JP2016161037A - 自動調心ころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】自動調心ころ軸受の外輪の内径が保持器の外径よりも小さい場合でも、外輪や保持器を周方向に分割することなく、高温での使用性に優れた保持器を採用する。
【解決手段】外輪２は、保持器５の外径よりも小径な内径部６を有する。保持器５は、鉄系材料製のかご形のプレス保持器とする。保持器５の柱１３は、ポケット１２に収められた凸面ころ４の落下を止める落ち止め部１７を有する。保持器５の両リング１０，１１の外径は、保持器５の外径及び外輪２の内径部６よりも小径にする。両リング１０，１１及び柱１３間に外径差を設けることにより、外輪２に対して垂直な姿勢のリング１０と内径部６を半周側でのみ接触させた状態から保持器５の外径を球面軌道１の内方に収めるまで保持器５を転がせるようにする。
【選択図】図１

Description

この発明は、自動調心ころ軸受に関する。

標準的な自動調心ころ軸受は、球面軌道を有する外輪と、二つの単列軌道を有する複列内輪と、球面軌道及び単列軌道間に介在する凸面ころと、凸面ころを収めるポケットが形成された保持器とを備えている。その自動調心ころ軸受において許容調心角を０．５度よりも大きくする手段として、日本工業規格（ＪＩＳ）で規定されている標準寸法に対して幅広な外輪を採用することがある。外輪の内径は、球面軌道の縁に内接する円径に相当する。このため、標準寸法に対して幅広な外輪を採用すると、その外輪の内径は、標準的な値よりも小さくなり、保持器の外径の方が大きくなる場合がある。

この場合、鋼等の金属製の保持器は可変形性に乏しく、外輪及び保持器の中心軸が直交する態勢で保持器の外径を球面軌道の内方へ収めることはできない。それ故、外輪や保持器を周方向に分割して球面軌道の内方に組み込むことが行われている（特許文献１）。また、一体の樹脂保持器を採用し、樹脂保持器を変形させて球面軌道の内方へ配置することも一般的である。

特開２００９−１８０３０７号公報

しかしながら、外輪や保持器を周方向に分割した構造にする場合、製造コストがかかる問題がある。また、樹脂保持器を採用する場合、高温で使用できない問題がある。

そこで、この発明が解決しようとする課題は、自動調心ころ軸受の外輪の内径が保持器の外径よりも小さい場合でも、外輪や保持器を周方向に分割することなく、高温での使用性に優れた保持器を採用することにある。

上記の課題を達成するため、この発明は、球面軌道を有する外輪と、複数の凸面ころと、これら凸面ころの周方向間隔を保つ保持器とを備える自動調心ころ軸受において、前記外輪が、周方向全周に亘って前記保持器の外径よりも小径な内径部を有する一体の環状部品からなり、前記保持器が、周方向全周に亘るリングと、このリングと共にポケットを形成する各柱とを有する一体の金属製部品からなり、前記保持器の外径が、前記柱によって規定され、前記リングの外径が、前記保持器の外径及び前記外輪の内径部よりも小径に定められており、前記外輪に対して垂直な姿勢の前記保持器の前記リングと当該外輪の前記内径部を半周側でのみ接触させた状態から当該保持器の外径を前記球面軌道の内方に収めるまで当該保持器を転がせるように前記リング及び前記柱間に外径差が設けられている構成を採用した。

上記構成によれば、外輪及び保持器は、それぞれ周方向に分割構造でなく、周方向全周に亘る一体の部品からなり、分割製造のものよりも製造コストの点で有利である。その外輪の内径部は、保持器の外径よりも小径であり、０．５°以上の許容調心角に設定することが可能になる。金属製の保持器は、樹脂保持器よりも高温での使用性に優れる。
外輪に対して垂直な姿勢の保持器のリングと外輪の内径部を半周側のみで接触させた場合、保持器及び外輪の中心軸同士が直交する場合に比して、その接触箇所と反対側では保持器及び外輪の内径部間の距離が拡がり、その分、保持器をより球面軌道の内方へ入り込ませることが可能となる。リングの外径を小径にすると、その距離を大きくすることができる。このことを利用し、保持器の外径を球面軌道の内方に収めるまで保持器を転がせるようにリング及び柱間に外径差を設けておけば、外輪や保持器を分割構造にすることが不要となる。

例えば、前記保持器が、前記外輪の幅の中央側に配置される第１の前記リングと、前記外輪の幅の端側に配置される第２の前記リングとを有するかご形のプレス保持器になっているとよい。
このようにすると、落ち止め部を配する柱の中程で保持器の外径を規定すると共に、柱に傾斜を与えて両リング及び柱間に所要の外径差を設けることができる。

また、前記保持器の前記柱が、前記ポケットに収められた前記凸面ころの落下を止める落ち止め部を有しているとよい。
自動調心ころ軸受の組立てに際しては、内輪及び保持器の外径を球面軌道の内方に収めた状態で各ポケットに凸面ころを入れた後、内輪及び保持器を外輪と同心な姿勢にする返し工程が行われる。このため、ポケットに収められた凸面ころの落下を保持器で防ぐことが求められる。そのための落ち止め部を柱に配置すると、リングに落ち止め部を作るためのリング径確保が不要となる。

より好ましくは、前記柱が、前記落ち止め部よりも前記第１のリング寄りの位置で前記凸面ころを周方向に受ける第１の突出部と、前記落ち止め部よりも前記第２のリング寄りの位置で前記凸面ころを周方向に受ける第２の突出部とを有するとよい。
このようにすると、両突出部によって凸面ころの両端側で柱との間の周方向すきまを適切に設定し、凸面ころの動きを安定させることができる。

例えば、前記保持器が鉄系金属より形成されているとよい。鉄系金属製の保持器は、温度変化に強く、樹脂保持器よりも高温での使用性に優れる。

上述のように、この発明は、上記構成の採用により、自動調心ころ軸受の外輪の内径が保持器の外径よりも小さい場合でも、保持器を転がして保持器の外径を球面軌道の内方へ挿入可能なので、外輪や保持器を周方向に分割することなく、高温での使用性に優れた金属製の保持器を採用することができる。

この発明の実施形態に係る自動調心ころ軸受を示す断面図 図１に示す保持器のポケットを図３中のＡ方向から示す部分拡大平面図 図１に示す保持器の柱の周方向端面を示す部分拡大断面図 図１に示す保持器と外輪の干渉関係を示す断面図 図４の右側の保持器の柱付近の部分拡大図 図１に示す保持器を外輪の内方に挿入する工程の初期段階を示す図 図６から続く次段階を示す図 図７から続く次段階を示す図 図８の図中上側の内径部付近の拡大図

以下、この発明の一実施形態の自動調心ころ軸受を添付図面に基づいて説明する。この自動調心ころ軸受は、図１に示すように、球面軌道１を有する外輪２と、内輪３と、複数の凸面ころ４と、これら凸面ころ４の周方向間隔を保つ保持器５とを備える。ここで、「周方向」とは、特に言及しない限り、軸受中心軸周りの円周方向のことをいう。以下、軸受中心軸に沿った方向のことを単に「軸方向」といい、その中心軸に直角な方向のことを単に「径方向」という。また、「大径」、「小径」の概念は、その径方向での大小関係に関する。

外輪２は、一体の環状部品からなる。外輪２は、周方向全周に亘って保持器５の外径よりも小径な内径部６を有する。内径部６は、球面軌道１の縁になっており、外輪２の内径を規定する。外輪２の幅を規定する端７は、径方向に沿った平坦面になっている。内径部６と端７との間は、面取り部になっている。

内輪３は、二つの軌道８を有する複列軌道輪になっている。内輪３の幅を規定する端９と、これに近い軌道８との間の外周部分は、軌道８以下の外径になっており、つばをもたない。

この自動調心ころ軸受の許容調心角は、０．５°以上に設定されている。許容調心角は、外輪２の中心軸に対して内輪３の中心軸が成す角度であって、軸受運転中に許される限界の値として規定される。外輪２の幅は、ＪＩＳに規定された標準寸法のものよりも幅広になっている。内輪３は、標準寸法のものを例示しているので、外輪２よりも幅狭になっているが、外輪２に対して同幅又は幅広のものでもよい。

凸面ころ４は、凸面ころ４の中心軸を含む平面において球面軌道１と点接触する母線形状の転動面を有する。

保持器５は、周方向全周に亘る第１のリング１０及び第２のリング１１と、これらリング１０，１１と共にポケット１２を形成する各柱１３とを有する一体の金属製部品からなる。

第１のリング１０は、外輪２の幅の中央側に配置される。第１のリング１０は、軸方向に沿った円筒状になっている。一対の保持器５は、互いの第１のリング１０の端面同士で突き合い、凸面ころ４のスキューに抵抗する。

第２のリング１１は、外輪２の幅の端７側に配置される。第２のリング１１は、保持器５の内径を規定し、概ね軸方向に沿った内径面を有するフランジ状になっている。第２のリング１１の内径面と内輪３の外周との滑り接触によって、保持器５が径方向に案内される。

図２、図３に示すように、柱１３は、第１のリング１０及び第２のリング１１間で周方向に隣り合うポケット１２間を分離する。ポケット１２の内周は、凸面ころ４を囲むかご形になっている。

保持器５は、鉄系金属より形成されている。ここで、「鉄系金属」とは、鉄、及び鉄を主成分とした合金の双方のことをいう。第１のリング１０、第２のリング１１及び各柱１３は、鋼板に対するプレス加工によって形成されている。すなわち、保持器５は、かご形のプレス保持器になっている。

柱１３は、柱１３の長さ方向の中央部に形成された外径部１４と、外径部１４及び第１のリング１０間に形成された第１の繋ぎ部１５と、外径部１４及び第２のリング１１間に形成された第２の繋ぎ部１６とで構成されている。外径部１４は、柱１３の最も大径な部分を含み、概ね凸面ころ４の中心軸に沿ったテーパ状になっている。第１の繋ぎ部１５は、第１のリング１０の方に向かって次第に小径になる傾斜を与えたテーパ状になっている。第２の繋ぎ部１６は、第２のリング１１の方に向かって次第に小径になる傾斜を与えたテーパ状になっている。すなわち、保持器５の外径Ｄ１は、柱１３の外径部１４によって規定されている。第１のリング１０の外径Ｄ２は、保持器５の外径Ｄ１及び外輪２の内径部６よりも小径に定められている。第２のリング１１の外径Ｄ３は、保持器５の外径Ｄ１，第１のリング１０の外径Ｄ２及び外輪２の内径部６よりも小径に定められている。外径Ｄ２，Ｄ３は、凸面ころ４のピッチ円径よりも小径になっている。

一方、凸面ころ４のピッチ円径よりも大径な外径部１４の周方向両端面には、ポケット１２に収められた凸面ころ４の落下を止める落ち止め部１７が形成されている。ポケット１２を挟んで周方向に対向する一対の落ち止め部１７間の周方向間隔は、凸面ころ４のころ径よりも狭くなっている。このため、落ち止め部１７は、ポケット１２に収められた凸面ころ４のころ長さ方向の中央部（ころ径を規定する転動面部分）ないしその付近を受けて、ポケット１２からの凸面ころ４の脱落を防止することができる。

また、柱１３は、落ち止め部１７よりも第１のリング１０寄りの位置で凸面ころ４を周方向に受ける第１の突出部１８と、落ち止め部１７よりも第２のリング１１寄りの位置で凸面ころ４を周方向に受ける第２の突出部１９とを有する。第１の突出部１８は、第１の繋ぎ部１５の周方向両端面に形成されている。第２の突出部１９は、第２の繋ぎ部１６の周方向両端面に形成されている。第１の突出部１８は、第１の繋ぎ部１５及び凸面ころ４間の周方向すきまを規定する。第２の突出部１９は、第２の繋ぎ部１６及び凸面ころ４間の周方向すきまを規定する。これら両突出部１８，１９は、凸面ころ４の両端側と柱１３との間で周方向すきまの拡大を抑え、外径部１４及び凸面ころ４間の周方向すきまと同程度の周方向すきまを規定している。このため、軸受運転中、スキューする凸面ころ４の両端側が速やかに両突出部１８，１９によって周方向に受けられ、凸面ころ４の動きが安定する。

図４は、内輪３及び保持器５の中心軸が同軸かつ外輪２の中心軸と球面軌道１の幅中央を通る平面上で直交している態勢のときの当該平面による切断面を示す。図４の態勢においては、外輪２の外部に位置するポケット１２に対して凸面ころ４を収めることができる。この際、凸面ころ４を打って一対の落ち止め部１７間を強制的に通過させる。保持器５を回転させて外部に位置するポケット１２を順次に送り、全てのポケット１２に凸面ころ４を収めることができる。その後、保持器５及び内輪３を返して外輪２と同心にすることにより、図１に示す自動調心ころ軸受に組み立てられる。

図５は、図４の図中右側の保持器５の柱１３付近を拡大したものである。これら両図から明らかなように、保持器５の外径Ｄ１を規定する柱１３の外径部１４は、球面軌道１の縁になっている外輪２の内径部６よりも大径である。このため、外輪２の一側方で保持器５の中心軸が外輪２の中心軸に直交する配置とし、この態勢のまま保持器５を軸方向に移動させたとしても、外径部１４と内径部６の干渉により、保持器５の外径Ｄ１を球面軌道１の内方へ収めることはできない。その干渉量は、図４において保持器５を外輪２に向かって軸方向（外輪２の中心軸方向）に投影したとき、保持器５及び外輪２の重なる領域を保持器５の中心軸に直角な方向に測った線分の長さに相当し、一例として内径部６と外周縁１４ａ間（図中のＢ−Ｂ線上）の干渉量Δを図５中に示す。ここで、外輪２の内径部６と最も干渉する箇所は、外径部１４の第２のリング１１側の外周縁１４ａになる（図中のＢ−Ｂ線上となる）。外径部１４の第１のリング１０側の外周縁１４ｂは、外径Ｄ１を規定する箇所となるが、球面軌道１の曲率との関係から、最も干渉する部分になっていない。

そこで、外輪２に対して垂直な姿勢の保持器５の第１のリング１０と外輪２の内径部６を半周側でのみ接触させた状態から保持器５の外径Ｄ１を球面軌道１の内方に収めるまで保持器５を転がせるように、柱１３及び第１のリング１０間、並びに柱１３及び第２のリング１１間に外径差が設けられている。ここで、「外輪２に対して垂直な姿勢の保持器５」とは、保持器５の中心軸を含む平面と、外輪２の中心軸を含む平面とが直角になる姿勢のことをいう。

図４中の右側の保持器５を球面軌道１の内方に挿入する場合を例に説明すると、先ず、図６に示すように、保持器５を外輪２に対して垂直な姿勢とし、その第１のリング１０の図中下側一箇所（図中にａ点で示す）のみを外輪２に対して軸方向の一側方から外輪２の内径部６の図中下側に接触させる。この接触状態のとき、第１のリング１０の外径Ｄ２よりも小径な外径Ｄ３の第２のリング１１は、内径部６に接触していない。また、いずれの柱１３も球面軌道１と接触していない。この接触状態では、保持器５の中心軸が外輪２の中心軸に対して図中下側に位置しており、内径部６の図中上側及び保持器５間の距離は、前述の仮定の保持器移動態勢のときに比べて図中上下方向に拡がる。なお、図６では、保持器５に対して第１のリング１０側から保持器５を保持器５の中心軸Ｃａに沿った方向に視た外観で描いている。図６中に二点鎖線で描いた球面軌道１は、図５中のＢ−Ｂ線の切断面における球面軌道１の形状を示す。また、図６中に二点鎖線で描いた円Ｃは、図５中の各柱１３の外径部１４の外周縁１４ａに外接するピッチ円を示す。

図６の接触状態から保持器５の姿勢を維持したまま、ａ点を中心として保持器５を球面軌道１の方へ転がすと、ａ点に対して外輪２の幅の中央側に最も近い柱１３が、図７に示すように球面軌道１の一箇所（図中にｂ点で示す）と接触する。このとき、ｂ点では、球面軌道１の二点鎖線上と、柱１３の円Ｃ上の周方向端とが接触し、保持器５は、ａ点及びｂ点でのみ外輪２と接触している。

さらに、図７の接触状態から保持器５の姿勢を維持したまま、ｂ点を中心として保持器５を球面軌道１の内方へ転がす。このとき、ｂ点と対角に位置する柱１３の円Ｃ上の周方向端ｃ点は、図８、図９に示すように、ｂ点回りの円弧状の軌跡Ｌを描くことになる。その軌跡Ｌと内径部６との間に隙間ｇが生じるように、保持器５の外径Ｄ１、第１のリング１０の外径Ｄ２等の保持器寸法が設定され、柱１３及び第１のリング１０、柱１３及び第２のリング１１間に外径差が設けられている。このため、図８に示すように、保持器５の外径Ｄ１を球面軌道１の内方に収めるまで保持器５を転がすことが可能である。なお、図６〜図８では、内輪３の表示を省略した。内輪３を一体の環状部品にする場合、保持器５と共に球面軌道１の内方に収めることになる。

この自動調心ころ軸受は、上述のようなものであり、第１のリング１０，第２のリング１１の外径Ｄ２，Ｄ３を保持器５の外径Ｄ１（柱１３の外径）よりも小径にする外径差を設けたことにより、外輪２の内径が保持器５の外径Ｄ１よりも小さい場合でも、保持器５を転がして球面軌道１の内方へ挿入可能にしているので、外輪２や保持器５を周方向に分割することなく、高温での使用性に優れた鉄系金属製の保持器５を採用することができる。

また、この自動調心ころ軸受は、第１のリング１０及び第２のリング１１を有するかご形のプレス保持器（保持器５）を採用しているので、リングに落ち止め部を作るためのリング径確保が不要となり、落ち止め部１７を配する柱１３の中程で保持器５の外径Ｄ１を規定すると共に、柱１３に傾斜を与えて両リング１０，１１及び柱１３間に所要の外径差を設けることが容易である。

また、この自動調心ころ軸受は、柱１３の第１の突出部１８，第２の突出部１９によって凸面ころ４の両端側で柱１３との間の周方向すきまを適切に設定し、スキューする凸面ころ４を速やかに両突出部１８，１９で受けて凸面ころ４の動きを安定させることができる。なお、この発明の技術的範囲は、上述の実施形態に限定されず、特許請求の範囲の記載に基づく技術的思想の範囲内での全ての変更を含むものである。

１ 球面軌道
２ 外輪
３ 内輪
４ 凸面ころ
５ 保持器
６ 内径部
１０ 第１のリング
１１ 第２のリング
１２ ポケット
１３ 柱
１４ 外径部
１４ａ，１４ｂ 外周縁
１５ 第１の繋ぎ部
１６ 第２の繋ぎ部
１７ 落ち止め部
１８ 第１の突出部
１９ 第２の突出部

Claims (5)

1. 球面軌道を有する外輪と、複数の凸面ころと、これら凸面ころの周方向間隔を保つ保持器とを備える自動調心ころ軸受において、
   前記外輪が、周方向全周に亘って前記保持器の外径よりも小径な内径部を有する一体の環状部品からなり、
   前記保持器が、周方向全周に亘るリングと、このリングと共にポケットを形成する各柱とを有する一体の金属製部品からなり、
   前記保持器の外径が、前記柱によって規定され、前記リングの外径が、前記保持器の外径及び前記外輪の内径部よりも小径に定められており、
   前記外輪に対して垂直な姿勢の前記保持器の前記リングと当該外輪の前記内径部を半周側でのみ接触させた状態から当該保持器の外径を前記球面軌道の内方に収めるまで当該保持器を転がせるように前記リング及び前記柱間に外径差が設けられていることを特徴とする自動調心ころ軸受。
2. 前記保持器が、前記外輪の幅の中央側に配置される第１の前記リングと、前記外輪の幅の端側に配置される第２の前記リングとを有するかご形のプレス保持器になっている請求項１に記載の自動調心ころ軸受。
3. 前記保持器の前記柱が、前記ポケットに収められた前記凸面ころの落下を止める落ち止め部を有している請求項１又は２に記載の自動調心ころ軸受。
4. 前記柱が、前記落ち止め部よりも前記第１のリング寄りの位置で前記凸面ころを周方向に受ける第１の突出部と、前記落ち止め部よりも前記第２のリング寄りの位置で前記凸面ころを周方向に受ける第２の突出部とを有する請求項３に記載の自動調心ころ軸受。
5. 前記保持器が、鉄系金属より形成されている請求項１から４のいずれか１項に記載の自動調心ころ軸受。

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