特開 2023-144284 減速機の軸受構造

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023144284

(43)【公開日】2023-10-11

(54)【発明の名称】減速機の軸受構造

(51)【国際特許分類】

   F16C 33/58 20060101AFI20231003BHJP

   F16C 19/36 20060101ALI20231003BHJP

   F16H 1/32 20060101ALI20231003BHJP

【ＦＩ】

F16C33/58

F16C19/36

F16H1/32 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022051193

(22)【出願日】2022-03-28

(71)【出願人】

【識別番号】000002107

【氏名又は名称】住友重機械工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100105924

【弁理士】

【氏名又は名称】森下 賢樹

(74)【代理人】

【識別番号】100116274

【弁理士】

【氏名又は名称】富所 輝観夫

(72)【発明者】

【氏名】尾崎 圭太朗

(72)【発明者】

【氏名】阿部 瞬

(72)【発明者】

【氏名】冨永 拓人

【テーマコード（参考）】

3J027

3J701

【Ｆターム（参考）】

3J027FA37

3J027GB03

3J027GC02

3J027GE25

3J701AA13

3J701AA25

3J701AA32

3J701AA42

3J701AA54

3J701AA62

3J701AA72

3J701BA57

3J701BA69

3J701DA11

3J701EA03

3J701FA60

3J701GA11

3J701XB03

3J701XB24

(57)【要約】

【課題】本発明の目的は、鍔部と円筒ころの接触による摩耗を抑制可能な減速機の軸受構造を提供することである。
【解決手段】ある態様の減速機の軸受構造１０は、外輪２と、内輪３と、外輪２と内輪３との間に転動自在に配置される複数の円筒ころ４とを有し、外輪２および内輪３の少なくとも一方の軌道輪５は、円筒ころ４が転動する転動面５６と、円筒ころ４の軸方向の移動を規制する鍔部５７を有し、転動面５６と鍔部５７とがなす角は９０度よりも大きい。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

外輪と、内輪と、前記外輪と前記内輪との間に転動自在に配置される複数の円筒ころとを有し、前記外輪および前記内輪の少なくとも一方の軌道輪は、前記円筒ころが転動する転動面と、前記円筒ころの軸方向の移動を規制する鍔部を有し、前記転動面と前記鍔部とがなす角は９０度よりも大きい、減速機の軸受構造。

【請求項2】

前記鍔部の先端部は、前記円筒ころとは接触しない、請求項１に記載の減速機の軸受構造。

【請求項3】

前記円筒ころの軸方向端面と外周面との間には、軸方向外側に向かって外径が小さくなる面取部が設けられ、
前記転動面と前記鍔部との間には前記円筒ころとは反対側にくぼんだ隅部が設けられ、
前記面取部の径方向幅は、前記隅部の径方向幅よりも大きい、請求項１または２に記載の減速機の軸受構造。

【請求項4】

前記円筒ころの前記面取部の軸方向幅は、前記面取部の前記径方向幅よりも小さい、請求項３に記載の減速機の軸受構造。

【請求項5】

前記円筒ころの軸方向端面は、軸方向外側に凸の曲面形状のクラウニング部が形成される、請求項３または４に記載の減速機の軸受構造。

【請求項6】

前記クラウニング部の軸方向における外径の減少割合は、前記面取部の軸方向における外径の減少割合よりも小さい、請求項５に記載の減速機の軸受構造。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、減速機の軸受構造に関する。

【背景技術】

【0002】

減速機において、支持部材に対して被支持部材を回転可能に支持する軸受が知られている。例えば、特許文献１には、第一部材と第二部材とを回転可能に支持する軸受が開示されている。この軸受は、アウターレースと、インナーレースと、これらの間に配置された複数のころと、保持器とを備える。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１９－１９９６２号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

特許文献１に記載の軸受のインナーレースには、転動面に対して半径方向外方に突出し、且つシール部の内周に収まる外径を有する鍔部が形成されている。鍔部は、インナーレースの半径方向と直交する方向に延びた爪部を有する。この爪部は、インナーレースの周方向の全周に亘り形成される。この軸受では、アウターレースとインナーレースが相対回転するとき、ころの端面が鍔部の爪部に擦れて磨耗し、鉄粉などの摩耗粉が発生する。減速機の軸受で摩耗粉が多く発生すると、減速機内部に侵入する摩耗粉の量が増え、第一部材、第二部材を含む内部部材の表面が損傷し、減速機の耐久性が低下するという問題がある。

【0005】

本発明は、このような課題に鑑みてなされたもので、鍔部と円筒ころの接触による摩耗を抑制可能な減速機の軸受構造を提供することを目的の一つとする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記課題を解決するために、本発明のある態様の減速機の軸受構造は、外輪と、内輪と、外輪と内輪との間に転動自在に配置される複数の円筒ころとを有し、外輪および内輪の少なくとも一方の軌道輪は、円筒ころが転動する転動面と、円筒ころの軸方向の移動を規制する鍔部を有し、転動面と鍔部とがなす角は９０度よりも大きい。

【0007】

なお、以上の構成要素の任意の組み合わせや、本発明の構成要素や表現を方法、システムなどの間で相互に置換したものもまた、本発明の態様として有効である。

【図面の簡単な説明】

【0008】

【図1】実施形態に係る軸受構造が適用された減速機の一例を示す断面図である。

【図2】図１の軸受構造の鍔部と円筒ころの接触部を模式的に示す図である。

【図3】比較例の軸受構造の鍔部と円筒ころを示す斜視図である。

【図4】図３のＡＣ－ＡＣ線に沿った縦断面およびＡＤ－ＡＤ線に沿った縦断面を示す断面図である。

【図5】図４の矩形Ｂで囲む領域の拡大断面図である。

【図6】図５の線断面の鍔部と円筒ころの接触部を模式的に示す図である。

【図7】図３の円筒ころの端面に平行な視点から円筒ころの接触部を視た模式図である。

【発明を実施するための形態】

【0009】

以下、本発明を好適な実施形態をもとに各図面を参照しながら説明する。実施形態および変形例では、同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、各図面における部材の寸法は、理解を容易にするために適宜拡大、縮小して示される。また、各図面において実施形態を説明する上で重要ではない部材の一部は省略して表示する。

【0010】

また、第１、第２などの序数を含む用語は多様な構成要素を説明するために用いられるが、この用語は一つの構成要素を他の構成要素から区別する目的でのみ用いられ、この用語によって構成要素が限定されるものではない。

【0011】

［実施形態］
図１、図２を参照して、実施形態に係る減速機の軸受構造１０（以下、単に「軸受構造１０」という）の構成を説明する。図１は、本発明の実施形態の軸受構造１０が適用された減速機１００の一例を示す断面図である。以下、便宜的に、減速機１００の入力軸８１の中心軸線Ｌａに沿った方向で、図中右側を入力側といい、図中左側を反入力側という。図２は、軸受構造１０の鍔部５７と円筒ころ４の接触部を模式的に示す図である。図２（Ａ）は、円筒ころ４の中心軸線Ｌｂを含む鉛直面で切断した縦断面を示し、図２（Ｂ）は、拡大した縦断面を示し、図２（Ｃ）は矢印Ｓで示す視点から視た図を示す。以下、軸受構造１０の円筒ころ４の中心軸線Ｌｂに沿った方向を「軸方向」といい、中心軸線Ｌｂを中心とする円の円周方向、半径方向をそれぞれ「周方向」、「径方向」とする。

【0012】

まず、軸受構造１０が適用された減速機１００の全体構成を説明する。減速機１００は、入力軸８１に入力された回転を減速して出力部材から出力する減速機である。減速機１００は、公知の原理に基づく種々の減速機構を採用できる。図１の例では、減速機１００は、互いに噛み合う外歯歯車８５、８６および内歯歯車８８を有する遊星歯車式減速機である。軸受構造１０は、減速機１００において、互いに相対回転可能な一方の部材と他方の部材の間に配置される各部の軸受に適用できる。この例の軸受構造１０は、リング状のケーシング８２と、キャリヤ８３、８４の間に配置される主軸受６１、６２に適用されている。キャリヤ８３、８４は、主軸受６１、６２を介してケーシング８２に支持される。ケーシング８２とキャリヤ８３、８４の一方は、減速機１００を支持するための外部部材（不図示）に固定される被固定部材として機能し、他方は、被駆動部材（不図示）に回転動力を出力する出力部材として機能する。

【0013】

軸受構造１０を説明する。図１に示すように、軸受構造１０は、外輪２と、内輪３と、複数の円筒ころ４と、保持器６３を有するアンギュラころ軸受である。外輪２および内輪３は、それぞれ円筒ころ４が転動するための転動面を有する。複数の円筒ころ４は、外輪２と内輪３との間に転動自在に配置される。保持器６３は、複数の円筒ころ４を所定の位置に保持する。この例では、内輪３は、キャリヤ８３、８４と一体的に形成されており、外輪２はケーシング８２の内周面に収容されている。

【0014】

図２に示すように、外輪２および内輪３の少なくとも一方（以下、「軌道輪５」という）は、円筒ころ４が転動する転動面５６と、円筒ころ４の軸方向の移動を規制する鍔部５７を有する。鍔部は外輪に設けられてもよいが、この例の鍔部５７は、内輪３の転動面５６の一方の端部に周方向に連続して設けられるリング状の部分である。軌道輪５の転動面５６と鍔部５７の間には、周状凹部形状を有する隅部５２が形成される。特に、隅部５２は、転動面５６と鍔部５７との間において、円筒ころ４とは反対側にくぼんでいる。

【0015】

円筒ころ４は、外周部４１と、外周部４１の両端に接続される２つの軸方向端面４２を有する。軸方向端面４２は、その中心で軸方向に直交する端面である。外周部４１と、軸方向端面４２とは端面角部を介して接続されており、端面角部には面取部４４が設けられている。特に、面取部４４は、円筒ころ４の軸方向端面と外周面との間において、軸方向外側に向かって外径が小さくなるように設けられる。面取部４４は、Ｃ形状であってもよいが、この例ではＲ形状を有する。

【0016】

一例として、外輪２および内輪３は、ＪＩＳ名ＳＣＭ４２０などの浸炭鋼で形成できる。一例として、円筒ころ４は、ＪＩＳ名ＳＵＪ２などの軸受鋼で形成できる。一例として、円筒ころ４の表面硬度は、外輪２および内輪３の表面硬度よりも高硬度に設定できる。

【0017】

先に、図３～図７を参照して比較例に係る軸受構造９０を説明する。図３～図７は、軸受構造９０の鍔部５７と円筒ころ４の接触部を模式的に示す図である。図３は、軸受構造９０の鍔部５７と円筒ころ４を示す斜視図である。この図では、１つの円筒ころ４の断面を示している。図４は、図３のＡＣ－ＡＣ線に沿った縦断面およびＡＤ－ＡＤ線に沿った縦断面を示す断面図である。ＡＣ－ＡＣ線断面は、後述する図７に示す２箇所の接触部Ｃの内１箇所を通る鉛直面に沿った断面である。ＡＤ－ＡＤ線断面は、円筒ころ４の軸心を通り鉛直面に沿った断面である。

【0018】

図５は、図４の矩形Ｂで囲む領域の拡大断面図である。図６は、図５における鍔部５７と円筒ころ４の接触部Ｃを模式的に示す図である。この図では、鍔部５７は外形輪郭を示している。図７は、図３の円筒ころ４の端面に平行な視点から鍔部５７と円筒ころ４の接触部Ｃを視た模式図であり、図２（Ｃ）に対応する。この図では、鍔部５７の輪郭と円筒ころ４の輪郭を示している。

【0019】

比較例の軸受構造９０は、実施形態の軸受構造１０を開発する過程で、比較のために作成されたものである。比較例の軸受構造９０は、鍔部５７の形状及び円筒ころ４の端面形状が異なる点で実施形態の軸受構造１０と相違し、他の構成は同様であり、重複する説明を省略する。

【0020】

図６に示されるように、比較例の軸受構造９０では、転動面５６と鍔部５７とがなす角θは９０度に設定されている。鍔部５７の先端部５８は、円筒ころ４の軸方向端面４２に接触する。つまり、円筒ころ４の軸方向端面４２の鍔部５７との接触部Ｃは、鍔部５７の先端部５８に形成される。比較例では、図７に示されるように、接触部Ｃは、軸方向端面４２の両端の２箇所に形成される。

【0021】

比較例に係る軸受構造９０を有する主軸受６１、６２を装着した減速機１００において、主軸受６１、６２に所定の負荷がかかる状態で所定の期間の耐久試験をしたところ、接触部Ｃである鍔部５７の先端部５８で磨耗が発生した。これは、接触部の曲率が大きい場合は、小さい場合よりも接触面積が小さく、面圧が高く、磨耗量が増加するところ、先端部５８の曲率が大きいため、比較例の接触部Ｃは、接触面積が小さく、磨耗量が大きくなるためと考えられる。磨耗量が大きくなると、その磨耗量に応じて摩耗粉量が増える。

【0022】

図１に示すように、接触部Ｃの磨耗で発生した摩耗粉は、一部が主軸受６１、６２に侵入し、別の一部は外歯歯車８５、８６、内歯歯車８８を含む減速機構に侵入する。磨耗量が多い場合、減速機構に侵入する磨耗粉量が増え、外歯歯車８５、８６や内歯歯車８８などの内部部材の表面が損傷し、減速機の耐久性が低下する。また、摩耗粉は主軸受６１、６２の耐久性も低下させる。比較例の磨耗量は実使用可能な範囲内であったが、減速機１００の寿命を延ばす観点から磨耗量は小さいことが望ましい。

【0023】

比較例の説明を踏まえて、実施形態の軸受構造１０を説明する。図２を参照する。実施形態では、比較例に対して摩耗粉の発生量を低減する観点から、転動面５６と鍔部５７とがなす角θは９０度よりも大きく構成される。角θを大きくすることにより、鍔部５７の先端部５８は、円筒ころ４とは接触せず、接触部Ｃは、鍔部５７の先端部５８から根本側に移動し、比較例よりも接触面積が拡大される。接触面積が大きくなることにより、比較例と比較して、面圧が低下し、磨耗が抑制され、磨耗粉の発生量が少なくなる。

【0024】

実験の結果、例えば、転動面５６と鍔部５７とがなす角θは、９０．８°以上で９１．４°以下の範囲で、顕著に摩耗粉の発生抑制効果が得られるとの示唆を得ている。また、転動面５６と鍔部５７とがなす角θが大きすぎると、円筒ころ４が鍔部５７に乗り上げて脱落するおそれがある。角θが９５°以下の範囲では、円筒ころ４の脱落を殆ど防止できるとの示唆を得ている。

【0025】

また、実施形態では、外周部４１の軸方向端部の角部の面取部４４が比較例よりも大きい。特に、円筒ころ４の端面角部の面取部４４の径方向幅Ｗ１は、軌道輪５の転動面５６と鍔部５７の間の隅部５２の径方向幅Ｗ２よりも大きい。ここで、隅部５２の径方向幅Ｗ２とは、鍔部５７の内側面と隅部５２との交点と、転動面５６との間の距離（円筒ころ４の径方向における距離）のことをいう。また、円筒ころ４の面取部４４の軸方向幅Ｗ３は、面取部４４の径方向幅Ｗ１よりも小さい。図２の例では、隅部５２の径方向幅Ｗ２は０．４ｍｍで、面取部４４の径方向幅Ｗ１は、０．８ｍｍであり、軸方向幅Ｗ３は０．４ｍｍである。このような面取部４４の形状により、円筒ころ４と鍔部５７の接触部Ｃは、曲率が小さい面取部４４の終点近傍に形成され、接触面積が一層拡大される。

【0026】

また、実施形態では、図２（Ｃ）に示すように、円筒ころ４の軸方向端面４２に、面取部４４の軸方向幅Ｗ３よりも小さな軸方向幅Ｗ４を有するクラウニング部４５が形成される。特に、クラウニング部４５は、円筒ころ４の軸方向端面において、軸方向外側に凸の曲面形状を呈する。また、この例では、クラウニング部４５の軸方向における外径の減少割合は、面取部の軸方向における外径の減少割合よりも小さい。なお、図２（Ｃ）では、理解を容易にするために、面取部４４およびクラウニング部４５は軸方向に強調されている。実施形態では、接触部Ｃは、図２（Ｃ）に示されるように、軸方向端面４２の中間の１箇所に形成される。また、クラウニング部４５を有することにより、軸方向端面４２の接触部Ｃでの曲率がさらに小さくなり、接触面積が一層拡大される。

【0027】

実施形態の軸受構造１０を有する主軸受６１、６２を装着した減速機１００において、主軸受６１、６２に所定の負荷がかかる状態で所定の期間の耐久試験をしたところ、接触部Ｃでの摩耗量が比較例の半分程度に減少した。これは、接触部Ｃの接触面積が拡大されたためと考えられる。

【0028】

また、実施形態では、鍔部５７の加工条件による磨耗量への影響についても検討も行った。鍔部５７の第１の加工条件は旋盤仕上げで、表面粗さの算術平均粗さＲａを０．６μｍ以下にした。第２の加工条件は研削仕上げで、表面粗さの算術平均粗さＲａを０．３μｍ以下にした。いずれの加工条件でも耐久試験による磨耗量を所望の値以下にすることができたが、第２の加工条件によれば、第１の加工条件よりも磨耗量を少なくすることができた。これらから、第１の加工条件は、加工時間が短い点で好ましく、第２の加工条件は、磨耗量が少ない点で好ましいといえる。これらは、用途に応じて使い分けることができる。

【0029】

また、実施形態では、円筒ころ４の軸方向端面４２の表面粗さによる磨耗量への影響についても検討も行った。軸方向端面４２の第１の表面粗さ条件は、算術平均粗さＲａを０．１５μｍ以下とし、第２の表面粗さ条件は、算術平均粗さＲａを０．１μｍ以下とした。いずれの表面粗さ条件でも耐久試験による磨耗量を所望の値以下にすることができたが、第２の表面粗さ条件によれば、第１の表面粗さ条件よりも磨耗量を少なくすることができた。これらから、第１の表面粗さ条件は、加工時間が短い点で好ましく、第２の表面粗さ条件は、磨耗量が少ない点で好ましいといえる。これらは、用途に応じて使い分けることができる。

【0030】

上記のように構成された減速機の軸受構造１０の特徴を説明する。実施形態の減速機の軸受構造１０は、外輪２と、内輪３と、外輪２と内輪３との間に転動自在に配置される複数の円筒ころ４とを有し、外輪２および内輪３の少なくとも一方の軌道輪５は、円筒ころ４が転動する転動面５６と、円筒ころ４の軸方向の移動を規制する鍔部５７を有し、転動面５６と鍔部５７とがなす角は９０度よりも大きい。

【0031】

この構成によれば、円筒ころ４の端面４２と鍔部５７の接触部分の面積が広くなり摩耗粉の発生を低減できる。摩耗粉の発生が少ないので、減速機１００の内部に侵入する摩耗粉の量が減り、摩耗粉による減速機の内部部材の損傷を減らして減速機の耐久性を向上することができる。

【0032】

以上、実施形態をもとに本発明を説明した。これらの実施形態は例示であり、いろいろな変形および変更が本発明の特許請求の範囲内で可能なこと、またそうした変形例および変更も本発明の特許請求の範囲にあることは当業者に理解されるところである。従って、本明細書での記述および図面は限定的ではなく例証的に扱われるべきものである。

【0033】

（変形例）
以下、変形例を説明する。変形例の図面および説明では、実施形態と同一または同等の構成要素、部材には、同一の符号を付する。実施形態と重複する説明を適宜省略し、実施形態と相違する構成について重点的に説明する。

【0034】

上述の説明では、軸受構造１０が、減速機１００の主軸受６１、６２に適用される例を示したが、本発明はこれに限定されない。本発明の軸受構造は、主軸受以外の減速機の軸受に適用されてもよく、例えば、減速機の入力軸を支持する軸受に適用されてもよい。

【0035】

上述の説明では、軸受構造１０が適用される減速機１００が遊星歯車式減速機である例を示したが、本発明はこれに限定されない。例えば、本発明の軸受構造は、カップ型やシルクハット型の撓み噛み合い式減速機や、単純歯車減速機等公知の様々な減速機に適用できる。

【0036】

上述の説明では、軌道輪５の鍔部５７が内輪３に設けられる例を示したが、本発明はこれに限定されない。鍔部は、外輪に設けられてもよいし、内輪と外輪の両方に設けられてもよい。

【0037】

上述の説明では、外輪２、内輪３がＳＣＭ４２０で形成され、円筒ころ４がＳＵＪ２で形成される例を示したが、本発明はこれに限定されない。外輪、内輪および円筒ころは、所望の磨耗量を実現できる限り任意の材料で形成できる。

【0038】

これらの各変形例は、実施形態と同様の作用と効果を奏する。

【0039】

上述した各実施形態と変形例の任意の組み合わせもまた本発明の実施形態として有用である。組み合わせによって生じる新たな実施形態は、組み合わされる実施形態および変形例それぞれの効果をあわせもつ。

【符号の説明】

【0040】

２ 外輪、 ３ 内輪、 ４ 円筒ころ、 ５ 軌道輪、 １０ 軸受構造、 ４２ 端面、 ４２ 軸方向端面、 ４４ 面取部、 ４５ クラウニング部、 ５２ 隅部、 ５６ 転動面、 ５７ 鍔部、 ５８ 先端部、 ９０ 軸受構造、 １００ 減速機。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】