JP2008069822A - 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１１は、外径面に左右複列の内輪軌道面１２ａ，１２ｂを有する内輪１２と、内径面に左右複列の内輪軌道面１２ａ，１２ｂに対面する球面の外輪軌道面１３ａを有する外輪１３と、内輪軌道面１２ａ，１２ｂおよび外輪軌道面１３ａに沿う曲面形状の転動面１４ａを有する複数の球面ころ１４とを備える。そして、左右複列の内輪軌道面１２ａ，１２ｂは、それぞれ内輪１２の軸方向中央部側から軸方向端部側に向かって表面粗さが粗くなっている。
【選択図】図１

Description

この発明は、建設機械、鉄鋼設備、および一般産業機械等に使用される自動調心ころ軸受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。なお、本明細書中「正のスキュー」とは、図４に示すように、球面ころ１０１の自転軸線に直交する直線ｌ_１が、球面ころ１０１の公転方向（図４中の矢印で示す方向）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、図５に示すように、球面ころ１０２の自転軸線に直交する直線ｌ２が、球面ころ１０２の公転方向（図５中の矢印で示す方向）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。
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、内輪軌道面および外輪軌道面に沿う曲面形状の転動面を有する複数の球面ころとを備える。そして、左右複列の内輪軌道面は、それぞれ内輪の軸方向中央部側から軸方向端部側に向かって表面粗さが粗くなっている。

上記構成のように、内輪軌道面の表面粗さを内輪の軸方向中央部側から軸方向端部側に向けて粗くすることにより、内輪軌道面の外側の摩擦係数が相対的に大きくなるので、正のスキューモーメントが増大し、負のスキューを抑制することができる。その結果、球面ころの姿勢が安定するので、自動調心ころ軸受の回転性能が向上すると共に、発熱や破損等を抑制することができる。

また、上記構成の自動調心ころ軸受はロバスト性が高く、設計誤差や外力等の不確定要素に対しても安定した性能を発揮することができる。さらに、外輪の内径面に特別な加工を施す必要がない点でも有利である。

なお、本明細書中「一方側から他方側に向かって表面粗さが粗くなる」とは、一方側から他方側に向かって徐々に表面粗さが変化している場合だけでなく、境界線の一方側と他方側とで表面粗さが異なる場合をも含むものとする。

好ましくは、内輪軌道面と外輪軌道面との表面粗さＲａの相互差は、０．１μｍ以下である。なお、本明細書中「表面粗さＲａ」は、中心線平均粗さを指す。具体的には、粗さ曲線を中心線で折り返し、その粗さ曲線と中心線とによって得られた面積を中心線の長さで除した値を指すものとする。

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を得ることができる。

図１〜図３を参照して、この発明実施形態に係る自動調心ころ軸受１１，２１，３１を説明する。なお、図１はこの発明の一実施形態に係る自動調心ころ軸受１１、図２はこの発明の他の実施形態に係る自動調心ころ軸受２１、図３は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を示す図である。

まず、図１を参照して、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、球の一部を構成する曲面形状の転動面１４ａと、平面形状の両端面１４ｂとを有する全体としてたる型の転動体である。また、球面ころ１４の最大径位置がころ長さの中央に位置する対称ころである。そして、この球面ころ１４は、左右の内輪軌道面１２ａ，１２ｂそれぞれに複数配置されて、内輪軌道面１２ａ，１２ｂおよび外輪軌道面１３ａの間を転動する。

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。

ここで、内輪１２の内輪軌道面１２ａは、円周方向には表面粗さがほぼ一定であって、軸方向中中心線ｌ_３の左右で表面粗さを互いに異ならせている。具体的には、軸方向中心線ｌ_３の軸方向中央部側（図１中の右側）は相対的に平滑面であり、軸方向端部側（図１中の左側）は相対的に粗面である。つまり、内輪軌道面１２ａは、内輪１２の軸方向中央部側から軸方向端部側に向かって表面粗さが粗くなっている。

この内輪軌道面１２ａは、まず軌道面全域に研削加工を施し、表面粗さＲａを０．１５μｍ〜０．４０μｍに設定する。その後、軸方向中心線ｌ３より軸方向中央部側にのみスーパー加工を施して、この部分の表面粗さＲａを０．０５μｍ〜０．１５μｍに設定する。その結果、軸方向中心線ｌ_３より軸方向中央部側が軸方向端部側と比較して平滑になる。また、内輪軌道面１２ａと外輪軌道面１３ａとの表面粗さＲａの相互差は、０．１μｍ以下に設定する。なお、内輪軌道面１２ｂについても同様であるので、説明は省略する。

上記構成とすることにより、軸方向中心線ｌ_３より軸方向端部側の摩擦係数が大きくなるので、正のスキューモーメントが増大し、球面ころ１４の負のスキューを抑制することができる。その結果、球面ころの姿勢が安定するので、自動調心ころ軸受１１の回転性能が向上すると共に、発熱や破損等を抑制することができる。

また、上記構成の自動調心ころ軸受１１はロバスト性が高く、設計誤差や外力等の不確定要素に対しても安定した性能を発揮することができる。さらに、外輪１３の内径面に特別な加工を施す必要がない点でも有利である。

なお、正のスキューに伴う摩擦力は、自動調心ころ軸受１１に負荷されるアキシアル荷重とは反対方向に作用する。その結果、両者が相殺されて自動調心ころ軸受１１に作用するアキシアル荷重が減少するので、ある程度の正のスキューは、自動調心ころ軸受１１のスムーズな回転を妨げることはない。

なお、上記の実施形態における自動調心ころ軸受１１は、一般的に低速回転軸を支持する軸受として使用されているので、内輪軌道面１２ａ，１２ｂの半分を研削仕上げとしても発熱等の問題は少ない。

また、上記の実施形態においては、内輪軌道面１２ａ，１２ｂの両方の表面粗さを異ならせた例を示したが、これに限ることなく、少なくとも一方を上記構成にすれば、この発明の効果を得ることができる。

また、上記の実施形態においては、軸方向中心線ｌ_３を境界としてその左右で表面粗さを異ならせた例を示したが、この境界線は、必ずしも内輪軌道面１２ａ，１２ｂの軸方向中心を通る必要はない。

さらに、上記の実施形態においては、内輪軌道面１２ａ，１２ｂの軸方向中心の左右で互いに表面粗さを異ならせた例を示したが、例えば、軸方向一方側から他方側に向けて徐々に表面粗さが変化するように加工してもよい。

次に、図２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を説明する。なお、自動調心ころ軸受２１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。

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３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を説明する。なお、自動調心ころ軸受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。

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３中の直線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。

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１および図２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２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１および図２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２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１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３に示す自動調心ころ軸受３１は、球面ころ３４の端面を案内する中鍔３２ｃを有するので、図１および図２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２に示すような自動調心ころ軸受２１、さらに図１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。

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。 球面ころが正のスキューを生じた状態を示す図である。 球面ころが負のスキューを生じた状態を示す図である。

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、２６ 案内輪。

Claims (2)

1. 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、
   前記内輪軌道面および前記外輪軌道面に沿う曲面形状の転動面を有する複数の球面ころとを備え、
   前記左右複列の内輪軌道面は、それぞれ前記内輪の軸方向中央部側から軸方向端部側に向かって表面粗さが粗くなっている、自動調心ころ軸受。
2. 前記内輪軌道面と前記外輪軌道面との表面粗さＲａの相互差は、０．１μｍ以下である、請求項１に記載の自動調心ころ軸受。
   

Images