JP2001311426A

JP2001311426A - 多段スラスト軸受

Info

Publication number: JP2001311426A
Application number: JP2000236355A
Authority: JP
Inventors: Kinji Yugawa; 謹次湯川; 偉 ▲りょう▼; Isamu Riyo
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 1999-08-09
Filing date: 2000-08-04
Publication date: 2001-11-09

Abstract

(57)【要約】【課題】内輪と、これに対向する外輪の撓み量を近づけ
ることによって、転動体に生じるエッジロードなどの低
減を図ることができる多段スラスト軸受を提供する。【解決手段】内輪１と、ころ５，６を介して対向する外
輪３との肉厚を調整することにより、両者の撓み量を近
づけることができ、それにより、ころ５，６に生じるエ
ッジロードを緩和し、列荷重の均一化を図り、もって多
段スラスト軸受の長寿命化を図ることができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、大きなスラスト力
を受けることができる多段スラスト軸受に関する。

【０００２】

【従来の技術】スラスト方向に大きな力を受ける回転軸
を支持する場合、一般的にスラスト軸受が用いられる。
かかるスラスト軸受は、回転軸側に設けられたフランジ
状の内輪と、ハウジング側に設けられたフランジ状の外
輪との間にころを挟持して、スラスト方向の力を受ける
ようになっている。

【０００３】ところで、スラスト方向の力が大きくなる
に従って、ころと内外輪間に生じる面圧が高くなり、ス
ラスト軸受の寿命が短かくなるという問題がある。ころ
と内外輪間に生じる面圧を低くするためには、各ころが
負担する荷重を減少させることが考えられるが、そのた
めには、ころの数を増大させなくてはならない。ところ
が、ころの数を増大させると、ころのピッチ円径が大き
くなって、内外輪の径が増大するため、スラスト軸受が
径方向に大型化するという問題が生じる。

【０００４】このような問題に対し、軸線方向に沿っ
て、各々ころを挟持する複数段の内外輪を設けた多段ス
ラスト軸受が開発されている。かかる多段スラスト軸受
によれば、各段の内外輪に挟持されるころにより、スラ
スト力を分散して受けることができるため、通常のスラ
スト軸受と比較すると、外径が小さいにもかかわらず、
大きなスラスト力を受けることができ、また同一のスラ
スト力を受けるとすれば、通常のスラスト軸受の場合よ
りも内外輪ところとの間に生じる面圧が低くなるため、
より長寿命化が期待できる。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、多段スラス
ト軸受においては、スラスト力を分散する力の伝達経路
として、複数の内輪間には内輪間座を配置し、複数の外
輪間には外輪間座を配置している。ところが、かかる間
座を設けたために、ころを挟んで対向する内外輪の撓み
量が異なってしまうという第１の問題がある。

【０００６】又、多段スラスト軸受においては、軸と内
輪間及びハウジングと外輪間をすきまばめで使用するこ
とが一般的である。そのすきまの大きさは、軸と内輪、
ハウジングと外輪の公差範囲で、それぞれ任意にとりう
る実寸により様々に変わりうる。このようなすきまの存
在により、アキシャル荷重を受けたときに、内輪及び外
輪は軸及びハウジングに対して傾くが、それによりすき
まが狭められ、軸と内輪又はハウジングと外輪が接触し
た場合には、内輪又は外輪が軸又はハウジングから受け
る反力により、それ以上傾くことが抑制されることとな
る。

【０００７】ところが、軸と内輪間又はハウジングと外
輪間におけるすきまが小さい場合には、傾き角が小さい
状態で軸と内輪又はハウジングと外輪が接触するため、
それらの傾き角は、小さく維持されることとなる。一
方、軸と内輪間又はハウジングと外輪間におけるすきま
が大きい場合には、傾き角が大きい状態で軸と内輪又は
ハウジングと外輪が接触するため、それらの傾き角は、
大きく維持されることとなるという第２の問題がある。

【０００８】かかる２つの問題を図面を参照して説明す
る。図２は、従来技術による多段スラスト軸受の断面図
である。図３、４は、図２に示す多段スラスト軸受のこ
ろ５，６に対応する部分を拡大して示す図である。図３
においては、部材の変形は誇張して示されている。まず
第１の問題に関し、図２において、スラスト力Ｐの伝達
方向における最上流側の内輪１は、回転軸１１からスラ
スト力Ｐを受けると共に、これに対し、ころ５、６から
反力Ｐ₁を受ける他、下流側にスラスト力を伝達するた
めの内輪間座９からも反力Ｐ₂を受ける。これに対し、
かかる内輪１に対向する外輪３は、ころ５、６のスラス
ト力Ｐ₁と、外輪間座１０からの反力Ｐ₁のみを受ける。
ここで、Ｐ＝（Ｐ₁＋Ｐ₂）≒２×Ｐ₁である。

【０００９】従って、内輪１と外輪３の形状が略同一で
あるとすると、それらの受ける合成モーメントが異なる
ため、ころ６の受ける転動体荷重がころ５の受ける転動
体荷重より大きくなるとともに、内輪１と外輪３との撓
み量が異なってしまうこととなる。内輪１と外輪３の撓
み量が異なると、荷重を受けた状態で、内輪１と外輪３
とが平行にならないこととなり、それによりころ５、６
に高いエッジロードが生じやすくなって、ころ５、６お
よび対向する内輪１、外輪３の寿命を短くするなどの恐
れがある。同様な問題は、内輪２と外輪４とに挟持され
るころ７、８および内輪２、外輪４においても生じ、こ
ろ７が受ける転動体荷重がころ８が受ける転動体荷重よ
り大きくなる。

【００１０】このようなエッジロードによる短寿命化
は、設計時の計算寿命より著しく短寿命になるため、特
にその対策が望まれる。

【００１１】上述したエッジロードを避けるためには、
ころや軌道輪を成形（クラウニング）することが有効で
ある。これを軌道輪に適用した場合、図４に示すよう
に、内輪１における内側のころ５に対向する面にクラウ
ニングとして凹溝１ａ（深さΔ１）を形成し、一方、外
輪３における外側ころ６に対向する面にクラウニングと
して凹溝３ａ（深さΔ２）を形成することが考えられ
る。このように軌道面側を追い込んでおけば、荷重を受
けて内輪１，外輪３がたわんだ際に、ころ５，６の受け
る荷重をある程度均一化することは可能である。

【００１２】しかしながら、このようにクラウニングを
付与したとしても、荷重の大小により、内輪、外輪のた
わみ量は変わってくるため、凹溝１ａ、凸溝３ａの必要
な深さ（△１、△２）は荷重に依存し、荷重が変動する
実機ではその効果は小さい。さらに、荷重付加時におけ
る内輪１，外輪３の対向面は、図３に示すように、ころ
５，６との接触という観点から局部的に見ると、内輪
１，外輪３の根本側で曲面ＣＰ、先端側で平面ＦＰを形
成するように変形するので、複列の軸受においては、転
動体荷重が外側の方（ころ６の下方）が内側（ころ５の
下方）のほうより大きくなったり、逆に内側（ころ５の
上方）の方が外側（ころ６の上方）より大きくなるとい
う荷重アンバランスの問題を解決することはできない。

【００１３】また、単列の軸受でも、ころのクラウニン
グは、スキューやすべり等のころの運動に影響を及ぼす
ため、クラウニング量Δ１，Δ２をある程度調整できる
といっても、それには自ずと限界がある。

【００１４】更に従来技術の第２の問題について説明す
る。図８は、かかる問題を説明するための多段スラスト
軸受の断面図である。図８において、例えば回転軸１１
の外径及びハウジング１３の孔径が公差範囲の上限であ
り、内輪１の内径及び外輪３の外径が公差範囲の下限で
あると、組み付けた状態で、内輪１と回転軸１１とのす
きまδｉは小さく、外輪３とハウジング１３とのすきま
δｅは大きくなる。

【００１５】かかる状態で、スラスト力Ｐを受けたとす
ると、図８の点線で示すように、内輪１と外輪３は傾く
が、回転軸１１に対する内輪１の傾き角θｉは小さくな
り、ハウジング１３に対する外輪３の傾き角θｅは大き
くなる（θｉ＜θｅ）。そのため、荷重を受けた状態で
は、内輪１とこれに対向する外輪３の平行度が悪化し、
それによりころ５，６の転動体荷重が生じると共に高い
エッジロードが発生し、ころ５，６、内輪１，外輪３の
寿命が短くなる。図８の例では、ころ６の転動体荷重
が、ころ５の転動体荷重より大きくなり、ころ６におけ
るハウジング１３に近い側の接触部にエッジロードによ
る損傷が発生する恐れがある。同様な問題は、内輪２と
外輪４とに挟持されるころ７、８との関係でも生じる。

【００１６】そこで本発明は、第１の問題に鑑み、内輪
と、これに対向する外輪の撓み量を近づけることによっ
て、転動体に生じるエッジロードなどの低減を図ること
ができる多段スラスト軸受を提供することを目的とす
る。

【００１７】また本発明は、第２の問題に鑑み、軸と内
輪と、ハウジングと外輪の接触により、対向する内外輪
の平行度の悪化を抑制することによって、転動体に生じ
るエッジロードなどの低減を図ることができる多段スラ
スト軸受を提供することを目的とする。

【００１８】

【課題を解決するための手段】第１の本発明の多段スラ
スト軸受は、軸とハウジングとの間に配置される多段ス
ラスト軸受において、前記軸に取り付けられる複数の内
輪と、前記ハウジングに取り付けられる複数の外輪と、
前記内輪と、これに隣接する前記外輪との間に各々配置
される転動体と、前記複数の内輪間に配置される内輪間
座と、前記複数の外輪間に配置される外輪間座と、を有
し、前記軸と前記内輪間座、又は前記ハウジングと外輪
間座との間に挟持される一方の軌道輪の軸線方向厚さ
は、前記一方の軌道輪に対して前記転動体を介して対向
する他方の軌道輪の軸線方向厚さより薄くなっている。

【００１９】第２の本発明の多段スラスト軸受は、軸と
ハウジングとの間に配置される多段スラスト軸受におい
て、前記軸に取り付けられる複数の内輪と、前記ハウジ
ングに取り付けられる複数の外輪と、前記内輪と、これ
に隣接する前記外輪との間に各々配置される転動体と、
前記複数の内輪間に配置される内輪間座と、前記複数の
外輪間に配置される外輪間座と、を有し、前記内輪の内
周面及び／又は前記外輪の外周面の少なくとも一部に、
前記内輪及び／又は外輪の傾きを許容する逃げ面を形成
している。

【００２０】

【作用】第１の本発明の多段スラスト軸受によれば、軸
とハウジングとの間に配置される多段スラスト軸受にお
いて、前記軸に取り付けられる複数の内輪と、前記ハウ
ジングに取り付けられる複数の外輪と、前記内輪と、こ
れに隣接する前記外輪との間に各々配置される転動体
と、前記複数の内輪間に配置される内輪間座と、前記複
数の外輪間に配置される外輪間座と、を有し、前記軸と
前記内輪間座、又は前記ハウジングと外輪間座との間に
挟持される一方の軌道輪の軸線方向厚さは、前記一方の
軌道輪に対して前記転動体を介して対向する他方の軌道
輪の軸線方向厚さより薄くなっているので、前記内外輪
の撓み量を近づけることができ、それにより転動体のエ
ッジロードの低減を図ることができる。

【００２１】なお、前記一方の軌道輪と前記他方の軌道
輪の厚さの比は、１．１〜３．０であると好ましい。更
に、例えば同一厚さの軌道輪の組み合わせに対して、本
発明を適用する場合、前記一方の軌道輪のみを薄くする
のではなく、前記一方の軌道輪の薄くした量と、前記他
方の軌道輪の厚くした量とをほぼ等しくすれば、多段ス
ラスト軸受の軸線方向長さは変化せず好ましい。

【００２２】第２の本発明の多段スラスト軸受によれ
ば、軸とハウジングとの間に配置される多段スラスト軸
受において、前記軸に取り付けられる複数の内輪と、前
記ハウジングに取り付けられる複数の外輪と、前記内輪
と、これに隣接する前記外輪との間に各々配置される転
動体と、前記複数の内輪間に配置される内輪間座と、前
記複数の外輪間に配置される外輪間座と、を有し、前記
内輪の内周面及び／又は前記外輪の外周面の少なくとも
一部に、前記内輪及び／又は外輪の傾きを許容する逃げ
面を形成しているので、前記内輪が前記回転軸に対して
及び／又は前記外輪が前記ハウジングに対して傾く際
に、相互干渉が抑制され、その傾きが拘束されにくくな
り、それにより対向する内輪と外輪の軌道面間に傾きが
発生したときに、内輪も外輪もころにならって平行度を
維持しつつ傾くため、もって過大なエッジロードが生じ
ることを防ぐことができる。ここで、逃げ面の一例とし
ては、以下の実施の形態で示すようにテーパ面が考えら
れるが、これに限られず段差面などであっても良い。

【００２３】尚、前記テーパ面のテーパ角を、０．１°
以上１５°以下とすれば好ましい。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照して本発明の実
施の形態について詳細に説明する。図１は、第１の実施
の形態による多段スラスト軸受の軸線方向断面図であ
る。図１において、回転軸１１とハウジング１３との間
に、内輪１、２と、外輪３，４と、これらにそれぞれ挟
持される複列のころ５，６；７，８とを有する多段スラ
スト軸受が配置されている。

【００２５】より具体的には、回転軸１１の段部１１ａ
に内周側を当接するようにして、回転軸１１の外周に円
盤状の内輪１が取り付けられている。内輪１の下方にお
ける、回転軸１１の外周には、薄肉円筒状の内輪間座９
が配置され、その下方には内輪２が配置されている。

【００２６】一方、ハウジング１３の段部１３ａに外周
側を当接するようにして、ハウジング１３の円筒状内壁
１３ｂには円盤状の外輪４が取り付けられている。外輪
４の上方における、円筒状内壁１３ｂには、薄肉円筒状
の外輪間座１０が配置され、その上方には外輪３が配置
されている。

【００２７】内輪１と外輪３との間には、転動体として
のころ５，６が挟持され、内輪２と外輪４との間には、
転動体としてのころ７，８が挟持されている。

【００２８】ここで、ころ５，６の中心における内輪１
と外輪３の撓み量について考察する。内輪１は、回転軸
１１の段部１１ａからスラスト力Ｐを受けると共に、こ
れに対し、ころ５，６から反力Ｐ₁を受ける他、内輪間
座９（点Ａ）からも反力Ｐ₂を受ける。ここで、内輪１
に与えられる反力Ｐ₂と反力Ｐ₁との距離をＬ₁とし、反
力Ｐ₂とスラスト力Ｐとの距離をＬ₂とすると、点Ａ回り
のモーメントＭ_Aは、Ｍ_A＝Ｐ₁×Ｌ₁−Ｐ×Ｌ₂となる。

【００２９】これに対し、かかる内輪１に対向する外輪
３は、ころ５，６からのスラスト力Ｐ₁と、外輪間座１
０（点Ｂ）からの反力Ｐ₁のみを受ける。ここで、外輪
２に与えられる対向する２つの反力Ｐ₁間の距離をＬ₃と
すると、点Ｂ回りのモーメントＭ_Bは、Ｍ_B＝Ｐ₁×Ｌ₃と
なる。本実施の形態にかかる多段スラスト軸受の幾何学
的関係上、Ｌ₁≒Ｌ₃となるから、内輪１の受けるモーメ
ントＭ_Aの方が、外輪２の受けるモーメントＭ_Bに比べ
て、約Ｐ×Ｌ₂分だけ小さくなる。すなわち、内輪１と
外輪２との肉厚が同じであると仮定すると、外輪２の撓
み量の方が大きくなるのである。

【００３０】そこで、本実施の形態においては、内輪１
の肉厚を外輪２の肉厚より薄くして、内輪１と外輪２の
撓み量を近づけるようにしている。

【００３１】本発明者らが行った有限要素法の解析結果
によれば、内輪１と外輪３との肉厚比が１：１である従
来技術の場合には、ころ５、６の受ける列荷重比（ころ
５、６が受ける荷重の比）が１６：１と大きくばらつい
ていたが、本実施の形態の如く、内輪１と外輪３との肉
厚比を、１：１．５に設定した場合、ころ５、６の受け
る列荷重比を、１．４：１程度まで減少でき、それによ
り列荷重比の理想である１：１により近づけられること
が判った。

【００３２】尚、同様なことは、内輪２と、外輪４と、
ころ７、８との関係にも言える。すなわち、外輪４の肉
厚を内輪２の肉厚より薄くして、外輪４と内輪２の撓み
量を近づけることができる。

【００３３】図５、６は、より具体的に示した解析結果
を示す図であり、図５は軌道輪（内外輪）の厚さを変え
たときの転動体荷重の変化を示す図であり、図６は軌道
輪の厚さの比と寿命比との関係を示した図である。

【００３４】図５に示す解析においては、有限要素法に
基づいて、内輪内径φ４００ｍｍ、外輪外径φ８００ｍ
ｍ、内輪１、２および外輪３、４の厚さ６０ｍｍ、ころ
径φ６６ｍｍ、ころ有効長さ上段６０ｍｍ、下段６６ｍ
ｍの２段スラスト軸受に、動定格荷重９８５０ｋＮの２
０％、すなわちＰ／Ｃ＝０．２の荷重を負荷し、さらに
軌道輪の厚さだけを変えて、転動体荷重の変化を調べ
た。

【００３５】図５の横軸において、軌道輪厚さ６０ｍｍ
の内外輪とも等しい時を０としたときに、内輪１および
外輪４の厚さを薄くするとともに、その分だけ外輪３お
よび内輪２の厚さを厚くして、軸方向長さ一定のまま軌
道輪厚さを増減した状態における、かかる厚さの増減量
を値としてプロットしている。一方、図５の縦軸におい
て、内輪１、２、外輪３、４の軌道輪厚さがともに６０
ｍｍのときの転動体６の荷重を１として、荷重比を値と
してプロットしている。

【００３６】この図から、内輪１および外輪４の厚さを
薄くするとともに外輪３および内輪２の厚さを厚くする
と、軌道輪の撓みにより転動体列の荷重不均一が緩和さ
れ、転動体６、７の転動体荷重が小さくなり、転動体
５、８の転動体荷重が大きくなることがわかる。

【００３７】この転動体荷重をもとに、Ｌｎｄｂｅｒｇ
−Ｐａｌｍｇｒｅｎの寿命計算理論を適用して、計算寿
命を求めることができる（例えば、「転がり軸受・ころ
軸受の動的負荷容量」岡本純三著、正文社、平成２年、
第２刷）。ここで、転がり軸受の寿命Ｌは以下の式で表
わされる。Ｌ＝（Ｃ／Ｐ）^p−−− （１）

【００３８】多段スラスト軸受では４列のころがあるの
で、個々の列がそれぞれの軸受寿命特性を有し、その複
数の軸受の組み合せで軸受寿命が決定されるものとす
る。

【００３９】まず個々のころ列については、図５の転動
体荷重により軸受に負荷されるスラスト荷重が決まり、
（１）式から寿命Ｌｉ（ｉ：ころ列）が求まる。

【００４０】さらに上記寿命Ｌｉを基に、複数の軸受の
組み合せ寿命Ｌは以下の計算式を用いて求まる．１／Ｌ＝（１／Ｌ₁ ^e＋１／Ｌ₂ ^e＋１／Ｌ₃ ^e＋１／Ｌ₄ ^e）^1/e−−− （２）

【００４１】（２）式により求めた寿命値を、内輪１、
２、外輪３、４の軌道輪厚さが６０ｍｍのときの寿命値
Ｌを１として、寿命比で示している。

【００４２】図６に示す計算結果によれば、外輪３が内
輪１の、内輪２が外輪４の１．１〜３．０倍の範囲内に
ある時、軌道輪の厚さが等しい場合の１．５倍以上の寿
命値を示し、内輪と外輪の厚さの比がこの範囲に入るよ
うに組み合わせれば長寿命が得られることが分かる。
又、外輪３が内輪１の、内輪２が外輪４の１．２〜２．
１倍の範囲内にある時、軌道輪の厚さが等しい場合の２
倍以上の寿命値を示し、内輪と外輪の厚さの比がこの範
囲に入るように組み合わせれば長寿命が得られることが
分かる。さらに、外輪３が内輪１の、内輪２が外輪４の
１．３〜１．８倍の範囲内にある時、軌道輪の厚さが等
しい場合の２．５倍以上の寿命値を示し、内輪と外輪の
厚さの比がこの範囲に入るように組み合わせればさらな
る長寿命が得られることが分かる。加えて、外輪３と内
輪１、内輪２と外輪４の厚さ比が約１．５の時にもっと
も長寿命となり、すなわち内輪１と外輪４の厚さが４８
ｍｍ、外輪３と内輪２を７２ｍｍとした組み合せの場合
である。

【００４３】なお、図５および図６の計算例は、内輪
１、２、外輪３、４が同じ厚さの組み合せから、内輪１
と外輪４、内輪２と外輪３を同じ寸法だけ変化させたも
のであるが、内輪１と外輪４の減少させる値および内輪
２と外輪３の増加させる値を変えた組み合せとしても良
い。例えば図５で、ころ５，６の転動体荷重が等しくな
るのは、厚さを１５ｍｍずつ変えたときなのに対し、こ
ろ７，８の転動体荷重が等しくなるのは、厚さを１０ｍ
ｍずつ変えたときである。その場合も、（２）式の寿命
値が最も大きくなるように選定することが望ましい。ま
た、内輪１と外輪４の減少させる値と内輪２と外輪３の
増加させる値の総和が０であれば、軸方向の寸法を変え
ることなく設計可能である．

【００４４】このように、本実施の形態によれば、内輪
と、ころを介して対向する外輪との肉厚を調整すること
により、両者の撓み量を近づけることができ、それによ
り、ころに生じるエッジロードを緩和し、列荷重の均一
化を図り、もって多段スラスト軸受の長寿命化を図るこ
とができる。

【００４５】以下，図面を参照して本発明の第２の実施
の形態について詳細に説明する．図７は，第２の実施の
形態による多段スラスト軸受の軸線方向断面図である。
図７に示す多段スラスト軸受の基本的構成は、図１に示
す多段スラスト軸受と同一であるため、主として異なる
点のみを説明する。

【００４６】内輪１の内周面には、図７における上方側
に、テーパ角θ_Aのテーパ面１ａを形成している。外輪
３の外周面には、図７における下方側に、テーパ角θ_C
のテーパ面３ａを形成している。

【００４７】同様に、内輪２の内周面には、図７におけ
る上方側に、テーパ角θ_Bのテーパ面２ａを形成してい
る。外輪４の外周面には、図７における下方側に、テー
パ角θ_Dのテーパ面４ａを形成している。

【００４８】ここで，ころ５、６の中心における内輪１
と外輪３の傾き量について考察する。内輪１と回転軸１
１，及び外輪３とハウジング１３のすきまの大きさは、
回転軸１１と内輪１、ハウジング１３と外輪３の公差範
囲で、それぞれ任意にとりうる実寸により様々に変わり
うる。ここで、内輪１と回転軸１１間のすきまが小さ
く、これに対し外輪３とハウジング１３間のすきまが大
きいと仮定する。従来技術の如く、内輪１の内周面及び
外輪３の外周面がストレート（円筒面）であると、すき
まの大きい外輪３は内輪１と比べて大きく傾きことにな
る。

【００４９】そこで、本実施の形態においては、内輪１
の内周面にテーパ面１ａを形成すると共に、外輪３の外
周面にテーパ面３ａを形成することにより、内輪１と回
転軸１１及び外輪３とハウジング１３の干渉を抑制する
ようにして、内輪１と外輪３の傾き量を近づけるように
している。

【００５０】本発明者らが行った有限要素法の解析結果
によれば、多段スラスト軸受にアキシャル荷重がかかっ
た場合、内輪１、２は内周面における板厚方向のほぼ中
央（図７の点Ａ及び点Ｂ）、外輪３，４は外周面におけ
る板厚方向のほぼ中央（図７の点Ｃ及び点Ｄ）を中心に
撓んでいることがわかった。更に、内輪１の内周面側の
板厚をｌ₁、テーパ面１ａの軸線方向寸法をｌ₂とし、外
輪３の外周面側の板厚をｌ₃、テーパ面３ａの軸線方向
寸法をｌ₄とすると、１／８≦１₂／１₁≦１／２−−−（３）１／８≦ｌ₃／ｌ₄≦１／２−−−（４）の範囲にあるのが好ましいことがわかった。

【００５１】また、外輪３，４とハウジング１３のスキ
マが、内輪１，２と回転軸１１のすきまより大きいとき
は、１₂／１₁≦ｌ₃／ｌ₄とすることが好ましく、また、
外輪３，４とハウジング１３のスキマが、内輪１，２と
回転軸１１のすきまより小さいときは、１₂／１₁≧ｌ₃
／ｌ₄とすることが好ましいことがわかった。

【００５２】図９は、内輪内径４００ｍｍ、外輪外径８
００ｍｍ、ころ径φ６６ｍｍ、ころ有効長さ上段６０ｍ
ｍ、下段６６ｍｍ、内輪１、外輪４の厚み４８ｍｍ、内
輪２、外輪３の厚み７２ｍｍの２段スラスト軸受に基本
動定格荷重９８５０ｋＮまでアキシャル荷重をかけたと
きの荷重と、内輪内周面または外輪外周面の最大傾き角
の関係を示す図である。図９は、内輪内周面と回転軸、
外輪外周面とハウジングのすきま拘束がない状態での結
果を示し、その横軸において、基本動定格荷重を１とし
た時の値をプロットしている。荷重は衝撃荷重を考慮し
て、基本動定格荷重の３倍までとした。

【００５３】ここで、内輪１の内周面と回転軸１１、外
輪３の外周面とハウジング１３のすきまが異なると、ど
ちらか一方が干渉したときにそれ以上の傾きが制限さ
れ、内輪１と外輪３の傾き角に差が生じる。このため内
側のころ５と外側のころ６で転動体荷重分布に差が生
じ、短寿命化を招くエッジロードが生じる。

【００５４】そこで、本実施の形態においては、内輪
１、２の内周面と、外輪３，４の外周面に、それぞれテ
ーパ角θ_A、θ_B、θ_c、θ_Dのテーパ面１ａ、２ａ、３
ａ、４ａを設けることにより、内輪１，２及び外輪３，
４が傾いたときの相互干渉を阻止し、水平面に対する内
外輪の傾きを近づける（θ₁≒θ₂及びθ₃≒θ₄）ことに
より、転動体荷重の均一化を図っている。衝撃荷重が作
用して基本動定格荷重の３倍までの荷重が軸受に作用す
ると仮定すると、内輪内径面または外輪外径面に設ける
テーパ角θ_A、θ_B、θ_c、θ_Dは、図９の結果より、荷重
が最大に作用したとしても４度以上でよいことがわか
る。ただし、このテーパ角を大きくしすぎると、間座と
軌道輪との接触面積が小さくなり、荷重を均等に支持で
きなくなったり、間座が座屈する恐れがあるので、テー
パ角は１５゜以下とする必要がある。

【００５５】また、軸受の使用条件によっては、アキシ
ャル荷重がほとんど加わらず、回転軸の自重及び軸受す
きまによる傾きだけを考慮する場合もあるので、この場
合は、テーパ角度は約０．１度で足りる。したがって、
内輪内周面または外輪外周面におけるテーパ面のテーパ
角θは、０．１°≦θ≦１５°−−−（５）が好ましい。また、外輪３，４とハウジング１３のスキ
マが、内輪１，２と回転軸１１のすきまより大きいとき
は、内輪１，２側のテーパ角度を外輪３，４側のテーパ
角度より等しいか大きくすることが好ましく、また、外
輪３，４とハウジング１３のスキマが、内輪１，２と回
転軸１１のすきまより小さいときは、外輪３，４側のテ
ーパ角度を内輪１，２側のテーパ角度より等しいか大き
くすることが好ましいことがわかった。

【００５６】内輪内径４００ｍｍ、外輪外径８００ｍ
ｍ、内輪１、外輪４の厚み４８ｍｍ、内輪２、外輪３の
厚み７２ｍｍの２段スラスト軸受で、内輪内周面及び外
輪外周面がストレートのものと、本実施の形態の如くテ
ーパ面１ａ、２ａ、３ａ、４ａを設けたものの、有限要
素法解析を行い、寿命の比較を行った結果を図１０に示
す。尚、解析条件として、回転軸１１と内輪１，２のす
きまは小さく、外輪３，４とハウジング１３のすきまは
大きくできていると仮定した。荷重は、実用的な荷重域
である基本動定格荷重までとした。

【００５７】図１０より、本実施の形態の如く内輪１お
よび外輪３にテーパ面１ａ、３ａを設けたものは、従来
技術の如く周面がストレートのものと比較して、寿命が
著しく向上していることがわかる。特に、荷重が基本動
定格荷重の０．０４倍から０．４５倍の範囲では、寿命
が１．５倍以上となっている。さらに、荷重が基本動定
格荷重の０．０６倍から０．３倍の範囲では寿命が２倍
以上となっている。

【００５８】尚、同様なことは、内輪２と、外輪４と、
ころ７、８との関係にも言える。すなわち、内輪２の内
周面及び外輪４の外周面にテーパ面２ａ、４ａを形成す
ることにより、内輪２と回転軸１１及び外輪４とハウジ
ング１３が相互に干渉しないようにして、内輪２と外輪
４の傾き量を近づけることができる。

【００５９】このように、本実施の形態によれば、内輪
１，２の内周面及び外輪３，４の外周面の一部をテーパ
状にすることにより、両者の傾き量を近づけることがで
き、ころに生じるエッジロードを緩和し、列荷重の均一
化を図り、もって多段スラスト軸受の長寿命化を図るこ
とができる。

【００６０】尚、第１の実施の形態と第２の実施の形態
について個々に説明したが、これは実施の一形態であっ
て、更に多くの実施の形態が考えられる。例えば、図１
に示す多段スラスト軸受の内輪１，２の内周面にテーパ
面を設け、外輪３，４の外周面にテーパ面を設けること
により組み合わせの効果が期待できる。すなわち、軌道
輪の肉厚を調整することにより、両者の撓み量を近づ
け、かつ軌道輪の周面の一部をテーパ状にすることによ
り、両者の傾き量を近づけ、それにより更なるエッジロ
ードの緩和を図って多段スラスト軸受装置の長寿命化を
図ることが出来る。第２の実施形態として説明した図７
は、この考え方のもと第１実施形態の厚さ４８ｍｍとさ
れている内輪１、外輪４、及び厚さ７２ｍｍとされてい
る内輪２、外輪３の厚さが選ばれており、第２実施形態
のテーパ面１ａ、２ａ、３ａ、４ａの効果と相まって、
更なるエッジロードの緩和を図ることが出来るものであ
る。

【００６１】以上、本発明を実施の形態を参照して説明
してきたが、本発明は上記実施の形態に限定して解釈さ
れるべきではなく、適宜変更・改良が可能であることは
もちろんである。例えば、本発明は基本動定格荷重に対
してＰ／Ｃが０．４５以下の領域で使用されるころ軸受
のエッジロードによる短寿命に対し特に効果を有するも
のであるが、複列の軸受の荷重を平均化する効果を狙っ
て複列の玉軸受に適用した場合も、転動体列の荷重が均
等になるので、トルクの安定や長寿命化等の軸受性能の
向上に有効である。更に上述した実施の形態では、一例
として、２段のスラスト軸受について示したが、本発明
は、３段もしくはそれ以上の多段スラスト軸受全般に対
応できる。

【００６２】

【発明の効果】第１の本発明の多段スラスト軸受によれ
ば、軸とハウジングとの間に配置される多段スラスト軸
受において、前記軸に取り付けられる複数の内輪と、前
記ハウジングに取り付けられる複数の外輪と、前記内輪
と、これに隣接する前記外輪との間に各々配置される転
動体と、前記複数の内輪間に配置される内輪間座と、前
記複数の外輪間に配置される外輪間座と、を有し、前記
軸と前記内輪間座、又は前記ハウジングと外輪間座との
間に挟持される一方の軌道輪の軸線方向厚さは、前記一
方の軌道輪に対して前記転動体を介して対向する他方の
軌道輪の軸線方向厚さより薄くなっているので、前記内
外輪の撓み量を近づけることができ、それにより転動体
のエッジロードの低減を図ることができる。

【００６３】第２の本発明の多段スラスト軸受によれ
ば、軸とハウジングとの間に配置される多段スラスト軸
受において、前記軸に取り付けられる複数の内輪と、前
記ハウジングに取り付けられる複数の外輪と、前記内輪
と、これに隣接する前記外輪との間に各々配置される転
動体と、前記複数の内輪間に配置される内輪間座と、前
記複数の外輪間に配置される外輪間座と、を有し、前記
内輪の内周面及び／又は前記外輪の外周面の少なくとも
一部に、前記内輪及び／又は外輪の傾きを許容する逃げ
面を形成しているので、前記内輪が前記回転軸に対して
及び／又は前記外輪が前記ハウジングに対して傾く際
に、相互干渉が抑制され、その傾きが拘束されにくくな
り、それにより対向する内輪と外輪の軌道面間に傾きが
発生したときに、内輪も外輪もころにならって平行度を
維持しつつ傾くため、もって過大なエッジロードが生じ
ることを防ぐことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態による多段スラスト軸受の軸
線方向断面図である。

【図２】従来技術による多段スラスト軸受の軸線方向断
面図である。

【図３】負荷時における、図２に示す多段スラスト軸受
の一部の変形状態のモデルを示す図である。

【図４】無負荷時における、図２に示す多段スラスト軸
受の一部を示す図である。

【図５】軌道輪（内外輪）の厚さを変えたときの転動体
荷重の変化を示す図である。

【図６】軌道輪の厚さの比と寿命比との関係を示した図
である。

【図７】第２の実施の形態による多段スラスト軸受の軸
線方向断面図である。

【図８】従来技術による多段スラスト軸受の軸線方向断
面図である。

【図９】２段スラスト軸受にアキシャル荷重をかけたと
きの荷重と、内輪内周面または外輪外周面の最大傾き角
の関係を示す図である。

【図１０】内輪内周面と外輪外周面がストレート（円筒
面）である多段スラスト軸受と、内輪内周面と外輪外周
面にテーパ面を設けた本実施の形態とにおける寿命比較
結果を示した図である。

【符号の説明】

１、２内輪３、４外輪５，６；７，８ころ９内輪間座１０外輪間座１１回転軸１３ハウジング

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】軸とハウジングとの間に配置される多段
スラスト軸受において、前記軸に取り付けられる複数の内輪と、前記ハウジングに取り付けられる複数の外輪と、前記内輪と、これに隣接する前記外輪との間に各々配置
される転動体と、前記複数の内輪間に配置される内輪間座と、前記複数の外輪間に配置される外輪間座と、を有し、前記軸と前記内輪間座、又は前記ハウジングと外輪間座
との間に挟持される一方の軌道輪の軸線方向厚さは、前
記一方の軌道輪に対して前記転動体を介して対向する他
方の軌道輪の軸線方向厚さより薄くなっている多段スラ
スト軸受。
【請求項２】軸とハウジングとの間に配置される多段
スラスト軸受において、前記軸に取り付けられる複数の内輪と、前記ハウジングに取り付けられる複数の外輪と、前記内輪と、これに隣接する前記外輪との間に各々配置
される転動体と、前記複数の内輪間に配置される内輪間座と、前記複数の外輪間に配置される外輪間座と、を有し、前記内輪の内周面及び／又は前記外輪の外周面の少なく
とも一部に、前記内輪及び／又は外輪の傾きを許容する
逃げ面を形成した多段スラスト軸受。