(57)【要約】【課題】  起動時および低速運転時のトルクを抑えて、組込まれる機構や機械の動力低減・省力化を図ることができるスラスト円すいころ軸受を提供する。【解決手段】  このスラスト円すいころ軸受は、回転軸心Ｃの方向に対向する回転側軌道輪１および固定側軌道輪２の互いに対向する各軌道面１ａ，２ａ間に、複数の円すいころ３がそれぞれ転動自在に円周方向に並んで介在する。回転側軌道輪１は、軌道面１ａよりも大径側に大鍔１１を有する。円すいころ３の大径側端に、ころ端面となる側面３２ｂが大鍔１１と接触するフランジ部３２を設ける。このフランジ部３２の側面３２ｂにおける大鍔１１との接触位置Ａを、転動面３ａの延長上に配置する。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
回転軸心の方向に対向する回転側軌道輪および固定側軌道輪の互いに対向する各軌道面間に、複数の円すいころがそれぞれ転動自在に円周方向に並んで介在するスラスト円すいころ軸受において、
前記回転側軌道輪は、前記軌道面よりも大径側に大鍔を有し、前記円すいころの大径側端に、ころ端面となる側面が前記大鍔と接触するフランジ部を設け、このフランジ部の前記側面における前記大鍔との接触位置を、前記転動面の延長上に配置したことを特徴とするスラスト円すいころ軸受。
【請求項２】
請求項１に記載のスラスト円すいころ軸受において、前記固定側軌道輪は、前記円すいころの前記フランジ部の側面と接触する大鍔を有し、前記フランジ部の側面における前記固定側軌道輪の前記大鍔との接触位置を、前記転動面の延長上に配置したスラスト円すいころ軸受。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載のスラスト円すいころ軸受において、前記フランジ部は、外周面が前記転動面の最大径部から前記転動面よりも大きな傾斜角でテーパ状に広がる円すい台状であるスラスト円すいころ軸受。
【請求項４】
請求項３に記載のスラスト円すいころ軸受において、前記円すいころの前記転動面と前記フランジ部の外周面との境界部に盗み部を設けたスラスト円すいころ軸受。
【請求項５】
請求項１ないし請求項４のいずれか１項に記載のスラスト円すいころ軸受において、前記複数の円すいころ間のころ径相互差がころ径の１万分の１の範囲内であり、前記複数の円すいころのうちのころ径が大きい順に上位３個の円すいころを円周方向に等配に配置したスラスト円すいころ軸受。
【請求項６】
請求項１ないし請求項５のいずれか１項に記載のスラスト円すいころ軸受において、前記円すいころの前記転動面に、前記軌道面と接触する接触部クラウニング部分と、この接触部クラウニング部分のころ軸方向両側にあって前記回転側軌道輪および固定側軌道輪の各軌道面と非接触となる非接触部クラウニング部分とからなるクラウニング部を形成し、前記接触部クラウニング部分および非接触部クラウニング部分の各母線は、互いに異なる関数で表されかつ互いに接続点で滑らかに連続する線であり、前記接続点の近傍において、前記非接触部クラウニング部分の母線の曲率が、前記接触部クラウニング部分の母線の曲率よりも小さく、前記接触部クラウニング部分の母線の一部または全部が対数クラウニングで表されるスラスト円すいころ軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、建設機械、物流機械、産業機械等における低速・大荷重の回転部に用いられるスラスト円すいころ軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
図６に、従来の一般的なスラスト円すいころ軸受を示す。スラスト円すいころ軸受は、回転体（図示せず）に取り付けられる回転側軌道輪１と、固定部材（図示せず）に取り付けられる固定側軌道輪２の互いに対向する各軌道面１ａ，２ａ間に、複数の円すいころ３がそれぞれ転動自在に円周方向に並んで介在している。この例は、ころ軸Ｏが回転軸心Ｃと直交するタイプである。回転側軌道輪１および固定側軌道輪２の大径側にはそれぞれ大鍔１１，２１が形成され、各円すいころ３の大端面３ｂが前記大鍔１１，２１に接触している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００２−８９５６８号公報
【特許文献２】特開２００４−６０７６７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
スラスト円すいころ軸受は、主に軸方向荷重を支持するが、低速・大荷重で使用される場合が多い。大荷重であるが故に、起動時および低速運転時のトルクが大きく、そのことが、同軸受が組込まれた機構や機械の動力低減・省力化を図る上で課題となっている。起動時トルクの支配的要因は、円すいころ３の大端面３ｂと軌道輪１，２の大鍔１１，２１（特に回転側軌道輪１の大鍔１１）とのすべり摩擦力である。つまり、円すいころ３の大端面３ｂと大鍔１１，２１との接触位置Ａ，Ｂが、円すいころ３の転動面３ａの延長上に位置していないため、接触位置Ａ，Ｂにおいて円すいころ３の大端面３ｂと大鍔１１，２１との間で周速差があり、すべりが生じるのである。
【０００５】
この発明の目的は、起動時および低速運転時のトルクを抑えて、組込まれる機構や機械の動力低減・省力化を図ることができるスラスト円すい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】
【０００６】
この発明のスラスト円すいころ軸受は、回転軸心の方向に対向する回転側軌道輪および固定側軌道輪の互いに対向する各軌道面間に、複数の円すいころがそれぞれ転動自在に円周方向に並んで介在するスラスト円すいころ軸受において、前記回転側軌道輪は、前記軌道面よりも大径側に大鍔を有し、前記円すいころの大径側端に、ころ端面となる側面が前記大鍔と接触するフランジ部を設け、このフランジ部の前記側面における前記大鍔との接触位置を、前記転動面の延長上に配置したことを特徴とする。
【０００７】
フランジ部の側面における任意点の周速度は、円すいころの自転による周速度と、軸受の回転軸心を中心とする円すいころの公転による周速度とを加算した速度である。円すいころの自転および公転の回転速度は、円すいころが軌道輪の軌道面を転がることにより生じるため、回転軌道輪の回転速度によって定まる。また、円すいころの自転速度は、各部の幾何学的寸法によっても変わる。回転側軌道輪の大鍔の任意点の周速度は、回転軸心回りの回転による速度である。
この構成のように、円すいころにフランジ部を設けて、フランジ部の側面における回転側軌道輪の大鍔との接触位置を転動面の延長上に配置すると、接触位置におけるフランジ部の側面と回転側軌道輪の大鍔との間の周速差が無くなり、円すいころの端面であるフランジ部の側面と回転側軌道輪の大鍔との間ですべりが生じなくなる。このため、起動時および低速運転時のトルクを抑えることができ、またこのスラスト円すいころ軸受が組込まれる機構や機械の動力低減・省力化を図ることができる。
【０００８】
この発明において、前記固定側軌道輪は、前記円すいころの前記フランジ部の側面と接触する大鍔を有し、前記フランジ部の側面における前記固定側軌道輪の前記大鍔との接触位置を、前記転動面の延長上に配置しても良い。
この場合、円すいころの端面であるフランジ部の側面と固定側軌道輪の大鍔との間でのすべりも生じなくなるため、起動時および低速運転時のトルクをより一層抑えることができる。
【０００９】
この発明において、前記フランジ部は、外周面が前記転動面の最大径部から前記転動面よりも大きな傾斜角でテーパ状に広がる円すい台状であるのが良い。
この場合、フランジ部の直径は側面または側面付近で最大となるため、フランジ部の直径を必要以上に大きくすることなく、フランジ部の側面における大鍔との接触位置を転動面の延長上に配置することができる。
【００１０】
前記フランジ部の外周面が円すい台状である場合、前記円すいころの前記転動面と前記フランジ部の外周面との境界部に盗み部を設けても良い。
盗み部を設けると、フランジ部が回転側軌道輪および固定側軌道輪の各軌道面と接触することを防止できる。また、盗み部を、潤滑油溜りとして活用することができる。
【００１１】
この発明において、前記複数の円すいころ間のころ径相互差がころ径の１万分の１の範囲内であり、前記複数の円すいころのうちのころ径が大きい順に上位３個の円すいころを円周方向に等配に配置すると良い。前記ころ径相互差を求めるための比較対象となるころ径の軸方向位置は特に限定しないが、例えば最大径位置と最小径位置間の中央点とする。
複数の円すいころ間のころ径相互差をころ径の１万分の１の範囲内とすることで、固定側軌道輪に対して回転側軌道輪を精度良く回転自在に支持することができる。また、上記のようにころ径相互差を定めた複数の円すいころのうちのころ径が大きい順に上位３個の円すいころを円周方向に等配に配置すると、軸受組込み後の無負荷状態では前記上位３個の円すいころが優先的に転がり案内する。つまり、運転時トルクの支配的要因である転がり摩擦抵抗となる有効ころ本数を低減することができる。これにより、トルクを重くすること無く、組立て調整が可能となる。
【００１２】
この発明において、前記円すいころの前記転動面に、前記軌道面と接触する接触部クラウニング部分と、この接触部クラウニング部分のころ軸方向両側にあって前記回転側軌道輪および固定側軌道輪の各軌道面と非接触となる非接触部クラウニング部分とからなるクラウニング部を形成し、前記接触部クラウニング部分および非接触部クラウニング部分の各母線は、互いに異なる関数で表されかつ互いに接続点で滑らかに連続する線であり、前記接続点の近傍において、前記非接触部クラウニング部分の母線の曲率が、前記接触部クラウニング部分の母線の曲率よりも小さくしても良い。例えば、前記接触部クラウニング部分の母線の一部または全部を、対数曲線で表される対数クラウニングとする。
上記「滑らかに連続する」とは、角を生じずに連続することであり、理想的には、接触部クラウニング部分の母線と、非接触部クラウニング部分の母線とが、互いの接続点において、共通の接線を持つように続くことである。言い換えると、上記母線が上記接続点で連続的微分可能な関数であることである。
【００１３】
この構成によると、円すいころの転動面に形成したクラウニング部により、面圧や接触部の応力を低減し、軸受の長寿命化を図ることができる。円すいころにフランジ部を設けたことにより、円すいころの全長に対して転動面の有効長さが短くなるが、クラウニング部の面圧均一化による転がり寿命の延伸効果により、前記有効長さの減少を補うことができる。そのため、従来のものと同一断面形状であっても同等以上の負荷容量を得ることができる。
さらに、接触部クラウニング部分と非接触部クラウニング部分との接続点の近傍において、非接触部クラウニング部分の母線の曲率が、接触部クラウニング部分の母線の曲率よりも小さいため、転動面の両端部のドロップ量の低減を図ることができる。したがって、例えば単一円弧クラウニングのものより研削量を抑え、円すいころの加工効率の向上を図り、製造コストの低減を図ることができる。
【発明の効果】
【００１４】
この発明のスラスト円すいころ軸受は、回転軸心の方向に対向する回転側軌道輪および固定側軌道輪の互いに対向する各軌道面間に、複数の円すいころがそれぞれ転動自在に円周方向に並んで介在するスラスト円すいころ軸受において、前記回転側軌道輪は、前記軌道面よりも大径側に大鍔を有し、前記円すいころの大径側端に、ころ端面となる側面が前記大鍔と接触するフランジ部を設け、このフランジ部の前記側面における前記大鍔との接触位置を、前記転動面の延長上に配置したため、起動時および低速運転時のトルクを抑えて、組込まれる機構や機械の動力低減・省力化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】この発明の一実施形態に係るスラスト円すいころ軸受の縦断面図である。
【図２】図１の部分拡大図である。
【図３】同スラスト円すいころ軸受の固定側軌道輪を省略した平面図である。
【図４】この発明の異なる実施形態に係るスラスト円すいころ軸受の縦断面図である。
【図５】円すいころのクラウニング形状を示す図である。
【図６】従来のスラスト円すいころ軸受の縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
この発明の一実施形態を図面と共に説明する。
図１はこの発明の一実施形態に係るスラスト円すいころ軸受の縦断面図、図２はその部分拡大図である。このスラスト円すいころ軸受は、回転軸心Ｃの方向に対向する回転側軌道輪１および固定側軌道輪２と、これら軌道輪１，２の互いに対向する各軌道面１ａ，２ａ間に転動自在に介在する複数の円すいころ３と、これら複数の円すいころ３を保持する保持器４とで構成される。回転側軌道輪１は回転軸心Ｃ回りに回転する軸等の回転体（図示せず）に取り付けられ、固定側軌道輪２はハウジングの固定部材（図示せず）に取り付けられる。なお、回転側軌道輪１は内輪を称し、固定側軌道輪２は外輪と称する場合がある。
【００１７】
回転側軌道輪１および固定側軌道輪２の各軌道面１ａ，２ａは、それぞれ回転軸心Ｃと各円すいころ３のころ軸Ｏとの交点Ｐを通る母線Ｌ１，Ｌ２を回転軸心Ｃ回りに回転させて得られる円すい台状である。この実施形態は、回転軸心Ｃところ軸Ｏとが直交するタイプであるが、回転軸心Ｃに対してころ軸Ｏが直角以外の角度で交差していてもよい。
【００１８】
回転側軌道輪１は、大径側の端部に固定側軌道輪２側へ大きく突出した環状の大鍔１１が形成され、小径側の端部に固定側軌道輪２側へ少しだけ突出した環状の小鍔１２が形成されている。固定側軌道輪２との対向面における軌道面１ａと大鍔１１との間の部分は、軌道面１ａよりも凹んだ環状の凹み部１ｂとなっている。また、固定側軌道輪２は、大径側の端部に回転側軌道輪１側へ大きく突出した環状の大鍔２１が形成され、小径側の端部に回転軌道輪１側へ少しだけ突出した小鍔２２が形成されている。回転側軌道輪１との対向面における軌道面２ａと大鍔２１との間の部分は、軌道面２ａよりも凹んだ環状の凹み部２ｂとなっている。
【００１９】
円すいころ３は、外周が円すい面からなる転動面３ａとして形成されたころ本体部３１と、このころ本体部３１よりも大径のフランジ部３２とからなる。フランジ部３２は、その外周面３２ａ（図２）が転動面３ａの最大径部から転動面３ａよりも大きな傾斜角でテーパ状に広がる略円すい台状であり、回転側軌道輪１および固定側軌道輪２の各凹み部１ｂ，２ｂ内に配置される。ころ本体部３１の小径端およびフランジ部３２の大径端には、それぞれ面取り３３，３４が施されている。また、ころ端面となるフランジ部３２の側面３２ｂは、ころ軸Ｏ側へ行くほど膨らんだ凸面状とされている。
【００２０】
図１の組立状態において、円すいころ３は、転動面３ａが回転側軌道輪１および固定側軌道輪２の各軌道面１ａ，２ａに転接し、かつフランジ部３２の側面３２ｂが回転側軌道輪１および固定側軌道輪２の各大鍔１１，２１に接触する。フランジ部３２の外周面３２ａは、回転側軌道輪１および固定側軌道輪２の各凹み部１ｂ，２ｂとは非接触である。フランジ部３２の側面３２ｂにおける大鍔１１，１２との接触位置Ａ，Ｂは、転動面３ａの延長上に配置してある。接触位置Ａ，Ｂを上記配置とするために、大鍔１１，２１の内径面の断面形状を、接触位置Ａ，Ｂとなる箇所が回転軸心Ｃの側に膨らんだ形状としてある。
【００２１】
固定側軌道輪２に対して回転側軌道輪１を精度良く回転自在に支持するために、各円すいころ３間のころ径相互差をころ径の１万分の１の範囲内とした。ころ径相互差を求めるための比較対象となるころ径の軸方向位置は特に限定しないが、例えば最大径位置と最小径位置間の中央点とする。また、図３に示すように、前記複数の円すいころ３のうちのころ径が大きい順に上位３個の円すいころ３Ａ，３Ｂ，３Ｃを円周方向に等配に配置してある。つまり、前記上位３個の円すいころ３Ａ，３Ｂ，３Ｃの各ころ軸Ｏの相互間角度が１２０°である。なお、図３は、回転側軌道輪１の図示が省略されている。
【００２２】
各円すいころ３は、保持器４に設けられた各ポケット４ａにそれぞれ個別に保持されている。保持器４は、外径側が開口した不完全なポケット４ａが形成された保持器本体４１と、この保持器本体４１の外径側に組み付けることで、前記不完全なポケット４ａの開口部分を閉じて完全なポケット４ａとする保持器蓋４２とでなる。これら保持器本体４１と保持器蓋４２を、複数本のピン４３により互いに固定している。
【００２３】
このスラスト円すいころ軸受において、フランジ部３２の側面３２ｂにおける任意点の周速度は、円すいころ３のころ軸Ｏ回りの自転による周速度と、軸受の回転軸心Ｃを中心とする円すいころ３の公転による周速度とを加算した速度である。円すいころ３の自転および公転の回転速度は、円すいころ３が軌道輪１，２の軌道面１ａ，２ａを転がることにより生じるため、回転軌道輪１の回転速度によって定まる。また、円すいころ３の自転速度は、各部の幾何学的寸法によっても変わる。回転側軌道輪１の大鍔１１の任意点の周速度は、回転軸心Ｃ回りの回転による速度である。
【００２４】
円すいころ３に転動面３ａの最大径部よりも直径が大きいフランジ部３２を設けて、フランジ部３２の側面３２ｂにおける軌道輪１，２の大鍔１１，２１との接触位置Ａ，Ｂを転動面３ａの延長上に配置したことにより、接触位置Ａ，Ｂにおける円すいころ３の側面３２ｂと大鍔１１，２１との間の周速差が無くなる。つまり、回転側の接触位置Ａでは、円すいころ３の自転による周速度と公転による周速度が同じ方向であり、これらを加算した速度が、回転側軌道輪１の大鍔１１の周速度と等しくなる。また、固定側の接触位置Ｂでは、円すいころ３の自転による周速度と公転による周速度が互いに逆となり、これらを加算した速度が零になる。このように、円すいころ３の側面３２ｂと大鍔１１，２１との間の周速差が無くなることで、円すいころ３の側面３２ｂと軌道輪１，２の大鍔１１，２１との間ですべりが生じなくなる。このため、起動時および低速運転時のトルクを抑えることができ、またこのスラスト円すいころ軸受が組込まれる機構や機械の動力低減・省力化を図ることができる。
【００２５】
前記フランジ部３２を、外周面３２ａが転動面３ａの最大径部からテーパ状に広がる円すい台状としたため、フランジ部３２の直径は面取り３４の始まり箇所である側面３２ｂ付近で最大となり、側面３２ｂの直径を大きく取れる。そのため、フランジ部３２の直径を必要以上に大きくすることなく、フランジ部３２の側面３２ｂにおける大鍔１１，２１との接触位置Ａ，Ｂを転動面３ａの延長上に配置することができる。
【００２６】
また、このスラスト円すいころ軸受は、複数の円すいころ３のうちのころ径が大きい順に上位３個の円すいころ３Ａ，３Ｂ，３Ｃを円周方向に等配に配置しているため、軸受組込み後の無負荷状態では前記上位３個の円すいころ３Ａ，３Ｂ，３Ｃが優先的に転がり案内する。つまり、運転時トルクの支配的要因である転がり摩擦抵抗となる有効ころ本数を低減することができる。これにより、トルクを重くすること無く、組立て調整が可能である。
【００２７】
図４は、この発明の異なる実施形態を示す。このスラスト円すいころ軸受は、図１のスラスト円すいころ軸受に対して、円すいころ３の転動面３ａとフランジ部３２の外周面３２ａとの境界部に盗み部５１を設けてある。盗み部５１を設けると、フランジ部３２が回転側軌道輪１および固定側軌道輪２の各軌道面１ａ，２ａと接触することを防止できる。また、盗み部５１を、潤滑油溜りとして活用することができる。
【００２８】
上記各実施形態では、回転側軌道輪１および固定側軌道輪２の各大鍔１１，２１に対するフランジ部３２の側面３２ｂの接触位置Ａ，Ｂを転動面３ａの延長上に配置してあるが、回転側軌道輪１の大鍔１１に対するフランジ部３２の側面３２ｂの接触位置Ａだけを転動面３ａの延長上に配置しても良い。その理由は、起動時トルクの支配的要因は、主に円すいころ３の端面３ｂと回転側軌道輪１の大鍔１１とのすべり摩擦力であるため、接触位置Ａだけを転動面３ａの延長上に配置するだけでも、起動時および低速運転時のトルクを十分に抑えることができる。
【００２９】
円すいころ３の転動面３ａに、図５に示すようにクラウニング部５２を形成しても良い。詳しくは、クラウニング部５２は、ころ軸方向の中央部に位置し回転側軌道輪１および固定側軌道輪２の軌道面１ａ，２ａ(図１)に接する接触部クラウニング部分５３と、この接触部クラウニング部分５３の両側に位置し軌道面１ａ，２ａと非接触の非接触部クラウニング部分５４，５５とからなる。
【００３０】
これら接触部クラウニング部分５３と非接触部クラウニング部分５４，５５を構成する母線は、互いに異なる関数で表されかつ互いに接続点Ｑ１，Ｑ２で滑らかに連続する線である。上記接続点Ｑ１，Ｑ２の近傍において、接触部クラウニング部分５３の母線の曲率Ｒ１よりも非接触部クラウニング部分５４，５５の母線の曲率Ｒ２，Ｒ３を小さく設定している。例えば、接触部クラウニング部分５３は、対数曲線の母線により形成される対数クラウニングとする。非接触部クラウニング部分５４，５５の母線は円弧であっても良い。
【００３１】
このように、円すいころ３の転動面３ａにクラウニングを形成したことにより、面圧や接触部の応力を低減し、軸受の長寿命化を図ることができる。また、円すいころ３にフランジ部３２を設けたことにより、円すいころ３の全長に対して転動面３ａの有効長さが短くなるが、クラウニング部の面圧均一化による転がり寿命の延伸効果により、前記有効長さの減少を補うことができる。そのため、従来のものと同一断面形状であっても同等以上の負荷容量を得ることができる。
【００３２】
さらに、接触部クラウニング部分５３と非接触部クラウニング部分５４，５５との接続点Ｑ１，Ｑ２の近傍において、非接触部クラウニング部分５４，５５の母線の曲率Ｒ２，Ｒ３が、接触部クラウニング部分５３の母線の曲率Ｒ１よりも小さいため、円すいころ本体３１の両端部のドロップ量の低減を図ることができる。したがって、例えば単一円弧クラウニングのものより研削量を抑え、円すいころの加工効率の向上を図り、製造コストの低減を図ることができる。
【符号の説明】
【００３３】
１…回転側軌道輪
１ａ…軌道面
２…固定側軌道輪
２ａ…軌道面
３…円すいころ
３ａ…転動面
１１…大鍔
２１…大鍔
３２…フランジ部
３２ａ…外周面
３２ｂ…側面
５１…盗み部
５２…クラウニング部
５３…接触部クラウニング部分
５４，５５…非接触部クラウニング部分
Ａ，Ｂ…接触位置
Ｃ…回転軸心
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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