JP2020060275A - 円すいころ軸受 - Google Patents

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陽三 谷口
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寛一 耕田
治生 木村
Haruo Kimura
治生 木村
増田 雄一
Yuichi Masuda
雄一 増田
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Abstract

【課題】組み立ての際の保持器の弾性変形量を少なくし、組み立てを容易に行うことが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、小鍔部5及び大鍔部6を有する内輪3と、内輪3の径方向外側に配置される外輪2と、内輪3と外輪2との間に配置される複数の円すいころ4と、小径環状部11、大径環状部12、及び複数の柱部13を有する環状の保持器10とを備え、柱部13は、ポケット14に収容された円すいころ4の外周面に対向する第1の対向面25を有し、第1の対向面25は、大径側対向面25bと、大径側対向面25bよりも円すいころ4の外周面から離れて配置された小径側対向面25aと、大径側対向面25bと小径側対向面25aとを接続しかつ大径側対向面25bから小径側対向面25aへ向けて徐々に円すいころ4の外周面から離れるように傾斜する中間対向面25cとを有している。【選択図】図1

Description

本発明は、円すいころ軸受に関する。
下記特許文献1には、内輪と、外輪と、複数の円すいころと、複数の円すいころを周方向に間隔をあけて保持する保持器と、を備えた円すいころ軸受が開示されている。図9に示すように、この円すいころ軸受101の保持器110は、軸方向一方側の小径環状部111と、軸方向他方側の大径環状部112と、これら環状部111,112を連結する複数の柱部113とを有しており、両環状部111,112の間であって周方向で隣り合う柱部113の間に形成される空間が、円すいころ104を収容するポケット114とされている。保持器110の柱部113は、ポケット114に収容された円すいころ104の径方向外側への脱落を阻止する形状に形成されている。
この円すいころ軸受101を組み立てるには、まず、保持器110の各ポケット114に円すいころ104を収容し、保持器110及び円すいころ104の組立体に内輪103を小径側から軸方向に沿って接近させ、円すいころ104を内輪103の内輪軌道面103aに位置させる。その後、円すいころ104の径方向外側に外輪102を組み付けることによって、円すいころ軸受101の組み立てが完了する。
以上の組立工程において、円すいころ104は、内輪軌道面103aに到るまでに内輪103の小鍔部105を乗り越える必要がある。従来は、複数の円すいころ104の径方向内側に内輪103を軸方向に沿って強く圧入することによって、円すいころ104を径方向外側に変位させ、それに伴って保持器110を径方向外側へ弾性変形(拡径)させるようにしていた。そして、特許文献1記載の技術は、保持器110の弾性変形による寸法精度の低下や損傷を防止するために、保持器110の小径環状部111に凹部117を形成し、保持器110の剛性を低下させ、保持器110を弾性変形させやすくしている。
特開2016-180417号公報
しかしながら、特許文献1記載の技術では、保持器110を弾性変形させやすくすることはできても弾性変形量を少なくすることはできないので、依然として保持器110の弾性変形による寸法精度の低下や損傷が生じる可能性がある。また、保持器110の材質によっては小径環状部111に凹部117を形成したとしても十分に剛性が低下しない場合がある。この場合、複数の円すいころ104の径方向内側に内輪103を軸方向に沿って圧入する際の荷重をそれ程小さくすることができないので、円すいころ軸受の組立が困難となる。
本発明は、組み立ての際の保持器の弾性変形量を少なくし、組み立てを容易に行うことが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、軸方向一方側に設けられ径方向外側に突出する小鍔部及び軸方向他方側に設けられ径方向外側に突出する大鍔部を有する内輪と、前記内輪の径方向外側に配置される外輪と、前記内輪と前記外輪との間に配置される複数の円すいころと、軸方向一方側の小径環状部、軸方向他方側の大径環状部、及び前記小径環状部と前記大径環状部とを連結している複数の柱部を有し、当該大径環状部と当該小径環状部との間であって周方向で隣り合う前記柱部の間に形成される空間が前記円すいころを収容するポケットとなる、環状の保持器と、を備えており、前記柱部は、前記ポケットに収容された前記円すいころの外周面に対向する第1の対向面を有し、前記第1の対向面は、前記大径環状部側に配置された大径側対向面と、前記小径環状部側に配置されかつ前記大径側対向面よりも前記円すいころの外周面から離れて配置された小径側対向面と、前記大径側対向面と前記小径側対向面とを接続しかつ前記大径側対向面から前記小径側対向面へ向けて徐々に前記円すいころの外周面から離れるように傾斜して形成された中間対向面とを有している。
以上の構成によれば、保持器の柱部には、ポケットに収容された円すいころの外周面に対向する第1の対向面が設けられ、この第1の対向面のうち、小径環状部側に配置された小径側対向面は、大径側対向面よりも円すいころの外周面から離れて配置されている。そのため、円すいころ軸受を組み立てるときに、ポケット内で円すいころの小径側部分を径方向外側に傾けることが可能となり、円すいころが内輪の小鍔部を乗り越え易くなり、保持器の弾性変形量も少なくすることができる。そのため、当該弾性変形による保持器の寸法精度の低下や損傷等を抑制することができる。また、第1の対向面の中間対向面が、大径側対向面から小径側対向面へ向けて徐々に円すいころの外周面から離れるように傾斜して形成されているので、大径側対向面と小径側対向面との間の断面形状の変化を緩やかにし、保持器を弾性変形させたときの応力集中を抑制して保持器の損傷をより確実に防止することができ、また、保持器を金型成形するときの脱型を容易にすることもできる。
好ましくは、前記小径環状部が、前記円すいころの小端面と対向して配置される第2の対向面を有しており、前記第2の対向面が、より径方向外側に位置する外側対向面と、より径方向内側に位置しかつ前記外側対向面よりも前記小端面から前記円すいころの中心軸線方向に離れて配置された内側対向面と、を有している。
この構成によれば、第2の対向面の内側対向面が外側対向面よりも円すいころの小端面から離れて配置されているので、円すいころ軸受を組み立てる際、円すいころの小端面が内側対向面に接触するまでポケット内で円すいころの小径側部分を径方向外側へ傾けることができる。また、円すいころの小端面が内側対向面に接触することによって円すいころの傾きが制限されるので、円すいころ軸受を組み立てた後、内輪から円すいころが脱落してしまうのを防止することができる。
好ましくは、前記第1の対向面において、前記大径側対向面に対する前記中間対向面の傾斜角度が、5°以上10°以下である。
このような構成によって、保持器を弾性変形させたときの大径側対向面と小径側対向面との境界部分の応力集中をより確実に防止し、保持器を金型成形する際の脱型をより容易に行うことができる。
好ましくは、前記第1の対向面において、前記大径側対向面と前記小径側対向面とが平行に設けられている。
このような構成によって、保持器を金型成形する際の脱型をより容易に行うことができる。
本発明によれば、円すいころ軸受を組み立てる際の保持器の弾性変形を小さくし、当該組み立てを容易に行うことができる。
本発明の第1の実施形態に係る円すいころ軸受を示す縦断面図である。 円すいころ軸受の保持器の一部を径方向内側から見た説明図である。 円すいころ軸受の一部を円すいころの中心軸線に平行な方向から見た説明図である。 円すいころ及び保持器の小径側の一部を径方向外側から見た説明図である。 保持器の小径環状部及びその周囲を拡大して示す縦断面図である。 円すいころ軸受の組立工程を説明する図である。 保持器の成形金型を示す断面図である。 第2の実施形態における保持器の小径環状部及びその周囲を拡大して示す縦断面図である。 従来の円すいころ軸受を示す縦断面図である。
[第1の実施形態]
[円すいころ軸受の全体構成]
図1は、本発明の第1の実施形態に係る円すいころ軸受1を示す縦断面図である。
円すいころ軸受1は、内輪3と、内輪3の径方向外側に配置される外輪2と、内輪3と外輪2との間に配置される複数の円すいころ4と、複数の円すいころ4を保持する環状の保持器10とを備えている。
内輪3は、軸受鋼や機械構造用鋼等を用いて形成された環状の部材である。内輪3の外周には、複数の円すいころ4が転動するテーパー状の内輪軌道面3aが形成されている。内輪3は、内輪軌道面3aの軸方向一方側(図1において左側)に設けられ径方向外側に突出する小鍔部5と、内輪軌道面3aの軸方向他方側(図1において右側)に設けられ径方向外側に突出する大鍔部6とを有している。
外輪2も、内輪3と同様、軸受鋼や機械構造用鋼等を用いて形成された環状の部材である。外輪2の内周には、複数の円すいころ4が転動するテーパー状の外輪軌道面2aが形成されている。外輪軌道面2aと内輪軌道面3aとは対向して配置されている。
円すいころ4は、軸受鋼等を用いて形成されている。円すいころ4は、内輪軌道面3aと外輪軌道面2aとを転動する。円すいころ4は、軸方向一方側に直径の小さい小端面4aを有し、軸方向他方側に直径の大きい大端面4bを有している。大端面4bは、内輪3の大鍔部6の鍔面7と摺接する。
図2は、保持器10の一部を径方向内側から見た説明図である。図1及び図2において、保持器10は、小径環状部11と、大径環状部12と、柱部13とを有している。小径環状部11は、円環形状に形成され、保持器10の軸方向一方側に設けられている。大径環状部12は、円環形状に形成され、保持器10の軸方向他方側に設けられている。小径環状部11と大径環状部12とは、軸方向に所定間隔離れて配置されている。
柱部13は、小径環状部11と大径環状部12とを連結している。柱部13は、周方向に間隔をあけて複数設けられている。小径環状部11と大径環状部12との間であって周方向で隣り合う二つの柱部13,13の間に形成される空間が、円すいころ4を保持(収容)するポケット14になっている。
図3は、円すいころ軸受1の一部を円すいころ4の中心軸線C1に平行な方向から見た説明図である。図4は、円すいころ4及び保持器10の小径側の一部を径方向外側から見た説明図である。保持器10の柱部13は、ポケット14に収容された円すいころ4の外周面に対向する対向面(第1の対向面)25を有している。そして、対向面25の小径側(軸方向一方側)の端部には、凹部26が形成されている。
柱部13の対向面25は、小径環状部11側に形成された小径側対向面25aと、大径環状部12側に形成された大径側対向面25bと、小径側対向面25aと大径側対向面25bとの間に形成された中間対向面25cとからなる。そして、小径側対向面25aと中間対向面25cとが凹部26を構成している。
小径側対向面25aと大径側対向面25bとは、ポケット14に収容された円すいころ4の外周面に対する距離が互いに異なっている。具体的には、小径側対向面25aは円すいころ4の外周面からより離れており、大径側対向面25bは円すいころ4の外周面により接近している。小径側対向面25aと大径側対向面25bとは互いに平行に形成されている。
一方、中間対向面25cは、大径側対向面25bと小径側対向面25aとを滑らかに接続している。具体的には、中間対向面25cは、大径側対向面25bの小径側(軸方向一方側)の端部と、小径側対向面25aの大径側(軸方向他方側)の端部とを接続する平坦面からなる。中間対向面25cは、大径側対向面25bから小径側対向面25aに向けて、徐々に円すいころ4の外周面から遠ざかるように傾斜して形成されている。
大径側対向面25bに対する中間対向面25cの傾斜角度θは、5°以上10°以下に設定されている。また、図1に示すように、大径側対向面25bと中間対向面25cとの境界は、円すいころ4の中心軸線C1方向の中間位置Mよりも小径側(軸方向一方側)に配置されている。
ポケット14に収容された円すいころ4の周方向両側に配置された2つの柱部13において、大径側対向面25bの径方向外端部は、円すいころ4の径方向外側への脱落を阻止するころ止め部15を構成している。具体的には、図4に示すように、円すいころ4の中心軸線C1に直交する断面において、2つの柱部13の大径側対向面25bの径方向外端部(ころ止め部15)間の距離L1は、その断面における円すいころ4の直径D1よりも小さくなっている。このため、ポケット14内の円すいころ4は、径方向外側に変位しようとすると、一対のころ止め部15,15に接触し、径方向外側へ脱落しない。言い換えると、円すいころ4は、ころ止め部15によって径方向について位置決めされる。
これに対して、2つの柱部13の小径側対向面25aの径方向外端部間の距離L2は、その断面における円すいころ4の直径D2よりも大きくなっている。そのため、柱部13の小径側対向面25aにはころ止め部が形成されておらず、ポケット14内において、円すいころ4の小径側端部は径方向外側への変位(傾き)が許容されている。そして、この構成は、円すいころ軸受1を組み立てる際に役立つ。円すいころ軸受1の組立工程については後述する。
図1に示すように、保持器10は、大径環状部12が円すいころ4の大端面4bに接触することで、軸方向についての位置決めがされる。つまり、本実施形態の円すいころ軸受1は、保持器10が転動体案内される軸受である。なお、保持器10の径方向外側面(の一部)と、外輪2の内周面とが接触することで、保持器10の径方向についての位置決めがされる構成であってもよい。つまり、円すいころ軸受1は、保持器10が径方向について外輪案内される軸受であってもよい。
本実施形態の保持器10は、合成樹脂製であり、射出成形によって金型成形することができる。保持器10は、潤滑油に対する耐性(耐油性)を備えさせるために、例えば、ポリフェニレンサルファイド樹脂(PPS)等とすることができ、また、繊維強化樹脂(FRP)とすることができる。このため、保持器10は硬質となり比較的弾性変形しにくい。
図1において、保持器10は、内輪3と外輪2との間に形成されている環状空間(以下、軸受内部ともいう)に設けられており、各ポケット14に一つの円すいころ4を収容し、複数の円すいころ4を周方向に等しい間隔をあけて配置し保持している。本実施形態の小径環状部11は、外輪2の軸方向一方側の端部8(以下、外輪端部8ともいう。)と、内輪3の軸方向一方側の端部である小鍔部5との間に位置している。
図5は、保持器10の小径環状部11及びその周囲を拡大して示す断面図である。本実施形態の小径環状部11は、外輪端部8の内周面21に環状隙間A1を有して対向する外側の環状面(以下、外環状面31という。)を有している。また、この小径環状部11は、小鍔部5の外周面22に環状隙間A2を有して対向する内側の環状面(以下、内環状面32という。)を有している。
本実施形態では、外輪端部8の内周面21及び小径環状部11の外環状面31は、円すいころ軸受1の中心線を中心とするストレート形状の円筒面からなり、また、小鍔部5の外周面22及び小径環状部11の内環状面32は、前記中心線を中心とするストレート形状の円筒面からなる。
小径環状部11は、大径環状部12と比較して径方向の厚さ寸法が大きくなっている。外輪端部8の内周面21と小径環状部11の外環状面31とは接近しており、径方向外側の環状隙間A1の径方向寸法は微小(例えば、1mm未満)となるように設定されている。また、小鍔部5の外周面22と小径環状部11の内環状面32とは接近しており、径方向内側の環状隙間A2の径方向寸法は微小(例えば、1mm未満)となるように設定されている。
図5において、小径環状部11の円すいころ4側(軸方向他方側)の側面には、第1の凹部17が設けられている。第1の凹部17は、円すいころ4の小端面4aと対向し、この小端面4a側に向けて開口している。また、小径環状部11の円すいころ4とは反対側(軸方向一方側)の側面には、第2の凹部18が設けられている。これらの凹部17,18は、小径環状部11の剛性を低下させている。
第2の凹部18は、その断面が2つの直線によってV字形状に形成されている。また、第1の凹部17は、その断面が第2の凹部18に沿ってV字形状に形成された部分と、その部分の径方向の両端部から軸方向他方側(図5において右側)へ直線状に伸びる部分とを有し、略M字形状に形成されている。
小径環状部11の軸方向他方側の側面33a,33bは、円すいころ4の小端面4aに対向する対向面(第2の対向面)とされている。第1の凹部17よりも径方向外側に位置する外側対向面33aは、円すいころ4の小端面4aと平行に配置されている。また、外側対向面33aは、円すいころ4の中心軸線C1よりも径方向外側において小端面4aに対向している。
第1の凹部17よりも径方向内側に位置する内側対向面33bも、小端面4aと平行に配置されている。また、内側対向面33bは、円すいころ4の中心軸線C1よりも径方向内側において小端面4aに対向している。
外側対向面33aは、円すいころ4の小端面4aとの間に隙間δ1をあけて配置されている。内側対向面33bは、小端面4aとの間に隙間δ2をあけて配置されている。そして、外側対向面33aと小端面4aとの隙間δ1と、内側対向面33bと小端面4aとの隙間δ2とは、δ1<δ2の関係を有している。したがって、内側対向面33bは、外側対向面33aよりも小端面4aから離れて配置されている。この構成は、主に円すいころ軸受1を組み立てるときに役立つ。以下、円すいころ軸受1の組立工程について説明する。
図6は、図1に示す円すいころ軸受1の組立工程を説明する図である。
円すいころ軸受1を組み立てるには、まず、図6(A)に示すように、保持器10の各ポケット14に円すいころ4を収容する。そして、保持器10及び円すいころ4の組立体と、内輪3とを軸方向に沿って相対的に接近させる。
このとき、保持器10の柱部13には凹部26(小径側対向面25a及び中間対向面25c)が形成されているので、円すいころ4の小径側端部が径方向外側へ向けて変位するようにポケット14内で円すいころ4が傾く。つまり、円すいころ4は、図6(B)に2点鎖線で示す状態から実線で示す状態に姿勢を変える。これにより、円すいころ4は、内輪3の小鍔部5上に乗り上がる。そして、図6(C)に示すように、円すいころ4は、小鍔部5を通過することによって内輪軌道面3a上に配置される。
その後、一体となっている内輪3、円すいころ4及び保持器10の内輪ユニットと、外輪2とを軸方向に相対的に接近させて組み付けることで、円すいころ軸受1が組み立てられる。
本実施形態では、保持器10及び円すいころ4の組立体と内輪3とを組み付ける工程で、円すいころ4が内輪3の小鍔部5を乗り越えるときに、円すいころ4がポケット14内で傾くので、内輪3の小鍔部5を乗り越え易くなり、保持器10の弾性変形量も少なくすることができる。したがって、保持器10の寸法精度の低下や損傷等を抑制することができる。
また、保持器10の弾性変形量を少なくすることができるので、保持器10に収容された複数の円すいころ4の径方向内側に内輪3を軸方向に沿って圧入する際の荷重(円すいころ4が小鍔部5上に乗り上がるのに必要な荷重)も小さくすることができ、円すいころ軸受1の組立が容易となる。特に、本実施形態の保持器10は耐油性を高めるために硬質な合成樹脂製となっているため、円すいころ4をポケット14内で傾けて保持器10の弾性変形量を少なくすることがより有効となる。
また、上述したように、保持器10の小径環状部11には、第1の凹部17と第2の凹部18とが形成され、保持器10の剛性が低下しているので、これらの凹部17,18が形成されていない場合に比べて、円すいころ4が内輪3の小鍔部5を乗り越えるときに保持器10が弾性変形しやすくなり、円すいころ4が小鍔部5を乗り越えるのに必要な圧入荷重をより小さくすることができ、円すいころ軸受1の組立をより容易に行うことができる。
ポケット14内で円すいころ4が傾きやすくなると、円すいころ軸受1を組み立てた後、内輪軌道面3aから円すいころ4が浮き上がり、円すいころ4が小鍔部5を乗り越えて脱落する可能性が高くなる。しかしながら、本実施形態では、保持器10の小径環状部11の内側対向面33bに接触することによって円すいころ4の傾きが制限されるので、円すいころ4の脱落を抑制することができる。
図7は、保持器10の成形金型を示す断面図である。
この成形金型50は、第1金型51と第2金型52とを有しており、第1金型51と第2金型52との間に保持器10を成形するキャビティが形成されている。保持器10の柱部13における第1の対向面25の小径側対向面25aと中間対向面25cとは、第2金型52によって成形される。また、第2金型52は、脱型の際に、第1金型51に対して矢印方向に相対移動する。
保持器10の柱部13に形成された中間対向面25cは、大径側対向面25bと小径側対向面25aとを接続する傾斜面に形成されているので、矢印方向に第1金型51を脱型したときに、当該第1金型51が中間対向面25cに引っ掛かり難くなり、スムーズに脱型することができる。また、小径側対向面25aと大径側対向面25bとは互いに平行に形成されているので、第1金型51をよりスムーズに脱型することができる。
第1の対向面25において、大径側対向面25bに対する中間対向面25cの傾斜角度θは、5°以上10°以下に設定されている。傾斜角度θが5°未満の値であると、凹部26の深さを十分に確保し難くなり、また、傾斜角度θが10°を越える値であると、上述したような保持器10の成形金型の脱型が困難となり、大径側対向面25bと小径側対向面25aとの間の断面変化が急激となって保持器10の弾性変形による応力集中が生じやすくなるからである。
[第2の実施形態]
図8は、第2の実施形態における保持器10を示す縦断面図である。
図8に示す実施形態では、保持器10の小径環状部11に、凹部が形成されておらず、円すいころ4の小端面4aに対向する外側対向面33aと内側対向面33bとの間が、中間対向面33cにより接続されている。本実施形態では、図5に示す第1の実施形態に比べて保持器10の剛性が高くなり、保持器10が弾性変形し難くなるが、柱部13の凹部26によって円すいころ4の傾きが許容されるので、保持器10及び円すいころ4の組立体を内輪3に組み付け作業を容易に行うことができる。また、小径環状部11の内側対向面33bが円すいころ4の傾きを所定に制限するので、円すいころ軸受1を組み立てた後に、内輪3から円すいころ3が脱落するのを防止することができる。
以上のとおり開示し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。つまり、本発明の円すいころ軸受は、図示した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。
凹部17,18の形状は、図示した形態以外であってもよく、変更可能である。また、ポケット14に収容する円すいころ4の径方向外側への脱落を阻止するころ止め部15についても、他の形態であってもよい。
1:軸受、2:外輪、3:内輪、4a:小端面、5:小鍔部、6:大鍔部、10:保持器、11:小径環状部、12:大径環状部、13:柱部、14:ポケット、25:第1の対向面、25a:小径側対向面、25b:大径側対向面、25c:中間対向面、33a:外側対向面(第2の対向面)、33b:内側対向面(第2の対向面)、C1:中心軸線、θ:傾斜角度

Claims (4)

  1. 軸方向一方側に設けられ径方向外側に突出する小鍔部及び軸方向他方側に設けられ径方向外側に突出する大鍔部を有する内輪と、
    前記内輪の径方向外側に配置される外輪と、
    前記内輪と前記外輪との間に配置される複数の円すいころと、
    軸方向一方側の小径環状部、軸方向他方側の大径環状部、及び前記小径環状部と前記大径環状部とを連結している複数の柱部を有し、当該大径環状部と当該小径環状部との間であって周方向で隣り合う前記柱部の間に形成される空間が前記円すいころを収容するポケットとなる、環状の保持器と、を備えており、
    前記柱部は、前記ポケットに収容された前記円すいころの外周面に対向する第1の対向面を有し、
    前記第1の対向面は、
    前記大径環状部側に配置された大径側対向面と、
    前記小径環状部側に配置されかつ前記大径側対向面よりも前記円すいころの外周面から離れて配置された小径側対向面と、
    前記大径側対向面と前記小径側対向面とを接続しかつ前記大径側対向面から前記小径側対向面へ向けて徐々に前記円すいころの外周面から離れるように傾斜して形成された中間対向面とを有している、円すいころ軸受。
  2. 前記小径環状部が、前記円すいころの小端面と対向して配置される第2の対向面を有しており、
    前記第2の対向面が、
    より径方向外側に位置する外側対向面と、
    より径方向内側に位置しかつ前記外側対向面よりも前記小端面から前記円すいころの中心軸線方向に離れて配置された内側対向面と、を有している、請求項1に記載の円すいころ軸受。
  3. 前記第1の対向面において、前記大径側対向面に対する前記中間対向面の傾斜角度が、5°以上10°以下である、請求項1又は2に記載の円すいころ軸受。
  4. 前記第1の対向面において、前記大径側対向面と前記小径側対向面とが平行に設けられている、請求項1〜3のいずれか1項に記載の円すいころ軸受。
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