JP2008057644A - 自動調心ころ軸受用保持器および自動調心ころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】製造工程を簡素化すると共に、球面ころが安定して回転可能な自動調心ころ軸受用保持器を提供する。
【解決手段】自動調心ころ軸受用保持器１５は、球面ころ１４を収容する複数のポケット１８を有する。そして、球面ころ１４の端面１４ｂに対面するポケット１８の壁面１８ｂは、球面ころ１４の公転方向に延びる仮想線ｌ_１に対して傾いている。
【選択図】図１

Description

この発明は、自動調心ころ軸受、特に自動調心ころ軸受および自動調心ころ軸受に使用する保持器に関するものである。

従来の自動調心ころ軸受が、例えば、特開２００５−９０６１５号公報（特許文献１）に記載されている。同公報に記載されている自動調心ころ軸受は、複列の軌道を有する内輪と、複列一体の球面軌道を有する外輪と、内輪および外輪の間に組み込まれる複数の球面ころと、複数の球面ころを転動可能に保持する保持器とを備える複列自動調心ころ軸受である。

上記構成の自動調心ころ軸受は、内外輪の軌道面および球面ころの転動面が曲面となっているので、円筒ころや円錐ころと比較して軸受回転時の挙動が不安定となる。具体的には、軸受回転時に球面ころが公転方向に対して傾く現象（以下「スキュー」という）が発生する。特に、球面ころに負のスキューが発生すると、軸受回転時における球面ころの滑りが大きくなり、軸受の発熱、回転性能の低下、および軸受の損傷等を誘発させる恐れがある。

そこで上記公報には、外輪の軌道面に円周方向に対して所定の交差角をもって直線状に刻設される加工目を形成し、外輪の軌道面と球面ころの転動面とが接触する部分の表面粗さを一定とすることにより、球面ころのスキューを抑制することができると記載されている。
特開２００５−９０６１５号公報

上記のように外輪軌道面の表面粗さを管理するためには、軌道面の研削加工時の砥石の状態や軸受サイズによって常に最適な加工条件を選択する必要がある等、工程管理が非常に複雑なる。その結果、自動調心ころ軸受の生産性が低下すると共に、製造コストが上昇する。

そこで、この発明の目的は、製造工程を簡素化すると共に、球面ころが安定して回転可能な自動調心ころ軸受、およびこのような自動調心ころ軸受に採用される自動調心ころ軸受用保持器を提供することである。

この発明に係る自動調心ころ軸受用保持器は、球面ころを収容する複数のポケットを有し、球面ころの端面に対面するポケットの壁面は、球面ころの公転方向に延びる仮想線に対して傾いている。

上記構成の保持器ポケットは、予め球面ころを正のスキュー角で保持する。その結果、球面ころが一方向の安定したスキューを伴いながらスムーズに回転することができる。また、揉み抜き保持器であればＮＣ加工装置の加工条件、プレス保持器であれば打ち抜き加工具の形状、樹脂製保持器であれば金型の形状を予め決めておけば、ポケットを傾けて形成することは容易である。その結果、自動調心ころ軸受用保持器の生産効率が向上し、製造コストを低減させることができる。

この発明に係る自動調心ころ軸受は、外径面に左右複列の内輪軌道面を有する内輪と、内径面に左右複列の内輪軌道面に対面する球面の外輪軌道面を有する外輪と、左右複列の内輪軌道面および外輪軌道面の間に配置される複数の球面ころと、左右複列の内輪軌道面上で球面ころを保持する複数のポケットを有する保持器とを備える。そして、ポケットは、左右のポケットそれぞれの球面ころの端面に対面する壁面が球面ころの公転方向に向かって互いに近づくように傾いている。

上記構成のように、球面ころのスキュー角が正となるように自動調心ころ軸受用保持器を組み込むことにより、球面ころがスムーズに回転可能な自動調心ころ軸受を得ることができる。なお、本明細書中「正のスキュー」とは、球面ころの自転軸線に直行する直線が、球面ころの公転方向に対して軸受の軸方向中央部側に傾いている状態を指すものとする。一方、「負のスキュー」とは、球面ころの自転軸線に直行する直線が、球面ころの公転方向に対して軸受の軸方向端部側に傾いている状態を指すものとする。

この発明によれば、製造工程を簡素化することができると共に、球面ころがスムーズに回転可能な自動調心ころ軸受、およびこの自動調心ころ軸受に採用される自動調心ころ軸受用保持器を得ることができる。

図１〜図５を参照して、この発明の一実施形態に係る自動調心ころ軸受１１、および自動調心ころ軸受１１に採用される自動調心ころ軸受用保持器１５を説明する。なお、図１および図２は、自動調心ころ軸受用保持器１５のポケット１８の形状を示す図、図３および図４は、自動調心ころ軸受用保持器１５に保持された球面ころ１４の挙動を示す図、図５は、自動調心ころ軸受１１を示す図である。

まず、図５を参照して、この発明の一実施形態に係る自動調心ころ軸受１１は、内輪１２と、外輪１３と、複数の球面ころ１４と、保持器１５とを備える複列の自動調心ころ軸受である。

内輪１２は、その外径面に左右２列の内輪軌道面１２ａ，１２ｂを有する。外輪１３は、その内径面に内輪軌道面１２ａ，１２ｂ対面する球面形状の外輪軌道面１３ａを有する。球面ころ１４は、軌道面１４ａが球の一部を構成する樽型の転動体であり、左右の軌道面それぞれに複数配置されている。

上記構成の自動調心ころ軸受１１は調心性を有しており、回転軸の撓みやハウジングに対する取付誤差等によって内輪１２および外輪１３の間に傾きを生じる環境で使用することができる。

保持器１５（保持器１５ａ，１５ｂを総称して「保持器１５」という）は、円環形状の一対のリング部１６ａ，１６ｂと、一対のリング部１６ａ，１６ｂの間に配置される複数の柱部１７とを有し、隣接する柱部１７の間には球面ころ１４を収容する複数のポケット１８が形成されている。なお、左右の軌道面に配置される保持器１５ａ，１５ｂは、それぞれ独立して回転することができる。

次に、図１および図２を参照して、保持器１５に設けられたポケット１８を詳しく説明する。なお、図１は保持器１５を径方向外側から見た図、図２は左側の保持器１５ａに設けられたポケット１８の拡大図である。

まず、図１を参照して、複数のポケット１８は、保持器１５の円周方向に等間隔に配置されている。また、球面ころ１４を転動自在とするために、ポケット１８の壁面１８ａ，１８ｂと球面ころ１４の転動面１４ａおよび両端面１４ｂとの間には、所定の隙間が設けられている。なお、図１中の矢印は、球面ころ１８の公転方向を示す。

次に、図２を参照して、ポケット１８は、球面ころ１４の転動面１４ａに対面する壁面１８ａと、球面ころ１４の端面に対面する壁面１８ｂとを有する。また、壁面１８ａの軸方向中央部には、球面ころ１４のポケット１８からの脱落を防止するころ止め部１８ｃが設けられている。さらに、壁面１８ｂは球面ころ１４の公転方向に延びる仮想線ｌ_１に対して、所定の傾斜角度（θ_２）傾いている。なお、仮想線ｌ_１の矢印は球面ころ１４の公転方向を示す（図３および図４についても同様）。

左側の保持器１５ａは、球面ころ１４の端面に対面するポケット１８の壁面１８ｂに平行な仮想線ｌ_２が、球面ころ１４の公転方向に対して時計回りに傾いた状態で組み込まれる。一方、右側の保持器１５ｂは、壁面１８ｂが球面ころ１４の公転方向に対して反時計回りに傾いた状態で組み込まれる。すなわち、自動調心ころ軸受１１に組み込まれたときの左右のポケット１８は、それぞれの壁面１８ｂに平行な仮想線が球面ころ１４の公転方向に向かって互いに近づくように傾いている。

これにより、予め正のスキュー角を維持した状態で球面ころ１４を保持することができる。ただし、球面ころ１４とポケット１８の各壁面１８ａ，１８ｂとの間には隙間が設けられているので、軸受回転時における球面ころ１４のスキュー角は一定ではない。

次に、図３および図４を参照して、左側の保持器１５ａのポケット１８内での球面ころ１４の挙動を詳しく説明する。なお、図３は球面ころ１４が公転方向に対して時計回りに最大限傾いた状態を示す図、図４は球面ころ１４が公転方向に対して反時計回りに最大限傾いた状態を示す図である。また、両図ともポケット１８を破線で示している。また、球面ころ１４のスキュー角θ_１は、球面ころ１４の公転方向に延びる仮想線ｌ_１と、球面ころ１４の自転軸線に直行する仮想線ｌ_３とのなす角を指すものとする。

まず、図３を参照して、球面ころ１４は、図３中の左上および右下の角部がポケット１８の壁面１８ａに当接し、右上および左下の角部が壁面１８ｂに当接して拘束されている。このとき、球面ころ１４のスキュー角θ_１は最大となる。

ここで、球面ころ１４のスムーズな回転を維持する観点からθ_１は、θ_１≦５°に設定する。したがって、ポケット１８の傾斜角度θ_２は、θ_２＜５°を満たす。また、θ_１≦５°を満たすために、球面ころ１４とポケット１８の各壁面１８ａ，１８ｂの隙間を適正値に設定する必要がある。

一方、図４を参照して、球面ころ１４は、図４中の右上および左下の角部がポケット１８の壁面１８ａに当接し、左上および右下の角部が壁面１８ｂに当接して拘束されている。このとき、球面ころのスキュー角θ_１は最小となる。

ここで、球面ころ１４のスキュー角θ_１が負の値になると、球面ころ１４の回転不良に起因する発熱、回転性能の低下、および自動調心ころ軸受１１の損傷等の問題が生じる。したがって、θ_１≧０°に設定する。すなわち、球面ころ１４が反時計回りに最大限傾いた場合でも、ｌ_１とｌ_３とが平行（ｌ_１／／ｌ_３）となるように、球面ころ１４とポケット１８の各壁面１８ａ，１８ｂの隙間を適正値に設定する必要がある。また、ポケット１８の傾斜角度θ_２は、０°＜θ_２を満たす。

上記構成とすることにより、軸受回転中に球面ころ１４のスキュー角θ_１が常に正の値（θ_１＝０°を含む）となるので、球面ころ１４がスムーズに回転可能な自動調心ころ軸受１１を得ることができる。なお、上記の説明は、左側の保持器１５ａに設けられたポケット１８についてであるが、左右を入れ替えればそのまま右側の保持器１５ｂに設けられたポケット１８についても適用することができる。

次に、図６および図７を参照して、この発明の他の実施形態に係る自動調心ころ軸受２１，３１を説明する。なお、自動調心ころ軸受２１，３１の基本構成は自動調心ころ軸受１１と共通するので、共通点の説明は省略し、相違点を中心に説明する。

まず、図６を参照して、この発明の他の実施形態に係る自動調心ころ軸受２１は、内輪２２と、外輪２３と、複数の球面ころ２４と、保持器２５と、案内輪２６とを備える複列の自動調心ころ軸受である。なお、案内輪２６は、左右の軌道面２２ａ，２２ｂの間に配置されて、球面ころ２４の端面を案内する。

次に、図７を参照して、この発明のさらに他の実施形態に係る自動調心ころ軸受３１は、内輪３２と、外輪３３と、複数の球面ころ３４と、保持器３５とを備える複列の自動調心ころ軸受である。また、内輪３２の左右の軌道面３２ａ，３２ｂの間には中鍔３２ｃが設けられており、軸方向両端部には外鍔３２ｄが設けられている。この鍔部３２ｃ，３２ｄは、球面ころ３４の端面を案内する機能を有する。さらに、球面ころ３４は、ころの最大径位置（図７中の一点鎖線ｌ_４）が、ころの長さ方向の中央に存在しない非対称ころである。なお、図７中の二点鎖線は、球面ころ３４のころ長さの中央を指す。

この発明は、上記構成の自動調心ころ軸受１１，２１，３１を含むあらゆる形式の自動調心ころ軸受に適用することができる。

例えば、球面ころの転動面と内輪および外輪の軌道面とは点接触（厳密には、球面ころが弾性変形して接触面が楕円となる）するので、接触部分に差動滑りを生じる。したがって、図５および図６に示すような対称ころ１４，２４を有する自動調心ころ軸受１１，２１にも、図７に示すような非対称ころ２４を有する自動調心ころ軸受３１にも適用することができる。

ただし、非対称ころを用いた自動調心ころ軸受３１は、軸受が荷重を受けたときに誘起スラスト荷重が発生し、球面ころ３４が中鍔３２ｃに押し当てられる。その結果、球面ころ３４の姿勢が安定し、スキューが発生しにくい。したがって、この発明は、ころの最大径位置がころの長さ方向の中央と一致する対称ころを有する図５および図６に示すような自動調心ころ軸受１１，２１に適用することにより、より高い効果を期待することができる。

また、図６に示す自動調心ころ軸受２１は、球面ころ２４の端面を案内する案内輪２６を有するので、図５に示す自動調心ころ軸受１１と比較するとスキューの発生を抑制することができる。しかし、案内輪２６はそれ自体が固定されているわけではなく、球面ころ２４のスキューを完全に抑制することはできない。また、球面ころ２４のスキューによって案内輪２６が摩耗する恐れがある。

一方、図７に示す自動調心ころ軸受３１は、球面ころ２４の端面を案内する中鍔３２ｃを有するので、図５および図６に示す自動調心ころ軸受１１，２１と比較するとスキューの発生を抑制することができる。したがって、この発明は、図６に示すような自動調心ころ軸受２１、さらに図５に示すような自動調心ころ軸受１１に適用することにより、高い効果が期待できる。

また、上記の各実施形態における保持器１５，２５，３５は、金属を切削加工して形成した揉み抜き保持器、鉄板をプレス加工して形成したプレス保持器、樹脂材料を射出成型して形成した樹脂製保持器のいずれであってもよい。

上記のいずれの場合もポケットを傾けて形成することは容易である。具体的には、揉み抜き保持器であればＮＣ加工装置の加工条件、プレス保持器であれば打ち抜き加工具の形状、樹脂製保持器であれば金型の形状を予め決めておけば、保持器１５，２５，３５は、容易に製造することができる。

さらに、球面ころ１４，２４，３４の負のスキューを防止するために、外輪１３，２３，３３の軌道面を特殊加工したり、表面粗さを管理したりする必要がなくなる。その結果、自動調心ころ軸受用保持器の生産効率が向上し、製造コストを低減させることができる。

なお、上記の各実施形態に係る自動調心ころ軸受１１，２１，３１は、あらゆる用途に使用することができるが、特に、建設機械、鉄鋼設備、一般産業機械、風力発電機等の高荷重環境下で使用する場合に有利な効果を奏する。

以上、図面を参照してこの発明の実施形態を説明したが、この発明は、図示した実施形態のものに限定されない。図示した実施形態に対して、この発明と同一の範囲内において、あるいは均等の範囲内において、種々の修正や変形を加えることが可能である。

この発明は、自動調心ころ軸受に有利に利用される。

この発明の一実施形態に係る自動調心ころ軸受用保持器を径方向外側から見た図である。 図１に示す自動調心ころ軸受用保持器のポケットの拡大図である。 球面ころのスキュー角が最大となった状態を示す図である。 球面ころのスキュー角が最小となった状態を示す図である。 この発明の一実施形態に係る自動調心ころ軸受を示す図である。 この発明の他の実施形態に係る自動調心ころ軸受を示す図である。 この発明のさらに他の実施形態に係る自動調心ころ軸受を示す図である。

符号の説明

１１，２１，３１ 自動調心ころ軸受、１２，２２，３２ 内輪、１２ａ，１２ｂ，２２ａ，２２ｂ，３２ａ，３２ｂ 内輪軌道面、３２ｃ 中鍔、３２ｄ 外鍔、１３，２３，３３ 外輪、１３ａ 外輪軌道面、１４，２４，３４ 球面ころ、１４ａ 転動面、１４ｂ 端面、１５，２５，３５ 保持器、１６ａ，１６ｂ リング部、１７ 柱部、１８ ポケット、１８ａ，１８ｂ 壁面、１８ｃ ころ止め部、２６ 案内輪。

Claims (2)

1. 球面ころを収容する複数のポケットを有し、
   球面ころの端面に対面する前記ポケットの壁面は、球面ころの公転方向に延びる仮想線に対して傾いている、自動調心ころ軸受用保持器。
2. 外径面に左右複列の内輪軌道面を有する内輪と、
   内径面に前記左右複列の内輪軌道面に対面する球面の外輪軌道面を有する外輪と、
   前記左右複列の内輪軌道面および前記外輪軌道面の間に配置される複数の球面ころと、
   前記左右複列の内輪軌道面上で前記球面ころを保持する複数のポケットを有する保持器とを備え、
   前記ポケットは、左右のポケットそれぞれの前記球面ころの端面に対面する壁面が球面ころの公転方向に向かって互いに近づくように傾いている、自動調心ころ軸受。

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