(57)【要約】      （修正有）【課題】転動体の形状を円すい形状の組み合わせによって形成した単純な形状を基本形状とすることにより、両方向のアキシャル荷重を負荷できるようにし、軌道面との接触が線接触となるようにして負荷能力を高める。【解決手段】軸受用の転動体１１は、回転中心軸１２と中心で直交する基準線を含む基準面１３の両側に前記中心から離れるほど径が小さくなるテーパ面を有する円すい部１４が対称形に形成された構成とした。さらに回転軸１２を中心とし円すい部１４の底面と同一径の円柱部が形成され、該円柱部の両端面に円すい部１４がそれぞれ一体に形成された構成とした。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転中心軸を含む面と直交する基準面の両側に前記基準面から離れるほど小径となるテーパ面を有する円すい部が形成された軸受用転動体。
【請求項２】
前記各円すい部の底面が前記基準面上にある請求項１に記載の軸受用転動体。
【請求項３】
前記各円すい部の底面によって形成される周縁部に面取りが施された請求項２に記載の軸受用転動体。
【請求項４】
前記各円すい部の外周面にクラウニングが施された請求項１から３のいずれかに記載の軸受用転動体。
【請求項５】
前記回転中心軸を中心とし、前記円すい部の底面と同一径の円柱部が前記基準面の両側に渡り形成され、該円柱部の両端面に前記各円すい部がそれぞれ一体に形成された請求項１に記載の軸受用転動体。
【請求項６】
前記円柱部と円すい部の境界部分の周縁に面取りが施された請求項５に記載の軸受用転動体。
【請求項７】
前記円すい部及び円柱部の外周面にクラウニングが施された請求項５又は６に記載の軸受用転動体。
【請求項８】
前記円すい部が円すい台形である請求項１から７のいずれかに記載の軸受用転動体。
【請求項９】
前記回転中心軸を中心とする一定径の貫通穴が形成された請求項１から８のいずれかに記載の軸受用転動体。
【請求項１０】
相互に対向した一対の軌道輪の間に保持器に保持された転動体が介在された転がり軸受において、前記転動体が請求項１から９のいずれかに記載のものである転がり軸受。
【請求項１１】
前記一対の軌道輪が軸芯に対し径方向に対向配置されたラジアル軸受である請求項１０に記載の転がり軸受。
【請求項１２】
前記一対の軌道輪が軸芯の方向に対向配置されたスラスト軸受である請求項１０に記載の転がり軸受。
【請求項１３】
前記一対の軌道輪の軌道面のテーパ角が前記転動体のテーパ角より大に設定された請求項１０から１２のいずれかに記載の転がり軸受。
【請求項１４】
前記一対の軌道輪の軌道面を形成する両方のテーパ角の大きさに差がある請求項１０から１３のいずれかに記載の転がり軸受。
【請求項１５】
前記一対の軌道輪の軌道面を形成する内周側溝壁の傾斜角に比べ外周側溝壁の傾斜角が大である請求項１０から１４のいずれかに記載の転がり軸受。
【請求項１６】
前記一対の軌道輪が、軸芯を含む面又は前記軸芯を含む面に直交する面で分割された分割形軌道輪である請求項１０から１５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】
この発明は、新規な形状の軸受用転動体及びその転動体を組み込んだ転がり軸受に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
転がり軸受の転動体の形状を玉、ころ以外の特殊な形状とすることにより、転がり軸受の機能を多様化する試みは従来から行われている。たとえば、全体としては仮想球体に含まれ、中間部分を円筒状に変形した球体と楕円体の中間的な形状のものが知られている（特許文献１）。円筒状部分がころの機能を発揮し、両端部の球面部分が玉の機能を発揮するようになっている。使い易さの点で玉に類し、高負荷容量を持つ点でころに類するとされる。
【０００３】
しかし、その形状が球体と楕円体の中間的な特殊な形状であるので、製作上の難点がある。また、アキシャル荷重を受ける機能は持たない。
【０００４】
一方、転がり軸受において、一方向のアキシャル荷重を負荷できるものは種々知られているが、両方向のアキシャル荷重を負荷するのに適した転がり軸受としては、例えば、４点接触玉軸受、複列アンギュラ玉軸受等がある（特許文献２）（特許文献３）。
【０００５】
両方向のアキシャル荷重を負荷するのに適したラジアル軸受においては、転動体は玉のままであって格別な工夫は施されておらず、４点接触玉軸受の場合は軌道の形状を工夫して玉が内輪外輪の４点で接触するようにしている。また、複列アンギュラ玉軸受の場合は反対向きの接触角を持った複列の軸受を組み合わせるようにしている。
【０００６】
スラスト軸受においても、両方向のアキシャル荷重を受けるようにするためには、方向性の反対のものを複列に組み合わせて使用するようにしており、転動体は玉である。
【０００７】
このように、従来の場合は両方向のアキシャル荷重を負荷し得る軸受は、ラジアル軸受及びスラスト軸受ともに、転動体は玉であるため、４点接触軸受の場合は特殊な形状の軌道輪が必要となり、また、複列に組み合わせる場合はアキシャル方向のスペースが増加する問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２００１−１４０８９５号公報
【特許文献２】特開２００９−２７５７９２号公報
【特許文献３】特開２００８−１７５２１７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
そこで、この発明は、転動体の形状を円すい形状の組み合わせによって形成した単純な形状を基本形状とすることにより、両方向のアキシャル荷重を負荷することができるだけでなく、軌道面との接触が線接触となるようにして負荷能力も高めた転動体及びその転動体を用いた転がり軸受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】
【００１０】
前記の課題を解決するために、この発明に係る軸受転動体は、回転中心軸と中心で直交する基準線を含む基準平面の両側に前記中心から離れるほど径が小さくなるテーパ面を有する円すい部が形成された構成としたものである。
【００１１】
前記の構成には、各円すい部の底面が前記基準面上にある構成、即ち、基準面に接してその両側に円すい部が形成された構成が含まれる。
【００１２】
さらに、前記回転中心軸を中心とし、前記円すい部の底面と同一径の円柱部が前記基準面の両側に渡り形成され、該円柱部の両端面に前記各円すい部がそれぞれ一体に形成された構成、即ち、円柱部の両端面に円すい部が一体化された構成も含まれる。
【００１３】
前記転動体は、ラジアル軸受の転動体としても、またスラスト軸受の転動体としても用いることができる。
【発明の効果】
【００１４】
この発明に係る軸受用転動体及びこれを組み込んだ軸受は、その転動体が基準面の両側において円すい部を有するものであるため、ラジアル軸受においてはラジアル荷重だけでなく、両方向のアキシャル荷重を負荷することができる。同様にスラスト軸受においては、アキシャル荷重だけでなく、両方向のラジアル荷重を負荷することができる。
【００１５】
また、前記円すい部の軌道面に対する接触は線接触となるので、同サイズの玉やころに比べて、一定荷重下における接触面圧を軽減することができる。さらに、円柱部の両端面に円すい部を設けた形状の転動体の場合は、その円柱部の存在によって負荷容量を高めることができる。
【００１６】
なお、転動体自体の形状は、左右に円すい部を有する構成が基本形状となるので、製作が容易であり、また、これを用いた軸受においてはその軌道面の製作も容易である。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】（ａ）は実施形態１の転動体の斜視図、同（ｂ）はその正面図である。
【図２】（ａ）は実施形態１の変形例１の正面図、同（ｂ）は同じく変形例２の正面図、同（ｃ）は同じく変形例３の正面図、同（ｄ）は同じく変形例４の正面図である。
【図３】（ａ）は実施形態２の転動体の斜視図、同（ｂ）はその正面図である。
【図４】（ａ）は実施形態２の変形例１の正面図、同（ｂ）は同じく変形例２の正面図、同（ｃ）は同じく変形例３の正面図である。
【図５】（ａ）は実施形態３の転動体の正面図、同（ｂ）は他の例の正面図である。
【図６】（ａ）は実施形態４のラジアル軸受の一部切欠斜視図、同（ｂ）はその一部省略拡大断面図、同（ｃ）はその一部拡大断面図である。
【図７】（ａ）は実施形態４の外輪の変形例の一部拡大断面図、同（ｂ）は外輪の他の変形例の一部拡大断面図である。
【図８】は実施形態４の変形例１の一部省略断面図である。
【図９】は実施形態５のラジアル軸受の一部省略拡大断面図である。
【図１０】は実施形態６のスラスト軸受の一部切欠斜視図、同（ｂ）はその一部省略拡大断面図である。
【図１１】は実施形態６の変形例１の一部省略拡大断面図である。
【図１２】は実施形態７のスラスト軸受の一部省略拡大断面図である。
【図１３】は実施形態８のラジアル軸受の一部省略拡大断面図である。
【図１４】は実施形態９のラジアル軸受の一部省略拡大断面図である。
【図１５】は実施形態１０のスラスト軸受の一部省略拡大断面図である。
【図１６】は実施形態１１のスラスト軸受の一部省略拡大断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、この発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。
【００１９】
[実施形態１]
図１（ａ）（ｂ）は実施形態１の転動体１１の基本形状を示し、図２（ａ）〜（ｃ）は実施形態１の変形例１〜４の転動体１１を示す。
【００２０】
図１（ａ）（ｂ）に示したように、転動体１１の基本形状は、回転中心軸１２を含む面と直交する基準面１３の両側に、その基準面１３から離れるに従って径が小さくなるテーパ面をもち、前記回転中心軸１２上に頂部１６を有する円すい部１４、１４が対称形に形成されたものである。両方の円すい部１４、１４の底面はともに基準面１３上にあり、その基準面１３上に先鋭な周縁部１５が位置する。また、各円すい部１４の頂部１６も先鋭に形成される。
【００２１】
前記転動体１１の材料は金属、樹脂、セラミック等である。前記円すい部１４のテーパ面が軌道面に線接触し、回転中心軸１２に直交する方向のラジアル荷重を受け、また、その回転中心軸１２に平行な両方向のアキシャル荷重を受ける。
【００２２】
図２（ａ）に示した変形例１は、前記の基本形状の転動体１１において、円すい部１４の底面によって形成される周縁部１５に面取り１７を施し、各円すい部１４の頂部１６にも面取り１８を施したものである。
【００２３】
図２（ｂ）に示した変形例２は、円すい部１４の底面によって形成される周縁部１５にＲ面取り１９を施し、各円すい部１４の頂部にもＲ面取り２１を施したものである。
【００２４】
前記の変形例１、２は、面取り１７、１８及びＲ面取り１９、２１によって、周縁部１５及び頂部１６におけるエッジロードを軽減し、欠け等の発生を防止するようにしたものである。
【００２５】
図２（ｃ）に示した変形例３は、図２（ａ）に示した変形例１において、その円すい部１４の頂部１６に回転中心軸１２と直交する端面２２を設けることにより、円すい台部１４ａを形成したものである。また、前記回転中心軸１２を中心とする一定径の貫通穴２３を前記端面２２の中心に設けている。
【００２６】
図２（ｄ）に示した変形例４は、図２（ｂ）に示した変形例２において、図２（ｃ）の場合と同様に円すい台部１４ａを形成し、貫通穴２３を設けたものである。
【００２７】
[実施形態２]
図３（ａ）（ｂ）は実施形態２の転動体１１ａの基本形状を示し、図４（ａ）〜（ｃ）はその変形例１〜３を示す。
【００２８】
実施形態２の基本形状の転動体１１ａは、回転中心軸１２を中心とし、前記円すい部１４の底面と同一径の円柱部２４が前記基準面１３の両側に渡り形成され、該円柱部２４の両端面に前記各円すい部１４，１４がそれぞれ一体に形成された形状である。円柱部２４は基準面１３によって左右に対称形に二分され、それぞれの端面と一体化された円すい部１４、１４も基準面１３を中心にして対称形状をなす。各円すい部１４の頂部１６は先鋭状に形成される。
【００２９】
前記円すい部１４が軌道面と線接触し、ラジアル荷重と両方向のアキシャル荷重を受けることは前記の実施形態１の場合と同様であるが、この実施形態２の場合は円柱部２４も軌道面に線接触してラジアル荷重を受けるので、ラジアル荷重の負荷能力が高くなっている。また、円柱部２４の長さ分だけ軸受全体の幅が増すので、幅の広い軸受の需要に対応することができる。
【００３０】
図４（ａ）に示した実施形態２の変形例１は、前記の基本形状の転動体１１ａにおいて、両円すい部１４の頂点となる部分に面取り２５を施し、円柱部２４と円すい部１４の境界部分に面取り２６を施したものである。
【００３１】
図４（ｂ）に示した変形例２は、前記変形例１の面取り２５、２６と同じ部分にＲ面取り２７、２８を施している。さらに円柱部２４及び円すい部１４の外周面にクラウニング２９を形成し、軌道面との間で生じるエッジロードを軽減させるようにしている。
【００３２】
図４（ｃ）に示した変形例３は、前記変形例１（図４（ａ）参照）の円すい部１４の頂部に、回転中心軸１２に対し直角の端面２２を設けることにより、円すい台部１４ａを形成し、その端面２２の中心に貫通穴２３を設けたものである。
【００３３】
[実施形態３]
図５（ａ）（ｂ）に示した実施形態３は、前記実施形態１及び２の場合（図１から図４参照）は基準面１３の両側に形成される円すい部１４が対称形状をなすものであったが、この場合は、両側の円すい部１４の頂角α、βの大きさに差があり（α＞β）、両側の円すい部１４が非対称形であるように形成されている。面取り、クラウニング等を施す場合があること、円すい部１４が円すい台部１４ａであり、貫通穴２３が設けられる場合があること等は、前記各実施形態の場合と同様である。
【００３４】
[実施形態４]
図６（ａ）〜（ｃ）、図７（ａ）（ｂ）及び図８に示した実施形態４は、前記実施形態１（図１（ａ）（ｂ）及び図２（ａ）〜（ｃ）参照）の転動体１１を使用したラジアル軸受である。図示場合の転動体１１は、実施形態１の変形例４として図２（ｄ）に示した円すい台部１４ａ及び貫通穴２３を有する転動体１１を使用している。
【００３５】
このラジアル軸受は、内輪３１、外輪３２、これらの軌道面３３、３４間に介在された転動体１１及びその転動体１１を一定間隔に保持する保持器３５によって構成される。
【００３６】
保持器３５は対向した一対の環状板３６間に、周方向に一定間隔をおいてピン３７を渡して両方の環状板３６を結合したかご形のものである。組み立て時は、一方の環状板３６に立てたピン３７に転動体１１の貫通穴２３を通し、他方の環状板３６を嵌めることにより組み立てる。
【００３７】
内輪３１及び外輪３２の軌道面３３、３４は、転動体１１の周縁部１５に施したＲ面取り１９に適合するよう溝底にアール部３８を有するテーパ溝形状に形成される。
【００３８】
前記軌道面３３、３４と転動体１１との接触部分において、転動体１１の周速差による滑りよって、いわゆるカジリによる摩耗が発生する懸念がある。これを防止する対策として、図６（ｃ）に示したように、軌道面３３、３４のテーパ角α１が転動体１１のテーパ角α２より大きい関係（α１＞α２）にあるように設定することが望ましい。これにより軌道面３３、３４と転動体１１との接触範囲が狭まり、また潤滑剤の流入性が良好になるので、前記のカジリによる摩耗を軽減することができる。
【００３９】
この実施形態４に係る転がり軸受において、転動体１１と保持器３５の組立体を軌道面３３、３４に容易に組み込めるようにするために、図７（ａ）（ｂ）に示したように、内輪３１及び外輪３２のいずれか一方又は両方を、二分割したものを用いることが望ましい。
【００４０】
即ち、図７（ａ）は、外輪３２を軌道面３４と平行にその溝底を通る分割面Ａで二分割した例、図７（ｂ）は、軸芯を含む分割面Ｂで二分割した例を示す。内輪３１の場合も同様である。さらに、負荷容量を高めるために、転動体１１を複列に配置することができる。
【００４１】
図８は、実施形態４の変形例１であり、内輪３１の軌道面３３のテーパ角αと外輪３２の軌道面３４のテーパ角βに差を持たせたものであり、図示の場合は、α＞βの関係に設定している。この大きさ関係は逆であってもよい。
【００４２】
テーパ角α、βに上記のような関係をもたせることにより、転動体１１の軸方向の接触位置を内輪３１と外輪３２とで変えることができ、転動体１１の転がり疲労を低減させることができる。
【００４３】
この場合、図示のように、内輪３１側の角度αを外輪３２側の角度βより大（α＞β）に設定すると一層効果的である。即ち、一般的には、内輪３１と転動体１１、外輪３２と転動体１１の間の接触応力は、内輪３１と転動体１１の間の方が大きくなるので、転動体強度の低い側面側に外輪３２との接触部が来るようにすることが望ましいからである。αとβの角度差は、転動体１１の傾きに対して数十分程度が妥当であると考えられる。
【００４４】
なお、以上述べた軌道面と転動体１１のテーパ角に差をもたせてカジリを防止する構成、また内外輪を分割形として転動体・保持器の組立体を容易に組み込めるようにする構成、転動体１１を複列に配置して負荷容量を高める構成、及び内外輪の軌道面のテーパ角α、βに差をもたせる構成は、以下に述べる各軸受の実施形態においても同様である。
【００４５】
実施形態４のラジアル軸受（図６（ａ）〜（ｃ）、図７（ａ）（ｂ）及び図８参照）は以上のようなものであり、転動体１１の左右の円すい台部１４ａにおいて、ラジアル荷重と両方向のアキシャル荷重を負荷することができる。また、ある程度のラジアル荷重又は予圧を与えることにより、ラジアルすき間をゼロにするとともに、アキシャルすき間もゼロにすることができる。このため、軸方向への移動を拘束することができる。
【００４６】
さらに、同サイズの玉やころに比べ接触面積が大きくなるので、一定荷重下では接触面圧を小さくすることができる。
【００４７】
[実施形態５]
図９に示した実施形態５のラジアル軸受は、転動体１１として、前記実施形態２の変形例２として示したもの（図２（ｂ）参照）を使用したものである。この場合の保持器３５は、対向した環状板３６間に一定間隔で柱部３９を設けることによりポケットを形成し、そのポケットの両端面を形成する環状板３６に浅い保持凹部穴４０を設けている。転動体１１の回転中心軸１２上のＲ面取り２１を施した頂部が左右の環状板３６を弾性変形させながら前記保持凹部４０に回転可能に嵌合される。
【００４８】
[実施形態６]
図１０（ａ）（ｂ）に示した実施形態６は、転動体１１として前記実施形態１の変形例４（図２（ｄ）参照）を使用したスラスト軸受である。この軸受は、ハウジング軌道盤４１、軸軌道盤４２、これらの軌道面４３、４４間に介在された転動体１１及びその転動体１１を一定間隔に保持する保持器４５によって構成される。保持器４５は対向した環状板４６の間に周方向に一定間隔をおいてピン４７を渡し、両方の環状板４６を連結したものであり、各ピン４７が転動体１１の貫通穴２３に挿通される。
【００４９】
ハウジング軌道盤４１及び軸軌道盤４２の軌道面４３、４４は、前述の実施形態４（図６（ａ）〜（ｃ）参照）の場合と同様に、転動体１１の周縁部１５に施したＲ面取り１９に適合するよう溝底にアール部４８を有するテーパ溝形状に形成される。
【００５０】
この実施形態６の変形例１として、図１１に示したものは、ハウジング軌道盤４１及び軸軌道盤４２の軌道面４３、４４について、これらの内周壁面の傾斜角θに比べ外周壁面の傾斜角δを小さく（θ＞δ）設定したものである。その理由は次のとおりである。
【００５１】
即ち、軸受の回転に伴う遠心力の作用によって軸受内部の潤滑油は、軸受の内側から外側へ流れるため、内側の軌道面に潤滑油が流入し易く、外側では流入性が低下する。そこで、外周壁面の傾斜角δを小さくすることにより、転動体１１と軌道面４３、４４の間隔を拡げることで潤滑油の流入性が改善されるのである。
【００５２】
[実施形態７]
図１２に示した実施形態７は、転動体１１として前記実施形態１の変形例２（図２（ｂ）参照）を使用したスラスト軸受である。
【００５３】
この軸受は、前記実施形態６の場合と同様に、ハウジング軌道盤４１、軸軌道盤４２、これらの軌道面４３、４４間に介在された転動体１１及びその転動体１１を一定間隔に保持する保持器４５によって構成される。この場合の保持器４５は、実施形態５の場合（図９参照）と同様に、対向した環状板４６間に一定間隔で柱部４９を設けることによりポケットを形成し、そのポケットの両端面を形成する環状板４６に浅い保持凹部５１を設けている。転動体１１の回転中心軸１２上のＲ面取り２１を施した頂部が左右の環状板４６を弾性変形させながら前記保持凹部５１に回転可能に嵌合される。
【００５４】
[実施形態８]
図１３に示した実施形態８は、転動体１１ａとして実施形態２の変形例３として示したもの（図４（ｃ）参照）を使用したラジアル軸受である。この場合の転動体１１ａは、中央部に円柱部２４を有する分だけ軸受の幅が広くなっている。また、内輪３１及び外輪３２の軌道面３３、３４の溝底３３ａ、３４ａは、その円柱部２４に嵌合するよう平坦に形成されている。その他の構成は、実施形態４（図６（ａ）〜（ｃ）参照）と同様である。
【００５５】
[実施形態９]
図１４に示した実施形態９は、転動体１１ａとして実施形態２の変形例２として示したもの（図４（ｂ）参照）を使用したラジアル軸受である。この場合も転動体１１ａの円柱部２４の分だけ軸受の幅が広くなっている。内外輪３１、３２の軌道面３３、３４の溝底３３ａ、３４ａは、前記円柱部２４及び円すい部１４のクラウニング２９に合わせ、ゆるやかな凹曲面に形成されている。保持器３５、その他の構成は、実施形態５（図９参照）の場合と同様である。
【００５６】
[実施形態１０]
図１５に示した実施形態１０は、転動体１１ａとして実施形態２の変形例３として示したもの（図４（ｃ）参照）を使用したスラスト軸受である。円柱部２４を有する分だけハウジング軌道盤４１及び軸軌道盤４２の幅が広くなっている。保持器４５、その他の構成は実施形態６（図１０参照）と同様である。
【００５７】
[実施形態１１]
図１６に示した実施形態１１は、転動体１１ａとして実施形態２の変形例２として示したもの（図４（ｂ）参照）を使用したスラスト軸受である。円柱部２４を有する分だけハウジング軌道盤４１及び軸軌道盤４２の幅が広くなっている。保持器４５、その他の構成は実施形態７（図１２参照）と同様である。
【符号の説明】
【００５８】
１１、１１ａ  転動体
１２  回転中心軸
１３  基準面
１４  円すい部
１４ａ  円すい台部
１５  周縁部
１６  頂部
１７、１８  面取り
１９、２１  Ｒ面取り
２２  端面
２３  貫通穴
２４  円柱部
２５、２６  面取り
２７、２８  Ｒ面取り
２９  クラウニング
３１  内輪
３２  外輪
３３、３４  軌道面
３３ａ、３４ａ  溝底
３５  保持器
３６  環状板
３７  ピン
３８  アール部
３９  柱部
４０  保持凹部
４１  ハウジング軌道盤
４２  軸軌道盤
４３、４４  軌道面
４３ａ、４４ａ  溝底
４５  保持器
４６  環状板
４７  ピン
４８  アール部
４９  柱部
５１  保持凹部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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