JPS6410689B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は、円筒ころ軸受およびその製造方法
に関し、特に、高速回転する円筒ころ軸受におい
て、外輪または内輪の案内つばの案内面と円筒こ
ろの端面との相対滑り接触部における案内つばの
案内面にテーパ部とわん曲部を形成することによ
り、案内つばと円筒ころとの接触点となるテーパ
部とわん曲部との交切線の加工誤差によるばらつ
きを少なくして相対滑り速度を小さくするととも
に、案内つばの案内面間の軸方向の最小幅を規制
することにより、円筒ころの軸方向の動き量をで
きるだけ小さく抑えることにより、円筒ころのス
キユーを小さくし、これにより案内つばと円筒こ
ろとの接触点においてスキユーモーメントによつ
て発生する力を小さくし、併せて前記案内面への
潤滑剤の浸入効果を高め、油膜形成を良好にし
て、円筒ころの摩耗を防止するものである。

一般に、円筒ころ軸受がラジアル荷重を受けて
回転する場合、いわゆるスキユー現象を発生する
ことは広く知られている。この現象を従来の円筒
ころ軸受について第１図ないし第３図を参照して
説明すると、内輪２と案内つば３を設けた外輪１
との間を転動する円筒ころ４にスキユーが発生し
たときのスキユー角をβとすると、円筒ころの端
面９と案内つばの案内面７とはともに軸受の中心
軸線に対して垂直な平面であるから、円筒ころの
端面９と案内つばの案内面７との接触点は、つば
の案内面７の半径方向端縁Ａとなる。いま、内輪
２の回転速度をωi、円筒ころ４の自転速度およ
び公転速度をそれぞれωr、ωc、円筒ころ４のス
キユーモーメントをＭとすると、これらの相対関
係によつて接触点Ａには相対滑り速度Ｖとスキユ
ーモーメントＭによる力Ｐが生ずるから、かかる
状態のもとで円筒ころ軸受が高速回転して接触点
Ａの油膜が破断すると、円筒ころの端面９とつば
の案内面７との間に摩耗を生ずることになる。上
記のようなスキユー現象に伴なう摩耗は、たとえ
ば30000rpmにも及ぶような高速回転を必要とす
る回転軸を支承する軸受においては特に顕著に現
われ、軸受の寿命が早期に限界に達するという問
題点があつた。

かかる円筒ころ軸受の摩耗を防止するには、そ
の発生原因から明らかなように、 (1) 接触点における相対滑り速度Ｖを小さくする
こと (2) 接触点におけるスキユーモーメントＭによる
力Ｐを小さくすること (3) 接触点における油膜形成を良好にすること の３つの条件を同時に充足させねばならないこと
になる。そこで、これらの条件について考究する
と、まず(1)の条件については、接触点を第３図に
示すように、つばの案内面７の半径方向端縁Ａか
ら軌道面側に近いＢに移動させて円筒ころ４の回
転半径を接触点Ａのときの回転半径Ｓよりも小さ
くすればよく、(2)の条件については、接触点をＢ
からＡのようにつばの案内面７の半径方向端縁に
近い位置に移動するか、または円筒ころの端面９
とつばの案内面７との間の軸方向すきまによるこ
ろの軸方向の動き量（以下単にころの軸方向の動
き量という）ΔLを過小にならない程度に小さく
抑えることにより、スキユー角βが小さくなるよ
うにすればよく、(3)の条件については接触点をＡ
からＢのように軌道面側に近い位置に移動して、
その近傍でくさび効果をもたせるようにすればよ
いことが判る。

上記の油膜形成は、つば案内面にクラウニング
を施して円筒ころの端面がつばの案内面の半径方
向端縁と接触しないようにする手段も有効である
ことが知られており、たとえば英国特許第
1520060号にこの技術が開示されている。しかし
ながら、つばの案内面にクラウニングを施すこと
は製作がきわめて困難であるという難点があり、
また仮に製作ができたとしても、つばの案内面の
曲率半径やころの軸方向の動き量を所定の設計値
どおりに高い精度で正確に仕上げることは実際上
殆んど望み得ず、このために生ずる加工誤差によ
つて円筒ころの端面とつばの案内面との接触点が
一定位置とならず、接触点の管理が困難となるだ
けでなく、スキユー角の管理もまた困難となると
いう問題が生ずる。すなわち、この円筒ころ軸受
においては、ころの軸方向の動き量が不定である
ため、つばの案内面の半径方向端縁に近接した位
置に接触点があるときは相対滑り速度Ｖが大きく
なり、反対に接触点が軌道面に近接した位置にあ
るときや、ころの軸方向の動き量が大きくなる
と、スキユー角βが大きくなるため、スキユーモ
ーメントＭによる力Ｐが増大し、さらに接触点が
案内面の半径方向端縁に近接した位置にあつて、
しかもころの軸方向の動き量が大きい場合は相対
滑り述度ＶとスキユーモーメントＭによる力Ｐと
がともに大きくなる結果、油膜形成にはある程度
有効であるとしても、相対滑り速度とスキユーモ
ーメントによる力は必ずしも小さくなるとは限ら
ず、従つて、前記３つの条件を同時に充足するこ
とができないという欠点があつた。

そこで、この出願人は、さきに、外輪または内
輪の案内つばの案内面に一定角度で２段に傾斜さ
せたテーパ面を形成し、かつ円筒ころの軸方向の
動き量をできるだけ小さく抑えるようにして、上
記の欠点を解消する円筒ころ軸受の考案につい
て、実用新案登録の出願をした（実願昭54−
99266号参照）。

しかしながら、この考案の円筒ころ軸受におい
ては、案内つばの案内面にテーパ面の成形加工を
施こす場合、たとえば、案内面の軌道面側端縁の
テーパ面の成形加工を先に行なうと、案内面の半
径方向端縁側のテーパ面の成形加工する際の加工
誤差によつて、案内つばと円筒ころとの接触点と
なるべき第１段のテーパ面との交切線の位置を超
えて軌道面側に寄り過ぎた位置まで加工すること
になり易く、これとは逆に、案内面の半径方向端
縁側のテーパ面の成形加工を先に行なうと、軌道
面側端縁のテーパ面を成形加工する際に、案内面
の半径方向端縁側に寄り過ぎた位置まで加工する
ことになり易く、何れにしても、案内つばと円筒
ころとの接触点となるべき位置を正確に設定する
ことが困難であり、加工上から生ずる接触点の設
定位置のばらつきをできるだけ少なくするという
点において、なお解決すべき問題が残されてい
た。

また、案内面に２段テーパ面を形成すると、円
筒ころにスキユーが発生したときのスキユー角
は、接触点を境界として案内面の軌道面側よりも
半径方向端縁側が小さくなるため、軌道面側のテ
ーパ面と半径方向端縁側のテーパ面とのくさび作
用が不均一となつて、接触点における油膜形成に
ついても必ずしも十分な効果が得られないという
問題があつた。

この発明は、上記の円筒ころ軸受における問題
を解決するためになされたものであり、案内つば
の案内面と円筒ころの端面との接触点の位置と円
筒ころの軸方向の動き量との双方をより高い精度
で正確に管理するようにしたものである。而し
て、この発明の目的は、案内つばと円筒ころとの
接触点における相対滑り速度とスキユーモーメン
トによる力とを小さくするとともに、接触点にお
ける油膜形成をより良好にすることにあり、ま
た、この発明の目的は、円筒ころの端面の摩耗を
防止して軸受の寿命を延長することにあり、ま
た、この発明の目的は、成形加工誤差による案内
つばと円筒ころとの接触点の位置のばらつきを少
なくすることができる円筒ころ軸受の製造方法を
提供することにあり、さらに、この発明の目的
は、高速回転する軸体に有効に適用できる円筒こ
ろ軸受を提供することにある。

すなわち、この発明は、図示する実施例のよう
に、外輪１もしくは内輪の何れか一方あるいは双
方に案内つば３を有し、該案内つば３の案内面７
に円筒ころ４の端面を支承した円筒ころ軸受にお
いて、円筒ころ４のスキユーを抑制するために、
案内つばの案内面７，７間の軸方向の最小幅と円
筒ころ４の長さＬとの差を微小量に設定し、且つ
潤滑油の進入を容易にするため、案内つば３の案
内面７の断面形状を、軌道面側の端縁から軸方向
外側に向けて半径方向に対し一定角度で傾斜させ
たテーパ部７ａと、円筒ころ４の端面９に対して
一定の曲率半径で凸状にわん曲させて前記テーパ
部７ａと連接させたわん曲部７ｂと、により形成
したことを特徴とする円筒ころ軸受を第１発明と
し、さらに、外輪１もしくは内輪の何れか一方あ
るいは双方に案内つば３を有する円筒ころ軸受の
前記案内つば３の案内面７を成形加工するに当
り、案内面７の全面に円筒ころ４の端面９に対し
て凸状となるように一定の曲率半径をもつわん曲
面７ｂを成形加工し、次いで、該わん曲面７ｂの
軌道面側を半径方向に対し軸方向外側に一定の角
度で傾斜するテーパ面７ａとなるように成形加工
して、該テーパ面７ａとわん曲面７ｂとの交切線
１０と軌道面５との間の半径方向の距離ｈを所定
の長さとすることを特徴とする円筒ころ軸受の製
造方法を第２発明とする。

以下、この発明の実施例について図面を参照し
て説明する。第４図は、この発明に係る円筒ころ
軸受の一例を示す一部縦断面図であり、外輪１と
内輪２との間に円筒ころ４が転動自在に組付けら
れており、その転走面が外輪１と内輪２とのそれ
ぞれの軌道面５，６と接触して転動する。外輪１
の両端には案内つば３が半径方向に突設され、円
筒ころ４に対向する案内面７によつて円筒ころ４
の端面９を支承する。案内つばは内輪２に設ける
場合もあり、また外輪１と内輪２との双方に設け
ることもある。また前記案内つばも実施例のよう
に一体成形された固定つばの場合と、軌道面側と
別体に形成されたつば輪の場合とがある。図中、
８は保持器である。

而して、上記円筒ころ軸受の案内つば３の案内
面７の断面形状は、軌道面側は軸方向外側に向け
て傾斜させたテーパ部７ａとし、案内面７の半径
方向端縁側は円筒ころ４の端面９に向けて凸状に
わん曲するわん曲部７ｂとして形成している。

第５図は、案内つば３の案内面７の断面形状の
実施例を拡大して示したものであり、第６図は、
その側面図である。外輪１の軌道面５と案内つば
３の案内面７との間に設けた逃げ１ａの半径方向
端縁から半径方向に対し一定の角度θ₁で軸方向外
側に傾斜させてテーパ部７ａを形成し、該テーパ
部７ａに軸方向外側を中心として一定の曲率半径
Ｒをもつわん曲部７ｂを交切線１０で交切させて
ある。交切線１０におけるわん曲部７ｂの接線と
半径方向との間の角度θ₂は、前記角度θ₁よりも大
きくなるようにする。これらの角度θ₁と角度θ₂と
は、軸受のサイズ、使用条件等により適宜選定さ
れるが、上記実施例にあつては、角度θ₁は5′〜
60′、角度θ₂は10′〜120′の範囲内とするのが好適
である。

また、交切線１０の位置は、軌道面５から一定
距離ｈだけ半径方向の内側となるように適宜選定
されるが、案内面７の半径方向の長さ（高さ）Ｈ
に対し、ｈ＝（0.4〜0.8）Ｈの範囲とするのが好
適である。

円筒ころ４の端面９は、軸心に対して垂直な平
面をなしており、外輪１の両側案内面間の軸方向
の長さは、該両側案内面間の軸方向の最小幅と円
筒ころ４の軸方向の長さＬとの差を微小量（たと
えば、円筒ころの軸方向の長さＬの0.3〜0.01％）
に設定して、円筒ころ４の軸方向の動き量△Ｌが
できるだけ小さく押えられるようにしている。

案内つば３の案内面７に、上記のようなテーパ
部７ａとわん曲部７ｂとを形成する場合、第７図
のようにして成形加工するのが最も好ましい。

案内面７の半径方向の端縁７ｃから軌道面５側
に至る全面に、あらかじめ、わん曲部７ｂの所定
の曲率半径Ｒでわん曲面を成形加工しておく。

次いで、このわん曲面の軌道面側が所定の角度
θ₁で傾斜するテーパ面となるように、円筒ころ４
との所定の接触点Ｃの位置まで切り込んでテーパ
部７ａを形成する。

いま、テーパ部７ａの成形加工の際、誤つて所
定の接触点Ｃを過ぎる成形加工を行ない、テーパ
部が７ｄとなつたとすると、接触点はC₁となる。
これに対し、案内面７がテーパ部７ａとテーパ部
７ｅとの２段テーパ面によつて形成されている場
合は、上記の加工誤差があると、接触点はC₂と
なる。このように、接触点Ｃの軌道面５からの半
径方向の距離ｈの誤差は、接触点がC₁のときは
△h₁、接触点がC₂のときは△h₂となるが、同図か
ら明らかなように、△h₁＜△h₂であるから、接触
点Ｃの位置の加工誤差によるばらつきは、２段テ
ーパ面の場合よりも少なくすることができる。

案内面の成形加工方法としては、上記の順序と
は逆に、案内面の全面にテーパ部を成形加工し
て、その後にわん曲部を成形加工してもよく、ま
た、テーパ部とわん曲部とを同時に成形加工して
もよい。

上記実施例は、外輪に案内つばを設けた場合に
ついて説明したが、内輪に案内つばを設ける場合
についても、前記と同様にしてその案内面にテー
パ部とわん曲部とを形成することができる。

上記構成の円筒ころ軸受において、円筒ころ４
の回転中にスキユーが発生した場合、円筒ころ４
の端面９は、案内面７のテーパ部７ａとわん曲部
７ｂとの交切線１０と当接することになる。この
交切線１０上の接触点Ｃは、軌道面５側に近接し
た位置となるから、円筒ころ４の回転半径が短か
くなり、従つて、接触点Ｃにおける相対滑り速度
は小さくなる。

ところで、接触点Ｃの位置のばらつきは相対滑
り速度に大きな影響を与えることが知られてい
る。

しかし、上述のように、第７図に示した成形加
工によつてテーパ部７ａとわん曲部７ｂを成形し
た場合の接触点Ｃの位置の加工誤差によるばらつ
きは、２段テーパ面とした場合よりも小さいか
ら、２段テーパ面の場合よりも接触点Ｃの位置を
正確に管理することができ、相対滑り速度に及ぼ
す影響を最小限に抑制することが可能となる。

また、円筒ころ４の回転中にスキユーが発生し
たときの両側端面と案内面との接触点における潤
滑剤の浸入方向は、第８図に矢印で示すように、
左側端面の接触点Ｃでは軌道面５側から案内面７
の半径方向端縁側であり、右側端面の接触点Ｄで
はこれと反対に案内面７の半径方向端縁側から軌
道面５側となるが、案内面７がテーパ部７ａとわ
ん曲部７ｂとから形成されているときのスキユー
角は、第９図に示すように、接触点Ｃ，Ｄを中心
として左右対称の曲線Ｅとなるから、接触点Ｃ，
Ｄを境界とするテーパ部７ａとわん曲部７ｂとの
くさび形状が、左側端面の接触点Ｃと右側端面の
接触点Ｄとで同一の形状となる。このため、テー
パ部７ａとわん曲部７ｂとのくさび効果が案内面
７の左右両側とも同一となつて、接触点Ｃ，Ｄへ
の潤滑剤が浸入し易くなり、くさび作用による油
膜の形成が、きわめて効果的に達成されることに
なる。

一方、案内面に２段テーパ面を形成した場合の
スキユー角は、接触点を中心として左右非対称の
曲線Ｆとなるから、接触点を境界とするテーパ面
双方のくさび形状が不同一となつて、第２段のテ
ーパ面における潤滑剤の浸入およびくさび効果が
減少することになる。

また、円筒ころ４の回転中にスキユーが発生し
ても、円筒ころ４の軸方向の動き量△Ｌが、でき
きるだけ小さく抑えられているから、スキユー角
は最小限に止めることができ、スキユーモーメン
トによる力を小さく抑えることができる。

第１０図および第１１図は、この発明の他の実
施例を示すものであり、案内つばの案内面７の断
面形状は前述の第５図の場合と同様であるが、円
筒ころの端面９の形状は端面の転走面側の周縁部
を一定の曲率半径ｒで軸方向外側に膨出する球面
９ａとし、該球面９ａになめらかに連なる中央部
を軸心に対して垂直な平面９ｂとして形成してあ
る。曲率半径ｒの中心Ｏは転送面とつばの案内面
の半径方向端縁を通る軸方向線との間で適宜の位
置を選定する。かくして円筒ころの端面の転走面
側には部分クラウニングが施される。また、この
実施例においても、外輪１の両側案内面間の軸方
向長さは、円筒ころ４の軸方向の動き量△Ｌがで
きるだけ小さくなるように選定されている。

上記構成の円筒ころ軸受においても、円筒ころ
４の回転中にスキユーが発生したときの案内面７
との接触位置は、テーパ部７ａとわん曲部７ｂと
の交切線１０となるから、第１１図に示すよう
に、外輪１の軌道面５側に近接した位置Ｃが接触
点となり、短い回転半径で相対滑り速度が小さ
く、さらに、接触点Ｃにおいては、案内面７に形
成したテーパ部７ａおよびわん曲部７ｂと円筒こ
ろ４の端面９に施したクラウニングとの相乗効果
により、強力なくさび作用が生ずるため、案内面
７の油膜形成は、その作右両側ともさらにきわめ
て優れたものとなる。また、円筒ころ４の軸方向
の動き量△Ｌが、できるだけ小さく抑えられてい
るから、スキユー角が過大となるようなことがな
く、スキユーモーメントによる力を小さくするこ
とができる。

上記各実施例において、外輪の案内つばの案内
面に形成するテーパ部７ａとわん曲部７ｂとは、
接触点Ｃにおいて交切させてあるが、必ずしもこ
のようにして交切させる必要はなく、第１２図に
示すように、一定の半径R₁をもつ曲面１２によ
つて交切させることもある。この半径R₁は、曲
面１２がテーパ部７ａとわん曲部７ｂとになめら
かに連接するように適宜選定すればよい。このよ
うにした場合も、円筒ころの端面と案内つばの案
内面との接触位置は、テーパ部７ａとわん曲部７
ｂとが交切する位置Ｃに最も近接した点となるか
ら、前記と同様の効果を収めることができる。

また、上記各実施例では、テーパ部７ａは逃げ
部１ａの半径方向端縁から形成しているが、逃げ
部１ａを設けないで、軌道面５側の端縁からテー
パ部７ａを形成してもよい。

なお、各実施例における円筒ころの端面のクラ
ウニングは、端面の転走面側を球面とした部分ク
ラウニングであるが、端面の全部を球面にしたフ
ルクラウニングとして実施することもある。

この発明は、上述したとおり、案内つばの案内
面の断面形状を軌道面側のテーパ部と半径方向端
縁側のわん曲部とにより形成し、かつ、円筒ころ
の軸方向の動き量をできるだけ小さく抑えるよう
に構成されている。

したがつて、この発明によれば、スキユー発生
時において、案内つばと円筒ころとの接触点にお
ける相対滑り速度とスキユーモーメントによる力
とを小さくすることができるだけでなく、とく
に、接触点における潤滑剤の浸入と油膜形成が、
案内面を２段テーパ面とした場合に比べ著しく良
好となる。

また、この発明は、案内つばの案内面の成形加
工を行なうに当り、まず、わん曲部を成形加工し
て、しかる後にテーパ部を所定位置まで成形加工
するようにしている。

したがつて、この成形加工法によつて円筒ころ
軸受を製造すれば、スキユー発生時における案内
つばと円筒ころとの接触点の位置の加工誤差によ
るばらつきが、案内面を２段テーパ面とした場合
に比べ少なくなるから、接触点の設定位置の管理
がきわめて容易になり、接触点の位置の誤差に基
づく相対滑り速度の増大を抑制することが可能と
なる。

このように、この発明によれば、円筒ころの端
面の摩耗が、案内面に２段テーパ面を形成したも
のよりも著しく減少し、その寿命も延長するか
ら、特に高速回転の軸受として最適であるという
利点が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図ないし第３図は、スキユー現象の説明図
であり、第１図は、円筒ころ軸受の一部斜視図、
第２図は、スキユーモーメントＭの作用図、第３
図は、相対滑り速度の作用図、第４図は、この発
明の円筒ころ軸受の一例を示す一部縦断面図、第
５図は、この発明の実施例を示す一部拡大図、第
６図は、その側面図、第７図は、案内つばの案内
面の成形加工時における接触点の位置の誤差を示
す説明図、第８図は、油の浸入方向を示す説明
図、第９図は、案内面の高さとスキユー角との関
係を示す図表、第１０図は、この発明の他の実施
例を示す一部拡大図、第１１図は、その側面図、
第１２図は、案内つばの案内面の接合部を示す断
面図である。 図中、１……外輪、３……案内つば、４……円
筒ころ、５……軌道面、７……案内つばの案内
面、７ａ……テーパ部、７ｂ……わん曲部、９…
…円筒ころの端面、１０……テーパ部とわん曲部
との交切線、Ｃ……案内つばの案内面と円筒ころ
の端面との接触点、ｈ……接触点の軌道面からの
高さ、△Ｌ……円筒ころの軸方向の動き量であ
る。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 外輪もしくは内輪の何れか一方あるいは双方
   に案内つばを有し、該案内つばの案内面に円筒こ
   ろの端面を支承した円筒ころ軸受において、円筒
   ころのスキユーを抑制するために、案内つばの案
   内面間の軸方向の最小幅と円筒ころの長さとの差
   を微小量に設定し、且つ潤滑油の進入を容易にす
   るため、案内つばの案内面の断面形状を、軌道面
   側の端縁から軸方向外側に向けて半径方向に対し
   一定角度で傾斜させたテーパ部と、円筒ころの端
   面に対して一定の曲率半径で凸状にわん曲させて
   前記テーパ部と連接させたわん曲部と、により形
   成したことを特徴とする円筒ころ軸受。 ２ 案内つばの案内面に形成したテーパ部とわん
   曲部とが相互に曲面を介してなめらかに交切して
   いる、特許請求の範囲第１項記載の円筒ころ軸
   受。 ３ 案内つばの案内面と接する円筒ころの端面
   が、軸心に対し垂直な平面である、特許請求の範
   囲第１項記載の円筒ころ軸受。 ４ 案内つばの案内面と接する円筒ころの端面に
   クラウニングが施されている、特許請求の範囲第
   １項記載の円筒ころ軸受。 ５ 案内つばを有する円筒ころ軸受の前記案内つ
   ばの案内面を成形加工するに当り、案内面の全面
   に円筒ころの端面に対して凸状となるように一定
   の曲率半径をもつわん曲部を成形加工し、次い
   で、該わん曲部の軌道面側を半径方向に対し軸方
   向外側に一定の角度で傾斜するテーパ部となるよ
   うに成形加工して、該テーパ部とわん曲部との交
   切線と軌道面との間の半径方向の距離を所定の長
   さとすることを特徴とする円筒ころ軸受の製造方
   法。