JP2020046046A - ころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】製造時の作業工程を増加させることなく、メンテナンス作業の周期の延伸を図る。【解決手段】対の軌道輪１、２の軌道面１ａ、２ａ間に配置される複数のころ３と、軌道輪１、２に設けられる鍔部５と、軌道面１ａ、２ａと鍔部５の鍔端面５ｂとが交差する部分に設けられる逃げ溝６とを備え、逃げ溝６は、円弧状の底部６ｂと、その底部６ｂの両側に設けられ軌道面１ａ、２ａに接続される内方側傾斜部６ａと鍔端面５ｂに接続される外方側傾斜部６ｃとを備え、ころ３は、転動面３ａの軸方向両側にクラウニング部３ｄを備え、軌道面１ａ、２ａと内方側傾斜部６ａとの接続部である第二繋ぎ部Ｂは、転動面３ａとクラウニング部３ｄとの接続部である第一繋ぎ部Ａよりも軸方向外側に位置し、底部６ｂと外方側傾斜部６ｃとの接続部である第四繋ぎ部Ｄは、軌道面１ａ、２ａよりも底部６ｂ側に位置するころ軸受とした。【選択図】図３

Description

内輪又は外輪に鍔部を備えたころ軸受に関する。

内輪と外輪との間に転動体として複数のころを備えたころ軸受では、内輪又は外輪、あるいはその両方に鍔部を備えたタイプのものがある。

この種の鍔付きのころ軸受では、大きなスラスト荷重が負荷された際に、ころ端面ところ端面に対向する鍔部の端面との間の隙間が小さくなり、その隙間に潤滑剤が流入しにくくなる傾向がある。特に、ころ端面と鍔部の端面とがころ中心軸に垂直な平坦部同士で、それらが互いに面接触する場合には、潤滑剤が不足する傾向がある。このため、ころ端面と鍔部の端面の間に常に潤滑剤が適切に供給されるように、鍔部の形状やころの形状に関する種々の工夫が行われている。

例えば、特許文献１には、内輪の鍔部と軌道面との間のコーナ部に逃げ溝（ぬすみ溝）を備え、その逃げ溝の底に、潤滑剤を捕捉する凹部を備えた技術が開示されている。また、特許文献２には、その逃げ溝の底に、軸受の周方向に沿って等間隔に形成された凹部（油孔）を備えた技術が開示されている。逃げ溝の底に凹部を設けたことにより、逃げ溝で保持できる潤滑剤の量を増やすことができ、潤滑不足を防ぐことができる。

特開２００９−１８５９３８号公報 特開２０１４−２３１８９８号公報

ところで、各種用途に用いられる転がり軸受では、その軸受を新品に更新するまでの使用期間中に、定期的なメンテナンス作業を実施するのが一般的である。例えば、鉄道車両では、一定の実車走行期間又は走行距離毎に、軸受の分解調査、潤滑剤であるグリースの交換作業等を行っている。これらのメンテナンス作業には、多大な費用、工数が掛かるのが実情である。また、メンテナンス作業中は、機器の使用を停止しなければならないという問題がある。

この点、特許文献１、２の技術によれば、逃げ溝の底に潤滑油捕捉用の凹部を設けることによって、より多くの潤滑剤を保持できることから、ある程度のメンテナンス作業の周期の延伸が可能である。しかし、逃げ溝の底に凹部を設けることは、軸受の製造時における作業工数の増大に繋がる恐れがある。

すなわち、一般に、軌道輪における軌道面と鍔部の端面は、それぞれ研削仕上げが行われる。このため、その研削仕上げの前に、軌道面と鍔部の端面との間のコーナ部に、バイト加工によって逃げ溝の削り加工を行っている。このため、この種の逃げ溝は、研削逃げ溝とも称される。特許文献１、２の凹部は、この研削逃げ溝を形成した後、別の工程で削り加工されるものであり、凹部を有さない逃げ溝を備えた一般的なころ軸受と比較して、作業工程の増加を生じさせている。

そこで、この発明の課題は、軌道輪に鍔部を備えたころ軸受において、製造時の作業工程を増加させることなく、メンテナンス作業の周期の延伸を図ることである。

上記の課題を解決するために、この発明は、内外に対向する軌道面を有する対の軌道輪と、前記軌道面間に配置される複数のころと、前記軌道輪のいずれか又は両方に設けられる鍔部と、前記軌道面と前記鍔部の鍔端面とが交差する部分に設けられる逃げ溝とを備え、前記逃げ溝は、円弧状の底部と、その底部の両側に設けられ前記軌道面に接続される内方側傾斜部と前記鍔端面に接続される外方側傾斜部と、を備え、前記ころは、前記軌道面に対向する転動面の軸方向両側に軸方向外側に向かうにつれて縮径するクラウニング部を備え、前記軌道面と前記内方側傾斜部との接続部である第二繋ぎ部は、前記転動面と前記クラウニング部との接続部である第一繋ぎ部よりも軸方向外側に位置し、前記底部と前記外方側傾斜部との接続部である第四繋ぎ部は、前記軌道面よりも前記底部側に位置するころ軸受を採用した。

ここで、前記内方側傾斜部及び前記外方側傾斜部を、フラット面で構成することができる。

また、前記底部の最深部と前記軌道面との間の径方向距離は、前記軌道面における前記軌道輪の肉厚の３０％以下である構成を採用することができる。

これらの各態様において、前記鍔端面は、前記軌道面に直交する仮想直交面に対して前記ころのころ軸心に近づくほど軸方向外側へ傾斜している構成を採用することができる。

また、前記逃げ溝を備える前記軌道輪は外輪である構成を採用することができる。

この発明は、鍔部と軌道面との間に設けられる逃げ溝を、円弧状の底部とその底部の両側に設けられる内方側傾斜部と外方側傾斜部とを備えたものとし、軌道面と内方側傾斜部との接続部である第二繋ぎ部を、ころの転動面とクラウニング部との接続部である第一繋ぎ部よりも軸方向外側に位置させ、底部と外方側傾斜部との接続部である第四繋ぎ部を、軌道面よりも底部側に位置させたので、追加の研削工程を行うことなく、逃げ溝の空間容積をより大きく確保することができる。このため、製造時の作業工程を増加させることなく、メンテナンス作業の周期の延伸を図ることできる。

この発明の実施形態を示すころ軸受の要部拡大縦断面図 逃げ溝の研削加工を示す説明図 逃げ溝を設けた部分の要部拡大図 従来例の逃げ溝の研削加工を示す説明図 従来例の逃げ溝を設けた部分の要部拡大図

この発明の実施形態を、図面に基づいて説明する。この実施形態は、主に鉄道車両主電動機駆動側用軸受として利用されるころ軸受７である。

ころ軸受７は、図１に示すように、外径に軌道面１ａを有する内輪１と、内径に軌道面２ａを有する外輪２と、内外の対向する軌道面１ａ、２ａ間に配置される複数のころ３とを備えている。内輪１は、環状部品からなる軌道輪である。外輪２は、軌道面２ａの軸方向両側に内径側へ突出する鍔部５が形成された環状部品からなる軌道輪である。

この実施形態のころ３は円筒ころからなる。ころ３は、環状の保持器４によって周方向に沿って保持されている。軌道面１ａ、２ａに対して、ころ３の外周の転動面３ａが転動し、内輪１と外輪２とが軸受中心７ａ周りに相対回転可能である。このとき、ころ軸受７に負荷されたスラスト荷重は、鍔端面５ｂで受けることができる。

ころ軸受７の内部には、潤滑剤としてグリースが封入される。グリースは、潤滑油に増ちょう剤を分散させた半固体状潤滑剤である。内輪１と外輪２との間の環状空間は、軸方向両側に開口部を有しており、この両側の開口部にシール（図示せず）が施されることや軸受両端面にグリースポケット（別部品、図示せず）を付けること等により、内部に封入されたグリースが外部に漏れ出ないようにしている。なお、ころ軸受７の仕様によっては、潤滑剤として潤滑油等、グリース以外のものを採用する場合もある。

外輪２の軌道面２ａと、鍔部５のころ３側の端面である鍔端面５ｂとが交差する部分には、周方向全周に亘って連続する逃げ溝６が設けられている。逃げ溝６は、両側の鍔部５の裾にそれぞれ設けられている。

逃げ溝６を研削する際のようすを図２に、研削完了後の逃げ溝６を図３に示す。逃げ溝６は、円弧状の底部６ｂと、その底部６ｂの両側に設けられ軌道面１ａ、２ａに接続される内方側傾斜部６ａと鍔端面５ｂに接続される外方側傾斜部６ｃとを備えている。円弧状の底部６ｂは、同一の曲率（一定の半径）の円弧で構成されている。ただし、円弧状の底部６ｂを、互いに曲率が異なる複数の円弧の組み合わせとしてもよい。

内方側傾斜部６ａは、軸方向内側へ向かうにつれて内径側へ向かう傾斜面で構成されている。外方側傾斜部６ｃは、鍔端面５ｂへ向かうにつれて内径側へ向かう傾斜面で構成されている。この実施形態では、内方側傾斜部６ａ及び外方側傾斜部６ｃは、それぞれ軸受中心７ａを含む任意の縦断面において直線状を成すフラット面で構成されている。ただし、内方側傾斜部６ａと外方側傾斜部６ｃを、緩やかな円弧面で構成することも可能である。円弧状の内方側傾斜部６ａや、円弧状の外方側傾斜部６ｃを採用する場合、その円弧の曲率は底部６ｂの曲率よりも小さい（半径が大きい）円弧、あるいは、底部６ｂの曲率よりも小さい円弧の組み合わせとすることができる。

逃げ溝６の研削は、研削の対象となる軌道輪を軸周り回転させながら、研削の対象となる箇所にバイト１０を宛がい、バイト１０をそのバイト１０の軸周りに回転させながら行う。

逃げ溝６を研削するバイト１０の外面１１は、図２に示すように、その先端形状が球面状である前端部１１ｂと、前端部１１ｂの周縁から徐々に拡径するように後端部へ向かう断面円形の側周部１１ａとからなる。前端部１１ｂは、底部６ｂの研削に対応する。側周部１１ａは、内方側傾斜部６ａと外方側傾斜部６ｃの研削に対応する。この実施形態では、側周部１１ａは、内方側傾斜部６ａと外方側傾斜部６ｃの形状に対応して、バイト１０の軸心を含む任意の断面において直線状を成す円すい面で構成されている。ただし、内方側傾斜部６ａと外方側傾斜部６ｃを緩やかな円弧面で構成する場合は、その形状に対応した側周部１１ａとなる。

バイト１０の側周部１１ａのテーパ角で定義される逃げ溝６の開口角度はβ１に、側周部１１ａの母線方向と軌道面２ａの方向との成す角で定義される逃げ溝６の傾斜角度はα１に設定されている。鍔端面５ｂは、軌道面２ａに直交する仮想直交面に対して、ころ３のころ軸心３ｅに近づくほど軸方向外側へ傾斜しており、その鍔傾斜角はθ１に設定されている。

ころ３は、内外の軌道面１ａ、２ａに対向する転動面３ａの軸方向両側に、軸方向外側に向かうにつれて縮径するクラウニング部３ｄを備えている。また、ころ３は、軸方向両側の端面であるころ端面３ｂが、鍔端面５ｂに対向している。鍔部５の内径面５ａは、ころ３のころ軸心３ｅには至らない高さに設定されている。ころ端面３ｂとクラウニング部３ｄとの間の稜線部には、円弧状のころＲ部３ｃが設けられている。この実施形態では、ころ端面３ｂは、ころ軸心３ｅに直交する面方向を有するフラット面となっているが、ころ軸心３ｅ付近を軸方向外側に突出させた凸面としてもよい。

逃げ溝６は、図３に示すように、第二繋ぎ部Ｂにおいて、内方側傾斜部６ａと軌道面２ａとが接続されている。第二繋ぎ部Ｂは、ころ３の転動面３ａとクラウニング部３ｄとの接続部である第一繋ぎ部Ａよりも軸方向外側に位置している。このため、第二繋ぎ部Ｂは、ころ３のクラウニング部３ｄに対向している。

逃げ溝６の内方側傾斜部６ａと底部６ｂとは、第三繋ぎ部Ｃで接続されている。図中の符号Ｆは、逃げ溝６の底部６ｂのうち、軌道面２ａ（軌道面２ａの延長線を含む。以下同じ）から最も遠い位置にある最深部Ｆである。

逃げ溝６は、第五繋ぎ部Ｅにおいて、外方側傾斜部６ｃと鍔端面５ｂとが接続されている。第五繋ぎ部Ｅは、ころ３のころＲ部３ｃの範囲よりも、ころ軸心３ｅ側に位置している。このため、第五繋ぎ部Ｅは、ころＲ部３ｃを除くころ端面３ｂに対向している。また、逃げ溝６の外方側傾斜部６ｃと底部６ｂとは、第四繋ぎ部Ｄで接続されている。外方側傾斜部６ｃは、軌道面２ａの延長線と鍔端面５ｂの延長線との理論上の交点よりも、軸方向外側へ距離Ｌ１（Ｌ１＞０）ずれた位置にある（図２参照）。これにより、軌道面２ａや鍔端面５ｂの研削対象箇所は、逃げ溝６を介して分断されており、またそれぞれ逃げ溝６の縁に臨んでいるので、研削加工の際に支障が生じない。

また、第四繋ぎ部Ｄは、第三繋ぎ部Ｃとともに、軌道面２ａよりも底部６ｂ側に位置している。軌道面２ａと第四繋ぎ部Ｄとの成す深さ（軸受の半径方向への距離）は、ｈ０（ｈ０＞０）となっている。このため、円弧状の底部６ｂは、その全域が軌道面２ａよりも深い部分、すなわち、軌道面２ａよりもころ軸心３ｅから遠い側に位置している。また、軌道面２ａと最深部Ｆとの成す径方向距離（軸受の半径方向への距離）は、ｈ１（ｈ１＞０）となっている。このように、底部６ｂの全域が、軌道面２ａよりも深い部分に位置しているので、より大きい空間容積を確保でき、より多くの潤滑剤を保持することが可能である。また、従来のように、追加の研削工程を行うことも回避できる。

なお、深さｈ０、径方向距離ｈ１、第二繋ぎ部Ｂと第五繋ぎ部Ｅとの直線距離で定義される逃げ溝６の開口径、円弧状の底部６ｂの曲線半径をそれぞれ大きくするほど、あるいは、バイト１０の開口角度β１を小さくする程、逃げ溝６内で保持されるグリースの量を多くでき、潤滑寿命の延長に有利である。

ただし、部材の強度を確保するため、径方向距離ｈ１は、軌道面２ａにおける外輪２の肉厚ｄ１の３０％以下とすることが望ましい。

この逃げ溝６内に予めグリースを封入しておき、その後、ころ軸受７を組み立てて、機器に組み込んで使用するようにすれば、運転時に、グリースの油分が少量ずつ軸受の内部に供給されるので、潤滑性能がより良好になる。また、この実施形態では、逃げ溝６は外輪２に設けられているので、ころ軸受７の回転中に遠心力等によって逃げ溝６付近に堆積される油分の回収も可能である。このため、軸受の内部のグリースの残存油分の確保が良好である。

なお、ころ軸受７の使用前における逃げ溝６内へのグリースの封入量は、逃げ溝６内の全空間容積の１００％とすることが望ましい。また、逃げ溝６内にグリースが溜まり易くなるよう、逃げ溝６の内面の切削仕上げにおける表面粗さＲａ（ＪＩＳ Ｂ ０６０１：２０１３）は、Ｒａ２５以上とすることが望ましい。

上記の実施形態では、外輪２の軸方向両側の端部に鍔部５を備え、その両側の鍔部５の裾に、この発明の逃げ溝６を適用したが、外輪２の軸方向一方の端部にのみ鍔部５を備えた態様においても、この発明を適用できる。

また、上記の実施形態では、逃げ溝６を備える軌道輪を外輪２としたが、内輪１に鍔部５を有する場合は、逃げ溝６を備える軌道輪を内輪１としてもよい。その場合の逃げ溝６の形態は、上記の実施形態における外輪２の軌道面２ａを、内輪１の軌道面１ａに置き換えることで同様とできる。

上記の実施形態では、ころ軸受７を円筒ころ軸受としたが、これ以外にも、円すいころ軸受、自動調心ころ軸受等の種々のころ軸受に、この発明の逃げ溝６を適用できる。

以上のように、この発明では、軌道輪１、２の軌道面１ａ、２ａと鍔端面５ｂとの交差部に設けた逃げ溝６を潤滑剤貯留溝、特に、グリース貯留溝として機能させることにより、ころ軸受７の内部の潤滑剤の枯渇を防ぎ、長期に渡って軸受内部の潤滑を保つことができるため、潤滑剤の寿命が延長され、メンテナンス周期の延伸が可能である。

参考として、従来の逃げ溝６を研削する際のようすを図４に、研削完了後の逃げ溝６を図５に示す。この従来の逃げ溝６は、この発明のように、潤滑剤を大量に保持する機能は有していない。図４、図５では、上記の実施形態における第一繋ぎ部Ａ、第二繋ぎ部Ｂ、第三繋ぎ部Ｃ、第四繋ぎ部Ｄ、第五繋ぎ部Ｅに対応する箇所を、それぞれ符号を変えて第一繋ぎ部ａ、第二繋ぎ部ｂ、第三繋ぎ部ｃ、第四繋ぎ部ｄ、第五繋ぎ部ｅとして比較している。研削に用いられるバイト２０に関しては、その外面２１の形状や部位、角度等を、それぞれこの発明との比較で、側周部２１ａ、前端部２１ｂ、開口角度はβ２、傾斜角度はα２で対応させている。鍔端面５ｂの鍔傾斜角はθ２に設定されている。

従来の逃げ溝６は、図５に示すように、第四繋ぎ部ｄは軌道面２ａよりもころ軸心３ｅ側に位置している。このため、逃げ溝６の円弧状の底部６ｂは、その一部が、軌道面２ａよりもころ軸心３ｅに近い側に位置している。また、底部６ｂと、軌道面２ａの延長線と鍔端面５ｂの延長線との理論上の交点との最短の距離Ｌ２は微小なものとなっている。したがって、従来の逃げ溝６は、その空間容積が小さく、多くの潤滑剤を保持する機能は有していない。

１ 内輪
２ 外輪
１ａ、２ａ 軌道面
３ ころ
３ａ 転動面
３ｂ ころ端面
３ｃ ころＲ部
３ｄ クラウニング部
４ 保持器
５ 鍔部
５ｂ 鍔端面
６ 逃げ溝
６ａ 内方側傾斜部
６ｂ 底部
６ｃ 外方側傾斜部
７ 軸受
１０ バイト
ａ、Ａ 第一繋ぎ部
ｂ、Ｂ 第二繋ぎ部
ｃ、Ｃ 第三繋ぎ部
ｄ、Ｄ 第四繋ぎ部
ｅ、Ｅ 第五繋ぎ部

Claims (5)

1. 内外に対向する軌道面（１ａ、２ａ）を有する対の軌道輪（１、２）と、
   前記軌道面（１ａ、２ａ）間に配置される複数のころ（３）と、
   前記軌道輪（１、２）のいずれか又は両方に設けられる鍔部（５）と、
   前記軌道面（１ａ、２ａ）と前記鍔部（５）の鍔端面（５ｂ）とが交差する部分に設けられる逃げ溝（６）と、を備え、
   前記逃げ溝（６）は、円弧状の底部（６ｂ）と、その底部（６ｂ）の両側に設けられ前記軌道面（１ａ、２ａ）に接続される内方側傾斜部（６ａ）と前記鍔端面（５ｂ）に接続される外方側傾斜部（６ｃ）と、を備え、
   前記ころ（３）は、前記軌道面（１ａ、２ａ）に対向する転動面（３ａ）の軸方向両側に軸方向外側に向かうにつれて縮径するクラウニング部（３ｄ）を備え、
   前記軌道面（１ａ、２ａ）と前記内方側傾斜部（６ａ）との接続部である第二繋ぎ部（Ｂ）は、前記転動面（３ａ）と前記クラウニング部（３ｄ）との接続部である第一繋ぎ部（Ａ）よりも軸方向外側に位置し、
   前記底部（６ｂ）と前記外方側傾斜部（６ｃ）との接続部である第四繋ぎ部（Ｄ）は、前記軌道面（１ａ、２ａ）よりも前記底部（６ｂ）側に位置するころ軸受。
2. 前記内方側傾斜部（６ａ）及び前記外方側傾斜部（６ｃ）は、フラット面で構成される請求項１に記載のころ軸受。
3. 前記底部（６ｂ）の最深部（Ｆ）と前記軌道面（１ａ、２ａ）との間の径方向距離（ｈ１）は、前記軌道面（１ａ、２ａ）における前記軌道輪（１、２）の肉厚（ｄ）の３０％以下である請求項１に記載のころ軸受。
4. 前記鍔端面（５ｂ）は、前記軌道面（１ａ、２ａ）に直交する仮想直交面に対して前記ころ（３）のころ軸心（３ｅ）に近づくほど軸方向外側へ傾斜している請求項１から３のいずれか一つに記載のころ軸受。
5. 前記逃げ溝（６）を備える前記軌道輪（１、２）は外輪である請求項１から４のいずれか一つに記載のころ軸受。

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