(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸とハウジングとの間に配置される二段スラスト軸受装置において、前記軸に取り付けられる２つの内輪と、前記ハウジングに取り付けられる２つの外輪と、前記内輪と、これに隣接する前記外輪との間に各々配置される転動体と、前記２つの内輪間に配置される内輪間座と、前記２つの外輪間に配置される外輪間座と、を有し、
前記内輪間座及び前記外輪間座は円筒状であって、その肉厚は互いに等しく且つ各々軸線方向にわたって一様であり、
前記外輪間座の周面に、周方向に間隔をあけて、前記外輪間座の剛性を調整する調整手段及び機構としての穴を形成し、
内輪間座の軸方向の圧縮剛性Ｋiと、外輸間座の軸方向の圧縮剛性Ｋo’との間に、以下の関係が成立する二段スラスト軸受装置。
０．７６×Ｋi＜Ｋo’＜１．２４×Ｋi      （１１）
【請求項２】
軸とハウジングとの間に配置される多段スラスト軸受装置において、前記軸に取り付けられる３つ以上の内輪と、前記ハウジングに取り付けられる３つ以上の外輪と、前記内輪と、これに隣接する前記外輪との間に各々配置される転動体と、前記３つ以上の内輪間に配置される複数の内輪間座と、前記３つ以上の外輪間に配置される複数の外輪間座と、を有し、
前記複数の内輪間座が互いに異なる荷重を受けたとき、大きな荷重を受ける内輪間座に対し、小さな荷重を受ける内輪間座が、前記小さな荷重に比例した半径方向断面積を有する場合よりも大きい半径方向断面積を有しながらも、前記内輪間座において発生する変形量を均等化する側に近づける構造とし、
前記内輪間座は円筒状であって、その厚さは軸線方向において一様であり、
前記構造は、前記内輪間座の剛性を調整する調整手段及び機構として、前記小さな荷重を受ける内輪間座の周面に、周方向に間隔をあけて形成された穴と、前記大きな荷重を受ける内輪間座の周面に、周方向に間隔をあけて形成された穴とを備え、
１段目の内輪間座の軸方向の圧縮剛性Ｋilに対して、ｎ段目の内輪間座の軸方向の圧縮剛性Ｋinとの間、及びｎ段目の外輸間座の軸方向の圧縮剛性Ｋo(Z+1-n)との間に、以下の関係が成立する多段スラスト軸受装置。
０．７６×Ｃｎ×Ｋil＜Ｋin＜１．２４×Ｃｎ×Ｋil  （４）
０．７６×Ｃｎ×Ｋil＜Ｋo(Z+1-n)＜１．２４×Ｃｎ×Ｋil  （５）
ここで、Ｃｎ＝（Ｚ＋１−ｎ）／Ｚであり、Ｚは間座の段数である。
【請求項３】
軸とハウジングとの間に配置される多段スラスト軸受装置において、前記軸に取り付けられる３つ以上の内輪と、前記ハウジングに取り付けられる３つ以上の外輪と、前記内輪と、これに隣接する前記外輪との間に各々配置される転動体と、前記３つ以上の内輪間に配置される複数の内輪間座と、前記３つ以上の外輪間に配置される複数の外輪間座と、を有し、
前記複数の外輪間座が互いに異なる荷重を受けたとき、大きな荷重を受ける外輪間座に対し、小さな荷重を受ける外輪間座が、前記小さな荷重に比例した半径方向断面積を有する場合よりも大きい半径方向断面積を有しながらも、前記外輪間座において発生する変形量を均等化する側に近づける構造とし、
前記外輪間座は円筒状であって、その厚さは軸線方向において一様であり、
前記構造は、前記外輪間座の剛性を調整する調整手段及び機構として、前記小さな荷重を受ける外輪間座の周面に、周方向に間隔をあけて形成された穴と、前記大きな荷重を受ける外輪間座の周面に、周方向に間隔をあけて形成された穴とを備え、
１段目の内輪間座の軸方向の圧縮剛性Ｋilに対して、ｎ段目の内輪間座の軸方向の圧縮剛性Ｋinとの間、及びｎ段目の外輸間座の軸方向の圧縮剛性Ｋo(Z+1-n)との間に、以下の関係が成立する多段スラスト軸受装置。
０．７６×Ｃｎ×Ｋil＜Ｋin＜１．２４×Ｃｎ×Ｋil  （４）
０．７６×Ｃｎ×Ｋil＜Ｋo(Z+1-n)＜１．２４×Ｃｎ×Ｋil  （５）
ここで、Ｃｎ＝（Ｚ＋１−ｎ）／Ｚであり、Ｚは間座の段数である。
【請求項４】
前記穴は、前記外輪及び前記内輪の軸線方向厚さよりも軸線方向寸法が大きい請求項１乃至３のいずれかに記載の多段スラスト軸受装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、大きなスラスト力を受けることができる多段スラスト軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スラスト方向に大きな力を受ける回転軸を支持する場合、一般的にスラスト軸受が用いられる。かかるスラスト軸受は、回転軸側に設けられたフランジ状の内輪と、ハウジング側に設けられたフランジ状の外輪との間にころを挟持して、スラスト方向の力を受けるようになっている。
【０００３】
ところで、スラスト方向の力が大きくなるに従って、ころと内外輪間に生じる面圧が高くなり、スラスト軸受の寿命が短かくなるという問題がある。ころと内外輪間に生じる面圧を低くするためには、各ころが負担する荷重を減少させることが考えられるが、そのためには、ころの数を増大させなくてはならない。ところが、ころの数を増大させると、ころのピッチ円径が大きくなって、内外輪の径が増大するため、スラスト軸受が径方向に大型化するという問題が生じる。
【０００４】
このような問題に対し、軸線方向に沿って、各々ころを挟持する複数段の内外輪を設けた多段スラスト軸受が開発されている。かかる多段スラスト軸受によれば、各段の内外輪に挟持されるころにより、スラスト力を分散して受けることができるため、通常のスラスト軸受と比較すると、外径が小さいにもかかわらず、大きなスラスト力を受けることができ、また同一のスラスト力を受けるとすれば、通常のスラスト軸受の場合よりも内外輪ところとの間に生じる面圧が低くなるため、より長寿命化が期待できる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、従来技術の多段スラスト軸受装置には、以下に述べるような問題がある。かかる問題を図面を参照して説明する。
【０００６】
図４は、従来技術における２段スラスト装置の一部を示す断面図である。図４において、図４において、回転軸１１とハウジング１３との間に、内輪１、２と、外輪３，４と、これらにそれぞれ挟持される複列のころ５，６；７，８とを有する多段スラスト軸受が配置されている。
【０００７】
より具体的には、回転軸１１の段部１１ａに内周側を当接するようにして、回転軸１１の外周に円盤状の内輪１が取り付けられている。内輪１の下方における、回転軸１１の外周には、薄肉円筒状の内輪間座９が配置され、その下方には内輪２が配置されている。
【０００８】
一方、ハウジング１３の段部１３ａに外周側を当接するようにして、ハウジング１３の円筒状内壁１３ｂには円盤状の外輪４が取り付けられている。内輪４の上方における、円筒状内壁１３ｂには、薄肉円筒状の外輪間座１０が配置され、その上方には内輪３が配置されている。
【０００９】
内輪１と外輪３との間には、転動体としてのころ５，６が挟持され、内輪２と外輪４との間には、転動体としてのころ７，８が挟持されている。
【００１０】
ここで、内輪間座９及び外輪間座１０は，スラスト力を受けると軸方向に圧縮変形する。軸方向の変形量は，内輪間座９及び外輪間座１０にかかるスラスト力や，内輪間座９及び外輪間座１０の形状によって変ってくるが，それぞれの軸方向の変形量が等しくないと，各段のころ荷重が不均一となり，非常に大きなころ荷重が負荷されたり，それとは逆に小さなころ荷重しか負荷されないなどの荷重の不均一が発生し，それにより軸受装置全体としての寿命が短くなるという問題がある。そのため，一般的には，間座９，１０の肉厚を、図４において、半分になるよう変更し，内輪間座９と外輪間座１０にかかるスラスト力に対して軸方向の剛性を等しくし，軸方向の変形量が等しくなるようにするという手法を採用している。
【００１１】
しかし，間座９，１０の肉厚を変えるという手法では，図４に示す如く内輪側で厚い間座９が必要となる。間座９が厚くなると，その分ころ長さが短くなることになり定格荷重が小さくなってしまう。更に、４段の多段スラスト軸受を示す図５から明らかなように，段数が増えればより異なった肉厚の間座９，９’、９”：１０，１０’、１０”が必要となり，その影響は顕著となる。
【００１２】
そこで、本発明は、かかる従来技術の問題点に鑑み、ころ荷重の不均一化を防止しながらも、軸方向の変形量を均一化させることが可能な間座を備えた多段スラスト軸受装置を提供することを目的とする。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上述の目的を達成するために、第１の本発明の二段スラスト軸受装置は、軸とハウジングとの間に配置される二段スラスト軸受装置において、前記軸に取り付けられる２つの内輪と、前記ハウジングに取り付けられる２つの外輪と、前記内輪と、これに隣接する前記外輪との間に各々配置される転動体と、前記２つの内輪間に配置される内輪間座と、前記２つの外輪間に配置される外輪間座と、を有し、
前記内輪間座及び前記外輪間座は円筒状であって、その肉厚は互いに等しく且つ各々軸線方向にわたって一様であり、
前記外輪間座の周面に、周方向に間隔をあけて、前記外輪間座の剛性を調整する調整手段及び機構としての穴を形成し、
内輪間座の軸方向の圧縮剛性Ｋiと、外輸間座の軸方向の圧縮剛性Ｋo’との間に、以下の関係が成立するようにしている。
０．７６×Ｋi＜Ｋo’＜１．２４×Ｋi      （１１）
【００１４】
第２の本発明の多段スラスト軸受装置は、軸とハウジングとの間に配置される多段スラスト軸受装置において、前記軸に取り付けられる３つ以上の内輪と、前記ハウジングに取り付けられる３つ以上の外輪と、前記内輪と、これに隣接する前記外輪との間に各々配置される転動体と、前記３つ以上の内輪間に配置される複数の内輪間座と、前記３つ以上の外輪間に配置される複数の外輪間座と、を有し、
前記複数の内輪間座が互いに異なる荷重を受けたとき、大きな荷重を受ける内輪間座に対し、小さな荷重を受ける内輪間座が、前記小さな荷重に比例した半径方向断面積を有する場合よりも大きい半径方向断面積を有しながらも、前記内輪間座において発生する変形量を均等化する側に近づける構造とし、
前記内輪間座は円筒状であって、その厚さは軸線方向において一様であり、
前記構造は、前記内輪間座の剛性を調整する調整手段及び機構として、前記小さな荷重を受ける内輪間座の周面に、周方向に間隔をあけて形成された穴と、前記大きな荷重を受ける内輪間座の周面に、周方向に間隔をあけて形成された穴とを備え、
１段目の内輪間座の軸方向の圧縮剛性Ｋilに対して、ｎ段目の内輪間座の軸方向の圧縮剛性Ｋinとの間、及びｎ段目の外輸間座の軸方向の圧縮剛性Ｋo(Z+1-n)との間に、以下の関係が成立するようにしている。
０．７６×Ｃｎ×Ｋil＜Ｋin＜１．２４×Ｃｎ×Ｋil  （４）
０．７６×Ｃｎ×Ｋil＜Ｋo(Z+1-n)＜１．２４×Ｃｎ×Ｋil  （５）
ここで、Ｃｎ＝（Ｚ＋１−ｎ）／Ｚであり、Ｚは間座の段数である。
第３の本発明の多段スラスト軸受装置は、軸とハウジングとの間に配置される多段スラスト軸受装置において、前記軸に取り付けられる３つ以上の内輪と、前記ハウジングに取り付けられる３つ以上の外輪と、前記内輪と、これに隣接する前記外輪との間に各々配置される転動体と、前記３つ以上の内輪間に配置される複数の内輪間座と、前記３つ以上の外輪間に配置される複数の外輪間座と、を有し、
前記複数の外輪間座が互いに異なる荷重を受けたとき、大きな荷重を受ける外輪間座に対し、小さな荷重を受ける外輪間座が、前記小さな荷重に比例した半径方向断面積を有する場合よりも大きい半径方向断面積を有しながらも、前記外輪間座において発生する変形量を均等化する側に近づける構造とし、
前記外輪間座は円筒状であって、その厚さは軸線方向において一様であり、
前記構造は、前記外輪間座の剛性を調整する調整手段及び機構として、前記小さな荷重を受ける外輪間座の周面に、周方向に間隔をあけて形成された穴と、前記大きな荷重を受ける外輪間座の周面に、周方向に間隔をあけて形成された穴とを備え、
１段目の内輪間座の軸方向の圧縮剛性Ｋilに対して、ｎ段目の内輪間座の軸方向の圧縮剛性Ｋinとの間、及びｎ段目の外輸間座の軸方向の圧縮剛性Ｋo(Z+1-n)との間に、以下の関係が成立するようにしている。
０．７６×Ｃｎ×Ｋil＜Ｋin＜１．２４×Ｃｎ×Ｋil  （４）
０．７６×Ｃｎ×Ｋil＜Ｋo(Z+1-n)＜１．２４×Ｃｎ×Ｋil  （５）
ここで、Ｃｎ＝（Ｚ＋１−ｎ）／Ｚであり、Ｚは間座の段数である。
【００１５】
【作用】
第１の本発明の二段スラスト軸受装置によれば、軸とハウジングとの間に配置される二段スラスト軸受装置において、前記軸に取り付けられる２つの内輪と、前記ハウジングに取り付けられる２つの外輪と、前記内輪と、これに隣接する前記外輪との間に各々配置される転動体と、前記２つの内輪間に配置される内輪間座と、前記２つの外輪間に配置される外輪間座と、を有し、前記内輪間座及び前記外輪間座は円筒状であって、その肉厚は互いに等しく且つ各々軸線方向にわたって一様であり、前記外輪間座の周面に、周方向に間隔をあけて、前記外輪間座の剛性を調整する調整手段及び機構としての穴を形成し、内輪間座の軸方向の圧縮剛性Ｋiと、外輸間座の軸方向の圧縮剛性Ｋo’との間に、（１１）式が成立するようにしているので、例えば内輪間座及び各外輪間座の肉厚をほぼ同一としても、各間座の軸方向変形量を一定とすることが出来、またそれにより段に関わらず前記転動体の長さを一定にすることによってそれが受ける荷重を均等化させることができる。
【００１６】
第２の本発明の多段スラスト軸受装置によれば、軸とハウジングとの間に配置される多段スラスト軸受装置において、前記軸に取り付けられる３つ以上の内輪と、前記ハウジングに取り付けられる３つ以上の外輪と、前記内輪と、これに隣接する前記外輪との間に各々配置される転動体と、前記３つ以上の内輪間に配置される複数の内輪間座と、前記３つ以上の外輪間に配置される複数の外輪間座と、を有し、前記複数の内輪間座が互いに異なる荷重を受けたとき、大きな荷重を受ける内輪間座に対し、小さな荷重を受ける内輪間座が、前記小さな荷重に比例した半径方向断面積を有する場合よりも大きい半径方向断面積を有しながらも、前記内輪間座において発生する変形量を均等化する側に近づける構造とし、前記構造は、前記内輪間座の剛性を調整する調整手段及び機構として、前記小さな荷重を受ける内輪間座の周面に、周方向に間隔をあけて形成された穴と、前記大きな荷重を受ける内輪間座の周面に、周方向に間隔をあけて形成された穴とを備え、１段目の内輪間座の軸方向の圧縮剛性Ｋilに対して、ｎ段目の内輪間座の軸方向の圧縮剛性Ｋinとの間、及びｎ段目の外輸間座の軸方向の圧縮剛性Ｋo(Z+1-n)との間に、（４）、（５）式が成立するようにしているので、例えば内輪間座の肉厚をほぼ同一としても、各内輪間座の軸方向変形量を一定とすることが出来、またそれにより段に関わらず前記転動体の長さを一定にすることによってそれが受ける荷重を均等化させることができる。
第３の本発明の多段スラスト軸受装置によれば、軸とハウジングとの間に配置される多段スラスト軸受装置において、前記軸に取り付けられる３つ以上の内輪と、前記ハウジングに取り付けられる３つ以上の外輪と、前記内輪と、これに隣接する前記外輪との間に各々配置される転動体と、前記３つ以上の内輪間に配置される複数の内輪間座と、前記３つ以上の外輪間に配置される複数の外輪間座と、を有し、前記複数の外輪間座が互いに異なる荷重を受けたとき、大きな荷重を受ける外輪間座に対し、小さな荷重を受ける外輪間座が、前記小さな荷重に比例した半径方向断面積を有する場合よりも大きい半径方向断面積を有しながらも、前記外輪間座において発生する変形量を均等化する側に近づける構造とし、前記外輪間座は円筒状であって、その厚さは軸線方向において一様であり、前記構造は、前記外輪間座の剛性を調整する調整手段及び機構として、前記小さな荷重を受ける外輪間座の周面に、周方向に間隔をあけて形成された穴と、前記大きな荷重を受ける外輪間座の周面に、周方向に間隔をあけて形成された穴とを備え、１段目の内輪間座の軸方向の圧縮剛性Ｋilに対して、ｎ段目の内輪間座の軸方向の圧縮剛性Ｋinとの間、及びｎ段目の外輸間座の軸方向の圧縮剛性Ｋo(Z+1-n)との間に、（４）、（５）式が成立するようにしているので、例えば外輪間座の肉厚をほぼ同一としても、各内輪間座の軸方向変形量を一定とすることが出来、またそれにより段に関わらず前記転動体の長さを一定にすることによってそれが受ける荷重を均等化させることができる。
【００１７】
前記調整手段および機構を備えた構造は、前記内輪間座もしくは前記外輪間座の周面に形成された穴を含む。
【００１８】
ここで，前記内輪間座または前記外輪間座の周面に穴がある場合と、無い場合の荷重を受けた時の軸方向の剛性の比をｃとし，穴の形状とｃの関係を考える。説明を簡略化するため，穴の形状を矩形とし，軸方向長さをａ，円周方向長さをｂ，穴の数をｎとする。穴の無い場合の軸方向の変位をδ１とすると、以下の式が成立する。
δ１＝（Ｌ×Ｆ）／（π×ｄ×ｔ×Ｅ）                            （１）
ただし、
Ｌ：間座の軸方向長さ
Ｆ：間座が受ける軸方向の荷重
ｄ：間座の板厚の中心位置の直径［（間座の内径＋間座の外径）／２］となる。
Ｅ：間座の材料のセング率
【００１９】
一方、穴が有る場合の軸方向の変位をδ２とおくと、以下の式が成立する。
δ２＝［（Ｌ−ａ）×Ｆ］／（π×ｄ×ｔ×Ｅ）
＋（ａ×Ｆ）／［（π×ｄ−ｂ×ｎ）×ｔ×Ｅ］              （２）
ここで、Ａ＝ａ／Ｌ、Ｂ＝ｂ×ｎ／（π×ｄ）とおけば、穴がある場合とない場合との変位の比は、
ｃ＝δ１／δ２＝（１−Ｂ）／［（１−Ａ）（１−Ｂ）＋Ａ］        （３）
となる。従って、穴がない間座の剛性をＫ，穴がある間座の剛性をＫ’とすると、
Ｋ’＝ｃＫとなる。以上の場合は、穴の形状を矩形状としたが、円形の穴の場合には、穴の半径をＲとしたときに、Ａ＝（２πＲ2）／Ｂ／Ｌ、Ｂ＝２Ｒ×ｎ／（π×ｄ）を上式（３）に適用することにより、近似的に穴有り無しの場合における剛性比を求めることが出来る。尚、矩形や円形以外の穴において、より正確にｃの値を求める場合、有限要素法を使用するとよい。更に、アムスラー荷重試験機で荷重をかけて、そのときの変位比ｃを実験的に求めることもできる。変位比ｃに関して、計算と実験結果とで値が異なるときは、実験結果を用いるのが実用的である。
【００２０】
又、１段目の内輪間座の軸方向の圧縮剛性Ｋilに対して、ｎ段目の内輪間座の軸方向の圧縮剛性Ｋinとの間、及びｎ段目の外輸間座の軸方向の圧縮剛性Ｋo(Z+1-n)との間に、以下の関係が成立することが好ましい。
０．７６×Ｃn×Ｋil＜Ｋin＜１．２４×Ｃn×Ｋil   （４）
０．７６×Ｃn×Ｋil＜Ｋo(Z+1-n)＜１．２４×Ｃn×Ｋil   （５）
ここで、Ｃn＝（Ｚ＋１−ｎ）／Ｚであり、Ｚは間座の段数である。
【００２１】
なお、外輪間座の肉厚と、内輪間座の肉厚とが等しいときに、式（４）、（５）が満たされるようにすると好ましく、外輪間座及び内輪間座が複数ある場合、すべての間座の肉厚が等しいときに、式（４）、（５）が満たされるようにすると好ましい。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下，図面を参照して本発明の実施の形態について詳細に説明する。
図１は、本発明にかかる実施の形態による多段スラスト軸受の軸方向断面図である。図１において，回転軸１１とハウジング１３との間に，内輪１，２と，外輪３，４と，これらにそれぞれ狭持される複列のころ５，６，７，８とを有する多段スラスト軸受が配置されている。
【００２３】
より具体的には，回転軸１１の段部１１ａに内周側を当接するようにして，回転軸１１の外周に円盤状の内輪１が取り付けられている．内輪１の下方における，回転軸１１の外周には，薄肉円筒状の内輪間座９が配置され，その下方には内輪２が配置されている。
【００２４】
一方，ハウジング１３の段部１３ａに外周側に当接するようにして，ハウジング１３の円筒状内壁１３ｂには円筒状の外輪４が取り付けられている。外輪４の上方における，円筒状内壁１３ｂには，薄肉円筒状の外輪間座１０が配置され，その上方には外輪３が配置されている。内輪１と外輪３との間には，転動体としてのころ５，６が狭持され，内輪２と外輪４の間には，転動体としてのころ７，８が狭持されている。
【００２５】
本実施の形態においては、荷重の不均一化を抑止するために、内輪間座９の厚みｔinと外輪間座１０との厚みｔonを等しくしている。それだけでは、内輪間座９と外輪間座１０の圧縮変形量が異なるので、その分外輪間座１０の剛性を低くするよう調整している。外輪間座１０の剛性を低くするための手法としては、素材を変えることなどもあるが、本実施の形態においては、調整手段および機構を備えた構造として図２に示すように外輪間座１０に矩形状の穴１０ａを周方向に等間隔に空けている。ここで、外輪間座１０の剛性をいかほど低下させれば最適な寿命が得られるかという問題がある。これを以下に説明する。
【００２６】
本実施の形態の多段スラスト軸受装置は、以下の仕様を有する。
内輪内径：４００ｍｍ
外輪外径：８００ｍｍ
間座板厚：１２ｍｍ
内輪間座軸方向長さ：１１０ｍｍ
外輪間座軸方向長さ：１１０ｍｍ
１段目ころ数：４０個
２段目ころ数：４０個
１段目ころ有効長さ：６６ｍｍ
２段目ころ有効長さ：６６ｍｍ
定格荷重Ｃａ：１０００００００Ｎ
Ｐ／Ｃａ：０．１
スラスト荷重：１００００００Ｎ
【００２７】
内輪間座９の軸方向長さＬi，外輪間座１０の軸方向長さＬo，内輪間座９の板厚の中心位置の直径ｄi，外輪間座１０の板厚の中心位置の直径ｄo，内輪間座９の材料のヤング率をＥi，外輪間座１０の材料のヤング率をＥo，内輪間座９の厚さｔi，外輪間座１０の厚さｔo，内輪間座９の軸方向の剛性Ｋi，穴が空いていない場合の外輪間座１０の軸方向の剛性をＫo，穴が空いている場合の外輪間座１０の軸方向の圧縮剛性をＫ0’とすると、以下の式が成立する。
Ｋ0’＝ｃ×Ｋo   （６）
Ｋi＝｛（ｄi／ｄo）×（Ｅi／Ｅo）×（Ｌo／Ｌi）｝×Ｋo   （７）
で表せる。
【００２８】
剛性比ｃをパラメータに，１段目の転動体荷重Ｑ１と２段目の転動体荷重Ｑ２の比Ｑ１／Ｑ２を求めると，ｃとＱ１／Ｑ２の関係は図６のようになる。ｃ＝０．５でＱ１＝Ｑ２，すなわち両方の転動体荷重が等しくなる。ｃが０．５以上では１段目の転動体荷重が大きく，逆に０．５以下では２段目の転動体荷重が大きくなる。
【００２９】
更に、転動体荷重Ｑ１，Ｑ２をもとに，Ｌｕｎｄｇｅｒｇ−Ｐａｌｍｇｒｅｎの寿命計算理論を適用して，計算寿命を求めることができる（例えば、「転がり軸受・ころ軸受の動的負荷容量」岡本純三著、正文社、平成２年、第２刷）。ここで、転がり軸受の寿命Ｌは以下の式で表わされる。
Ｌ＝（Ｃ／Ｐ）p                              （８）
【００３０】
多段スラスト軸受では複数列のころがあるので、個々の列がそれぞれの軸受寿命特性を有し、その複数の軸受の組み合せで軸受寿命が決定されるものとする。
【００３１】
まず個々のころ列については、図５の転動体荷重により軸受に負荷されるスラスト荷重が決まり、（８）式から寿命Ｌｉ（ｉ：ころ列）が求まる。
【００３２】
さらに上記寿命Ｌｉを基に、複数の軸受の組み合せ寿命Ｌは以下の計算式を用いて求まる．
１／Ｌ＝（１／Ｌ1e＋１／Ｌ2e＋１／Ｌ3e＋１／Ｌ4e）1/e−−−  （９）
【００３３】
（９）式により求めた寿命値によれば、転動体荷重Ｑ１＝Ｑ２で最も長寿命となる。得られた寿命値を最も長寿命の場合を１として，転動体荷重比Ｑ１／Ｑ２と寿命比の関係をグラフ化すると図７が得られる。この図から０．８≦Ｑ１／Ｑ２≦１．２の範囲で寿命値は、転動体荷重が等しい場合のほぼ９５％以内に入っており，転動体荷重の差を上記範囲とすることにより，軸受長寿命が可能となる。
【００３４】
転動体荷重比を０．８≦Ｑ１／Ｑ２≦１．２とするには，図６から剛性比ｃを
０．３８≦ｃ≦０．６２                                      （１０）
と設定することにより可能となる。ここで、本実施の形態の場合、幾何学的関係から、ｄi／ｄo＝０．５，Ｅi＝Ｅo、Ｌo＝Ｌiであるので、これを（６）式に代入すると、
Ｋi＝０．５×Ｋo                                            （６’）
が得られる。更に、両辺に２を乗算し、
Ｋo＝２×Ｋi                                                （６”）
を得る。
【００３５】
ここで、Ｋo’＝ｃＫo＝２ｃＫiであり、更に（１０）式に基づき、
０．７６≦２ｃ≦１．２４                                  （１０’）
が得られるので、これと、（７）式から、
０．７６Ｋｉ≦Ｋｏ’≦１．２４Ｋｉ                          （１１）
が得られる。
【００３６】
本実施の形態においては、０．７６×｛（ｄi／ｄo）×（Ｅi／Ｅo）×（Ｌo／Ｌi）｝＜ｃ＜１．２４×｛（ｄi／ｄo）×（Ｅi／Ｅo）×（Ｌo／Ｌ1）｝となるように外輪間座１０に穴を空け，内輪間座９の板厚ｔｉと外輪間座の板厚ｔｏを等しくしている。ここで，ｃの値に幅をもたせているのは，穴を加工する際のコストを抑える，強度上の問題で大きな穴を空けられない場合がある等、状況により適切に対応できるためである。
【００３７】
図３は、本発明にかかる別な実施の態による４段の多段スラスト軸受の軸方向断面図である。図３においては、図面を見やすくするために間座の断面のみハッチングを施している。回転軸１１の段部１１ａに内周側を当接するようにして，回転軸１１の外周に円盤状の内輪１４が取り付けられている。内輪１４の下方における，回転軸１１の外周には，薄肉円筒状の内輪間座２６が配置され，その下方には内輪１５が配置されている。内輪１５の下方における，回転軸１１の外周には，薄肉円筒状の内輪間座２７が配置され，その下方には内輪１６が配置されている。内輪１６の下方における，回転軸１１の外周には，薄肉円筒状の内輪間座２８が配置され，その下方には内輪１７が配置されている。
【００３８】
一方，ハウジング１３の段部１３ａに外周側に当接するようにして，ハウジング１３の円筒状内壁１３ｂには円筒状の外輪２１が取り付けられている。外輪２１の上方における，円筒状内壁１３ｂには，薄肉円筒状の外輪間座３１が配置され，その上方には外輪２０が配置されている。外輪２０の上方における，円筒状内壁１３ｂには，薄肉円筒状の外輪間座３０が配置され，その上方には外輪１９が配置されている。外輪１９の上方における，円筒状内壁１３ｂには，薄肉円筒状の外輪間座２９が配置され，その上方には外輪１８が配置されている。
【００３９】
内輪１４と外輪１８との間には，転動体としてのころ２２が狭持され，内輪１５と外輪１９の間には，転動体としてのころ２３が狭持され、内輪１６と外輪２０との間には，転動体としてのころ２４が狭持され，内輪１７と外輪２１の間には，転動体としてのころ２５が狭持されている。尚、外輪間座の材質及び軸方向長さ，内輪間座の材質及ぴ軸方向長さは全て等しいとする。また、各内輪間座同士及び各外輪間座同士の肉厚は等しいものとする。
【００４０】
回転軸１１とハウジング１３との間にＰという軸力が働くと、外輪間座２９，３０，３１にかかる荷重は、１／４×Ｐ、２／４×Ｐ，３／４×Ｐで、その比が１：２：３となる。一方、内輪間座２６，２７，２８にかかる荷重は、３／４×Ｐ、２／４×Ｐ，１／４×Ｐで、その比が３：２：１となる。よって、穴を開けない間座（内輪間座２６，外輪間座３１）の剛性を１とすると、中央の間座（内輪間座２７，外輪間座３０）の剛性比ｃは０．６６７であり、反対側の間座（内輪間座２７，外輪間座３０）の剛性比ｃは０．３３３となる。
【００４１】
以上を一般化して，多段であるスラスト軸受装置の場合に適用すると，
上述した式（４）、（５）の条件が成立する。
０．７６×Ｃn×Ｋi1＜Ｋin＜１．２４×Ｃn×Ｋi1                （４）
０．７６×Ｃn×Ｋi1＜Ｋo(Z+1-n)＜１．２４×Ｃn×Ｋi1          （５）
ただし、Ｋilは、１段目の内輪間座の軸方向の圧縮剛性であり、間座の段数をＺとしたときに、Ｃｎ＝（Ｚ＋１−ｎ）／Ｚである。このように、Ｋin、Ｋonが中央値となるように、間座の剛性を決めてやることにより、多段スラスト軸受装置の寿命を最適化することが出来る。
【００４２】
以上、本発明を実施の形態を参照して説明してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈されるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることはもちろんである。例えば、本発明は、上述した２段スラスト軸受装置又は４段スラスト軸受装置に限らず、３段もしくは他段スラスト軸受装置に適用可能である。また、穴の形状は、矩形、円形、楕円形など、様々な形状を用いることが出来、穴は貫通しているものをいう。
【００４３】
【発明の効果】
第１の本発明の二段スラスト軸受装置によれば、軸とハウジングとの間に配置される二段スラスト軸受装置において、前記軸に取り付けられる２つの内輪と、前記ハウジングに取り付けられる２つの外輪と、前記内輪と、これに隣接する前記外輪との間に各々配置される転動体と、前記２つの内輪間に配置される内輪間座と、前記２つの外輪間に配置される外輪間座と、を有し、前記内輪間座及び前記外輪間座は円筒状であって、その肉厚は互いに等しく且つ各々軸線方向にわたって一様であり、前記外輪間座の周面に、周方向に間隔をあけて穴を形成し、内輪間座の軸方向の圧縮剛性Ｋiと、外輸間座の軸方向の圧縮剛性Ｋo’との間に、（１１）式が成立するようにしているので、例えば内輪間座及び各外輪間座の肉厚をほぼ同一としても、各間座の軸方向変形量を一定とすることが出来、またそれにより段に関わらず前記転動体の長さを一定にすることによってそれが受ける荷重を均等化させることができる。
【００４４】
第２の本発明の多段スラスト軸受装置によれば、軸とハウジングとの間に配置される多段スラスト軸受装置において、前記軸に取り付けられる３つ以上の内輪と、前記ハウジングに取り付けられる３つ以上の外輪と、前記内輪と、これに隣接する前記外輪との間に各々配置される転動体と、前記３つ以上の内輪間に配置される複数の内輪間座と、前記３つ以上の外輪間に配置される複数の外輪間座と、を有し、前記複数の内輪間座が互いに異なる荷重を受けたとき、大きな荷重を受ける内輪間座に対し、小さな荷重を受ける内輪間座が、前記小さな荷重に比例した半径方向断面積を有する場合よりも大きい半径方向断面積を有しながらも、前記内輪間座において発生する変形量を均等化する側に近づける構造とし、前記内輪間座は円筒状であって、その厚さは軸線方向において一様であり、前記構造は、前記内輪間座の剛性を調整する調整手段及び機構として、前記小さな荷重を受ける内輪間座の周面に、周方向に間隔をあけて形成された穴と、前記大きな荷重を受ける内輪間座の周面に、周方向に間隔をあけて形成された穴とを備え、１段目の内輪間座の軸方向の圧縮剛性Ｋilに対して、ｎ段目の内輪間座の軸方向の圧縮剛性Ｋinとの間、及びｎ段目の外輸間座の軸方向の圧縮剛性Ｋo(Z+1-n)との間に、（４）、（５）式が成立するようにしているので、例えば内輪間座の肉厚をほぼ同一としても、各内輪間座の軸方向変形量を一定とすることが出来、またそれにより段に関わらず前記転動体の長さを一定にすることによってそれが受ける荷重を均等化させることができる。
第３の本発明の多段スラスト軸受装置によれば、軸とハウジングとの間に配置される多段スラスト軸受装置において、前記軸に取り付けられる３つ以上の内輪と、前記ハウジングに取り付けられる３つ以上の外輪と、前記内輪と、これに隣接する前記外輪との間に各々配置される転動体と、前記３つ以上の内輪間に配置される複数の内輪間座と、前記３つ以上の外輪間に配置される複数の外輪間座と、を有し、前記複数の外輪間座が互いに異なる荷重を受けたとき、大きな荷重を受ける外輪間座に対し、小さな荷重を受ける外輪間座が、前記小さな荷重に比例した半径方向断面積を有する場合よりも大きい半径方向断面積を有しながらも、前記外輪間座において発生する変形量を均等化する側に近づける構造とし、前記外輪間座は円筒状であって、その厚さは軸線方向において一様であり、前記構造は、前記外輪間座の剛性を調整する調整手段及び機構として、前記小さな荷重を受ける外輪間座の周面に、周方向に間隔をあけて形成された穴と、前記大きな荷重を受ける外輪間座の周面に、周方向に間隔をあけて形成された穴とを備え、１段目の内輪間座の軸方向の圧縮剛性Ｋilに対して、ｎ段目の内輪間座の軸方向の圧縮剛性Ｋinとの間、及びｎ段目の外輸間座の軸方向の圧縮剛性Ｋo(Z+1-n)との間に、（４）、（５）式が成立するようにしているので、例えば外輪間座の肉厚をほぼ同一としても、各内輪間座の軸方向変形量を一定とすることが出来、またそれにより段に関わらず前記転動体の長さを一定にすることによってそれが受ける荷重を均等化させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態による２段スラスト軸受の軸線方向断面図である。
【図２】外輪間座の一例を示す斜視図（ａ）及び側面図（ｂ）である。
【図３】第２の実施の形態による４段スラスト軸受の軸線方向断面図である。
【図４】従来技術における２段スラスト装置の一部を示す断面図である。
【図５】従来技術における４段スラスト装置の一部を示す断面図である。
【図６】剛性比と転動体荷重比軌道輪との関係を示すグラフ図である。
【図７】寿命比と転動体荷重比との関係を示すグラフ図である。
【符号の説明】
１、２、１４，１５，１６，１７  内輪
３、４、１８，１９，２０，２１  外輪
５，６；７，８：２２〜２５  ころ
９、２６，２７，２８  内輪間座
１０、２９，３０，３１  外輪間座
１１  回転軸
１３  ハウジング
【図１】
0004051523.tif 000002
【図２】
0004051523.tif 000003
【図３】
0004051523.tif 000004
【図４】
0004051523.tif 000005
【図５】
0004051523.tif 000006
【図６】
0004051523.tif 000007
【図７】
0004051523.tif 000008