JP2018523787A - 円錐ころ構成群を製造する方法、円錐ころ構成群および円錐ころ軸受 - Google Patents

円錐ころ構成群を製造する方法、円錐ころ構成群および円錐ころ軸受 Download PDF

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Abstract

円錐ころ軸受は、多くの構造形態で、内レースと、外レースと、内レースと外レースとの間に転動するように配置された複数の円錐ころとを備える。本発明の課題は、特に簡単に組み立て可能な円錐ころ構成群を製造する方法を提案することである。このために、内レース(3)と、ころクラウン(12)とを有する円錐ころ構成群(1)を製造する方法であって、a)内レース(3)を用意するステップであって、内レース(3)は、縁曲げ予備段階の枠内で内レース(3)の縁部領域(6)の縁曲げにより製作される縁曲げ組み立てつば(10)を有するステップと、b)ころクラウン(12)を内レース(3)に組み付けるステップであって、ころクラウン(12)を、縁曲げ組み立てつば(10)を経て、内レース(3)に被嵌するステップと、c)縁曲げ組み立てつば(10)を縁曲げつば(15)へ縁曲げするステップであって、縁曲げつば(15)は、保持つばとしてころクラウン(12)を紛失不能に保持するステップと、d)縁曲げ組み立てつば(10)をステップb)またはステップc)の前に熱処理するステップであって、縁曲げ組み立てつば(10)の硬さを内レース(3)の軌道(5)の硬さに比べて低下させるステップと、を含む、円錐ころ構成群(1)を製造する方法を提案する。さらに、この種の円錐ころ構成群(1)を備えて形成された円錐ころ軸受(20)を提案する。

Description

本発明は、円錐ころ構成群を製造する方法であって、縁曲げ組み立てつば(Boerdelmontagebord)を有する内レースを用意するステップと、ころクラウンを内レースに組み付けるステップであって、ころクラウンを、縁曲げ組み立てつばを経て、内レースに被嵌するステップと、縁曲げ組み立てつばを縁曲げつば(Boerdelbord)へ縁曲げするステップであって、縁曲げつばは、保持つばとしてころクラウンを紛失不能に保持するステップと、を含む方法に関する。さらに本発明は、この方法により製造された円錐ころ構成群と、この円錐ころ構成群を備えて形成された円錐ころ軸受とに関する。
円錐ころ軸受は、多くの構造形態で、内レースと、外レースと、内レースと外レースとの間に転動するように配置された複数の円錐ころとを備える。円錐ころは、しばしばケージ内で案内されている。内レースおよび外レースの製造は、例えば切削加工によって行われることがあり、切削加工の場合、内レースは、半製品から分離加工(trennen)により作り出されるまたは削り出される。別の可能性は、変形加工(umformen)技術を用いてレースを製造することにある。
独国特許出願公開第102011005326号明細書は、軸受レース、特に円錐ころ軸受レースを製造する方法を開示しており、この方法では、円環形のディスクから出発して、略円筒状の軸受レースの形成と、軸受レースの軌道の製作とが、単一の作業ステップにおいて変形加工工程、特に押出成形(Fliesspressen)により実施される。
西独国特許出願公告第1014795号明細書は、両側に一体成形されたつばを有する硬化された軸受レースにより、ニードルクラウンを両側において軸方向で案内するようにしたニードル軸受を開示している。一方のつばは、ケージと軸受レースとを軸方向で合体させた後に一体成形され、このとき、このつばの領域の材料は、軟らかい状態にあって、変形加工後に初めて硬化される。軸受レースは、ケージを組み付けた後に形成されるつばの領域に、減じられた壁厚さを有する。
特開2015−025503号公報は、円錐ころ軸受と、その製造方法とを記載している。この方法では、小フランジと大フランジとを有する内レースが用意される。内レースへのころクラウンの組み付けが実施され、ころクラウンは、軟化焼鈍された小フランジを経て内レースに被嵌され、小フランジは、続いて、保持つばとしてころクラウンを紛失不能に保持すべく、変形加工される。変形加工時、小フランジは、1回の変形加工ステップで円錐ころに向かって折り返される。このとき、高い変形加工度が達成される。その際、既に存在していた表面欠陥は、変形が最も強い領域でさらに強化されてしまう。また、そこには、付加的な欠陥も内レースの材料中に発生してしまう。付加的な欠陥の例は、亀裂または褶曲であって、これらの欠陥は、縁曲げされた小フランジをさらに弱化させる。
本発明の課題は、特に簡単かつ確実に組み立て可能な円錐ころ構成群を製造する方法を提案することである。上記課題は、請求項1の特徴を有する方法と、請求項10の特徴を有する円錐ころ構成群とによって解決される。さらに、本発明の課題は、このような円錐ころ構成群を備える円錐ころ軸受を提供することである。本発明の好ましいまたは有利な実施の形態は、従属請求項、以下の説明および添付図から看取可能である。
上記課題は、内レースと、ころクラウンとを有する円錐ころ構成群を製造する方法であって、
a)内レースを用意するステップであって、内レースは、縁曲げ予備段階の枠内で内レースの縁部領域の縁曲げにより製作される縁曲げ組み立てつばを有するステップと、
b)ころクラウンを内レースに組み付けるステップであって、ころクラウンを、縁曲げ組み立てつばを経て、内レースに被嵌するステップと、
c)縁曲げ組み立てつばを縁曲げつばへ縁曲げするステップであって、縁曲げつばは、保持つばとしてころクラウンを紛失不能に保持するステップと、
d)縁曲げ組み立てつばをステップb)またはステップc)の前に熱処理するステップであって、縁曲げ組み立てつばの硬さを内レースの軌道の硬さに比べて低下させるステップと、
を含む、円錐ころ構成群を製造する方法によって解決される。
本発明の対象は、円錐ころ構成群を製造する方法である。円錐ころ構成群は、内レースと、ころクラウンとを備える。ころクラウンは、複数の円錐ころと、内部に円錐ころを保持するケージとを有する。好ましくは、内レースとケージとは、円錐ころを紛失不能に半径方向で保持するようになっている。円錐ころは、半径方向内向きに内レースにより支持され、半径方向外向きにケージにより紛失不能に拘束される。内レースは、縁曲げつばと、円錐ころが転動する軌道とを有する。任意選択的には、内レースは、さらに固定つば(Festbord)を有する。軌道は、軸方向で縁曲げつばと固定つばとの間に配置されている。軌道は、好ましくは、円錐台形またはコーン形の表面を有する。好ましくは、内レースは、鋼、特に硬化可能な鋼から製造されている。内レースは、内周面において好ましくは真っ直ぐに、中空円筒形に形成されている。ころクラウンは、縁曲げつばと固定つばとの間に、特にころクラウンが両軸方向で形状結合(formschluessig)式に拘束されるように配置されている。特に、内レースと、ころクラウンとを備える円錐ころ構成群は、自己保持型の構成群として形成されており、円錐ころ構成群の構成部品が失われることがないため、輸送が容易であり、かつ/または組み立てが容易である。
本方法は、少なくとも以下のステップを含む:
まず、縁曲げ予備段階で内レースを用意する。内レースは、縁曲げ組み立てつばを有し、任意選択的には、補足的に固定つばを有する。縁曲げ組み立てつばと、固定つばとは、内レースの、軸方向で反対側の端部に配置されている。縁曲げ組み立てつばと、固定つばとの間には、円錐ころ用の軌道が配置されている。縁曲げ組み立てつばは、好ましくは、内レースの一方の軸方向の端部部分として形成され、この端部部分は、内レースの、特に仮想の円筒形の延長線に対して半径方向外向きに拡幅されている。内レースの回転軸線に沿って内レースを通るように断面した縦断面図で見て、縁曲げ組み立てつばは、内レースの軌道の移行部から半径方向外向きに延びている。縁曲げ組み立てつば、半径方向内側および/または外側で例えば円錐形またはコーン形に形成されている。
後続のステップの組み立て段階では、ころクラウンを内レースに組み付ける。このとき、ころクラウンを、縁曲げ組み立てつばを経て、内レースに被嵌する。ころクラウンは、好ましくは、前組み立てされたころクラウンとして形成されており、前もってすべての円錐ころが、ケージ内に配置されている。円錐ころは、半径方向外側に脱落しないようにケージにより保持される。換言すれば、円錐ころは、ケージ内で半径方向外向きに拘束される。これにより、ケージと、円錐ころ、特にすべての円錐ころとを有するころクラウンが、縁曲げ組み立てつばを経て内レースに被嵌される。特に、ころクラウンのケージは、被嵌時に膨らんだり、またはこれとは異なる形で変形したりせず、円錐ころを有するケージ、ひいてはころクラウンは、余剰寸法をもって、縁曲げ組み立てつばを経て内レースに、好ましくは変形なしに被嵌されるように寸法設定されている。
後続のステップの縁曲げ最終段階では、縁曲げ組み立てつばの縁曲げを実施し、縁曲げつばを生じさせる。縁曲げつばは、保持つばとして形成されており、ころクラウンを特に軸方向で紛失不能にかつ/または形状結合式に保持する。特に縁曲げ組み立てつばをさらに軌道に向かって折り返す。その結果、ころクラウンは、内レース内にまたは内レース上に拘束される。
その際、縁曲げつばが2ステップで生じることは、本発明の利点である。まず、縁曲げ組み立てつばが製作され、次にころクラウンが組み付けられ、その後、初めて縁曲げつばへの変形加工が実施される。こうして円錐ころ構成群は、簡単に、ころクラウンのケージを膨らませたり、またはこれとは異なる形で変形させたりすることなく、組み立てが可能である。それにもかかわらず、この方法の終了後、ころクラウンは、内レース内にまたは内レース外面に紛失不能に保持されるので、円錐ころ構成群は、円錐ころ構成群のコンポーネントまたは部品が紛失するリスクなしに、輸送および組み立てが可能である。
本発明により、縁曲げ組み立てつばは、縁曲げ組み立てつばの硬さを縁曲げつばへの縁曲げのために低下させるべく、特に局所的に熱処理される。特に内レースは、専ら縁曲げ組み立てつばの領域で、特に縁曲げ最終段階の曲げ領域で、局所的に熱処理される。熱処理は、これに対して、好ましくは軌道の硬さが変化しないように実施される。特に好ましくは、熱処理により縁曲げ組み立てつばの硬さが、特に縁曲げ最終段階における縁曲げの形状変化の領域で、内レースの軌道と比較して低くされる。2段階の縁曲げと、両縁曲げプロセス間の熱処理とに基づいて、縁曲げ最終段階における内レースの縁部領域内の材料硬化は、内レースのこの領域における材料損傷、特に亀裂形成または皺形成のリスクが最小化されるまで減じられる。これにより、内レースを軸に被嵌する、本発明に係る円錐ころ構成群の組み付け時、縁曲げつばの領域で、損傷が縁曲げつばに生じない。これは、縁曲げつばが、2段階の手順に基づいて、縁曲げつばに押し当てられる組み立て工具に対して弾性的に撓むのになおも十分な残留延性を有するからである。さらに有利には、縁曲げ最終段階における組み立て時間も、予備縁曲げされた縁曲げ組み立てつばをさらに変形加工するのにより小さなストロークで済むことに基づいて、減少する。
局所的な熱処理をしない内レースのベース硬さは、一方では、内レースの製造によることがある。例えば変形加工技術を用いた製造、好ましくは冷間押出成形時、材料硬化に至らしめる応力が生じる。これとは異なりまたはこれに加えて、内レースは、全体的に硬化されてもよく、局所的な熱処理を施すことによって、局所的に硬さは、再び低下される。内レースのベース材料は、特に局所的な熱処理により減じられるベース硬さを有していてもよい。
熱処理は、選択的にころクラウンの組み付け前またはころクラウンの組み付け後に実施可能である。しかし、接近性に関する問題を回避するために、熱処理をころクラウンの組み付け前に実施することが好ましい。これは、ころクラウンが熱処理にとっての干渉輪郭となる場合があるからである。
熱処理、特に局所的な熱処理の利点は、1つには、曲げ領域の硬さが低いために、縁曲げ組み立てつばの、縁曲げつばへの縁曲げが容易化されることにある。さらに、こうして、縁曲げ組み立てつばまたは縁曲げつばの曲げ領域における破損が回避される。熱処理が高周波熱処理としてなされていると、特に好ましい。
本発明によれば、縁曲げ組み立てつばは、縁曲げ予備段階の枠内で内レースの縁部領域の縁曲げにより製作される。製作過程の内レースを見ると、当初、例えば中空円筒状に軸方向で延在する内レースの縁部領域が存在する。縁曲げ予備段階において、縁部領域は、縁曲げされ、軌道に向かって折り返され、ころクラウンの続いての組み付けが実施可能である。
その際、縁曲げ予備段階において、縁曲げ組み立てつばが、内レースの軌道に対して90〜180°の範囲内にある角度をなすように、縁曲げ組み立てつばを形成すると、好ましい。ころクラウンの組み付け後、縁曲げ最終段階を実施し、縁曲げつばを形成すべく、縁曲げ組み立てつばを軌道に向かってさらに折り返す。その際、縁曲げつばが、内レースの軌道に対して90°未満の範囲内にある角度をなすように、縁曲げつばを形成する。
製造技術的に見て好ましいのは、縁曲げ予備段階における縁曲げを、軸方向で走行可能であって、軸方向力を内レースの縁部領域に印加する縁曲げラムを介して実施し、これにより、縁部領域を縁曲げ組み立てつばへと変形させることである。
縁部領域を有する内レースは、冷間押出成形により製造されていると、特に好ましい。特に好ましくは、冷間押出成形のために変形加工装置が使用される。その際、冷間押出成形される内レースは、特に軌道の領域に、材料分離加工プロセスによる影響を受けた表面を有しないと、特に好ましい。
本方法の好ましい一形態では、縁部領域を有する内レースがまだ変形加工装置内に収められているときに、縁曲げ予備段階における縁曲げを実施する。この位置で内レースは、定められた位置にあるので、縁部領域を、十分に高い精度でもって縁曲げ組み立てつばへと変形加工することができる。
特に好ましくは、変形加工装置は、少なくとも軌道を模った少なくとも1つの工具部分と、軸方向で動かされる変形加工ラムとを有する。この場合、特に好ましくは、縁曲げラムは逆方向に動かされる。
特に好ましくは、縁部領域を有する内レースは、円環ディスク、特に平たんな円環ディスクから製造され、円環ディスクは、変形加工装置により内レースへ、冷間押出成形により変形加工される。
本発明の別の対象は、本発明に係る方法により製造された円錐ころ構成群に関する。縁曲げつばを有し、円錐ころ構成群内に組み込まれた内レースの、本方法により結果として生じる硬さプロフィールは、特徴的であり、本発明に係る方法の使用を裏付けることができる。
その際、円錐ころ構成群にとって、特に冷間押出成形される内レースが、軌道の領域に6mmの最大厚さを有すると、好ましい。さらに、特に冷間押出成形される内レースは、縁部領域に、好ましくは軌道のこの最大厚さの少なくとも25%に相当する厚さを有する。
さらに上記課題は、本発明に係る円錐ころ構成群と、外レースとを備える円錐ころ軸受によって解決される。円錐ころ軸受には、本発明に係る円錐ころ構成群と同じ、既に上述したような利点が成立する。
円錐ころ軸受の外レースは、特に冷間押出成形される外レースである。
特に好ましいのは、内レースおよび外レースが、冷間押出成形により製造されており、特に内レースの軌道の領域および外レースの軌道の領域に、材料分離加工プロセスによる影響を受けた表面を有しない円錐ころ軸受である。このような軸受は、特に迅速かつ省コストに製造可能であり、優れた組み立て性および耐久性を有する。
本発明のさらなる特徴、利点および作用は、本発明の好ましい実施例の後続の説明および添付図から看取可能である。
複数のステップを含む円錐ころ構成群を製造する方法のフローチャートである。 円錐ころ構成群用の内レースを製造する変形加工装置を著しく概略化して示す半割断面図である。 本発明に係る円錐ころ軸受の半割断面図である。
図1は、右側に、円錐ころ構成群1を製造する複数のステップを含むフローチャートを示している。左側には、円錐ころ構成群1を製造する出発製品または中間製品を半割断面図で概略化して示している。
本方法は、例えば円環ディスク2を出発点とすることができ、円環ディスク2は、好ましくは硬化可能な鋼から製造されている。円環ディスク2は、平たんなディスクとして形成されており、例えばブランクから切り出されることができる。変形加工段階として構成されたステップ100では、円環ディスク2を冷間押出成形により内レース3へと変形加工する。このとき、内レース3は、固定つば4と、コーン状に延びる軌道5と、軸方向で延びる縁部領域6とを有している。縁部領域6は、内レース3の中空円筒形の端部部分として形成されている。
例えば内レース3は、ステップ100後の状態に、図2に概略化して半割断面図で示した変形加工装置7内で製造することができる。変形加工装置7は、2つの工具部分8a,bを有しており、工具部分8aは、内レース3の軌道5を形成し、工具部分8bは、固定つば4において内レース3の端面を形成する。工具部分8aと工具部分8bとの間に円環ディスク2を入れ、中央の変形加工ラム9を用いて冷間押出成形により内レース3の形状へと変形加工する。変形加工時、縁部領域6は、工具部分8aと変形加工ラム9との間の環状間隙によって形成される。
縁曲げ予備段階として構成されたステップ200では、縁部領域6を軌道5に向かって折り返すまたは縁曲げする。このとき、縁曲げ組み立てつば10が生じる。縁曲げ組み立てつば10は、半径方向の内面と、半径方向の外面とに、それぞれ1つのコーン状の、環状に取り巻くように延びる面を有する。縁部領域6は、ステップ200における縁曲げ予備段階の変形加工によって中空円筒状の形状からホッパ形状へ変形加工される。
図2は、ステップ200を実施する可能な一例を示している。縁部領域6を有する内レース3が製造されると直ちに、縁曲げラム11を軸方向で送る。その結果、縁部領域6は、上述したように縁曲げ組み立てつば10へ変形加工される。縁曲げラム11の送り方向は、変形加工ラム9の送り方向とは逆方向である。それぞれの送り方向は、縁曲げラム11および変形加工ラム9によりそれぞれ印加され、逆方向に作用する力Fで示した。
熱処理段階として構成されたステップ300では、縁曲げ組み立てつば10の局所的な熱処理を、具体的には、特に軌道5に続く接続領域16において実施する。この局所的な熱処理は、例えば高周波熱処理により行うことができる。局所的な熱処理により、縁曲げ組み立てつば10の接続領域16は、例えば軌道5よりも軟化するので、縁曲げ組み立てつば10のさらなる縁曲げが容易になる。さらに、このさらなる縁曲げ時の破損および亀裂が回避される。
組み立て段階として構成されたステップ400では、ころクラウン12の組み付けが行われる。ころクラウン12は、複数の円錐ころ13と、1つのケージ14とを有する。円錐ころ13は、ケージ14内に配置されている。ケージ14は、円錐ころ13がケージ14と軌道5との間で紛失不能に保持されるように形成されている。特に、円錐ころ13は、半径方向外方にケージ14から脱落し得ないようになっている。縁曲げ組み立てつば10の幾何学形状は、縁曲げ組み立てつば10によって形成される干渉輪郭直径が、ころクラウン12の自由直径よりも小さく、その結果、ころクラウン12を、ケージ14の変形なしに内レース3に被嵌または装着できるように選択されている。特に、好適な寸法設定を選択することで、組み立て段階におけるケージ14の損傷は回避される。
縁曲げ最終段階として構成されたステップ500では、縁曲げ組み立てつば10を縁曲げつば15へさらに折り曲げるまたは縁曲げする。これにより、縁部領域6は、2ステップで軌道5に向かって折り返される。縁曲げつば15は、円錐ころ13とケージ14とを有するころクラウン12を紛失不能に保持する保持つばとして形成される。これにより、最終製品、すなわち円錐ころ構成群1は、輸送および組み立てが容易な自己保持型の構成群として形成される。
図3は、図1に示したステップ500の縁曲げ最終段階後の円錐ころ構成群1を備える円錐ころ軸受20を半割断面図で示している。ケージ14と円錐ころ13とを有するころクラウン12、さらには、固定つば4と縁曲げつば15とを有する内レース3が、看取可能である。さらに、軌道18を有する外レース17が設けられている。内レース3を軸に被嵌して、円錐ころ軸受20を軸に組み付ける際には、組み立て工具を縁曲げつば15の領域において力Fによって軸方向で内レース3に押し付ける。これにより、縁曲げつばの領域で損傷は生じない。これは、縁曲げつばが、2段階の手順と、これに伴って軽減された、縁曲げ最終段階における材料硬化とに基づいて、縁曲げつばに押し当てられる組み立て工具に対して弾性的に撓むのになおも十分な残留延性を有するからである。
1 円錐ころ構成群
2 円環ディスク
3 内レース
4 固定つば
5 軌道
6 縁部領域
7 変形加工装置
8a,b 工具部分
9 変形加工ラム
10 縁曲げ組み立てつば
11 縁曲げラム
12 ころクラウン
13 円錐ころ
14 ケージ
15 縁曲げつば
16 接続領域
17 外レース
18 軌道
20 円錐ころ軸受
F 力

Claims (15)

  1. 内レース(3)と、ころクラウン(12)とを有する円錐ころ構成群(1)を製造する方法であって、
    e)前記内レース(3)を用意するステップであって、前記内レース(3)は、縁曲げ予備段階の枠内で前記内レース(3)の縁部領域(6)の縁曲げにより製作される縁曲げ組み立てつば(10)を有するステップと、
    f)前記ころクラウン(12)を前記内レース(3)に組み付けるステップであって、前記ころクラウン(12)を、前記縁曲げ組み立てつば(10)を経て、前記内レース(3)に被嵌するステップと、
    g)前記縁曲げ組み立てつば(10)を縁曲げつば(15)へ縁曲げするステップであって、前記縁曲げつば(15)は、保持つばとして前記ころクラウン(12)を紛失不能に保持するステップと、
    h)前記縁曲げ組み立てつば(10)をステップb)またはステップc)の前に熱処理するステップであって、前記縁曲げ組み立てつば(10)の硬さを前記内レース(3)の軌道(5)の硬さに比べて低下させるステップと、
    を含む、円錐ころ構成群を製造する方法。
  2. 前記縁曲げ予備段階において、前記縁曲げ組み立てつば(10)が、前記内レース(3)の前記軌道(5)に対して90〜180°の範囲内にある角度をなすように、前記縁曲げ組み立てつば(10)を形成する、請求項1記載の方法。
  3. 前記縁曲げつば(15)が、前記内レース(3)の前記軌道(5)に対して90°未満の範囲内にある角度をなすように、前記縁曲げつば(15)を形成する、請求項1または請求項2記載の方法。
  4. 前記熱処理をHF熱処理として実施する、請求項1から3までのいずれか1項記載の方法。
  5. 前記内レース(3)として、冷間押出成形される内レース(3)を使用する、請求項1から4までのいずれか1項記載の方法。
  6. 前記冷間押出成形される内レース(3)は、特に前記軌道(5)の領域に、材料分離加工プロセスによる影響を受けた表面を有しない、請求項5記載の方法。
  7. 前記縁曲げ予備段階における前記縁曲げ組み立てつば(10)の前記縁曲げは、軸方向で動かされる縁曲げラム(11)を介して行う、請求項1から6までのいずれか1項記載の方法。
  8. 前記内レース(3)の冷間押出成形を、少なくとも前記軌道(5)を模った少なくとも1つの工具部分(8a)を有する変形加工装置(7)により実施し、前記変形加工装置(7)は、変形加工ラム(9)を有し、前記変形加工ラム(9)を軸方向で動かすことを特徴とする、請求項6記載の方法。
  9. 前記縁曲げラム(11)と前記変形加工ラム(9)とを互いに逆向きに走行させることを特徴とする、請求項8記載の方法。
  10. 請求項1から9までの少なくとも1項記載の方法により製造されていることを特徴とする円錐ころ構成群(1)。
  11. 前記内レース(3)は、前記軌道(5)の領域に6mmの最大厚さを有する、請求項10記載の円錐ころ構成群。
  12. 前記内レース(3)は、前記縁部領域(6)に前記軌道(5)の前記最大厚さの少なくとも25%に相当する厚さを有する、請求項11記載の円錐ころ構成群。
  13. 請求項10から12までのいずれか1項記載の円錐ころ構成群(1)と、外レース(17)とを備える円錐ころ軸受(20)。
  14. 前記外レース(17)は、冷間押出成形される外レース(17)である、請求項13記載の円錐ころ軸受(20)。
  15. 前記内レース(3)および前記外レース(17)は、冷間押出成形により製造されており、特に前記内レース(3)の前記軌道(5)の領域および前記外レース(17)の軌道(18)の領域に、材料分離加工プロセスによる影響を受けた表面を有しない、請求項13記載の円錐ころ軸受(20)。
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