(57)【要約】【課題】軸受装置を大型化すること無く潤滑剤の封入量を向上させることで軸受寿命を延命化することが可能であると共に、軸受運転時における温度上昇を効果的に抑えることで潤滑剤による潤滑性を一定に維持することが可能な小型で軽量の軸受装置を提供する。【解決手段】回転軸２に外装された外側部材４と、回転軸の外周面に形成された内側軌道溝Ｇ１と外側部材の内周面に形成された外側軌道溝Ｇ２との間に転動自在に配列された複数の転動体６とを備えており、回転軸には、内側軌道溝の相互間の周面領域を矩形状にへこませた凹部Ｓが設けられている。この場合、凹部Ｓは、周面領域に沿って連続的に設けても良いし、或いは断続的に設けても良い。【選択図】    図１
2006090339.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸に外装された外側部材と、
軸の外周面に形成された内側軌道溝と外側部材の内周面に形成された外側軌道溝との間に転動自在に配列された複数の転動体とを備えており、
軸及び外側部材の少なくとも一方に凹部が設けられていることを特徴とする軸受装置。
【請求項２】
軸の外周面に設けられた内側部材と、
軸に外装された外側部材と、
内側部材の外周面に形成された内側軌道溝と外側部材の内周面に形成された外側軌道溝との間に転動自在に配列された複数の転動体とを備えており、
内側部材及び外側部材の少なくとも一方に凹部が設けられていることを特徴とする軸受装置。
【請求項３】
軸受装置は、複数の転動体の列が複列に構成された複列軸受であって、
凹部は、内側軌道溝の相互間及び外側軌道溝の相互間の少なくとも一方の周面領域に設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の軸受装置。
【請求項４】
凹部は、周面領域に沿って連続的に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の軸受装置。
【請求項５】
凹部は、周面領域に沿って断続的に設けられていることを特徴とする請求項３に記載の軸受装置。
【請求項６】
軸は、少なくとも一部が中空に構成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の軸受装置。
【請求項７】
凹部は、矩形状にへこませて構成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の軸受装置。
【請求項８】
凹部は、湾曲形状にへこませて構成されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の軸受装置。
【請求項９】
軸受装置は、各種車両の水ポンプに用いられることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載の軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えばクレーン車や消防車などの特殊車両、その他の各種車両(例えば、自動車)の水ポンプに用いられる軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、例えばクレーン車や消防車などの特殊車両、その他の各種車両(例えば、自動車)には、種々のタイプの水ポンプが用いられており、かかる水ポンプの種類に応じた軸受装置が開発されている。例えば図３(ａ),(ｂ)に示された水ポンプ用の軸受装置1,3は、大径部２ａと小径部２ｂとから成る中実の回転軸２と、回転軸２の大径部２ａに外装された外側部材(外輪)４と、回転軸２の外周面に形成された内側軌道溝Ｇ１と外側部材４の内周面に形成された外側軌道溝Ｇ２との間に転動自在に配列された複数の転動体６と、これら複数の転動体６を保持する保持器８とを備えている(例えば、特許文献１)。
【０００３】
なお、同図(ａ)の軸受装置は一般的な複列軸受１の構成を成し、同図(ｂ)の軸受装置はアンギュラタイプの複列軸受３の構成を成しており、双方とも密封板１０により潤滑剤の漏洩防止及び異物(例えば、水や塵埃)の浸入防止が図られている。
かかる構成において、外側部材４を図示しないハウジングに固定することにより、回転軸２をハウジングに対して相対的に回転可能に支持することが可能となる。なお、回転軸２の大径部２ａ側は、図示しない接続機構(例えば、プーリ)を介して自動車の駆動機構(例えば、エンジン)に接続され、一方、回転軸２の小径部２ｂ側は、密封機構(例えば、メカニカルシール)を介して水ポンプ(図示しない)内に延出し、その延出端に図示しないインペラ(羽根車)が装着されている。
【０００４】
ところで、水ポンプ用の軸受装置には、半固体状の潤滑剤(例えば、グリース)が封入されるのが一般的であり、その軸受寿命は、当該軸受装置の材料の疲れ寿命よりも潤滑寿命に比例して延命又は短命となる。従って、軸受装置に封入する潤滑剤の封入量を多くすれば軸受寿命を延命化させることが可能である。しかし、潤滑剤の封入量を多くすると、潤滑剤の初期洩れなどの不具合を生じる場合が想定される。そこで現状では、軸受寿命だけに着目した封入量では無く、軸受寿命と潤滑剤の漏洩防止とを両立できる程度に潤滑剤の封入量を抑えているが、これでは満足できる軸受寿命を確保することが困難になる場合も考えられる。
【０００５】
この場合、軸受装置の外径寸法(例えば外側部材(外輪)４の外径寸法)を径方向及び軸方向に拡大すれば、その分だけ潤滑剤の収容空間(潤滑剤を封入する空間)を大きくすることが可能である。しかしながら、収容空間を大きくすればその分だけ潤滑剤の封入量を向上させることはできるが、軸受装置全体が大型化してしまうため、それに伴って水ポンプも大型化してしまう。水ポンプは、例えばクレーン車や消防車などの特殊車両や各種自動車の限られたスペースに配置されるため、大型化には限界があり、可能な限り小型化することが望まれている。
【０００６】
また、従来の軸受装置1,3は、内輪を回転軸２に一体化させていると共に、中実の回転軸２を適用しているため、軸受装置全体の重量がかさんで軽量化が困難な構成となっている(図３(ａ),(ｂ))。更に、軸受装置は、その運転時に比較的高温になるが、かかる温度上昇は潤滑剤の劣化(潤滑性の低下)の要因となるため、例えば冷却水(ＬＬＣ：Long
Life Coolant)で軸受装置を冷却する必要がある。この場合、軸受装置の温度上昇を効率良く抑えるためには、軸受装置の近傍(例えば、内側)から冷却することが好ましい。
しかし、従来の軸受装置1,3は、中実の回転軸２を適用しているため、軸受装置1,3の近傍(例えば、内側)から冷却することができない。即ち、従来の軸受装置1,3の構成では、冷却水(ＬＬＣ)による冷却効果を充分に発揮させることが困難である。
【特許文献１】特開２００３−３４３５５１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
本発明は、このような問題を解決するためになされており、その目的は、軸受装置を大型化すること無く潤滑剤の封入量を向上させることで軸受寿命を延命化することが可能であると共に、軸受運転時における温度上昇を効果的に抑えることで潤滑剤による潤滑性を一定に維持することが可能な小型で軽量の軸受装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
このような目的を達成するために、本発明は、軸に外装された外側部材と、軸の外周面に形成された内側軌道溝と外側部材の内周面に形成された外側軌道溝との間に転動自在に配列された複数の転動体とを備えており、軸及び外側部材の少なくとも一方に凹部が設けられている。この場合、軸の外周面に内側部材を設け、この内側部材及び外側部材の少なくとも一方に凹部を設けるように構成しても良い。
また、軸受装置として、複数の転動体の列が複列に構成された複列軸受を想定することが可能であり、その場合、凹部は、内側軌道溝の相互間及び外側軌道溝の相互間の少なくとも一方の周面領域に設けられている。
このような発明において、凹部は、周面領域に沿って連続的或いは断続的に設けることが可能である。また、軸は、少なくとも一部が中空に構成されている。更に、凹部は、矩形状或いは湾曲形状にへこませて構成することができる。なお、軸受装置は、各種車両の水ポンプに用いることができる。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、軸受装置を大型化すること無く潤滑剤の封入量を向上させることで軸受寿命を延命化することが可能であると共に、軸受運転時における温度上昇を効果的に抑えることで潤滑剤による潤滑性を一定に維持することが可能な小型で軽量の軸受装置を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の一実施の形態に係る軸受装置について添付図面を参照して説明する。
本実施の形態の軸受装置は、図３(ａ),(ｂ)に示した軸受装置1,3と同様の構成を成しているため、以下では相違する部分についての説明に止める。なお、図３(ａ),(ｂ)の軸受装置1,3と同一の構成には同一符号が付されている。
【００１１】
図１(ａ),(ｂ)に示すように、本実施の形態の軸受装置1,3は、例えばクレーン車や消防車などの特殊車両、その他の各種車両(例えば、自動車)の水ポンプに用いることを想定しており、その回転軸２(大径部２ａ)の外周面に凹部Ｓが設けられている。
具体的に説明すると、凹部Ｓは、内側軌道溝Ｇ１の相互間の周面領域(内側軌道溝Ｇ１の内方半分を含む領域)を矩形状にへこませて(回転軸２(大径部２ａ)の軸径を小さくして)構成されている。この場合、凹部Ｓは、周面領域に沿って連続的に設けても良いし、或いは断続的に設けても良い。また、凹部Ｓの深さは、軸受装置1,3を構成するのに充分な回転軸２の強度や剛性を維持できれば、任意の深さ寸法に設定することができるため、ここでは特に数値限定はしない。なお、凹部Ｓは、内側軌道溝Ｇ１の加工プロセスにおいて同時に形成することができるが、別プロセスで形成しても良い。
【００１２】
このように凹部Ｓを設けることにより、軸受装置1,3の外径寸法を拡大すること無く(大型化すること無く)、潤滑剤の収容空間(潤滑剤を封入する空間)を大きくすることができる。この場合、潤滑剤を従来よりも大量に封入することができ、軸受寿命を延命化することが可能となる。このように潤滑剤の収容空間を大きくしたことにより、大量の潤滑剤を封入しても初期洩れが起こらないため、潤滑剤の漏洩などの不具合を生じることも無い。
【００１３】
また、内側軌道溝Ｇ１の内方半分を含む領域を矩形状にへこませたことにより、相互の内側軌道溝Ｇ１の内方が開放された状態となるため、内側軌道溝Ｇ１に潤滑剤を引き込み易い構成となっている。これにより、従来よりも潤滑性を維持向上させることができると共に、潤滑剤の封入量の向上との相乗効果により軸受寿命を更に延命化させることができる。この場合、潤滑性を維持向上させたことにより、例えば低温環境下における潤滑不良に起因した軸受寿命の低下や軸受装置運転中における異音(例えば、回転軸２や外側部材４、転動体６や保持器８などの回転部分から生じる音響や振動)の発生を抑制することができる。
【００１４】
更にまた、内側軌道溝Ｇ１の内方を開放したことにより、接触角(例えば、４５°以上９０°以下)が付された構成となり、その結果、軸方向のガタを抑制することができる。また、モーメント荷重に対しても有利な構成となるだけで無く、水ポンプに使用されるメカニカルシールのシール性を安定させる利点もある。
また、内側軌道溝Ｇ１の内方半分を含む領域を矩形状にへこませたことにより、その分だけ回転軸２の重量を軽くすることができ、軸受装置1,3全体を軽量化させることができる。この結果、水ポンプの軽量化を図ることが可能となる。
【００１５】
この場合、例えば図１(ｇ),(ｈ)に示すように、軸受装置1,3の回転軸２は、その一部を中空に構成することが好ましい。中空の構成例として、軸受装置１の回転軸２は、その大径部２ａの端部２ｃを残した状態で中空部１２が形成されており(同図(ｇ))、軸受装置３の回転軸２は、大径部２ａから小径部２ｂに亘って貫通した中空部１２が形成されている(同図(ｈ))。また、軸受装置３の中空部１２には、大径部２ａ側にシール部材１４が嵌入されている。なお、シール部材１４は、インペラ(図示しない)側からの冷却水(ＬＬＣ)の漏洩を防止できれば、任意の材質(例えば、ゴムや樹脂)を適用することが可能である。
【００１６】
このように回転軸２の一部を中空に構成したことにより、回転軸２の重量を更に軽くすることができ、その結果、軸受装置1,3全体を大はばに軽量化することが可能となり、水ポンプの更なる軽量化を図ることができる。例えば外側部材(外輪)４の外径が約４２ｍｍで、回転軸２の軸長が１４０ｍｍの軸受装置1,3の場合、従来品に比べて約１５％程度軽量化することができる。なお、回転軸２の中空部１２の形状(例えば、大きさや長さ或いは輪郭)は、図１(ｇ),(ｈ)に示す形状に限定されることは無く、回転軸２の軸径や軸長或いは材質などに応じて任意の形状に設定することができる。
【００１７】
また、回転軸２の一部を中空に構成したことにより、軸受装置1,3の近傍(例えば、内側)に冷却水(ＬＬＣ)を循環させて冷却することができるため、冷却水(ＬＬＣ)による冷却効果を充分に発揮させることができ、その結果、運転時における軸受装置1,3の温度上昇を効率良く抑えることが可能となる。このように軸受装置1,3の温度上昇を抑えることにより潤滑剤の劣化(潤滑性の低下)を防止することができるため、軸受寿命を延命化させることが可能となる。例えば外側部材(外輪)４の外径が約４２ｍｍで、回転軸２の軸長が１４０ｍｍの軸受装置1,3の場合、軸受装置1,3の温度上昇を約２０％抑えることができるため、従来品に比べて潤滑剤の寿命が約２.５倍以上に延命化し、これにより軸受寿命を延命化させることが可能となる。
【００１８】
なお、凹部Ｓは図１(ａ),(ｂ)の構成に限定されることは無く、以下のように構成しても上記同様の効果を実現することができる。なお、以下では、新たな構成及び効果についての説明に止め、上記同様の構成及び効果についての重複説明は省略する。
例えば図１(ｃ),(ｄ)に示すように、双方の内側軌道溝Ｇ１以外の中間領域を矩形状にへこませた(回転軸２(大径部２ａ)の軸径を小さくした)凹部Ｓを設けても良い。
また、例えば図１(ｅ),(ｆ)に示すように、双方の内側軌道溝Ｇ１以外の中間領域を湾曲形状にへこませた(回転軸２(大径部２ａ)の軸径を曲面状に変化させた)凹部Ｓを設けても良い。
【００１９】
図１(ｃ)〜(ｆ)の構成によれば、各内側軌道溝Ｇ１の両肩がそのまま存在した構成となるため、接触角の有無を問わず軸受装置1,3を適用することができる。特に図１(ｅ),(ｆ)の構成によれば、凹部Ｓを湾曲形状にへこませたことにより、例えば軸受装置1,3の運転時に回転軸２に生じた応力を凹部Ｓの表面形状に沿って分散させることができるため、当該凹部Ｓへの応力集中を緩和させることができる。なお、このような構成は、潤滑剤封入量の向上と装置軽量化を主目的としており、内側軌道溝Ｇ１への潤滑剤の引き込み易さの点については従来品と同様である。
【００２０】
また、例えば図２(ａ)に示すように、矩形状の凹部Ｓの径寸法を各内側軌道溝Ｇ１の軌道径(軌道溝のアキシアル平面内の曲率半径)よりも大きくしても良い。例えば軸受装置1,3の運転時の荷重や荷重位置などによっては、各内側軌道溝Ｇ１と転動体６との接触楕円(接触面が楕円形になること)が各内側軌道溝Ｇ１の曲率半径をはみ出す場合があり、この場合、例えば早期焼付けなどの不具合を生じる虞がある。
しかしながら、本構成例のように凹部Ｓの径を各内側軌道溝Ｇ１の軌道径よりも大きくすることにより、上記不具合を解消させることができる。更に、内側軌道溝Ｇ１への潤滑剤の引き込み性も向上する。なお、凹部Ｓの径寸法は、軸受装置1,3の使用環境や使用目的などに応じて任意に設定することができる。また、凹部Ｓの形状は、矩形状に限定されることは無く、例えば図１(ｅ),(ｆ)のように湾曲形状にへこませても良い。
【００２１】
また、図２(ａ)の変形例として、例えば図２(ｂ)には、同図(ａ)と図１(ｃ)の構成を複合した構成例が示されており、例えば図２(ｃ)には、同図(ａ)と図１(ｅ)の構成を複合した構成例が示されている。
図２(ｂ),(ｃ)の構成によれば、接触楕円のはみ出しを抑制することができると共に、内側軌道溝Ｇ１への潤滑剤の引き込み性も向上する。更に、各内側軌道溝Ｇ１の両肩がそのまま存在した構成となるため、接触角の有無を問わず軸受装置1,3を適用することができる。特に図２(ｃ)の構成によれば、凹部Ｓを湾曲形状にへこませたことにより、当該凹部Ｓへの応力集中を緩和させることができる。
【００２２】
また、上述した実施の形態(図１(ａ)〜(ｈ)、図２(ａ)〜(ｃ))では、回転軸２(大径部２ａ)の外周面に凹部Ｓを設けた構成例について説明したが、例えば図２(ｄ)に示すように、外側部材(外輪)４に凹部S1,S2を設けても良い。なお、凹部Ｓ１は、外側部材(外輪)４の内周面であって且つ外側軌道溝Ｇ２の相互間の周面領域を外側に向けて矩形状にへこませて構成されている。一方、凹部Ｓ２は、外側部材(外輪)４の外周面であって且つ外側軌道溝Ｇ２の相互間の周面領域を内側に向けて矩形状にへこませて構成されている。
この構成において、特に凹部Ｓと凹部Ｓ１とを併設することにより潤滑剤の収容空間を更に拡大することができるため、潤滑剤封入量を大幅に向上させることができる。
【００２３】
この場合、凹部S1,S2は、周面領域に沿って連続的に設けても良いし、或いは断続的に設けても良い。また、凹部S1,S2の深さは、軸受装置1,3を構成するのに充分な外側部材(外輪)４の強度や剛性を維持できれば、任意の深さ寸法に設定することができるため、ここでは特に数値限定はしない。なお、凹部S1,S2は、外側軌道溝Ｇ２の加工プロセスにおいて同時に形成することができるが、別プロセスで形成しても良い。また、凹部S1,S2の形状は、矩形状に限定されることは無く、例えば図２(ｃ)のように湾曲形状にへこませても良い。
【００２４】
また、上述した実施の形態(図１(ａ)〜(ｈ)、図２(ａ)〜(ｄ))において、軸受装置1,3は大径部２ａに設けられているが、図２(ｅ)に示すように小径部２ｂに軸受装置1,3を設けても良い。この場合、小径部２ｂと大径部２ａとの境界部分に段部２ｄが形成され、この段部２ｄを軸受装置1,3の位置決め用のストッパとして利用することができる。また、回転軸２を中空に構成した場合、小径部２ｂの両端側にそれぞれシール部材１４を嵌入させても良いし(図２(ｆ))、いずれか一方に嵌入させても良い。更に、小径部２ｂに軸受装置1,3を構成した場合、外側部材(外輪)４の内側領域を広く活用することができるため、設計の自由度を向上させることができる。例えば転動体６の玉径を大きくすることが可能となり、その結果、軸受装置1,3の運転時における負荷容量を大きくすることができる。
【００２５】
また、上述した実施の形態(図１(ａ)〜(ｈ)、図２(ａ)〜(ｆ))では、回転軸２の外周面に内側軌道溝Ｇ１を直接形成したが、例えば図２(ｇ)に示すように、回転軸２の外周面に内側部材(内輪)１６を別体で設け(圧入して接着固定し)、かかる内側部材(内輪)１６の外周面に内側軌道溝Ｇ１を形成しても良い。この場合、上述したような凹部Ｓは、内側部材(内輪)１６の外周面に構成されることになる。
【００２６】
また、上述した実施の形態(図１(ａ)〜(ｈ)、図２(ａ)〜(ｇ))では、小径部２ｂと大径部２ａとを有する回転軸２を想定して説明したが、軸径が軸方向に一定(変化しない)の回転軸(図示しない)に対して本発明の軸受装置1,3を適用しても上記同様の効果を実現することができることは言うまでも無い。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の一実施の形態に係る軸受装置の構成例を示す図であって、(ａ)は一般的な複列軸受の構成図、(ｂ)はアンギュラタイプの複列軸受の構成図、(ｃ)は内側軌道溝以外の中間領域を矩形状にへこませた複列軸受の構成図、(ｄ)は内側軌道溝以外の中間領域を矩形状にへこませたアンギュラタイプの複列軸受の構成図、(ｅ)は内側軌道溝以外の中間領域を湾曲形状にへこませた複列軸受の構成図、(ｆ)は内側軌道溝以外の中間領域を湾曲形状にへこませたアンギュラタイプの複列軸受の構成図、(ｇ)は大径部の端部を残した状態で中空部が形成された軸受構成図、(ｈ)は大径部から小径部に亘って貫通した中空部が形成された軸受構成図。
【図２】(ａ)は凹部の径寸法を各内側軌道溝の軌道径よりも大きくした軸受構成図、(ｂ)は同図(ａ)と図１(ｃ)の構成を複合した軸受構成図、(ｃ)は同図(ａ)と図１(ｅ)の構成を複合した軸受構成図、(ｄ)は外側部材(外輪)に凹部を設けた軸受構成図、(ｅ)は小径部に軸受装置を設けた軸受構成図、(ｆ)は同図(ｅ)の部分断面図、(ｇ)は回転軸の外周面に別体で設けられた内側部材(内輪)の外周面に内側軌道溝を形成した軸受構成図。
【図３】従来の軸受装置の構成例を示す図であって、(ａ)は一般的な複列軸受の構成図、(ｂ)はアンギュラタイプの複列軸受の構成図。
【符号の説明】
【００２８】
1,3  軸受装置
２  回転軸
２ａ  大径部
２ｂ  小径部
４  外側部材(外輪)
６  転動体
８  保持器
１０  密封板
１２  中空部
Ｇ１  内側軌道溝
Ｇ２  外側軌道溝
Ｓ  凹部
【図１】
2006090339.tif 000003
【図２】
2006090339.tif 000004
【図３】
2006090339.tif 000005