JP7073214B2 - 複列ころ軸受 - Google Patents

Description

この発明は、ころ軸受、特にくし形保持器を備えた複列ころ軸受に関する。

複列の円筒ころ軸受や自動調心ころ軸受といった複列ころ軸受は、複数のころを環状に配置したころ列を複列に設けたものであり、この複列ころ軸受には、従来、特許文献１や特許文献２に示すような、いわゆる“くし形保持器”が多用されている。

このくし形保持器は、複列のころ列の間に設けられる環状部と、この環状部の側面から延び、各列のころを保持する複数の柱部とによって構成されており、複列ころ軸受に好適な保持器である。

図４には、従来の自動調心ころ軸受を示している。

この従来の自動調心ころ軸受は、内径面に球面状に窪んだ軌道面１１ａを有する外輪１１と、外径面に球面状に窪んだ二列の軌道面１２ａを有する内輪１２と、前記外輪１１と内輪１２の間に二列に配置され、転動面が球面状に膨らんだ複数のころ１３と、前記環状に配置される各列のころ１３を保持する保持器１４とを備えている。この保持器１４は、二列のころ列の間に設けられる環状部１４ａと、この環状部１４ａの側面から延び、二列のころ１３を保持する複数の柱部１４ｂとによって構成され、環状部１４ａは各列にそれぞれ一つずつ二列に設けられている。そして、環状部１４ａと内輪１２の外径面との間には、案内輪１５を設けている。

かかる自動調心ころ軸受においては、図４に示すように、軸受の径方向に延びる中心線をｙ軸、回転軸をｘ軸、軸受の接触角をα、ころの長さをＬとしたとき、前記ころ１３の端面は下式の直線上にある線分として定義され、ころ１３の端面と保持器１４の環状部１４ａとの間に最小距離Ｃが設けられている。
ｙ＝±（１／ｔａｎα）ｘ＋Ｌ／（２ｓｉｎα）

特開２０１５－１３２３２０号公報 特開２０１７－０７８３８０号公報

ところが、前記くし形保持器のころを保持する柱部は、ころを片持ちで保持しているので、くし形保持器を備える複列ころ軸受を高速で回転させると、ころの挙動が安定せず、軸受の発熱が大きくなるという課題があった。

特に、自動調心ころ軸受は、軌道面と転動面がそれぞれ球面状であるため、ころが比較的スキューしやすい。

そこで、この発明は、くし形保持器を備えた複列ころ軸受において、高速回転時のころの挙動を安定させ、軸受の発熱や摩擦損失が小さい複列ころ軸受を提供しようとするものである。

前記の課題を解決するために、この発明は、内径面に軌道面を有する外輪と、外径面に軌道面を有する内輪と、前記外輪と内輪の間に二列に配置された複数のころと、前記環状に配置される各列のころを保持する保持器とを備え、前記保持器が、二列のころ列の間に配置される環状部と、この環状部の側面から延び、各列のころを転動自在に保持する複数の柱部とからなる複列ころ軸受において、前記各列のころの端面と前記保持器の環状部の側面の最小距離Ｃが、ころの最大直径をＤとしたとき、０．００３×Ｄ＋０．１２ｍｍよりも小さい構成を採用したものである。

すなわち、ころの端面を環状部の側面で積極的に支持することで、ころのスキューと軸方向の変位を抑制することができ、軸受の発熱や摩擦損失が小さい軸受を提供することができる。ころのスキューは柱部ところの外径面でも抑制することができるが、環状部は柱部よりも剛性が高い点、ころの軸方向の変位を抑制できる点でより好適である。さらに、この発明者らは、ころの端面と環状部の側面の距離を制限することで、高速回転時の発熱が改善することを実験検証し、前記数値範囲の設定に至ったものである。

また、前記ころの外径面と前記柱部の側面の最小距離Ｂと前記最小距離Ｃを１．０≦Ｂ／Ｃ≦１．５の関係とすることで、ころのスキューをさらに抑制することができる。くし形保持器が軸受の軸方向に移動すると、前記最小距離Ｃは一方列においてはより小さくなるが、他方列では大きくなるため、他方列におけるスキューの抑制効果が小さくなる。一方、最小距離Ｂは保持器の軸方向位置の影響を受け難いため、安定してころのスキューを抑制することができる。

また、前記環状部の側面を前記ころの端面と平行に構成することで、ころのスキューに加えてチルトを抑制することができ、軸受の発熱や摩擦損失をさらに小さくすることができる。すなわち、ころの端面と環状部の側面を面接触させることで、ころの上下左右方向の傾きを抑制することができる。

また、前記環状部を、各列のころに対して単一の共通部材で構成とすることで、最小距離Ｃの管理が容易となり、より堅実に軸受の発熱や摩擦損失を抑えることができる。すなわち、図４に示すような二つの環状体からそれぞれ柱部を延ばす構成に比べて、環状部の軸方向肉厚、ひいては、最小距離Ｃの管理が容易となる。

また、前記環状部の軸方向の中央部に肉抜き部を設けることで、発熱に伴う摩擦抵抗の増大を抑制することができる。保持器に線膨張係数の大きい材質を適用した場合、軸受の発熱によって最小距離Ｃが消失し、環状部の側面ところの端面に高い摩擦抵抗を生じる可能性がある。このため、前記環状部の軸方向の中央部に肉抜き部を設けることで、熱膨張する体積を小さくできるほか、最小距離Ｃが消失しても、環状部が弾性変形することで、摩擦抵抗を小さくすることができる。

また、前記二列のころ列の間に前記保持器のみを配置し、前記二列のころ列の間に保持器以外の部品を有しない構成とすることで、軸受の発熱や摩擦損失をさらに小さくすることができる。すなわち、図４に示すような前記二列のころ列の間に案内輪等がある場合に比べて、ころ端面の摺動面積を小さくすることができる。

また、この発明を内径面に球面状に窪んだ軌道面を有する外輪と、外径面に球面状に窪んだ二列の軌道面を有する内輪と、前記外輪と内輪の間に二列に配置され、転動面が球面状に膨らんだ複数のころと、前記二列をなすころの列と列の間に環状部を有し、前記環状部の側面から延びる複数の柱部で前記ころを転動自在に保持する保持器を備えた自動調心ころ軸受に適用することで、とりわけ優れた効果を発揮することができる。自動調心ころ軸受は、前記軌道面と転動面がそれぞれ球面状であるため、ころが比較的スキューしやすく、この発明が好適な軸受形式である。

ここで、軸受の径方向に延びる中心線をｙ軸とし、回転軸をｘ軸としたとき、前記ころの端面は下式の直線上にある線分として定義される。
ｙ＝±（１／ｔａｎα）ｘ＋Ｌ／（２ｓｉｎα） α：軸受の接触角、Ｌ：ころの長さ

以上のように、この発明によれば、くし形保持器を備えた複列ころ軸受のころの挙動を安定させることができ、高速回転時の軸受の発熱や摩擦損失が小さい軸受を提供することができる。

この発明の実施形態に係る自動調心ころ軸受の部分断面図である。 図１のＡ－Ａ線断面図である。 この発明の複列ころ軸受に使用する保持器の一例を示す斜視図である。 従来の自動調心ころ軸受の部分断面図である。

以下、この発明の実施の形態を図１～図３に基づいて説明する。

図１～図３の実施形態は、自動調心ころ軸受に適用した例である。

この自動調心ころ軸受は、内径面に球面状に窪んだ軌道面１ａを有する外輪１と、外径面に球面状に窪んだ二列の軌道面２ａを有する内輪２と、前記外輪１と内輪２の間に二列に配置され、転動面が球面状に膨らんだ複数のころ３と、前記環状に配置される各列のころ３を保持する保持器４とを備えている。

この保持器４は、二列のころ列の間に設けられる環状部４ａと、この環状部４ａの側面から延び、二列のころ３を保持する複数の柱部４ｂとによって構成され、環状部４ａは各列に対して単一の部材によって構成され、環状部４ａと内輪２の外径面との間には、案内輪等は設けていない。

かかる自動調心ころ軸受においては、軸受の径方向に延びる中心線をｙ軸、回転軸をｘ軸、軸受の接触角をα、ころの長さをＬとしたとき、前記ころ３の端面は下式の直線上にある線分として定義され、ころ３の端面と保持器４の環状部４ａとの間に最小距離Ｃが設けられている。
ｙ＝ ±（１／ｔａｎα）ｘ＋Ｌ／（２ｓｉｎα）

前記保持器４は、高力黄銅製であり、環状部４ａの側面ところ３の端面の最小距離Ｃは、ころの最大直径Ｄに対し、０．００３×Ｄ＋０．１２ｍｍよりも小さく設定されている。

また、図２に示すように、ころ３の外径面と柱部４ｂの側面の最小距離Ｂと前記最小距離Ｃの関係は、Ｂ／Ｃ＝１．０８となっている。

実験検証にあたり、最小距離Ｃの係数０．００３を０、０．００２、０．０１１、０．０２０に変更した軸受の高速回転試験（軸受内径φ８０ｍｍ、ラジアル荷重：０．０５×軸受の基本静定格荷重、内輪回転速度：３，７５０ｍｉｎ^-1、循環給油潤滑）を実施したところ、係数が小さいほど軸受温度は低くなり、係数が０の軸受は０．０２０の軸受に対し温度が１０℃低かった（温度／係数：４０℃／０、４２℃／０．００２、４５℃／０．０１１、５０℃／０．０２０）。すなわち、最小距離Ｃが小さいほど軸受の発熱が小さいことが検証され、製造誤差や熱膨張を踏まえた寸法設定として、前記数値範囲の設定に至った。また、同保持器４は、環状部４ａの側面がころ３の端面と平行を成しており、ころ３を離間する柱部４ｂは単一の環状部４ａの両側面から延びる構成となっている。また、同軸受は二列をなすころ３の列と列の間に保持器４以外の部品が存在せず、ころ３の端面は保持器４のみと摺動する。

図３は、図1の保持器４の環状部４ａに肉抜き部４ｃを設けた例であり、環状部４ａの外径面に略Ｖ形の円周溝が形成されている。環状部４ａに肉抜き部４ｃを設けるという構成は、線膨張係数が比較的大きい樹脂保持器に好適な構成であり、また、金属よりも弾性係数が低いため、仮に最小距離Ｃが消失しても、環状部４ａ（側面部）が容易に弾性変形することができる。

この発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲において、さらに種々の形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内の全ての変更を含む。

１ ：外輪
１ａ ：軌道面
２ ：内輪
２ａ ：軌道面
３ ：ころ
４ ：保持器
４ａ ：環状部
４ｂ ：柱部
４ｃ ：肉抜き部

Claims (6)

1. 内径面に軌道面を有する外輪と、外径面に軌道面を有する内輪と、前記外輪と内輪の間に二列に環状に配置される複数のころと、前記環状に配置される各列のころを転動自在に保持する保持器とを備え、前記保持器が、二列のころ列の間に配置される環状部と、この環状部の側面から延び、各列のころを転動自在に保持する複数の柱部とからなる複列ころ軸受において、前記各列のころの端面と前記保持器の環状部の側面の最小距離Ｃが、ころの最大直径をＤとしたとき、０．００３×Ｄ＋０．１２ｍｍよりも小さく、前記ころの外径面と前記柱部の側面の最小距離Ｂと、前記最小距離Ｃとの関係が１．０≦Ｂ／Ｃ≦１．５を満たすことを特徴とする複列ころ軸受。
2. 前記環状部の側面が前記ころの端面と平行であることを特徴とする請求項１記載の複列ころ軸受。
3. 前記環状部が、各列のころに対して単一の共通部材で構成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の複列ころ軸受。
4. 前記環状部の軸方向の中央部に肉抜き部を設けたことを特徴とする請求項１～３のいずれかに記載の複列ころ軸受。
5. 前記二列のころ列の間に、前記保持器のみを配置したことを特徴とする請求項１～４のいずれかに記載の複列ころ軸受。
6. 前記外輪の内径面に球面状に窪む軌道面、前記内輪の外径面に球面状に窪む二列の軌道面を有し、前記外輪と内輪の間に、転動面が球面状に膨らむころが配置され、軸受の径方向に延びる中心線をｙ軸、回転軸をｘ軸、軸受の接触角をα、ころの長さをＬとしたとき、前記ころの端面は下式の直線上にある線分として定義される自動調心形式であることを特徴とする請求項１～５のいずれかに記載の複列ころ軸受。
   ｙ=±(１／ｔａｎα)ｘ＋Ｌ／（２ｓｉｎα）

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