JP2008082403A - 転がり軸受、これを有するプーリ装置及びその転がり軸受の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】過大荷重の発生を使用者に警告することができる転がり軸受、これを有するプーリ装置及びその転がり軸受の製造方法を提供する。
【解決手段】内周面に外輪軌道１０を有する外輪４と、この外輪４と同心で且つ外周面に内輪軌道１１を有する内輪５と、内外輪軌道１０，１１間に転動自在に設けられた複数の転動体６とを備えている。前記外輪軌道１０及び内輪軌道１１のいずれか一方が、適正荷重が負荷される正常状態で前記転動体６が転走する第１軌道面１０ａと、前記適正荷重以外の荷重が負荷される異常状態で前記転動体６が転走する第２軌道面１０ｂとを有し、この第２軌道面１０ｂは前記転動体６との接触で異音が発生する形状１２ａに形成されている。
【選択図】図２

Description

本発明は、転がり軸受、これを有するプーリ装置及びその転がり軸受の製造方法に関する。

従来、オルタネータやエアコン等のエンジン補機は、エンジンのクランクとつながれたベルトによって駆動されており、このベルトの張力やレイアウトを自在にするためにアイドラプーリが用いられている。このアイドラプーリとして、外周面にベルトが掛けられるプーリ本体と、このプーリ本体の内周に圧入された２列の転がり軸受とを備えたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００５−３３７３８３号公報

しかしながら、前記アイドラプーリに、ベルトの張り過ぎ等で適正荷重を超える過大荷重が負荷された場合には、この過大荷重が原因でプーリ本体の疲労が促進されたり、その内周に装着された転がり軸受が早期寿命に至る場合があった。また、ベルトの張り過ぎは他の補機部品にも悪影響を与える恐れがあった。
そこで本発明は、前記問題点に鑑みてなされたものであり、過大荷重の発生を使用者に警告することができる転がり軸受、これを有するプーリ装置及びその転がり軸受の製造方法を提供することを目的とする。

前記目的を達成するための本発明の転がり軸受は、内周面に外輪軌道を有する外輪と、この外輪と同心で且つ外周面に内輪軌道を有する内輪と、内外輪軌道間に転動自在に設けられた複数の転動体とを備えた転がり軸受であって、
前記外輪軌道及び内輪軌道のいずれか一方が、適正荷重が負荷される正常状態で前記転動体が転走する第１軌道面と、前記適正荷重以外の荷重が負荷される異常状態で前記転動体が転走する第２軌道面とを有し、この第２軌道面は前記転動体との接触で異音が発生する形状に形成されていることを特徴としている。

この構成によれば、転がり軸受に異常な荷重がかかると、転動体が第２軌道面に接触することで異音を発生する。この異音により使用者は異常な荷重の発生を認識することができるので、転がり軸受が破損するのを防ぐことができる。
上記転がり軸受において、前記異音が発生する形状をうねりの山とすることができる。

本発明のプーリ装置は、その外周にベルトが掛けられるプーリ本体と、
このプーリ本体の内周に圧入される転がり軸受とを備えたプーリ装置であって、
前記転がり軸受が上記の転がり軸受であることを特徴としている。
このプーリ装置には上記転がり軸受が用いられているので、プーリ装置に異常な荷重がかかると、転がり軸受から異音が発生する。これにより使用者は異常な荷重の発生を認識することができるので、プーリ本体及び転がり軸受が破損するのを防ぐことができる。

本発明の転がり軸受の製造方法は、内周面に外輪軌道を有する外輪と、この外輪と同心で且つ外周面に内輪軌道を有する内輪と、内外輪軌道間に転動自在に設けられた複数の転動体とを備えた転がり軸受の製造方法において、
前記外輪又は内輪の軌道面を、適正荷重以外の荷重が負荷される異常状態で前記転動体が転走して異音が発生する形状に形成し、
その後に、適正荷重が負荷される正常状態で前記転動体が転走する面を形成することにより、前記外輪軌道又は内輪軌道を得ることを特徴としている。

上記製造工程を逆の順序で行うと、最後に超仕上げをして第１転動面を形成する必要があり、３工程となるが、この製造方法では、先に形状精度の悪い軌道面を形成してから超仕上げを行うことで第１転動面を形成することができ、超仕上げされずに残った面が第２軌道面となるため２工程で軌道を得ることができる。よって、この製造方法によれば、外輪軌道又は内輪軌道の製造に手間がかからないため、異常な荷重の発生を使用者に異音で警告することができる転がり軸受を少ない手間で得ることができる。

上記転がり軸受の製造方法において、前記異音が発生する形状は、回転砥石と外輪又は内輪との回転速度比が整数となるように両者の回転速度を設定して研削加工を行うことにより形成されることが好ましい。
この場合、軌道面にうねりの山が形成されるため、異常な荷重がかかると転動体がうねりの山を通過するときに振動し、これにより異音を発生させることができる。

本発明によれば、異常な荷重の発生を異音によって使用者に警告することができ、これにより転がり軸受及びこれを有するプーリ装置の破損を防ぐことができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。
図１は本発明のプーリ装置の１つの実施形態を示す断面図であり、図２は、図１のプーリ装置の転がり軸受部分の要部拡大断面図であり、図３は、図２のＩＩＩ−ＩＩＩ方向から見た拡大断面図である。以下の説明において、左右とは図１の左右というものとする。
図１に示すプーリ装置１は、プーリ本体２と左右２列の転がり軸受（玉軸受）３とが一体化されて形成されており、自動車エンジン用のアイドラとして使用されるものである。

プーリ本体２は、鋼板プレス製であり、その外周面にベルトが掛けられる大径円筒部２ａと、この大径円筒部２ａの一端部である左端部から径方向内向きに屈曲した第１フランジ部２ｂと、前記大径円筒部２ａと同心となるように当該第１フランジ部２ｂの内周部から軸方向に延びる小径円筒部２ｃと、この小径円筒部２ｃの一端部である右端部から径方向内向きに屈曲した第２フランジ部２ｄとから構成されている。

左右の玉軸受３は同じ形状とされており、それぞれ、プーリ本体２の小径円筒部２ｃの内周面に圧入された外輪４と、この外輪４と同心の内輪５と、これら内外輪４，５間に転動自在に設けられた転動体としての複数の玉６と、この玉６を転動自在に保持する保持器７と、内外輪４，５間を密封空間とするための一対のシール部材８，９とを備えている。外輪４は、その内周面に外輪軌道１０を有しており、内輪５は、この外輪４と同心で且つ外周面に内輪軌道１１を有している。左右の玉軸受３は、小径円筒部２ｃの内周面に左方から圧入され、右側の玉軸受３の外輪４の右端面が内側フランジ部２ｄの内側面である左面に当接することにより、プーリ本体２に対する玉軸受３の軸方向位置が位置決めされている。

図２及び図３に示すように、各玉軸受３の外輪４の外輪軌道１０は、適正荷重が負荷される正常状態で前記玉６が転走する第１軌道面１０ａと、適正荷重以外の荷重が負荷される異常状態で前記玉６が転走する第２軌道面１０ｂとを有している。そして、この第２軌道面１０ｂは、前記玉６との接触で異音が発生する形状に形成されている。ここでは、この異音が発生する形状がうねりの山１２ａとされている。なお、図３においては、玉の数が８個、うねりの山１２ａの数を８個とした玉軸受３を記載しているが、これらの数はあくまでも例示である。また、図３においては、外輪軌道１０のうねりを誇張して記載しているが、実際のうねりの山１２ａの高さは約１μｍ程度である。
玉６は適正荷重で使用される正常状態では第１軌道面１０ａを転走するが、適正荷重以外の荷重が負荷される異常状態では第２軌道面１０ｂを転走する。この第２軌道面１０ｂはうねりの山１２ａを有しているため、玉６が通過する際に振動することにより異音を発生する。ここで、第２軌道面１０ｂは、モーメント（オフセット荷重）が発生したときに玉６が接触して異音が発生する面１０ｂ１，１０ｂ２と、ラジアル荷重が過大であるときに玉６が接触して異音を発生する面１０ｂ３とから構成されている。

次に、外輪４の内周面に外輪軌道１０を形成する方法を説明する。
外輪軌道１０は、外輪４の軌道面を、適正荷重以外の荷重が負荷される異常状態で玉６が転走して異音が発生する形状に形成する第１工程と、適正荷重が負荷される正常状態で玉６が転走する面を形成する第２工程により得ることができる。
第１工程では、適正荷重以外の荷重が負荷される異常状態で玉６が転走して異音が発生する形状に形成された一次軌道面１２を形成する。ここでは、前記異音が発生する形状は、回転砥石２０と外輪４との回転速度比が整数となるように両者２０，４の回転速度を設定して研削加工を行うことにより形成され、これにより、うねりの山１２ａを有する一次軌道面１２が形成される。

この研削加工は、例えば、心無研削盤を用いて行われる。心無研削盤は、回転砥石２０と図示しない回転支持装置とを備えており、この回転支持装置により外輪４を支持し、この外輪４の内周側に上記回転砥石２０を挿入し、この回転砥石２０の研削面を上記外輪４の内周面に押し付けた状態で、これら回転砥石２０と外輪とを互いに回転速度を異ならせて同方向に回転させる。この結果、上記外輪４の内周面が上記回転砥石２０の外周面に順次接触することにより、この外輪４の内周面が研削される。

ここで、回転砥石２０の回転速度ｎｗと外輪４の回転速度ｎｉとの回転速度比Ｚ＝ｎｗ／ｎｉが整数となるように回転砥石２０と外輪４の回転速度を設定する。すなわち、上記心無研削盤は、回転砥石２０の不可避的なアンバランスにより、研削加工時にこの回転砥石２０の振れ回りが発生する。この回転砥石２０の振れ回りは軌道に転写され、軌道にうねりを発生させるが、特に回転速度比Ｚ＝ｎｗ／ｎｉを整数とした場合に、軌道一円周当たりＺ個のうねりの山１２ａを有する一次軌道面１２が形成されるのである。
図４及び図５は、外輪４の一次軌道面１２の形成過程を示す説明図である。上記回転速度比Ｚが整数になると、回転砥石２０の回転中心２０ａからの半径が小さいところの作業面で削られる外輪４の内周面は、図４のように山形になり、上記半径が大きいところの作業面で削られる外輪４の内周面は、図５のように谷形になる。その結果、前記回転速度比Ｚを８という整数に設定すると、外輪４の内周面の断面形状は、全体としてその整数の８に等しい８角形となり、８個のうねりの山１２ａができる。外輪軌道１０にこのようなうねりの山１２ａが存在すると、運転時に外輪軌道１０と玉６とが勢いよく衝突することで振動が生じ、この振動が原因となって異音が発生するのである。なお、図４及び図５では、外輪軌道１０のうねりを誇張して記載している。

次に、第２工程において、適正荷重が負荷される正常状態で玉６が転走する面（第１転動面）１０ａを形成する。ここでは、異常な荷重が負荷されると前記玉６がうねりの山１２ａを有する一次軌道面１２を通過するように、前記うねりの山１２ａを残して超仕上げを行う。その結果、超仕上げした面が前記第１転動面１０ａとなり、超仕上げされずに残った研磨目（うねりの山１２ａ）の部分が第２転動面１０ｂとなる。
また、内輪５の内輪軌道１１は通常の軌道形成方法によって形成される。

第１工程と第２工程とを逆の順序で行うと、最後に超仕上げをして第１転動面１０ａを形成する必要があり、３工程となるが、この製造方法では、先に形状精度の悪い軌道面（一次軌道面）１２を形成してから超仕上げを行うことで第１転動面１０ａを形成することができ、超仕上げされずに残った面が第２軌道面１０ｂとなるため２工程で軌道を得ることができる。よって、この製造方法によれば、外輪軌道１０の製造に手間がかからないため、異常な荷重の発生を使用者に異音で警告することができる転がり軸受（玉軸受）３を少ない手間で得ることができる。
なお、第２軌道面１０ｂは、外輪軌道１０又は内輪軌道１１のいずれか一方に形成されていればよいので、内輪軌道１１に形成することも可能である。この場合、内輪５の回転速度と内輪研削用の回転砥石の回転速度との回転速度比が整数になるように研削を行えばよい。

上記プーリ装置１によれば、プーリ装置１に異常な荷重がかかると、転がり軸受（玉軸受）３の転動体である玉６が第２軌道面１０ｂのうねりの山１２ａを通過するときに振動することで転がり軸受（玉軸受）３から異音が発生する。これにより使用者は異常な荷重の発生を認識することができるので、プーリ本体２及び転がり軸受（玉軸受）３が破損するのを防ぐことができる。

なお、本発明のプーリ装置１は、図示する形態に限らずこの発明の範囲内において他の形態のものであってもよい。例えば、本発明のプーリ装置１は、アイドラプーリとしてだけでなく、エンジン補機プーリ、テンションプーリ等とすることができる。プーリ装置１の転がり軸受として、上記実施の形態では玉軸受３を左右２列に並べて使用しているが、玉軸受３は単列でもかまわない。また、上記の実施形態では左右の玉軸受３の両外輪４に第２軌道面１０ｂを設けているが、必ずしも両方の外輪４に設ける必要はなく、いずれか一方の外輪４に設ければよい。第２軌道面１０ｂを内輪５に設けることも可能であり、この場合も少なくとも左右いずれか一方の内輪５に設ければよい。また、第２軌道面１０ｂに形成される形状は、適正荷重以外の荷重が負荷される異常状態で前記転動体（玉）６が転走して異音が発生する形状であればよく、上記実施形態のようなうねりの山１２ａに限定されるものではない。
転がり軸受（玉軸受）３はプーリ装置２に組み込まれる場合に限られず、単独で使用することもできる。この場合、転がり軸受３に異常な荷重がかかると、転動体である玉６が第２軌道面１０ｂに接触することで異音を発生する。この異音により使用者は異常な荷重の発生を認識することができるので、転がり軸受３が破損するのを防ぐことができる。

本発明のプーリ装置の１つの実施形態を示す断面図である。 図１のプーリ装置の転がり軸受部分の要部拡大断面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ方向から見た拡大断面図である。 外輪の一次軌道面の形成過程を示す説明図である。 同じく外輪の一次軌道面の形成過程を示す説明図である。

符号の説明

１ プーリ装置
２ プーリ本体
２ａ 大径円筒部
３ 玉軸受（転がり軸受）
４ 外輪
５ 内輪
６ 玉（転動体）
１０ 外輪軌道
１０ａ 第１軌道面
１０ｂ 第２軌道面
１２ 一次軌道面
１２ａ うねりの山

Claims (5)

1. 内周面に外輪軌道を有する外輪と、この外輪と同心で且つ外周面に内輪軌道を有する内輪と、内外輪軌道間に転動自在に設けられた複数の転動体とを備えた転がり軸受であって、
   前記外輪軌道及び内輪軌道のいずれか一方が、適正荷重が負荷される正常状態で前記転動体が転走する第１軌道面と、前記適正荷重以外の荷重が負荷される異常状態で前記転動体が転走する第２軌道面とを有し、この第２軌道面は前記転動体との接触で異音が発生する形状に形成されていることを特徴とする転がり軸受。
2. 前記異音が発生する形状がうねりの山である請求項１に記載の転がり軸受。
3. その外周にベルトが掛けられるプーリ本体と、
   このプーリ本体の内周に圧入される転がり軸受とを備えたプーリ装置であって、
   前記転がり軸受が請求項１又は２に記載の転がり軸受であることを特徴とするプーリ装置。
4. 内周面に外輪軌道を有する外輪と、この外輪と同心で且つ外周面に内輪軌道を有する内輪と、内外輪軌道間に転動自在に設けられた複数の転動体とを備えた転がり軸受の製造方法において、
   前記外輪又は内輪の軌道面を、適正荷重以外の荷重が負荷される異常状態で前記転動体が転走して異音が発生する形状に形成し、
   その後に、適正荷重が負荷される正常状態で前記転動体が転走する面を形成することにより、前記外輪軌道又は内輪軌道を得ることを特徴とする転がり軸受の製造方法。
5. 前記異音が発生する形状は、回転砥石と前記外輪又は内輪との回転速度比が整数となるように両者の回転速度を設定して研削加工を行うことにより形成される請求項４に記載の転がり軸受の製造方法。

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