JP7170408B2 - 自動調心ころ軸受 - Google Patents

Description

本発明は、エレベータ巻き上げ機の回転支持部に用いるのに好適な自動調心ころ軸受に関する。

エレベータ巻き上げ機の回転支持部には、エレベータのかごの自重やかごに搭載される運搬物の重量等が負荷されて、軸やハウジングがたわみやすいことから、そのような軸やハウジングのたわみを吸収可能な自動調心ころ軸受が使用されることが多い。

一般的な自動調心ころ軸受は、内径面に球面状に窪んだ軌道面を有する外輪と、外径面にそれぞれ前記外輪の軌道面と対向する球面状に窪んだ軌道面を有する内輪と、外輪と内輪の対向する軌道面間に配置され、転動面が球面状に膨らんだ複数のころと、ころを転動可能に保持する保持器と、を備える。
内外輪の軌道面が球面状に窪み、これと補完形状をなすようにころが球面状に膨らんでいるため、軸やハウジングがたわんだときには、内輪と外輪が相対的に傾くことで調心し、たわみを吸収する仕組みとなっている。

従来のこの種の自動調心ころ軸受において、特許文献１および２のように、保持器としていわゆるくし型保持器を用いたものやプレス式のかご型保持器が知られている。

特開２０１５ー１３２３２０号公報 特開２０１５ー２１８７８１号公報

しかしながら、従来のこの種の自動調心ころ軸受は、保持器と他の部品、すなわち、ころ、軌道輪、案内輪との衝突や摺動あるいは保持器同士の衝突や摺動による接触音が問題になることがある。

そこで、本発明の解決すべき課題は、自動調心ころ軸受について、保持器がころや軌道輪に接触することに伴う接触音の低減を図ることである。

上記した課題を解決するため、発明にかかる自動調心ころ軸受を、内径面に球面状に窪んだ軌道面を有する外輪と、外径面にそれぞれ前記外輪の軌道面と対向する球面状に窪んだ軌道面を幅方向に二列に有する内輪と、前記外輪の軌道面と対向する前記内輪の各軌道面間に二列に配置され、転動面が球面状に膨らんだ複数のころと、前記外輪の内径面と内輪の外径面の間に組み込まれ、前記二列をなすころの列と列の間に位置する単一の環状部と、前記ころの各列に向けて前記環状部から延びかつ前記環状部の周方向に並列する複数の柱部とを有し、周方向に隣接する柱部間に前記ころを転動体案内にて転動可能に保持する保持器を備える構成としたのである。
ここで保持器が転動体案内されるとは、保持器がころにのみ接触し、ころに回転案内されることを意味する。

保持器を軌道輪案内ではなく、転動体案内としたことで、保持器がころ以外の部品と接触することがなく、従来の自動調心ころ軸受に見られる保持器と軌道輪や案内輪との接触音が発生しない。また、転動体案内の保持器は、非負荷域のころの挙動を抑制できるため、接触音をさらに低減することができる。
また、くし型保持器は、プレス式のかご型保持器に比べて、ポケットの内面形状を広く設計することができるため、ころの挙動、ひいては、転動体案内の保持器自体の挙動を抑制することができる。これは、くし型保持器は、ころをポケットに軸方向に差し込んで組み立てることができるため、ころをポケットの外径側から圧入する必要のあるかご型保持器とは異なり、ポケットの外径側を大きく開口する必要がなく、ポケットの内面形状を広く設計することができるためである。また、ポケットの内面形状を広くすることで、ころとポケットの間に介在する潤滑剤の量が増え、潤滑剤によるダンパー効果が向上する利点もある。
単一の保持器で二列のころを保持する構成を採用したため、各列のころをそれぞれ保持する二つの保持器を用いる場合に比べて保持器同士が接触することがなくなるため、接触音をさらに低減することができる。
すなわち、ポケットの内面形状を広くできるくし型保持器と、単一の保持器で二列のころを保持する構成と、転動体案内の保持器とを組み合わせることで、保持器とその他の部品の接触音を極力低減した自動調心ころ軸受を提供することができる。

発明にかかる自動調心ころ軸受において、前記保持器のポケットの内面形状は、前記ころの外径面に沿ったころピッチ円直径を跨ぐ凹面形状であり、そのポケットと前記ころの最大直径Ｄｗとの最小すきまＣにつき、０．０１×Ｄｗ≦Ｃ≦０．０２×Ｄｗが成立する構成を採用するのが好ましい。
前記最小すきまＣと、自動調心ころ軸受(２２２１８形)の回転音の関係を台上試験で確認したところ、回転音は最小すきまＣが小さいほど小さく、Ｃ＝０．０１４×Ｄｗの回転音は、Ｃ＝０．０２４×Ｄｗに対し１０％、Ｃ＝０．０４０×Ｄｗに対し２６％の改善が見られた。すなわち、前記最小すきまＣが小さいほど、自動調心ころ軸受の回転音は小さくなる一方で、過小すきまはころの円滑な回転を妨げるため、最小すきまＣを０．０１×Ｄｗ≦Ｃ≦０．０２×Ｄｗの範囲とすることで、軸受の円滑な回転と回転音の低減を高次元で両立することができる。

発明にかかる自動調心ころ軸受において、前記保持器は、荷重負荷域が重力方向下側の場合には、その外径側で前記ころを拘束し、荷重負荷域が重力と逆方向上側の場合には、その内径側で前記ころを拘束するのが好ましい。
このようにすると、保持器が非負荷域のころの挙動をさらに抑制するため、接触音を一層低減させることができる。

発明にかかる自動調心ころ軸受において、内輪および外輪の間に形成される軸受空間を密封するシール部材をさらに備える構成を採用するのが好ましい。
このようにすると、軸受内部で発生した接触音は、シール部材によって軸受外部へと漏れ出すのが妨げられるため、接触音の拡散が抑制される。

発明にかかる自動調心ころ軸受において、シール部材は、芯金と、芯金に装着される防音シートを有する構成を採用するのが好ましい。
このようにすると、防音シートが接触音を遮断ないし吸収するため、接触音の拡散がさらに抑制される。

発明にかかる自動調心ころ軸受において、軸受空間に封入されるグリースをさらに備え、このグリースは、軸受空間における静止空間体積の６０～８０％（体積比率）を占める構成を採用するのが好ましい。
グリースの封入量が軸受空間における静止空間体積の６０％以上であると、グリースがダンパー効果を良好に奏することで接触音をさらに低減することができる。グリースの封入量が軸受空間における静止空間体積の８０％以下であると、グリースの撹拌音を低減することができる。

発明にかかる自動調心ころ軸受は、前記二列をなすころの列と列の間に保持器以外の部品を有していない構成を採用するのが好ましい。
このようにすると、保持器が内輪の中鍔や案内輪と接触して接触音が発生することが確実に防止される。

発明にかかる自動調心ころ軸受は、前記保持器を樹脂製とする構成を採用することができる。
このようにすると、保持器が金属製である場合と比べてころや軌道輪に接触した場合の接触音がより低減される。

発明にかかる自動調心ころ軸受は、耳障りな衝突音の低減が要請されるエレベータ巻き上げ機の回転支持部に好適に用いられる。

発明にかかる自動調心ころ軸受を以上のように構成したので、保持器がころや軌道輪に接触することに伴う接触音を低減することが可能となった。

第１実施形態の自動調心ころ軸受の断面図 第１実施形態の自動調心ころ軸受の保持器の(ａ)は平面図、(ｂ)は(ａ)の矢印断面図 第２実施形態の自動調心ころ軸受の一部拡大断面図

以下、図面を参照しつつ本発明の実施形態について説明する。
図１に示す、第１実施形態にかかる自動調心ころ軸受１０は、外輪１１と、内輪１２と、複数のころ１３と、保持器１４とを備え、エレベータ巻き上げ機用に好適に用いられるものであり、回転時における接触音が低減されている。

図１のように、外輪１１は全体が略円筒形をなしており、その内径面には単一の軌道面１１ａが形成されている。軌道面１１ａは、全体が球面状に窪んでいる。
外輪１１の幅方向の中央部には、径方向に貫通する油孔１１ｂが形成されており、この油孔１１ｂを通じて自動調心ころ軸受１０の内部に潤滑油が供給可能となっている。
外輪１１には、鍔は設けられていない。
外輪１１は、たとえばエレベータ巻き上げ機のハウジングに取り付けられる。
外輪１１の材質は特に限定されないが、金属製であることが例示できる。

図１のように、内輪１２は全体が略円筒形をなしており、その径は外輪１１よりも小径であって、外輪１１と同軸に配置されている。
内輪１２の外径面には軌道面１２ａが形成されている。軌道面１２ａは内輪１２の幅方向に二列に形成されており、それぞれ全体が球面状に窪んでいる。
内輪１２の外径面の幅方向両端部には、外径方向に突出する一対の鍔１２ｂが設けられており、ころ１３の脱落が防止されている。鍔１２ｂの根元部であって軌道面１２ａとの境界には、ころ１３との干渉を防ぐためにぬすみが設けられている。内輪１２の外径面において、二列の軌道面１２ａの境界には、中鍔は設けられていない。
内輪１２は、たとえばエレベータ巻き上げ機の綱車を支持する軸に取り付けられる。
内輪１２の材質は特に限定されないが、金属製であることが例示できる。

図１のように、各ころ１３は全体が樽形をなしており、その転動面は球面状に膨らんでいる。
ころ１３は、外輪１１の軌道面１１ａと内輪１２の軌道面１２ａの間に位置しており、内輪１２の二列の軌道面１２ａに対応して自動調心ころ軸受１０の幅方向に二列に配置されている。また、ころ１３は自動調心ころ軸受１０の周方向に等間隔をおいて並列している。
ころ１３の材質は特に限定されないが、金属製であることが例示できる。

図１および図２のように、保持器１４は、単一の環状部１４ａと、複数の柱部１４ｂを有し、外輪１１の内径面と内輪１２の外径面の間に組み込まれている。
略円環形の環状部１４ａは、二列をなすころ１３の列と列の間に配置され、内輪１２の二列の軌道面１２ａの境界上に臨んでいる。
略角柱形の各柱部１４ｂは、環状部１４ａから自動調心ころ軸受１０の幅方向の両方向に向けて延び、二列をなすころ１３の各列上へと至っている。
柱部１４ｂは、自動調心ころ軸受１０の周方向に等間隔をおいて並列している。また、図２のように、二列をなすころ１３の、一方の列上に位置する柱部１４ｂと、他方の列上に位置する柱部１４ｂとは、環状部１４ａの周方向に位相がずれた状態に配列されている。すなわち、環状部１４ａからみて、自動調心ころ軸受１０の幅方向の一方の側の柱部１４ｂと他方の側の柱部１４ｂとは互い違いに配列されている。
保持器１４の柱部１４ｂの先端、すなわち環状部１４ａと連結された端部とは逆側の端部は、他の部材等と連結されていない自由端となっている。この自由端は、内輪１２の軌道面１２ａ上において終端しており、内輪１２の鍔１２ｂ上にまでは至っていない。

自動調心ころ軸受１０の周方向に隣接する柱部１４ｂの間には、ポケットとなる空間が形成されており、この各ポケットＰに各ころ１３が転動可能に保持されている。
ポケットＰの内面形状（柱部１４ｂの保持器１４周方向に対向する対向面の形状）は、ポケットＰに保持されるころ１３の外径面に沿ったころピッチ円直径を跨ぐ凹面形状となっている。図２(ｂ)のように、本実施形態における前記凹面形状は、ころ１３の小径側を受け入れる部分円すい面１４ｄと、ころ１３の最大直径を受け入れる部分円筒面１４ｃで構成され、同部分円筒面１４ｃがころ１３の最大直径との間に最小すきまを形成している。
上述のように、自動調心ころ軸受１０の幅方向の一方の側の柱部１４ｂと他方の側の柱部１４ｂとは環状部１４ａからみて互い違いに配列されていることから、一方の列のころ１３から環状部１４ａにかかる負荷と、他方の列のころ１３から環状部１４ａにかかる負荷とが、環状部１４ａの周方向に分散されており、負荷の集中が防止されている。

ここで、保持器１４のポケットＰの径は、従来の一般的なくし型保持器のポケットＰの径よりも小さく、すなわちころ１３とのすきまが小さく設定されている。具体的には、ころ１３の最大直径をＤｗ、前記最小すきまをＣとした場合、０．０１×Ｄｗ≦Ｃ≦０．０２×Ｄｗが成立する大きさとなっている。
また、保持器１４の環状部１４ａおよび柱部１４ｂは、いずれも静止状態においてころ１３にのみ接触し、外輪１１および内輪１２には接触していない。これにより保持器１４は、外輪１１および内輪１２に回転案内（軌道輪案内）されることはなく、ころ１３に回転案内（転動体案内）されることになる。なお、内輪１２には中鍔が存在しないため、保持器１４と中鍔とが接触することはないが、中鍔や案内輪を設けたうえで、保持器との距離（すきま）を大きく設定することで、転動体案内を実現してもよい。

保持器１４は、その全体が高力黄銅製となっている。
保持器１４の製法は特に限定されないが、削り出し（もみ抜き）が例示できる。

実施形態の自動調心ころ軸受１０の構成は以上のようであり、保持器１４がころ１３に回転案内されており、外輪１１や内輪１２に接触していないため、外輪１１や内輪１２との接触に伴う接触音の発生が防止されている。内輪１２には中鍔が存在しないため、保持器１４の中鍔との接触に伴う接触音の発生が防止されている。保持器１４が外輪１１や内輪１２に案内される場合と比べて、すべり接触面積が減少しているため、全体としての接触音が低減されている。

単一の保持器１４で二列のころ１３を保持しているため、各列のころ１３を保持するために２つの保持器を自動調心ころ軸受に組み込んだ場合と比べて、保持器同士の接触音が生じない分だけ、接触音が低減されている。
ころ１３の列間のスペースに制約がある下で、環状部１４ａと環状部１４ａの両側に延びる柱部１４ｂとからなる単一の保持器１４を用いているため、各列のころをそれぞれ保持する環状部と環状部の片側にのみ延びる柱部とからなる一対の保持器を、その環状部をころの列間に背中合わせにして二つ組み込む場合に比べて、環状部１４ａの厚みを大きくすることができる。これにより、保持器１４の材質を強度の劣るものとした場合でも、環状部１４ａの強度として、エレベータ巻き上げ機の回転支持部用で通常想定される使用状態においては破損等が生じにくい強度を担保することができる。
保持器１４のポケット径を従来よりも小さく設定し、ポケットＰところ１３とのすきまを極力小さくしているうえに、ポケットＰの内面形状をころ外径面に沿った凹面形状にしているため、ころ１３の姿勢、ひいては、保持器１４の姿勢が安定し、異常接触が発生することがなく、接触音がより低減されている。

図３に、第２実施形態にかかる自動調心ころ軸受１０を示す。
第２実施形態の自動調心ころ軸受１０は、その外輪１１、内輪１２、ころ１３および保持器１４については、第１実施形態とほぼ同様の構成であるが、両幅面に一対のシール部材１５を備えている点で、第１実施形態と構成を異にする。

図３のように、各シール部材１５は、円環状の芯金１５ａと、芯金１５ａの外面を被覆する円環状の弾性部１５ｂと、芯金１５ａの内面に装着された防音シート１５ｃを有する。
シール部材１５の径方向の外端には、嵌合部が設けられており、この嵌合部は外輪１１の内径面の幅方向両端部に形成されたシール溝１１ｃにはめ込まれている。
また、シール部材１５の径方向の内端には、弾性部１５ｂからなるリップが設けられており、このリップは内輪１２の外径面の幅方向両端部において、鍔１２ｂ上に接触している。
これにより、外輪１１と内輪１２の間に形成される自動調心ころ軸受１０の軸受空間は密封されている。
自動調心ころ軸受１０の軸受空間がシール部材１５で密封されているため、保持器１４ところ１３の接触等により発生した接触音が、自動調心ころ軸受１０の外部へと拡散することが抑制されている。したがって、たとえばエレベータの乗客等に接触音が聞こえにくくなっている。

図３のように、芯金１５ａの内面は、弾性部１５ｂにより被覆されておらず、防音シート１５ｃが貼り付け等の適宜手段により装着されている。
また、芯金１５ａの厚みは、一般的なシール部材における芯金の厚みよりも大きく形成されている。
防音シート１５ｃの防音ないし吸音効果、および厚みの大きな芯金１５ａの防音効果により、接触音が自動調心ころ軸受１０の外部へと拡散することが一層抑制されている。
なお、防音シート１５ｃの材質、種類等は特に限定されないが、ニトリルゴム、ポリエステル繊維やポリエチレン繊維の織布や不織布、これらの複数の積層体、ないしこれらの両面または片面に無機物層を積層したものが例示できる。有意な防音ないし吸音効果が奏されるものとしては、面密度や厚みが大きなものが好ましい。防音、遮音効果を有するシートと吸音効果を有するシートを積層することで、防音効果と遮音効果の双方を有する防音シート１５ｃとすることもできる。
芯金１５ａおよび弾性部１５ｂの材質については特に限定されず、一般的なシール部材と同様の材質が用いられる。

さらに、第２実施形態の自動調心ころ軸受１０は、その軸受空間に図示省略のグリースが封入され、潤滑性が高められている。
グリースの封入量は、軸受空間における静止空間体積（グリースが静止可能な空間の体積）の６０～８０％（体積比率）となっており、そのグリースのダンパー効果により、接触音がさらに低減されている。
グリースの封入量が、軸受空間における静止空間体積の６０％を下回ると有意なダンパー効果が得られず、静止空間体積の８０％を上回ると自動調心ころ軸受１０の回転時におけるグリースの撹拌音が大きくなってしまう。
また、かご型等の軸受両端面近傍に側板を持つ保持器と比べて、くし型保持器は保持器の内径側へのグリース封入と保持が容易となり、グリースのダンパー効果を向上させることができる。
グリースに含まれる基油、増ちょう剤、添加剤等の種類は特に限定されない。

今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲内およびこれと均等の意味でのすべての修正と変形を含む。

第２実施形態では、シール部材１５において防音シート１５ｃを芯金１５ａの内面に装着しているが、装着の態様はこれに限定されず、たとえば芯金１５ａの内外両面に装着してもよい。また、芯金１５ａに防音シート１５ｃを装着し、その上から弾性部１５ｂにより被覆してもよいし、芯金１５ａと防音シート１５ｃの間に弾性部１５ｂを介在させてもよい。

保持器１４は、その外径側でころ１３を拘束する構成であっても、その内径側でころ１３を拘束する構成であってもいずれでもよいが、荷重負荷域が重力方向下側の場合には、外径側でころ１３を拘束し、荷重負荷域が重力と逆方向上側の場合には、内径側でころ１３を拘束するのが好ましい。
このようにすると、保持器が非負荷域のころの挙動をさらに抑制するため、接触音が一層低減する。なお、かかる拘束は、ポケットの内面に爪やテーパ面を形成することでおこなってもよい。

第１および第２実施形態では、保持器１４を高力黄銅製としたが、保持器の材質はこれに限定されず、高力黄銅以外の金属製や樹脂製とすることもできる。
保持器を樹脂製とした場合、ころが軌道輪に接触した際の接触音は小さくなるため、接触音をさらに低減することが可能である。また、樹脂は一般に金属よりも軽量であるため、保持器を樹脂製とすることで自動調心ころ軸受全体の軽量化を図ることができる。
樹脂の種類は特に限定されないが、耐久性に優れたものとして、ポリアミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂、ポリフェニレンサルファイド樹脂が例示できる。
保持器１４の形状も実施形態に限定されない。

１０ 実施形態の自動調心ころ軸受
１１ 外輪
１１ａ 軌道面
１１ｂ 油孔
１１ｃ シール溝
１２ 内輪
１２ａ 軌道面
１２ｂ 鍔
１３ ころ
１４ 保持器
１４ａ 環状部
１４ｂ 柱部
１４ｃ 部分円筒面
１４ｄ 部分円すい面
１５ シール部材
１５ａ 芯金
１５ｂ 弾性部
１５ｃ 防音シート
Ｐ ポケット

Claims (8)

1. 内径面に球面状に窪んだ軌道面を有する外輪と、
   外径面にそれぞれ前記外輪の軌道面と対向する球面状に窪んだ軌道面を幅方向に二列に
   有する内輪と、
   前記外輪の軌道面と対向する前記内輪の各軌道面間に二列に配置され、転動面が球面状
   に膨らんだ複数のころと、
   前記外輪の内径面と内輪の外径面の間に組み込まれ、前記二列をなすころの列と列の間
   に位置する単一の環状部と、前記ころの各列に向けて前記環状部から延びかつ前記環状部
   の周方向に並列する複数の柱部とを有し、周方向に隣接する柱部間に前記ころを転動体案
   内にて転動可能に保持する保持器を備える自動調心ころ軸受であって、
   前記保持器のポケットの内面形状が、このポケットに支持される前記ころの外径面に沿ったころピッチ円直径を跨ぐ凹面形状となっており、且つ、前記ころの最大径を受け入れる部分円筒面を有し、前記ころの最大直径Ｄｗと、前記部分円筒面と前記ころの最大直径Ｄｗとの間の最小すきまＣに、０．０１×Ｄｗ≦Ｃ≦０．０２×Ｄｗが成立するようになっており、
   前記自動調心ころ軸受に対するラジアル荷重の荷重負荷域が重力方向下側となる場合に
   用いられ、前記保持器は、その外径側で前記ころを拘束して前記ころの挙動を抑制するよ
   うに形成されている自動調心ころ軸受。
2. 内径面に球面状に窪んだ軌道面を有する外輪と、
   外径面にそれぞれ前記外輪の軌道面と対向する球面状に窪んだ軌道面を幅方向に二列に
   有する内輪と、
   前記外輪の軌道面と対向する前記内輪の各軌道面間に二列に配置され、転動面が球面状
   に膨らんだ複数のころと、
   前記外輪の内径面と内輪の外径面の間に組み込まれ、前記二列をなすころの列と列の間
   に位置する単一の環状部と、前記ころの各列に向けて前記環状部から延びかつ前記環状部
   の周方向に並列する複数の柱部とを有し、周方向に隣接する柱部間に前記ころを転動体案
   内にて転動可能に保持する保持器を備える自動調心ころ軸受であって、
   前記保持器のポケットの内面形状が、このポケットに支持される前記ころの外径面に沿ったころピッチ円直径を跨ぐ凹面形状となっており、且つ、前記ころの最大径を受け入れる部分円筒面を有し、前記ころの最大直径Ｄｗと、前記部分円筒面と前記ころの最大直径Ｄｗとの間の最小すきまＣに、０．０１×Ｄｗ≦Ｃ≦０．０２×Ｄｗが成立するようになっており、
   前記自動調心ころ軸受に対するラジアル荷重の荷重負荷域が重力と逆方向上側となる場
   合に用いられ、前記保持器は、その内径側で前記ころを拘束して前記ころの挙動を抑制す
   るように形成されている自動調心ころ軸受。
3. 前記内輪および外輪の間に形成される軸受空間を密封するシール部材をさらに備える請
   求項１または２に記載の自動調心ころ軸受。
4. 前記シール部材は、芯金と、芯金に装着される防音シートを有する請求項３に記載の自
   動調心ころ軸受。
5. 前記軸受空間に封入されるグリースをさらに備え、
   このグリースは、軸受空間における静止空間体積の６０～８０％（体積比率）を占める
   請求項３または４に記載の自動調心ころ軸受。
6. 前記二列をなすころの列と列の間に保持器以外の部品を有していない請求項１から５の
   いずれかに記載の自動調心ころ軸受。
7. 前記保持器は、樹脂製である請求項１から６のいずれかに記載の自動調心ころ軸受。
8. エレベータ巻き上げ機の回転支持部用である請求項１から７のいずれかに記載の自動調
   心ころ軸受。

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