JP2018179078A - 自動調心ころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】スキューによる球面ころの案内輪への接触を抑制することができる自動調心ころ軸受を提供する。【解決手段】自動調心ころ軸受１０は、球面ころ３の中心線Ｃと自動調心ころ軸受１０の軸線Ｏとを含む縦断面において、自動調心ころ軸受１０の軸方向外側に位置する球面ころ３の外端面３４と鍔部２３との隙間Ｘと、自動調心ころ軸受１０の軸方向内側に位置する球面ころ３の内端面３３と案内輪６との隙間Ｙとが、 Ｘ＜Ｙ の関係を有している。【選択図】図１

Description

本発明は、自動調心ころ軸受に関する。

従来、自動調心ころ軸受として、例えば、特許文献１に記載のものが知られている。自動調心ころ軸受は、例えば、図５に示しているように、内周に外軌道面８２を有している外輪８１と、外周に２列の内軌道面８３を有している内輪８４と、外軌道面８２と２列の内軌道面８３との間に２列配置されている球面ころ８６と、各列の複数の球面ころ８６を保持している環状の保持器８８と、保持器８８と内輪８４との間であって２列の球面ころ８６の列間に設けられている環状の案内輪９０とを備えている。保持器８８は、案内輪９０によって径方向について位置決めされている。

特開２０１６−１９１４２９号公報

図５に示す自動調心ころ軸受において、球面ころ８６は、外軌道面８２及び内軌道面８３との接触点Ｐ１，Ｐ２を通過する仮想線Ｌ１回りに回転（矢印ｒ１，ｒ２で示す）すること、つまり、球面ころ８６にはスキューが発生することがある。このとき、球面ころ８６の端面８６ａが案内輪９０の外側面９０ｂに接触したり、案内輪９０が軸方向両側の球面ころ８６で挟まれたりすることがある。案内輪９０は、通常、球面ころ８６よりも硬度の低い材質で形成されるため、球面ころ８６との接触に起因する案内輪９０の摩耗等が問題となる。

本発明は、以上のような実情に鑑みてなされたものであり、球面ころにスキューが発生することによって、当該球面ころが案内輪に接触するのを抑制することができる自動調心ころ軸受を提供することを目的とする。

本発明は、内周に凹曲面からなる外軌道面を有している外輪と、外周に凹曲面からなる内軌道面を２列有しかつ軸方向の両外側に鍔部を有している内輪と、前記外軌道面と前記内軌道面との間に２列配置されている複数の球面ころと、２列の前記球面ころを列毎に周方向に間隔をあけて保持するために当該球面ころを収容するポケットを複数有する保持器と、前記保持器と前記内輪との間であって前記２列の球面ころの列間に設けられている案内輪と、を備えている自動調心ころ軸受であって、前記球面ころの中心線と前記自動調心ころ軸受の軸線とを含む縦断面において、前記自動調心ころ軸受の軸方向外側に位置する前記球面ころの外端面と前記鍔部との隙間Ｘと、前記自動調心ころ軸受の軸方向内側に位置する前記球面ころの内端面と前記案内輪との隙間Ｙとが、 Ｘ＜Ｙ の関係を有している。

以上のような構成を採用することによって、球面ころにスキューが発生したときに、球面ころが案内輪に接触する可能性が低くなり、逆に球面ころが内輪の鍔部に接触する可能性が高くなる。そのため、球面ころのスキューによる案内輪への接触を抑制することができる。

上記構成において、前記鍔部の軸方向内側面とこれに対向する前記球面ころの外端面との隙間の変化量と、前記案内輪の軸方向外側面とこれに対向する前記球面ころの内端面との隙間の変化量との差をΔＳとしたとき、前記隙間Ｘと前記隙間Ｙとが、 Ｘ＜Ｙ−ΔＳ の関係を有していることが好ましい。
このような構成によって、球面ころのスキューによる案内輪への接触をより確実に防止することができる。

前記保持器は、２列の前記球面ころの列間であって前記案内輪の径方向外側に位置する環状体を有しており、前記球面ころの中心線と前記自動調心ころ軸受の軸線とを含む縦断面において、前記環状体の軸方向外側面と前記球面ころの内端面との隙間をＺとしたとき、前記隙間Ｙと前記隙間Ｚとが、 Ｙ＜Ｚ の関係を有していることが好ましい。
保持器は、案内輪よりも硬度の低い材質によって形成される場合があるため、上記構成を採用することで、球面ころが、保持器の環状体に接触する可能性が低くなり、保持器の摩耗を抑制することができる。

本発明によれば、球面ころにスキューが発生することによって、当該球面ころが案内輪に接触するのを抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る自動調心ころ軸受の縦断面図である。 案内輪及びその周囲を拡大して示す断面図である。 図１の仮想線Ｌ１に沿った方向Ａから球面ころ、内輪、及び案内輪を見た図である。 （ａ）は、図３のＢ部における球面ころと鍔部との隙間の変化を示す図、（ｂ）は、図３のＤ部における球面ころと案内輪との隙間の変化を示す図、（ｃ）は、隙間の変化量の差を示す説明図である。 従来技術に係る自動調心ころ軸受の縦断面図である。

図１は、本発明の自動調心ころ軸受の実施の一形態を示す縦断面図である。この自動調心ころ軸受１０は、同心状に配置された外輪１及び内輪２と、これら外輪１と内輪２との間に２列配設された複数の球面ころ３と、この２列の球面ころ３を列毎に周方向に間隔をあけて保持する保持器５と、この保持器５と内輪２との間であって２列の球面ころ３，３の列間に設けられている環状の案内輪６とを備えている。なお、本明細書においては、自動調心ころ軸受１０の軸方向の中心線ＣＬに近づく方向又は近い側を「軸方向内方」又は「軸方向内側」といい、中心線ＣＬから離れる方向又は離れた側を「軸方向外方」又は「軸方向外側」ということがある。

外輪１は、中心線ＣＬを軸にして線対称に形成されており、その内周には単一の外軌道面１１が形成されている。外軌道面１１は凹曲面からなり、自動調心ころ軸受１０の軸線Ｏと中心線ＣＬとの交点を中心とした所定の半径を有する球面（球面の一部）に沿った形状である。このため、図１に示すように、自動調心ころ軸受１０の軸線Ｏを含む断面、つまり、縦断面において、外軌道面１１の形状は円弧となる。

内輪２も、中心線ＣＬを軸にして線対称に形成されており、その外周には２列の内軌道面２１が形成されている。内軌道面２１は凹曲面からなり、図１に示すように、自動調心ころ軸受１０の縦断面において、各内軌道面２１の形状は円弧となり、この円弧は、外輪１の外軌道面１１を形成する前記球面（球面の一部）の半径と同じ半径を有している。また、内輪２の外周面には、２列の内軌道面２１，２１の間に円筒面２２が形成されており、円筒面２２は、自動調心ころ軸受１０の軸線Ｏに平行な面である。さらに、内輪２は、内軌道面２１の軸方向外側に、球面ころ３の脱落を防止する鍔部２３を有している。

前記球面ころ３は樽形であり、凸曲面からなる外周面３２を有し、外軌道面１１及び内軌道面２１を転動する。球面ころ３は、外輪１の外軌道面１１と内輪２の２列の内軌道面２１との間に２列で配置されており、各列に周方向に沿って複数設けられている。

保持器５は、全体として環状であり、中央の環状体５０と、この環状体５０の軸方向両外側面から軸方向外方へ向けて延び、周方向に間隔をあけて配置された複数のつの（柱部）５１とを有している。環状体５０とつの５１とは一体に形成されている。環状体５０から軸方向一方へ延びるつの５１と軸方向他方へ延びるつの５１とは周方向に半ピッチ分位置がずらされている。そして、周方向に隣り合うつの５１の間には、球面ころ３を収容するポケットが形成され、保持器５によって各列の球面ころ３が周方向に所定の間隔をあけて保持されている。

図２は、案内輪６及びその周囲を拡大して示す断面図である。
案内輪６は、円環状の部材であり、保持器５の環状体５０と内輪２との間であって、２列の球面ころ３，３の列間に設けられている。案内輪６は、内輪２の円筒面２２の径方向外側で、かつ保持器５の環状体５０の径方向内側に設けられている。また、案内輪６の内周面６１と円筒面２２との間に隙間が設けられ、案内輪６の外周面６２と環状体５０の内周面５５との間に隙間が設けられている。このため、案内輪６は、円筒面２２によって、径方向について僅かな移動代を有した状態で位置決めされている。また、保持器５は、この案内輪６によって、径方向について僅かな移動代を有した状態で位置決めされる。

保持器５、内輪２、及び案内輪６が同心状に配置された状態で、環状体５０の内周面５５、及び案内輪６の外周面６２は、自動調心ころ軸受１０の軸線Ｏ（図１参照）を中心とする円筒面を構成する。また、環状体５０の内周面５５と案内輪６の外周面６２との間には径方向の隙間が設けられ、内輪２の円筒面２２と案内輪６の内周面６１との間にも径方向の隙間が設けられているので、案内輪６は、内輪２及び保持器５に対して独立して自由に回転できる構成となっている。

本実施形態において、外輪１、内輪２、及び球面ころ３は軸受鋼等からなる。案内輪６は鋳鉄製である。また、保持器５は黄銅製である。ただし、これらの部品は、他の金属製であってもよい。

図１に示すように、球面ころ３の軸方向外側の端面３４（以下、単に「外端面３４」ともいう）と、内輪２の鍔部２３の軸方向内側の側面２３ａ（以下、単に「内側面２３ａ」ともいう）との間には隙間Ｘが形成されている。また、図２に示すように、球面ころ３の軸方向内側の端面３３（以下、単に「内端面３３」ともいう）と、案内輪６の軸方向外側の側面６３（以下、単に「外側面６３」ともいう）との間には隙間Ｙが形成されている。なお、これらの隙間Ｘ，Ｙは、球面ころ３の中心線Ｃと自動調心ころ軸受１０の軸線Ｏとを含む縦断面における隙間である。また、当該縦断面において、球面ころ３の外端面３４と鍔部２３の内側面２３ａとは互いに平行に配置され、球面ころ３の内端面３３と案内輪６の外側面６３とは互いに平行に配置されている。

この隙間Ｘと隙間Ｙとは、次の式（１）のような関係を有している。
Ｘ＜Ｙ ・・・ （１）

また、図２に示すように、保持器５における環状体５０の軸方向外側の側面５７（以下、単に「外側面５７」ともいう）と、球面ころ３の軸方向内端面３３との間には隙間Ｚが形成されている。なお、前記縦断面において、球面ころ３の内端面３３と環状体５０の外側面５７とは互いに平行に配置されている。したがって、環状体５０の外側面５７と案内輪６の外側面６３とも互いに平行に配置されている。

隙間Ｙと隙間Ｚとは、次の式（２）のような関係を有している。
Ｙ＜Ｚ ・・・ （２）
したがって、式（１）、（２）より、
Ｘ＜Ｙ＜Ｚ ・・・ （３）
の関係が成り立つ。

また、隙間Ｘと隙間Ｙとは、以下に説明するような関係がある。
図３は、図１の仮想線Ｌ１に沿った方向Ａから球面ころ３、内輪２、及び案内輪６を見た図である。鍔部２３の内側面２３ａは、円弧状の面に形成されている。具体的には、図１に示すように、球面ころ３の中心線Ｃと、自動調心ころ軸受１０の軸線Ｏとの交点（図示省略）を中心とした円弧面に形成されている。この鍔部２３の内側面２３ａの円弧半径をＲ１で示す。

案内輪６の外側面６３も、球面ころ３の中心線Ｃと、自動調心ころ軸受１０の軸線Ｏとの交点（図示省略）を中心とした円弧面に形成されている。この案内輪６の外側面６３の円弧半径をＲ２で示す。

図３に示すように、球面ころ３の外端面３４及び内端面３３は平坦な面に形成されているため、鍔部２３及び案内輪６との間の隙間は周方向で変化する。前述した隙間Ｘ，Ｙは、球面ころ３の中心線Ｃを含む縦断面における隙間を示している。したがって、中心線Ｃから周方向に離れるほど球面ころ３と鍔部２３との隙間は大きくなり、球面ころ３と案内輪６との隙間は小さくなる。

図４（ａ）は、図３のＢ部における球面ころ３と鍔部２３との間の隙間の変化を示す図である。球面ころ３の中心線Ｃから周方向に離れた位置の球面ころ３と鍔部２３との隙間ｘは、中心線Ｃ上の隙間Ｘよりも大きくなる。そして、最大の隙間ｘは、球面ころ３の中心線Ｃから球面ころ３の外端面３４の半径Ｒ３だけ周方向に離れた位置における隙間となる。図４（ａ）において、隙間ｘと隙間Ｘの差、すなわち球面ころ３と鍔部２３との隙間の変化量をＳ１で示す。

図４（ｂ）は、図３のＤ部における球面ころ３と案内輪６との間の隙間の変化を示す図である。球面ころ３の中心線Ｃから周方向に離れた位置の球面ころ３と案内輪６との隙間ｙは、中心線Ｃ上の隙間Ｙよりも小さくなる。そして、最小の隙間ｙは、球面ころ３の中心線Ｃから球面ころ３の内端面３３の半径Ｒ３だけ周方向に離れた位置における隙間となる。図４（ｂ）において、隙間Ｙと隙間ｙの差、すなわち球面ころ３と案内輪６との隙間の変化量をＳ２で示す。

図４（ｃ）に示すように、中心線Ｃから半径Ｒ３だけ離れた位置、すなわち球面ころ３の各端面３３，３４における外周縁では、球面ころ３と鍔部２３との隙間の変化量Ｓ１と、球面ころ３と案内輪６との隙間の変化量Ｓ２とには差ΔＳがある。本実施形態では、隙間Ｘと隙間Ｙとの関係が、変化量Ｓ１，Ｓ２の差ΔＳを考慮して次の式（５）のように設定されている。
Ｘ＜Ｙ−ΔＳ ・・・ （４）

（本実施形態の作用効果）
本実施形態では、球面ころ３の各端面３３，３４と、鍔部２３及び案内輪６との隙間Ｘ，Ｙが、上述の式（１）の関係を有している。
一方、従来は、球面ころ３の各端面３３，３４と、鍔部２３及び案内輪６との隙間Ｘ，Ｙが、Ｘ＞Ｙの関係を有していた。

図１に示すように、球面ころ３が、外軌道面１１及び内軌道面２１との接触点Ｐ１，Ｐ２を通る仮想線Ｌ１回りに回転した場合、つまり、球面ころ３にスキューが発生した場合、本実施形態の自動調心ころ軸受１０は、上記式（１）の関係によって、球面ころ３が案内輪６に接触する可能性が従来よりも低くなる。逆に、上記式（１）の関係によって、球面ころ３が鍔部２３に接触する可能性が従来よりも高くなる。案内輪６は、球面ころ３よりも硬度の低い材質で形成されているので、球面ころ３が接触する可能性が低くなることによって、案内輪６の摩耗を抑制することができる。そのため、案内輪６の摩耗粉が軌道面１１，２１等に付着して軸受寿命に悪影響を及ぼすのを防ぐことが可能となる。鍔部２３は、球面ころ３と同じ材質により形成されているので、球面ころ３と接触する可能性が高まったとしてもそれほど問題になることはない。

また、本実施形態では、球面ころ３の各端面３３，３４と、鍔部２３及び案内輪６との隙間Ｘ，Ｙが、上記式（１）に加えて、上記式（４）の関係を有している。この式（４）では、鍔部２３の内側面２３ａ及び案内輪６の外側面６３の円弧形状を考慮して隙間Ｘ，Ｙの関係が設定されている。つまり、球面ころ３と鍔部２３との隙間は、中心線Ｃから周方向に離れるほど大きくなるのに対して、球面ころ３と案内輪６との隙間は、中心線Ｃから周方向に離れるほど小さくなるため、単に式（１）に示す関係だけであると、中心線Ｃから離れた部分において、球面ころ３と鍔部２３との隙間よりも、球面ころ３と案内輪６との隙間の方が小さくなる場合もあり得る。上記の式（４）に示すように、球面ころ３と、鍔部２３及び案内輪６との隙間の変化量の差ΔＳを考慮することによって、球面ころ３と鍔部２３との隙間は、球面ころ３と案内輪６との隙間よりも必ず小さくなり、球面ころ３のスキューによって球面ころ３と案内輪６とが接触する可能性を極めて低くすることができる。

なお、図４（ｃ）に示す変化量Ｓ１，Ｓ２の差ΔＳは、球面ころ３と鍔部２３との隙間と変化量Ｓ１、球面ころ３と案内輪６との隙間の変化量Ｓ２とが、それぞれ考えられる最大の値である場合の寸法を示している。つまり、図１に示すように、鍔部２３及び案内輪６の高さが、球面ころ３の中心線Ｃにまで到る場合であっても対応しうる寸法となっている。しかしながら、実際には鍔部２３及び案内輪６の高さは中心線Ｃよりも低いため、図４（ｃ）に示す差ΔＳは、余裕をもって設定された寸法ということができ、スキューした球面ころ３が案内輪６に接触する可能性を極めて低くすることができる。ただし、差ΔＳの寸法は、実際の鍔部２３及び案内輪６の高さを考慮して設定してもよい。

上記式（２）の関係によって、球面ころ３は、保持器５の環状体５０よりも案内輪６に接触する可能性が高くなる。保持器５は、黄銅等のように案内輪６よりも硬度の低い材質で形成されていることが多い。したがって、上記式（２）の関係を有することによって、球面ころ３が保持器５の環状体５０に接触する可能性を低くし、保持器５の摩耗等を抑制することができる。

なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内において適宜変更可能である。
例えば、保持器５の環状体５０における外側面５７は、必ずしも球面ころ３の内端面３３と平行でなくてもよい。この場合、隙間Ｚの値は、両者の隙間の最小値とすればよい。

１：外輪、２：内輪、３：球面ころ、５：保持器、６：案内輪、１０：自動調心ころ軸受、１１：外軌道面、２１：内軌道面、２３：鍔部、２３ａ：鍔部の内側面、３３：球面ころの内端面、３４：球面ころの外端面、５０：環状体、５７：環状体の外側面、６３：案内輪の外側面、Ｃ：球面ころの中心線、ＣＬ：自動調心ころ軸受の軸方向の中心線、Ｏ：自動調心ころ軸受の軸線、Ｓ１：隙間の変化量、Ｓ２：隙間の変化量、Ｘ：隙間、Ｙ：隙間、Ｚ：隙間、ΔＳ：変化量の差

Claims (3)

1. 内周に凹曲面からなる外軌道面を有している外輪と、外周に凹曲面からなる内軌道面を２列有しかつ軸方向の両外側に鍔部を有している内輪と、前記外軌道面と前記内軌道面との間に２列配置されている複数の球面ころと、２列の前記球面ころを列毎に周方向に間隔をあけて保持するために当該球面ころを収容するポケットを複数有する保持器と、前記保持器と前記内輪との間であって前記２列の球面ころの列間に設けられている案内輪と、を備えている自動調心ころ軸受であって、
   前記球面ころの中心線と前記自動調心ころ軸受の軸線とを含む縦断面において、前記自動調心ころ軸受の軸方向外側に位置する前記球面ころの外端面と前記鍔部との隙間Ｘと、前記自動調心ころ軸受の軸方向内側に位置する前記球面ころの内端面と前記案内輪との隙間Ｙとが、 Ｘ＜Ｙ の関係を有している、自動調心ころ軸受。
2. 前記鍔部の軸方向内側面とこれに対向する前記球面ころの外端面との隙間の変化量と、前記案内輪の軸方向外側面とこれに対向する前記球面ころの内端面との隙間の変化量との差をΔＳとしたとき、前記隙間Ｘと前記隙間Ｙとが、 Ｘ＜Ｙ−ΔＳ の関係を有している、請求項１に記載の自動調心ころ軸受。
3. 前記保持器は、２列の前記球面ころの列間であって前記案内輪の径方向外側に位置する環状体を有しており、
   前記球面ころの中心線と前記自動調心ころ軸受の軸線とを含む縦断面において、前記環状体の軸方向外側面と前記球面ころの内端面との隙間をＺとしたとき、前記隙間Ｙと前記隙間Ｚとが、 Ｙ＜Ｚ の関係を有している、請求項１又は２に記載の自動調心ころ軸受。

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