JP2001012476A - 転がり軸受 - Google Patents

転がり軸受

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JP2001012476A
JP2001012476A JP11186669A JP18666999A JP2001012476A JP 2001012476 A JP2001012476 A JP 2001012476A JP 11186669 A JP11186669 A JP 11186669A JP 18666999 A JP18666999 A JP 18666999A JP 2001012476 A JP2001012476 A JP 2001012476A
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Sumio Sugita
澄雄 杉田
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    • F16C33/30Parts of ball or roller bearings
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Abstract

(57)【要約】 【課題】高速時に保持器が振れ回ることによる軸のFc
振れ発生を低減させることである。 【解決手段】保持器の案内すきま5を、保持器の案内径
に対して0.05〜0.4%とし、かつ保持器のポケッ
トすきま6を上記案内すきま5の0.8〜1.8倍とし
た。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、工作機械主軸受等
に用いられ、高速回転する軸の回転振れ精度向上を図る
転がり軸受に関する。
【0002】
【従来の技術】保持器の案内方式が内輪案内又は外輪案
内である転がり軸受においては、軌道輪に接する保持器
の内径面(あるいは外径面)と、軌道輪の接触面との間
には適当なすきま(案内すきま)を設けており、該案内
すきまは、軌道輪の保持器案内面の直径と、保持器の案
内面の直径との差をいうものとされている。また、転動
体を案内し、保持するために保持器のポケット内におけ
る転動体との間にすきまを設けている(ポケットすき
ま)。
【0003】従来、高速回転用として用いられるこの種
の転がり軸受にあっては、保持器4の案内すきま5は、
案内径d1(保持器内径4a)に対し0.4〜1.0%
であり、またポケットすきま6はボール径に対し2〜4
%で、これは上記案内すきま5に対しては0.5〜2倍
程度である(図7)。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来は
案内すきま5が案内径d1に対して0.4〜1.0%と
大きいため、高速時に保持器4が振れ回った時、保持器
4がボール3を不等配にし軸の振れ精度に影響を与える
場合がある。
【0005】この振れの周波数は、保持器回転周波数で
あり、軸の回転周波数とは異なる(以下これをFc振れ
とも略す。)。このFc振れが発生すると工作機械主軸
に用いた場合、加工面の外観が悪くなる(引け目の発
生)という問題に影響を及ぼす可能性がある。
【0006】具体的に説明すると、図7に、内輪案内方
式の一般的な転がり軸受の模式図を示し、保持器4が内
輪2の保持器案内面2a(外径d2)で案内されて旋回
運動している。特に高速回転する場合は、保持器4のア
ンバランスをきっかけに、このような旋回運動を始め
る。この旋回運動により、ポケット4bの中心が玉3の
等配位置からずれるため、玉3の不等配が生じる。図
中、1は外輪、Pは玉の等配位置、Rは玉不等配角度を
示す。さらに、図7のように案内すきま5よりポケット
すきま6が小さい場合、玉3が等配位置に戻ろうとして
も、等配位置に戻れなくなり、不等配が大きくなる。こ
の玉3の不等配により、軸受のラジアル剛性が円周方向
で変化し、軸の中心に変位を生じる。この変位は、保持
器回転数と同じ周波数で生じるものであり、Fc振れと
なる。
【0007】本発明は、従来技術の有するこのような問
題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところ
は、高速時に保持器が振れ回ることによる軸のFc振れ
発生を低減させることである。
【0008】
【課題を解決するための手段】上記課題を達成するため
に本発明がなした技術的手段は、保持器の案内方式が内
輪案内又は外輪案内である転がり軸受において、保持器
の案内すきまを、保持器の案内径に対して0.05〜
0.4%とし、かつ保持器のポケットすきまを上記案内
すきまの0.8〜1.8倍としたことである。
【0009】
【発明の実施の形態】以下、本発明に係る転がり軸受の
一実施形態を説明する。
【0010】本実施形態の転がり軸受は、外輪1、内輪
2と、該外内輪1,2間に組込まれる複数個の転動体
(玉)3…と、該複数個の転動体3…を保持案内する保
持器4とにより構成されているもので、保持器の案内す
きま5と、保持器のポケットすきま6を以下に示す通り
とした点を除けば、外輪1、内輪2、転動体3および保
持器4の構成は、図7に示す一般構造と同様である。ま
た、本実施形態において保持器4の案内方式は、内輪案
内とする。
【0011】保持器の案内すきま(保持器4の案内面
(内径面)4aの直径d1と、内輪2の保持器案内面
(外径面)2aの直径d2との差)5は、保持器4の案
内径(直径)d1に対して0.05〜0.4%とする。
【0012】金属仕上加工の表面粗さは通常1μm程度
で、この場合Fc振れを0.2μm以下としないと加工
面にシマ目が目立ち、加工面の外観が悪くなるが、案内
すきま5を保持器4の案内径d1に対して0.4%以下
とすれば、Fc振れを0.2μm以下におさえることが
出来るため加工面の向上(加工面にシマ目が目立たなく
なる)が出来ることがわかった。また、案内すきま5を
小さくしすぎると案内面の焼付きを生じる虞が考えられ
るため、案内すきま5を保持器4の案内径d1の0.0
5%以上確保する必要がある。
【0013】保持器のポケットすきま(保持器ポケット
4bと玉3との間のすきま)6は、上記案内すきま5の
0.8〜1.8倍とする。
【0014】ポケットすきま6を案内すきま5の0.8
〜1.8倍とすることでFc振れを小さく出来る。ポケ
ットすきま6を案内すきま5の0.8倍よりも小さくし
すぎると、保持器4が振れ回った時、玉3がほぼ等配位
置に存在出来なくなる可能性が大きくなる。一方、ポケ
ットすきま6を案内すきま5の1.8倍よりも大きくし
すぎると、玉3が大きな不等配の角度の位置に存在する
可能性が増える。
【0015】外輪1、内輪2、転動体3、保持器4は、
上記構造を有する以外は特にその構造に限定されるもの
ではない。本実施形態は、本発明の転がり軸受を説明す
るにあたって開示した一形態にすぎず何等これに限定さ
れるものではなく本発明の範囲内において自由に組み合
わせ変更可能である。軸受形式も、アンギュラ玉軸受、
深溝玉軸受、ころ軸受など適宜本発明の範囲内で選択可
能である。また、本実施形態では、保持器4が内輪案内
で、転動体に玉(ボール)3を用いた場合を示すが、外
輪案内方式でもよく、また転動体はころであってもよ
い。保持器の案内すきま5と、保持器のポケットすきま
6を上述した通りとすれば、保持器全体形状およびポケ
ット形状も任意であって限定されるものではない。
【0016】ここで、図1に解析結果を示す。解析結果
は、アンギュラ軸受の保持器の案内すきまと、Fc振れ
の関係を示す。 「条件」 内径:85mm PCD:107mm 玉径12.7mm 玉数:22個 玉:セラミック玉 接触角:20° 回転数:14000rpm アキシャル荷重:100kgf
【0017】解析手法は以下の通りである。 保持器の案内すきまと玉不等配角の関係を Δθi=Δc/dm・cosθi...(A) Δc:案内すきま dm:玉(ボール)PCD θi:i番目の玉の配位角度(rad) Δθi:i番目の玉に生じる不等配角度(rad) と仮定する。(案内すきまの分、保持器が振れ回ってい
る時、各ポケットの中心位置は、幾何的に(A)式の値
だけずれる。玉の中心は平均的にはポケットの中心にあ
ると考え、(A)式を仮定した。) 各玉が、(A)式であらわされる角度不等配を生じて
いて、軸受の内輪がアキシャル荷重を受けて回転してい
る場合において、 ア)内外輪より各玉に加わる力 イ)各玉の遠心力 ウ)外力 エ)各玉と内外輪の弾性近接量 オ)軸受中心の変位 ア)、イ)、ウ)の総和が0となり、エ)、オ)の矛盾
が生じない軸受変位を収束計算により求める。このラジ
アル変位の2倍がFc振れとなる。図1の結果より、案
内すきまを小さくすることで、Fc振れを小さく出来る
ことがわかる。
【0018】次に、図2に示す試験機に試験軸受を組込
み、案内すきまとFc振れ、ポケットすきまとFc振れ
の関係を夫々試験した。図2中に示すA・Bが試験軸受
である。 「条件」 試験軸受:アンギュラ軸受(定位置予圧 背面組合せ
内輪案内保持器) 内径:85mm PCD:107mm 玉径12.7mm 玉数:22個 玉:セラミック玉 接触角:20° 回転数:5000〜18000rpm
【0019】図2中に示すα点の回転中の振れを測定す
ることにより、本発明転がり軸受の有効性を確認でき
る。外輪1、内輪2、玉3は全く同一のものを使用し、
保持器4のみを変えて、保持器の案内すきま5、ポケッ
トすきま6の影響を確認した。
【0020】図3、4が試験結果で、図3は案内すきま
5とFc振れ、図4はポケットすきま6とFc振れの関
係を示す。
【0021】保持器の案内すきま5を小さくすることに
より、Fc振れを低減できる(図3参照)。Fc振れは
14000rpm以上の高速で大きくなる。逆に低速時
は保持器4の振れ回りの影響が少ないためFc振れが小
さく、案内すきま5とFc振れの相関もない。
【0022】ポケットすきま6を変化させた場合、ポケ
ットすきま6が案内すきま5の0.8〜1.8倍にある
ときには、Fc振れにはほとんど影響がない(図4参
照)。ポケットすきま6が案内すきま5に対し小さくな
るとFc振れが大きくなる。
【0023】保持器材料として、ポリイミド樹脂を使用
した。これにより、従来の銅合金保持器に比べて案内面
の摩擦係数を小さく出来、案内すきま5を小さくしても
案内面の焼付けを防ぐことが出来る。また、保持器材料
としては上記材料に限定されるものではなく、本発明の
範囲内で適宜選択使用可能であり、例えばPEEK(ポ
リエーテルエーテルケトン)などの剛性の高い耐熱性プ
ラスチックを用いても案内面の焼付性を向上出来る。
【0024】図3の試験結果および図1の解析結果の傾
向は一致している。図1の解析は軸受単体の解析である
ため、軸の変形を含む試験結果である図3とはFc変位
の絶対値が2倍程度異なるが、傾向が一致しており、解
析及び実験の両面から、本発明転がり軸受の有効性を確
認出来た。
【0025】図5,6に他の実施形態を示す。これは外
輪案内方式における保持器の案内すきま5を小さくした
場合の焼付対策で、保持器4の案内面4cに図5,6の
ような排油溝7…を設けることにより、案内面4cの油
による発熱を小さくし焼付を防ぐことが出来る。
【0026】
【発明の効果】本発明は、上記したように保持器の案内
すきまを従来より小さくして、保持器の振れ回りを小さ
くし、ポケットすきまを案内すきまに対し適正な値とす
ることにより、保持器の振れ回りによる玉の不等配を小
さくし、軸受の回転精度を向上可能とした。すなわち、
本発明によれば、高速時のFc振れを低減でき、本転が
り軸受を工作機械主軸に用いた場合、加工面の品質を向
上出来る。
【0027】特に金型の仕上加工を行う工作機械では、
高速加工で、かつ数μmの表面あらさを要求される。こ
の粗さに対して、Fc振れが2割程度以上となると、外
観上シマ目が見え仕上面としては問題となる可能性があ
るが、本発明によれば案内すきまを案内径の0.4%以
下としたことによりFcを目標の表面粗さに対して充分
小さくでき加工面の向上が図れる。また、案内すきまを
0.05%以上としたため案内面の焼付きの虞れも生じ
ない。
【0028】ポケットすきまを案内すきまよりも小さく
しすぎると、保持器が振れ回った時、玉がほぼ等配位置
に存在出来なくなる可能性が大きくなり、一方ポケット
すきまを案内すきまよりも大きくしすぎると、玉が大き
な不等配の角度の位置に存在する可能性が増えるが、本
発明ではポケットすきまを案内すきまの0.8〜1.8
倍とすることでFc振れを小さく出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】保持器案内すきまとFc振れとの解析結果を示
す図。
【図2】本発明転がり軸受を組込んだ試験機の実施形態
図。
【図3】保持器案内すきまとFc振れとの関係を示す
図。
【図4】ポケットすきまとFc振れとの関係を示す図。
【図5】保持器の他の実施形態を示す正面図。
【図6】図5の側面図。
【図7】一般的な転がり軸受の模式図。
【符号の説明】
1:外輪 2:内輪 2a:内輪の保持器案内面(外径面) 3:転動体 4:保持器 4a:保持器の案内面(内径面) 5:案内すきま 6:ポケットすきま 7:排油溝

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 保持器の案内方式が内輪案内又は外輪案
    内である転がり軸受において、保持器の案内すきまを、
    保持器の案内径に対して0.05〜0.4%とし、かつ
    保持器のポケットすきまを上記案内すきまの0.8〜
    1.8倍としたことを特徴とする転がり軸受。
JP11186669A 1999-06-30 1999-06-30 転がり軸受 Pending JP2001012476A (ja)

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