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アンギュラコンタクト玉軸受 - NTN株式会社
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発明の名称 アンギュラコンタクト玉軸受
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2007−24105(P2007−24105A)
公開日 平成19年2月1日(2007.2.1)
出願番号 特願2005−204417(P2005−204417)
出願日 平成17年7月13日(2005.7.13)
代理人 【識別番号】100074206
【弁理士】
【氏名又は名称】鎌田 文二
発明者 服部 純一
要約 課題
外輪と内輪の一方の軌道面上に軸受中心線を境界としてアキシャル方向の一方側に片寄って位置する2つの接触点に潤滑剤が達し易いようにする。

解決手段
外輪1と内輪3の一方の軌道面2に玉が2点a、bで接触し、他方の軌道面4に前記玉が2点c、dで接触し、接触点a、bが軸受中心線Cを境界としてアキシャル方向の一方側に片寄って位置し、接触点c、dが前記の一方側と反対側に片寄って位置し、外輪1と内輪3の両方に、その接触点a、b、c、dとアキシャル方向の反対側にカウンタ部7、11が形成されると共に、軌道面2、4と玉6が2点接触する状態でその軸受中心線C上の部分と玉6の間に隙間が生じるように設けられており、外輪1が分離形に設けられている構成とした。
特許請求の範囲
【請求項1】
外輪と内輪のいずれか一方の軌道面に玉が2点で接触し、他方の軌道面に前記玉が少なくとも1点で接触するアンギュラコンタクト玉軸受において、前記一方の軌道面上の接触点が軸受中心線を境界としてアキシャル方向の一方側に片寄って位置し、前記他方の軌道面上の接触点が前記の一方側と反対側に片寄って位置し、前記外輪と前記内輪のうち、少なくとも前記一方の軌道面側のものが、その接触点とアキシャル方向の反対側にカウンタ部が形成されると共に、前記一方の軌道面と前記玉が2点接触する状態でその軸受中心線上の部分と前記玉の間に隙間が生じるように設けられていることを特徴とするアンギュラコンタクト玉軸受。
【請求項2】
前記外輪と前記内輪のいずれか一方が、分離形に設けられている請求項1に記載のアンギュラコンタクト玉軸受。
【請求項3】
前記外輪と前記内輪のいずれか一方が、複列の一体形に設けられている請求項1または2に記載のアンギュラコンタクト玉軸受。
【請求項4】
組合せ軸受とされ又は前記外輪と前記内輪のいずれか一方が複列に設けられており、前記の組合せ又は前記の複列で構成される第1配列部と第2配列部が相異なる呼び接触角を有する請求項1または2に記載のアンギュラコンタクト玉軸受。
【請求項5】
組合せ軸受とされ又は前記外輪と前記内輪のいずれか一方が複列に設けられており、前記の組合せ又は前記の複列で構成される第1配列部と第2配列部が相異なる接触状態を有する請求項1または2に記載のアンギュラコンタクト玉軸受。
【請求項6】
組合せ軸受とされ又は前記外輪と前記内輪のいずれか一方が複列に設けられており、前記の組合せ又は前記の複列で構成される第1配列部と第2配列部が、互いの呼び作用線が軸受内側で交わるように設けられている請求項1または2に記載のアンギュラコンタクト玉軸受。
【請求項7】
組合せ軸受とされ又は前記外輪と前記内輪のいずれか一方が複列に設けられており、前記の組合せ又は前記の複列で構成される第1配列部と第2配列部が相異なる玉仕様とされている請求項1または2に載のアンギュラコンタクト玉軸受。
【請求項8】
組合せ軸受とされ又は前記外輪と前記内輪のいずれか一方が複列に設けられており、前記の組合せ又は前記の複列で構成される第1配列部と第2配列部が相異なる軸受サイズに設けられている請求項1または2に記載のアンギュラコンタクト玉軸受。
発明の詳細な説明
【技術分野】
【0001】
この発明は、アンギュラコンタクト玉軸受に関し、特に、低速回転下でモーメント荷重が負荷される回転軸を支持するのに好適なものに関する。
【背景技術】
【0002】
100rpmを超えない低速回転の出力軸を有する駆動装置、例えば、建設用機械のスプロケット駆動装置やロボットアームの関節装置などは、駆動源、減速機などから構成される。減速機の出力軸は、駆動側との間に介在する主軸受により回転可能に支持される。主軸受には、荷重点が軸受外にあり、モーメント荷重が負荷されるため、アンギュラコンタクトの転がり軸受が利用されている。
【0003】
上記のような装置では、機械、アームの姿勢制御や被駆動部の位置決め精度の改善などのため、モーメント荷重に対する主軸受の剛性向上が求められている。
【0004】
従来からあるアンギュラコンタクト玉軸受は、モーメント荷重のアキシャル分荷重(軸受に対しアキシャル方向の一方向に作用する)を、外輪、内輪の各軌道面と玉が1点接触する状態で受ける構成となっていた(例えば、特許文献1参照)。
【0005】
【特許文献1】特開2002−21855号公報
【0006】
上記特許文献1のようなアンギュラコンタクト玉軸受の剛性向上手段としては、外輪、内輪、転動体サイズの大型化や転動体数の増大化がある。
【0007】
しかしながら、建設用機械の駆動装置やロボットアームの関節装置などのように、小型化が求められる装置に軸受を組み込む場合、軸受の設置空間には限りがある。
【0008】
それ故、主軸受には、アンギュラコンタクト玉軸受よりも剛性が高い円錐ころ軸受が利用されることもあったが、円錐ころ軸受は、アンギュラコンタクト玉軸受よりも軌道面や転動体の研削工程が複雑であり、比較的コスト高なものである。
【0009】
そこで、出願人は、本願出願時で未公開の先行特許出願(特願2004−005538号)において、外輪と内輪のいずれか一方の軌道面に玉が2点で接触し、他方の軌道面に前記玉が少なくとも1点で接触し、前記一方の軌道面上の接触点が軸受中心線を境界としてアキシャル方向の一方側に片寄って位置し、前記他方の軌道面上の接触点が前記アキシャル方向の一方側と反対側に片寄って位置するように構成したことを要旨とするアンギュラコンタクト玉軸受を提案している。
【0010】
上記先行特許出願に係るアンギュラコンタクト玉軸受によれば、一方向に作用するアキシャル荷重は、前記玉が前記一方の軌道面に2点で接触するため、軸受取付方向を荷重方向に適合させることにより、上記2点の接触角に応じて分散された状態で受けられる。その結果、軸受の変形が上記従来例よりも抑制される、すなわち、軸受剛性が高められる。なお、ラジアル荷重は、前記玉が前記他方の軌道面に少なくとも1点で接触するため、上記従来例と同様に受けることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0011】
ところで、アンギュラコンタクト玉軸受は、玉がこの中心を通り呼び作用線と直交する軸線回りでスピンしながら公転する、という本質的特徴を有する。このスピンは、玉や軌道面が摩耗したり剥離したりする原因となる。
【0012】
特に、上記先行特許出願に係るアンギュラコンタクト玉軸受は、前記玉と前記一方の軌道面の加工精度に限界があり、また前記玉と前記一方の軌道面が2点で接触するため、前記のスピンが複雑になり易い。
【0013】
上記の摩耗や剥離の発生は、接触点の潤滑環境に影響されるが、上記先行特許出願に係るアンギュラコンタクト玉軸受は、前記一方の軌道面上の2つの接触点が軸受中心線を境界としてアキシャル方向の一方側に片寄って位置するため、上記従来例に比して前記2つの接触点に潤滑剤が達し難くい。
【0014】
そこで、この発明の課題は、外輪と内輪の一方の軌道面上に軸受中心線を境界としてアキシャル方向の一方側に片寄って位置する2つの接触点に潤滑剤が達し易いようにすることにある。
【課題を解決するための手段】
【0015】
上記の課題を達成するため、この発明は、前記外輪と前記内輪のうち、少なくとも前記一方の軌道面側のものが、その接触点とアキシャル方向の反対側にカウンタ部が形成されると共に、前記一方の軌道面と前記玉が2点接触する状態でその軸受中心線上の部分と前記玉の間に隙間が生じるように設けられている構成を特徴とする。
【0016】
上記構成において、前記カウンタ部の形成により肩落としされる分、軸受外から軸受中心線上に向けて潤滑剤が流入し易くなる。流入した潤滑剤は、その軸受中心線上の部分と前記玉の間に隙間が生じているので、前記一方の軌道面上の2つの接触点に潤滑剤が達し易くなる。
【0017】
潤滑剤は、流動性を考慮すると潤滑油が好ましく、潤滑法には、循環給油、油浴などを採用することができる。
【0018】
上記構成においては、前記外輪と前記内輪のいずれか一方が、分離形に設けられている構成を採用することができる。この構成によれば、前記外輪と前記内輪のうち、前記一方の軌道面側のものを分離形にすると、前記カウンタ部は肩落とし量が大きくなるため、潤滑油がより円滑に軸受中心線上にまで流入するようになる。
また、前記他方の軌道面側のものを分離形にすると、これにも前記と同様のカウンタ部が形成されることになり、前記他方の軌道面と前記玉を2点接触としても前記一方の軌道面側と同様の潤滑環境が得られる。
【0019】
また、上記構成においては、前記外輪と前記内輪のいずれか一方が、複列の一体形に設けられている構成を採用することができる。
【0020】
また、上記構成においては、組合せ軸受とされ又は前記外輪と前記内輪のいずれか一方が複列に設けられており、前記の組合せ又は前記の複列で構成される第1配列部と第2配列部が相異なる呼び接触角を有する構成を採用することができる。
【0021】
また、上記構成においては、組合せ軸受とされ又は前記外輪と前記内輪のいずれか一方が複列に設けられており、前記の組合せ又は前記の複列で構成される第1配列部と第2配列部が相異なる接触状態を有する構成を採用することができる。
【0022】
また、上記構成においては、組合せ軸受とされ又は前記外輪と前記内輪のいずれか一方が複列に設けられており、前記の組合せ又は前記の複列で構成される第1配列部と第2配列部が、互いの呼び作用線が軸受内側で交わるように設けられている構成を採用することができる。
【0023】
また、上記構成においては、組合せ軸受とされ又は前記外輪と前記内輪のいずれか一方が複列に設けられており、前記の組合せ又は前記の複列で構成される第1配列部と第2配列部が相異なる玉仕様とされている構成を採用することができる。
【0024】
また、上記構成においては、組合せ軸受とされ又は前記外輪と前記内輪のいずれか一方が複列に設けられており、前記の組合せ又は前記の複列で構成される第1配列部と第2配列部が相異なる軸受サイズに設けられている構成を採用することができる。
【発明の効果】
【0025】
上述のように、この発明は、外輪と内輪の一方の軌道面上に軸受中心線を境界としてアキシャル方向の一方側に片寄って位置する2つの接触点に潤滑剤が達し易いようにすることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【0026】
以下、この発明の第1実施形態を添付図面に基づいて説明する。図1に示した第1実施形態に係るアンギュラコンタクト玉軸受は、外輪1の軌道面2と内輪3の軌道面4の間に保持器5によって一定間隔をおいて保持された玉6が介在されたものである。
【0027】
外輪1の内径面は、その両端部に大径内面からなるカウンタ部7と小径内面からなる肩部8が形成され、そのカウンタ部7と肩部8の間に全体として円弧面となる前記の軌道面2が形成されている。
【0028】
軌道面2は、図2(a)から分かるように、アーチ型の2個の円弧面2a、2bにより形成され、その両円弧面2a、2bの衝合点9の両側において玉6との接触点a、bが形成される。図1において軸受中心線Cに対する接触点aの角度(接触角)をθ1で示し、接触点bの角度(接触角)をθ2で示す。
【0029】
内輪3の外径面の形状は、前記外輪1の内径面の形状と玉6の中心点Oを基準に点対称の形状をなす。すなわち、内輪3の外径面は、その両端部に小径外面からなるカウンタ部11と大径外面からなる肩部12が形成され、そのカウンタ部11と肩部12の間に全体として円弧面となる前記の軌道面4が形成される。
【0030】
軌道面4は、図2(b)から分かるように、アーチ型の2個の円弧面4c、4dにより形成され、その両円弧面4c、4dの衝合点13の両側において玉6との接触点c、dが形成される。図1において、軸受中心線Cに対する接触点cの角度(接触角)をθ3(=θ1)で示し、接触点dの角度(接触角)をθ4(=θ2)で示す。
【0031】
以上の説明から明らかなように、この発明においては、外輪1の軌道面2における2箇所の接触点a、bがともに軸受中心線Cを境界として、アキシャル方向の荷重Pが加えられる側に片寄った位置に設定される。同様に、内輪3においてもその軌道面4における2箇所の接触点c、dがともに軸受中心線Cを境界として、前記と反対のアキシャル方向の荷重Pが加えられる側に片寄った位置に設定される。なお、θ1(=θ3)は最小5°、θ2(=θ4)の最大は80°であり、各接触点間の角度θはこれらの範囲で適宜定められる。
【0032】
この軸受によって受けることができるアキシャル荷重Pは、図1の白抜き矢印で示すように、外輪1においては肩部8側からカウンタ部7側に向かう方向、内輪3においては肩部12側からカウンタ部11に向かう方向に限定され、この反対方向のアキシャル荷重を受けることはできない。
【0033】
このように、一方向に限定されたアキシャル荷重Pを2点で受けることにより、各接触点に加えられる荷重が1点で受ける場合に比べ分散軽減され軸受の変形量が小さくなる。すなわち、軸受の剛性が増大する。
【0034】
上記外輪1と上記内輪3のそれぞれは、その接触点a、b、c、dとアキシャル方向の反対側にカウンタ部7、11が形成されたものであるが、さらに、外輪1は分離形に設けられており、内輪3と保持器5と玉6はアセンブリとされている。
【0035】
具体的に述べると、図1、図2(a)、図3(a)に示すように、カウンタ部7の内径Riは、玉6が軌道面2と2点接触する状態で玉6の外接円径よりも大きくなり、軌道面2とカウンタ部7の境界f1は、軸受中心線Cよりも肩部8側に片寄って位置するように設定されている。
【0036】
図1、図2(b)、図3(a)に示すように、軌道面4とカウンタ部11の境界f2は、軸受中心線Cよりも肩部12と反対側に片寄って位置し、カウンタ部11の外径Reは、図3(b)に示すように、保持器5のみで保持された状態の玉6の配軸支部の内接径Aよりも大きくなるように設定されている。保持器5と玉6は、カウンタ部11の外径Reに対する直径締め代(Re−A)により組み立て後に分離しないようになっている。軌道面4は、玉6が軌道面4と2点接触する状態で軸受中心線C上の部分が玉6の内接円径よりも小さくなるように設定されている。
【0037】
上記構成により、図2(a)、(b)に示すように、玉6が軌道面2と2点接触する状態で、外輪1の軸受中心線C上の部分と玉6の間に隙間g1が生じ、また、玉6が軌道面4と2点接触する状態で、内輪3の軸受中心線C上の部分と玉6の間に隙間g2が生じるようになっている。
【0038】
上記のカウンタ部7により、外輪1は、図3(a)に示すように、前記アキシャル荷重の受け方向と反対側に向けて移動させることが可能で、内輪3、保持器5、玉6からなる内輪アセンブリに対して自由に分離可能となっている。
【0039】
このアンギュラコンタクト玉軸受は、例えば、循環給油の油潤滑下で使用される。潤滑油は、図1(a)に矢線で流れ方向を示すように、保持器5の椀形の向きに合せて軸受け外から、カウンタ部7と保持器5の間に形成された間隙を通って軸受中心線Cまで円滑に流入し、玉6の転動に巻き込まれて前記の隙間g1から接触点aに供給される。
【0040】
このアンギュラコンタクト玉軸受のように、玉が外輪と内輪の各軌道面と2点接触する場合、カウンタ部が外輪と内輪のそれぞれに形成された構成が好ましいが、使用条件等に応じて、外輪と内輪のいずれか一方側にのみカウンタ部が形成された構成にすることもできる。この構成の場合でも、潤滑油が一方側のカウンタ部から玉の転動に巻き込まれて他方側の接触点まで運ばれ易くなるため、他方側の接触点の潤滑環境が向上する。
【0041】
なお、カウンタ部7は、外輪1の軸受中心線C上に上記境界f1が位置すると共に、境界f1における内径が玉6の外接円径よりも大きくなるように構成することもできる。
【0042】
また、このアンギュラコンタクト玉軸受においては、外輪1と保持器5と玉6をアセンブリとし、内輪3を分離形に設けることもできる。このように、外輪1と内輪3のいずれか一方を分離形にすれば、狭い設置空間においても軸受の取付作業が容易になるという利点がある。
【0043】
次に、この発明の第2実施形態を説明する。なお、以下、上記第1実施形態と同一に考えられる構成の説明を省略する。図4、図5に示した第2実施形態に係るアンギュラコンタクト玉軸受は、基本的には前記の第1実施形態の場合と同様であるが、内輪3の軌道面4は全体として円弧面に形成され玉6の接触点eが1点のみである点において相違する。接触点eの位置は、外輪の各接触点a、bの接触角θ1、θ2の差の二分の1(θ/2)の線上に定められる。外輪1においては前述の場合と同様に2点で接触するため、この場合は3点接触型のアンギュラコンタクト玉軸受となる。この構造では、内輪3側においては軸受剛性の増大は図れないが、外輪1においては前述の場合と同様に軸受剛性の増大を図ることができる。
【0044】
なお、このアンギュラコンタクト玉軸受においては、上記とは逆に外輪1の軌道面2における接触点を1点とし、内輪3の軌道面4における接触点を2点とすることもできる。
【0045】
次に、この発明の第3実施形態を説明する。図6に示した第3実施形態に係るアンギュラコンタクト玉軸受は、内輪14が複列の一体形に設けられ、外輪1が分離形に設けられた正面組合せ軸受とされている。
【0046】
1つの軌道面2、軌道面4、外輪1、保持器5および1セットの玉6で構成される第1配列部15および第2配列部16は、同一の呼び接触角を有する。呼び接触角は、軌道面2、4がそれぞれ衝合点9、13と玉中心Oを結ぶ線に関し対称なので、(θ1−θ2)/2の算出式により定めることができる。
【0047】
第1配列部15および第2配列部16において、玉6は、軌道面2、4のそれぞれに2点で接触し、上記θ1、θ3が15°、上記θ2、θ4が45°に設定されている。すなわち、第1配列部15および第2配列部16では、呼び接触角が30°となっており、これにより呼び作用線が決まる。ここで、第3実施形態に係るアンギュラコンタクト玉軸受は、正面組合せなので、第1配列部15および第2配列部16の呼び作用線は、互いに軸受内側で交わるように設けられる。
【0048】
なお、潤滑油は、外輪1、1間の空間に供給されると、各カウンタ部7側から第1配列部15、第2配列部16に流入する。これは保持器5が椀形のためであり、保持器やハウジングの構成、使用環境に応じて他の循環経路や潤滑方法を採用することが可能である。
【0049】
次に、この発明の第4実施形態を説明する。図7に示した第4実施形態に係るアンギュラコンタクト玉軸受は、外輪17が複列の一体形に設けられ、内輪18、19が分離形に設けられた背面組合せ軸受とされている。
【0050】
第1配列部20および第2配列部21は、玉仕様、軸受サイズ、接触状態、呼び接触角が相異なる構成とされている。これにより、アンギュラコンタクト玉軸受は、アキシャル方向の両方向間で大きな負荷差がある場合などにおいても、第1配列部20および第2配列部21の負担の均等化を図ることが可能になり、軸受剛性や軸受寿命などを調整することができる。
【0051】
ここで、玉仕様は、玉直径、玉数などである。軸受サイズは、軸受外径、軸受内径、軸受幅、カウンタ部の外径または内径軌道面の曲率半径などである。接触状態は、一方および他方の軌道面における接触点数、両軌道面の接触点数の合計である総接触点数などである。
【0052】
具体的には、第1配列部20を構成する玉22の玉直径、玉数が第2配列部21を構成する玉23よりも増大されている。この玉仕様の相異に伴い、外輪17、内輪18、19の軸受サイズが適宜変更されている。
【0053】
また、第1配列部20の接触状態は、軌道面24、25のそれぞれの接触点数が2点、総接触点数が4点となっている。第2配列部21の接触状態は、外輪17の軌道面26の接触点数が1点、内輪19の軌道面27の接触点数が2点、総接触点数が3点となっている。これは、第2配列部21の部分の外輪肉厚により変形が十分に抑制されるためである。
【0054】
第1配列部20は、上記θ1、θ3が40°、上記θ2、θ4が60°に設定されており、呼び接触角が50°となっている。第2配列部21は、上記θ1が30°、上記θ2が60°に設定されており、呼び接触角が45°となっている。
【0055】
なお、潤滑油は、第1配列部20のカウンタ部28側から流入し、第2配列部21を通過してカウンタ部29側から流出するように供給される。
【0056】
次に、この発明の第5実施形態を説明する。図8に示した第5実施形態に係るアンギュラコンタクト玉軸受は、外輪30が分離形に設けられた背面組合せ軸受とされている。
【0057】
カウンタ部31は、潤滑油の流入がより円滑になるように、テーパ面のように広がりをもった形状に形成されている。内輪32は、両肩付とされている。外輪30の軌道面33、内輪32の軌道面34における接触点数が2点、総接触点数が4点となっている。
【0058】
次に、この発明の第6実施形態に係るアンギュラコンタクト玉軸受を組み込んだ減速機の一例を説明する。図9に示した減速機は、建設車両の履帯または車輪の駆動装置40として構成されている。ケース41内には油圧モータ42が設けられている。油圧モータ42の出力軸43には第1遊星歯車減速部の第1サンギヤ44が結合されている。ケース41には、主軸受45を介して回動自在に取り付けられたドラム46にリングギヤ47が一体化されている。リングギヤ47はドラム46と一体化されている。このドラム46の外周部にはスプロケット48が取り付けられている。図示を省略するが、リングギヤ47は、第1遊星歯車減速機構の第1プラネタリギヤと噛合し、第1プラネタリギヤを支持する第1キャリヤが第2遊星歯車減速機構の第2サンギヤと噛合し、第2サンギヤは、ケース41に固定されたピンに対し回転自在に取り付けられた第2プラネタリギヤに噛合し、第2プラネタリギヤはリングギヤ47に噛合している。
【0059】
上記駆動装置40では、油圧モータ42の出力回転により、第1サンギヤ44が回転駆動され、この第1サンギヤ44の回転駆動により第1遊星歯車減速部から第2遊星歯車減速部に動力が伝達され、リングギヤ47が2段減速回転されることにより、スプロケット48が駆動される。
【0060】
主軸受45は、第6実施形態に係るアンギュラコンタクト玉軸受であり、背面組合せ軸受として構成されている。この主軸受45の外輪49はドラム46の内周に嵌合され、内輪50はケース41の外周に嵌合されている。すなわち、主軸受45は、減速機の出力軸(リングギヤ47とドラム46)と駆動側との間に介在されている。なお、主軸受45には、予圧が付与されている。
【0061】
主軸受45には、内輪50の肩部51が外輪49のカウンタ部52の外端よりも外側に位置するように差幅hが設けられている。このため、主軸受45は、両部51、52間が広がり、より潤滑油が流入し易くなっている。
【0062】
主軸受45の剛性は、上記のように従来よりも高められるので、その分、ドラム46の薄肉化を図ることができる。このようにドラム46の薄肉化が達成されると、ドラム46とリングギヤ47の溶接が可能になり、駆動装置40の製造コストが低減される。
【図面の簡単な説明】
【0063】
【図1】第1実施形態の一部断面図
【図2】(a)図1の外輪側の一部拡大断面図、(b)図1の内輪側の一部拡大断面図
【図3】(a)図1の外輪が抜き出す様子を示した一部断面図、(b)図1の保持器とボールと軸受中心との関係を示す部分断面図
【図4】第2実施形態の一部断面図
【図5】(a)図4の外輪側の一部拡大断面図、(b)図4の内輪側の一部拡大断面図
【図6】第3実施形態の一部断面図
【図7】第4実施形態の一部断面図
【図8】第5実施形態の一部断面図
【図9】第6実施形態に係るアンギュラコンタクト玉軸受を組み込んだ減速機の一例の側面断面図
【符号の説明】
【0064】
1 外輪
2、4 軌道面
3 内輪
5 保持器
6 玉
7、11 カウンタ部
8、12 肩部
9、13 衝合点




 

 


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