JP7718105B2 - 円すいころ軸受の組立方法 - Google Patents

Description

本発明は、円すいころ軸受の組立方法に関する。

従来、建設機械をはじめとする各種の駆動装置には、その回転機構を回転自在に支持する軸受として円すいころ軸受が使用されている。図４に示すように、この円すいころ軸受１０は、内周面に外輪軌道面１１ａを有する外輪１１と、外周面に内輪軌道面１２ａを有する内輪１２と、外輪軌道面１１ａと内輪軌道面１２ａとの間に転動可能に設けられる複数の円すいころ１３と、複数の円すいころ１３を円周方向に所定の間隔で保持する保持器１４と、を備えて構成される。

円すいころ軸受１０の保持器１４としては、樹脂製のものや金属製のものが使用される。金属製の保持器１４を用いた円すいころ軸受１０の組立方法は、いわゆる、加締め方式が取られている。具体的には、図５に示すように、まず、保持器１４のポケットに円すいころ１３を保持させ、内輪１２に組み込む。そして、内輪１２の大鍔部１６側の軸方向端面を内輪支持面３０に当接させた状態で、保持器１４に当接させた加締め治具２０を、保持器１４に向けて押し込むことにより、内輪１２、円すいころ１３及び保持器１４が分離しないよう、任意のポケット隙間（ころが径方向外側に隙間がなくなるまで移動したとしても、ころが小鍔を乗り越えて内輪１２の軸方向に移動して内輪１２から外れてしまうことがない様な隙間）になるまで加締める、といった方法である。

例えば、特許文献１の円錐ころ軸受では、円すいころおよび保持器を内輪に組み込むに先立ち、テーパ状の拡径パンチを底孔に嵌入させることで小径リング部を拡径させ、その後に、小径リング部における柱部との接続部近傍のみを加締め治具により内側に加締めることで、保持器の寸法及び形状精度の向上等を図ったものが知られている。

特開２０００－２６６０６３号公報

ところで、加締め方式は、軸受に大きな荷重を負荷するため、保持器の形状が崩れるおそがある。また、加締めは、大きなコストを要するものであり、特に大型の軸受の組立においては、大型のプレス装置が必要となり、コストの問題が深刻となる。さらに、加締め用の金型は、保持器毎の専用設計を必要とするため、小ロット品の場合は、専用金型製作費用を少数の保持器で負担しなければならず、製品コストが上昇する要因となる。

上記の様な問題に鑑み、加締めを用いない、非加締め方式による円すいころ軸受の組立方法がある。この方法においては、内輪の小鍔部と円すいころとの間に、あらかじめ保持器の脱落を防止するための掛かり代を確保しておく。そして、組立時に、保持器をスプリングバックさせることにより保持器を内輪の外側に配置し、さらに、掛かり代により保持器を内輪に取り付ける。

具体的には、図６に示すように、あらかじめ円すいころ１３を保持した保持器１４に対して内輪１２を傾けた状態のまま、例えば、内輪１２を押し下げ、組込を行う。本例では、内輪１２の軸心Ｂが、内輪支持面３０のごとき床面に対し垂直な保持器１４の軸心Ｃに対し、所定の角度で傾いており、この状態のまま、内輪１２を押し下げ、内輪１２を保持器１４内に押し込む。内輪１２の小鍔部１５が円すいころ１３の転走面に接触することにより、円すいころ１３が外側に移動し、円すいころ１３の移動に伴って、保持器１４が外側へ変形する。

この際、保持器１４は、弾性変形の範囲内で変形した後、内輪１２の押し込みが完了すると元の形状に戻る。すると、円すいころ１３が、あらかじめ確保された掛かり代により内輪１２の小鍔部１５に保持され、ひいては保持器１４が、内輪１２に取り付けられる。

上述したように、保持器１４を弾性変形の範囲内で変形させて元の形状に戻すことができれば、保持器１４の形状は崩れないが、保持器１４に用いられる鋼板の降伏点は、一般的に低く、組込後の脱落を防止するために必要な掛かり代がある保持器を、その形状が崩れないよう組み込むことは、設計上容易ではない。当然ながら、内輪１２、保持器１４の寸法公差を厳格に規定、管理する必要があり、製造コストの上昇、管理コストの上昇を招く可能性がある。また、寸法公差を厳格に規定、管理しても、組込にあたって必要な掛かり代を確保することは容易ではない。

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、円すいころ軸受の回転性能に影響を及ぼす、保持器の楕円変形やねじれ変形などの変形を抑制するとともに、厳密な寸法公差を追求することなく、組立コストを抑制することが可能な円すいころ軸受の組立方法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）内周面に外輪軌道面を有する外輪と、
外周面に内輪軌道面を有する内輪と、
前記外輪軌道面と前記内輪軌道面との間に転動可能に設けられる複数の円すいころと、
前記複数の円すいころを円周方向に所定の間隔で保持する金属製の保持器と、
を備え、
前記内輪の大径側端部に大鍔部が、前記内輪の小径側端部に小鍔部が、それぞれ設けられる円すいころ軸受の組立方法であって、
前記複数の円すいころが前記保持器に保持された状態で、前記保持器の径方向における軸心と前記内輪の径方向における軸心とが一致し、かつ、前記複数の円すいころが前記内輪の小鍔部に接触するように、前記保持器と前記内輪を相対的に配置し、
前記保持器および前記内輪の少なくとも一つを、前記軸心と平行な軸方向に沿って押圧することにより、前記保持器を、前記内輪に対し相対的に、前記内輪の大鍔部の側に向かって移動させ、
前記保持器の移動とともに、弾性変形および塑性変形によって前記保持器を径方向外側に変形し、
前記保持器の移動に伴い、前記円すいころが前記内輪の小鍔部を通り過ぎたら、前記径方向外側に変形した保持器を、ころが小鍔部を乗り越え外れてしまわない位置まで、スプリングバックによって径方向内側に変形する、
円すいころ軸受の組立方法。
（２）前記保持器を、スプリングバックによって径方向内側に変形することにより、前記円すいころと前記内輪の小鍔部との間に必要な掛かり代が確保される、（１）に記載の円すいころ軸受の組立方法。
（３）前記円すいころの小径側端面が、前記内輪の小鍔部における小鍔面に接触し、前記円すいころ小径側端面が、前記小鍔面によって保持される、（２）に記載の円すいころ軸受の組立方法。
（４） 前記保持器の初期寸法は、前記複数の円すいころ及び保持器が前記内輪に組み込まれた際に、前記円すいころと前記内輪の小鍔部との間に必要な掛かり代が確保されるように設計される、（１）に記載の円すいころ軸受の組立方法。

本発明によれば、円すいころ軸受の回転性能に影響を及ぼす保持器の楕円変形やねじれ変形などの変形を抑制することが可能である。また、厳密な寸法公差を追求することなく、保持器が内輪から脱落することを抑制するとともに、組立コストを抑制することが可能である。

図１は、本発明に係る円すいころ軸受の組立方法の概要を説明する断面図である。 図２は、本発明に係る非加締め方式による、円すいころ軸受の組立方法の手順を説明する断面図であり、（ａ）は円すいころを内輪の小鍔部に接触させた状態を示す図、（ｂ）は弾性変形および塑性変形により保持器が外側に変形した状態を示す図、（ｃ）は、スプリングバックにより保持器が内側に変形し、円すいころが掛かり代によって小鍔部に保持された状態を示す図である。 図３は、スプリングバックを説明する模式図である。 図４は、円すいころ軸受の一例を説明する断面図である。 図５は、従来の円すいころ軸受の組立方法を説明する断面図であり、加締め時の力の伝達経路を説明するための図である。 図６は、従来の非加締め方式による、円すいころ軸受の組立方法の概要を説明する断面図である。

以下、本発明に係る円すいころ軸受の組立方法の各実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。

まず、図４を参照して、本発明が適用された円すいころ軸受について説明する。

円すいころ軸受１０は、図４に示すように、内周面に外輪軌道面１１ａを有する外輪１１と、外周面に内輪軌道面１２ａを有する内輪１２と、外輪軌道面１１ａと内輪軌道面１２ａとの間に転動可能に設けられる複数の円すいころ１３と、複数の円すいころ１３を円周方向に所定の間隔で保持する金属製の保持器１４と、を備える。

内輪１２は、内輪１２の小径側端部に設けられる小鍔部１５と、内輪１２の大径側端部に設けられる大鍔部１６と、を有する。なお、小鍔部１５における小鍔面１５ａは、小鍔部１５が円すいころ１３の小径側端面１３ａと接触する。また、大鍔部１６における大鍔面１６ａは、大鍔部１６が円すいころ１３の大径側端面１３ｂと接触する。

保持器１４は、例えば鉄板のプレス加工などで形成されており、小径側円環部１４ａと、小径側円環部１４ａと同軸配置される大径側円環部１４ｂと、小径側円環部１４ａと大径側円環部１４ｂとを連結すべく、周方向に所定の間隔（例えば、略等間隔）で配置される複数の柱部１４ｃと、を備え、周方向に互いに隣り合う各柱部１４ｃ間に、円すいころ１３を転動可能に保持するポケット部１４ｄが形成されている。

本発明は、かかる円すいころ軸受の組立方法を提供するものであり、引き続き、実施形態について説明する。

図１を参照して、本発明に係る円すいころ軸受の組立方法の実施形態について説明する。図１は、金属製の保持器１４を備える円すいころ軸受における、内輪１２に対して円すいころ１３を保持した保持器１４を組み付ける方法を説明する断面図である。

本実施形態の組立方法では、あらかじめ複数の円すいころ１３を、保持器１４のポケット部１４ｄに保持させる。円すいころ１３が保持器１４に保持された状態で、内輪１２を保持器１４の内側に配置し、内輪１２を押し下げる。この際、図６の例とは異なり、保持器１４の径方向における軸心Ａと内輪１２の径方向における軸心Ａとが一致している。また、内輪１２の小鍔部１５の外径面が、各円すいころ１３の転走面１３ｃと接点Ｄによって接触している。

内輪１２の押し下げとともに、保持器１４は、径方向外側に拡がるように変形（拡径）する。保持器１４の軸心Ａと内輪１２の軸心Ａとが一致しているため、保持器１４の楕円変形、ねじれ変形などの変形を抑制することが可能である。

図２を参照して、円すいころ軸受の組立方法の詳細を説明する。まず、図２（ａ）にしめすように、円すいころ１３の転走面１３ｃが内輪１２の小鍔部１５に接触するように、保持器１４と内輪１２を相対的に配置する。すなわち、図２（ａ）の状態は、図１の状態と一致する。このとき、保持器１４の小径側円環部１４ａは、径方向で初期位置Ｐ１に位置している。

つぎに、図２（ｂ）に示すように、保持器１４および内輪１２の少なくとも一つ、本例では、内輪１２を、軸心と平行な軸方向に沿って、下側に押圧する。保持器１４および円すいころ１３は、内輪１２に対し相対的に、内輪１２の大鍔部１６の側に向かって移動する。

円すいころ１３の転走面１３ｃは、保持器１４および内輪１２の軸心Ａに対して外側に傾斜した状態で、内輪１２の小鍔部１５の外径面に接触している。このため、円すいころ１３は、内輪１２の大鍔部１６の側に向かって移動するに伴い、径方向外側に移動する。円すいころ１３の移動に伴い、小鍔部１５に押されるかたちで、円すいころ１３を保持する保持器１４も、径方向外側に拡大するように変形しながら、移動する。

金属製の保持器１４の拡大変形は、最初は元の形状に戻り得る弾性変形である。保持器１４が所定以上の径に拡大すると、保持器１４を構成する金属材料は降伏点に達し、保持器１４の拡大変形は弾性変形から塑性変形に変わり、更に径方向外側に拡大する。拡大変形により、保持器１４の小径側円環部１４ａは、拡径位置Ｐ２まで移動する。

保持器１４は、塑性変形により拡大しつつも、塑性変形が所定の範囲で終了したなら、スプリングバックにより、元の形状に戻る方向への変形、すなわち、径方向内側に変形（縮径）可能である。保持器１４の小径側円環部１４ａが拡径位置Ｐ２まで移動した時点では、保持器１４は、このようなスプリングバックが可能である。

このような状況下で、図２（ｃ）に示すように、円すいころ１３の転走面１３ｃが内輪１２の小鍔部１５を通り過ぎる。これにより、拡径した保持器１４は、スプリングバックによって、元の形状に戻る方向、すなわち、径方向内側に変形（縮径）する。この結果、円すいころ１３は、内輪１２の小鍔部１５と大鍔部１６との間に収納される。このとき、保持器１４の小径側円環部１４ａは、固定位置Ｐ３まで移動する。固定位置Ｐ３では、ころ１３が外径側に移動しようとしても、ポケット隙間は小鍔部１５を乗り越え外れる位置まで移動できないように設定されている。

図３は、スプリングバックを説明する模式図であり、縦軸は保持器に負荷される荷重、横軸は保持器の変形（変形量）を表している。図２（ａ）の初期位置では、図３の荷重と変形は０であり、図２（ａ）の状態から図２（ｂ）の状態になる際に、図３の弾性変形域と塑性変形域の境界のＡを経て、図２（ｂ）の状態の図３のＢに至る。図２（ｂ）の状態から図２（ｃ）の状態になる際に、図３のＢからＣに至る。図３のＢの変形量であるＢ１とＣの変形量の差がスプリングバックである。

これにより、円すいころ１３と内輪１２の小鍔部１５との間に必要な掛かり代が確保された状態となり、円すいころ１３が小鍔部１５に保持される。具体的には、円すいころ１３の小径側端面１３ａが、小鍔部１５における小鍔面１５ａに接触し、小径側端面１３ａが小鍔面１５ａによって、保持される。この結果、円すいころ１３とともに、保持器１４が、内輪１２に組付けられる。

本実施形態の組立方法によれば、保持器１４の軸心Ａと内輪１２の軸心Ａとが一致しているため、円すいころ軸受１０の回転性能に影響を及ぼす、保持器１４の楕円変形、ねじれ変形などの変形を抑制することが可能である。

また、保持器１４の初期寸法は、あらかじめ、弾性変形、塑性変形およびスプリングバックによる拡径を考慮した値に設定されており、拡径による円すいころ軸受１０の性能への影響は回避可能である。あらかじめ保持器１４の塑性変形が許容されることにより、保持器１４、内輪１２の寸法公差にかかわらず、スプリングバック分の掛かり代を発生させることができる。よって、厳密な寸法公差を追求することなく、保持器１４が内輪１２から脱落することを抑制することができる。また、加締め方式のような大規模な装置を要することがないため、組立コストを抑制することが可能である。

また、保持器１４の形状と金属材料物性（ヤング率、降伏点など）を考慮することにより、保持器１４の弾性変形が塑性変形に変わる弾性変形の変形量、塑性変形後に再びスプリングバック可能な塑性変形の変形量を予測（シミュレーション）することが可能である。予測を用いて、保持器１４の初期寸法を導くことにより、塑性変形による、完成品としての円すいころ軸受１０への影響を可能な限り取り除くことが可能である。

上述の説明においては、内輪１２を、床面に配置された保持器１４の側に押し下げている。しかしながら、内輪１２を床面に配置し、保持器１４を上から押し下げてもよい。また、内輪１２および保持器１４の双方を相対的に接近させるようにして、組み付けてもよい。

なお、本発明は、上記各実施形態に例示したものに限定されるものではなく、適宜変更、改良等が可能である。

１０ 円すいころ軸受
１１ 外輪
１１ａ 外輪軌道面
１２ 内輪
１２ａ 内輪軌道面
１３ 円すいころ
１３ａ 小径側端面
１３ｂ 大径側端面
１３ｃ 転走面
１４ 保持器
１４ａ 小径側円環部
１４ｂ 大径側円環部
１４ｃ 柱部
１４ｄ ポケット部
１５ 小鍔部
１５ａ 小鍔面
１６ 大鍔部
１６ａ 大鍔面
２０ 加締め治具

Claims (3)

1. 内周面に外輪軌道面を有する外輪と、
   外周面に内輪軌道面を有する内輪と、
   前記外輪軌道面と前記内輪軌道面との間に転動可能に設けられる複数の円すいころと、
   前記複数の円すいころを円周方向に所定の間隔で保持する金属製の保持器と、
   を備え、
   前記内輪の大径側端部に大鍔部が、前記内輪の小径側端部に小鍔部が、それぞれ設けられる円すいころ軸受の組立方法であって、
   前記複数の円すいころが前記保持器に保持された状態で、前記保持器の径方向における軸心と前記内輪の径方向における軸心とが一致し、かつ、前記複数の円すいころが前記内輪の小鍔部に接触するように、前記保持器と前記内輪を相対的に配置し、
   前記保持器および前記内輪の少なくとも一つを、前記軸心と平行な軸方向に沿って押圧することにより、前記保持器を、前記内輪に対し相対的に、前記内輪の大鍔部の側に向かって移動させ、
   前記保持器の移動とともに、弾性変形および塑性変形によって前記保持器を径方向外側に変形し、
   前記保持器の移動に伴い、前記円すいころが前記内輪の小鍔部を通り過ぎたら、塑性変形により前記径方向外側に変形した保持器を、ころが小鍔部を乗り越え外れてしまわない位置まで、スプリングバックによって径方向内側に変形し、
   前記保持器の初期寸法は、前記複数の円すいころ及び保持器が前記内輪に組み込まれた際に、前記円すいころと前記内輪の小鍔部との間に必要な掛かり代が確保されるように設計される、
   円すいころ軸受の組立方法。
2. 内周面に外輪軌道面を有する外輪と、
   外周面に内輪軌道面を有する内輪と、
   前記外輪軌道面と前記内輪軌道面との間に転動可能に設けられる複数の円すいころと、
   前記複数の円すいころを円周方向に所定の間隔で保持する金属製の保持器と、
   を備え、
   前記内輪の大径側端部に大鍔部が、前記内輪の小径側端部に小鍔部が、それぞれ設けられる円すいころ軸受の組立方法であって、
   前記複数の円すいころが前記保持器に保持された状態で、前記保持器の径方向における軸心と前記内輪の径方向における軸心とが一致し、かつ、前記複数の円すいころが前記内輪の小鍔部に接触するように、前記保持器と前記内輪を相対的に配置し、
   前記保持器および前記内輪の少なくとも一つを、前記軸心と平行な軸方向に沿って押圧することにより、前記保持器を、前記内輪に対し相対的に、前記内輪の大鍔部の側に向かって移動させ、
   前記保持器の移動とともに、弾性変形および塑性変形によって前記保持器を径方向外側に変形し、
   前記保持器の移動に伴い、前記円すいころが前記内輪の小鍔部を通り過ぎたら、塑性変形により前記径方向外側に変形した保持器を、ころが小鍔部を乗り越え外れてしまわない位置まで、スプリングバックによって径方向内側に変形し、
   前記保持器を、スプリングバックによって径方向内側に変形することにより、前記円すいころと前記内輪の小鍔部との間に必要な掛かり代が確保される、円すいころ軸受の組立方法。
3. 前記円すいころの小径側端面が、前記内輪の小鍔部における小鍔面に接触し、前記円すいころ小径側端面が、前記小鍔面によって保持される、請求項２に記載の円すいころ軸受の組立方法。