JP6459396B2 - 円すいころ軸受 - Google Patents
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Description
図19は、従来の円すいころ軸受100を示す縦断面図である。この円すいころ軸受100は、内輪101と、外輪102と、内輪101と外輪102との間に設けられている複数の円すいころ103と、これら円すいころ103を周方向に間隔をあけて保持している環状の保持器104とを備えている(例えば、特許文献1参照)。
この場合、潤滑油の流出側となる内輪の大鍔部と外輪の軸方向他方側の端部との間に形成される環状開口部において、外輪側では、前記切り欠き部により軸受内部の潤滑油の排出を促進することができる。その一方で、内輪側では、前記のとおり保持器の大径環状部が円すいころの大端面の窪み部を軸方向から覆って潤滑油を保持し、この保持する潤滑油を、内輪の大鍔部の鍔面と円すいころの大端面との間の潤滑油として用いることができる。
これにより、転がり粘性抵抗や撹拌抵抗の低減のために、前記切り欠き部によって軸受内部の潤滑油の流出を促しつつも、必要な部位では潤滑油を与えて滑り摩擦抵抗を低減することができる。
この場合、潤滑油の流出側となる内輪の大鍔部と保持器の大径環状部との間からの潤滑油の流出が抑制され、大鍔部の鍔面近傍に潤滑油を滞留させることができる。そして、この潤滑油を、大鍔部の鍔面と円すいころの大端面との間の潤滑油として用いることができ、これら大鍔部と円すいころとの間の滑り摩擦抵抗をより一層効果的に低減することができる。
図1は、円すいころ軸受1の実施の一形態を示す縦断面図である。この円すいころ軸受1は、内輪2と、この内輪2の径方向外側に設けられている外輪3と、これら内輪2と外輪3との間に設けられている複数の円すいころ4と、これら円すいころ4を保持している環状の保持器10とを備えている。そして、この円すいころ軸受1は潤滑油(オイル)によって潤滑される。
図3は、小径環状部11及びその周囲を説明する断面図である。小径環状部11の外周側では、小径環状部11の外周面11aと軸方向内側面11cとが交差して角部58が形成されている。また、外輪3の側面3cと内周面3bとが交差して角部(小さいアールを有する角部)59が形成されている。小径環状部11の角部58の先端は、外輪3の角部59に接近しており、かつ、この外輪3の角部59よりも軸受内部側に位置している。これにより、小径環状部11と外輪3の端部3dとの間には、環状の微小隙間K1が形成される。
以上より、内輪2の小鍔部5と外輪3の軸方向一方側の端部3dとの間には環状開口部A1が形成されており、小径環状部11は、この環状開口部A1を小鍔部5及び外輪3の端部3dそれぞれとの間で微小隙間K1,K2をあけて塞ぐ構成となっている。
なお、微小隙間K1,K2を通過した潤滑油は、円すいころ軸受1を潤滑するために用いられる。つまり、微小隙間K1,K2は、潤滑油の通過を許容するが、円すいころ軸受1の内部での潤滑に必要な量以上の潤滑油が軸受内部に流入するのを制限している。
ここで、円環部9の外径d7(最大値)は、円すいころ軸受1のサイズに応じて定められている。例えば、内径30mmm、外径55mm、軸方向寸法(全幅)17mmである場合、ISO規格に準拠する円環部9の外径d7の最大値は35mmである。この場合、第2内周面部22の直径D2は、この外径d7(35mm)よりも大きく設定されている。例えば、第2内周面部22の直径D2を、外径d7よりも1〜3ミリ大きく設定することができ、円環部9の外径d7が35mmである場合、第2内周面部22の直径D2を例えば37mmとすることができる。
このように小径環状部11の内周面形状を設定することで、円すいころ軸受1は、ISO規格に準拠する軸受形状を維持しつつ、内輪2の小鍔部5側にラビリンス構造を備えることができる。
または、寸法精度の高い微小隙間K2(K2−1,K2−2)を設けるための別の手段として、次の構成を備えた円すいころ軸受1としてもよい。
これにより、潤滑油の流入側となる小鍔部5と小径環状部11との間に、ラビリンス構造を形成(自動形成)することができる。
図5は、内輪2、外輪3、及び保持器10の縦断面図である。図6は、内輪2、外輪3、保持器10、及び円すいころ4を軸方向から見た断面図である。なお、図6では、柱部13(後述の溝18)の形状を説明するために、実際のものと違って変形させて記載している。
本実施形態の第2仮想円すい面J2は、第1仮想円すい面J1よりも直径が僅かに小さい。したがって、柱部13の径方向内側面17は、第1仮想円すい面J1よりも僅かに小さい第2仮想円すい面J2に沿って設けられる構成となり、径方向内側面17は、円すいころ4の内の外輪3側の半分部よりも径方向内側に位置する。第1仮想円すい面J1と第2仮想円すい面J2との半径差を、最大値及び最小値共に、例えば500μm〜1000μmの範囲とすることができ、本実施形態では半径差(最小値)を700μmとしている。
これに対して、軸方向他方側には溝長手方向に直交する面を有しておらず、軸方向他方側で開口している。具体的に説明すると、溝18は、途中部18bから軸方向他方側の領域に、軸方向他方側の溝終端(端部18d)に向かうにしたがって浅くなっている部分18e(図7、図8参照)を有しており、溝終端(端部18d)で溝深さがゼロとなることで、この溝18は、径方向他方側に向かって開口した構成となっている。
更に、本実施形態では、径方向内側面17は、図5に示すように、軸方向他方側に向かうにしたがって径方向外側に傾斜していることから、掻き取られた潤滑油は遠心力により径方向内側面17に沿って軸方向他方側へ流れる。そこで、径方向内側面17には溝18が設けられているので、この潤滑油は、円すいころ4に再付着しないで、溝18に沿って流れることができ、大鍔部6の鍔面7へ供給される。このため、供給された潤滑油によって大鍔部6と円すいころ4との間の滑り摩擦抵抗を低減することが可能となる。
成分を有したまま大鍔部6の鍔面7に向かって流れることができ、効率よく潤滑油を鍔面に供給することが可能となる。
しかし、図5及び図6に示す実施形態のように、第2仮想円すい面J2は、軸方向全長にわたって、第1仮想円すい面J1よりも直径が僅かに小さくなっているのが好ましい。
その理由は、柱部13の径方向内側面17に溝18を形成する場合、この溝18によって柱部13の径方向内側端部13a(図6参照)の剛性(強度)が他の部分(この端部13aよりも径方向外側の中実部分13b)と比較して低下するためである。つまり、円すいころ4は、柱部13の周方向側面13cと第1仮想円すい面J2とが交差する部分で、柱部13と接触することから、第2仮想円すい面J2の直径が、第1仮想円すい面J1の直径よりも僅かに小さいことで、前記のように剛性(強度)の低い径方向内側端部13aが、円すいころ4と接触してその円すいころ4を保持するのではなく、前記他の部分(溝18の影響が弱くなる部分:中実部分13b)が、円すいころ4と接触して円すいころ4を保持する構成が得られるためである。
以上より、本実施形態では、柱部13の内の溝18が設けられていない中実部分13bに、円すいころ4が接触することができ、溝18が強度面の弱点になるのを防いでいる。なお、図6に示すように、柱部13の内の(後述するころ止め部41を除く)周方向側面(ポケット面)13cは、径方向に沿って直線状となる面となっている。
前記のとおり、図1に示す円すいころ軸受1では、軸方向一方側が潤滑油の流入側となり、軸方向他方側が潤滑油の流出側となる。つまり、内輪2の大鍔部6と外輪3の軸方向他方側の端部3eとの間に形成される環状開口部A2から潤滑油が流出する。そして、この環状開口部A2に大径環状部12が設けられている。
大径環状部12の外周側には、ポケット14と連続している切り欠き部15が設けられている。図3に示すように、潤滑油の流入側の環状開口部A1は、小径環状部11によって微小隙間K1,K2を有して塞がれているのに対して、潤滑油の流出側である環状開口部A2は(図8参照)、前記切り欠き部15が設けられていることにより、塞がれておらず、大径環状部12の径方向外側においてポケット14を開放している。この切り欠き部15によって、潤滑油の流出側(環状開口部A2)では、軸受内部の潤滑油の排出を促進することができ、円すいころ軸受1における転がり粘性抵抗や撹拌抵抗を低減することができる。
例えば、円すいころ軸受1の内径が30〜40mm、外径が70〜80mmである場合、この微小隙間K3は、75〜125μmとすることができ、本実施形態では100μmとしている。なお、微小隙間K3の径方向寸法は部分的に変化していてもよく、前記値は径方向の寸法であって、隙間が最小となっている部分における寸法である。
また、微小隙間K3は、軸方向他方側(軸受外部側)に向かうにしたがって、つまり、潤滑油の流出方向に向かって、小さくなるように設定されていてもよい。
以上より、転がり粘性抵抗や撹拌抵抗の低減のために、前記切り欠き部15によって軸受内部の潤滑油の流出を促しつつも、必要な部位(鍔面7と大端面4bとの間の摺動面)には潤滑油を保持させて滑り摩擦抵抗を低減することができる。
このように、潤滑油の流入側(環状開口部A1)が、小径環状部11によって微小隙間K1,K2をあけて塞がれることで、軸受内部への潤滑油の流入を抑制することができる。このため、潤滑油の流入に対して、軸方向反対側の環状開口部A2において流出が多くなり、軸受内部が貧潤滑状態となる可能性がある。しかし、図8において、大鍔部6と大径環状部12との間に形成される前記ラビリンス構造によれば、必要となる最小限の潤滑油を軸受内部に保持することが可能となり、この潤滑油を、大鍔部6と円すいころ4との間の潤滑油として用いることができる。
以上より、転がり粘性抵抗や撹拌抵抗の低減のために、前記小径環状部11によって軸受内部への潤滑油の流入を抑制しつつも、必要な部位では潤滑油を与えて滑り摩擦抵抗を低減することができる。
または、寸法精度の高い微小隙間K3を設けるための別の手段として、次の構成を備えた円すいころ軸受1としてもよい。
すなわち、前記のとおり、大鍔部6と大径環状部12との間の径方向隙間K10が、負隙間として設定されているため、図9(B)に示すように、これらの間が摺動して大径環状部12(内周面12a)が摩耗し、大鍔部6と大径環状部12との間に、最小限の微小隙間K3(正隙間)が自動形成される。これは、保持器10が樹脂製であるのに対して内輪2は鋼製であり、大径環状部12は、大鍔部6よりも耐摩耗性の低い材質からなるためである。
これにより、潤滑油の流出側となる内輪2の大鍔部6と保持器10の大径環状12との間に、ラビリンス構造を形成(自動形成)することができる。
図10は、大鍔部6、大径環状部12、及びその周囲を示す断面図である。図10に示す形態では、大径環状部12の内周面12aは、軸受内部側に位置する第1内周面部26と、軸受外部側に位置する第2内周面部27とを有している。そして、第2内周面部27の直径D4は、第1内周面部26の直径D3よりも大きくなっている(D4>D3)。これら内周面部26,27は環状面28を介して連続している。
また、本実施形態では、第2外周面部30の直径d4は、第1内周面部26の直径D3よりも大きくなっており、軸方向一方側から微小隙間K3−2が見えないように構成されており、潤滑油の流出をより効果的に抑制している。
図11は、大鍔部6、大径環状部12、及び円すいころ4を示す断面図である。円すいころ4の大端面4bの中央には、窪み部16が形成されている。この窪み部16は、円すいころ4を製造する際、つまり、大端面4bを研磨する際に必要となる。窪み部16は円形の凹部からなる。また、一つの円すいころ軸受1に含まれる全ての円すいころ4において、同じ位置に同じ大きさの窪み部16が設けられている。
ここで、複数の円すいころ4は、内輪軌道面2a及び外輪軌道面3aに沿って配置され、かつ、鍔面7に当接して位置決めされている。このため、図11の拡大図に示すように、各円すいころ4の窪み部16の径方向外側端部16aを結ぶ仮想円を想定することができる。そこで、本実施形態では、大径環状部12が有する軸方向内側面12cの外径D5は、前記仮想円の直径d5よりも大きくなるように構成されている(D5>d5)。
図12は、図2に示す保持器10の一部を内周側からみた斜視図である。図13は、円すいころ軸受1の組み立て手順を説明する説明図である。図13(A)において、円すいころ軸受1の組み立てる際、先ず、保持器10と円すいころ4とを組み合わせて、これを内輪2に組み付ける(図13(C))。そこで、この組み付けの際、ポケット14に収容されている円すいころ4の径方向外側への脱落を阻止する必要がある。そのために、保持器10は、第1のころ止め部41及び第2のころ止め部42を有している。なお、円すいころ4の保持器10への組み立ては、保持器10の内周側から各ポケット14に対して円すいころ4を入れて行われる。
図12において、第2のころ止め部42は、大径環状部12側であって各柱部13の周方向両側それぞれに設けられている。第2のころ止め部42は、円すいころ4の径方向外側への脱落を阻止するために、柱部13の径方向外側部分に設けられている(図2参照)。
そして、第1のころ止め部41と第2のころ止め部42とは、非連続であって柱部長手方向に離れて設けられている。
仮に、図示しないが、第1のころ止め部41と第2のころ止め部42とが連続しており、第1のころ止め部41が柱部長手方向の他端側で自由端となっていない場合、この第1のころ止め部41は剛性が高くなり、変形しにくい構成となる。
これと同様に、一つのポケット14の周方向両側であって、大径環状部12側に一対の第2のころ止め部42,42が設けられており、これらころ止め部42,42によって大径環状部12側においてポケット幅(ポケット14の周方向の寸法)が円すいころ幅(対応する位置での円すいころ4の直径)よりも小さくなっている。
以上より、保持器10は、ポケット14内の円すいころ4が径方向外側に脱落しないようにして、円すいころ4を保持することができる。そして、ポケット14への円すいころ4の取り付けは、内周側から行うことができる。
従来では、柱部が全長にわたってころ止め部として機能することから、その剛性は高く、同様の方法により組み付けを行う場合、柱部及び小径環状部を弾性変形させる必要があった。このため、従来ではプレスを用いて組み付けを行っていた。しかし、本実施形態では、第1のころ止め部41が変形容易であるため、プレスを用いることなく、作業者の力(手動)により組み付けが可能となる。
保持器10は樹脂製であることから、金型のキャビティに溶融樹脂を注入し硬化させることで成形される。なお、保持器10の製造は射出成形により行われる。本実施形態では、図15に示すように、保持器10は、保持器10の中心線C2に沿って一方側に移動する第1金型51と、前記中心線C2に沿って他方側に移動する第2金型52とを有する二分割の金型50によって成形が可能となる構成を有している。なお、保持器10を成形するためのキャビティは第1金型51と第2金型52との間に形成されるが、この金型50には、第1金型51及び第2金型52に外嵌状となる環状の型53も有している。
小径環状部11には、外周面11a、内周面11b、軸方向内側面11c、軸方向外側面11dが含まれる。大径環状部12には、外周面12b、内周面12a、軸方向内側面12c、軸方向外側面12dが含まれる。
柱部13には、径方向内側面17、径方向外側面37、両側の側面13cが含まれる。柱部13の内の第1のころ止め部41においては、小径環状部11側の摺接面40、摺接面40の裏面40aが含まれる。また、第2のころ止め部42においては、大径環状部12側の摺接面39、摺接面39の裏面39a、軸方向一方側の面40b、軸方向他方側の面40cが含まれる。
しかし、本実施形態に係る溝18の構成によれば、溝18の各部は全てにおいて軸方向他方側から見え、二分割金型による保持器の製造が可能となる。
しかし、図18に示すように、仮に柱部13の径方向内側面17が内輪に接近する位置まで柱部13を径方向に長く構成する場合、円すいころの外周面に付着している潤滑油を、柱部13の径方向内側面17によって掻き取るためには、この径方向内側面17を、図18に示すように周方向に広がった形状とすべきである。しかし、この場合(図18参照)、この広がった形状の部分には、軸方向一方側から見える面及び軸方向他方側から見える面のいずれにも含まれない面が存在する。つまり、本実施形態(図17)では、軸方向他方側から見えていた柱部13の側面13cが、図18の例では軸方向他方側から見えず(更に、軸方向一方側からも見えない)、図18に示す保持器10を、軸方向に接近及び離反移動する二分割金型により、製造することが不可能となる。
そこで、本実施形態のように、柱部13の径方向内側面17が前記第2仮想円すい面J2に沿って設けられていることで、円すいころ4の潤滑油を掻き取る機能を有しながらにして、二分割金型(51,52)により樹脂製の保持器10を製造することが可能となる。
これにより、柱部13の径方向外側に凹部33が形成されていても、二分割金型(51,52)による成形が維持される。つまり、凹部33をこのように構成とすることで、凹部33の全てが軸方向一方側から見える面となる(図16参照)。このため、この凹部33において、第1金型51は無理抜きすることなく、軸方向一方側へ移動することができる。
なお、図2に示す本実施形態の保持器10は、図示しないが、軸方向に相対移動する第1及び第2金型以外に、ポケットを形成するために径方向に移動する第3の金型を用いてもよい。しかし、この場合、金型の分割面が増加し、保持器の寸法精度の管理が困難になり、保持器10の精度が低下する可能性がある。また、型寿命が短くなる。しかし、図15に示す二分割金型50によれば、分割面は少なく、保持器10を高精度に製造することが可能となり、また、型寿命の低下を防ぐことができる。
5:小鍔部 5a:外周面 6:大鍔部 6a:外周面
8:軸 9:円環部 10:保持器 11:小径環状部
11a:外周面 11b:内周面 12:大径環状部
12a:内周面 12c:軸方向内側面 13:柱部
14:ポケット 15:切り欠き部 16:窪み部
16a:径方向外側端部 17:径方向内側面 18:溝
18e:浅くなっている部分 21:第1内周面部 22:第2内周面部
24:第1外周面部 25:第2外周面部 26:第1内周面部
27:第2内周面部 29:第1外周面部 30:第2外周面部
33:凹部 33a:端 33b:底面 40:摺接面
41:第1のころ止め部 41a:円弧面部 42:第2のころ止め部
A1:環状開口部 A2:環状開口部 C1:中心線
J1:第1仮想円すい面 J2:第2仮想円すい面 J3:仮想延長線
K0:径方向隙間 K2−1:微小隙間 K2−2:微小隙間
K3−1:微小隙間 K3−2:微小隙間 K10:径方向隙間
Claims (2)
- 軸方向一方側に設けられ径方向外側に突出する小鍔部及び軸方向他方側に設けられ径方向外側に突出する大鍔部を有する内輪と、前記内輪の径方向外側に設けられている外輪と、前記内輪と前記外輪との間に設けられ軸方向他方側の大端面に窪み部が形成されている複数の円すいころと、前記複数の円すいころを周方向に間隔をあけて保持する環状の保持器と、を備え、
前記保持器は、軸方向一方側の小径環状部、軸方向他方側であって前記大鍔部の径方向外側に位置する大径環状部、及び前記小径環状部と前記大径環状部とを連結している複数の柱部を有し、
前記大鍔部の外周面と前記大径環状部の内周面との間に微小隙間が形成されることによって、前記大鍔部と前記大径環状部との間に、軸受内部から軸受外部への潤滑油の流れを抑制するラビリンス構造を有し、
前記大径環状部が有する軸方向内側面の外径は、複数の前記円すいころの前記窪み部の径方向外側端部を結ぶ仮想円の直径よりも大きく、
前記窪み部の全ては、前記大径環状部、前記大鍔部、及び、前記微小隙間が形成されて成る前記ラビリンス構造によって、覆われている、
ことを特徴とする円すいころ軸受。 - 軸方向一方側に設けられ径方向外側に突出する小鍔部及び軸方向他方側に設けられ径方向外側に突出する大鍔部を有する内輪と、前記内輪の径方向外側に設けられている外輪と、前記内輪と前記外輪との間に設けられ軸方向他方側の大端面に窪み部が形成されている複数の円すいころと、前記複数の円すいころを周方向に間隔をあけて保持する環状の保持器と、を備え、
前記保持器は、軸方向一方側の小径環状部、軸方向他方側であって前記大鍔部の径方向外側に位置する大径環状部、及び前記小径環状部と前記大径環状部とを連結している複数の柱部を有し、
前記大径環状部と前記小径環状部との間であって周方向で隣り合う前記柱部の間に形成される空間が、前記円すいころを保持するポケットであり、
前記大径環状部の外周側には、前記ポケットと連続している切り欠き部が設けられていて、
前記大鍔部の外周面と前記大径環状部の内周面との間に微小隙間が形成されることによって、前記大鍔部と前記大径環状部との間に、軸受内部から軸受外部への潤滑油の流れを抑制するラビリンス構造を有し、
前記大径環状部が有する軸方向内側面の外径は、複数の前記円すいころの前記窪み部の径方向外側端部を結ぶ仮想円の直径よりも大きく、
前記窪み部の全ては、前記大径環状部、前記大鍔部、及び、前記微小隙間が形成されて成る前記ラビリンス構造によって、覆われている、
ことを特徴とする円すいころ軸受。
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