JP2008064230A - スラスト軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】保持器とハウジング又は軸との接触摩耗、あるいはころと保持器との接触摩擦を抑制して、寿命延長を図るとともに保持器の案内をより安定した状態に維持することができるスラスト軸受を提供する。
【解決手段】このスラスト軸受１は、軸方向に互いに対向して配置された一対の軌道輪２，３と、該一対の軌道輪２，３の間に転動可能に配置された複数の転動体４と、一対の軌道輪２，３の間に配置されて、転動体４を保持する複数のポケット７が形成された円環状の保持器５とを備える。当該保持器５の内周面が軸５７によって案内される保持器案内面とされ、且つ、該保持器案内面には、凸曲面部５ａが形成されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、例えば、旋削、押出、ミル、ターニング、研削等の加工装置やポンプ等のように比較的大きなアキシャル荷重が負荷される装置、機械等の回転支持部に用いられるスラスト軸受に関する。

従来用いられているスラスト軸受を図１１（ａ），（ｂ）に示す。図１１（ａ）はスラスト軸受の要部断面図であり、図１１（ｂ）は、スラスト軸受に用いられる保持器のポケット形状を示す要部断面図である。

このスラスト軸受５０は、図１１（ａ）に示すように、転動体として円柱状のころを用いており、軸方向に互いに対向して配置された一対の軌道輪５１，５２と、該一対の軌道輪５１，５２の間に転動自在に配置された複数のころ５３と、一対の軌道輪５１，５２の間に配置されて、ころ５３を保持する複数のポケット５４が形成された円環状の保持器５５とを備えている（例えば、特許文献１〜３参照）。なお、スラスト軸受５０では、保持器の案内構造をころ案内方式として構成されている。

そして、一対の軌道輪５１，５２のうちの外輪に相当する軌道輪５１がハウジング５６に嵌合され、内輪に相当する軌道輪５２に軸５７が嵌合されて、該軸５７を回転自在に支持している。また、保持器５５の内周面が軸５７によって案内される保持器案内面となっており、該保持器案内面は保持器５５の軸方向に沿うように平坦面で形成されている。また、保持器５５の外径面をハウジング５６によって案内される保持器案内面とする場合も、同じく、該保持器案内面は保持器５５の軸方向に沿うように平坦面で形成されている。

さらに、上記のような従来の保持器５５では、例えば図１１（ｂ）に示すように、ポケット５４がころ５３の転動面に沿って円弧状に形成されたころ案内面５８を有している。該ころ案内面５８では、軸方向における一方側の端部にポケット５４からころ５３の脱落を防ぐ突出縁部５８ｂが形成されるとともに、他方側の端部にはポケット５４内にころ５３の直径より僅かに小さな間隔を設けるための挟部５８ａが形成されている。該挟部５８ａは、ころ５３の転動面を接触させてポケット５４内方に格納することができ、ポケット５４にころ５３を組み込む際には、前記狭部５８ａが設けられた開口側から圧入して組み込むことができるように設けられている。

特開２００３−３３６６４５号公報 特開２０００−８１０４１号公報 特開平１１−１０１２４１号公報

ここで、上記従来のスラスト軸受５０では、保持器５５の軸によって案内される保持器案内面である内周面、あるいはハウジングによって案内される保持器案内面である外周面が保持器５５の軸方向に沿うように平坦面で形成されているので、軸受回転時に前記保持器案内面（保持器５５の内周面又は外周面）と、軸又はハウジングとの間に多大な摩擦力が発生してしまう虞があった。このため、保持器５５の摩耗が促進されて寿命低下を招く原因となり、その上相手部材である軸又はハウジングにもダメージを与えてしまうきらいがあった。また、保持器のポケットが転動体であるころの転動面に沿って円弧状に形成されているので、ころと保持器の相対的な動きが、当該円弧状に形成されたポケットにより拘束されてしまうため、ころと保持器との接触摩擦の低減の観点で改善の余地があった。

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、保持器とハウジング又は軸との接触摩耗、あるいはころと保持器との接触摩擦を抑制して、寿命延長を図るとともに保持器の案内をより安定した状態に維持することができるスラスト軸受を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） 軸方向に互いに対向して配置された一対の軌道輪と、該一対の軌道輪の間に転動可能に配置された複数の転動体と、前記一対の軌道輪の間に配置されて、前記転動体を保持する複数のポケットが形成された円環状の保持器とを備えて、ハウジングに組込まれ、軸を回転自在に支持するスラスト軸受であって、
前記保持器の内周面および外周面の少なくとも一方が、前記ハウジング又は前記軸によって案内される保持器案内面とされ、且つ、
該保持器案内面が、凸曲面状に形成されていることを特徴とするスラスト軸受。
（２） 軸方向に互いに対向して配置された一対の軌道輪と、該一対の軌道輪の間に転動可能に配置された複数の転動体と、前記一対の軌道輪の間に配置されて、前記転動体を保持する複数のポケットが形成された円環状の保持器とを備えて、ハウジングに組込まれ、軸を回転自在に支持するスラスト軸受であって、
前記保持器の内周面および外周面の少なくとも一方が、前記ハウジング又は前記軸によって案内される保持器案内面とされ、且つ、
該保持器案内面に、油溜まり部が設けられていることを特徴とするスラスト軸受。
（３） 軸方向に互いに対向して配置された一対の軌道輪と、該一対の軌道輪の間に転動可能に配置された複数の転動体である円柱状のころと、前記一対の軌道輪の間に配置されて、前記転動体を保持する複数のポケットが形成された円環状の保持器とを備えて、ハウジングに組込まれ、軸を回転自在に支持するスラスト軸受であって、
前記保持器の内周面および外周面の少なくとも一方が、前記ハウジング又は前記軸によって案内される保持器案内面とされ、且つ、
前記ポケットのころ案内面の曲率半径が前記ころの転動面の曲率半径より該ポケットのすきま分だけ大きいとともに、前記ポケットのころ案内面の最大径部がストレート面で形成されていることを特徴とするスラスト軸受。
（４） 前記ポケットの前記保持器の軸方向の一方の開口部側内面に、前記ころ案内面が設けられ、
前記ポケットの前記保持器の軸方向の他方の開口部側内面に、前記ころが挿入可能なストレート面、テーパ面又は前記ころ案内面の曲率半径より大きな曲率半径を有する曲面が設けられるとともに、前記ころを保持するころ保持部が設けられていることを特徴とする（３）に記載のスラスト軸受。
（５） 前記ポケットの前記ころの挿入側の開口幅が該ころの径より大きく、且つ、
該ころの前記ポケットからの前記保持器の軸方向への突出量は、前記ポケットのころ案内面側よりころ挿入側の方が大きいことを特徴とする（３）又は（４）に記載のスラスト軸受。
（６） 複数の前記ポケットの前記ころの挿入方向が前記保持器の円周方向に交互に逆になることを特徴とする（３）〜（５）のいずれか一項に記載のスラスト軸受。
（７） 前記保持器案内面が、凸曲面状に形成されていることを特徴とする（３）〜（６）のいずれか一項に記載のスラスト軸受。
（８） 前記保持器案内面に、油溜まり部が設けられていることを特徴とする（３）〜（６）のいずれか一項に記載のスラスト軸受。

本発明によれば、保持器の内径部又は外径部の案内面が凸曲面状に形成されているので、保持器が案内される軸やハウジング等の相手部材に対して保持器案内面が点接触となる。これにより、軸受回転時における保持器案内面と相手部材との間に発生する摩耗を大幅に抑制することができ、保持器の寿命延長を図ることができるとともに、相手部材に与えるダメージを軽減することができる。

また、本発明によれば、保持器の内径部又は外径部の案内面に油溜まり部が設けられているので、油溜まり部に保持された油により保持器が案内される軸やハウジング等の相手部材に対する保持器案内面の潤滑効果が向上する。これにより、軸受回転時における保持器案内面と相手部材との間に発生する摩耗を大幅に抑制することができ、保持器の寿命延長を図ることができるとともに、相手部材に与えるダメージを軽減することができる。

さらに、本発明によれば、ポケットのころ案内面の最大径部には、ストレート面が形成されているので、保持器の内周面又は外周面が、軸又はハウジングに案内されている場合に、転動体であるころと前記保持器との相対的な軸方向の動きが前記ころのポケット内の曲面の形状に拘束されないようにすることができ、ころと保持器との接触摩擦を軽減することができる。

以下、本発明の実施形態の一例について図に従って説明する。図１は本発明の第１実施形態であるスラスト円筒ころ軸受の一部を破断した要部斜視図、図２は図１に示すスラスト円筒ころ軸に組み込まれる保持器の平面図、図３は図２に示す保持器の一部を破断した要部斜視図、図４は図１に示すスラスト円筒ころ軸受の組み込み状態を示す要部断面図、図５は図２に示す保持器のポケット形状を説明するための要部断面図、図６は図２に示す保持器のポケットに対するころの突出量を説明するための要部断面図、図７は図２に示す保持器にころを組み込んだ状態を示す要部断面図である。図８は本発明の第２実施形態であるスラスト円筒ころ軸受の組み込み状態を示す要部断面図、図９および図１０は本発明の第３実施形態であるスラスト円筒ころ軸受を説明するための図である。

図１に示すように、本発明の第１実施形態であるスラスト円筒ころ軸受１は、軸方向Ｘに互いに対向して配置された外輪（軌道輪）２および内輪（軌道輪）３を備えており、外輪２と内輪３との間には、転動面４ａを有する転動体である、円柱状のころ４が複数個介装されている。また、ころ４は、外輪２と内輪３との間に組み込まれた円環状の保持器５によって、円周方向に略等間隔で転動自在に保持されている。

このスラスト円筒ころ軸受１は、図４に示すように、外輪２がハウジング５６に嵌合され、内輪３に軸５７が嵌合されて、該軸５７を回転自在に支持している。また、保持器５の内周面が軸５７によって案内される保持器案内面とされており、該保持器案内面には保持器５の径方向内方に突出する凸曲面部５ａが設けられている。これにより、軸受回転時に保持器５の内周面における保持器案内面が軸５７に対して点接触となる。

図２及び図３に示すように、保持器５には、ころ４と同数のポケット７が円周方向に略等間隔で設けられている。ポケット７は、ころ４が組み込まれた状態で、ころ４を保持器５の円周方向に転動自在とする大きさに形成されている。

また、ポケット７の四隅の角部には、所望の曲率半径を有する逃げ部９が設けられている。この逃げ部９の曲率半径を大きくすることにより、スラスト円筒ころ軸受１の回転時にころ４とポケット７とが接触した場合に、角部に発生する応力を効果的に緩和することができる。このため、保持器５の耐久性及び耐衝撃性を向上させることができる。

また、図３に示すように、ポケット７のころ４の転動面４ａと対向する位置には、ころ案内面８が形成されている。ころ案内面８は、ころ４の転動面４ａに沿って略円弧状に形成されている。また、該ころ案内面８の曲率半径は、転動面４ａの曲率半径よりポケット７のすきま分だけわずかに大きく設定されている。

ころ案内面８は、図５に示すように、ポケット７の保持器５の軸方向の一方の開口部側内面に設けられており、ポケット７の保持器５の軸方向の他方の開口部側内面には、外開きのテーパ面７１が設けられ、組み立て時に該テーパ面７１側によりころ４が挿入される。テーパ面７１のテーパ角は、５〜１０°とされている。なお、外開きのテーパ面７１に代えて、ストレート面、或いはころ案内面８の曲率半径より大きい曲率半径の曲面とすることもできるが、ころ４の挿入性を考慮すると、ポケット７のころ挿入側の開口幅ｄ４の値をころ４の径よりも大きくしたテーパ面７１とすることが望ましい。

また、ポケット７のころ案内面８とテーパ面７１との間には、ポケット７に挿入されたころ４を該ポケット７内に保持するころ保持部７２がストレート面を有して設けられており、ポケット７のころ挿入側の開口幅ｄ４とポケット７のころ保持部７２の内幅ｄ３とポケット７のころ案内面８側の開口幅ｄ１との関係がｄ１＜ｄ３＜ｄ４とされている。ころ保持部７２は、本実施形態では、ストレート面としているが、ポケット７からのころ４の脱落を防止することができればよく、ストレート面に代えて、ころ案内面８と連続する曲面（凹曲面）でもよいし、逆の曲率を有する曲面（凸曲面）でもよい。ただし、ポケット７へのころ４の挿入時のころ４との接触摩擦による変形を考えるとストレート面とすることが望ましい。また、ころ保持部７２のストレート面の保持器５の軸方向長さＬ１は、ポケット７へのころ４の挿入しやすさ（Ｌ１が短いほど挿入しやすい）と、ころ４の挿入時のポケット７の変形（Ｌ１長いほど変形しにくい）を考慮して決定される。本実施形態では、Ｌ１＝０．０５ｄ０としてある。なお、値ｄ０はころ案内面８の曲率半径の２倍の値であり、該値ｄ０はころ径とポケットすきまとの和に等しい値としている。

さらに、ポケット７のころ案内面８における、保持器５の周方向での最大径部（ｄ２＝ｄ０となる箇所）には、図５に示すように、ストレート面８ａが形成されている。このストレート面８ａにより、保持器５の内周面が軸５７によって案内される場合に、ころ４と保持器５との相対的な軸方向の動きがころ４のポケット７内面の曲面の形状に拘束されないようにすることができる。なお、本実施形態では、ころ案内面８をゴシックアーチ形状として、その交差部（保持器５の周方向での最大径部）にストレート面８ａを形成しているが、ころ案内面８を単一曲面として、その最大径部にストレート面８ａを形成するようにしてもよい。また、ストレート面８ａの保持器５の軸方向長さＬ２は、軸案内となるための保持器５の軸方向の動き量を考慮して決定される。本実施形態では、前記値ｄ０に基づき、Ｌ２＝０．０５ｄ０としてある。

さらに、本実施形態では、ころ４のポケット７への挿入性を考慮して、図６に示すように、ころ４のポケット７からの保持器５の軸方向のころ挿入側の突出量ｂを、ころ４のポケット７からの保持器５の軸方向のころ案内面８側の突出量ａより大きくなるようにポケット５が形成される（ｂ＞ａ）。

また、本実施形態では、図７に示すように、保持器５の複数のポケット７のころ４の挿入方向が保持器５の円周方向に交互に逆になるようにポケット７を形成している。このようなポケット７の配置とすることにより、組み込み時のスラスト円筒ころ軸受１の向きに関係なく、保持器５の軸案内動作を安定した状態に維持することができる。

したがって、この実施形態によれば、保持器５の内径部の案内面に凸曲面部５ａを設けているので、保持器５が案内される軸５７に対して保持器５の案内面が点接触となる。これにより、軸受回転時における保持器５の案内面と軸５７との間に発生する摩耗を大幅に抑制することができ、保持器５の寿命延長を図ることができるとともに、軸５７に与えるダメージを軽減することができる。また、最大径部にストレート面８ａが形成されているので、保持器５の内周面が軸５７によって案内される場合に、ころ４と保持器５との相対的な軸方向の動きがころ４のポケット７内面の曲面の形状に拘束されないようにすることができる。これにより、ころ４と保持器５との接触摩擦を軽減することができ、保持器の案内をより安定した状態に維持することができる。

次に、図８を参照して、本発明の第２実施形態であるスラスト円筒ころ軸受について説明する。なお、上述した第１実施形態と重複する部分については、図に同一符号を付してその説明を省略する。

本発明の第２実施形態であるスラスト円筒ころ軸受１ａは、図８に示すように、外輪２がハウジング５６ａに嵌合され、内輪３に軸５７が嵌合されて、該軸５７を回転自在に支持している。また、保持器５の外周面がハウジング５６ａによって案内される保持器案内面とされており、該保持器５の保持器案内面には保持器５の径方向外方に突出する凸曲面部５ａが設けられている。これにより、軸受回転時に保持器５の外周面の保持器案内面がハウジング５６ａに対して点接触となる。

したがって、本実施形態によれば、保持器５の外周面の保持器案内面に凸曲面部５ａが設けられているので、保持器５が案内されるハウジング５６ａに対して保持器５の保持器案内面が点接触となる。これにより、軸受回転時における保持器５の案内面とハウジング５６ａとの間に発生する摩耗を大幅に抑制することができ、保持器５の寿命延長を図ることができるとともに、ハウジング５６ａに与えるダメージを軽減することができる。なお、その他の構成および作用効果は、上述した第１実施形態と同様である。

次に、図９および図１０を参照して、本発明の第３実施形態であるスラスト円筒ころ軸受を説明する。なお、上述した第１の実施形態と重複する部分については、各図に同一符号を付してその説明を省略する。

本発明の第３実施形態であるスラスト円筒ころ軸受１ｂは、図９に示すように、内輪３に軸５７が嵌合され、外輪２がハウジング５６に嵌合されて、前記軸５７を回転自在に支持している。また、保持器５の内周面が軸５７によって案内される保持器案内面とされており、該保持器案内面には、図９および図１０（ａ）に示すように、保持器５の周方向全周に亙って断面円弧状の油溜まり溝（油溜まり部）５ｂが形成されている。

したがって、本実施形態によれば、保持器５の内周面の保持器案内面に油溜まり溝５ｂが設けられているので、この油溜まり溝５ｂに保持された油により、保持器５の保持器案内面が油膜を介して軸５７に案内され、潤滑効果が向上する。これにより、軸受回転時における保持器５の案内面と軸５７との間に発生する接触摩耗を大幅に抑制することができ、保持器５の寿命延長を図ることができるとともに、軸５７に与えるダメージを軽減することができる。その他の構成および作用効果は、上記第１の実施形態と同様である。

なお、油溜まり溝５ｂの形状は断面円弧状に限定されるものではなく、種々の形状を採用することができる。例えば、油溜まり溝５ｂの形状を、図１０（ｂ）に示すように、断面台形状や、図１０（ｃ）に示すように、断面三角形状としてもよい。

また、本実施形態では、保持器５の内周面を軸５７によって案内される保持器案内面として、該保持器案内面に油溜まり溝５ｂを形成した場合を例示したが、保持器５の外周面をハウジングによって案内される保持器案内面とし、該保持器案内面に、上述した同様（図１０（ａ）〜図１０（ｃ））の油溜まり溝５ｂを形成するようにしてもよい。この場合には、保持器５の外周面の保持器案内面に油溜まり溝５ｂが設けられるので、この油溜まり溝５ｂに保持された油により、保持器５の保持器案内面が油膜を介してハウジングに案内され、潤滑効果が向上する。これにより、軸受回転時における保持器５の案内面とハウジングとの間に発生する接触摩耗を大幅に抑制することができ、保持器５の寿命延長を図ることができるとともに、ハウジングに与えるダメージを軽減することができる。

なお、本発明は上記実施の形態に例示したものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。

例えば、上述した実施形態では、一体型の保持器を備えたスラスト軸受を例示したが、これに代えて、ピン等により結合される分割型の保持器を備えたスラスト軸受に本発明を適用してもよい。

本発明の第１実施形態であるスラスト円筒ころ軸受の一部を破断した要部斜視図である。 図１に示すスラスト円筒ころ軸に組み込まれる保持器の平面図である。 図２に示す保持器の一部を破断した要部斜視図である。 図１に示すスラスト円筒ころ軸受の組み込み状態を示す要部断面図である。 図２に示す保持器のポケット形状を説明するための要部断面図である。 図２に示す保持器のポケットに対するころの突出量を説明するための要部断面図である。 図２に示す保持器にころを組み込んだ状態を示す要部断面図である。 本発明の第２実施形態であるスラスト円筒ころ軸受の組み込み状態を示す要部断面図である。 本発明の第３実施形態であるスラスト円筒ころ軸受を説明するための要部断面図である。 図９に示すスラスト円筒ころ軸受に組み込まれる保持器に形成される油溜まり溝の形状例を示す要部断面図であり、（ａ）は図９のＡ部詳細図、（ｂ）および（ｃ）は油溜まり溝の変形例を示す図である。 （ａ）従来のスラスト軸受の一例であるスラスト円筒ころ軸受を説明するための要部断面図であり、（ｂ）従来のスラスト軸受の保持器のポケット形状を説明するための要部断面図である。

符号の説明

１，１ａ，１ｂ スラスト円筒ころ軸受（スラスト軸受）
２ 外輪（軌道輪）
３ 内輪（軌道輪）
４ 円筒ころ（転動体）
５ 保持器
５ａ 凸曲面部（保持器案内面）
５ｂ 油溜まり溝（油溜まり部）
７ ポケット
８ ころ案内面
８ａ ストレート面
７１ テーパ面
７２ ころ保持部

Claims (8)

1. 軸方向に互いに対向して配置された一対の軌道輪と、該一対の軌道輪の間に転動可能に配置された複数の転動体と、前記一対の軌道輪の間に配置されて、前記転動体を保持する複数のポケットが形成された円環状の保持器とを備えて、ハウジングに組込まれ、軸を回転自在に支持するスラスト軸受であって、
   前記保持器の内周面および外周面の少なくとも一方が、前記ハウジング又は前記軸によって案内される保持器案内面とされ、且つ、
   該保持器案内面が、凸曲面状に形成されていることを特徴とするスラスト軸受。
2. 軸方向に互いに対向して配置された一対の軌道輪と、該一対の軌道輪の間に転動可能に配置された複数の転動体と、前記一対の軌道輪の間に配置されて、前記転動体を保持する複数のポケットが形成された円環状の保持器とを備えて、ハウジングに組込まれ、軸を回転自在に支持するスラスト軸受であって、
   前記保持器の内周面および外周面の少なくとも一方が、前記ハウジング又は前記軸によって案内される保持器案内面とされ、且つ、
   該保持器案内面に、油溜まり部が設けられていることを特徴とするスラスト軸受。
3. 軸方向に互いに対向して配置された一対の軌道輪と、該一対の軌道輪の間に転動可能に配置された複数の転動体である円柱状のころと、前記一対の軌道輪の間に配置されて、前記転動体を保持する複数のポケットが形成された円環状の保持器とを備えて、ハウジングに組込まれ、軸を回転自在に支持するスラスト軸受であって、
   前記保持器の内周面および外周面の少なくとも一方が、前記ハウジング又は前記軸によって案内される保持器案内面とされ、且つ、
   前記ポケットのころ案内面の曲率半径が前記ころの転動面の曲率半径より該ポケットのすきま分だけ大きいとともに、前記ポケットのころ案内面の最大径部がストレート面で形成されていることを特徴とするスラスト軸受。
4. 前記ポケットの前記保持器の軸方向の一方の開口部側内面に、前記ころ案内面が設けられ、
   前記ポケットの前記保持器の軸方向の他方の開口部側内面に、前記ころが挿入可能なストレート面、テーパ面又は前記ころ案内面の曲率半径より大きな曲率半径を有する曲面が設けられるとともに、前記ころを保持するころ保持部が設けられていることを特徴とする請求項３に記載のスラスト軸受。
5. 前記ポケットの前記ころの挿入側の開口幅が該ころの径より大きく、且つ、
   該ころの前記ポケットからの前記保持器の軸方向への突出量は、前記ポケットのころ案内面側よりころ挿入側の方が大きいことを特徴とする請求項３又は４に記載のスラスト軸受。
6. 複数の前記ポケットの前記ころの挿入方向が前記保持器の円周方向に交互に逆になることを特徴とする請求項３〜５のいずれか一項に記載のスラスト軸受。
7. 前記保持器案内面が、凸曲面状に形成されていることを特徴とする請求項３〜６のいずれか一項に記載のスラスト軸受。
8. 前記保持器案内面に、油溜まり部が設けられていることを特徴とする請求項３〜６のいずれか一項に記載のスラスト軸受。

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