JP2016089905A

JP2016089905A - スラスト軸受

Info

Publication number: JP2016089905A
Application number: JP2014223218A
Authority: JP
Inventors: 賢蜂須賀; Ken Hachisuga
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2014-10-31
Filing date: 2014-10-31
Publication date: 2016-05-23

Abstract

【課題】軽荷重時には回転トルクを小さくすることができ、重荷重時には許容負荷容量を大きくして、軸受寿命を延ばすことができるスラスト軸受を提供する。【解決手段】スラスト軸受１０は、一対の軌道面５１，６１間で、複数のころ３０の外径側と内径側に配設された円輪状の摺動部材４０をさらに備え、スラスト荷重が所定値以下（軽荷重）のときは、摺動部材４０の軸方向幅Ｗは、一対の軌道面５１，６１間の間隔Ｓより小さく、スラスト荷重が所定値を超えた（重荷重）ときは、摺動部材４０は、一対の軌道面５１，６１と摺接する。【選択図】図１

Description

本発明は、スラスト軸受に関し、より詳細には、軽荷重から重荷重まで対応可能なスラスト軸受に関する。

従来、転がり軸受と滑り軸受とを共に有する軸受としては、一対の円環部及び該一対の円環部間を繋ぐ柱部で複数のポケットを形成する保持器と、ポケットに保持された複数のころと、複数のころが転接する軌道面を有する内外輪と、を有するころ軸受を備え、該ころ軸受の保持器の円環部を内外輪に滑り接触させることで、該保持器を滑り軸受として機能するようにしたものが開示されている（例えば、特許文献１参照。）。

特開２００８−１５７２６８号公報

特許文献１に開示されているころ軸受は、保持器の円環部と内外輪とで滑り軸受を構成し、軸荷重の一部を保持器に負担させることで、ころと内外輪との接触面圧を低減させて、転動疲労に対する軸受寿命の延長を図っている。しかし、ころ軸受に作用する荷重の大きさに係わらず、常に保持器の円環部が内外輪と接触して滑り軸受として作用するため、常時摺動抵抗が発生する。特に、ころ軸受が、軽荷重で使用される場合にも、滑り軸受による摺動抵抗が発生し、回転トルクが大きくなる問題があり、改善の余地があった。また、特許文献１は、ラジアル軸受において、転がり軸受と滑り軸受とを併設したものであり、スラスト軸受については、言及されていない。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、軽荷重時には回転トルクを小さくすることができ、重荷重時には許容負荷容量を大きくして、軸受寿命を延ばすことができるスラスト軸受を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）対向する一対の軌道面の間に転動可能に配設された複数のころと、前記複数のころを保持する保持器と、を備えるスラスト軸受であって、
前記一対の軌道面間で、前記複数のころの外径側と内径側の少なくとも一方に配設された円輪状の摺動部材をさらに備え、
スラスト荷重が所定値以下のときは、前記摺動部材の軸方向幅は、前記一対の軌道面間の間隔より小さく、
前記スラスト荷重が前記所定値を超えたときは、前記摺動部材は、前記一対の軌道面と摺接することを特徴とするスラスト軸受。
（２）前記摺動部材の軸方向幅は、前記スラスト軸受に前記所定値のスラスト荷重を負荷した際の前記複数のころのスラスト変形量と同じ寸法だけ、前記一対の軌道面間の間隔よりも小さいことを特徴とする（１）に記載のスラスト軸受。
（３）前記複数のころと前記摺動部材の軌道面を形成する軸方向側面を有すると共に、径方向両側に外径側円筒部及び内径側円筒部をそれぞれ有するレース部材をさらに備え、前記外径側円筒部及び内径側円筒部に設けられた係止部によって、前記複数のころと前記摺動部材とが不分離とされる（１）または（２）に記載のスラスト軸受。

本発明のスラスト軸受によれば、一対の軌道面間で、複数のころの外径側と内径側の少なくとも一方に配設された円輪状の摺動部材をさらに備え、スラスト荷重が所定値以下のときは、摺動部材の軸方向幅は、一対の軌道面間の間隔より小さく、スラスト荷重が所定値を超えたときは、摺動部材は、一対の軌道面と摺接する。このため、スラスト軸受に所定値以下のスラスト荷重（軽荷重）が作用するときには、複数のころがスラスト荷重を支承し、スラスト軸受に所定値を超えたスラスト荷重（重荷重）が作用するときには、複数のころと摺動部材の両方でスラスト荷重を支承する。これにより、軽荷重時には回転トルクを小さくすることができ、重荷重時には許容負荷容量を大きくして、軸受寿命を延ばすことができる。

本発明の第１実施形態に係るスラスト軸受の断面図である。（ａ）は、軽荷重作用時における図１の要部拡大断面図、（ｂ）は、重荷重作用時における図１の要部拡大断面図である。第１実施形態の変形例に係るスラスト軸受の断面図である。本発明の第２実施形態に係るスラスト軸受の断面図である。第２実施形態の変形例に係るスラスト軸受の断面図である。本発明の第３実施形態に係るスラスト軸受の断面図である。本発明の第４実施形態に係るスラスト軸受の断面図である。第４実施形態の変形例のスラスト軸受の断面図である。

以下、本発明の各実施形態に係るスラスト軸受について、図面に基づいて詳細に説明する。

（第１実施形態）
まず、図１を参照して、本発明の第１実施形態に係るスラスト軸受について説明する。図１は本発明に係る第１実施形態のスラスト軸受であるケージ・アンド・ローラー形スラスト軸受（以下、「Ｃ＆Ｒ形スラスト軸受」と言う）の断面図である。

Ｃ＆Ｒ形スラスト軸受１０は、保持器２０と、複数のころ３０と、保持器２０の外径側に配置される円輪状の摺動部材４０と、を備える。Ｃ＆Ｒ形スラスト軸受１０は、複数のころ３０の軸方向両側に、ケーシングなどの一方のレース部材５０と、回転部材などの他方のレース部材６０とが配設されており、Ｃ＆Ｒ形スラスト軸受１０にはスラスト荷重が作用する。

保持器２０は、金属板を曲げ形成する事により、断面クランク形で全体を円輪状としている。保持器２０は、互いに同心に配置された、それぞれが円筒状である内径側、外径側両リム部２４、２５と、これら両リム部２４、２５同士の間に放射状に配置された状態で両リム部２４、２５同士を結合する、複数の柱部２６とを備える。そして、両リム部２４、２５の周面と周方向に隣り合う柱部２６の周方向端縁とにより四周を囲まれた部分に、それぞれが径方向に長い矩形である、複数のポケット２１が設けられている。これら各ポケット２１は、複数のころ３０を回動自在に保持する。

各柱部２６を周方向から見た形状はクランク形であり、これら各柱部２６の径方向中央部と両端部とを、保持器２０の軸方向に関して、両側に振り分けて配置している。各ポケット２１の周方向幅、即ち、周方向に隣り合う各柱部２６の周方向端縁同士の間隔は、径方向中央部と両端部とで、各ころ３０の外径寸法よりも僅かに小さくなっている。これにより、各ころ３０が各ポケット２１から脱落するのを防止している。

複数のころ３０は、保持器２０の各ポケット２１内に回動自在に保持されて、両レース部材５０、６０の一対の軌道面５１，６１上を転動する。

摺動部材４０は、保持器２０の外径側で、両レース部材５０、６０間に配置されて、両レース部材５０、６０の軌道面５１，６１と摺接可能である。図２にも示すように、摺動部材４０は、スラスト荷重が所定値以下のときは、その軸方向幅Ｗは、一対の軌道面５１，６１間の間隔Ｓより小さく、スラスト荷重が所定値を超えたときは、摺動部材４０が、一対の軌道面５１，６１と摺接するように構成されている。

このため、Ｃ＆Ｒ形スラスト軸受１０が両レース部材５０、６０間に組み付けられた状態では、摺動部材４０の軸方向幅Ｗは、ころ３０の外径ｄより小さく設定されている（Ｗ＜ｄ）。また、摺動部材４０は、レース部材５０の軌道面５１及びレース部材６０の軌道面６１の少なくとも一方と接触していない。

次に、本実施形態の作用について、図２を参照して説明する。
Ｃ＆Ｒ形スラスト軸受１０に作用する荷重が所定値以下の軽荷重の場合（通常時）には、図２（ａ）に示すように、ころ３０は、両レース部材５０、６０の軌道面５１，６１に同時に接触しながら転動する。一方、摺動部材４０は、摺動部材４０の軸方向幅Ｗが、一対の軌道面５１，６１間の間隔Ｓより小さいので、摺動部材４０と軌道面５１，６１との間にすきまが形成された状態となっている。即ち、Ｃ＆Ｒ形スラスト軸受１０は、動力損失が少ない、転がり抵抗が作用する転がり軸受として機能し、回転トルクを小さくすることができる。そして、転動する複数のころ３０には、Ｃ＆Ｒ形スラスト軸受１０に作用する荷重に基づく面圧が発生する。

過大荷重や衝撃荷重など、Ｃ＆Ｒ形スラスト軸受１０に作用する荷重が所定値を超えた重荷重の場合には、図２（ｂ）に示すように、Ｃ＆Ｒ形スラスト軸受１０がスラスト方向に弾性変形することで摺動部材４０が両レース部材５０、６０の軌道面５１，６１に接触する。これにより、Ｃ＆Ｒ形スラスト軸受１０は、摺動部材４０と軌道面５１,６１とが摺接し、Ｃ＆Ｒ形スラスト軸受１０に作用する荷重の一部を摺動部材４０が負担する。

即ち、Ｃ＆Ｒ形スラスト軸受１０は、複数のころ３０と摺動部材４０とによって、Ｃ＆Ｒ形スラスト軸受１０に作用する荷重を分担して負担する。これにより、Ｃ＆Ｒ形スラスト軸受１０の許容負荷容量が大きくなると共に、ころ３０にかかる負担が軽減されてころ３０の面圧が抑制され、寿命低下を防止することができる。

なお、摺動部材４０の軸方向幅Ｗを、Ｃ＆Ｒ形スラスト軸受１０に所定の大きさの荷重が作用したときのスラスト変形量ｔと同じ寸法だけ、一対の軌道面５１，６１間の間隔Ｓより小さく設定しておけば（Ｗ＝Ｓ−ｔ）、Ｃ＆Ｒ形スラスト軸受１０に所定値以上のスラスト荷重荷重が作用したときに摺動部材４０が有効となって荷重の一部を負担することができる。これにより、ころ３０には、設定された許容最大面圧以上の面圧は発生せず、寿命低下を防止することができる。

ここで、Ｃ＆Ｒ形スラスト軸受１０に作用させる所定値のスラスト荷重とは、Ｃ＆Ｒ形スラスト軸受１０の荷重を、複数のころ３０による負荷負担から、複数のころ３０と摺動部材４０による負荷負担へ切換える、所望の大きさの荷重であり、ころ３０に許容最大面圧が作用するときの荷重である。許容最大面圧は、スラスト変形量ｔが生じる荷重の大きさを任意に設定することで、任意に決定することができる。

なお、本実施形態のＣ＆Ｒ形スラスト軸受１０によれば、複数のころ３０と摺動部材４０の相手側となる両レース部材５０、６０の軌道面５１，６１は、段差などの特別な加工などは不要であり、通常軸受の相手部材と同様に加工されればよい。

以上説明したように、本実施形態のスラスト軸受１０によれば、一対の軌道面５１，６１間で、複数のころ３０の外径側に配設された円輪状の摺動部材４０をさらに備え、スラスト荷重が所定値以下（軽荷重）のときは、摺動部材４０の軸方向幅Ｗは、一対の軌道面５１，６１間の間隔Ｓより小さく、スラスト荷重が所定値を超えた（重荷重）ときは、摺動部材４０は、一対の軌道面５１，６１と摺接する。このため、スラスト軸受１０に軽荷重が作用するときには、複数のころ３０がスラスト荷重を支承し、スラスト軸受１０に重荷重が作用するときには、複数のころ３０と摺動部材４０の両方でスラスト荷重を支承する。これにより、軽荷重時には回転トルクを小さくすることができ、重荷重時には許容負荷容量を大きくして、軸受寿命を延ばすことができる。

また、摺動部材４０の軸方向幅Ｗは、スラスト軸受１０に所定値のスラスト荷重を負荷した際の複数のころ３０のスラスト変形量ｔと同じ寸法だけ、一対の軌道面５１，６１間の間隔Ｓよりも小さいので、設定された所定値を超えた負荷が作用したときに摺動部材４０が有効となり、複巣のころ３０の許容負荷容量を任意に設定することができる。

なお、第１実施形態の変形例として、図３に示すように、摺動部材４０は、複数のころ３０の内径側で、両レース部材５０、６０の軌道面５１，６１間に配置されてもよい。
その他の構成及び機能は、第１実施形態のスラスト軸受１０と同様である。

（第２実施形態）
次に、図４を参照して、本発明の第２実施形態に係るスラスト軸受について説明する。本実施形態のＣ＆Ｒ形スラスト軸受１０は、保持器の形態が第１実施形態のスラスト軸受１０と異なり、それ以外は、第１実施形態と同様であるので、第１実施形態と同一又は同等部分については、図面に同一符号を付してその説明を省略或いは簡略化する。

本実施形態の保持器２０Ａは、それぞれが断面略コ字形の円輪状に形成された第１，第２保持器素子７２，８２が最中状に組み合わされて、ころ３０と同数のポケット２１が、放射状に配列された組合せ型の保持器である。

第１保持器素子７２は、鋼板等の金属板にプレス加工等の塑性加工を施すことにより形成され、放射方向に長い矩形のポケット孔７４が円周方向の複数個所に設けられ環状部７５と、環状部７５の内外周縁に互いに同心に形成された内径側フランジ部７６及び外径側フランジ部７７とを、有する。

第２保持器素子８２は、第１保持器素子７２と同様に、鋼板等の金属板にプレス加工等の塑性加工を施すことにより形成され、放射方向に長い矩形のポケット孔８４が円周方向の複数個所に設けられ環状部８５と、環状部８５の内外周縁に互いに同心に形成された内径側フランジ部８６及び外径側フランジ部８７とを、有する。

第１及び第２保持器素子７２，８２は、複数のポケット孔７４，８４を軸方向に関して互いに整合させた状態で、第２保持器素子８２の内外径側フランジ部８６，８７を、第１保持器素子７２の内外径側フランジ部７６，７７で包み込むように圧入嵌合して、互いに不分離に組み付けられる。これにより、ポケット孔７４，８４は、それぞれポケット２１を構成する。

本実施形態においても、摺動部材４０の軸方向幅Ｗは、一対の軌道面５１，６１間の間隔Ｓより小さく設定されている。従って、スラスト軸受１０に軽荷重が作用するときには、複数のころ３０がスラスト荷重を支承し、スラスト軸受１０に重荷重が作用するときには、複数のころ３０のスラスト変形により、複数のころ３０と摺動部材４０の両方でスラスト荷重を支承する。
その他の構成及び機能は、第１実施形態のスラスト軸受１０と同様である。

なお、第２実施形態の変形例として、図５に示すように、摺動部材４０は、複数のころ３０の内径側において両レース部材５０、６０の軌道面５１，６１間に配置されてもよい。
その他の構成及び機能は、第２実施形態のスラスト軸受１０と同様である。

（第３実施形態）
次に、図６を参照して、本発明の第３実施形態に係るスラスト軸受について説明する。図６は、本発明に係る第３実施形態のスラスト軸受であるレース一体型スラスト軸受の断面図である。

本実施形態のレース一体型スラスト軸受１０は、一方のレース部材として、断面略コの字形の円輪状に形成されたレース部材５５を備える。レース部材５５は、組合せ型の保持器２０Ａと、保持器２０Ａのポケット２１内に転動自在に保持された複数のころ３０と、ころ３０の内径側に配設された摺動部材４０とを、不分離に組み付けている。

レース部材５５は、鋼板等の金属板にプレス加工等の塑性加工を施すことにより断面略コの字形に形成され、内側面にころ３０及び摺動部材４０の軌道面５６が設けられた環状部５７と、環状部５７の外周縁から軸方向に形成された外径側円筒部５８と、環状部５７の内周縁から軸方向に形成された内径側円筒部５９とを有する。

外径側円筒部５８の端縁に設けられた係止部５８ａは、第１保持器素子７２の外径側フランジ部７７の外周側を覆うように径方向内方に折り曲げられて、保持器２０Ａに係合する。また、内径側円筒部５９の端縁に設けられた係止部５９ａは、径方向外方に折り曲げられて、摺動部材４０の内周縁角部に形成された面取り部４１に係合する。これにより、レース部材５５は、複数のころ３０と摺動部材４０を不分離に組み付ける。内径側円筒部５９（係止部５９ａを含む）の高さは、ころ３０の外径ｄより短く設計されている。

そして、外径側円筒部５８の係止部５８ａの径方向内側に位置する他方のレース部材６０は、その内周縁６２がレース部材５５の内径側円筒部５９よりも内径側まで延びている。しかし、内径側円筒部５９の係止部５９ａは、ころ３０の外径ｄよりも短いので、他方のレース部材６０が内径側円筒部５９と干渉することはない。

本実施形態のレース一体型スラスト軸受１０においても、摺動部材４０の軸方向幅Ｗは、一対の軌道面５６，６１間の間隔Ｓより小さく設定されている。従って、上記実施形態と同様、スラスト軸受１０に軽荷重が作用するときには、複数のころ３０がスラスト荷重を支承し、スラスト軸受１０に重荷重が作用するときには、複数のころ３０のスラスト変形により、複数のころ３０と摺動部材４０の両方でスラスト荷重を支承する。

以上説明したように、本実施形態のレース一体型スラスト軸受１０によれば、複数のころ３０及び摺動部材４０の軌道面５６を形成する軸方向側面を有すると共に、径方向両側に外径側円筒部５８及び内径側円筒部５９をそれぞれ有するレース部材５５は、外径側円筒部５８及び内径側円筒部５９に設けられた係止部５８ａ，５９ａによって、複数のころ３０と摺動部材４０とを不分離とするので、スラスト軸受１０をコンパクトに形成することができる。
その他の構成及び機能は、第１実施形態のスラスト軸受１０と同様である。

（第４実施形態）
次に、図７を参照して、本発明の第４実施形態に係るスラスト軸受について説明する。図７は、第４実施形態のスラスト軸受であるレース一体型スラスト軸受の断面図である。

本実施形態のレース一体型スラスト軸受１０も、一方のレース部材として、第３実施形態と同様に、断面略コの字形の円輪状に形成されたレース部材５５を備える。レース部材５５は、第１実施形態（図１参照）で説明した保持器２０と、保持器２０のポケット２１内に転動自在に保持された複数のころ３０と、ころ３０の内径側に配設された摺動部材４０とを、不分離に組み付けている。

本実施形態のレース部材５５では、内径側円筒部５９の係止部５９ａは、径方向外方に折り曲げられて、摺動部材４０と係合する。また、外径側円筒部５８の係止部５８ａは、第１保持器素子７２の外径側フランジ部７７の外周側を覆うように径方向内方に折り曲げられて、保持器２０Ａに係合する。外径側円筒部５８（係止部５８ａを含む）の高さは、ころ３０の外径ｄより短く設計されている。

また、他方のレース部材６０は、その内周縁６２が内径側円筒部５９の係止部５９ａの径方向外側に位置し、その外周縁６３がレース部材５５の外径側円筒部５８よりも外径側まで延びている。ここでは、レース部材６０と外径側円筒部５８の係止部５８ａとの干渉を防止するため、係止部５８ａの高さを低く形成し易い、断面クランク形の保持器２０が採用されている。また、レース部材５５の内径側円筒部５９の係止部５９ａには、特に高さ制限はなく、従って、摺動部材４０の面取り部４１（図６参照）も不要となる。

本実施形態のスラスト軸受１０においても、第３実施形態のスラスト軸受１０と同様に、スラスト軸受１０に軽荷重が作用するときには、複数のころ３０がスラスト荷重を支承し、スラスト軸受１０に重荷重が作用するときには、複数のころ３０のスラスト変形により、複数のころ３０と摺動部材４０の両方でスラスト荷重を支承する。
その他の構成及び機能は、第３実施形態のスラスト軸受１０と同様である。

なお、第４実施形態の変形例として、図８に示すように、保持器２０が第４実施形態と同様に、断面クランク形の保持器によって構成され、摺動部材４０の内周縁角部には、面取り部４１が施されてもよい。これにより、保持器２０と係合する外径側円筒部５８の係止部５８ａ、及び摺動部材４０の面取り部４１と係合する内径側円筒部５９の係止部５９ａの高さを、ころ３の外径ｄ以下に低くしている。従って、本変形例のレース一体型スラスト軸受１０では、外径側円筒部５８の係止部５８ａ及び内径側円筒部５９の係止部５９ａと他方のレース部材６０とが干渉することを防止することができる。
その他の構成及び機能は、第４実施形態のスラスト軸受１０と同様である。

尚、本発明は、前述した各実施形態及び各変形例に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
例えば、図６〜図８に示す上記したレース一体型スラスト軸受１０では、摺動部材４０が複数のころ３０の内径側に配置されたものとして説明したが、摺動部材４０は、複数のころ３０の外径側に配置することもできる。

１０Ｃ＆Ｒ形スラスト軸受、レース一体型スラスト軸受、（スラスト軸受）
２０，２０Ａ保持器
２１ポケット
３０ころ
４０摺動部材
５５レース部材
５６軌道面
５８外径側円筒部
５９内径側円筒部
５８ａ，５９ａ係止部
ｄころの直径
Ｓ間隔
Ｗ軸方向幅

Claims

対向する一対の軌道面の間に転動可能に配設された複数のころと、前記複数のころを保持する保持器と、を備えるスラスト軸受であって、
前記一対の軌道面間で、前記複数のころの外径側と内径側の少なくとも一方に配設された円輪状の摺動部材をさらに備え、
スラスト荷重が所定値以下のときは、前記摺動部材の軸方向幅は、前記一対の軌道面間の間隔より小さく、
前記スラスト荷重が前記所定値を超えたときは、前記摺動部材は、前記一対の軌道面と摺接する
ことを特徴とするスラスト軸受。
前記摺動部材の軸方向幅は、前記スラスト軸受に前記所定値のスラスト荷重を負荷した際の前記複数のころのスラスト変形量と同じ寸法だけ、前記一対の軌道面間の間隔よりも小さいことを特徴とする請求項１に記載のスラスト軸受。
前記複数のころと前記摺動部材の軌道面を形成する軸方向側面を有すると共に、径方向両側に外径側円筒部及び内径側円筒部をそれぞれ有するレース部材をさらに備え、前記外径側円筒部及び内径側円筒部に設けられた係止部によって、前記複数のころと前記摺動部材とが不分離とされる請求項１または２に記載のスラスト軸受。