JP2017053448A - ころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】公転する部位に使用されるころ軸受において、保持器の製造時に真円度や偏心の厳密な管理を避けつつ、大きな遠心加速度が作用する使用環境であってもポケット部の柱部分の異常摩耗を防ぐ。【解決手段】外輪１０は、軌道面１１と異なる位置で径方向に面する転送面１２を有する。保持器５０は、軌道面１１を転がるころ３０を収めるポケット部５４と、転送面１２を転がる転がり部材４０をポケット部５４とは異なる箇所で保持する案内ポケット部５５とをそれぞれ周方向に均等間隔で有する。ころ３０とポケット部５４との間のポケットすきまＳ１＜転がり部材４０と案内ポケット部５５との間の隙間Ｓ２＜保持器５０と外輪１０との間の外方の径方向すきまＳ３、保持器５０と内輪２０との間の内方の径方向すきまＳ４に設定する。【選択図】図１

Description

この発明は、遊星減速機等の公転する部位に適用されるころ軸受に関し、特に、保持器を案内することに関する。

ダンプトラック等では、ホイールリムの内側に終減速装置が配置されている。この終減速装置は、大きな減速比を得るため、一般に、遊星減速機を複数段に組み合わせた構造であり、最終段の遊星減速機からの出力をホイールリムに伝達するようになっている。その遊星減速機に備わる遊星回転体は、リングギア及びサンギア間で自転しながら公転する遊星歯車又は遊星ローラからなり、転がり軸受を介してキャリヤの軸に支持されている。その転がり軸受として、荷重負荷能力に優れたころ軸受が採用されている（例えば、特許文献１）。

従来、ころ軸受の保持器を径方向に案内する方式として、転動体によって保持器を案内する転動体案内方式（例えば、特許文献２）、又は軌道輪（外輪又は内輪）によって保持器を案内する軌道輪案内方式（例えば、特許文献３、４）が採用されている。

また、保持器と内輪との間に非分離形の転がり軸受を介在させることにより、保持器、ころ及び内輪のアセンブリを維持すると共に、その転がり軸受によって保持器を案内することも提案されている（特許文献５）。

特開２０１２−２０２４１７号公報 特開２００５−６９２８２号公報 特開２００８−１９６５８２号公報 特開２００４−２９３７３０号公報 特開２００９−１９１８９４号公報

しかしながら、遊星回転体を支持するころ軸受のように公転する部位に使用される場合、保持器や軸受内部の潤滑油には、保持器の軸受中心軸周りの回転による遠心力のほかに、ころ軸受が遊星回転体と一体に公転することによる遠心力も作用する。公転による遠心力は、ころ軸受に負荷域を生じさせると共に、保持器の変形や偏心、軸受内部の潤滑油の偏りを生じさせる原因となる。

本願発明者らが現行の超大型ダンプの終減速装置における使用環境を調べたところ、ころ軸受の公転直径が５００ｍｍ前後になり、その公転速度が５００ｒｐｍを超え、軸受回転速度が１３００ｒｐｍ程度になり、最大の遠心加速度が約７５Ｇになっていた。このような強い遠心加速度が作用すると、ころ軸受内部の潤滑油が負荷域で希薄になり、負荷域と周方向反対側へ偏る傾向が顕著であった。

このように公転の影響が強い部位で使用されるころ軸受の保持器案内方式として転動体案内方式を採用した場合、その潤滑条件の悪い負荷域において、遠心加速度による保持器の変形等によりポケット部の柱部分がころに強く押し付けられて異常摩耗が発生し、早期に保持器破壊に至る可能性がある。

一方、軌道輪案内方式では、ポケット部のポケットすきまを転動体案内方式よりも大きくすることが可能なため、柱部分ところとの強い接触を避け得るが、その代わり、軌道輪の保持器案内面と、保持器の被案内部との間の径方向すきま（いわゆる案内すきま）をポケットすきまよりも小さく設定しなければならない。このため、保持器の製造時の寸法精度管理においては、保持器の真円度や偏心を厳しく管理して径方向すきまが設定外にならないようにしなければならない。

また、特許文献３のように、保持器に案内用転がり軸受の外輪を締り嵌めすると、ポケット部の柱部分ところとの強い接触を避けることが可能であると共に、高精度な保持器案内も可能だが、案内用転がり軸受の外輪と保持器との分離を確実に防止する必要がある。従い、保持器の製造時の寸法精度管理においては、保持器の真円度や偏心を厳しく管理して設定通りの締め代を確保しなければならない。

上記の背景に鑑み、この発明が解決しようとする課題は、公転する部位に使用されるころ軸受において、保持器の製造時に真円度や偏心の厳密な管理を避けつつ、大きな遠心加速度が作用する使用環境であってもポケット部の柱部分の異常摩耗を防ぐことである。

上記の課題を達成するため、この発明は、公転する部位に使用されるころ軸受において、外方の軌道面と、前記外方の軌道面と異なる位置で径方向に面する転送面とを有する外輪と、内方の軌道面を有する内輪と、前記外方の軌道面及び前記内方の軌道面間に介在するころと、前記転送面を転がる転がり部材と、前記ころを収めるポケット部と、前記ポケット部とは異なる箇所で前記転がり部材を保持する案内ポケット部とをそれぞれ周方向に均等間隔で有する保持器と、を備えており、前記ころと前記ポケット部との間にポケットすきまが設定され、前記転がり部材と前記案内ポケット部との間に前記ポケットすきまよりも大きな隙間が設定されており、前記ポケットすきま及び前記隙間のそれぞれが、前記保持器と前記外輪との間の外方の径方向すきま、及び前記保持器と前記内輪との間の内方の径方向すきまのそれぞれよりも小さく設定されている構成を採用したものである。

上記構成によれば、周方向に均等配置されたポケット部でのポケットすきま＜同じく案内ポケット部での隙間＜保持器と各軌道輪間での外方の径方向すきま、内方の径方向すきまという関係に設定されているので、基本的に、保持器は、外方及び内方の軌道面を転がるころによって案内される。そして、大きな遠心加速度の作用で保持器が大きく変形したり偏心したりする使用環境の場合、保持器は、転送面を転がる転がり部材によっても案内されるので、ポケット部の柱部分と、ころとの強い接触が防止される。
また、ポケットすきま及び隙間の設定（管理）だけで保持器の案内を調整でき、外方及び内方の径方向すきまをポケットすきまよりも小さくすることも不要なため、保持器の製造時に真円度や偏心の厳密な管理を避けることも可能になる。

このように、この発明は、上記構成の採用により、公転する部位に使用されるころ軸受において、保持器の製造時に真円度や偏心の厳密な管理を避けつつ、公転による遠心力が大きい使用環境であってもポケット部の柱部分の異常摩耗を防ぐことができる。

この発明の第一実施形態に係るころ軸受の構成を示す断面図 図１に示す第一実施形態に係るころ軸受の拡大右側面図 図１に示す第一実施形態に係るころ軸受のポケット部をころ中心軸に直角な平面で切断して示す部分拡大断面図 図１に示す第一実施形態に係るころ軸受の案内ポケット部をその幾何的中心及び軸受中心軸を含むアキシアル平面で切断して示す部分拡大断面図 この発明の第一実施形態に係るころ軸受を組み込んだ遊星減速機を示す断面図 図５中のＶＩ−ＶＩ線の断面図 この発明の第二実施形態に係るころ軸受を示す断面図 この発明の第三実施形態に係るころ軸受を示す断面図

以下、この発明の第一実施形態に係るころ軸受を添付図面に基づいて説明する。
図５、図６は、第一実施形態に係るころ軸受１を組み込んだ遊星減速機を例示している。この遊星減速機は、入力軸１０１に取り付けた太陽歯車１０２と、ハウジング１０３に固定された内歯車１０４との間に両歯車１０２、１０４に噛み合う遊星歯車としての遊星回転体１０５が複数個配置され、出力軸１０６に連結されたキャリヤ１０７に対して各遊星回転体１０５が回転自在に支持され、太陽歯車１０２と内歯車１０４との間で自転しながら公転する遊星回転体１０５の公転運動が、キャリヤ１０７を介して出力軸１０６に出力されるものである。

ころ軸受１は、公転する部位に使用されるものであり、この遊星減速機に備わる遊星回転体１０５とキャリヤ１０７との間に一対で配置されている。各ころ軸受１の外輪は、遊星回転体１０５に取り付けられ、遊星回転体１０５と一体に回転する。各ころ軸受１の内輪は、キャリヤ１０７に設けられた支持軸１０８に取り付けられ、外輪に対して静止する。

図示の遊星減速機は、超大型ダンプトラックのホイールリムの内側に設けられた終減速装置の第１段目の減速を行うものとなっている。その超大型ダンプトラックは、鉱山用であって積載量３００ｔ以上のものを想定している。ころ軸受１の使用環境として、太陽歯車１０２周りに公転するころ軸受１の公転直径は５００ｍｍ程度、その公転速度は５００ｒｐｍ程度、このときの軸受回転速度は１３００ｒｐｍ程度、最大の遠心加速度は７５Ｇ程度を想定している。

図１、図２に示すように、ころ軸受１は、外輪１０と、内輪２０と、複数のころ３０と、３個以上の転がり部材４０と、これらころ３０及び転がり部材４０を周方向に等配する保持器５０とを備える。これら両軌道輪１０，２０の中心軸及び保持器５０の中心軸は、設計上、一致している。以下、その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」といい、その中心軸周りの円周方向のことを単に「周方向」という。

外輪１０は、外方の軌道面１１と、外方の軌道面１１と異なる位置で径方向に面する転送面１２と、内径大径側の側面１４と、内径小径側の側面１３とを有する。外方の軌道面１１は、円すい面状に形成されている。転送面１２は、外方の軌道面１１と、内径大径側の側面１４との間の内周端部に円筒面状に形成されている。転送面１２の内径は、外方の軌道面１１の大径側の端の内径と同じに設定されている。

内輪２０は、内方の軌道面２１と、大つば２２と、小つば２３とを有する。大つば２２は、ころ３０の大端面を案内する。小つば２３は、ころ３０の内輪２０からの脱落を防ぐ。

ころ３０は、外方の軌道面１１及び内方の軌道面２１を転がりながら両軌道面１１，２１間に介在する。

ころ３０は、円すいころからなる。ころ３０は、円筒ころ、球面ころにしてもよい。

保持器５０は、同軸に設けられた一対の環状部５１，５２と、これら対の環状部５１，５２間を周方向に区切る柱部５３と、ころ３０を収めるポケット部５４と、転がり部材４０を保持する案内ポケット部５５とを有し、一体に回転する軸受部品からなる。

ころ軸受１は、単列円すいころ軸受になっている。内輪２０、複数のころ３０及び保持器５０によって内輪アセンブリが構成されている。

保持器５０の一対の環状部５１，５２は、円すいころ用のかご形保持器にするため、互いに異なる大きさの外径をもつ。その外径大径側の環状部５２は、転送面１２と径方向に対向する位置にある。柱部５３は、周方向に均等間隔で設けられている。

図１、図３に示すように、ポケット部５４は、ころ３０を収容するための空間を規定する保持器表面部からなる。ポケット部５４は、周方向に隣接する柱部５３，５３の対向面と、これら隣接する柱部５３，５３間に亘る対の環状部５１，５２の対向面部分とで構成されたかご形になっている。ポケット部５４は、ころ３０と同数だけ周方向に均等間隔で設けられている。

図１、図４に示すように、案内ポケット部５５は、転がり部材４０を保持するための空間を規定する保持器表面部からなる。案内ポケット部５５は、転がり部材４０を遊嵌状態に収容可能な凹面状として、転送面１２と径方向に対向する環状部５２に周方向に均等間隔で設けられている。また、案内ポケット部５５は、環状部５２の内径側及び外径側に開口している。案内ポケット部５５は、柱部５３と同じ位相で配置されている。案内ポケット部５５の幾何的中心は、柱部５３の周方向幅中央を通るアキシアル平面上にある。

転がり部材４０は、案内ポケット部５５によって、案内ポケット部５５から径方向両側に食み出し、かつ内輪２０から離れた状態で転送面１２のみを転がるように保持される。転がり部材４０に軸受荷重が負荷されることはない。転がり部材４０は、案内ポケット部５５の開口縁から案内ポケット部５５に押し込むことにより、案内ポケット部５５に収められる。案内ポケット部５５の開口縁付近は、転がり部材４０の抜け出しを阻止する。軸受運転中、転がり部材４０に作用する遠心力により、転がり部材４０と転送面１２との接触が維持される。

転がり部材４０は、玉からなる例を示したが、ころ形のものでもよい。例えば、転がり部材４０として、鋼球、円筒ころ（ニードルころを含む）、球面ころを採用することができる。

図３に示すように、ポケット部５４ところ３０との間には、ポケットすきまＳ１が設定されている。ポケットすきまＳ１は、軌道面１１，２１間に介在するころ３０と保持器５０との接触関係に基づいて保持器５０の振れ回り（軸受中心軸からの保持器５０の偏心量）を規制するための遊びである。

また、図４に示すように、案内ポケット部５５と転がり部材４０との間には、隙間Ｓ２が設定されている。隙間Ｓ２は、転送面１２を転がる転がり部材４０と保持器５０との接触関係に基づいて保持器５０の振れ回りを規制するための遊びである。ころ軸受１の軸受回転や公転による遠心力の作用によって転がり部材４０が外輪１０側へ付勢されるので、軸受回転中、転がり部材４０は、転送面１２を転がり続ける。

また、図１に示すように、保持器５０と外輪１０との間には、外方の径方向すきまＳ３が設定されている。また、保持器５０と内輪２０との間には、内方の径方向すきまＳ４が設定されている。これら径方向すきまＳ３，Ｓ４は、ころ軸受１の想定内の使用環境において外輪１０又は内輪２０により保持器５０が案内されることがないように、ポケットすきまＳ１及び隙間Ｓ２のそれぞれよりも余裕をもって大きく設定されている。

案内ポケット部５５と転がり部材４０との間の隙間Ｓ２（図４参照）は、ポケット部５４ところ３０との間のポケットすきまＳ１（図３参照）よりも大きく設定されている（なお、図３、図４は図１の拡大図であるが、図４の拡大倍率を図３よりも大きくしている）。このため、図２に示すように保持器５０によって周方向に等配されるころ３０と転がり部材４０のうち、保持器５０を優先的に案内するのは、ころ３０である。軸受回転の遠心力やころ軸受１の公転運動による遠心力が合わさった遠心加速度が所定未満の場合、保持器５０は、ポケット部５４に滑り接触するころ３０のみにより案内される。所定以上の大きな遠心加速度が保持器５０に作用することによって、ポケットすきまＳ１と隙間Ｓ２の差分を超えるような保持器５０の拡径側への変形や偏心が生じると、案内ポケット部５５の保持器内径側の開口縁付近が転がり部材４０に押し付けられ、保持器５０は、転送面１２を転がると共に案内ポケット部５５に滑り接触する転がり部材４０によっても案内される。なお、図４中では、転送面１２に接する転がり部材４０を案内ポケット部５５の幾何的中央に配置した設計上の基準状態を実線で描いている。また、同図中に一点鎖線で示した保持器５０の外形は、所定以上の遠心加速度の作用で保持器５０が変形等した状態の例示であり、特に、転送面１２を転がる転がり部材４０が案内ポケット部５５に径方向に接触している様子を描いている。

図１に示すように、外輪１０の幅内に環状部５２が収められ、外輪１０の側面１４と軌道面１１との間の内周部分に転走面１２が配置され、環状部５２の軸方向幅内に案内ポケット部５５が配置されている場合、転がり部材４０の直径を大きく取ることは困難である。このため、保持器５０の全体は、ころ３０の中心軸よりも外輪１０側に配置されている。これにより、転がり部材４０と転送面１２との接触を実現すると共に、保持器５０と内輪２０との間の内方の径方向すきまＳ４から潤滑油がころ軸受１の軸受内部に流入したり、流出したりし易くしている。径方向すきまＳ４から軸受内部に流入した潤滑油は、遠心力の作用で外輪１０側へ向かうため、転送面１２、転がり部材４０、案内ポケット部５５の潤滑に有効である。

保持器５０の全体は、樹脂により一体に形成されている。その樹脂として、例えば、ポリアミド樹脂（ＰＡ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）、ポリテトラフロロエチレン（ＰＴＦＥ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリイミド（ＰＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）といったものを採用することができる。また、樹脂にガラス繊維（ＧＦ）を混ぜたガラス繊維強化樹脂としてもよく、例えば、ＰＡ４６＋ＧＦ、ＰＡ６６＋ＧＦといったものを採用することができる。

ころ軸受１は、上述のようなものであり、図５、６に示す遊星回転体１０５のように、公転する部位に使用される。そして、ころ軸受１は、周方向に均等配置されたポケット部５４でのポケットすきまＳ１（図３参照）＜同じく案内ポケット部５５での隙間Ｓ２（図４参照）＜保持器５０と各軌道輪１０，２０間での外方の径方向すきまＳ３、内方の径方向すきまＳ４（図１参照）という関係に設定されているので、基本的に、保持器５０は、外方及び内方の軌道面１１，２１を転がるころ３０のみによって案内される。保持器５０に所定以上の大きな遠心加速度が作用する使用環境、例えば、前述の遊星減速機で想定の使用環境のような大きな遠心加速度が保持器５０に作用する場合、案内ポケット部５５は、転送面１２を転がる転がり部材４０を径方向に受けるようになり（図４中の一点鎖線参照）、保持器５０は、転送面１２を転がる転がり部材４０によっても案内される。従い、このときに保持器５０を案内しているころ３０と、ポケット部５４の構成要素である柱部５３，５３の対向面との強い接触が防止される（すなわち、保持器案内の負荷が案内ポケット部５５とポケット部５４とに分散される。）。このように、ころ軸受１は、大きな遠心加速度が作用する使用環境であってもポケット部５４の柱部５３部分の異常摩耗を防ぐことができる。

また、ころ軸受１は、保持器５０の案内に寄与するポケットすきまＳ１（図３参照）及び隙間Ｓ２（図４参照）のみの設定（管理）だけで保持器５０の案内を調整できるため、保持器５０の製造による真円度や偏心の影響を受けず、また、外方の径方向すきまＳ３、内方の径方向すきまＳ４（図１参照）をポケットすきまＳ１（図３参照）よりも小さくすることも不要なため、軌道輪案内方式に比して、保持器５０の製造による真円度や偏心の厳密な管理を避けることもできる。

なお、外輪１０の転送面１２と転がり部材４０との接触態様（図４参照）は、転がり接触になるため、従来の軌道輪案内方式のような完全な滑り接触にならない。このため、ころ軸受１は、保持器５０の案内に寄与する転送面１２の摩耗を抑える点でも有利である。

また、ころ軸受１は、案内ポケット部５５が保持器５０の内径側及び外径側に開口しているので、保持器５０の内径側を閉塞した案内ポケット部を採用した場合に比して、案内ポケット部５５と転がり部材４０との間に潤滑油が出入りし易い。

また、ころ軸受１は、転がり部材４０が玉からなるので、ころ形の転がり部材を採用する場合に比して、案内ポケット部５５に転がり部材４０を押し込む組込み性に優れ、また、軸受回転の低トルク性にも優れる。

また、ころ軸受１は、保持器５０が樹脂によって一体に形成されているので（図１、図３、図４参照）、鋼板等の金属製の保持器に比して、成型表面の摩擦係数が比較的小さくなり、保持器５０の摩耗防止に対して有利であり、また、保持器５０の剛性が比較的柔らかくなり、柱部５３が摩耗した場合でもころ３０への攻撃性が小さく、軸受損傷に対して有利となる。

また、ころ軸受１は、ころ３０が円すいころからなり、案内ポケット部５５が保持器５０のうちのポケット部５４よりも大径側に寄った部位（環状部５２）に設けられているので、円すいころ軸受に特有のポンプ作用により、保持器５０の内径小径側から流入した潤滑油が環状部５２や転送面１２の方へ送られるので、案内ポケット部５５、転がり部材４０、転送面１２の潤滑を促進することができる。

この発明の第二実施形態を図７に基づいて説明する。以下、第一実施形態との相違点を述べるに留める。
同図に示すように、第二実施形態に係る外輪１０’の転送面１２’は、周方向に延びた溝状に形成されている。保持器５０が軸方向に振れるとき、転がり部材４０は、溝状の転送面１２’によって軸方向に受けられる。このため、第二実施形態のころ軸受は、転がり部材４０と転送面１２’とを利用して保持器５０の軸方向の振れを抑えることもできる。

この発明の第三実施形態を図８に基づいて説明する。
同図に示すように、第三実施形態に係る保持器６０は、金属製の保持器本体６１を備える。保持器本体６１には、全てのポケット部が形成されている。案内ポケット部５５は、保持器本体６１に固定された樹脂部材６２からなる。樹脂部材６２は、保持器本体６１に形成された穴部６３に圧入することによって固定されている。第三実施形態のころ軸受は、樹脂に比して機械的強度に優れた金属製の保持器本体６１により、遠心加速度の作用時の保持器変形を抑えつつ、樹脂部材６２からなる案内ポケット部５５により、案内ポケット部５５と転がり部材４０間の潤滑性を良好に保つことができる。

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。したがって、本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ ころ軸受
１０ 外輪
１１，２１ 軌道面
１２ 転送面
２０ 内輪
３０ ころ
４０ 転がり部材
５０ 保持器
５１，５２ 環状部
５３ 柱部
５４ ポケット部
５５ 案内ポケット部
Ｓ１ ポケットすきま
Ｓ２ 間隙
Ｓ３ 外方の径方向すきま
Ｓ４ 内方の径方向すきま
１０５ 遊星回転体
１０７ キャリヤ

Claims (8)

1. 公転する部位に使用されるころ軸受において、
   外方の軌道面と、前記外方の軌道面と異なる位置で径方向に面する転送面とを有する外輪と、
   内方の軌道面を有する内輪と、
   前記外方の軌道面及び前記内方の軌道面間に介在するころと、
   前記転送面を転がる転がり部材と、
   前記ころを収めるポケット部と、前記ポケット部とは異なる箇所で前記転がり部材を保持する案内ポケット部とをそれぞれ周方向に均等間隔で有する保持器と、を備えており、
   前記ころと前記ポケット部との間にポケットすきまが設定され、前記転がり部材と前記案内ポケット部との間に前記ポケットすきまよりも大きな隙間が設定されており、
   前記ポケットすきま及び前記隙間のそれぞれが、前記保持器と前記外輪との間の外方の径方向すきま、及び前記保持器と前記内輪との間の内方の径方向すきまのそれぞれよりも小さく設定されていることを特徴とするころ軸受。
2. 前記案内ポケット部が、前記保持器の内径側及び外径側に開口している請求項１に記載のころ軸受。
3. 前記転がり部材が玉からなる請求項１又は２に記載のころ軸受。
4. 前記転送面が、周方向に延びた溝状に形成されている請求項１から３のいずれか１項に記載のころ軸受。
5. 前記保持器が、樹脂によって一体に形成されている請求項１から４のいずれか１項に記載のころ軸受。
6. 前記保持器が、金属製の保持器本体を備え、
   前記案内ポケット部が、前記保持器本体に固定された樹脂部材からなる請求項１から４のいずれか１項に記載のころ軸受。
7. 前記ころが、円すいころからなり、
   前記案内ポケット部が、前記保持器のうち、前記ポケット部よりも大径側に寄った部位に設けられている請求項１から７のいずれか１項に記載のころ軸受。
8. 遊星減速機に備わる遊星回転体とキャリヤとの間に配置される請求項１から７のいずれか１項に記載のころ軸受。

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