(57)【要約】【課題】軸受回転時に負のラジアル内部すきまになった場合でも軌道輪と転動体との間の接触面圧の上昇を抑えて且つ早期の焼き付きを防止して軸受寿命の延命化を図ることが可能な転がり軸受を提供する。【解決手段】相対回転可能に対向配置された内輪４及び外輪６と、内輪の外径面４ａ及び外輪の内径面６ｂにそれぞれ対向して形成された軌道面(内輪軌道面４ｍ、外輪軌道面６ｍ)間に転動自在に組み込まれた複数の転動体(円筒ころ)２とを備えた転がり軸受であって、軸受外径寸法をＤ、外輪の軌道面の径寸法をＤＥ、或いは、軸受内径寸法をｄ、内輪の軌道面の径寸法をｄｉとすると、(Ｄ／ＤＥ)≦１.０７、或いは、(ｄ／ｄｉ)≦１.０７なる関係を満足する。【選択図】図１
2007170615.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対回転可能に対向配置された内輪及び外輪と、内輪の外径面及び外輪の内径面にそれぞれ対向して形成された軌道面間に転動自在に組み込まれた複数の転動体とを備えた転がり軸受であって、
軸受外径寸法をＤ、外輪の軌道面の径寸法をＤＥとすると、(Ｄ／ＤＥ)≦１.０７
なる関係を満足することを特徴とする転がり軸受。
【請求項２】
相対回転可能に対向配置された内輪及び外輪と、内輪の外径面及び外輪の内径面にそれぞれ対向して形成された軌道面間に転動自在に組み込まれた複数の転動体とを備えた転がり軸受であって、
軸受内径寸法をｄ、内輪の軌道面の径寸法をｄｉとすると、(ｄ／ｄｉ)≦１.０７
なる関係を満足することを特徴とする転がり軸受。
【請求項３】
外輪は、軸受鋼で形成されており、弾性変形可能に構成されていることを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受。
【請求項４】
内輪は、軸受鋼で形成されており、弾性変形可能に構成されていることを特徴とする請求項２に記載の転がり軸受。
【請求項５】
転動体として円筒ころが適用されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、ジェットエンジンやガスタービンエンジンの主軸受、これら各エンジンのインターナル・ギヤボックスやエキスターナル・ギヤボックスの軸受、減速機の高速ピニオン軸受などの用途に関し、特に軸受回転時において軸受外径面とハウジング内径面との間に正の軸受すきまを有する構造で使用される転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来の円筒ころ軸受では、軌道輪の熱処理変形を考慮すると共に、軌道輪に対する加工精度を確保するなどの観点から、当該軌道輪間に介在した複数の転動体の中心径(中心相互を結んだ仮想円の直径)は、軸受(外輪)外径と軸受(内輪)内径との略中心に位置付けられている。この場合、各転動体の直径は、軸受断面幅(ラジアル方向の断面幅)の約５０％〜６０％程度に設定されている。
【０００３】
このような円筒ころ軸受において、その軸受内部(ラジアル内部)すきまは、例えば軸受回転時の回転軸やハウジングとの嵌合代に応じた軌道輪の膨張収縮量、軌道輪と転動体との温度差によるラジアル内部すきまの変化量などを考慮して、軸受回転時の残留すきまが正のすきまとなるように設定されている(例えば、特許文献１)。更に、軌道輪や回転軸並びにハウジングの寸法のバラツキや、軸受回転時の温度(発熱量)のバラツキなども考慮して、常に軸受回転時のラジアル内部すきまが正のすきまとなるように設定されている。この場合、軸受回転時においてラジアル内部すきまはゼロ以上となり、ある程度のバラツキを有する。
【０００４】
ところで、軸受回転時に正のラジアル内部すきまが大きくなると、例えば振動や騒音、或いは早期破損による軸受寿命の短命などの原因となり、逆に、軸受回転時に負のラジアル内部すきまが大きくなると、急激な軸受寿命の短命、転動体と軌道輪との間の接触面圧が上昇し早期の焼き付きに至る場合がある。図５(ａ),(ｂ)には、呼び番号Ｎ２０８の円筒ころ軸受において、軸受回転時のラジアル内部すきまの増減に伴う軸受の計算寿命と最大面圧との関係が示されている。なお、同図(ａ)の軸受には３００kgfのラジアル荷重Ｆｒが負荷されており、一方、同図(ｂ)の軸受には１５０kgfのラジアル荷重Ｆｒが負荷されている。また、最大面圧は、内外輪と転動体(ころ)との間の接触面圧を示し、計算寿命は、所定の計算式に従って算出した軸受寿命を示す。
【０００５】
同図(ａ),(ｂ)の関係から明らかなように、軸受回転時に正のラジアル内部すきまが大きくなると、最大面圧はそれ程大きくならないが軸受寿命(計算寿命)が低下し、逆に、軸受回転時に負のラジアル内部すきまが大きくなると、最大面圧が大きくなることで早期の焼き付きに至り、その結果、軸受寿命(計算寿命)が急激に低下することがわかる。なお、同図(ａ),(ｂ)の関係は、外輪を剛体として構成した場合の一例であるが、例えば図５(ｃ),(ｄ)に示すように、外輪を剛体として構成しない場合には、軸受回転時に負のラジアル内部すきまが大きくなると、最大面圧が大きくなることで早期の焼き付きに至り、その結果、軸受寿命(計算寿命)が急激に低下する。
【０００６】
具体例で説明すると、ガスタービンエンジンなどを用いた発電装置では、非常停止時に起きるヒートバックにより軌道輪の温度差が増大し、これによりラジアル内部すきまが負のすきまとなることで接触面圧が過剰に上昇し、軌道輪や転動体に圧痕を生じさせて、はくり損傷を引き起こす場合がある。また、ジェットエンジンやガスタービンエンジンの主軸受のように、高速軽荷重で使用される円筒ころ軸受は、軌道輪と転動体との間の相対滑りが増加し、スキッディング損傷が生じることが一般的に知られている。この場合、例えば外輪の軌道面を楕円形状或いは三角形状にすることで、転動体に予圧を負荷して滑りを防止する工夫が施されているが、そうすると軸受の製造工程が複雑になり、その結果、軸受の製造コストが上昇してしまう。
【０００７】
ここで、スキッディング損傷対策としては、軸受回転時のラジアル内部すきまをゼロ以下(負のすきま)に設定すれば、当該損傷を抑えることが可能である。しかし、軸受や回転軸との加工精度を保持する点、或いは、軸受回転中における軌道輪相互の温度差が大きくなると負のラジアルすきま量が増加し、これにより軌道輪と転動体との間の接触面圧が増加して軸受の早期焼き付きを生じる虞がある点などを考慮すると、ラジアル内部すきまをゼロ以下(負のすきま)に設定することは困難である。
【特許文献１】実開平５−８６０２７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は、このような問題を解決するためになされており、その目的は、軸受回転時に負のラジアル内部すきまになった場合でも軌道輪と転動体との間の接触面圧の上昇を抑えて且つ早期の焼き付きを防止して軸受寿命の延命化を図ることが可能な転がり軸受を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
このような目的を達成するために、本発明は、相対回転可能に対向配置された内輪及び外輪と、内輪の外径面及び外輪の内径面にそれぞれ対向して形成された軌道面間に転動自在に組み込まれた複数の転動体とを備えた転がり軸受であって、軸受外径寸法をＤ、外輪の軌道面の径寸法をＤＥとすると、(Ｄ／ＤＥ)≦１.０７なる関係を満足する。
また、本発明は、相対回転可能に対向配置された内輪及び外輪と、内輪の外径面及び外輪の内径面にそれぞれ対向して形成された軌道面間に転動自在に組み込まれた複数の転動体とを備えた転がり軸受であって、軸受内径寸法をｄ、内輪の軌道面の径寸法をｄｉとすると、(ｄ／ｄｉ)≦１.０７なる関係を満足する。
このような発明において、内輪及び外輪は、軸受鋼で形成されており、弾性変形可能に構成されている。また、転動体として円筒ころが適用されている。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によれば、軸受回転時に負のラジアル内部すきまになった場合でも軌道輪と転動体との間の接触面圧の上昇を抑えて且つ早期の焼き付きを防止して軸受寿命の延命化を図ることが可能な転がり軸受を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の一実施の形態に係る転がり軸受について添付図面を参照して説明する。
図１(ａ)には、転動体２として円筒ころが適用された転がり軸受(円筒ころ軸受)の構成例が示されており、当該円筒ころ軸受は、相対回転可能に対向配置された内輪４及び外輪６を備えている。この場合、内輪４は回転軸８の外径面８ｓに外嵌固定され、外輪６はハウジング１０の内径面１０ｓに対向配置されており、外輪６の外径面６ａとハウジング１０の内径面１０ｓとの間には所定(正)のすきまＷ１が形成されている。なお、すきまＷ１の大きさは、例えば外輪６の外径面６ａとハウジング１０の内径面１０ｓとの間に介在されるオイルスクイズダンパなどの介在物の大きさや形状に応じて任意に設定されるため、ここでは特に限定しない。
【００１２】
また、内輪４の外径面４ａ及び外輪６の内径面６ｂには、それぞれ、その周方向に沿って連続した軌道面(内輪軌道面４ｍ、外輪軌道面６ｍ)が対向して形成されており、これら軌道面4m,6m間に複数の転動体(円筒ころ)２が転動自在に組み込まれている。更に、内外輪4,6間には、保持器１２が介在されており、当該保持器１２により複数の転動体(円筒ころ)２は１つずつ回転自在に保持されている。なお、保持器１２としては、転動体(円筒ころ)２を回転自在に保持できれば任意の形式の保持器を適用することができるため、ここでは特に限定しない。また、当該保持器１２の材質については、例えば樹脂や金属などを適用可能であるため、ここでは特に限定しない。
【００１３】
本実施の形態において、上述したような円筒ころ軸受は、軸受外径寸法(外輪６の外径面６ａの径寸法)をＤ、外輪６の軌道面６ｍの径寸法をＤＥとすると、(Ｄ／ＤＥ)≦１.０７なる関係を満足するように構成されている。即ち、外輪６の断面幅(ラジアル方向の断面幅)が小さくなるように構成されている。この場合、転動体(円筒ころ)２及び内外輪4,6の材料としては、高炭素クロム軸受鋼、耐熱軸受鋼、耐熱浸炭軸受鋼などが使用されるが、かかる軸受鋼を適用した場合でも、外輪６の断面幅を小さくすることで当該外輪６を弾性変形可能に構成することができる。
【００１４】
このような構成によれば、回転軸８の回転により内外輪4,6が相対回転している間に、軸受内部(ラジアル内部)すきまが負のすきまになった場合、外輪６が転動体(円筒ころ)２からの荷重を受けてハウジング１０の内径面１０ｓ方向に弾性変形することで、軸受内部に生じる予圧(転動体荷重)を低減させることができる。これにより、転動体(円筒ころ)２と内外輪4,6(軌道面4m,6m)との間の接触面圧の上昇を抑えることができる。この場合、軸受の早期の焼き付きを防止することが可能となり、その結果、軸受寿命の延命化を実現することができる。
【００１５】
具体例で説明すると、ガスタービンエンジンなどを用いた発電装置では、非常停止時に起きるソークバックにより軌道輪の温度差が増大し、これによりラジアル内部すきまが負のすきまとなった場合、外輪６が転動体(円筒ころ)２からの荷重を受けて弾性変形することで、転動体(円筒ころ)２と内外輪4,6(軌道面4m,6m)との間の接触面圧の上昇を抑えることができる。これにより、転動体(円筒ころ)２や内外輪4,6(軌道面4m,6m)に対する圧痕やはくり損傷などの発生を防止することが可能となり、その結果、発電装置を長期に亘って安定して稼働させ続けることができる。
【００１６】
また、ジェットエンジンやガスタービンエンジンの主軸受のように、高速軽荷重で使用される円筒ころ軸受において、ラジアル内部すきまが負のすきまとなった場合、外輪６が転動体(円筒ころ)２からの荷重を受けて弾性変形することで、転動体(円筒ころ)２と内外輪4,6(軌道面4m,6m)との間の接触面圧の上昇を抑えることができる。これにより、スキッディング損傷の発生を防止すると共に、軸受の早期の焼き付きを防止することが可能となり、その結果、軸受寿命の延命化を実現することができる。
【００１７】
また、図１(ｂ)には、本発明の他の実施の形態に係る転がり軸受の構成例が示されている。かかる構成例の転がり軸受にも転動体２として円筒ころが適用されており、上述した一実施の形態(図１(ａ))と同一の構成を有している。相違点としては、外輪６がハウジング１０の内径面１０ｓに内嵌固定され、内輪４が回転軸８の外径面８ｓに対向配置されており、内輪４の内径面４ｂと回転軸８の外径面８ｓとの間には所定(正)のすきまＷ２が形成されている。なお、すきまＷ２の大きさは、例えば内輪４の内径面４ｂと回転軸８の外径面８ｓとの間に介在されるオイルスクイズダンパなどの介在物の大きさや形状に応じて任意に設定されるため、ここでは特に限定しない。
【００１８】
図１(ｂ)の構成例における円筒ころ軸受は、軸受内径寸法をｄ、内輪４の軌道面４ｍの径寸法をｄｉとすると、(ｄ／ｄｉ)≦１.０７なる関係を満足するように構成されている。即ち、内輪４の断面幅(ラジアル方向の断面幅)が小さくなるように構成されている。この場合、転動体(円筒ころ)２及び内外輪4,6の材料としては、高炭素クロム軸受鋼、耐熱軸受鋼、耐熱浸炭軸受鋼などが使用されるが、かかる軸受鋼を適用した場合でも、内輪４の断面幅を小さくすることで当該内輪４を弾性変形可能に構成することができる。
【００１９】
このような構成によれば、回転軸８の回転により内外輪4,6が相対回転している間に、軸受内部(ラジアル内部)すきまが負のすきまになった場合、内輪４が転動体(円筒ころ)２からの荷重を受けて回転軸８の外径面８ｓ方向に弾性変形することで、軸受内部に生じる予圧(転動体荷重)を低減させることができる。これにより、転動体(円筒ころ)２と内外輪4,6(軌道面4m,6m)との間の接触面圧の上昇を抑えることができる。この場合、軸受の早期焼き付きを防止することが可能となり、その結果、軸受寿命の延命化を実現することができる。なお、他の効果については、上述した一実施の形態(図１(ａ))と同様であるため、その説明は省略する。
【００２０】
ここで、上述したような効果について、ラジアル内部すきまが負のすきまになった際の軸受寿命(計算寿命)と最大面圧との関係(図２〜図４)を参照しつつ検証する。
なお、図１(ａ),(ｂ)に示した転がり軸受(円筒ころ軸受)は、互いに同一の効果を奏するため、以下では、図１(ａ)に例示した円筒ころ軸受について、その効果を検証する。即ち、当該円筒ころ軸受は、軸受外径寸法(外輪６の外径面６ａの径寸法)をＤ、外輪６の軌道面６ｍの径寸法をＤＥとすると、(Ｄ／ＤＥ)≦１.０７なる関係を満足するように構成されている。
【００２１】
図２(ａ),(ｂ)には、呼び番号Ｎ２０８の円筒ころ軸受において、負(−0.010)のラジアル内部すきまになった際の軸受寿命(計算寿命)と最大面圧との関係が示されている。同図(ａ)の軸受には３００kgfのラジアル荷重Ｆｒが負荷されており、一方、同図(ｂ)の軸受には１５０kgfのラジアル荷重Ｆｒが負荷されている。同図(ａ),(ｂ)の関係から明らかなように、(Ｄ／ＤＥ)≦１.０７なる関係を満足するように軸受を構成することで、転動体(円筒ころ)２と内外輪4,6(軌道面4m,6m)との間の接触面圧の上昇を抑えて軸受寿命の延命化を実現できることが検証された。
【００２２】
図３(ａ),(ｂ)には、呼び番号Ｎ２０８の円筒ころ軸受において、負(−0.020)のラジアル内部すきまになった際の軸受寿命(計算寿命)と最大面圧との関係が示されている。同図(ａ)の軸受には３００kgfのラジアル荷重Ｆｒが負荷されており、一方、同図(ｂ)の軸受には１５０kgfのラジアル荷重Ｆｒが負荷されている。同図(ａ),(ｂ)の関係から明らかなように、(Ｄ／ＤＥ)≦１.０７なる関係を満足するように軸受を構成することで、転動体(円筒ころ)２と内外輪4,6(軌道面4m,6m)との間の接触面圧の上昇を抑えて軸受寿命の延命化を実現できることが検証された。
【００２３】
図４(ａ),(ｂ)には、呼び番号Ｎ２０８の円筒ころ軸受において、負(−0.050)のラジアル内部すきまになった際の軸受寿命(計算寿命)と最大面圧との関係が示されている。同図(ａ)の軸受には３００kgfのラジアル荷重Ｆｒが負荷されており、一方、同図(ｂ)の軸受には１５０kgfのラジアル荷重Ｆｒが負荷されている。同図(ａ),(ｂ)の関係から明らかなように、(Ｄ／ＤＥ)≦１.０７なる関係を満足するように軸受を構成することで、転動体(円筒ころ)２と内外輪4,6(軌道面4m,6m)との間の接触面圧の上昇を抑えて軸受寿命の延命化を実現できることが検証された。
【００２４】
なお、上述した実施の形態では、転動体２として円筒ころを適用した転がり軸受を想定して説明したが、例えば円すいころ、針状ころ、球面ころなどを適用した転がり軸受や、転動体２として玉を適用した転がり軸受にも本発明の技術的思想を適用することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】(ａ)は、本発明の一実施の形態に係る転がり軸受の構成を示す断面図、(ｂ)は、本発明の他の実施の形態に係る転がり軸受の構成を示す断面図。
【図２】(ａ)は、３００kgfのラジアル荷重Ｆｒが負荷された軸受において、負(−0.010)のラジアル内部すきまになった際の軸受寿命(計算寿命)と最大面圧との関係を示す図、(ｂ)は、１５０kgfのラジアル荷重Ｆｒが負荷された軸受において、負(−0.010)のラジアル内部すきまになった際の軸受寿命(計算寿命)と最大面圧との関係を示す図。
【図３】(ａ)は、３００kgfのラジアル荷重Ｆｒが負荷された軸受において、負(−0.020)のラジアル内部すきまになった際の軸受寿命(計算寿命)と最大面圧との関係を示す図、(ｂ)は、１５０kgfのラジアル荷重Ｆｒが負荷された軸受において、負(−0.020)のラジアル内部すきまになった際の軸受寿命(計算寿命)と最大面圧との関係を示す図。
【図４】(ａ)は、３００kgfのラジアル荷重Ｆｒが負荷された軸受において、負(−0.050)のラジアル内部すきまになった際の軸受寿命(計算寿命)と最大面圧との関係を示す図、(ｂ)は、１５０kgfのラジアル荷重Ｆｒが負荷された軸受において、負(−0.050)のラジアル内部すきまになった際の軸受寿命(計算寿命)と最大面圧との関係を示す図。
【図５】従来の軸受において、軸受回転時のラジアル内部すきまの増減に伴う軸受の計算寿命と最大面圧との関係を示す図であり、(ａ)及び(ｂ)は、外輪を剛体として構成した場合の一例を示す図、(ｃ)及び(ｄ)は、外輪を剛体として構成しない場合の一例を示す図。
【符号の説明】
【００２６】
２  転動体
４  内輪
４ａ  内輪の外径面
４ｂ  内輪の内径面
４ｍ  内輪軌道面
６  外輪
６ａ  外輪の外径面
６ｂ  外輪の内径面
６ｍ  外輪軌道面
【図１】
2007170615.tif 000003
【図２】
2007170615.tif 000004
【図３】
2007170615.tif 000005
【図４】
2007170615.tif 000006
【図５】
2007170615.tif 000007