JP2016191451A

JP2016191451A - 円すいころ軸受の組立方法

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Publication number: JP2016191451A
Application number: JP2015072786A
Authority: JP
Inventors: みちる廣▲瀬▼; Michiru Hirose
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2015-03-31
Filing date: 2015-03-31
Publication date: 2016-11-10

Abstract

【課題】この発明の目的は、樹脂保持器を使用して円すいころ軸受を組立てる工程で、内輪を組付けるときに保持器の変形や破損を防止することである。【解決手段】小径側に円すいころ１３の内接径よりも大径の小鍔部１６を備えた内輪１２を有する円すいころ軸受１０の組立方法であって、保持器は、合成樹脂製で、周方向に複数のポケット１５が形成されており、円すいころ１３を保持している。当該組立方法は、ポケット１５に円すいころ１３を組付けて保持器アッセンブリ４２を組立てる第１組立工程と、保持器アッセンブリ４２に内輪１２を組付けて内輪アッセンブリ４１を組立てる第２組立工程と、内輪アッセンブリ４１に外輪を組付ける第３組立工程と、を順に行い、第２組立工程で、内輪１２を同軸に回転させ、内輪１２に接する円すいころ１３をポケット１５内で回転させながら組付けている。【選択図】図３

Description

この発明は、樹脂製保持器を使用した円すいころ軸受の組立方法に関するものである。

円すいころ軸受１０は、図７に示すように、外輪１１と内輪１２との間に複数の円すいころ１３が組込まれている。近年では、軽量化のために、合成樹脂で製作された保持器１４が使用されるようになってきている。

円すいころ軸受１０を組立てるときには、内輪１２に円すいころ１３を組付けて内輪アッセンブリ４１を組立てた後、外輪１１と組み合わせている。内輪アッセンブリ４１を組立てるときには、保持器１４の各ポケット１５に円すいころ１３を装着した後、保持器１４の大径側（図７において右手側である）から内輪１２を組付けている。内輪１２には、円すいころが脱落するのを防止するため、小径側（図７において左手側である）に小鍔部１６が設けられている。このため、内輪１２を組付ける時には、円すいころ１３が一度小鍔部１６に乗り上げてから、内輪１２の軌道面に装着される。このため、小鍔部１６に乗り上げるときに円すいころ１３が径方向外方に変位したときに、保持器１４の柱部１７を内周側から外周側に向けて付勢するので、柱部１７が変形したり破損したりしないよう留意する必要がある（特許文献１）。

そこで、円すいころ１３の外方への変位量を最小にして柱部１７の変形量を抑制するため、内輪１２を組付けるときには、円すいころ１３の内接径を出来るだけ大きくする必要がある。そのため、保持器１４のポケット１５に装着された円すいころ１３は、その転動面２２が保持器１４の柱に沿うように組込まれている。

特開２００８−２５３５号公報

しかし、保持器１４に装着された円すいころ１３はポケット１５に載置されているに過ぎず、内輪１２を組付けるときには、ポケット１５に正しく収まっていない場合がある。例えば、円すいころ１３の小端側が内周側にずれている場合には、内接径が小さくなる。
この状態のままで内輪１２を組付けると、円すいころ１３の小端面１８と保持器１４との間の摩擦力が大きくなる等によって円すいころ１３が外方に動きにくくなるので、保持器１４が変形して破損するという問題がある。

この発明の目的は、樹脂保持器１４を使用して円すいころ軸受１０を組立てる工程で、内輪１２の小鍔部１６を乗り越えて円すいころ１３を組込むときに、円すいころ１３の姿勢に関わらず内輪１２を組付けることが出来て、保持器１４の変形や破損を防止することである。

本発明にかかる円すいころ軸受の組立方法の一実施形態は、外周に円すい形状の内側軌道面を有するとともに、小径側に小鍔部を備えた内輪と、内周に円すい形状の外側軌道面を有する外輪と、前記内側軌道面および前記外側軌道面を転動する複数の円すいころと、合成樹脂製で、軸方向に互いに離間して同軸に配置された小径の小径環状部及び大径の大径環状部が複数の柱部で略前記軸方向に連結されることによって周方向に複数のポケットが形成されており、前記ポケットに前記円すいころを回転可能に保持した保持器とからなる円すいころ軸受の組立方法であって、前記ポケットに前記円すいころを組付けて保持器アッセンブリを組立てる第１組立工程と、前記保持器アッセンブリに前記内輪を組付けて内輪アッセンブリを組立てる第２組立工程と、前記内輪アッセンブリに前記外輪を組付ける第３組立工程と、を順に行い、前記保持器アッセンブリの前記円すいころの内接径よりも前記小鍔部は大径であり、前記第２組立工程で、前記保持器に対して前記内輪を同軸に回転させ、前記内輪に接する前記円すいころを前記ポケット内で回転させながら組付けることを特徴としている。

本発明の円すいころ軸受の組立方法によれば、樹脂保持器を使用して円すいころ軸受を組立てる工程で、内輪の小鍔部を乗り越えて円すいころを組込むときに、円すいころの姿勢に関わらず内輪を組付けることが出来て、保持器の変形や破損を防止するという効果が得られる。

円すいころ軸受の径方向断面である。円すいころ軸受の組立て手順を説明する工程図である。図２（ａ）は、第１工程における保持器アッセンブリの組立手順を、図２（ｂ）は、第２工程における内輪アッセンブリの組立手順を、図２（ｃ）は、第３工程における外輪の組立手順を、図２（ｄ）は、完成品の円すいころ軸受を示している。第２工程において異常ころと小鍔部との接触状態を示す状態図である。異常ころと小鍔部との接触位置における径方向断面の模式図である。図３の要部拡大図である。内輪をさらに押し込んだときの図４と同様の模式図である。円すいころ軸受の軸方向断面図である。

図７は、本発明の一実施形態である組立方法を使用して組立てる円すいころ軸受１０の断面図である。円すいころ軸受１０は、外輪１１と内輪１２との間に、複数の円すいころ１３が配置された構造である。円すいころ１３は、内輪１２及び外輪１１と同軸に配置された保持器１４によって周方向に等しい間隔で保持されている。

外輪１１は、軸受鋼で製作されていて、その内周に軸方向に傾斜した外側軌道面１９が形成されている。

内輪１２は、軸受鋼で製作されていて、その外周に軸方向に傾斜した内側軌道面２０が形成されている。内側軌道面２０の小径側には、小鍔部１６が形成されており、大径側には、大鍔部２１が形成されている。小鍔部１６は、内側軌道面２０に組込んだ円すいころ１３が小径側に脱落するのを防ぐために設けられている。そのため、小鍔部１６の外径寸法は、内側軌道面２０の最小径より大径となっており、円すいころ１３の小端面１８が小鍔部１６と軸方向に当接するようになっている。小鍔部１６の外周面１６ａは、軸線と同軸の円筒面である。大鍔部２１は、円すいころ１３の大端面２３と接触して、円すいころ軸受１０が回転するときの円すいころ１３の位置を軸方向に案内している。

円すいころ１３は、略円すい台の形状で、軸受鋼を材料として冷間鍛造によって製作されている。外周面は、軸方向に傾斜したテーパ面で、外側軌道面１９及び内側軌道面２０と接触する転動面２２である。軸方向の小径側の端部に小端面１８が形成されていて、大径側の端部に大端面２３が形成されている。円すいころ１３は、全体に焼入れ硬化処理をした後、転動面２２と大端面２３とが研磨加工されており、小端面１８はなんら除去加工がされていない。円すいころ軸受１０には、小端面１８が内輪１２の小径側となる向きで組込まれている。

保持器１４は、ポリアミド樹脂などの合成樹脂材料を射出成型することによって製作されている。保持器１４は、直径寸法が互いに異なる二つの環状部を有している。小径の小径環状部２４と大径の大径環状部２５とが軸方向に互いに離間して同軸に配置され、周方向に均等に配置された複数の柱部１７によって略軸方向に連結されている。こうして、周方向に隣接する一対の柱部１７と小径環状部２４及び大径環状部２５とによって確定された空間をポケット１５という。ポケット１５は、周方向に所定の間隔で複数個所に形成されていて、各ポケット１５には円すいころ１３が一つずつ組込まれる。

図１は、円すいころ１３と保持器１４の柱部１７との位置関係を示す概念図であって、図７の円すいころ軸受１０をＸの位置における径方向断面で表している。柱部１７には、周方向の両側に、それぞれ円すいころ１３の転動面２２と向き合う案内面２６が形成されている。隣接する柱部１７で周方向に挟まれた空間はポケット１５である。案内面２６は、径方向外方に向かうにしたがってポケット１５の内方に傾斜していて、柱部１７の最外周側では、ポケット１５の周方向の内寸法が円すいころ１３の直径寸法より小さくなっている。柱部１７の周方向の断面は、外径側に向けて広がる扇形形状である。ポケット１５を挟んで周方向に対向する案内面２６のなす角度θを窓角という。

円すいころ軸受１０では、円すいころ１３の転動面２２と柱部１７の案内面２６との間にわずかなすきまδが形成されている。このすきまδを設けることによって、円すいころ軸受１０が回転するときには、円すいころ１３が、ポケット１５内で自在に回転することが出来る。
保持器１４は、柱部１７が円すいころ１３に案内されることによって、内輪１２及び外輪１１と同軸に公転することが出来る。円すいころ軸受１０の回転中に、保持器１４が内輪１２や外輪１１と接触するのを防止するために、すきまδの大きさは小さく設定されている。

次に、円すいころ軸受１０を組立てるときの手順を図によって説明する。円すいころ軸受１０の組立工程は、第１工程から第３工程までの３つの工程で構成されている。図２は、円すいころ軸受１０の組立て手順を説明する説明図である。

図２（ａ）は、第１工程における保持器アッセンブリ４２の組立手順を示している。第１工程では、小径環状部２４を鉛直方向下方に向けて保持器１４を水平に保持した状態で、径方向の内周側から各ポケット１５に円すいころ１３を装着している（図２（ａ）の左半分の図を参照）。各円すいころ１３は、自重により小端面１８が保持器１４の小径環状部２４と接触した状態でポケット１５に装着されており、大端側が径方向外方に倒れて、軸方向の全長にわたって転動面２２が柱部１７の案内面２６と接触している（図２（ａ）の右半分の図を参照）。柱部１７の最外周側ではポケット１５の周方向の内寸法が、円すいころ１３の直径寸法より小さいので、円すいころ１３がポケット１５を通り抜けて径方向外方に脱落することがない。

図２（ｂ）は、第２工程における内輪アッセンブリ４１の組立手順を示している。第２工程では、第１工程で組立てた保持器アッセンブリ４２の鉛直方向上方から、内輪１２が同軸に組付けられている。内輪１２は、小径側（すなわち小鍔部１６が形成されている側である）が保持器アッセンブリ４２に向かう向きで、先端にチャック２７を有する回転軸２８によって内周が保持されている。そして、回転軸２８をその軸線の周りに回転させながら、鉛直方向下方に移動させることによって、内輪１２が保持器アッセンブリ４２に組付けられている。
回転軸２８の回転速度は、１０ｍｉｎ^−１から１２０ｍｉｎ^−１程度が適当である。１０ｍｉｎ^−１より低速では、円すいころ１３の小端面１８と保持器１４の小径環状部２４とを滑らせる効果が発揮されにくく、１２０ｍｉｎ^−１より高速では、円すいころ１３の転動面２２と小鍔部１６との間で十分な滑り摩擦力を得ることが出来ないので、円すいころ１３を適正に回転させることが出来ないからである。

第１工程で組立てられた保持器アッセンブリ４２では、円すいころ１３は鉛直方向上方が径方向外向きに傾いており、円すいころ１３の内接径は、小端側で最も小さくなっている。内接径とは、円すいころ軸受１０の径方向断面において、各円すいころ１３の最も内周側にある点をつないだ仮想円の直径寸法をいう。
円すいころ１３の小端側の内接径Ｄ_１は小鍔部１６の外径寸法Ｄ_０より小さく、大端側の内接径Ｄ_２は外径寸法Ｄ_０より大きいので、第２工程で内輪１２を組付けるときには、小鍔部１６が円すいころ１３の転動面２２と接触する。この状態から更に内輪１２を円すいころ１３の小径側に移動させると、円すいころ１３の小径側が小鍔部１６に乗り上げて、径方向外方に移動する。円すいころ１３と保持器１４の案内面２６とのすきまδ（図１参照）が小さく設定されているので、径方向外方に押された円すいころ１３が保持器１４の柱部１７に押し付けられる。このため、保持器１４の柱部１７は径方向に撓んでいる。
内輪１２が円すいころ１３の小端面１８の側に向けて移動するにしたがって、円すいころ１３は小鍔部１６の外周面１６ａ上を滑りながら軸方向に移動し、小鍔部１６を通り過ぎた後は柱部１７の撓みが弾性的に復元するので、円すいころ１３が内側軌道面２０に組付けられる。

図２（ｃ）は、第３工程における外輪１１の組立手順を示している。第３工程では、第２工程で組立てられた内輪アッセンブリ４１に外輪１１を同軸に組み合わせて、円すいころ軸受１０の組立てが完了する。

こうして、径方向に対向する外側軌道面１９と内側軌道面２０との間に複数の円すいころ１３が周方向に等しい間隔で組込まれている。

以上、円すいころ軸受１０の基本的な組立手順を説明したが、円すいころ軸受１０を組立てるときの第２工程においては、保持器１４に装着された円すいころ１３はポケット１５に載置されているに過ぎないので、内輪１２を組付けるときには、ポケット１５に正しく収まっていない場合がある。例えば、円すいころ１３の小端側が内周側にずれている場合には、内接径が小さくなる。このような場合に、本実施形態の組立方法を使用することによって、柱部１７の破損を防止することが出来る。本実施形態の効果を図を用いて説明する。

図３は、円すいころ１３がポケット１５に正しく収まっていない場合に、第２工程で内輪１２を組付けるときの円すいころ１３と小鍔部１６との接触状態を示している。図３の左半分の図に示すように、保持器１４のポケット１５に挿入した円すいころ１３のうち一部の円すいころ１３が、小端面１８の側が径方向内方にわずかに位置ずれした状態で組込まれている。対比のために、正常に組付けられている円すいころ１３の組込位置を、破線で示している。ここで「正常に組付けられている」とは、円すいころ１３の転動面２２が軸方向の全長にわたって柱部１７の案内面２６と接触している状態をいう。
以下の説明では、組込位置がずれている円すいころ１３を「異常ころ」といい、「異常ころ」を有する状態のままで内輪１２を組付けるときの第２工程を「異常第２工程」という。また、すべての円すいころ１３が正常に組付けられている状態で内輪１２を組付けるときの第２工程を「正常第２工程」という。

図３から判るように、異常ころの小端側が径方向内方に位置するので、異常工程における小端側の内接径Ｄ_３は、正常工程の内接径Ｄ_１より小さい。したがって、内輪１２を組付けるときには、小鍔部１６の外周が円すいころ１３の転動面２２と接触する。この接触する点をＰとする。

図４は、異常ころと内輪１２の小鍔部１６とが接触したときの状態を説明するために、点Ｐの位置における径方向断面を模式的に表している。図４では、異常ころをＡとしている。
本実施形態では、内輪１２を時計回りの方向に回転しながら組付けている。円すいころ１３の転動面２２と小鍔部１６とが接触すると、その接触部の摩擦力によって転動面２２が周方向に付勢されて、円すいころ１３がポケット１５内で反時計回りに回転する。なお、この場合、小鍔部１６と円すいころ１３とが接触しても、後述するような円すいころ１３を小端側に付勢する力は作用しないので、円すいころ１３の小端面１８と保持器１４との間の摩擦力は小さく、円すいころ１３は容易に回転することが出来る。

図５は、図３において内輪１２と円すいころ１３とが接触する部分の要部拡大図である。内輪１２を組付けるときに、円すいころ１３に作用する力について説明する。
異常第２工程では、内輪１２を円すいころ１３の小径側に向けて挿入することによって、円すいころ１３の転動面２２が小鍔部１６に押されるので、点Ｐでは径方向外方に向かう力Ｆが作用している。このとき、内輪１２が、円すいころ１３の転動面２２と摺接しながら小端に向かって移動しているので、点Ｐでは、円すいころ１３の小端の側に向かう摩擦力が作用している。このため、力Ｆは、転動面２２に垂直な向き（図５に破線で示す直線ｍの向きである）に対して小端の側に傾いた方向に作用している。

Ｆ１は、保持器１４の軸線（以下「軸線ｎ」という）の方向に作用する力Ｆの分力である。この分力Ｆ１によって、円すいころ１３が保持器１４の小径円環部に押し付けられている。このため、円すいころ１３が小鍔部１６に押されて径方向に移動するときには、小端面１８と保持器１４との間に摩擦力Ｚが生じる。この摩擦力Ｚによって、保持器１４の小径環状部２４が径方向外方に付勢される。図５には、小径環状部２４に作用する摩擦力Ｚの径方向成分を白抜き矢印で示している。

本実施形態では、前述したように、円すいころ１３が回転しているので、小端面１８と保持器１４の小径環状部２４とが滑り接触をしている。このため、摩擦力Ｚの大きさは、小端面１８と保持器１４との動摩擦力Ｚ_ｄに相当する大きさである。一般的に、動摩擦係数は、静摩擦係数に比較して小さいので、摩擦力Ｚの大きさは小さい。このため、本実施形態の第２工程では、異常ころＡを径方向外方に容易に押し出すことが出来る。径方向に押し出された異常ころＡは、その外周が柱部１７の案内面２６に当接するまで移動する。

こうして、すべての円すいころ１３が径方向外方に移動して、保持器１４の柱部１７と当接することによって、円すいころ１３の内接径を最大にすることが出来るので、異常第２工程の内接径は、正常第２工程における内接径Ｄ_１と同等の大きさとなる。
この結果、異常第２工程における小鍔部１６の外径寸法と内接径との寸法差は、正常第２工程における寸法差と同じになるので、異常第２工程における保持器１４の変形量も、正常第２工程における変形量と同等になる。こうして、保持器１４の変形量を問題のないレベルに抑えることが出来て、保持器１４の変形や破損を防止することが出来る。

本実施形態の効果を理解するために、異常工程において、内輪１２を回転させることなく保持器アッセンブリ４２に組込む場合（以下「比較第２工程」という）について説明する。
比較第２工程では、円すいころ１３が回転しないので、小端面１８と保持器１４の小径環状部２４とが静止した状態で接触している。このため、図５に示した摩擦力Ｚの大きさは、小端面１８と保持器１４との静摩擦力Ｚ_Ｓに相当する大きさである。静摩擦力は、動摩擦力より大きく、摩擦面の状態によってその値は大きく変化する。このため、比較第２工程で円すいころ１３を径方向に押し出す時には、本実施形態における異常第２工程で押し出す場合に比較して、数倍の力を要する場合がある。

小径環状部２４を変形させるのに要する力の大きさより摩擦力Ｚ（静摩擦力Ｚ_Ｓに相当する大きさである）の方が大きいときには、小径環状部２４が円すいころ１３に引きずられて径方向に変形することになる。
特に、異常ころＡの場合には、正常に組付けられた円すいころ１３より内接径が小さいので、径方向に押し出されるときの変形量が大きくなる。このため、小径環状部２４が円すいころ１３に引きずられて大きく変形して、その変形量が樹脂材料の弾性限度を超えたときには、柱部１７や小径環状部２４に残留ひずみが残って、保持器１４が形状が変形したり、破損したりしてしまう。

比較第２工程では、異常ころＡが組込まれた位置とは周方向の反対側においても、柱部１７の変形が発生する。図６は、異常ころＡが矢印Ｑで示す位置に組込まれているときに、内輪１２を円すいころ１３の小径側に向けて図４に示した時よりさらに押し込んだと仮定したときの、円すいころ１３と小鍔部１６との位置関係を説明する模式図である。
異常ころＡの小端面１８と保持器１４との間でかみ込み等が生じて、異常ころＡが径方向に変位することができない場合には、小鍔部１６が異常ころＡと周方向の反対側（図中に白抜き矢印Ｙで示す方向である）に変位して、図６のクロスハッチングを付した部分で、円すいころ１３が外方に付勢される。このため、円すいころ１３が柱部１７に強く押し付けられるので、保持器１４が変形したり破損したりする恐れがある。

これに対して、本実施形態の組立方法では、内輪１２を回転させながら保持器アッセンブリ４２に組付けているので、小鍔部１６が円すいころ１３と接触したときに円すいころ１３がポケット１５内で回転している。このため、円すいころ１３の小端面１８と保持器１４の小径環状部２４との間で容易に滑ることが出来るので、正常に組付けられていない円すいころ１３があっても、速やかに径方向に変位させることが出来る。
このため、第１工程で保持器１４のポケット１５に組込まれた円すいころ１３の姿勢に関わらず、内輪１２を組付けるときに内接径を十分に大きくすることが出来る。
この結果、保持器１４の変形量を問題のないレベルに抑えることが出来て、保持器１４の変形や破損を防止することが出来る。

以上説明したように、本発明の円すいころ軸受１０の組立方法によれば、樹脂保持器１４を使用して円すいころ軸受１０を組立てる工程で、内輪１２の小鍔部１６を乗り越えて円すいころ１３を組込むときに、円すいころ１３の姿勢に関わらず内輪１２を組付けることが出来て、保持器１４の変形や破損を防止するという効果が得られる。

１０：円すいころ軸受、１１：外輪、１２：内輪、１３：円すいころ、１４：保持器、１５：ポケット、１６：小鍔部、１６ａ：外周面（小鍔部）、１７：柱部、１８：小端面、１９：外側軌道面、２０：内側軌道面、２１：大鍔部、２２：転動面、２３：大端面、２４：小径環状部、２５：大径環状部、２６：案内面、２７：チャック、２８：回転軸、４１：内輪アッセンブリ、４２：保持器アッセンブリ

Claims

外周に円すい形状の内側軌道面を有するとともに、小径側に小鍔部を備えた内輪と、
内周に円すい形状の外側軌道面を有する外輪と、
前記内側軌道面および前記外側軌道面を転動する複数の円すいころと、
合成樹脂製で、軸方向に互いに離間して同軸に配置された小径の小径環状部及び大径の大径環状部が複数の柱部で略前記軸方向に連結されることによって周方向に複数のポケットが形成されており、前記ポケットに前記円すいころを回転可能に保持した保持器と
からなる円すいころ軸受の組立方法であって、
前記ポケットに前記円すいころを組付けて保持器アッセンブリを組立てる第１組立工程と、
前記保持器アッセンブリに前記内輪を組付けて内輪アッセンブリを組立てる第２組立工程と、
前記内輪アッセンブリに前記外輪を組付ける第３組立工程と、
を順に行い、
前記保持器アッセンブリの前記円すいころの内接径よりも前記小鍔部は大径であり、
前記第２組立工程で、前記保持器に対して前記内輪を同軸に回転させ、前記内輪に接する前記円すいころを前記ポケット内で回転させながら組付けることを特徴とする円すいころ軸受の組立方法。