WO2015016345A1 - ころ軸受及びころ軸受の製造方法 - Google Patents

Abstract

　スラスト自動調心ころ軸受（１０）は、外輪（１１）と、内輪（１２）と、外輪（１１）と内輪（１２）の両軌道面（１１ａ），（１２ａ）間を転動する複数のころ（１３）と、を備える。外輪（１１）と内輪（１２）の少なくとも一方には、大径側端面（１３ｃ）と対向する鍔面（２０）を有する鍔部（１２ｂ）が形成される。軌道面（１２ａ）と鍔面（２０）との接続部（７０）は、逃げ溝がなく、断面円弧状に形成されている。接続部（７０）の曲率半径（Ｒ１）は、ころ転動面（１３ａ）と大径側端面（１３ｃ）との面取り部（１３ｄ）の曲率半径（Ｒ２）よりも小さい。

Description

ころ軸受及びころ軸受の製造方法

　本発明は、ころ軸受及びころ軸受の製造方法に関し、特にスラスト自動調心ころ軸受、円筒ころ軸受、円錐ころ軸受、自動調心ころ軸受等の外輪と内輪の少なくとも一方にころ端面と対向する鍔面を有する鍔部が形成されたころ軸受及びその製造方法に関する。

　従来から、外輪と内輪の少なくとも一方にころ端面と対向する鍔面を有する鍔部が形成されたころ軸受が知られている。一般的なころ軸受では、軌道輪の軌道面と鍔部の鍔面の接続部に逃げ溝が設けられている。逃げ溝を設ける理由は、軌道面と鍔面を研削砥石により研削加工する際、研削砥石と軌道面及び鍔面との干渉をなくし、研削残りによる形状の不均一を未然に防ぐためである。つまり、逃げ溝は研削加工上不可欠であるが、一方で逃げ溝が形成されることにより軸受機能上有効な鍔面及び軌道面の面積が小さくなるという課題があった。

　特に、従来のスラスト自動調心ころ軸受において、軌道輪の逃げ溝が大きく形成されている理由は、仕上げ加工の際、大鍔部に研削砥石が干渉することなく根元まで確実に研削するためであり、これによりこば高や黒皮の発生を防止している。

　これに対し、特許文献１に記載のころ軸受では、鍔部の形状を鍔側軸方向に逃げ溝がない形状とすることで、より有効な鍔面の面積を大きく確保し、それによりアキシャル荷重の増加に伴う接触楕円のはみ出しによるエッジロードの発生を防止している。

　特許文献１では、図４に示すように、軌道輪の素形状に鍛造した素材は、旋削→熱処理→平面研削→外径研削→鍔部焼入鋼旋削（＋逃げ溝旋削加工）→軌道面研削→軌道面超仕上げの工程を経て製造される。熱処理以降における軌道輪１０４の製造工程については、図５に示すように、熱処理が完了した後、研削砥石１１０を用いて、平面研削、外径センタレス研削の工程を経て、鍔面（鍔１０７の内壁面）および逃げ溝１０８を焼入鋼切削により加工することが記載されている。鍔面の研削工程を焼入鋼切削に置き換えることで、鍔面軸方向の逃げが無く、軌道面側の逃げのみを持つ形状の鍔１０７の加工が可能となる。

日本国特開２００６－９８９１号公報

　しかしながら、特許文献１に記載のころ軸受では、鍔側軸方向に逃げ溝がないとはいえっても軌道面側に逃げ溝が形成されており、有効な軌道面の面積が小さくなっている。従って、ころ転動面と軌道面との接触面圧が高まるため、軸受寿命の低下を招く虞がある。

　さらに、転動面側に形成される逃げ溝と転動面は滑らかに繋がらないため、逃げ溝と軌道面との間に稜が形成され、ころ転動面が磨耗したりエッジロードが発生する虞があった。

　本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、寿命低下を抑制し、ころ転動面の磨耗及びエッジロードの発生を抑制可能なころ軸受及びころ軸受の製造方法を提供することにある。

　本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）　外輪と、内輪と、前記外輪と前記内輪の両軌道面間を転動する複数のころと、を備え、前記外輪と前記内輪の少なくとも一方には、ころ端面と対向する鍔面を有する鍔部が形成されたころ軸受であって、
　前記軌道面と前記鍔面との接続部は、逃げ溝がなく、断面円弧状に形成されており、
　前記接続部の曲率半径は、ころ転動面ところ端面との面取り部の曲率半径よりも小さいころ軸受。
（２）　前記接続部は、ハードターニング加工により形成される（１）に記載のころ軸受。
（３）　外輪と、内輪と、前記外輪と前記内輪の両軌道面間を転動する複数のころと、を備え、前記外輪と前記内輪の少なくとも一方には、ころ端面と対向する鍔面を有する鍔部が形成されたころ軸受の製造方法であって、
　前記軌道面と前記鍔面との接続部を、前記接続部の曲率半径がころ転動面と前記ころ端面との面取り部の曲率半径よりも小さく、逃げ溝がなく、且つ、断面円弧状になるようにハードターニング加工するころ軸受の製造方法。
（４）　前記軌道面を仕上げ加工した後、前記接続部と前記鍔面を連続的にハードターニング加工する（３）に記載のころ軸受の製造方法。

　本発明のころ軸受及びころ軸受の製造方法によれば、鍔面と軌道面との接続部に逃げ溝を形成せず、断面円弧状とすることで鍔面と軌道面とは滑らかに繋がれる。また、接続部の曲率半径は、ころ転動面ところ端面との面取り部の曲率半径よりも小さく形成される。これにより、軌道面の有効面積を大きく確保できるため、ころ転動面との接触面圧が低くなり、重荷重にも耐えることができ、軸受寿命の低下を抑制することができる。また、従来のような、軌道面と逃げ溝との間に形成された稜が存在しないので、稜ところとの干渉によるころの摩耗及びエッジロードの発生を抑制することができる。

本発明のころ軸受の一実施形態であるスラスト自動調心ころ軸受の断面図である。 図１の部分拡大図である。 本発明の軌道輪として内輪の製造方法を説明するフローチャートである。 特許文献１に記載の軌道輪の製造方法を説明するフローチャートである。 図４の熱処理以降における軌道輪の製造工程を模式的に示す説明図である。

　以下、本発明のころ軸受の一実施形態について図面を参照しながら詳細に説明する。本発明のころ軸受は、外輪と内輪の少なくとも一方にころ端面と対向する鍔面を有する鍔部が形成されたころ軸受であって、以下の説明では、スラスト自動調心ころ軸受を例に説明する。

　図１は本発明のころ軸受の一実施形態であるスラスト自動調心ころ軸受の断面図であり、図２は図１の部分拡大図である。

　本実施形態のスラスト自動調心ころ軸受１０は、図１に示すように、球面状の軌道面１１ａを有する外輪１１と、外輪１１の軌道面１１ａに対向する軌道面１２ａを有する内輪１２と、外輪１１と内輪１２の軌道面１１ａ，１２ａ間に介在した複数のころ１３とを備える。内輪１２には、外径側に鍔部１２ｂが形成される。各ころ１３は、保持器１４の各ポケット１５内に保持される。ころ１３は、ころ転動面１３ａが球面形状をなしており、小径側端面１３ｂを内径側に、大径側端面１３ｃを外径側に、その回転軸線が外径側に向かって上方を向くように斜めに配列される。内輪１２の軌道面１２ａと外輪１１の軌道面１１ａは、ころ１３のころ転動面１３ａの球面形状に応じた断面円弧状の曲面形状とされている。これにより、スラスト自動調心ころ軸受１０は、調心性を有している。

　保持器１４はリング状で、外径側に突出する複数の柱部４１が円周方向に並べて設けれたくし型保持器であり、隣合う柱部４１，４１間に形成されるポケット１５に各ころ１３が保持される。ころ１３の小径側端面１３ｂはポケット１５の底面１５ａで案内され、ころ１３の大径側端面１３ｃは、内輪１２の外径側に形成される鍔部１２ｂの鍔面２０で案内される。保持器１４の内径部は、円筒面状の内方端面部４３と、軸方向に向く下方端面部４４とを有する。内輪１２の内径部には、保持器１４の内径部を摺動自在に案内する保持器案内スリーブ１６が取付けられている。

　保持器案内スリーブ１６は、保持器１４の内方端面部４３に摺動自在に接する円筒状部６３と、保持器１４の下方端面部４４に摺動自在に接するスリーブ鍔部６４とを有する断面Ｌ字状の部材とされている。保持器１４の内方端面部４３および下方端面部４４は、保持器案内スリーブ１６が摺動する摺動面となり、保持器案内スリーブ１６における円筒状部６３の外径面およびスリーブ鍔部６４の上面は保持器１４が摺動する摺動面となる。なお、図１中、符号６５は、保持器案内スリーブ１６の円筒状部６３に形成された、潤滑油を供給する給油孔である。

　ここで、図２に示すように、内輪１２の軌道面１２ａと鍔部１２ｂの鍔面２０との接続部７０には、逃げ溝がなく、断面円弧状に形成されている。接続部７０の曲率半径Ｒ１は、ころ転動面１３ａと大径側端面１３ｃとの面取り部１３ｄの曲率半径Ｒ２よりも小さく形成されている。言い換えると、接続部７０の曲率（１／Ｒ１）は、ころ転動面１３ａと大径側端面１３ｃとの面取り部１３ｄの曲率（１／Ｒ２）よりも大きく形成されている。鍔面２０と軌道面１２ａとの接続部７０に逃げ溝を形成せず、断面円弧状とすることで鍔面２０と軌道面１２ａとは滑らかに繋がれている。

　接続部７０の曲率半径Ｒ１のとり得る最大値Ｒ１ｍａｘと面取り部１３ｄの曲率半径Ｒ２のとり得る最小値Ｒ２ｍｉｎは、下記の関係（Ａ）を満たすことが好ましい。
　Ｒ１ｍａｘ＝Ｒ２ｍｉｎ－Ｘ　　　　　（Ａ）
　ただし、
　１ｍｍ≦Ｒ２ｍｉｎ≦２ｍｍのとき、Ｘ＝０．１ｍｍ、
　２ｍｍ＜Ｒ２ｍｉｎ≦３ｍｍのとき、Ｘ＝０．５ｍｍ、
　３ｍｍ＜Ｒ２ｍｉｎ≦６ｍｍのとき、Ｘ＝１ｍｍ。

　これにより、従来の逃げ溝が形成されたころ軸受と比べて、軌道面１２ａの有効面積を大きく確保できるため、ころ転動面１３ａとの接触面圧が低くなり、重荷重にも耐えることができる。また、従来のように、軌道面と逃げ溝との間に形成された稜が存在しないので、稜ところとの干渉によるころの摩耗及びエッジロードの発生を抑制することができる。さらに、高速回転中に、ころ１３が鍔部１２ｂの鍔面２０に押し付けられた場合でも、鍔面２０の有効面積が大きいため、鍔面２０と大径側端面１３ｃとの滑り接触部分の接触面圧は低くなり、また稜による部分的な接触面圧の高まりがないため、油膜切れによる潤滑不良を防止できる。従って、スラスト自動調心ころ軸受１０の軸受寿命の低下を抑制することができる。

　さらに、接続部７０の曲率半径Ｒ１は、ころ転動面１３ａと大径側端面１３ｃとの面取り部１３ｄの曲率半径Ｒ２よりも小さく形成されているので、接続部７０ところ１３の面取り部１３ｄとの干渉が防止される。

　次にスラスト自動調心ころ軸受１０の鍔付軌道輪である内輪１２の製造方法について説明する。

　図３に示すように、軌道輪の素形状に鍛造した素材は、旋削→熱処理→平面研削→外径研削→軌道面研削→軌道面超仕上げ→ハードターニングの工程を経て内輪１２が製造される。

　熱処理が完了した後、内輪素材の内径面及び外径面が研削砥石により研削され（平面研削）、外径面が研削砥石により研削され（外径研削）、続いて、砥粒の粒径の異なる研削砥石によって軌道面研削（軌道面研削）、超仕上げ研削（軌道面超仕上げ）が施される。続いて、内輪素材の、軌道面１２ａと鍔面２０との接続部７０に対応する部分を旋削工具を用いてハードターニング加工するとともに、連続して鍔面２０に対応する部分をハードターニング加工する。

　ハードターニング加工は、ワークの一方の端面を、強力なマグネットチャックに着磁させる。マグネットチャックは、旋盤の回転主軸（主軸）に取り付けられており、ワークをワンチャックにより保持した状態で、回転主軸を一定の速度で回転させる。そして、回転する内輪素材の接続部７０及び鍔面２０に対応する部分を旋削工具（バイトなど）で研削する。

　このように、ハードターニング加工により旋削工具を用いて、軌道面１２ａと鍔面２０との接続部７０に対応する部分を旋削加工することにより、研削加工上不可欠であった、軌道面１２ａと鍔面２０との接続部７０に逃げ溝を形成せずに、断面円弧状に滑らかに接続することができる。これにより、上記したように、寿命低下を抑制し、ころ転動面の磨耗及びエッジロードの発生を抑制できる。

　さらにハードターニング加工によれば、短時間で加工可能となり、加工コストを抑制することができる。なお、軌道面１２ａと鍔面２０との接続部７０と鍔面２０は、必ずしも連続してハードターニング加工する必要はないが、連続してハードターニング加工することで、更なる加工時間の短縮化、加工コストの抑制を実現できる。

　尚、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。

　例えば、上記実施形態では、鍔付ころ軸受の中でも、特に軌道輪の逃げ溝が大きく形成されているスラスト自動調心ころ軸受を例示したが、これに限らず、スラスト自動調心ころ軸受、円筒ころ軸受、円錐ころ軸受、自動調心ころ軸受等の鍔付ころ軸受に適用可能である。

　本出願は、２０１３年８月２日出願の日本特許出願２０１３－１６１３５２に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

１０　　スラスト自動調心ころ軸受（ころ軸受）
１１　　外輪
１１ａ　軌道面
１２　　内輪
１２ａ　軌道面
１２ｂ　鍔部
１３　　ころ
１３ａ　ころ転動面
１３ｃ　大径側端面（ころ端面）
１３ｄ　面取り部
２０　　鍔面
７０　　接続部
Ｒ１　　接続部の曲率半径
Ｒ２　　面取り部の曲率半径

Claims (4)

1. 　外輪と、内輪と、前記外輪と前記内輪の両軌道面間を転動する複数のころと、を備え、前記外輪と前記内輪の少なくとも一方には、ころ端面と対向する鍔面を有する鍔部が形成されたころ軸受であって、
   　前記軌道面と前記鍔面との接続部は、逃げ溝がなく、断面円弧状に形成されており、
   　前記接続部の曲率半径は、ころ転動面ところ端面との面取り部の曲率半径よりも小さいころ軸受。
2. 　前記接続部は、ハードターニング加工により形成される請求項１に記載のころ軸受。
3. 　外輪と、内輪と、前記外輪と前記内輪の両軌道面間を転動する複数のころと、を備え、前記外輪と前記内輪の少なくとも一方には、ころ端面と対向する鍔面を有する鍔部が形成されたころ軸受の製造方法であって、
   　前記軌道面と前記鍔面との接続部を、前記接続部の曲率半径がころ転動面と前記ころ端面との面取り部の曲率半径よりも小さく、逃げ溝がなく、且つ、断面円弧状になるようにハードターニング加工するころ軸受の製造方法。
4. 　前記軌道面を仕上げ加工した後、前記接続部と前記鍔面を連続的にハードターニング加工する請求項３に記載のころ軸受の製造方法。

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