JP2019019864A - 円すいころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】密封装置を備えた円すいころ軸受用外輪を加工するにあたって、機械に外輪を脱着する工数を削減し、製造コストが安い円すいころ軸受を提供する。【解決手段】内周に円錐面からなる外側軌道面３４が形成された外輪部材１２と、外周に円錐面からなる内側軌道面４０が形成された内輪部材１４とを有し、外輪部材１２の軸方向外側の内周にしめしろを持った状態で固定されて、外輪部材１２の内周と内輪部材１４の外周との間に形成された環状空間Ｋの開口部を密封する密封装置３６を備えた円すいころ軸受１０において、外側軌道面３４および密封装置３６を固定する密封装置取付面３８が単一の円錐面で形成されており、密封装置３６より軸方向外側に、密封装置３６を軸方向に位置決めする固定部材２２，３０を備えている。【選択図】図１

Description

本発明は、円すいころ軸受に関する。

円すいころ軸受は、互いに同軸に配置された外輪９１及び内輪９２と、外輪９１と内輪９２との間に転動自在に組み込まれた複数の円すいころ９３を有している（図６参照）。円すいころ９３は、外輪内周の外側軌道面９８及び内輪外周の内側軌道面９９と転がり接触をしている。この転がり接触部に水やダストなどの異物が浸入すると、各軌道面９８，９９が損傷し、円すいころ軸受が円滑に回転することができない。特許文献１では、異物の浸入を防止するために、外輪９１と内輪９２との間の開口部に密封装置９４が組み込まれた複列円すいころ軸受が開示されている。図６は、特許文献１に記載されたものと同様の形態を有する複列円すいころ軸受の軸方向断面図である。

密封装置９４は、薄板鋼板をプレス成型した芯金９５と、ゴムなどの弾性体で形成されたシールリップ９６を備えている。芯金９５は、軸方向断面の形状が略コの字状であって、その外周は、円筒形状である。外輪９１の内周には密封装置取付面９７が形成されており、密封装置９４は、密封装置取付面９７に芯金９５の外周を圧入することによって、外輪９１と一体に固定されている。

このような円すいころ軸受では、密封装置取付面９７の真円度が悪い場合や面粗さが粗い場合には、密封装置取付面９７と芯金９５との嵌合部から水が浸入する場合がある。このため、密封装置取付面９７は、研磨加工によって仕上げられている。

特開２０１５−１３２３５１号公報

円すいころ軸受では、円すいころ９３が滑らかに転動するために、外側軌道面９８を、研磨加工によって仕上げる必要がある。しかしながら、図６に示すように、外側軌道面９８は径方向に傾いており、密封装置取付面９７とは母線の向きが異なるため、外側軌道面９８と密封装置取付面９７を、同時に研磨加工することが困難である。
一般的に、転がり軸受の軌道輪を研磨加工するときには、加工される面ごとに別々の工程となっており、各面は、それぞれ異なる機械によって加工されている。このため、外側軌道面９８と密封装置取付面９７は、別々の機械で研磨加工されるので、加工する面が変わるたびに外輪９１を機械に脱着する必要があり、外輪９１の加工には多大な工数を要している。特に、図６に示したように、軸方向の両側に、それぞれ外側軌道面９８と密封装置取付面９７が形成されている場合には、外輪９１の脱着工数が更に増大し、製造コストが高くなっている。

そこで、本発明は、密封装置を備えた円すいころ軸受用外輪を加工するにあたって、機械に外輪を脱着する工数を削減し、製造コストが安い円すいころ軸受を提供することを目的としている。

本発明は、内周に円錐面からなる外側軌道面が形成された外輪部材と、外周に円錐面からなる内側軌道面が形成された内輪部材と、前記外側軌道面と前記内側軌道面との間に転動自在に組み込まれた複数の円すいころと、前記外輪部材の軸方向外側の内周にしめしろを持った状態で固定されて、前記外輪部材の内周と前記内輪部材の外周との間に形成された環状空間の開口部を密封する密封装置と、を備えた円すいころ軸受において、前記外側軌道面および前記密封装置を固定する密封装置取付面が単一の円錐面で形成されており、前記外輪部材の前記密封装置より軸方向外側に、前記密封装置を軸方向に位置決めする固定部材を備えたことを特徴としている。

本発明により、密封装置を備えた円すいころ軸受用外輪を加工するにあたって、機械に外輪を脱着する工数を削減できるので、製造コストが安い円すいころ軸受を提供することができる。

第１実施形態の複列円すいころ軸受の軸方向断面図である。 図１においてシールが組み込まれている部分の要部拡大図である。 第２実施形態の複列円すいころ軸受の軸方向断面図である。 第３実施形態の複列円すいころ軸受の軸方向断面図である。 第４実施形態の複列円すいころ軸受の軸方向断面図である。 従来の密封装置を備えた複列円すいころ軸受の軸方向断面図である。

本発明の実施形態について、図を用いて説明する。図１は、第１実施形態である複列円すいころ軸受１０の軸方向断面の要部拡大図である。図２は、図１においてシール３６が組み込まれている部分の要部拡大図である。複列円すいころ軸受１０の全体としての形態は、図６に示した従来の複列円すいころ軸受と同様に、互いに同一形状の二つの円すいころ軸受が、軸方向で互いに逆向きに組み合わされた形態である。図１では、二つの円すいころ軸受のうち、一方の円すいころ軸受を拡大して示している。以下の説明では、複列円すいころ軸受１０の回転軸ｍの方向を軸方向、回転軸ｍと直交する方向を径方向、回転軸ｍの周りを周回する方向を周方向という。また、二つの円すいころ軸受が互いに接する側（図１の左側）を軸方向中央側、複列円すいころ軸受１０の軸方向両外側（図１の右側）を軸方向外側という。

図１に示すように、複列円すいころ軸受１０は、外輪部材としての外輪１２と、内輪部材としての一対の内輪１４，１４と、複数の円すいころ１６を備えている。

外輪１２は環状で、軸方向で対称に形成されている。外周面１３は略円筒形状である。内周には、２列の傾斜面１８，１８が形成されている。２列の傾斜面１８，１８は、互いに同一形状で逆向きに組み合わされており、それぞれ外輪１２の軸方向中央側から軸方向外側の端面３２に向かうにしたがって拡径する円錐面で形成されている。２列の傾斜面１８，１８の軸方向中央側の端部は、回転軸ｍと同軸の円筒面からなる内周面２０でつながっている。

各傾斜面１８には、それぞれ端面３２から軸方向に所定寸法離れた位置で、全周にわたって径方向外方に窪んだ環状の溝２２が形成されている。各傾斜面１８に形成された溝２２の形態は、互いに同一である。溝２２は、第１側面２４、第２側面２６、及び溝底面２８で形成されている（図２参照）。第１側面２４と第２側面２６は、それぞれ回転軸ｍに直交する向きに形成されており、互いに平行である。溝底面２８は回転軸ｍと同軸に形成された円筒面である。後述するように、溝２２にはＣ形止め輪（いわゆるスナップリング）などの略環状の止め輪３０が装着される。止め輪３０は、数種の板厚を有する複数の止め輪のうちから択一的に選定される。第１側面２４と第２側面２６との軸方向の間隔は、止め輪３０の最大の板厚よりわずかに大きくなっている。

外輪１２は、軸受鋼で製造されており、熱処理が施されて硬度を高くした後、外周面１３、両端面３２，３２、及び２列の傾斜面１８，１８に研磨加工が施される。各傾斜面１８では、内周面２０と溝２２の第２側面２６とで軸方向に挟まれた領域Ａに研磨加工が施されている。この領域Ａは、後述するように、円すいころ１６が転動する外側軌道面３４と密封装置としてのシール３６が固定される密封装置取付面３８とが連続して形成されており、単一の円錐面で形成されている。

一対の内輪１４，１４は、互いに同一の形状である。各内輪１４は環状で、内周は円筒形状である。外周には、内側軌道面４０が形成されている。内側軌道面４０は、軸方向中央側から軸方向外側に向かうにしたがって拡径する円錐面で形成されている。内側軌道面４０の軸方向中央側には、内側軌道面４０より大径の小鍔４１が形成されている。内側軌道面４０の軸方向外側には、内側軌道面４０より大径の大鍔４２が形成されている。大鍔４２の外周には、回転軸ｍと同軸の円筒面からなる肩面４４が形成されている。

各内輪１４は、軸受鋼で製造されており、熱処理が施されて硬度を高くした後、内周面１５、両端面５９，６０、内側軌道面４０、肩面４４、及び、大鍔４２の鍔面４３に研磨加工が施される。

円すいころ１６は、円錐面で形成された転動面６１と、小端面６２と大端面６３とで形成されている。小端面６２と大端面６３は互いに略平行である。
保持器１７は、薄肉の鋼板をプレス成型することによって略円筒形状に形成されている。図示を省略するが、保持器１７には、径方向に貫通して、円すいころ１６が収容される孔が、周方向に等間隔に設けられている。

第１実施形態の複列円すいころ軸受１０では、外輪１２と一対の内輪１４，１４とが同軸に組み合わされている。傾斜面１８の軸方向中央側の一部は、円すいころ１６の転動面６１と接触する外側軌道面３４であり、２列の外側軌道面３４，３４と２列の内側軌道面４０，４０の間に、それぞれ複数の円すいころ１６が転動自在に組み込まれている。各列ごとに、保持器１７によって、円すいころ１６が周方向に等しい間隔で保持されている。こうして、内輪１４，１４と外輪１２とが、回転軸ｍの回りで相対的に回転することが出来る。外輪１２の内周と内輪１４，１４の外周とで径方向に挟まれた環状空間Ｋには、グリースが封入されており、各軌道面３４，４０と円すいころ１６との接触部が潤滑されている。

第１実施形態の複列円すいころ軸受１０では、環状空間Ｋの軸方向両外側の開口部にそれぞれシール３６が組み込まれている。両側のシール３６，３６は、互いに同一の形状である。

図２によって、シール３６の組み込み状態を説明する。シール３６は、芯金３７と、弾性体で形成されたリップ７１とが一体に形成されている。
芯金３７は、薄肉の鋼板をプレス成型することによって製造されており、平板部６６と、固定部６７と、リップ保持部６８とがつながって、軸方向断面が略コの字状に形成されている。平板部６６は、回転軸ｍと直交する向きで径方向に延在している。固定部６７は、平板部６６の外周端部とつながって略軸方向に延在している。固定部６７は、平板部６６から離れるにしたがって縮径する向きに傾斜しており、その外周面は、傾斜面１８と同一の円錐面で形成されている。リップ保持部６８は、平板部６６の内周端部とつながって固定部６７と同じ向きで軸方向に延在している。

リップ７１は、アクリルゴムなどのゴム材を、金型で加硫成型することによって製造されるとともに、加硫接着することによって芯金３７と一体に形成されている。リップ７１は、リップ保持部６８の内周側で、径方向内方に向けて突出しており、内輪１４の肩面４４と弾性接触をしている。

シール３６は、固定部６７の小径側（軸方向中央側）が円すいころ１６と対向する向きで外輪１２の内周に組み込まれる。傾斜面１８の大径側（軸方向外側）の一部は、シール３６の外周が嵌め合わされる密封装置取付面３８であり、密封装置取付面３８と固定部６７の外周面が互いに当接している。シール３６を組付けるときには、密封装置取付面３８と固定部６７の外周面とが互いに当接したあと、さらに軸方向中央側に向けて押し込まれており、固定部６７の外周面と密封装置取付面３８とが互いにしめしろをもった状態で嵌め合わされている。

シール３６は、溝２２に組付けられた止め輪３０によって、軸方向に位置決めされている。止め輪３０には、ＪＩＳ Ｂ ２８０４に規定されるＣ形止め輪が好適に使用される。なお、止め輪は、偏心止め輪であってもよいし同心止め輪であってもよい。また、これに限定されるものではなく、例えば、ＪＩＳ Ｂ １５０９に規定される転がり軸受用止め輪など、種々の止め輪を使用することが出来る。溝２２と止め輪３０は、固定部材を構成している。

止め輪３０を組付けるときには、シール３６に軸方向の荷重Ｆが負荷されており、シール３６は、最終的に組み込まれる位置よりわずかに円すいころ１６に近い位置まで軸方向に押し込まれる。こうして、第１側面２４と平板部６６の軸方向外側の外側面６６ａとの間の軸方向寸法Ｌを、止め輪３０の厚さｔよりわずかに大きくした状態で、止め輪３０が組付けられている。このとき、固定部６７が、密封装置取付面３８に強く押し付けられることによって、芯金３７は、径方向内方に弾性変形している。

こうして、止め輪３０が装着された後、シール３６を軸方向に押し付ける荷重Ｆを除去すると、弾性変形していた芯金３７が復元する力によって、シール３６が円すいころ１６から離れる向き（すなわち、密封装置取付面３８の軸方向中央側から軸方向外側に向かう方向である）に軸方向に変位する。こうして、シール３６は、密封装置取付面３８より軸方向外側に設置された止め輪３０に押し付けられて、軸方向に位置決めされる。このときのシール３６の位置を、「最終的に組み込まれる位置」という。

止め輪３０は、数種の板厚のものがあらかじめ準備されている。適正な板厚の止め輪３０を選定することにより、荷重Ｆを除去したときに止め輪３０に当接するまでの、芯金３７の軸方向の変位量を、小さい値にすることができる。これにより、シール３６が最終的に組み込まれる位置において、芯金３７は径方向内方に弾性変形した状態を維持しており、固定部６７が密封装置取付面３８に適正な圧接力で押し付けられている。
なお、溝２２の第１側面２４と第２側面２６との軸方向の間隔は、止め輪３０の最大の板厚よりわずかに大きくなっている。

こうして、シール３６の芯金３７が、研磨加工された密封装置取付面３８に適正なしめしろで組み付けられるので、第１実施形態の複列円すいころ軸受１０では、環状空間Ｋへの異物の浸入を確実に防止することが出来る。

次に、再び図１を参照しつつ、複列円すいころ軸受１０の外輪１２の製造方法について説明する。
一般的に、転がり軸受の外輪は、旋削加工が完了した後、熱処理が施されて焼入れ硬化された後、（１）幅研磨→（２）外径粗研磨→（３）軌道粗研磨→（４）外径仕上研磨→（５）軌道仕上研磨→（６）軌道最終仕上加工、の順で研磨加工がおこなわれる。各加工工程では、それぞれ専用の機械が使用される。

第１実施形態の外輪１２では、外側軌道面３４と密封装置取付面３８が、単一の円錐面で形成されている。このため、（３）軌道粗研磨の工程、及び、（５）軌道仕上研磨の工程では、砥石を傾斜面１８に沿って一方向に移動させるだけで、外側軌道面３４と密封装置取付面３８を同時に研磨加工することが出来る。

なお、外輪１２の内周で、溝２２と端面３２とで軸方向に挟まれた領域Ｂにおいては、研磨加工を行う必要がない。このため、熱処理の前の旋削加工時に、領域Ｂの直径寸法を、領域Ａの延長線よりわずかに大径に加工しておくことによって、領域Ｂを研磨加工する工数を削減することが出来る。

第１実施形態の利点を理解するために、従来の複列円すいころ軸受の外輪９１に研磨加工を行う場合の工程について説明する。
図６に示したように、従来の外輪９１では、密封装置取付面９７が回転軸ｍと同軸の円筒面で形成されており、密封装置取付面９７と外側軌道面９８は、その母線の向きが互いに異なっている。このため、それぞれの面９７，９８に研磨加工をするためには、例えば、次に示すように、（Ｚ）で示した加工工程を別途設けて、密封装置取付面９７の研磨加工を行う必要がある。
（１）幅研磨→（２）外径粗研磨→（Ｚ）→（３）軌道粗研磨→（４）外径仕上研磨→（５）軌道仕上研磨→（６）軌道最終仕上加工
密封装置取付面９７を加工する工程（Ｚ）では、その前後の加工工程に対して、砥石の粗さや被研磨面の母線の方向など加工の形態が異なるので、「（２）外径粗研磨」の工程の後、外輪９１を取り外して、密封装置取付面９７を加工する機械に取り付けなければならず、また、密封装置取付面９７の加工が完了した後、再び外輪９１を取り外して、「（３）軌道粗研磨」を行なう機械に取り付ける必要がある。

さらに、図６に示したように、密封装置取付面９７が外輪９１の軸方向両側に形成されており、それぞれの密封装置取付面９７を加工するたびに、外輪９１を取り付けたり、取り外したりする必要がある。こうして、従来の複列円すいころ軸受では、外輪９１を機械に脱着するために多大な工数を要するので、製造コストが高くなっていた。

これに対して、第１実施形態の複列円すいころ軸受１０の外輪１２では、密封装置取付面３８と外側軌道面３４とが単一の円錐面で形成されているので、外側軌道面３４を研磨加工すると同時に密封装置取付面３８を研磨加工することが出来る。このため、従来の外輪９１であれば必要であった「密封装置取付面を加工するための特別な加工工程（Ｚ）」を必要とせず、機械に外輪１２を脱着する工数を大幅に削減できる。さらに、密封装置取付面３８を加工するための機械も必要としないので、当該機械の設備費や設置スペースを削減できる。

こうして、第１実施形態の複列円すいころ軸受１０では、軸方向両端にシール３６を装着する構成でありながら、外輪１２を加工する工数を削減できるので、製造コストを抑制することが出来る。

次に、本発明の他の実施形態について説明する。なお、第１実施形態と共通の構成については同一の符号を付している。
図３は、第２実施形態の複列円すいころ軸受における、図１と同様の軸方向断面図で、シール４６（密封装置）の組み込み状態を示している。第２実施形態では、第１実施形態に比べてシール４６の形態が異なっている。第２実施形態のシール４６では、芯金４７の固定部７６が、平板部７５から離れるにしたがって拡径する向きに傾斜している。
固定部７６の外周面は、密封装置取付面３８と同一の円錐面で形成されており、シール４６は、平板部７５が円すいころ１６と対向する向きで外輪１２の内周に組付けられるとともに、固定部７６の軸方向外側の端部が、止め輪３０と当接している。
こうして、第２実施形態においても、シール４６が、密封装置取付面３８に押し付けられており、固定部７６の外周面と密封装置取付面３８とが互いにしめしろをもった状態で嵌め合わされているので、環状空間Ｋへの異物の浸入を確実に防止することが出来る。なお、シール４６を外輪１２に取り付ける手順は、第１実施形態と同様であるので説明を省略する。

図４は、第３実施形態の複列円すいころ軸受における、図１と同様の軸方向断面図で、シール５０（密封装置）の組み込み状態を示している。第３実施形態では、第１実施形態に比べてシール５０と密封装置取付面３８との接触状態が異なっている。図４に示すように、リップ７１を形成する弾性体が固定部６７の外周まで延在し、固定部６７の外周を被覆する弾性被覆部８１が形成されている。
第３実施形態においても、止め輪３０を組付けるときには、第１実施形態と同様に、シール５０が、最終的に組み込まれる位置よりわずかに円すいころ１６に近い位置まで軸方向に押し込まれている。このとき、芯金３７の外周がゴム材で形成されているので、シール５０が密封装置取付面３８に押し付けられることによって、弾性被覆部８１が径方向内方に弾性変形する。このため、第３実施形態では、第１実施形態に比べてシール５０の径方向のばね定数が小さくなる。こうして、シール５０を軸方向に押し込む荷重Ｆが第１実施形態と同等であっても、シール５０を軸方向により大きく押し込むことが出来るので、止め輪３０の装着が容易になる。
こうして、第３実施形態では、芯金３７の外周と密封装置取付面３８との接触部におけるしめしろの確保が容易になるとともに、外輪１２の内周とシール５０との嵌め合い部が、ゴム材と金属面との接触によって形成されるので、環状空間Ｋへの異物の浸入をより確実に防止できる。

図５は、第４実施形態の複列円すいころ軸受における、図１と同様の軸方向断面図である。第４実施形態では、上記の他の実施形態に比べて、密封装置の形態と、密封装置を軸方向に位置決めする固定部材の形態が異なっている。
第４実施形態では、密封装置としてのスリンガ５５が組み込まれている。
スリンガ５５は、薄肉の鋼板をプレス成型することによって製造されており、平板部８０と、固定部８３と、遮蔽部８４とがつながって、軸方向断面が略コの字状に形成されている。平板部８０は、回転軸ｍと直交する向きで径方向に延在している。固定部８３は、平板部８０の外周端部とつながって略軸方向に延在し、平板部８０から離れるにしたがって縮径する向きに傾斜している。固定部８３の外周面は、傾斜面１８と同一の円錐面で形成されている。遮蔽部８４は、平板部８０の内周端部とつながって固定部８３と同じ向きで軸方向に延在しており、その内周は、内輪１４の肩面４４とわずかなすきまをもって径方向に対向している。

また、第４実施形態の複列円すいころ軸受では、外輪１２の端面３２に軸方向に当接するプレート８５（固定部材）が設置され、ボルト８７によって外輪１２に固定されている。プレート８５には、軸方向に突出するボス部８６が形成されており、ボス部８６はスリンガ５５の平板部８０と軸方向に当接している。こうして、プレート８５は、スリンガ５５が軸方向に抜け出るのを防止している。
第４実施形態では、スリンガ５５を外輪１２の内周に組み込んだ後、プレート８５を装着し、ボルト８７を締め付けることによってスリンガ５５を組み込むことが出来る。第４実施形態では、プレート８５のボス部８６の軸方向の突出量を適正に選定することによって、スリンガ５５が軸方向に位置決めされ、固定部８３が密封装置取付面３８に押し付けられた状態で、スリンガ５５を外輪１２の内周に取り付けることが出来る。こうして、第４実施形態では、環状空間Ｋへの異物の浸入を確実に防止することが出来る。

本発明の円すいころ軸受は、図示する形態に限らず本発明の範囲内において他の形態のものであってもよい。例えば、上記説明では複列の円すいころ軸受を例に説明したが、単列の円すいころ軸受であってもよい。
また、第４実施形態のプレート８５を、第１から第３実施形態の複列円すいころ軸受に使用してもよく、第３実施形態の弾性被覆部８１を、第２実施形態や第４実施形態の密封装置に使用してもよい。

以上説明したように、本発明によると、密封装置を備えた円すいころ軸受用外輪を加工するにあたって、加工工数を削減できるので、製造コストが安い円すいころ軸受を提供することができる。

１０：複列円すいころ軸受、１２：外輪、１４：内輪、１６：円すいころ、１７：保持器、１８：傾斜面、２２：溝、３０：止め輪、３４：外側軌道面、３６：シール（第１実施形態）、３７：芯金（第１実施形態）、３８：密封装置取付面、４０：内側軌道面、４６：シール（第２実施形態）、４７：芯金（第２実施形態）、５０：シール（第３実施形態）、５５：スリンガ、８１：弾性被覆部、８５：プレート、
（従来技術）９１：外輪、９２：内輪、９３：円すいころ、９４：密封装置、９５：芯金、９６：シールリップ、９７：密封装置取付面、９８：外側軌道面、９９：内側軌道面

Claims (2)

1. 内周に円錐面からなる外側軌道面が形成された外輪部材と、外周に円錐面からなる内側軌道面が形成された内輪部材と、前記外側軌道面と前記内側軌道面との間に転動自在に組み込まれた複数の円すいころと、前記外輪部材の軸方向外側の内周にしめしろを持った状態で固定されて、前記外輪部材の内周と前記内輪部材の外周との間に形成された環状空間の開口部を密封する密封装置と、を備えた円すいころ軸受において、
   前記外側軌道面および前記密封装置を固定する密封装置取付面が単一の円錐面で形成されており、前記外輪部材の前記密封装置より軸方向外側に、前記密封装置を軸方向に位置決めする固定部材を備えたことを特徴とする円すいころ軸受。
2. 前記固定部材は、止め輪と、前記外輪部材の前記密封装置取付面より軸方向外側の内周に形成され径方向外方に窪むことにより前記止め輪が取り付けられる溝と、で構成されることを特徴とする請求項１に記載する円すいころ軸受。

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