(57)【要約】リテーナなしアンギュラーコンタクトベアリング装置は、球状内側レース面（２０）を備えた内側レース部材（１８）と、内側レース面に対向した一対の凸状外側レース面（２４）を備えた外側レース部材（２２）と、軸方向に対向して傾斜した列に配列した複数のローラ（３４）とを有する。各ローラは、球状内側レース面及び関連した凸状外側レース面の各々の曲率半径より大きい曲率半径をもつ凹状長手方向外形をもつ。ローラとレース面との間の径方向内部隙間は０．００２インチ以下である。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内側レース面を備えた内側リング部材と；
内側リング部材を包囲しかつ内側レース表面と対向し内側レース面との間に軌道空間を画定する外側レース面を備えた外側リング部材と；
軌道空間内に少なくとも一つの軸方向に傾斜した列のローラを備え、前記列におけるローラの各々が前記列におけるローラの隣接したローラと係合できる複数のローラと；
を有し、前記軌道空間内の各ローラと前記リング部材との間の径方向内部隙間が０．００２インチ以下であることを特徴とするリテーナなしのローラベアリング。
【請求項２】
前記内側レース面がある曲率半径をもつアーチ状面であり、前記外側レース面がある曲率半径をもつ凸状面であり、前記列におけるローラの各々が凹状の長手方向外形及び曲率半径をもち、列におけるローラの各々の曲率半径がアーチ状の内側及び外側面の各々の半径より大きく、前記径方向内部隙間が各ローラの長手方向中間点で測定されることを特徴とする請求項１に記載のリテーナなしのローラベアリング。
【請求項３】
前記ローラが、凹状ローラ、直線ローラ及びテーパー状ローラから成る群から選択されることを特徴とする請求項１に記載のリテーナなしのローラベアリング。
【請求項４】
ローラの環状列がローラの完全な相補形態であることを特徴とする請求項１に記載のリテーナなしのローラベアリング。
【請求項５】
前記複数のローラが一対の環状列の軸方向内方に傾斜したローラを備えていることを特徴とする請求項１に記載のリテーナなしのローラベアリング。
【請求項６】
前記複数のローラが一対の環状列の軸方向外方に傾斜したローラを備えていることを特徴とする請求項１に記載のリテーナなしのローラベアリング。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般的にはローラベアリングに関するものであり、そして特に、回転又は振動軸を支持するような回転又は振動応用に用いられるリテーナなしの摂動用ローラベアリングに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
公知のローラベアリングはローラを案内し位置決めする種々の手段を備えている。例えば、自動調心アンギュラーコンタクトローラベアリングは特許文献１、２に開示されている。これらの特許文献の各々に例示されたローラベアリングは、ほぼ球状の内側レース面を形成する内側リングと、凸状曲率をもつ一対の外側レース面と、一対の逆に傾斜した列の対称鼓型ローラとを備えている。これらのローラベアリングはまた、各列のローラを分離し、案内し、位置決めするためベアリングケージすなわちリテーナを備えている。上記のローラベアリングの一例はＲｅｘｎｏｒｄ Ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ， Ｂｅａｒｉｎｇ Ｏｐｅｒａｔｉｏｎ， Ｄｏｗｎｅｒｓ Ｇｒｏｖｅ， Ｉｌｌｉｎｏｉｓ で型番ＤＡＳ４−１４Ａで製造されている。
【０００３】
特許文献３には、対向列の非対称ローラと中心ガイドリングとを備えたローラベアリングが例示されている。ローラの形状及び中心ガイドリングは各列のローラを案内し、位置決めするように機能する。
【０００４】
また、ローラを案内するためローラベアリングの内側リング又は外側リングに一体の鍔すなわち肩部を設けることも公知である。このようなローラベアリングの一例は特許文献４に開示されている。このローラベアリングにおいては、内側リングに、半径方向にのびる一体の鍔が設けられ、これらの鍔の間にローラが画定されている。
【０００５】
上記で説明したもののようなベアリング装置に働く負荷は典型的には、一度にベアリング装置のほんの一部分（この部分は以下「負荷領域」と記載する）におけるローラによって担持される。特に、ベアリングが航空機の飛行制御面におけるような振動応用において用いられる場合には、ローラは、全て負荷領域を通して循環されるように摂動すなわちインデックスするのが望ましい。ローラを循環させることにより、ころがり接触疲労寿命を延ばすように各ローラの全レース面を利用できるようになる。またローラを循環させることにより、ベアリング装置の潤滑を改善するためにグリースを再分配することになり、これにより侵食損傷が低減し、軌道腐蝕に対するベアリング装置の耐久性が改善する。ローラをこのように摂動又はインデックスさせるために、スキュー（ゆがんだ）ポケット（ｓｋｅｗｅｄ ｐｏｃｋｅｔ）を備えたリテーナを用いることは公知である。公知のリテーナは、ベアリングの振動中にローラを摂動又はインデックスさせる不均衡な量のスキューをローラに与えるように僅かに傾斜したフィンガすなわち突起部を備えている。
【０００６】
上記のローラベアリングに伴う欠点は、ベアリングケージ、リテーナ、ガイドリング、一体鍔等を備えていることである。このような構成要素はベアリング装置の部品として製造し組立てるのにコストがかかる。これらの構成要素はまたベアリング装置内のスペースを占めることになり、そうでなければこのスペースは付加的なローラ及び／又は付加的な潤滑剤のために用いられ得る。
【０００７】
リテーナガイドリングなしの完全相補自動調心ローラベアリングは特許文献５に開示されている。特許文献５に開示されたベアリングはベアリングのあるスキュー制御を行うが、ローラ摂動はスキュー（ゆがんだ）ピケット（ｓｋｅｗｅｄ ｐｉｃｋｅｔ）を備えたリテーナを用いて達成できるものより調和しない。従って、ローラ摂動の調和したリテーナなしローラベアリングの必要性が存在する。
【０００８】
【特許文献１】
米国特許第２，３８７，９６２号　１９４５年１０月３０日発行
【特許文献２】
米国特許第２，７６７，０３７号　１９５６年１０月１６日発行
【特許文献３】
日本国特開昭６０−１８８６１７号
【特許文献４】
米国特許第３，９１２，３４６号　１９７５年１０月１４日発行
【特許文献５】
米国特許第５，４４１，３５１号（本願発明の出願人に譲渡）
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、振動又はゆっくりした回転動作用に特に適した改良型のリテーナなしローラベアリング装置を提供する。出願人は、驚くべきことにベアリングにおける調和した摂動が、各ローラと内側及び外側レース面との間に０．００２インチ以下の径方向内部隙間を維持することによって内側レース面と外側レース面の間に配置した軸方向に傾斜したローラを備えたリテーナなしローラベアリング装置において達成できることを見出した。特殊なローラ隙間をもつレースは、振動動作におけるローラを調和して摂動させるようにローラのスキューを制御する。
【００１０】
出願人は、本発明を実施しているベアリング装置が負荷領域を通じてローラを循環させるように摂動又はインデックスすることを観察した。観察したローラ摂動は特許文献５に開示されたようなリテーナなしベアリングを用いて達成され得るものより大きかった。
【００１１】
特に、本発明は、アーチ状内側レース面を備えた内側リング部材と、内側にアーチ状外側レース面を備えた外側リング部材と、各ローラとレース面との間に０．００２インチ以下の径方向内部隙間をもって、内側レース面と外側レース面との間に画定された軌道空間内の列のローラとを有するリテーナなしローラベアリング装置を提供する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
一つの実施の形態では、リテーナなしローラベアリング装置は、球状内側レース面を備えた内側レース部材、及び内側レース面に対向した凸状外側レース面を備えた外側レース部材を備えている。リテーナなしローラベアリング装置は、また、ローラとレース面との間に０．００２インチ以下の径方向内部隙間をもって、内側レース面と外側レース面との間の軌道空間内に列を成して配列された複数のローラを備えている。各ローラは、凸状外側レース面及び球状内側レース面の各々の曲率半径より幾分大きい曲率半径をもつ凹状の長手方向外形（すなわち鼓型の外形）をもっている。出願人は、ローラとレース面との間のこの関係が、ローラを保持し、位置決めし又は案内するための主レース面とは別にリテーナ、ガイドリング、鍔、又はその他の手段なしでベアリングを調和して摂動させるローラスキュー制御をもたらすことを見出した。
【００１３】
本発明のこの目的及びさらに別の目的並びに利点は以下の説明から明らかとなろう。以下の詳細な説明において、添付図面を参照して本発明の好ましい実施の形態について説明する。これらの実施の形態は本発明の全範囲を表すものではない。むしろ本発明は他の実施の形態で使用され得る。従って、本発明の範囲を解釈するためには特許請求の範囲が参照されるべきである。
【００１４】
本発明の一つの実施の形態を詳細に説明するに先立って、本発明は、以下に説明する又は図面に例示する構成要素の構造及び構成の細部に応用が限定されないことが理解されるべきである。本発明は他の実施の形態が可能であり、種々の仕方で実施され得る。また、本明細書で用いた術語及び用語は説明のためのものであり、本発明を限定するためのものではない。
【００１５】
【発明の実施の形態】
図１には、本発明を実施し、回転又は振動軸１２を支持するように示されたローラベアリング装置を示している。図示された特定の実施の形態においては、ベアリング装置１０は自動調心アンギュラーコンタクトベアリングである。
【００１６】
ベアリング装置１０は環状内側レース又はリング部材１８を有し、このリング部材１８を通って軸１２がのびている。内側リング部材１８は、内側ベアリングレース面２０を形成するアーチ状外側面を備えている。内側レース面２０は好ましくはほぼ球状であり、そして曲率半径Ｒｉをもっている（図２）。ミスアライメント止め及び係合シール面を形成するために必要ならば内側リング部材１８の対向端部に鍔（図示していない）が設けられ得る。適当な鍔を備えたベアリング装置は特許文献２（この文献は参照文献として本明細書の一部をなす）に例示されている。
【００１７】
ローラベアリング装置１０はまた、内側リング部材１８を包囲する環状外側レース又はリング部材２２を有している。外側リング部材２２は少なくとも一つの半径方向内方に向いた外側レース面を備えている。例示した構成では、外側リング部材２２は、一対の軸方向に対向して傾斜したアーチ状外側レース面２４を備え、各外側レース面２４は内側レース面２０と対向して一対の軌道空間２６を形成している。外側レース面２４は一般的には凸状曲率をもち、そして各々、好ましくは実質的に一定である曲率半径Ｒｏをもっている（図２）。両外側レース面２４の曲率半径Ｒｏの値は好ましくは（製造誤差の範囲内で）同じであり、図示実施の形態では、曲率半径Ｒｉにほぼ等しい。
【００１８】
ベアリング装置１０の周期的潤滑を促進させるために、外側リング部材２２の外周囲側に環状溝２８が設けられ、そして環状溝２８とベアリング装置１０の内部との間に穴３０が連通している。特許文献２に開示されたようなグリースガンのような適当な手段（図示していない）によって環状溝２８内に所望の潤滑剤が注入され得る。環状溝が示されているが、周期的潤滑のための環状溝は必要ではなく、ある応用では好ましくない。本発明の範囲から逸脱せずに、必要ならばグリース内にローラを詰めるようなベアリング装置の他の潤滑手段を用いることもできる。
【００１９】
ローラベアリング装置１０はまた、多数のローラ３４を有している。図示実施の形態において、ローラ３４は、対向して軸方向に傾斜した環状列で軌道空間に配列されている。各列は、完全に相補的なローラ３４を備えている（すなわち隣接したローラ間にリテーナ又は他の構造体が介在していない場合には列に最大数のローラが嵌合する）。ベアリング装置１０はリテーナなしであるので、以下に詳細に説明するように、各ローラ３４は対向側において隣接ローラと係合でき、しかも内側レース面２０及び外側レース面２４の関連した一つと係合できる。ローラ３４は種々の形態を取り得るが、図示構成では、ローラは（製造誤差の範囲内で）同一であり、各ローラ３４は長手方向軸線３６をもち（図２）、軸線３６に垂直でありかつローラ３４の中間点に線３８を備える平面の回りで対称である。
【００２０】
図２に示すように、各ローラ３４は、好ましくは一定である曲率半径Ｒｔをもつ凹状長手方向外形のアーチ状外側面をもつ中間部分４０を備えている。図示した特定の実施の形態では、曲率半径Ｒｔは曲率半径Ｒｉ、Ｒｏの各々より大きい。各ローラ３４はまた実質的に円筒状の対向した端部分４２を備えている。
【００２１】
ベアリング装置１０はリテーナ、ガイドリング、鍔などを備えてなく、内側レース面２０及び外側レース面２４は、相応した軌道空間２６内の各列のローラ３４を保持し、そして位置決めする唯一の手段として機能する。さらに、内側レース面２０は球状であり、ＲｉはＲｔより小さいので、ローラ３４と内側レース面２０との間の摺動運動は実質的に除去され、中間線３８の回りの各ローラ３４の回動は、内側レース面２０との干渉が最少である。従って、このような回動（すなわちスキュー）は、ローラ３４と関連した外側レース面２４との接触によってほぼ全体的に制御される。
【００２２】
特に、無負荷状態の下では（図３）、各ローラ３４と関連した外側レース面２４とは実質的に点接触する。中間線３８のまわりのローラ３４による任意の回動（すなわちスキュー）によって、そのローラと関連した外側レース面２４との間で線接触が生じ（図２参照）、さらなるスキューが抑制される。ローラスキューが続いて接触線を増大し、鼓型ローラの端部分４２に達すると、これらの端部分４２はさらなるスキューを抑制する。負荷状態の下では、ローラ３４と関連した外側レース面２４と内側レース面２０との間の接触は、実質的な偏向及びローラスキューのために、ローラ３４の中間点から軸方向外方へのばされる。この関係の効果は十分には理解されないが、ベアリング装置１０が振動応用において用いられる場合に、ローラ３４の実質的なインデックスすなわち摂動が達成されることが観察された。更に、試験では、リテーナを備えた従来技術のベアリングに対して故障するような循環で測定したところ負荷定格及び軸受寿命は実質的に延びることがわかった。これは主に、負荷を分配するローラ３４の数が増大したためである。
【００２３】
凹状ローラを備えた本発明の一つの特定の実施の形態では、例えば、必要ならば付加的な潤滑剤を受けるのにより少ない数のローラ３４が用いられ得るが、各々直径（端面で見て）約０．４インチの全体で１６個のローラ３４が各列に用いられる。該実施の形態においてＲｔは約１．５３６インチであり、Ｒｉ及びＲｏの各々より約０．０１５インチである（すなわちローラと内側及び外側レース面との間に約１％の接触又は曲率差）。最適な接触値は既知ではないが、調和したローラ制御及び案内を達成するのには密な半径方向内部隙間と関連して１％の接触が有効であり、本出願人は約４％までの接触値が使用され得ると信じる。
【００２４】
本出願人は、各軸方向に傾斜したローラ３４と内側及び外側レース面２０、２４との間を０．００２インチ以下の径方向内部隙間を維持することによって、外側レース面２４とローラ３４との共動により振動動作においてローラ３４を調和して摂動させるようにローラ３４のスキューを制御することを見出した。径方向内部隙間Ｂは図４に示され（尺度でなく）、そして内側及び外側レース面２０、２４の間の軌道空間２６の径方向高さＡとローラ半径Ｃとの差として定義される。ローラ３４の長手方向長さに沿って半径の変化する凹状ローラ３４を備えた実施の形態においては、径方向内部隙間Ｂは単に各ローラ３４の中間点４０に維持されなければならない。０．００２インチの径方向内部隙間以下の誤差でベアリングを作ることは、ベアリング製造コストを高騰させる大きな製造精度を必要とし、従って従来技術からは教示されず自明ではない。本出願人の開示なしでは、調和した摂動をもたらす径方向内部隙間を減少することは既知ではない。
【００２５】
当然、径方向内部隙間Ｂがゼロに近づくにつれて、ローラ３４はレース面２０、２４との間に拘束でき、ベアリング装置１０は動かなくなる。しかしながら、本出願人は、０．００２インチ以下の非拘束径方向内部隙間Ｂをもつベアリング装置１０において調和した摂動を首尾よく立証した。さらに、本出願人は、それぞれほぼ０．００１６インチと０．０００５インチの径方向内部隙間Ｂをもつ二つの異なるベアリング装置において調和した摂動を首尾よく立証した。さらに、本出願人は、ローラ３４を拘束させない０．０００５インチ以下の径方向内部隙間Ｂをもつベアリング装置１０が調和して摂動し続けると考える。
【００２６】
図示実施の形態では、ローラ３４は鼓型のものであり、外側レース面２４は凸状であり、また内側レース面は球状であるが、他の構成では、ベアリング装置１０は異なる形態を採り得る。例えば、本発明によるベアリング装置は環状列の軸方向に傾斜した直線（図５〜図９に示す）又はテーパー状（図１０〜図１３に示す）のローラ３４Ａ−Ｉであることができ、また内側及び外側レース面２０Ａ−Ｉ、２４Ａ−Ｉは各々ローラ３４Ａ−Ｉを受けそしてリテーナ、ガイドリングなどを用いることなしにローラ３４Ａ−Ｉを適位置に保持するように軸方向に傾斜した直線状面であることができる。さらに、本発明によるベアリング装置１０は、軸方向外方に傾斜したローラ（図１、図６、図８に示す）又は軸方向内方に傾斜したローラ（図７、図９、図１１、図１３に示す）を有することができる。さらに、図１には二つの環状列の軸方向外方に傾斜したローラ３４が示されているが、ベアリング装置１０は一つ以上の環状列を備えることができ、そして本発明の範囲から逸脱せずに列は軸方向内方に傾斜され得る。
【００２７】
ベアリング装置１０はまた、潤滑剤を収容しかつ汚染物が軌道空間２６に入り込むのを阻止する手段を備える。図示構成においては、該手段は、各々ノッチ３２の一つに着座した環状シールド部材４４及び各環状シールド部材４４に装着した環状シール部材４６を備える。シール部材を備えたシールド部材４４が開示されているが、これらの部材は本発明を実施するのには必要でない。
【００２８】
有利には、ベアリング装置１０は、ローラ３４を案内又は位置決めし、そして主内側及び外側レース面２０、２４以外のローラスキュー（ｒｏｌｌｅｒ ｓｋｅｗｉｎｇ）を制御するものを備えない（すなわち、ベアリング装置１０は「リテーナなし」である）。従って、ベアリング装置１０は、リテーナ、ガイドリング、鍔などに伴うコストを省く。さらに、ベアリング装置１０は、有利な粒子汚染である主レース面に関連した内部コーナーの使用を避ける。ベアリング装置１０はまた、性能を改善する増加した数のローラ３４及び／又は付加的な潤滑剤を備え、摂動又はインデックスする能力を有する。
【００２９】
以上本発明の好ましい実施の形態に関して図示し説明し考察してきたが、当業者には明らかなように、特許請求の範囲で定義した本発明の範囲から逸脱せずに種々の変形及び変更が可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】
軸を支持するように示されたローラベアリング装置の部分破断側面図である。
【図２】
負荷状態におけるローラを示す、図１に示すベアリング装置の一部の拡大図である。
【図３】
ローラとレース面との接触線が実質的に低減される無負荷状態におけるローラを示す、図２に示すベアリング装置部分の一部の別の拡大図である。
【図４】
図２の線４−４に沿った断面図である。
【図５】
単一環状列の直線ローラを備えた本発明と結合したベアリング装置の断面図である。
【図６】
二つの環状列の軸方向外方に傾斜した直線ローラを備えた本発明と結合したベアリング装置の断面図である。
【図７】
分割内側レースをもつ二つの環状列の軸方向内方に傾斜した直線ローラを備えた本発明と結合したベアリング装置の断面図である。
【図８】
分割外側レースをもつ二つの環状列の軸方向外方に傾斜した直線ローラを備えた本発明と結合したベアリング装置の断面図である。
【図９】
二つの環状列の軸方向内方に傾斜した直線ローラを備えた本発明と結合したベアリング装置の断面図である。
【図１０】
単一環状列のテーパー状ローラを備えた本発明と結合したベアリング装置の断面図である。
【図１１】
分割内側レースをもつ二つの環状列の軸方向内方に傾斜したテーパー状ローラを備えた本発明と結合したベアリング装置の断面図である。
【図１２】
分割外側レースをもつ二つの環状列の軸方向外方に傾斜したテーパー状ローラを備えた本発明と結合したベアリング装置の断面図である。
【図１３】
二つの環状列の軸方向内方に傾斜したテーパー状ローラを備えた本発明と結合したベアリング装置の断面図である。
【符号の説明】
１０　　　ベアリング装置
１２　　　軸
１８　　　内側リング部材
２０　　　内側レース面
２２　　　外側リング部材
２４　　　外側レース面
２６　　　軌道空間
２８　　　環状溝
３０　　　穴
３２　　　ノッチ
３４　　　ローラ
４４　　　環状シールド部材
４６　　　環状シール部材
【図１】
2004508511.tif 000003
【図２】
2004508511.tif 000004
【図３】
2004508511.tif 000005
【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】
2004508511.tif 000011
【図１０】
2004508511.tif 000012
【図１１】
2004508511.tif 000013
【図１２】
2004508511.tif 000014
【図１３】
2004508511.tif 000015
【国際公開パンフレット】
2004508511.tif 000016
2004508511.tif 000017
2004508511.tif 000018
2004508511.tif 000019
2004508511.tif 000020
2004508511.tif 000021
2004508511.tif 000022
2004508511.tif 000023
2004508511.tif 000024
2004508511.tif 000025
2004508511.tif 000026
2004508511.tif 000027
2004508511.tif 000028
2004508511.tif 000029
2004508511.tif 000030
【国際調査報告】
2004508511.tif 000031
2004508511.tif 000032