JP2007024105A

JP2007024105A - アンギュラコンタクト玉軸受

Info

Publication number: JP2007024105A
Application number: JP2005204417A
Authority: JP
Inventors: Junichi Hattori; 純一服部
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2005-07-13
Filing date: 2005-07-13
Publication date: 2007-02-01

Abstract

【課題】外輪と内輪の一方の軌道面上に軸受中心線を境界としてアキシャル方向の一方側に片寄って位置する２つの接触点に潤滑剤が達し易いようにする。
【解決手段】外輪１と内輪３の一方の軌道面２に玉が２点ａ、ｂで接触し、他方の軌道面４に前記玉が２点ｃ、ｄで接触し、接触点ａ、ｂが軸受中心線Ｃを境界としてアキシャル方向の一方側に片寄って位置し、接触点ｃ、ｄが前記の一方側と反対側に片寄って位置し、外輪１と内輪３の両方に、その接触点ａ、ｂ、ｃ、ｄとアキシャル方向の反対側にカウンタ部７、１１が形成されると共に、軌道面２、４と玉６が２点接触する状態でその軸受中心線Ｃ上の部分と玉６の間に隙間が生じるように設けられており、外輪１が分離形に設けられている構成とした。
【選択図】図１

Description

この発明は、アンギュラコンタクト玉軸受に関し、特に、低速回転下でモーメント荷重が負荷される回転軸を支持するのに好適なものに関する。

１００ｒｐｍを超えない低速回転の出力軸を有する駆動装置、例えば、建設用機械のスプロケット駆動装置やロボットアームの関節装置などは、駆動源、減速機などから構成される。減速機の出力軸は、駆動側との間に介在する主軸受により回転可能に支持される。主軸受には、荷重点が軸受外にあり、モーメント荷重が負荷されるため、アンギュラコンタクトの転がり軸受が利用されている。

上記のような装置では、機械、アームの姿勢制御や被駆動部の位置決め精度の改善などのため、モーメント荷重に対する主軸受の剛性向上が求められている。

従来からあるアンギュラコンタクト玉軸受は、モーメント荷重のアキシャル分荷重（軸受に対しアキシャル方向の一方向に作用する）を、外輪、内輪の各軌道面と玉が１点接触する状態で受ける構成となっていた（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−２１８５５号公報

上記特許文献１のようなアンギュラコンタクト玉軸受の剛性向上手段としては、外輪、内輪、転動体サイズの大型化や転動体数の増大化がある。

しかしながら、建設用機械の駆動装置やロボットアームの関節装置などのように、小型化が求められる装置に軸受を組み込む場合、軸受の設置空間には限りがある。

それ故、主軸受には、アンギュラコンタクト玉軸受よりも剛性が高い円錐ころ軸受が利用されることもあったが、円錐ころ軸受は、アンギュラコンタクト玉軸受よりも軌道面や転動体の研削工程が複雑であり、比較的コスト高なものである。

そこで、出願人は、本願出願時で未公開の先行特許出願（特願２００４−００５５３８号）において、外輪と内輪のいずれか一方の軌道面に玉が２点で接触し、他方の軌道面に前記玉が少なくとも１点で接触し、前記一方の軌道面上の接触点が軸受中心線を境界としてアキシャル方向の一方側に片寄って位置し、前記他方の軌道面上の接触点が前記アキシャル方向の一方側と反対側に片寄って位置するように構成したことを要旨とするアンギュラコンタクト玉軸受を提案している。

上記先行特許出願に係るアンギュラコンタクト玉軸受によれば、一方向に作用するアキシャル荷重は、前記玉が前記一方の軌道面に２点で接触するため、軸受取付方向を荷重方向に適合させることにより、上記２点の接触角に応じて分散された状態で受けられる。その結果、軸受の変形が上記従来例よりも抑制される、すなわち、軸受剛性が高められる。なお、ラジアル荷重は、前記玉が前記他方の軌道面に少なくとも１点で接触するため、上記従来例と同様に受けることができる。

ところで、アンギュラコンタクト玉軸受は、玉がこの中心を通り呼び作用線と直交する軸線回りでスピンしながら公転する、という本質的特徴を有する。このスピンは、玉や軌道面が摩耗したり剥離したりする原因となる。

特に、上記先行特許出願に係るアンギュラコンタクト玉軸受は、前記玉と前記一方の軌道面の加工精度に限界があり、また前記玉と前記一方の軌道面が２点で接触するため、前記のスピンが複雑になり易い。

上記の摩耗や剥離の発生は、接触点の潤滑環境に影響されるが、上記先行特許出願に係るアンギュラコンタクト玉軸受は、前記一方の軌道面上の２つの接触点が軸受中心線を境界としてアキシャル方向の一方側に片寄って位置するため、上記従来例に比して前記２つの接触点に潤滑剤が達し難くい。

そこで、この発明の課題は、外輪と内輪の一方の軌道面上に軸受中心線を境界としてアキシャル方向の一方側に片寄って位置する２つの接触点に潤滑剤が達し易いようにすることにある。

上記の課題を達成するため、この発明は、前記外輪と前記内輪のうち、少なくとも前記一方の軌道面側のものが、その接触点とアキシャル方向の反対側にカウンタ部が形成されると共に、前記一方の軌道面と前記玉が２点接触する状態でその軸受中心線上の部分と前記玉の間に隙間が生じるように設けられている構成を特徴とする。

上記構成において、前記カウンタ部の形成により肩落としされる分、軸受外から軸受中心線上に向けて潤滑剤が流入し易くなる。流入した潤滑剤は、その軸受中心線上の部分と前記玉の間に隙間が生じているので、前記一方の軌道面上の２つの接触点に潤滑剤が達し易くなる。

潤滑剤は、流動性を考慮すると潤滑油が好ましく、潤滑法には、循環給油、油浴などを採用することができる。

上記構成においては、前記外輪と前記内輪のいずれか一方が、分離形に設けられている構成を採用することができる。この構成によれば、前記外輪と前記内輪のうち、前記一方の軌道面側のものを分離形にすると、前記カウンタ部は肩落とし量が大きくなるため、潤滑油がより円滑に軸受中心線上にまで流入するようになる。
また、前記他方の軌道面側のものを分離形にすると、これにも前記と同様のカウンタ部が形成されることになり、前記他方の軌道面と前記玉を２点接触としても前記一方の軌道面側と同様の潤滑環境が得られる。

また、上記構成においては、前記外輪と前記内輪のいずれか一方が、複列の一体形に設けられている構成を採用することができる。

また、上記構成においては、組合せ軸受とされ又は前記外輪と前記内輪のいずれか一方が複列に設けられており、前記の組合せ又は前記の複列で構成される第１配列部と第２配列部が相異なる呼び接触角を有する構成を採用することができる。

また、上記構成においては、組合せ軸受とされ又は前記外輪と前記内輪のいずれか一方が複列に設けられており、前記の組合せ又は前記の複列で構成される第１配列部と第２配列部が相異なる接触状態を有する構成を採用することができる。

また、上記構成においては、組合せ軸受とされ又は前記外輪と前記内輪のいずれか一方が複列に設けられており、前記の組合せ又は前記の複列で構成される第１配列部と第２配列部が、互いの呼び作用線が軸受内側で交わるように設けられている構成を採用することができる。

また、上記構成においては、組合せ軸受とされ又は前記外輪と前記内輪のいずれか一方が複列に設けられており、前記の組合せ又は前記の複列で構成される第１配列部と第２配列部が相異なる玉仕様とされている構成を採用することができる。

また、上記構成においては、組合せ軸受とされ又は前記外輪と前記内輪のいずれか一方が複列に設けられており、前記の組合せ又は前記の複列で構成される第１配列部と第２配列部が相異なる軸受サイズに設けられている構成を採用することができる。

上述のように、この発明は、外輪と内輪の一方の軌道面上に軸受中心線を境界としてアキシャル方向の一方側に片寄って位置する２つの接触点に潤滑剤が達し易いようにすることができる。

以下、この発明の第１実施形態を添付図面に基づいて説明する。図１に示した第１実施形態に係るアンギュラコンタクト玉軸受は、外輪１の軌道面２と内輪３の軌道面４の間に保持器５によって一定間隔をおいて保持された玉６が介在されたものである。

外輪１の内径面は、その両端部に大径内面からなるカウンタ部７と小径内面からなる肩部８が形成され、そのカウンタ部７と肩部８の間に全体として円弧面となる前記の軌道面２が形成されている。

軌道面２は、図２（ａ）から分かるように、アーチ型の２個の円弧面２ａ、２ｂにより形成され、その両円弧面２ａ、２ｂの衝合点９の両側において玉６との接触点ａ、ｂが形成される。図１において軸受中心線Ｃに対する接触点ａの角度（接触角）をθ１で示し、接触点ｂの角度（接触角）をθ２で示す。

内輪３の外径面の形状は、前記外輪１の内径面の形状と玉６の中心点Ｏを基準に点対称の形状をなす。すなわち、内輪３の外径面は、その両端部に小径外面からなるカウンタ部１１と大径外面からなる肩部１２が形成され、そのカウンタ部１１と肩部１２の間に全体として円弧面となる前記の軌道面４が形成される。

軌道面４は、図２（ｂ）から分かるように、アーチ型の２個の円弧面４ｃ、４ｄにより形成され、その両円弧面４ｃ、４ｄの衝合点１３の両側において玉６との接触点ｃ、ｄが形成される。図１において、軸受中心線Ｃに対する接触点ｃの角度（接触角）をθ３（＝θ１）で示し、接触点ｄの角度（接触角）をθ４（＝θ２）で示す。

以上の説明から明らかなように、この発明においては、外輪１の軌道面２における２箇所の接触点ａ、ｂがともに軸受中心線Ｃを境界として、アキシャル方向の荷重Ｐが加えられる側に片寄った位置に設定される。同様に、内輪３においてもその軌道面４における２箇所の接触点ｃ、ｄがともに軸受中心線Ｃを境界として、前記と反対のアキシャル方向の荷重Ｐが加えられる側に片寄った位置に設定される。なお、θ１（＝θ３）は最小５°、θ２（＝θ４）の最大は８０°であり、各接触点間の角度θはこれらの範囲で適宜定められる。

この軸受によって受けることができるアキシャル荷重Ｐは、図１の白抜き矢印で示すように、外輪１においては肩部８側からカウンタ部７側に向かう方向、内輪３においては肩部１２側からカウンタ部１１に向かう方向に限定され、この反対方向のアキシャル荷重を受けることはできない。

このように、一方向に限定されたアキシャル荷重Ｐを２点で受けることにより、各接触点に加えられる荷重が１点で受ける場合に比べ分散軽減され軸受の変形量が小さくなる。すなわち、軸受の剛性が増大する。

上記外輪１と上記内輪３のそれぞれは、その接触点ａ、ｂ、ｃ、ｄとアキシャル方向の反対側にカウンタ部７、１１が形成されたものであるが、さらに、外輪１は分離形に設けられており、内輪３と保持器５と玉６はアセンブリとされている。

具体的に述べると、図１、図２（ａ）、図３（ａ）に示すように、カウンタ部７の内径Ｒｉは、玉６が軌道面２と２点接触する状態で玉６の外接円径よりも大きくなり、軌道面２とカウンタ部７の境界ｆ１は、軸受中心線Ｃよりも肩部８側に片寄って位置するように設定されている。

図１、図２（ｂ）、図３（ａ）に示すように、軌道面４とカウンタ部１１の境界ｆ２は、軸受中心線Ｃよりも肩部１２と反対側に片寄って位置し、カウンタ部１１の外径Ｒｅは、図３（ｂ）に示すように、保持器５のみで保持された状態の玉６の配軸支部の内接径Ａよりも大きくなるように設定されている。保持器５と玉６は、カウンタ部１１の外径Ｒｅに対する直径締め代（Ｒｅ−Ａ）により組み立て後に分離しないようになっている。軌道面４は、玉６が軌道面４と２点接触する状態で軸受中心線Ｃ上の部分が玉６の内接円径よりも小さくなるように設定されている。

上記構成により、図２（ａ）、（ｂ）に示すように、玉６が軌道面２と２点接触する状態で、外輪１の軸受中心線Ｃ上の部分と玉６の間に隙間ｇ１が生じ、また、玉６が軌道面４と２点接触する状態で、内輪３の軸受中心線Ｃ上の部分と玉６の間に隙間ｇ２が生じるようになっている。

上記のカウンタ部７により、外輪１は、図３（ａ）に示すように、前記アキシャル荷重の受け方向と反対側に向けて移動させることが可能で、内輪３、保持器５、玉６からなる内輪アセンブリに対して自由に分離可能となっている。

このアンギュラコンタクト玉軸受は、例えば、循環給油の油潤滑下で使用される。潤滑油は、図１（ａ）に矢線で流れ方向を示すように、保持器５の椀形の向きに合せて軸受け外から、カウンタ部７と保持器５の間に形成された間隙を通って軸受中心線Ｃまで円滑に流入し、玉６の転動に巻き込まれて前記の隙間ｇ１から接触点ａに供給される。

このアンギュラコンタクト玉軸受のように、玉が外輪と内輪の各軌道面と２点接触する場合、カウンタ部が外輪と内輪のそれぞれに形成された構成が好ましいが、使用条件等に応じて、外輪と内輪のいずれか一方側にのみカウンタ部が形成された構成にすることもできる。この構成の場合でも、潤滑油が一方側のカウンタ部から玉の転動に巻き込まれて他方側の接触点まで運ばれ易くなるため、他方側の接触点の潤滑環境が向上する。

なお、カウンタ部７は、外輪１の軸受中心線Ｃ上に上記境界ｆ１が位置すると共に、境界ｆ１における内径が玉６の外接円径よりも大きくなるように構成することもできる。

また、このアンギュラコンタクト玉軸受においては、外輪１と保持器５と玉６をアセンブリとし、内輪３を分離形に設けることもできる。このように、外輪１と内輪３のいずれか一方を分離形にすれば、狭い設置空間においても軸受の取付作業が容易になるという利点がある。

次に、この発明の第２実施形態を説明する。なお、以下、上記第１実施形態と同一に考えられる構成の説明を省略する。図４、図５に示した第２実施形態に係るアンギュラコンタクト玉軸受は、基本的には前記の第１実施形態の場合と同様であるが、内輪３の軌道面４は全体として円弧面に形成され玉６の接触点ｅが１点のみである点において相違する。接触点ｅの位置は、外輪の各接触点ａ、ｂの接触角θ１、θ２の差の二分の１（θ/２）の線上に定められる。外輪１においては前述の場合と同様に２点で接触するため、この場合は３点接触型のアンギュラコンタクト玉軸受となる。この構造では、内輪３側においては軸受剛性の増大は図れないが、外輪１においては前述の場合と同様に軸受剛性の増大を図ることができる。

なお、このアンギュラコンタクト玉軸受においては、上記とは逆に外輪１の軌道面２における接触点を１点とし、内輪３の軌道面４における接触点を２点とすることもできる。

次に、この発明の第３実施形態を説明する。図６に示した第３実施形態に係るアンギュラコンタクト玉軸受は、内輪１４が複列の一体形に設けられ、外輪１が分離形に設けられた正面組合せ軸受とされている。

１つの軌道面２、軌道面４、外輪１、保持器５および１セットの玉６で構成される第１配列部１５および第２配列部１６は、同一の呼び接触角を有する。呼び接触角は、軌道面２、４がそれぞれ衝合点９、１３と玉中心Ｏを結ぶ線に関し対称なので、（θ１−θ２）／２の算出式により定めることができる。

第１配列部１５および第２配列部１６において、玉６は、軌道面２、４のそれぞれに２点で接触し、上記θ１、θ３が１５°、上記θ２、θ４が４５°に設定されている。すなわち、第１配列部１５および第２配列部１６では、呼び接触角が３０°となっており、これにより呼び作用線が決まる。ここで、第３実施形態に係るアンギュラコンタクト玉軸受は、正面組合せなので、第１配列部１５および第２配列部１６の呼び作用線は、互いに軸受内側で交わるように設けられる。

なお、潤滑油は、外輪１、１間の空間に供給されると、各カウンタ部７側から第１配列部１５、第２配列部１６に流入する。これは保持器５が椀形のためであり、保持器やハウジングの構成、使用環境に応じて他の循環経路や潤滑方法を採用することが可能である。

次に、この発明の第４実施形態を説明する。図７に示した第４実施形態に係るアンギュラコンタクト玉軸受は、外輪１７が複列の一体形に設けられ、内輪１８、１９が分離形に設けられた背面組合せ軸受とされている。

第１配列部２０および第２配列部２１は、玉仕様、軸受サイズ、接触状態、呼び接触角が相異なる構成とされている。これにより、アンギュラコンタクト玉軸受は、アキシャル方向の両方向間で大きな負荷差がある場合などにおいても、第１配列部２０および第２配列部２１の負担の均等化を図ることが可能になり、軸受剛性や軸受寿命などを調整することができる。

ここで、玉仕様は、玉直径、玉数などである。軸受サイズは、軸受外径、軸受内径、軸受幅、カウンタ部の外径または内径軌道面の曲率半径などである。接触状態は、一方および他方の軌道面における接触点数、両軌道面の接触点数の合計である総接触点数などである。

具体的には、第１配列部２０を構成する玉２２の玉直径、玉数が第２配列部２１を構成する玉２３よりも増大されている。この玉仕様の相異に伴い、外輪１７、内輪１８、１９の軸受サイズが適宜変更されている。

また、第１配列部２０の接触状態は、軌道面２４、２５のそれぞれの接触点数が２点、総接触点数が４点となっている。第２配列部２１の接触状態は、外輪１７の軌道面２６の接触点数が１点、内輪１９の軌道面２７の接触点数が２点、総接触点数が３点となっている。これは、第２配列部２１の部分の外輪肉厚により変形が十分に抑制されるためである。

第１配列部２０は、上記θ１、θ３が４０°、上記θ２、θ４が６０°に設定されており、呼び接触角が５０°となっている。第２配列部２１は、上記θ１が３０°、上記θ２が６０°に設定されており、呼び接触角が４５°となっている。

なお、潤滑油は、第１配列部２０のカウンタ部２８側から流入し、第２配列部２１を通過してカウンタ部２９側から流出するように供給される。

次に、この発明の第５実施形態を説明する。図８に示した第５実施形態に係るアンギュラコンタクト玉軸受は、外輪３０が分離形に設けられた背面組合せ軸受とされている。

カウンタ部３１は、潤滑油の流入がより円滑になるように、テーパ面のように広がりをもった形状に形成されている。内輪３２は、両肩付とされている。外輪３０の軌道面３３、内輪３２の軌道面３４における接触点数が２点、総接触点数が４点となっている。

次に、この発明の第６実施形態に係るアンギュラコンタクト玉軸受を組み込んだ減速機の一例を説明する。図９に示した減速機は、建設車両の履帯または車輪の駆動装置４０として構成されている。ケース４１内には油圧モータ４２が設けられている。油圧モータ４２の出力軸４３には第１遊星歯車減速部の第１サンギヤ４４が結合されている。ケース４１には、主軸受４５を介して回動自在に取り付けられたドラム４６にリングギヤ４７が一体化されている。リングギヤ４７はドラム４６と一体化されている。このドラム４６の外周部にはスプロケット４８が取り付けられている。図示を省略するが、リングギヤ４７は、第１遊星歯車減速機構の第１プラネタリギヤと噛合し、第１プラネタリギヤを支持する第１キャリヤが第２遊星歯車減速機構の第２サンギヤと噛合し、第２サンギヤは、ケース４１に固定されたピンに対し回転自在に取り付けられた第２プラネタリギヤに噛合し、第２プラネタリギヤはリングギヤ４７に噛合している。

上記駆動装置４０では、油圧モータ４２の出力回転により、第１サンギヤ４４が回転駆動され、この第１サンギヤ４４の回転駆動により第１遊星歯車減速部から第２遊星歯車減速部に動力が伝達され、リングギヤ４７が２段減速回転されることにより、スプロケット４８が駆動される。

主軸受４５は、第６実施形態に係るアンギュラコンタクト玉軸受であり、背面組合せ軸受として構成されている。この主軸受４５の外輪４９はドラム４６の内周に嵌合され、内輪５０はケース４１の外周に嵌合されている。すなわち、主軸受４５は、減速機の出力軸（リングギヤ４７とドラム４６）と駆動側との間に介在されている。なお、主軸受４５には、予圧が付与されている。

主軸受４５には、内輪５０の肩部５１が外輪４９のカウンタ部５２の外端よりも外側に位置するように差幅ｈが設けられている。このため、主軸受４５は、両部５１、５２間が広がり、より潤滑油が流入し易くなっている。

主軸受４５の剛性は、上記のように従来よりも高められるので、その分、ドラム４６の薄肉化を図ることができる。このようにドラム４６の薄肉化が達成されると、ドラム４６とリングギヤ４７の溶接が可能になり、駆動装置４０の製造コストが低減される。

第１実施形態の一部断面図（ａ）図１の外輪側の一部拡大断面図、（ｂ）図１の内輪側の一部拡大断面図（ａ）図１の外輪が抜き出す様子を示した一部断面図、（ｂ）図１の保持器とボールと軸受中心との関係を示す部分断面図第２実施形態の一部断面図（ａ）図４の外輪側の一部拡大断面図、（ｂ）図４の内輪側の一部拡大断面図第３実施形態の一部断面図第４実施形態の一部断面図第５実施形態の一部断面図第６実施形態に係るアンギュラコンタクト玉軸受を組み込んだ減速機の一例の側面断面図

符号の説明

１外輪
２、４軌道面
３内輪
５保持器
６玉
７、１１カウンタ部
８、１２肩部
９、１３衝合点

Claims

外輪と内輪のいずれか一方の軌道面に玉が２点で接触し、他方の軌道面に前記玉が少なくとも１点で接触するアンギュラコンタクト玉軸受において、前記一方の軌道面上の接触点が軸受中心線を境界としてアキシャル方向の一方側に片寄って位置し、前記他方の軌道面上の接触点が前記の一方側と反対側に片寄って位置し、前記外輪と前記内輪のうち、少なくとも前記一方の軌道面側のものが、その接触点とアキシャル方向の反対側にカウンタ部が形成されると共に、前記一方の軌道面と前記玉が２点接触する状態でその軸受中心線上の部分と前記玉の間に隙間が生じるように設けられていることを特徴とするアンギュラコンタクト玉軸受。
前記外輪と前記内輪のいずれか一方が、分離形に設けられている請求項１に記載のアンギュラコンタクト玉軸受。
前記外輪と前記内輪のいずれか一方が、複列の一体形に設けられている請求項１または２に記載のアンギュラコンタクト玉軸受。
組合せ軸受とされ又は前記外輪と前記内輪のいずれか一方が複列に設けられており、前記の組合せ又は前記の複列で構成される第１配列部と第２配列部が相異なる呼び接触角を有する請求項１または２に記載のアンギュラコンタクト玉軸受。
組合せ軸受とされ又は前記外輪と前記内輪のいずれか一方が複列に設けられており、前記の組合せ又は前記の複列で構成される第１配列部と第２配列部が相異なる接触状態を有する請求項１または２に記載のアンギュラコンタクト玉軸受。
組合せ軸受とされ又は前記外輪と前記内輪のいずれか一方が複列に設けられており、前記の組合せ又は前記の複列で構成される第１配列部と第２配列部が、互いの呼び作用線が軸受内側で交わるように設けられている請求項１または２に記載のアンギュラコンタクト玉軸受。
組合せ軸受とされ又は前記外輪と前記内輪のいずれか一方が複列に設けられており、前記の組合せ又は前記の複列で構成される第１配列部と第２配列部が相異なる玉仕様とされている請求項１または２に載のアンギュラコンタクト玉軸受。
組合せ軸受とされ又は前記外輪と前記内輪のいずれか一方が複列に設けられており、前記の組合せ又は前記の複列で構成される第１配列部と第２配列部が相異なる軸受サイズに設けられている請求項１または２に記載のアンギュラコンタクト玉軸受。