WO2016133005A1 - 円すいころ軸受 - Google Patents

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cage
tapered
roller bearing
guide groove
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貴司 脇坂
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Ntn株式会社
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    • F16C2322/50Hand tools, workshop equipment or manipulators
    • F16C2322/59Manipulators, e.g. robot arms

Definitions

  • the present invention relates to an industrial rolling bearing (tapered roller bearing) that applies a high moment load and requires a high rigidity function, such as a rolling bearing used in an industrial robot.
  • the tapered roller bearing 11 includes an inner ring 12 having a tapered raceway surface 12 a on the outer peripheral surface, an outer ring 13 having a tapered raceway surface 13 a on the inner peripheral surface, and a raceway surface 12 a of the inner ring 12. And a plurality of tapered rollers 14 that roll between the raceway surface 13a of the outer ring 13 and a retainer 15 that holds each tapered roller 14 in a pocket portion so that it can roll freely.
  • the cage 15 is formed by connecting a large-diameter ring portion 15a and a small-diameter ring portion 15b with a plurality of column portions 15c, and houses the tapered rollers 14 in a pocket portion 16 between the column portions 15c.
  • a large collar 12b and a small collar 12c are integrally formed at the large-diameter side end of the inner ring 12, so that the tapered roller 14 and the retainer 15 do not fall off the inner ring 12.
  • the inner ring in the tapered roller bearing has a tapered raceway surface, so that it has a small diameter side and a large diameter side when viewed in the axial direction, and the “small collar” is a collar provided at the end of the small diameter side.
  • the “cradle” is a scissor provided at the end on the large diameter side.
  • Patent Document 1 In such a tapered roller bearing, in order to increase the above-described high load capacity, a structure (see Patent Document 1) that eliminates the inner ring collar is used, and a peripheral member outside the bearing is also used to form an inner ring collar and an inner ring collar. A structure that eliminates both has been proposed (see Patent Document 2).
  • a cage is proposed in which rollers are arranged in pocket portions between the pillar portions, and the pair of annular side plates are fastened by rivets (see FIG. 3).
  • a pin insertion hole that penetrates the roller axis is inserted with a pin that rotatably supports the roller, and both ends of the pin are fixed to a pair of annular side plates by welding or the like.
  • a roller bearing has been proposed (see Patent Document 4).
  • Patent Document 1 it is necessary to provide a notch for hooking the cage in the large collar so that the cage, the inner ring, and the tapered roller are not separated.
  • the outer diameter of the large collar is increased, but the space may not be secured.
  • patent document 2 there exists a possibility that an inner ring
  • steel plate cages and resin cages are used. However, because of the structure, they are integrated with the inner ring, rollers, and cage (not integrated with rollers and cages only). There are many things that are.
  • both members are integrated using an engaging portion that is elastically deformed
  • smooth insertion of the tapered roller into the cage may be difficult due to variations in the dimensions of each member during manufacture.
  • the catching margin or the like is larger than the elastic deformation amount of the engaging portion, an excessive load stress is applied to the engaging portion, and there is a possibility that cracking or the like occurs.
  • the present invention has been made to cope with such problems, and provides a tapered roller bearing in which a tapered roller and a cage can be easily integrated with a simple structure, and can have a high load capacity and a small size.
  • the purpose is to do.
  • the tapered roller bearing according to the present invention includes an inner ring having a tapered raceway surface on an outer peripheral surface, an outer ring having a tapered raceway surface on an inner peripheral surface, and a raceway surface between the inner ring and the outer raceway surface.
  • a tapered roller bearing comprising a plurality of tapered rollers that roll and a cage that holds the tapered rollers in a pocketable manner so that the tapered rollers can roll freely.
  • the tapered roller has a recess in a central portion of at least one end surface.
  • the retainer has a convex portion that engages with the concave portion of the tapered roller as a falling prevention portion of the tapered roller in the pocket portion, and the tapered roller has an end surface on which the concave portion is formed. It has a guide groove for guiding the convex part from the outer diameter part toward the concave part, and the depth of the connecting part of the guide groove with the concave part is shallower than the depth of the concave part.
  • the inner ring has a structure that does not have a small wrinkle at a small-diameter side end, or a structure that does not have a small wrinkle at a small-diameter side end and a large-diameter side end.
  • the cage is a resin molded body.
  • the depth of the guide groove is reduced continuously or stepwise from the outer diameter portion of the end surface where the recess is formed toward the connecting portion with the recess.
  • the guide groove is a groove formed in a non-linear shape from the outer diameter portion of the end surface toward the connecting portion with the recess when viewed from the end surface side where the recess is formed.
  • the tapered rollers have the concave portions at the center portions of both end faces, and the retainer has the convex portions that engage with the concave portions as the tapered roller drop-off preventing portions at the pocket portions,
  • the concave portion on one end surface of the tapered roller and the concave portion on the other end surface are irregularly shaped, and at least one of the convex portions in the cage can be engaged with only one of the concave portions, and the other is not related. It is a shape that cannot be matched.
  • the tapered roller and the cage can be integrated with a simple structure by engaging the concave portion of the tapered roller and the convex portion (falling prevention portion) of the cage by elastic deformation. It is possible to prevent the tapered roller from falling off the cage.
  • the tapered roller has a guide groove that guides the convex portion of the cage from the outer diameter portion of the end surface where the concave portion is formed toward the concave portion, so that the roller length, the convex portion dimension, and the axial direction of the pocket portion Even when the catching margin of the engaging portion composed of the concave portion and the convex portion is larger than the elastic deformation amount of the convex portion and its surroundings due to variations in length, etc., the convex portion is cracked without applying an excessive load.
  • the convex portion can be smoothly inserted into the concave portion of the tapered roller while guiding the convex portion into the groove.
  • the tapered roller can be prevented from falling off the cage after the concave portion and the convex portion are engaged. Further, by integrating the tapered roller and the cage, it is possible to achieve a structure in which a small wrinkle is eliminated, and it is possible to increase the load capacity and reduce the size by extending the length of the tapered roller.
  • the cage Since the depth of the guide groove becomes shallower in a continuous or stepwise manner from the outer diameter portion of the end surface where the recess is formed toward the connecting portion with the recess, the cage can be easily elastically deformed by the wedge effect. In addition, it is possible to prevent defective insertion of the tapered roller into the cage pocket.
  • the guide groove is a groove formed in a non-linear shape from the outer diameter portion of the end surface toward the connecting portion with the recess when viewed from the end surface side where the recess is formed.
  • the cage is a resin molded body, it is easy to be elastically deformed when the tapered roller is inserted, and the above-mentioned drop-off preventing portion can be easily formed in the cage body.
  • the tapered roller has a concave portion at the center portion of both end faces
  • the cage has a convex portion that engages with the concave portion at the pocket portion
  • the concave portion on one end surface and the concave portion on the other end surface of the tapered roller are provided. Since the shape is irregular and at least one convex portion of the cage can be engaged with only one of the concave portions and cannot be engaged with the other, the tapered roller is placed in the cage in the direction opposite to the normal direction. Even if it tries to incorporate, the convex part which cannot engage cannot interfere and integrate. Thereby, reverse assembly (a large diameter and a small diameter are interchanged and assembled) can be prevented.
  • FIG. 1 shows an example of the tapered roller bearing of this invention. It is an exploded view of a tapered roller and a cage, and both end views and a side view of the cage. It is the end view and side view which show the other form (taper) of a tapered roller. It is the end view and side view which show the other form (spiral) of a tapered roller. It is the end view and side view which show the other form (both sides straight line) of a tapered roller. It is a figure explaining the structure which prevents reverse assembly. It is a figure which shows the shape of the tapered roller guide part in a holder
  • FIGS. 1 is an axial sectional view and an exploded view of a tapered roller bearing having no inner ring gavel
  • FIG. 2 is an exploded view of the tapered roller and the cage in FIG. 1, both end views and side views of the cage.
  • the tapered roller bearing 1 includes an inner ring 2 having a tapered raceway surface 2 a on an outer peripheral surface, an outer ring 3 having a tapered raceway surface 3 a on an inner peripheral surface, and a raceway surface 2 a of the inner ring 2.
  • Each raceway surface has a tapered shape in which the diameter constituting the raceway surface increases and decreases along the axial direction.
  • the taper angle is not particularly limited, but is usually about 15 ° to 60 ° with respect to the axial direction.
  • a small flange is not formed at the small diameter side end portion of the inner ring 2
  • a large flange 2 b is integrally formed at the large diameter side end portion of the inner ring 2.
  • the tapered roller bearing 1 is an integrated product 7 in which a cage 5 and a tapered roller 4 are integrated, and the integrated product 7, the inner ring 2, and the outer ring 3 are combined. Used by incorporating into the site. As described above, when the cage and the tapered roller are integrated, the tapered roller 4 does not fall off from the cage 5 (maintains integration) at the time of assembling. .
  • the pocket portion of the cage has a convex portion that serves as a tapered roller fall-off preventing portion, and the tapered roller is incorporated into the pocket portion through elastic deformation of the convex portion and its periphery. It is united with.
  • the cage 5 is formed by connecting a large-diameter ring portion 5a and a small-diameter ring portion 5b, which are rib portions, by a plurality of column portions 5c, and a pocket portion 6 between the column portions 5c.
  • Tapered rollers 4 are housed in Concave portions 4a and 4b are respectively provided in the central portions of both end faces of the tapered roller 4, and the pocket portions 6 of the cage 5 have convex portions (projections) 5d and 5e that engage with the concave portions as drop-off preventing portions. .
  • the recess 4a is formed on the large-diameter side end surface of the tapered roller 4, and the recess 4b is formed on the small-diameter side end surface of the tapered roller 4, respectively.
  • the convex portion 5d is formed on the inner surface of the pocket portion of the cage 5 on the large diameter ring portion 5a side
  • the convex portion 5e is formed on the pocket portion inner surface of the cage 5 on the small diameter ring portion 5b side.
  • the tapered roller 4 is inserted into the pocket portion 6 of the cage 5 while being elastically deformed by the engagement portion of the engaging portion formed of the concave portion and the convex portion, whereby the concave portion 4a and the convex portion 5d are engaged.
  • the concave portion 4b and the convex portion 5e are engaged, and the cage 5 and the tapered roller 4 are integrated.
  • the tapered roller 4 is formed from the outer diameter portion of the end surface where the recessed portion 4b is formed toward the recessed portion 4b.
  • the guide groove 8 guides the convex portion 5e.
  • the depth of the connection part 9 with the recessed part 4b of the guide groove 8 is shallower than the depth of the recessed part 4b.
  • the tapered roller 4 and the convex portion 5e of the cage 5 are lightly fitted. After the concave portion 4b and the convex portion 5e are engaged, the elastic deformation is released, and the convex portion 5e is caught by the concave portion 4b, and can be prevented from falling off.
  • the engaging portion (concave / convex shape) composed of a concave portion and a convex portion needs a catching margin to prevent the drop when the cage and the tapered roller are assembled.
  • the hooking allowance of the engaging part is larger than the amount of elastic deformation around the convex part due to variations in roller length, convex part dimensions, axial length of the pocket part, etc. during manufacturing, the convex part is excessive. Load stress, there is a risk of cracking or scraping, or the insertion itself may become impossible.
  • the tapered roller can be smoothly inserted into the cage without applying an excessive load on the convex portion.
  • the guide groove only needs to have a shape that can guide the convex portion of the cage that engages the concave portion to which the groove is connected from the outer diameter portion of the end surface to the concave portion when the tapered roller is inserted into the cage pocket portion.
  • the width of the guide groove is set to be the same as or larger than the maximum diameter of the convex portion over the entire path so that the convex portion cannot progress in the guide path from the outer diameter portion of the end surface to the concave portion.
  • the depth of the guide groove is set to a depth at which the tapered roller and the convex portion are lightly fitted (light tight state) when the convex portion of the cage is guided by the guide groove.
  • the depth of the connection part with the recessed part of a guide groove is made shallower than the depth of a recessed part.
  • the depth of a guide groove or a recessed part is the depth from the tapered roller end surface in which the groove or recessed part is formed.
  • the shape of the guide groove 8 shown in FIG. 2 is a straight line having a uniform width when viewed from the end surface side where the recess 4b is formed, and the depth is shallower than the depth of the recess 4b. The depth is constant up to the connecting portion 9 including the connecting portion 9. Further, the groove width end of the guide groove is tapered.
  • the guide groove shown in FIG. 2 has a simple shape and is easy to process.
  • FIGS. 3 to 5 are an end view of the cage (an end surface on which guide grooves are formed) and a side view.
  • FIG. 3 shows a taper shape
  • FIG. 4 shows a spiral shape
  • the shape of the guide groove 8 shown in FIG. 3 is a straight line having a uniform width as viewed from the end face side where the recess 4b is formed, and is a tapered shape whose depth changes continuously. More specifically, the guide groove 8 has a shape in which the depth continuously becomes shallower from the end surface outer diameter portion toward the connecting portion 9 with the concave portion 4b.
  • the depth of the guide groove 8 is not particularly limited as long as the depth of the connecting portion 9 to the recess 4b is shallower than the depth of the recess 4b.
  • the guide groove may be formed of a plurality of inclined surfaces having different inclination angles so as to be gradually shallower.
  • the convex part of the cage can be easily elastically deformed by the wedge effect, and the tapered roller is made by the cage pocket part. Can be inserted smoothly.
  • the shape of the guide groove 8 shown in FIG. 4 is a spiral having a uniform width when viewed from the end face side where the recess 4b is formed, and the depth is shallower than the depth of the recess 4b.
  • the depth is constant up to the connecting portion 9 including the connecting portion 9.
  • the shape of the guide groove 8 shown in FIG. 5 is provided on both sides of the recess 4b in a straight line with a uniform width when viewed from the end face side where the recess 4b is formed.
  • the depth of the guide groove 8 is shallower than the depth of the recess 4b, and the depth including the connecting portion 9 is constant from both outer diameter portions to the connecting portion 9 with the recess.
  • the structure of the guide groove shown in FIGS. 2 to 5 can be provided by appropriately combining them. 2 to 5, the guide groove 8 is formed only on the end surface of the tapered roller 4 on the concave portion 4b side (small diameter side), but on the concave portion 4a side (large diameter side), the convex groove 5d is provided. Corresponding guide grooves may be provided.
  • the configuration of the large-diameter side guide groove can be the same as that of the above-described small-diameter side guide groove.
  • the shape of the concavo-convex portion is a shape that interferes with the attaching / detaching direction of the tapered roller and the cage, and is a shape that is not caught in the rotating direction of the tapered roller.
  • the concavo-convex portions are circular (substantially conical).
  • the concave portion 4a, the concave portion 4b, the convex portion 5d, and the convex portion 5e are arranged at the center portion (on the center) of the tapered roller. By arranging these uneven portions in the center portion of the tapered roller, it is possible to reduce friction at the uneven portions during rotation.
  • rollers of tapered roller bearings are tapered, there are a large diameter side and a small diameter side, and the positional relationship between the inner and outer rings of the bearing is determined.
  • conventional tapered roller bearings structures in which the inner ring, rollers, and cage are integrated
  • the cage is set after the rollers are set on the inner ring. It was possible to confirm whether or not
  • the roller and the cage are integrated after being integrated as in the present invention, a structure that cannot be reversely assembled at the time of integrating the roller and the cage (a design device that cannot be reversely assembled) is provided. Is preferred.
  • it is easy to reversely assemble so it is useful to provide the reverse assemble prevention means.
  • the concave portion on one end surface of the tapered roller and the concave portion on the other end surface have different shapes (diameter and depth are different), and at least one convex portion in the cage is The shape can be engaged with only one of the two, but not the other.
  • a structure for preventing reverse assembly will be described with reference to FIG. FIG. 6A shows a state in which the tapered roller is incorporated in the cage in the normal direction, and FIG. 6B shows a state in which the tapered roller is temporarily incorporated in the cage in the reverse direction. As shown in FIG.
  • the convex part 5e of the cage 5 is larger than the concave part 4a of the tapered roller 4, and the convex part 5e and the concave part 4a cannot be engaged with each other.
  • the convex portion interferes with the tapered roller 4, and the tapered roller 4 cannot be incorporated into the pocket portion 6 of the cage 5.
  • the width of the outer diameter portion of the end face of the guide groove (the width serving as the insertion opening) to be substantially the same as the width of the concave portion to which the groove is coupled, It can be determined whether or not the guide groove and the convex portion interfere with each other due to interference.
  • FIG. 7A is a sectional view in the axial direction of a tapered roller bearing having a guide portion on the outer diameter side of the pocket portion, and a schematic view of the periphery of the pocket portion as viewed from the axial direction of the tapered roller.
  • the tapered roller 4 rolls while in contact with a part of the guide portion 5f (X portion in the figure) during operation. Further, it is possible to prevent the tapered roller 4 from coming off on the side of the cage where the guide portion 5f is formed.
  • an auxiliary protrusion for preventing dropout may be further provided on the edge of the pocket opening on the opposite side of the guide portion 5f.
  • the concave and convex portion for integrating the tapered roller and the cage is formed only on the inner surface on one side of the pocket portion of the cage and the central portion of the end surface on one side of the tapered roller, and the other side is formed as described above.
  • Such an auxiliary projection may be provided.
  • the material of the cage is not particularly limited as long as it can be formed, such as the above-described drop-off preventing portion, and a metal material such as brass or a resin material can be used. Since the above-described drop-off preventing portion having a predetermined shape can be easily formed integrally with the cage main body, it is preferable to form a resin molded body using a resin material. In particular, since it is excellent in productivity, it is preferable to use an injection-molded body obtained by injection-molding a resin material using a mold.
  • any material can be used as long as it has sufficient heat resistance and mechanical strength as the cage material.
  • polyamide 6 (PA6) resin polyamide 6-6 (PA66) resin
  • PA66 polyamide 6-6
  • PA610 polyamide 6-10
  • PA9T polyamide 9-T
  • PA9T polymetaxylene adipamide
  • Polyamide (PA) resin polytetrafluoroethylene / perfluoroalkyl vinyl ether copolymer (PFA) resin and other injection moldable fluororesins
  • PE polyethylene
  • PC polycarbonate
  • POM polyacetal
  • PPS polyphenylene sulfide
  • PEEK polyether ether ketone
  • PAI polyamide imide
  • PEI polyether imide
  • PEI polyether imide
  • these resins are fibers such as glass fibers, aramid fibers, carbon fibers, and various mineral fibers (whiskers) as long as they do not impair the injection moldability. It is preferable to mix a shape reinforcing material.
  • inorganic fillers such as calcium silicate, clay, talc and mica, solid lubricants such as graphite, molybdenum disulfide, tungsten disulfide and polytetrafluoroethylene resin powder
  • an antistatic agent, a conductive material, a pigment, a release material, and the like may be blended.
  • tapered roller bearing of this invention is not limited to these.
  • the tapered roller bearing of the present invention can easily integrate a tapered roller and a cage with a simple structure, and can achieve high load capacity and miniaturization. In addition, it can be suitably used as an industrial tapered roller bearing that requires a high rigidity function.

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Abstract

 円すいころと保持器とを簡易な構造で容易に一体化でき、高負荷容量化および小型化が可能な円すいころ軸受を提供する。円すいころ軸受は、外周面にテーパ状の軌道面を有する内輪と、内周面にテーパ状の軌道面を有する外輪と、軌道面と軌道面との間を転動する複数の円すいころ4と、円すいころ4をポケット部で転動自在に保持する保持器5とを備え、円すいころ4は、端面中央部に凹部4bを有し、保持器5はポケット部6に円すいころ4の脱落防止部として凹部4bに係合する凸部5eを有し、円すいころ4は、凹部4bが形成された端面の外径部から凹部4bに向かって凸部5eを案内する案内溝8を有し、案内溝8の凹部4bとの連結部9の深さが凹部4bの深さよりも浅い。

Description

円すいころ軸受
 本発明は、産業用ロボットに用いられる転がり軸受など、高モーメント荷重を負荷し、かつ、高剛性機能が求められる産業用の転がり軸受(円すいころ軸受)に関する。
 産業用ロボットに用いられる転がり軸受のように、モーメント荷重に対して剛性が求められる用途では、一般的にアンギュラ玉軸受や円すいころ軸受に予圧をかけ用いられる。高剛性が求められる場合には、同一サイズでは負荷容量が大きい円すいころ軸受が用いられる。昨今、軸受サイズに対するモーメント荷重は大きくなり、必要剛性も増している。また、装置全体のコンパクト化のために、軸受のスペースも小さくなっている。つまり、コンパクトでかつ、高負荷容量の円すいころ軸受が求められている。
 従来の一般的な円すいころ軸受の構造を図8に基づいて説明する。図8に示すように、円すいころ軸受11は、外周面にテーパ状の軌道面12aを有する内輪12と、内周面にテーパ状の軌道面13aを有する外輪13と、内輪12の軌道面12aと外輪13の軌道面13aとの間を転動する複数の円すいころ14と、各円すいころ14をポケット部で転動自在に保持する保持器15とを備えている。保持器15は、大径リング部15aと小径リング部15bとを複数の柱部15cで連結してなり、柱部15c同士の間のポケット部16に円すいころ14を収納している。内輪12の大径側端部に大鍔12bを小径側端部に小鍔12cを一体形成して、円すいころ14および保持器15が内輪12から脱落しないようにしている。円すいころ軸受における内輪は、テーパ状の軌道面を有することから軸方向に見て小径側と大径側とがあり、「小鍔」は小径側端部に設けられた鍔であり、「大鍔」は大径側端部に設けられた鍔である。
 このような円すいころ軸受において、上述の高負荷容量化のために、内輪小鍔をなくした構造(特許文献1参照)や、軸受外の周囲部材も利用して内輪小鍔と内輪大鍔の両方をなくした構造(特許文献2参照)が提案されている。
 その他、一般的なころ軸受において、ころを保持器に留め、ころと保持器を一体化したものとして、黄銅等の非鉄金属からなる一対の環状側板と、該側板間に介在させる複数の柱部とを有し、該柱部間のポケット部にころを配して、上記一対の環状側板をリベット(鋲)により締結してなる保持器が提案されている(特許文献3参照)。また、ころの軸心を貫通するピン挿入孔に、ころを回転自在に支持するピンが通挿してあり、ピンの両端は一対の環状の側板に溶接等で固定してあるピンタイプ保持器付きころ軸受が提案されている(特許文献4参照)。
特許第4964696号公報 国際公開WO2013/051422 特開2001-124091号公報 特開2006-250299号公報
 特許文献1では、保持器、内輪、円すいころが分離しないように、大鍔部に、保持器を引っ掛けるための切欠きを設ける必要がある。大鍔部の強度を維持するためには、大鍔の外径寸法を大きくすることになるが、そのスペースが確保できない場合がある。また、特許文献2では、内輪、保持器、円すいころが、組み付け時において分離するおそれがあり、軸受としての管理が非常に困難である。高負荷容量化のためには、円すいころ軸受において内輪の小鍔、または小鍔・大鍔ともに無くした構造が必要となる。そのために、ころを保持器に留めて、ころと保持器とを一体化する必要性が生じている。一般的な円すいころ軸受には、鉄板保持器や樹脂保持器が使用されているが、構造上から、内輪・ころ・保持器で一体化とする形状(ころと保持器のみで一体化していない)になっているものが多い。
 ころと保持器のみで両部材を一体化する場合、組み付け時にころが保持器から脱落しないようにする(一体化を保つ)ため、何らかのころ脱落防止構造が必要となる。通常であれば、保持器を複数の部品で構成させることが考えられる。しかし、例えば、特許文献3に示すような鋲止めでは、一体化するスペースが必要であり、高負荷容量化の目的からは逆行する。また、産業用途の軸受のサイズは小さいため、中空ころの製造や保持器の溶接作業も困難であり、特許文献4に示すような溶接ピンタイプも採用できない。
 また、弾性変形する係合部を利用して両部材を一体化する場合、製造時の各部材の寸法のばらつきにより保持器への円すいころのスムーズな挿入が困難となるおそれがある。例えば、引掛り代などが、係合部の弾性変形量より大きい場合、該係合部に過大な負荷応力が掛かり、割れ等が発生するおそれがある。
 本発明はこのような問題に対処するためになされたものであり、円すいころと保持器とを簡易な構造で容易に一体化でき、高負荷容量化および小型化が可能な円すいころ軸受を提供することを目的とする。
 本発明の円すいころ軸受は、外周面にテーパ状の軌道面を有する内輪と、内周面にテーパ状の軌道面を有する外輪と、上記内輪の軌道面と上記外輪の軌道面との間を転動する複数の円すいころと、上記円すいころをポケット部で転動自在に保持する保持器とを備えてなる円すいころ軸受であって、上記円すいころは、少なくとも一方の端面の中央部に凹部を有し、上記保持器は、上記ポケット部に上記円すいころの脱落防止部として上記円すいころの上記凹部に係合する凸部を有し、上記円すいころは、上記凹部が形成された端面の外径部から上記凹部に向かって上記凸部を案内する案内溝を有し、該案内溝の上記凹部との連結部の深さが上記凹部の深さよりも浅いことを特徴とする。
 上記内輪は、小径側端部に小鍔を有さない構造、または、小径側端部に小鍔を有さず、かつ大径側端部に大鍔を有さない構造であることを特徴とする。また、上記保持器が樹脂成形体であることを特徴とする。
 上記案内溝の深さが、上記凹部が形成された端面の外径部から上記凹部との連結部に向けて連続的または段階的に浅くなることを特徴とする。
 上記案内溝が、上記凹部が形成された端面側から見て、該端面の外径部から上記凹部との連結部に向かって非直線状に形成された溝であることを特徴とする。
 上記円すいころは、両端面の中央部にそれぞれ上記凹部を有し、上記保持器は、上記ポケット部に上記円すいころの脱落防止部としてそれぞれの上記凹部に係合する上記凸部を有し、上記円すいころの一端面の上記凹部と他端面の上記凹部とが異形状であり、上記保持器における少なくとも一方の上記凸部が、上記凹部のいずれか一方のみと係合でき、他方とは係合できない形状であることを特徴とする。
 本発明の円すいころ軸受は、円すいころの凹部と保持器の凸部(脱落防止部)との弾性変形による係合により、簡易な構造で円すいころと保持器とを一体化でき、組み付け時における保持器からの円すいころの脱落を防止できる。特に、円すいころにおいて、上記凹部が形成された端面の外径部から該凹部に向かって保持器の凸部を案内する案内溝を有するので、ころ長さ、凸部寸法、ポケット部の軸方向長さのばらつき等により、上記凹部と凸部からなる係合部の引掛り代が、凸部とその周囲の弾性変形量より大きくなる場合でも、該凸部に無理な負荷を掛けずに割れ等を防止しつつ、該凸部を該溝に案内させながら円すいころの凹部までスムーズに挿入できる。さらに、該案内溝の上記凹部との連結部の深さが該凹部の深さよりも浅いので、上記凹部と凸部とが係合した後には、円すいころの保持器からの脱落を防止できる。また、円すいころと保持器との一体化により、小鍔をなくした構造とでき、円すいころの長さを延長して負荷容量の増大および小型化が可能になる。
 上記案内溝の深さが、上記凹部が形成された端面の外径部から上記凹部との連結部に向けて連続的または段階的に浅くなるので、くさび効果により保持器を弾性変形させやすくでき、円すいころの保持器ポケット部への挿入不良を防止できる。
 上記案内溝が、上記凹部が形成された端面側から見て、該端面の外径部から上記凹部との連結部に向かって非直線状に形成された溝であるので、使用の際の円すいころ回転時に、該凹部に潤滑油を保持しやすくなり、保持器側の凸部の摩耗を防止できる。
 保持器が樹脂成形体であるので、円すいころ挿入時に弾性変形させやすく、また、上述の脱落防止部を保持器本体に容易に形成できる。
 円すいころが両端面の中央部にそれぞれ凹部を有し、保持器がポケット部にそれぞれの上記凹部に係合する凸部を有する構成において、円すいころの一端面の凹部と他端面の凹部とが異形状であり、保持器における少なくとも一方の凸部が、凹部のいずれか一方のみと係合でき、他方とは係合できない形状であるので、円すいころを正常方向とは逆向きで保持器に組み込もうとしても、係合できない凸部が干渉して組み込むことができない。これにより、逆組み(大径と小径とが入れ替り組み立てられる)を防止できる。
本発明の円すいころ軸受の一例を示す図である。 円すいころと保持器の分解図、および、保持器の両端面図と側面図である。 円すいころの他の形態(テーパ)を示す端面図と側面図である。 円すいころの他の形態(螺旋)を示す端面図と側面図である。 円すいころの他の形態(両側直線)を示す端面図と側面図である。 逆組みを防止する構造を説明する図である。 保持器における円すいころ案内部の形状を示す図である。 従来の円すいころ軸受の軸方向断面図である。
 本発明の円すいころ軸受の一実施例を図1および図2に基づいて説明する。図1は、内輪小鍔を有さない円すいころ軸受の軸方向断面図とその分解図であり、図2は、図1における円すいころと保持器の分解図、保持器の両端面図および側面図である。図1に示すように、円すいころ軸受1は、外周面にテーパ状の軌道面2aを有する内輪2と、内周面にテーパ状の軌道面3aを有する外輪3と、内輪2の軌道面2aと外輪3の軌道面3aとの間を転動する複数の円すいころ4と、円すいころ4をポケット部で周方向一定間隔で転動自在に保持する保持器5とを備えてなる。各軌道面は、軸方向に沿って該軌道面を構成する径が増加・減少するテーパ状である。テーパの角度は特に限定されないが、軸方向に対して通常15°~60°程度である。円すいころ軸受1において、内輪2の小径側端部に小鍔を有さず、内輪2の大径側端部に大鍔2bが一体形成されている。なお、高負荷容量化および小型化のためには、少なくとも該図に示すような小鍔をなくした構造であればよく、必要に応じて小鍔・大鍔ともになくした構造としてもよい。
 図1の分解図に示すように、円すいころ軸受1は、保持器5と円すいころ4とを一体化した一体品7とし、この一体品7と、内輪2と、外輪3とを組み合わせて対象部位に組み込んで使用する。このように保持器と円すいころとを一体品とする場合、上述のとおり、組み込み時に円すいころ4が保持器5から脱落しない(一体化を保つ)ために、何らかのころ脱落防止構造が必要となる。本発明の円すいころ軸受では、保持器のポケット部に円すいころの脱落防止部となる凸部を有し、円すいころが該凸部とその周囲の弾性変形を経てポケット部に組み込まれて保持器と一体とされている。
 図2に示すように、保持器5は、リブ部である大径リング部5aと小径リング部5bとを、複数の柱部5cで連結してなり、柱部5c同士の間のポケット部6に円すいころ4を収納している。円すいころ4の両端面の中央部にそれぞれ凹部(ぬすみ)4a、4bを有し、保持器5のポケット部6に脱落防止部として上記凹部に係合する凸部(突起)5d、5eを有する。凹部4aは円すいころ4の大径側端面に、凹部4bは円すいころ4の小径側端面に、それぞれ旋削等により形成されている。凸部5dは保持器5の大径リング部5a側のポケット部内面に、凸部5eは保持器5の小径リング部5b側のポケット部内面に、それぞれ形成されている。凹部と凸部からなる係合部の引掛り代分を弾性変形させながら、円すいころ4を保持器5のポケット部6に挿入する(かち込む)ことで、凹部4aと凸部5dとが係合し、凹部4bと凸部5eとが係合し、保持器5と円すいころ4とが一体となる。
 ここで、図2の上図(円すいころの両端面図および側面図)に示すように、円すいころ4は、凹部4bが形成された端面の外径部から凹部4bに向かって、保持器5の凸部5eを案内する案内溝8を有する。また、案内溝8の凹部4bとの連結部9の深さが、凹部4bの深さよりも浅くなっている。円すいころを保持器ポケット部に挿入する場合、保持器5の凸部5eに案内溝8を位置合わせし、案内溝8に凸部5eが嵌った後は、そのまま押し込むことで、凹部4bまで少ない弾性変形量で案内できる。案内時には、円すいころ4と保持器5の凸部5eとが軽い嵌め合い状態となる。凹部4bと凸部5eとが係合した後には、弾性変形が解放されて凸部5eが凹部4bに引掛り、脱落を防止できる。
 凹部と凸部からなる係合部(凹凸形状)は、保持器と円すいころとの組み付け時に脱落することを防止する程度の引掛り代が必要となる。製造時における、ころ長さ、凸部寸法、ポケット部の軸方向長さのばらつき等により、係合部の引掛り代が、凸部とその周囲の弾性変形量より大きくなると、凸部に過大な負荷応力が掛かり、割れや削れが発生するおそれや、挿入自体が不能になるおそれがある。これに対して、円すいころ端面に、上記のような案内溝を形成することで、凸部に無理な負荷を掛けずに、保持器に円すいころをスムーズに挿入できる。
 案内溝は、円すいころを保持器ポケット部に挿入する際において、該溝が連結される凹部に係合する保持器の凸部を、端面外径部から該凹部まで案内できる形状であればよい。案内溝の幅は、端面外径部から凹部までの案内経路中で凸部が進行できなくならないように、経路全体にわたって該凸部の最大径と同じか該最大径よりも広く設定する。案内溝の深さは、案内溝で保持器の凸部を案内する際に、円すいころと該凸部とが軽い嵌め合い状態(軽タイト状態)になる深さとする。案内する際に凸部が弾性変形しないような場合、すなわち、嵌め合い状態とならない場合、使用時の脱落のおそれがある。また、案内溝の凹部との連結部の深さは、凹部の深さよりも浅くする。なお、案内溝や凹部の深さとは、該溝や凹部が形成される円すいころ端面からの深さである。
 図2に示す案内溝8の形状は、凹部4bが形成された端面側から見て、均一幅の直線状であり、その深さは凹部4bの深さよりも浅く、外径部から凹部との連結部9まで該連結部9も含めて深さが一定である。また、案内溝の溝幅端はテーパ状としている。図2に示す案内溝は、形状が簡易であり、加工も容易である。
 他の形態の円すいころを図3~図5に基づいて説明する。図3~図5は保持器の端面図(案内溝が形成された端面)および側面図であり、案内溝の形状が、図3はテーパ状、図4は螺旋状、図5は両側直線状の例をそれぞれ示す。
 図3に示す案内溝8の形状は、凹部4bが形成された端面側から見て、均一幅の直線状であり、その深さが連続的に変化するテーパ状である。より具体的には、案内溝8は、その深さが、端面外径部から凹部4bとの連結部9に向けて連続的に浅くなる形状である。案内溝8の深さは、凹部4bとの連結部9の深さを凹部4bの深さよりも浅くすればよく、端面外径部での深さは特に限定されない。また、連続的に浅くするのではなく、案内溝を傾斜角度の異なる複数の傾斜面から構成し、段階的に浅くする形状としてもよい。案内溝を端面外径部から凹部との連結部に向けて連続的または段階的に浅くすることで、くさび効果により保持器の凸部を弾性変形させやすくでき、円すいころを保持器ポケット部によりスムーズに挿入できる。
 図4に示す案内溝8の形状は、凹部4bが形成された端面側から見て、均一幅の螺旋状であり、その深さは凹部4bの深さよりも浅く、外径部から凹部との連結部9まで該連結部9も含めて深さが一定である。図4に示すような螺旋状などの非直線状に形成された溝とすることで、運転時の円すいころ回転時に、係合部である凹部に溜まった潤滑油が案内溝を経由して抜けることを抑制でき、該凹部における潤滑油保持性を向上できる。これにより、樹脂製などの保持器において、円すいころ回転時に、係合部である該保持器の凸部の摩耗を防止できる。
 図5に示す案内溝8の形状は、凹部4bが形成された端面側から見て、均一幅の直線状で凹部4bの両側に設けられている。この案内溝8の深さは、凹部4bの深さよりも浅く、両外径部から凹部との連結部9まで該連結部9も含めて深さが一定である。案内溝8を該形状とすることで、組み付け時の作業性に優れ、溝を一方向に形成する場合よりも、円すいころの重量バランスがよくなる。
 図2~図5に示す案内溝の構成は、それらを適宜組み合わせて設けることができる。また、図2~図5において、案内溝8は、円すいころ4の凹部4b側(小径側)の端面にのみ形成されているが、凹部4a側(大径側)の端面に凸部5dに対応する案内溝を設けてもよい。この大径側の案内溝の構成は、上述の小径側の案内溝と同様にできる。
 保持器5と円すいころ4とは組み付け時の脱落を防止する程度には一体化されているが、運転時において、円すいころ4は保持器5のポケット部6内で転動自在とする必要がある。よって、凹凸部の形状は、円すいころと保持器との着脱方向に対して干渉する形状とし、円すいころの回転方向には引掛り等のない形状とする。図2に示す形態では、凹凸部ともに円状(略円すい台)としている。この形態において、凹部4a、凹部4b、凸部5d、および凸部5eは、円すいころ中央部(中心上)に配置している。これら凹凸部を円すいころ中央部に配置することで、回転時の凹凸部での摩擦を低減できる。
 円すいころ軸受のころは円すい状のため、大径側と小径側が存在し、軸受の内・外輪との位置関係が決まっている。従来の円すいころ軸受(内輪・ころ・保持器を一体とする構造)では、内輪にころをセットした後に保持器をセットしており、内輪ところとの関係からころの逆組み(大径と小径とが入れ替り組み立てられる)の有無の確認ができていた。これに対して、本発明のように、ころと保持器を一体化した後に組み込む場合には、ころと保持器の一体化の際に逆組みできない構造(逆組みできない設計的工夫)を設けることが好ましい。特に、本発明では、円すいころの案内溝の構成によっては逆組みされやすいため、当該逆組み防止手段を設けることが有用となる。
 ころの逆組みを防止する手段として、例えば、円すいころの一端面の凹部と他端面の凹部とを異形状(径や深さが異なる)とし、保持器における少なくとも一方の凸部が、凹部のいずれか一方のみと係合でき、他方とは係合できない形状とする。逆組みを防止する構造を図6に基づいて説明する。図6(a)は、保持器に円すいころを正常方向で組み込んだ状態であり、図6(b)は、保持器に円すいころを逆方向に仮に組み込むとした状態である。図6(b)に示すように、保持器5の凸部5eは円すいころ4の凹部4aよりも大きく、凸部5eと凹部4aとは係合できない形状であるので、逆方向に組み込もうとしても該凸部が円すいころ4に干渉し、円すいころ4を保持器5のポケット部6に組み込むことができない。また、案内溝の端面外径部の幅(挿入口となる幅)を、該溝が連結される凹部と略同一の幅としておくことで、保持器の挿入開始時点で、該外径部で案内溝と凸部とが干渉して逆組みであるか否かを判別できる。
 保持器における円すいころの案内部を図7に基づいて説明する。図7(a)はポケット部の外径側に案内部を有する円すいころ軸受の軸方向断面図と、該ポケット部周囲を円すいころの軸心方向から見た模式図であり、図7(b)はポケット部の内径側に案内部を有する円すいころ軸受の軸方向断面図と、該ポケット部周囲を円すいころの軸心方向から見た模式図である。図2等に示す形態の凹凸部での一体化保持では、円すいころの動き(ガタ)を完全に抑制できないことから、図7(a)および(b)に示すように、保持器外径側または内径側に円すいころ4を案内するための案内部5fを設けることが好ましい。図7(a)に示す形態では、ポケット部6の外径側に該ポケット部開口の周方向幅を狭くする方向に形成された平坦面(ストレート面)からなる案内部5fを有する。図7(b)に示す形態では、ポケット部6の内径側に該ポケット部開口の周方向幅を狭くする方向に形成された平坦面からなる案内部5fを有する。それぞれの形態において、運転時には円すいころ4は案内部5fの一部(図中X部分)に接触しながら転動する。また、保持器の該案内部5fが形成された側に円すいころ4が外れることを防止できる。
 図7に示すような形態において、さらに案内部5fの反対側のポケット開口部の縁に脱落防止用の補助突起を設けてもよい。また、円すいころと保持器とを一体化するための凹凸部を、保持器のポケット部の一方側の内面と、円すいころの一方側の端面の中央部にのみ形成し、他方側は上記のような補助突起を設ける形態としてもよい。
 保持器の材質は、上述の脱落防止部など形成可能なものであれば特に限定されず、黄銅等の金属材や樹脂材を用いることができる。上述のような所定形状の脱落防止部を保持器本体と一体に容易に形成できることから、樹脂材を用いた樹脂成形体とすることが好ましい。特に、生産性にも優れることから樹脂材を金型を用いて射出成形した射出成形体とすることが好ましい。
 樹脂材料としては射出成形などが可能であり、保持器材料として十分な耐熱性や機械的強度を有するものであれば、任意のものを使用できる。例えば、ポリアミド6(PA6)樹脂、ポリアミド6-6(PA66)樹脂、ポリアミド6-10(PA610)樹脂、ポリアミド9-T(PA9T)樹脂、ポリメタキシレンアジパミド(ポリアミドMXD-6)樹脂などのポリアミド(PA)樹脂、ポリテトラフルオロエチレン・パーフルオロアルキルビニルエーテル共重合体(PFA)樹脂などの射出成形可能なフッ素樹脂、ポリエチレン(PE)樹脂、ポリカーボネート(PC)樹脂、ポリアセタール(POM)樹脂、ポリフェニレンスルフィド(PPS)樹脂、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)樹脂、ポリアミドイミド(PAI)樹脂、ポリエーテルイミド(PEI)樹脂などが挙げられる。これらの各合成樹脂は単独で使用してもよく、2種類以上混合したポリマーアロイであってもよい。
 また、保持器の弾性率などの機械的強度を向上させるため、これらの樹脂に、射出成形性を阻害しない範囲で、ガラス繊維、アラミド繊維、炭素繊維、各種鉱物性繊維(ウィスカー)などの繊維状補強材を配合することが好ましい。さらに必要に応じて、公知の充填材や添加剤として、珪酸カルシウム、クレー、タルク、マイカなどの無機充填材、黒鉛、二硫化モリブデン、二硫化タングステン、ポリテトラフルオロエチレン樹脂粉末などの固体潤滑剤、帯電防止剤、導電材、顔料、離型材などを配合してもよい。
 以上、各図に基づき本発明の実施形態の一例を説明したが、本発明の円すいころ軸受はこれらに限定されるものではない。
 本発明の円すいころ軸受は、円すいころと保持器とを簡易な構造で容易に一体化でき、高負荷容量化および小型化が可能であるので、産業ロボット用など、高モーメント荷重を負荷し、かつ高剛性機能が求められる産業用の円すいころ軸受として好適に利用できる。
 1 円すいころ軸受
 2 内輪
 3 外輪
 4 円すいころ
 5 保持器
 6 ポケット部
 7 一体品
 8 案内溝
 9 連結部

Claims (6)

  1.  外周面にテーパ状の軌道面を有する内輪と、内周面にテーパ状の軌道面を有する外輪と、前記内輪の軌道面と前記外輪の軌道面との間を転動する複数の円すいころと、前記円すいころをポケット部で転動自在に保持する保持器とを備えてなる円すいころ軸受であって、
     前記円すいころは、少なくとも一方の端面の中央部に凹部を有し、
     前記保持器は、前記ポケット部に前記円すいころの脱落防止部として前記円すいころの前記凹部に係合する凸部を有し、
     前記円すいころは、前記凹部が形成された端面の外径部から前記凹部に向かって前記凸部を案内する案内溝を有し、該案内溝の前記凹部との連結部の深さが前記凹部の深さよりも浅いことを特徴とする円すいころ軸受。
  2.  前記内輪は、小径側端部に小鍔を有さない構造、または、小径側端部に小鍔を有さず、かつ大径側端部に大鍔を有さない構造であることを特徴とする請求項1記載の円すいころ軸受。
  3.  前記案内溝の深さが、前記凹部が形成された端面の外径部から前記凹部との連結部に向けて連続的または段階的に浅くなることを特徴とする請求項1記載の円すいころ軸受。
  4.  前記案内溝が、前記凹部が形成された端面側から見て、該端面の外径部から前記凹部との連結部に向かって非直線状に形成された溝であることを特徴とする請求項1記載の円すいころ軸受。
  5.  前記保持器が樹脂成形体であることを特徴とする請求項1記載の円すいころ軸受。
  6.  前記円すいころは、両端面の中央部にそれぞれ前記凹部を有し、
     前記保持器は、前記ポケット部に前記円すいころの脱落防止部としてそれぞれの前記凹部に係合する前記凸部を有し、
     前記円すいころの一端面の前記凹部と他端面の前記凹部とが異形状であり、前記保持器における少なくとも一方の前記凸部が、前記凹部のいずれか一方のみと係合でき、他方とは係合できない形状であることを特徴とする請求項1記載の円すいころ軸受。
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