JP7346923B2 - 組合せ円錐ころ軸受及びギヤボックス - Google Patents

Description

本発明は、組合せ円錐ころ軸受及びギヤボックスに関する。

例えば、自動車や建機などのギヤボックスには、回転軸を回転可能に支持する円錐ころ軸受が用いられている。この円錐ころ軸受は、内輪と外輪との間に円錐ころが転動自在に設けられている。

この円錐ころ軸受を備えた駆動伝達ユニットにおいて、軸受予圧機構によって円錐ころ軸受に予圧を付与し、ギヤのがたつきを抑える技術が開示されている（特許文献１参照）。
また、２つの円錐ころ軸受の背面を合わせた複列外向きの組合せ円錐ころ軸受に予圧を付与する方式として、内輪の大径側の端面と接触するように設置したナットを軸方向に締めこむことにより軸方向で調整して予圧を設定する定位置予圧方式がある（特許文献２参照）。

特許第４４４９７１６号公報 特開２００６－１８３８４６号公報

しかし、上記の特許文献１の軸受予圧機構は、圧送注入されるオイルによって予圧部材を付勢する油圧シリンダを備えるため、油圧装置等の大掛かりな設備が必要となる。このため、イニシャルコストが嵩張り、設備や装置の大型化及び複雑化を招くとともに性能等に制約が生じる。しかも、常に最適な油圧状態を維持するための保守点検が必要になる。

また、上記の特許文献２に記載された方式では予圧量のコントロールが難しい。また、軸受回りの部品の経年的な微小摩耗などによって予圧量が変化することがあり、安定した予圧量を確保することが難しい。

本発明は、イニシャルコストを抑えつつ小型化及び簡略化が図られ、しかも、容易な管理で安定した予圧が適切に付与される組合せ円錐ころ軸受及びギヤボックスを提供することを目的とする。

本発明は下記の構成からなる。
内輪と外輪との間に、複数の円錐ころが転動可能に設けられた一対の円錐ころ軸受がそれぞれ背面合わせで組み合わされ、前記円錐ころ軸受の前記円錐ころの軸線が、互いに離間する方向へ向かって径方向外方へ傾斜される外向き複列の組合せ円錐ころ軸受であって、
前記円錐ころ軸受の前記外輪の間には、周方向に間隔をあけて複数の貫通孔が形成された環状の外輪間座が設けられ、
前記外輪間座の前記貫通孔には、前記外輪を互いに離間させる方向へ付勢するばね部材が設けられている、組合せ円錐ころ軸受。

本発明によれば、イニシャルコストを抑えつつ小型化及び簡略化を図り、しかも、容易な管理で安定した予圧を適切に付与することができる。

組合せ円錐ころ軸受の断面図である。 組合せ円錐ころ軸受の部分断面図である。 図２に示す外輪間座の平面図である。 参考例の組合せ円錐ころ軸受の部分断面図である。 変形例１の組合せ円錐ころ軸受の部分断面図である。 図５に示す外輪間座の平面図である。 変形例２の組合せ円錐ころ軸受の部分断面図である。 図７に示す組合せ円錐ころ軸受の外周側から視た部分平面図である。 変形例２の組合せ円錐ころ軸受の他の例を示す外周側から視た部分平面図である。 組合せ円錐ころ軸受を用いたギヤボックスの概略断面図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１は組合せ円錐ころ軸受の断面図である。図２は組合せ円錐ころ軸受の部分断面図である。図３は図２に示す外輪間座の平面図である。

図１に示す組合せ円錐ころ軸受１００は、単列円錐ころ軸受からなる二つの円錐ころ軸受１０Ａ，１０Ｂを備えた複列円錐ころ軸受であり、例えば、鉄鋼設備の冷間圧延機を構成するギヤボックスに用いることができる。円錐ころ軸受１０Ａ，１０Ｂは、一方側が背面１１Ａ，１１Ｂであり、背面１１Ａ，１１Ｂが互いに向き合うようにハウジング２１内に収容されている。これらの円錐ころ軸受１０Ａ，１０Ｂからなる組合せ円錐ころ軸受１００は、ハウジング２１に対して軸体２３を回転可能に支持する。

図２に示すように、円錐ころ軸受１０Ａは、内輪３１Ａと、外輪３３Ａと、円錐ころ（転動体）３５Ａと、保持器３７Ａとを備える。

内輪３１Ａは、その外周に、背面１１Ａへ向かって次第に中心側へ傾斜する傾斜面からなる内輪軌道面４１を有する。外輪３３Ａは、その内周に、背面１１Ａへ向かって次第に中心側へ傾斜する傾斜面からなる外輪軌道面４３を有する。

円錐ころ３５Ａは、円錐状に形成され、内輪３１Ａと外輪３３Ａとの間に複数配置されている。これらの円錐ころ３５Ａは、保持器３７Ａによって周方向に等間隔に配置された状態で保持され、内輪軌道面４１及び外輪軌道面４３に接しながら転動可能となっている。保持器３７Ａによって転動可能に保持された円錐ころ３５Ａは、その軸線ＣＡが、円錐ころ軸受１０Ａの背面１１Ａへ向かって軸体２３の中心軸Ｘへ近接する方向へ傾斜している。

円錐ころ軸受１０Ｂは、内輪３１Ｂと、外輪３３Ｂと、円錐ころ（転動体）３５Ｂと、保持器３７Ｂとを備える。また、内輪３１Ａと内輪３１Ｂは、各々の大径側の端面を、図示しないナットや軸等の端面が接触していることにより、軸方向に移動しないように固定されている。

内輪３１Ｂは、その外周に、背面１１Ｂへ向かって次第に中心側へ傾斜する傾斜面からなる内輪軌道面４１を有する。外輪３３Ｂは、その内周に、背面１１Ｂへ向かって次第に中心側へ傾斜する傾斜面からなる外輪軌道面４３を有する。

円錐ころ３５Ｂは、円錐状に形成され、内輪３１Ｂと外輪３３Ｂとの間に複数配置されている。これらの円錐ころ３５Ｂは、保持器３７Ｂによって周方向に等間隔に配置された状態で保持され、内輪軌道面４１及び外輪軌道面４３に接しながら転動可能となっている。保持器３７Ｂによって転動可能に保持された円錐ころ３５Ｂは、その軸線ＣＢが、円錐ころ軸受１０Ｂの背面１１Ｂへ向かって軸体２３の中心軸Ｘ（図１参照）へ近接する方向へ傾斜している。

上記構造の円錐ころ軸受１０Ａ，１０Ｂからなる組合せ円錐ころ軸受１００は、円錐ころ３５Ａ，３５Ｂの軸線ＣＡ，ＣＢが、互いに離間する方向へ向かって径方向外方へ傾斜された複列外向き円錐ころ軸受とされている。この組合せ円錐ころ軸受１００は、円錐ころ軸受１０Ａ，１０Ｂのそれぞれの外輪３３Ａ，３３Ｂの間に内輪間座５１及び外輪間座５３を備える。

内輪間座５１は、円環状に形成され所定の軸方向厚さを有し、その内径及び外径は、円錐ころ軸受１０Ａ，１０Ｂのそれぞれの内輪３１Ａ，３１Ｂの背面１１Ａ，１１Ｂ側の内径及び外径と略同一である。円錐ころ軸受１０Ａ，１０Ｂは、内輪間座５１によって内輪３１Ａ，３１Ｂの間隔が保持される。

外輪間座５３は、円環状に形成され所定の軸方向厚さを有し、その内径及び外径は、円錐ころ軸受１０Ａ，１０Ｂのそれぞれの外輪３３Ａ，３３Ｂの背面１１Ａ，１１Ｂ側の内径及び外径と略同一である。円錐ころ軸受１０Ａ，１０Ｂは、外輪間座５３によって外輪３３Ａ，３３Ｂの軸方向間隔が保持される。

この外輪間座５３には、表裏に貫通する複数の貫通孔５５が形成される。貫通孔５５には、コイルスプリングからなるばね部材５７が収容される。ばね部材５７は、コイルスプリングからなるもので、外輪間座５３の軸方向厚さよりも大きな自由長を有する。

図３に示すように、外輪間座５３は、表裏に貫通する複数の貫通孔５５を有する。本例では、外輪間座５３に中心軸Ｏを中心に８個の貫通孔５５が形成されている。これらの貫通孔５５は、周方向に関して等間隔に形成される。

ここで、外輪間座５３の内周から貫通孔５５の縁部までの径方向厚さ（最小肉厚）をｔａ、外輪間座５３の外周から貫通孔５５の縁部までの径方向厚さ（最小肉厚）をｔｂとしたときに、貫通孔５５の外径φｄは、次式（１）の関係を有している。

φｄ≧ｔａ＋ｔｂ…（１）

この関係式（１）に応じて貫通孔５５を設定することで、貫通孔５５に収容するばね部材５７の寸法を容易にかつ適切に設定することができる。また、貫通孔５５の加工個数の最適化による加工コスト及び軸受組立作業時間の削減が図れる。

組合せ円錐ころ軸受１００では、円錐ころ軸受１０Ａ，１０Ｂのそれぞれの外輪３３Ａ，３３Ｂの間に外輪間座５３が設置されることで、貫通孔５５の各ばね部材５７が外輪３３Ａ，３３Ｂによって圧縮される。これにより、円錐ころ軸受１０Ａ，１０Ｂの外輪３３Ａ，３３Ｂは、外輪間座５３の圧縮された各ばね部材５７によって互いに離間する方向へ付勢される。したがって、円錐ころ軸受１０Ａ，１０Ｂでは、円錐ころ３５Ａ，３５Ｂと内輪軌道面４１及び外輪軌道面４３との間に適度な予圧が付与される。よって、各円錐ころ３５は、内輪軌道面４１及び外輪軌道面４３に密着しながら転動する。

ここで、参考例について説明する
図４は参考例に係る組合せ円錐ころ軸受の部分断面図である。
図４に示す参考例の組合せ円錐ころ軸受１００Ａでは、環状の外輪間座５３Ａが円錐ころ軸受１０Ａ，１０Ｂの外輪３３Ａ，３３Ｂの間に設けられる。この外輪間座５３Ａは、貫通孔５５がなく、また、貫通孔５５に収容されるばね部材５７もない形状となっている。

ところで、背面１１Ａ，１１Ｂを合わせた複列外向きの組合せ円錐ころ軸受１００Ａは、ラジアル荷重とアキシャル荷重の両荷重を同時に受けることが可能である。しかも、作用点ＳＡ，ＳＢの距離Ｌを長くすることができるため、軸体２３の撓みを抑制できる利点がある。したがって、様々な一般産業設備における軸受として好適に使用される。

このような組合せ円錐ころ軸受１００Ａでは、円錐ころ軸受１０Ａ，１０Ｂの転動体である円錐ころ３５Ａ，３５Ｂが、内輪３１Ａ，３１Ｂの内輪軌道面４１及び外輪３３Ａ，３３Ｂの外輪軌道面４３に接して軌道上を自転しながら公転する。このように転がる円錐ころ３５Ａ，３５Ｂを保持する保持器３７Ａ，３７Ｂは、組み込み性を考慮して円錐ころ３５Ａ，３５Ｂとの間に僅かな隙間が設けられる。また、円錐ころ３５Ａ，３５Ｂと内輪３１Ａ，３１Ｂ及び外輪３３Ａ，３３Ｂとの間には、遊びとして内部隙間を有している。設備の運転に伴う円錐ころ軸受１０Ａ，１０Ｂの軸体２３の回転中における内部隙間の大きさは、疲れ寿命や発熱等に影響を与えるため、使用される設備に合わせて検討される。

しかし、粉砕機や振動篩い機などの振動が発生しやすい設備での使用、鉄鋼設備の圧延機ギヤボックスなどの急加減速を生じる設備での使用、あるいは軸受の最小必要荷重以下の軽荷重での高速回転の環境下では、円錐ころ３５Ａ，３５Ｂが内輪軌道面４１及び外輪軌道面４３を走行する際に、円錐ころ３５Ａ，３５Ｂの姿勢が不安定になるおそれがある。また、円錐ころ３５Ａ，３５Ｂに対して内輪軌道面４１及び外輪軌道面４３からの駆動力の伝達不足が生じ、円錐ころ３５Ａ，３５Ｂが内輪軌道面４１及び外輪軌道面４３上を転がることができず、円錐ころ３５Ａ，３５Ｂが滑る状態、いわゆる滑りが生じるおそれがある。

そして、円錐ころ３５Ａ，３５Ｂに姿勢不整や滑りが生じると、円錐ころ３５Ａ，３５Ｂと内輪軌道面４１及び外輪軌道面４３との間の油膜が切れ、スミアリングや摩耗等の表面損傷が生じやすくなる。

また、円錐ころ３５Ａ，３５Ｂに滑りが生じている状態で、円錐ころ３５Ａ，３５Ｂが内輪軌道面４１と外輪軌道面４３とで挟まれる負荷圏に突入すると、円錐ころ３５Ａ，３５Ｂが滑りから回復し、急激に加速して回転する。その結果、円錐ころ３５Ａ，３５Ｂが瞬間的に保持器３７Ａ，３７Ｂに衝突し、その衝突が繰り返されることで、保持器３７Ａ，３７Ｂに破損や損傷が生じるおそれがある。そして、このような破損や損傷が生じることで、ダウンタイムが想定外に増大し、操業面に大きな影響を与えてしまうおそれがある。

これに対して、本構成の組合せ円錐ころ軸受１００によれば、外輪間座５３の貫通孔５５に設けられたばね部材５７によって外輪３３Ａ，３３Ｂが互いに離間する方向へ付勢されることで、それぞれの円錐ころ軸受１０Ａ，１０Ｂに適切な予圧を安定して付与し、円錐ころ３５Ａ，３５Ｂの滑りを抑制することができる。これにより、油圧シリンダを用いた複雑で大掛かりな機構を備えるものと比較して、イニシャルコストを抑えつつ小型化及び簡略化を図ることができる。しかも、保守点検を要せず、管理の負担を軽減できる。

次に、上記した組合せ円錐ころ軸受の変形例について説明する。
（変形例１）
図５は変形例１の組合せ円錐ころ軸受の部分断面図である。図６は図５に示す外輪間座の平面図である。

図５及び図６に示すように、変形例１の組合せ円錐ころ軸受２００では、外輪間座５３が潤滑材導入孔６１を有する。潤滑材導入孔６１は、外輪間座５３における径方向に貫通する孔からなり、周方向へ等間隔に複数形成されている。本例では、外輪間座５３に８個の潤滑材導入孔６１が形成されており、これらの潤滑材導入孔６１は、それぞればね部材５７を収容する貫通孔５５同士の間に形成されている。

この組合せ円錐ころ軸受２００では、外輪間座５３の外周側に供給された潤滑油やグリースなどの潤滑材が潤滑材導入孔６１を通り、内輪間座５１と外輪間座５３との間に流入する。そして、この潤滑材は、各円錐ころ軸受１０Ａ，１０Ｂに送り込まれる。

このように、変形例１の組合せ円錐ころ軸受２００によれば、円錐ころ３５Ａ，３５Ｂと内輪軌道面４１及び外輪軌道面４３との間に潤滑材を容易に供給することができ、円錐ころ３５Ａ，３５Ｂの転動を円滑にすることができる。

（変形例２）
図７は変形例２の組合せ円錐ころ軸受の部分断面図である。図８は図７に示す組合せ円錐ころ軸受の外周側から視た部分平面図である。

図７及び図８に示すように、変形例２の組合せ円錐ころ軸受３００は、外輪間座５３が、各円錐ころ軸受１０Ａ，１０Ｂの外輪３３Ａ，３３Ｂを回り止めする周り止め部７１を備える。

周り止め部７１には、外輪間座５３に、径方向に沿うピン孔７３が形成されている。そして、このピン孔７３には、ハウジング２１に支持されたノックピン７７が嵌合される。これにより、外輪間座５３は、ハウジング２１に対して周り止めされる。

また、周り止め部７１には、外輪間座５３と外輪３３Ａ，３３Ｂとの間に、互いに凹凸嵌合する係合部７４が設けられている。係合部７４は、外輪間座５３の軸方向の両側に突出する凸部７５と、各円錐ころ軸受１０Ａ，１０Ｂの外輪３３Ａ，３３Ｂに形成された凹部７９とを有する。これら凸部７５と凹部７９とが互いに嵌合されて相互に係合される。これにより、円錐ころ軸受１０Ａ，１０Ｂの外輪３３Ａ，３３Ｂは、外輪間座５３に対して周り止めされる。

したがって、変形例２の組合せ円錐ころ軸受３００では、外輪間座５３の周り止め部７１において、円錐ころ軸受１０Ａ，１０Ｂの外輪３３Ａ，３３Ｂを、外輪間座５３を介してハウジング２１に対して周り止めすることができる。

なお、周り止め部７１は、外輪間座５３における周方向の少なくとも一か所設ければよいが、二か所以上設けてもよい。

図９は変形例２の組合せ円錐ころ軸受の他の例を示す外周側から視た部分平面図である。
図９に示すように、上記した変形例２の組合せ円錐ころ軸受３００（図７参照）においても、変形例１の組合せ円錐ころ軸受２００（図５参照）で設けた潤滑材導入孔６１を外輪間座５３に形成し、円錐ころ３５Ａ，３５Ｂと内輪軌道面４１及び外輪軌道面４３との間に潤滑材が供給されるようにしてもよい。

上記した各組合せ円錐ころ軸受１００，２００，３００は、例えば、製鉄所、製紙工場、風力や火力などの発電プラント、鉄道、建機あるいは運搬用等の車両に使用される軸受として好適に適用できる。

次に、各組合せ円錐ころ軸受１００，２００，３００の使用例について、組合せ円錐ころ軸受１００を例示して説明する。
図１０は組合せ円錐ころ軸受を用いたギヤボックスの概略断面図である。

図１０に示すように、組合せ円錐ころ軸受１００は、例えば、鉄鋼設備の冷間圧延機を構成するギヤボックス５００に適用されている。

このギヤボックス５００は、ハウジング８１と、軸体８３とを有し、軸体８３に歯車８５が設けられている。そして、軸体８３は、歯車８５の両脇側が、ハウジング８１に嵌め込まれた組合せ円錐ころ軸受１００によって回転可能に支持される。

この冷間圧延機のギヤボックス５００では、軸体８３が高速回転されるだけでなく、高速回転と低速回転とを繰り返すサイクル運転が行われるため、軸体８３を支持する組合せ円錐ころ軸受１００に作用する荷重が変動して軽荷重環境下となる場合がある。すると、組合せ円錐ころ軸受１００では、転動体である円錐ころ３５Ａ，３５Ｂが滑りを生じやすい状態となる。しかし、軸体８３を支持する組合せ円錐ころ軸受１００では、内輪の大径側の端面を、軸体８３の端面と図示しないナットの端面が接触していることにより、内輪が内輪の軸方向に移動しないように固定され、外輪間座５３に設けたばね部材５７によって常に適切な予圧が付与されるので、円錐ころ３５Ａ，３５Ｂの滑りを抑制でき、摩耗や損傷を抑えることができる。

このように、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせることや、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。

以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１） 内輪と外輪との間に、複数の円錐ころが転動可能に設けられた一対の円錐ころ軸受がそれぞれ背面合わせで組み合わされ、前記円錐ころ軸受の前記円錐ころの軸線が、互いに離間する方向へ向かって径方向外方へ傾斜される外向き複列の組合せ円錐ころ軸受であって、
前記円錐ころ軸受の前記外輪の間には、周方向に間隔をあけて複数の貫通孔が形成された環状の外輪間座が設けられ、
前記外輪間座の前記貫通孔には、前記外輪を互いに離間させる方向へ付勢するばね部材が設けられている、組合せ円錐ころ軸受。
この組合せ円錐ころ軸受によれば、外輪間座の貫通孔に設けられたばね部材によって外輪が互いに離間する方向へ付勢されることで、それぞれの円錐ころ軸受に適切な予圧を安定して付与し、円錐ころの滑りを抑制することができる。これにより、油圧シリンダを用いた複雑で大掛かりな機構を備えるものと比較し、イニシャルコストを抑えつつ小型化及び簡略化を図ることができ、しかも、保守点検を要せず、管理の負担を軽減させることができる。

（２） 前記外輪間座には、径方向に貫通して外周側に供給された潤滑材を内周側へ導く複数の潤滑材導入孔が周方向に間隔をあけて形成されている、（１）に記載の組合せ円錐ころ軸受。
この組合せ円錐ころ軸受によれば、外輪間座に形成された潤滑材導入孔を通して円錐ころと内輪及び外輪との間に潤滑材を容易に供給することができ、円錐ころの転動を円滑にすることができる。

（３） 前記外輪間座は、前記円錐ころ軸受が収容されるハウジングに設けられたノックピンが嵌合されるピン孔を有し、前記外輪間座と前記外輪との間には、互いに凹凸嵌合する係合部が設けられている、（１）又は（２）に記載の組合せ円錐ころ軸受。
この組合せ円錐ころ軸受によれば、円錐ころ軸受の外輪を、外輪間座を介してハウジングに対して周り止めすることができる。

（４） 軸体に支持された歯車と、前記歯車を収容するハウジングとを備え、
（１）～（３）のいずれか１つに記載の組合せ円錐ころ軸受によって前記軸体が前記ハウジングに回転可能に支持されている、ギヤボックス。
このギヤボックスによれば、適切に予圧が付与された組合せ円錐ころ軸受によって、歯車が支持された軸体を円滑に回転可能に支持することができる。これにより、例えば、荷重が変動して軽荷重環境下となっても円錐ころ軸受の円錐ころの滑りを抑制でき、摩耗や損傷を抑えることができる。

１０Ａ，１０Ｂ 円錐ころ軸受
１１Ａ，１１Ｂ 背面
２１，８１ ハウジング
２３，８３ 軸体
３１Ａ，３１Ｂ 内輪
３３Ａ，３３Ｂ 外輪
３５Ａ，３５Ｂ 円錐ころ
５３ 外輪間座
５５ 貫通孔
５７ ばね部材
６１ 潤滑材導入孔
７３ ピン孔
７４ 係合部
７７ ノックピン
８５ 歯車
１００，２００，３００ 組合せ円錐ころ軸受
５００ ギヤボックス
ＣＡ，ＣＢ 軸線

Claims (3)

1. 内輪と外輪との間に、複数の円錐ころが転動可能に設けられた一対の円錐ころ軸受がそれぞれ背面合わせで組み合わされ、前記円錐ころ軸受の前記円錐ころの軸線が、互いに離間する方向へ向かって径方向外方へ傾斜される外向き複列の組合せ円錐ころ軸受であって、
   前記円錐ころ軸受の前記外輪の間には、周方向に間隔をあけて複数の貫通孔が形成された環状の外輪間座が設けられ、
   前記外輪間座の前記貫通孔には、前記外輪を互いに離間させる方向へ付勢するばね部材が設けられ、
   前記外輪間座は、前記円錐ころ軸受が収容されるハウジングに設けられたノックピンが嵌合されるピン孔を有し、前記外輪間座と前記外輪との間には、互いに凹凸嵌合する係合部が設けられ、
   前記係合部は、前記外輪間座における周方向の複数箇所に設けられ、前記外輪間座に形成され軸方向両側に突出する凸部と、前記外輪に形成され軸方向に凹む凹部とを有し、前記外輪を前記外輪間座に対して周り止めするように前記凸部と前記凹部とが互いに嵌合されている、
   組合せ円錐ころ軸受。
2. 前記外輪間座には、径方向に貫通して外周側に供給された潤滑材を内周側へ導く複数の潤滑材導入孔が周方向に間隔をあけて形成されている、請求項１に記載の組合せ円錐ころ軸受。
3. 軸体に支持された歯車と、前記歯車を収容するハウジングとを備え、
   請求項１又は２に記載の組合せ円錐ころ軸受によって前記軸体が前記ハウジングに回転可能に支持されている、ギヤボックス。

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