JP2004353744A - ころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】コストの上昇や焼付き及びエッジロードの発生を防止できると共にスキューによる早期摩耗を防止することのできるころ軸受を提供する。
【解決手段】円筒ころ１５のころ径中心に向かって転動体転動面１３からの距離をｘ、この位置における円筒ころ１５の端面中央部からのクラウニング落ち量をｙとしたとき、円筒ころ１５の端面周縁部を
ｙ＝ａ・ｅｘｐ（−ｂ・ｘ）
ただし、ａ，ｂ；任意の定数
の指数関数で表される曲線形状にクラウニング加工する。
【選択図】 図４

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、転動体として円筒ころを用いたころ軸受の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
転動体として円筒ころを用いたころ軸受では、ラジアル荷重の他にスラスト荷重が負荷されることが多いことから、内輪の外周面端部と外輪の内周面端部に鍔部を設け、この鍔部の内側面に円筒ころの端面を接触させてスラスト荷重を受ける構造となっている場合が多い。しかし、円筒ころが内輪及び外輪の転動体転動面をスキューしながら転動すると、鍔部の内側面に円筒ころのエッジ部が接触して軸受寿命の低下等を招くため、たとえば、特許文献１に記載のころ軸受では、鍔部の内側面を円筒ころの端面に対して所定の開き角度で傾斜させた構造となっている。
【０００３】
このようなころ軸受では、円筒ころがスキューすることによって鍔部の内側面に円筒ころのエッジ部が接触することを防止できるが、スキューが生じていないときには、円筒ころの端面が内輪および／又は外輪の研削逃げ部に接触するため、スラスト荷重を受けた場合には早期摩耗の原因となるエッジロードが発生する。そこで、エッジロードの発生を抑制するために、円筒ころの端面周縁部を単一の曲率で円弧状にクラウニング加工したものが提案されている（特許文献２参照）。
【０００４】
【特許文献１】
特開平７−１２１１９号公報
【特許文献２】
特開２００２−７０８７４号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、円筒ころの端面周縁部を単一の曲率で円弧状にクラウニング加工すると、円筒ころと鍔部との接触位置が鍔部内側面の開き角度によって大きく変化する。このため、上記文献２に記載のころ軸受では、円筒ころと鍔部との接触位置を一定位置に保つために、鍔部内側面の開き角度を厳密に設定して製造する必要があり、コスト高の要因となっていた。また、上記文献２に記載のころ軸受では、円筒ころと鍔部との接触位置を挟んで円筒ころ端面と鍔部内側面との間に形成される隙間が狭くなるため、グリース等の潤滑剤が入り込み難くなり、焼付き等が発生し易くなるという問題もあった。
本発明は、このような問題点に着目してなされたものであり、コストの上昇や焼付き及びエッジロードの発生を防止できると共にスキューによる早期摩耗を防止することのできるころ軸受を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
上記の目的を達成するために、本発明は、外周面に転動体転動面を有する内輪と、この内輪の前記転動体転動面と対向する転動体転動面を内周面に有する外輪と、前記内輪の前記転動体転動面と前記外輪の転動体転動面との間に転動自在に設けられた複数の円筒ころと、前記内輪の外周面端部および／又は前記外輪の内周面端部に形成された鍔部とを備え、前記円筒ころの端面周縁部にクラウニング加工を施したころ軸受において、前記円筒ころのころ径中心に向かって、前記転動体転動面からの距離をｘ、この位置における前記円筒ころの端面中央部からのクラウニング落ち量をｙとしたとき、前記円筒ころの端面周縁部を
ｙ＝ａ・ｅｘｐ（−ｂ・ｘ）
ただし、ａ，ｂ；任意の定数
の指数関数で表される曲線形状にクラウニング加工したことを特徴とする。
【０００７】
請求項２の発明は、請求項１記載のころ軸受において、前記ころをスキューさせないで前記ころの端面部を前記鍔部に押し付けた際、前記ころと前記鍔部との接触点が前記ころのクラウニング加工部に位置することを特徴とする。
請求項３の発明は、請求項２記載のころ軸受において、前記ころの端面と接触する前記鍔部の接触点が前記鍔部の両端を除いた位置にあることを特徴とする。
請求項４の発明は、請求項３記載のころ軸受において、前記ころが前記鍔部に接触するまでスキューした際、前記ころの端面と前記鍔部との接触点が前記ころに対しては前記クラウニング加工部にあり、前記鍔部に対しては前記鍔部の両端を除いた位置にあることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、図１乃至図１０を参照して本発明の実施の形態について説明する。
図１は本発明の一実施形態に係るころ軸受の軸方向断面図であり、同図に示されるように、本発明の一実施形態に係るころ軸受は、内輪１１および外輪１２を備えて構成されている。
内輪１１は外輪１２の内径より小さい外径で円環状に形成されており、この内輪１１の外周面には、図２に示すように、転動体転動面１３が形成されている。一方、外輪１２は内輪１１の外径より大きい内径で円環状に形成されており、この外輪１２の内周面には、図３に示すように、転動体転動面１４が形成されている。これらの転動体転動面１３，１４は互いに対向しており、内輪側転動面１３と外輪側転動面１４との間には、転動体である複数個の円筒ころ１５が転動自在に設けられている。
【０００９】
円筒ころ１５は内輪１１の外周面両端部と外輪１２の内周面両端部に形成された鍔部１６（図２及び図３参照）の内側面１６ａと対向する二つの端面１５ａを有しており、鍔部１６の内側面１６ａは円筒ころ１５の端面１５ａに対して所定の開き角度で傾斜した傾斜面となっている。なお、図２及び図３において、１７は鍔部内側面１６ａの基端部に形成された研削逃げ溝である。
【００１０】
図４は図１に示すＡ部の詳細図であり、同図に示すように、円筒ころ１５のころ径中心に向かって、転動体軌道面１３（又は１４）からの距離をｘ、この位置における円筒ころ１５の端面中央部からのクラウニング落ち量をｙとすると、円筒ころ１５の端面周縁部は、
ｙ＝ａ・ｅｘｐ（−ｂ・ｘ） ‥‥‥（１）
ただし、ａ，ｂ；任意の定数
の指数関数で表される曲線形状にクラウニング加工されている。なお、図中θは鍔部内側面１６ａの開き角度、ｌはクラウニング加工曲線の接線、φは円筒ころ１５ａと鍔部１６との接触位置における接線ｌの傾きを示している。また、本明細書中において、ｘ，ｙ及び後述するｄは、実際の値をころ径で除した無次元量である。
【００１１】
図５に、上記接線ｌの傾きφと上記距離ｘとの関係を示す。同図において、破線Ａは円筒ころ１５の端面周縁部を単一の曲率でクラウニング加工した場合の傾きφと距離ｘとの関係を示している。また、実線Ｂは円筒ころ１５の端面周縁部を式（１）で表される曲線形状にクラウニング加工した場合（ただし、ａ＝０．００２８、ｂ＝２５）の傾きφと距離ｘとの関係を示しており、図５から明らかなように、円筒ころ１５の端面周縁部を式（１）で表される曲線形状にクラウニング加工した場合は、円筒ころ１５の端面周縁部を単一の曲率でクラウニング加工した場合に比べて、接線ｌの傾きφが大きく変化しても転動体転動面からの距離ｘはそれほど変化しない。これにより、鍔部１６の開き角度θが製品毎にバラツキが生じたとしても、円筒ころ１５と鍔部１６との接触位置がほぼ所定の位置に留まることになり、開き角度θの許容範囲を従来よりも大きく確保できるので、コストの上昇を招くことなくエッジロードの発生を防止することができる。
【００１２】
図６は円筒ころの端面が鍔部の内側面に正常に接触している状態を示す図であり、図中ｄは円筒ころ端面１５ａが鍔部内側面１６ａに正常に接触した場合における円筒ころ端面１５ａと鍔部内側面１６ａとの軸方向間隔を示している。
図７に、上記軸方向間隔ｄと転動体軌道面からの距離ｘとの関係を示す。同図において、破線Ｃは円筒ころ１５の端面周縁部を単一の曲率でクラウニング加工した場合の軸方向間隔ｄと距離ｘとの関係を示している。また、実線Ｄは円筒ころ１５の端面周縁部を式（１）で表される曲線形状にクラウニング加工した場合（ただし、ａ＝０．００２８、ｂ＝２５）の軸方向間隔ｄと距離ｘとの関係を示しており、図７から明らかなように、円筒ころ１５の端面周縁部を式（１）で表される曲線形状にクラウニング加工した場合は、円筒ころ１５の端面周縁部を単一の曲率でクラウニング加工した場合に比べて、円筒ころ端面１５ａと鍔部内側面１６ａとの軸方向間隔ｄが距離ｘの変化に対して大きく変化する。即ち、鍔部と接触している位置から少し外れると、軸方向間隔ｄが急激に拡大する。このように、円筒ころ端面１５ａと鍔部内側面１６ａとの間に形成される隙間（軸方向間隔ｄ）の大きさを従来よりも大きく確保でき、これにより、円筒ころ端面１５ａと鍔部内側面１６ａとの間にグリース等の潤滑剤が入り込み易くなるので、焼付き及びエッジロードの発生を防止できる。
【００１３】
図８は円筒ころ１５がスキューを起こしている状態を示す図であり、図中Ｐ１は外輪転動面１４から円筒ころ１５と鍔部１６との接触点までの第１の接触点距離、Ｐ２は円筒ころ外周面から円筒ころ１５と鍔部１６との接触点までの第２の接触点距離を示している。また、Ψは幾何学的に起こり得る円筒ころ１５の最大のスキュー角を示しており、このスキュー角Ψは、図９に示すように、円筒ころ１５の軸方向長さをｌｒ、円筒ころ１５の端面１５ａが鍔部１６の内側面１６ａに接触する二点間の距離を２ｂ_１、円筒ころ１５と鍔部１６との接触位置から転動面までの接触高さをｈ、接触高さｈにおける鍔部内側面から鍔部基端部までの軸方向間隔の総和をΔＬ１、接触高さｈにおける円筒ころ端面のクラウニング落ち量の総和をΔＬ２、鍔部基端部から円筒ころ端面までの軸方向間隔の総和をΔＳとすると、
【００１４】
【数１】

【００１５】
で表される。なお、図９において、Ｈ０は鍔部基端部の研削逃げ溝１７の高さ、Ｈ１は鍔部１６の高さＨから鍔部上端部での面取り量を差し引いた高さを示している。
図１０に、上記接触点距離Ｐ１、Ｐ２とスキュー角Ψ及びΔｓとの関係を示す。同図において、実線Ｅは円筒ころ１５の直径を２４ｍｍ、円筒ころ１５の軸方向長さｌｒを２６ｍｍ、円筒ころ１５の面取り量Ｃを１ｍｍ、外輪軌道径を１８０．５ｍｍ、開き角度θを２０分とした場合における接触点距離Ｐ１とスキュー角Ψ及びΔｓとの関係を示している。また、破線Ｆは円筒ころ１５の直径を２４ｍｍ、円筒ころ１５の軸方向長さｌｒを２６ｍｍ、円筒ころ１５の面取り量Ｃを１ｍｍ、外輪軌道径を１８０．５ｍｍ、開き角度θを２０分とした場合における接触点距離Ｐ２とスキュー角Ψ及びΔｓとの関係を示しており、図１０から明らかなように、図９のＨ１を６ｍｍ、Ｈ０を１ｍｍとする場合には、Δｓの範囲を図１０に示す設計領域とすることによって、円筒ころ１５がスキューを起したときでも円筒ころ１５と鍔部１６との接触位置を鍔部１６の内側面内に配置できるので、スキューによる早期摩耗を防止することができる。
【００１６】
上記までの例ではＨ１を６ｍｍとした場合であるが、同様にＨ１を５ｍｍとする場合は、Δｓの範囲を図１０に示すような設計領域とすることによって、円筒ころ１５がスキューを起したときでも円筒ころ１５と鍔部１６との接触位置を鍔部１６の内側面内に配置することができる。
鍔面における接触点距離Ｐ１はΔｓが大きくなるにつれて大きくなり、鍔部１６の上端側に近づいていく。一方、ころ端面における接触点距離Ｐ２はΔｓが大きくなるにつれて小さくなり、ころの転動面側に近づいてくる。設計領域とはＰ１がＨ１を超えないで、かつＰ２がころの面取り量ＣもしくはＨ０のいずれかより小さくならない領域である。上記の例では直線ＥがＨ１に制限されるΔｓが設計領域のΔｓの上限となる。
【００１７】
本発明での指数関数の任意定数ａとｂを上記までの例から考えると、図１０中の実線と破線の傾きが変化するが、その場合でも上記までの方法と同様に設計領域を適切に選択することにより、円筒ころがスキューした場合でも接触位置を鍔部の内側面内に配置することができる。
【００１８】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明に係るころ軸受によれば、円筒ころの端面周縁部を式（１）で表される曲線形状にクラウニング加工したことで、コストの上昇や焼付き及びエッジロードの発生を防止できると共にスキューによる早期摩耗を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るころ軸受の軸方向断面図である。
【図２】図１に示す内輪の軸方向断面図である。
【図３】図１に示す外輪の軸方向断面図である。
【図４】図１に示すＡ部の詳細図である。
【図５】図４に示す接線の傾きと円筒ころのころ径中心に向かって転動体軌道面からの距離ｘとの関係を示す図である。
【図６】円筒ころが鍔部に接触したときの状態を示す図である。
【図７】図６に示す軸方向間隔ｄと図４に示す距離ｘとの関係を示す図である。
【図８】円筒ころがスキューを起こしている状態を示す図である。
【図９】円筒ころと鍔部との寸法関係を示す図である。
【図１０】図９の接触点距離Ｐ１，Ｐ２とスキュー角との関係を示す図である。
【符号の説明】
１１ 内輪
１２ 外輪
１３，１４ 転動体転動面
１５ 円筒ころ
１５ａ 円筒ころ端面
１６ 鍔部
１６ａ 鍔部内側面
１７ 研削逃げ溝

Claims (4)

1. 外周面に転動体転動面を有する内輪と、この内輪の前記転動体転動面と対向する転動体転動面を内周面に有する外輪と、前記内輪の前記転動体転動面と前記外輪の転動体転動面との間に転動自在に設けられた複数の円筒ころと、前記内輪の外周面端部および／又は前記外輪の内周面端部に形成された鍔部とを備え、前記円筒ころの端面周縁部にクラウニング加工を施したころ軸受において、
   前記円筒ころのころ径中心に向かって、前記転動体転動面からの距離をｘ、この位置における前記円筒ころの端面中央部からのクラウニング落ち量をｙとしたとき、前記円筒ころの端面周縁部を
   ｙ＝ａ・ｅｘｐ（−ｂ・ｘ）
   ただし、ａ，ｂ；任意の定数
   の指数関数で表される曲線形状にクラウニング加工したことを特徴とするころ軸受。
2. 請求項１記載のころ軸受において、前記ころをスキューさせないで前記ころの端面部を前記鍔部に押し付けた際、前記ころと前記鍔部との接触点が前記ころのクラウニング加工部に位置することを特徴とするころ軸受。
3. 請求項２記載のころ軸受において、前記ころの端面と接触する前記鍔部の接触点が前記鍔部の両端を除いた位置にあることを特徴とするころ軸受。
4. 請求項３記載のころ軸受において、前記ころが前記鍔部に接触するまでスキューした際、前記ころの端面と前記鍔部との接触点が前記ころに対しては前記クラウニング加工部にあり、前記鍔部に対しては前記鍔部の両端を除いた位置にあることを特徴とするころ軸受。

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