特開 2024-25279 軸受構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024025279

(43)【公開日】2024-02-26

(54)【発明の名称】軸受構造

(51)【国際特許分類】

   F16C 33/58 20060101AFI20240216BHJP

   F16C 35/067 20060101ALI20240216BHJP

   F16C 33/64 20060101ALI20240216BHJP

【ＦＩ】

F16C33/58

F16C35/067

F16C33/64

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022128599

(22)【出願日】2022-08-12

(71)【出願人】

【識別番号】000005197

【氏名又は名称】株式会社不二越

(74)【代理人】

【識別番号】100120400

【弁理士】

【氏名又は名称】飛田 高介

(74)【代理人】

【識別番号】100124110

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 大介

(72)【発明者】

【氏名】渡辺 孝一

【テーマコード（参考）】

3J117

3J701

【Ｆターム（参考）】

3J117AA01

3J117DA02

3J117DB07

3J117DB10

3J701AA02

3J701AA42

3J701AA52

3J701AA62

3J701BA54

3J701BA56

3J701DA09

3J701DA20

3J701FA35

(57)【要約】

【課題】軸受をハウジングによって十分に支持することができ、シュー研削を行うことができ、さらにクリープを十分に抑制することができる軸受構造を提供する。
【解決手段】本発明にかかる軸受構造１００は、軸受１０２と軸受を支持するハウジング１０４とを備える軸受構造において、軸受は、ハウジングに圧入されていて、外輪１０６と、内輪１０８と、外輪と内輪の間を転動する転動体１１０とを有し、外輪の外周面１１６には、軸方向の両端に位置し周方向に連続する連続部１１８、１２０と、連続部に挟まれた中央部１２２とが形成されていて、中央部には、軸方向に延びる複数の横溝１３０が周方向に離間して形成されていて、ハウジングには、軸受の中央部に当接して中央部を支持する中央支持部１２４と、軸受の連続部に対向して連続部と接触しない退避部１２６、１２８とが形成されていることを特徴とする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸受と該軸受を支持するハウジングとを備える軸受構造において、
前記軸受は、前記ハウジングに圧入されていて、外輪と、内輪と、該外輪と該内輪の間を転動する転動体とを有し、
前記外輪の外周面には、軸方向の両端に位置し周方向に連続する連続部と、該連続部に挟まれた中央部とが形成されていて、
前記中央部には、軸方向に延びる複数の横溝が周方向に離間して形成されていて、
前記ハウジングには、
前記軸受の中央部に当接して該中央部を支持する中央支持部と、
前記軸受の連続部に対向して該連続部と接触しない退避部とが形成されていることを特徴とする軸受構造。

【請求項2】

前記横溝は、負荷圏の範囲に配置されていることを特徴とする請求項１に記載の軸受構造。

【請求項3】

前記外輪の外周面には、前記横溝の端部位置に周方向に延びていて、前記連続部と前記中央部とを区画する縦溝が形成されていて、
前記横溝は、転造加工で形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の軸受構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、外輪と内輪の間を転動体が転動する軸受と、軸受を支持するハウジングとを備える軸受構造に関する。

【背景技術】

【0002】

軸受構造において、軸受がハウジングに嵌合され、軸受内輪にシャフトが挿入されて内輪がシャフトとともに回転する構造の場合、外輪クリープの発生することがあり得る。このような軸受構造では、一例として、ハウジングから外力を受けると、外輪軌道が転動体から力を受けて、外輪軌道の内部に転動歪が生じ、この転動歪が転動体の公転運動とともに転動体の移動方向に伝播する。このような歪伝播により、外輪がハウジングに対して相対的に移動しまうのが、いわゆる外輪歪クリープと呼ばれるもので、固定輪に散見されるクリープ現象である。本発明はこのような固定輪のクリープ防止に係わるものである。

【0003】

特許文献１には、転がり軸受装置が記載されている。この転がり軸受装置は、外輪が回転し、内輪を固定された軸に組み込む構造であって、軸の外周面または内輪の内周面に、軸方向に貫通した複数の溝を設けている。また特許文献１では、軸の外周面のうち負荷圏となる部位に、転動体同士の周方向の間隔より狭い間隔で複数の溝を設けることで、軸の外周面の溝と溝の間の部分が、内輪の内周面の周方向歪伝播の動きに追従し易くなるため、軸と内輪の相対的移動運動であるクリープを抑制することができる、としている。

【0004】

このようにして特許文献１では、内輪が回転する構造であれば、固定輪である外輪の外周面またはハウジングの内周面に、上記のような軸方向に貫通した複数の溝を設けることにより、外輪のクリープを抑制できる、としている。

【0005】

特許文献２には、内輪が軸に取り付けられて軸と一体に回転し、外輪がハウジングに支持されている構造の転がり軸受が記載されていて、外輪の外周面の一部にＤカットによる逃げ面を形成し、その逃げ面では外輪外径がハウジングと接触しないようになっている。

【0006】

この転がり軸受では、外輪の外周面に形成されたＤカットの逃げ面が非負荷圏に位置してクリープが発生しても、クリープにより外輪の逃げ面がハウジングの負荷圏位置に入ると、外輪の外周面とハウジングの間に隙間が形成されることになるので、外輪の外周面が波状に変形しても、逃げ面の部分がハウジングに接触しないため、転動体の通過運動に伴う外輪の外周面に生じた波状変形が外輪をクリープさせる進行波として伝播することが途切れてしまうので、それ以降はクリープを抑制することができる、としている。

【0007】

特許文献３には、転がり軸受が記載されている。この転がり軸受は、外輪の幅方向の両端の間（すなわち幅方向中央）に全周にわたる環状溝を形成してハウジングと接触しないようにして、外輪の幅方向の両端だけでハウジングへの接触面を確保している。特許文献３では、外輪の弾性変形を主に環状溝の範囲だけで生じさせることができるため、弾性変形がハウジングにほとんど伝わらず、外輪とハウジングとの間におけるクリープの発生が抑制される、としている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２０１２－１５４３７９号公報

【特許文献2】国際公開第２０２０／０５９６９５号

【特許文献3】特許第６８６７２８１号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

特許文献１では、内輪が回転する構造において、外輪の外周面の幅方向全面に、軸方向に貫通した複数の溝を設けているため、クリープの抑制は可能であるものの、シュー研削を行うことができないという欠点があった。ここでシュー研削とは、仕上げられた外輪外周面の円周２箇所に超硬の回転ガイド（これをシューという）を押し付けて、被研削物である外輪を回転させ、研削する方法のことである。このシュー研削は、外輪外径と軌道との偏肉を小さくするために広く用いられている。

【0010】

ところが、特許文献１では、外輪の外周面の幅方向全面に、軸方向に貫通した複数の溝を設けているため、外周面にシューを当てようとすると、その溝がシューと断続接触してしまうので振動等が発生し、外輪の外周面を寸法の基準面として用いることができない、という不都合が発生する。このため、外輪の内周面を研削した後に、つまり外輪の焼き入れ後に、外輪の外周面に溝を形成しなければならないことになり、加工が手間でありコストもかかってしまう。

【0011】

特許文献２では、外輪の外周面の一部に幅方向全面に亘りＤカットによる逃げ面を形成しているため外周面の連続性がないので、外輪の外周面を寸法の基準面として用いることができず、シュー研削を行うことができない。また、外輪の逃げ面が負荷圏に位置するため、軸受の荷重をハウジングによって十分に支持することができない（Ｄカット部分が外側に膨らむような歪みを招くと予想される）。さらにＤカットの加工後は、外輪の外周面を加工基準面とするような加工が一切できないため、手直しができない。

【0012】

特許文献３では、外輪の幅方向の両端をカットせず両端だけでハウジングへの接触面を確保しているため、シュー研削は可能であるものの、外輪の幅方向の両端を通じて、転動歪が転動体の通過とともに転動体の移動方向に伝播することになり、クリープを十分に抑制することはできない。また、外輪の幅方向の両端の間に形成された環状溝がハウジングと接触しないため、軸受の荷重をハウジングによって十分に支持することができない（軌道溝が外側に膨らむような歪みを生じると予想される）。なお外輪の環状溝そのものはクリープを抑制する機能を有するが、上記のように外輪の幅方向の両端を通じて転動歪が伝播するため、クリープを抑制することの効果は薄いという報告事例がある。

【0013】

本発明は、このような課題に鑑み、軸受をハウジングによって十分に支持することができ、シュー研削を行うことができ、さらにクリープを十分に抑制することができる軸受構造を提供することを目的としている。

【課題を解決するための手段】

【0014】

上記課題を解決するために、本発明にかかる軸受構造の代表的な構成は、軸受と軸受を支持するハウジングとを備える軸受構造において、軸受は、ハウジングに圧入されていて、外輪と、内輪と、外輪と内輪の間を転動する転動体とを有し、外輪の外周面には、軸方向の両端に位置し周方向に連続する連続部と、連続部に挟まれた中央部とが形成されていて、中央部には、軸方向に延びる複数の横溝が周方向に離間して形成されていて、ハウジングには、軸受の中央部に当接して中央部を支持する中央支持部と、軸受の連続部に対向して連続部と接触しない退避部とが形成されていることを特徴とする。

【0015】

上記構成では、外輪の外周面には、軸方向の両端に位置する連続部と、連続部に挟まれた中央部とが形成されている。外輪の連続部は、周方向に連続している。このため、外輪の連続部を基準面としてシューを当てた状態で、外輪の内周面を砥石で研削するシュー研削を行うことができる。また外輪の連続部は、ハウジングの退避部に対向することになるのでハウジングと接触することはない。このため、外輪の連続部では、外輪軌道の内部に生じた転動歪が転動体の通過とともに転動体の移動方向に伝播することがなく、クリープを十分に抑制することができる。

【0016】

また外輪の中央部がハウジングの中央支持部に当接して支持されているため、軸受の荷重をハウジングによって十分に支持することができる。さらに外輪の中央部には、軸方向に延びる複数の横溝が周方向に離間して形成されているため、転動歪が伝播され難くなり、クリープを十分に抑制することができる。したがって上記構成によれば、軸受をハウジングによって十分に支持することができ、シュー研削を行うことができ、さらにクリープを十分に抑制することができる。

【0017】

上記の横溝は、負荷圏の範囲に配置されているとよい。これにより、負荷圏の範囲において、外輪の中央部に形成された横溝によって円周方向の空間が区画されることで横溝だけはハウジングの中央支持部には接触しなくなるので、転動歪が負荷圏の範囲で伝播しようとすると、ここで伝播が途切れてしまい、クリープを抑制することができる。なお負荷圏の範囲を外輪の円周９０～１８０°の範囲とし、さらに横溝を、転動体の周方向の間隔より狭い間隔で形成してもよい。このように横溝が負荷圏の範囲で配置されていれば、クリープを抑制するという機能を発揮することができる。

【0018】

上記の外輪の外周面には、横溝の端部位置に周方向に延びていて、連続部と中央部とを区画する縦溝が形成されていて、横溝は、転造加工で形成されているとよい。

【0019】

ここで横溝を切削で加工しようとすると、バイトまたは回転カッターで行うことになるが、いずれにしても連続部を削らずに中央部だけに溝を形成することは難しい。また横溝を転造で加工しようとすると、押しのけられた肉が溝の周囲に盛り上がるため、外輪の外周面の軸方向の両端に位置する連続部にも盛り上がりが生じてしまい、シュー研削の基準面としての精度を保てなくなる可能性がある。

【0020】

そこで、上記構成のように横溝を転造加工することとし、その加工前に連続部と中央部を区画する縦溝を形成しておくことにより、連続部を変形させることなく中央部に横溝を形成することが可能となった。縦溝は切削加工で形成することができる。そして、転造加工後に外輪の焼き入れを行った後、外輪全面をセンタレス等で研削すれば、その外輪の外周面の連続部をシュー研削の基準面として使用することができることになる。なお横溝を転造加工で形成することにより、横溝を切削で加工するよりも低コスト化を図ることができる。

【発明の効果】

【0021】

本発明によれば、軸受をハウジングによって十分に支持することができ、シュー研削を行うことができ、さらにクリープを十分に抑制することができる軸受構造を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0022】

【図1】本発明の実施形態における軸受構造を例示する図である。

【図2】図１の軸受構造の各断面を示す図である。

【図3】図１の軸受の外輪に対してシュー研削を行う様子を示す図である。

【発明を実施するための形態】

【0023】

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

【0024】

図１は、本発明の実施形態における軸受構造１００を例示する図である。図１（ａ）は、軸受構造１００の要部を示す図である。図１（ｂ）は、図１（ａ）のＡ－Ａ断面図である。図２は、図１の軸受構造１００の各断面を示す図である。図２（ａ）は、図１（ｂ）のＢ－Ｂ断面図である。図２（ｂ）は、図１（ａ）のＣ－Ｃ断面図である。

【0025】

軸受構造１００は、図１（ａ）に示すように軸受１０２と、軸受１０２を支持するハウジング１０４とを備える。軸受１０２は、ハウジング１０４に圧入されていて、図１（ｂ）に示すように外輪１０６と、内輪１０８と、外輪１０６と内輪１０８の間を転動する転動体１１０とを有する。内輪１０８の内周面にはシャフト１１２が挿入されている。

【0026】

軸受構造１００は、軸受１０２の外輪１０６がハウジング１０４に圧入され、内輪１０８がシャフト１１２とともに回転する構造である。このため、軸受構造１００では、軸受１０２がハウジング１０４から図１（ａ）に示す外力（ラジアル荷重Ｆｒ）を受けると、シャフト１１２がラジアル荷重Ｆｒを受けて、その垂直反力Ｆｎが内輪１０８から転動体１１０に伝達される。さらに、外輪１０６の内周面に設けられた外輪軌道１１４（図１（ｂ）参照）は、転動体１１０から垂直反力Ｆｎを受ける。

【0027】

外輪軌道１１４が転動体１１０から垂直反力Ｆｎを受けることで、外輪軌道１１４の内部に転動歪が生じ、この転動歪が転動体１１０の通過とともに転動体１１０の移動方向に伝播してしまうと、外輪１０６がハウジング１０４に対して相対的に移動するクリープが発生することになる。

【0028】

そこで軸受構造１００では、クリープを十分に抑制することができる構成を採用した。具体的には、軸受１０２の外輪１０６の外周面１１６には、図１（ａ）に示す連続部１１８、１２０と、中央部１２２とが形成されている。またハウジング１０４には、中央支持部１２４と、退避部１２６、１２８とが形成されている。

【0029】

外輪１０６の連続部１１８、１２０は、軸受１０２の軸方向の両端に位置していて、周方向に連続している。外輪１０６の中央部１２２は、連続部１１８、１２２に挟まれている。また中央部１２２には、軸方向に延びる複数の横溝１３０が周方向に離間して形成されている。

【0030】

さらに外輪１０６の外周面１１６には、図１（ａ）および図２（ａ）に示すように縦溝１３２、１３４が形成されている。縦溝１３２、１３４は、横溝１３０の端部位置に周方向に延びていて、連続部１１８、１２０と中央部１２２とを区画する。横溝１３０は、転造加工で形成されている。

【0031】

仮に、横溝１３０を切削で加工しようとすると、バイトまたは回転カッターで行うことになるが、いずれにしても連続部１１８、１２０を削らずに中央部１２２だけに横溝１３０を形成することは難しい。また、横溝１３０を転造で加工しようとすると、押しのけられた肉が横溝１３０の周囲に盛り上がるため、連続部１１８、１２０にも盛り上がりが生じてしまい、後述するシュー研削（図３参照）の基準面としての精度を保てなくなる可能性がある。

【0032】

そこで軸受１０２では、横溝１３０を転造加工することとし、その転造加工前に、連続部１１８、１２０と中央部１２２を区画する縦溝１３２、１３４を切削加工などで形成する。その後、外輪１０６の外周面１１６に転造加工を行うことにより、連続部１１８、１２０を変形させることなく、中央部１２２に横溝１３０を形成することができる。

【0033】

また横溝１３０は、図１（ｂ）に示すように転動体１１０の周方向の間隔より狭い間隔で形成される。一例として、転動体１１０の周方向のピッチ角度をθａとすると、横溝１３０のピッチ角度は、０．５θａ～θａの範囲で設定される。さらに横溝１３０は、負荷圏の範囲に配置される。一例として、この負荷圏の範囲を示す角度をθｂとすると、横溝１３０は、θｂが９０°～１８０°の範囲になるように中央部１２２の周方向に配置される。

【0034】

ハウジング１０４の中央支持部１２４は、図２（ａ）に示すように、外輪１０６の中央部１２２のうち横溝１３０が形成されていない部分に当接して支持している。一方、中央支持部１２４は、中央部１２２の横溝１３０によって円周方向の空間が区画されて、横溝１３０との間に隙間が生じるため、中央部１２２のうち横溝１３８が形成された部分だけには接触していない。

【0035】

ハウジング１０４の退避部１２６、１２８は、その内径が図１（ａ）および図２（ａ）に示すように、中央支持部１２４の内径よりも大きくなるように、中ぐり加工によって形成されている。これにより、退避部１２６、１２８は、図２（ｂ）に示すように外輪１０６の連続部１１８、１２０に周方向にわたって接触せず、これに対向している。

【0036】

軸受構造１００では、外輪１０６の連続部１１８、１２０は、ハウジング１０４の退避部１２６、１２８に対向することになるため、ハウジング１０４と接触することはない。このため、外輪１０６の連続部１１８、１２０では、外輪軌道１１４の内部に生じた転動歪が転動体１１０の通過とともに転動体１１０の移動方向に伝播することがなく、クリープを十分に抑制することができる。

【0037】

また、外輪１０６の中央部１２２がハウジング１０４の中央支持部１２４に当接して支持されているため、軸受１０２の荷重をハウジング１０４によって十分に支持することができる。また外輪１０６の中央部１２２には、軸方向に延びる複数の横溝１３０が周方向に離間して形成されているため、転動歪が伝播され難くなり、クリープを十分に抑制することができる。

【0038】

さらに横溝１３０が負荷圏の範囲に配置されているため、負荷圏の範囲において、横溝１３０とハウジング１０４の中央支持部１２４との間に隙間が形成され、横溝１３０だけは中央支持部１２４に接触しなくなる。このため、転動歪が負荷圏の範囲で伝播しようとすると、ここで伝播が途切れてしまい、クリープを抑制することができる。

【0039】

図３は、図１の軸受１０２の外輪１０６に対してシュー研削を行う様子を示す図である。外輪１０６は、上記したように、連続部１１８、１２０と中央部１２２を区画する縦溝１３２、１３４を切削加工などで形成した後、横溝１３０を転造加工する。そして転造加工後に焼き入れ（熱処理）を行い、その後、外輪１０６に対してシュー研削を行う。

【0040】

シュー研削では、図３（ａ）に示すように外輪１０６の一方の側をパッキングプレート１３６に固定する。そして、外輪１０６の外周面１１６の周方向に連続する連続部１１８を基準面として、連続部１１８にシュー１３８、１４０を当てた状態で、外輪１０６の内周面を砥石１４２（図３（ｂ）参照）で研削する。すなわち外輪１０６の連続部１１８をシュー研削の基準面として使用することができる。なお、外輪１０６の他方の側にパッキングプレート１３６を固定し、外輪１０６の連続部１２０をシュー研削の基準面として使用してもよい。

【0041】

このようにして軸受１０２では、横溝１３０の転造加工後に外輪１０６の焼き入れを行った後、外輪１０６の連続部１１８、１２０を基準面としてシュー研削を行い、外輪１０６の内周面に外輪軌道１１４を形成することができる。

【0042】

したがって軸受構造１００によれば、軸受１０２をハウジング１０４によって十分に支持することができ、シュー研削を行うことができ、さらにクリープを十分に抑制することができる。

【0043】

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

【産業上の利用可能性】

【0044】

本発明は、外輪と内輪の間を転動体が転動する軸受と、軸受を支持するハウジングとを備える軸受構造として利用することができる。

【符号の説明】

【0045】

１００…軸受構造、１０２…軸受、１０４…ハウジング、１０６…外輪、１０８…内輪、１１０…転動体、１１２…シャフト、１１４…外輪軌道、１１６…外輪の外周面、１１８、１２０…外輪の外周面の連続部、１２２…外輪の外周面の中央部、１２４…ハウジングの中央支持部、１２６、１２８…ハウジングの退避部、１３０…横溝、１３２、１３４…縦溝、１３６…パッキングプレート、１３８、１４０…シュー、１４２…砥石、Ｆｒ…ラジアル荷重、Ｆｎ…垂直反力

【図1】

【図2】

【図3】