(57)【要約】  アルミニウム合金製又は他の軽量素材製変速機ケース（１）で使用されるコロ軸受において、変速機は２つのダイレクトマウントされた円すいコロ軸受（８、９）により支持された鋼製軸（２）を含んでいて、２つの軸受（８、９）は軸（２）を径軸両方向に拘束している。変速機又はトランスアクスルが温度変動を受ける際のケースと鋼製軸（２）との間の膨張収縮の差を補償するために、ケース（１）又は軸（２）の熱膨張率よりも大きな熱膨張率を有する補償リング（３４）が少なくとも一つの軸受のレース（２０）に取付けられる。この結果、広い温度変動範囲にわたって軸受はほぼ均一の設定で動作する。
2008507678.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
張出部（abutmentｓ）を有するケースに、
前記ケースの中の少なくとも一つの軸において、前記ケースの前記張出部に向けられるとともに軸方向に距離を空けて配置された張出部を有し、前記ケースの素材とは異なる熱膨張率を有する素材から形成された少なくとも一つの軸と、
前記ケースの中の前記少なくとも一つの軸を支持する少なくとも二つの軸受において、軸径両方向の荷重を担うように構成され、前記ケースの中で、前記ケースと前記少なくとも一つの軸の前記張出部との間で互いに向き合うように前記少なくとも一つの軸にマウントされることで、前記軸受が前記少なくとも一つの軸を軸径両方向について前記ケースの中に拘束し、前記張出部の一つに面するように各々設けられ、前記軸受の他方のレースの前記軌道に面する軌道を備えた内外レースを有する少なくとも二つの軸受と、
前記軌道上を転がる転動体と、
が組み合わさった組み合わせにおいて、さらに
前記ケースの前記張出部と前記少なくとも一つの軸の前記張出部との間に配置される支持リングと、止めリングと、補償リングとを有し、
前記補償リングが、前記ケース、前記軸受、又は前記軸の少なくともいずれか一つの温度変化に応答して前記軸と前記ケースとの間の熱膨張収縮の差を補償して広い温度変動範囲にわたって前記軸受がより均一な設定に維持されるように配置される
組み合わせ。
【請求項２】
前記補償リングが、前記ケース及び前記少なくとも一つの軸の双方よりもかなり大きい熱膨張率を有している請求項１に記載の組合せ。
【請求項３】
前記補償リングはその少なくとも一部がポリマーから形成される請求項２に記載の組合せ。
【請求項４】
前記補償リングはその少なくとも一部がエラストマーから形成された請求項２に記載の組合せ。
【請求項５】
前記補償リングは、前記補償リングが径の内側又は外側に膨張しないように前記支持リング及び前記裏あてリングによって強固かつぴったりと径方向に拘束される柔軟素材においてその体積膨張収縮が軸方向にのみ現れて熱膨張率に帰せられるものよりも大きい柔軟素材を含む請求項２に記載の組合せ。
【請求項６】
前記軸受は、外向きに設けられた軌道を備えるコーンと内向きに設けられた軌道を備えるカップと前記カップ及びコーンの軌道の間に位置する円すいコロとを有する円すいコロ軸受である請求項５に記載の組合せ。
【請求項７】
前記支持リングは２つのフランジ及び底を有する環状Ｕ字を有し、前記環状Ｕ字は、環状Ｕ字支持リングの前記底が前記軸受の前記外レースの前面に接触するように前記軸受の前記外レースの前記前面に配置される請求項６に記載の組合せ。
【請求項８】
前記裏あてリングが前記環状Ｕ字支持リングの前記２つのフランジの間にはまる寸法であり、前記２つのフランジの間のはめ合いは、前記補償リングを適切に保持するために前記２つのフランジの間に前記裏あてリングを留めることができる程度に十分きついが、より高温に温められて前記補償リングが膨張した際に前記裏あてリングが前記環状Ｕ字支持リングから押しはずされることが可能な程度に十分にゆるくなっている請求項７に記載の組合せ。
【請求項９】
前記補償リングは、径の内側又は外側に膨張しないように前記支持リング、前記裏あてリング、及び前記変速機の前記ケース及び前記裏あてリングによって強固かつぴったりと径方向に拘束される柔軟素材において体積膨張収縮が軸方向にのみ現れて熱膨張率に帰せられるものよりも大きい柔軟素材を含む請求項２に記載の組合せ。
【請求項１０】
前記支持リングは、径方向垂直面及び軸方向水平面を備えるＬ字支持リングにおいて、その前記径方向垂直面が前記軸受の前記外レースの前面に接触するように前記軸受の前記外レースの前記前面に配置される前記Ｌ字支持リングである請求項９に記載の組合せ
【請求項１１】
前記裏あてリングが前記Ｌ字支持リングの前記水平軸方向面と前記変速機の前記ケースとの間にはまる寸法であり、前記はめ合いは、前記補償リングを適切に保持するために前記Ｌ字支持リングと前記変速機の前記ケースとの間に前記裏あてリングを留めることができる程度に十分きついが、より高温に温められて前記補償リングが膨張した際に前記裏あてリングが前記Ｌ字支持リングから押しはずされることが可能な程度に十分にゆるくなっている請求項１０に記載の組合せ。
【請求項１２】
前記支持リングが内周及び外周を有するリング状支持リングである請求項９に記載の組合せ。
【請求項１３】
前記裏あてリングが前記支持リングの前記外周と前記変速機の前記ケースとの間にはまる寸法であり、前記はめ合いは、前記補償リングを適切に保持するために前記支持リングと前記変速機の前記ケースとの間に前記裏あてリングを留めることができる程度に十分きついが、より高温に温められて前記補償リングが膨張した際に前記裏あてリングが前記支持リングから押しはずされることが可能な程度に十分にゆるくなっている請求項１２に記載の組合せ
【請求項１４】
外向きに設けられたテーパ軌道及び前記軌道の大端を超えて配置された背面とを備えるコーンの形態を有する第１レースと、
前記コーンの周りに配置されるとともに内向きに設けられた軌道及び前記軌道の小端に背面を備えるカップの形態を有する第２レースと、
を備え、前記第１レース又は前記第２レースのいずれか一つが、その背面と同一の向きに設けられた裏あて面をさらに備え、
カップとコーンの軌道の間に一列に配置される円すいコロと、
支持リング及び裏あてリングにより実質的に保持された補償リングと、
を備え、前記補償リング、前記支持リング、又は前記裏あてリングのいずれか一つが、そのレースの前記裏あて面と接触するように配置され、前記補償リングが高熱膨張率を有する素材から製作・形成される
円すいコロ軸受。
【請求項１５】
前記補償リングが主に高熱膨張率を有するエラストマーから形成される請求項１４に記載の円すいコロ軸受。
【請求項１６】
前記補償リングが主に高熱膨張率を有する素材から形成される請求項１４に記載の円すいコロ軸受。
【請求項１７】
前記補償リングは、前記補償リングが径の内側又は外側に拡張しないように前記支持リング、前記裏あてリング、及び前記変速機の前記ケースによって強固かつぴったりと径方向に拘束された柔軟素材においてその体積膨張収縮が軸方向にのみ現れて熱膨張率に帰せられるものよりも大きい柔軟素材を含む請求項１４に記載の円すいコロ軸受。
【請求項１８】
前記支持リングが、２つのフランジ及び底を有する環状Ｕ字形状であり、
前記支持リングは、前記環状Ｕ字形状の前記底が前記軸受の前記外レースの前面に接触するように、前記軸受の前記外レースの前面に配置される
請求項１７に記載の円すいコロ軸受。
【請求項１９】
前記裏あてリングが前記環状Ｕ字支持リングの前記２つのフランジの間にはまる寸法であり、前記はめ合いは、前記補償リングを適切に保持するために前記２つのフランジの間に前記裏あてリングを留めることができる程度に十分きついが、より高温に温められて前記補償リングが膨張した際に前記裏あてリングが前記補償リングにより前記環状Ｕ字支持リングから押しはずされることが可能な程度に十分にゆるくなっている請求項１８に記載の円すいコロ軸受。
【請求項２０】
前記支持リングは、垂直径方向面及び水平軸方向面を有するＬ字支持リングにおいて前記Ｌ字支持リングの前記垂直径方向面が前記軸受の前記外レースの前面に対するように前記軸受の前記外レースの前面に配置されたＬ字支持リングである請求項１７に記載の円すいコロ軸受。
【請求項２１】
前記裏あてリングが前記Ｌ字支持リングの前記水平軸方向面と前記変速機の前記ケースとの間にはまる寸法であり、前記はめ合いは、前記補償リングを適切に保持するために前記Ｌ字支持リングと前記変速機の前記ケースとの間に前記裏あてリングを留めることができる程度に十分きついが、より高温に温められて前記補償リングが膨張した際に前記裏あてリングが前記補償リングにより前記Ｌ字支持リングから押しはずされることが可能な程度に十分にゆるくなっている請求項２０に記載の円すいコロ軸受。
【請求項２２】
前記支持リングが内周及び外周を有するリング状支持リングである請求項１７に記載の円すいコロ軸受。
【請求項２３】
前記裏あてリングが前記支持リングの外周と前記変速機の前記ケースとの間にはまる寸法であり、前記はめ合いは、前記補償リングを適切に保持するために前記支持リングと前記変速機の前記ケースとの間に前記裏あてリングを留めることができる程度に十分きついが、より高温に温められて前記補償リングが膨張した際に前記裏あてリングが前記補償リングにより前記支持リングから押しはずされることが可能な程度に十分にゆるくなっている請求項２２に記載の円すいコロ軸受。
【請求項２４】
張出部（abutmentｓ）を有するケースに、
前記ケースの中の少なくとも一つの軸において、前記ケースの張出部に向かって前記ケースの張出部から軸方向に距離を空けて配置された張出部を有し、前記ケースの素材とは異なる熱膨張率を有する素材から形成された少なくとも一つの軸と、
前記ケースの中の前記少なくとも一つの軸を支持する少なくとも二つの軸受において、軸径両方向の荷重を担うように構成され、前記ケースの中で前記ケース及び前記少なくとも一つの軸の前記張出部の間で前記少なくとも一つの軸にマウントされ、そこでは互いに逆向きとなり、前記軸受が前記少なくとも一つの軸を軸径両方向について前記ケースの中に拘束し、前記張出部の一つに面するように各々設けられ、前記軸受の他方のレースの前記軌道に面する軌道を備えた内外レースを有する少なくとも二つの軸受と、
前記軌道上を転がる転動体と、
が組み合わさった組み合わせにおいて、
前記軸と前記ケースとの間の熱膨張収縮の差を補償して前記軸受が広い温度変動範囲にわたってより均一な設定に維持されるように、前記ケース、前記軸受、又は前記軸のいずれかの少なくとも一つの温度変化に対応する手段と
を有する組み合わせ。
【請求項２５】
コーンの形態を有する内レース、
コロと、
カップの形態を有する外レースと、
支持リングと、
補償リングと、
を有する円すいコロ軸受において、
前記外レースが第１及び第２外周面を備え、
前記第１及び第２外周面の径がかなり異なっていて突起部を形成し、
前記支持リングは、ほぼ均一な厚みを有し、
前記支持リングは、前記カップの前記第１面と接触する少なくとも一つの面を有し、
前記支持リングの前記少なくとも一つの面は、前記支持リングの厚さよりもかなり大きく、
前記補償リングは、前記支持リング、前記外レース、及び前記外レースの前記突起部によって定まる空間に適合する.
【請求項２６】
前記支持リングが外レースに圧入されている請求項２５の装置。
【請求項２７】
前記支持リングが前記補償リングの前面に配置される請求項２５に記載の装置。
【請求項２８】
前記支持リングの前記少なくとも一つの面は前記支持リングよりもかなり厚い第１及び第２面を含み、
前記第１面が前記外レースと封止のために接触し、
前記第２面は内部に前記外レースがマウントされている取り付け孔と封止のために接触する請求項２５に記載の装置。
【請求項２９】
前記第１面及び第２面が互いに向かって細くなる請求項２８に記載の装置。
【請求項３０】
前記補償リングが前記第１及び第２外周面と同一平面にある請求項２５に記載の装置。
【発明の詳細な説明】
【関連出願の相互参照表示】
【０００１】
本出願は、発明の名称を「熱補償型軸受」とする２００４年９月１７日にマーク・エイ・ジョキにより出願された米国仮出願第６０／６１０、９３４号と、発明の名称を「熱補償能力を有する軸受」とする２００４年７月２６日にミーセア・グラデューにより出願された米国出願第１０／８９９、３４８号とに由来し、これらの優先権を主張する。
【技術分野】
【０００２】
本発明は、全体として軸受に関し、特に、軸受がその内部にマウントされる構造体と軸受の内部に配置される軸との間の熱膨張収縮の差を補償する能力を有する軸受に関する。
【背景技術】
【０００３】
重量を削減する目的で、種々の機械式変速機のケースはマグネシウム合金又はアルミニウム合金等の軽量素材から製造される。しかし、鋼が高強度かつ耐摩耗性に優れていることは明らかなので、ケース内で回転するとともにトルクを伝達する歯車を保持する軸は鋼製のままである。
【０００４】
変速機及びトランスアクスルのケースの中に軸をマウントする種々の軸受配列があるが、最もコンパクトかつ耐久性のあるものは円すいコロ軸受を利用している。典型的なインライン変速機において、入力軸及び出力軸は、軸の方向が揃えられ、２つの単列円すいコロ軸受にケースの対向する端面で拘束されている。ここで、２つの単列円すいコロ軸受は、相互にダイレクトマウント、すなわち各軸受のコロの大端が内向きにケースの内面に向くとともに相互に向き合うように設けられている。また、入力軸は出力軸の端を受容するポケットを備えている。一方で、出力軸は「ポケット軸受」として知られる別の単列円すいコロ軸受を備えている。この円すいコロ軸受も出力軸の軸受に対してダイレクトマウントされている。これらの適用における円すいコロ軸受は、その寸法に対して極めて大きな荷重を担っている。また、円すいコロ軸受がラジアル荷重に加えて軸方向又はスラスト荷重を担うので、最小の数の軸受が軸の受ける全荷重を担っている。
【０００５】
理想的には、対向型円すいコロ軸受は、適用要件によって定まる最適設定範囲内で動作すべきである。一般的にいうと、本発明の目的は軸方向及び半径方向への軸の自由な動きを最小とすることである。なぜなら、このようにすることは軸受寿命を最大とし、騒音を減少させ、歯車のかみ合いを改善するからである。これらの整列された入力及び出力軸を実際に支持するダイレクトマウント軸受は、これらの軸を軸方向に拘束する。
【０００６】
軸及び軸受と同様に、変速機のケースが鋼製であったならば、ケース、軸及び軸受は温度変動に伴って同様に膨張し、広い温度範囲において各軸の軸受設定が急激に変化することはないであろう。しかし、現在のところ多数の変速機用ケースの製造に用いられるアルミニウム合金は、軸及び軸受の製作に用いられる鋼よりも熱膨張率が大きい。ダイレクトマウント軸受に軸方向あそびがない状態でこのような変速機が室温で組立てられたと仮定すると、温度が低下すると、ケースは軸よりも収縮するので、軸受は予圧を受けることになる。同様に、ケースは軸よりも膨張するので、温度が室温よりも上昇すると、軸受は軸方向あそびが生じるようになる。軸受の構造に起因する円すいコロ軸受の膨張収縮はケースと軸との間の膨張収縮の差の影響をある程度弱める傾向があるが、広い温度範囲にわたって軸受設定をほぼ一定に保つには不十分である。
【０００７】
組立て時の軸受内の過剰な予圧は、ケースの膨張によって生じる緩みをある程度補償することができるが、内部部品における摩擦量を増大させて、内部部品の磨耗量を増大させる。また、変速機の常温始動の間、軸の歯車を回転させるための労力が増大することになる。一方、変速機が加熱されると、軸方向の過剰なあそびは、荷重が伝達される経路となる軸受内のゾーンの寸法を減少させる。その結果、軸受部品間の空間及びギャップが減少して、軸受の寿命縮めることになる。軸方向あそびは、軸が径方向及び軸方向に変位することをある程度可能とするので、変速機の歯車がかみ合う位置を変化させることもある。
【０００８】
米国特許公報第５、０２８、１５２号は、熱補償型軸受を備えた機械を開示していて、参照によりこの明細書に援用される。この装置では、軸受は特殊加工された軸受カップ（外レース）を必要とする。特殊加工には、カップ面にラベット溝（rabbet）を生成すことが含まれる。弾性補償リングがラベット溝内に配置され、軸受に支持された鋼製部品と軸受が内部に配置される軽量のアルミニウム製ケーシングを備えた機械との間の熱膨張差を補償している。しかし、この発明における軸受のラベット溝構成は特殊加工された軸受カップを必要とし、その結果、軸受のコストを増大させ、軸受組立をより困難としている。
【発明の開示】
【０００９】
本発明の軸受は、軸受カップの機械加工をほとんど必要としない円すいコロ軸受である。その代わりに、熱補償部品を、軸受に対する付加部品（アドオンアクセサリー）の形態で、軸受の背面及び／又は前面に接触するように配置することができる。この結果、組立がより単純なので、既存の軸受に熱補償部品を追加すること又はより少ない労力で軸受に熱補償部品を組み込むことを可能とする、より低コストの軸受が得られる。
【００１０】
また、本発明の軸受は、軸受及び軸の製造に使用される鋼よりも大きな熱膨張率を有するアルミニウム合金又は他の軽量素材から製作されるケースを備える変速機の軸の端にマウントしてもよい。この軸受の独自の構造は、ケースとケース内の軸受及び軸との間の熱膨張収縮の差を補償する能力を有する。結果として、軸受は、より広い動作温度にわたって、より均一な設定に維持される。
【００１１】
以下、本発明の特徴がさらに明示及び指摘される。
【００１２】
なお、複数の図面を通じて、対応する参照符号が使用される。
【００１３】
本発明の５実施形態が添付の図面及び以下の記述で説明されるが、示された実施形態は単に説明の目的のためのものであり、遭遇する状況に応じて本発明が最も有効に利用できるように、いかなる場合も本発明の精神及び意図から逸脱することなく、製造時に種々の構造変更をおこなってもよいことは明らかである。本発明は特許請求の範囲の記載によってのみ制限される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
ここで図面を参照すると、変速機Ａ（図１）を含む本発明の一実施形態が示される。変速機Ａはアルミニウム合金等の軽量金属から鋳造されたケース１を有している。変速機Ａは入力軸２及び出力軸３も有していて、各軸はそれぞれ端４及び５を備えている。軸２及び３は歯車６及び７を支持し、これらの歯車は、入力軸２と出力軸３との間に異なる速度比を生じさせるように、異なる組合せでかみ合う。軸２及び３は鋼からマシニング加工される。軸上の歯車６及び７も同様である。
【００１５】
入力軸２は、ケース１の各端にある壁１１に設けられた孔１０内で、入力軸２に外周からはめられた２つの単列円すいコロ軸受８及び９を回転させる。軸受８及び９は、張出部（abutments）、すなわち、孔１０の端の段部（shoulder）１２と軸２上の別の段部１３との間に配置される。入力軸２の端４はケース１の反対側の端の壁に設けられた孔１４内に配置された別の単列円すいコロ軸受９を回転させる。単列円すいコロ軸受９も、孔１４の端の段部１５及び軸２上の裏あて面１６の形態を有する張出部の間に配置される。出力軸３は、ケース１の壁に設けられた軸受１７と１８との間で同様に回転する。
【００１６】
軸受８、９、１７、及び１８の各々は、軸受が支持する軸２又は３の軸線Ｘと一致する回転軸Ｘを有する単列円すいコロ軸受である。軸受は、軸２又は３の一つに外周からはまるコーン１９と、孔１０又は１４の一つにはまり込むカップ２０と、コーン１９とカップ２０との間に一列に配列している円すいコロ２１と、コロ２１の間に適切な間隔を維持する保持器２２とを含んでいる（図２）。カップ２０は、基本的にケース１内で動かない。その一方で、コーン１９は、その特定軸２又は３が回転軸Ｘの周りを回転する時に、ケース１内で回転する。
【００１７】
コーン１９は孔２３を有する（図２）。孔２３はコーン１９がその上にはまり込む軸２又は３よりも僅かに小さいので、コーン１９とその軸との間にしまりばめが成立する。コーン１９は、外向きにカップ２０に向かって設けられたテーパ軌道２４も有する。軌道２４はスラストリブ２５とリテーニングリブ２６との間に位置し、スラストリブ２５とリテーニングリブ２６の両方は外向きに軌道２４から突き出している。コーン１９の両端は回転軸Ｘに対して垂直に切り落とされて、スラストリブ２５側の端はコーンの背面２７を形成している。
【００１８】
カップ２０は外向きに設けられた円筒面２８を有する。しまりばめ又はゆるみばめのいずれが所望されるかに応じて、円筒面２８は、はまり込む孔１０又は１４よりも僅かに小さいか又は僅かに大きくてもよい。また、カップ２０は、内向きにコーン１９のテーパ軌道２４に向かって設けられたテーパ軌道２９を有する。カップ２０の両端は軸線Ｘに対して垂直に切り落とされて、テーパ軌道２９の小端側にあるより径の大きな端がカップの背面３０を形成している
【００１９】
円すいコロ２１は、コーン１９及びカップ２０の軌道２４と２９との間に一列に、それぞれの大端がコーン１９のスラストリブ２５に接触するように位置する。スラストリブ２５は、ラジアル荷重がコロ２１を介して伝達される際に２つの軌道２４と２９との間の空間からコロ２１が外れることを防止する。また、コロ２１は、それぞれの側面が頂点にまで延びていたとしたら頂点が軸線Ｘ上の共通の点に位置するという意味で、頂点が一致している。また、２つの軌道２４及び２９についても同じことが当てはまる。
【００２０】
コーン軌道２４及びカップ軌道２９のテーパは、これらの間にはまるコロ２１のテーパとともに、軸受８、９、１７及び１８（図１）がラジアル荷重及び軸方向荷重を伝達することを可能とする。後者（軸方向荷重）は、孔１０及び１４の端の段部１２及び１５並びに軸２及び３上の段部１３及び１６によって抵抗を受ける。この点、軸受８のコーン１９（図２）は、その背面２７が段部１３に接触するようにして、入力軸３の外周からきつくはまっている。この軸受のカップ２０は孔１０にぴったりとはまっている。他方の軸受９（図１）のコーン１９が入力軸２に外周からぴったりとはまっている一方で、その軸受のカップは、その背面が孔１４の端の段部１５に向いているが接触しないように孔１４にゆるくはまっている。同様に、出力軸３の２つの軸受１７及び１８のコーンは、その背面が出力軸３上の段部３１に接触するようにして、出力軸３の外周からぴったりとはまっている。軸受１７のカップは軸受の孔３２にぴったりとはまり込み、カップの背面は孔３２の端の段部３３に接触している。一方、軸受１８のカップはその孔４１にゆるくはまり込んでいる。その背面は孔の端の段部３５に向けられているが、実際には段部３５と接触していない。軸受８、９、１７及び１８の各々の保持器２２は、カップ２０からコーン１９が取り外されたときに、隣り合うコロ２１の間の僅かな間隔を維持する。保持器２２は、さらにコーン軌道２４の周りにコロ２１を保持する。
【００２１】
入力軸２の軸受８及び９並びに出力軸３の軸受１７及び１８は入出力軸２及び３に共通する軸線Ｘ上に配置され、ある設定で動作している。この設定は、変速機のケース１内の２つの軸受８及び９又は１７及び１８のカップ２０（図２）の位置に依存するか、あるいは、カップ２０の位置によって少なくとも制御される。例えば、カップ２０が離れ過ぎているならば、軸２及び３はカップ２０の間でゆるく、又は換言すると、軸受８及び９又は１７及び１８がクリアランスを含み、そして軸方向あそびがある状態となる。一方で、カップ２０が接近しすぎていると、軸受８及び９又は１７及び１８並びにこれらの間にある軸２及び３の部分は圧縮状態にあり、又は換言すると、軸受は予圧状態となる。
【００２２】
温度変動を受けると、高い熱膨張率を有するアルミニウム合金等の軽量素材から形成されたケース１は、鋼から形成された軸２及び３よりも寸法が大きく変化する。実際に、アルミニウム合金は、鋼の約２倍の熱膨張率である。したがって、変速機Ａ全体の温度上昇は、ケース１の端の壁をさらに広げるように離す。当然、これらの壁は軸受８、９、１７及び１８のカップ２０の位置を決める段部１２及び１５並びに３３及び３５を壁とともに外側に移動させる。また、軸２及び３も増大して、整列された軸２及び３上の裏あて段部１３及び１６並びに３１をさらに広げる。しかし、アルミニウム合金と鋼との間の熱膨張率の実質的な差に起因して、孔１０及び１４の段部１２と１５との間の距離の増加は軸２及び３上の裏あて段部１３と１６との間及び３１の間の距離の増加の約２倍となりうる。本発明の補償リング３４（図２）がなければ、この膨張の差は軸受８、９、１７及び１８の設定を著しく変えるであろう。
【００２３】
具体的には、本実施形態では、環状Ｕ字支持リング３５は、環状Ｕ字支持リング３５の底３７がカップ２０の前面３８に対するように、カップ２０の前面３８に配置される。本実施形態において、環状Ｕ字支持リング３５は鋼製であり、軸線Ｘをその中心とした環状である。補償リング３４は、断面形状がほぼ長方形であり、補償リング３４の上端面３９が環状Ｕ字支持リング３５のフランジ４０の間となるように環状Ｕ字支持リング３５の内部に配置される。本実施形態の補償リング３４弾性素材から製作される。ある種のポリマーがこの目的に適していて、それにはエラストマーであるポリマーが含まれている。このようなエラストマーの一つはデュポン社（E. I. DuPont de Nemours）により商標バイトン（VITON、登録商標）の下で販売されている。このエラストマーは約１２O x １０-６（インチ/°Ｆ）の熱膨張率を有する。熱膨張率が変速機Ａのケース１の製造に使用される素材の熱膨張率よりも大きければ、他の弾性素材を使用してもよい。
【００２４】
裏あてリング３６は補償リング３４とケース１の段部１２との間に配置される。本実施形態において、裏あてリング３６は鋼製である。裏あてリング３６は、環状Ｕ字支持リング３５の２つのフランジ４０の間にはまる寸法であり、２つのフランジ４０の間のはめ合いは、補償リング３４を適切に保持するために２つのフランジ４０の間に裏あてリング３６を留めることができる程度に十分にきついが、より高温に温められて補償リング３４が膨張した際に裏あてリング３６が環状Ｕ字支持リング３５から押しはずされることが可能な程度に十分にゆるくなっている。
【００２５】
補償リング３４は、２つの軸２及び３上の全ての軸受８、９、１７及び１８を広い温度変動範囲にわたってほぼ均一の設定に維持する。変速機Ａが温度の上昇を受けると、そのケース１は２つの軸２及び３よりも膨張する。しかし、補償リング３４の熱膨張率はケース１のものよりも大きいので、補償リング３４は２つの軸受８と９との間又は１７と１８との間の広がりを軸方向に整列された２つの軸２及び３の膨張による広がりに一致するように維持しようとする。この目的を達成するために、ケース１が膨張して軸受８及び９又は１７及び１８のカップ２０を拘束する段部１２及び１５又は３３及び３５が離れるように動くとき、補償リング３４も同様に軸方向に膨張して軸受８及び１７のカップ２０段部１２及び３３からより遠ざかるようにする。軸受のカップ２０が変位する距離は、２つの軸受８及び９又は１７及び１８の間の領域で測定されるケース１と２つの軸２及び３との間の膨張の差におおまかに対応するが、軸受内の軸方向の膨張によって生じる軸方向の任意のオフセットにはほとんど対応しない。
【００２６】
当然ながら、変速機Ａがその動作温度の低下を受けると、逆のことが生じる。補償リング３４はケース１と２つの軸３及び４との収縮の間の差とほぼ同じだけ、軸受の収縮により生じる軸方向オフセットよりも少なく軸方向に収縮するので、軸受の設定は基本的に同一に維持される。つまり、補償リング３４は、ケース１とケース１内部にある軸方向に整列された軸２及び３との間の熱膨張収縮の差を補償する。
【００２７】
２つの軸受８及び１７の補償リング３４によって提供される熱補償の結果として、整列された軸３及び４上の軸受は、低温で過剰な予圧を受けない。また、補償リング３４は、より高温の動作温度において、軸受８、９、１７及び１８の軸方向の過剰なあそびを取り除いて、軸受内の荷重分布を改善し、その寿命を延ばし、かつ機械の信頼性を改善する。また、補償リング３４は径方向に僅かではあるが膨張して、補償リングがその中に配置されるところのカップ２０がカップ２０の孔１０、１４、３２及び４１内において回転することを防止する役割がある。また、補償リング３４は軸２及び３の振動を減衰させる働きをしてもよく、これと軸方向あそびの減少とあいまって変速機Ａにより生じる騒音を減少させる。
【００２８】
本発明の実施形態は、熱補償リングを備えるものとして軸受８、９、１７及び１８のみを示しているが、他の実施形態においては、特定の目的に応じて入力軸２及び出力軸３の軸受が熱補償リングを備えてもよい。
【００２９】
補償リング３４の長さｌは、ケースの段部１２と１５との間又は３３と３５との間の距離（dc）、軸の段部１３、１６又は３１と裏あて面２７との間の距離（ds）、ケース１のアルミニウム合金の熱膨張率（CAl）、軸２又は３の鋼の熱膨張率（CSt）、補償リング３４の熱膨張率（Cp）、温度差（AT）、及び軸受の構造を含む多数の要因に依存する。この長さｌを決定するためには、まず、室温からの温度の最大変化に起因する最大設定変化（ＭＳＣ）を計算する。この計算はケース１と軸２及び３との間の膨張の差だけでなく、軸受８及び９又は１７及び１８のスタンド（stands）におけるオフセットの差も考慮している。オフセットの差は軸受自体の内部の径及び軸方向の膨張によって主として生じる。この点、単列円すいコロ軸受の構造は、温度の上昇に起因する径及び軸方向の膨張は軸受のスタンドを拡大しようとするというようなものである。すなわち、軸受はそのコーン１９の背面２７とそのカップ２０の背面３７との間の距離の増加（b）を受けることになる。円すいコロ軸受のスタンドの増加（b）を計算するためには、軸受技術者に周知の式がある。
【００３０】
最大設定変化（ＭＳＣ）は次式を使用して計算される。
【００３１】
【数１】
2008507678.tif 000003
ここで、S?b は、（i.）軸２及び３のケース１の軸受８及び９のスタンドの変化の和、又は（ii.）１７及び１８のスタンドの変化の和である。
【００３２】
挿入部分（insert）の長さｌは次式から導出される：
【００３３】
【数２】
2008507678.tif 000004
一例として、鋼製入力軸２上の軸受８及び９がカップの背面３７が１３.００インチ離れるように設定し、コーンの背面２７間の距離が１０.００インチであり、室温が７０°Ｆであり、通常の動作温度が２２０°Ｆであり、及び補償リング３４の膨張率（Cp）が１２０ x １０-６インチ/°Ｆであることを仮定する。アルミニウムの膨張率（CAl）は１３ x １０-６インチ/°Ｆである一方、鋼の膨張率（CSt）は６.５ x １０-６インチ/°Ｆである。また、２つの軸受８及び９のスタンドの変化量の和（S?b）が０.００５インチになると仮定する。変速機Ａの温度が７０°Ｆから２２０°Ｆまで上昇すると、最大設定変化（ＭＳＣ）は次のようになる:
【００３４】
【数３】
2008507678.tif 000005
【００３５】
補償リング３４は、長さlでなければならない。
【００３６】
【数４】
2008507678.tif 000006
補償リング３４は軸方向及び径方向に拘束され、実際に変速機Ａが常温のとき補償リング３４は軸方向に圧縮された状態で保持されているので、補償リング３４の素材の体積膨張は実際に線膨張に変換される。換言すると、補償リング３４は径及び周の両方向に拘束されていて、温度の上昇から軸方向の膨張のみを受ける。そうでなければ径及び周方向の膨張として生じるものは線膨張として現れる。つまり、径方向の拘束が体積条件を生じさせ、そこでは線膨張率が増大する。補償の容積原理を利用するためには、挿入部分の素材は多少柔軟であるべきであり、この理由から、一般に、商標VITONの下で販売されているエラストマー等のエラストマーが、より硬いポリマーよりも適している。
したがって、前例における補償リング３４の長さｌは容積基準で計算されて次のようになる。
【００３７】
【数５】
2008507678.tif 000007
【００３８】
図３は、補償リング５０が変速機ＡのＬ字支持リング５１、裏あてリング５２、及びケース１の間にはまり、かつそれらに取り込まれている本発明の別の実施形態を示す。補償リング５０、Ｌ字支持リング５１、及び裏あてリング５２に使用される素材及び動作は、上記第１実施形態のものと同一である。また、上記式はこの第２実施形態について使用されてもよい。
【００３９】
図４は、補償リング６０が円筒状支持リング６１及び裏あてリング６２によって適切な位置に保持される本発明の別の実施形態を示す。また、この第３実施形態で使用される素材、動作及び必要な計算は第１実施形態のものと同じである。
【００４０】
図５は、補償リング６４が支持リング６６によって適切な位置に保持される本発明の別の実施形態を示す。この実施形態において用いられる素材、動作、及び必要な計算は第１実施形態のものと同じでもよい。図５を参照すると、円すいコロ軸受６７はアルミニウム又はマグネシウム製ハウジング７０の中で軸６８を支持している。軸受はカップ７２の形態を有する外レースを有する。カップ７２は第１及び第２円筒状外周面７４、７６を備えている。第１及び第２円筒状外周面７４、７６はその径がかなり異なっていてもよい。一方で、これらの面７４、７６は突起部７８を形成する。カップ７２は突起部７８を備えるように形成されてもよい。あるいは、突起部７８はカップ７２に単にマシニング加工されてもよい。突起部７８は、ある程度の深さと長さとを備えているが、カップ７２の構造健全性を損なうほど大きくはない。支持リング６６がカップ７２に圧入されるように実施してもよい。
【００４１】
支持リング６６は、その厚さがほぼ均一であり、カップ７２の第１面７６と接触する少なくとも一つの面８０を有する。支持リング６６の別の面８２はマウント孔８４と接触している。封止のためにカップ７２はマウント孔８４内にマウントされている。支持リング６６は面８０、８２の形態をそれぞれ有する２つのフランジと補償リング６４の前面８５に配置された底とを備える環状Ｕ字からなり、この環状Ｕ字支持リング６６の底が軸受のハウジング７０に接触するようになっていてもよい。支持リング６６の湾曲部分は、補償リング６４の前面８５を覆うように位置する。
【００４２】
補償リング６４は、支持リング６６、カップ７２及び突起部７８により定まる空間を充填する。補償リング６４の一部は第１及び第２円筒状外周面７４、７６と面接触するように圧入される一方で、その前面８５は支持リング６６の底と同一面となるように圧入される。ある実施形態では、支持リング６６の面８０は支持リング６６の厚さよりもかなり大きくてもよい。熱補償リング６４は、通常、鋼の３０〜４０倍の線膨張率を有するフッ素系エラストマーからなる。フッ素系エラストマーは、温度上昇が上昇すると軸受クリアランスを取り去る傾向があり、軸受のクリアランスを増加させるケースの傾向とは逆に働く。補償リング６４は支持リング６６、カップ７２及び突起部７８により定まる空間に適合させられる。温度／圧力が上昇したときに、補償リング６４はカップ７２の圧入及びカップ７２に働く圧力で閉じられるカップ７２とハウジング孔８４との間の密なクリアランスによって逃げられないように拘束される。
【００４３】
図６を参照すると、補償リング６４の製造ステップが示されている。このステップの間、補償リング６４は打抜き鋼製支持リング６６中に配置される。支持リング６６は加熱されるために炉中に置かれる。打抜き加工された支持リング６６の内周は軸受の外レースのあわせ面よりも際立って小さく、取り付けの間、塑性変形は支持リング６６の内周と同じ大きさである。支持リング６６の面８０、８２（図５）の内周は支持リング６６の底に向かって細くなっている。打抜き加工された支持リング６６の外周はハウジングの孔に精密嵌合している。
【００４４】
図７を参照すると、別の製造ステップが示されている。このステップの間、加熱された支持リング６６及び補償リング６４は空隙を充填しようとする上ポンチ８８と下ポンチ９０との間に加えられた力を受けながら金型８６内に置かれる。このプロセスは、閉じ込められた容積から余分な素材を金型８６内の逃げチャネルを通して排出する。上ポンチ８８は下ポンチ９０に対して固定された位置で停止し、支持リング６６所望の外レースの幅となるように押しやる。あるいは、熱補償リング６４を、金型８６、カップ７２、及び支持リング６６により定まる空隙の中に射出成形することができる。
【００４５】
図８を参照すると、支持リング９２は、そのほぼ円筒状の部分がカップ７２の部分に圧入するところの断面がＬ字にもできる。第５実施形態に使用される素材、動作及び必要な計算は第４実施形態のものと同じでもよい。支持リング９２は補償素材９４の前面に配置されてもよい。支持リング９２の外周はハウジング７０の孔にわずかなクリアランスではまり込む。
【００４６】
上記実施形態の各々の補償リングは、軸受カップ、裏あてリング、又は支持リングのいずれかに取付けられる一つの面を有していてもよい。補償リングが再配置されることを防止し、軸受部品のいずれかの間に補償リングが割り込む可能性を減少させるために、この取り付けは補償リングをアセンブリ内部に留める。補償リングを保持する方法は、接着、化学溶接、ねじ加工された又はねじ未加工の締結具、又は、補償リングがその好適位置から動くことを防止するその他の機械的方法を使用して実現され得る。
【００４７】
上記説明は本発明の種々の実施形態を説明しているが、本発明は熱補償能力を有する軸受が必要とされる任意の構成にむしろ容易に適合させることができることは明白であろう。熱補償能力は、コロ軸受、自動調心コロ軸受、及びアンギュラーコンタクト軸受等及びこれらに制限されることのない多様な軸受に適合させて、組み込んで、及び／又は一体化される。円すいコロ軸受と同様に、これらの軸受は内外レースを有し、軸受軸線に対して傾いた軌道及び軌道上の転動体を有していてもよい。
【００４８】
本発明の範囲を逸脱することなく上記構成を種々に変形することができるので、上記明細書に含まれ、あるいは添付の図面に示されている全ての事項は、例示目的として理解され、制限する意味では理解されないものである。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】変速機にマウントされたとしたときの本発明の軸受の一実施形態の断面図である。
【図２】熱補償部品を有する円すいコロ軸受を示す本発明の軸受の一実施形態の断面図である。
【図３】熱補償部品を有する円すいコロ軸受を示す本発明の第２実施形態の軸受の断面図である。
【図４】熱補償部品を有する円すいコロ軸受を示す本発明の第３実施形態の軸受の断面図である。
【図５】熱補償部品を有する円すいコロ軸受を示す本発明の第４実施形態の軸受の断面図である。
【図６】図５の熱補償部品を製造するステップを示す断面図である。
【図７】本発明の熱補償部品を製造する別のステップを示す断面図である。
【図８】熱補償部品を有する円すいコロ軸受を示す本発明の軸受の第５実施形態の断面図である。
【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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【国際調査報告】
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