JP2007232191A - ころ軸受およびその組み立て方法 - Google Patents

Abstract

【課題】ころ間に樹脂製の間座を介在させたころ軸受において、運転中の軸受の円周方向すきまが消滅する恐れを軽減し、さらに、軸受を組み立てるにあたり、間座にクラックが生じないようにする。
【解決手段】ころ軸受は、内輪軌道面と外輪軌道面との間に転動自在に介在する複数のころ６と、隣り合うころ６間に樹脂製の間座８を具備し、間座８に予め吸湿処理が施してある。
【選択図】図１

Description

この発明は、保持器に代えてころ間に間座を介在させたころ軸受およびその組み立て方法に関する。

特許文献１に、保持器に代えて隣り合うころ間に間座を介在させたころ軸受が例示されている。この種のころ軸受は、軸受内により多くのころを組み込むことができ、高い負荷容量を得ることができる。また、間座の材質としては、軽量で自己潤滑性を備え、また、量産性にすぐれた合成樹脂を採用することが多く、間座は射出成形によって製作するのが一般的である。
特許第３５４９５３０号公報

図６に示すように、この種のころ軸受は円周方向すきまＳを有し、その大きさはころのピッチ円径ＰＣＤと、ころ径および円周方向の間座肉厚ｔの集積によって決まる。円周方向すきまが大きすぎると運転中の軸受の振動が大きくなり、逆に小さすぎるところと間座の膨張によって円周方向すきまが潰れてしまい、ころの自転が阻害されるなどの不具合が生じる。特に後者は、軸受の異常発熱や焼き付きにつながるおそれがあり、この種のころ軸受に共通の課題と言える。

さらに、間座の材質を樹脂とした場合、前記不具合に対する懸念は一層高まる。というのも、一般に樹脂は金属よりも線膨張係数が大きいだけでなく、多かれ少なかれ吸湿性を有する。すなわち、樹脂製の間座は熱膨張に加えて膨潤するため、前記円周方向すきまが潰れやすくなる。間座の膨張量を見込んで円周方向すきまを大きく設定することもできるが、前述のとおり、軸受の振動が大きくなるほか、間座の挙動も不安定になるため、むやみに大きくすることはできない。

また、この種のころ軸受は、ころと間座でキーストン効果を発揮させることで、内輪を抜いてもころおよび間座が脱落しない状態を作り出すことができる（図７参照）。しかしながら、キーストンを成立させるには、必然的に円周方向すきまを小さくする必要があり、運転中の間座の膨張量は最小限に抑えるべきである。

さらに、特許文献１に記載のころ軸受は、図８に示すように、外輪の内周にころと間座を交互に配列していき、最後の間座をころ間に内径側から外径側に押し込むというものである。その際、間座を周方向に圧縮変形させながらころ間の最も狭いすきまを越えさせて圧入を行う。したがって、圧入しろの関係からころ間の最小すきまを大きく上回る肉厚の間座を使用することはできず、無理に圧入した場合、間座にクラックが入るおそれがある。

本発明の主要な目的は、ころ間に樹脂製の間座を介在させたころ軸受において、運転中に軸受の円周方向すきまが消滅する可能性を軽減し、さらに、軸受を組み立てるにあたり、間座にクラックが生じないようにすることである。

本発明のころ軸受は、内輪軌道面と外輪軌道面との間に転動自在に介在する複数のころと、隣り合うころ間に樹脂製の間座を具備するころ軸受において、前記間座に予め吸湿処理を施したことを特徴とするものである。このような構成を採用することで、運転中の軸受において、前記間座の吸湿に起因する円周方向すきま消滅の可能性を軽減することができる。すなわち、予め吸湿処理を施した間座を使用して軸受を組み立てることにより、以降の間座の膨潤量を最小限に抑えることができる。間座の迅速な吸湿処理方法としては、例えば間座を高温水蒸気にさらすなどの方法が挙げられる。

本発明は特に、ころと間座でキーストン効果を発揮させる場合に有効であり、円周方向すきまの最小値は、概ねころと間座の熱膨張だけを見込んだ設定とすることができる。さらに、吸湿処理によって間座の柔軟性（耐衝撃性）が向上するため、軸受を組み立てる際に間座にクラックが生じる可能性が低減する。

請求項２の発明は、請求項１のころ軸受において、前記間座が繊維を配合した合成樹脂からなることを特徴とするものである。このような構成を採用することで、運転中の間座の膨張量をさらに小さくすることができる。一般に、グラスファイバーやカーボンファイバーなどの繊維を配合した合成樹脂は、機械的強度に優れるだけでなく、未配合のナチュラル品に比べて線膨張係数および吸水率が低いため、使用中の膨張量を小さくすることができる。

請求項３の発明は、請求項１または２のころ軸受において、前記間座が軸受の円周方向の肉厚（ｔ：図６参照）に関して２種類あることを特徴とするものである。このような構成を採用することで、円周方向すきまを厳密かつ容易に調整することができ、円周方向すきまの過大、過小を未然に防止することができる。すなわち、肉厚の異なる間座の本数を組み合わせることで、ころのピッチ円径やころ径および間座肉厚の厳格な管理や、間座の現合加工を要することなく、円周方向すきまを調整することができる。たとえば、ｎ本のころを有する軸受の場合、間座の肉厚を２種類として、その本数を組み合わせることで、ｎ＋１通りの円周方向すきまを作り出すことができる。

また、本発明は、ころと間座でキーストンを成立させる仕様において特に有効である。というのも、円周方向すきまの製造上のばらつきは、この仕様にとってより深刻な問題である。すなわち、図７において、最後の１個のころを組み込む前の状態におけるころ列の端部間距離をＳｒ、ころ径Ｄｗとその両隣の間座の肉厚２ｔの和をＡとしたとき、Ｓｒ＞Ａとなるとたちまちころおよび間座が脱落してしまうため、キーストンが成立し、かつ、運転中の熱膨張を許容する円周方向すきまの許容レンジは必然的に狭くなる。そのため、前述の外輪軌道径やころ径Ｄｗおよび間座肉厚ｔをより一層厳格に管理しなければならない。したがって、本発明は、ころと間座でキーストン効果を発揮するころ軸受において、とりわけ優れた効果を発揮すると言える。

請求項４の発明は、請求項１ないし３のいずれかのころ軸受の組み立て方法であって、間座をころ転動面上でスライドさせながらころを組み込むことを特徴とするものである。このような構成を採用することで、間座を弾性変形させることなく軸受を組み立てることができる。すなわち、外輪の内周にころと間座を交互に配列していき、最後に組み込むころの両脇に位置する間座を、配列済みのころの転動面の軸受内径側に沿わせた状態で、前記最後に組み込むころを外輪に向かって挿入することにより、前記両脇に位置する間座をスライドさせつつ、ころを外輪の内周に組み込むことができる。この場合、間座にクラックが生じるおそれはない。ただし、ころと間座でキーストン効果を発揮させる場合は、間座を若干ながら弾性変形させる必要がある。しかし、その場合においても、間座をころ転動面上でスライドさせていく過程で若干の弾性（圧縮）変形を要するのみであり、従来技術のようなころ間のすきまに間座を圧入する方法に比べ、間座の弾性変形量ははるかに小さくすることができる。

請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれかのころ軸受において、前記間座の軸方向両端にころ端面と接触する拡張部を設けたことを特徴とする。このような構成を採用することによって軸受の組み立てが容易になる。すなわち、最後に組み込むころの両脇に位置する間座を、配列済みのころ転動面の手前側（軸受内径側）に沿わせる際に、間座の前記拡張部をころ端面に引っ掛けておくことができ、また、スライド中の間座の軸方向へのずれも防止することができる。さらに、間座の膨張によって拡張部ところ端面の間のすきまがつぶれることはないため、間座が軸方向に突っ張るおそれがない。特許文献１に記載のころ軸受は、間座の軸方向への動きを、軌道輪のつば側面にて規制するため、膨張によって間座が軸方向に突っ張るおそれがある。

本発明によれば、隣り合うころ間に樹脂製の間座を介在させたころ軸受において、運転中の軸受の間座の膨張量を最小限にすることができ、円周方向すきま消滅の可能性を軽減することができる。さらに、軸受を組み立てるにあたり、間座を弾性変形させることなく、あるいは、必要最小限の弾性変形量にて組み立てることができ、間座にクラックが生じる可能性を低減することができる。

以下、図面に従って本発明の実施の形態を説明する。ここでは円筒ころ軸受ＮＪ２３２４Ｅ（φ１２０×φ２６０×８６、ころ径Ｄｗ＝φ３８、ころのピッチ円径ＰＣＤ＝φ１９２）に適用した場合を例にとって述べる。

図１に示す円筒ころ軸受は、内輪２と、外輪４と、円筒ころ６と、間座８とで構成されている。内輪２は片つば付きで、外輪４は両つば付きである。円筒ころ６は内輪２の軌道面と外輪４の軌道面との間で転動自在で、隣り合う円筒ころ６間に間座８が介在させてある。間座８は概ね板状で、その両面に円筒ころ６の転動面６ａと接触する面すなわちころ接触面８ａを有する。間座８の長手方向の両端には、円筒ころ６のころ端面６ｂと向かい合う面をもった拡張部８ｂが形成してある。

図１に示したのは、上記型番においてころ間に樹脂製の間座８を介在させた設計例であり、ころ６の材質は軸受鋼、その本数は１５本で従来品より２本多い。間座８の材質はＰＡ６６＋ＧＦ２５％であり、その軸方向両端にころ端面６ｂと向き合う面をもった拡張部８ｂを設けることで、間座８の軸方向への移動を規制する。さらに、ころ６と間座８でキーストン効果を発揮する設定とし、内輪２を抜いてもころ６および間座８が脱落しない仕様とする。

上記軸受において、ころ６と間座８でキーストン効果を発揮させるには、円周方向すきまを約１．８５ｍｍ以下とすべきであり、そのときの間座８の肉厚ｔは約１．８ｍｍである。また、上記軸受が運転中に１００℃昇温した際のころおよび間座の熱膨張量の総和は約０．９ｍｍであり、さらに、間座８が乾燥状態から飽和吸水状態になったときの寸法変化量（膨潤量）の総和は約０．６ｍｍである。したがって、上記軸受にころ６と間座８でキーストン効果を発揮させ、なおかつ、運転中に円周方向すきまが消滅しないようにするためには、円周方向すきまを１．５≦Ｓ≦１．８５の範囲内にて軸受を製作する必要がある。ここで、円周方向すきまのレンジを１．８５−１．５＝０．３５ｍｍにて軸受を製作することは困難であり、上限値を上回るとキーストンが成立せず、下限値を下回ると運転中に円周方向すきまが消滅してしまう可能性が高い。これに対して間座８に予め吸湿処理を施したうえで間座肉厚ｔを１．８ｍｍとした場合、間座８のさらなる膨潤を考慮する必要がないため、円周方向すきまは０．９≦Ｓ≦１．８５の範囲内にて製作すればよく、円周方向すきまが消滅する可能性が大幅に低減する。

ここで、間座８の吸水率と間座肉厚ｔの寸法変化率の関係を図２に示す。ＰＡ６６＋ＧＦ２５％の飽和吸水率は約６％であるが、図２に示すとおり、間座肉厚ｔは吸水率が約３％の時点で寸法変化の上限をむかえた。すなわち、間座８を予め吸水率３％以上に吸湿させることで、組み立て後の軸受における間座８のさらなる膨潤を回避することができる。

次に、円周方向すきまの容易な調整方法について説明する。次のような２種類の間座（間座Ｃ、Ｄ）をそれぞれ１５本ずつ製作した場合、表１に示す１６通りの円周方向すきまを作り出すことができる。
間座Ｃの肉厚ｔ：１．７２７ｍｍ
間座Ｄの肉厚ｔ：１．９１９ｍｍ

すなわち、間座８を、軸受円周方向の肉厚ｔについて２種類以上用いることで、ころピッチ円径ＰＣＤやころ径Ｄｗおよび間座肉厚ｔの製造上のばらつきに柔軟に対処することができ、適切な円周方向すきまＳを得ることができる。なお、ころ６の等配性が失われないように、図３（Ａ）に例示するように、薄肉間座と厚肉間座を交互に組み込むのが望ましい。なお、図３（Ｂ）は間座肉厚ｔすなわち軸受の円周方向における間座８の最小肉厚を説明する図である。

続いて組み立て方法について説明する。図４は円筒ころ軸受の組み立て過程を示している。組み立て手順は、外輪４の内周に、ころ６と間座８を交互に配列していき、最後に組み込むころ６の両脇に位置すべき間座８を、配列済みのころ６の転動面６ａの軸受内径側に沿わせた上で、矢印ａで示すように最後のころ６を外輪４に向かって押し込むことにより、矢印ｂで示すように両脇の間座８をスライドさせつつ、ころ６を組み込む。

さらに、図５に示すように、間座８の軸方向両端にころ端面６ｂと向き合う面をもった拡張部８ｂを設けた場合、組み立て手順は上述の実施の形態と同様であるが、組み立てが容易になる。すなわち、拡張部８ｂがころ端面６ｂに引っ掛かっているため、最後のころ６を外輪４に向かって挿入する際に、スライドさせる両脇の間座８が軸方向にずれることがなく、作業性が著しく向上する。この、間座８の軸方向へのずれを防止するという作用は、組み立て過程だけでなく組み立て後も、軸受運転中も持続する。

この発明は、上述の実施の形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲において種々変更を加え得ることはもちろんである。たとえば、ここでは間座８の両端に設けた拡張部８ｂを外輪４によって案内させるタイプを例示したが、この発明は、間座８の両端に拡張部８ｂを形成せず軌道輪に固定した側板で間座８を支持するタイプ、間座８の少なくとも片側に拡張部８ｂを形成して軌道輪に固定した側板でその拡張部８ｂを支持するタイプ、特許文献１に記載されている、間座を軌道輪のつば面および軌道面で支持するタイプにも同様に適用可能である。

実施例を示すころ軸受の破断斜視図 吸水率と寸法変化率の関係を示すグラフ ２種類の間座ところの配列を例示する図 組み立て過程を示すころ軸受の横断面略図 組み立て過程を示すころ軸受の斜視図 円周方向すきまを説明するためのころ軸受の横断面略図 キーストンを説明するためのころ軸受の横断面略図 従来の組み立て方法を示すころ軸受の横断面略図

符号の説明

２ 内輪
４ 外輪
６ 円筒ころ
６ａ 転動面
６ｂ ころ端面
８ 間座
８ａ ころ接触面
８ｂ 拡張部
８ｃ 切欠き

Claims (5)

1. 内輪軌道面と外輪軌道面との間に転動自在に介在する複数のころと、隣り合うころ間に樹脂製の間座を具備するころ軸受において、前記間座に予め吸湿処理を施したことを特徴とするころ軸受。
2. 前記間座が繊維を配合した合成樹脂からなる請求項１のころ軸受。
3. 前記間座が軸受の円周方向の肉厚に関して２種類ある請求項１または２のころ軸受。
4. 外輪の内周にころと間座を交互に配列していき、最後に組み込むころの両脇に位置する間座を、配列済みのころの転動面の軸受内径側に沿わせた状態で、前記最後に組み込むころを外輪に向かって挿入することにより、前記両脇に位置する間座をスライドさせつつ、ころを外輪の内周に組み込むことからなる、請求項１ないし３のいずれかのころ軸受の組み立て方法。
5. 前記間座の軸方向両端にころ端面と接触する拡張部を設けた請求項１ないし４のいずれかのころ軸受。

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