JP6829522B2 - 自動調心ころ軸受 - Google Patents

Description

本発明は、自動調心ころ軸受に関する。

従来より、産業機械等に用いられる自動調心ころ軸受は、図４に示すように、外周面に複列の軌道面１０１ａ，１０１ａを有する内輪１０１と、内周面に内輪１０１の軌道面１０１ａに対向する球面状の軌道面１０２ａを有する外輪１０２と、内輪１０１及び外輪１０２の複列の軌道面１０１ａ，１０２ａ間に転動自在に配置される複数のころ１０３とを備えている。

このような自動調心ころ軸受１００では、多くの場合、複列のころ１０３がスキューすることなく転動できるように、ころ１０３の軸方向の端面を案内する案内輪１０５がころ１０３，１０３の列間に配置されている。すなわち、この案内輪１０５は、内輪１０１の摺動面１０１ｂに摺動可能に接する摺動面１０５ａを有する。また、案内輪１０５は、ころ１０３，１０３のそれぞれの軸方向の端面１０３ａ，１０３ａに挟まれるようにして摺動可能に接する側面１０５ｂを有する。

このような自動調心ころ軸受においては、案内輪の摩耗を防止する目的で、ころのスキューを抑制し、軌道輪とのすべり摩擦を低滅させて低発熱化を実現したり、案内輪ところとの間に油膜を形成させる等の構成が採用されることが多い。この種の自動調心ころ軸受の例としては、特許文献１，２に開示されたものがある。
例えば、特許文献１には、「ころの軸方向の端面とだらし部との境界」を丸めて案内輪ところとの局部摩耗の防止を図る構成が開示されている。
また、特許文献２には、案内輪の低発熱化による摩耗低減を目的として、案内輪ところとの接触面積を小さくして油膜を形成し易くし、案内輪の側面ところの軸方向の端面とが点接触となる構成をなす自動調心ころ軸受が開示されている。

特開２００７−１００９３４号公報 特許第３７８９６９８号公報

しかしながら、特許文献１に記載された技術は、「ころの軸方向の端面とだらし部との境界」を丸めているので、案内輪との接触点が限定されず、上記案内隙間の精度が悪くなるため、製造上、案内隙間が過大となった場合は、スキュー角が大きくなり、低発熱化できなくなるおそれがあった。
さらに、特許文献２に記載された技術は、「案内輪の傾斜面」と「ころの軸方向の端面とだらし部との境界」とを点接触させているが、この手段として「案内輪の傾斜面」と「ころの軸方向の端面」に角度（開き角）を持たせている。ここで、この開き角を大きくしすぎると、ころがスキューした場合に案内輪と接触しにくくなり、スキュー角が大きくなるため、低発熱化できなくなるおそれがある。
本発明は上記課題に着目してなされたものであり、案内輪の異常摩耗を防止しつつ、ころのスキューを効果的に抑制した低発熱性に優れた自動調心ころ軸受を提供することを目的とする。

上記課題を解決するための自動調心ころ軸受のある態様は、外周面に複列の軌道面を有する内輪と、内周面に前記軌道面に対向する球面状の軌道面を有する外輪と、前記複列の軌道面と球面状の軌道面との間に転動自在に配置される複数のころと、前記ころの列間に配置されて、前記ころを案内する案内輪とを有し、
前記案内輪の側面と前記ころの軸方向の端面とが離間して案内隙間を形成し、かつその案内隙間の寸法が前記ころの最大径寸法の１．０％以下であり、
前記ころの軸方向の端面において全周に亘って面取りされた面取り部のころの端面側にだらし部が設けられ、前記案内輪の前記側面の径方向の内側に傾斜面が設けられ、前記傾斜面の径方向の内側に面取り部が設けられ、
前記案内輪の側面が、前記ころから前記内輪に加えられる力の向きに対して前記ころの軸方向の端面から離間するように開き角θで前記外輪側に開いて傾斜させた傾斜面を有し、
前記ころがスキューした場合、前記傾斜面と、前記ころの軸方向の端面と前記だらし部との境界とが点接触し、前記開き角θが０．５°〜４°であり、
だらし径Ｘ（前記ころの径方向に沿う、前記ころの軸方向の端面と前記だらし部との境界間の直径寸法）が下記式（１）〜（３）を満たす。

下記式（１）〜（３）において、Ｚｅは、「ころの頭部中心（ころの中心軸と案内輪側のころの軸方向の端面との交点）」の径方向寸法、Ｄｍｏは、内輪の軌道径寸法、Ｄａは、ころ最大径寸法、Ｌ０は、ころの芯寄り寸法（「ころの最大径」から、案内輪と接触する側の「ころの軸方向の端面」までのころの軸方向に沿った寸法）、Ｚｍは、「案内輪の傾斜面と面取り部との境界」の径方向寸法、δは、日本工業規格ＪＩＳ Ｂ ０１０４−１９９１「転がり軸受用語」に「呼び接触角」で定義される接触角、Ｄｃｏは、内輪の外径寸法、ｄｍｉは、案内輪の内径寸法、Ｒｍは、案内輪の面取り部の面取り寸法、βは、案内輪の軸受中心軸に直交する面に対する前記傾斜面の傾斜角度である。
Ｘ＜２（Ｚｅ−Ｚｍ）／ｃｏｓδ・・・・・・・・・・・・・・・・・・式（１）
Ｚｅ＝（Ｄｍｏ＋Ｄａ／２）×ｃｏｓδ＋Ｌ０ｓｉｎδ・・・・・・・・式（２）
Ｚｍ＝Ｄｃｏ／２＋（ｄｍｉ−Ｄｃｏ）／２＋Ｒｍ（１−ｓｉｎβ）・・・式（３）

本発明によれば、案内輪の異常摩耗を防止しつつ、ころのスキューを効果的に抑制した低発熱性に優れた自動調心ころ軸受を提供することができる。

本発明の自動調心ころ軸受の実施形態における構成を示す断面図である。 図１の要部拡大図である。 図２（ｂ）の要部拡大図である。 自動調心ころ軸受の従来の構成を示す断面図である。

以下、本発明に係る自動調心ころ軸受の実施形態について図面を参照して説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明に係る自動調心ころ軸受の第１実施形態における構成を示す断面図である。また、図２（ａ）は、図１の要部拡大図であり、図２（ｂ）は図２（ａ）の要部拡大図である。なお、図２（ａ），（ｂ）は、説明の理解のため、若干誇張して示している。
本実施形態の自動調心ころ軸受１は、図１に示すように、外周面に複列の軌道面２ａを有する内輪２と、内周面に内輪２の軌道面２ａに対向する球状の軌道面３ａを有する外輪３と、複列の軌道面２ａ，３ａ間に転動自在に配置される複数のころ４とを備えている。

この自動調心ころ軸受１のころ４は、保持器５により、ころ列毎に転動自在に保持されている。また、内輪２の外周面における軸方向中央部２ｂと保持器５の内周面との間には、円環状の案内輪６が配置されている。
案内輪６は、その内周面（摺動面）６ａが内輪２の外周面における軸方向中央部２ｂと摺接するとともに、その外周面６ｆが保持器５の内周面の一部と摺接するようになっている。そして、案内輪６の側面６ｂところ４の軸方向の端部との間に潤滑油が保持されて流体膜が形成されている。

［案内隙間］
本実施形態の自動調心ころ軸受１は、当該自動調心ころ軸受の負荷圏（内輪２，外輪３，ころ４に隙間がない状態）における「案内輪６の傾斜面６ｃ」と「ころ４の軸方向の端面４ａ」とのころ４の軸方向に沿った隙間（以下、案内隙間ということがある）の寸法ｓを正とし、且つその寸法ｓの上限をころ４の最大径寸法Ｄａ（図１参照）の１．０％以下としている。この案内隙間の寸法ｓは、図３に示すように、「ころ４の境界４ａｃ」における「ころ４から内輪２に加えられる力の向きを示す直線Ｌ（図１，２参照）」に直交する方向に沿うころ４と案内輪６との距離である。具体的には、案内隙間の寸法ｓは、「ころ４の境界４ａｃ」と、その境界４ａｃの「対向部６ｅ」との寸法を指す。ここで、「境界４ａｃ」は、「ころ４の軸方向の端面４ａ」と後述する「だらし部４ｃ」との境界を指す。また、「直線Ｍ」は、「ころ４から内輪２に加えられる力の向きを示す直線Ｌ（図１，２参照）」に直交する直線を指す。また、「対向部６ｅ」は、境界４ａｃを通る直線Ｍと、案内輪６の傾斜面６ｃとの交点を指す。

このように、上記案内隙間の寸法ｓを正とし、予圧が掛からないように構成することによって、案内輪６の異常摩耗が発生しにくく、ころ４がスキューした場合には、ころ４が案内輪６に接触して幾何的にころ４のスキューを抑制し、低発熱性を実現することができる。
ここで、案内隙間の寸法ｓが過大であると、ころ４のスキュー角が大きくなり（すべり摩擦が大きくなり）、発熱量が大きくなることが懸念される。そこで、本実施形態では、上記案内隙間の寸法の上限値を上記のように設定することで、ころ４がスキューした場合でもスキュー角を小さく抑制できる構成とした。

［だらし部］
また、自動調心ころ軸受１のころ４の軸方向の端面４ａにおいて面取りされた面取り部４ｂには、だらし部４ｃが設けられている。このだらし部４ｃは、面取り部４ｂの径方向の曲率変化よりも少ない、又はゼロの状態で面取り部４ｂに寸法ｄで削られた形状を指す。寸法ｄは、ころ４の境界４ａｃが案内輪６の傾斜面６ｃに当たる大きさとすることが好ましい。なお、寸法ｄは、ころ４の中心軸に直交する方向に測定するものである。
このように、本実施形態では、ころ４にだらし加工を施して「ころ４の軸方向の端面４ａとだらし部４ｃとの境界４ａｃ」を設け、案内輪６との接触点を精度良く限定でき、上記案内隙間の寸法が過大となることを防止できる。したがって、ころ４がスキューした場合でもスキュー角を小さく抑制することが可能であり、低発熱化を実現することができる。

［だらし部の加工方法］
なお、だらし部４ｃの加工方法としては、旋削加工、研削加工やハードターニング等があるが、本発明の効果を損なわない精度が保たれた加工方法であれば、特に限定されるものではない。

［だらし寸法］
ここで、「境界４ａｃ」の自動調心ころ軸受１の径方向の位置は、「案内輪６の傾斜面６ｃと面取り部６ｄとの境界６ｃｄ」の自動調心ころ軸受１の径方向の位置よりも大きく設定される。このようにすることによって、案内輪６が何れかに偏った場合においても境界部４ａｃ，６ｃｄ同士の接触による案内輪６の異常摩耗を防止することができる。

境界部４ａｃ，６ｃｄの位置関係については、具体的には、ころ４の径方向に沿った、ころ４の軸方向の端面４ａとだらし部４ｃとの境界４ａｃ，４ａｃ間の寸法（以下、だらし寸法ということがある。）が下記式（１）〜（３）を満たす。
Ｘ＜２（Ｚｅ−Ｚｍ）／ｃｏｓδ・・・・・・・・・・・・・・・・・・式（１）
Ｚｅ＝（Ｄｍｏ＋Ｄａ／２）×ｃｏｓδ＋Ｌoｓｉｎδ・・・・・・・・式（２）
Ｚｍ＝Ｄｃｏ／２＋（ｄｍｉ−Ｄｃｏ）／２＋Ｒｍ（１−ｓｉｎβ）・・・式（３）

なお、上記式（１）において、「Ｘ」は、「だらし径」を示し、ころ４の軸方向の端面４ａとだらし部４ｃとの境界４ａｃ，４ａｃ間のころ４から内輪２に加えられる力の向きを示す直線Ｌに沿う寸法を示す。また、「Ｚｅ」は、「ころ４の頭部中心（ころ４の中心軸と案内輪６側のころ４の軸方向の端面４ａとの交点）」の自動調心ころ軸受の回転軸Ｓ０（図１参照）からの径方向に沿った寸法を示す（上記式（２）の「Ｚｅ」も同じ）。また、「Ｚｍ」は、「案内輪６の傾斜面６ｃと面取り部６ｄとの境界６ｃｄ」の自動調心ころ軸受の回転軸Ｓ０からの径方向に沿った寸法を示す（上記式（３）の「Ｚｍ」も同じ）。また、「β」は、案内輪６の軸受中心軸に直交する面Ｓ２に対する傾斜角度を示す。

また、上記式（２）において、「Ｄｍｏ」は、内輪２の軌道径の寸法を示す。また、「Ｄａ」は、ころ４の最大径の寸法を示す。また、「δ」は、日本工業規格ＪＩＳ Ｂ ０１０４−１９９１「転がり軸受用語」に記載の接触角「呼び接触角」で定義されるものであり、軸受中心軸に直交する面Ｓ２と、ころ４から内輪２に加えられる力の向きを示す直線Ｌとによって形成される角度δを意味する。また、「Ｌ_０」は、ころ４の芯寄り寸法（「ころ４の最大径Ｄａ」から、案内輪６と接触する側の「ころ４の軸方向の端面４ａ」までのころ４の軸方向に沿った寸法）を示す。
また、上記式（３）において、「Ｄｃｏ」は、内輪２の外径寸法を示す。また、「ｄｍｉ」は、案内輪６の内径寸法を示す。また、「Ｒｍ」は、案内輪６の面取り部６ｄの面取り寸法を示す。

（他の実施形態）
自動調心ころ軸受の他の実施形態として、「ころ４の軸方向の端面４ａ」と「案内輪６の傾斜面６ｃ」との間に角度（開き角）を設け、この角度を規定することが好ましい。
［開き角］
自動調心ころ軸受１の案内輪６の側面６ｂには、ころ４から内輪２に加えられる力の向きを示す直線Ｌに対してころ４の軸方向の端面４ａから離間するように開き角θで外輪側に開いて傾斜させた傾斜面６ｃが形成されている。この開き角θは、接触角δに対し、案内輪６の傾斜面６ｃを含む面Ｓ１と、ころ４から内輪２に加えられる力の向きを示す直線Ｌとによって形成される角度として定義される。

開き角θは、０．５°〜４．０°であることが好ましい。開き角θが０．５°よりも小さいと、ころ４の軸方向の端面４ａと、「案内輪６の並行部６ｇと傾斜面６ｃとの境界６ｃｇ」とがころ４のスキューのときに当たりやすくなってしまい、境界６ｃｇが損傷しやすくなる。また、製造精度によっては「ころ４の軸方向の端面４ａ」と「案内輪６の傾斜面６ｃ」とが面接触となり、潤滑不足により案内輪６が摩耗し易くなることがある。また、開き角θが４．０°を超えると、ころ４がスキューした場合に案内輪６と接触しにくく、ころ４のスキュー角が大きくなり易い（すべり摩擦が大きくなる）ため、好ましくない。なお、開き角θは１．５°がより好ましい。

このように、「ころ４の軸方向の端面４ａ」と「案内輪６の傾斜面６ｃ」との間に角度（開き角）を設けることによって、「案内輪６の傾斜面６ｃ」と「ころ４の軸方向の端面４ａとだらし部４ｃとの境界４ａｃ」とを点接触させることができる。よって、ころ４がスキューした場合でもスキュー角を小さく抑制でき、さらには、上記案内隙間を精度良く管理することができる。

以上説明したように、本実施形態の自動調心ころ軸受１は、「案内輪６の傾斜面６ｃ」と「ころ４の軸方向の端面４ａ」とのころ４の軸方向の隙間（案内隙間）の寸法を正の値とし、かつその隙間寸法の上限をころ４の最大径の１．０％以下としている。そのため、案内輪６の異常摩耗を防止しつつ、ころ４がスキューした場合には、案内輪６の側面６ｂと接触して幾何的にスキューを防止し、ころ４のスキュー角を小さく抑制することができ、結果として低発熱性に優れた自動調心ころ軸受を提供することができる。

また、本実施形態の自動調心ころ軸受１は、「ころ４の軸方向の端面４ａ」にだらし加工を施し、「ころ４の軸方向の端面４ａとだらし部４ｃとの境界４ａｃ」を設けることによって、「案内輪６の傾斜面６ｃ」との接触点を限定し、上記案内隙間を精度良く管理できる。
以上、本発明に係る自動調心ころ軸受について説明したが、本発明に係る自動調心ころ軸受は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しなければ種々の変形が可能である。

１ 自動調心ころ軸受
２ 内輪
３ 外輪
４ ころ
４ａ （軸方向の）端面
４ｂ 面取り部
４ｃ だらし部
４ａｃ （端面とだらし部との）境界
５ 保持器
６ 案内輪
６ａ 摺動面
６ｂ 側面
６ｃ 傾斜面
６ｄ 面取り部
６ｃｄ （傾斜面と面取り部との）境界
６ｇ 並行部
６ｃｇ 境界

Claims (1)

1. 外周面に複列の軌道面を有する内輪と、内周面に前記軌道面に対向する球面状の軌道面を有する外輪と、前記複列の軌道面と前記球面状の軌道面との間に転動自在に配置される複数のころと、前記ころの列間に配置されて、前記ころを案内する案内輪とを有し、
   前記案内輪の側面と前記ころの軸方向の端面とが離間して案内隙間を形成し、かつその案内隙間の寸法が前記ころの最大径寸法の１．０％以下であり、
   前記ころの軸方向の端面において全周に亘って面取りされた面取り部のころの端面側にだらし部が設けられ、前記案内輪の前記側面の径方向の内側に傾斜面が設けられ、前記傾斜面の径方向の内側に面取り部が設けられ、
   前記案内輪の側面が、前記ころから前記内輪に加えられる力の向きに対して前記ころの軸方向の端面から離間するように開き角θで前記外輪側に開いて傾斜させた前記傾斜面を有し、
   前記ころがスキューした場合、前記傾斜面と、前記ころの軸方向の端面と前記だらし部との境界とが点接触し、前記開き角θが０．５°〜４°であり、
   だらし径Ｘ（前記ころの径方向に沿う、前記ころの軸方向の端面と前記だらし部との境界間の直径寸法）が下記式（１）〜（３）を満たす自動調心ころ軸受。
   ここで、下記式（１）〜（３）において、Ｚｅは、「ころの頭部中心（ころの中心軸と案内輪側のころの軸方向の端面との交点）」の径方向寸法、Ｄｍｏは、内輪の軌道径寸法、Ｄａは、ころ最大径寸法、Ｌ０は、ころの芯寄り寸法、Ｚｍは、「案内輪の傾斜面と面取り部との境界」の径方向寸法、δは、日本工業規格ＪＩＳ Ｂ ０１０４−１９９１「転がり軸受用語」に「呼び接触角」で定義される接触角、Ｄｃｏは、内輪の外径寸法、ｄｍｉは、案内輪の内径寸法、Ｒｍは、案内輪の面取り部の円弧の面取りの曲率半径、βは、案内輪の軸受中心軸に直交する面に対する前記傾斜面の傾斜角度である。
   Ｘ＜２（Ｚｅ−Ｚｍ）／ｃｏｓδ・・・・・・・・・・・・・・・・・・式（１）
   Ｚｅ＝（Ｄｍｏ＋Ｄａ／２）×ｃｏｓδ＋Ｌ０ｓｉｎδ・・・・・・・・式（２）
   Ｚｍ＝Ｄｃｏ／２＋（ｄｍｉ−Ｄｃｏ）／２＋Ｒｍ（１−ｓｉｎβ）・・・式（３）

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