JP6131716B2 - 円すいころ軸受 - Google Patents

Description

本発明は、建設機械、自動車、鉄道車両、印刷機、工作機械、その他の産業機械における回転部に使用される円すいころ軸受に関する。

従来、建設機械をはじめとする各種の駆動装置には、その回転機構を回転自在に支持する軸受として円すいころ軸受が使用されている。この円すいころ軸受は、図４（ｃ）に示すように、円すい状の外輪軌道面２ｓを有する外輪２と、円すい状の内輪軌道面１ｓと、該内輪軌道面１ｓの小径側に位置する小鍔部１１と、大径側に位置する大鍔部１２とを有する内輪１と、外輪軌道面２ｓと内輪軌道面１ｓとの間に転動自在に配された複数の円すいころ３と、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と、を備えて構成される。

円すいころ軸受の保持器は金属製であることが一般的であり、金属性保持器を用いた円すいころ軸受の組立て方法は、図３に示すように、先ず保持器４のポケット４１に円すいころ３を保持させ、内輪１に組み込む。そして、保持器加締め治具５を用いて該治具５を押し込み、内輪１、円すいころ３及び保持器４が分離しない任意のポケット隙間になるまで加締める、といった方法（いわゆる加締め方式）が採られる。

しかしながら、金属製保持器は、平板を何度も塑性変形させて製作するため、樹脂製保持器に比べ加工工程が多く、材料費が高く、重量も重いというデメリットがある。

樹脂製保持器を用いた円すいころ軸受の組立て方法は、先ず所定のポケット隙間が残るように射出成型した保持器４のポケット４１に円すいころ３を保持させる。その後、金属製保持器と異なり、図４（ａ）に示すように、円すいころ３を保持した保持器４に内輪１を保持器４の大径側から小径側に向かって押し込むことによって、円すいころ３がポケット４１を一時的に押し広げ、円すいころ３の面取り部３４が内輪１の小鍔部１１を乗り越えて、内輪１に組み込まれる（図４（ｂ））、いわゆる圧入方式をとっている。この樹脂製保持器では、内輪１の小鍔部外径面１１ａよりもころ内接円（円すいころ３が保持器ポケット隙間分外側に移動し、保持器４に対して、最も外側に位置した状態における円すいころ３の内接円）を小さく設計することで、締め代を持たせ、円すいころ３がポケット４１を一時的に押し広げて組み込まれる。

しかしながら、保持器４の組立後を考えると、内輪１から保持器４と円すいころ３が分離しやすいという問題がある。この際、円すいころ３に傷がついて軸受の機能を損なったり、円すいころ３と保持器４がばらばらになってしまい、再度組立を行うこととなり作業性を著しく低下させてしまう虞がある。

これに対し、特許文献１に記載の円すいころ軸受では、保持器ポケットの大径側面に突起を設け、ころ頭部の凹孔に係合させることで保持器に対するころの動き量を制限し、且つ、内輪小鍔部に周溝を設け、その周溝に保持器小径環状部の内周面に設けた突起部を係合させ、円すいころと一体となった保持器が小径側に移動できなくする技術が開示されている。

また、特許文献２に記載の円すいころ軸受では、内輪小鍔部にリングを設け、保持器と一体となった円すいころが小径側に移動できなくする技術が開示されている。

特開２００２−２２７８４９号公報 特開２０１１−０６９４２６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の円すいころ軸受によれば、内輪から円すいころと保持器が分離することを防止できるが、内輪小鍔部の周溝の加工工程が増え、製造コストが増加する虞があった。また、特許文献２に記載の円すいころ軸受によれば、内輪から円すいころと保持器が分離することを防止できるが、部品点数が増え、また、保持器の組立時の工程数の増加にもつながり、製造コストが増加する虞があった。

本発明は、部品点数を増やさず且つ加工工程も増やすことなく、内輪から円すいころと保持器が分離するのを防止可能な円すいころ軸受を提供することにある。

上記目的は以下の構成により達成される。
（１） 円すい状の外輪軌道面を有する外輪と、
円すい状の内輪軌道面と、該内輪軌道面の小径側に位置する小鍔部と、該内輪軌道面の大径側に位置する大鍔部と、を有する内輪と、
前記外輪軌道面と前記内輪軌道面との間に転動自在に配された複数の円すいころと、
小径環状部と、大径環状部と、該小径環状部と該大径環状部とを連結する複数の柱部と、を有し、これら小径環状部、大径環状部及び隣接する柱部で構成されるポケットに前記円すいころを収容することにより前記複数の円すいころを円周方向で所定間隔に保持する樹脂製の保持器と、を備えた円すいころ軸受であって、
前記小鍔部の外径をｄ_ｓｆ、
前記内輪の前記内輪軌道面の小径側外径をｄ _ｒｓ 、
前記保持器の前記小径環状部の内径をｄ _ｓａ 、
前記小鍔部が下方、前記大鍔部が上方となるように該円すいころ軸受の軸芯が鉛直方向となる姿勢で、且つ、前記外輪が外されて前記保持器と前記複数の円すいころが前記内輪によって保持された状態において、前記複数の円すいころが保持器ポケット隙間分外側に移動し、前記保持器に対して最も外側に位置したときの、前記複数の円すいころの内接円径をｄ_ｉｎ、この状態から前記複数の円すいころを保持した前記保持器が前記内輪に対して半径方向に移動可能な最大移動許容量をｖ_ｍａｘとすると、
ｄ_ｓｆ＞ｄ_ｉｎ、且つ、
（ｄ_ｓｆ−ｄ_ｉｎ）／２≧ｖ_ｍａｘ、
であり、
（ｄ _ｉｎ −ｄ _ｒｓ ）／２≧（ｄ _ｓａ −ｄ _ｓｆ ）／２のとき、
（ｄ _ｓｆ −ｄ _ｉｎ ）／２≧（ｄ _ｓａ −ｄ _ｓｆ ）／２、
を満たすことを特徴とする円すいころ軸受。

本発明の円すいころ軸受によれば、円すいころ軸受から一時的に外輪が外され、内輪、円すいころ及び保持器のみによって構成されているとき、円すいころがポケット隙間分移動し、保持器に対して円すいころが最も外側に位置するときのころ内接円径ｄ_ｉｎよりも、内輪１の小鍔部外径ｄ_ｓｆを大径とし、且つ、このときの（ｄ_ｓｆ−ｄ_ｉｎ）／２の値が、円すいころと一体となった保持器が内輪と中立位置にある状態から内輪に対して半径方向に最も動くことができる最大移動許容量ｖ_ｍａｘ以上に設定され、内輪の内輪軌道面の小径側外径をｄ _ｒｓ 、保持器の小径環状部の内径をｄ _ｓａ とすると、（ｄ _ｉｎ −ｄ _ｒｓ ）／２≧（ｄ _ｓａ −ｄ _ｓｆ ）／２のとき、（ｄ _ｓｆ −ｄ _ｉｎ ）／２ ≧（ｄ _ｓａ −ｄ _ｓｆ ）／２に設定されているので、変形後のころ内接円が内輪の小鍔部外径面を乗り越えることはなく、内輪から保持器と円すいころが分離することを防止できる。

（ａ）は第１実施形態の円すいころ軸受の断面図であり、（ｂ）は（ａ）の一点鎖線で囲まれた部分の部分拡大図である。 （ａ）は第２実施形態の円すいころ軸受の断面図であり、（ｂ）は（ａ）の一点鎖線で囲まれた部分の部分拡大図である。 金属製保持器を備える従来の円すいころ軸受における、内輪に円すいころを保持した保持器を組み付ける方法を説明する説明図である。 （ａ）は樹脂製保持器を備える一般的な円すいころ軸受における、円すいころを保持した保持器に内輪を組み付ける途中の断面図であり、（ｂ）は円すいころを保持した保持器に内輪を組み付けた状態の断面図であり、（ｃ）は（ｂ）にさらに外輪を組み付けた状態の断面図である。 （ａ）は一般的な円すいころ軸受の断面図であり、（ｂ）は（ａ）の一点鎖線で囲まれた部分の部分拡大図であり、（ｃ）は（ｂ）のＣ−Ｃ線断面図である。 従来の円すいころ軸受において、一体となった円すいころと保持器が内輪と軸芯を同一とする中立位置にあるときから、半径方向の動き量分だけ動き、内輪に対して偏心した状態を示す図である。 （ａ）は従来の円すいころ軸受において、一体となった円すいころと保持器が内輪と軸芯を同一とする中立位置にあるときを示す図であり、（ｂ）は（ａ）の状態から半径方向の動き量分だけ動き、内輪に対して偏心した状態を示す図である。 図７（ｂ）の外輪が一時的に外された従来の円すいころ軸受を内輪の小鍔部側から見た図である。 （ａ）は図８の状態から、円すいころが小鍔部外径面に沿うようにころ内接円が変形し、内輪の小鍔部外径面を乗り越え、内輪から保持器と円すいころが分離する状態を示す従来の円すいころ軸受の断面図であり、（ｂ）は（ａ）の従来の円すいころ軸受を内輪の小鍔部側から見た図である。 （ａ）は外輪が一時的に外された本発明の円すいころ軸受において、一体となった円すいころと保持器が内輪と軸芯を同一とする中立位置にあるときから、半径方向の動き量分だけ動き、内輪に対して偏心した状態を示す断面図であり、（ｂ）は（ａ）の本発明の円すいころ軸受を内輪の小鍔部側から見た図である。 （ａ）は外輪が一時的に外された本発明の円すいころ軸受において、一体となった円すいころと保持器が内輪と軸芯を同一とする中立位置にあるときから、半径方向の動き量分だけ開き、内輪に対して変形した状態を示す図であり、（ｂ）は（ａ）の本発明の円すいころ軸受を内輪の小鍔部側から見た図である。

以下、本発明の円すいころ軸受の各実施形態について図面を参照しながら説明する。なお、本実施形態の円すいころ軸受１０Ａは、図４（ｃ）に示す円すいころ軸受と基本的構成を同一にするので、先ず図４（ｃ）を参照して、円すいころ軸受の基本的構成について説明する。

円すいころ軸受１０Ａは、図４（ｃ）に示すように、円すい状の外輪軌道面２ｓを有する外輪２と、円すい状の内輪軌道面１ｓと、該内輪軌道面１ｓの小径側に小鍔部１１と、大径側に大鍔部１２を有する内輪１と、外輪軌道面２ｓと内輪軌道面１ｓとの間に転動自在に配された複数の円すいころ３と、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と、を備えて構成される。

保持器４は、樹脂から構成され、小径環状部４２と、大径環状部４３と、小径環状部４２と大径環状部４３とを連結して周方向に略等間隔で配置される複数の柱部４４とを備え、これら小径環状部４２の内面、大径環状部４３の内面、および隣接する柱部４４の内面とで円すいころ３を保持するポケット４１を構成する。各ポケット４１には、それぞれ円すいころ３が転動自在に保持される。

続いて、このような基本的構成を有する従来の円すいころ軸受１０において、内輪1から円すいころ３が分離するメカニズムについて説明する。
円すいころ３が内輪１の小鍔部１１を最も乗り越えやすい状況は、図４（ｂ）で示した、円すいころ軸受１０から一時的に外輪２が外され、内輪１、円すいころ３及び保持器４のみによって構成されているときである。このとき内輪１から円すいころ３と保持器４が分離するメカニズムは以下の通りである。

内輪１、外輪２、円すいころ３が組立てられた状態のとき、保持器４は円すいころ軸受１０に対して半径方向に適切な遊び量を持たせるために、ポケット隙間が設けられている（図５参照）。従って、内輪１の小鍔部１１が下方、大鍔部１２が上方となるように円すいころ軸受１０の軸芯Ｏが鉛直方向となる姿勢で、且つ、外輪２が一時的に外されて保持器４と円すいころ３が内輪１によって保持された状態では、円すいころ３が保持器ポケット隙間分、外側に移動した状態となる。

ここで、一体となった円すいころ３と保持器４が内輪１と軸芯を同一とする中立位置にあるとき、内輪１に対して円すいころ３は半径方向に隙間がある状態となり、動き量を持つことになる（図６の実線）。内輪１から保持器４と円すいころ３が分離するときは、この中立位置から、半径方向の動き量分だけ動き、内輪１に対して偏心が起こる（図６の二点鎖線）。

図７（ａ）は、図６の実線で示した一体となった円すいころ３と保持器４が内輪１と軸芯Ｏを同一とする中立位置にあるときである。このとき、軸芯Ｏを挟んで対称位置にある円すいころ３は、それぞれ内輪１の内輪軌道面１ｓとの間に隙間ｔがあり、隙間ｔ分だけ半径方向に動くことができる。図７（ｂ）は、図６の二点鎖線で示した、一体となった円すいころ３と保持器４が隙間ｔ分だけ右方向に動き内輪１に対して偏心した状態を示している。このとき、軸芯Ｏを挟んで内輪１に最も近づく位相の円すいころ３と内輪１の内輪軌道面１ｓとの間に隙間はなく、内輪１から最も離れる位相の円すいころ３と内輪１の内輪軌道面１ｓとの間に隙間２ｔが生じる。図８は、図７（ｂ）の外輪２が一時的に外された従来の円すいころ軸受１０を内輪１の小鍔部１１側から見た正面図である。なお、保持器４は省略している。

図１及び図２も参照して、このときの半径方向の動き量、即ち、内輪１の小鍔部１１が下方、大鍔部１２が上方となるように円すいころ軸受１０の軸芯Ｏが鉛直方向となる姿勢で、且つ、外輪２が外されて保持器４と円すいころ３が内輪１によって保持された状態において、円すいころ３が保持器ポケット隙間分外側に移動し、保持器４に対して最も外側に位置したときの、円すいころ３を保持した保持器４が内輪１に対して半径方向に移動可能な最大移動許容量ｖ_ｍａｘは、このときの円すいころ３の内接円径をｄ_ｉｎとすると、（ｄ_ｉｎ−ｄ_ｒｓ）／２≧（ｄ_ｓａ−ｄ_ｓｆ）／２のとき、（ｄ_ｓａ−ｄ_ｓｆ）／２であり、（ｄ_ｉｎ−ｄ_ｒｓ）／２≦（ｄ_ｓａ−ｄ_ｓｆ）／２のとき、（ｄ_ｉｎ−ｄ_ｒｓ）／２である。なお、ｄ_ｒｓは、内輪１の内輪軌道面１ｓの小径側外径であり、ｄ_ｓａは、保持器４の小径環状部４２の内径であり、ｄ_ｓｆは、内輪１の小鍔部１１の外径である。

言い換えると、（ｄ_ｉｎ−ｄ_ｒｓ）／２≧（ｄ_ｓａ−ｄ_ｓｆ）／２のときとは、内輪１から最も離れる位相の円すいころ３が、軸芯Ｏを挟んで反対側における保持器４の小径環状部４２と小鍔部外径面１１ａとの間の隙間分移動可能なときであり、このときの最大移動許容量ｖ_ｍａｘは、軸芯Ｏを挟んで反対側における保持器４の小径環状部４２と小鍔部外径面１１ａとの間の径方向距離（（ｄ_ｓａ−ｄ_ｓｆ）／２）となる（図１参照）。

また、（ｄ_ｉｎ−ｄ_ｒｓ）／２≦（ｄ_ｓａ−ｄ_ｓｆ）／２のときとは、内輪１から最も離れる位相の円すいころ３が、軸芯Ｏを挟んで反対側に位置する円すいころ３と内輪軌道面１ｓとの間の隙間分移動可能なときであり、このときの最大移動許容量ｖ_ｍａｘは、軸芯Ｏを挟んで反対側に位置する円すいころ３と内輪軌道面１ｓとの間の径方向距離（（ｄ_ｉｎ−ｄ_ｒｓ）／２）となる（図２参照）。なお、図７は、（ｄ_ｉｎ−ｄ_ｒｓ）／２≦（ｄ_ｓａ−ｄ_ｓｆ）／２のとき、即ち、最大移動許容量ｖ_ｍａｘが、（ｄ_ｉｎ−ｄ_ｒｓ）／２＝ｔの場合を例示している。

しかしながら、樹脂製の保持器４は低剛性であるため、図７（ｂ）で生じた隙間ｔ_１分、ころ内接円Ｐは自在に変形できるようになり、図８で締め代ｓ_０を生じていた位置Ｑ１、Ｑ２（内輪１から最も離れる位相の円すいころ３から略４５°の位置）において、円すいころ３が小鍔部外径面１１ａに沿うようにころ内接円Ｐが変形し、内輪１の小鍔部外径面１１ａを乗り越え、内輪１から保持器４と円すいころ３が分離する（図９）。

そこで、本発明の円すいころ軸受１０Ａ、１０Ｂは、円すいころ３と一体となった保持器４が内輪１から分離しない、つまり、ころ内接円Ｐが内輪１の小鍔部外径面１１ａを乗り越えないようにするために、円すいころ３と一体となった保持器４の偏心後、内輪１から最も離れる位相の円すいころ３が、内輪１の小鍔部外径面１１ａとの間に隙間を生じさせないように設定したものである。このことにより、円すいころ３を保持した保持器４が内輪１に対して半径方向に移動可能な最大移動許容量ｖ_ｍａｘ分移動して、樹脂製の保持器４が変形したとしても、図１０に示すように、内輪１から最も離れる方向の位相の円すいころ３が内輪１の小鍔部外径面１１ａと締め代ｓ_１を持つので、変形後のころ内接円Ｐが内輪１の小鍔部外径面１１ａを乗り越えることはなく、内輪１から保持器４と円すいころ３が分離することを防止できる。図８で締め代を生じていた位置Ｑ１、Ｑ２（内輪１から最も離れる位相の円すいころ３から略４５°の位置）においても、円すいころ３が内輪１の小鍔部外径面１１ａと締め代ｓ_２を持つ。

図１１は、図８で締め代を生じていた位置Ｑ１、Ｑ２の円すいころ３を内輪１の小鍔部外径面１１ａに合わせた状態を示しており、このとき、図８で締め代を生じていた位置Ｑ１、Ｑ２から約４５°に位置する円すいころ３が内輪１の小鍔部外径面１１ａと締め代ｓ_３を持つ。従って、変形後のころ内接円Ｐが内輪１の小鍔部外径面１１ａを乗り越えることはなく、内輪１から保持器４と円すいころ３が分離することを防止できる。

上記条件を満足するためには、一時的に外輪２が外され、内輪１、円すいころ３及び保持器４のみによって円すい軸受１０Ａ、１０Ｂが構成されているとき、円すいころ３がポケット隙間分移動し、保持器４に対して円すいころ３が最も外側に位置するときのころ内接円径ｄ_ｉｎよりも、小鍔部１１の外径ｄ_ｓｆを大径とし、且つ、このときの（ｄ_ｓｆ−ｄ_ｉｎ）／２の値を、円すいころ３と一体となった保持器４が内輪１と中立位置にある状態から内輪１に対して半径方向に最も動くことができる最大移動許容量ｖ_ｍａｘ以上にする必要がある。

＜第１実施形態＞
図１は、本発明の第１実施形態の円すいころ軸受１０Ａを示す図であり、第１実施形態の円すいころ軸受１０Ａは、（ｄ_ｉｎ−ｄ_ｒｓ）／２≧（ｄ_ｓａ−ｄ_ｓｆ）／２に設定されている。このとき、ｄ_ｓｆ、ｄ_ｉｎ、ｄ_ｒｓが以下の関係式（１）且つ（２）を満たすように設定されている。
ｄ_ｓｆ＞ｄ_ｉｎ （１）
（ｄ_ｓｆ−ｄ_ｉｎ）／２≧（ｄ_ｓａ−ｄ_ｓｆ）／２ （２）

＜第２実施形態＞
図２は、本発明の第２実施形態の円すいころ軸受を示す図であり、第２実施形態の円すいころ軸受１０は、（ｄ_ｉｎ−ｄ_ｒｓ）／２≦（ｄ_ｓａ−ｄ_ｓｆ）／２に設定されている。このとき、ｄ_ｓｆ、ｄ_ｉｎ、ｄ_ｓａが以下の関係式（１）且つ（３）を満たすように設定されている。
ｄ_ｓｆ＞ｄ_ｉｎ （１）
（ｄ_ｓｆ−ｄ_ｉｎ）／２≧（ｄ_ｉｎ−ｄ_ｒｓ）／２ （３）

第１及び第２実施形態の円すいころ軸受１０Ａ、１０Ｂによれば、円すいころ３と一体となった保持器４が内輪１に対して偏心した後、内輪１から最も離れる位相の円すいころ３が、内輪１の小鍔部外径面１１ａとの間に隙間を生じないため、内輪１から保持器４と円すいころ３が分離することを防止できる（図１０、１１）。

以上説明したように上記実施形態の円すいころ軸受１０Ａ、１０Ｂによれば、円すいころ軸受１０Ａ、１０Ｂから一時的に外輪２が外され、内輪１、円すいころ３及び保持器４のみによって構成されているとき、円すいころ３がポケット隙間分移動し、保持器４に対して円すいころ３が最も外側に位置するときのころ内接円径ｄ_ｉｎよりも、内輪１の小鍔部外径ｄ_ｓｆを大径とし、且つ、このときの（ｄ_ｓｆ−ｄ_ｉｎ）／２の値が、円すいころ３と一体となった保持器４が内輪１と中立位置にある状態から内輪１に対して半径方向に最も動くことができる最大移動許容量ｖ_ｍａｘ以上に設定されているので、樹脂製の保持器４が変形したとしても内輪１から最も離れる方向の位相の円すいころ３が内輪１の小鍔部外径面１１ａと締め代を持つ。これにより、変形後のころ内接円Ｐが内輪１の小鍔部外径面１１ａを乗り越えることはなく、内輪１から保持器４と円すいころ３が分離することを防止できる。

１ 内輪
１ｓ 内輪軌道面
２ 外輪
２ｓ 外輪軌道面
３ 円すいころ
４ 保持器
１１ 小鍔部
１２ 大鍔部
４１ ポケット
４２ 小径環状部
４３ 大径環状部
４４ 柱部
Ｏ 軸芯
ｄ_ｉｎ 円すいころの内接円径
ｄ_ｓａ 保持器の小径環状部内径
ｄ_ｓｆ 内輪の小鍔部外径
ｄ_ｒｓ 内輪軌道面の小径側外径
ｖ_ｍａｘ 最大移動許容量

Claims (1)

1. 円すい状の外輪軌道面を有する外輪と、
   円すい状の内輪軌道面と、該内輪軌道面の小径側に位置する小鍔部と、該内輪軌道面の大径側に位置する大鍔部と、を有する内輪と、
   前記外輪軌道面と前記内輪軌道面との間に転動自在に配された複数の円すいころと、
   小径環状部と、大径環状部と、該小径環状部と該大径環状部とを連結する複数の柱部と、を有し、これら小径環状部、大径環状部及び隣接する柱部で構成されるポケットに前記円すいころを収容することにより前記複数の円すいころを円周方向で所定間隔に保持する樹脂製の保持器と、を備えた円すいころ軸受であって、
   前記小鍔部の外径をｄ_ｓｆ、
   前記内輪の前記内輪軌道面の小径側外径をｄ _ｒｓ 、
   前記保持器の前記小径環状部の内径をｄ _ｓａ 、
   前記小鍔部が下方、前記大鍔部が上方となるように該円すいころ軸受の軸芯が鉛直方向となる姿勢で、且つ、前記外輪が外されて前記保持器と前記複数の円すいころが前記内輪によって保持された状態において、前記複数の円すいころが保持器ポケット隙間分外側に移動し、前記保持器に対して最も外側に位置したときの、前記複数の円すいころの内接円径をｄ_ｉｎ、この状態から前記複数の円すいころを保持した前記保持器が前記内輪に対して半径方向に移動可能な最大移動許容量をｖ_ｍａｘとすると、
   ｄ_ｓｆ＞ｄ_ｉｎ、且つ、
   （ｄ_ｓｆ−ｄ_ｉｎ）／２≧ｖ_ｍａｘ、
   であり、
   （ｄ _ｉｎ −ｄ _ｒｓ ）／２≧（ｄ _ｓａ −ｄ _ｓｆ ）／２のとき、
   （ｄ _ｓｆ −ｄ _ｉｎ ）／２≧（ｄ _ｓａ −ｄ _ｓｆ ）／２、
   を満たすことを特徴とする円すいころ軸受。