(57)【要約】【課題】回転軸と回転体とを連結または切り離なす断続装置と、回転軸と回転体との間に配置される寿命が長い転がり軸受とを有する転がり軸受装置を提供すること。【解決手段】第１クラッチギヤ２の第１内周面２０と、クラッチ軸１との間に円錐ころ軸受７,８を配置する。上記第１内周面２０に対して、円錐ころ軸受７,８の各外輪４１,４２を、隙間嵌めする。【選択図】図２
2007270988.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸と、
上記回転軸の径方向の外方に位置する環状の回転体と、
上記回転軸の外周面に固定された内輪と、上記回転体の内周面にすきま嵌めされた外輪と、上記外輪と上記内輪との間に配置された転動体とを有する転がり軸受と、
上記回転軸と上記回転体とを連結することによって、上記回転軸と上記回転体とを同期回転させて上記回転軸の動力を上記回転体に伝達する一方、上記回転軸と上記回転体とを切り離すことによって、上記回転軸の動力が上記回転体に伝達しないようにする断続装置と
を備えることを特徴とする転がり軸受装置。
【請求項２】
請求項１に記載の転がり軸受装置において、
上記回転体は、第１内周面と、この第１内周面に段部を介して連なると共に、上記第１内周面よりも内径が小さい第２内周面とを有し、
上記外輪の軸方向の一方の端面の少なくとも一部は、上記回転体の上記段部に当接しており、
上記外輪の上記端面には、上記回転軸の径方向に略延在する溝が形成されていることを特徴とする転がり軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、転がり軸受装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、動力伝達装置としては、特開平１１−２６７７２２号公報（特許文献１）に記載されているものがある。この動力伝達装置は、回転軸と、ドライブギヤと、上記回転軸と上記ドライブギヤとの連結または切り離しを行う断続装置と、上記ドライブギヤの内周面と上記回転軸の外周面との間に配置された軸受とを備える。
【０００３】
この動力伝達装置は、上記回転軸と上記ドライブギヤとを上記断続装置によって連結することによって、上記回転軸と上記ドライブギヤとを同期回転させて上記回転軸の動力を上記ドライブギヤに伝達する一方、上記回転軸と上記ドライブギヤとを上記断続装置によって切り離すことによって、上記回転軸の動力が上記ドライブギヤに伝達しないようにしている。
【特許文献１】特開平１１−２６７７２２号公報（第２図）
【特許文献２】特許第２８１５２４３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、本発明者は、上記のような構成を有する装置において、軸受として転がり軸受を使用した場合、外輪や内輪の軌道面にフレッティングコロージョンが発生して、転がり軸受の寿命が短くなることを発見した。これは、上記のような構成を有する装置では、転がり軸受は、ギヤの接続時に、外輪と内輪との相対回転数がゼロの状態で転がり軸受全体が周方向に回転し、かつ、ドライブギヤの自重と、伝達トルクに起因する荷重を負荷することになるので、転動体と内外輪の軌道面とが略同じ位置に位置することになって、転動体が位置している内外輪の軌道面部分の油膜切れが起こり易くなり、転がり軸受全体の周方向への１回転毎に、上記略同じ位置で外輪の軌道面と転動体との間および転動体と内輪の軌道面との間に繰り返し荷重を負荷することになり、上記略同じ位置およびその近傍で外輪の軌道面と転動体とおよび転動体と内輪の軌道面とが転動体の微少な弾性変形を伴ないながら繰り返し金属接触し、摩耗するためであると推察される。
【０００５】
そこで、本発明の課題は、回転軸と回転体とを連結または切り離なす断続装置と、回転軸と回転体との間に配置される寿命が長い転がり軸受とを有する転がり軸受装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決するため、この発明の転がり軸受装置は、
回転軸と、
上記回転軸の径方向の外方に位置する環状の回転体と、
上記回転軸の外周面に固定された内輪と、上記回転体の内周面にすきま嵌めされた外輪と、上記外輪と上記内輪との間に配置された転動体とを有する転がり軸受と、
上記回転軸と上記回転体とを連結することによって、上記回転軸と上記回転体とを同期回転させて上記回転軸の動力を上記回転体に伝達する一方、上記回転軸と上記回転体とを切り離すことによって、上記回転軸の動力が上記回転体に伝達しないようにする断続装置と
を備えることを特徴としている。
【０００７】
本発明によれば、上記外輪が、上記回転体の内周面にすきま嵌めされているから、上記回転軸と上記回転体が連結されて、上記回転軸と上記回転体が同期回転している状態において、上記外輪が上記回転体に対して非常に小さい角速度で公転運動することになる。したがって、転動体が、この外輪の回転体に対する公転に起因して、内外輪の軌道面、特に、外輪の軌道面に対して相対運動することになるから、転動体が、断続装置が回転軸と回転体とを連結しているときに、内外輪の軌道面の同じ位置に存在することがなくて、内外輪の同じ位置を中心とする繰り返し荷重を負荷することがない。したがって、外輪や内輪の軌道面にフレッティングコロージョンが発生することがないので、転がり軸受の寿命を格段に長くすることができて、従来に比して転がり軸受装置の寿命が格段に長くなる。
【０００８】
また、一実施形態の転がり軸受装置は、上記回転体は、第１内周面と、この第１内周面に段部を介して連なると共に、上記第１内周面よりも内径が小さい第２内周面とを有し、上記外輪の軸方向の一方の端面の少なくとも一部は、上記回転体の上記段部に当接しており、上記外輪の上記端面には、上記回転軸の径方向に略延在する溝が形成されている。
【０００９】
上記実施形態によれば、上記外輪の上記端面の少なくとも一部が、上記回転体の上記段部に当接しているから、外輪が回転体の内周面に対して隙間嵌めされているにも拘わらず、外輪が軸方向の段部側に移動することを防止できる。したがって、転がり軸受の軸方向の配置位置が移動することがないから、回転軸を、回転体に対して、安定かつ回動自在に支持することができる。
【００１０】
また、上記実施形態によれば、上記外輪の上記端面に、上記径方向に延在する溝を形成しているから、潤滑剤を遠心力によってこの溝に円滑に導入できる。したがって、外輪が回転体に対して遅れて回転して、上記端面が上記段部に対して摺動したとしても、上記端面および上記段部に焼付きが発生することを防止することができる。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の転がり軸受装置によれば、上記外輪が、上記回転体の内周面にすきま嵌めされているから、上記回転軸と上記回転体が連結されて、上記回転軸と上記回転体が同期回転している状態において、上記外輪が上記回転体に対して非常に小さい角速度で公転運動することに起因して、転動体が内外輪の軌道面の同じ位置に存在することがなくて、転動体が内外輪の同じ位置を中心とする繰り返し荷重を負荷することがない。したがって、外輪や内輪の軌道面にフレッティングコロージョンが発生することを抑制できるので、転がり軸受の寿命を格段に長くすることができて、従来に比して転がり軸受装置の寿命が格段に長くすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下、本発明を図示の形態により詳細に説明する。
【００１３】
図１は、本発明の転がり軸受装置の一実施形態の圧延機の増速機の軸方向の断面図である。この圧延機の増速機は、駆動モータの回転を増速して圧延ロールに伝達するようになっている。
【００１４】
この増速機は、回転軸の一例としてのクラッチ軸１と、回転体の一例としての第１クラッチギヤ２と、回転体の一例としての第２クラッチギヤ３と、クラッチ軸１上に配置された環状のクラッチ４と、クラッチ４の径方向（クラッチ軸１の径方向）の外方に配置された環状のクラッチカップリング５とを備える。上記クラッチ４とクラッチカップリング５は、断続装置を構成している。また、この増速機は、クラッチ軸１と第１クラッチギヤ２との間に配置された転がり軸受の一例としての第１円錐ころ軸受７および転がり軸受の一例としての第２円錐ころ軸受８と、クラッチ軸１と第２クラッチギヤ３との間に配置された転がり軸受の一例としての第３円錐ころ軸受９および転がり軸受の一例としての第４円錐ころ軸受１０とを備える。
【００１５】
上記第１クラッチギヤ２は、環状部材であり、クラッチ軸１の径方向の外方に配置されており、第２クラッチギヤ３は、環状部材であり、クラッチ軸１の径方向の外方に配置されている。また、上記クラッチ４は、環状部材であり、クラッチ軸１の外周面に外嵌されて固定されている。上記第１クラッチギヤ２と、第２クラッチギヤ３とは、クラッチ４を挟んで、軸方向に対向配置されている。上記第１クラッチギヤ２は、第１クラッチギヤ２のクラッチ４側の端面からこの端面の略法線方向に延在する環状の噛合部１２を有し、第２クラッチギヤ３は、第２クラッチギヤ３のクラッチ４側の端面からこの端面の略法線方向に延在する環状の噛合部１３を有している。上記第１クラッチギヤ２は、第１内周面２０と、この第１内周面２０に段部２１を介して連なると共に、第１内周面２０よりも内径が小さい第２内周面２２とを有している。同様に、第２クラッチギヤ３は、第１内周面２５と、この第１内周面２５に段部２６を介して連なると共に、第１内周面２５よりも内径が小さい第２内周面２７とを有している。
【００１６】
上記クラッチ４の外周面には、軸方向に延在するスプラインが形成され、クラッチカップリング５の内周面には、クラッチ４のスプラインとスプライン嵌合するスプラインが形成されている。また、上記噛合部１２および１３の外周面には、クラッチカップリング５のスプラインとスプライン嵌合するスプラインが形成されている。上記クラッチカップリング５は、図１に矢印Ａで示す軸方向に移動自在になっている。
【００１７】
図１に示すように、上記クラッチカップリング５が図１において左方に移動した場合、クラッチ軸１の回転動力が、クラッチ４、クラッチカップリング５、噛合部１２を介して、第１クラッチギヤ２に伝達するようになっている。一方、クラッチカップリング５が図１において右方に移動したとき、クラッチ軸１の回転動力が、クラッチ４、クラッチカップリング５、噛合部１３を介して、第２クラッチギヤ３に伝達するようになっている。上記クラッチ軸１の回転動力が第１クラッチギヤ２に伝達されているとき、クラッチ軸１の回転動力は、第２クラッチギヤ３に伝達しないようになっている。また、上記クラッチ軸１の回転動力が第２クラッチギヤ３に伝達されているとき、クラッチ軸１の回転動力は、第１クラッチギヤ２に伝達しないようになっている。上記クラッチカップリング５は、第１クラッチギヤ２の噛合部１２および第２クラッチギヤ３の噛合部１３と係脱自在となっている。
【００１８】
上記第１乃至第４円錐ころ軸受７,８,９,１０の夫々は、外輪と、内輪と、外輪と内輪との間に周方向に所定間隔に配置された円錐ころとを有する。各円錐ころ軸受の内輪は、その外周面の軸方向の両端に鍔部を有し、この二つの鍔部で円錐ころを軸方向に拘束するようになっている。各円錐ころ軸受７,８,９,１０の各部材は、軸受鋼からなっている。また、各円錐ころ軸受７,８,９,１０の内外輪と、各円錐ころとの接触部は、オイル等の潤滑剤により潤滑されている。上記第１および第２円錐ころ軸受７,８の各外輪の大端面（面積が大きい方の端面）は、第１クラッチギヤ２の段部２１に当接している。また、上記第３および第４円錐ころ軸受９,１０の各外輪の大端面（面積が大きい方の端面）は、第２クラッチギヤ３の段部２６に当接している。上記第１円錐ころ軸受７と、第２円錐ころ軸受８は、各円錐ころの小端面が対向するように軸方向に間隔をおいて配置されており、第３円錐ころ軸受９と、第４円錐ころ軸受１０は、各円錐ころの小端面が対向するように軸方向に間隔をおいて配置されている。
【００１９】
上記第１円錐ころ軸受７と第２円錐ころ軸受８は、第１クラッチギヤ２のクラッチ接続時、すなわち、クラッチカップリング５の噛合部と第１クラッチギヤ２の噛合部１２とが噛合し（図１参照）、クラッチ軸１と、クラッチ４と、クラッチカップリング５と、第１クラッチギヤ２とが同期回転している状態では、各内外輪の相対回転数がゼロの状態でギヤの伝達トルクによる荷重を受けながら回転するようになっている。一方、上記第１円錐ころ軸受７と第２円錐ころ軸受８は、クラッチの開放時、すなわち、クラッチ軸１と第１クラッチギヤ２とが噛合っていない状態では、各内外輪は、ギヤの伝達トルクによる荷重がない状態で高速相対回転するようになっている。
【００２０】
上記第３円錐ころ軸受９と第４円錐ころ軸受１０は、第２クラッチギヤ３のクラッチ接続時、すなわち、クラッチカップリング５の噛合部１３と第２クラッチギヤ３の噛合部１３とが噛合し、クラッチ軸１と、クラッチ４と、クラッチカップリング５と、第２クラッチギヤ３とが同期回転している状態では、各内外輪の相対回転数がゼロの状態でギヤの伝達トルクによる荷重を受けながら回転するようになっている。一方、上記第３円錐ころ軸受９と第４円錐ころ軸受１０は、クラッチの開放時、すなわち、クラッチ軸１と第２クラッチギヤ３とが噛合っていない状態（図１参照）では、各内外輪は、ギヤの伝達トルクによる荷重がない状態で高速相対回転するようになっている。
【００２１】
上記第１および第２円錐ころ軸受７,８の各外輪は、第１クラッチギヤ２の第１内周面２０に隙間嵌めされており、第３および第４円錐ころ軸受９,１０の各外輪は、第２クラッチギヤ３の第１内周面２５に隙間嵌めされている。第１および第２円錐ころ軸受７,８の各外輪と第１クラッチギヤ２の第１内周面２０との嵌合い隙間は、数十ミクロンであり、第３および第４円錐ころ軸受９,１０の各外輪と第２クラッチギヤ３の第１内周面２５との嵌合い隙間は、数十ミクロンである。
【００２２】
第１および第２円錐ころ軸受７,８の各外輪と、第１クラッチギヤ２との嵌合い隙間を、数十ミクロンに設定することにより、第１クラッチギヤ２の公転１回転に対して、第１および第２円錐ころ軸受７,８の各外輪が、第１クラッチギヤ２に対して約（数十ミクロン）×π程度だけ遅れて回転するようにしている。また、第３および第４円錐ころ軸受９,１０の各外輪と、第２クラッチギヤ３との嵌合い隙間を、数十ミクロンに設定することにより、第２クラッチギヤ３の公転１回転に対して、第３および第４円錐ころ軸受９,１０の各外輪が、第２クラッチギヤ３に対して約（数十ミクロン）×π程度だけ遅れて回転するようにしている。
【００２３】
図２は、第１クラッチギヤ周辺の詳細な軸方向の断面図であり、上記嵌合い隙間（誇張して描かれている）を示す図である。また、図３は、図２のＢＢ線断面図であり、ラジアル荷重の方向と、嵌合い隙間（誇張して描かれている）とを示す図である。尚、図２および図３において、矢印Ａで示す方向は、ラジアル荷重の方向を示している。
【００２４】
図２および図３に示すように、各円錐ころ軸受７,８の外輪４１,４２が第１クラッチギヤ２の内周に隙間嵌めされていることに起因して、第１クラッチギヤ２と外輪４１,４２との間にはラジアル荷重がかかる方向の反対側に、隙間ｄが生じている。また、図３に示すように、段部に当接している外輪４２の大端面には、径方向に延在する溝６０が、周方向に略等間隔に複数個形成されている。
【００２５】
本発明者は、上記構成の圧延機の増速機の耐久試験を行った。そして、上述のように、上記円錐ころ軸受の外輪をクラッチギヤに隙間嵌めした場合、上記円錐ころ軸受の外輪をクラッチギヤに、中間嵌めあるいは締まり嵌めした場合と比して、外輪の軌道面にフレッティングコロージョンができるまでの時間を、大幅に長くすることができることを確認した。また、内輪の軌道面にフレッティングコロージョンができるまでの時間も、中間嵌めあるいは締まり嵌めした場合と比して、長くできることを確認した。
【００２６】
上記実施形態の増速機によれば、円錐ころ軸受７,８の各外輪４１,４２が、第１クラッチギヤ２の内周面にすきま嵌めされているから、クラッチ軸１と、第１クラッチギヤ２が連結されて、クラッチ軸１と、第１クラッチギヤ２が同期回転している状態において、円錐ころ軸受７,８の各外輪４１,４２が第１クラッチギヤに対して非常に小さい角速度で公転運動することになる。したがって、円錐ころ軸受７,８の各円錐ころが、円錐ころ軸受７,８の各外輪４１,４２の第１クラッチギヤ２に対する公転に起因して、各内外輪の軌道面、特に、各外輪４１,４２の軌道面に対して相対運動することになるから、円錐ころ軸受７,８の各円錐ころが、第１クラッチギヤ２がクラッチ軸１と同期回転しているときに、各内外輪の軌道面の同じ位置に存在することがなくて、各内外輪の同じ位置を中心とする繰り返し荷重を負荷することがない。したがって、円錐ころ軸受７,８の各外輪４１,４２や各内輪の軌道面にフレッティングコロージョンが発生することがないので、円錐ころ軸受７,８の寿命を格段に長くすることができて、従来に比して増速機の寿命が格段に長くなる（このことは、円錐ころ軸受９,１０についても、同様に成立する）。
【００２７】
また、上記実施形態の増速機によれば、円錐ころ軸受７,８の各外輪４１,４２の大端面が、第１クラッチギヤ２の段部２１に当接しているから、円錐ころ軸受７,８の各外輪４１,４２が第１内周面２０に対して隙間嵌めされているにも拘わらず、円錐ころ軸受７,８の各外輪４１,４２が軸方向の段部側に移動することを防止できる。すなわち、円錐ころ軸受７,８の各外輪４１,４２の大端面が、第１クラッチギヤ２の段部２１に当接しているから、円錐ころ軸受７,８の各外輪４１,４２が、第１クラッチギヤ２に対して相対回転しても、円錐ころ軸受７,８の各内輪の大端面に圧力をかけて、円錐ころ軸受に所定の初期予圧を与えておくことによって、円錐ころ軸受７,８が、軸方向に移動することを防止できる。したがって、円錐ころ軸受７,８で、クラッチ軸１を、第１クラッチギヤ２に対して、安定かつ回動自在に支持することができる（このことは、円錐ころ軸受９,１０についても、同様に成立する）。
【００２８】
また、上記実施形態の増速機によれば、円錐ころ軸受８の外輪４２における段部２１に当接している大端面に、径方向に延在する溝６０を形成しているから、潤滑剤を遠心力によってこの溝６０に円滑に導入できる。したがって、外輪４２が第１クラッチギヤ２に対して遅れて回転して、外輪４２の大端面が段部２１に対して周方向に摺動したとしても、上記大端面および段部２１に焼付きが発生することを防止することができる。
【００２９】
尚、上記実施形態の転がり軸受装置では、回転体としてのクラッチギヤ２と、回転軸としてのクラッチ軸１との間に、円錐ころ軸受を配置したが、この発明では、回転体と、回転軸との間に、玉軸受や円筒ころ軸受等、円錐ころ軸受以外の転がり軸受を配置しても良い。
【００３０】
尚、上記実施形態の転がり軸受装置では、円錐ころ軸受の各部材を軸受鋼としたが、この発明では、軸受鋼に限定されるものではなく、例えば、はだ焼鋼や高速度工具鋼を用いてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の転がり軸受装置の一実施形態の圧延機の増速機の軸方向の断面図である。
【図２】上記増速機の第１クラッチギヤ周辺の詳細な軸方向の断面図である。
【図３】図２のＡＡ線断面図である。
【符号の説明】
【００３２】
１  クラッチ軸
２  第１クラッチギヤ
３  第２クラッチギヤ
４  クラッチ
５  クラッチカップリング
７  第１円錐ころ軸受
８  第２円錐ころ軸受
９  第３円錐ころ軸受
１０  第４円錐ころ軸受
１２,１３  噛合部
２０,２５  第１円筒面
２１,２６  段部
２２,２７  第２円筒部
６０  溝
ｄ  隙間
【図１】
2007270988.tif 000003
【図２】
2007270988.tif 000004
【図３】
2007270988.tif 000005