JP4149350B2 - 円すいころ軸受および円すいころ軸受用保持器 - Google Patents

Description

本発明は、主として各種産業機械や鉄道車両に使用される円すいころ軸受に関するもので、より詳しくは円すいころ軸受の保持器に関する。

円すいころ軸受は、転動体として円すいころを用いた転がり軸受であって、図４に示すように、内輪１と、外輪２と、複数の円すいころ３と、保持器４とを主要な構成要素として成り立っている。内輪１は外周面に円すい状の軌道１ａを有し、この軌道１ａの小径側に小つば１ｂ、大径側に大つば１ｃを有する。外輪２は内周面に円すい状の軌道２ａを有する。円すいころ３は内輪１の軌道１ａと外輪２の軌道２ａとの間に転動自在に介在する。保持器４は複数の円すいころ３を円周方向で所定間隔に保持する。

保持器４は、図５に示すように、小径側環状体５と、大径側環状体６と、両環状体５，６を連結する柱７とから構成される。図５はプレス加工で造った打抜き保持器４を示し、例えばＳＰＢ２等の冷間圧延鋼板、あるいは軸受用みがき帯鋼等をプレスして成形される。すなわち、穴空き円板状の鋼板を円すい台形状にプレス成形した後、各ポケット８を順番にプレス抜きして、その結果、柱７が形成される。

特開平８−２４７１５２号公報には、円すいころ軸受用の合成樹脂製保持器が記載されている。そして、円すいころを内輪の小つばを越えて組み込む際に無傷で組み込むことができるようにするため、柱の小径側ころ案内面の一部を円周方向に広げて成形することが提案されている。内輪アセンブリの組立簡易化のほか、その円周方向に広げた部分にグリースを保持することもできる。しかしながら、保持可能なグリース量が非常にわずかであるため、潤滑には殆ど寄与しない。
特開平８−２４７１５２号公報（段落番号０００９、図１、図４）

図４から理解できるように、円すいころ軸受は内・外輪１，２の軌道１ａ，２ａがテーパ状になっているため、グリース潤滑で使用すると、外輪２の軌道２ａの小径側から大径側に向かってグリースの流れが生じ（ポンピング作用）、充分に潤滑に寄与しない間にグリースが静止空間に排出されてしまう。また、グリースは、外輪２の内径と保持器４の外径との間よりも広い保持器４の内径と内輪１の大つば１ｃ外径との間から封入されるので、保持器４の外径側にグリースが存在しにくい、といった問題がある。

本発明の目的は、グリースを長期に軸受内部に留まらせ、安定した潤滑性能を発揮する円すいころ軸受および円すいころ軸受用保持器を提供することにある。

請求項１の発明は、合成樹脂の射出成形で作られた円すいころ軸受の保持器であって、軸方向に離間した互いに平行な小径側環状体および大径側環状体と、小径側環状体と大径側環状体を連結する複数の柱とからなり、柱の側面の保持器内径側にころ案内面を設け、柱の側面の保持器外径側に、底面と柱側のみの側面とで形成され柱の長手方向に伸びる窪みを前記柱の全長にわたって設け、保持器外径側から見た前記窪みの形状が、保持器の小径側から大径側に向かって漸次狭くなった三角形状であることを特徴とするものである。この窪み４６ａは、回転に伴い、外輪軌道２ａ近傍のグリースを掻き取り、保持器内径側に還流させる働きをする。さらに、この窪み４６ａがグリース溜りとなり、長期間にわたって安定した潤滑性能を発揮する。

窪み４６ａを柱４６の全長にわたって設けることにより、窪みの容積が増し、より多くのグリースを溜めることができる。また、窪みの端部がころ大端面付近に位置することになるため、ころ大端面３ａと内輪大つば１ｃとの間にグリースを誘導することができる。

窪み４６ａを柱４６の全長にわたって設けることに加えて、保持器外径側から見た前記窪み４６ａの形状を、保持器の小径側から大径側に向かって漸次狭くなった三角形状とすることで、回転中に掻き取られたグリースが大径側環状体４４の方向へ移動し、ころ大端面３ａの潤滑を助長する。この作用をより詳しく述べるならば次のとおりである。窪み４６ａは底面と柱側のみの側面とで形成されていることから、保持器外径側から見た窪み４６ａの形状とは窪み４６ａの底面の形状を意味する（図１参照）。そして、その底面は三角形状の頂点で消失する。窪み４６ａは柱４６の全長にわたって設けてあるため、三角形状の底面の頂点の位置は大径側環状体４４の内側面の位置に相当する。また、その大径側環状体４４の内側面の位置はころ３の大端面３ａの位置に相当する（図４参照）。したがって、既に述べたように従来は回転に伴うポンピング作用で保持器の柱部の外周面と外輪の内周面との間を小径側から大径側に通過して排出されてしまいがちであったグリースを、窪み４６ａの側面で掻いて窪み４６ａ内に捕捉し、その側面に沿って小径側から大径側に移動させて、ころ３の大端面３ａに供給することができる。柱４６の大径側端部では窪み４６ａの底面は消失するが、側面は依然として存在し、しかもより高くなっている。したがって、ここまで移動してきたグリースは、大径側環状体４４の内側面に突き当たってそれ以上の進行を阻止される結果、ころ３の大端面３ａに供給される。ころ３の大端面３ａは、内輪１の大つば部１ｃや保持器４０の大径側環状部４４との間で摩擦接触するため、とりわけ良好な潤滑が求められる。

前記柱４６の、小径側の内周面および大径側の外周面に、肉盗み４７ａ，４７ｂを形成してもよい。このような構成を採用することにより、柱４６の急激な肉厚変化を防いで射出成形時の樹脂の冷却速度を一様にし、安定した品質を確保することができる。また、柱４６の外周面にある肉盗み４７ｂは、ポンピング作用でころ大端面３ａ側に流れ出るグリースを堰き止める。また、柱４６の内・外周面の肉盗み４７ａ，４７ｂは、柱４６の傾斜角を緩やかにしてグリースの流出を抑制する。このように、柱４６の内・外周面で全体としてグリースの通過流出に対する抵抗を与え、長期に軸受内部にグリースを留まらせて安定した潤滑性能を発揮する。

請求項２の発明は、請求項１の保持器を有する円すいころ軸受である。すなわち、内輪１と、外輪２と、複数の円すいころ３と、保持器４０とを有し、前記保持器４０が、合成樹脂の射出成形で作られ、軸方向に離間した互いに平行な小径側環状体４２および大径側環状体４４と、小径側環状体４２と大径側環状体４４を連結する複数の柱４６とからなり、柱４６の側面の保持器内径側にころ案内面４９を設け、柱４６の側面の保持器外径側に、底面と柱側のみの側面とで形成され柱４６の長手方向に伸びる窪み４６ａを前記柱４６の全長にわたって設け、保持器外径側から見た前記窪みの形状が、保持器の小径側から大径側に向かって漸次狭くなった三角形状であることを特徴とするものである。

本発明の円すいころ軸受用保持器およびこれを用いた円すいころ軸受は、グリースの通過流出に対する抵抗を与え、グリースを長期に軸受内部に留まらせ、安定した潤滑性能を発揮する。また、窪みを柱の全長にわたって設け、その窪みを小径側から大径側に向かって漸次狭くなった三角形状とすることにより、回転中に掻き取られたグリースが大径側に移動し、ころ大端面の潤滑を助長する。

以下、本発明の実施の形態を添付図面に従って説明する。ここで、図１（ａ）は、円すいころ軸受の保持器を展開した平面図、図１（ｂ）は、図１（ａ）における柱の横断面図である。また、図２（ａ）は、図１（ａ）における柱の縦断面図、図２（ｂ）は図１（ａ）における柱の側面図である。なお、保持器を除いた円すいころ軸受の基本構成は既述の図４の場合と変わりがないので、以下の説明において、保持器以外の円すいころ軸受の構成については図４を参照することとする。

保持器４０は合成樹脂製で、図１に示すように、軸方向に離間した互いに平行な一対の環状体４２，４４と、環状体４２，４４どうしを連結する複数の柱４６とからなり、射出成形により各部分が一体に成形される。一対の環状体４２，４４で軸方向を区画し、柱４６で円周方向を区画することによって、円周方向に複数のポケット４８が形成される。ポケット４８は、円すいころ３が外輪１と内輪２との間で転動する際に、円すいころ３を等配に保持する。

保持器４０は円すい台形状であって、一対の環状体は小径側の環状体４２と大径側の環状体４４とに分かれる。環状体４２，４４の内側面には、肉を除去した肉盗み４３ａ，４５が形成される。また、小径側環状体４２の外側面には肉盗み４３ｂが形成される。外側面の肉盗み４３ｂに対して、内側面の肉盗み４３ａ，４５は円周方向にずらして千鳥配置にしてある。内側面の肉盗み４３ａ，４５はポケット４８に向かって開口している。したがって、これらの肉盗み４３ａ，４５にグリースを封入することにより、そのグリースが円すいころ３の端面に徐々に供給され、内輪１の大つば１ｃの摩擦接触部での潤滑に寄与する。特に、図４から分かるように、円すいころ３の大端面３ａは、ぬすみ部３ｂを除く領域が、内輪１の大つば部１ｃと摩擦接触（すべり摩擦）するため、この部分にグリースを供給して良好な潤滑を達成することができる。

柱４６の側面に窪み４６ａを設けてある。言い換えれば、柱４６の側面はころ案内面４９と窪み４６ａとで構成されている。ころ案内面４９は柱４６の側面の保持器内径側に位置し、窪み４６ａは柱４６の側面の保持器外径側に位置する。そして、図１（ａ）に示すように、窪み４６ａは、保持器４０の外径側から見たとき、小径側環状体４２側から大径側環状体４４側に向かって漸次狭くなった三角形状である。窪み４６ａは柱４６の長手方向に伸び、ここでは柱４６のほぼ全長にわたって延在している。厳密には、窪み４６ａは図１（ｂ）に示すように底面と側面で形成され、図１（ａ）に現れている三角形状の部分は窪み４６ａの底面である。

図２（ａ）に示すように、柱４６の内周面および外周面に、それぞれ肉盗み４７ａ，４７ｂを設けてある。図２（ａ）の実施の形態では、内周面の肉盗み４７ａは柱４６の全長の半分強を占め、外周面の肉盗み４７ｂは、柱４６のほぼ全長にわたって延在している。肉盗み４７ａ，４７ｂを設けたことによって、柱４６の中央部の傾斜角が緩やかになり、軸線とほぼ平行になっている。肉盗み４７ａは、円すいころ３の転動面にグリースを供給するグリース溜りとしても機能する。

ところで、円すいころ軸受用樹脂保持器は通常射出成形で製造されるため、型の構造上、ころ転動面と保持器柱の接触はころ小径側となる。図２（ｂ）に、ころ転動面と保持器柱との接触部を破線で示す。したがって、保持器に発生する応力は、小径側とくにポケット隅Ｒ部に集中してしまう。従来の樹脂保持器はポケット隅Ｒが小さいため、応力集中が発生する。図３に、円すいころ軸受用樹脂保持器のポケット形状を示す。図示するように、ポケット隅Ｒ部に発生する応力を緩和すると共に柱強度を低下させないため、柱４６の長手方向に盗み５０を伸ばしてポケット隅Ｒを大きくしてある。そして、ポケット隅Ｒを柱４６の長手方向に盗んだことによる保持器４０の強度低下を防ぐため、環状体４２，４４を軸方向に厚くしてある。図３中、二点鎖線は従来の円すいころ軸受用樹脂保持器における環状体の端部を示す。

鉄道車両車軸軸受の実機を想定した落下衝撃モードによるＦＥＭ解析を実施し、ポケット隅Ｒを変更したとき、ポケット隅Ｒ部に発生する応力が低減することを確認した（表１参照）。したがって、ポケット隅Ｒを大きくすることで応力集中を緩和し、ポケット隅Ｒ部に発生する応力を小さくすることができる。また、柱４６の側面の保持器外径側にある窪み４６ａは、柱４６と大径側環状体４４を繋ぐ境界付近ではころを案内せず、柱４６の側面の保持器内径側にあるころ案内面４９でころを案内する。そのため、柱４６の保持器外径側の隅Ｒ寸法を大きくすることによって、応力集中を緩和できる。その結果、軸受負荷容量アップのために、面取りの小さなころを組み込んでも保持器強度が低下する心配はない。

なお、本発明の円すいころ軸受用保持器は、上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

（ａ）は本発明の実施の形態を示す保持器の展開平面図、（ｂ）は円すいころ軸受の要部断面図である。 （ａ）は保持器の柱中心に沿った断面図、（ｂ）は保持器の柱の側面図である。 変形例を示す保持器の展開平面図である。 （ａ）は円すいころ軸受の断面図、（ｂ）は円すいころの正面図である。 図４における保持器の斜視図である。

符号の説明

１ 内輪
１ａ 軌道
１ｂ 小つば
１ｃ 大つば
２ 外輪
２ａ 軌道
３ 円すいころ
３ａ 大端面
３ｂ ぬすみ
４０ 保持器
４２ 小径側環状体
４３ａ 肉盗み
４３ｂ 肉盗み
４４ 大径側環状体
４５ 肉盗み
４６ 柱
４６ａ 窪み
４７ａ 肉盗み
４７ｂ 肉盗み
４８ ポケット
４９ ころ案内面
５０ 盗み

Claims (2)

1. 合成樹脂の射出成形で作られた円すいころ軸受の保持器であって、軸方向に離間した互いに平行な小径側環状体および大径側環状体と、小径側環状体と大径側環状体を連結する複数の柱とからなり、柱の側面の保持器内径側にころ案内面を設け、柱の側面の保持器外径側に、底面と柱側のみの側面とで形成され柱の長手方向に伸びる窪みを前記柱の全長にわたって設け、保持器外径側から見た前記窪みの形状が、保持器の小径側から大径側に向かって漸次狭くなった三角形状であることを特徴とする円すいころ軸受用保持器。
2. 内輪と、外輪と、複数の円すいころと、保持器とを有し、前記保持器が、合成樹脂の射出成形で作られ、軸方向に離間した互いに平行な小径側環状体および大径側環状体と、小径側環状体と大径側環状体を連結する複数の柱とからなり、柱の側面の保持器内径側にころ案内面を設け、柱の側面の保持器外径側に、底面と柱側のみの側面とで形成され柱の長手方向に伸びる窪みを前記柱の全長にわたって設け、保持器外径側から見た前記窪みの形状が、保持器の小径側から大径側に向かって漸次狭くなった三角形状であることを特徴とする円すいころ軸受。

Images