特許 7655699 円すいころ軸受

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2025-03-25

(45)【発行日】2025-04-02

(54)【発明の名称】円すいころ軸受

(51)【国際特許分類】

   F16C 19/36 20060101AFI20250326BHJP

   F16C 33/36 20060101ALI20250326BHJP

【ＦＩ】

F16C19/36

F16C33/36

【請求項の数】 1

(21)【出願番号】P 2020014339

(22)【出願日】2020-01-31

(65)【公開番号】P2021120587

(43)【公開日】2021-08-19

【審査請求日】2022-09-15

【審判番号】

【審判請求日】2024-03-01

(73)【特許権者】

【識別番号】000102692

【氏名又は名称】ＮＴＮ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100087538

【弁理士】

【氏名又は名称】鳥居 和久

(72)【発明者】

【氏名】山本 直太

【合議体】

【審判長】平城 俊雅

【審判官】中屋 裕一郎

【審判官】尾崎 和寛

(56)【参考文献】

【文献】特開２００２－３５７２２４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－２２４６８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１８－４４５９６（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２０１３－１７７９４３（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

F16C 19/36

F16C 33/36

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

少なくとも外周に円錐状の軌道面を有する内輪と、
複数の円すいころと、
前記円すいころを収容する保持器と、を備える円すいころ軸受であって、
前記複数の円すいころのうちｎ番目の円すいころに隣接するｎ－１番目の円すいころとｎ＋１番目の円すいころとにおいて、式（１）から算出される前記ｎ番目の円すいころの隣接ころ径差が－２μｍよりも大きくなるように前記ｎ－１番目の円すいころと前記ｎ＋１番目の円すいころとが組み合わされ、前記複数の円すいころの各ころ径のうち最大のころ径と最小のころ径との差が２μｍよりも大きい、円すいころ軸受。

【数1】

ΔＤｎ：円すいころ軸受の内部に配列されている複数の円すいころのうち、任意に選択したｎ番目の円すいころの所定位置におけるころ径と、その円すいころに隣接する円すいころのころ径との差を平均した値、Ｄ（ｎ－１）：ｎ－１番目の円すいころの所定位置におけるころ径とよび径との差であるころ径差、Ｄｎ：ｎ番目の円すいころの所定位置におけるころ径とよび径との差であるころ径差、Ｄ（ｎ＋１）：ｎ＋１番目の円すいころの所定位置におけるころ径とよび径との差であるころ径差

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は円すいころ軸受に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、油圧モータ等の精密機械に用いられるころ軸受は、高い振れ精度が求められる。そのため、軸受内部の複数の転動体における平均転動体直径の最大値と最小値との差である転動体径の相互差をできるだけ小さくする必要がある。しかし、転動体径の相互差をゼロにすることは不可能であり、転動体径の相互差を小さくするほどコストが増大する。そこで、転動体径の相互差を管理することで軸受全体として精度を高めた転がり軸受が知られている。例えば、特許文献１に記載の如くである。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【文献】特開２０１４－１７３６３５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に記載の転がり軸受は、軸受内部の転動体が転動体径を基準とした大小二つの転動体群に区分されている。大の転動体群は小の転動体群よりも平均転動体直径が大きい転動体の集まりである。転がり軸受は、大の転動体群に属する転動体と小の転動体群に属する転動体とが軌道面で交互に配置されている。このように、転動体の配列を調整して転動体径（円すいころ径）の相互差を管理することで転がり軸受の振れ精度を向上させている。しかし、特許文献１に記載の技術は、大の転動体群に属する転動体と小の転動体群に属する転動体とを交互に配列しているので、転動体径の相互差によっては、小の転動体群に属する転動体の接触面圧が低下して転動体と軌道面との間に滑りによる摩耗が生じる可能性があった。このため、転がり軸受は、転動体径の相互差を２μｍ以下とすることが望まれているが、コストが増大する点で不利であった。

【0005】

本発明は以上の如き状況に鑑みてなされたものであり、ころ径相互差に関わらず円すいころと軌道面との間の滑りによる摩耗を抑制することができる円すいころ軸受を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

即ち、第一の発明は、外周に円錐状の軌道面を有する内輪と、内周に円錐状の軌道面を有する外輪と、前記両軌道面間に組込まれた複数の円すいころと、前記円すいころを収容する保持器と、を備える円すいころ軸受であって、前記複数の円すいころのうちｎ番目の円すいころに隣接するｎ－１番目の円すいころとｎ＋１番目の円すいころとにおいて、式（１）から算出される前記ｎ番目の円すいころの隣接ころ径差が－２μｍよりも大きくなるように前記ｎ－１番目の円すいころと前記ｎ＋１番目の円すいころとが組み合わされる円すいころ軸受である。

【数1】

ΔＤｎ：ｎ番目の円すいころ４における隣接ころ径差、Ｄ（ｎ－１）：ｎ－１番目の円すいころ４の所定位置におけるころ径とよび径との差であるころ径差、Ｄｎ：ｎ番目の円すいころ４の所定位置におけるころ径とよび径との差であるころ径差、Ｄ（ｎ＋１）：ｎ＋１番目の円すいころ４の所定位置におけるころ径とよび径との差であるころ径差

【0007】

第二の発明は、前記複数の円すいころの各ころ径のうち最大のころ径と最小のころ径との差が２μｍよりも大きい円すいころ軸受である。

【発明の効果】

【0008】

本発明の効果として、以下に示すような効果を奏する。

【0009】

即ち、第一の発明および第二の発明は、両隣に隣接する円すいころのころ径を加味した基準を満たすように円すいころが配列されているので、隣接する円すいころのころ径が平準化される。これにより、ころ径相互差に関わらず円すいころと軌道面との間の滑りによる摩耗を抑制することができる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】円すいころ軸受の一実施形態における全体構成を部分断面図。

【図2】円すいころ軸受の一実施形態における円すいころの接触面圧を示す部分側面図。

【図3】円すいころのころ径を測定する態様を示す模式図。

【図4】各円すいころのころ径差と隣接ころ径差を表すグラフを示す図。

【図5】選択した円すいころのすべり率を表すグラフを示す図。

【発明を実施するための形態】

【0011】

図１を用いて、本発明に係る円すいころ軸受の一実施形態である円すいころ軸受１について説明する。

【0012】

図１に示すように、円すいころ軸受１は、内輪２と、外輪３と、内輪２と外輪３との間に転動自在に介在する複数の円すいころ４と、この円すいころ４を収容する保持器５とを備える。なお、以下において、軸方向とは、円すいころ軸受１の回転軸に沿った方向を表す。また、ころ軸方向とは、円すいころ４の回転軸であるころ軸に沿った方向を表す。

【0013】

内輪２は、円すいころ４を案内する径方向内側の軌道輪である。内輪２の外周面には、円すいころ４の外周面のテーパーに対応する丸勾配、または軸方向両端の部分的に丸勾配のついた内輪軌道面２ａが形成されている。内輪軌道面２ａにおける小径側の端部周縁には、径方向の外側に突き出た小つば部２ｂが設けられている。また、内輪軌道面２ａにおける大径側の端部周縁には径方向の外側に突き出た大つば部２ｃが設けられている。小つば部２ｂ、大つば部２ｃは、それぞれ周方向に沿った全周連続部となっている。

【0014】

外輪３は、円すいころ４を案内する径方向外側の軌道輪である。外輪３の外周面には、円すいころ４の外周面のテーパーに対応する丸勾配、または軸方向両端の部分的に丸勾配のついた外輪軌道面３ａが形成されている。外輪３は、内輪２と同軸に配置される。

【0015】

円すいころ４は、小端面４ａと、大端面４ｂと、円すい状に形成された転動面４ｃとを有する転動体である。小端面４ａは、円すいころ４の小径側の側面である。大端面４ｂは、円すいころ４の大径側の側面である。小端面４ａと大端面４ｂとは、内輪２の内輪軌道面２ａ、外輪３の外輪軌道面３ａを転動しない表面部分である。転動面４ｃは、内輪２の内輪軌道面２ａ、外輪３の外輪軌道面３ａを転動する表面部分である。

【0016】

円すいころ４の小端面４ａは、内輪２の小つば部２ｂに円すいころ４がスキューした場合に接触することがある。円すいころ４の大端面４ｂは、転動中に内輪２の大つば部２ｃに常に接触している。円すいころ４の側面は、内輪２の内輪軌道面２ａと外輪３の外輪軌道面３ａとを転動する。これにより、円すいころ４は、小つば部２ｂと大つば部２ｃによって内輪２の内輪軌道面２ａに沿うように案内される。本実施形態において、円すいころ軸受１は、１５個の円すいころ４を具備している。

【0017】

保持器５は、円すいころ４を保持するものである。保持器５は、円錐台筒形状に形成されている。保持器５は、樹脂成形体の他、鉄鋼などの金属板素材のプレス成形品からなる打ち抜き保持器でもよい。保持器５には、複数の台形状窓形のポケット部５ａが形成されている。ポケット部５ａは、円周方向に等間隔で形成されている。

【0018】

次に、図２を用いて、円すいころ軸受を構成する複数の円すいころ４におけるｎ番目の円すいころの隣接ころ径差ΔＤｎについて説明する。

【0019】

図２に示すように、ｎ番目の円すいころの隣接ころ径差ΔＤｎは、円すいころ軸受１の内部に配列されている複数の円すいころ４のうち、任意に選択したｎ番目の円すいころ４の所定位置におけるころ径と、その円すいころ４に隣接する円すいころ４のころ径との差を平均した値である。ｎ番目の円すいころ４の隣接ころ径差ΔＤｎは、ｎ番目の円すいころ４の所定位置におけるころ径とよび径との差であるころ径差Ｄｎ（以下、単に「ころ径差Ｄｎ」と記す）と、ｎ番目の円すいころ４に隣接するｎ－１番目の円すいころ４の所定位置におけるころ径とよび径との差であるころ径差Ｄ（ｎ－１）（以下、単に「ころ径差Ｄ（ｎ－１）」と記す）とｎ＋１番目の円すいころ４の所定位置におけるころ径とよび径との差であるころ径差Ｄ（ｎ＋１）（以下、単に「ころ径差Ｄ（ｎ＋１）」と記す）と、から式（１）によって算出される。

【0020】

【数1】

ΔＤｎ：ｎ番目の円すいころ４における隣接ころ径差、Ｄ（ｎ－１）：ｎ－１番目の円すいころ４の所定位置におけるころ径とよび径との差であるころ径差、Ｄｎ：ｎ番目の円すいころ４の所定位置におけるころ径とよび径との差であるころ径差、Ｄ（ｎ＋１）：ｎ＋１番目の円すいころ４の所定位置におけるころ径とよび径との差であるころ径差

【0021】

式（１）は、ｎ番目の円すいころ４のころ径差Ｄｎに対してｎ－１番目の円すいころ４のころ径差Ｄ（ｎ－１）とｎ＋１番目の円すいころ４のころ径差Ｄ（ｎ＋１）とのうち少なくとも一方がｎ番目の円すいころ４のころ径差Ｄｎよりも大きくなるにつれて、隣接ころ径差ΔＤｎが小さくなることを示している。つまり、ｎ番目の円すいころ４は、隣接ころ径差ΔＤｎが小さくなるほど内輪軌道面２ａ及び外輪軌道面３ａに対する接触面圧（以下、単に「接触面圧」と記す）（白塗矢印参照）がｎ－１番目の円すいころ４の接触面圧（黒塗矢印参照）とｎ＋１番目の円すいころ４の接触面圧（黒塗矢印参照）とよりも小さくなるので、内輪軌道面２ａ及び外輪軌道面３ａの間に滑りが発生し易い。

【0022】

一方、ｎ番目の円すいころ４の接触面圧は、隣接ころ径差ΔＤｎが大きくなるほどｎ－１番目の円すいころ４の接触面圧とｎ＋１番目の円すいころ４の接触面圧よりも大きくなる。従って、このような配列におけるｎ番目の円すいころ４は、内輪軌道面２ａ及び外輪軌道面３ａとの間に滑りが発生し難い。このように、式（１）に示すｎ番目の円すいころ４における隣接ころ径差ΔＤｎは、ｎ番目の円すいころ４と内輪軌道面２ａ及び外輪軌道面３ａとの間の滑りに対してｎ－１番目の円すいころ４とｎ＋１番目の円すいころ４とが与える影響を間接的に表している。

【0023】

以下に、図３を用いて、円すいころ４のころ径の測定方法について説明する。本実施形態において、円すいころ４のころ径は、円すいころ４の大端面４ｂからころ軸方向に任意の長さだけ離れた位置であって、ころ軸に垂直な長さとする。

【0024】

測定対象となる円すいころ４は、呼び番号３０３１９ＤＪ３（ＪＩＳ Ｂ１５３４）とする。円すいころ４（呼び番号３０３１９ＤＪ３）の具体的な諸元は、内径９５ｍｍ、外径２００ｍｍ、全幅４９．５ｍｍ、内輪幅４５ｍｍ、外輪幅３２ｍｍ、円すいころの呼び直径２８．２３４ｍｍ（円すいころの呼び直径の定義は ＪＩＳ Ｂ１５０６ 附属書１表２より、外径面と大端面とが交わる仮想円の直径とする）、ころ本数１５本、接触角α：２８°４８′３９″ （ＪＩＳ Ｂ１５３４）、外輪の小端径１５１．５８４ｍｍ（ＪＩＳ Ｂ１５３４）、基本動定格荷重：２９６０００Ｎである。

【0025】

図３に示すように、円すいころ４は、ころ軸が水平になるように転動面４ｃがＶブロック１００で支持される。また、円すいころ４は、大端面４ｂに突出部を有する位置決め部材１０１が接触されることでころ軸方向の位置が固定される。円すいころ４における位置決め部材１０１の接触位置は、円すいころ４が内輪軌道面２ａを転動する際に、内輪２の大つば部２ｃ（図１参照）が接触する大端面４ｂの径方向の範囲のうち略中央が望ましい。円すいころ４は、大端面４ｂから任意のころ軸方向の長さＬにおける転動面４ｃをころ軸に垂直な方向からダイヤルゲージ１０２で測定する。

【0026】

次に、図４と図５とを用いて、円すいころ軸受１が具備する１５個の円すいころ４であるころＮｏ．１からころＮｏ．１５までの各円すいころ４についてのころ径、速度を測定し、ころ径差Ｄ１からころ径差Ｄ１５、隣接ころ径差ΔＤ１から隣接ころ径差ΔＤ１５を算出する。

【0027】

図４に示すように、円すいころ軸受１が具備するころＮｏ．１からころＮｏ．１５までの各円すいころ４について、図３に示す測定方法で円すいころ４のころ径を測定する。さらに、測定した円すいころ４毎のころ径に基づいてころ径差Ｄ１からころ径差Ｄ１５、式（１）によって隣接ころ径差ΔＤ１から隣接ころ径差ΔＤ１５を算出する。

【0028】

ころＮｏ．１の隣接ころ径差ΔＤ１は、式（１）を用いて両隣のころＮｏ．１５のころ径ところＮｏ．２のころ径とから算出される。同様に、ころＮｏ．２の隣接ころ径差ΔＤ２は、式（１）を用いて両隣のころＮｏ．１のころ径ところＮｏ．３のころ径とから算出される。同様に、ころＮｏ．３の隣接ころ径差ΔＤ３は、式（１）を用いて両隣のころＮｏ．２のころ径ところＮｏ．４のころ径とから算出される。このように、各円すいころ４の隣接ころ径差ΔＤ１から隣接ころ径差ΔＤ１５は、円すいころ軸受１を構成している円すいころ４の組み合わせを考慮したころ径差として算出されている。

【0029】

図５に示すように、ころ径差Ｄｎと隣接ころ径差ΔＤｎを算出したころＮｏ．３、ころＮｏ．５、ころＮｏ．１０およびころＮｏ．１１の円すいころ４について滑り率Ｓｒ３、滑り率Ｓｒ５、滑り率Ｓｒ１０および滑り率Ｓｒ１１の測定と解析を行う。滑り率は、円すいころ軸受１の速度に対する内輪２の大つば部２ｃと円すいころ４の大端面４ｂとの速度差の割合を表す。ころＮｏ．３の円すいころ４の隣接ころ径差ΔＤ３は０．２５μｍ、ころＮｏ．５の円すいころ４の隣接ころ径差ΔＤ５は－１．７５μｍ、ころＮｏ．１０の円すいころ４の隣接ころ径差ΔＤ１０は０.００μｍ、ころＮｏ．１１の円すいころ４の隣接ころ径差ΔＤ１１は－５．００μｍである。

【0030】

滑り率Ｓｒ３、滑り率Ｓｒ５、滑り率Ｓｒ１０および滑り率Ｓｒ１１は、所定の荷重を加えた状態で円すいころ軸受１を回転させて測定した内輪２の大つば部２ｃの速度と円すいころ４の大端面４ｂの速度とから算出する。解析による滑り率Ｓｒ３、滑り率Ｓｒ５、滑り率Ｓｒ１０および滑り率Ｓｒ１１は、既知のシミュレーションソフトを用いて、速度の測定と同一の条件において算出するものとする。各滑り率の測定は、内輪が回転する試験機を用いるものとする。試験機は、内輪２の大つば部２ｃの速度と円すいころ４の大端面４ｂの速度を高速度カメラによって計測する。試験時の潤滑方法は、油塗布（ＩＳＯ粘度グレードがＩＳＯ ＶＧ１０である鉱油）とする。試験機の回転速度は、毎分１５００回転とする。試験温度は、常温とする。

【0031】

円すいころ軸受１は、内輪２の大つば部２ｃの速度と各円すいころ４の大端面４ｂの速度の測定と円すいころ４の滑りによる摩耗の有無を確認するため、所定の荷重を加えた状態で所定時間の間、継続して回転される。ころＮｏ．３、ころＮｏ．５、ころＮｏ．１０およびころＮｏ．１１の円すいころ４のうち測定および解析による滑り率が最も大きいＮｏ．１１の円すいころ４には、転動面４ｃが摩耗によって鏡面化していることが確認された。一方、ころＮｏ．１１の円すいころ４の次に大きい滑り率であるころＮｏ．５の円すいころ４は、転動面４ｃの鏡面化は見られなかった。つまり、ころＮｏ．５の円すいころ４には、摩耗が生じる程度の滑りが発生していない。従って、ころＮｏ．１１の円すいころ４の隣接ころ径差ΔＤ１１では、円すいころ４に滑りによる摩耗が発生する。一方、ころＮｏ．５の円すいころ４の隣接ころ径差ΔＤ５では、滑りによる摩耗が発生しない。以上より、円すいころ軸受１は、測定誤差等を考慮し、任意に選択したｎ番目の円すいころ４の隣接ころ径差ΔＤｎが－２μｍよりも大きい場合に滑りによる摩耗が発生しないと推測する。

【0032】

本実施形態における円すいころ軸受１において、摩耗が発生しているころＮｏ．１１の円すいころ４を除いた場合のころ径相互差ΔＤは、４μｍである。このように、隣接ころ径差ΔＤｎが－２μｍよりも大きい円すいころ軸受１は、ころ径相互差ΔＤが２μｍよりも大きくても滑りによる摩耗が発生しない。以上より、円すいころ軸受１は、ころ径相互差ΔＤが２μｍよりも大きい場合でも、各円すいころ４における隣接ころ径差ΔＤ１から隣接ころ径差ΔＤ１５が全て－２μｍよりも大きければ滑りによる摩耗が発生しない。つまり、円すいころ軸受１は、ころ径相互差ΔＤが大きくても円すいころ４の配列を調整して隣接ころ径差ΔＤｎを－２μｍよりも大きくすることで、ころ径相互差ΔＤを小さくするためにコストを増加させることなく、滑りによる摩耗を抑制することができる。

【0033】

以上、本発明の実施の形態について説明を行ったが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、あくまで例示であって、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。また、本実施形態において、円すいころを転動体とする円すいころ軸受について説明しているが、複数の転動体を有するすべての軸受に適用することができる。

【符号の説明】

【0034】

１ 円すいころ軸受
２ 内輪
２ａ 内輪軌道面
３ 外輪
３ａ 外輪軌道面
４ 円すいころ
５ 保持器
ΔＤｎ 隣接ころ径差

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】