JP7843620B2

JP7843620B2 - 軌道輪及び円錐ころ軸受

Info

Publication number: JP7843620B2
Application number: JP2022034911A
Authority: JP
Inventors: 貴司脇坂; 佐保子竹之内; 康由林
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2022-03-08
Filing date: 2022-03-08
Publication date: 2026-04-10
Anticipated expiration: 2042-03-08
Also published as: JP2023130566A

Description

本発明は、軌道輪及び円錐ころ軸受に関する。

例えば、特許第６７７８３１０号公報（特許文献１）には、円錐ころ軸受の外輪が記載されている。特許文献１に記載の外輪の中心軸に沿う方向を、軸方向とする。軸方向に直交し、かつ特許文献１に記載の外輪の中心軸を通る方向を、径方向とする。特許文献１に記載の外輪の中心軸を中心とする円周に沿う方向を、周方向とする。特許文献１に記載の外輪は、第１端面と、第２端面と、内径面と、外径面とを有している。

第１端面及び第２端面は、軸方向における端面である。内径面及び外径面は、周方向に延在している。内径面は、中心軸側を向いている。外径面は、中心軸とは反対側を向いている。内径面は、軌道面を有している。軌道面は、円錐ころと接触する内径面の部分である。軌道面は、周方向に延在している。軌道面の直径は、第１端面側から第２端面側に向かうにつれて大きくなっている。軌道面と中心軸とのなす角度（接触角）は、４０°以上５０°以下である。軌道面と第２端面との間にある内径面の部分には、径方向において内側に突出している鍔部が形成されている。

特許第６７７８３１０号公報

特許文献１に記載の外輪では、軸方向における肉厚の最大値と最小値との差が大きい。そのため、特許文献１に記載の外輪では、外径を内径で除した値が小さい（すなわち、径方向における肉厚が小さい）場合に熱処理や機械加工に起因して軌道面における真円度が低くなることがある。

本発明は、上記のような従来技術の問題点に鑑みてなされたものである。より具体的には、本発明は、軌道面における真円度の改善が可能な軌道輪及び円錐ころ軸受を提供するものである。

本発明の軌道輪は、軌道輪の中心軸を中心とする円周に沿う方向である周方向に延在している内径面及び外径面を備えている。内径面及び外径面の一方は、軌道面を有する。軌道輪の外径を軌道輪の内径で除した値は１．１以下である。中心軸に沿う方向である軸方向における軌道輪の肉厚の最大値を軸方向における軌道輪の肉厚の最小値で除した値は、２．０以上である。軌道面の直径の最大値と軌道面の直径の最小値との差は、ＪＩＳ０級の上限値の１倍超２倍以下である。軌道輪の偏肉量は、軌道輪の外径の２×１０^－４倍以下である。

上記の軌道輪では、軸方向における軌道輪の肉厚の最大値を軸方向における軌道輪の肉厚の最小値で除した値が、３．０以上であってもよい。

上記の軌道輪は、円錐ころ軸受の外輪であってもよい。内径面は、軌道面を有していてもよい。軌道面と軸方向とがなす角度は、３５°以上５５°以下であってもよい。

上記の軌道輪は、軸方向における端面である第１端面及び第２端面をさらに備えていてもよい。軸方向に直交している径方向における軌道面と外径面との間の距離は、第１端面側から第２端面側に向かうにつれて、小さくなっていてもよい。軌道面と第２端面との間にある内径面の部分には、径方向において内側に突出している鍔部が形成されていてもよい。上記の軌道輪は、焼入れ及び焼戻しの行われた鋼により形成されていてもよい。

本発明の円錐ころ軸受は、外輪と、円錐ころとを備えている。外輪は、外輪の中心軸を中心とする円周に沿う方向である周方向に延在している内径面及び外径面と、中心軸に沿う方向である軸方向における端面である第１端面及び第２端面とを有する。内径面は、軌道面を含む。外輪の外径を外輪の内径で除した値は、１．１以下である。軸方向における外輪の肉厚の最大値を軸方向における外輪の肉厚の最小値で除した値は、２．０以上である。軌道面の直径の最大値と軌道面の直径の最小値との差は、ＪＩＳ０級の上限値の１倍超２倍以下である。外輪の偏肉量は、外輪の外径の２×１０^－４倍以下である。軌道面と軸方向とがなす角度は、３５°以上５５°以下である。軸方向に直交している径方向における軌道面と外径面との間の距離は、第１端面側から第２端面側に向かうにつれて小さくなっている。軌道面と第２端面との間にある内径面の部分には、径方向において内側に突出している鍔部が形成されている。

上記の円錐ころ軸受は、内輪をさらに備えていてもよい。外輪の外径を内輪の内径で除した値は、１．３以下であってもよい。

本発明の軌道輪及び本発明の円錐ころ軸受によると、軌道面における真円度の改善が可能である。

外輪１０の断面図である。外輪１０を有する転がり軸受１００の断面図である。外輪１０の製造方法を示す工程図である。

本発明の実施形態の詳細を、図面を参照しながら説明する。以下の図面では、同一又は相当する部分に同一の参照符号を付し、重複する説明は繰り返さないものとする。

実施形態に係る軌道輪は、例えば、円錐ころ軸受の外輪１０である。実施形態に係る軌道輪は外輪１０に限られるものではないが、以下においては、外輪１０を実施形態に係る軌道輪の例として説明する。

（外輪１０の構成）
以下に、外輪１０の構成を説明する。

図１は、外輪１０の断面図である。図１には、外輪１０の中心軸Ａに平行であり、かつ中心軸Ａを通る外輪１０の断面が示されている。中心軸Ａに沿う方向を、軸方向とする。軸方向に直交し、かつ中心軸Ａを通る方向を、径方向とする。中心軸Ａを中心とする円周に沿う方向を、周方向とする。図１に示されるように、外輪１０は、第１端面１０ａと、第２端面１０ｂと、内径面１０ｃと、外径面１０ｄとを有している。

第１端面１０ａ及び第２端面１０ｂは、軸方向における外輪１０の端面である。第２端面１０ｂは、軸方向における第１端面１０ａの反対面である。内径面１０ｃは、周方向に延在している。内径面１０ｃは、中心軸Ａ側を向いている。

内径面１０ｃは、軌道面１０ｃａを有している。軌道面１０ｃａは、図示しない転動体（後述する円錐ころ３０）に接触する内径面１０ｃの部分である。内径面１０ｃは、周方向に延在している。内径面１０ｃは、中心軸Ａに平行であり、かつ中心軸Ａを通る断面視において、軸方向に対して傾斜している。より具体的には、軌道面１０ｃａは、径方向における外径面１０ｄとの間の距離が第１端面１０ａ側から第２端面１０ｂ側に向かうにつれて小さくなるように傾斜している。

接触角θは、軌道面１０ｃａと中心軸Ａとがなす角度である。接触角θは、３５°以上５５°以下であることが好ましい。このことを別の観点から言えば、軌道面１０ｃａは、急勾配形になっている。軌道面１０ｃａと第２端面１０ｂとの間にある内径面１０ｃの部分には、鍔部１０ｅが形成されている。鍔部１０ｅは、径方向における内側に向かって突出している。

外径面１０ｄは、周方向に延在している。外径面１０ｄは、中心軸Ａとは反対側を向いている。このことを別の観点から言えば、外径面１０ｄは、径方向における内径面１０ｃの反対面である。外輪１０は、外径面１０ｄにおいて、図示しないハウジングに嵌め合わされる。

外輪１０は、焼入れ及び焼戻しの行われた鋼により形成されている。外輪１０は、例えば、焼入れ及び焼戻しの行われたＪＩＳ規格に定められている高炭素クロム軸受鋼により形成されている。但し、外輪１０の構成材料は、これに限られるものではない。

外輪１０の内径を、内径Ｄ１とする。内径Ｄ１は、径方向において中心軸Ａを挟んで互いに対向している内径面１０ｃの２つの部分の間の距離である。内径Ｄ１は、径方向において中心軸Ａを挟んで互いに対向している内径面１０ｃの２つの部分の間の距離が最小となる位置において測定される。

外輪１０の外径を、外径Ｄ２とする。外径Ｄ２は、径方向において中心軸Ａを挟んで互いに対向している外径面１０ｄの２つの部分の間の距離である。外径Ｄ２は、径方向において中心軸Ａを挟んで互いに対向している外径面１０ｄの２つの部分の間の距離が最大となる位置において測定される。外径Ｄ２を内径Ｄ１で除した値は、１．１以下になっている。外径Ｄ２を内径Ｄ１で除した値は、１．０よりも大きい。なお、外径Ｄ２から内径Ｄ１を減じた上で２で除した値は、例えば、８ｍｍ以上１８ｍｍ以下である。

外輪１０の肉厚を、肉厚Ｔとする。肉厚Ｔは、径方向における内径面１０ｃと外径面１０ｄとの間の距離である。なお、肉厚Ｔは、軸方向における位置により変化している。より具体的には、肉厚Ｔは、第１端面１０ａ側から第２端面１０ｂ側に向かうにつれて、一旦小さくなった後、再び大きくなっている。肉厚Ｔの軸方向における最大値を肉厚Ｔの軸方向における最小値で除した値は、２．０以上である。肉厚Ｔの軸方向における最大値を肉厚Ｔの軸方向における最小値で除した値は、３．０以上であることが好ましい。

外輪１０の偏肉量は、外径Ｄ２の２×１０^－４倍以下になっている。外輪１０の偏肉量は、周方向に沿って肉厚Ｔを測定した際の最大値と最小値との差である。外輪１０の偏肉量は、肉厚Ｔを周方向に沿って測定し、その最大値及び最小値に基づき算出される。外輪１０の偏肉量は、肉厚Ｔが最小となる軸方向における位置において測定される。

軌道面１０ｃａの直径を、直径Ｄ３とする。直径Ｄ３は、径方向において中心軸Ａを挟んで互いに対向している軌道面１０ｃａの２つの部分の間の距離である。直径Ｄ３は、軸方向における軌道面１０ｃａの中央において測定される。直径Ｄ３の最大値と直径Ｄ３の最小値との差（すなわち、軌道面１０ｃａの真円度）は、ＪＩＳ０級の上限値の１倍よりも大きい。軌道面１０ｃａの真円度は、ＪＩＳ０級の上限値の２倍以下である。なお、ＪＩＳ０級の上限値は、軌道面が内径面に形成される場合（すなわち、軌道輪が外輪である場合）には軌道輪の外径の１×１０^－４倍であり、軌道輪が外径面に形成される場合（すなわち、軌道輪が内輪である場合）には軌道輪の内径の１×１０^－４倍である。

鍔部１０ｅにおける外輪１０の内径を、内径Ｄ４とする。外径Ｄ２を内径Ｄ４で除した値は、例えば、１．０５以下である。

図２は、外輪１０を有する転がり軸受１００の断面図である。図２には、中心軸Ａに平行であり、かつ中心軸Ａを通る転がり軸受１００の断面が示されている。図２に示されるように、転がり軸受１００は、外輪１０に加えて、内輪２０と、複数の円錐ころ３０と、保持器４０とを有している。転がり軸受１００は、例えば、ロボットや建設機械の減速機に使用される円錐ころ軸受である。

内輪２０は、第１端面２０ａと、第２端面２０ｂと、内径面２０ｃと、外径面２０ｄとを有している。第１端面２０ａ及び第２端面２０ｂは、軸方向における内輪２０の端面である。第２端面２０ｂは、軸方向における第１端面２０ａの反対面である。

内径面２０ｃは、周方向に延在している。内径面２０ｃは、中心軸Ａ側を向いている。内輪２０は、内径面２０ｃにおいて、図示しない軸に嵌め合わされる。外径面２０ｄは、周方向に延在している。外径面２０ｄは、中心軸Ａとは反対側を向いている（すなわち、径方向における内径面２０ｃの反対面である）。

外径面２０ｄは、軌道面２０ｄａを有している。軌道面２０ｄａは、円錐ころ３０に接触する外径面２０ｄの部分である。軌道面２０ｄａは、周方向にしている。軌道面２０ｄａは、径方向における内径面２０ｃとの間の距離が第１端面２０ａ側から第２端面２０ｂ側に向かうにつれて大きくなるように、軸方向に対して傾斜している。内輪２０は、軌道面２０ｄａが軌道面１０ｃａに対向するように、外輪１０の径方向における内側に配置されている。なお、外径面２０ｄには、鍔部が形成されていない。

内輪２０の内径を、内径Ｄ５とする。内径Ｄ５は、径方向において中心軸Ａを挟んで互いに対向している内径面２０ｃの２つの部分の間の距離である。内径Ｄ５は、径方向において中心軸Ａを挟んで互いに対向している内径面２０ｃの２つの部分の間の距離が最小となる位置において測定される。外径Ｄ２を内径Ｄ５で除した値は、例えば１．３以下である。外径Ｄ２から内径Ｄ５を減じた上で２で除した値は、例えば２０ｍｍ以上３５ｍｍ以下である。

複数の円錐ころ３０は、軌道面１０ｃａと軌道面２０ｄａとの間において、周方向に沿って並んでいる。円錐ころ３０の外周面は、軌道面１０ｃａ及び軌道面２０ｄａに接触している。円錐ころ３０は、その中心軸に沿う方向において、大径端面及び小径端面を有している。円錐ころ３０の大径端面は、鍔部１０ｅに接触している。保持器４０は、周方向において隣り合う２つの円錐ころ３０の間の間隔が一定範囲内となるように、複数の円錐ころ３０を保持している。

（外輪１０の製造方法）
以下に、外輪１０の製造方法を説明する。

図３は、外輪１０の製造方法を示す工程図である。図３に示されるように、外輪１０の製造方法は、準備工程Ｓ１と、焼入れ工程Ｓ２と、焼戻し工程Ｓ３と、機械加工工程Ｓ４とを有している。

準備工程Ｓ１では、加工対象部材が準備される。加工対象部材は、外輪１０と同一の鋼により形成されている。加工対象部材は、環状の部材である。焼入れ工程Ｓ２は、準備工程Ｓ１後に行われる。焼入れ工程Ｓ２では、加工対象部材に対する焼入れが行われる。より具体的には、焼入れ工程Ｓ２は、加工対象部材を構成している鋼のＡ_１変態点以上の温度で加熱対象部材を保持した後に加工対象部材を構成している鋼のＭ_Ｓ変態点以下の温度まで冷却することにより行われる。

焼戻し工程Ｓ３は、焼入れ工程Ｓ２後に行われる。焼戻し工程Ｓ３では、加工対象部材に対する焼戻しが行われる。より具体的には、焼戻し工程Ｓ３は、加工対象部材を構成している鋼のＡ_１変態点未満の温度で加工対象部材を保持した後に放冷することにより行われる。外径Ｄ２を内径Ｄ１で除した値が１．３以下となるような外輪１０を製造しようとする場合、焼入れ工程Ｓ２及び焼戻し工程Ｓ３が行われる際の熱履歴により、加工対象部材の形状が崩れてしまうことがある。なお、加工対象部材に対して行われる熱処理は、焼入れ工程Ｓ２及び焼戻し工程Ｓ３に限られるものではない。

機械加工工程Ｓ４は、焼戻し工程Ｓ３後に行われる。機械加工工程Ｓ４では、加工対象部材がチャッキングされた上で、加工対象部材の表面に対する機械加工（例えば、研削、研磨等）が行われる。以上により、図１に示される構造の外輪１０が製造される。機械加工が完了して外輪１０がチャッキングから開放された際に、軌道面１０ｃａの真円度の崩れが発生することがある。

（外輪１０の効果）
以下に、外輪１０の効果を説明する。

上記のとおり、外輪１０では、外径Ｄ２を内径Ｄ１で除した値が１．１以下になっている。すなわち、外輪１０では、肉厚Ｔが小さくなっている。また、外輪１０では、内径面１０ｃに鍔部１０ｅが形成されており、軌道面１０ｃａが急勾配形になっている（接触角θが３５°以上５５°以下になっている）。その結果、外輪１０では、肉厚Ｔの軸方向における最大値と最小値との差が大きい。そのため、外輪１０では、熱処理が行われた後及び機械加工が行われた後に、形状の崩れ（特に、軌道面１０ｃａにおける真円度の崩れ）が生じてしまうことがある。より具体的には、直径Ｄ３の最大値と直径Ｄ３の最小値との差が、ＪＩＳ０級の範囲内に収まらなくなる（ＪＩＳ０級の上限値を超えてしまう）ことがある。

しかしながら、本発明者らが見出した知見によると、直径Ｄ３の最大値と直径Ｄ３の最小値との差がＪＩＳ０級の上限値の２倍以下である場合、外輪１０の偏肉量が外径Ｄ２の２×１０^－４倍以下であれば、外輪１０がハウジングに嵌め合わされた際に、外輪１０の形状がハウジングの形状に倣うことにより、直径Ｄ３の最大値と直径Ｄ３の最小値との差がＪＩＳ０級の範囲内に収まるようになる。そのため、外輪１０によると、熱処理や機械加工により軌道面１０ｃａの真円度が崩れてしまう場合であっても、偏肉量を管理することにより、軌道面１０ｃａの真円度を改善することが可能となる。

（実施例）
外輪１０の効果を確認するため、複数のサンプルが準備された。これらのサンプルにおいては、直径Ｄ３の最大値と直径Ｄ３の最小値の差及び偏肉量が変化された。直径Ｄ３の最大値と直径Ｄ３の最小値との差がＪＩＳ０級の上限値の１倍超２倍以下であることを、条件１とする。外輪の偏肉量が外径Ｄ２の２×１０^－４倍以下であることを、条件２とする。これらのサンプルは、ハウジングに締まり嵌めされた後に、直径Ｄ３の最大値と直径Ｄ３の最小値との差が再度測定された。サンプルが嵌め合わされるハウジングの穴の真円度はＪＩＳ規格に定められているＩＴ４とされ、嵌め合い公差はＪＩＳ規格に定められているＭ７とされた。これらのサンプルでは、外径Ｄ２を内径Ｄ１で除した値が１．０９とされ、肉厚Ｔの軸方向における最大値を肉厚Ｔの軸方向における最小値で除した値が４．０とされた。

表１中における「Ａ」は、測定対象となったサンプルの全てにおいてハウジングに嵌め合わされた後の直径Ｄ３の最大値と直径Ｄ３の最小値との差がＪＩＳ０級の上限以下であることを意味する。表１中における「Ｂ」は、測定対象となったサンプルの一部においてハウジングに嵌め合わされた後の直径Ｄ３の最大値と直径Ｄ３の最小値との差がＪＩＳ０級の上限を超えていることを意味する。表１中における「Ｃ」は、測定対象となったサンプルの全てにおいてハウジングに嵌め合わされた後の直径Ｄ３の最大値と直径Ｄ３の最小値との差がＪＩＳ０級の上限を超えていることを意味する。

表１に示されるように、条件１及び条件２の双方が充足されている場合には、ハウジングに嵌め合わされた後の直径Ｄ３の最大値と直径Ｄ３の最小値との差の評価が、Ａになっていた。他方で、条件１及び条件２の少なくとも一方が満たされていない場合には、ハウジングに嵌め合わされた後の直径Ｄ３の最大値と直径Ｄ３の最小値との差の評価がＢ以下になっていた。

この比較から、外径Ｄ２を内径Ｄ１で除した値が１．１以下となる場合でも、条件１及び条件２の双方が満たされると、ハウジングに嵌め込まれた際に外輪１０がハウジングに倣って軌道面１０ｃａの真円度がＪＩＳ０級の範囲内に収まるように改善されることが実験的にも明らかになった。

以上のように本発明の実施形態について説明を行ったが、上述の実施形態を様々に変形することも可能である。また、本発明の範囲は、上記の実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内での全ての変更を含むことが意図される。

上記の実施形態は、例えば減速機に用いられる円錐ころ軸受の軌道輪（外輪）に特に有利に適用される。

１００転がり軸受、１０外輪、１０ａ第１端面、１０ｂ第２端面、１０ｃ内径面、１０ｃａ軌道面、１０ｄ外径面、１０ｅ鍔部、２０内輪、２０ａ第１端面、２０ｂ第２端面、２０ｃ内径面、２０ｄ外径面、２０ｄａ軌道面、３０円錐ころ、４０保持器、Ａ中心軸、Ｄ１内径、Ｄ２外径、Ｄ３直径、Ｄ４，Ｄ５内径、Ｓ１準備工程、Ｓ２焼入れ工程、Ｓ３焼戻し工程、Ｓ４機械加工工程、Ｔ肉厚。

Claims

軌道輪であって、
前記軌道輪の中心軸を中心とする円周に沿う方向である周方向に延在している内径面及び外径面とを備え、
前記内径面及び前記外径面の一方は、軌道面を有し、
前記軌道輪の外径を前記軌道輪の内径で除した値は、１．１以下であり、
前記中心軸に沿う方向である軸方向における前記軌道輪の肉厚の最大値を前記軸方向における前記軌道輪の肉厚の最小値で除した値は、２．０以上であり、
前記軌道面の直径の最大値と前記軌道面の直径の最小値との差は、ＪＩＳ０級の上限値の１倍超２倍以下であり、
前記軌道輪の偏肉量は、前記軌道輪の外径の２×１０^－４倍以下である、軌道輪。
前記軸方向における前記軌道輪の肉厚の最大値を前記軸方向における前記軌道輪の肉厚の最小値で除した値は、３．０以上である、請求項１に記載の軌道輪。
前記軌道輪は、円錐ころ軸受の外輪であり、
前記内径面は、前記軌道面を有し、
前記軌道面と前記軸方向とがなす角度は、３５°以上５５°以下である、請求項１又は請求項２に記載の軌道輪。
前記軸方向における端面である第１端面及び第２端面を備え、
前記軸方向に直交している方向である径方向における前記軌道面と前記外径面との間の距離は、前記第１端面側から前記第２端面側に向かうにつれて小さくなっており、
前記軌道面と前記第２端面との間にある前記内径面の部分には、前記径方向において内側に突出している鍔部が形成されている、請求項３に記載の軌道輪。
前記軌道輪は、焼入れ及び焼戻しの行われた鋼により形成されている、請求項１～請求項４のいずれか１項に記載の軌道輪。
外輪と、
円錐ころとを備え、
前記外輪は、前記外輪の中心軸を中心とする円周に沿う方向である周方向に延在している内径面及び外径面と、前記中心軸に沿う方向である軸方向における端面である第１端面及び第２端面とを有し、
前記内径面は、軌道面を含み、
前記外輪の外径を前記外輪の内径で除した値は、１．１以下であり、
前記軸方向における前記外輪の肉厚の最大値を前記軸方向における前記外輪の肉厚の前記軸方向における最小値で除した値は、２．０以上であり、
前記軌道面の直径の最大値と前記軌道面の直径の最小値との差は、ＪＩＳ０級の上限値の１倍超２倍以下であり、
前記外輪の偏肉量は、前記外輪の外径の２×１０^－４倍以下であり、
前記軌道面と前記軸方向とがなす角度は、３５°以上５５°以下であり、
前記軸方向に直交している径方向における前記軌道面と前記外径面との間の距離は、前記第１端面側から前記第２端面側に向かうにつれて小さくなっており、
前記軌道面と前記第２端面との間にある前記内径面の部分には、前記径方向において内側に突出している鍔部が形成されている、円錐ころ軸受。
内輪をさらに備え、
前記外輪の外径を前記内輪の内径で除した値は、１．３以下である、請求項６に記載の円錐ころ軸受。