CN101368596B - 合成树脂制保持器及角接触球轴承 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种合成树脂制保持器，为在由合成树脂制成的环状体上形成有多个收容滚珠的凹穴的合成树脂制保持器，其特征在于，前述凹穴形成为圆柱形，在该凹穴的圆柱形内面的保持器周向的前后对向的位置的内径侧端部设有一对圆锥面，从该圆锥面的小径端朝向凹穴内部连设有润滑剂支撑面，在该润滑剂支撑面的内侧、与保持器的轴心平行地设置着在轴承高速旋转时与滚珠接触而被该滚珠导向的直线状的滚珠导向边。由此，能够抑制高速旋转时的保持器的振摆回转。
Description
本申请是申请日为2004年4月16日、申请号为2004100348590、名称为“合成树脂制保持器及角接触球轴承”的申请的分案申请。
技术领域
本发明涉及适合于高速旋转的、球轴承用的合成树脂制保持器及角接触球轴承。
背景技术
作为适合于旋转自如地支撑如机床的主轴那样高速旋转的旋转轴的高速旋转的角接触球轴承，已知有记载在专利文献1上的技术。
图15为在上述专利文献1上中记载的角接触球轴承。该角接触球轴承，在外圈50与内圈51之间装入合成树脂制保持器52，在保持器52的周向等间隔地形成的多个凹穴53的各内部收容着滚珠54，依靠滚珠54相对旋转自如地支撑着外圈50与内圈51。
另外，保持器52上形成的凹穴53为圆柱形，在圆柱形的凹穴53上的圆柱形内面55的内径端上设有被滚珠导向的圆锥形导向面56，在圆锥形导向面56与滚珠54之间，在周向、轴向及径向上形成导向间隙57，导向间隙57比滚珠54与凹穴53的圆柱形内面55之间形成的凹穴间隙58小。
这里，圆锥形导向面56的大径端的曲率半径r11与圆柱形内面55的曲率半径r12被作成直径相同。
对于由上述结构制成的球轴承，轴承旋转时，滚珠54与圆锥形导向面56呈点接触，在该点接触周围，因为能够流入润滑剂，因此具有很少出现润滑中断的特点。
另外，由于保持器52是支撑导向滚珠的，所以保持器52的外周面及内周面相对于外圈50和内圈51以非接触状态旋转，因此具有不产生摩擦音的特点。
专利文献1：特开平7-4439号公报。
但是，如图15所示的以前的角接触球轴承，因是依靠圆锥形导向面56与滚珠54的接触来支撑保持器52的结构，故有以下问题。
即、当角接触球轴承高速旋转时，自转同时公转的滚珠54如图16及图17所示，同圆锥形导向面56在点B1接触。这时滚珠54以如图15所示的自转轴b为中心旋转，保持器52通过与滚珠54的接触而沿轴向移动，与滚珠54的接触点B1欲向点B2移动，但是由于点B2与其对面位置的点B2′之间的距离比点B1与其对面位置的点B1′之间的距离短，所以随着接触点向保持器52的轴向移动，并也向圆锥形导向面56的大径端移动，移动到点B3的位置。
这样，当角接触球轴承高速旋转时，滚珠54与圆锥形导向面56的接触点从B1向B3移动，在保持器52上引起径向的推力，存在使保持器52发生振摆回转的问题。
上述的保持器52的振摆回转，在当角接触球轴承的中心轴为纵向的纵轴姿势使用的场合时尤为显著。
此外，关于以前的角接触球轴承，因外圈50与保持器52之间形成的外径侧的润滑剂充填空间59、保持器52及内圈51之间形成的内径侧的润滑剂充填空间60通过很小的凹穴间隙58及导向间隙57连通，故润滑剂的流动性差，存在因润滑剂的搅拌而易发热的问题。
而且，因滚珠54和圆锥形导向面56以曲率半径差很小的对应曲面接触，存在着由于与自转的滚珠54的接触而润滑剂被剪切时的剪切力大，轴承的转矩大的问题。
发明内容
本发明的课题是提供一种能够减少高速旋转时的振摆回转、降低轴承转矩的适合于高速旋转的合成树脂制保持器及角接触球轴承。
为解决上述课题，本发明的合成树脂制保持器，采用了如下的构成，即、在由合成树脂构成的环状体上形成有收容滚珠的多个凹穴的合成树脂制保持器中，前述凹穴被作成圆柱形，在凹穴的圆柱形内面的内径侧端部被滚珠导向的一对圆锥形导向面被设置在保持器周向的前后的对向的位置上，各圆锥形导向面的大径端的曲率半径比凹穴的圆柱形内面的半径要大。
如上所述，由于在保持器上形成的圆锥形导向面的大径端的曲率半径比圆柱形凹穴的圆柱形内面的曲率半径要大，能够使滚珠与圆锥形导向面的接触点在圆锥形导向面上向保持器轴向及径向外侧变位时的径向的变位变小。因此，能够减轻保持器的径向的推力，抑制保持器的振摆回转。
另外，因为滚珠与圆锥形导向面的曲率半径的差比以前的大，所以使因与自转的滚珠的接触而剪切润滑剂时的剪切力变小，能够降低轴承的转矩。
在本发明的保持器中，在前述的凹穴的圆柱形内面上，设置将其分割成与该圆柱形内面在保持器周向上对向的一对圆弧形内面、和在保持器轴向上对向的一对圆弧形内面等4部分的4个径向槽，则保持器的外径侧与内径侧被4个径向槽连通，故能够使保持器的外径侧与内径侧相互间的润滑剂的流动性提高，可以抑制因润滑剂搅拌而引起的发热。
为解决前述同样的课题，第2发明的合成树脂制保持器采用了如下的构成，即、在由合成树脂构成的环状体上形成有收容滚珠的多个凹穴的合成树脂制保持器中，前述凹穴被作成圆柱形，在凹穴的圆柱形内面的保持器周向的前后对向的位置的内径侧端部设有一对圆锥面，从圆锥面的小径端向凹穴内部连设着润滑剂支撑面，在润滑剂支撑面的内侧，与保持器的轴心平行地设置着被滚珠导向的直线状的滚珠导向边。
如上所述，通过用滚珠引导与保持器的轴心平行的直线状滚珠导向边，即使保持器向轴向移动，与滚珠的接触点也只向保持器轴向移动。为此，保持器上不会发生径向的推力，能够防止保持器的振摆回转。
此外，因滚珠与滚珠导向边的接触为点接触，所以在接触部剪切润滑剂时的剪切力小，轴承转矩能够大幅度降低。
并且，因能够用润滑剂支撑面保持润滑剂，所以可得到稳定的润滑性能。
保持器沿轴向移动，凹穴的保持器轴向的圆柱形内面与滚珠接触时，因接触点处于滚珠的自转轴的附近，故难于发生转矩波动。
在上述的第2发明的合成树脂制保持器中，在凹穴的圆柱形内面上，设置将其分割成与该圆柱形内面在保持器周向对向的一对圆弧形内面、和在保持器轴向对向的一对圆弧形内面等4部分的4个径向槽，则被充填在保持器外径侧的润滑剂与被充填在保持器内径侧的润滑剂通过4条径向槽连通，所以能够提高润滑剂的流动性，抑制润滑剂搅拌而引起的发热。
在本发明的角接触球轴承中，采用了如下的构成，即、在外圈与内圈间装有合成树脂制保持器，在保持器的周向间隔形成的多个凹穴内，装有相对旋转自如地支撑外圈与内圈的滚珠的角接触球轴承中，前述凹穴被作成圆柱形，在凹穴的圆柱形内面上，设置将其分割成在保持器周向对向的一对圆弧形内面、和在保持器轴向对向的一对圆弧形内面等4部分的4个径向槽，在保持器周向上对向的一对圆弧形内面的内径侧端部设有被滚珠导向的圆锥形导向面，使各圆锥形导向面的大径端的曲率半径大于凹穴的圆柱形内面的曲率半径。
此外，在本发明的角接触球轴承中，采用了如下的构成，即、在外圈与内圈间装有合成树脂制保持器，在保持器的周向间隔地形成的多个凹穴内装有相对旋转自如地支撑外圈与内圈的滚珠的角接触球轴承中，前述凹穴被作成圆柱形，在凹穴的圆柱形内面上，设置将其分割成在保持器周向对向的一对圆弧形内面、和在保持器轴向对向的一对圆弧形内面等4部分的4个径向槽，在保持器周向上对向的一对圆弧形内面的内径侧端部上设有圆锥面，从各圆锥面的小径端向凹穴内部连设有润滑剂支撑面，在润滑剂支撑面的内侧，与保持器的轴心平行地设置被滚珠导向的直线状的滚珠导向边。
附图说明
图1为表示本发明的角接触球轴承的第1实施方式的剖视图。
图2为图1的纵断侧视图。
图3为图1所示的保持器的俯视图。
图4为表示角接触球轴承高速旋转时的状态的剖视图。
图5为沿图4的V-V线的剖视图。
图6为表示保持器的一部分的立体图。
图7为表示图1所示角接触球轴承一使用例的剖视图。
图8为角接触球轴承高速旋转时外圈温度的测定结果的曲线图。
图9表示本发明的角接触球轴承的第2实施方式的剖视图。
图10为图9的纵断侧视图。
图11为图9所示的保持器的俯视图。
图12为表示角接触球轴承高速旋转时的状态的剖视图。
图13为表示保持器的一部分的立体图。
图14(Ⅰ)为表示本发明例的角接触球轴承的起动转矩测定结果的曲线图，(Ⅱ)为表示比较例的角接触球轴承的起动转矩测定结果的曲线图。
图15为表示以前的角接触球轴承的剖视图。
图16为表示滚珠与保持器上形成的凹穴的接触状态的剖视图。
图17为表示保持器的一部分的立体图。
图中：1：外圈；11：内圈；21：保持器；22：环状体；23：凹穴；24：圆柱形内面；24a、24b圆弧状内面；25：径向槽；26：圆锥形导向面；40：圆锥面；41：润滑剂支撑面；42：滚珠导向边。
具体实施方式
以下，依照图1至图14就本发明的实施方式进行说明。图1至图6表示本发明的角接触球轴承的第1实施方式。如图所示，角接触球轴承，由外圈1、在其内侧设置的内圈11、在该两圈1和11间装入的保持器21以及在保持器21上保持的滚珠31构成。
保持器21由合成树脂的模制品构成。作为合成树脂采用添加了玻璃纤维或碳纤维等充填料的聚酰胺(PA)、聚醚酮醚(PEEK)和聚醚硫烷(PES)。
上述保持器21为在环状体22上的周向上等间隔地形成有收容滚珠31的多个凹穴23的构成。
凹穴23被作成圆柱形。在该凹穴23的圆柱形内面24上，如图3所示，形成在径向贯通的4个径向槽25，凹穴23的圆柱形内面24，通过该径向槽25分割成在保持器周向上对向的一对圆弧形内面24a、和在保持器轴向上对向的一对圆弧形内面24b等4部分。
如图2所示，在保持器周向对向的一对圆弧形内面24a的各个内径侧端部上设有被滚珠导向的圆锥形导向面26。
圆锥形导向面26的大径端的曲率半径r1比凹穴23的圆柱形内面的半径r2要大，该圆锥形导向面26与滚珠31之间形成的导向间隙27的大小δ比凹穴23的圆柱形内面24与滚珠31之间形成的凹穴间隙28作的要小。
这里，圆锥形导向面26的曲率半径要是过大，就不能确保保持器21的强度上必要的轴向宽度尺寸。为此，圆锥形导向面26的曲率半径r1为凹穴23的圆柱形内面24的曲率半径的110％至140％程度为好。
第1实施方式所示的角接触球轴承由上述结构组成，图7表示该角接触球轴承的一个使用例。在该例中，在壳体H内将实施方式所示的多个角接触球轴承X在同一中心轴上上下间隔安装，由多个角接触球轴承X旋转自如地支撑着由电机M旋转的机床的主轴S。
在上述使用状态下，主轴S高速旋转时，图1及图2所示的角接触球轴承的滚珠31自转的同时并且公转。
这时，因为在滚珠31与圆锥形导向面26之间形成的导向间隙27比滚珠31与凹穴23的圆柱形内面24之间形成的凹穴间隙28要小，如图4所示那样，滚珠31与圆锥形导向面26接触。
另外，滚珠31以如图1所示的自转轴a为中心自转，通过与滚珠31的接触，保持器21沿轴向移动。
为此，滚珠31与圆锥形导向面26的接触点A1，在圆锥形导向面26上一边沿保持器轴向移动一边向径向外侧移动。即、接触点如图6所示，从点A1向点A2移动，在保持器上引起径向及轴向的推力。
此时，因圆锥形导向面26的大径端的曲率半径r1比凹穴23的圆柱形内面24的曲率半径r2要大，所以和上述两曲率半径相同的保持器(图15所示的以前的保持器)相比较，保持器21的径向变位变小。因此，加在保持器21上的负荷的径向推力减轻，保持器21的振摆回转得以抑制。
另外，因圆锥形导向面26的大径端的曲率半径r1比圆柱形内面24的曲率半径r2大，滚珠31与圆锥形导向面26的曲率半径差变的更大，由于该较大的曲率半径差，由滚珠31的自转而剪切润滑剂时的剪切力变小，可降低轴承转矩。
更进一步，因在凹穴23的圆柱形内面24上设有4个径向槽25，在保持器21的外径侧形成的润滑剂的充填空间29a与在内径侧形成的润滑剂的充填空间29b被径向槽25连通，在外径侧充填空间29a与内径侧充填空间29b的相互间，能够提高润滑脂等润滑剂的流动性，降低了由润滑剂的搅拌而引起的发热，能够抑制角接触球轴承的温度上升。
顺便提一下，对下述所示尺寸的滚珠31及将实施方式的保持器21装入外圈1及内圈11间而形成的角接触球轴承(本发明例)用润滑脂润滑并测定外圈1的温度，得出了如图8所示的测定结果。作为比较，同时给出了如图8所示的装入以前的保持器52的角接触球轴承(比较例)外圈温度的测定结果。
滚珠31的外径D1＝8.7313mm
保持器21的外径D2＝67.7mm
保持器21的内径D3＝62mm
凹穴23的内径d1＝9.0mm
圆锥形内面26的曲率半径r1＝6.5mm
径向槽25的曲率半径r2＝0.8mm
另外，比较例的角接触球轴承的圆锥形导向面56的大径端的半径是4.5mm，保持器52的外径及内径与实施方式的保持器21同样。
还有，在测定温度时，在角接触球轴承上加了20kgf的予压负荷。
如从上述测定结果所知的那样，能够理解本发明例的角接触球轴承可以抑制温度上升。
在这里，如果圆锥形导向面26的大径端的曲率半径r1与凹穴23的圆柱形内面24的曲率半径相同的话，在保持器21的成形时引起收缩不均匀的场合下，与滚珠31的接触点有在轴向不均匀的危险。该接触点的不均匀，会在保持器导向时在轴向引起推力，成为保持器21振摆回转的原因。
但是，就实施方式的保持器21而言，因为圆锥形导向面26的曲率半径r1比凹穴23的圆柱形内面24的曲率半径r2要大，所以由保持器21成形时的收缩不均匀而引起的与滚珠31的接触点在轴向的不均匀被抑制，圆锥形导向面26的保持器轴向的中央部分通过上述滚珠31而被稳定地接触引导，可以防止引起轴向的推力。
图9至图13，表示本发明的角接触球轴承的第2实施方式。该第2实施方式中，在凹穴23的圆柱形内面24的保持器周向上对向的一对圆弧状内面24a的内径侧端部上设有圆锥面40，从该圆锥面40的小径端朝向凹穴的内部连设有润滑剂支撑面41，在润滑剂支撑面41的内侧，形成有与保持器21的轴心平行、由滚珠31引导的直线状的滚珠导向边42，这一点与第1实施方式所示的角接触球轴承相异。
为此，对和第1实施方式所示的角接触球轴承相同的部分，赋予相同的符号，省略其说明。
在由上述结构形成的角接触球轴承中，当轴承被高速旋转时，如图12所示，滚珠导向边42与滚珠31接触。这时，因滚珠导向边42是与保持器21的轴心平行的直线状，所以即使保持器21沿轴向移动，与滚珠31的接触点也仅沿保持器轴向移动。因此，在保持器21上不会发生径向的推力，能够防止保持器21振摆回转，同时因滚珠31的自转而剪切润滑剂时的剪切力变小，可以大幅度地降低轴承转矩。
另外，与滚珠31接触的滚珠导向边42因是直线，所以注塑成形时容易得到必要的精度，可以得到精度高的保持器21。
并且，由于能够在润滑剂支撑面41保持润滑剂，能够得到稳定的润滑性能。
此外，因在凹穴23的圆柱形内面24上形成有4个径向槽25，与第1实施方式所示的角接触球轴承同样，能够抑制轴承的温度上升。
附带说一下，通过测定图9至图13所示的第2实施方式的角接触球轴承(本发明例)的起动转矩，得到了如图14(Ⅰ)所示的测定结果。作为比较，用图14(Ⅱ)表示测定图15至图17所示的角接触球轴承(比较例)的起动转矩的测定结果。
在这里，测定时，本发明例，采用了轴承外径26mm、轴承内径10mm、轴承宽8mm、保持器外径19.3mm、保持器内径15.7mm、宽7.2mm的角接触球轴承。另外，作为比较例的角接触球轴承也采用了用与上述几乎同样尺寸作成的角接触球轴承。
还有，作为试验条件，各角接触球轴承的中心线朝向纵向，轴向负荷为2kgf、转速为4rpm。
如从上述测定结果所知的那样，能够理解在第2实施方式所示的角接触球轴承中，起动转矩值没有峰值，旋转顺畅。
(发明的效果)
本发明由于如上形成，故取得了以下所示的效果。
在本发明之一中，通过使在保持器上形成的圆锥形导向面的大径端的曲率半径比圆柱形凹穴的圆柱形内面的曲率半径大，当轴承高速旋转时，保持器通过与自转的滚珠的接触而沿轴向移动，即使滚珠与圆锥形导向面的接触点沿轴向移动，朝径向的变位也很小，能够减轻保持器径向的推力，抑制保持器的振摆回转。另外，由于滚珠的自转而剪切润滑剂时的剪切力很小，可降低轴承转矩。
在本发明之二和本发明之五中，能够取得与本发明之一同样的效果，同时通过设置凹穴的圆柱形内面上的4个径向槽，能够提高润滑剂的流动性，所以可以抑制因润滑剂搅拌而产生的发热，抑制角接触球轴承的温度上升。
在本发明之三中，在凹穴的圆柱形内面的、在保持器周向的前后对向的位置的内径侧端部上设置圆锥面，在该圆锥面的小径端上设置朝向凹穴内部的润滑剂支撑面，以及在该润滑剂支撑面的内侧设置与保持器的轴心相平行的直线状的滚珠导向边，在轴承高速旋转时，使直线状的滚珠导向边与滚珠接触，所以可以防止在保持器上发生径向的推力，可以防止保持器的振摆回转。
另外，由于可以在润滑剂支撑面上保持润滑剂，所以能够得到稳定的润滑性能。
在本发明之四和本发明之六中，能够取得与本发明之三同样的效果，同时通过在凹穴的圆柱形内面上形成4个径向槽，能够提高润滑剂的流动性，能够抑制角接触球轴承的温度上升。
Claims (3)
1.一种合成树脂制保持器，为在由合成树脂制成的环状体上形成有多个收容滚珠的凹穴的合成树脂制保持器，其特征在于，
前述凹穴形成为圆柱形，在该凹穴的圆柱形内面的保持器周向的前后对向的位置的内径侧端部设有一对圆锥面，从该圆锥面的小径端朝向凹穴内部连设有润滑剂支撑面，在该润滑剂支撑面的内侧、与保持器的轴心平行地设置着在轴承高速旋转时与滚珠接触而被该滚珠导向的直线状的滚珠导向边。
2.根据权利要求1所述的合成树脂制保持器，其特征在于，
在前述凹穴的圆柱形内面上，设置有将该圆柱形内面分割成在保持器周向对向的一对圆弧形内面、和在保持器轴向对向的一对圆弧形内面4部分的径向槽。
3.一种角接触球轴承，为在外圈与内圈之间装入合成树脂制的保持器，在该保持器的周向上间隔地形成的多个凹穴内，装有相对自由旋转地支撑外圈与内圈的滚珠而构成的角接触球轴承，其特征在于，
前述凹穴形成为圆柱形，在该凹穴的圆柱形内面上，设置有将该圆柱形内面分割成在保持器周向对向的一对圆弧形内面、和在保持器轴向对向的一对圆弧形内面4部分的4个径向槽，在保持器周向上对向的一对圆弧内面的内径侧端部设置有圆锥面，从各圆锥面的小径端朝向凹穴内部连设有润滑剂支撑面，在该润滑剂支撑面的内侧，与保持器的轴心平行地设置有在轴承高速旋转时与滚珠接触而被该滚珠导向的直线状的滚珠导向边。
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