JP2016095026A - 傾斜接触式自己軸合わせ型トロイダル転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】スラスト荷重を有した用途に適した転がり軸受を提供すること。
【解決手段】傾斜接触式自己軸合わせ型トロイダル転がり軸受（１０）であって、内側リング（２０）と、外側リング（２１）と、ローラ（１５）から形成された転がり部材と、を具備してなり、各ローラが、湾曲した軌道当接表面（１５ａ）を有し、各ローラ（１５）と、内側軌道（２０ａ）および／または外側軌道（２１ａ）と、の間の接触角度が、軸受軸線に対して傾斜しており、各ローラが、動作時には、導入された領域内において内側リングおよび外側リングに対して軸線方向に関して自己配向し得るよう構成されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、転がり軸受に関するものである。

より詳細には、本発明は、傾斜接触式自己軸合わせ型トロイダル転がり軸受に関するものであって、内側リングと、外側リングと、一組をなす複数の転がり部材と、を具備してなり、一組をなす複数の転がり部材が、内側リングと外側リングとの間に位置した中間配置で配置されたローラから形成されている、転がり軸受に関するものである。本発明は、また、傾斜接触式自己軸合わせ型トロイダル転がり軸受の構成部材の寸法パラメータを決定するための方法に関するものであり、また、傾斜接触式自己軸合わせ型トロイダル転がり軸受の製造方法に関するものである。

典型的な用途においては、転がり軸受は、位置ズレやシャフト偏向やシャフトの熱膨張を許容し得るように配置することができる。位置ズレやシャフト偏向に適応し得るよう、設計技術者は、従来より、２つの自己軸合わせ型ボールベアリングあるいは２つの球形ローラベアリングからなる自己軸合わせ型軸受構成を使用している。しかしながら、シャフトの熱膨張は、複雑な課題であり、軸受の一方は、多くの場合、「位置決め」軸受として配置され、軸受の他方は、「非位置決め」軸受として配置される。例えば、位置決め軸受は、ハウジング内においてシャフト上に固定することができ、非位置決め軸受は、ハウジング内の座上において軸線方向に移動可能であるようにして配置することができる。しかしながら、ハウジングに対しての非位置決め軸受の移動は、典型的には、かなりの量の摩擦を生成する。これにより、振動が誘起され、軸受システムに軸線方向の力が誘起され、さらに、熱が誘起される。これらのすべては、軸受のサービス寿命を著しく低減させかねない。

様々な用途において、既知の手法においては、トロイダル転がり軸受を使用する。トロイダル転がり軸受は、自己軸合わせ型の径方向軸受であって、外側リングとは個別的に移動する内側リングを有しており、例えば、内部の軸線方向負荷を誘起することなく、温度変化に基づくシャフトまたは構造の熱伸張および熱収縮を可能とする。さらに、トロイダル転がり軸受の内側リングおよび外側リングを締まり嵌めによって取り付け得ることにより、例えばリングのフレッチング腐食や歪みといったような外側リングの緩みに関連した問題点を回避することができる。

本明細書には、先行技術文献は記載されていない。

しかしながら、スラスト荷重を有した用途においては、設計技術者は、大きな軸線方向荷重や位置ズレやシャフト偏向に取り組む必要がある。公知の手法や設計規則により、軸受構成は、設計自由度が小さなものとなり、高価なものとなり、大きな寸法のものとなる。

従来技術の上記の欠点や他の欠点に鑑み、本発明の一般的な目的は、傾斜接触式自己軸合わせ型トロイダル転がり軸受と、傾斜接触式自己軸合わせ型トロイダル転がり軸受の構造部材の寸法パラメータを決定するための改良された方法と、傾斜接触式自己軸合わせ型トロイダル転がり軸受を製造するための改良された方法と、を提供することである。

上記の目的や他の目的は、独立請求項に記載された主題によって達成される。本発明の好ましい実施形態は、従属請求項に与えられている。

本発明の第１見地においては、本発明は、傾斜接触式自己軸合わせ型トロイダル転がり軸受に関するものであって、内側リングと、外側リングと、一組をなす複数の転がり部材であるとともに、内側リングと外側リングとの間の中間配置でもって配置されたローラから形成された一組をなす複数の転がり部材と、を具備してなり、各ローラが、湾曲した軌道当接表面を有し、この湾曲した軌道当接表面が、内側リングの湾曲した内側軌道に対して負荷を支持しつつ当接しており、湾曲した軌道当接表面が、外側リングの湾曲した外側軌道に対して負荷を支持しつつ当接しており、各ローラと、内側軌道および／または外側軌道と、の間の接触角度が、軸受軸線に対して傾斜しており、各ローラが、動作時には、導入された領域内において内側リングおよび外側リングに対して軸線方向に関して自己配向し得るよう構成されている、転がり軸受に関するものである。

本発明は、本発明者らによって、大きな軸線方向荷重や位置ズレやシャフト偏向を有した用途における軸受システムが、ソープ効果（soap effect）とも称されるようなローラの自己配向を可能とし得るよう構成された傾斜接触式自己軸合わせ型トロイダル転がり軸受を提供することによって、大幅に改良され得ることを具現したことを原理とするものである。これは、よりコンパクトでより効率的な軸受構成を可能とする。より詳細には、このアプローチは、よりコンパクトな軸受を可能とし、負荷能力を超えた寸法の低減化を可能とし、軸受システムの寸法の過大化の低減を可能とする。これにより、より少ない材料で済むようなまた例えば時間や材料や搬送等といったようなより少ない製造資源で済むようなよりコンパクトな軸受構成を使用することにより、例えば大きな軸線方向荷重や位置ズレやシャフト偏向といったようなものを含む特定の用途において、同程度の性能を有したあるいはそれ以上の性能を有した軸受を得ることができる。

一実施形態においては、傾斜接触式自己軸合わせ型トロイダル転がり軸受の設計に際して、非傾斜式のトロイダル転がり軸受に関する従来的な設計規則を、省略することができる。言い換えれば、最適の軸受構成を決定するに際して、ソープ効果基準としても公知であるような軸線方向の自己配向基準だけが使用される。

さらに、様々な用途においては、本発明の様々な実施形態による傾斜接触式自己軸合わせ型トロイダル転がり軸受は、例えば、より安全で、より最適化された構成で、サービス寿命が延長されたような、メンテナンス間隔が延長されたような、動作温度がより低温であるような、振動レベルがより小さいような、ノイズレベルがより小さいような、機械の処理速度がより大きいような、より軽量でより単純な機械でもって同じ処理速度が得られるような、製品品質が改良されているような、スクラップ量がより少ないような、等の軸受を提供する。

例示としての一実施形態においては、傾斜接触式自己軸合わせ型トロイダル転がり軸受は、大きな軸受とされる。大きな転がり軸受は、例えば、５００ｍｍあるいはそれ以上の外径を有した軸受とされる。

例示としての一実施形態においては、各ローラは、転がり軸受の動作状態の変化に基づいて、内側リングおよび外側リングに対して軸線方向に自身を配向させ得るよう構成される。動作条件の変化は、例えば、軸受の構造部材の位置ズレや、導入されるあるいは導入解除される領域への侵入や逸脱といったような負荷変化や、リング変形や、位置ズレや、捻れ、等を含む。ローラの軸線方向の自己配向性により、自己平衡化が達成され、これにより、対称的な負荷分散が得られ、典型的な動作条件下における望ましくないローラエッジ導入が回避される。

例示としての一実施形態においては、各ローラの湾曲した軌道当接表面の曲率半径と、内側軌道の曲率半径および外側軌道の曲率半径とは、ローラの軸線方向においてローラの自己配向を可能とし得るよう構成されている。

例示としての様々な実施形態においては、各ローラは、横方向半径（ｒｗ）とローラ長さ（ｌｗ）とを有し、横方向半径とローラ長さとの間の比率は、各ローラに関し、１２よりも小さいものとされ、あるいは、１０よりも小さなものとされ、あるいは、８．５よりも小さなものとされ、あるいは、６よりも小さなものとされ、あるいは、４よりも小さなものとされる。横方向半径とローラ長さとの間の比率は、ソープ効果能力に関して特徴的なものである、すなわち、動作条件の変化時の軸線方向におけるローラの自己配向能力に関して特徴的なものである。その比率は、ローラ軌道摩擦に基づいて決定することができる。より詳細には、横方向半径（ｒｗ）のローラ長さ（ｌｗ）に対しての比率は、ローラの軌道当接表面の傾斜角度に関して、および、ローラの軸線方向端部の近傍における軌道の傾斜に関して、特徴的なものである。傾斜と摩擦ベースの角度との間の関係は、ローラの軸線方向スライドを介して自己配向性に影響する。これにより、望ましくないローラエッジ負荷や応力を避けることができる。

例示としての一実施形態においては、外側軌道は、横方向の軌道半径と、周縁方向の軌道半径と、を有している。より詳細には、横方向の軌道半径は、ローラの回転方向に対して横方向の方向における外側軌道の半径として定義することができる。さらに、周縁方向の軌道半径は、ローラと外側軌道との間の接触ポイントにおけるローラの回転方向における外側軌道の半径として定義することができる。

さらに、例示としての一実施形態においては、横方向の軌道半径は、周縁方向の軌道半径と比較して、１．６５倍〜１．０倍とされる、あるいは、周縁方向の軌道半径と比較して、１．６５倍〜１．０２倍とされる。これにより、設計規則を提供する比率は、負荷能力と軸受の外形寸法との双方の点から、よりコンパクトでより効率的な軸受を可能とし、寸法の過大化を低減する。また、横方向の軌道半径と周縁方向の軌道半径との間の比率は、軸受の正のオフセットを有した横方向半径構成を可能とするという点において、有利である。ここで、横方向の軌道半径は、周縁方向の軌道半径よりも大きなものとされる。言い換えれば、軸受軌道の曲率半径のトロイダル幾何形状は、外側リングの横方向の軌道半径のセンターポイントが軸受の中央軸線を超えて延在するように、構成される。

例示としてのさらなる実施形態においては、横方向の軌道半径は、周縁方向の軌道半径と比較して、１．０倍よりも小さなものとされる、あるいは、周縁方向の軌道半径と比較して、１．０２倍よりも小さなものとされる。横方向の軌道半径と周縁方向の軌道半径との間のこの比率は、軸受の負のオフセットを有した横方向半径構成を可能とする。ここで、横方向の軌道半径は、周縁方向の軌道半径よりも小さなものとされる。言い換えれば、軸受軌道の曲率半径のトロイダル幾何形状は、外側リングの横方向の軌道半径のセンターポイントが軸受の中央軸線に届かないように、構成される。さらなる実施形態においては、横方向の軌道半径は、周縁方向の軌道半径と比較して、１．０倍よりも小さなものとされ、ローラ長さ（ｌｗ）の５０％以下とされる、あるいは、ローラ長さ（ｌｗ）の６０％以下とされる。

例示としての一実施形態においては、接触角度は、１０°〜４５°とされる、あるいは、１５°〜３５°とされる。接触角度は、合計負荷が一方の軌道から他方の軌道へと、軸受の中央軸線に対する直交方向に関して、典型的にはローラの軸線方向中央部分に沿って、転がり部材を介して伝達されるラインの角度として、定義することができる。接触角度は、軸受の軸線方向負荷支持能力を十分に大きなものとするためのキーである。

軸受を備えた実施形態の様々な構成においては、軸受は、正の内部動作クリアランスを有して、あるいは、負の内部動作クリアランスを有して、あるいは、内部動作クリアランスを有することなく、構成することができる。例えば、用途の好ましい構成に応じて、転がり部材は、内側リングおよび外側リングの軌道に対して軸線方向の遊びを有していないものとすることができる、あるいは、転がり部材は、内側リングおよび外側リングの軌道に対して径方向にも軸線方向にも適切な遊びを有するものとすることができる。これに代えて、軸受は、負の動作クリアランスを有して、すなわち、予荷重（プレロード）を有して、構成することができる。これにより、例えば、軸受構成の硬さを増強することができる、あるいは、動作精度を向上させることができる。例えば、予荷重の印加は、スプリングによって、あるいは、油圧デバイスを使用した手法によって、提供することができる。

本発明のさらなる見地においては、本発明は、用途に際して、傾斜接触式自己軸合わせ型トロイダル転がり軸受の構造部材の寸法パラメータを決定するための方法に関するものであって、転がり軸受は、内側リングと外側リングとの間の中間配置でもって配置されたローラから形成された転がり部材を具備するものとされる。この方法においては、用途に関連して必要とされた負荷支持特性を表す第１入力を受領する。さらに、この方法においては、第１入力に基づいて、
−傾斜接触式自己軸合わせ型トロイダル転がり軸受に関する接触角度を決定し、
−第１入力に基づいて、ローラの横方向半径（ｒｗ）を表す第１寸法パラメータを決定し、
−第１入力に基づいて、ローラ長さ（ｌｗ）を表す第２寸法パラメータを決定し、
第１寸法パラメータおよび第２寸法パラメータを、ローラの横方向半径とローラ長さとの間の比率に基づいて決定する。

寸法パラメータを決定するための方法は、および、その様々な実施形態は、有利には、本発明の第１見地において上述したものと同じ有利な効果および利点を有した軸受を決定することができる。より詳細には、傾斜接触式自己軸合わせ型トロイダル転がり軸受の構造部材の改良された寸法パラメータを決定することにより、大きな軸線方向負荷や位置ズレやシャフト偏向を有した用途のための改良された軸受を提供することができる。特に、ローラの横方向半径とローラ長さとの間の比率をベースとしてローラの自己配向を可能とした構成に重点を置いた構成により、よりコンパクトでより効果的な軸受を得ることができる。ローラの横方向半径とローラ長さとの間の比率に重点を置くことにより、ローラの軸線方向の自己配向に関して、ベアリング構成を最適化することができ、トロイダル軸受に関する従来的な設計規則を緩和することができる。これにより、負荷能力という点において、また、軸受やその構成部材の外形寸法という点において、寸法の過大化を低減することができる。この方法を使用することにより、例えば、設計技術者は、例えば軸受の外側リングの直径や内側リングの穴径等といったような所定特性を有した与えられた用途に関して最適な軸受寸法を決定することができる。

例示としての一実施形態においては、この方法において、接触角度を、１０°〜４５°に決定する、あるいは、１５°〜３５°に決定する。

例示としての一実施形態においては、この方法において、さらに、ローラの横方向半径とローラ長さとの間の比率を、各ローラが、動作時に、導入された領域内において内側リングおよび外側リングに対して軸線方向に関して自己配向し得るように、決定する。例示としての一実施形態においては、転がり軸受内の各ローラに関し、その比率を、１２よりも小さいものとする、あるいは、１０よりも小さなものとする、あるいは、８．５よりも小さなものとする、あるいは、６よりも小さなものとする、あるいは、４よりも小さなものとする。

例示としての一実施形態においては、この方法において、さらに、外側軌道の横方向軌道半径と、外側軌道の周縁方向の軌道半径と、を特定する。例えば、例示としての一実施形態において、横方向の軌道半径が、周縁方向の軌道半径と比較して、１．６５倍〜１．０倍であることを特定する、あるいは、周縁方向の軌道半径と比較して、１．６５倍〜１．０２倍であることを特定する。例示としての代替可能な一実施形態においては、この方法において、横方向の軌道半径が、周縁方向の軌道半径と比較して、１．０倍よりも小さいことを特定する、あるいは、周縁方向の軌道半径と比較して、１．０２倍よりも小さいことを特定する。これにより、軸受の正の横方向軸受構成、あるいは、軸受の負の横方向軸受構成を提供することができる。

例示としての一実施形態においては、この方法が、コンピュータによって実施される方法とされ、この方法が、コンピュータデバイスの１つまたは複数のプロセッサによって実行される。また、本発明は、コンピュータデバイスによって実行された際に、コンピュータデバイスを起動して、上述した様々な実施形態をコンピュータによって実施させ得る指示を有したコンピュータ読取可能な媒体に関するものである。さらに、例示としての一実施形態においては、コンピュータ実施方法において、第１寸法パラメータおよび／または第２寸法パラメータを出力する。第１寸法パラメータおよび／または第２寸法パラメータは、例えば、ディスプレイ上に出力されることができる、あるいは、軸受製造の制御ユニットに対して出力されることができる。

本発明のさらなる見地においては、本発明は、傾斜接触式自己軸合わせ型トロイダル転がり軸受を製造するための方法に関するものであって、傾斜接触式自己軸合わせ型トロイダル転がり軸受は、内側リングと、外側リングと、一組をなす複数の転がり部材であるとともに、内側リングと外側リングとの間の中間配置でもって配置されたローラから形成された一組をなす複数の転がり部材と、を具備してなる場合に、この方法においては、各ローラに、湾曲した軌道当接表面を設け、この湾曲した軌道当接表面を、内側リングの湾曲した内側軌道に対して負荷を支持しつつ当接したものとするとともに、外側リングの湾曲した外側軌道に対して負荷を支持しつつ当接したものとし、各ローラの軌道当接表面の曲率半径と、内側軌道の曲率半径および外側軌道の曲率半径とを、各ローラが内側リングおよび外側リングに対して軸線方向において自己配向され得るものとする。軸受を製造するための方法は、本発明の第１見地および第２見地に関して上述したものと同様に、有利である。様々な実施形態においては、この方法においては、さらに、本発明の第１見地および第２見地に関して上述した任意の実施形態による軸受を製造することができる。

傾斜接触式トロイダル転がり軸受は、径方向負荷と軸線方向負荷との双方に対して適合し得る点において、有利である。これは、ローラの構成および数と組み合わせた両リングの最適化された構成に由来する。例えば、軸受は、逆向きの軸線方向負荷を支持するための他の軸受に対して、向かい合わせであるいは背中合わせで、使用することができる。トロイダル転がり軸受が頑丈であることのために、トロイダル転がり軸受は、小さな変形に対しても、また、軸受座の機械加工誤差に対しても、適応することができる。両リングは、ローラエッジが応力を受けるというリスクなしに、そのような小さな不完全性に適応する。大きな負荷を支持し得る能力と、これに加えて、小さな製造誤差や小さな組付誤差を補償し得る能力とは、機械の生産性を向上させるとともに、機械の使用可能時間を増大させる。傾斜接触式トロイダル転がり軸受の大きな負荷支持能力と一緒に、このことは、用途において、同じ軸受サイズとされた際には、製造を向上させ得ることを意味する、および／または、サービス寿命を増大させ得ることを意味する。さらに、新規な機械構成は、よりコンパクトな構成を提供することができ、これにより、同等の性能をあるいはより良好な性能さえをも提供することができる。

一般に、本発明の他の目的や他の特徴点や他の利点は、以下の詳細な説明により、また、従属請求項の記載により、また、添付図面により、明瞭となるであろう。

以下においては、本発明につき、本発明を何ら制限するものではないいくつかの実施形態を図示した添付図面を参照して説明する。

本発明による傾斜接触式自己軸合わせ型トロイダル転がり軸受の例示としての一実施形態を示す概略的な断面図である。 本発明による傾斜接触式自己軸合わせ型トロイダル転がり軸受の例示としての一実施形態を示す概略的な断面図である。 本発明による傾斜接触式自己軸合わせ型トロイダル転がり軸受の例示としての一実施形態を示す概略的な部分断面図である。 転がり軸受と組み合わせてトーラス形状を概略的に示す図である。 本発明による方法の一実施形態を示すフローチャートである。

添付図面が必ずしも正確な縮尺で図示されていないことは、理解されるであろう。当業者には明らかなように、添付図面に図示されたもの以外の寸法も、本発明の等価な範囲内である。

添付図面においては、同様の構成部材には、また、同等の構成部材には、同じ参照符号が付されている。

図１においては、本発明による傾斜接触式自己軸合わせ型トロイダル転がり軸受１０の例示としての一実施形態の概略的な断面図が示されている。

図２においては、本発明による傾斜接触式自己軸合わせ型トロイダル転がり軸受１０の例示としての一実施形態の概略的な断面図が示されている。

図１，２に示す各ベアリング１０は、内側リング２０と、外側リング２１と、一組をなす複数の転がり部材と、を備えている。一組をなす複数の転がり部材は、内側リング２０と外側リング２１との間の中間配置でもって配置された対称的なローラ１５から形成されている。傾斜接触式自己軸合わせ型トロイダル転がり軸受の各ローラ１５は、軸線に関して対称的なベアリングローラとされている。図示のように、軸受１０は、単一の列をなす転がり軸受とされている。

さらに、各ローラ１５は、湾曲した軌道当接表面１５ａを有している。この湾曲した軌道当接表面１５ａは、内側リング２０の湾曲した内側軌道２０ａと、外側リング２１の湾曲した外側軌道２１ａと、に対して、当接して配置されている。図示のように、各ローラ１５と、内側軌道２０ａや外側軌道２１ａと、の間の当接角度は、図２においてＤで示すようにして、軸受軸線Ｃに関して傾斜している。各ローラ１５の湾曲した軌道当接表面１５ａのトロイダル曲率と、内側軌道２０ａおよび外側軌道２１ａのトロイダル曲率とは、ローラの軸線方向２２におけるローラの自己軸合わせを可能とし得るよう構成されている。各ローラ１５の湾曲した軌道当接表面１５ａのトロイダル曲率は、内側軌道２０ａおよび外側軌道２１ａのトロイダル曲率に対応している。横方向の軌道曲率半径は、外側軌道２１ａのトロイダル形状に関して特徴的なものであって、ｒｅによって示されている。図示のように、横方向の軌道曲率半径ｒｅは、軸受軸線Ｃに対しておよび外側軌道２１ａに対して、図１においてＡで示すようにおよび図２においてＢで示すように、オフセットされている。ローラの軸線方向長さは、ｌｗによって示されている。

図１および図２に示すベアリング１０は、比較的長いわずかにクラウン形状のローラを有した単一列の転がり軸受１０である。内側軌道２０ａおよび外側軌道２１ａは、ともに凹状のものであって、対称的なものである。外側軌道の形状は、図４に概略的に示すように、トーラスをベースとしている。よって、トロイダル転がり軸受と称される。傾斜接触式トロイダル転がり軸受は、位置決め軸受として構成されており、球形転がり軸受の場合の自己軸合わせ能力と同様に自己軸合わせ能力を有しているとともに、例えばリングとハウジング構造との一方または双方の捻れといったような変位の捻れを可能とする。自己軸合わせ能力および変位の捻れを可能とする能力は、例えば、不正確な製造や取付ミスやシャフト偏向の結果として発生した位置ズレが存在するような用途において、特に重要である。このような状況を補償するために、軸受１０は、例えば、軸受に関しても軸受サービス寿命に関しても悪影響を受けることなく、内側リング２０と外側リング２１との間の最大で０．５°という位置ズレを許容し得るよう構成することができる。さらなる利点は、軸受が冷間で動作することであり、また、潤滑剤がより長期的に作用することであり、また、メンテナンス間隔を明確に延長し得ることである。

図１に示すように、外側軌道の横方向の軌道曲率半径ｒｅは、外側軌道の周縁方向の軌道曲率半径ｒｅ_ｃ と比較して、１．６２倍〜１．０倍である。この比率は、正のオフセットを有した横方向の曲率半径構成のトロイダル軸受を可能とし、その場合、横方向の軌道曲率半径ｒｅは、限られたインターバル内において外側リングの周縁方向の軌道曲率半径ｒｅ_ｃ よりも大きい。言い換えれば、軸受軌道２０ａ，２１ａおよびローラ１５ａの曲率のトロイダル幾何形状は、横方向の軌道曲率半径ｒｅのセンターポイントが軸受１０の中央軸線Ｃ上へと到達するように、構成されている。図示のように、横方向の軌道曲率半径のセンターポイントは、距離Ａだけ中央軸線Ｃを超えて位置している。

図２に示すように、外側軌道２１ａの横方向の軌道曲率半径ｒｅは、外側軌道の周縁方向の軌道曲率半径ｒｅ_ｃ と比較して、１．０倍よりも小さい。この比率は、負のオフセットを有した横方向の曲率半径構成のトロイダル軸受を可能とし、その場合、横方向の軌道曲率半径ｒｅは、外側リングの周縁方向の軌道曲率半径ｒｅ_ｃ よりも小さい。言い換えれば、軸受軌道２０ａ，２１ａおよびローラ１５ａの曲率のトロイダル幾何形状は、横方向の軌道曲率半径ｒｅのセンターポイントが軸受１０の中央軸線Ｃ上へと到達しないように、構成されている。図示のように、横方向の軌道曲率半径のセンターポイントは、距離Ｂだけ中央軸線Ｃよりも手前に位置している。

図３においては、本発明による傾斜接触式自己軸合わせ型トロイダル転がり軸受の例示としての一実施形態の概略的な部分断面図が示されている。より詳細には、傾斜接触式自己軸合わせ型トロイダル転がり軸受の軸線対称ローラ１５が示されており、軌道当接表面１５ａと、ローラ端部１５ｂと、ローラ軸線２２と、横方向の曲率半径ｒｗと、ローラ長さｌｗと、ローラ端部１５ｂのところにおける摩擦ベースの角度ｐと、を有している。

軸線方向の自己配向性は、軸受の湾曲幾何形状と、ローラの自己配向性が防止される自己ロックリミットと、に依存する。軸線方向の自己配向性は、ローラの軸線方向の端部１５ｂのところにおける摩擦特性および幾何形状に基づいて、決定することができる。

以下の関係式が成立する。ここで、ｍｕは、ローラ１５の軌道当接表面と軸受の軌道との間の摩擦係数である。
ｍｕ（ｌｉｍｉｔ） ＜ ｔａｎ（ｐ）
ここで、ローラ端部のところにおける摩擦ベースの角度ｐは、
ｐ＝ ａｒｃｓｉｎｅ（(ｌｗ／２)／ｒｗ）
である。

例示
例示においては、
ｍｕ（ｌｉｍｉｔ）が０．０５であり（例えば、材料特性や、軸受の動作パラメータ、等に依存して）、ローラ長さがｌｗ＝１９５ｍｍである場合には、ローラの横方向の曲率半径は、動作時のローラの軸線方向の自己配向性を確保するために、約１９５０ｍｍよりも小さいものであるべきである。ｒｗ＜１９５０ｍｍという概算の横方向の曲率半径のリミットは、１０という、ローラの横方向半径ｒｗとローラ長さｌｗとの間の比率に対応している。この比率は、軸受のピッチ直径に独立である。例えば８．５よりも小さなものといったような、あるいは６よりも小さなものといったような、あるいは４よりも小さなものといったような、より小さな比率は、ローラの自己配向能力を増大させる。

図４においては、転がり軸受４０と組み合わせて、トーラス形状が概略的に図示されている。図示のように、軸受軌道の曲率半径は、トーラス幾何形状を形成する。図示された軸受４０は、ゼロ接触角度を有したトロイダル軸受である。

図５においては、本発明による方法５０の一実施形態のフローチャートが示されている。示されているように、この方法５０におけるステップ５１においては、用途に関連して必要とされた負荷支持特性を表す第１入力を受領する。さらに、この方法におけるステップ５２，５２，５４においては、第１入力に基づいて、軸受の様々な特性を決定する。より詳細には、ステップ５２においては、傾斜接触式自己軸合わせ型トロイダル転がり軸受に関する当接角度（あるいは、接触角度）を決定し、ステップ５３においては、ローラの横方向半径ｒｗを表す第１寸法パラメータを決定し、ステップ５４においては、ローラ長さｌｗを表す第２寸法パラメータを決定する。ここで、第１および第２の寸法パラメータは、ローラの横方向半径とローラ長さとの間の比率に基づいて決定される。

本発明による方法に関する図５の例示としての実施形態においては、特定の用途に関しての、傾斜接触式自己軸合わせ型トロイダル転がり軸受の構造部材の寸法パラメータは、その特定の用途に関連して必要とされた負荷支持特性を表す様々な入力パラメータに基づいて、決定される。例えば、第１入力は、以下の様々な入力パラメータのうちの１つまたは複数のものを備えることができる。
−Ｄ，ハウジングの外径、あるいは、軸受ハウジングの直径
−ｄ，軸体の直径、あるいは、軸受の穴の直径
−Ｐ，負荷

本発明による方法においては、以下の様々な追加的なパラメータのうちの１つまたは複数のものを決定することができる。
−Ｄｗ，転がり部材の高さ
−ｚ，軸受内の転がり部材の数
−ｄｍ，軸受のピッチ直径

様々な実施形態においては、上記の入力パラメータＤ，ｄ，Ｐ、および、決定されたパラメータＤｗ，ｚ，ｄｍのうちの１つまたはすべてのものは、有利には、横方向半径ｒｗを表す第１寸法パラメータと、ローラ長さｌｗを表す第２寸法パラメータと、を決定するためのベースとして使用される。

例えば外側軌道の横方向の軌道曲率半径ｒｅといったような、軌道の横方向の軌道曲率半径が、典型的には、接触としても既知であるような適切な比率に基づくローラの横方向半径ｒｗに対応していることに注意されたい。対応のレベルは、すなわち、ローラの横方向半径と軌道の横方向半径との間の接触比率ｒｗ／ｒｅは、例えば、およそ０．９８とすることができ、あるいは、０．９６５〜０．９９５とすることができる。

上記においては、本発明につき、数個の実施形態を参照して説明されたことに注意されたい。しかしながら、当業者には公知なように、上記とは異なる他の実施形態が、特許請求の範囲に規定された本発明の範囲内において可能である。

例えば、傾斜接触式自己軸合わせ型トロイダル転がり軸受につき、自立式の構成に関連して上述したけれども、傾斜接触式自己軸合わせ型トロイダル転がり軸受は、限定するものではないがタービンやミルや軸線方向と径方向との支持が要求された回転シャフトを有した他の機械を含めた広範な用途において、利用することができる。

特許請求の範囲においては、「備えている」という用語は、他の構成部材や他のステップを排除するものではなく、「１つの」という不定冠詞は、複数のものを排除するものではない。単一の装置または他のユニットは、特許請求の範囲に記載されたいくつかの項目の機能を満たすことができる。ある種の特徴点あるいは方法ステップが、相互に異なる従属請求項に記載されているということは、様々な特徴点あるいは様々なステップの組合せを有利に使用できないことを意味しているわけではない。

１０ 傾斜接触式自己軸合わせ型トロイダル転がり軸受
１５ ローラ
１５ａ 湾曲した軌道当接表面
２０ 内側リング
２０ａ 湾曲した内側軌道
２１ 外側リング
２１ａ 湾曲した外側軌道

Claims (15)

1. 傾斜接触式自己軸合わせ型トロイダル転がり軸受（１０）であって、
   内側リング（２０）と、
   外側リング（２１）と、
   一組をなす複数の転がり部材であるとともに、前記内側リングと前記外側リングとの間の中間配置でもって配置されたローラ（１５）から形成された一組をなす複数の転がり部材と、
   を具備してなり、
   各ローラが、湾曲した軌道当接表面（１５ａ）を有し、
   この湾曲した軌道当接表面（１５ａ）が、前記内側リングの湾曲した内側軌道（２０ａ）に対して負荷を支持しつつ当接しており、
   前記湾曲した軌道当接表面（１５ａ）が、前記外側リングの湾曲した外側軌道（２１ａ）に対して負荷を支持しつつ当接しており、
   各ローラ（１５）と、前記内側軌道および／または前記外側軌道と、の間の接触角度が、軸受軸線に対して傾斜しており、
   各ローラが、動作時には、導入された領域内において前記内側リングおよび前記外側リングに対して軸線方向に関して自己配向し得るよう構成されている、
   ことを特徴とする転がり軸受。
2. 請求項１記載の転がり軸受において、
   各ローラが、前記転がり軸受（１０）の動作状態の変化に基づいて、前記内側リングおよび前記外側リングに対して前記軸線方向に自身を配向させ得るよう構成されている、
   ことを特徴とする転がり軸受。
3. 請求項１または２記載の転がり軸受において、
   各ローラの前記湾曲した軌道当接表面の曲率半径と、前記内側軌道の曲率半径および前記外側軌道の曲率半径とが、前記ローラの前記軸線方向において前記ローラの自己配向を可能としている、
   ことを特徴とする転がり軸受。
4. 請求項１〜３のいずれか１項に記載の転がり軸受において、
   各ローラが、横方向半径（ｒｗ）とローラ長さ（ｌｗ）とを有し、
   前記横方向半径と前記ローラ長さとの間の比率が、各ローラに関し、１２よりも小さいものとされている、あるいは、１０よりも小さなものとされている、あるいは、８．５よりも小さなものとされている、あるいは、６よりも小さなものとされている、あるいは、４よりも小さなものとされている、
   ことを特徴とする転がり軸受。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の転がり軸受において、
   前記外側軌道（２１ａ）が、横方向の軌道半径（ｒｅ）と、周縁方向の軌道半径（ｒｅ_ｃ ）と、を有している、
   ことを特徴とする転がり軸受。
6. 請求項５記載の転がり軸受において、
   前記横方向の軌道半径（ｒｅ）が、前記周縁方向の軌道半径（ｒｅ_ｃ ）と比較して、１．６５倍〜１．０倍とされている、あるいは、前記周縁方向の軌道半径（ｒｅ_ｃ ）と比較して、１．６５倍〜１．０２倍とされている、
   ことを特徴とする転がり軸受。
7. 請求項５記載の転がり軸受において、
   前記横方向の軌道半径（ｒｅ）が、前記周縁方向の軌道半径（ｒｅ_ｃ ）と比較して、１．０倍よりも小さなものとされている、あるいは、前記周縁方向の軌道半径（ｒｅ_ｃ ）と比較して、１．０２倍よりも小さなものとされている、
   ことを特徴とする転がり軸受。
8. 請求項１〜７のいずれか１項に記載の転がり軸受において、
   前記接触角度が、１０°〜４５°とされている、あるいは、１５°〜３５°とされている、
   ことを特徴とする転がり軸受。
9. 用途に際して、傾斜接触式自己軸合わせ型トロイダル転がり軸受（１０）の構造部材の寸法パラメータを決定するための方法（５０）であって、
   前記転がり軸受（１０）が、内側リング（２０）と外側リング（２１）との間の中間配置でもって配置されたローラ（１５）から形成された転がり部材を具備している場合に、
   この方法においては、
   前記用途に関連して必要とされた負荷支持特性を表す第１入力（５１）を受領し、
   前記第１入力（５１）に基づいて、前記傾斜接触式自己軸合わせ型トロイダル転がり軸受（１０）に関する接触角度を決定し（ステップ５２）、
   前記第１入力（５１）に基づいて、前記ローラの横方向半径（ｒｗ）を表す第１寸法パラメータを決定し（ステップ５３）、
   前記第１入力（５１）に基づいて、ローラ長さ（ｌｗ）を表す第２寸法パラメータを決定し（ステップ５４）、
   前記第１寸法パラメータおよび前記第２寸法パラメータを、前記ローラの前記横方向半径と前記ローラ長さとの間の比率に基づいて決定する、
   ことを特徴とする方法。
10. 請求項９記載の方法において、
    さらに、
    前記ローラの前記横方向半径と前記ローラ長さとの間の前記比率を、各ローラが、動作時に、導入された領域内において前記内側リングおよび前記外側リングに対して軸線方向に関して自己配向し得るように、決定する、
    ことを特徴とする方法。
11. 請求項１０記載の方法において、
    前記転がり軸受内の各ローラに関し、前記比率を、１２よりも小さいものとする、あるいは、１０よりも小さなものとする、あるいは、８．５よりも小さなものとする、あるいは、６よりも小さなものとする、あるいは、４よりも小さなものとする、
    ことを特徴とする方法。
12. 請求項９〜１１のいずれか１項に記載の方法において、
    さらに、
    −前記外側軌道（２１ａ）の横方向軌道半径（ｒｅ）と、
    −前記外側軌道（２１ａ）の周縁方向の軌道半径（ｒｅ_ｃ ）と、
    を特定する、
    ことを特徴とする方法。
13. 請求項１２記載の方法において、
    さらに、
    前記横方向の軌道半径（ｒｅ）が、前記周縁方向の軌道半径（ｒｅ_ｃ ）と比較して、１．６５倍〜１．０倍であることを特定する、あるいは、前記周縁方向の軌道半径（ｒｅ_ｃ ）と比較して、１．６５倍〜１．０２倍であることを特定する、
    ことを特徴とする方法。
14. 請求項１２記載の方法において、
    前記横方向の軌道半径（ｒｅ）が、前記周縁方向の軌道半径（ｒｅ_ｃ ）と比較して、１．０倍よりも小さいことを特定する、あるいは、前記周縁方向の軌道半径（ｒｅ_ｃ ）と比較して、１．０２倍よりも小さいことを特定する、
    ことを特徴とする方法。
15. 傾斜接触式自己軸合わせ型トロイダル転がり軸受（１０）を製造するための方法（１００）であって、
    前記傾斜接触式自己軸合わせ型トロイダル転がり軸受（１０）が、内側リング（２０）と、外側リング（２１）と、一組をなす複数の転がり部材であるとともに、前記内側リングと前記外側リングとの間の中間配置でもって配置されたローラ（１５）から形成された一組をなす複数の転がり部材と、を具備してなる場合に、
    この方法においては、
    各ローラに、湾曲した軌道当接表面（１５ａ）を設け、この湾曲した軌道当接表面（１５ａ）を、前記内側リングの湾曲した内側軌道（２０ａ）に対して負荷を支持しつつ当接したものとするとともに、前記外側リングの湾曲した外側軌道（２１ａ）に対して負荷を支持しつつ当接したものとし、
    各ローラの前記軌道当接表面の曲率半径と、前記内側軌道の曲率半径および前記外側軌道の曲率半径とを、各ローラが前記内側リングおよび前記外側リングに対して軸線方向において自己配向され得るものとする、
    ことを特徴とする方法。

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