JP2020169663A - 自動調心ころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】自動調心ころ軸受のころの安定性を高める。【解決手段】各ころ列Ｌ１、Ｌ２のころ４の軸方向内側の端面４ａと案内輪６との間に形成される最大軸方向隙間Δｇｍａｘを、各ころ列Ｌ１、Ｌ２のころ４の軸方向内側の端面４ａと保持器５の中央環状部５ａとの間に形成される最大軸方向隙間Δｅｍａｘよりも小さくする。【選択図】図３

Description

本発明は、自動調心ころ軸受に関する。

下記の特許文献１に示されている自動調心ころ軸受は、図６に示すように、内輪１０１と、外輪１０２と、これらの間に介在した複列のころ１０３と、各ころ列Ｌ１’，Ｌ２’のころ１０３をそれぞれ保持する一対の保持器１０４と、各ころ列Ｌ１’，Ｌ２’の軸方向間に設けられ、ころ１０３の端面と摺動する案内輪１０５とを有する。

また、下記の特許文献２には、複列のころを保持する保持器を一体化した自動調心ころ軸受が示されている。

特開２００１−１４０８７５号公報 特開２０１５−１４０９１８号公報

図６に示す自動調心ころ軸受の内輪１０１に、図中矢印で示すようなアキシャル荷重Ｆａ’が加わった場合、図中左側の負荷側のころ列Ｌ１’のころ１０３は、内輪１０１の軌道面１０１ａと外輪１０２の軌道面１０２ａとで軸方向両側から挟持された状態となり、軌道面１０１ａ、１０２ａところ１０３との間の軸方向隙間が０となる。一方、図中右側の反負荷側のころ列Ｌ２’では、軌道面１０１ａ、１０２ａところ１０３との間に軸方向隙間ｄ１が形成され、この軸方向隙間ｄ１の分だけころ１０３の軸方向移動が許容される。このとき、図７に示すように、反負荷側のころ列Ｌ２’のころ１０３が保持器１０４と共に軸方向外側（図中右側）に移動すると、両ころ列Ｌ１’、Ｌ２’のころ１０３の軸方向間隔が広がり、これらの間に配された案内輪１０５が軸方向に移動可能な状態となる（矢印Ｘ参照）。このため、反負荷側のころ列Ｌ２’のころ１０３と案内輪１０５との間の軸方向隙間Δｇ’が、ころ１０３と保持器１０５との間の軸方向隙間Δｅ’よりも大きくなることがある。この状態で、反負荷側のころ列Ｌ２’のころ１０３にスキューが生じると、ころ１０３の端面１０３ａが、案内輪１０５ではなく保持器１０４のポケット１０４ａの内面に接触し、ころ１０３の動きを案内輪１０５で制御することができず、ころ１０３の挙動が不安定となる恐れがある。

例えば、上記の特許文献２のように、複列のころを保持する保持器を一体化すれば、複列のころの軸方向間隔を保持器で規制することができる。しかし、この自動調心ころ軸受には、ころの端面を案内する案内輪が設けられていないため、ころの安定性に欠ける。

本発明は、自動調心ころ軸受のころの安定性を高めることを目的とする。

前記課題を解決するために、本発明は、内周に凹球面状の軌道面を有する外輪と、外周に凹曲面状の複列の軌道面を有する内輪と、前記外輪の軌道面と前記内輪の一方の軌道面との間に配された複数のころで構成された一方のころ列と、前記外輪の軌道面と前記内輪の他方の軌道面との間に配された複数のころで構成された他方のころ列と、前記一方のころ列と前記他方のころ列との軸方向間に配された中央環状部、前記一方のころ列の軸方向外側および前記他方のころ列の軸方向外側に設けられた一対の外側環状部、および、前記中央環状部と各外側環状部とを連結し、各ころ列のころの周方向間に配された複数の柱部とを一体に有する保持器と、前記一方のころ列と前記他方のころ列の軸方向間に配され、各ころ列のころの軸方向内側の端面と摺動する案内輪とを備えた自動調心ころ軸受において、各ころ列のころの軸方向内側の端面と前記案内輪との間に形成される最大軸方向隙間が、各ころ列のころの軸方向内側の端面と前記保持器の中央環状部との間に形成される最大軸方向隙間よりも小さい自動調心ころ軸受を提供する。

上記のように、本発明は、複列のころを保持する保持器を一体化すると共に、複列のころの間に案内輪を設けた上で、ころと案内輪、および、ころと保持器との間の最大軸方向隙間の関係を規定することで、ころを常に案内輪で案内してころの挙動を安定させることができるという着想に基づくものである。すなわち、複列のころを保持する保持器を一体化することで、複列のころの最大軸方向間隔を保持器で規制することができるため、これらの間に配された案内輪の軸方向移動量、ひいては、各ころ列のころの端面と案内輪との軸方向隙間を所定範囲内に規制することができる。このとき、各ころ列のころの端面と案内輪との間に形成される最大軸方向隙間を、各ころ列のころの端面と保持器の中央環状部との間に形成される最大軸方向隙間よりも小さくすることで、ころの端面を、保持器の中央環状部よりも案内輪に優先的に接触させることができるため、ころを常に案内輪で案内することができる。

上記の自動調心ころ軸受において、保持器の最小内径を案内輪の外径よりも大きくすることで、保持器の内周に案内輪を組み込むことが可能となる。

上記のような複列のころを保持する一体型の保持器全体をストレートな円筒形状とすれば、保持器をプレス加工等の低コストな加工方法で形成することができる。

上記の自動調心ころ軸受において、保持器の内周面と案内輪の外周面とを接触させれば、保持器を案内輪で半径方向に案内することができるため、保持器の挙動を安定させることができる。

上記の自動調心ころ軸受では、ころの軸方向外側の端面と保持器の外側環状部とが接触する。このとき、ころの軸方向外側の端面とその外周に隣接して設けられた面取り部との境界に設けられるエッジ部を、保持器と接触しないようにすることで、保持器の摩耗を抑えることができる。例えば、保持器の外側環状部の軸方向内側の側面に、周方向中央部を軸方向内側に膨出させた凸曲面を設けることで、凸曲面の頂部がころの軸方向外側の端面の中央部と接触するため、ころの軸方向外側の端面の上記エッジ部を含む外周領域を、保持器と非接触とすることができる。

以上のように、本発明の自動調心ころ軸受によれば、ころの端面を常に案内輪で案内することができるため、ころの安定性が高められる。

本発明の一実施形態に係る自動調心ころ軸受の断面図である。 上記の自動調心ころ軸受の保持器およびころを外径側から見た側面図である。 上記の自動調心ころ軸受の内輪にアキシャル荷重が加わった状態を示す断面図である。 図２のＩＶ部の拡大図である。 他の実施形態に係る自動調心ころ軸受の保持器およびころを外径から見た側面図である。 従来の自動調心ころ軸受の内輪にアキシャル荷重が加わった状態を示す断面図である。 図６の自動調心ころ軸受の反負荷側のころが軸方向外側に移動した状態を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

本発明の一実施形態に係る自動調心ころ軸受１は、図１に示すように、内周に凹球面状の軌道面２ａが形成された外輪２と、外周に２列の凹曲面状（図示例では断面凹円弧状）の軌道面３ａが形成された内輪３と、外輪２の軌道面２ａと内輪３の各軌道面３ａとの間に配された複数のころ４で構成されたころ列Ｌ１，Ｌ２と、各ころ列Ｌ１，Ｌ２のころ４を転動自在に保持する保持器５と、ころ列Ｌ１，Ｌ２の軸方向間に配された案内輪６とを備える。本実施形態では、外輪２が静止側の部材（ハウジング等）に固定され、内輪３が回転部材（例えば回転軸）に固定される。この他、内輪３を静止側の部材に固定し、外輪２を回転部材に固定してもよい。あるいは、外輪２を第一の回転部材に固定し、内輪３を、第一の回転部材に対して相対回転する第二の回転部材に固定してもよい。

ころ４は、外周面４ｃの軸方向両端よりも軸方向中央が大径な樽形ころである。図１に示す軸方向断面において、ころ４の外周面４ｃは円弧状を成しており、ころ４の外周面４ｃの曲率は、外輪２の軌道面２ａおよび内輪の軌道面３ａの曲率よりも若干大きい。

保持器５は、ころ列Ｌ１，Ｌ２のころ４を一体に保持する。具体的には、図２に示すように、ころ列Ｌ１，Ｌ２の軸方向間に配された中央環状部５ａと、ころ列Ｌ１，Ｌ２の軸方向外側に設けられた一対の外側環状部５ｂと、中央環状部５ａと各外側環状部５ｂとを連結し、各ころ列Ｌ１，Ｌ２のころ４の周方向間に配された複数の柱部５ｃとを一体に有する。中央環状部５ａと、外側環状部５ｂと、周方向に隣接する一対の柱部５ｃとでポケット５ｄが形成され、各ポケット５ｄにころ４が一つずつ収容される。

各ころ列Ｌ１，Ｌ２のポケット５ｄは、周方向にずらして形成される。図示例では、各ころ列Ｌ１，Ｌ２のポケット５ｄが半ピッチずつずらして形成され、一方のころ列Ｌ１（あるいはＬ２）のポケット５ｄの周方向中央と、他方のころ列Ｌ２（あるいはＬ１）の柱部５ｃとが同じ周方向位置に配される。ポケット５ｄの内面は、内周に収容されたころ４の外面に沿った形状を成している。具体的に、軸方向に対向するポケット５ｄの内面５ｄ１、５ｄ２には、ころ４の端面４ａ、４ｂと平行な平面が設けられる。周方向に対向するポケット５ｄの内面５ｄ３には、ころ４の外周面４ｃに沿った曲面（例えば円筒面）が設けられる。本実施形態では、ポケット５ｄの内面のうち、外側環状部５ｂに設けられた軸方向外側の面５ｄ２の周方向両端に、ころ４から離反する側（軸方向外側）に後退した凹部５ｄ４が設けられる。

図１に示すように、保持器５は、全体としてストレートな円筒状を成している。図示例では、保持器５の内周面および外周面の全域が円筒面状に形成される。保持器５は、例えばプレス加工により形成される。具体的には、円筒状の保持器素材を形成した後、この保持器素材をプレス金型で半径方向に打ち抜いてポケット５ｄを形成することで、保持器５が形成される。あるいは、平板状の金属板をプレス金型で打ち抜いてポケット５ｄを形成した後、この金属板を円筒状に丸めて端部同士を溶接することにより保持器５を形成してもよい。図示例では、ポケット５ｄの打ち抜き方向Ｐが、そのポケット５ｄに収容されたころ４の中心線Ｏと直交している。ポケット５ｄの内面５ｄ１〜５ｄ３は、打ち抜き方向Ｐと平行な面で構成される。

保持器５の各柱部５ｃは、軸方向に延び、それぞれが摺接するころ４の中心線Ｏに対して傾斜している。図示例では、保持器５の柱部５ｃの軸方向内側の端部が、ころ４の外周面のうち、中心線Ｏよりも軸受内径側（図１の下側）の領域と接触し、保持器５の柱部５ｃの軸方向外側端部が、ころ４の外周面のうち、中心線Ｏよりも軸受外径側（図１の上側）の領域と接触する。

案内輪６の軸方向両側の端面には、各ころ列Ｌ１，Ｌ２のころ４の軸方向内側の端面４ａと平行なころ案内面６ａが設けられる。案内輪６の円筒面状の内周面６ｂは、内輪３の外周面、具体的には、軌道面３ａ，３ａの軸方向間に設けられた円筒面３ｂと摺動する。案内輪６の円筒面状の外周面６ｃは、保持器５の中央環状部５ａの円筒面状の内周面と摺動する。これにより、保持器５が、内輪３に対して案内輪６により半径方向で案内される。案内輪６の外径は、保持器５の内径よりも小さい。

上記の自動調心ころ軸受１は、例えば以下の手順を経て組み立てられる。まず、内輪３の外周面の円筒面３ｂと案内輪６の内周面６ｂとを嵌合させると共に、案内輪６の外周面６ｃと保持器５の中央環状部５ａの内周面とを嵌合させる。このとき、保持器５の内径が案内輪６の外径よりも大きいため、案内輪６を保持器５の内周に軸方向から挿入することができる。そして、保持器５の外周に外輪２を配した後、外輪２の軸心を保持器５、案内輪６、および内輪３の軸心に対して傾斜させて、保持器５の複数のポケット５ｄの一部を外周に露出させ、露出したポケット５ｄにころ４を組み付ける。そして、保持器５を回転させて異なるポケット５ｄを外周に露出させ、このポケット５ｄにころ４を組み付ける。こうして、全てのポケット５ｄにころ４を組み付けたら、外輪２を、保持器５、案内輪６、および内輪３と同軸に配する。以上により、自動調心ころ軸受１の組立が完了する。

上記の自動調心ころ軸受１において、内輪３にアキシャル荷重が加わっていない状態で内輪３が回転すると、図１に示すように、各ころ列Ｌ１，Ｌ２のころ４と保持器５との間に軸方向隙間が形成される。具体的には、ころ４の軸方向内側の端面４ａと保持器５の中央環状部５ａの側面（ポケット５ｄの内面５ｄ１）との間に初期軸方向隙間Δｅ１が形成されると共に、ころ４の軸方向外側の端面４ｂと保持器５の外側環状部５ｂの側面（ポケット５ｄの内面５ｄ２）との間に初期軸方向隙間Δｅ２が形成される。また、この状態で、各ころ列Ｌ１，Ｌ２のころ４の軸方向内側の端面４ａと案内輪６のころ案内面６ａとの間には、初期軸方向隙間Δｇが形成される。このとき、案内輪６の軸方向両側のころ案内面６ａが両ころ列Ｌ１、Ｌ２のころ４の軸方向内側の端面４ａと摺動することで、ころ４の挙動（姿勢）が安定する。また、案内輪６の外周面６ｃが保持器５の内周面と摺動することで、保持器５が半径方向で案内され、保持器５の挙動が安定する。また、案内輪６の内周面６ｂが内輪３の外周面（円筒面３ｂ）と摺動することで、案内輪６が半径方向で案内される。案内輪６の回転速度は、保持器５の回転速度と略同じかそれよりも速く、内輪３の回転速度よりも遅い。

一方、図３に示すように、内輪３にアキシャル荷重Ｆａが加わった状態で内輪３が回転すると、負荷側（図中左側）のころ列Ｌ１では、外輪２の軌道面２ａと内輪３の軌道面３ａとでころ４とが軸方向で挟持された状態となり、軌道面２ａ、３ａところ４との間の軸方向隙間が０となる。一方、反負荷側（図中右側）のころ列Ｌ２では、軌道面２ａ、３ａところ４との間の軸方向隙間が大きくなり、ころ４が軌道面２ａ、３ａの間で軸方向に移動可能な状態となる。

このとき、反負荷側のころ列Ｌ２のころ４が軸方向外側（図中右側）に移動すると、このころ４が保持器５の反負荷側（図中右側）の外側環状部５ｂに当接して、保持器５が反負荷側に移動する。このとき、保持器５の負荷側（図中左側）の外側環状部５ｂが、軌道面２ａ、３ａにより軸方向に拘束された負荷側のころ列Ｌ１のころ４に当接することで、保持器５の軸方向移動が規制され、これにより反負荷側のころ列Ｌ２のころ４の軸方向外側への移動が規制される。すなわち、両ころ列Ｌ１、Ｌ２のころ４がそれぞれ保持器５の外側環状部５ｂに当接することで、これらの軸方向間隔がそれ以上広がることが規制される。このように、保持器５により両ころ列Ｌ１，Ｌ２のころ４の最大軸方向間隔を規定することで、案内輪６の軸方向移動範囲が規定され、ころ４の軸方向内側の端面４ａと案内輪６のころ案内面６ａとの最大軸方向隙間Δｇ_ｍａｘ（＝２Δｇ＋２Δｅ２）を規定することができる。

また、図３に示す状態では、ころ４の軸方向外側の端面４ｂが保持器５の外側環状部５ｂに当接しているため、ころ４の軸方向内側の端面４ａと保持器５の中央環状部５ａとの間に最大軸方向隙間Δｅ_ｍａｘ（＝Δｅ１＋Δｅ２）が形成される。本実施形態の複列ころ軸受１では、ころ４と案内輪６との間の最大軸方向隙間Δｇ_ｍａｘが、ころ４と保持器５との間の最大軸方向隙間Δｅ_ｍａｘよりも小さくなるように、各部材の寸法が設定される。すなわち、図３に示す状態において、案内輪６のころ案内面６ａが、保持器５のポケット５ｄの内面５ｄ１よりも、ころ４の端面４ａに近接している。これにより、ころ４の端面４ａが、保持器５の中央環状部５ａに接触せずに、案内輪６のころ案内面６ａと優先的に接触する。このように、軸方向移動可能な反負荷側のころ４の軸方向内側の端面４ａを、保持器５ではなく案内輪６で案内することで、ころ４の挙動を安定させることができる。

また、図３に示す状態では、ころ４の軸方向外側の端面４ｂが、保持器５の外側環状部５ｂの側面（ポケット５ｄの内面５ｄ２）と摺動する。本実施形態では、図２に示すように、このポケット５ｄの内面５ｄ２の周方向両端に凹部５ｄ４が設けられているため、この領域が、ころ４の端面４ｂと非接触となる。詳しくは、図４に拡大して示すように、ころ４の端面４ｂとその外周に設けられた面取り部４ｄとの境界に設けられたエッジ部４ｅが、保持器５のポケット５ｄの内面５ｄ２と非接触となる。これにより、ころ４のエッジ部４ｅの接触によるポケット５ｄの内面５ｄ２の摩耗を防止できる。尚、ポケット５ｄの内面５ｄ２の形状はこれに限らず、例えば図５に示すように、ポケット５ｄの内面５ｄ２に、周方向中央部を軸方向内側に膨出させた凸曲面を設けてもよい。図示例の凸曲面は、曲率半径Ｒの円筒面で構成される。

本発明は、上記の実施形態に限られない。例えば、保持器５の形状は、ストレートな円筒状に限らず、例えば、軸方向中央部から軸方向両端に行くにつれて徐々に径を小さくした樽形としてもよい。この場合、保持器５の最小内径（すなわち、軸方向両端部における内径）を、案内輪６の外径よりも大きくすることで、案内輪６を保持器５の内周に組み付け可能とされる。

１ 自動調心ころ軸受
２ 外輪
２ａ 軌道面
３ 内輪
３ａ 軌道面
４ ころ
５ 保持器
５ａ 中央環状部
５ｂ 外側環状部
５ｃ 柱部
５ｄ ポケット
６ 案内輪
６ａ ころ案内面
Ｆａ アキシャル荷重
Ｌ１，Ｌ２ ころ列

Claims (6)

1. 内周に凹球面状の軌道面を有する外輪と、外周に複列の凹曲面状の軌道面を有する内輪と、前記外輪の軌道面と前記内輪の一方の軌道面との間に配された複数のころで構成された一方のころ列と、前記外輪の軌道面と前記内輪の他方の軌道面との間に配された複数のころで構成された他方のころ列と、前記一方のころ列と前記他方のころ列との軸方向間に配された中央環状部、前記一方のころ列の軸方向外側および前記他方のころ列の軸方向外側に設けられた一対の外側環状部、および、前記中央環状部と前記一対の外側環状部とを連結し、各ころ列のころの周方向間に配された複数の柱部とを一体に有する保持器と、前記一方のころ列と前記他方のころ列の軸方向間に配され、各ころ列のころの軸方向内側の端面と摺動する案内輪とを備えた自動調心ころ軸受において、
   各ころ列のころの軸方向内側の端面と前記案内輪との間に形成される最大軸方向隙間が、各ころ列のころの軸方向内側の端面と前記保持器の中央環状部との間に形成される最大軸方向隙間よりも小さい自動調心ころ軸受。
2. 前記保持器の最小内径が、前記案内輪の外径よりも大きい請求項１に記載の自動調心ころ軸受。
3. 前記保持器をストレートな円筒形状とした請求項１又は２に記載の自動調心ころ軸受。
4. 前記保持器の内周面と前記案内輪の外周面とが接触した請求項１〜３の何れか１項に記載の自動調心ころ軸受。
5. 各ころ列のころの軸方向外側の端面とその外周に隣接して設けられた面取り部との境界を、前記保持器と非接触とした請求項１〜４の何れか１項に記載の自動調心ころ軸受。
6. 前記ころの軸方向外側の端面と軸方向に対向する前記保持器のポケットの内面に、周方向中央部を軸方向内側に膨出させた凸曲面を設けた請求項５に記載の自動調心ころ軸受。
   

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