WO2015045746A1 - 円すいころ軸受 - Google Patents

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WO2015045746A1
WO2015045746A1 PCT/JP2014/072890 JP2014072890W WO2015045746A1 WO 2015045746 A1 WO2015045746 A1 WO 2015045746A1 JP 2014072890 W JP2014072890 W JP 2014072890W WO 2015045746 A1 WO2015045746 A1 WO 2015045746A1
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WO
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diameter
cage
tapered roller
circumferential
raceway surface
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PCT/JP2014/072890
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勇太 下河内
上野 崇
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Ntn株式会社
勇太 下河内
上野 崇
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    • F16C19/385Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings for both radial and axial load with two or more rows of rollers with tapered rollers, i.e. rollers having essentially the shape of a truncated cone with two rows, i.e. double-row tapered roller bearings
    • F16C19/386Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing rollers essentially of the same size in one or more circular rows, e.g. needle bearings for both radial and axial load with two or more rows of rollers with tapered rollers, i.e. rollers having essentially the shape of a truncated cone with two rows, i.e. double-row tapered roller bearings in O-arrangement

Definitions

  • the present invention relates to a tapered roller bearing, and in particular, relates to a tapered roller bearing used in a portion that supports a power transmission shaft of a self-propelled vehicle or the like.
  • the tapered roller bearing generally has an inner ring 102 having a conical raceway surface 101 on an outer peripheral surface, an outer ring 104 having a conical raceway surface 103 on an inner peripheral surface, and a raceway of the inner ring 102.
  • Mainly includes a plurality of tapered rollers 105 movably interposed between the surface 101 and the raceway surface 103 of the outer ring 104, and a retainer 106 that holds the plurality of tapered rollers 105 at predetermined intervals in the bearing circumferential direction.
  • the inner ring 102 has a small collar 107 formed on the small diameter side of the raceway surface 101 and a large collar 108 formed on the large diameter side.
  • the cage 106 has a plurality of column portions 111 between a small-diameter ring portion 109 and a large-diameter ring portion 110, and a pocket 112 that holds the tapered roller 103 between the column portions 111. .
  • a tapered roller 105 is disposed in the pocket 112.
  • Patent Document 1 By the way, conventionally, what can reduce torque loss in the flow resistance of lubricating oil has been proposed (Patent Document 1).
  • Patent Document 1 shows that notches 121 a and 121 b are provided in the column portion 111 of the cage 106 to reduce the amount of lubricating oil that reaches the large collar 108 along the raceway surface 101 of the inner ring 102. The amount of lubricating oil staying inside the bearing is reduced, and torque loss due to the flow resistance of the lubricating oil can be reduced.
  • Patent Document 1 As shown in FIG. 6, when the tapered roller bearing rotates at a high speed and its lower part is immersed in an oil bath, the lubricating oil in the oil bath is retained from the small diameter side of the tapered roller 105. Lubricating oil that flows into the bearing is divided into an outer diameter side and an inner diameter side of the cage 106, and flows into the outer ring from the outer diameter side of the cage 106, along the raceway surface 103 of the outer ring 104. To flow out of the bearing.
  • the lubricating oil flowing from the inner diameter side of the cage 106 to the inner ring side has a narrow gap S between the flange 120 of the small annular portion of the cage 106 and the collar 107 of the inner ring 102, so the cage 106 Much less than the lubricating oil flowing in from the outer diameter side of the inner diameter, and most of the lubricating oil flowing in from the gap S passes through the notch 121a on the small diameter side provided in the column portion 111, so that the cage 106 Move to the outer diameter side.
  • the amount of the lubricating oil that reaches the main shaft 108 along the raceway surface 101 of the inner ring 102 becomes very small, and the amount of the lubricating oil staying in the bearing can be reduced.
  • a part of the lubricating oil that flows along the raceway surface 101 of the inner ring 102 flows to the raceway surface 101 side of the outer ring 104 through a large-diameter cutout 121b provided in the column portion 111.
  • this tapered roller bearing includes an inner ring 151 having a raceway surface 155 on an outer diameter surface, an outer ring 152 having a pair of raceway surfaces 160 and 160 on an inner diameter surface, and an inner ring 151 and an outer ring 152. And a plurality of tapered rollers 153 arranged so as to be freely rollable, and a cage 154 that holds the tapered rollers 153 at a predetermined circumferential interval.
  • the cage 154 is a resin cage that includes a large-diameter-side annular portion 161, a small-diameter-side annular portion 162, and a column portion 163 that connects the large-diameter-side annular portion 161 and the small-diameter-side annular portion 162.
  • the hook portion 165 is provided on the large-diameter annular portion 161 of the retainer 154 by omitting the gavel in the inner ring.
  • a plurality of hook portions 165 are arranged at a predetermined pitch along the circumferential direction and are formed of hook pieces protruding in the inner diameter direction from the large-diameter side annular portion 161, and the hook portions 165 are formed on the flange portion 156 of the inner ring 151.
  • a notch 166 is formed in the flange 156 of the inner ring 151, and the hook 165 is engaged with the notch 166.
  • the present invention provides a tapered roller bearing that can be reduced in size while ensuring a load capacity in the bearing, and further capable of reducing the rotational torque of the bearing.
  • the tapered roller bearing according to the present invention includes an inner ring having a raceway surface on an outer diameter surface, an outer ring having a raceway surface on an inner diameter surface, a plurality of tapered rollers arranged to roll between the inner ring and the outer ring, and a tapered shape.
  • the diameter side is an inclined surface that is continuous with the raceway surface
  • the small-diameter-side annular portion of the cage includes a circumferential inner flange portion that protrudes toward the inner diameter side and a circumferential outer flange portion that protrudes toward the outer diameter side. It is provided.
  • the clearance at the entrance to the inside of the bearing can be narrowed by providing the circumferential inner flange portion and the circumferential outer flange portion.
  • the amount of lubricating oil flowing into the bearing is reduced.
  • the flange portion protruding toward the inner diameter side is provided on the large diameter side of the outer ring, the amount of lubricating oil flowing into the outer ring side can be reduced by the flange portion to the outside of the bearing.
  • the flange is formed on the large diameter side of the raceway surface of the outer ring, the small space and large flange are omitted on the outer diameter surface of the inner ring, so the conventional blank space that does not affect the bearing size is used. it can.
  • the cage circumferential inner flange portion is not in contact with the inner ring, and the circumferential outer flange portion is not in contact with the outer ring. preferable.
  • the inner diameter end of the circumferential inner flange portion of the cage is an inclined surface having the same inclination angle as the inclination angle of the raceway surface of the inner ring
  • the outer diameter end of the circumferential outer flange portion of the cage is The inclined surface of the outer ring raceway surface has the same inclination angle as that of the outer ring
  • the inclined surface of the inner ring portion in the circumferential direction is closely opposed to the small-diameter side inclined surface continuous to the inner ring raceway surface, and the outer circumferential ring
  • the inclined surface of the part may be opposed to the small-diameter-side inclined surface continuous with the raceway surface of the outer ring.
  • the cage is a resin cage. If it is made of resin, that is, made of engineering plastic, the resin cage does not need to be expanded and caulked in assembling the bearing, so that it is easy to ensure the required dimensional accuracy.
  • the cage made of resin is lighter than that made of iron plate, has a self-lubricating property, and has a low coefficient of friction, combined with the effect of lubricating oil interposed in the bearing, It is possible to suppress the occurrence of wear due to the contact of. Further, since the resin cage is light and has a small coefficient of friction, it is suitable for reducing torque loss and cage wear at the time of starting the bearing.
  • the tapered part of the cage When the column part of the cage is arranged on the inner diameter side of the axis of the tapered roller, the tapered part can be held without the column part being affected by the flange part of the outer ring.
  • the tapered rollers can be held on the inner diameter side of the center line of the tapered rollers, and the interval between the tapered rollers adjacent to each other in the circumferential direction can be set small with the column width secured in the cage. .
  • the tapered roller is held on the axial center line of the tapered roller so as to secure the column width in the cage. If so, the interval between the tapered rollers adjacent to each other along the circumferential direction is increased.
  • the pillar portion of the cage may not be in contact with the raceway surface of the inner ring when the cage is not swung, and may not be in contact with the raceway surface of the inner ring or may be in contact only at a predetermined timing when the cage is swung.
  • “contact only at a predetermined timing” does not always contact when the cage swing occurs, but has a contact cycle even when the cage swing occurs, and the contact time is relatively It is a short time.
  • the intrusion of the lubricating oil can be suppressed to the minimum necessary, and depending on the viscosity of the lubricating oil Oil agitation torque can be reduced.
  • the inclined surface of the circumferential inner flange portion is closely opposed to the small-diameter side inclined surface continuous with the raceway surface of the inner ring, and the inclined surface of the circumferential outer flange portion is adjacent to the small-diameter side inclined surface continuous with the raceway surface of the outer ring.
  • the clearance at the entrance of the lubricating oil into the bearing is along the raceway surface, so that the lubricating oil can flow smoothly into the bearing.
  • the cage is a resin cage
  • the cage can be injection-molded, and even complex shapes can be stably molded at low cost.
  • the tapered part When the column part of the cage is arranged on the inner diameter side of the axis of the tapered roller, the tapered part can be held without the column part being affected by the flange part of the outer ring. Moreover, the gap between the rollers can be narrowed while securing the column width in the cage, the number of rollers can be increased, and the load capacity can be increased. On the other hand, in the case where the column portion is disposed on the axial center line of the tapered roller, if an attempt is made to secure the column width in the cage, the interval between the rollers adjacent in the circumferential direction (the gap between the rollers) is increased. It becomes relatively large and the number of rollers cannot be increased.
  • the cage swings, if the bearing is not in contact with the raceway surface of the inner ring or is in contact only at a predetermined timing, the cage can rotate stably without affecting the rotation of the bearing. it can.
  • FIG. 1 It is sectional drawing which shows embodiment of the tapered roller bearing of this invention. It is a principal part enlarged view of the tapered roller bearing shown in the said FIG. It is explanatory drawing of the state which showed the relationship between the pillar part of a holder
  • the tapered roller bearing includes a plurality of inner rings 3 having a raceway surface 2 on an outer diameter surface 1, an outer ring 6 having a raceway surface 5 on an inner diameter surface 4, and a plurality of rolls disposed between the inner ring 3 and the outer ring 6.
  • a tapered roller 7 and a cage 8 that holds the tapered roller 7 at a predetermined circumferential interval are provided.
  • the cage 8 includes a large-diameter-side annular portion 11, a small-diameter-side annular portion 10, and a column portion 12 that connects the large-diameter-side annular portion 11 and the small-diameter-side annular portion 10. 11, the small-diameter-side annular portion 10, and the column portion 12 form a pocket 13 into which the tapered roller 7 is fitted. For this reason, a plurality of pockets 13 are arranged at a predetermined pitch along the circumferential direction.
  • the surface 15 and the large-diameter side inclined surface 16 having the same inclination angle as the raceway surface 2 are provided continuously to the raceway surface 2 on the large-diameter side of the raceway surface.
  • a circumferential cutout 17 is provided on the larger diameter side than the large diameter inclined surface 16.
  • a flange 20 that protrudes in the inner diameter direction is provided only on the larger diameter side of the inner diameter surface 4 of the outer ring 6. Further, a tapered portion 21 having a semicircular cross section is formed at a corner portion between the tapered surface 20a of the flange portion 20 (the surface on which the large end surface 7a of the tapered roller 7 contacts) 20a and the raceway surface 5.
  • the retainer 8 has a column portion 12 arranged on the inner diameter side of the axial line L1 of the tapered roller 7 interposed between the raceway surface 2 of the inner ring 3 and the raceway surface 5 of the outer ring 6.
  • the small-diameter side annular portion 10 of the cage 8 is provided with a circumferential inner flange portion 22 that protrudes toward the inner diameter side and a circumferential outer flange portion 23 that protrudes toward the outer diameter side.
  • the circumferential inner flange portion 22 and the circumferential outer flange portion 23 extend in a direction orthogonal to the bearing axis L.
  • the radial length of the circumferential outer flange portion 23 is longer than the radial length of the circumferential inner flange portion 22.
  • the inner diameter end of the circumferential inner flange portion 22 is an inclined surface 22 a having the same inclination angle as the inclination angle of the raceway surface 2 of the inner ring 3, and the outer diameter end of the circumferential outer flange portion 23 is The inclined surface 23 a has the same inclination angle as the inclination angle of the raceway surface 5.
  • the inclined surface 22a of the circumferential inner flange portion 22 is brought into close proximity to the small-diameter inclined surface 15 continuous to the raceway surface 2 of the inner ring 3, and the inclined surface 23a of the circumferential outer flange portion 23 is made to be the raceway surface of the outer ring 6.
  • the adjacent small-diameter side inclined surface 25 is made to face and face each other. In this case, the circumferential inner flange portion 22 is not in contact with the inner ring 3 and the circumferential outer flange portion 23 is not in contact with the outer ring 6 in the cage non-rotating state and the cage swinging state during bearing rotation. State.
  • the lubricating oil passage 26 to the inside of the bearing is formed by the small-diameter-side inclined surface 15 of the inner ring 3 and the inclined surface 22a of the circumferential inner flange portion 22 opposed to the inclined surface. Further, the lubricating oil passage 27 to the inside of the bearing is formed by the small-diameter-side inclined surface 25 of the outer ring 6 and the inclined surface 23a of the circumferential outer flange portion 23 opposed thereto.
  • the small diameter side inclined surface 15 of the inner ring 3 and the inclined surface 22a of the circumferential inner flange portion 22 are inclined at the same inclination angle as the inclination angle of the raceway surface 2 of the inner ring 3, so that the lubricating oil passage 26 is It becomes a passage along the raceway surface 2 of the inner ring 3.
  • the small-diameter side inclined surface 25 of the outer ring 6 and the inclined surface 23a of the circumferential outer flange portion 23 are inclined at the same inclination angle as the inclination angle of the raceway surface 5 of the outer ring 6, so that the lubricating oil passage 27 is It becomes a passage along the raceway surface 5 of the outer ring 6.
  • the retainer 8 is an iron plate retainer or a resin retainer.
  • This resin is preferably an engineering plastic.
  • the steel plate cage can be used without worrying about oil resistance (material deterioration due to immersion in oil).
  • the iron plate cage has an advantage that it can be used without worrying about oil resistance (deterioration of material due to immersion in oil).
  • the resin cage is made of resin, that is, made of engineering plastic, it is not necessary to perform operations such as bottom expansion and caulking in the assembly of the bearing, so that it is easy to ensure the required dimensional accuracy.
  • the cage made of resin is lighter than the steel plate, is self-lubricating, and has a small coefficient of friction.
  • the engineering plastic is a synthetic resin that is mainly excellent in heat resistance and can be used in fields where strength is required. Further, a resin having increased heat resistance and strength is called a super engineering plastic, and this super engineering plastic may be used.
  • Engineering plastics include polycarbonate (PC), polyamide 6 (PA6), polyamide 66 (PA66), polyacetal (POM), modified polyphenylene ether (m-PPE), polybutylene terephthalate (PBT), GF reinforced polyethylene terephthalate (GF- PET) and ultra high molecular weight polyethylene (UHMW-PE).
  • Super engineering plastics include polysulfone (PSF), polyethersulfone (PES), polyphenylene sulfide (PPS), polyarylate (PAR), polyamideimide (PAI), polyetherimide (PEI), and polyetheretherketone.
  • PEEK liquid crystal polymer
  • LCP liquid crystal polymer
  • thermoplastic polyimide TPI
  • PBI polybenzimidazole
  • TPX polymethylbenten
  • PCT poly1,4-cyclohexanedimethylene terephthalate
  • PA46 polyamide 46
  • PA6T polyamide 6T
  • PA9T polyamide 9T
  • PA11,12 polyamide 11,12
  • PPA polyphthalamide
  • PPS poniphenylene sulfide
  • PPS is a high-performance engineering plastic having a molecular structure in which phenyl groups (benzene rings) and sulfur (S) are alternately repeated. It is crystalline, has a continuous use temperature of 200 ° C to 220 ° C, a high deflection temperature under a high load (1.82MPa) of 260 ° C and excellent heat resistance, and has high tensile strength and bending strength. Since the shrinkage rate during molding is as small as 0.3 to 0.5%, the dimensional stability is good. Excellent in flame retardancy and chemical resistance.
  • PPS can be broadly classified into three types: cross-linked, linear, and semi-cross-linked.
  • the cross-linked type is a high molecular weight product obtained by cross-linking a low molecular weight polymer, and is mainly brittle and reinforced with glass fiber.
  • the straight-chain type has a high toughness and has a high molecular weight without a crosslinking step in the polymerization stage.
  • the semi-cross-linked type has the characteristics of both the cross-linked type and the straight chain type.
  • the flow of lubricating oil in the tapered roller bearing will be described with reference to FIG.
  • the lubricating oil in the oil bath passes through the inner diameter side passage 26 and the outer diameter side passage 27 of the tapered roller 7 as indicated by arrows ⁇ and ⁇ .
  • the cage 8 is divided into an inner diameter side and an outer diameter side and flows into the bearing.
  • the lubricating oil that has flowed into the inner diameter side inside the bearing flows out of the bearing as it is along the raceway surface 2 of the inner ring 3 as indicated by the arrow ⁇ 1, and as indicated by the arrow ⁇ 2.
  • the current flows through the pocket 13 to the outer diameter side of the cage column 12 and flows out of the bearing.
  • the lubricating oil that has flowed into the outer diameter side inside the bearing flows along the raceway surface 5 of the outer ring 6 and flows out to the outside of the bearing through the flange portion 20.
  • the flange 20 protruding toward the inner diameter side is provided on the large diameter side of the outer ring 6, the amount of lubricating oil flowing into the outer ring 6 can be reduced by the flange 20 to the outside of the bearing. . As a result, stable lubrication is possible, and seizure damage can be prevented.
  • the flange portion is formed on the large diameter side of the raceway surface 5 of the outer ring 6, since the small flange and the large flange are omitted on the outer diameter surface of the inner ring 3, a conventional margin that does not affect the bearing size. Space can be utilized to increase load capacity and reduce bearing size.
  • the cage circumferential inner flange portion 22 is in a non-contact state with the inner ring 3 and the circumferential outer flange portion 24 is in a non-contact state with the outer ring 6.
  • a rotating state can be obtained.
  • the inclined surface 22 a of the circumferential inner flange portion 22 is brought into close proximity to the small-diameter inclined surface 15 continuous to the raceway surface 2 of the inner ring 3, and the inclined surface 23 a of the circumferential outer flange portion 23 is made to contact the raceway surface 5 of the outer ring 6.
  • the clearance at the entrance to the inside of the bearing is along the raceway surfaces 2 and 5 so that the lubricating oil can flow smoothly into the bearing.
  • the cage 8 is a resin cage, the cage 8 can be injection-molded, and even a complicated shape can be stably molded at a low cost.
  • the tapered portion 7 is held without the column portion 12 being affected by the flange portion 20 of the outer ring 6. Can do. Further, in the case where the cage is swung, if the roller is not in contact with the raceway surface 2 of the inner ring 3 or is in contact only at a predetermined timing, the gap between the rollers can be reduced while securing the column width in the cage 8. The number can be increased and the load capacity can be increased.
  • the pillar part 12 is arrange
  • the tapered roller 7 can be held on the inner diameter side from the axial center line L1 of the tapered roller 7, and the column width is secured in the cage 8 along the circumferential direction.
  • the interval between the tapered rollers 7 adjacent to each other can be set small. As a result, the number of rollers can be increased and the load capacity can be increased.
  • the conventional product and the present invention products 1 and 2 were compared in rotational torque and the like. Table 1 below shows the bearing size, load capacity, assembly width, weight, and rotational torque.
  • the conventional product has a JIS metric model number [30306D] (inner diameter d: 35 mm, outer diameter D: 72 mm, width B: 20.75 mm).
  • the products 1 and 2 of the present invention use a cage having a shape as shown in FIGS. 1 and 2 based on the conventional [30306D].
  • the product 1 of the present invention is shown in FIG.
  • the bearing size is (inner diameter d: 35 mm, outer diameter D: 72 mm, width W: 17.95 mm), and the product 2 of the present invention is shown in FIG. 4B.
  • the materials for the cages of the present invention and products 1 and 2 of the present invention are iron plates, resin for the invention, and differential oil as the lubricating oil.
  • the thickness dimension of the circumferential inner collar 22 was 3 mm, and the thickness dimension of the circumferential outer collar 23 was 3 mm.
  • the clearance of the passage 26 of the invention 1 in the free state is 0.050 mm
  • the clearance of the passage 27 of the invention 1 in the free state is 0.050 mm
  • the passage 26 of the invention 2 in the free state was set to 0.050 mm
  • the clearance of the passage 27 of the product 2 in the free state was set to 0.050 mm.
  • the assembly width can be reduced by 14% compared to the conventional product.
  • the basic dynamic load rating (C) is increased by 20% compared to the conventional product, and the basic static load is increased.
  • the rated load (Co) increased by 24% compared to the conventional product.
  • the rotational torque of the present product 1 and the present product 2 was reduced compared to the conventional product.
  • the basic dynamic load rating is a load with a constant direction and size that can provide a rated life of 1 million revolutions, and the rated life (rating life) refers to a group of the same bearings. When operating under the same conditions, 90% of the bearings can rotate without causing material damage due to rolling fatigue.
  • the basic static load rating is a contact portion that receives the maximum stress, and the sum of the permanent deformation amount of the rolling element and the permanent deformation amount of the race is 0.0001 times the diameter of the rolling element. Static load with constant direction and size.
  • the number of pockets 13 of the cage 8 is the number of the tapered rollers 7 to be retained. Various changes can be made according to the number. Further, the length and thickness of the column portion 12 can be variously changed as long as the tapered roller 7 can be held. Double-row tapered roller bearings may be used.
  • the tapered roller bearing of the present invention can be used in a power transmission system such as a differential or a transmission, and can be used for other purposes, for example, for supporting a spindle of a machine tool.

Abstract

 軸受に負荷容量を確保しつつ小型化を図ることができ、さらに、軸受の回転トルク低減を可能とした円すいころ軸受を提供する。 外径面に軌道面を有する内輪と、内径面に軌道面を有する外輪と、内輪と外輪との間に転動自在に配された複数の円すいころと、円すいころを円周所定間隔に保持する保持器とを備えた円すいころ軸受である。外輪の軌道面の大径側にのみ内径方向に突出する鍔部を設ける。内輪の軌道面の小径側及び大径側をこの軌道面と連続する傾斜面とする。保持器の小径側環状部には、内径側へ突出する周方向内鍔部と外径側へ突出する周方向外鍔部とを設けた。

Description

円すいころ軸受
 本発明は、円すいころ軸受に関し、特に、自走車両等の動力伝達軸を支持する箇所に使用される円すいころ軸受に関する。
  円すいころ軸受は、一般には、図8に示すように、外周面に円すい状の軌道面101を有する内輪102と、内周面に円すい状の軌道面103を有する外輪104と、内輪102の軌道面101と外輪104の軌道面103との間に転動自在に介在した複数の円すいころ105と、複数の円すいころ105を軸受周方向に所定の間隔を隔てて保持する保持器106とを主要な構成要素としている。また、内輪102は、軌道面101の小径側に小鍔107を形成すると共に大径側に大鍔108を形成している。
 保持器106は、小径リング部109と大径リング部110との間に複数本の柱部111を有し、柱部111の相互間に円すいころ103を保持するポケット112を形成したものである。そして、このポケット112に円すいころ105が配置される。
 ところで、従来には、潤滑油の流動抵抗にトルク損失を低減することが可能なものが提案されている(特許文献1)。この場合、図6に示すように、保持器106の柱部111に切欠き121a、121bを設けて、内輪102の軌道面101に沿って大鍔108まで到る潤滑油の量を少なくして、軸受内部に滞留する潤滑油の量を減らし、潤滑油の流動抵抗によるトルク損失を低減できるようにしている。
 具体的には、前記特許文献1では、図6に示すように、円すいころ軸受が高速で回転してその下部が油浴に漬かると、油浴の潤滑油が円すいころ105の小径側から保持器106の外径側と内径側とに分かれて軸受内部へ流入し、保持器106の外径側から外輪へ流入した潤滑油は、外輪104の軌道面103に沿って円すいころの大径側へ通過して軸受内部から流出する。一方、保持器106の内径側から内輪側へ流入する潤滑油は、保持器106の小環状部の鍔120と内輪102の小鍔107との隙間Sが狭く設定されているので、保持器106の外径側から流入する潤滑油よりも遥かに少なく、かつ、この隙間Sから流入する潤滑油の大半は、柱部111に設けた小径側の切欠き121aを通過して、保持器106の外径側へ移動する。したがって、そのまま内輪102の軌道面101に沿って大鍔108まで到る潤滑油の量は非常に少なくなり、軸受内部に滞留する潤滑油の量を減らすことができる。なお、内輪102の軌道面101に沿って流れた潤滑油の一部は、柱部111に設けた大径側の切欠き121bを介して外輪104の軌道面101側へ流れる。
 また、従来には、軸受の負荷容量を確保するために、前記図8における内輪102において、小鍔107を省略したものがある(特許文献2)。図7に示すように、この円すいころ軸受は、外径面に軌道面155を有する内輪151と、内径面に一対の軌道面160,160を有する外輪152と、内輪151と外輪152との間に転動自在に配された複数の円すいころ153と、円すいころ153を円周所定間隔に保持する保持器154とを備える。また、内輪151の外径面の大径側にのみ円すいころ153を案内する鍔部156を設けたものである。保持器154は、大径側環状部161と、小径側環状部162と、大径側環状部161と小径側環状部162とを連結する柱部163とを備えた樹脂保持器である。
 このように、内輪おいて小鍔を省略したことによって、保持器154の大径側環状部161に引っ掛け部165を設けている。すなわち、引っ掛け部165は、周方向に沿って所定ピッチで複数個が配置され、大径側環状部161から内径方向へ突出した引っ掛け片からなり、この引っ掛け部165が内輪151の鍔部156に係合するものであり、具体的には、内輪151の鍔部156に切欠部166を形成し、この切欠部166に引っ掛け部165を係合させる。
特開2007-24168号公報 特開2008-303942号公報
 特許文献1に記載の円すいころ軸受では、軸受内部への潤滑油の流入を制限する為に、保持器の内径と、内輪の小鍔との相対位置を近づける形状としている。すなわち、図6に示すように、潤滑油が外輪側に早期に流れるため、潤滑油の攪拌抵抗は低減するが、内輪の大鍔側への潤滑油供給量が少なくなり、特に、使用環境下で潤滑量が少ない場合、焼き付き損傷の懸念がある。
 また、前記特許文献2に記載の円すいころ軸受では、軸受の負荷容量を確保するため、小鍔を省略したものである。このため、組み立て性を考慮して、保持器の大径側に引っ掛け部を設けている。したがって、内輪の大鍔に周方向切欠部を必要とし、これによって、大鍔の強度低下が懸念される。大鍔の強度を確保するため、大鍔の幅(厚さ)を大きくする必要がある。しかしながら、大鍔の幅を大きくすれば、負荷容量が減少することになる。
 本発明は、上記課題に鑑みて、軸受に負荷容量を確保しつつ小型化を図ることができ、さらに、軸受の回転トルク低減を可能とした円すいころ軸受を提供する。
 本発明の円すいころ軸受は、外径面に軌道面を有する内輪と、内径面に軌道面を有する外輪と、内輪と外輪との間に転動自在に配された複数の円すいころと、円すいころを円周所定間隔に保持する保持器とを備え、前記保持器は、大径側環状部と、小径側環状部と、大径側環状部と小径側環状部とを連結する柱部とを有する円すいころ軸受であって、外輪の軌道面を構成する内径面の大径側にのみ内径方向に突出する鍔部を設けるとともに、内輪の軌道面を構成する外径面の小径側及び大径側をこの軌道面と連続する傾斜面とし、かつ、前記保持器の小径側環状部には、内径側へ突出する周方向内鍔部と外径側へ突出する周方向外鍔部とを設けものである。
 本発明の円すいころ軸受によれば、周方向内鍔部と周方向外鍔部とが設けられることによって、軸受内部への入り口部分のクリアランスを狭くできる。これによって、軸受内部への潤滑油の流入量が減ることになる。ところが、外輪の大径側に内径側へ突出する鍔部が設けられているので、外輪側へ流入した潤滑油がこの鍔部によって軸受外部への流出量を減少させることができる。
 外輪の軌道面の大径側に鍔部が形成されているが、内輪の外径面には、小鍔と大鍔とが省略されているので、軸受サイズに影響しない従来の余白スペースを活用できる。
 軸受回転中における保持器非振れ回り状態および保持器振れ回り状態において、保持器周方向内鍔部が内輪と非接触状態であるとともに、周方向外鍔部が外輪と非接触状態であることが好ましい。
 また、前記保持器の周方向内鍔部の内径端を、内輪の軌道面の傾斜角度と同一の傾斜角度の傾斜面とするとともに、前記保持器の周方向外鍔部の外径端を、外輪の軌道面の傾斜角度と同一の傾斜角度の傾斜面とし、かつ、周方向内鍔部の傾斜面を、内輪の軌道面に連続する小径側傾斜面に近接対峙させるとともに、周方向外鍔部の傾斜面を、外輪の軌道面に連続する小径側傾斜面に近接対峙させるものであってもよい。
 前記保持器は樹脂保持器であるのが好ましい。樹脂製すなわちエンジニアリングプラスチック製とすれば、樹脂製保持器は軸受の組立において底拡げ、かしめといった作業が不要となるため、所要の寸法精度を確保することが容易である。また、樹脂製保持器は鉄板製に比べ保持器重量が軽く、自己潤滑性があり、摩擦係数が小さいという特徴があるため、軸受内に介在する潤滑油の効果と相俟って、内輪との接触による摩耗の発生を抑えることが可能になる。また、樹脂製保持器は重量が軽く摩擦係数が小さいため、軸受起動時のトルク損失や保持器摩耗の低減に好適である。
 保持器の柱部が円すいころの軸心線よりも内径側に配置されたものでは、外輪の鍔部に柱部が影響されることなく円すいころを保持することができる。しかも、円すいころを円すいころの軸心線よりも内径側で保持することができ、保持器に柱幅を確保した状態で、周方向に沿って相隣位する円すいころの間隔を小さく設定できる。これに対して、保持器の柱部が円すいころの軸心線に対応する位置であれば、円すいころを円すいころの軸心線上において保持することになって、保持器に柱幅を確保しようとすれば、周方向に沿って相隣位する円すいころの間隔が大きくなる。
 前記保持器の柱部は、保持器非振れ回り状態では内輪の軌道面には接触せず、保持器振れ回り状態では内輪の軌道面に非接触もしくは、所定タイミング時のみ接触するものとできる。ここで、所定タイミング時のみ接触するとは、保持器振れ回り発生時に常時接触するものではなく、保持器振れ回り発生時であっても、接触する周期を有することであり、その接触時間も比較的短時間である。
 本発明では、周方向内鍔部と周方向外鍔部とで、軸受内部への入り口部分のクリアランスを狭めることで、潤滑油の侵入が必要最低限に抑えることができ、潤滑油の粘性による油の攪拌トルクを低減することができる。
 しかも、外輪の大径側に内径側へ突出する鍔部を設けていることによって、安定した潤滑が可能となって、焼き付き損傷を防止できる。また、従来の余白スペースを活用でき、負荷容量のアップや軸受サイズのコンパクト化が可能となる。
 また、軸受回転中においては、保持器周方向内鍔部が内輪と非接触状態であり、周方向外鍔部が外輪と非接触状態であるよう設定されたものでは、安定した回転状態を得ることができる。
 周方向内鍔部の傾斜面を、内輪の軌道面に連続する小径側傾斜面に近接対峙させるとともに、周方向外鍔部の傾斜面を、外輪の軌道面に連続する小径側傾斜面に近接対峙させたものでは、軸受内部への潤滑油の入り口部分のクリアランスが軌道面に沿ったものとなって、軸受内部への潤滑油の流入を滑らかに行える。
 保持器を樹脂保持器とすれば、保持器の射出成型が可能となり、複雑な形状でも安価に安定して成型できる。
 保持器の柱部が円すいころの軸心線よりも内径側に配置されたものでは、外輪の鍔部に柱部が影響されることなく円すいころを保持することができる。しかも、保持器に柱幅を確保しつつ、ころ間隙間を狭くすることができ、ころ本数増加を図ることができて、負荷容量の増大が可能となる。これに対して、柱部が、円すいころの軸心線上に配設されるものでは、保持器に柱幅を確保しようとすれば、周方向に隣り合うころの間隔(前記ころ間隙間)が比較的大きくなって、ころ本数増加を図ることができない。
 また、保持器振れ回り状態では内輪の軌道面に非接触もしくは、所定タイミング時のみ接触するものでは、保持器がこの軸受の回転を影響を及ぼすことなく、この軸受は安定して回転することができる。
本発明の円すいころ軸受の実施形態を示す断面図である。 前記図1に示す円すいころ軸受の要部拡大図である。 保持器の柱部と円すいころとの関係を示し、柱部が円すいころの軸心線よりも内径側に配設された状態の説明図である。 保持器の柱部と円すいころとの関係を示し、柱部が円すいころの軸心線上に配設された状態の説明図である。 従来品と比較した本発明品を示し、内径を35mmとし、外径を72mmとし、幅を17.95mmとした円すいころ軸受の断面図である。 従来品と比較した本発明品を示し、内径を35mmとし、外径を72mmとし、幅を20.75mmとした円すいころ軸受の断面図である。 内径が35mmとし、外径が72mmとし、幅が20.75mmである従来品の円すいころ軸受である。 従来の円すいころ軸受の潤滑油に流を示す要部断面図である。 他の従来の円すいころ軸受の断面図である。 前記図6の円すいころ軸受に対応する円すいころ軸受の断面図である。
 以下本発明の実施の形態を図1と図2とに基づいて説明する。円すいころ軸受は、外径面1に軌道面2を有する内輪3と、内径面4に軌道面5を有する外輪6と、内輪3と外輪6との間に転動自在に配された複数の円すいころ7と、円すいころ7を円周所定間隔に保持する保持器8とを備える。前記保持器8は、大径側環状部11と、小径側環状部10と、大径側環状部11と小径側環状部10とを連結する柱部12とを有し、大径側環状部11と小径側環状部10と柱部12とで、円すいころ7が嵌入するポケット13が形成される。このため、ポケット13は、周方向に沿って所定ピッチで複数個配設される。
 内輪3の外径面1には、円すいころ7が転動する軌道面2と、この軌道面2よりも小径側にこの軌道面2に連続して軌道面2と傾斜角度が同じ小径側傾斜面15と、この軌道面よりも大径側にこの軌道面2に連続して軌道面2と傾斜角度が同じ大径側傾斜面16とを有するものである。なお、大径側傾斜面16よりも大径側においては、周方向切欠部17が設けられている。
 外輪6の内径面4の大径側にのみ内径方向に突出する鍔部20を設けている。また、鍔部20の円すいころ当接面(円すいころ7の大端面7aが当接する面)20aと軌道面5とのコーナ部に、断面半円形状のぬすみ部21が形成されている。
 前記保持器8は、その柱部12は、内輪3の軌道面2と外輪6の軌道面5との間に介在される円すいころ7の軸心線L1よりも内径側に配置される。また、前記保持器8の小径側環状部10には、内径側へ突出する周方向内鍔部22と外径側へ突出する周方向外鍔部23とを設けている。この場合、周方向内鍔部22及び周方向外鍔部23は軸受軸心Lに対して直交する方向に延びる。
 このため、周方向外鍔部23の径方向長さが周方向内鍔部22の径方向長さよりも長くなっている。また、周方向内鍔部22の内径端を、内輪3の軌道面2の傾斜角度と同一の傾斜角度の傾斜面22aとするとともに、周方向外鍔部23の外径端を、外輪6の軌道面5の傾斜角度と同一の傾斜角度の傾斜面23aとしている。
 周方向内鍔部22の傾斜面22aを、内輪3の軌道面2に連続する小径側傾斜面15に近接対峙させるとともに、周方向外鍔部23の傾斜面23aを、外輪6の軌道面に連続する小径側傾斜面25に近接対峙させている。この場合、軸受回転中における保持器非振れ回り状態および保持器振れ回り状態において、周方向内鍔部22が内輪3と非接触状態であるとともに、周方向外鍔部23が外輪6と非接触状態である。
 このため、内輪3の小径側傾斜面15とこれに対向する周方向内鍔部22の傾斜面22aとでもって、軸受内部への潤滑油通路26を形成する。また、外輪6の小径側傾斜面25とこれに対向する周方向外鍔部23の傾斜面23aとでもって、軸受内部への潤滑油通路27を形成する。この場合、内輪3の小径側傾斜面15及び周方向内鍔部22の傾斜面22aは、内輪3の軌道面2の傾斜角度と同一の傾斜角度で傾斜しているので、潤滑油通路26は、内輪3の軌道面2に沿った通路となる。また、外輪6の小径側傾斜面25及び周方向外鍔部23の傾斜面23aは、外輪6の軌道面5の傾斜角度と同一の傾斜角度で傾斜しているので、潤滑油通路27は、外輪6の軌道面5に沿った通路となる。
 保持器8としては、鉄板製保持器や樹脂製保持器である。この樹脂としてはエンジニアリングプラスチックが好ましい。鉄板製保持器は耐油性(油への浸漬による材質劣化)を気にせず使用することができる。しかしながら、樹脂製であるエンジニアリングプラスチック製とすれば、鉄板製保持器は耐油性(油への浸漬による材質劣化)を気にせず使用できるというメリットがある。また、樹脂製すなわちエンジニアリングプラスチック製とすれば、樹脂製保持器は軸受の組立において底広げ、かしめといった作業が不要となるため、所要の寸法精度を確保することが容易である。また、樹脂製保持器は鉄板製に比べ保持器重量が軽く、自己潤滑性があり、摩擦係数が小さいという特徴があるため、軸受内に介在する潤滑油の効果と相俟って、外輪との接触による摩耗の発生を抑えることが可能になる。また、樹脂製保持器は重量が軽く摩擦係数が小さいため、軸受起動時のトルク損失や保持器摩耗の低減に好適である。なお、エンジニアリングプラスチック(エンプラ)とは、合成樹脂のなかで主に耐熱性が優れており、強度が必要とされる分野に使うことのできるものをいう。さらに耐熱性・強度を増した樹脂をスーパーエンプラと呼び、このスーパーエンプラを使用してもよい。
 エンジニアリングプラスチックには、ポリカーボネート(PC)、ポリアミド6(PA6)、ポリアミド66(PA66)、ポリアセタール(POM)、変性ポリフェニレンエーテル(m-PPE)、ポリブチレンテレフタレート(PBT)、GF強化ポリエチレンテレフタレート(GF-PET)、超高分子量ポリエチレン(UHMW-PE)等がある。また、スーパーエンジニアリングプラスチックには、ポリサルホン(PSF)、ポリエーテルサルホン(PES)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリアリレート(PAR)、ポリアミドイミド(PAI)、ポリエーテルイミド(PEI)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)、液晶ポリマー(LCP)、熱可塑性ポリイミド(TPI)、ポリベンズイミダゾール(PBI)、ポリメチルベンテン(TPX)、ポリ1,4-シクロヘキサンジメチレンテレフタレート(PCT)、ポリアミド46(PA46)、ポリアミド6T(PA6T)、ポリアミド9T(PA9T)、ポリアミド11,12(PA11,12)、フッ素樹脂、ポリフタルアミド(PPA)等がある。
 この場合、前記スーパーエンプラの中で耐油性が高く、強度及び靭性に優れているPPS(ポニフェニレンサルファイド)が好適である。PPSとは、フェニル基(ベンゼン環)とイオウ(S)が交互に繰り返される分子構造を持った高性能エンジニアリングプラスチックである。結晶性で,連続使用温度は200℃~220℃,高荷重(1.82MPa)での荷重たわみ温度が260℃以上と耐熱性に優れ,しかも引っ張り強さや曲げ強さが大きい。成形時の収縮率は0.3~0.5%と小さいので寸法安定性が良い。難燃性や耐薬品性の点でも優れている。PPSは,架橋型,直鎖型,半架橋型の3種に大別できる。架橋型は低分子量ポリマーを架橋して高分子量化したもので,脆く,ガラス繊維で強化したグレードが中心である。直鎖型は重合段階で架橋工程がなしに高分子量化したもので,靭性が高い。半架橋型は,架橋型と直鎖型の特性を併せ持つ特徴を持っている。
 次に、前記円すいころ軸受の潤滑油の流を図2を用いて説明する。円すいころ軸受が高速で回転してその下部が油浴に漬かると、油浴の潤滑油が円すいころ7の内径側の通路26及び外径側の通路27から、矢印α、βに示すように、保持器8の内径側と外径側とに分かれて軸受内部へ流入する。
 そして、矢印αのように、軸受内部の内径側に流入した潤滑油は、内輪3の軌道面2にそってそのまま矢印α1に示すように、軸受外部へ流出するものと、矢印α2に示すように、ポケット13を介して保持器の柱部12よりも外径側へ流れて軸受外部へ流出するものとに分流する。また、矢印βのように、軸受内部の外径側に流入した潤滑油は、外輪6の軌道面5にそって流れて、鍔部20を介して軸受外部へ流出することになる。
 この円すいこと軸受では、周方向内鍔部22と周方向外鍔部23とを設けることによって、軸受内部への入り口(通路26及び通路27)は形成され、しかもこの入り口部分のクリアランスを狭くなっている。このため、潤滑油の侵入が必要最低限に抑えることができ、潤滑油の粘性による油の攪拌トルクを低減することができる。
 しかも、外輪6の大径側に内径側へ突出する鍔部20を設けていることによって、外輪6側へ流入した潤滑油がこの鍔部20によって軸受外部への流出量を減少させることができる。これによって、安定した潤滑が可能となって、焼き付き損傷を防止できる。外輪6の軌道面5の大径側に鍔部が形成されているが、内輪3の外径面には、小鍔と大鍔とが省略されているので、軸受サイズに影響しない従来の余白スペースを活用でき、負荷容量のアップや軸受サイズのコンパクト化が可能となる。
 また、軸受回転中においては、保持器周方向内鍔部22が内輪3と非接触状態であり、周方向外鍔部24が外輪6と非接触状態であるよう設定されたものでは、安定した回転状態を得ることができる。
 周方向内鍔部22の傾斜面22aを、内輪3の軌道面2に連続する小径側傾斜面15に近接対峙させるとともに、周方向外鍔部23の傾斜面23aを、外輪6の軌道面5に連続する小径側傾斜面に近接対峙させたものでは、軸受内部への入り口部分のクリアランスが軌道面2,5に沿ったものとなって、軸受内部への潤滑油の流入を滑らかに行える。
 保持器8を樹脂保持器とすれば、この保持器8の射出成型が可能となり、複雑な形状でも安価に安定して成型できる。
 保持器8の柱部12が円すいころ7の軸心線L1よりも内径側に配置されたものでは、外輪6の鍔部20に柱部12が影響されることなく円すいころ7を保持することができる。また、保持器振れ回り状態では内輪3の軌道面2に非接触もしくは、所定タイミング時のみ接触するものでは、保持器8に柱幅を確保しつつ、ころ間隙間を狭くすることができ、ころ本数増加を図ることができて、負荷容量の増大が可能となる。
 ところで、保持器8は、前記したように、柱部12がころ軸心線L1よりも内径側に配置される。このため、図3Aに示すように、円すいころ7を円すいころ7の軸心線L1よりも内径側で保持することができ、保持器8に柱幅を確保した状態で、周方向に沿って相隣位する円すいころ7の間隔を小さく設定できる。これによって、ころ本数増加を図ることができて、負荷容量の増大が可能となる。これに対し、図3Bに示すように、保持器8の柱部12が円すいころ7の軸心線L1に対応する位置であれば、円すいころ7を円すいころ7の軸心線上において保持することになって、保持器8Aに柱幅を確保しようとすれば、図3Bに示すように、周方向に沿って相隣位する円すいころ7の間隔が大きくなって、ころ本数増加を図ることができない。
 従来品と本発明品1,2と回転トルク等を比較した。次の表1に、これらの軸受サイズ、負荷容量、組立幅、重量、及び回転トルクを記載した、従来品としては、図5に示すように、JISメートル系型番の[30306D](内径d:35mm、外径D:72mm、幅B:20.75mm)のものを用いた。また、本発明品1、2は、この従来の[30306D]をベースとして、図1と図2に示すよう形状の保持器を用いた。本発明品1は、図4Aに示し、軸受サイズは、(内径d:35mm、外径D:72mm、幅W:17.95mm)であり、本発明品2は、図4Bに示し、軸受サイズは、(内径d:35mm、外径D:72mm、幅W:20.75mm)である。従来品と本発明品1,2の保持器の材料は、従来には鉄板、発明には樹脂とし、潤滑油としては、デフオイルを用いた。また、周方向内鍔22の肉厚寸法を、3mmとし、周方向外鍔23の肉厚寸法を、3mmとした。さらに、自由状態での発明品1の通路26のクリアランスを、0.050mmとし、自由状態での発明品1の通路27のクリアランスを、0.050mmとし、自由状態での発明品2の通路26のクリアランスを、0.050mmとし、自由状態での発明品2の通路27のクリアランスを、0.050mmとした。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 本発明品1では、組立幅を従来品よりも14%のコンパクト化を図ることができ、本発明品2では、基本動定格荷重(C)が従来品に比べて20%増加し、基本静定格荷重(Co)が従来品に比べて24%増加した。そして、回転トルクは、本発明品1及び本発明品2は従来品に比べて低減した。ここで、基本動定格荷重とは、100万回転の定格寿命が得られるような、軸受にかかる方向と大きさが一定の荷重であり、定格寿命(rating life)とは、一群の同じ軸受を同じ条件で運転したとき、そのうちの90%の軸受が転がり疲れによる材料の損傷を起こさずに回転できる総回転数である。また、基本静定格荷重とは、最大応力を受けている接触部で、転動体の永久変形量と軌道輪の永久変形量との和が、転動体の直径の0.0001倍になるような方向と大きさが一定の静止荷重である。
 以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、保持器8のポケット13の数は、保持される円すいころ7の数に応じて種々変更できる。また、柱部12の長さや肉厚寸法等も、円すいころ7を保持することが可能な限り種々変更できる。円すいころ軸受として複列のものであってもよい。
 本発明の円すいころ軸受として、ディファレンシャルやトランスミッション等の動力伝達系で使用することができ、さらには、これ以外の用途、例えば工作機械の主軸等の支持に用いることもできる。
1     外径面
2     軌道面
3     内輪
4     内径面
5     軌道面
6     外輪
7     円すいころ
8     保持器
10   小径側環状部
11   大径側環状部
12   柱部
13   ポケット
20   鍔部
22   周方向内鍔部
22a 傾斜面
23   周方向外鍔部
23a 傾斜面

Claims (6)

  1.  外径面に軌道面を有する内輪と、内径面に軌道面を有する外輪と、内輪と外輪との間に転動自在に配された複数の円すいころと、円すいころを円周所定間隔に保持する保持器とを備え、前記保持器は、大径側環状部と、小径側環状部と、大径側環状部と小径側環状部とを連結する柱部とを有する円すいころ軸受であって、
     外輪の軌道面を構成する内径面の大径側にのみ内径方向に突出する鍔部を設けるとともに、内輪の軌道面を構成する外径面の小径側及び大径側をこの軌道面と連続する傾斜面とし、かつ、前記保持器の小径側環状部には、内径側へ突出する周方向内鍔部と外径側へ突出する周方向外鍔部とを設けたことを特徴とする円すいころ軸受。
  2.  軸受回転中における保持器非振れ回り状態および保持器振れ回り状態において、保持器周方向内鍔部が内輪と非接触状態であるとともに、周方向外鍔部が外輪と非接触状態であることを特徴とする請求項1に記載の円すいころ軸受。
  3.  前記保持器の周方向内鍔部の内径端を、内輪の軌道面の傾斜角度と同一の傾斜角度の傾斜面とするとともに、前記保持器の周方向外鍔部の外径端を、外輪の軌道面の傾斜角度と同一の傾斜角度の傾斜面とし、かつ、周方向内鍔部の傾斜面を、内輪の軌道面に連続する小径側傾斜面に近接対峙させるとともに、周方向外鍔部の傾斜面を、外輪の軌道面に連続する小径側傾斜面に近接対峙させたことを特徴とする請求項1又は請求項2に記載の円すいころ軸受。
  4.  前記保持器は樹脂保持器であることを特徴とする請求項1~請求項3のいずれか1項に記載のすいころ軸受。
  5.  前記保持器の柱部が、円すいころの軸心線よりも内径側で配置されることを特徴とする請求項1~請求項4のいずれか1項に記載の円すいころ軸受。
  6.  前記保持器の柱部は、保持器非振れ回り状態では内輪の軌道面には接触せず、保持器振れ回り状態では内輪の軌道面に非接触もしくは、所定タイミング時のみ接触することを特徴とする請求項1~請求項5のいずれか1項に記載の円すいころ軸受。
     
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