JP2017040329A - 円すいころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】樹脂製保持器を用いた円すいころ軸受において、軸受サイズが小さい場合であっても、保持器との局部的な接触による外輪軌道面の摩耗や保持器割れを抑制でき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６で転動自在に保持する保持器５とを備え、外輪３の軌道面３ａが軸受中心軸となす角度が３０°〜５０°であり、保持器５を転動体案内ではなく、外輪３、内輪２、または外輪外径側に配置される他部材で案内される構成としている。
【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を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。高負荷容量化のためには、円すいころ軸受において内輪の小鍔、または小鍔・大鍔ともに無くした構造が必要となる。そのために、ころを保持器に留めて、ころと保持器とを一体化する必要性が生じている。一般的な円すいころ軸受には、鉄板保持器や樹脂保持器が使用されているが、構造上から、内輪・ころ・保持器で一体化とする形状（ころと保持器のみで一体化していない）になっているものが多い。

これに対して、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。

また、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。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。

特開２００７−３２６７９号公報 特開２０１４−２０２２８４号公報

上記の各特許文献に記載される円すいころ軸受は、図等から判断して保持器の案内形式は転動体案内であると想定できる。一方、円すいころ軸受に用いられる樹脂製保持器は、射出成形での製造限界から保持器肉厚の最少寸法が決まっている。保持器案内形式が転動体案内の場合、運転中に保持器外周面が外輪軌道面に接触しないように、保持器外周面と外輪軌道面との隙間（以下、単に「クリアランス」ともいう）を設ける必要がある。軸受サイズを小さくすると、クリアランスを確保するために保持器の肉厚も薄くしなければならない。

しかし、上述のとおり、樹脂製保持器の肉厚は製造上の寸法限界があり、ある程度のサイズ以下からはクリアランスが満足に確保できず、運転中の保持器振れ回りを考慮すると、保持器と外輪とが一部接触してしまう。この接触により、保持器外周面や外輪軌道面に摩耗が生じるおそれや、局部的な接触による過大負荷からの保持器割れなどの不具合を生じるおそれがある。

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、樹脂製保持器を用いた円すいころ軸受において、軸受サイズが小さい場合であっても、保持器との局部的な接触による外輪軌道面の摩耗や保持器割れを抑制でき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樹脂製の保持器とを備えてなり、該円すいころ軸受は、上記外輪の軌道面が軸受中心軸となす角度が３０°〜５０°であり、上記保持器は、大径リング部と、小径リング部と、これらを連結する複数の柱部とを有し、隣接する柱部同士の間に上記ポケット部が形成され、上記外輪、上記内輪、または上記外輪外径側に配置される他部材で案内されることを特徴とする。

第１の保持器案内形態として、上記保持器は、上記柱部の表面からなるテーパ状の外周面を有し、該外周面が上記外輪の軌道面と接触して該外輪に案内され、上記保持器の外周面の傾斜角度と、上記外輪の軌道面の傾斜角度とが同じ角度であることを特徴とする。

第２の保持器案内形態として、上記保持器は、上記大径リング部の外周面が上記他部材と接触して該他部材に案内されることを特徴とする。

第３の保持器案内形態として、上記保持器は、上記大径リング部の内周面が上記内輪と接触して該内輪に案内されることを特徴とする。

上記円すいころ軸受の径方向肉厚が１３．５ｍｍ以下であ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り、上記保持器は、上記ポケット部に上記円すいころの脱落防止部を有し、該脱落防止部により上記円すいころが上記ポケット部内に保持されていることを特徴とする。

本発明の円すいころ軸受は、急こう配の接触角（外輪の軌道面が軸受中心軸となす角度が３０°〜５０°）の円すいころ軸受であり、大径リング部と、小径リング部と、これらを連結する複数の柱部とを有して隣接する柱部同士の間にポケット部が形成された樹脂製の保持器を用いた構成において、該保持器を、転動体案内ではなく、外輪、内輪、または外輪外径側に配置される他部材で案内する構成としているので、軸受サイズが小さい場合（例えば、径方向肉厚が１３．５ｍｍ以下）であっても、保持器との局部的な接触による外輪軌道面の摩耗や保持器割れを抑制できる。

第１の保持器案内形態として、保持器が、柱部の表面からなるテーパ状の外周面を有し、該外周面が外輪の軌道面と接触して該外輪に案内され、保持器の外周面の傾斜角度と、外輪の軌道面の傾斜角度とが同じ角度であるので、保持器外周面と外輪軌道面とのクリアランスが小さい場合でも、これら両面が保持器小径側で局部的に接触することを防止でき、接触面の摩耗を防止でき、保持器負荷も低減できる。

第２の保持器案内形態として、大径リング部の外周面が他部材と接触して該他部材に案内される、または、第３の保持器案内形態として、大径リング部の内周面が内輪と接触して該内輪に案内されるので、保持器が外輪軌道面に直接接触することがなく、軌道面における摩耗や傷を防止できる。

内輪が、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り、保持器が、ポケット部に円すいころの脱落防止部を有し、該脱落防止部により円すいころがポケット部内に保持されているので、小鍔をなくした構造により、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を図りつつ、所定の一体化構造により組み付け時における保持器からの円すいころの脱落を防止できる。

本発明の円すいころ軸受の一例を示す軸方向一部断面図である。 本発明の円すいころ軸受の他の例を示す軸方向一部断面図である。 本発明の円すいころ軸受の他の例を示す軸方向一部断面図である。 外輪・保持器間のクリアランスと径方向肉厚とを示す図である。

本発明の円すいころ軸受（ラジアル円すいころ軸受）は、（１）接触角が急こう配（接触角：３０°〜５０°）であり、かつ、（２）樹脂製保持器の場合に適用される。なお、接触角は、外輪の軌道面が軸受中心軸となす角度である。樹脂製保持器の肉厚は射出成形製造上の寸法限界がある。従来の樹脂製保持器は転動体案内されるが、上記のような急こう配の場合、軸受の径方向肉厚が薄いと、保持器外周面と外輪軌道面との隙間（クリアランス）が確保できずに、接触するおそれがある。この関係を図４により具体的に説明する。軸受の径方向肉厚がＨ_１からＨ_２に薄くなると、保持器肉厚は一定以下とできないため、クリアランスもＤ_１からＤ_２に小さくなる。従来の保持器の外周面角度と外輪軌道面の角度は、コーンセンタが一致するように設計されており、両面は平行にはなっていない。このため、上記のようにクリアランスが小さくなると保持器外周面の小径側Ｘで外輪との接触が起こり得る。この接触により、外輪軌道面に傷や摩耗が生じるおそれや、樹脂製保持器の外周面に摩耗や局部的な接触による過大な負荷が生じるおそれがある。

接触角が４５°の樹脂製保持器を用いた場合において、径方向肉厚とクリアランス（外輪と保持器との接触有無）との関係について検証した結果を表１に示す。表１に示すように、径方向肉厚が１３．５ｍｍ以下の場合に、運転中の保持器の振れ回りにより、外輪軌道面と保持器外周面が接触することが分かる。なお、接触角３０°〜５０°の範囲においてほぼ同等の関係性を有する。本発明の円すいころ軸受は、上記（１）（２）に加えて、特に、円すいころ軸受の径方向肉厚が１３．５ｍｍ以下であるような保持器に好適である。なお、他の軸受寸法は特に限定されないが、例えば、軸受内径は１７０ｍｍ以下程度である。

本発明の円すいころ軸受の一例を図１に基づいて説明する。図１は、円すいころ軸受の軸方向一部断面図である。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。円すいころ軸受の接触角は、外輪３の軌道面３ａが軸受中心軸となす角度であり、図中のθ_１がこれに相当する。本発明は、上述のとおり、この接触角が３０°〜５０°の円すいころ軸受を対象としている。

保持器５は、リブ部である大径リング部５ａと小径リング部５ｂとを、複数の柱部５ｃで連結してなり、柱部５ｃ同士の間のポケット部６に円すいころ４を収納している。保持器５は、樹脂組成物を射出成形等してなる樹脂製保持器である。保持器５は、柱部５ｃの表面からなるテーパ状の外周面５ｄを有する。外周面５ｄと外輪３の軌道面３ａとの間にクリアランスＡが設けられている。運転時において、この外周面５ｄが外輪３の軌道面３ａと接触することで、保持器５が外輪３に案内される（外輪側案内１）。ここで、図１に示す形態では、保持器５の外周面５ｄの傾斜角度θ_２と、外輪３の軌道面３ａの傾斜角度θ_１とが同じ角度である。すなわち、両面が平行となっており、保持器５は、外周面５ｄの全面で外輪３の軌道面３ａに案内される。なお、各傾斜角度は、いずれも軸受中心軸（径方向中心）に対する角度である。これにより、クリアランスＡが小さい場合でも、保持器５の外周面５ｄと外輪３の軌道面３ａとが、小径側等で局部的に接触することを防止でき、接触面の摩耗を防止でき、保持器負荷も低減できる。

本発明の円すいころ軸受の他の例を図２に基づいて説明する。図２は、円すいころ軸受の軸方向一部断面図である。図２に示す形態の円すいころ軸受１は、保持器５において、大径リング部５ａの外周面に摺動部材７が設けられている。また、図中８は、ハウジング等の外輪外径側に配置される外方部材である。それ以外の全体構成は、図１に示す円すいころ軸受と同様である。大径リング部５ａの外周面と外方部材８との間のクリアランスＢが、保持器５の外周面５ｄと外輪３の軌道面３ａとの間のクリアランスＡよりも小さく設定されている。このため、運転時において、大径リング部５ａの外周面が外方部材８の表面と接触することで、保持器５が外方部材８に案内される（外輪側案内２）。なお、この形態では、保持器５の外周面５ｄと外輪３の軌道面３ａは平行でなくともよい。平行でない場合、クリアランスＡは位置によって変動するが、その最小値がクリアランスＢよりも大きければ、大径リング部５ａでの案内となる。

摺動部材７としては、耐摩耗性および摺動性を有するものであれば特に限定されず、樹脂材（被膜を含む）、セラミック材など公知の摺動材料からなる部材を適用できる。図２に示す構成により、保持器５が外輪３の軌道面３ａに直接接触することがなく、軌道面３ａにおける摩耗や傷を防止できる。また、大径リング部５ａの外周面に、耐摩耗性や摺動性に優れる摺動部材７が設けられているため、摩擦力低減により軸受トルクを低減でき、保持器負荷も低減できる。

本発明の円すいころ軸受の他の例を図３に基づいて説明する。図３は、円すいころ軸受の軸方向一部断面図である。図３に示す形態の円すいころ軸受１は、保持器５において、大径リング部５ａの内周面に摺動部材７が設けられている。それ以外の全体構成は、図２に示す円すいころ軸受と同様である。大径リング部５ａの内周面と内輪２との間のクリアランスＣが、保持器５の外周面５ｄと外輪３の軌道面３ａとの間のクリアランスＡよりも小さく設定されている。このため、運転時において、大径リング部５ａの内周面が内輪２の表面（大鍔２ｂの外径部）と接触することで、保持器５が内輪２に案内される（内輪側案内）。この形態でも、保持器５の外周面５ｄと外輪３の軌道面３ａは平行でなくともよい。

図３に示す構成により、図２の形態と同様に、保持器５が外輪３の軌道面３ａに直接接触することがなく、軌道面３ａにおける摩耗や傷を防止できる。また、大径リング部５ａの内周面に、耐摩耗性や摺動性に優れる摺動部材７が設けられているため、摩擦力低減による軸受トルクを低減でき、保持器負荷も低減できる。なお、摺動部材７の材質等は、図２の場合と同様である。

本発明の円すいころ軸受は、樹脂製保持器と円すいころとを一体化した一体品とし、この一体品と、内輪と、外輪とを組み合わせて対象部位に組み込んで使用することが好ましい。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が保持器から脱落しない（一体化を保つ）ために、ころ脱落防止構造が必要となる。例えば、保持器のポケット部に円すいころの脱落防止部を設け、円すいころが該脱落防止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することが好ましい。この一体化により、内輪小鍔を省略できる。図１〜図３に示す形態の円すいころ軸受１は、保持器と円すいころとが一体化されており、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。

保持器と円すいころの一体化の一例として、円すいころの両端面にそれぞれ凹部（ぬすみ）を設け、保持器のポケット部に脱落防止部として上記凹部に弾性変形を経て係合する凸部（突起）を設ける構成が挙げられる。この構成では、これら凹凸部の引掛り代分を弾性変形させながら、円すいころを保持器のポケット部に挿入する（かち込む）ことで、円すいころの凹部と、保持器の凸部とが係合し、保持器と円すいころとが一体となる。また、一体化の他の例として、円すいころは通常のままとし、保持器のポケット部に円すいころの脱落防止部となる爪部を設ける構成が挙げられる。この構成では、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なる。

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４−６（ＰＡ４６）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。特に、保持器外周面で案内される形式（上記の外輪側案内１）の場合は、耐摩耗性・摺動性に優れる充填材や添加剤を配合することが好ましい。

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、樹脂製保持器を用いた円すいころ軸受において、軸受サイズが小さい場合であっても、保持器との局部的な接触による外輪軌道面の摩耗や保持器割れを抑制できるので、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
７ 摺動部材
８ 外方部材

Claims (6)

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樹脂製の保持器とを備えてなる円すいころ軸受であって、
   該円すいころ軸受は、前記外輪の軌道面が軸受中心軸となす角度が３０°〜５０°であり、
   前記保持器は、大径リング部と、小径リング部と、これらを連結する複数の柱部とを有し、隣接する柱部同士の間に前記ポケット部が形成され、前記外輪、前記内輪、または前記外輪外径側に配置される他部材で案内されることを特徴とする円すいころ軸受。
2. 前記保持器は、前記柱部の表面からなるテーパ状の外周面を有し、該外周面が前記外輪の軌道面と接触して該外輪に案内され、
   前記保持器の外周面の傾斜角度と、前記外輪の軌道面の傾斜角度とが同じ角度であることを特徴とする請求項１記載の円すいころ軸受。
3. 前記保持器は、前記大径リング部の外周面が前記他部材と接触して該他部材に案内されることを特徴とする請求項１記載の円すいころ軸受。
4. 前記保持器は、前記大径リング部の内周面が前記内輪と接触して該内輪に案内されることを特徴とする請求項１記載の円すいころ軸受。
5. 前記円すいころ軸受の径方向肉厚が１３．５ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項記載の円すいころ軸受。
6. 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り、
   前記保持器は、前記ポケット部に前記円すいころの脱落防止部を有し、該脱落防止部により前記円すいころが前記ポケット部内に保持されていることを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項記載の円すいころ軸受。

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