JP2007057038A - 円すいころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】合成樹脂製保持器１４を使用した円すいころ軸受Ａにおいて、円すいころ付きの保持器１４に内輪１２を挿入する際、その保持器内に生じる応力の偏位をなくす。
【解決手段】外輪１１と内輪１２との間に、その円周方向所要間隔に複数の円すいころ１３を設けるとともに、その円すいころ１３を前記所要間隔に保持する合成樹脂製保持器１４を設け、内輪１２の円すいころ軌道面１２ａはその小径側に小鍔部１２ｂ、大径側に大鍔部１２ｃを有する円すいころ軸受Ａである。小鍔部１２ｂの外周傾斜面１６角度γを内輪の中心角度α_２と同じか大きくすることにより（γ≧α_２）、円すいころ１３が小鍔部１２ｂの外周面１６に乗り上がった後、内輪１２の軌道面１２ａに嵌る際、その軌道面１２ａの傾斜角度α_２は、小鍔部の外周面１６の傾斜角度γより小さいため、さらなる拡径力は生じず、その拡径力の偏位が生じず、保持器の耐久性の劣化もない。
【選択図】図１

Description

この発明は、自動車、鉄道車輌、鉄鋼機械、工作機械、とくに、建設機械における回転部に使用される円すいころ軸受に関する。

例えば、円すいころ軸受Ａは、図１０に示すように、建設機械である油圧ショベルのクローラＣが掛け渡される走行減速機スプロケットＳの回転部に使用され、図５に示すように、外輪１と内輪２との間に、その円周方向所要間隔に複数の円すいころ３を設けるとともに、その円すいころ３を前記所要間隔に保持する合成樹脂製保持器４を設け、内輪２の円すいころ軌道面２ａはその小径側に小鍔部２ｂ、大径側に大鍔部２ｃを有する構成である（特許文献１参照）。
特開２００３−２８７０３３号公報

この円すいころ軸受Ａは、図６、図７に示すように、保持器４の各ポケット５に円すいころ３を挿入し（図６（ａ））、その保持器４に内輪２を挿入して円すいころ３を内輪２に保持し（図６（ｂ）〜（ｄ）、図７（ｂ）〜（ｄ））、さらにその内輪２を外輪１に組み込んで組み立てられる（図５）。

この円すいころ軸受Ａにおいて、内輪２の小鍔部２ｂは、円すいころ３が保持された後、円すいころ３（保持器４）が内輪２から脱落しない様に、その小鍔部２ｂの最外径寸法φＤ_２は、円すいころ３の内接円径（内輪軌道面２ａと各円すいころ３外周面の接線の円すい状包絡面の最小径＝小鍔部側径）φｄ_３より大きく設定されている（φＤ_２＞φｄ_３）。
このため、円すいころ３付きの保持器４に内輪２を挿入する際、円すいころ３はその小鍔部２ｂを乗り越えて内輪２の軌道面２ａにセットされることとなる。

その保持器４が鉄製の場合（特許文献１ 図６参照）、円すいころ３の内接円径が小鍔部２ｂ外径より大きくなるように、鉄製保持器４の柱部（同文献の図中符号７）を弧状に塑性変形させて、円すいころ３を内輪２に挿入した後、再度、柱部を塑性変形させてストレートに戻し、円すいころ３の脱落を防止するようにしている。
しかし、保持器４が合成樹脂製の場合、その保持器４は合成樹脂の一体成形品のため、柱部を弾性変形させながら、円すいころ３を小鍔部２ｂを乗り越えさせて内輪２に挿入することとなる。

このとき、従来の内輪２の小鍔部２ｂの外周面６は、図５に示すように、軸受Ａの軸心（中心軸）ｃに平行としたり、少し、大鍔部２ｃ側に向かって外側に傾斜する程度（軸受Ａの軸心に対しての角度：γ）としている。一方、内輪２の軌道面２ａの軸受Ａの軸心ｃに対する角度（内輪２の中心角度）α_２は、そのγより、一般的に大きく設定されている。
このため、保持器４は、小鍔部２ｂを乗り越えた後、円すいころ３が内輪軌道面２ａに嵌る際に、再度、円すいころ３がその内輪軌道面２ａの傾斜角度に対応すべく、外側に向く力を受けることとなる。

すなわち、小鍔部２ｂの外周面の傾斜角度γが内輪２の中心角度α_２より小さいと（γ＜α_２）、円すいころ３が小鍔部２ｂを乗り越えて内輪２の軌道面２ａに嵌る際、円すいころ３は、小鍔部２ｂの外周面に乗り上がった後、内輪２の軌道面２ａに嵌ることとなるが、その軌道面２ａは、小鍔部の外周面の傾斜角度γより大きく傾斜しているため、さらなる拡径力が段差をもって保持器４に加わり、その拡径力の偏位が生じて、段階的な応力負荷が加わる。この段階的な応力負荷は、合成樹脂製の保持器４の劣化を招き易い。

また、従来の円すいころ軸受Ａは、小鍔部２ｂの最外径寸法φＤ_２と円すいころ３の内接円径φｄ_３の差（φＤ_２＞φｄ_３でφＤ_２−φｄ_３）が大きく設定されており、このため、保持器４の柱部の弾性変形も大きくなり、その柱部とポケット側壁（円環壁、図８の符号４ａ参照）の継ぎ目（図８の符号ａ参照）に亀裂が入ったり、最悪の場合には、破損したりする恐れがある。

さらに、合成樹脂製保持器４は、通常、軸受Ａの軸方向に割れる金型（２枚の型板）によって射出成形されるため、図８に示すように、柱部４ｂの両側面に段部（凹部）５ｂが生じる。また、ポケット５の両側面を成す柱部４ｂの面は、金型の抜き勾配の確保から、図９に示すように、ストレート面としたり（同図（ａ））、円弧面（Ｒ面）としたりしている（同図（ｂ））。
この側面形状のポケット５に円すいころ３を保持すると、その段部５ｂの存在、ポケット５の側面がストレート又は円弧面であることから、円すいころ３は、ポケット５の側面全長に亘って線接触せずに、部分線接触、最悪の場合には、点接触する状態となる。
点接触したり、部分線接触が短かったりすると、円すいころ３の公転が安定しないとともに、保持器４の小径側（小鍔部２ｂ側）に円すいころ３の保持力が偏り、その円環部４ａと柱部４ｂの継ぎ目ａに亀裂が入り、最悪の場合には、破損する場合がある。

この発明は、合成樹脂製保持器を使用した円すいころ軸受において、円すいころ付きの保持器に内輪を挿入する際、保持器への段階的な応力負荷をなくすことを第１の課題、保持器内に生じる応力の偏位をなくすことを第２の課題、円すいころ３の公転を安定させるとともに、保持器４の円すいころ３の保持力の偏りをなくすことを第３の課題とする。

上記の第１課題を解決するために、この発明は、上記小鍔部の外周面を上記大鍔部に向かって外向きの傾斜面として、その傾斜面の軸受の中心軸に対する角度を、内輪の中心角度と同じか大きくしたのである。
小鍔部の外周面の傾斜角度γが内輪の中心角度（内輪軌道面の傾斜角度）α_２と同じか大きいと（γ≧α_２）、円すいころが小鍔部の外周面に乗り上がった後、内輪の軌道面に嵌る際、その軌道面の傾斜角度α_２は、小鍔部の外周面の傾斜角度γより小さいため、さらなる拡径力は生じず、その拡径力の偏位は生じない。このため、拡径力の偏位による応力の偏位もないため、保持器の耐久性の劣化もない。

上記の第２課題を解決するために、この発明は、小鍔部の最外径寸法と円すいころの内接円径の差を合成樹脂製保持器の亀裂や破損が生じない範囲内に設定することとしたのである。
このようにすれば、円すいころ付きの保持器に内輪を挿入する際、円すいころがその小鍔部を乗り越えても、保持器の側壁とポケットの柱部の継ぎ目に亀裂が入ったり、破損したりする恐れはなくなる。

上記第３の課題を解決するために、この発明は、上記保持器の外径を、外輪の大鍔部側と接触しない程度において大きく設定し、かつ、保持器の外径面角度（保持器の外径面が軸受の中心軸と成す角度）を、軸受の中心角度（円すいころの軸心が軸受の中心軸と成す角度）より大きく設定したのである。

このように設定すると、保持器が外輪に近づき、図８で示すポケット５側面を成す柱部４ｂの側面の段部５ｂが円すいころ３の外側（軸受の径方向の外側）に移行し、円すいころ３のポケット５側面と接する線が段部５ｂの無い柱部側面５ｃと多く接するようになる。このため、円すいころ３と保持器４のポケット５側面との当たり（接触）長さＬが長くなり、円すいころ３の公転が安定するとともに、保持器４の円すいころ３の保持力の偏りがなくなる（図１の実施例参照）。
また、保持器が外輪側に近づくことにより、外輪の大鍔部側と保持器の外側（大鍔部側）との間隙が小さくなり、その間（間隙）における潤滑剤の流れを抑制することによる保持力が高くなって、その潤滑剤がその間隙に留まり易いため、潤滑特性が向上する。

この発明は、小鍔部の外周面の傾斜角度を内輪の中心角度と同じか大きくしたので、円すいころ付き合成樹脂製保持器に内輪を嵌める際、保持器に拡径力による内部応力の偏位が生じないため、耐久性の劣化を招くこともない。
また、小鍔部の最外径寸法と円すいころの内接円径の差を合成樹脂製保持器の亀裂や破損が生じない範囲内に設定することにより、円すいころ付きの保持器に内輪を挿入する際の合成樹脂製保持器の亀裂や損傷をなくすことができる。
さらに、保持器を外輪に近づけ、円すいころと保持器のポケット側面との当たり（接触）長さを長くしたので、円すいころの公転が安定するとともに、保持器の円すいころの保持力の偏りがなくなり、保持器の円環部と柱部の継ぎ目部に亀裂が入り難く、破損する恐れもなくなる。

この発明の実施形態としては、外輪と内輪との間に、その円周方向所要間隔に複数の円すいころを設けるとともに、その円すいころを前記所要間隔に保持する合成樹脂製保持器を設け、前記内輪の円すいころ軌道面はその小径側に小鍔部、大径側に大鍔を有する円すいころ軸受において、前記小鍔部の外周面を前記大鍔部に向かって外向きの傾斜面として、その傾斜面の軸受の中心軸に対する角度γを、内輪の中心角度α_２と同じか大きくした構成１を採用することができる。

この構成１において、上記保持器の外径を、外輪の大鍔部側と接触しない程度において大きく設定し、かつ、保持器の外径面角度を、軸受の中心角度より大きく設定した構成２を採用したり、前記円すいころの内接円径をφｄ_３、前記小鍔部２ｂの最外径寸法をφＤ_２として、両者を、０．９７５×φＤ_２＜φｄ_３＜１×φＤ_２の関係とした構成３を採用したりすることができる。

構成３において、円すいころの内接円径φｄ_３が、０．９７５×φＤ_２以下であると、円すいころが小鍔部を乗り越える際のその小鍔部に生じる応力が大きすぎて亀裂や破損が生じる恐れが高くなり、φＤ_２と同じかこれを超えると、保持後の円すいころが内輪から脱落する恐れが高い。
この構成１、構成２及び構成３は、単独に採用しても、それらの２つ又は３つを併用してもよい。

これらの構成において、上記円すいころを保持した保持器に上記内輪を挿入する際の前記内輪の小鍔部と前記円すいころの接触端をそれぞれ接線アールの面取りとすることが好ましい。
「接線アールの面取り」とは、接触端において、一方の面からその面取り面に至る接線の包絡線及びその面取り面から他方の面に至る接線の包絡線が円弧状を描いて、一方の面からその面取り面に至る過程及びその面取り面から他方の面に至る過程において、エッジが生じない面取りを言うため、円すいころ付きの保持器に内輪を挿入する際、円すいころがそのエッジのない円弧面の小鍔部を円滑に乗り越える。このため、保持器の側壁と柱部の継ぎ目に亀裂が入ったり、破損したりする恐れはさらになくなる。

この円すいころ軸受は、自動車、鉄道車輌、鉄鋼機械、工作機械、建設機械等の一般産業機械の回転部に使用することができるが、特に、建設機械においては、軸受の外径が、例えば、２４０ｍｍφと大きく、従来では、金属製の保持器が採用されている。
しかし、コスト面から、合成樹脂製保持器の使用が考慮されており、その場合、大径ゆえに、円すいころ付きの保持器に内輪を挿入する際の円すいころの小鍔部乗り越えによる保持器に加わる力も大きくなる。このため、このように、円すいころの内接円径と小鍔部の最外径寸法の関係が設定された円すいころ軸受は、その加わる力を最小限に抑えるため、耐久性の面で有利なものとなる。
また、合成樹脂製保持器は、鉄製保持器に比べれば、樹脂の緩衝性から、衝撃強度が高いものとなる。さらに、鉄製保持器は、摩耗により鉄粉が生じて軸受特性に悪影響を及ぼすが、樹脂ゆえにその鉄粉が生じることもない。

さらに、保持器の外径を外輪の大鍔部と接触しない程度において大きく設定し、かつ、保持器の外径面角度を、軸受の中心角度より大きく設定した円すいころ軸受は、円すいころの公転が安定し、かつ、保持器の耐久性が向上するため、苛酷な条件下の建設機械においては有利なものとなる。

一実施例を図１〜図３に示し、この実施例の円すいころ軸受Ａは、外輪１１と内輪１２との間に、その円周方向所要間隔に複数の円すいころ１３を設けるとともに、その円すいころ１３を前記所要間隔に保持する合成樹脂製保持器１４を設け、内輪１２の円すいころ１３の軌道面１２ａはその小径側に小鍔部１２ｂ、大径側に大鍔部１２ｃを有する構成である。

上記円すいころ１３の内接円径：φｄ_３と上記内輪１２の小鍔部１２ｂの最外径寸法：φＤ_２は、０．９７５×φＤ_２＜φｄ_３＜１×φＤ_２の関係を有する。この実施例では、φＤ_２＝２０７．５ｍｍ、φｄ_３＝２０４．７ｍｍとした。
このように、小鍔部２ｂの最外径寸法φＤ_２と円すいころ３の内接円径φｄ_３を設定することにより、円すいころ１３付きの保持器１４に内輪１２を挿入する際の合成樹脂製保持器１４の亀裂や損傷をなくすことができる。

また、上記小鍔部１２ｂの外周面は上記大鍔部１２ｃに向かって外向きの傾斜面１６となっており、その傾斜面１６の軸受Ａの中心軸（図５の軸ｃ参照）に対する角度γは、内輪２の中心角度（内輪軌道面１２ａの傾斜角度）α_２と同じか大きくしてある。
これにより、円すいころ１３付き合成樹脂製保持器１４に内輪を１２嵌める際、保持器１４に拡径力により内部応力の偏位が生じず、耐久性の劣化を防止することができる。

保持器１４は、図３に示すように、軸方向に離間させた二つの円環部１４ａと円環部１４ａの間に掛け渡した複数の柱部（ウエブ）１４ｂとを備えるもので、軸受Ａの軸方向に割れる金型（２枚の型板）によって射出成形し、図８に示す従来例と同様に、柱部１４ｂの両側面に段部（図８においての符号５ｂ）が生じている。
その円環部１４ａで軸受Ａの軸方向を区画し、柱部１４ｂで軸受Ａの円周方向を区画することによって、円周方向に複数箇所のポケット１５が形成される。各ポケット１５は、円すいころ１３が外輪１１と内輪１２との間で、転動する際に、円すいころ１３を等配に保持する。

この保持器１４は、エンジニアリングプラスチックからなり、そのエンジニアリングプラスチックは、汎用エンジニアリングプラスチックとスーパーエンジニアリングプラスチックのいずれを用いてもよい。例えば、汎用エンジニアリングプラスチックとして、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアミド６（ＰＡ６）、ポリアミド６６（ＰＡ６６）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、変性ポリフェニレンエーテル（ｍ−ＰＰＥ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ＧＦ強化ポリエチレンテレフタレート（ＧＦ−ＰＥＴ）、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷ−ＰＥ）等を採用する。
スーパーエンジニアリングプラスチックとしては、ポリサルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、熱可塑性ポリイミド（ＴＰＩ）、ポリベンズイミダゾール（ＰＢＩ）、ポリメチルベンテン（ＴＰＸ）、ポリ１、４−シクロヘキサンジメチレンテレフタレート（ＰＣＴ）、ポリアミド４６（ＰＡ４６）、ポリアミド６Ｔ（ＰＡ６Ｔ）、ポリアミド９Ｔ（ＰＡ９Ｔ）、ポリアミド１１、１２（ＰＡ１１，１２）、フッ素合成樹脂、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）等を採用する。

保持器１４の外径φＤ_４は、外輪１１の大鍔部１２ｃ側と接触しない程度（外径φＤ_４＜外輪大鍔部側内径φｄ_１ 図５参照）大きく設定されており、また、保持器１４の外径面角度（保持器の外径面が軸受の中心軸ｃと成す角度）βは、軸受Ａの中心角度（円すいころ１３の軸心が軸受の中心軸ｃとなす角度）α_３より大きく設定されている（β＞α_３）。

このように設定すると、保持器１４が外輪１１に近づき、図３で示すポケット１５側面を成す柱部１４ｂの側面の段部１５ｂが円すいころ３の外側（径方向の外側）に移行し、円すいころ１３のポケット１５側面と接する線が段部１５ｂの無い柱部側面（図８においての符号５ｃ）と多く接するようになる。このため、円すいころ１３と保持器４のポケット１５側面との当たり（接触）長さＬ（図８参照）が長くなり、円すいころ１３の公転が安定するとともに、保持器１４の円すいころ１３の保持力の偏りがなくなる。また、保持器１４の柱部１４ｂと円環部１４ａの継ぎ目部ａに応力の集中がなくなり、その継ぎ目ａの亀裂や破損が生じることもない。

また、保持器１４が外輪１１側に近づくことにより、外輪１１の大鍔部１２ｃ側と保持器１４の外側（大鍔部１２ｃ側）との間隙が小さくなり、その間（間隙）ｓにおける潤滑剤の流れを抑制することによる保持力が高くなって、その潤滑剤がその間隙ｓに留まり易いため、潤滑特性が向上する。このとき、この軸受Ａが上記スプロケットＳの回転部に設けた場合、その潤滑油は、循環する必要から粘性が低いため、保持力が高いことは有利である。

この保持器１４を、図４で示すように、鎖線で示す半割りの冶具１７の外周面に嵌め、その半割り冶具１７を、矢印のように上下方向に引き離して、保持器１４が破断するまでの試験を行った。この試験から、保持器１４として十分な引張強度を有することを確認できた。
また、この軸受Ａを図８に示すように組み立てても、何ら支障なく組み立てることができた。

この実施例は、保持器１４の外径φＤ_４を、外輪１１の大鍔部１２ｃ側と接触しない程度（外径φＤ_４＜外輪大鍔部側内径φｄ_１）において大きく設定するとともに、保持器１４の外径面角度βを軸受Ａの中心角度α_３より大きく設定した（β＞α_３）以外に、円すいころ１３の内接円径：φｄ_３と内輪小鍔部１２ｂの最外径寸法：φＤ_２の関係を０．９７５×φＤ_２＜φｄ_３＜１×φＤ_２にしたり、小鍔部１２ｂの外周面を大鍔部１２ｃに向かって外向きの傾斜面１６として、その傾斜面１６の軸受Ａの中心軸に対する角度γを、内輪２の中心角度α_２と同じか大きくしたり（γ≧α_２）しているが、後者の関係（０．９７５×φＤ_２＜φｄ_３＜１×φＤ_２、γ≧α_２）は、この発明の作用効果を発揮する限りにおいて、その両関係の一方又は両者を採用せずに、それらを従来と同様にすることができる。

一実施例の要部断面図 同実施例の組立作用図 同実施例の保持器の一部省略斜視図 同保持器の強度試験の説明図 従来例の断面図 円すいころ軸受の組立説明図 同組立説明図 保持器の要部斜視図 同保持器のポケット部の各例の断面図 油圧ショベルの走行減速機スプロケット部の要部簡略断面図

符号の説明

１、１１ 外輪
１ａ、１１ａ 外輪の軌道面
２、１２ 内輪
２ａ、１２ａ 内輪の軌道面
２ｂ、１２ｂ 内輪の小鍔部
２ｃ、１２ｃ 内輪の大鍔部
３、１３ 円すいころ
４、１４ 保持器
４ａ、１４ａ 保持器の円環部
４ｂ、１４ｂ 保持器の柱部（ウエブ）
５、１５ 保持器のポケット
１６ 内輪の小鍔部の外周傾斜面
α_２ 内輪の中心角度
α_３ 軸受（円すいころ）の中心角度
β 保持器の外径面角度
γ 内輪小鍔部の傾斜面角度
Ａ 円すいころ軸受
Ｄ_４ 保持器の外径

Claims (5)

1. 外輪（１１）と内輪（１２）との間に、その円周方向所要間隔に複数の円すいころ（１３）を設けるとともに、その円すいころ（１３）を前記所要間隔に保持する合成樹脂製保持器（１４）を設け、前記内輪（１２）の前記円すいころ（１３）の軌道面（１２ａ）はその小径側に小鍔部（１２ｂ）、大径側に大鍔部（１２ｃ）を有する円すいころ軸受（Ａ）において、
   上記小鍔部（１２ｂ）の外周面を上記大鍔部（１２ｃ）に向かって外向きの傾斜面（１６）として、その傾斜面（１６）の軸受（Ａ）の中心軸（ｃ）に対する角度（γ）を、内輪（１２）の中心角度（α_２）と同じか大きくしたことを特徴とする円すいころ軸受。
2. 上記保持器（１４）の外径φＤ_４を、外輪（１１）の上記大鍔部（１２ｃ）側と接触しない程度において大きく設定し、かつ、保持器（１４）の外径面角度（β）を、軸受（Ａ）の中心角度（α_３）より大きく設定したことを特徴とする請求項１に記載の円すいころ軸受。
3. 上記円すいころ（１３）の内接円径をφｄ_３、上記小鍔部（１２ｂ）の最外径寸法をφＤ_２として、両者を、０．９７５×φＤ_２＜φｄ_３＜１×φＤ_２の関係としたことを特徴とする請求項１又は２に記載の円すいころ軸受。
4. 上記円すいころ（１３）を保持した保持器（１４）に上記内輪（１２）を挿入する際の前記内輪（１２）の小鍔部（１２ｂ）と前記円すいころ（１３）の接触端をそれぞれ接線アールの面取りをしたことを特徴する請求項１乃至３のいずれかに記載の円すいころ軸受。
5. 建設機械の走行減速機スプロケット用であることを特徴とする請求項1乃至４のいずれかに記載の円すいころ軸受。

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