内周面１ａが外輪１２の外周面１２ａに接触するまでラジアル荷重は荷重線上に位置する転動体Ｒ０にはあまり負荷されず、隣接する転動体Ｒ１，Ｒ２，・・・に多く負荷されることとなる。
【００２４】
その結果、荷重線上に位置する転動体Ｒ０に負荷されるはずのラジアル荷重が、隣接する転動体Ｒ１，Ｒ２，・・・に分散されるため、荷重線上に位置する転動体Ｒ０が支持するラジアル荷重が低減されて、転がり軸受１０の最大転動体荷重が小さくなる。よって、一般的な真円転がり軸受に比べて、転がり軸受１０は、大荷重が負荷されたとしても転がり疲れ寿命が長寿命である。
【００２５】
非真円形状部２０の外周面１ａの形状は、荷重線上に位置する転動体Ｒ０にラジアル荷重が負荷されるような大きさの径方向すきまＣが形成されるならば、特に限定されるものではないが、真円形状部の半径よりも曲率半径が小さい円弧状としてもよい（真円形状部と非真円形状部２０とでは、曲率中心は異なる）。なお、径方向すきまＣが小さすぎると、荷重線上に位置する転動体Ｒ０の転動体荷重が大きなままなので、転がり軸受１０の長寿命化効果が不十分となるおそれがある。一方、径方向すきまＣが大きすぎると、荷重線上に位置する転動体Ｒ０がラジアル荷重をほとんど支持しなくなるため、かえって転がり軸受１０の転がり疲れ寿命が短くなるおそれ、あるいは、ハウジング１の強度が低下するおそれがある。
【００２６】
なお、第一及び第二実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明はこれらの実施形態に限定されるものではない。例えば、第一及び第二実施形態においては、外輪１２の外周面１２ａ又はハウジング１の内周面１ａに非真円形状部２０を設けたが、両方に設けてもよい。
また、第一及び第二実施形態においては、径方向すきまＣの数は１箇所であったが、ラジアル荷重が負荷される周方向位置に１つの径方向すきまＣが配されるならば、周方向に複数箇所設けてもよい。また、負荷圏が複数箇所になる場合には、負荷圏の位置に合わせて、径方向すきまＣを周方向に複数箇所設けてもよい。
【００２７】
さらに、第一及び第二実施形態においては、転がり軸受１０に対して、ハウジング１側（外部側）から軸受中心軸に向かう方向のラジアル荷重が負荷されるが、回転軸２側から外部側に向かう方向のラジアル荷重が負荷される場合でも、同様の効果が得られる。また、第一及び第二実施形態においては、上方から下方に向かう方向のラジアル荷重が負荷されるが、下方から上方に向かう方向など、他の方向のラジアル荷重でも差し支えない。その場合は、ラジアル荷重が負荷される周方向位置（負荷圏）と非真円形状部２０の位置を合わせる。
【００２８】
さらに、軸が固定され、ハウジングが回転する転がり軸受装置にも、本発明を適用することが可能である。その場合は、ハウジング１の回転とともに荷重方向も回転する。すなわち、非真円形状部２０と負荷圏の周方向位置が合うようにする。
さらに、第一及び第二実施形態の転がり軸受１０において、ラジアル荷重が負荷される場合だけではなく、アキシアル荷重やモーメントが負荷される場合にも、本発明を適用することが可能である。
【００２９】
さらに、非真円形状部２０と真円形状部との境界部分は、滑らかに連続していることが好ましい。すなわち、第一実施形態では、外輪１２の非真円形状部２０の外周面１２ａと真円形状部の外周面１２ａとが滑らかに連続していることが好ましく、第二実施形態では、ハウジング１の非真円形状部２０の内周面１ａと真円形状部の内周面１ａとが滑らかに連続していることが好ましい。そうすれば、ラジアル荷重が負荷された際に、第一実施形態では、外輪１２の非真円形状部２０の外周面１２ａとこれに対向するハウジング１の内周面１ａとが円滑に接触することができるし、第二実施形態では、ハウジング１の非真円形状部２０の内周面１ａとこれに対向する外輪１２の外周面１２ａとが円滑に接触することができる。
【００３０】
さらに、第一及び第二実施形態の転がり軸受装置において、外輪１２及びハウジング１のうち非真円形状に形成した方（非真円形状部２０を有する方）の、ラジアル荷重が負荷される周方向位置に、該周方向位置を示すマーク３０を表示してもよい。例えば、第一実施形態の転がり軸受装置では、外輪１２の側面におけるラジアル荷重が負荷される周方向位置にマーク３０を表示してもよく（図３を参照）、また、第二実施形態の転がり軸受装置では、ハウジング１の側面におけるラジアル荷重が負荷される周方向位置にマーク３０を表示してもよい。
【００３１】
ラジアル荷重が負荷される周方向位置にマーク３０が表示されていれば、転がり軸受１０をハウジング１に取り付ける際に、ラジアル荷重が負荷される周方向位置に非真円形状部２０の位置を合わせて取り付けることが容易となる。よって、ラジアル荷重が負荷される周方向位置と非真円形状部２０の位置とがずれた状態で転がり軸受１０を取り付ける可能性が低下する。
【００３２】
マーク３０の内容は特に限定されるものではなく、文字，記号，図形，模様，絵等を、単独又は２種以上組み合わせて使用することができる。また、表示の方法としては、塗料の塗布又は噴霧、刻印、紙，フィルム等の貼付などの方法を、単独又は２種以上組み合わせて使用することができる。
なお、図３も図１と同様に、外輪１２と転動体Ｒとの間のすきまは、分かりやすくするために、実際よりも大きめに描いてある。
【符号の説明】
【００３３】
１      ハウジング
１ａ    内周面
２      回転軸
１０      転がり軸受
１１      内輪
１２      外輪
１２ａ    外周面
２０      非真円形状部
３０      マーク
Ｃ      径方向すきま
Ｒ      転動体
【図１】
2014085000.tif 000003
【図２】
2014085000.tif 000004
【図３】
2014085000.tif 000005