(57)【要約】【課題】使用温度が広範囲にわたっても長期にわたって良好に作動する深溝玉軸受及びファンカップリング装置を提供する。【解決手段】深溝玉軸受１０は、外径面に内輪軌道１１ａを有する内輪１１と、内径面に外輪軌道１２ａを有する外輪１２と、内外輪軌道１１ａ，１２ａ間に複数配された玉１３とを備えており、軸と外方部材との間に組み込まれる。外輪１２の外径面に、前記外方部材とのしめしろの変動を許容する周溝１２ｂが設けられている。【選択図】　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外径面に内輪軌道を有する内輪と、内径面に外輪軌道を有する外輪と、前記内外輪軌道間に複数配された玉とを備え、軸と外方部材との間に組み込まれる深溝玉軸受において、
前記外輪の外径面に、前記外方部材とのしめしろの変動を許容する周溝が設けられたことを特徴とする深溝玉軸受。
【請求項２】
前記周溝に緩衝材が備えられた請求項１に記載の深溝玉軸受。
【請求項３】
前記外輪軌道が、断面視において、中央曲面と、前記中央曲面の両側に配されて前記中央曲面とは曲率中心が異なる側部曲面とを有する請求項１又は２に記載の深溝玉軸受。
【請求項４】
前記外輪と前記外方部材との嵌め合い面を拡張するべく前記外輪に延長部が設けられた請求項１〜３のいずれかに記載の深溝玉軸受。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載の深溝玉軸受が組み込まれたファンカップリング装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
本発明は、ファンカップリング装置等に好適に組み込まれる深溝玉軸受に関し、特に使用温度が広範囲にわたる場合に有効な深溝玉軸受及びファンカップリング装置に関する。
【発明の属する技術分野】
【０００２】
【従来の技術】
エンジンの冷却のために、エンジンに対向するようにクーリングファンが配置されており、特にＦＲ車においてはファンカップリング装置が用いられている。ファンカップリング装置は、内部に粘性流体を貯留するとともに外周部に送風用のファンが設けられたハウジングを有している。そのハウジングは深溝玉軸受を介して、エンジンに接続された駆動軸に設けられたロータに連結される。ハウジングとロータとの相対面にはラビリンスが設けられ、そのラビリンスに粘性流体が入り込む。エンジンからの駆動トルクは、先ずロータに伝達され、ロータから、粘性流体の粘性抵抗を利用してハウジング及び送風用のファンに伝達される。そして、雰囲気温度に対応して開閉する弁部材により、粘性流体によるトルク伝達量を制御し、エンジン温度が低温の場合にはファンを低速で回転させ、高温の場合にはファンを高速で回転させて、その時のエンジン温度に最適な送風を行う。
【０００３】
一般的に、上記ファンカップリング装置のような軸受装置においては、駆動軸の高速化に伴い、ハウジングの軽量化や放熱性向上のために、アルミ合金からなるハウジングが用いられる傾向にある。
一方、駆動軸には、鋳鉄製のものなどが用いられている。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来のファンカップリング装置において、駆動軸と内輪とでは素材の線膨張係数にほとんど差がないが、アルミ製ハウジングと外輪とでは素材の線膨張係数の差が大きい。よって、高温域ではアルミ製ハウジングの方が外輪より大きく膨張しようとして、アルミ製ハウジングと外輪とのしめしろが減少する。また、粘性流体のせん断抵抗によって温度はさらに上昇し、２００℃以上にも達することがある。このように高温になると、アルミ製ハウジングと外輪とのしめしろが無くなってしまい、外輪のクリープが発生することがある。最悪の場合、粘性流体が漏れ出し、ファン回転を適切に制御できなくなる。
このように、使用温度が非常に高くなるものにおいては、高温域でのしめしろを確保するために、常温における嵌め合い部のしめしろを大きくしている。
【０００５】
他方、ファンカップリング装置のような自動車部品は、低温下で使用される場合もあり、例えば−４０℃程度の雰囲気中で使用されることもある。この場合には、前述とは逆に、アルミ製ハウジングの方が軸受外輪よりも大きく収縮しようとするため、軸受外輪が強制的に圧縮される。
ラビリンスの干渉を防ぐために、高温（ハウジングと外輪とのしめしろが小さい領域）での軸受隙間を小さく抑えるべく、高温時の軸受有効隙間を小さく設定する場合がある。この場合、例えば−４０℃の低温時には軸受有効隙間が−３０μｍ〜−５０μｍになる。これに加えて、低温時には軸受潤滑剤の流動性も悪くなるため、玉と軌道面との間に潤滑剤が入りにくく、早期面荒れ・磨耗が発生し、異音・ガタ等の不具合が生じることがある。最悪の場合には焼付きに至り、ファンカップリング装置の機能停止に繋がりかねない。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、使用温度が広範囲にわたっても長期にわたって良好に作動する深溝玉軸受及びファンカップリング装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、下記構成により達成される。
（１）　外径面に内輪軌道を有する内輪と、内径面に外輪軌道を有する外輪と、前記内外輪軌道間に複数配された玉とを備え、軸と外方部材との間に組み込まれる深溝玉軸受において、前記外輪の外径面に、前記外方部材とのしめしろの変動を許容する周溝が設けられたことを特徴とする深溝玉軸受。
（２）　前記周溝に緩衝材が備えられた前記（１）に記載の深溝玉軸受。
（３）　前記外輪軌道が、断面視において、中央曲面と、前記中央曲面の両側に配されて前記中央曲面とは曲率中心が異なる側部曲面とを有する前記（１）又は（２）に記載の深溝玉軸受。
（４）　前記外輪と前記外方部材との嵌め合い面を拡張するべく前記外輪に延長部が設けられた前記（１）〜（３）のいずれかに記載の深溝玉軸受。
（５）　前記（１）〜（４）のいずれかに記載の深溝玉軸受が組み込まれたファンカップリング装置。
【０００８】
上記構成においては、ハウジング等の外方部材との嵌め合い面となる外輪の外径面に設けられた周溝により、温度変化に伴ってその嵌め合い面におけるしめしろが変動した際の、軸受隙間の変動を吸収でき、外輪軌道径の変動を防止できる。外方部材と外輪との線膨張係数の差が大きい場合も、軸受隙間の変動を十分に吸収でき、温度変化に対しロバスト性を有した軸受が得られる。さらには、軸受寿命の低下や、異音発生等の不具合を防止できる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
以下に、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。図１に示すファンカップリング装置１は、駆動軸２に深溝玉軸受（以下単に「軸受」ともいう）１０が外嵌され、軸受１０にハウジング３が外嵌されている。ハウジング３の外周部にはファン３ａが設けられている。軸受１０に隣接して、駆動軸２にロータ４が外嵌されている。駆動軸２、軸受１０の内輪及びロータ４は、一体的に回転する。ハウジング３とロータ４との間に、粘性流体用の貯留空間８と、貯留空間８に連通するラビリンス６とが形成されている。貯留空間８には、粘性流体としてシリコンオイル等が貯留される。
【００１０】
駆動軸２の先端側（図では左側）には、フロントカバー５が設けられている。フロントカバー５にはバイメタル７が接続されている。温度変化に伴ってバイメタル７が変形すると、バイメタル７に固定された弁部材が移動して、粘性流体によるトルク伝達量を制御する。
【００１１】
軸受１０の構造を図２に基づいて詳細に説明する。軸受１０は、外径面に内輪軌道１１ａを有する内輪１１と、内径面に外輪軌道１２ａを有する外輪１２と、前記内外輪軌道１１ａ，１２ａ間に複数配された玉１３とを備えている。複数の玉１３は、保持器（ここでは波型プレス保持器）１４によって周方向に間隔をあけて転動自在に保持されている。
【００１２】
外輪１２の外径面には、前記ハウジング３とのしめしろの変動を許容する周溝１２ｂが設けられている。周溝１２ｂの軸方向寸法（溝幅）Ｘ’は、外輪軌道１２ａの軸方向寸法Ｘと同等か、Ｘより狭く設定することができる。Ｘ’を０．５Ｘ〜１．０Ｘとすることが好ましい。
周溝１２ｂの径方向寸法（深さ）Ａは、軸受１０と前記ハウジング３との使用温度範囲での径方向しめしろの最大値以上とすることが好ましい。例えば、低温時、外輪１２外径とハウジング３内径とのしめしろが０．１００ｍｍ〜０．１５０ｍｍの範囲にあるとき、周溝１２ｂの深さＡは（０．１５０／２）ｍｍ以上が望ましい。
【００１３】
本実施形態では外輪軌道１２ａが、断面視において、単一の曲面を有し、その曲面は単一の曲率半径ｒｅを有している。
【００１４】
玉１３を挟んで、一対のシール部材１５，１５が設けられている。本実施形態では、外輪１２内径面の軸方向両端にシール部材１５，１５の外周部が固定され、それらシール部材１５，１５の内周部が内輪１１外径面に接している。シール部材１５，１５によって密封された軸受空間には、グリース等の潤滑剤が封入される。
なお、このような接触式のシール部材１５に限らず、非接触式のシール部材を用いることも可能である。また、潤滑剤として油を用いることも可能である。
【００１５】
上記のような軸受１０を、前記駆動軸とハウジングとの間に組み込んだときの作用を、図３に基づいて説明する。
外輪１２の外径面のうち、周溝１２ｂの両側の箇所が、ハウジング３との嵌め合い面となる。低温時にはしめしろが増えて、それら嵌め合い面がハウジング３から圧縮力Ｐを受ける。そのとき、外輪１２の軸方向両端部がハウジング３とともに収縮して、外輪１２が図中矢印Ｒで示すように、外輪軌道１２ａの溝曲率半径ｒｅを小さくする方向に撓む。すなわち、外径面が外周側に凸になるように外輪１２が撓む。
【００１６】
図では玉径をＤａで示している。上記のような外輪１２の変形が生じる低温時においてｒｅ＝０．５４Ｄａとなるよう、予め設計時にはｒｅを若干大きめにしておくのが良く、例えば設計時にはｒｅを０．５４Ｄａ〜０．５６Ｄａ程度にするのが良い。
【００１７】
以上のような軸受１０においては、外輪１２の外径面に設けられた周溝１２ｂが、温度低下に伴ってしめしろが増えた際に外輪１２が適宜変形するよう促し、この外輪１２の変形によって外輪軌道径の変動を防止できる。こうして、軸受寿命の低下や、異音発生等の不具合を防止できる。
【００１８】
次に、図４に基づいて、本発明第２実施形態の深溝玉軸受２０について説明する。なお、以下に説明する実施形態において、既に説明した部材等と同様な構成、作用を有する部材等については、図中に同一符号又は相当符号を付すことにより、説明を簡略化或いは省略する。
図４では、玉の図示を省略している。
【００１９】
図４に示すように、本実施形態では外輪軌道２２ａが、断面視において、曲率半径ｒｅを有する中央曲面と、前記中央曲面の両側に配されて前記中央曲面とは曲率中心が異なる側部曲面とを有している。本実施形態では、側部曲面の曲率半径ｒｅ’が、中央曲面の曲率半径ｒｅより大きく設定されている。
本実施形態によれば、図３に基づいて説明したような外輪の変形が円滑に起こり、それにより外輪軌道径の変動を防止できる。
【００２０】
図５に、第３実施形態の深溝玉軸受３０を示す。本実施形態では、外輪１２の周溝１２ｂ内に緩衝材３１が備えられている。その他の構成は第１実施形態と同様である。
緩衝材３１としては、ハウジング３側からの衝撃荷重を緩和するダンパー作用を奏するものを採用でき、例えば、樹脂等の高分子材料を用いることができる。軸受３０をハウジング３内に組み込む前の自由状態において、緩衝材３１が外輪１２の外径面から突出することは好ましい。
【００２１】
図６に、第４実施形態の深溝玉軸受４０を示す。本実施形態では、外輪４２とハウジング３との嵌め合い面を拡張するべく外輪４２に延長部４２ｅが設けられている。本実施形態では、外輪４２の軸方向両側に延長部４２ｅ，４２ｅが設けられている。各延長部４２ｅの端面より、内輪１１の端面は玉１３側に位置している。
本実施形態によれば、外輪幅を広くすることで、適切なしめしろを維持できる。
【００２２】
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜な変形、改良等が可能である。
例えば、延長部は外輪の軸方向一方側のみに設けられてもよい。
また、上記深溝玉軸受は、ファンカップリング装置以外の軸受装置にも適用できる。
【００２３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、使用温度が広範囲にわたっても長期にわたって良好に作動する深溝玉軸受及びファンカップリング装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明第１実施形態のファンカップリング装置を示す断面図である。
【図２】図１の深溝玉軸受を示す断面図である。
【図３】図２の深溝玉軸受の作用を説明する断面図である。
【図４】本発明第２実施形態の深溝玉軸受を説明する断面図である。
【図５】本発明第３実施形態の深溝玉軸受を説明する断面図である。
【図６】本発明第４実施形態の深溝玉軸受を説明する断面図である。
【符号の説明】
１　　　　　　　　　　　　　ファンカップリング装置
２　　　　　　　　　　　　　駆動軸（軸）
３　　　　　　　　　　　　　ハウジング（外方部材）
１０，２０，３０，４０　　　深溝玉軸受
１１　　　　　　　　　　　　内輪
１２，２２，４２　　　　　　外輪
１２ｂ，２２ｂ，４２ｂ　　　周溝
１３　　　　　　　　　　　　玉
３１　　　　　　　　　　　　緩衝材
４２ｅ　　　　　　　　　　　延長部
【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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