(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】P2024168656
(43)【公開日】2024-12-05
(54)【発明の名称】円筒ころ軸受
(51)【国際特許分類】
F16C 33/46 20060101AFI20241128BHJP
F16C 19/26 20060101ALI20241128BHJP
【FI】
F16C33/46
F16C19/26
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】OL
(21)【出願番号】P 2023085523
(22)【出願日】2023-05-24
(71)【出願人】
【識別番号】000004204
【氏名又は名称】日本精工株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110002000
【氏名又は名称】弁理士法人栄光事務所
(72)【発明者】
【氏名】前田 光輝
(72)【発明者】
【氏名】村井 隆司
【テーマコード(参考)】
3J701
【Fターム(参考)】
3J701AA13
3J701AA24
3J701AA32
3J701AA42
3J701AA52
3J701AA62
3J701BA34
3J701BA44
3J701BA49
3J701FA02
3J701FA31
3J701XB03
3J701XB23
(57)【要約】
【課題】長寿命の円筒ころ軸受を提供する。
【解決手段】柱部23の周方向側面23aは、複数の円筒ころ13の軸心を通るピッチ円PCD上において、円筒ころ13の転動面13aに沿った形状を有し、ピッチ円PCD上における円筒ころ13と柱部23の周方向側面23aとの周方向隙間Cは、円筒ころ13の直径DW×0.01より小さい。また、ピッチ円PCD上に位置する円筒ころ13が、保持器20に対して半径方向外方へ移動可能な距離Xは、軸受10のラジアル内部隙間Zの1/2より大きい。
【選択図】
図3
【特許請求の範囲】
【請求項1】
内周面に外輪軌道を有する外輪と、
外周面に内輪軌道を有する内輪と、
前記外輪軌道と前記内輪軌道との間に転動自在に配置された複数の円筒ころと、
軸方向において互いに対向する第1円環部及び第2円環部と、前記第1円環部と前記第2円環部を軸方向に連結し周方向に離間して配列された複数の柱部を有し、前記複数の円筒ころを前記第1円環部、前記第2円環部及び複数の柱部によって画成された複数のポケット内に回動自在に保持する保持器と、を備える円筒ころ軸受であって、
前記柱部の周方向側面は、前記複数の円筒ころの軸心を通るピッチ円上において、軸方向に亘って、前記円筒ころの転動面に沿った形状を有し、
前記複数の円筒ころのピッチ円上における前記円筒ころと前記柱部の周方向側面との周方向隙間Cは、前記円筒ころの直径をDWとすると、
C<0.01×DW
であり、
前記軸心が前記ピッチ円上に位置する前記円筒ころが、前記保持器に対して半径方向外方へ移動可能な距離Xは、前記軸受のラジアル内部隙間の最大値をZとすると、
X>Z/2である、
円筒ころ軸受。
【請求項2】
前記保持器を軸方向から見たとき、前記柱部の周方向側面は、前記円筒ころのピッチ円を跨いで、径方向外側縁部まで形成される単一円弧形状を有する、
請求項1に記載の円筒ころ軸受。
【請求項3】
前記保持器を軸方向から見たとき、前記柱部の周方向側面は、前記円筒ころのピッチ円を跨ぐ直線状の面と、径方向外側縁部から径方向内側に延在する直線状の面とが交差した非単一円弧形状を有する、
請求項1に記載の円筒ころ軸受。
【請求項4】
前記保持器を径方向から見たとき、前記柱部の周方向側面は、前記円筒ころの転動面に沿った形状を有する、
請求項1から3のいずれかに記載の円筒ころ軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、円筒ころ軸受に関する。
【背景技術】
【0002】
転がり軸受の一種である円筒ころ軸受は、内輪と、外輪と、内輪及び外輪間に配置される複数の円筒ころと、円筒ころをポケット内で回動自在に保持する保持器と、を備える。円筒ころ軸受では、内輪と外輪とが相対回転する際、ボケット内の円筒ころが回転するため、円筒ころと保持器の案内面との摩擦が起因となって保持器の挙動に異常が発生したり、内輪及び外輪と円筒ころとの間に摩擦や滑りが生じて、軸受の寿命に悪影響が生じる場合がある。一方、円筒ころ軸受が用いられる機械装置では、該機械装置の長寿命化が望まれているため、円筒ころ軸受にも長寿命が要求されている。
【0003】
特許文献1には、保持器ポケット形状を外径側に向かって狭まるテーパ形状とし、(ピッチ円上に位置するころとポケット面との間の円周方向隙間であるポケット隙間)<(ポケット内でころが径方向に移動可能な距離である径方向動き量)とすることで、保持器ポケットの両側のテーパ状面でのころの同時接触を回避し、潤滑剤の排出性を向上させて異常な温度上昇の抑制を図ったころ軸受が開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
ところで、特許文献1に記載のころ軸受は、ポケット隙間と径方向動き量を規定して、軸受の温度上昇の抑制を図っているが、円筒ころ軸受の長寿命化を図るためには、ころの動きを保持器によって適正に保つためのさらなる検討が必要である。
【0006】
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ころの動きを保持器によって適正に保つことで、長寿命化を図った円筒ころ軸受を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
したがって、本発明の上記目的は、円筒ころ軸受に係る下記[1]の構成により達成される。
[1] 内周面に外輪軌道を有する外輪と、
外周面に内輪軌道を有する内輪と、
前記外輪軌道と前記内輪軌道との間に転動自在に配置された複数の円筒ころと、
軸方向において互いに対向する第1円環部及び第2円環部と、前記第1円環部と前記第2円環部を軸方向に連結し周方向に離間して配列された複数の柱部を有し、前記複数の円筒ころを前記第1円環部、前記第2円環部及び複数の柱部によって画成された複数のポケット内に回動自在に保持する保持器と、を備える円筒ころ軸受であって、
前記柱部の周方向側面は、前記複数の円筒ころの軸心を通るピッチ円上において、軸方向に亘って、前記円筒ころの転動面に沿った形状を有し、
前記複数の円筒ころのピッチ円上における前記円筒ころと前記柱部の周方向側面との周方向隙間Cは、前記円筒ころの直径をDWとすると、
C<0.01×DW
であり、
前記軸心が前記ピッチ円上に位置する前記円筒ころが、前記保持器に対して半径方向外方へ移動可能な距離Xは、前記軸受のラジアル内部隙間の最大値をZとすると、
X>Z/2である、
円筒ころ軸受。
【発明の効果】
【0008】
本発明の円筒ころ軸受によれば、ころの動きを保持器によって適正に保つことで、円筒ころ軸受の寿命を延ばすことができる。
【図面の簡単な説明】
【0009】
【
図1】本発明の第1実施形態に係る円筒ころ軸受の側面図である。
【
図2】
図1に示す円筒ころ軸受の保持器の正面図である。
【
図3】外輪、内輪及び保持器の中心が一致しており、且つ円筒ころが保持器のポケットの中央(ころの中心がピッチ円上で周方向隙間Cが左右均等)にある状態を表す拡大図である。
【
図4】ピッチ円上における柱部の周方向側面の軸方向形状と円筒ころの転動面との形状を示す拡大図である。
【
図5】(a)は、
図1の円筒ころ軸受に関し、内輪が下方にオフセットして下方に位置する円筒ころが外輪と内輪に接触し、且つ、保持器が上方にオフセットして下方に位置する円筒ころと接触した所定の条件において、上方に位置する円筒ころが保持器と干渉することなく内輪と接触する状態を示す側面図、(b)は、(a)の所定の条件において、上方に位置する円筒ころが、保持器と干渉することなく外輪と接触する状態を示す側面図である。
【
図6】円筒ころと柱部の周方向側面との周方向隙間を小さくした円筒ころ軸受において、外輪、内輪及び保持器の中心が一致しており、且つ円筒ころが保持器のポケットの中央にある状態を表す拡大図である。
【
図7】(a)は、比較例の円筒ころ軸受に関し、内輪が下方にオフセットして下方に位置する円筒ころが外輪と内輪に接触し、且つ、保持器が上方にオフセットして下方に位置する円筒ころと接触した所定の条件において、上方に位置する円筒ころが保持器と干渉することなく内輪と接触する状態を示す側面図、(b)は、(a)の所定の条件において、上方に位置する円筒ころが、保持器と干渉する状態を示す円筒ころ軸受の側面図である。
【
図8】本発明の第2実施形態に係る保持器を用いた円錐ころにおいて、外輪、内輪及び保持器の中心が一致しており、且つ円筒ころが保持器のポケットの中央にある状態を表す拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【0010】
以下、本発明に係る円筒ころ軸受の各実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
(第1実施形態)
図1に示すように、本実施形態の円筒ころ軸受10は、内周面に外輪軌道11aを有する外輪11と、外周面に内輪軌道12aを有する内輪12と、外輪軌道11aと内輪軌道12aとの間に配置される複数の円筒ころ13と、複数の円筒ころ13を回動自在に保持する保持器20と、を備える。なお、
図5及び
図7においては、円筒ころ13と他の部材との間の各隙間が分かり易いように、円筒ころ13の寸法を若干小さく示している。
なお、外輪11は、外輪軌道面11aの軸方向両側に内径側に突出する一対のつば(図示せず)を有している。
【0011】
円筒ころ13は、
図3及び
図4も参照して、直径DW、軸方向長さLの略円筒形状であり、その転動面13aには、対数クラウニングや、中央部をストレート部とし、中央部の両側を円弧とした部分クラウニングなどのクラウニングが形成されている。
【0012】
保持器20は、
図2に示すように、軸方向一方側に形成された第1円環部21と、第1円環部21に軸方向に対向して軸方向他方側に形成された第2円環部22と、第1円環部21と第2円環部22とを軸方向に連結して周方向に離間して形成された複数の柱部23と、を有する。
【0013】
保持器20には、第1円環部21の軸方向他方側の側面21aと、第2円環部22の軸方向一方側の側面22aと、隣り合う柱部23の周方向両側面23aとで画成されて、複数のポケット24が形成されている。各ポケット24には、第1円環部21の軸方向他方側の側面21aと柱部23の周方向両側面23aとの角部、及び第2円環部22の軸方向一方側の側面22aと柱部23の周方向両側面23aとの角部に、それぞれ逃げ溝25が形成されている。そして、各ポケット24には、それぞれ円筒ころ13が回動自在に配設されている。
【0014】
図3に示すように、保持器20を軸方向から見たとき、柱部23の周方向側面23aの形状(径方向形状)は、柱部23の外周面から順に、曲面状の面取り部23b、単一円弧部23c、直線部23dと、を備える。円筒ころ軸受10の中心軸を中心として、円筒ころ13の軸心が通る円をピッチ円とすると、単一円弧部23cは、円筒ころ13のピッチ円PCDを跨いで、径方向内側縁部23c1から径方向外側縁部23c2まで単一円弧形状に形成されている。
なお、柱部23の周方向側面23aは、面取り部23bを有さず、単一円弧部23cが柱部23の外周面まで形成されてもよい。
また、直線部23dは、内径側円周方向幅を広げるように傾斜させているが、内径側円周方向幅を円筒ころ13の直径DWよりも狭くなるようにして、柱部23を弾性変形させて円筒ころ13をパチン挿入させてもよい。
【0015】
また、円筒ころ13と保持器20とが共にピッチ円PCD上に位置するとき、ピッチ円PCD上における円筒ころ13の転動面13aと柱部23の周方向側面23aとの周方向隙間C(以下、単に周方向隙間Cとも言う)は、円筒ころ13の直径DWの1%より小さく設定されている(C<0.01×DW)。
【0016】
このように、円筒ころ13の転動面13aと柱部23の周方向側面23aとの周方向隙間Cを円筒ころ13の直径DWの1%より小さくすることで、ポケット24内の円筒ころ13と柱部23の周方向側面23aとの接触機会を増加させて円筒ころ13の挙動を抑制し、円筒ころ13の姿勢を適正に制御する。
【0017】
また、周方向隙間Cを円筒ころ13の直径DWの1%より小さくすることで、円筒ころ軸受10の非負荷圏内に加え、負荷圏入(出)口における円筒ころ13と外輪11(外輪軌道11a)、及び円筒ころ13と内輪12(内輪軌道12a)との間に発生する滑りを抑制することができる。従って、その繰り返し回数分だけ外輪11及び内輪12に与える疲労度が低減され、寿命延長効果が得られる。
【0018】
なお、円筒ころ13の転動面13aと柱部23の周方向側面23aとの周方向隙間Cを円筒ころ13の直径DWの1%より小さくすることで円筒ころ軸受13の寿命が延長できる理由は、円筒ころの挙動(スキューなど)が抑制されると共に、円筒ころ13とポケット24の内面がより強く接触して自転する円筒ころ13とポケット内面との摩擦力が一時的に大きくなり、円筒ころ13の自転数が減少する。その結果、円筒ころ13と内輪12、外輪11との回転速度の差が小さくなり、内輪、外輪に対する円筒ころの滑りが小さくなることによる。(NSKテクニカルジャーナル No.682)
【0019】
なお、円筒ころ13の転動面13aと柱部23の周方向側面23aとの周方向隙間Cは円筒ころ13の直径DWの0.07%より大きく設定することが好ましい(即ち、0.0007×DW<C<0.01×DW)。これは、例えば、ころ径が6mm~54mmのサイズの円筒ころ軸受において、円筒ころ13がスキューした際にも、周方向隙間Cが確保されるように与えられる。具体的には、外輪11のつば幅ところ長さによって規定されるつば間すきまところ長さとの関係、及び、実質的に1:1に設計されるころ長さところ径との関係から、この周方向隙間Cの下限が与えられる。
【0020】
また、
図4を参照して、保持器20を径方向から見たとき、柱部23の周方向側面23aの形状(軸方向形状)は、クラウニング部も含んで円筒ころ13の転動面13aに沿った形状となっている。即ち、円筒ころ13の転動面13aと柱部23の周方向側面23aとの周方向隙間Cは、逃げ溝25を除いて、軸方向におけるどの点でも一定の周方向隙間Cとなっている。これにより、柱部23の周方向側面23aが、円筒ころ13を包み込むように保持するので、円筒ころ13のスキューを防止することができ、円筒ころ13の挙動をより抑制することができる。
なお、柱部23の周方向側面23aは、少なくとも単一円弧部23cにおいて、円筒ころ13の転動面13aに沿った形状であればよい。
【0021】
さらに、円筒ころ13が保持器20のポケット24内で半径方向外方へ移動可能な距離Xは、円筒ころ軸受10のラジアル内部隙間の最大値Zの1/2を超えて設定されている(X>Z/2)。ラジアル内部隙間とは、外輪と内輪とが径方向に変位可能な寸法を意味している。
【0022】
ここで、
図5(a)に示すように、内輪12が下方にオフセットして下方に位置する円筒ころ13が外輪11と内輪12に接触し、且つ、保持器14が上方にオフセットして下方に位置する円筒ころ13と接触した所定の条件において、ラジアル内部隙間の最大値Zに対して、上方に位置する円筒ころ13の径方向の動き量は2Xとなる。本実施形態では、X>Z/2であるので、
図5(a)、(b)に示すように、上方に位置する円筒ころ13が内輪軌道12a上を転動する場合や、外輪軌道11a上を転動する場合のいずれの場合でも、上方に位置する円筒ころ13と柱部23の周方向側面23aとの間には、常に隙間が確保されて保持器14と干渉することがなく、滑らかな回転が確保される。
なお、
図5(a)では、保持器14が上方にオフセットして下方に位置する円筒ころ13と接触した状態としているが、内輪12が下方にオフセットして下方に位置する円筒ころ13が外輪11と内輪12に接触した状態であっても、保持器14は、実際には自由に動くことができ、下方においても円筒ころ13と保持器14にすきまができた状態で回転することもできる。
【0023】
従って、本実施形態の円筒ころ軸受10では、上方に位置する円筒ころ13は、保持器20に対する径方向位置に係わらず、円筒ころ13と柱部23の周方向側面23aとが干渉することがなく、保持器20の異常摩耗が防止されて円筒ころ軸受10の寿命を延ばすことができる。また、柱部23の周方向側面23aの軸方向形状は、円筒ころ13の転動面13aに沿った形状となっており、円筒ころ13を包み込むように保持するので、円筒ころ13のスキューが防止されて円筒ころ13の挙動をより抑制することができる。
【0024】
一方、X≦Z/2とする比較例としての円筒ころ軸受10Xでは、
図7(a)に示すように、内輪12が下方にオフセットして下方に位置する円筒ころ13が外輪11と内輪12に接触し、且つ、保持器14が上方にオフセットして下方に位置する円筒ころ13と接触した所定の条件において、上方に位置する円筒ころ13が内輪軌道12a上を転動している場合には、円筒ころ13は柱部23の周方向側面23aと干渉しない。しかしながら、
図7(a)に示す状態から
図7(b)に示すよう、円筒ころ13が外輪軌道11a上を転動しようとする場合には、円筒ころ13は、柱部23の周方向側面23aと外径側で干渉してしまう。これにより、円筒ころ13Bが外輪軌道11aに接触できなくなるばかりでなく、周方向側面23aの異常摩耗の要因となり得る。
【0025】
なお、
図6に一点鎖線で示すような、一般的な保持器の柱部23の外径において、周方向隙間Cを小さくしようとすると、円筒ころ13のポケット24内で半径方向外方への移動可能な距離X´を大きくすることができない。しかしながら、
図6に実線で示すように、柱部23の外径を小さくすることで、距離Xを大きくすることができ、X>Z/2の条件を満足することができる。
【0026】
このように、円筒ころ13の半径方向外方への移動可能な距離Xを必要な大きさに維持したまま、隙間Cを小さく設定することで、結果として円筒ころ13の姿勢を適正に制御して円筒ころ軸受10の寿命を延ばすことができる。なお、柱部23の外径を小さくすることは、保持器20の軽量化にも寄与する。
但し、柱部23の外径の最小値としては、外径側の柱部23間の最小距離Y<ころ直径DWを満たすことで、無負荷で円筒ころ13がポケット24から抜け出るのを防止する必要があり、この最小距離Yを与えるような外径寸法に設計される。
【0027】
上記したように、本実施形態の円筒ころ軸受10によれば、円筒ころ13と柱部23の周方向側面23aとの周方向隙間C、及び円筒ころ13の半径方向外方への移動可能な距離Xを規定することで、円筒ころ13の挙動を抑制すると共に、円筒ころ13と柱部23の周方向側面23aとの干渉を防止して円筒ころ軸受10を長寿命化できる。
【0028】
(第2実施形態)
第2実施形態の円筒ころ軸受10では、
図8に示すように、柱部23の周方向側面23aは、第1実施形態で説明した単一円弧部23cの代わりに、保持器20を軸方向から見たとき、ゴシックアーチ形状などの任意の不連続な非単一円弧形状としている。
【0029】
したがって、保持器20を軸方向から見たとき、柱部23の周方向側面23aは、円筒ころ13のピッチ円PCDを跨ぐ直線状の面(平坦面)23caと、径方向外側縁部23cから径方向内側に延在する直線状の面(平坦面)23cbとを有する。また、直線状の面23ca及び23cbは、互いに交差するように形成されている。
【0030】
これにより、保持器20の外径寸法を変えることなく、円筒ころ13と柱部23の周方向側面23aとの周方向隙間Cを小さくすることができ、また、直線状の面23ca及び23cbの部分に潤滑剤を保持することもでき、円筒ころ13の挙動を抑制して円筒ころ軸受10の寿命を延ばすことができる。
【0031】
尚、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
【0032】
以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
(1) 内周面に外輪軌道を有する外輪と、
外周面に内輪軌道を有する内輪と、
前記外輪軌道と前記内輪軌道との間に転動自在に配置された複数の円筒ころと、
軸方向において互いに対向する第1円環部及び第2円環部と、前記第1円環部と前記第2円環部を軸方向に連結し周方向に離間して配列された複数の柱部を有し、前記複数の円筒ころを前記第1円環部、前記第2円環部及び複数の柱部によって画成された複数のポケット内に回動自在に保持する保持器と、を備える円筒ころ軸受であって、
前記柱部の周方向側面は、前記複数の円筒ころの軸心を通るピッチ円上において、軸方向に亘って、前記円筒ころの転動面に沿った形状を有し、
前記複数の円筒ころのピッチ円上における前記円筒ころと前記柱部の周方向側面との周方向隙間Cは、前記円筒ころの直径をDWとすると、
C<0.01×DW
であり、
前記軸心が前記ピッチ円上に位置する前記円筒ころが、前記保持器に対して半径方向外方へ移動可能な距離Xは、前記軸受のラジアル内部隙間の最大値をZとすると、
X>Z/2である、
円筒ころ軸受。
この構成によれば、ころの動きを保持器によって適正に保つことで、円筒ころ軸受の寿命を延ばすことができる。
【0033】
(2) 前記保持器を軸方向から見たとき、前記柱部の周方向側面は、前記円筒ころのピッチ円を跨いで、径方向外側縁部まで形成される単一円弧形状を有する、
(1)に記載の円筒ころ軸受。
この構成によれば、柱部の周方向側面の加工が容易になる。
【0034】
(3) 前記保持器を軸方向から見たとき、前記柱部の周方向側面は、前記円筒ころのピッチ円を跨ぐ直線状の面と、径方向外側縁部から径方向内側に延在する直線状の面とが交差した非単一円弧形状を有する、
(1)に記載の円筒ころ軸受。
この構成によれば、円筒ころと柱部の周方向側面との周方向隙間を小さくすることができ、また、ピッチ円を跨ぐ面と、径方向外側縁部から径方向内側に延在する面とが交差する部分に潤滑剤を保持することもでき、円筒ころの挙動を抑制して円筒ころ軸受の寿命を延ばすことができる。
【0035】
(4) 前記保持器を径方向から見たとき、前記柱部の周方向側面は、前記円筒ころの転動面に沿った形状を有する、
(1)から(3)のいずれかに記載の円筒ころ軸受。
この構成によれば、円筒ころのスキューを防止して、挙動を安定化することができる。
【符号の説明】
【0036】
10 円筒ころ軸受
11 外輪
11a 外輪軌道
12 内輪
12a 内輪軌道
13 円筒ころ
13a 転動面
20 保持器
21 第1円環部
22 第2円環部
23 柱部
23a 周方向側面
23c 単一円弧部
23ca 直線状の面(円筒ころのピッチ円を跨ぐ面)
23cb 直線状の面(径方向外側縁部から径方向内側に延在する面)
24 ポケット
C 円筒ころと柱部の周方向側面との周方向隙間
DW 円筒ころの直径
PCD ピッチ円
X 円筒ころが保持器に対して半径方向外方へ移動可能な距離
Z ラジアル内部隙間の最大値