(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
取付対象における軸体の長さ方向と交差する面に沿って放射状に配置された複数のころと、該面の表裏から前記ころを挟むように配置された一対の軌道板と、を備え、該軌道板の一方を他方に対して相対的に回転可能なスラストころ軸受であって、
一方の前記軌道板は、他方の前記軌道板と対向する軌道領域が、前記軸体の長さ方向と前記ころの配置された放射方向とからなる断面形状として、前記ころの端部に向けて他方の前記軌道板から離れる曲面形状とされ、
前記軌道板の軌道領域は、前記ころと接触する領域として、該領域における接触応力Ｐｃが、前記ころおよび前記軌道板それぞれの材料に規定される降伏応力Ｐｙ未満となる領域を形成するように、前記ころの端部に向かう曲面形状が設定されており、
さらに、
前記軌道板の軌道領域は、前記軸体の長さ方向と前記ころの配置された放射方向とからなる断面形状として、所定の曲率半径からなる曲面形状とされることで、前記軌道領域と前記ころとが楕円形（ころの長さ方向の半径ａ、この長さ方向と交差する方向の半径ｂの楕円形）の領域で接触するように構成され、該楕円形の領域と該ころにおけるスラスト荷重Ｐ０とで規定される最大接触応力Ｐｃ（＝３Ｐ０／２πａｂ）が、前記ころおよび前記軌道板それぞれの材料に規定される降伏応力Ｐｙ未満（Ｐｃ＜Ｐｙ）となるように、前記曲面形状における円弧の高さｈが設定されている
ことを特徴とするスラストころ軸受。
【請求項２】
一方の前記軌道板は、板状部材を、他方の前記軌道板へと近づく方向へと前記軸体の長さ方向に沿って凸となるよう湾曲させることで曲面形状を形成している
ことを特徴とする請求項１に記載のスラストころ軸受。
【請求項３】
一方の前記軌道板は、板状部材を湾曲させることで曲面形状を形成しているとともに、前記凸となるように湾曲する部分における前記ころと反対側の面から突出し、前記取付対象側に接触する突出片が形成されている
ことを特徴とする請求項２に記載のスラストころ軸受。
【請求項４】
前記軌道板における突出片は、前記凸となるように湾曲する部分における前記ころと反対側の面から、少なくとも前記軌道領域と前記ころとの接触部分における該ころの長さ方向に沿った幅にわたる部位として突出している
ことを特徴とする請求項３に記載のスラストころ軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、スラストころ軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
スラストころ軸受は、取付対象における軸体の長さ方向と交差する面に沿って放射状に配置された複数のころと、その面の表裏からころを挟むように配置された一対の軌道板と、を備えており、一方の軌道板が他方の軌道板に対して相対的に回転し、それぞれのころが転がりながら軌道板と接触するといった構造上、ころおよび軌道面それぞれの周速度が一致しない領域において、それぞれの周速度の差に起因する差動すべりが発生する。
【０００３】
この差動すべりは、ころの端部付近に応力を集中させる結果、軸受としてのトルク損失を大きくしたり、軸受としての耐久性を低下させたりといったことの要因となるため、その発生は好ましいものではない。
【０００４】
近年では、このような差動すべりによる不具合を防止するために、クラウニングを施したころを用いる技術、より具体的な例としては、それぞれクラウニングを施したころを回転方向の内外周に２列配置し、外周側のころを内周側のころよりもクラウニング量を小さくする、といった技術などが提案されている（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特許第３８７１５３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかし、上述した技術では、全てのころにクラウニングを施す必要があり、また、ころを内外周に２列配置するという複雑な構成を採用しなければならないため、その加工負荷も大きく、それに伴う製造コストの上昇も懸念される。
【０００７】
本発明は、このような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、スラストころ軸受の差動すべりによる不具合を、従来より単純な構成かつ小さい加工負荷で解消する技術を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
上記課題を解決するため第１の構成は、取付対象における軸体の長さ方向と交差する面に沿って放射状に配置された複数のころと、該面の表裏から前記ころを挟むように配置された一対の軌道板と、を備え、該軌道板の一方を他方に対して相対的に回転可能なスラストころ軸受であって、一方の前記軌道板は、他方の前記軌道板と対向する軌道領域が、前記軸体の長さ方向と前記ころの配置された放射方向とからなる断面形状として、前記ころの端部に向けて他方の前記軌道板から離れる曲面形状とされている。
【０００９】
このように構成されたスラストころ軸受は、一方の軌道板における軌道領域が、ころの配置された放射方向と軸体の長さ方向とからなる断面形状として、ころの端部に向けて他方の軌道板から離れる曲面形状となっているため、ころそれぞれの端部付近と軌道板との接触が起こりにくい。その結果、差動すべりが発生したとしても各ころの端部付近に応力が集中しにくくなり、軸受けとしてのトルク損失の増加も抑えられ、耐久性も高くなるなど差動すべりによる不具合を解消することができる。
【００１０】
このように、上記構成であれば、軌道板の軌道領域を曲面形状とするだけで、差動すべりに起因する不具合を解消することができ、全てのころにクラウニングを施したり、ころを内外周に２列配置するといった複雑な構成を採用する構成と比べて、その不具合の解消を単純な構成かつ小さい加工負荷で実現することができる。
【００１１】
この構成において、軌道板の曲面形状は、ころの端部に向けて他方の軌道板から離れるような曲面であればよく、その具体的な形状や離間距離については特に限定されない。ただ、軌道板の軌道領域ところとの接触応力が、それぞれの材料における降伏応力よりも大きくなるような状況下では、軸受としての使用時に意図しない歪を発生させる可能性があるため、このような状況とならないようにすることが望ましい。
【００１２】
このためには、上記構成を以下に示す第２の構成のようにするとよい。
第２の構成において、前記軌道板の軌道領域は、前記ころと接触する接触面積Ｓとして、該接触面積Ｓにおける接触応力Ｐｃが、前記ころおよび前記軌道板それぞれの材料に規定される降伏応力Ｐｙ未満となる接触面積Ｓを形成するように、前記ころの端部に向かう曲面形状が設定されている。
【００１３】
この構成であれば、軌道板の軌道領域ところとの接触応力が、それぞれの材料における降伏応力よりも大きくなることを抑制し、軸受としての使用時における意図しない歪の発生を予防することができる。
【００１４】
より具体的には、この構成を以下に示す第３の構成のようにするとよい。
第３の構成において、前記軌道板の軌道領域は、前記軸体の長さ方向と前記ころの配置された放射方向とからなる断面形状として、所定の曲率半径からなる曲面形状とされることで、前記軌道領域と前記ころとが接触するように構成され、前記ころとの接触面積Ｓと該ころにおけるスラスト荷重Ｐ０とで規定される最大接触応力Ｐｃ（＝３Ｐ０／２Ｓ）が、前記ころおよび前記軌道板それぞれの材料に規定される降伏応力Ｐｙ未満（Ｐｃ＜Ｐｙ）となる接触面積Ｓを形成するように、前記曲面形状における円弧の高さｈが設定されている。
【００１５】
この構成であれば、軌道領域の曲面形状における円弧の高さを調整することにより、接触応力が降伏応力よりも大きくなってしまうことを抑制し、軸受としての使用時における意図しない歪の発生を予防することができる。
【００１６】
また、上記各構成における一方の軌道板は、どのような加工で軌道領域の曲面形状が形成されたものであってもよく、例えば、板状部材に対する表面の切削加工、プレス加工や化学処理により、軌道領域の曲面形状を形成することが考えられる。また、第４の構成のようにすることも考えられる。
【００１７】
第４の構成において、一方の前記軌道板は、板状部材を、他方の前記軌道板へと近づく方向へと前記軸体の長さ方向に沿って凸となるよう湾曲させることで曲面形状を形成している。
【００１８】
この構成であれば、板状部材を湾曲させるといった加工により、板状部材の厚さに応じて軌道板の軽量化を図りつつ、軌道領域の曲面形状を形成することができる。
この構成においては、一方の軌道板について板状部材を湾曲させたという構造上、スラスト荷重の大きさによっては曲面形状が適切に維持されなくなる可能性もあるため、この対策としては、例えば、当該スラストころ軸受が取り付けられる取付対象側に、軌道板において凸となるように湾曲する部分をころと反対側の面から支持する支持突起を形成し、この支持突起がスラスト荷重を支持して曲面形状の変形を抑制できるようにすることが考えられる。
【００１９】
また、別の構成としては、第５の構成のようにすることが考えられる。
第５の構成において、一方の前記軌道板は、板状部材を湾曲させることで曲面形状を形成しているとともに、前記凸となるように湾曲する部分における前記ころと反対側の面から突出し、前記取付対象側に接触する突出片が形成されている。
【００２０】
この構成であれば、凸となるように湾曲する部分におけるころと反対側の面から突出片が突出しており、この突出片が取付対象側に接触した状態となっているため、この突出片がスラスト荷重を支持して曲面形状の変形を抑制することができる。
【００２１】
なお、この軌道板に形成された突出片は、スラスト荷重による曲面形状の変形を抑制できればよいが、軌道板の軽量化を損なわない程度の大きさとしておくことが望ましく、このための具体的な形状としては、以下に示す第６の構成のようにすることが考えられる。
【００２２】
第６の構成において、前記軌道板における突出片は、前記凸となるように湾曲する部分における前記ころと反対側の面から、少なくとも前記軌道領域と前記ころとの接触部分における該ころの長さ方向に沿った幅にわたる部位として突出している。
【００２３】
この構成であれば、少なくとも軌道板ところとの接触部分全幅にわたって、スラスト荷重を支持することができるため、充分にスラスト荷重による曲面形状の変形を抑制しつつ、軌道板ところとの接触部分全幅を超える領域に部材を設けないようにすることで軌道板の軽量化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２４】
【図１】スラストころ軸受の全体構成を示す斜視図
【図２】スラストころ軸受における要部断面図
【図３】ころと軌道板との接触領域を示す図
【図４】スラスト荷重Ｐｓを一定値として曲面形状をなす円弧の高さｈを異ならせた場合のパラメータを示す表
【図５】軌道板の成形手順を示す図
【図６】有限要素法による解析結果
【発明を実施するための形態】
【００２５】
以下に本発明の実施形態を図面と共に説明する。
（１）全体構成
スラストころ軸受１は、図１に示すように、取付対象となる機械要素における軸体の長さ方向と交差する面に沿って放射状に配置された複数のころ１０と、ころ１０それぞれを収容して位置関係を維持するための保持ユニット２０と、軸体の長さ方向と交差する面の表裏からころ１０を挟むように配置された一対の軌道板３０，４０と、を備え、これら軌道板３０，４０の一方を他方に対して相対的に回転可能に構成されたものである。
【００２６】
一対の軌道板３０，４０は、それぞれリンク状に形成された板状部材であり、いずれもころ１０の回転軸方向に沿った長さよりもリングとしての幅が広く形成されている。
一方の軌道板４０は、他方の軌道板３０と対向する軌道領域４１が、上記軸体の長さ方向ところ１０の配置された放射方向とからなる断面形状（図１の一点鎖線で囲まれた断面の形状）として、図２に示すように、ころ１０の端部に向けて他方の軌道板３０から離れる曲面形状とされている。
【００２７】
本実施形態において、軌道板４０の軌道領域４１は、ころ１０と接触する接触面積Ｓとして、この接触面積における最大接触応力Ｐｃが、ころ１０および軌道板４０，３０それぞれの材料に規定される降伏応力Ｐｙ未満（Ｐｃ＜Ｐｙ）となる接触面積Ｓを形成するように、曲面形状をなす円弧の高さｈが設定されている。ここで、接触応力Ｐｃは、軌道領域４１ところ１０との楕円形の接触面積Ｓ（図３；ころ１０の長さ方向の半径ａおよびこの長さ方向と交差する方向の半径ｂで規定される面積Ｓ＝πａｂ）と、使用状態においてころ１０に加わるスラスト荷重Ｐｓとで規定される（Ｐｃ＝３Ｐｓ／２πａｂ；例えば、K.L.Johnson著「Contact mechanics（Cambridge university press  1999年再々版）」428頁など参照）。
【００２８】
なお、図４に、スラスト荷重Ｐｓを一定値（本実施形態では３２Ｎ）として曲面形状をなす円弧の高さｈを異ならせた場合のパラメータの例（計算結果）を示す。ここでは、円弧の高さｈを大きくしていくと、ころ１０と軌道領域４１との間における等価曲率Ｒｅと比例関係にある（ｈ∝Ｒｅ）ことがわかる。本実施形態では、この曲率（を規定する円弧の高さｈ）を、接触応力Ｐｃ（実際には安全率を考慮してＰｃ×１．５など大きい値としておくことが望ましい）の最大値が材料の降伏応力Ｐｙ（軸受に用いられる材料に応じて例えば１００〜１０００ＭＰａ）未満となるように設定している。
【００２９】
また、一方の軌道板４０は、板状部材を、他方の軌道板３０へと近づく方向へと上記軸体の長さ方向に沿って凸となるよう湾曲させることで曲面形状を形成しているとともに、こうして凸となるように湾曲する部分におけるころ１０と反対側の面から突出し、取付対象となる機械要素側に接触するように突出片５０が形成されている。上述したようなスラストころ軸受１では、一方の軌道板４０について板状部材を湾曲させたという構造上、スラスト荷重の大きさによっては曲面形状が適切に維持されなくなる可能性もあるため、この突出片５０は、この対策として設けられたものである。
【００３０】
この突出片５０は、上述した凸となるように湾曲する部分におけるころ１０と反対側の面から、少なくとも軌道板４０ところ１０との接触部分におけるころ１０の長さ方向に沿った幅（＝２ａ）にわたる部位として突出している。
【００３１】
なお、この軌道板４０は、図５に示すように、例えば、リンク状に形成された板状部材について、その裏面（図５における下面）側に切削加工を施すことにより突出片５０を形成し、これを表面（同図上面）側に凸となるよう湾曲させることで成形すればよい。この湾曲に際しては、プレス加工など機械的な手法で実施することも考えられるが、曲面形状における円弧の高さがマイクロメートルオーダーとなるような極めて小さな曲面を形成する必要があることから、そのような用途に適したショットピーニング（特許第４６１２０９５号、特開２０１３−７６４６９号など参照）により実施することも有効である。
（２）作用，効果
このように構成されたスラストころ軸受１は、一方の軌道板４０における軌道領域４１が、ころ１０の配置された放射方向と軸体の長さ方向とからなる断面形状として、ころ１０の端部に向けて他方の軌道板３０から離れる曲面形状となっているため、ころ１０それぞれの端部付近と軌道板４０との接触が起こりにくい。その結果、差動すべりが発生したとしても各ころ１０の端部付近に応力が集中しにくくなり、軸受けとしてのトルク損失の増加も抑えられ、耐久性も高くなるなど、差動すべりによる不具合を解消することができる。
【００３２】
このように、上記構成では、軌道板４０の軌道領域４１を曲面形状とするだけで、差動すべりに起因する不具合を解消することができ、全てのころにクラウニングを施したり、ころを内外周に２列配置するといった複雑な構成を採用する構成と比べて、その不具合の解消を単純な構成かつ小さい加工負荷で実現することができる。
【００３３】
また、上記構成では、軌道板４０の軌道領域４１ところ１０との接触応力Ｐｃと、それぞれの材料における降伏応力Ｐｙとの関係で、軌道領域４１の曲面形状が設定されているため、この接触応力Ｐｃがそれぞれの材料における降伏応力Ｐｙよりも大きくなることを抑制し、軸受としての使用時における意図しない歪の発生を予防することができる。
【００３４】
特に、上記構成では、軌道領域４１の曲面形状における円弧の高さｈを調整することにより、接触応力Ｐｃが降伏応力Ｐｙよりも大きくなってしまうことを抑制し、軸受としての使用時における意図しない歪の発生を予防することができる。
【００３５】
ここで、ころ１０それぞれの長さ５ｍｍ（ａ＝２．５ｍｍ）、スラスト荷重３２Ｎ、軌道板４０ところ１０との接触面積Ｓの長手方向ａが２．５ｍｍ、長手方向と交差する方向ｂが０．０２５ｍｍであるケースについて、曲面形状における円弧の高さｈを４μｍ・２μｍ・１μｍ・０μｍ（曲面形状としない場合）それぞれにおける接触応力Ｐｃを有限要素法にて解析したところ、円弧の高さ０μｍ（曲面形状としない場合）ではころ１０の端部に応力集中がみられるのに対し、円弧の高さを高くしていくにつれてころ１０の端部付近での応力集中がなくなりその値も小さくなっていることが判明した（図６参照）。
【００３６】
また、上記構成では、板状部材を湾曲させるといった加工により、この部材の厚さに応じて軌道板４０の軽量化を図りつつ、軌道領域４１の曲面形状を形成することができる。
また、上記構成では、軌道板４０のうち、凸となるように湾曲する部分におけるころ１０と反対側の面から突出片５０が突出しており、この突出片５０が取付対象側に接触した状態となるため、この突出片５０がスラスト荷重を支持して曲面形状の変形を抑制することができる。
【００３７】
また、上記構成では、軌道板４０における突出片５０が、少なくとも軌道領域４１ところ１０との接触部分におけるころ１０の長さ方向に沿った幅（＝２ａ）にわたる部位として突出している。そのため、少なくとも軌道板４０ところ１０との接触部分全幅にわたって、スラスト荷重を支持することができるため、充分にスラスト荷重による曲面形状の変形を抑制しつつ、軌道板４０ところ１０との接触部分全幅を超える領域に部材を設けないようにすることで軌道板の軽量化を図ることができる。
（３）変形例
以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の形態をとり得ることはいうまでもない。
【００３８】
例えば、上記実施形態では、一方の軌道板４０のみが軌道領域４１を曲面形状とされている構成を例示したが、軸受としての安定動作に影響がない範囲またはそのような影響が問題とならない環境下で使用する構成であれば、両方の軌道板３０，４０の軌道領域を曲面形状としてもよい。
【００３９】
また、上記実施形態では、板状部材を湾曲させて軌道領域４１における曲面形状を実現した軌道板４０を例示したが、軌道板４０は、軌道領域４１が適切な曲面形状となっていればよく、部材の表面側を切削加工、プレス加工や化学処理にて曲面形状とした構成であってもよい。この場合、軌道板４０の裏面側は、その全面が上述した突出片５０と同様に機能することとなる。
【００４０】
また、上記実施形態では、軌道板４０に突出片５０を設けることにより、スラスト荷重による意図しない変形を抑制する構成を例示した。しかし、スラスト荷重による意図しない変形を抑制する構成としては、例えば、当該スラストころ軸受１が取り付けられる取付対象側に、軌道板４０において凸となるように湾曲する部分をころ１０と反対側の面から支持する支持突起を形成し、この支持突起がスラスト荷重を支持して曲面形状の変形を抑制できるようにしてもよい。この場合、軌道板４０側には、何らの部材も形成しない、または、この支持突起と接触する程度の高さで突出片５０を形成すればよくなる。
【符号の説明】
【００４１】
１…スラストころ軸受、２０…保持ユニット、３０…軌道板、４０…軌道板、４１…軌道領域、５０…突出片。
【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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