JP2017141876A - 転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】ころにスキューが発生しても、ころが軸受外部に飛び出すのを防止することができる転がり軸受を提供する。
【解決手段】転がり軸受１は、内周に外軌道面１１ａが形成されている外輪１１、外周に内軌道面１２ａが形成され外輪１１と同軸に配置されている内軸１２、外軌道面１１ａと内軌道面１２ａとの間に介在する複数の円筒ころ１３、及び、複数の円筒ころ１３を保持する環状のころ用保持器１５を備えている。内軸１２には、円筒ころ１３の軸方向一方側の端面１３ａが当接し得る円筒状のスリーブ１９が外嵌されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、転がり軸受に関する。

例えば、自動車に搭載される水ポンプ用の転がり軸受として、ころ軸受と玉軸受とを組み合わせて構成された複列転がり軸受が知られている。図４は、従来の複列転がり軸受８０を備えた水ポンプ１００を示す断面図である。この水ポンプ１００では、回転軸１０１の軸方向一方側に動力伝達部材であるプーリ１０２が取り付けられ、回転軸１０１の軸方向他方側にインペラ１０３が取り付けられている。

また、回転軸１０１の軸方向中間部は、複列転がり軸受８０を介してハウジング１０４に対して回転可能に支持されている。プーリ１０２は、図示しない無端状のベルトを巻き掛けた状態でガイドするベルト案内部１０５を有している。これにより、ベルトからプーリ１０２に伝達された回転動力によって、回転軸１０１と共にインペラ１０３が回転するようになっている。

複列転がり軸受８０は、ハウジング１０４の内周面に嵌合して固定された外輪８１を備えており、外輪８１の内周に外軌道面８２および外軌道溝８３が軸方向に所定間隔をあけて形成されている。外軌道面８２および外軌道溝８３に対向する回転軸１０１の外周には、内軌道面８４および内軌道溝８５が形成されている。外軌道面８２と内軌道面８４との間には複数のころ８６が転動自在に介在し、外軌道溝８３と内軌道溝８５との間には複数の玉８７が転動自在に介在している。複数のころ８６は、ころ用保持器８８により周方向に沿って所定間隔をあけて保持されている。また、複数の玉８７は、玉用保持器８９により周方向に沿って所定間隔をあけて保持されている。

外輪８１の内周において外軌道面８２の軸方向他方側には鍔面９０が形成されている。また、外輪８１の軸方向両端部には、回転軸１０１の外周と外輪８１の内周との間の環状空間を密封するシール部材９１，９２が設けられている。これにより、ころ８６は、鍔面９０と軸方向一方側のシール部材９１とによって軸方向両側への移動が規制されている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−１３３８６７号公報（図７参照）

上記水ポンプ１００では、プーリ１０３のベルト案内部１０５に径方向荷重が作用するため、プーリ１０３を支持する回転軸１０１の軸方向一方側において前記径方向荷重を受けることになる。このため、回転軸１０１は、軸方向他方側から軸方向一方側に向かうにつれて図４の下方に傾斜した状態となる。そして、回転軸１０１に形成された内軌道面８４の軸方向他方側において、ころ８６の接触面圧が高くなることで、ころ８６にスキューが発生し易くなる。

上記のように、ころ８６にスキューが発生すると、ころ用保持器８８が軸方向一方側のシール部材９１に強く接触することで、そのシール部材９１の摩耗が促進される。そして、最悪の場合は、シール部材９１が破損し、ころ８６が外輪８１の軸方向一方側から軸受外部に飛び出すおそれがある。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、ころにスキューが発生しても、ころが軸受外部に飛び出すのを防止することができる転がり軸受を提供することを目的とする。

本発明の転がり軸受は、内周に外軌道面が形成されている外輪、外周に内軌道面が形成され前記外輪と同軸に配置されている内軸、前記外軌道面と前記内軌道面との間に介在する複数のころ、及び、前記複数のころを保持する環状のころ用保持器を備え、前記内軸に、前記ころの軸方向一方側の端面が当接し得る円筒状のスリーブが外嵌されている。

上記のように構成された転がり軸受によれば、ころがスキューにより外輪の軸方向一方側へ移動しようとすると、ころの軸方向一方側の端面が内軸に外嵌されたスリーブに当接するので、ころが外輪の軸方向一方側に移動するのを規制することができる。したがって、ころにスキューが発生しても、ころが外輪の軸方向一方側から軸受外部に飛び出すのを防止することができる。

上記転がり軸受は、前記内軸に対する前記スリーブの軸方向の外嵌位置を位置決めする位置決め手段をさらに備えるのが好ましい。この場合、内軸に対するスリーブの軸方向の外嵌位置を位置決め手段により位置決めすることで、スリーブの内軸への組み付けを容易に行うことができる。

上記転がり軸受は、前記外輪の軸線に対して前記内軸の軸線を傾けるような径方向荷重が前記内軸に作用する機器に使用されるのが好ましい。この場合、上記径方向荷重により外輪の軸線に対して内軸の軸線が傾くと、ころにスキューが発生し易いため、本発明の転がり軸受は上記機器において好適に使用することができる。

上記転がり軸受において、前記内軸の外周に、前記ころの軸方向他方側の端面が当接し得る段付き面が形成されているのが好ましい。この場合、ころがスキューにより外輪の軸方向他方側へ移動しようとすると、ころの軸方向他方側の端面が内軸に形成された段付き面に当接するので、ころが外輪の軸方向他方側に移動するのを規制することができる。これにより、ころの軸方向一方側および軸方向他方側への移動をいずれも内軸側に設けたスリーブと段付き面とで規制することができ、外輪と内軸との組み付け誤差を考慮することなく、ころの移動規制範囲を容易に設定することができる。

上記転がり軸受において、前記外輪の内周に、前記外軌道面から軸方向に離れた位置に外軌道溝が形成され、前記内軸の外周に、前記外軌道溝に対向する内軌道溝が形成され、前記外軌道溝と前記内軌道溝との間に介在する複数の玉、及び、前記複数の玉を保持する環状の玉用保持器をさらに備え、前記玉の直径が前記ころの直径と同一であり、かつ、前記内軌道溝の直径が前記内軌道面の直径と同一であるのが好ましい。

この場合、玉の直径がころの直径と同一であり、かつ、内軌道溝の直径が内軌道面の直径と同一であるため、玉の公転速度をころの公転速度と同一にすることができる。これにより、玉用保持器ところ用保持器とを一体化することができ、このように一体化した保持器は、玉によって軸方向への移動が規制されるので、ころの軸方向への移動も規制することができる。したがって、ころが軸受外部へ飛び出すのをさらに効果的に防止することができる。

本発明の転がり軸受によれば、ころにスキューが発生しても、ころが軸受外部に飛び出すのを防止することができる。

本発明の第１実施形態に係る転がり軸受を備えた水ポンプの断面図である。 上記転がり軸受を示す拡大断面図である。 本発明の第２実施形態に係る転がり軸受を示す拡大断面図である。 従来の転がり軸受を備えた水ポンプの断面図である。

以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら詳述する。
図１は、本発明の第１実施形態に係る転がり軸受を備えた水ポンプの断面図である。本実施形態の転がり軸受１は、自動車に搭載される水ポンプ２に使用されるものである。この水ポンプ２では、回転軸３の軸方向一方側に動力伝達部材であるプーリ４が取り付けられ、回転軸３の軸方向他方側にインペラ５が取り付けられている。

また、回転軸３の軸方向中間部は、転がり軸受１を介してハウジング６に対して回転可能に支持されている。プーリ４は、図示しない無端状のベルトを巻き掛けた状態でガイドするベルト案内部４ａを有している。これにより、ベルトからプーリ４に伝達された回転動力によって、回転軸３と共にインペラ５が回転するようになっている。

転がり軸受１は、ころ軸受と玉軸受とを組み合わせて構成された複列転がり軸受からなり、外輪１１、内輪としての内軸１２、複数の円筒ころ１３、複数の玉１４、ころ用保持器１５、及び玉用保持器１６を備えている。
外輪１１は、軸受鋼や機械構造用鋼等を用いて形成された環状部材からなり、ハウジング６の内周に圧入して固定されている。内軸１２は、回転軸３の一部を構成しており、外輪１１と同軸上に配置されている。

図２は、転がり軸受１を示す拡大断面図である。外輪１１の内周には、軸方向一方側から軸方向他方側に向かって、大径内周面２１、内周段付き面２２、及び小径内周面２３がこの順に形成されている。大径内周面２１には外軌道面１１ａが形成され、小径内周面２３には、外軌道面１１ａから軸方向他方側に離れた位置に外軌道溝１１ｂが形成されている。

内軸１２の外周には、軸方向一方側から軸方向他方側に向かって、小径外周面３１、外周段付き面３２、及び大径外周面３３がこの順に形成されている。小径外周面３１には、内軌道面１２ａが外軌道面１１ａに対向して形成され、大径外周面３３には内軌道溝１２ｂが外軌道溝１１ｂに対向して形成されている。内軸１２の外周段付き面３２は、外輪１１の内周段付き面２２よりも軸方向一方側に形成されており、円筒ころ１３の軸方向他方側の端面１３ｂが当接し得る段付き面とされている。

外輪１１の軸方向両側には、密封装置である一対のシールド部材１８Ａ，１８Ｂが設けられている。これらシールド部材１８Ａ，１８Ｂは、例えば金属製の環状板部材からなり、外輪１１と内軸１２との間に形成された環状空間１７を密封する機能を有している。これにより、シールド部材１８Ａ，１８Ｂは、軸受外部に存在する異物が環状空間１７に侵入するのを防ぐとともに、環状空間１７の内部に封入されたグリース（潤滑剤）が軸受外部へ流出するのを防止している。

複数の円筒ころ１３は、外軌道面１１ａと内軌道面１２ａとの間に転動自在に介在しており、ころ用保持器１５によって周方向に所定間隔をあけて保持されている。また、複数の玉１４は、外軌道溝１１ｂと内軌道溝１２ｂとの間に転動自在に介在しており、玉用保持器１６によって周方向に所定間隔をあけて保持されている。これによって、内軸１２は外輪１１に対して回転自在とされている。

ころ用保持器１５は、合成樹脂製の環状部材であり、軸方向に所定間隔をあけて配置された一対の環状部１５ａと、両環状部１５ａの間で軸方向に延びかつ周方向等間隔に配列されて当該両環状部１５ａを連結する複数の柱部１５ｂとを有している。両環状部１５ａと隣接する柱部１５ｂとの間には複数のポケット１５ｃが形成されており、これらのポケット１５ｃに各円筒ころ１３が収容されている。

ポケット１５ｃに収容された円筒ころ１３は、その軸方向他方側の端面１３ｂが内軸１２の外周段付き面３２に対して軸方向に所定の隙間をあけた状態で保持されている。なお、本実施形態のころ用保持器１５は、軸方向他方側の環状部１５ａの外周面が外輪１１の小径内周面２３に摺接することによって回転案内される。

玉用保持器１６は、合成樹脂製の環状部材であり、いわゆる冠型として構成されている。具体的には、玉用保持器１６は、玉１４の軸方向一方側に位置する環状部１６ａと、この環状部１６ａから軸方向他方側に延びかつ周方向等間隔に配列された複数の柱部１６ｂとを有している。環状部１６ａの軸方向他方側であって周方向で隣り合う柱部１６ｂ，１６ｂの間にはポケット１６ｃが形成されており、これらのポケット１６ｃに各玉１４が収容されている。なお、本実施形態の玉用保持器１６は、環状部１６ａの外周面が外輪１１の小径内周面２３に摺接することによって回転案内される。

図１において、本実施形態の水ポンプ２では、プーリ４のベルト案内部４ａに径方向荷重が作用するため、プーリ４を支持する回転軸３（内軸１２）の軸方向一方側において前記径方向荷重を受けることになる。このため、内軸１２には、その軸線を外輪１１の軸線に対して傾けるような径方向荷重が作用する。そして、内軸１２の内軌道面１２ａの軸方向他方側において円筒ころ１３の接触面圧が高くなることで、円筒ころ１３にスキューが発生し易くなる。

円筒ころ１３にスキューが発生した場合、ころ用保持器１５が軸方向一方側のシールド部材１８Ａに強く接触することで、そのシールド部材１８Ａの摩耗が促進される。そして、最悪の場合は、シールド部材１８Ａが破損し、円筒ころ１３が外輪１１の軸方向一方側から軸受外部に飛び出すおそれがある。そこで、本実施形態では、図２に示すように、内軸１２の小径外周面３１に、円筒ころ１３の軸方向一方側の端面１３ａが当接し得る円筒状のスリーブ１９が外嵌されている。

本実施形態のスリーブ１９は、金属製の部材からなり、その軸方向他方側の端面１９ａが円筒ころ１３の端面１３ａに対して軸方向に所定の隙間をあけた状態で外嵌されている。この状態において、スリーブ１９の軸方向一端部は、シールド部材１８Ａよりも軸方向一方側に突出している。このため、シールド部材１８Ａは、スリーブ１９の外周面との間にラビリンス隙間を形成している。なお、シールド部材１８Ｂは、内軸１２の大径外周面３３との間にラビリンス隙間を形成している。

スリーブ１９を組み付ける際には、外輪１１と内軸１２との間に円筒ころ１３、玉１４、各保持器１５，１６、シールド部材１８Ａ，１８Ｂを先に組み込んだ後、小径外周面３１とシールド部材１８Ａの内周面との隙間から、スリーブ１９を軸受内部に向かって小径外周面３１に外嵌される。その際、スリーブ１９の内軸１２に対する軸方向の外嵌位置は、位置決め手段４０により位置決めされる。

本実施形態の位置決め手段４０は、ノックピン４１を有し、このノックピン４１を、スリーブ１９の軸方向一端部において厚み方向に貫通して形成された貫通孔４２、および内軸１２の小径外周面３１に形成されたピン穴４３に嵌合することで、スリーブ１９の外嵌位置を位置決めしている。

以上の構成により、円筒ころ１３は、その軸方向一方側の端面１３ａがスリーブ１９の端面１９ａに当接することによって、軸方向一方側への移動が規制される。また、円筒ころ１３は、その軸方向他方側の端面１３ｂが内軸１２の外周段付き面３２に当接することによって、軸方向他方側への移動が規制される。

以上、第１実施形態の転がり軸受１によれば、円筒ころ１３がスキューにより外輪１１の軸方向一方側へ移動しようとすると、円筒ころ１３の端面１３ａが内軸１２に外嵌固定されたスリーブ１９に当接するので、円筒ころ１３が外輪１１の軸方向一方側に移動するのを規制することができる。したがって、円筒ころ１３にスキューが発生しても、円筒ころ１３が外輪１１の軸方向一方側から軸受外部に飛び出すのを防止することができる。

また、内軸１２に対するスリーブ１９の軸方向の外嵌位置を位置決め手段４０により位置決めすることで、スリーブ１９の内軸１２への組み付けを容易に行うことができる。特に、本実施形態の位置決め手段４０は、ノックピン４１を内軸１２側のピン穴４３に嵌合する構成としているので、スリーブ１９の端面１９ａと円筒ころ１３の端面１３ａとの間の隙間を調整する手間を省くことができる。このため、スリーブ１９の組み付けをさらに容易に行うことができる。

また、本実施形態の転がり軸受１を水ポンプ２用として使用する場合、すなわち転がり軸受１を外輪１１の軸線に対して内軸１２の軸線を傾けるような径方向荷重が内軸１２に作用している機器に使用する場合、上記径方向荷重により内軸１２が傾くと、円筒ころ１３にスキューが発生し易いため、水ポンプ２において転がり軸受１を好適に使用することができる。

また、円筒ころ１３がスキューにより外輪１１の軸方向他方側へ移動しようとすると、円筒ころ１３の軸方向他方側の端面１３ｂが内軸１２に形成された外周段付き面３２に当接するので、円筒ころ１３が外輪１１の軸方向他方側に移動するのを規制することができる。これにより、円筒ころ１３の軸方向一方側および軸方向他方側への移動をいずれも内軸１２側に設けたスリーブ１９と外周段付き面３２とで規制することができるので、外輪１１と内軸１２との組み付け誤差を考慮することなく、円筒ころ１３の移動規制範囲を容易に設定することができる。

図４は、本発明の第２実施形態に係る転がり軸受１を示す断面図である。本実施形態と第１実施形態との主な相違点は、ころ用保持器１５と玉用保持器１６とが一体化された保持器５０を備えている点である。本実施形態では、両保持器１５，１６を一体化するために、円筒ころ１３の直径Ｄ１と玉１４の直径Ｄ２とが同一に設定され、かつ、内軌道面１２ａの直径Ｄ３と内軌道溝１２ｂの最深部における直径Ｄ４とが同一に設定されている。このような寸法設定により、円筒ころ１３の公転速度と玉１４の公転速度を同一にすることができるので、両保持器１５，１６を一体化することができる。

本実施形態の保持器５０は、ころ用保持器１５と、玉用保持器１６と、両保持器１５，１６を連結する連結部５１とを備えている。連結部５１は、合成樹脂製の環状の部材であり、ころ用保持器１５の軸方向他方側の環状部１５ａと、玉用保持器１６の環状部１６ａとを連結している。なお、両保持器１５，１６は、連結部５１を介さずに直接連結されていてもよい。

これにより、保持器５０は、外軌道溝１１ｂ及び内軌道溝１２ｂの間に介在する玉１４によって、軸方向両側への移動が規制されるので、円筒ころ１３も保持器５０によって軸方向両側への移動が規制される。なお、本実施形態の他の構成については、第１実施形態と同様であるため、説明を省略する。

以上、第２実施形態に係る転がり軸受１によれば、ころ用保持器１５と玉用保持器１６とを一体化した保持器５０は、玉１４によって軸方向両側への移動が規制されるので、円筒ころ１３の軸方向両側への移動も規制することができる。したがって、円筒ころ１３が軸受外部へ飛び出すのをさらに効果的に防止することができる。

なお、今回開示した実施形態は例示であって制限的なものではない。本発明の権利範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲の構成と均等の範囲内での全ての変更が含まれる。例えば、上記実施形態におけるスリーブ１９は、内軸１２に外嵌されているが、外輪１１に内嵌されていてもよい。また、上記実施形態では内軸１２の外周に形成された外周段付き面３２が、円筒ころ１３の軸方向他方側の端面１３ｂが当接し得る段付き面として機能しているが、外輪１１の内周に形成された内周段付き面２２を上記段付き面として機能させてもよい。

また、位置決め手段４０は、スリーブ１９の軸方向の位置を位置決めすることができるものであれば、ノックピン４１とピン穴４３以外の構成としてもよい。また、本発明の転がり軸受は、複列転がり軸受以外に、単列のころ軸受にも適用することができる。また、本発明の転がり軸受は、水ポンプ以外の機器にも適用することができる。

１：転がり軸受、１１：外輪、１１ａ：外軌道面、１１ｂ：外軌道溝、１２：内軸、１２ａ：内軌道面、１２ｂ：内軌道溝、１３：円筒ころ（ころ）、１４：玉、１５：ころ用保持器、１５ａ：端面、１６：玉用保持器、１９：スリーブ、３２：外周段付き面（段付き面）、４０：位置決め手段、Ｄ１：円筒ころの直径、Ｄ２：玉の直径、Ｄ３：内軌道面の直径、Ｄ４：内軌道溝の直径

Claims (5)

1. 内周に外軌道面が形成されている外輪、外周に内軌道面が形成され前記外輪と同軸に配置されている内軸、前記外軌道面と前記内軌道面との間に介在する複数のころ、及び、前記複数のころを保持する環状のころ用保持器を備え、
   前記内軸に、前記ころの軸方向一方側の端面が当接し得る円筒状のスリーブが外嵌されている、転がり軸受。
2. 前記内軸に対する前記スリーブの軸方向の外嵌位置を位置決めする位置決め手段をさらに備える請求項１に記載の転がり軸受。
3. 前記外輪の軸線に対して前記内軸の軸線を傾けるような径方向荷重が前記内軸に作用する機器に使用される請求項１又は２に記載の転がり軸受。
4. 前記内軸の外周に、前記ころの軸方向他方側の端面が当接し得る段付き面が形成されている、請求項１〜３のいずれか一項に記載の転がり軸受。
5. 前記外輪の内周に、前記外軌道面から軸方向に離れた位置に外軌道溝が形成され、
   前記内軸の外周に、前記外軌道溝に対向する内軌道溝が形成され、
   前記外軌道溝と前記内軌道溝との間に介在する複数の玉、及び、前記複数の玉を保持する環状の玉用保持器をさらに備え、
   前記玉の直径が前記ころの直径と同一であり、かつ、前記内軌道溝の直径が前記内軌道面の直径と同一である、請求項１〜４のいずれか一項に記載の転がり軸受。

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