JP6595791B2 - 円すいころ軸受 - Google Patents

Description

本発明は、産業用ロボットや建設機械の減速機で使用される円すいころ軸受に関する。特に、内輪の小鍔が無い形状であり、円すいころの脱落を防止するために、円すいころと保持器が一体化した構造を有する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５に基づいて説明する。図５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、特許文献１では、内輪軌道面を内輪の小径側端面まで連続させ、軌道面を確保した構造が提案されている。特許文献１では、内輪軌道面を内輪の小径側端面まで連続させると、円すいころ、内輪、保持器が分離するが、円すいころと保持器については、保持器の形状を工夫することで一体化できることが記載されている。また、特許文献１および特許文献２では、円すいころと保持器を一体化した保持器の製作方法として、軸方向（アキシャルドロー）の２枚の金型を利用して射出成形することが記載されている。

特許文献１の円すいころ軸受における保持器を図６に基づいて説明する。図６に示すように、この保持器２１は、円すいころ（図示省略）をポケット部２２に保持するものである。組立時においてポケット部２２から円すいころが脱落することを防止する等の目的で、柱部２３の内径側および外径側に円錐面２４、２５を設けている。内径側の円錐面２４と外径側の円錐面２５とは、柱部２３の片面において対角に形成されている。また、金型分割線に沿って溝２６を形成し、成形後の金型間にバリが発生したとしても、該バリの円すいころへの干渉を防止している。

特開２０１４−２０２２８４号公報 国際公開ＷＯ２０１４／１６３１７７

しかしながら、特許文献１のように、円すいころと保持器とを一体化する際の掛かり代となる部分（内径側の円錐面と外径側の円錐面）が対角に形成されている場合、金型分割面が複雑となる。また、円すいころの掛かり代となる内径側の円錐面２４と外径側の円錐面２５が対角に配置され、これに対応して、円すいころの掛かり代のない平面である円錐面２４の外径側面および円錐面２５の内径側面も対角に配置されるため、保持時に円すいころがガタつく等、円すいころの保持性が十分でないおそれがある。さらに、金型分割面に溝２６を設ける場合、その分柱部が薄肉となり、柱部の機械的強度が低下するおそれがある。特に、高負荷容量仕様とすべく、円すいころの充填率を高くする場合は、保持器の径が大きい割に柱部が薄肉となるため、保持器全体のリング剛性が低下しやすい。その他、円すいころを安定して保持するために、円すいころとの接触面となる案内面を広くすると、実接触面積が大きくなり、この部分に潤滑剤が入り込みにくく、潤滑性に劣るおそれがある。

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、簡易な金型での成形を可能としながら、円すいころと保持器とを一体化する際に円すいころを安定して保持でき、その上で、必要に応じて機械的強度の向上や案内面での潤滑性の向上が図れる樹脂製保持器を備えた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、上記保持器は、樹脂組成物を射出成形してなる射出成形体であり、大径リング部と、小径リング部と、これらを連結する複数の柱部とを有し、隣接する柱部同士の間に上記ポケット部が形成され、上記柱部に軸方向に沿った上記射出成形による金型分割線が形成され、該柱部における上記分割線よりも小径側かつ保持器外径側に、上記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面からなる上記円すいころの案内部を有し、該柱部における上記分割線よりも小径側かつ保持器内径側に、上記円すいころの脱落防止用の爪部を有することを特徴とする。

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。

上記案内部のテーパ方向の幅が、上記柱部のテーパ方向の幅の５１％以上であることを特徴とする。

上記案内部と上記脱落防止用の爪部とが同一の金型により成形され、上記爪部が無理抜きにて成形されたことを特徴とする。

上記爪部の高さｈは、上記柱部のテーパ方向の爪部幅ｔ_１に対してｈ／ｔ_１が０．０２以上、かつ、保持器軸方向の爪部幅ｔ_２に対して ｈ／ｔ_２が０．０２以上であることを特徴とする。

上記案内部において、その軸方向両端部に貫通する溝を有することを特徴とする。また、上記溝は、保持器外径側の軸方向端部から、軸方向反対端部に向けて、溝幅が広がる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、射出成形体である保持器の柱部に軸方向に沿った金型分割線が形成され、該柱部における分割線よりも小径側かつ保持器外径側に円すいころの案内部を有し、該柱部における分割線よりも小径側かつ保持器内径側に、円すいころの脱落防止用の爪部を有しているので、外径側の案内部と内径側の爪部とが、共に小径側にあり、円すいころの保持性に優れる。また、アキシャルドローによる２枚の金型での成形時に、案内部と脱落防止用の爪部とが同一側の金型により成形でき、金型構造を簡易化できる。また、脱落防止用の爪部により、円すいころと保持器とを一体化できるため、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。

案内部のテーパ方向の幅が、柱部のテーパ方向の幅の５１％以上であるので、金型分割面が保持器の柱部の中央より大径側にシフトされ、より安定して円すいころを保持できる。

脱落防止用の爪部の高さｈは、上記柱部のテーパ方向の爪部幅ｔ_１に対してｈ／ｔ_１が０．０２以上、かつ、保持器軸方向の爪部幅ｔ_２に対して ｈ／ｔ_２が０．０２以上であるので、該爪部を無理抜きにて成形する場合でも割れや白化を防止できる。

案内部において、その軸方向両端部に貫通する所定の溝を有するので、該案内部の案内面での潤滑性が向上する。

本発明の円すいころ軸受の一例を示す図である。 図１における保持器の断面図である。 ウェルド位置を示す保持器の一部斜視図である。 案内部の溝の形態を示す保持器の断面図である。 従来の円すいころ軸受の軸方向断面図である。 従来の円すいころ軸受の保持器の一部斜視図である。

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（ａ）は保持器の軸方向断面図であり、図２（ｂ）は保持器の円すいころの軸に沿った断面図である。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、本発明の円すいころ軸受は、少なくとも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爪部を有し、円すいころが該爪部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（ａ）および図２（ｂ）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。保持器５は、後述の樹脂組成物を射出成形してなる射出成形体である。ここで、柱部５ｃに保持器の軸方向（軸受の軸方向でもある）に沿った射出成形による金型分割線Ｘが形成されている。金型分割線Ｘは、柱部５ｃの中央より大径側にシフトしている。この射出成形金型は、アキシャルドローによる２枚の金型からなり、一方が金型分割線Ｘより大径側（図中上側）の金型であり、他方が金型分割線Ｘより小径側（図中下側）の金型である。両金型は、一方が固定金型、他方が可動金型となり、相対的にみると、図中黒矢印に示すように、金型分割線Ｘより大径側（図中上側）の金型が図中左方向に、金型分割線Ｘより小径側（図中下側）が図中右方向に移動する。金型分割線Ｘは、大径リング部５ａと小径リング部５ｂとの間で、これらリング部にかからない範囲で変動可能である。

保持器５は、柱部５ｃにおける金型分割線Ｘよりも小径側かつ保持器外径側に円すいころの案内部５ｄを有し、柱部５ｃにおける金型分割線Ｘよりも小径側かつ保持器内径側に、円すいころの脱落防止用の爪部５ｅを有する。図５（ｂ）に示すように、案内部５ｄは、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面（案内面）からなる。運転時において、円すいころ４は案内部５ｄの案内面の一部に接触しながら転動する。案内面の形状は、円すいころに沿った曲面であっても、平坦面（ストレート面）であってもよい。また、案内部５ｄは、ポケット開口部表面からみると、円すいころの母線に沿ったテーパ状の開口を形成している。

案内部５ｄにより、保持器５の案内部５ｄが形成された側から円すいころ４が外れることを防止できる。保持器５の内径側から爪部５ｅの掛かり代分を弾性変形させつつ、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、円すいころ４がポケット部６内において案内部５ｄと爪部５ｅとに囲まれて保持される。

案内部５ｄのテーパ方向の幅ｔ_３は、柱部５ｃのテーパ方向の幅ｂ（ポケット部の幅と同じ）の５１％以上とすることが好ましい。これにより、より安定して円すいころを保持できる。より好ましくは５５％以上、さらに好ましくは６０％以上、最も好ましくは６５％以上である。図２（ａ）に示す形態では、案内部５ｄは、小径リング部５ｂから連続して金型分割線Ｘ直前まで形成している。このような形態とすることで、金型分割線Ｘよりも小径側としながら、極力長く幅ｔ_３を確保できる。

爪部５ｅは、金型分割線Ｘより小径側かつ保持器内径側であれば任意の箇所に形成できる。案内部５ｄの位置との関係で、円すいころを保持させやすい位置に形成することが好ましい。図２（ａ）に示す形態では、案内部５ｄのテーパ方向の幅範囲内で、金型分割線Ｘ寄りで同形状の２個を離間して形成している。爪部の数はこれに限定されず、少なくとも１個以上あればよく、より安定した円すいころの保持が必要とされる場合には３個以上形成してもよい。

上記のとおり、案内部５ｄと爪部５ｅは、いずれも金型分割線Ｘよりも小径側に配置されるため、同一側の金型により成形される。案内部５ｄを形成する金型により、爪部５ｅも形成され、この爪部５ｅについては無理抜きとなる。この場合、爪部に応力が発生し、先端の欠け（割れ）や、根本が白化するおそれがある。爪部の高さをｈ、柱部テーパ方向の爪部幅をｔ_１、保持器軸方向の爪部幅をｔ_２とする場合（図２（ａ）参照）において、これらの値と射出成形無理抜き時の割れや白化との関係の検証結果を表１に示す。なお、保持器材質はＰＡ６６樹脂製（ガラス繊維３０体積％配合）であり、表中の「○」は割れも白化も認められない場合、「△」は割れはないが白化が認められる場合、「×」は割れが認められる場合である。

表１に示すように、爪部の高さｈについて、柱部テーパ方向の爪部幅ｔ_１に対してｈ／ｔ_１が０．０２以上、かつ、保持器軸方向の爪部幅ｔ_２に対して ｈ／ｔ_２が０．０２以上である場合には、射出成形無理抜き時の割れや白化を防止できていることが分かる。

また、爪部５ｅの厚さ方向の先端をＲ形状とすることが好ましい。これにより、割れや白化をより防止できる。また、バリが発生しにくい。この半径Ｒおよび爪部の高さｈと、射出成形無理抜き時の割れや白化との関係および円すいころの保持性との関係の検証結果を表２に示す。なお、表中の円すいころの保持性の「○」は、保持性および射出成形時に問題が無い場合、「△」は射出成形できるが白化が認められた場合、「‐」は未評価の場合である。

表２に示すように、先端Ｒ形状の半径Ｒが、爪部の高さｈに対し０．５ｈ〜１．５ｈの場合に、射出成形無理抜き時の割れや白化を防止でき、かつ、円すいころの保持性にも優れることが分かる。

次に、上記の保持器について、機械的強度の向上を図る方策について説明する。図２（ａ）に示すように、大径リング部５ａの厚みをｃ、柱部の肉厚をａとする場合、ｃをａに対して８１％〜１２０％とすることが好ましい。このような寸法関係に設定することで、保持器のリング剛性を向上できる。より好ましくは、８４〜１００％である。

また、図２（ａ）に示すように、射出成形時の樹脂の挿入口であるゲート８を小径リング部５ｂの内径側に設けることが好ましい。これにより、図３に示すように、ウェルド位置９を大径リング部５ａの柱部間に設定でき、保持器の強度低下を抑制できる。また、小径リング部５ｂにゲートを設ける場合、小径リング部５ｂの肉厚をゲート径の１．６倍〜４倍とすることが好ましい。これにより、ショートショットにならずに成形できる。

次に、上記の保持器について円すいころ案内面での潤滑性の向上を図る方策について図４に基づいて説明する。上述のとおり、本発明の円すいころ軸受の保持器では、案内部が幅広であり、円すいころを安定して保持できる。図４（ａ）および図４（ｂ）では、このような案内部５ｄにおいて、その軸方向両端部に貫通する溝５ｆを設けることで、案内面への潤滑剤の流入を促進させている。この溝５ｆにより、案内部５ｄは不連続となっている。図４（ａ）に示す形態は、軸方向に平行な溝５ｆを１本、案内部５ｄの略中央に設けている。また、図４（ｂ）に示す形態では、案内部５ｄの溝５ｆをくさび型にし、その凸の先端を外径側に配置している。すなわち、保持器外径側の軸方向端部から、軸方向反対端部に向けて、溝５ｆの幅が広がる形状である。このような形態により、潤滑剤溜まりを形成しやすく、かつ、遠心力が加わる環境下でも潤滑剤が外部に飛散しにくい。溝５ｆは、案内部５ｄの射出成形時に同時に容易に形成できる。

本発明の円すいころ軸受における上記保持器は、樹脂組成物を用いた樹脂成形体である。樹脂組成物としては射出成形が可能であり、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、簡易な金型での成形を可能としながら、円すいころと保持器とを一体化する際に円すいころを安定して保持できる樹脂製保持器を備えているので、小鍔を有さない構造において組み付け時の円すいころ脱落を防止でき、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 ゲート
９ ウェルド位置

Claims (7)

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、
   前記保持器は、樹脂組成物を射出成形してなる射出成形体であり、大径リング部と、小径リング部と、これらを連結する複数の柱部とを有し、隣接する柱部同士の間に前記ポケット部が形成され、
   前記柱部に軸方向に沿った前記射出成形による金型分割線が形成され、該柱部における前記分割線よりも小径側であり、かつ、該小径側の柱部の保持器外径側にのみ、前記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案内面からなる前記円すいころの案内部を有し、該柱部における前記分割線よりも小径側であり、かつ、該小径側の柱部の保持器内径側に、前記円すいころと前記保持器を一体化するための前記円すいころの脱落防止用の爪部を有しており、
   運転時において、前記円すいころは前記案内部の前記案内面の一部に接触しながら転動する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. 前記案内部のテーパ方向の幅が、前記柱部のテーパ方向の幅の５１％以上であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の円すいころ軸受。
4. 前記案内部と前記脱落防止用の爪部とが同一の金型により成形され、前記爪部が無理抜きにて成形されたことを特徴とする請求項１、請求項２または請求項３記載の円すいころ軸受。
5. 前記爪部の高さｈは、前記柱部のテーパ方向の爪部幅ｔ_１に対してｈ／ｔ_１が０．０２以上、かつ、保持器軸方向の爪部幅ｔ_２に対して ｈ／ｔ_２が０．０２以上であることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項記載の円すいころ軸受。
6. 前記案内部において、その軸方向両端部に貫通する溝を有することを特徴とする請求項１から請求項５までのいずれか１項記載の円すいころ軸受。
7. 前記溝は、保持器外径側の軸方向端部から、軸方向反対端部に向けて、溝幅が広がる形状であることを特徴とする請求項６記載の円すいころ軸受。