(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
それぞれ軸方向に互いに向かい合う円弧状断面を含む軌道面を有する２つの軌道輪と、
それら軌道面に接触して該軌道輪間に介装された複数個の玉と、
内周側に円弧状断面を含む軌道面を有し、該内周側軌道面がこれらの玉に外周側から接触して該玉を軸受中心軸線に向かって偏倚させて、前記２つの軌道輪の軌道面と玉との接点を通り軌道面に引いた接線の交点を、玉の中心を含む平面上でかつ軸受中心軸線上の位置に近づけることにより、玉と軌道面との接触点における転動を純転がりに近づけるようにして軌道輪間に保持するための補助軌道輪とからなり、
これら２つの軌道輪の軌道面における接触角が相違するスラスト玉軸受において、
該玉軸受にかかるスラスト荷重に対し、該補助軌道輪の該内周側軌道面には、該補助軌道輪を前記接触角の大きい方の軌道輪の方向に向かわせるような軸方向分力が発生するよう構成し、
前記接触角の大きい方の軌道輪の、軌道外側の肩部と、該肩部に対向する補助軌道輪の平面部とに互いに接触する案内面を設けたことを特徴とする低摩擦トルクスラスト玉軸受。
【請求項２】
それぞれ軸方向に互いに向かい合う円弧状断面を含む軌道面を有する２つの軌道輪と、
それら軌道面に接触して該軌道輪間に介装された複数個の玉と、
内周側に円弧状断面を含む軌道面を有し、該内周側軌道面がこれらの玉に外周側から接触して該玉を軸受中心軸線に向かって偏倚させて、前記２つの軌道輪の軌道面と玉との接点を通り軌道面に引いた接線の交点を、玉の中心を含む平面上でかつ軸受中心軸線上の位置に近づけることにより、玉と軌道面との接触点における転動を純転がりに近づけるようにして軌道輪間に保持するための補助軌道輪とからなり、
これら２つの軌道輪の軌道面における接触角が相違するスラスト玉軸受において、
該玉軸受にかかるスラスト荷重に対し、該補助軌道輪の該内周側軌道面には、該補助軌道輪を前記接触角の大きい方の軌道輪の方向に向かわせるような軸方向分力が発生するよう構成し、
前記補助軌道輪の軌道面の円弧状断面の曲率半径中心は玉の中心を含む平面よりも接触角の小さい方の軌道輪に近い側にあることを特徴とする低摩擦トルクスラスト玉軸受。
【請求項３】
それぞれ軸方向に互いに向かい合う円弧状断面を含む軌道面を有する２つの軌道輪と、
それら軌道面に接触して該軌道輪間に介装された複数個の玉と、
内周側に円弧状断面を含む軌道面を有し、該内周側軌道面がこれらの玉に外周側から接触して該玉を軸受中心軸線に向かって偏倚させて、前記２つの軌道輪の軌道面と玉との接点を通り軌道面に引いた接線の交点を、玉の中心を含む平面上でかつ軸受中心軸線上の位置に近づけることにより、玉と軌道面との接触点における転動を純転がりに近づけるようにして軌道輪間に保持するための補助軌道輪とからなり、
これら２つの軌道輪の軌道面における接触角が相違するスラスト玉軸受において、
該玉軸受にかかるスラスト荷重に対し、該補助軌道輪の該内周側軌道面には、該補助軌道輪を前記接触角の大きい方の軌道輪の方向に向かわせるような軸方向分力が発生するよう構成し、
前記接線の交点は、ほぼ軸受中心軸線上でかつ前記平面よりも前記接触角の大きい方にあり、
前記交点と各玉の中心を結ぶ直線は玉のピッチ円外側では前記平面よりも前記接触角の小さい軌道輪の近くにあるように構成されたことを特徴とする低摩擦トルクスラスト玉軸受。
【請求項４】
前記案内面は案内面間の摩擦を少なくし軸受摩擦トルクを低減する構造とされていることを特徴とする請求項１に記載の低摩擦トルクスラスト玉軸受。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は低摩擦トルクスラスト玉軸受に関する。特に、本発明はトラクション・ドライブ無段変速機の伝動ローラや入力部材の支持軸受、工作機械など、大きなアキシャル荷重を受けて高速回転し、低摩擦を要求される用途に適した低摩擦トルクスラスト玉軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
スラスト玉軸受は、玉と軌道輪の軌道面との接触点におけるスピンが大きい。そのため、特に大きなアキシャル荷重を受けるときの軸受の摩擦トルクが大きく、この種の軸受を伝動ローラや入出力部材の支持軸受として用いるトロイダル型無段変速機の場合、軸受の摩擦トルクが変速機の動力伝達効率を低下させる大きな要因になる。
【０００３】
このようにスラスト玉軸受の摩擦トルクが大きいという欠点を改めるために、次の２つの方法が提案されている。
【０００４】
その第１のタイプのものはスラスト玉軸受の玉を軸受中心軸に向かって偏倚させ、玉と２つの軌道輪の軌道面との接触点における転動を純転がりに近づけるように、玉の外周側に補助軌道輪（Ｃｏｌｌａｒ）を設けたスラスト玉軸受である。
【０００５】
この第１のタイプのスラスト玉軸受においては軌道面での玉のスピンによる摩擦損失を除くため、玉の外周に補助軌道輪を嵌めて玉をピッチ円の内側に寄せ、２つの軌道輪の軌道面と玉との接点を通り軌道面に引いた接線の交点（コーンセンタ）が玉の中心を含む平面上にあり、かつ軸受中心軸線上に来るようにして、玉と軌道面との接触点における転動を純転がりにしたものである。
【０００６】
この結果、この第１のタイプのスラスト玉軸受において、補助軌道輪の軌道面と玉とは、軸受中心軸線に直角で玉の中心を含む平面上で接触することになり、玉の自転軸も玉の中心を含む平面上にあるため、補助軌道輪の軌道面と玉との接点と玉の自転中心とが一致する。従って、軌道面における玉のスピンによる摩擦損失はなくなり、かつ、補助軌道輪の軌道面と玉との接点における運動は滑り速度の遅いスピン運動だけで、摩擦損失が小さくなり、通常のスラスト軸受に比べて摩擦トルクが大幅に低減される。
【０００７】
また、従来のスラスト玉軸受の第２のタイプのものは、上記第１のタイプのものにアンギュラ玉軸受の要素を加味して、２つの軌道輪の軌道面における接触角に差を与え、該第１のタイプのスラスト玉軸受におけるコーンセンタを、玉の中心を含む平面から軸受の軸方向に偏倚することによって、玉の中心を含む平面上にある補助軌道輪と玉との接触点を玉の自転軸中心と別の位置にすることにより、補助軌道輪と玉との接触点における相対運動を、スピン運動に転がり運動を加えたものにしている（米国特許１，４２３，６６６号参照）。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
従来技術における上記第１のタイプのスラスト玉軸受では、補助軌道輪の軌道面と玉との接触点では純スピン運動を行うので、接触面の中に潤滑剤が補給されず、軸受の荷重が極く小さいときを除き、接触点にかじりや磨耗を生ずる（図１０参照）。このことは上記従来技術の第２のタイプのものについての米国特許１，４２３，６６６号の第１頁６１〜７２行に述べられている。
【０００９】
上記従来技術の第２のタイプのものは第１のタイプのものの上記の欠点を解決するためのもので、補助軌道輪と玉との接触点における相対運動を、スピン運動に転がり運動を加わったものにすることによって、接触面への潤滑剤の補給を図ったものである。この方法により、荷重が大きいときにも接触点のかじりや磨耗を防ぐ効果が得られる。
【００１０】
この軸受について試験した結果、この方法による軸受の摩擦トルク低減の効果が明らかになった（図１１参照）が、この軸受でも、玉の自転軸が軸受中心軸線に直角方向に近い（上記第１のタイプのものに近い）場合、玉の自転軸中心が補助軌道輪の軌道面と玉との接触楕円の中にあると、補助軌道輪の軌道面にかじりや摩耗が生じ、また、玉の自転軸中心が接触楕円を多少外れていても、一旦僅かでもかじりを生ずると力のバランスが崩れ、軸方向の支持のない補助軌道輪は軸方向に振動を生じ、かじりが急速に広がって（図１２参照）軸受の運転を継続することが困難になることが明らかになった。従って、玉の自転軸中心は補助軌道輪の軌道面と玉との接触楕円から外れていなければならない。
【００１１】
更に、通常の使用条件においては純アキシャル荷重ばかりでなく、ラジアル荷重や偏心荷重が加わるほか、取付誤差によっても回転軸と固定軸との軸心の不一致を生じ、玉の自転軸が変動するので、玉の自転軸は常に軸受の設計時に定めた方向にあるとは限らない。従って、純アキシャル荷重のときの玉の自転軸中心が、補助軌道輪の軌道面と玉との接触楕円からある程度の余裕を持って離れていることが必要である。
【００１２】
しかし、玉の自転軸中心が補助軌道輪の軌道面と玉との接触楕円からある程度の余裕を持って離れていると言うことは、スラスト玉軸受（接触角９０°）からアンギュラ玉軸受に近づけることであり、その結果、アキシャル荷重による玉の垂直力が大きくなり、かつ軌道面の転がり方向曲率半径がスラスト玉軸受の場合の∞より小さく（凸面に）なるため、軌道面の接触面圧が増大して、軸受の寿命を無視し得ない程低下させる。また、アンギュラ玉軸受の摩擦トルクはスラスト玉軸受の場合よりも補助軌道輪による軸受の摩擦トルク低減効果が小さい（図１３参照）。
【００１３】
従って、大きなアキシャル荷重を受ける玉軸受において、軸受寿命の低下を防ぎながら軸受摩擦トルクの大幅な低減を実現することは難しいと言う欠点があった。
【００１４】
この発明は、従来技術におけるこれらの欠点を解決することを目的とする。
【００１５】
【課題を解決する手段】
本発明の第１の態様では、それぞれ軸方向に互いに向かい合う円弧状断面を含む軌道面を有する２つの軌道輪と、それら軌道面に接触して該軌道輪間に介装された複数個の玉と、内周側に円弧状断面を含む軌道面を有し、該内周側軌道面がこれらの玉に外周側から接触して該玉を軸受中心軸線に向かって偏倚させて、前記２つの軌道輪の軌道面と玉との接点を通り軌道面に引いた接線の交点を、玉の中心を含む平面上でかつ軸受中心軸線上の位置に近づけることにより、玉と軌道面との接触点における転動を純転がりに近づけるようにして軌道輪間に保持するための補助軌道輪とからなり、これら２つの軌道輪の軌道面における接触角が相違するスラスト玉軸受において、
該玉軸受にかかるスラスト荷重に対し、該補助軌道輪の該内周側軌道面には、該補助軌道輪を前記接触角の大きい方の軌道輪の方向に向かわせるような軸方向分力が発生するように構成し、
前記接触角の大きい方の軌道輪の、軌道外側の肩部と、該肩部に対向する補助軌道輪の平面部とに互いに接触する案内面を設けたことを特徴とする低摩擦トルクスラスト玉軸受を提供する。
本発明の第１の態様による低摩擦トルクスラスト玉軸受において、前記案内面は案内面間の摩擦を少なくし軸受摩擦トルクを低減する構造とされていることが好ましい。
本発明の第２の態様では、それぞれ軸方向に互いに向かい合う円弧状断面を含む軌道面を有する２つの軌道輪と、それら軌道面に接触して該軌道輪間に介装された複数個の玉と、内周側に円弧状断面を含む軌道面を有し、該内周側軌道面がこれらの玉に外周側から接触して該玉を軸受中心軸線に向かって偏倚させて、前記２つの軌道輪の軌道面と玉との接点を通り軌道面に引いた接線の交点を、玉の中心を含む平面上でかつ軸受中心軸線上の位置に近づけることにより、玉と軌道面との接触点における転動を純転がりに近づけるようにして軌道輪間に保持するための補助軌道輪とからなり、これら２つの軌道輪の軌道面における接触角が相違するスラスト玉軸受において、
該玉軸受にかかるスラスト荷重に対し、該補助軌道輪の該内周側軌道面には、該補助軌道輪を前記接触角の大きい方の軌道輪の方向に向かわせるような軸方向分力が発生するよう構成し、
前記補助軌道輪の軌道面の円弧状断面の曲率半径中心は玉の中心を含む平面よりも接触角の小さい方の軌道輪に近い側にあることを特徴とする低摩擦トルクスラスト玉軸受を提供する。
本発明の第３の態様では、それぞれ軸方向に互いに向かい合う円弧状断面を含む軌道面を有する２つの軌道輪と、それら軌道面に接触して該軌道輪間に介装された複数個の玉と、内周側に円弧状断面を含む軌道面を有し、該内周側軌道面がこれらの玉に外周側から接触して該玉を軸受中心軸線に向かって偏倚させて、前記２つの軌道輪の軌道面と玉との接点を通り軌道面に引いた接線の交点を、玉の中心を含む平面上でかつ軸受中心軸線上の位置に近づけることにより、玉と軌道面との接触点における転動を純転がりに近づけるようにして軌道輪間に保持するための補助軌道輪とからなり、これら２つの軌道輪の軌道面における接触角が相違するスラスト玉軸受において、
該玉軸受にかかるスラスト荷重に対し、該補助軌道輪の該内周側軌道面には、該補助軌道輪を前記接触角の大きい方の軌道輪の方向に向かわせるような軸方向分力が発生するよう構成し、
前記２つの軌道輪の軌道面にそれぞれ引いた接線の交点は、ほぼ軸受中心軸線上でかつ前記平面よりも前記接触角の大きい方にあり、
前記交点と各玉の中心を結ぶ直線は玉のピッチ円外側では前記平面よりも前記接触角の小さい軌道輪の近くにあるように構成されたことを特徴とする低摩擦トルクスラスト玉軸受を提供する。
【００１６】
【実施の形態】
以下図を参照して本発明の実施の形態について説明する。
【００１７】
図１に示す第１の実施の形態において、軌道輪１と軌道輪２とは互いに軸方向に対向しており、軌道輪１は円弧状断面の軌道面１１を有し、また軌道輪２は円弧状断面の軌道面２１を有しており、軌道面１１と２１とは軸方向に向かい合ってその間に介装された複数個の玉４にそれぞれ接触している。
【００１８】
軌道輪１と２との間で玉の外周側には補助軌道輪３が嵌めてあり、補助軌道輪３は円弧状断面の軌道面３１を有しており、該軌道面３１が玉４に軸受外周側から接触して玉４を軌道輪１と２との間に保持している。
【００１９】
軌道輪２は径方向外向きに延びる肩部を有し、該肩部の補助軌道輪３に面する側に径方向に延びる案内面２３を有しており、そして補助軌道輪３にはこの案内面２３と軸方向に向かい合って案内面３３が設けてあり、案内面２３と３３とは互いに接触している。
【００２０】
補助軌道輪３の軌道面３１の断面の曲率半径中心３４は、軸受中心軸線Ｘ−Ｘに直角で玉４の中心４１を通る平面Ｙ−Ｙよりも軌道輪１に近い側にある。
【００２１】
玉４は、軌道輪１の軌道面１１とは接点１２で、軌道輪２の軌道面２１とは接点２２で、補助軌道輪３の軌道面３１とは接点３２で接触している。
【００２２】
接点１２および接点２２を通り軌道面に引いた接線１３および２４の交点Ｃ（コーンセンタ）はほぼ軸受中心軸線Ｘ−Ｘ上で、かつ上記平面Ｙ−Ｙよりも軌道輪２の側にあり、交点Ｃと各玉の中心４１とを結ぶ直線すなわち玉の自転軸は、玉のピッチ円の外側では平面Ｙ−Ｙよりも軌道輪１に近い自転軸中心点４２を通る。従って、軌道輪２の接触角の方が軌道輪１の接触角より大きい。
【００２３】
この軸受に第２図のようにアキシャル荷重Ｌａが加わると、軌道輪１と玉４との接点１２および軌道輪２と玉４との接点２２にはそれぞれアキシャル方向の分力Ｆａ１およびＦａ２と、それぞれラジアル方向の分力Ｆｒ１およびＦｒ２が発生する。
【００２４】
ラジアル方向分力Ｆｒ１とＦｒ２との反力の和Ｆｒ３は、補助軌道輪３を押し拡げるように軌道面３１と玉４との接点３２に作用する。軌道面３１の曲率半径中心３４が平面Ｙ−Ｙよりも軌道輪１に近い側にあるため、接点３２は平面Ｙ−Ｙよりも案内面を有する軌道輪２に近い側にある。従って軌道面３１にはＦｒ３と、補助軌道輪３を軌道輪２の方向に向かわせるような軸方向分力Ｆａ３が発生し、案内面３３と案内面２３とは軸方向分力Ｆａ３で押付けられる。そのため、何等かの原因で補助軌道輪３を軸方向に移動しようとする力が作用しても案内面２３と案内面３３とが離れず、補助軌道輪３が軸方向に安定に支持されることになり、軸方向の振動が抑えられて安定して回転することができる。
【００２５】
また、玉４と補助軌道輪３の軌道面３１との接点３２は、玉４の中心を含む平面Ｙ−Ｙよりも軌道輪２に近い側にあり、平面Ｙ−Ｙよりも軌道輪１に近い位置にある玉の自転軸中心点４２から遠くなる。従って図３に示すように、補助軌道輪３の軌道面３１と玉４との接触楕円ａの端から玉の自転軸中心点４２までの間の余裕ｓが大きくなり、補助軌道輪３の軌道面３１のかじりや焼き付きを防止できる。
【００２６】
しかし、図１に示す第１の実施の形態において、補助軌道輪３は玉４による軸方向分力Ｆａ３を受けながら案内面が摺動するので、案内面３３には軌道輪２の案内面２３との間に摩擦力が働き、この摩擦力が軸受の摩擦トルクを増加させ、また、案内面の潤滑が悪い場合には、案内面のかじりや焼き付きを生ずる危険もある。そこで、以下に示す実施の形態においては、案内面間の摩擦を少なくし軸受摩擦トルクを低減する構造とされている。
【００２７】
図４に示す第２の実施の形態は、補助軌道輪３の案内面に油溝３５を設けたもので、この結果、案内面の潤滑を良好に保つことができ、案内面の摩擦による軸受の摩擦トルクの増加と案内面のかじりや焼き付きを防ぐ効果が得られる。油溝は軌道輪２の肩部案内面に設けてもよい。
【００２８】
図５に示す第３の実施の形態は、補助軌道輪の案内面にＶ字形状の油溝３６を設けたもので、案内面において動圧流体軸受を形成するので、図４の第２の実施の形態より一層案内面の摩擦を低減し、軸受の摩擦トルクの増加と案内面のかじりや焼き付きを防ぐ効果を期待できる。この油溝も軌道輪２の案内面に設けてもよい。
【００２９】
図６に示す第４の実施の形態は、軌道輪２に油路３７、絞り３８、油室３９を設け、案内面に圧油を供給することによって、案内面において静圧軸受を形成するようにしたもので、図５の第３の実施の形態より更に一層軸受摩擦トルクを低減する効果がある。
【００３０】
一般に軌道輪と補助軌道輪とは同じ材質で構成されているので、このような場合には特に案内面にかじりや焼き付きを生じ易い。
【００３１】
図７に示す第５の実施の形態は、軌道輪肩部と補助軌道輪との案内面の少なくとも一方に潤滑を良好にする表面被膜処理や、軌道輪と異なる金属その他の溶射や焼き付けなどを施した被膜層５を設けたもので、案内面にかじりや焼き付きを生じにくくする効果が得られる。
【００３２】
図８に示す第６の実施の形態は、軌道輪の肩部と補助軌道輪の平面部との間に軌道輪と異なる材質の滑り部材６を挿入したもので、図７の第５の実施の形態と同様に、案内面のかじりや焼き付きを防ぐ効果が得られる。
【００３３】
図９に示す第７の実施の形態は、軌道輪の肩部と補助軌道輪の平面部とに玉軸受の溝をそれぞれ形成し、転がり部材７を挿入して案内面を転がり接触としたもので、摩擦の低減とかじりや焼き付きの防止に一層の効果が得られる。
【００３４】
【発明の効果】
本発明によれば、補助軌道輪が軸方向に安定に支持されるため、補助軌道輪の軸方向の振動の発生を防いで軸受が安定に回転する。また、本発明によれば、補助軌道輪の軌道面と玉との接触楕円から玉の自転軸中心点までの間の余裕が大きくなるため、ラジアル荷重や取付け誤差などによって２つの軌道輪の間に軸心の不一致が生じても、補助軌道輪の軌道面のかじりや焼き付きを防止し、案内面の潤滑を良好に保ち摩擦を低減する手段により、補助軌道輪の案内面の摩擦による軸受トルクの増加と案内面のかじりや焼き付きを防いで、低摩擦トルクで長寿命のスラスト玉軸受を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施の形態の軸方向断面図である。
【図２】第１の実施の形態における力の関係を示す図である。
【図３】第１の実施の形態における補助軌道輪の軌道面と玉との接触楕円と玉の自転軸との関係を示す図である。
【図４】この発明の第２の実施の形態の案内面の例を示す図である。
【図５】この発明の第３の実施の形態の案内面の例を示す図である。
【図６】この発明の第４の実施の形態の軸方向部分断面図である。
【図７】この発明の第５の実施の形態の軸方向部分断面図である。
【図８】この発明の第６の実施の形態の軸方向部分断面図である。
【図９】この発明の第７の実施の形態の軸方向部分断面図である。
【図１０】従来技術の第１のタイプのスラスト玉軸受におけるかじりの例を示す図である。
【図１１】従来技術の第２のタイプのスラスト玉軸受におけるトルク低減効果の例を示す図である。
【図１２】従来技術の第２のタイプのスラスト玉軸受におけるかじりの例を示す図である。
【図１３】従来技術の第２のタイプのスラスト玉軸受をアンギュラ玉軸受に適用した場合のトルク低減効果の例を示す図である。
【符号の説明】
１、２    軌道輪
３    補助軌道輪
１１、２１、３１    軌道面
１２、２２、３２    軌道面と玉との接点
２３、３３    案内面
３４    補助軌道輪軌道面の円弧中心
４    玉
４１    玉の中心
４２    玉の自転軸中心点
Ｘ−Ｘ    軸受中心軸線
【図１】
0003814890.tif 000002
【図２】
0003814890.tif 000003
【図３】
0003814890.tif 000004
【図４】
0003814890.tif 000005
【図５】
0003814890.tif 000006
【図６】
0003814890.tif 000007
【図７】
0003814890.tif 000008
【図８】
0003814890.tif 000009
【図９】
0003814890.tif 000010
【図１０】
0003814890.tif 000011
【図１１】
0003814890.tif 000012
【図１２】
0003814890.tif 000013
【図１３】
0003814890.tif 000014