JP2014159872A - 円すいころ軸受 - Google Patents

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Abstract

【課題】製造コストを増加させることなく容易に組立可能な円すいころ軸受を提供する。
【解決手段】本発明に係る円すいころ軸受１は、外周面に円すい状の内輪軌道面１１が形成され、小径側に小つば１３を有する内輪１０と、内周面に円すい状の外輪軌道面４１が形成された外輪４０と、内輪軌道面１１と外輪軌道面４１との間に転動自在に周方向に複数配置された円すいころ３０と、軸方向に並んで配置された大径側円環部２２および小径側円環部２３と、大径側円環部２２及び小径側円環部２３を軸方向に連結して周方向に略等間隔に設けられる複数の柱部２４と、の間に形成される複数のポケットにより円すいころ３０を保持する保持器２０と、を備える。保持器２０の大径側円環部２２の断面係数に対する小径側円環部２３の断面係数の比の値は、０．５以上１．５以下である。
【選択図】図１

Description

本発明は円すいころ軸受に関する。
従来、円すいころ軸受を組み立てる際には、まず、保持器の内周面から円すいころを挿入し、その後、軸方向に内輪を挿入する。このとき、保持器と円すいころが分解してしまうのを防止するため、保持器小径側の柱部を加締め加工により変形させ、内輪の小つばと保持器とによって円すいころを保持できるようにしている。これにより内輪、保持器、円すいころが分離不能な一体品となり、さらに外輪を組み込むことによって円すいころ軸受が完成する。
しかしながら、保持器小径側の柱部を加締め加工により変形させると、保持器の塑性変形によって寸法精度が低下してしまうおそれがある。そのため、加締め加工を行うことなく組立可能な円すいころ軸受について、種々の構成が提案されている（例えば、特許文献１、２参照）。
特許第４０２６２９２号公報 特開２０１２−１３１３４号公報
特許文献１に示されている円すいころ軸受は、内輪の小つばの軌道面側外周面と端面側外周面の外径形状を楕円形状とすることにより、加締め加工を行うことなく組立可能である。しかしながら、特許文献１に示されている円すいころ軸受においては、当該形状への加工のため製造コストが上昇してしまうという問題がある。
また、特許文献２に示されている円すいころ軸受においては、保持器のポケットの一部を異形とすること、円すいころの一部を異形円すいころとすること、および内輪の小つばに切り欠きを設けること等により、円すいころと内輪が分解するのを抑止し、加締め加工を行うことなく組立可能である。しかしながら、特許文献２に示されている円すいころ軸受においても、異形形状への加工によって製造コストが上昇してしまうという問題がある。また、特許文献２に示されている円すいころ軸受においては、内輪を斜めに挿入することにより、組立時の姿勢が安定しないという問題もある。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、製造コストを増加させる
ことなく容易に組立可能な円すいころ軸受を提供することである。
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） 外周面に円すい状の内輪軌道面が形成され、小径側に小つばを有する内輪と、
内周面に円すい状の外輪軌道面が形成された外輪と、
前記内輪軌道面と前記外輪軌道面との間に転動自在に周方向に複数配置された円すいころと、
軸方向に並んで配置された大径側円環部および小径側円環部と、前記大径側円環部および前記小径側円環部を軸方向に連結して周方向に略等間隔に設けられる複数の柱部と、の間に形成される複数のポケットにより前記円すいころを保持する保持器と、を備える円すいころ軸受であって、
前記保持器の前記大径側円環部の断面係数に対する前記小径側円環部の断面係数の比の値が０．５以上１．５以下である円すいころ軸受。
（２） 前記保持器の前記小径側円環部が、前記柱部から離れる方向に径方向内側へ湾曲して延びる湾曲部を有し、
前記湾曲部の径方向終端部が、前記円すいころの中心軸よりも径方向外側に位置する（１）に記載の円すいころ軸受。
（３） 前記円すいころの転動面の算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以下である（１）または（２）に記載の円すいころ軸受。
本発明の円すいころ軸受によれば、製造コストを増加させることなく、容易な組立が可能となる。
本発明の第１実施形態に係る円すいころ軸受の断面図である。 保持器の大径側円環部の断面係数に対する小径側円環部の断面係数の比の値と剛性との関係を示す図である。 本発明の第１実施形態に係る円すいころ軸受と、従来の円すいころ軸受の落下衝撃試験結果を説明するための図である。 図１の円すいころ軸受の組立工程を説明するための図である。 図１のＡ部の拡大図である。 図１の円すいころ軸受における潤滑剤の流れを説明するための図である。 本発明の第１実施形態に係る円すいころ軸受と、従来の円すいころ軸受の発熱試験結果を説明するための図である。 本発明の第２実施形態に係る円すいころ軸受と、従来の円すいころ軸受の発熱試験結果を説明するための図である。 従来の円すいころ軸受の組立工程を説明するための図である。 従来の円すいころ軸受における潤滑剤の流れを説明するための図である。
以下、本発明に係る円すいころ軸受の各実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態に係る円すいころ軸受を図１〜７を参照して説明する。図１には、内輪１０と、保持器２０と、複数の円すいころ３０と、外輪４０と、を備える円すいころ軸受１の軸方向断面が示されている。
内輪１０は、例えば鋼から構成されており、外周面に円すい状の内輪軌道面１１が形成されると共に、大径側である一方端部に大つば１２を、小径側である他方端部に小つば１３を有する。外輪４０は、内周面に円すい状の外輪軌道面４１が形成されている。
保持器２０は、例えば鉄鋼材料から構成されており、軸方向に同心上に並んで配置された大径側円環部２２および小径側円環部２３と、大径側円環部２２および小径側円環部２３を連結する複数の柱部２４と、を有する。大径側円環部２２、小径側円環部２３、および周方向に隣り合う２つの柱部２４によって、円すいころ３０を収容するためのポケットが形成される。
円すいころ３０は、大径側端面３２と、小径側端面３３と、を有する。大径側端面３２および小径側端面３３は同心上に配置されており、両端面を結ぶ周面が大径側端面３２側から小径側端面３３側へ向かって徐々に縮径された略円すい状の転動面３１を形成している。円すいころ３０は、保持器２０の複数のポケットのそれぞれに、１つずつ転動自在に保持される。
円すいころ軸受を組立てる際には、まず、保持器の各ポケットの中に、円すいころを配置する。そして、保持器の大径側円環部側から、内輪を圧入する。このとき、円すいころは内輪により径方向外側へと押されるが、図９に示すような従来の円すいころ軸受においては、円すいころ１３０を拘束する保持器１２０があまり変形しないため、内輪１１０の挿入が困難である。また、内輪１１０の小つば１１３が円すいころ１３０の転動面１３１に衝突することにより、円すいころ１３０の転動面１３１に傷がついてしまうおそれがある。
そこで、本実施形態の円すいころ軸受１においては、保持器２０の大径側円環部２２の断面係数に対する小径側円環部２３の断面係数の比の値が０．５以上１．５以下となるように、保持器２０が形成されている。保持器２０はパンチやダイス等により加工されるが、設計上、保持器２０に採用可能な寸法には制約がある。保持器２０の大径側円環部２２の断面係数に対する小径側円環部２３の断面係数の比の値が０．５以下となるような保持器２０は製作が困難である。また、当該比の値が０．５以下となるような保持器２０は、底面部が狭くなるので、精度上に問題が生じる。したがって、保持器２０の大径側円環部２２の断面係数に対する小径側円環部２３の断面係数の比の値の下限は０．５である。また、保持器２０の大径側円環部２２の断面係数に対する小径側円環部２３の断面係数の比の値が１．５を超えると、小径側円環部２３の剛性が高くなり、軸受組立時に内輪１０を挿入する際の保持器２０の弾性変形量が小さいため、円すいころ３０に組み込み傷が付くことが懸念される。したがって、保持器２０の大径側円環部２２の断面係数に対する小径側円環部２３の断面係数の比の値の上限は１．５とする。尚、保持器２０の大径側円環部２２の断面係数に対する小径側円環部２３の断面係数の比の値は、０．６以上１．０以下であると、より好ましい。
図２は、保持器の大径側円環部の断面係数に対する小径側円環部の断面係数の比の値と、保持器の剛性との関係を示す図である。図２に示される、本実施形態（第１実施形態）の円すいころ軸受１は、大径側円環部２２の断面係数に対する小径側円環部２３の断面係数の比の値が１．５以下の値である０．７６であり、従来の円すいころ軸受と比較して剛性が０．７倍となっている。このことから、本実施形態の円すいころ軸受によれば、保持器応力を低くできることがわかる。
ここで、本実施形態に係る円すいころ軸受の効果を実証するため、従来の円すいころ軸受と本実施形態に係る円すいころ軸受１を用いて落下衝撃試験を実施した。試験には、内輪内径１４０ｍｍ、外輪外径２５０ｍｍ、組立幅４５．７５ｍｍの単列円すいころ軸受（ＮＳＫ製、呼び番号ＨＲ３０２２８Ｊ）について、従来の構成を有するもの（従来の円すいころ軸受）と、本実施形態の構成を有するもの（本実施形態の円すいころ軸受Ａ、Ｂ、Ｃ）とを使用した。本実施形態の円すいころ軸受Ａ、Ｂ、Ｃにおいて、保持器２０の大径側円環部２２の断面係数に対する小径側円環部２３の比の値は、それぞれ、０．７６、１．０４、１．５とした。また、従来の円すいころ軸受において、大径側円環部の断面係数に対する小径側円環部の値は３．８７とした。これらの円すいころ軸受を強制的に落下させることにより、円すいころ軸受を衝撃加速度１６５Ｇで鋼板に衝突させ、１０万回衝突させる毎に、円すいころ軸受（保持器）に破損や亀裂などの損傷が発生したかどうかを確認した。
図３は当該落下衝撃試験の結果を示すグラフである。図３においては、従来の円すいころ軸受に損傷が発生した時点での衝突回数を１として、本実施形態の円すいころ軸受Ａ、Ｂ、Ｃのそれぞれに損傷が発生した時点での衝突回数を比で示している。図３より、保持器２０の大径側円環部２２の断面係数に対する小径側円環部２３の断面係数の比の値が０．７６である本実施形態の円すいころ軸受Ａは、従来の円すいころ軸受と比較して約１．４倍、強度が向上していることがわかる。また、同様に、大径側円環部２２の断面係数に対する小径側円環部２３の断面係数の比の値が１．５である本実施形態の円すいころ軸受Ｃは、従来の円すいころ軸受と比較して約１．２倍、強度が向上していることがわかる。また、大径側円環部２２の断面係数に対する小径側円環部２３の断面係数の比の値が１．０４である本実施形態の円すいころ軸受Ｂは、従来の円すいころ軸受と比較して約３倍、強度が向上している。このように、本実施形態に係る円すいころ軸受１のように、保持器２０の大径側円環部２２の断面係数に対する小径側円環部２３の断面係数の比の値が０．５以上１．５以下であれば、保持器２０の強度、ひいては円すいころ軸受１の強度を向上可能であることがわかる。
本実施形態の円すいころ軸受１の組立時、内輪１０を挿入する際には、図４に示すように、内輪１０が保持器２０の小径側円環部２３側へと進むにつれて、内輪１０の小つば１３が円すいころ３０の転動面３１と接触し、円すいころ３０が小つば１３によって径方向外側に押される。本実施形態の保持器２０は弾性変形量が大きいため、円すいころ３０に押された保持器２０が弾性変形して径方向外側にふくらむことにより、ポケットが一時的に押し広げられ、内輪１０を挿入することができる。この内輪１０の挿入に必要な力は従来と比較して約４割程度となり、また、軸方向に垂直に挿入することができるので、容易な組立が可能となる。
また、本実施形態の円すいころ軸受１においては、小つば１３の外径Ｄ＞ころ内接円径ｄとすることにより、内輪１０、保持器２０および円すいころ３０が分解しないようにしている。これにより、加締め加工が必要なくなると共に、内輪やポケットの形状を変更する必要もないので、製造コストを増大させることなく、容易な組立が可能である。また、これに加え、しめしろ（小つば１３の外径Ｄところ内接円径ｄとの差）を適切な値に設定することにより、保持器２０の割れや、円すいころ３０の損傷を防止することができる。
また、図５に示すように、内輪１０の小つば１３の外径面１５には、ストレート部１６が設けられている。ストレート部１６は、外径面１５から接触角θだけ傾斜しており、軸方向長さｌは１ｍｍ以下となるように形成されている。これにより、内輪１０の挿入性がさらに向上でき、円すいころ３０の損傷を防止することができる。
また、小つば１３の軸方向内側端面１７と円すいころ３０の小径側端面３３との間に適当な隙間ｇを保持するように、小つば１３の軸方向内側端面１７は角度γで傾斜するように形成されている。これにより、内輪１０、保持器２０、円すいころ３０の組立後に、円すいころ３０が内輪１０の小つば１３を乗り上げて分離してしまうことを防止することができる。
ところで、円すいころ軸受は一般に、油浴またはグリース潤滑によって潤滑される。このとき、図１０に示すような従来の円すいころ軸受においては、保持器１２０の小径側円環部１２２が径方向内側に延びており、小径側円環部１２２の径方向端面１２６と小つば１１３の外径面との間の隙間が小さい。このような構造では、小径側から潤滑剤が導入される一方、余分な潤滑剤が小径側から排出されにくいため、軸受内部の潤滑剤が多くなって攪拌抵抗が増大するという問題があった。
そこで、本実施形態の円すいころ軸受１においては、図６に示すように、保持器２０の小径側円環部２３に、柱部２４から離れる方向且つ径方向内側へと湾曲して延びる湾曲部２５が形成される。湾曲部２５は、径方向端面２６が円すいころ３０の中心軸よりも径方向外側に位置するよう、径方向に短く形成されている。すなわち、小径側円環部２３の軸方向断面は、保持器２０の肉厚と比較してわずかに長く径方向内側に突出するように、曲率を有しながら径方向内側へと延びている。これにより、径方向端面２６と小つば１３の外径面との間の隙間を大きくすることができるので、小径側から潤滑剤が導入されるのと並行して、余分な潤滑剤が小径側から排出される。したがって、本実施形態の円すいころ軸受１によれば、潤滑剤が過大に軸受内部へ吸い込まれることを抑制できるので、攪拌抵抗を小さくすることができ、発熱を抑止することができる。
また、従来の円すいころ軸受と本実施形態に係る円すいころ軸受１を用いて発熱試験を行った。試験には、内輪内径８５ｍｍ、外輪外径１３０ｍｍ、組立幅２９ｍｍの単列円すいころ軸受（ＮＳＫ製、呼び番号ＨＲ３２０１７ＸＪ）について、従来の構成を有するもの（従来の円すいころ軸受）と、本実施形態の構成を有するもの（本実施形態に係る円すいころ軸受１）とを使用した。従来の円すいころ軸受および本実施形態の円すいころ軸受１に、３００ｋｇｆのラジアル荷重および９００ｋｇｆのアキシャル荷重を負荷し、潤滑油（ＶＧ６８）による強制潤滑下で、内輪回転で運転した。運転速度は３０００ｍｉｎ−１とした。そして、所定時間経過後の外輪の温度を軸受温度として計測した。
図７は当該発熱試験の結果を示すグラフであり、実線が本実施形態に係る円すいころ軸受１、破線が従来の円すいころ軸受の結果を示す。図７から明らかなように、従来の円すいころ軸受の軸受温度が８２．５℃であるのに対し、本実施形態に係る円すいころ軸受１の軸受温度は７８．１℃である。このように、本実施形態に係る円すいころ軸受１によれば、従来の円すいころ軸受と比較して軸受温度を３〜５℃低下させることができ、発熱を抑止する効果が得られることがわかる。
このように、第１実施形態の円すいころ軸受１によれば、製造コストを増加させることなく、容易な組立が可能となる。
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態に係る円すいころ軸受を図８を参照して説明する。尚、内輪、保持器、および外輪の構成については第１実施形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。
第１実施形態の諸構成に加え、第２実施形態においては、円すいころの転動面の算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以下となるように、円すいころが形成される。これにより円すいころの転動面が平滑となり、転がり摩擦抵抗を低減することができるので、円すいころ軸受の寿命をさらに向上することができる。
本実施形態に係る円すいころ軸受の効果を実証するため、従来の円すいころ軸受と本実施形態に係る円すいころ軸受を用いて発熱試験を行った。試験には、内輪内径８５ｍｍ、外輪外径１３０ｍｍ、組立幅２９ｍｍの単列円すいころ軸受（ＮＳＫ製、呼び番号ＨＲ３２０１７ＸＪ）について、従来の構成を有するもの（従来の円すいころ軸受）と、本実施形態の構成を有するもの（本実施形態に係る円すいころ軸受）とを使用した。従来の円すいころ軸受および本実施形態の円すいころ軸受１に、３００ｋｇｆのラジアル荷重および９００ｋｇｆのアキシャル荷重を負荷し、潤滑油（ＶＧ６８）による強制潤滑下で、内輪回転で運転した。運転速度は３０００ｍｉｎ−１とした。そして、所定時間経過後の外輪の温度を軸受温度として計測した。
図８は当該試験の結果を示すグラフであり、実線が本実施形態に係る円すいころ軸受、破線が従来の円すいころ軸受の結果を示す。図８から明らかなように、従来の円すいころ軸受の軸受温度が８２．５℃であるのに対し、本実施形態に係る円すいころ軸受の軸受温度は７１．６℃である。このように、本実施形態の円すいころ軸受によれば、従来の円すいころ軸受と比較して軸受温度を８〜１２℃低下させることができ、転がり摩擦抵抗が低減できることがわかる。
尚、本発明は、上記した各実施形態に限定されるものではなく、適宜変更、改良等が可能である。
本発明は、一般的な産業機械や自動車に使用される円すいころ軸受として好適に利用可能である。
１ 円すいころ軸受
１０ 内輪
２０ 保持器
２２ 大径側円環部
２３ 小径側円環部
２４ 柱部
２５ 湾曲部
２６ 径方向端面
３０ 円すいころ

Claims (3)

  1. 外周面に円すい状の内輪軌道面が形成され、小径側に小つばを有する内輪と、
    内周面に円すい状の外輪軌道面が形成された外輪と、
    前記内輪軌道面と前記外輪軌道面との間に転動自在に周方向に複数配置された円すいころと、
    軸方向に並んで配置された大径側円環部および小径側円環部と、前記大径側円環部および前記小径側円環部を軸方向に連結して周方向に略等間隔に設けられる複数の柱部と、の間に形成される複数のポケットにより前記円すいころを保持する保持器と、を備える円すいころ軸受であって、
    前記保持器の前記大径側円環部の断面係数に対する前記小径側円環部の断面係数の比の値が０．５以上１．５以下である円すいころ軸受。
  2. 前記保持器の前記小径側円環部が、前記柱部から離れる方向に径方向内側へ湾曲して延びる湾曲部を有し、
    前記湾曲部の径方向終端部が、前記円すいころの中心軸よりも径方向外側に位置する請求項１に記載の円すいころ軸受。
  3. 前記円すいころの転動面の算術平均粗さＲａが０．０５μｍ以下である請求項１または２に記載の円すいころ軸受。
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