(57)【要約】【課題】外輪と内輪が同じサイズ（大きさや直径）であっても転動体に作用する応力を低減できるころ軸受を提供する。【解決手段】  転動体２０は、内輪１４の外周面１４ａと外輪１２の内周面１２ａとに挟まれた空間に嵌まり込んだ円筒体２２と、この円筒体２２の中空部に差し込まれたころ２４とを有する。ころ軸受２０の回転に伴って円筒体２２ところ２４は転動する。円筒体２２の内径はころ２４の外径よりも大きい。また、円筒体２２の板厚は、例えば、ころ２４の外径の１％乃至３％であり、円筒体２２に作用する荷重（負荷）によって円筒体２２は容易に弾性変形するような厚さになっている。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪と外輪とに挟まれた空間に複数の転動体を配置して、所定の回転軸を中心に回転するころ軸受において、
前記転動体は、
前記空間に嵌まり込んで転動する円筒体と、
該円筒体の中空部に差し込まれたころとを有するものであることを特徴とするころ軸受。
【請求項２】
前記円筒体は、その内径が前記ころの外径よりも大きいものであることを特徴とする請求項１に記載のころ軸受。
【請求項３】
前記円筒体は、その横断面が楕円形に変形した状態で前記空間に嵌まり込んでいるものであることを特徴とする請求項１又は２に記載のころ軸受。
【請求項４】
前記円筒体は、該円筒体に荷重が作用したときには、この荷重の大きさに応じた量だけ変形するものであることを特徴とする請求項１、２、又は３に記載のころ軸受。
【請求項５】
前記円筒体は、該円筒体から荷重を取り除くことにより元の形状に戻る弾性体からなるものであることを特徴とする請求項４に記載のころ軸受。
【請求項６】
前記円筒体は、その長手方向両端部の外径がその長手方向中央部の外径よりも短いものであることを特徴とする請求項１から５までのうちのいずれか一項に記載のころ軸受。
【請求項７】
前記ころは、その長手方向両端部の外径がその長手方向中央部の外径よりも短いものであることを特徴とする請求項１から６までのうちのいずれか一項に記載のころ軸受。
【請求項８】
前記転動体は、前記回転軸に垂直方向の荷重を受けるものであることを特徴とする請求項１から７までのうちのいずれか一項に記載のころ軸受。
【請求項９】
前記転動体は、前記回転軸に平行な方向の荷重を受けるものであることを特徴とする請求項１から７までのうちのいずれか一項に記載のころ軸受。
【請求項１０】
前記転動体は、前記回転軸に交差する方向の荷重を受けるものであることを特徴とする請求項１から７までのうちのいずれか一項に記載のころ軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、内輪と外輪に挟まれた空間に複数の転動体を配置して、所定の回転軸を中心に回転するころ軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、軸（回転軸）を支えてこの回転軸の回転運動を可能にする転がり（ころがり）軸受が広く知られている。ころがり軸受としては、例えば鋼球を転動体として使用する玉軸受と、ころを転動体として使用するころ軸受とが挙げられる。ころ軸受は、比較的大きな荷重を保持する用途に多用されている（例えば、特許文献１参照。）。ころ軸受では、例えば、荷重を、外輪からころを介して内輪に伝えるので、外輪ところが接触する接触部分、及び内輪ところが接触する接触部分には大きな圧縮の応力が発生する。
【０００３】
この応力は、ころの径が小さいときはころの本数を増加させることにより、大きく増加することはない。しかし、ころの径が小さくなるほど、ころ軸受の回転数（内輪と外輪間の相対的回転数）に比べてころの回転数が増加するので、ころ自体の寿命は短くなる。このため、ころ軸受の回転数に基づいて計測される回転寿命は低下する。従って、ころ軸受の寿命を増加させる、定格荷重を増加させるための大きな要因として「ころの径」の増加が挙げられる。
【０００４】
この「ころの径」を増加させる場合、外輪を大きくするか内輪を小さくしなければならない。外輪を大きくしたときは軸受の占有面積が広くなるので、他の部品の設計の自由度を制約する。また、内輪を小さくしたときは軸径（内輪の内径に相当し、回転軸の外径である）が細くなるので、ころ軸受としての寿命は長くなるが回転軸の強度は低下という相反する事態を生じる。
【特許文献１】特開平１１−２８０７７３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
本発明は、上記事情に鑑み、外輪と内輪が同じサイズ（大きさや直径）であっても転動体に作用する応力を低減できるころ軸受を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するための本発明のころ軸受は、内輪と外輪とに挟まれた空間に複数の転動体を配置して、所定の回転軸を中心に回転するころ軸受において、前記転動体は、
（１）前記空間に嵌まり込んで転動する円筒体と、
（２）該円筒体の中空部に差し込まれたころとを有するものであることを特徴とするものである。
【０００７】
ここで、
（３）前記円筒体は、その内径が前記ころの外径よりも大きいものであってもよい。
【０００８】
また、
（４）前記円筒体は、その横断面が楕円形に変形した状態で前記空間に嵌まり込んでいるものであってもよい。
【０００９】
さらに、
（５）前記円筒体は、該円筒体に荷重が作用したときには、この荷重の大きさに応じた量だけ変形するものであってもよい。
【００１０】
さらにまた、
（６）前記円筒体は、該円筒体から荷重を取り除くことにより元の形状に戻る弾性体からなるものであってもよい。
【００１１】
さらにまた、
（７）前記円筒体は、その長手方向両端部の外径がその長手方向中央部の外径よりも短いものであってもよい。
【００１２】
さらにまた、
（８）前記ころは、その長手方向両端部の外径がその長手方向中央部の外径よりも短いものであってもよい。
【００１３】
さらにまた、
（９）前記転動体は、前記回転軸に垂直方向の荷重を受けるものであってもよい。
【００１４】
さらにまた、
（１０）前記転動体は、前記回転軸に平行な方向の荷重を受けるものであってもよい。
【００１５】
さらにまた、
（１１）前記転動体は、前記回転軸に交差する方向の荷重を受けるものであってもよい。
【発明の効果】
【００１６】
本発明のころ軸受によれば、ころ軸受に荷重が作用することにより円筒体が変形して円筒体と内輪及び外輪との接触面積が増えるので、円筒体に作用する応力（単位面積当たりに作用する圧力）を低減できる。このため、円筒体及びころの耐久性が向上して、ころ軸受の耐久性が向上することとなる。ころ軸受の耐久性を向上させる必要の無い場合は、軸受の主要部材である外輪や内輪の材料強度を弱めたりそれらの表面処理を廃止したりできるので、ころ軸受のコストを低減できる。また、耐久性の改善が必要無い場合には、転動体の径を減少できるので、ころ軸受の小型化だけでなく、関連部品の小型化が可能となり、材料資源の節約に貢献できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
本発明は、内輪と外輪に挟まれた空間に複数の転動体を配置して、所定の回転軸を中心に回転するころ軸受に実現された。
【実施例１】
【００１８】
図１を参照して、本発明のころ軸受の一例を説明する。
【００１９】
図１は、本発明のころ軸受の一例を示す斜視図である。
【００２０】
ころ軸受１０は、環状の外輪１２と、この外輪１２の内径よりも小さい外径をもつ環状の内輪１４と、内輪１４の外周面１４ａと外輪１２の内周面１２ａとに挟まれた空間に配置された複数の転動体２０とを備えている。複数の転動体２０は、外輪１２と内輪１４の隙間に位置していることとなる。外輪１２と内輪１４は周知のものである。外輪１２と内輪１４の厚さｔはほぼ同じであり、この厚さ方向に複数の転動体２０は延びている。また、複数の転動体２０は適宜の間隔を空けて配置されている。内輪１４の内側（内周面に囲まれた空間）には、内輪１４の内径とほぼ同じ外径をもつ回転軸（図示せず）が嵌め込まれる。この回転軸を中心にして、回転軸と共に内輪１４が回転する。
【００２１】
転動体２０は、内輪１４の外周面１４ａと外輪１２の内周面１２ａとに挟まれた空間に嵌まり込んだ円筒体２２と、この円筒体２２の中空部に差し込まれたころ２４とを有する。内輪１４の回転に伴って円筒体２２ところ２４は転動する。円筒体２２の内径はころ２４の外径よりも大きい。また、円筒体２２の板厚は、例えば、ころ２４の外径の１％乃至５％であり、円筒体２２に作用する荷重（負荷）によって円筒体２２は弾性変形するような厚さになっている。
【００２２】
円筒体２２の長手方向両端部の外径は、その長手方向中央部の外径よりも短くなっており、円筒体２２は、所謂クラウン形状になっている。また、同様に、ころ２４の長手方向両端部の外径は、その長手方向中央部の外径よりも短くなっており、ころ２４は、所謂クラウン形状になっている。このように、転動体２０を構成する円筒体２２ところ２４がクラウン形状となっているので、内輪１４の外周面１４ａと外輪１２の内周面１２ａとに挟まれた空間に円筒体２２を嵌め込み易く、また、この嵌め込まれた円筒体２２の中空部にころ２４を差し込み易いので、ころ軸受１０は組み立て易くなっており組立性が向上している。
【００２３】
図２と図３を参照して、組み立てられた状態のころ軸受について説明する。
【００２４】
図２は、荷重が作用していないころ軸受を回転軸に垂直に切断してその一部を示す断面図である。図３は、荷重が作用しているころ軸受を回転軸に垂直に切断してその一部を示す断面図である。これらの図では、図１に示す構成要素と同じ構成要素には同じ符号が付されている。
【００２５】
ころ軸受１０に荷重が作用していない状態であっても、図２に示すように、円筒体２２は、その横断面が楕円形に変形した状態で上記の空間に嵌まり込んでいる。このときの外輪１２の内周面１２ａと円筒体２２との接触部分はＳ１であり、同様に、内輪１４の外周面１４ａと円筒体２２との接触部分はＳ２である。この円筒体２２に荷重が作用したときには、この荷重の大きさに応じた量だけ円筒体２２は変形する。この場合、円筒体２２から荷重を取り除くことにより円筒体２２は元の形状に戻るように弾性体から構成されている。
【００２６】
ころ軸受１０に荷重（図３のＦ方向の圧縮力）が作用した状態では、図３に示すように、円筒体２２のうち外輪１２ところ２４に挟まれた部分（外輪１２ところ２４に接触している部分であり、接触部分という）、及び、内輪１４ところ２４に挟まれた部分（内輪１４ところ２４に接触している部分であり、接触部分という）が、その接触部分の板厚方向に圧縮されることとなる。即ち、円筒体２２は、その回転軸に垂直方向の荷重を受けていることとなる。このため、円筒体２２はその接触部分がより扁平な楕円形状となるよう変形し、全体としては四角形に近い形に変形する。このように変形することにより、上記の接触部分における曲率半径は、無荷重のときよりも大きくなって外輪１２と内輪１４の曲率半径に近づく。即ち、荷重が作用していないころ軸受１０に荷重を作用させた場合、この荷重の大きさに応じた量だけ（この量に追従して）円筒体２２がいっそう四角形に近い形に変形して上記の接触部分の面積が増える。この面積は、図３のＳ３およびＳ４で表されるように、無荷重のときのＳ１およびＳ２に比べて広くなっている。このため、上記の接触部分に作用する圧縮応力（単位面積当たりの圧縮力）は減少する。この結果、図３のＦ方向の圧縮力が同一の場合、従来の転動体としてころだけを使用するころ軸受に比べて、接触部分における圧縮応力は減少する（緩和される）。円筒体２２及びころ２４の材料やサイズ（厚さや大きさ）を適宜に選択することにより、上記の圧縮応力を、従来のころ軸受の場合に比べ１０％程度緩和できる。なお、ころ２４は、上記の圧縮荷重によってはほとんど変形しない。
【００２７】
上記のように円筒体２２ところ２４からなる転動体２０を使用した場合、転動体としてころだけを使用する従来のころ軸受に比べて、各部材の圧縮応力は１０％程度低減できるので、ころ軸受１０の寿命は２倍程度に向上することとなる。なお、円筒体２２の厚さは薄いほど変形し易くて圧縮応力の低減に効果はあるが、薄くしたことによって、円筒体２２に周方向の大きな引張応力が発生するので、円筒体２２の耐久性が低下する。円筒体２２の耐久性を向上させるためには、変形し易い低剛性係数を有し、且つ高強度のチタン合金等を用いることが有効である。
【００２８】
図４を参照して、本発明のころ軸受の他の例（円錐ころ軸受の例）を説明する。
【００２９】
図４は、本発明のころ軸受の他の例を回転軸に平行に切断して示す断面図である。
【００３０】
円錐ころ軸受３０は、環状の外輪３２と、この外輪３２の内径よりも小さい外径をもつ環状の内輪３４と、内輪３４の外周面３４ａと外輪３２の内周面３２ａとに挟まれた空間に配置された複数の転動体４０とを備えている。複数の転動体４０は、外輪３２と内輪３４の間の隙に位置していることとなる。外輪３２と内輪３４は周知のものである。内輪３４の内側には、内輪３４の内径とほぼ同じ外径をもつ回転軸５０が嵌め込まれる。この回転軸５０を中心にして、回転軸５０と共に内輪３４が回転する。複数の転動体４０は、回転軸５０に交差する方向に延びている。従って、円錐ころ軸受３０にＦ方向の荷重が作用したときには、転動体４０は、回転軸５０に交差する方向の荷重を受ける。なお、複数の転動体４０は適宜の間隔を空けて配置されている。
【００３１】
転動体４０は、内輪３４の外周面３４ａと外輪３２の内周面３２ａとに挟まれた空間に嵌まり込んだ円筒体４２と、この円筒体４２の中空部に差し込まれたころ４４とを有する。内輪３４の回転に伴って円筒体４２ところ４４は転動する。円筒体４２の内径はころ４４の外径よりも大きい。また、円筒体４２の板厚は、例えば、ころ４４の外径の１％乃至３％であり、円筒体４２に作用する荷重（負荷）によって円筒体４２は弾性変形するような厚さになっている。円筒体４２としては、変形し易い低剛性係数を有し、且つ高強度のチタン合金等を用いることが有効である。この構成の円錐ころ軸受３０は、図１〜３を参照して説明したころ軸受１０と同様の作用・効果を奏する。
【００３２】
図５を参照して、本発明のころ軸受のさらに他の例（スラストころ軸受の例）を説明する。
【００３３】
図５は、本発明のころ軸受のさらに他の例を回転軸に平行に切断して示す断面図である。
【００３４】
スラストころ軸受６０は、環状の外輪６２と、この外輪６２の内径よりも小さい内径をもつ環状の内輪６４と、内輪６４の内周面６４ａと外輪６２の内周面６２ａとに挟まれた空間に配置された複数の転動体７０とを備えている。複数の転動体７０は、外輪６２と内輪６４の間の隙に位置していることとなる。外輪６２と内輪６４は周知のものである。内輪６４の内側には、内輪６４の内径とほぼ同じ外径をもつ回転軸８０が嵌め込まれる。この回転軸８０を中心にしてスラストころ軸受６０の内輪６４が回転する。この回転軸８０に垂直な方向に複数の転動体７０は延びている。従って、スラストころ軸受６０にＦ方向の荷重が作用したときには、転動体７０は、回転軸８０に平行な方向の荷重を受ける。なお、複数の転動体７０は適宜の間隔を空けて配置されている。
【００３５】
転動体７０は、内輪６４の内周面６４ａと外輪６２の内周面６２ａとに挟まれた空間に嵌まり込んだ円錐状の円筒体７２と、この円筒体７２の円錐状の中空部に差し込まれた円錐状のころ７４とを有する。内輪６４の回転に伴って円筒体７２ところ７４は転動する。円筒体７２の内径はころ７４の外径よりも大きい。また、円筒体７２の板厚は、例えば、ころ７４の最大外径の１％乃至３％であり、円筒体７２に作用する荷重（負荷）によって円筒体７２は弾性変形するような厚さになっている。円筒体７２としては、変形し易い低剛性係数を有し、且つ高強度のチタン合金等を用いることが有効である。この構成のスラストころ軸受６０は、図１〜３を参照して説明したころ軸受１０と同様の作用・効果を奏する。
【００３６】
ここで、上記の円筒体２２（４２、７２についても同じ）の内径ところ２４（４４、７４についても同じ）の外径の差について説明する。
【００３７】
円筒体２２の外径の半径をＲとし、板厚をｔとし、この円筒体２２を半径方向に２δ圧縮して横断面を楕円にしたときに、この円筒体２２に作用する応力をσ（Ｎ／ｍｍ２）とすると、
σ＝−Ｅｔδ（１−ｌｎＲ）／Ｒ２｛（ｌｎＲ）２／２−ｌｎＲ｝と表される。
【００３８】
ここで、Ｅ＝２×１０５Ｎ／ｍｍ２、Ｒ＝１０ｍｍとして、ｔ＝０．１〜０．６ｍｍの場合の応力σを計算する。この結果を表１に表す。
【表１】
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【００３９】
ころ２４の剛性は高いので、ほとんど変形しない。δの値が大きいほど、円筒体２２ところ２４の間には広い隙間があることを意味する。例えば、外力の作用していない円筒体２２ところ２４との隙間が０．１ｍｍのときは、大きな荷重を作用させても、ころ２４が変形しないので、δは０．１ｍｍにしかならない。この隙間（即ち、δ）が０．１ｍｍの場合、応力σ（Ｎ／ｍｍ２）を作用させたときは、厚さｔが０．１ｍｍの円筒体２２はその半径方向に２δ（０．２ｍｍ）圧縮されることとなる。なお、ころ２４が塑性変形するような荷重は過荷重である。
【００４０】
表１のうち太い線で囲んだ範囲内が実用範囲（許容範囲）内であり、例えば、応力σを６７３Ｎ／ｍｍ２として、厚さｔが０．３ｍｍの円筒体２２をその半径方向に２δ（０．６ｍｍ）圧縮したときは、円筒体が破壊されるおそれがある。従って、この場合は、隙間（即ち、δ）を０．２ｍｍ以下にしておく必要がある。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明のころ軸受の一例を示す斜視図である。
【図２】荷重が作用していないころ軸受を回転軸に垂直に切断してその一部を示す断面図である。
【図３】荷重が作用しているころ軸受を回転軸に垂直に切断してその一部を示す断面図である。
【図４】本発明のころ軸受の他の例を回転軸に平行に切断して示す断面図である。
【図５】本発明のころ軸受のさらに他の例を回転軸に平行に切断して示す断面図である。
【符号の説明】
【００４２】
１０  ころ軸受
１２、３２、６２  外輪
１４、３４、６４  内輪
２０、４０、７０  転動体
２２、４２、７２  円筒体
２４、４４、７４  ころ
３０  円錐ころ軸受
６０  スラストころ軸受
【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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