(57)【要約】【課題】早期の焼き付けを防止して長期に亘り高い潤滑性を維持可能な高モーメント剛性の転がり軸受を提供する。【解決手段】自動車の各種駆動系に駆動力を伝達する種々のベルトを巻き掛けるための各種プーリ１０、或いは電磁クラッチの回転部分に回転力を与える種々のベルトを巻き掛けるための各種プーリ１０を回転可能に支持する転がり軸受２であって、転がり軸受は、相対的に回転可能に対向配置された内輪４及び外輪６と、内外輪の軌道面4s,6s間に転動自在に配列された複数の転動体８とを備えており、内輪及び外輪の少なくとも一方の軌道面４ｓ(６ｓ)が非真円形状を成し、且つ、各種プーリを支持した状態において、当該転がり軸受には所定の予圧が付加されている。【選択図】    図１
2006105255.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
自動車の各種駆動系に駆動力を伝達する種々のベルトを巻き掛けるための各種プーリ、或いは電磁クラッチの回転部分に回転力を与える種々のベルトを巻き掛けるための各種プーリを回転可能に支持する転がり軸受であって、
転がり軸受は、相対的に回転可能に対向配置された内輪及び外輪と、内外輪の軌道面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、
内輪及び外輪の少なくとも一方の軌道面が非真円形状を成し、且つ、各種プーリを支持した状態において、当該転がり軸受には所定の予圧が付加されていることを特徴とする転がり軸受。
【請求項２】
複数の転動体において内外輪に対して接触面圧を有する転動体と接触面圧の無い転動体とが混在することにより、転がり軸受は周方向に沿って部分的に予圧が付加された状態となることを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受。
【請求項３】
接触面圧の無い転動体と非真円形状の軌道面との間のラジアル内部すきまは、真円形状の軌道面を有する転がり軸受のラジアル内部すきまに比べて、大きく設定可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載の転がり軸受。
【請求項４】
非真円形状の軌道面は、所定の非真円量に対応した多角形状の歪円を成していることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の転がり軸受。
【請求項５】
非真円量は、多角形状の歪円に対する外接円径から内接円径を減じて算出されることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば自動車のエンジンのタイミングベルトや補機駆動用ベルトを巻き掛ける各種プーリ、或いは例えば電磁クラッチの回転部分に回転力を与えるベルトを巻き掛ける各種プーリを回転可能に支持する転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば自動車のエンジンのタイミングベルトや補機駆動用ベルトは、転がり軸受で回転可能に支持された各種プーリ(例えば、カムプーリやクランププーリなど)に巻き掛けられており、各種プーリに対するベルトの巻き掛け角度を調節することにより、ベルトに所望の張力が付与されている。このような構成のプーリユニットにおいて、例えば転がり軸受や各種プーリなどの構成部品の取付誤差により、各種プーリに巻き掛けられたベルトの幅方向中央位置と転がり軸受の幅方向中央位置とが一致しない場合がある。この場合、ベルトの張力が転がり軸受の幅方向中央位置からズレた部位に作用する。このため、そのズレ量に応じたモーメント荷重が転がり軸受に加わることにより、内輪中心と外輪中心とが相互に不一致となり内外輪が相対的に傾斜する。
【０００３】
このような状態でベルトを走行させると、ベルトが偏磨耗したり、転がり軸受から異音が発生する場合がある。そこで、このような弊害を防止するために転がり軸受の角すきまを可能な限り小さく設定する要求がされている。なお、“角すきま”とは、内輪又は外輪の一方を固定し他方を傾けたときの傾き量を指す。
かかる要求に応える構成として例えば、ラジアル内部すきまを極力小さく設定したり、すきま以外に溝半径(軌道曲率半径)も小さく設定する構成が考えられる。例えば特許文献１の発明では、ラジアル内部すきまを−１０〜＋７μｍに設定する構成が提案されている。
【０００４】
しかしながら、このような構成でベルトを走行させると、転がり軸受の温度上昇に伴って早期に焼き付きが生じる場合がある。具体的に説明すると、転がり軸受の運転中には転動体と内輪と外輪との間の温度差が生じるが、その際、例えば転動体の温度が最も高く、内輪がそれに次ぎ、外輪が最も低い温度になると、外輪よりもその内部の部品(転動体、内輪)の温度が高くなる。このとき部品の熱膨張は外輪よりも大きな値となるため、例えば特許文献１のようにラジアル内部すきまを極力小さく設定する構成にすると、転動体と内外輪との間の接触面圧が高くなり、その結果、早期に焼き付きが生じる場合がある。このような焼き付きを防止するためには、例えば運転条件(例えば、ベルトの走行速度)や使用条件(例えば、転がり軸受のすきま設定値)が制限されてしまうため、満足できるものでは無い。
【０００５】
また、例えば電磁クラッチの場合には、その構造上の制限からプーリの幅方向中心と転がり軸受の幅方向中心とがオフセットされた構成が一般的であるため、転がり軸受には高いモーメント剛性が要求されている。
かかる要求に応える構成として、例えば特許文献２の発明では４点接触玉軸受を適用すると共に、例えば特許文献３の発明では３点接触玉軸受を適用することにより、所定のモーメント剛性を確保している。
【０００６】
しかしながら、転動体と内外輪とを３点又は４点で接触させる構成では、接触点の数が増えるに従ってトルクや発熱量が増加し、このトルクや発熱量の増加に伴って転がり軸受自体の温度も上昇する。転がり軸受の温度が上昇すると、上述したように転動体と内外輪との間の接触面圧が高くなり、早期に焼き付きが生じる場合がある。また、転がり軸受の温度上昇は、転がり軸受に封入された潤滑剤の劣化(潤滑性の低下)を促進し、その結果、早期に焼き付きが生じる場合がある。
【特許文献１】特開２００３−４９８３７号公報
【特許文献２】特開平１１−３３６７９５号公報
【特許文献３】特開平９−１２６３０３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、早期の焼き付けを防止して長期に亘り高い潤滑性を維持可能な高モーメント剛性の転がり軸受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、自動車の各種駆動系に駆動力を伝達する種々のベルトを巻き掛けるための各種プーリ、或いは電磁クラッチの回転部分に回転力を与える種々のベルトを巻き掛けるための各種プーリを回転可能に支持する転がり軸受であって、転がり軸受は、相対的に回転可能に対向配置された内輪及び外輪と、内外輪の軌道面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、内輪及び外輪の少なくとも一方の軌道面が非真円形状を成し、且つ、各種プーリを支持した状態において、当該転がり軸受には所定の予圧が付加されている。
この発明において、複数の転動体において内外輪に対して接触面圧を有する転動体と接触面圧の無い転動体とが混在することにより、転がり軸受は周方向に沿って部分的に予圧が付加された状態となる。また、接触面圧の無い転動体と非真円形状の軌道面との間のラジアル内部すきまは、真円形状の軌道面を有する転がり軸受のラジアル内部すきまに比べて、大きく設定可能である。
この場合、非真円形状の軌道面は、所定の非真円量に対応した多角形状の歪円を成している。非真円量は、多角形状の歪円に対する外接円径から内接円径を減じて算出される。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、内輪及び外輪の少なくとも一方の軌道面が非真円形状を成し、且つ、各種プーリを支持した状態において、当該転がり軸受には所定の予圧が付加されているため、早期の焼き付けを防止して長期に亘り高い潤滑性を維持可能な高モーメント剛性の転がり軸受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転がり軸受について添付図面を参照して説明する。
本実施の形態では、例えば自動車の各種駆動系に駆動力を伝達する種々のベルトを巻き掛けるための各種プーリ、或いは例えば電磁クラッチの回転部分に回転力を与える種々のベルトを巻き掛けるための各種プーリを回転可能に支持する転がり軸受を想定する。
【００１１】
図１(ｃ)には、上述した各種プーリに転がり軸受２が組み込まれた構成例が示されており、転がり軸受２は、相対的に回転可能に対向配置された内輪４及び外輪６と、内外輪4,6の軌道面4s,6s間に転動自在に配列された複数の転動体(例えば、玉、ころ)８とを備えている。この構成において、プーリ１０は外輪６の外周に装着されており、内輪４の内周にはスリーブ(シャフト)１２が装着されている。この場合、プーリ１０はスリーブ１２に対して転がり軸受２を介して相対的に回転可能に支持され、プーリ１０にベルト１４を巻き掛けることにより、当該ベルト１４をプーリ１０の回転に伴って所定方向に走行させることができる。なお、転がり軸受２に封入された潤滑剤(例えば、グリース、油)の漏洩防止と共に、異物(例えば、水、塵埃)の浸入防止を図るために、内外輪4,6間に密封板(図示しない)を配設しても良く、この場合、密封板としては、例えばシールやシールドを適用すれば良い。
【００１２】
このような転がり軸受２において、図１(ａ),(ｂ)に示すように、内輪４及び外輪６の少なくとも一方の軌道面４ｓ(６ｓ)が非真円形状を成し、且つ、プーリ１０を支持した状態において、当該転がり軸受２には所定の予圧が付加されている。
本実施の形態では一例として、内輪４の軌道面４ｓが非真円形状を成しており、当該軌道面４ｓは、所定の非真円量に対応した多角形状の歪円を成している。なお、多角形状の歪円としては、例えば等径の三角形状や四角形状、或いはそれ以上の角度を成す形状(例えば、五角形状、六角形状など)を適用することができるが、本実施の形態では等径の三角形状の歪円を成す軌道面４ｓを想定する。
【００１３】
この場合、非真円量は、多角形状(等径の三角形状)の歪円に対する外接円径Ｒoutから内接円径Ｒinを減じて算出される。なお、非真円量は、転がり軸受２の使用環境や使用目的に応じて任意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。
このような構成によれば、複数の転動体８において内外輪4,6に対して接触面圧を有する転動体８と接触面圧の無い転動体８とが混在することになり、転がり軸受２は周方向に沿って部分的に予圧が付加された状態となる。
【００１４】
かかる状態は転がり軸受２の動作中にも維持され、内外輪4,6が転動体８を介して相対的に回転する際、内外輪4,6に対して接触面圧を有する転動体８の位置が周方向に変化することになるが、その間、内輪４の軌道面４ｓの外接円径Ｒoutは常にいずれかの転動体８に接した状態を維持する。
【００１５】
以上、本実施の形態によれば、内輪４の軌道面４ｓを非真円形状とすることにより、転がり軸受２の周方向に沿って部分的に予圧を付加した状態にすることができるため、ラジアル荷重及びアキシアル荷重並びにモーメント荷重に対して高いモーメント剛性を有する転がり軸受２を実現することができる。例えば図１(ｂ)に示すように、転がり軸受２の中心Ｔからオフセットされた位置にラジアル荷重Ｆｒが加わってもモーメント剛性の変化を小さくすることができる。この結果、転がり軸受２を安定して且つ滑らかに動作させることが可能となる。
【００１６】
ここで、三角形状の歪円を成す軌道面４ｓを有する内輪４を備えた転がり軸受２のモーメント剛性の計算結果について説明する。
この計算では呼び番号(開放形)６２０３の転がり軸受２を適用する。この場合、転がり軸受２は、内径が１７ｍｍ、外径が４０ｍｍ、幅が１２ｍｍであり、玉径は６.７４７ｍｍ、玉数は８個に設定した。また、ラジアル荷重Ｆｒ(図１(ｂ))は１０００Ｎとした。
【００１７】
軸受すきま(真円でラジアル内部すきま０ｍｍを基準)の変化に応じた非真円量とモーメント剛性との関係では、例えば図２に示すように、ラジアル内部すきま(軸受すきま)が正の値(例えば、０.０１ｍｍ、０.０２ｍｍ)でも歪量(非真円量)がある程度大きければ、基準仕様(真円でラジアル内部すきま０ｍｍ)の転がり軸受よりも高いモーメント剛性が得られることが分る。なお、基準仕様のモーメント剛性の特性を符号Ｍで示す。
今回の計算結果では、ラジアル内部すきま：０.０１ｍｍで、非真円量：０.０３ｍｍ以上、及び、ラジアル内部すきま：０.０２ｍｍで、非真円量：０.０４２ｍｍ以上の歪量(非真円量)があれば、基準仕様Ｍ(真円でラジアル内部すきま０ｍｍ)よりも大きなモーメント剛性が得られた。なお、モーメント荷重は１Ｎｍとしている。
【００１８】
また、非真円量を一定(例えば、０.０４ｍｍ、０.０６ｍｍ)にしてモーメント荷重を変化させた場合、例えば図３に示すように、非真円形状の軌道面４ｓを有する転がり軸受２は、そのモーメント剛性の変化が基準仕様(非真円量：０ｍｍ)に比べて小さくなっていることが分る。即ち、モーメント荷重の変化に鈍感になっている。これにより、非真円形状の軌道面４ｓを有する転がり軸受２は、その取付誤差や取付制限などから生じるオフセット荷重Ｆｒ(図１(ｂ))に対してモーメント剛性が変化し難いという意味で、基準仕様よりも高いロバスト性(例えば、安定性、最適性)を有していることが分る。
【００１９】
更に、接触面圧の無い転動体８と非真円形状の軌道面４ｓとの間のラジアル内部すきまは、真円(例えば図１(ａ)の基準円Ｒb)形状の軌道面を有する転がり軸受のラジアル内部すきまに比べて、大きく設定することができる。別の言い方をすると、接触面圧の無い転動体８と非真円形状の軌道面４ｓとの間のラジアル内部すきまは、ラジアル内部すきまを極めて小さく設定した従来の真円軸受に比べて、大幅に大きく設定することができる。なお、ラジアル内部すきまの設定値は、転がり軸受２の大きさや種類、転動体８の数や大きさなどにより任意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。
【００２０】
このようにラジアル内部すきまを大きく設定(正の値に設定)することにより、転動体８と内外輪4,6との間の接触面圧を低くすることができ、トルクや発熱量を軽減させることが可能となり、転がり軸受の温度上昇を抑えることができる。この結果、従来のようにラジアル内部すきまを負の値に設定した転がり軸受に比べて、本実施の形態では、転がり軸受２に封入された潤滑剤の劣化(潤滑性の低下)を生じさせることが無いと共に、早期に焼き付きが生じることも無い。
【００２１】
ここで、本実施の形態の転がり軸受２を例えば図４(ａ)に示すようなプーリユニット16,18,20に組み込んだ構成例について考察する。かかる構成例において、図中上下２つのプーリユニット16,18は同一平面上に整列され、中央のプーリユニット２０は図中右方向に突出して配置されている。なお、各プーリユニット16,18,20の構成は図１(ｃ)と同様であるため、その詳細な説明は省略する。
【００２２】
このようなプーリユニット16,18,20にベルト１４を巻き掛けると、プーリユニット２０の突出量に応じて各プーリユニット16,18,20のプーリ１０には、例えば図１(ｂ)に示すようにオフセットされた位置にラジアル荷重Ｆｒが加わることで、転がり軸受２には更にモーメント荷重も作用することになる。
しかしながら、内輪４の軌道面４ｓを非真円形状とすることにより、転がり軸受２の周方向に沿って部分的に予圧が付加された状態となり、ラジアル荷重やモーメント荷重に対して高いモーメント剛性を確保することができる。この場合、転がり軸受２を安定して且つ滑らかに動作させることができるため、早期の焼き付けを防止して長期に亘り高い潤滑性を維持することができる。
【００２３】
また、本実施の形態の転がり軸受２を例えば図４(ｂ)に示すような電磁クラッチに組み込んだ構成例について考察する。かかる構成例において、転がり軸受２の外輪６は、磁性体製のロータ22,24を介してプーリ１０に接続され、ロータ22,24には、当該ロータ22,24を磁化させる電磁コイル２６が固定されている。また、ロータ22,24に対向した位置には、転がり軸受２と同心円状に形成されたアーマチュア28a,28b,28cが配設されており、アーマチュア28a,28b,28cは、ロータ22,24を磁化させた際に当該ロータ22,24に吸着するように構成されている。
【００２４】
電磁クラッチの場合には、その構造上の制限からプーリ１０の幅方向中心と転がり軸受２の幅方向中心とがオフセットされる場合が一般的であり、そのため、転がり軸受２には高いモーメント剛性が要求される。
そこで、本実施の形態の転がり軸受２を適用し、内輪４の軌道面４ｓを非真円形状とすることにより、転がり軸受２の周方向に沿って部分的に予圧が付加された状態となり、ラジアル荷重及びアキシアル荷重並びにモーメント荷重に対して高いモーメント剛性を確保することができる。この場合、転がり軸受２を安定して且つ滑らかに動作させることができるため、早期の焼き付けを防止して長期に亘り高い潤滑性を維持することができる。
【００２５】
なお、上述した実施の形態において、転がり軸受２の種類については特に限定しなかったが、単列及び複列の軸受にも本発明を適用することができる。また、上述した実施の形態では等径の三角形状の歪円を成す軌道面４ｓを想定したが、当該内輪４の軌道面４ｓに代えて外輪６の軌道面６ｓを非真円形状にしても良いし、或いは、内外輪4,6の軌道面4s,6sの双方を非真円形状にしても上記同様の効果を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】本発明の一実施の形態に係る転がり軸受の軌道面と各転動体との関係を示す図であり、(ａ)は非真円形状の軌道面の構成を模式的に示す図、(ｂ)は同図(ａ)の模式図に対応した転がり軸受の構成例を示す図、(ｃ)は同図(ｂ)の転がり軸受をプーリに組み込んだ構成例を部分的に示す断面図。
【図２】軸受すきまの変化に応じた非真円量とモーメント剛性との関係を示す図。
【図３】非真円量の変化に応じたモーメント荷重とモーメント剛性との関係を示す図。
【図４】(ａ)は、本実施の形態の転がり軸受が組み込まれたプーリユニットの構成例を示す図、(ｂ)は、本実施の形態の転がり軸受が組み込まれた電磁クラッチの構成例を示す図。
【符号の説明】
【００２７】
２  転がり軸受
４  内輪
４ｓ  内輪の軌道面
６  外輪
６ｓ  外輪の軌道面
８  転動体
１０  プーリ
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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