JP2017026001A - 円すいころ軸受および円すいころ軸受の組立方法 - Google Patents

Abstract

【課題】保持器の強度を確保した上で保持器の底拡げ及び加締め工程を廃止することができて、保持器精度の向上を図り、また、ころのスキューの回避が可能な円すいころ軸受および円すいころ軸受の製造方法を提供する。【解決手段】ポケットの小径側環状部側に幅広部を形成する。ポケットに円すいころを組み込む。円すいころの最小内接円径が、内輪の小つばの外径寸法よりも大きくなるまで、円すいころの小径側を外径側へ揺動させる。その状態で、円すいころを内輪の小つばを介して、内輪の軌道面に組み込む。【選択図】図１

Description

本発明は、円すいころ軸受および円すいころ軸受の組立方法に関する。

円すいころ軸受は、一般には、図９に示すように、外周面に円すい状の軌道面１を有する内輪２と、内周面に円すい状の軌道面３を有する外輪４と、内輪２の軌道面１と外輪４の軌道面３との間に転動自在に介在した複数の円すいころ５と、複数の円すいころ５を軸受周方向に所定の間隔を隔てて保持する保持器６とを主要な構成要素としている。また、内輪２は、軌道面１の小径側に小つば８を形成すると共に大径側に大つば７を形成している。すなわち、大つば７によってスラスト荷重を受け、小つば８によって円すいころの脱落を防止するようにしている。

保持器６は、小径リング部９と大径リング部１０との間に複数本の柱部１１を有し、柱部１１の相互間に円すいころ５を保持するポケット１３を形成したものである。そして、このポケット１３に円すいころ５が配置される。

ここで、図９に示すように、従来から知られている円すいころ軸受においては、内輪２に対して小つば８が一体に設けられているため、保持器６で保持された円すいころ５を内輪２の外側に組付ける円すいころ軸受の組立時、円すいころ５が小つば８に干渉し、そのままでは組付けることができない。

そこで、従来では、保持器６の小径端側を拡径する、所謂、底拡げを行ってから、内輪２の外側に保持器６で保持された円すいころ５の組付けを行い、その円すいころ５が小つば８を通過する円すいころ５の組付け後、治具を用いて保持器６の底拡げされた部分を縮径させる加締を行って元の状態に戻すようにしている。

すなわち、円すいころ軸受は、内輪２と円すいころ５と保持器６とが組付けられて内輪アッセンブリを構成するため、保持器６を「底拡げ」という柱小径側内径を径方向外方へ拡径する塑性加工を施し、この状態で、保持器６で保持された円すいころ５を内輪２に組付けていた。保持器６を「底拡げ」した状態では、円すいころ５がばらけるおそれがある。このため、保持器６の柱の拡径を元に戻す塑性加工（加締）を行うことになる。

しかし、前記のような円すいころ軸受の組立においては、保持器６の底拡げや加締を行えば、縮径の際に保持器６の形状が崩れて寸法精度や強度が低下する。そして、その精度低下により、軸受回転時に円すいころにスキューが生じて、保持器６に大きな負荷がかかり、保持器６が破損する可能性があった。また、保持器６の加締不足や加締忘れによって、円すいころ５が脱落する可能性があった。すなわち、保持器塑性変形を伴う加工により保持器の安定的な精度確保が困難になるとともに、加締工程が必要となりコスト高を招いていた。

そこで、従来には、加締め加工せずに組み立てることができ、組立後にはころの姿勢制御を良好に行える円すいころ軸受が提案されている（特許文献１）。すなわち、この特許文献１に記載の円すいころ軸受は、図１０（ａ）（ｂ）に示すように、保持器６のポケット１３の大径側の端面１３ａ、及び小径側の端面１３ｂにそれぞれ逃げ１３ａ１、１３ｂ１を設けるとともに、保持器６の柱部に小径側ににげが設けられている。また、ポケット１３の大径側の端面の逃げ１３ａ１は外径側に設けられ、ポケット１３の小径側の端面の逃げ１３ｂ１は内径側に設けられている。

このため、円すいころ５を組み込む際には、図１０（ｂ）に示すように、円すいころ５の大端面５ａをポケット１３の大径側の端面の逃げ１３ａ１に当接させるとともに、円すいころ５の小端面５ｂをポケット１３の小径側の端面の逃げ１３ｂ１に当接させる。これによって、円すいころ５の小端面５ｂ側が外径側へ揺動した状態となる。この状態では、円すいころ５の最小内接円径Ｄ２が内輪２の小つば８の外径寸法Ｄ１よりも大きくなって、内輪２の小つば８を介した円すいころ５の組み込みが可能となって、図１０（ａ）に示すように、円すいころ５の内輪２の軌道面１に嵌合させることができる。

また、従来には、部品点数を削減して組み付け性を改良するとともに軸受の分解点検作業を容易に行うことができるプレス保持器付き円すいころ軸受が提案されている（特許文献２）。この特許文献２に記載の円すいころ軸受は、図１１に示すように、ポケット１３の斜辺１３ｃ、１３ｄが、円すいころ５の斜面の角度に対してその傾斜角度が緩やかになっている。このため、円すいころ５の小径側が軸受径方向の自由度を有し、円すいころ５の小径側が小つば８の径方向外方へ移動して小つばを乗り越えることを可能としている。

さらには、従来には、図１２に示すように、保持器６のポケット１３において、小径側に、円すいころ５の斜面の傾斜とは逆方向に傾斜するテーパ部１５，１５を設けているものもある（特許文献３）。この図１２に示すものであっても、円すいころ５を組み込む際には、図１３に示すように、円すいころ５の小径側を軸受径方向外方へ揺動させる。これによって、円すいころ５の最小内接円径Ｄ２を内輪２の小つば８の外径寸法Ｄ１よりも大きくして、円すいころ５の小つばの乗り越えを可能とするものである。

特開２００３−１８４８９３号公報 特開２００３−１３９１３３号公報 独国実用新案第２０００５２２８号明細書

図１０（ａ）（ｂ）に示す特許文献１に記載のものでは、柱部にげ及び逃げ１３ａ１，１３ｂ１を比較的大きなものとする必要がある。このため、プレス加工での逃げ１３ａ１，１３ｂ１等の成形が困難であり、研削工程では加工コスト高となる。

図１１に示す特許文献２では、保持器６のポケット１３の側辺１３ｃ、１３ｄの傾斜が緩やかなものであるため、小径側が幅広となり、運転中において、正規の位置に案内させにくく、スキューが大きくなるおそれがある。また、図１２に示す特許文献３では、大きなころ内接円径をとることが困難である。すなわち、大きなころ内接円径をとるためには、内輪２の軸線Ｏと保持器６の軸線Ｏ１との平行な鉛直軸線Ｏに対するころ軸心Ｏ４の傾斜角度αを小さくして、テーパ部１５，１５を大きな傾斜角度で傾斜させる必要がある。すなわち、テーパ部１５と、このテーパ部１５を形成しないときのポケット側面１６とが成す角度α１を大きく取る必要があった。このような場合、保持器６の柱部１１の小径側の幅寸法が小さくなり、強度的に安定しない。また、このような場合、ころ本数を減少させることによって、十分な柱幅を持たせることができる。しかしながら、ころ本数を減少させれば、負荷容量を低下させることになって、軸受の寿命が短命化することになる。

そこで、保持器の強度を確保した上で保持器の底拡げ及び加締め工程を廃止することができて、保持器精度の向上を図り、また、ころのスキューの回避が可能な円すいころ軸受および円すいころ軸受の製造方法を提供する。

外径面に軌道面を有する内輪と、内径面に軌道面を有する外輪と、内輪と外輪との間に転動自在に配された複数の円すいころと、円すいころを円周方向等間隔に配設されるポケットに前記円すいころを保持する保持器とを備え、内輪の軌道面の大径端側に大つばが形成されるとともに、軌道面の小径端側に小つばが形成され、前記保持器は、大径側環状部と、小径側環状部と、大径側環状部と小径側環状部とを連結する柱部とを有し、大径側環状部と小径側環状部と柱部とで、円すいころが嵌入する前記ポケットが形成された円すいころ軸受であって、前記小径側環状部側の柱部の相対面部に扁平矩形状の切欠部を設けて、ポケットの小径側環状部側に、円すいころの小径側の外径側への揺動を許容する幅広部を形成したものである。

ポケットの小径側環状部側に、円すいころの小径側の外径側への揺動を許容する幅広部が形成されているので、円すいころをその小径側を外径側へ揺動させることによって、内輪の小つばを介してころを内輪の軌道面に組み込むことができる。この際、円すいころを小径側の外径側へ揺動させた状態で、円すいころの最小内接円径が、内輪の小つばの外径寸法よりも大きくするのが好ましい。

幅広部の長さを、ポケット長さの２５％以上６５％以下に設定するのが好ましい。このように設定することによって、幅広部の長さが長く成り過ぎず、ころのスキューを防止できる。

ポケットの大径側の側面と、幅広部の側面とが平行な直線上に配置されるのが好ましい。このように設定することによって、円すいころを小径側の外径側へ揺動させる際において、無駄なスペースを作るのを有効に防止できる。

ポケットの大径側の側面と幅広部の側面とが滑らかに繋がっているのが好ましい。このように設定することによって、円すいころへのエッジ当たりを無くすことができる。

前記保持器は、鉄板製または樹脂製のいずれかであってもよい。すなわち、保持器の底拡げや加締を行う必要がなくなるので、保持器に対して外力を加えて変形させる必要がなく、保持器として鉄板製や樹脂製であっても対応できる。

本発明の円すいころ軸受の組立方法は、外径面に軌道面を有する内輪と、内径面に軌道面を有する外輪と、内輪と外輪との間に転動自在に配された複数の円すいころと、円すいころを円周方向等間隔に配設されるポケットに前記円すいころを保持する保持器とを備え、内輪の軌道面の大径端側に大つばが形成されるとともに、軌道面の小径端側に小つばが形成され、前記保持器は、大径側環状部と、小径側環状部と、大径側環状部と小径側環状部とを連結する柱部とを有し、大径側環状部と小径側環状部と柱部とで、円すいころが嵌入する前記ポケットが形成された円すいころ軸受の組立方法であって、ポケットの小径側環状部側に幅広部を形成し、ポケットに円すいころを組み込んだ後、円すいころの最小内接円径が、内輪の小つばの外径寸法よりも大きくなるまで、円すいころの小径側を外径側へ揺動させて、その状態で、円すいころを内輪の小つばを介して、内輪の軌道面に組み込むものである。

本発明の円すいころ軸受の組立方法よれば、ポケットに円すいころを組み込んだ後、円すいころの最小内接円径が、内輪の小つばの外径寸法よりも大きくなるまで、円すいころの小径側を外径側へ揺動させることによって、円すいころの最小内接円径を、内輪の小つばの外径寸法よりも大きくできる。この状態で、円すいころを内輪の小つばを介して、内輪の軌道面に組み込むことができる。

本発明では、円すいころの最小内接円径を、内輪の小つばの外径寸法よりも大きくできき、円すいころを内輪の小つばを介して、内輪の軌道面に組み込むことができるので、保持器の底拡げ及び加締め工程を行うことなく円すいころを組み付けることができる。このため、保持器に対して、塑性変形による精度劣化を回避でき、保持器の安定的な精度確保が可能となり、製造効率の向上による低コスト化を図って、高品質の製品（円すいころ軸受）を提供できる。しかも、ポケット全長にわたって幅広部が設けられないので、円すいころのスキューを防止できる。

しかも、扁平矩形状の切欠部を設けて幅広部を形成するものであるので、円すいころを小径側の外径側へ揺動させる際において、無駄なスペースを作るのを防止でき、柱部の柱幅の強度を、ころ本数を減少させることなく確保できる。

本発明の円すいころ軸受の組立方法を示す断面図である。 本発明の円すいころ軸受の断面図である。 前記図２の円すいころ軸受の保持器の要部拡大断面図である。 前記図３のＡ−Ａ線断面図である。 前記図３のＢ−Ｂ線断面図である。 円すいころと保持器との関係を示す断面図である。 円すいころと保持器との関係を示す簡略平面図である。 保持器におけるポケットの大径側の側面と幅広部の側面との繋部を示し、（ａ）はその繋部がアール状である拡大図であり、（ｂ）はその繋部がテーパ形状である拡大図である。 従来の円すいころ軸受の断面図である。 他の円すいころ軸受を示し、（ａ）は円すいころの組み込み状態の断面図であり、（ｂ）は円すいころの組み込み途中の断面図である。 他の円すいころ軸受の保持器の要部簡略展開図である。 別の円すいころ軸受の保持器の要部簡略展開図である。 図１２に示す保持器を用いた円すいころの組み込み方法を示す断面図

以下本発明の実施の形態を図１〜図８に基づいて説明する。円すいころ軸受は、図２に示すように、外径面２１に軌道面２２を有する内輪２３と、内径面２４に軌道面２５を有する外輪２６と、内輪２３と外輪２６との間に転動自在に配された複数の円すいころ２７と、円すいころ２７を円周所定間隔に保持する保持器２８とを備える。前記保持器２８は、大径側環状部３１と、小径側環状部３０と、大径側環状部３１と小径側環状部３０とを連結する柱部３２とを有し、大径側環状部３１と小径側環状部３０と柱部３２とで、円すいころ２７が嵌入するポケット３３が形成される。

なお、この実施形態では、保持器２８としては打抜き鉄板保持器である。この場合、保持器２８の材質としては、冷間又は熱間圧延鋼板、オーステナイト系ステンレス鋼板等を用いることができる。さらには、機械構造用炭素鋼や高力黄銅鋳物が使用されるもみ抜き保持器であってもよい。

内輪２３は、軌道面２２の小径側に小つば３５を形成すると共に大径側に大つば３６を形成している。また、小つば３５と軌道面２２との間のコーナ部、及び大つば３６と軌道面２２との間のコーナ部には、それぞれぬすみ部３７，３８が設けられている。

小つば３５の内面３５ａにて円すいころ２７の小端面２７ａを受けることによって、円すいころ２７の抜けを防止し、大つば３６の内面３６ａにて円すいころ２７の大端面２７ｂを受けることによって、この円すいころ２７にかかるアキシャル荷重を受けることができる。このため、小つば３５の内面３５ａは、ころ組み込み状態の小端面２７ａの傾斜角度と同一角度でもって傾斜する傾斜面とされ、大つば３６の内面３６ａは、ころ組み込み状態の大端面２７ｂの傾斜角度と同一角度でもって傾斜する傾斜面とされている。

保持器２８のポケット３３には、図３〜図７に示すように、ポケット３３の小径側環状部側に幅広部４０を形成している。この場合、小径側環状部側の柱部３２，３２の相対面部に扁平矩形状の切欠部４１，４１を設けることによって、この幅広部４０を形成している。この場合、ポケット３３の大径側の側面４２，４２と、幅広部４０の側面４１ａ，４１ａとが平行な直線上に配置される。すなわち、側面４２、４１ａの傾斜は、円すいころの傾斜に対応している。

また、ポケット３３の大径側の側面４２（切欠部４１を省いた側面）には、内径側に向って拡径するテーパ部４３が設けられている。この場合、幅広部４０の長さを、ポケット長さの２５％以上６５％以下に設定するのが好ましい。すなわち、幅広部４０の長さをＬ１とし、側面４２の長さをＬとしたときに、０．２５Ｌ≦Ｌ１≦０．６５Ｌとする。また、幅広部４０の側面４１ａと、この幅広部４０を形成しないときのポケット３３の側面４２ａ（図７の仮想線で示す）との間の寸法Ｗとしては、例えば、０．３ｍｍ程度とされる。

この場合、図８に示すように、ポケット３３の大径側の側面４２と幅広部４０の側面４１ａとが滑らかに繋がっている。図８（ａ）ではこの繋部４５をＲ部とし、図８（ｂ）では、この繋部４５をテーパとしている。図８（ａ）の繋部４５のＲ部の曲率半径としては、Ｒ０．５ミリメートル程度とされ、図８（ｂ）の繋部４５のテーパの傾斜角度θとしては、３０度程度とされる。

次に、前記したように構成された円すいころ軸受の組立方法を説明する。この場合、図１に示すように、内輪２３をその小径側が下方を向くように配置する。そして、この内輪２３よりも下方に、小径側が下方を向くように保持器２８を配置した状態とする。この際、保持器２８の各ポケット３３にそれぞれ円すいころ２７の小端面２７ａ側を嵌入状とする。

すなわち、円すいころ２７の小端面２７ａが下方を向くように起立させた状態とする。この際、円すいころ２７の軸線Ｏ４を、内輪２３の中心軸線Ｏ及び保持器２８の中心軸線Ｏ１と平行な鉛直軸線Ｏ３に対して、微小角度βだけ外径側へ傾斜させた状態とする。これは、円すいころ２７の小端面２７ａ側がポケット３３の幅広部４０に侵入することによって、可能となる。すなわち、幅広部４０は、円すいころ２７の小径側の外径側への揺動を許容する。

この状態（円すいころ２７の軸線Ｏ４を、内輪２３の中心軸線Ｏ及び保持器２８の中心軸線Ｏ１と平行な鉛直軸線Ｏ３に対して、微小角度βだけ外径側へ傾斜させた状態）では、円すいころ２７の最小内接円径が、内輪２３の小つば３５の外径寸法よりも大きくなる。すなわち、円すいころ２７の最小内接円径をＳＤＲとし、内輪２３の小つば３５の外径寸法をＳＤＩとしたときに、ＳＤＲ＞ＳＤＩとする。このため、前記微小角度βとしては、ＳＤＲ＞ＳＤＩとなればよい角度であって、幅広部４０の幅寸法及び長さ寸法に応じて任意に設定できる。

この図１に示す状態から、内輪２３と、ころ２７が嵌入状をなった保持器２８とを相対的に接近させれば、円すいころ２７が小つば３５を介して内輪２３の軌道面２２に嵌合させることができる。すなわち、内輪２３を停止した状態として、円すいころ２７側を上昇させていけば、円すいころ２７の大端面２７ｂ側が小つば３５を介して軌道面２２に侵入し、さらに、円すいころ２７を上昇させていけば、軌道面２２にガイドされつつ円すいころ２７は順次大端面２７ｂ側が外径方向に倒れていき、図６の仮想線で示すように、大端面２７ｂの外径側のコーナ部がポケットに嵌入されて、最終的に、円すいころ２７が内輪２３の軌道面２２に嵌合する状態となる。

本発明では、円すいころ２７の最小内接円径を、内輪２３の小つば３５の外径寸法よりも大きくでき、円すいころ２７を内輪２３の小つば３５を介して、内輪２３の軌道面２２に組み込むことができるので、保持器２８の底拡げ及び加締め工程を行うことなく円すいころを組み付けることができる。このため、保持器２８に対して、塑性変形による精度劣化を回避でき、保持器２８の安定的な精度確保が可能となり、製造効率の向上による低コスト化を図って、高品質の製品（円すいころ軸受）を提供できる。しかも、ポケット全長にわたって幅広部４０が設けられないので、円すいころ２７のスキューを防止できる。

また、幅広部４０の長さを、ポケット長さの２５％以上６５％以下に設定するのが好ましい。このように設定することによって、円すいころ２７のスキューを安定して防止できる。すなわち、軸受の運転中にころがスキューし過ぎないようにしなければならない。スキューの要因はころとポケットのすきまと柱部の幅広部以外長さが関係することになる。このため、０．２５Ｌ≦Ｌ１≦０．６５Ｌに設定することによって、スキューを有効に防止できる。

ポケット３３の大径側の側面４２と、幅広部４０の側面４１ａとが平行な直線上に配置されるのが好ましい。このように設定することによって、円すいころ２７を小径側の外径側へ揺動させる際において、無駄なスペースを作るのを有効に防止できる。

ポケット３３の大径側の側面４２と幅広部４０の側面４１ａとが滑らかに繋がっているのが好ましい。このように設定することによって、円すいころ２７へのエッジ当たりを無くすことができる。

本円すいころ軸受において、ころ付の保持器２８を内輪に一旦組み込んで、いわゆる内輪アッシを組立てれば、全ての円すいころ２７が図１に示すように、起立状態にならないかぎり分離状態に戻すことができない。すなわち、全ての円すいころ２７を組立前の姿勢に戻すことで、保持器等を破壊することなく分解することができる。

ところで、前記実施形態では、保持器２８として打抜き鉄板保持器であったが、樹脂保持器であってもよい。保持器が樹脂製であっても、組み込む際に、弾性変形させる必要がなく、しかも、円すいころ２７が小つばに擦れながら組立るのを回避でき、円すいころ２７の疵付を防止できる。このため、滑らかな転動を長期にわたって維持することができる。樹脂保持器としては、例えば、ガラス繊維で強化したポリアミド樹脂等を用いることができる。すなわち、本発明における保持器としては、従来から使用されている金属材料や樹脂材料を用いた構成とできる。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、保持器２８のポケット３３の数は、保持される円すいころ２７の数に応じて種々変更できる。また、柱部３２の長さや肉厚寸法等も、円すいころ２７を保持することが可能な限り種々変更できる。ころ２７を内輪２３の軌道面２２に嵌合させる場合、前記実施形態では、内輪２３側を静止させていたが、逆にころ２７側を静止させて内輪２３側を移動させても、両者を移動させてもよい。本発明の円すいころ軸受として、ディファレンシャルやトランスミッション等の動力伝達系で使用することができ、さらには、これ以外の用途、例えば工作機械の主軸等の支持に用いることもできる。

２１ 外径面
２２ 軌道面
２３ 内輪
２４ 内径面
２５ 軌道面
２６ 外輪
２７ 保持器
３０ 小径側環状部
３１ 大径側環状部
３２ 柱部
３３ ポケット
４０ 幅広部
４１ 切欠部
４１ａ、４２、４２ａ 側面

Claims (7)

1. 外径面に軌道面を有する内輪と、内径面に軌道面を有する外輪と、内輪と外輪との間に転動自在に配された複数の円すいころと、円すいころを円周方向等間隔に配設されるポケットに前記円すいころを保持する保持器とを備え、内輪の軌道面の大径端側に大つばが形成されるとともに、軌道面の小径端側に小つばが形成され、前記保持器は、大径側環状部と、小径側環状部と、大径側環状部と小径側環状部とを連結する柱部とを有し、大径側環状部と小径側環状部と柱部とで、円すいころが嵌入する前記ポケットが形成された円すいころ軸受であって、
   前記小径側環状部側の柱部の相対面部に扁平矩形状の切欠部を設けて、ポケットの小径側環状部側に、円すいころの小径側の外径側への揺動を許容する幅広部を形成したことを特徴とする円すいころ軸受。
2. 円すいころを小径側の外径側へ揺動させた状態で、円すいころの最小内接円径が、内輪の小つばの外径寸法よりも大きくなることを特徴とする請求項１に記載の円すいころ軸受。
3. 幅広部の長さを、ポケット長さの２５％以上６５％以下に設定したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の円すいころ軸受。
4. ポケットの大径側の側面と、幅広部の側面とが平行な直線上に配置されることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の円すいころ軸受。
5. ポケットの大径側の側面と幅広部の側面とが滑らかに繋がっていることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の円すいころ軸受。
6. 前記保持器は、鉄板製または樹脂製のいずれかであることを特徴とする請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の円すいころ軸受。
7. 外径面に軌道面を有する内輪と、内径面に軌道面を有する外輪と、内輪と外輪との間に転動自在に配された複数の円すいころと、円すいころを円周方向等間隔に配設されるポケットに前記円すいころを保持する保持器とを備え、内輪の軌道面の大径端側に大つばが形成されるとともに、軌道面の小径端側に小つばが形成され、前記保持器は、大径側環状部と、小径側環状部と、大径側環状部と小径側環状部とを連結する柱部とを有し、大径側環状部と小径側環状部と柱部とで、円すいころが嵌入する前記ポケットが形成された円すいころ軸受の組立方法であって、
   前記ポケットの小径側環状部側に幅広部を形成し、前記ポケットに円すいころを組み込んだ後、円すいころの最小内接円径が、内輪の小つばの外径寸法よりも大きくなるまで、円すいころの小径側を外径側へ揺動させて、その状態で、円すいころを内輪の小つばを介して、内輪の軌道面に組み込むことを特徴とする円すいころ軸受の組立方法。