JP2006177507A - 転がり軸受の組立方法及びこの組立方法により組み立てられた転がり軸受 - Google Patents

転がり軸受の組立方法及びこの組立方法により組み立てられた転がり軸受 Download PDF

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Abstract

【課題】内外輪に永久変形(塑性変形)を生じさせること無く、低コストで転がり軸受を組み立てる。
【解決手段】互いに相対回転可能に対向配置された内輪２及び外輪４と、内外輪の軌道面2s,4s間に転動自在に配列された所定数の転動体(玉)6(6a,6n)とを備えた転がり軸受を組み立てる場合、同一平面内において内輪と外輪とを相対的に偏心配置し、内外輪間に略三日月形状の隙間Ｇを構成した状態で、当該隙間に所定数の転動体を順次挿入し、各転動体を外輪の外輪軌道面に沿って配列させる。そして、所定数の転動体を挿入する前に又は後において、内外輪の偏心方向に沿って内輪又は内外輪の双方を弾性変形させた状態で、内外輪相互の中心が一致する位置まで内外輪を相対的に移動させる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、転がり軸受の組立方法及びこの組立方法により組み立てられた転がり軸受に関する。
従来から、内外輪間に複数の転動体(玉)を配列して転がり軸受(玉軸受)を組み立てる種々の方法が知られている。例えば特許文献１に示された組立方法は、まず図２(ａ)に示すように、例えば同一平面内において内輪２と外輪４とを相対的に(ラジアル方向に)偏心配置した状態で、内外輪2,4間に構成された略三日月形状の隙間Ｇに複数の転動体(玉)6(6a,6n)を順次挿入する。このとき、各転動体(玉)6(6a,6n)を外輪４の外輪軌道面４ｓに沿って配列させる。
次に図２(ｂ)に示すように、最後の転動体(例えば、玉６ａ)を挿入した後、外輪４に対してラジアル方向の両外側から圧力Ｆ１を加えて当該外輪４を弾性変形させた状態で、内外輪2,4相互の中心が一致する位置まで内輪２をラジアル方向に移動させる。そして、圧力Ｆ１を解除し、外輪４が弾性変形前の状態に戻った後、各転動体(玉)6(6a,6n)を内外輪2,4の軌道面2s,4sに沿って等間隔に配列させて保持器(図示しない)を取り付ける。これにより複数の転動体(玉)6(6a,6n)が内外輪2,4の軌道面2s,4s間に組み込まれた転がり軸受(玉軸受)を完成させることができる(図３)。
このような転がり軸受(玉軸受)には、その運転状態において各種の荷重(例えば、ラジアル荷重、アキシアル荷重)が作用する。
かかる荷重が大きくなった場合、その荷重を充分に且つ安定して負荷するためには、負荷容量を増す必要があり、内外輪2,4間に組み込む転動体(玉)6(6a,6n)の数を増やしたり、玉径を大きくすることが好ましい。しかし、上述したような方法で組み立てられる転がり軸受(玉軸受)には、挿入可能な転動体(玉)6(6a,6n)の数に一定の制限がある。
なお、軸受の起動トルクを小さくするために軸受ＰＣＤ(各転動体(玉)６の中心を結んで形成される仮想円Ｅの直径：図３)を小さく設定する場合にも、挿入可能な転動体(玉)6(6a,6n)の数に一定の制限がある。
例えば、略三日月形状の隙間Ｇから挿入する転動体(玉)6(6a,6n)の数を増やしたり、玉径を大きくすると、挿入先端の転動体(例えば、玉６ｎ)と内輪２の内輪軌道面２ｓとが大きく干渉する場合がある(図２(ａ)の干渉値α)。この場合、図２(ｂ)の工程で外輪４を弾性変形させる際、転動体(玉)６ｎと内輪軌道面２ｓとの干渉状態が解消される程度に外輪４の弾性変形量Ｅ４ｐを大きくする必要がある。別の言い方をすると、内輪軌道面２ｓと転動体(玉６ｎ)との間に余裕隙間βが形成されるように外輪４の弾性変形量Ｅ４ｐを大きくする必要がある。しかし、外輪４の弾性変形量Ｅ４ｐが大き過ぎると、外輪４に永久変形(塑性変形)が生じる虞がある。なお、図２(ｂ)の点線で示す円は弾性変形前の外輪軌道面４ｓであり、弾性変形量Ｅ４ｐは、弾性変形前後の外輪軌道面４ｓの変形量を示す。
また、例えば外輪４がガイドローラとして転動させる場合には、外輪４に直接ラジアル荷重が作用する。この場合、外輪４の圧砕荷重値を上げるために、外輪４の肉厚を厚くして外径を大きく設定した転がり軸受(玉軸受)を構成する必要がある。しかし、このような転がり軸受(玉軸受)を組み立てる際に外輪４を弾性変形させると、外輪４に永久変形(塑性変形)が生じる場合がある。具体的に説明すると、外輪４を弾性変形させる場合において、外輪４の肉厚が厚いと、同じ変形量を得るためには外輪４に加える必要変形荷重が大きくなり、発生最大応力も大きくなる。そして、その際に外輪４に生じる発生最大応力が限界点を越えると、外輪４に永久変形(塑性変形)が生じる虞がある。
図４には、軸受ＰＣＤ、玉径、玉数を一定にして、外輪４の外径を大きく設定した場合の必要変形荷重と発生最大応力との関係が示されている。これによれば、発生最大応力には、外輪４の永久変形(塑性変形)に対する限界点(許容限界応力)があり、これを越えると外輪４に永久変形(塑性変形)が生じる虞がある。なお、このような肉厚の外輪４を弾性変形する場合には、そのための装置も大型化せざるを得ず、その結果、転がり軸受(玉軸受)の製造コストが上昇してしまう。
また、外輪４に永久変形(塑性変形)が生じた場合には、軌道面が真円でなくなることにより、位相によってすきまが大きい箇所や小さい箇所ができてしまい高精度の回転ができなくなったり、部分的な過大予圧による焼付きの原因となる。
特開２００４−６８９８５号公報
本発明は、このような問題を解決するためになされており、その目的は、内外輪に永久変形(塑性変形)を生じさせること無く、低コストで転がり軸受を組み立てることが可能な技術を提供することにある。
このような目的を達成するために、本発明は、互いに相対回転可能に対向配置された内輪及び外輪と、内輪の外周面に周方向に沿って形成された内輪軌道面と、外輪の内周面に周方向に沿って形成された外輪軌道面と、内輪軌道面と外輪軌道面との間に転動自在に配列された所定数の転動体とを備えた転がり軸受を組み立てる組立方法であって、同一平面内において内輪と外輪とを相対的に偏心配置し、内外輪間に略三日月形状の隙間を構成する隙間構成工程と、略三日月形状の隙間に所定数の転動体を順次挿入し、各転動体を外輪の外輪軌道面に沿って配列させる配列工程と、所定数の転動体を挿入する前に又は後において、内外輪の偏心方向に沿って内輪又は内外輪の双方を弾性変形させる弾性変形工程と、弾性変形工程により弾性変形させた状態で、内外輪相互の中心が一致する位置まで内外輪を相対的に移動させる移動工程とを有する。
また、本発明は、互いに相対回転可能に対向配置された内輪及び外輪と、内輪の外周面に周方向に沿って形成された内輪軌道面と、外輪の内周面に周方向に沿って形成された外輪軌道面と、内輪軌道面と外輪軌道面との間に転動自在に配列された所定数の転動体とを備えた転がり軸受であって、当該転がり軸受は、同一平面内において内輪と外輪とを相対的に偏心配置した状態で、内外輪間に構成された略三日月形状の隙間に複数の転動体を順次挿入し、各転動体を外輪の外輪軌道面に沿って配列させ、所定数の転動体を挿入する前に又は後において、内外輪の偏心方向に沿って内輪又は内外輪の双方を弾性変形させた状態で、内外輪相互の中心が一致する位置まで内外輪を相対的に移動させることにより組み立てられる。
このような発明において、内輪は偏心方向に沿って外側に弾性変形させる。このとき、内輪は偏心方向に膨張変形すると同時に、偏心方向に直交する方向に収縮変形する。
一方、外輪は偏心方向に沿って内側に弾性変形させる。このとき、外輪は偏心方向に収縮変形すると同時に、偏心方向に直交する方向に膨張変形する。
本発明によれば、所定数の転動体を挿入する前に又は後において、内外輪の偏心方向に沿って内輪又は内外輪の双方を弾性変形させることにより、内外輪に永久変形(塑性変形)を生じさせること無く、低コストで転がり軸受を組み立てることが可能な技術を実現することができる。
以下、本発明の一実施の形態に係る転がり軸受の組立方法及びこの組立方法により組み立てられた転がり軸受について、添付図面を参照して説明する。
本実施の形態の転がり軸受は、例えば図３に示すように、互いに相対回転可能に対向配置された内輪２及び外輪４と、内輪２の外周面に周方向に沿って形成された内輪軌道面２ｓと、外輪４の内周面に周方向に沿って形成された外輪軌道面４ｓと、内輪軌道面２ｓと外輪軌道面４ｓとの間に転動自在に配列された所定数の転動体６とを備えている。この場合、転動体６としては、例えば玉やコロを含めることができるが、ここでは一例として玉を想定する。
なお、同図において、各転動体(玉)６を所定間隔で回転自在に保持する保持器や、転がり軸受に封入された潤滑剤(例えば、グリース、油)が外部に漏洩するのを防止し且つ外部から転がり軸受内に異物(例えば、水、塵埃)が浸入するのを防止する密封板(例えば、シール、シールド)は省略されている。
ここで、本実施の形態の転がり軸受(玉軸受)を組み立てる方法について、図１(ａ)を参照して説明する。
まず、同一平面内において内輪２と外輪４とを相対的に(ラジアル方向に)偏心配置した状態で、内外輪2,4間に構成された略三日月形状の隙間Ｇに所定数の転動体(玉)6(6a,6n)を順次挿入する。このとき各転動体(玉)6(6a,6n)を外輪４の外輪軌道面４ｓに沿って配列させる。
次に、所定数の転動体(最後に挿入される転動体(例えば、玉６ａ))を挿入する前に又は後において、内外輪2,4の偏心方向(ラジアル方向)に沿って内輪２又は内外輪2,4の双方を弾性変形させた状態で、内外輪2,4相互の中心が一致する位置まで内外輪2,4を相対的に移動させる。そして、弾性変形状態を解除して内外輪2,4を弾性変形前の形状に復元させた後に、各転動体(玉)6(6a,6n)を内外輪2,4の道面2s,4sに沿って等間隔に配列して保持器(図示しない)を取り付ける。これにより所定数の転動体(玉)6(6a,6n)が内外輪2,4の軌道面2s,4s間に組み込まれた転がり軸受(玉軸受)を完成させることができる(図３)。
このような組立方法において、内輪２又は内外輪2,4の双方を弾性変形させる場合、内輪２は偏心方向(ラジアル方向)に沿って外側に弾性変形させ、一方、外輪４は偏心方向(ラジアル方向)に沿って内側に弾性変形させる。具体的には、内輪２に対して圧力Ｆ１を偏心方向に沿って内側から外側に向けて加えることで当該内輪２を弾性変形させ、一方、外輪４に対して圧力Ｆ２を偏心方向に沿って外側から内側に向けて加えることで当該外輪４を弾性変形させる。
このとき、内輪２は偏心方向に膨張変形すると同時に、偏心方向に直交する方向に収縮変形し、一方、外輪４は偏心方向に収縮変形すると同時に、偏心方向に直交する方向に膨張変形する。ここで、膨張収縮前(弾性変形前)の内輪２の内輪軌道面２ｓｐを点線で示すと、膨張収縮後(弾性変形後)の内輪軌道面２ｓは、偏心方向(圧力Ｆ１の方向)に膨張量Ｅ２だけ膨張し、偏心方向に直交する方向に収縮量Ｔ２だけ収縮する。一方、膨張収縮前(弾性変形前)の外輪４の外輪軌道面４ｓｐを点線で示すと、膨張収縮後(弾性変形後)の外輪軌道面４ｓは、偏心方向(圧力Ｆ２の方向)に収縮量Ｔ４だけ収縮し、偏心方向に直交する方向に膨張量Ｅ４だけ膨張する。
これにより、内輪軌道面２ｓと転動体(玉６ｎ)との間には余裕隙間βが形成される。この余裕隙間βは、中心合せの際に内外輪2,4を相対移動させる空間的な余裕を示し、従来の組立方法による余裕隙間β(図２(ｂ))と同一となる。この場合、同一の余裕隙間βを形成するために、従来の組立方法では、外輪４を弾性変形量Ｅ４ｐだけ大きく弾性変形させる必要があるが、本実施の形態の組立方法では、内輪２(内輪軌道面２ｓ)を収縮量Ｔ２だけ収縮させ、外輪４(外輪軌道面４ｓ)を膨張量Ｅ４だけ膨張させれば良い。
ここで、外輪４に着目すると、本実施の形態の組立方法による外輪４(外輪軌道面４ｓ)の膨張量Ｅ４は、従来の組立方法による外輪４(外輪軌道面４ｓ)の膨張量(弾性変形量)Ｅ４ｐよりも小さく設定(Ｅ４ｐ＞Ｅ４)することができる。これは、外輪４(外輪軌道面４ｓ)の膨張では足りない分を内輪２(内輪軌道面２ｓ)を収縮量Ｔ２だけ収縮させて補うことにより、従来と同一の余裕隙間βを形成することができるからである。
以上、本実施の形態によれば、偏心方向に沿って内外輪2,4を弾性変形させて、偏心方向に直交する方向に内輪２(内輪軌道面２ｓ)を収縮させ且つ外輪４(外輪軌道面４ｓ)を膨張させることで、内外輪2,4の弾性変形量を小さく設定することができる。これにより、弾性変形後の内輪２(内輪軌道面２ｓ)を弾性変形前の内輪２(内輪軌道面２ｓｐ)の形状に復元させることができる。即ち、内外輪2,4の弾性変形量を小さくすることにより、内外輪2,4が元来有する弾性力をそのまま維持確保することができるため、内外輪2,4に永久変形(塑性変形)を生じさせること無く転がり軸受を組み立てることができる。この場合、内外輪2,4を弾性変形させるための荷重は小さくて足りるため、そのための組立装置も大型化させる必要は無い。この結果、転がり軸受(玉軸受)の製造コストを低減させることが可能となる。
ここで、内外輪2,4を弾性変形させる組立装置について説明する。
図１(ｂ)には、組立装置の一例が示されており、かかる組立装置は、内外輪2,4を同一平面内に対向配置するためのベース８と、外輪４を偏心方向に沿って弾性変形させるための外輪加圧治具１０ａ及び外輪固定治具１０ｂと、内輪２を偏心方向に沿って弾性変形させるための内輪加圧治具とを備えている。
外輪加圧治具１０ａは、外輪加圧用油圧シリンダ１２に連結されており、外輪固定治具１０ｂは、ベース８に固定されている。この場合、ベース８に配置した外輪４を外輪固定治具１０ｂに当接させた状態で、外輪加圧用油圧シリンダ１２で外輪加圧治具１０ａを偏心方向に移動させて外輪４の外周面４ｍに当接させることにより、外輪４を外輪加圧治具１０ａと外輪固定治具１０ｂとの間で挟持して位置決め固定することができる。
一方、内輪加圧治具は、ベース８に形成された長孔１４に沿って偏心方向に移動可能な一対のクランプ16,18を備えている。各クランプ16,18は、全体が略Ｌ字状を成しており、その屈曲部16p,18pが相互に回転自在に締結されている。また、各クランプ16,18の先端部16t,18tは、長孔１４を通してベース８上に突出し、一方、各クランプ16,18の基端部16e,18eは、内輪加圧用油圧シリンダ２０に連結されている。
このような構成において、各クランプ16,18の先端部16t,18tは、ベース８に配置した内輪２の内周面２ｍに対向して位置付けられる。この場合、内輪加圧用シリンダ２０で各クランプ16,18の基端部16e,18eを矢印Ｈ１方向に引き寄せることにより、各クランプ16,18は屈曲部16p,18pを中心に旋回し、その先端部16t,18tが拡がって内輪２の内周面２ｍに当接させることができる。このとき、内輪２は各クランプ16,18の先端部16t,18tで内側から支持された状態となる。そして、かかる状態を維持した状態で各クランプ16,18を長孔１４に沿って移動し、内輪２を外輪４に当接させることにより、内輪２を外輪４に対して偏心させて位置決め固定することができる。
この状態において、内外輪2,4間に構成された略三日月形状の隙間Ｇに所定数の転動体(玉)６を順次挿入する。このとき、隙間Ｇに外輪４の外輪軌道面４ｓに沿って延出したガイド部２２を配置すれば、挿入した転動体(玉)６を隙間Ｇ内でバラけること無く外輪軌道面４ｓに沿って配列させることができる。そして、所定数の転動体(玉６ａ：図１(ａ))を挿入する前に又は後において、外輪加圧用油圧シリンダ１２及び内輪加圧用油圧シリンダ２０を作動させる。
外輪加圧用油圧シリンダ１２を作動させると、外輪加圧治具１０ａにより外輪４の外周面４ｍに圧力Ｆ２が加えられ、これにより、外輪４は偏心方向に収縮変形すると同時に、偏心方向に直交する方向に膨張変形する。また、内輪加圧用油圧シリンダ２０を作動させると、各クランプ16,18の先端部16t,18tが拡がって内輪２の内周面２ｍに圧力Ｆ１が加えられ、これにより、内輪２は偏心方向に膨張変形すると同時に、偏心方向に直交する方向に収縮変形する。
このとき、内輪軌道面２ｓと転動体(玉６ｎ)との間には余裕隙間β(図１(ａ))が形成され、その状態において、内輪加圧治具(一対のクランプ16,18)を長孔１４に沿って移動して内輪２を偏心方向に移動させることにより、内外輪2,4相互の中心を一致させることができる。この後、外輪加圧用油圧シリンダ１２及び内輪加圧用油圧シリンダ２０の作動を停止制御して、内外輪2,4に対する圧力F1,F2作用を解除することにより、内外輪2,4を弾性変形前の形状に復元させることができる。この状態において、各転動体６を内外輪2,4の軌道面4s,6sに沿って等間隔に配列して保持器(図示しない)を取り付けることで、図３に示すような転がり軸受(玉軸受)を完成させることができる。
なお、上述した組立装置では、内輪２を移動させて内外輪2,4の中心を一致させているが、内輪２を固定し、外輪４を移動させるように構成しても良いし、或いは、内外輪2,4双方を移動させるように構成しても良い。また、組立装置により、現行の組立時における外輪変形を内輪変形、或いは内外輪双方変形とすることにより、設計の自由度を向上させることができ、これにより使用目的に応じた各種の軸受仕様品を提供することが可能となる。
(ａ)は、本発明の一実施の形態に係る転がり軸受の組立方法を説明するための断面図、(ｂ)は、内輪及び外輪を弾性変形させる組立装置の構成例を示す断面図。 (ａ)は、偏心配置した内外輪間の隙間から複数の転動体を挿入している状態を概略的に示す断面図、(ｂ)は、外輪を弾性変形させた状態を概略的に示す断面図。 複数の転動体が内外輪の軌道面間に組み込まれた転がり軸受の断面図。 外輪の必要変形荷重と発生最大応力との関係を示す図。
符号の説明
２ 内輪
２ｓｐ 膨張収縮前(弾性変形前)の内輪軌道面
２ｓ 膨張収縮後(弾性変形後)の内輪軌道面
４ 外輪
４ｓｐ 膨張収縮前(弾性変形前)の外輪軌道面
４ｓ 膨張収縮後(弾性変形後)の外輪軌道面
6(6a,6n) 転動体(玉)
Ｇ 隙間
Ｅ２ 内輪軌道面の偏心方向の膨張量
Ｔ２ 内輪軌道面の偏心方向に直交する方向の収縮量
Ｅ４ 外輪軌道面の偏心方向に直交する方向の膨張量
Ｔ４ 外輪軌道面の偏心方向の収縮量
β 余裕隙間

Claims (10)

  1. 互いに相対回転可能に対向配置された内輪及び外輪と、内輪の外周面に周方向に沿って形成された内輪軌道面と、外輪の内周面に周方向に沿って形成された外輪軌道面と、内輪軌道面と外輪軌道面との間に転動自在に配列された所定数の転動体とを備えた転がり軸受を組み立てる組立方法であって、
    同一平面内において内輪と外輪とを相対的に偏心配置し、内外輪間に略三日月形状の隙間を構成する隙間構成工程と、
    略三日月形状の隙間に所定数の転動体を順次挿入し、各転動体を外輪の外輪軌道面に沿って配列させる配列工程と、
    所定数の転動体を挿入する前に又は後において、内外輪の偏心方向に沿って内輪又は内外輪の双方を弾性変形させる弾性変形工程と、
    弾性変形工程により弾性変形させた状態で、内外輪相互の中心が一致する位置まで内外輪を相対的に移動させる移動工程とを有することを特徴とする転がり軸受の組立方法。
  2. 弾性変形工程において、内輪は、偏心方向に沿って外側に弾性変形させることを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受の組立方法。
  3. 弾性変形工程において、内輪は、偏心方向に膨張変形すると同時に、偏心方向に直交する方向に収縮変形することを特徴とする請求項１又は２に記載の転がり軸受の組立方法。
  4. 弾性変形工程において、外輪は、偏心方向に沿って内側に弾性変形させることを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受の組立方法。
  5. 弾性変形工程において、外輪は、偏心方向に収縮変形すると同時に、偏心方向に直交する方向に膨張変形することを特徴とする請求項１又は４に記載の転がり軸受の組立方法。
  6. 互いに相対回転可能に対向配置された内輪及び外輪と、内輪の外周面に周方向に沿って形成された内輪軌道面と、外輪の内周面に周方向に沿って形成された外輪軌道面と、内輪軌道面と外輪軌道面との間に転動自在に配列された所定数の転動体とを備えた転がり軸受であって、
    当該転がり軸受は、同一平面内において内輪と外輪とを相対的に偏心配置した状態で、内外輪間に構成された略三日月形状の隙間に複数の転動体を順次挿入し、各転動体を外輪の外輪軌道面に沿って配列させ、所定数の転動体を挿入する前に又は後において、内外輪の偏心方向に沿って内輪又は内外輪の双方を弾性変形させた状態で、内外輪相互の中心が一致する位置まで内外輪を相対的に移動させることにより組み立てられることを特徴とする転がり軸受。
  7. 内輪は、偏心方向に沿って外側に弾性変形させることを特徴とする請求項６に記載の転がり軸受。
  8. 内輪は、偏心方向に膨張変形すると同時に、偏心方向に直交する方向に収縮変形することを特徴とする請求項６又は７に記載の転がり軸受。
  9. 外輪は、偏心方向に沿って内側に弾性変形させることを特徴とする請求項６に記載の転がり軸受。
  10. 外輪は、偏心方向に収縮変形すると同時に、偏心方向に直交する方向に膨張変形することを特徴とする請求項６又は９に記載の転がり軸受。
JP2004373841A 2004-12-24 2004-12-24 転がり軸受の組立方法及びこの組立方法により組み立てられた転がり軸受 Pending JP2006177507A (ja)

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