JP2017008952A - 円すいころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】大鍔幅を狭めずに保持器引込み量を拡大でき、必要に応じて円すいころと保持器との一体化が可能である円すいころ軸受を提供する。
【解決手段】円すいころ軸受１は、外周面にテーパ状の軌道面２ａを有する内輪２と、内周面にテーパ状の軌道面３ａを有する外輪３と、内輪２の軌道面２ａと外輪３の軌道面３ａとの間を転動する複数の円すいころ４と、円すいころ４をポケット部で転動自在に保持する保持器５とを備え、この保持器５は、複数の柱部５ｂと、保持器大径側に設けられて柱部５ｂを周方向等間隔で支持する大径リング部５ａとを有し、小径リング部が省略された構造であり、隣接する柱部同士の間に上記ポケット部が形成され、柱部５ｂの大径リング部５ａの反対側端部に、ポケット部側に突出して円すいころ４の一端面を支持する突起部を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、産業用ロボットや建設機械の減速機で使用される円すいころ軸受に関する。特に、内輪の小鍔が無い形状であり、円すいころの脱落を防止するために、円すいころと保持器が一体化した構造であり、かつ、接触角が急こう配である円すいころ軸受に関する。

産業用ロボットに用いられる転がり軸受のように、モーメント荷重に対して剛性が求められる用途では、一般的にアンギュラ玉軸受や円すいころ軸受に予圧をかけ用いられる。高剛性が求められる場合には、同一サイズでは負荷容量が大きい円すいころ軸受が用いられる。昨今、軸受サイズに対するモーメント荷重は大きくなり、必要剛性も増している。また、装置全体のコンパクト化のために、軸受のスペースも小さくなっている。つまり、コンパクトでかつ、高負荷容量の円すいころ軸受が求められている。

このような円すいころ軸受において、特許文献１では、負荷容量を増やすために内輪小鍔を無くし、内輪軌道面を内輪の小径側端面まで連続させて軌道面を確保した形状が記載されている。内輪軌道面を内輪の小径側端面まで連続させると、円すいころ、内輪、保持器が分離するが、特許文献１や特許文献２では、保持器の形状を工夫することで、円すいころと保持器を一体化している。例えば、特許文献２では、組立時においてポケット部から円すいころが脱落することを防止する等の目的で、柱部の内径側および外径側にそれぞれ円錐面を設けている。内径側の円錐面と外径側の円錐面とは、柱部の片面において対角に形成されている。さらに、特許文献２では、円すいころと保持器を一体化した保持器の製作方法として、軸方向（アキシャルドロー）の２枚の金型を利用して射出成形することが記載されている。

従来の円すいころ軸受の構造の一例を図３に基づいて説明する。図３に示すように、円すいころ軸受１１は、外周面にテーパ状の軌道面１２ａを有する内輪１２と、内周面にテーパ状の軌道面１３ａを有する外輪１３と、内輪１２の軌道面１２ａと外輪１３の軌道面１３ａとの間を転動する複数の円すいころ１４と、各円すいころ１４をポケット部で転動自在に保持する保持器１５とを備えている。保持器１５は、大径リング部１５ａと小径リング部１５ｃとを複数の柱部１５ｂで連結してなり、柱部１５ｂ同士の間のポケット部に円すいころ１４を収納している。また、内輪１２の小径側端部の小鍔が省略され、内輪１２の大径側端部に大鍔１２ｂが一体に形成されている。円すいころ軸受における内輪は、テーパ状の軌道面を有することから軸方向に見て小径側と大径側とがあり、「小鍔」は小径側端部に設けられた鍔であり、「大鍔」は大径側端部に設けられた鍔である。

特開２００７−３２６７９号公報 特開２０１４−２０２２８４号公報

このように従来の円すいころ軸受の保持器は、小径リング部、大径リング部、および柱部からなる構造を有している。しかしながら、市場では、外輪端面から保持器端面までの寸法（図３中の保持器引き込み量Ｌ_２）を極力大きくする軸受設計が求められているところ、保持器の小径リング部との干渉の問題から、その拡大幅に限界があった。また、上記要求を満たすため大鍔の幅を狭くする必要があり、その分、強度低下の懸念があった。

また、特許文献２のように、円すいころと保持器とを一体化する際の掛かり代となる部分（内径側の円錐面と外径側の円錐面）が対角に形成されている場合、金型分割面が複雑となる。また、保持時に円すいころがガタつく等、円すいころの保持性が十分でないおそれがある。

本発明はこのような問題に対処するためになされたものであり、大鍔幅を狭めずに保持器引込み量を拡大でき、必要に応じて円すいころと保持器との一体化が可能である円すいころ軸受を提供することを目的とする。

本発明の円すいころ軸受は、外周面にテーパ状の軌道面を有する内輪と、内周面にテーパ状の軌道面を有する外輪と、上記内輪の軌道面と上記外輪の軌道面との間を転動する複数の円すいころと、上記円すいころをポケット部で転動自在に保持する保持器とを備えてなる円すいころ軸受であって、上記保持器は、複数の柱部と、該保持器の小径側および大径側のいずれか一方に設けられて上記柱部を周方向等間隔で支持するリング部とから構成され、隣接する上記柱部同士の間に上記ポケット部が形成され、上記柱部の上記リング部側の反対側端部に、上記ポケット部側に突出し、上記円すいころの一端面を支持する突起部を有することを特徴とする。特に、上記保持器において、上記リング部が該保持器の大径側に設けられ、小径側のリング部が省略された構造であることを特徴とする。

上記柱部は、上記ポケット部開口の周方向幅を狭くする方向に形成された面からなる上記円すいころの案内部と、上記円すいころの脱落防止用の爪部とを有することを特徴とする。

上記保持器は、樹脂組成物を射出成形して形成され、上記柱部に軸方向に沿った上記射出成形による金型分割線が形成され、（１）該柱部における上記分割線よりも小径側かつ保持器外径側に、上記案内部を有し、該柱部における上記分割線よりも小径側かつ保持器内径側に、上記脱落防止用の爪部を有する、または、（２）該柱部における上記分割線よりも大径側かつ保持器内径側に、上記案内部を有し、該柱部における上記分割線よりも大径側かつ保持器外径側に、上記脱落防止用の爪部を有する、ことを特徴とする。

上記内輪は、小径側端部に小鍔を有さない構造、または、小径側端部に小鍔を有さず、かつ大径側端部に大鍔を有さない構造であることを特徴とする。

本発明の円すいころ軸受は、その保持器が、複数の柱部と、該保持器の小径側および大径側のいずれか一方に設けられて上記柱部を周方向等間隔で支持するリング部とから構成され、隣接する柱部同士の間にポケット部が形成され、柱部の上記リング部側の反対側端部に、ポケット部側に突出して円すいころの一端面を支持する突起部を有するので、リングの一方を省略した構造としながら、該保持器からの円すいころの脱落を防止できる。また、保持器または円すいころ軸受全体としての軸方向寸法の縮小が図れる。

特に、上記保持器において、上記リング部が該保持器の大径側に設けられ、小径側のリング部が省略された構造であるので、外輪端面からの保持器引き込み量を大幅に拡大できる。また、内輪の大鍔の幅を無理に狭める必要がなく、強度低下を防止できる。さらに、内輪の幅を縮小できる。

上記柱部は、ポケット部開口の周方向幅を狭くする方向に形成された面からなる円すいころの案内部と、上記円すいころの脱落防止用の爪部とを有するので、これらと上記の突起部とにより、小径リング部を省略した構造としながら、円すいころと保持器とを一体化できる。これにより、小鍔をなくした構造とでき、円すいころの長さを延長して負荷容量の増大および小型化が可能になる。

上記保持器を樹脂組成物の射出成形体とすることで、上記した所定形状の案内部、爪部、突起部を保持器本体と一体に容易に形成できる。また、案内部と爪部とが、柱部における射出成形時の金型分割線に対して、同じ側（小径側または大径側）にあるので、アキシャルドローによる２枚の金型での成形時に、案内部と爪部とが同一側の金型により成形でき、金型構造を簡易化できる。

本発明の一実施例の円すいころ軸受の軸方向一部断面図である。 図１における保持器の軸方向断面図およびＡ方向矢視図である。 従来の円すいころ軸受の軸方向一部断面図である。

本発明の円すいころ軸受の一実施例を図１および図２に基づいて説明する。図１は、小径側リング部を省略した保持器を備えた円すいころ軸受の軸方向断面図であり、図２はその保持器の軸方向断面図（図２（ａ））およびＡ方向矢視図（図２（ｂ））である。図１に示すように、円すいころ軸受１は、外周面にテーパ状の軌道面２ａを有する内輪２と、内周面にテーパ状の軌道面３ａを有する外輪３と、内輪２の軌道面２ａと外輪３の軌道面３ａとの間を転動する複数の円すいころ４と、円すいころ４をポケット部で周方向一定間隔で転動自在に保持する保持器５とを備えてなる。各軌道面は、軸方向に沿って該軌道面を構成する径が増加・減少するテーパ状である。テーパの角度は特に限定されないが、軸方向に対して通常１５°〜６０°程度であり、該角度が急こう配である場合、モーメント剛性が高くなる。

図２（ａ）および図２（ｂ）に示すように、保持器５は、リブ部となる大径リング部５ａと、この大径リング部５ａに連結された複数の柱部５ｂとから構成されている。すなわち、小径リングは有さない。複数の柱部５ｂは、リング部５ａにより周方向等間隔に支持されている。隣接する柱部５ｂ同士の間にポケット部６が形成され、柱部５ｂのリング部側の反対側端部（小径側端部）に、ポケット部側に突出し、円すいころの一端面（小径端面）を支持する突起部５ｃを有する。突起部５ｃは、その円すいころ支持面が、従来品の小径側ポケット平面と同一平面上となるように配置されている。なお、突起部５ｃの位置や形状は、円すいころが抜け落ちることを防止できる位置や形状であれば特に限定されない。図１に示すように、本発明の円すいころ軸受１では、このポケット部６に円すいころ４を収納している。

従来の通常の円すいころ軸受の保持器では、大径リング部と小径リング部とを柱部で連結してポケット部を形成しているが、該図に示す本発明の円すいころ軸受の保持器では、小径リング部を省略した構造（くし型保持器）としている。本発明の円すいころ軸受の保持器は、上記の突起部５ｃを形成することで、小径リング部無しの構造としながら、小径側から円すいころが抜け落ちることを防止できる。

小径リング部無しの構造により、外輪端面からの保持器引き込み量（引き込み長さ）Ｌ_１を、小径リング部を有する従来の場合（図３のＬ_２）と比較して、大幅に拡大できる。このため、保持器引き込み量の拡大のために、大鍔２ｂの幅を無理に狭める必要がなく、強度低下を防止できる。また、内輪２の幅Ｗ_１も従来の場合（図３のＷ_２）と比較して縮小できる。

なお、図１および図２に示す形態の保持器では、小径リング部を省略した形態としているが、これに限定されず、大径リング部を省略して、小径リング部と柱部とからなる構成としてもよい。上述のように、外輪端面からの保持器引き込み量を拡大できることから、小径リング部を省略した形態とすることが好ましい。

円すいころ軸受１は、保持器５と円すいころ４とを一体化した一体品とし、この一体品と、内輪２と、外輪３とを組み合わせて対象部位に組み込んで使用する。このように保持器と円すいころとを一体品とする場合、組み込み時に円すいころ４が保持器５から脱落しない（一体化を保つ）ために、ころ脱落防止構造が必要となる。本発明の円すいころ軸受では、保持器のポケット部に上記の突起部５ｃと脱落防止用の爪部５ｅとを有し（図２（ａ）参照）、円すいころが該爪部の弾性変形を経てポケット部に組み込まれて保持器と一体とされている。この一体化により、内輪小鍔を省略できる。図１に示す形態の円すいころ軸受１は、内輪２の小径側端部に小鍔を有さず、内輪２の大径側端部に大鍔２ｂが一体形成されている。また、小鍔・大鍔ともになくした構造としてもよい。

保持器は、樹脂組成物を射出成形してなる射出成形体とすることが好ましい。樹脂組成物としては射出成形が可能であり、保持器材料として十分な耐熱性や機械的強度を有するものであれば、任意のものを使用できる。例えば、ポリアミド６（ＰＡ６）樹脂、ポリアミド６−６（ＰＡ６６）樹脂、ポリアミド６−１０（ＰＡ６１０）樹脂、ポリアミド９−Ｔ（ＰＡ９Ｔ）樹脂、ポリメタキシレンアジパミド（ポリアミドＭＸＤ−６）樹脂などのポリアミド（ＰＡ）樹脂、ポリテトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体（ＰＦＡ）樹脂などの射出成形可能なフッ素樹脂、ポリエチレン（ＰＥ）樹脂、ポリカーボネート（ＰＣ）樹脂、ポリアセタール（ＰＯＭ）樹脂、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）樹脂、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）樹脂などが挙げられる。これらの各合成樹脂は単独で使用してもよく、２種類以上混合したポリマーアロイであってもよい。

また、保持器の弾性率などの機械的強度を向上させるため、これらの樹脂に、射出成形性を阻害しない範囲で、ガラス繊維、アラミド繊維、炭素繊維、各種鉱物性繊維（ウィスカー）などの繊維状補強材を配合することが好ましい。さらに必要に応じて、公知の充填材や添加剤として、珪酸カルシウム、クレー、タルク、マイカなどの無機充填材、黒鉛、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、ポリテトラフルオロエチレン樹脂粉末などの固体潤滑剤、帯電防止剤、導電材、顔料、離型材などを配合してもよい。

保持器を樹脂組成物の射出成形体とする場合、図２（ａ）に示すように、柱部５ｂに保持器の軸方向（軸受の軸方向でもある）に沿った射出成形による金型分割線Ｘが形成されている。金型分割線Ｘは、柱部５ｂの中央より大径側にシフトしている。この射出成形金型は、アキシャルドローによる２枚の金型からなり、一方が金型分割線Ｘより大径側（図中上側）の金型であり、他方が金型分割線Ｘより小径側（図中下側）の金型である。両金型は、一方が固定金型、他方が可動金型となり、相対的にみると、図中黒塗り矢印に示すように、金型分割線Ｘより大径側（図中上側）の金型が図中左方向に、金型分割線Ｘより小径側（図中下側）が図中右方向に移動する。

図２に示す形態の保持器５は、柱部５ｂにおける金型分割線Ｘよりも小径側かつ保持器外径側に円すいころの案内部５ｄを有し、柱部５ｂにおける金型分割線Ｘよりも小径側かつ保持器内径側に爪部５ｅを有する。案内部５ｄは、ポケット部開口の周方向幅を狭くする方向に形成された面（案内面）からなる。運転時において、円すいころは案内部５ｄの案内面の一部に接触しながら転動する。案内面の形状は、円すいころに沿った曲面であっても、平坦面（ストレート面）であってもよい。また、図２（ｂ）に示すように、案内部５ｄは、ポケット開口部表面からみると、円すいころの母線に沿ったテーパ状の開口を形成している。

案内部５ｄにより、保持器５の案内部５ｄが形成された側から円すいころが外れることを防止できる。保持器５の内径側から爪部５ｅの掛かり代分を弾性変形させつつ、円すいころを保持器５のポケット部６に挿入する（かち込む）ことで、円すいころがポケット部６内において、リング部５ａ、柱部５ｂ、案内部５ｄ、爪部５ｅ、突起部５ｃに囲まれて保持される。

案内部５ｄのテーパ方向の幅は、柱部５ｂのテーパ方向の幅（ポケット部の幅と同じ）の５１％以上とすることが好ましい。これにより、より安定して円すいころを保持できる。図２（ａ）に示す形態では、案内部５ｄは、小径側端部から連続して金型分割線Ｘ直前まで形成している。また、爪部５ｅは、金型分割線Ｘより小径側かつ保持器内径側であれば任意の箇所に形成できる。案内部５ｄの位置との関係で、円すいころを保持させやすい位置に形成することが好ましい。図２（ａ）に示す形態では、案内部５ｄのテーパ方向の幅範囲内で、金型分割線Ｘ寄りで同形状の２個を離間して形成している。

上記のとおり、案内部５ｄと爪部５ｅは、いずれも金型分割線Ｘよりも小径側に配置されるため、これらを同一側の金型により成形できる。案内部５ｄを形成する金型により、爪部５ｅも形成される。なお、この爪部５ｅについては無理抜きとなる。

また、本発明の円すいころ軸受における保持器の他の形態として、案内部と爪部と金型分割線Ｘとの位置関係を図２に示す場合と反対としてもよい。すなわち、該保持器を、柱部５ｂにおける金型分割線Ｘよりも大径側かつ保持器内径側に円すいころの案内部５ｄを有し、柱部５ｂにおける金型分割線Ｘよりも大径側かつ保持器外径側に、円すいころの脱落防止用の爪部５ｅを有する構造としてもよい。この形態では、案内部５ｄと爪部５ｅは、いずれも金型分割線Ｘよりも大径側に配置されるため、図２に示す場合と同様に、これらを同一側（大径側）の金型により成形できる。

以上、各図に基づき本発明の実施形態の一例を説明したが、本発明の円すいころ軸受はこれらに限定されるものではない。

本発明の円すいころ軸受は、大鍔幅を狭めずに保持器引込み量を拡大でき、必要に応じて円すいころと保持器との一体化が可能であるので、産業ロボット用など、高モーメント荷重を負荷し、かつ高剛性機能が求められる産業用の円すいころ軸受として好適に利用できる。

１ 円すいころ軸受
２ 内輪
３ 外輪
４ 円すいころ
５ 保持器
６ ポケット部

Claims (5)

1. 外周面にテーパ状の軌道面を有する内輪と、内周面にテーパ状の軌道面を有する外輪と、前記内輪の軌道面と前記外輪の軌道面との間を転動する複数の円すいころと、前記円すいころをポケット部で転動自在に保持する保持器とを備えてなる円すいころ軸受であって、
   前記保持器は、複数の柱部と、該保持器の小径側および大径側のいずれか一方に設けられて前記柱部を周方向等間隔で支持するリング部とから構成され、隣接する前記柱部同士の間に前記ポケット部が形成され、
   前記柱部の前記リング部側の反対側端部に、前記ポケット部側に突出し、前記円すいころの一端面を支持する突起部を有することを特徴とする円すいころ軸受。
2. 前記保持器において、前記リング部が該保持器の大径側に設けられていることを特徴とする請求項１記載の円すいころ軸受。
3. 前記柱部は、前記ポケット部開口の周方向幅を狭くする方向に形成された面からなる前記円すいころの案内部と、前記円すいころの脱落防止用の爪部とを有することを特徴とする請求項１または請求項２記載の円すいころ軸受。
4. 前記保持器は、樹脂組成物を射出成形して形成され、
   前記柱部に軸方向に沿った前記射出成形による金型分割線が形成され、
   （１）該柱部における前記分割線よりも小径側かつ保持器外径側に、前記案内部を有し、該柱部における前記分割線よりも小径側かつ保持器内径側に、前記脱落防止用の爪部を有する、または、（２）該柱部における前記分割線よりも大径側かつ保持器内径側に、前記案内部を有し、該柱部における前記分割線よりも大径側かつ保持器外径側に、前記脱落防止用の爪部を有する、ことを特徴とする請求項３記載の円すいころ軸受。
5. 前記内輪は、小径側端部に小鍔を有さない構造、または、小径側端部に小鍔を有さず、かつ大径側端部に大鍔を有さない構造であることを特徴とする請求項３または請求項４記載の円すいころ軸受。

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