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JP2013036596A - 円すいころ軸受およびその取付構造 - Google Patents

円すいころ軸受およびその取付構造 Download PDF

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JP2013036596A JP2011175691A JP2011175691A JP2013036596A JP 2013036596 A JP2013036596 A JP 2013036596A JP 2011175691 A JP2011175691 A JP 2011175691A JP 2011175691 A JP2011175691 A JP 2011175691A JP 2013036596 A JP2013036596 A JP 2013036596A
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武彦 梅本
Yasuhiro Shimizu
康宏 清水
Katsunori Sone
克典 曽根
Tomohito Ito
智仁 伊藤
Tsukasa Toyoda
司 豊田
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Abstract

【課題】外輪が安価に製作できる円すいころ軸受とその取付構造を提供する。
【解決手段】円すいころ軸受１の外輪５を、鋼板からプレス加工によって形成されたものとすることにより、従来の外輪製作時の旋削加工を不要として、外輪５の製作コストを低減するとともに、外輪５の大径側端部にフランジ部１１を設け、小径側端部に直筒部１２を設けて、この外輪５のフランジ部１１と直筒部１２を、外輪５の外周形状に対応する内周形状を有するハウジング２と係合させることにより、円すいころ軸受１をハウジング２に容易に取り付けられるようにしたのである。
【選択図】図１

Description

本発明は、安価な円すいころ軸受とその取付構造に関する。
円すいころ軸受は、大きなラジアル荷重とスラスト荷重を同時に支持するのに適した転がり軸受として広く使用されている。その一般的な構造は、外周面にテーパ状の軌道面を有する内輪と、内周面にテーパ状の軌道面を有する外輪と、これらの両軌道輪の軌道面の間に組み込まれる複数の円すいころと、各円すいころを転動自在に保持する保持器とを備え、内輪の大径側端部に大鍔を小径側端部に小鍔を一体形成して、円すいころおよび保持器が内輪から脱落しないようにしている（非特許文献１参照。）。
「円すいころ軸受」、転がり軸受総合カタログ、ＮＴＮ株式会社、CAT.No.2202-VII/J、B-133,134
ところで、上記のような円すいころ軸受では、外輪を製作する際、通常、鋼材の塊から削りだし（旋削加工）、熱処理と研磨加工を施しているが、その加工にかかるコストが少なからず軸受全体の製造コストを押し上げている。
そこで、本発明は、円すいころ軸受の外輪の製作コストの低減を第１の課題とし、その安価な外輪を用いた円すいころ軸受のハウジングへの取付構造を提供することを第２の課題とする。
本発明は、上記の第１の課題を解決するために、内輪と外輪のそれぞれのテーパ状の軌道面の間に複数の円すいころを組み込み、これらの各円すいころを保持器で転動自在に保持した円すいころ軸受において、前記外輪を鋼板からプレス加工によって形成されたものとする構成を採用した。これにより、従来の外輪製作時の旋削加工を不要として、外輪の製作コストを低減することができる。
ここで、前記外輪の軌道面にショットピーニング処理を施せば、外輪の軌道面の耐摩耗性を向上させることができるし、軌道面への残留圧縮応力の付与により転動疲労寿命を向上させることもできる。
また、前記外輪の軌道面の軸方向断面形状を凸形に形成するか、あるいは前記外輪の軌道面と軌道面を有するテーパ部の外周面のそれぞれの軸方向断面形状を凸形に形成して、前記外輪の両端部の肉厚を中央部よりも薄くすれば、運転時に外輪に作用する面圧を均一化して、その最大面圧およびころのエッジから受ける面圧を低減することができ、耐荷重性能の向上が図れる。
さらに、前記外輪の外周面に、青銅粉末の多孔質焼結体からなる中間層と充填材入りの四フッ化エチレン樹脂からなる外層を重ねて形成することにより、外輪の耐クリープ性を向上させることができる。
そして、本発明は、第２の課題を解決するために、上記構成の円すいころ軸受の外輪を、その外周形状に対応する内周形状を有するハウジングに取り付ける取付構造において、前記外輪に、その大径側端部から径方向外側に延びて前記ハウジングと係合するフランジ部と、小径側端部から軸方向に延びて前記ハウジングと係合する直筒部の少なくとも一方を設けた構成を採用した。このようなフランジ部や直筒部を外輪に設けることにより、円すいころ軸受をハウジングに容易に取り付けることができる。
前記外輪の大径側端部にフランジ部を設ける場合は、前記外輪のフランジ部の外周に１個所以上の切欠きを設け、前記ハウジングにこの切欠きに嵌まり込む係合部を設けることにより、外輪の廻り止め構造を形成することができる。また、前記外輪のフランジ部に１個所以上のボルト孔をあけ、このボルト孔を通して前記ハウジングにボルトをねじ込むようにすれば、外輪を廻り止めすると同時に抜け止めすることができる。そして、このようにフランジ部をボルト止めする場合は、前記外輪のフランジ部に前記ボルト孔の近傍の外周から突出する突起を設け、この突起を折り曲げて前記ハウジングにねじ込まれたボルトの頭部に当接させることにより、前記ボルトの緩み止めとするとよい。
一方、前記外輪の小径側端部に直筒部を設ける場合は、前記外輪の直筒部の外周面に先端側が大径となるように段差面を設け、前記ハウジングにこの段差面と対向する係合面を設けることにより、外輪の抜け止め構造を形成することができる。また、前記外輪の直筒部の先端から径方向外側へ突出する係合凸部を１つ以上設け、前記ハウジングにこの係合凸部が嵌まり込む係合凹部を設けるようにすれば、外輪を抜け止めすると同時に廻り止めすることができる。
また、前記外輪の軌道面を有するテーパ部の軸と直交する断面での外周形状と、これに対応する前記ハウジングの内周形状を楕円形または角に丸みのある多角形としたり、前記外輪の直筒部の軸と直交する断面での外周形状と、これに対応する前記ハウジングの内周形状を楕円形または角に丸みのある多角形としたりすることにより、外輪の廻り止め構造を形成してもよい。
さらに、外輪の外周面に前記焼結体層および樹脂層をもたない円すいころ軸受に対しては、前記ハウジングに前記外輪の両端部と対向する環状凹部を設け、これらの各環状凹部にシール部材を配し、両シール部材と外輪とハウジングとで囲まれる空間を潤滑材で満たすようにして、外輪のクリープ対策とすることができる。あるいは、前記外輪の両端部にハウジング側に開口する湾曲部を形成し、これらの各湾曲部の内側にシール部材を配し、両シール部材と外輪とハウジングとで囲まれる空間を潤滑材で満たすようにしてもよい。その場合には、前記ハウジングに前記外輪の小径側の湾曲部の先端と軸方向で対向する係合面を設けて、外輪の抜け止め構造とすることができる。
上述したように、本発明の円すいころ軸受は、外輪を鋼板からプレス加工によって形成したものであるから、従来の外輪製作時の旋削加工が不要で、外輪を安価に製作することができる。
また、本発明の円すいころ軸受の取付構造は、鋼板からプレス加工によって形成した外輪に、その大径側端部から径方向外側に延びてハウジングと係合するフランジ部と、小径側端部から軸方向に延びてハウジングと係合する直筒部の少なくとも一方を設けるようにしたので、円すいころ軸受をハウジングに容易に取り付けることができる。
第１実施形態の円すいころ軸受の組込状態の縦断面図 図１の外輪の軸と直交する方向の取付状態を示す断面図 ａ、ｂは、それぞれ図１の外輪の肉厚分布の変形例を示す縦断面図 ａは図１の軸受の取付構造の変形例を示す縦断面図、ｂはａのIV−IV線に沿った断面図、ｃはａの外輪の小径側端部付近の拡大縦断面図 ａは図１の軸受の外輪大径側の取付構造の別の変形例を示す拡大縦断面図、ｂはａのＶ−Ｖ線に沿った断面図 ａは図１の軸受の外輪小径側の取付構造の別の変形例を示す縦断面図、ｂはａのVI−VI線に沿った断面図 第２実施形態の円すいころ軸受の組込状態の縦断面図 ａ、ｂは、それぞれ図７の外輪の両端部形状の変形例を示す縦断面図 ａは第３実施形態の円すいころ軸受の組込状態の縦断面図、ｂはａの外輪の小径側端部付近の拡大縦断面図
以下、図面に基づき、本発明の実施形態を説明する。図１は第１の実施形態の円すいころ軸受１をハウジング２と回転軸３の間に組み込んだ状態を示す。この円すいころ軸受１は、外周面にテーパ状の軌道面４ａを有する内輪４と、内周面にテーパ状の軌道面５ａを有する外輪５と、これらの両軌道輪４、５の軌道面４ａ、５ａの間に組み込まれる複数の円すいころ６と、各円すいころ６を転動自在に保持する保持器７とを備え、内輪４の大径側端部に大鍔８を小径側端部に小鍔９を一体形成して、円すいころ６および保持器７が内輪４から脱落しないようにしたものである。その内輪４は回転軸３の外周面に形成された環状溝３ａに嵌め込まれ、外輪５はハウジング２の内周面に取り付けられる。
前記外輪５は、熱間圧延鋼板または冷間圧延鋼板からプレス加工によって形成したもので、その素材となる鋼板の材質には一般用軟鋼、炭素工具鋼または機械構造用合金鋼を使用し、プレス加工後のずぶ焼入れ、高周波焼入れまたは浸炭焼入れによって従来のものと同水準の硬度分布を付与している。
ここで、外輪５の素材となる鋼板の板厚は、円すいころ６の平均径（この実施形態では４〜３０ｍｍ）に応じて０．８〜３．６ｍｍの範囲で選択する。この板厚範囲は、上記各焼入れ処理後の外輪５においてＨｖ５５０以上の硬度を必要とされる部分（荷重を受ける部分）の深さが、円すいころ６の平均径が４ｍｍの場合で０．６〜１．６ｍｍ程度、円すいころ６の平均径が３０ｍｍの場合で１．５〜３．０ｍｍ程度であること、および鋼板の板厚許容差（±０．０６〜±０．２０ｍｍ）とプレス加工による板厚の変化（板厚許容差の２倍を見込む）を考慮して設定したものである。
そして、焼入れ後の軌道面５ａにショットピーニング処理を施して、軌道面５ａの耐摩耗性向上と転動疲労寿命の向上を図っている。また、外周面には青銅粉末の多孔質焼結体からなる中間層と充填材入りの四フッ化エチレン樹脂からなる外層を重ねて形成して、耐クリープ性を向上させている。
図１に示すように、この外輪５は、軌道面５ａを有するテーパ部１０と、テーパ部１０の大径側端部から径方向外側に延びるフランジ部１１と、テーパ部１０の小径側端部から軸方向に延びる直筒部１２とからなる。そして、この外輪５の外周形状に対応するようにハウジング２の内周形状が形成されており、外輪５をハウジング２内周に挿入し、そのフランジ部１１がハウジング２内周の段差面に当接するまでテーパ部１０と直筒部１２を圧入することにより、外輪５がハウジング２に取り付けられるようになっている。
ここで、図２に示すように、この外輪５のテーパ部１０の軸と直交する断面の形状は、内周が円形であるのに対し、外周が楕円形に形成されている。そして、外輪５のテーパ部１０が圧入されるハウジング２のテーパ部の内周形状も、外輪テーパ部１０の外周形状と同じ楕円形に形成されている。これにより、外輪５が廻り止めされ、クリープを生じにくくなっている。同様に、外輪５の直筒部１２の外周形状とこれに対応するハウジング２内周形状を楕円形に形成して、外輪５を廻り止めすることもできる。また、外輪外周形状とこれに対応するハウジング内周形状は、角に丸みのある多角形としてもよい。なお、外輪はプレス加工により、ハウジングは鋳造により外形形状が形成されるので、その形状が楕円形や角に丸みのある多角形であっても形成は比較的容易である。
この円すいころ軸受１は、上述したように、外輪５を鋼板からプレス加工によって形成したものであるから、従来の外輪製作時の旋削加工が不要で、外輪５を安価に製作することができる。
また、この円すいころ軸受１の取付構造は、外輪５の外周形状に対応するようにハウジング２の内周形状を形成しておき、外輪５のフランジ部１１がハウジング２内周の段差面に当接するまで外輪５のテーパ部１０と直筒部１２をハウジング２に圧入するようにしたので、円すいころ軸受１をハウジング２に容易に取り付けることができ、メンテナンス時の分解・交換も容易である。
図３は、外輪５の両端部の肉厚を中央部よりも薄くした変形例を示す。このうち、図３（ａ）は外輪５の軌道面５ａの軸方向断面形状を凸形に形成した例、図３（ｂ）は外輪５の軌道面５ａとテーパ部１０の外周面のそれぞれの軸方向断面形状を凸形に形成した例である。これらの変形例では、外輪を均一な厚みで形成した場合に比べて、運転時に外輪５に作用する面圧が均一化され、その最大面圧およびころ６のエッジから受ける面圧が低減されるので、耐荷重性能の向上が図れる。
図４乃至図６は、それぞれ円すいころ軸受１の取付構造の変形例を示す。図４に示した例では、外輪５のフランジ部１１の外周に１個所以上の切欠き１１ａを設け、ハウジング２にこの切欠き１１ａに嵌まり込む係合部２ａを設けて、外輪５の廻り止め構造を形成している（図４（ａ）、（ｂ））。これにより、外輪５の軸と直交する断面の外周形状とこれに対応するハウジング２の内周形状は、図２に示したような楕円形とする必要はなく、円形とすることができる。また、外輪５の直筒部１２の外周面には、先端側が大径となるように段差面１２ａを設け、ハウジング２にこの段差面１２ａと対向する係合面２ｂを設けて、外輪５の抜け止め構造を形成している（図４（ａ）、（ｃ））。
図５（ａ）、（ｂ）に示した例では、外輪５のフランジ部１１に１個所以上のボルト孔１１ｂをあけ、このボルト孔１１ｂを通してハウジング２にボルト１３をねじ込んでいる。また、外輪５のフランジ部１１にはボルト孔１１ｂの近傍の外周から突出する突起１１ｃを設け、この突起１１ｃを折り曲げてハウジング２にねじ込まれたボルト１３の頭部に当接させることにより、ボルト１３の緩み止めとしている。この例では、外輪５を廻り止めすると同時に抜け止めすることができるので、外輪５の直筒部１２を省略することも可能である。
一方、図６（ａ）、（ｂ）に示した例では、外輪５の直筒部１２の先端から径方向外側へ突出する係合凸部１２ｂを１つ以上設け、ハウジング２にこの係合凸部１２ｂが嵌まり込む係合凹部２ｃを設けている。これにより、外輪５を抜け止めすると同時に廻り止めすることができるので、外輪５のフランジ部１１を省略することも可能である。
図７に示す第２の実施形態は、第１実施形態の図１に示した例をベースとし、円すいころ軸受１の外輪５としてその外周面に前述の焼結体層や樹脂層をもたないものを使用している。そして、ハウジング２に外輪５の両端部と対向する環状凹部２ｄ、２ｅを設け、これらの各環状凹部２ｄ、２ｅにシール部材としてのＯリング１４、１５を配し、両Ｏリング１４、１５と外輪５とハウジング２とで囲まれる空間を潤滑材１６で満たして、外輪クリープ対策としたものである。なお、シール部材は、Ｏリングに限らず、角リングやＶリング等のパッキンを使用することもできる。
図８は、第２の実施形態の円すいころ軸受１の外輪５の両端部形状の変形例を示す。このうち、図８（ａ）は外輪５のフランジ部１１および直筒部１２の途中に段差部を設けた例、図８（ｂ）は外輪５のフランジ部１１および直筒部１２の長さを短縮した例であり、いずれも外輪５のフランジ部１１および直筒部１２がハウジング２に接触しないようにして、外輪クリープ対策をより確実なものとしている。なお、図８（ａ）の例では、外輪５の直筒部１２の先端をフランジ状に折り曲げ、この折曲部１２ｃをハウジング２の係合面２ｂと対向させて、外輪５の抜け止め構造を形成している。
図９（ａ）、（ｂ）に示す第３の実施形態では、第２実施形態と同じく円すいころ軸受１の外輪５の外周面に前述の焼結体層や樹脂層を形成せず、その代わりに、外輪５の両端部にハウジング２側に開口する湾曲部１７、１８を形成し、これらの各湾曲部１７、１８の内側にＯリング１４、１５を配し、両Ｏリング１４、１５と外輪５とハウジング２とで囲まれる空間を潤滑材１６で満たして、外輪クリープ対策としている。また、外輪５の小径側の湾曲部１８の先端をハウジング２の係合面２ｂと軸方向で対向させて、外輪５の抜け止め構造を形成している。
１ 円すいころ軸受
２ ハウジング
２ａ 係合部
２ｂ 係合面
２ｃ 係合凹部
２ｄ、２ｅ 環状凹部
３ 回転軸
４ 内輪
４ａ 軌道面
５ 外輪
５ａ 軌道面
６ 円すいころ
１０ テーパ部
１１ フランジ部
１１ａ 切欠き
１１ｂ ボルト孔
１１ｃ 突起
１２ 直筒部
１２ａ 段差面
１２ｂ 係合凸部
１４、１５ Ｏリング
１６ 潤滑材
１７、１８ 湾曲部

Claims (16)

  1. 内輪と外輪のそれぞれのテーパ状の軌道面の間に複数の円すいころを組み込み、これらの各円すいころを保持器で転動自在に保持した円すいころ軸受において、前記外輪が鋼板からプレス加工によって形成されたものであることを特徴とする円すいころ軸受。
  2. 前記外輪の軌道面にショットピーニング処理を施したことを特徴とする請求項１に記載の円すいころ軸受。
  3. 前記外輪の軌道面の軸方向断面形状を凸形に形成して、前記外輪の両端部の肉厚を中央部よりも薄くしたことを特徴とする請求項１または２に記載の円すいころ軸受。
  4. 前記外輪の軌道面と軌道面を有するテーパ部の外周面のそれぞれの軸方向断面形状を凸形に形成して、前記外輪の両端部の肉厚を中央部よりも薄くしたことを特徴とする請求項１または２に記載の円すいころ軸受。
  5. 前記外輪の外周面に、青銅粉末の多孔質焼結体からなる中間層と充填材入りの四フッ化エチレン樹脂からなる外層を重ねて形成したことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の円すいころ軸受。
  6. 請求項１乃至５のいずれかに記載の円すいころ軸受の外輪を、その外周形状に対応する内周形状を有するハウジングに取り付ける取付構造において、前記外輪に、その軌道面を有するテーパ部の大径側端部から径方向外側に延びて前記ハウジングと係合するフランジ部と、前記テーパ部の小径側端部から軸方向に延びて前記ハウジングと係合する直筒部の少なくとも一方を設けたことを特徴とする円すいころ軸受の取付構造。
  7. 前記外輪のフランジ部の外周に１個所以上の切欠きを設け、前記ハウジングにこの切欠きに嵌まり込む係合部を設けたことを特徴とする請求項６に記載の円すいころ軸受の取付構造。
  8. 前記外輪のフランジ部に１個所以上のボルト孔をあけ、このボルト孔を通して前記ハウジングにボルトをねじ込んだことを特徴とする請求項６に記載の円すいころ軸受の取付構造。
  9. 前記外輪のフランジ部に前記ボルト孔の近傍の外周から突出する突起を設け、この突起を折り曲げて前記ハウジングにねじ込まれたボルトの頭部に当接させることにより、前記ボルトの緩み止めとしたことを特徴とする請求項８に記載の円すいころ軸受の取付構造。
  10. 前記外輪の直筒部の外周面に先端側が大径となるように段差面を設け、前記ハウジングにこの段差面と対向する係合面を設けたことを特徴とする請求項６に記載の円すいころ軸受の取付構造。
  11. 前記外輪の直筒部の先端から径方向外側へ突出する係合凸部を１つ以上設け、前記ハウジングにこの係合凸部が嵌まり込む係合凹部を設けたことを特徴とする請求項６に記載の円すいころ軸受の取付構造。
  12. 前記外輪の軌道面を有するテーパ部の軸と直交する断面での外周形状と、これに対応する前記ハウジングの内周形状を楕円形または角に丸みのある多角形としたことを特徴とする請求項６に記載の円すいころ軸受の取付構造。
  13. 前記外輪の直筒部の軸と直交する断面での外周形状と、これに対応する前記ハウジングの内周形状を楕円形または角に丸みのある多角形としたことを特徴とする請求項６に記載の円すいころ軸受の取付構造。
  14. 請求項１乃至４のいずれかに記載の円すいころ軸受の外輪を、その外周形状に対応する内周形状を有するハウジングに取り付ける取付構造において、前記ハウジングに前記外輪の両端部と対向する環状凹部を設け、これらの各環状凹部にシール部材を配し、両シール部材と外輪とハウジングとで囲まれる空間を潤滑材で満たしたことを特徴とする円すいころ軸受の取付構造。
  15. 請求項１乃至４のいずれかに記載の円すいころ軸受の外輪を、その外周形状に対応する内周形状を有するハウジングに取り付ける取付構造において、前記外輪の両端部にハウジング側に開口する湾曲部を形成し、これらの各湾曲部の内側にシール部材を配し、両シール部材と外輪とハウジングとで囲まれる空間を潤滑材で満たしたことを特徴とする円すいころ軸受の取付構造。
  16. 前記ハウジングに前記外輪の小径側の湾曲部の先端と軸方向で対向する係合面を設けたことを特徴とする請求項１５に記載の円すいころ軸受の取付構造。
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