(57)【要約】      （修正有）【課題】負荷能力と寿命とを両立した３点接触アンギュラ玉軸受を提供することを目的とする。【解決手段】軸受は、内輪に玉が２点接触し、外輪に玉が１点接触する。軸受は、内輪に玉を当接させ、内輪と外輪の中心軸を合わせて互いに相対移動させて、外輪に玉が接触したときの３点を各接触点とする。内輪の２つの接触点のうち、接触点Ｐ１は接触角αＬが大きく、接触点Ｐ２は接触角αｓが小さい。外輪の接触点Ｐ３は、玉のラジアル方向の中心線Ｌ１に対して接触点Ｐ１と対角に形成されている。ラジアル内部すきまを△Ｐｄとすると、接触点Ｐ３の接触角αｏ＝ｃｏｓ−１（１−△Ｐｄ／２／Ａｅ)…（数式１）（Ａｅ＝軌道面の曲率半径−玉の半径）であり、各接触角がαｓ＜αｏ＜αＬの関係になるようにラジアル内部すきま△Ｐｄを調整している。【選択図】図１
2018141479.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪または外輪の一方の軌道面に玉が２点接触し、他方の軌道面に玉が１点接触する３点接触アンギュラ玉軸受において、
２点接触する軌道面に玉を当接させた状態で、内輪と外輪の中心軸を合わせて互いにアキシアル方向へ相対移動させて、１点接触する軌道面に玉が接触したときの３点を各接触点とし、
前記２点接触側の２つの接触角のうち小さい方を接触角αｓとし、大きい方を接触角αＬとしたとき、前記１点接触側の接触点と該接触角αＬの接触点は玉のラジアル方向の中心線に対して対角に形成されていて、
ラジアル内部すきまを△Ｐｄとすると、
前記１点接触側の接触角αｏ＝ｃｏｓ−１（１−△Ｐｄ／２／Ａｅ)…（数式１）
（ただしＡｅ＝１点接触側の軌道面の曲率半径−玉の半径）であり、
各接触角がαｓ＜αｏ＜αＬの関係になるように前記ラジアル内部すきま△Ｐｄを調整したことを特徴とする３点接触アンギュラ玉軸受。
【請求項２】
前記接触角αｓの接触点は、前記接触角αＬの接触点とは前記中心線を挟んでアキシアル方向の反対側に形成されていることを特徴とする請求項１に記載の３点接触アンギュラ玉軸受。
【請求項３】
前記内輪に玉が２点接触し、前記外輪に玉が１点接触することを特徴とする請求項１または２に記載の３点接触アンギュラ玉軸受。
【請求項４】
前記１点接触側の軌道輪は片方の肩を落としたカウンタボア形状であることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の３点接触アンギュラ玉軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、３点接触アンギュラ玉軸受に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アンギュラ玉軸受は、内輪および外輪に対して玉がラジアル方向にある程度の角度（接触角）を持って接触する軸受である。アンギュラ玉軸受は、ラジアル荷重とアキシアル荷重とを同時に支持することができ、また一般的な深溝玉軸受よりも玉の数が多く設定されるため、負荷能力が大きく剛性も高い。
【０００３】
アンギュラ玉軸受の負荷能力は、内輪および外輪に玉が複数の点で接触する多点接触型になるとさらに向上する。例えば特許文献１には、４点接触型および３点接触型のアンギュラ玉軸受が記載されている。特許文献１の技術では、内輪側と外輪側とで、各接触点が玉の中心を通るラジアル方向の中心線を境界としてアキシアル方向の互いに反対側の偏った位置に設定されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−２０１２９４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上述した多点接触型のアンギュラ玉軸受について、本願の発明者らが負荷能力と寿命の両立を求めて鋭意研究したところ、特許文献１の４点接触の構成では、負荷能力は高いものの、発熱量が大きくなることが懸念された。玉の自公転軸の角度は、内輪および外輪のうち接触点の玉のスピン摩擦の大きいほうの軌道輪によって決定される。そして、接触点のスピン摩擦の小さいほうの軌道輪では、スピン摩擦が軸受の摩擦となって現れ、発熱につながる。このことから、３点接触型のほうが４点接触型よりも接触点が少ない分、発熱量を抑えることができ、寿命の点では有利であると考えられる。
【０００６】
しかしながら、特許文献１では、３点接触型の玉軸受については、段落００１６に記載があるものの、２点接触する外輪１の軌道面２が２個の円弧面２ａ、２ｂを含んでいること、および１点接触する内輪３の軌道面４が全体として円弧面であること以外、３点接触を所望の位置で成立させるための要件について詳しい説明がなされていない。所望の位置で３点接触する軸受を実現するためには、玉の直径や軌道面の曲率半径、さらには内部すきまなどの要素を考慮する必要がある。
【０００７】
本発明は、このような課題に鑑み、負荷能力と寿命とを両立した３点接触アンギュラ玉軸受を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するために、本発明にかかる３点接触アンギュラ玉軸受の代表的な構成は、内輪または外輪の一方の軌道面に玉が２点接触し、他方の軌道面に玉が１点接触する３点接触アンギュラ玉軸受において、２点接触する軌道面に玉を当接させた状態で、内輪と外輪の中心軸を合わせて互いにアキシアル方向へ相対移動させて、１点接触する軌道面に玉が接触したときの３点を各接触点とし、２点接触側の２つの接触角のうち小さい方を接触角αｓとし、大きい方を接触角αＬとしたとき、１点接触側の接触点と接触角αＬの接触点は玉のラジアル方向の中心線に対して対角に形成されていて、ラジアル内部すきまを△Ｐｄとすると、１点接触側の接触角αｏ＝ｃｏｓ−１（１−△Ｐｄ／２／Ａｅ)…（数式１）（ただしＡｅ＝１点接触側の軌道面の曲率半径−玉の半径）であり、各接触角がαｓ＜αｏ＜αＬの関係になるようにラジアル内部すきま△Ｐｄを調整したことを特徴とする。
【０００９】
上記構成によれば、負荷能力および寿命の向上した３点接触アンギュラ玉軸受を実現することができる。特に、軌道面の曲率半径や玉の半径等の要素を数式１に当てはめてラジアル内部すきまを調整することで、所望の位置での３点接触を高い再現性で実現することができる。
【００１０】
上記の接触角αｓの接触点は、接触角αＬの接触点とは上記中心線を挟んでアキシアル方向の反対側に形成されているとよい。この構成によって、負荷能力および寿命の向上した３点接触アンギュラ玉軸受を実現することができる。
【００１１】
当該３点接触アンギュラ玉軸受は、内輪に玉が２点接触し、外輪に玉が１点接触する３点接触であってもよい。この構成によっても、負荷能力および寿命の向上した３点接触アンギュラ玉軸受を実現することができる。
【００１２】
当該３点接触アンギュラ玉軸受は、１点接触側の軌道輪は片方の肩を落としたカウンタボア形状であってもよい。この構成であれば、２点接触側の軌道輪と分離可能にすることもでき、またカウンタボア側から玉を入れることで玉数を多く設定することも可能になる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明によれば、負荷能力と寿命とを両立した３点接触アンギュラ玉軸受を提供することが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の実施形態にかかる３点接触アンギュラ玉軸受を示した図である。
【図２】ラジアル内部すきまと接触角との関係を示した図である。
【図３】軸受の寿命試験の結果を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示または説明を省略する。
【００１６】
図１は、本発明の実施形態にかかる３点接触アンギュラ玉軸受１００（以下、軸受１００）を示した図である。図１（ａ）は、軸受１００の概要を示した図である。当該軸受１００は、外輪１０２と内輪１０４の間に、１列の玉１０６を備えている。軸受１００では、玉１０６と内輪１０４および外輪１０２が、ラジアル方向に対してある程度の角度を持って接触する。特に本実施形態では、玉１０６は内輪１０４の軌道面１０８に対して２点接触し、外輪１０２の軌道面１１０に対して１点接触するよう設定されている。
【００１７】
内輪１０４は、軌道面１０８が玉１０６と２点接触するよう、軌道面１０８が２つの円弧で形成された先頭のとがったアーチ、いわゆるゴシックアーチ形状に設けられている。
【００１８】
外輪１０２は、軌道面１１０が玉１０６と１点接触するよう、軌道面１１０が１つの円弧で形成されたいわゆる単一Ｒ形状に設けられている。また、外輪１０２は、軌道面１１０を形成している溝の片側の肩を落としたカウンタボア形状（カウンタボア１１２）になっている。軸受１００は、外輪１０２がカウンタボア形状になっていることで、外輪１０２と内輪１０４とを分離することができ、また外輪１０２と内輪１０４との間の玉数を多く設定することも可能になっている。
【００１９】
なお、軸受１００は、内輪１０４および外輪１０２と玉１０６が３点接触する構成であればよく、例えば内輪が玉１０６と１点接触し、外輪が玉１０６と２点接触する構成としても実現可能である。その場合、内輪をカウンタボア形状とすることで、内輪と外輪とを分離可能に設定することができる。
【００２０】
図１（ｂ）は、軸受１００の接触角の概要を示した図である。軸受１００の接触角を定義する条件として、まず図１（ａ）に示すように２点接触する内輪１０４の軌道面１０８に玉１０６を当接させる。この状態で、図１（ｂ）に示すように内輪１０４と外輪１０２の中心軸を合わせて互いにアキシアル方向へ相対移動させる。そして、１点接触する外輪１０２の軌道面１１０に玉１０６が接触したときの３点を、本実施形態における各接触点（接触点Ｐ１、Ｐ２、Ｐ３）としている。
【００２１】
本実施形態では、内輪１０４に形成される２つの接触点Ｐ１、Ｐ２のうち、接触角の大きい方である接触点Ｐ１を接触角αＬとし、接触角の小さい方である接触点Ｐ２を接触角αｓとしている。図１（ｂ）に示すように、接触点Ｐ１は、玉１０６のラジアル方向の中心線Ｌ１に対して、接触角αＬを形成している。接触点Ｐ２は、中心線Ｌ１に対し、接触点αｓを形成している。このとき、接触角αＬは、接触角αｓよりも大きくなるよう設定されている（αｓ＜αＬ）。
【００２２】
接触点Ｐ３は、中心線Ｌ１に対して、接触点Ｐ１とはアキシアル方向に対角となるよう形成されている。接触点Ｐ３は、中心線Ｌ１に対し、接触角αｏを形成している。接触角αｏは、後述するように、当該軸受１００の負荷能力の向上のために、αｓ＜αｏ＜αＬの関係となるように設定されている。
【００２３】
接触点Ｐ１とＰ２とは、図１（ｂ）に破線で示す玉１０６の中心で直交する二線に対し、同じ象限内に設けてもよい。しかしながら、本実施形態では、接触点Ｐ１とＰ２は、中心線Ｌ１を挟んでアキシアル方向の両側に設けている。詳しくは、接触点Ｐ２は、中心線Ｌ１に対して、接触点Ｐ１とはアキシアル方向の反対側であって、１点接触側である外輪１０２の接触点Ｐ３と同じ側に設けている。
【００２４】
本実施形態では、上記３点の接触点Ｐ１〜Ｐ３を、ラジアル内部すきまの量を調整することで所望の位置に形成させている。図１（ｂ）に示すように、軸受１００には玉１０６と外輪１０２との間にラジアル内部すきま△Ｐｄ／２が確保されている。図１（ｂ）では環状の軸受１００の片側断面のみを示しているため、ラジアル内部すきまの全量（△Ｐｄ）の半分（１／２）を意味する記号△Ｐｄ／２で表している。
【００２５】
図２は、ラジアル内部すきま△Ｐｄ／２と接触角αｏとの関係を示した図である。図２では、玉１０６の中心を中心点Ｏとし、図１（ｂ）を参照して説明した移動前の外輪１０２の軌道面１１０の曲率中心をＯｅ、さらに移動後の外輪１０２の軌道面１１０の曲率中心をＯｅ´で示している。また、玉１０６の半径をＤａ／２、外輪１０２の軌道面１１０の曲率半径をｒｅで示している。
【００２６】
接触角αｏの条件を、ラジアル内部すきま△Ｐｄ／２を基に定義する。接触角αｏをｃｏｓαｏで表現すると、
ｃｏｓαｏ＝中心点Ｏから曲率中心Ｏｅの距離／中心点Ｏから曲率中心Ｏｅ´の距離…（数式２）
として表すことができる。
【００２７】
上記数式２のうち、分母の「中心点Ｏから曲率中心Ｏｅ´の距離」は、
中心点Ｏから曲率中心Ｏｅ´の距離＝曲率半径ｒｅ−半径Ｄａ／２…（数式３）
として表すことができる。
【００２８】
また、上記数式２のうち、分子の「中心点Ｏから曲率中心Ｏｅの距離」は、
中心点Ｏから曲率中心Ｏｅの距離＝曲率半径ｒｅ−（半径Ｄａ／２＋ラジアル内部すきま△Ｐｄ／２）…（数式４）
として表すことができる。
【００２９】
上記の数式３の右辺を記号Ａｅでまとめると、数式４の右辺はＡｅ−ラジアル内部すきま△Ｐｄ／２で表すことができる。これをもとに数式２をまとめると、数式２は、
ｃｏｓαｏ＝Ａｅ−△Ｐｄ／２／Ａｅ…（数式５）
と表すことができる。そして、数式５からは、
接触角αｏ＝ｃｏｓ−１（１−△Ｐｄ／２／Ａｅ)…（数式１）
を得ることができる。
【００３０】
本実施形態では、上記数式１を利用して、各接触点がαｓ＜αｏ＜αＬの関係になるように、ラジアル内部すきま△Ｐｄを調整している。各接触角がαｓ＜αｏ＜αＬの関係であれば、ラジアル荷重およびアキシアル荷重のどちらにも高い負荷能力を発揮できる３点接触を成立させることができる。反対に、例えば接触角αｏが接触角αｓを下回ってしまうと、軸受のアキシアル荷重に対する負荷能力は著しく低下してしまう。また、接触角αｏが接触角αＬを上回ってしまうと、玉１０６が外輪の肩を乗り上げやすくなってしまうため、玉数が増やせなかったり、外輪にカウンタボア形状を実施できなかったりするおそれがある。上記各接触角がαｓ＜αｏ＜αＬの関係であることで、当該軸受１００は、負荷能力が高く、カウンタボア形状を実現し、さらには玉数を増やすことが可能になっている。
【００３１】
図３は、軸受１００の寿命試験の結果を示した図である。上述した本実施形態の軸受１００であれば、ラジアル荷重およびアキシアル荷重の両方に対して負荷能力が高いだけでなく、寿命も延ばすことが可能になっている。
【００３２】
表に記載する計５ヶの試験対象のうち、右端以外の４ヶは、各接触角αＬ、αｓ、αｏの条件が異なっている。中段の概略図に表しているように、試験対象は左から右に向かうほど接触角αｏ、αＬが大きくなり、接触角αｓは小さくなっている。このうち、実施例１〜３が、上記実施形態における接触角がαｓ＜αｏ＜αＬの関係の軸受１００に相当する。右端の比較例２は、接触角４０°の従来の２点接触のアンギュラ玉軸受に相当する。
【００３３】
表の下段には、ラジアル荷重とアキシアル荷重との値を変化させて運転した場合における各試験対象の寿命（疲労が現れるまでの時間（単位ｈｒｓ））を記載している。このうち、比較例１は、接触角αｏ＝０°であり、ラジアル荷重に対する値が高い一方、アキシアル荷重に対する値がやや低い。また、比較例２は、２点接触であり、アキシアル荷重に対する値が高いものの、ラジアル荷重に対する値は低い。
【００３４】
実施例１〜３は、比較例１に比べて接触角αｏが大きい分、比較例１よりもアキシアル荷重に対する値が明らかに高くなっている。また、実施例１〜３は、３点接触であるため、当然ながら比較例２に比べてラジアル荷重に対する値が高い。さらに、ラジアル荷重とアキシアル荷重を両方とも３００ｋｇｆ負荷した場合に着目すると、実施例１〜３は、比較例１、２よりも値が高いことが分かる。
【００３５】
実施例１〜３を互いに比べると、実施例１、２は接触αＬの接触点Ｐ１と接触角αｓの接触点Ｐ２が玉１０６の中心線Ｌ１を挟んで両側にあるため、接触点Ｐ１と接触点Ｐ２とが同じ象限にある実施例３に比べて、ラジアル荷重に対する値がやや高くなっている。
【００３６】
これら実施例１〜３から分かるように、本実施形態の軸受１００は、ラジアル荷重にもアキシアル荷重にも安定して負荷能力を発揮可能になっている。そして、最下段の各試験体の計５ヶの運転が等頻度のときの寿命に着目すると、実施例１が最も寿命が長く、次いで実施例２および実施例３の順に寿命が長いという結果が得られている。
【００３７】
以上のことから、本実施形態によれば、負荷能力および寿命の向上した３点接触アンギュラ玉軸受１００を実現できることがわかる。特に本実施形態であれば、軌道面１１０の曲率半径や玉１０６の半径等の要素を前述した数式１に当てはめてラジアル内部すきま△Ｐｄを調整することで、所望の位置での３点接触を高い再現性で実現することが可能になっている。
【００３８】
なお、変形例として、当該３点接触アンギュラ玉軸受１００は、内輪を１点接触側とし、外輪を２点接触側とすることも可能である。この構成によっても、負荷能力および寿命の向上した３点接触アンギュラ玉軸受を好適に実現することができる。
【００３９】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００４０】
本発明は、３点接触アンギュラ玉軸受に利用することができる。
【符号の説明】
【００４１】
Ｌ１…玉のラジアル方向の中心線、Ｐ１…内輪側の接触角の大きい接触点、Ｐ２…内輪側の接触角の小さい接触点、Ｐ３…外輪側の接触点、１００…軸受、１０２…外輪、１０４…内輪、１０６…玉、１０８…内輪の軌道面、１１０…外輪の軌道面、１１２…カウンタボア
【図１】
2018141479.tif 000003
【図２】
2018141479.tif 000004
【図３】
2018141479.tif 000005