(57)【要約】【課題】コンパクトで定格荷重が高く、表面損傷を軽減した油圧ポンプ・モータ用ころ軸受を提供する。【解決手段】内輪軌道面と外輪軌道面との間に転動自在に介在する複数のころ6と、隣り合ったころ6間に位置する間座8を具備するころ軸受において、間座8の軸方向両端にころ端面6bと向き合う拡張部12を設けた。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪軌道面と外輪軌道面との間に転動自在に介在する複数のころと、隣り合ったころ間に位置する間座を具備するころ軸受において、間座の軸方向両端にころ端面と向き合う拡張部を設けた油圧ポンプ・モータ用ころ軸受。
【請求項２】
間座のころ転動面と向き合う面がころのピッチ円を跨いで延在する凹形状であり、かつ、間座が内輪つば外径または外輪つば内径によって案内され、隣り合うころで間座を挟み込んだとき、間座と前記軌道輪との間にすきまがある請求項１の油圧ポンプ・モータ用ころ軸受。
【請求項３】
間座の外輪つば内径面と向き合う面が、外輪つば内径の曲率半径よりも小さい曲率半径の凸曲面である請求項１または２の油圧ポンプ・モータ用ころ軸受。
【請求項４】
間座の内輪つば外径面と向き合う面が、内輪つば外径の曲率半径よりも大きい曲率半径の凹曲面である請求項１または２の油圧ポンプ・モータ用ころ軸受。
【請求項５】
ころと間座でキーストン効果を発揮する請求項１ないし４のいずれかの油圧ポンプ・モータ用ころ軸受。
【請求項６】
間座をポリフェニールサルファイド、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルエーテルケトンからなる群より選ばれる樹脂で形成した請求項１ないし５のいずれかの油圧ポンプ・モータ用ころ軸受。
【請求項７】
間座を焼結合金で形成した請求項１ないし５のいずれかの油圧ポンプ・モータ用ころ軸受。
【請求項８】
請求項１ないし７のいずれかに記載のころ軸受を備えた油圧ポンプ・モータ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は油圧ポンプ・モータ用ころ軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
油圧機構は比較的簡単な構造で大きな力を生み出すため、建設機械や農業機械の駆動や作動用ポンプ・モータなどに多く用いられている。近年の建設機械や農業機械に対する高出力の要求は高まる一方であり、換言すると、油圧ポンプ・モータの高出力化が求められている。そのため、同装置に使用される軸受にも、コンパクトで高い定格荷重を備えた軸受が要求されている。そのため同装置には、保持器を排除してより多くのころを組み込んだ総転動体軸受が使用されることがある。総転動体軸受はコンパクトで高い定格荷重を発揮する。
【０００３】
油圧ポンプ・モータについてはたとえば特許文献１に記載があり、ころ軸受についてはたとえば特許文献２に記載がある。
【特許文献１】特許第３２４４７５９号公報
【特許文献２】特許第３５４９５３０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、総転動体軸受は隣り合うころ同士が逆回転で接触するため、ころの自転が阻害されやすいほか、かじりやスミアリングといった表面損傷を生じやすい傾向にある。ここで、油圧ポンプ・モータの作動油は比較的粘度が低く、同作動油を潤滑油として流用する軸受の転がり面には、油膜が形成されにくいという特徴がある。さらに、前記作動油には、火災への懸念から難燃性の油が使用され、また、環境への配慮から生分解性の油が使用されることが多く、両者はいずれも一般的な潤滑油よりも油膜形成能力が劣るため、前記損傷傾向は寄り一層顕著に現れる。
【０００５】
本発明の主要な目的は、コンパクトで定格荷重が高く、表面損傷を軽減した油圧ポンプ・モータ用ころ軸受を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の油圧ポンプ・モータ用ころ軸受は、内輪軌道面と外輪軌道面との間に転動自在に介在する複数のころと、隣り合ったころ間に位置する間座を具備するころ軸受において、間座の軸方向両端にころ端面と向き合う拡張部を設けたことを特徴とするものである。。このような構成を採用することで、従来の環状を成す保持器にみられる引張応力の発生を回避することができるため、より多くのころを軸受に組み込むことができ、コンパクトで定格荷重の高いころ軸受を提供することができる。さらに、総転動体軸受と異なり、隣り合うころ同士の接触を回避することができ、ころ同士が逆回転で摺動することがないため、ころの自転が阻害されにくく、かじりやスミアリングといった表面損傷を大幅に軽減することができる。
【０００７】
また、間座の軸方向両端にころ端面と向き合う拡張部を設けることで、間座の軸方向への動きをこの拡張部ところ端面とで規制することができる。間座の径方向への動きは、ころ転動面または内輪つば外径面もしくは外輪つば内径面にて規制することができる。間座の移動規制手段として内輪や外輪の軌道面やつば側面を使用しないため、隣り合うころ間において、間座を広域にわたって介在させる必要がなく、潤滑油の攪拌抵抗を抑えることができ、また、転がり面付近において潤滑油の円滑な貫流を妨げることがない。さらに、間座を内輪つば外径面または外輪つば内径面に案内させる場合、間座の拡張部はその案内面積を拡大する効果をも発揮するため、案内面において油膜が形成されやすくなる。
【０００８】
特許文献２に記載のころ軸受においては、間座の動きを内輪および外輪の軌道面とつば側面とによって規制するため、必然的にころの径方向断面と同程度の大きさの間座を介在させることになり、潤滑油の攪拌抵抗が大きい傾向がある。さらに、間座を内輪または外輪の軌道面に摺動させるため、転がり面における円滑な油膜形成が損なわれるおそれがある。
【０００９】
請求項２の発明は、請求項１の油圧ポンプ・モータ用ころ軸受において、間座のころ転動面と向き合う面（ころ接触面）がころのピッチ円を跨いで延在する凹形状であり、かつ、間座が内輪つば外径面または外輪つば内径面によって案内され、隣り合うころで間座を挟み込んだとき、間座と軌道輪との間にすきまがあることを特徴とするものである。軌道面上で間座をころで挟み込むと、ころ接触面の凹形状の底を接触位置として間座の径方向位置が決まる。そのとき、間座と軌道輪の間にすきまがあるように設定することで、間座が隣り合うころによって軌道輪に押し付けられる状態を回避することができる。このような設定により間座は基本的にはころ案内となり、円周方向すきまに位置する間座だけが隣り合うころの拘束から解放され、回転速度が高い場合には外輪つば内径面に、低い場合にはころに案内される仕様となる。解放された間座には、自重、遠心力以外に半径方向への力が作用しないため、間座の案内面における発熱や磨耗を軽減させることができる。
【００１０】
請求項３の発明は、請求項１または２の油圧ポンプ・モータ用ころ軸受において、間座の外輪つば内径面と向き合う面が、外輪つば内径の曲率半径よりも小さい曲率半径の凸曲面であることを特徴とするものである。また、請求項４の発明は、請求項１または２の油圧ポンプ・モータ用ころ軸受において、間座の内輪つば外径面と向き合う面が、内輪つば外径の曲率半径よりも大きい曲率半径の凹曲面であることを特徴とするものである。このような構成を採用することで、いわゆる「くさび効果」（運動方向に狭まっているくさび状のすきまに、流体が粘性によって引き込まれて圧力すなわち負荷能力を発生する効果）が得られ、軌道輪の案内面と対向する間座の案内面において油膜が発生しやすくなる。
【００１１】
請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれかの油圧ポンプ・モータ用ころ軸受において、ころと間座でキーストン効果を発揮することを特徴とするものである。このような構成を採用することで、内輪を取り外してもころおよび間座が脱落しない仕様を作り出すことができ、内輪と外輪の別体組み付けが可能となる。すなわち、あらかじめ内輪を軸に、外輪ところのサブアセンブリをハウジングに組み付け、軸ごと内輪を挿入するといった、従来の保持器付きころ軸受同様の組み付けが可能となる。
【００１２】
請求項６の発明は、請求項１ないし５のいずれかの油圧ポンプ・モータ用ころ軸受において、間座をポリフェニールサルファイド、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルエーテルケトンからなる群より選ばれる樹脂で形成したことを特徴とするものである。このような構成を採用することで、ころ転動面のかじりやスミアリングといった表面損傷を大幅に軽減することができる。樹脂材は間座の製作に好適であるだけでなく、一般的に優れた自己潤滑性を有し、ころ転動面および外輪つば内径面または内輪つば外径面と円滑に摺動する。なかでもポリフェニールサルファイド、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルエーテルケトンは、機械的強度、耐熱性および耐油性に優れており、長期にわたって安定した機能を発揮する。
【００１３】
請求項７の発明は、請求項１ないし５のいずれかの油圧ポンプ・モータ用ころ軸受において、間座を焼結合金で形成したことを特徴とするものである。このような構成を採用することで、ころ転動面のかじりやスミアリングといった表面損傷を大幅に軽減することができる。焼結合金は上述の樹脂と同様、間座の製作に好適であるほか、その気孔に潤滑剤を含浸させることができるため、ころ転動面と円滑に摺動する。さらに、線膨張係数が比較的小さいために、高温雰囲気下における熱膨張を抑えることができる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、油圧ポンプ・モータのように高荷重で潤滑条件の厳しい用途において、コンパクトで定格荷重が高く、表面損傷を軽減したころ軸受を提供することができ、装置の長寿命化、信頼性向上に貢献することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、図面に従って本発明の実施の形態について説明する。
【００１６】
まず、図６を参照して油圧ポンプ・モータについて述べる。同図は油圧ポンプ・モータの一例として斜板式油圧ポンプ・モータ装置を示している。この油圧ポンプ・モータは、回転軸３０と、回転軸３０と共に回転するピストン３７と、ピストン３７と共に回転し回転運動をピストン３７の直線運動に変換する被駆動板であるピストンサポート３８と、シリンダバレル３５の回転をピストンサポート３８に伝達する駆動ピン３９と、外周側の第１環状斜板である外面環状部４１ｂにおいてピストンサポート３８が駆動軸３０の軸線Ａ２に対して傾斜角をもって、つまりピストンサポート３８の回転軸線Ｂ２が駆動軸３０の軸線Ａ２に対して傾斜角をもってピストンサポート３８が回転するように、ピストンサポート３８を支承する固定斜板４１とから構成される。ピストン３７はシリンダボア３５ａに複数個挿入され、軸３０の中央部に支承されるピストンサポート３８にその球頭部３７ａが連結され保持されている。
【００１７】
回転軸３０は一端をハウジング３３に軸受３４を介して支承されている。また回転軸３０の他端はサイドカバー３１に軸受３２を介して支承され、シリンダバレル３５がバルブプレート３６を介して配置固着されている。回転軸３０が回転するとシリンダバレル３５が回転し、駆動ピン３９を介して回転力が伝達されピストンサポート３８を回転駆動する。したがってその回転によりピストン３７が往復運動し吐出圧を発生する。
【００１８】
この油圧ポンプ・モータは油圧ポンプとしても油圧モータとしても用いることができる。油圧ポンプとして用いる場合には、回転軸３０をエンジン等で回転駆動してシリンダボア３５ａに低圧ポートから油を吸い込み、そのシリンダボア３５ａ内の油を加圧して高圧ポートから吐出する。油圧モータとして用いる場合、高圧ポートから高圧油をシリンダボア３５ａに供給してシリンダバレル３５と共に回転軸３０を回転させ、低圧ポートから油を排出する。
【００１９】
次に、上述の油圧ポンプ・モータにおける回転軸３０を支持する軸受について述べる。図１に示す実施例は円筒ころ軸受に適用した例であって、この円筒ころ軸受は、内輪２と外輪４と円筒ころ６と間座８を具備している。ここでは内輪２は片つば付き、外輪４は両つば付きである。隣り合う円筒ころ６間に間座８が介在させてある。間座８は図２に拡大して示すように概ね板状で、円筒ころ６の転動面６ａと接触する面すなわち、ころ接触面を符号１０で指してある。ころ接触面１０の断面形状は、円筒ころ６の転動面６ａを受け入れる凹形状、たとえば凹円弧状である。
【００２０】
間座８の長手方向の両端に拡張部１２が形成してあり、互いに対向する拡張部１２の内側面１４は、軸受に組み込んだ状態では円筒ころ６の端面６ｂと向かい合う。そうして、間座８の拡張部１２と円筒ころ６との干渉により、間座８の軸方向移動が規制される。間座８の拡張部１２の上面、つまり軸受に組み込んだ状態で軸受の半径方向外側を向く面は、外輪４のつば４ｂの内径面と向かい合う。間座８のころ接触面１０および下部（軸受の半径方向内側）には符号１６で示すように凹部が形成してあり、潤滑剤の保持や、ころ表面の冷却効率を向上させる役割を果たす。
【００２１】
図３に示すように、軸受に組み込んだ状態で、間座８のころ接触面１０は円筒ころ６のピッチ円を跨いで延在する。したがって、間座８は円筒ころ６だけで案内、つまりころ案内とすることができるが、本実施例においては外輪４のつば内径面に案内させるようにしてある。隣り合うころ６で間座８を挟み込んだとき、間座８と外輪４との間に半径方向のすきまＳｒが存在する。また、間座８の、外輪４のつば内径面と向き合う面は凸曲面であり、その曲率半径Ｒ１は外輪４のつば内径面の曲率半径Ｒ２よりも小さく設定してある。そのため、間座８と外輪４のつば内径面との間に潤滑油のくさび膜効果が発生し、間座８の磨耗が軽減する。なお、軸受の円周方向を向いた拡張部１２の端縁には、外輪４のつば内径面とのエッジ接触を避けるため、面取りを設けるのが望ましい（図２参照）。
【００２２】
軌道面上で間座８をころ６で挟み込むと、ころ接触面１０の凹形状断面の底を接触位置として間座８の軸受半径方向位置が決まる。そのとき、上述のように間座８と外輪４との間にすきまＳｒ（図３参照）が存在するように設定しておくことにより、図４に示すような、間座８が隣り合うころ６によって外輪４に押し付けられる状態を回避することができる。このような設定により間座８は基本的にはころ案内となり、円周方向すきまに位置する間座８だけが隣り合うころ６の拘束から解放され、回転速度が高い場合には外輪つば内径面に、低い場合にはころ６に案内される仕様となる。解放された間座８には、自重、遠心力以外に半径方向の力が作用しないため、間座８の案内面（外輪つば内径面と向き合う面）における発熱や磨耗が軽減する。
【００２３】
なお、図３は外輪４のつば内径面に間座８を案内させる場合の構成を例示したものであるが、内輪２のつば外径面に間座８を案内させる場合には、間座８の、内輪２のつば外径面と向き合う面を凹曲面とし、その曲率半径を内輪２のつば外径面の曲率半径よりも大きく設定する。また、隣り合うころ６で間座８を挟み込んだとき、間座８と内輪２との間に半径方向のすきまＳｒが存在するように設定する。
【００２４】
ころ６と間座８でキーストン効果を発揮する構成としてもよい。その場合、内輪２を抜いても外輪４からころ６および間座８が脱落しないため、取扱いが非常に容易となる。図５に示すように、ころ６と間座８でキーストンが成立する条件は、式Ｓｃ＜Ａで表される。同図は円筒ころ軸受の組み立て過程、すなわち、外輪４の内周にころ６と間座８を交互に配列していき、最後の１個のころ６とその両脇に位置すべき一対の間座８を、配列済みのころ列の終端間に押し込む前の状態を示している。符号Ａはころ６の直径と一対の間座８の肉厚の和、Ｓｃは配列済みのころ列の終端間寸法を表している。
【００２５】
間座８の材質は、樹脂であっても金属であってもよい。樹脂材は間座の製作に好適であるだけでなく、一般的に優れた自己潤滑性を有し、ころ転動面および外輪つば内径面または内輪つば外径面と円滑に摺動する。ころ転動面のかじりやスミアリングといった表面損傷を大幅に軽減することができる。なかでもポリフェニールサルファイド、ポリエーテルサルホン、ポリエーテルエーテルケトンは、機械的強度、耐熱性および耐油性に優れており、長期にわたって安定した機能を発揮する。この場合、間座の製作方法は射出成形によるものとし、グラスファイバーやカーボンファイバーなどの繊維を配合してもよい。
【００２６】
金属製間座の製作法方法としては、鋳造、切削、鍛造、プレス等、特に限定しないが、製造コスト面ではロストワックス等に代表される鋳造や、鍛造が好ましく、特に高精度で製作する場合は切削による追加工や一からの製作が好ましい。あるいは、間座を焼結合金で形成することにより、ころ転動面のかじりやスミアリングといった表面損傷を大幅に軽減することができる。焼結合金は上述の樹脂と同様、間座の製作に好適であるほか、その気孔に潤滑剤を含浸させることができるため、ころ転動面と円滑に摺動する。さらに、線膨張係数が比較的小さいため、高温雰囲気下における熱膨張を抑えることができる。この場合の間座の製作方法は固相焼結であっても液相焼結であってもよい。固相焼結は、気孔内に効果的に潤滑剤を含浸させることができる。液相焼結は、固相焼結に見られる気孔を融点の低い金属で埋めることができ、間座の強度を向上させることができる。例を挙げるならば、焼結母材を銅とし、封孔金属をアルミニウムとする。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】実施例を示すころ軸受の破断斜視図
【図２】図１のころ軸受における間座の拡大斜視図
【図３】図１のころ軸受の部分側面図
【図４】間座のみ断面にした図１のころ軸受の部分側面図
【図５】図１のころ軸受の組み立て過程を示す横断面図
【図６】斜版式油圧ポンプ・モータの縦断面図
【符号の説明】
【００２８】
２  内輪
４  外輪
６  ころ
６ａ  転動面
６ｂ  端面
８  間座
１０  ころ接触面
１２  拡張部
１６  凹部
【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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