JP2001140870A - アンギュラ玉軸受 - Google Patents
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Abstract
保持器の振動及び音響を防止することによりアンギュラ
玉軸受を提供する。 【解決手段】 アンギュラ玉軸受10は、回転軸に取り
付けられる内輪11と、内輪11を収容するように同軸
的に配置された外輪12と、内輪11に形成された内輪
溝15と外輪12に形成された外輪溝16との間で転動
する12個のボール13と、ボール13を保持する保持
器14とを備える。外輪溝16の内周面には、軸受10
の一端側において、外輪溝16の深さ近傍までその内径
が増大して溝逃げ部17が形成されている。溝逃げ部1
7は傾斜角γで外開きのテーパ形状又は曲面形状に形成
されている。保持器14は、内輪11及び外輪12間に
収容され得るような円筒形状をなし、円周方向に等角度
間隔で12個の円形ポケット18を有する。保持器14
の外周面のうち溝逃げ部17に対応する部分は、その形
状が外輪12の内周面の形状と相補的に形成され、軸受
10の他端側では傾斜角γで傾斜して段付き形状を呈し
ている。
Description
受、特に、保持器の振動及び音響の発生を防止すること
ができるアンギュラ玉軸受に関する。
重に加えてスラスト荷重を支承する軸受として知られて
いる。
スト方向断面図、図11は、図10のXI−XI線断面
図である。
転軸に取り付けられる内輪101と、内輪101を収容
するように同軸的に配置された外輪102と、内輪10
1と外輪102との間で転動する12個のボール103
と、ボール103を保持する保持器104とを備える。
内輪溝105が形成されており、外輪102の内周面に
は、横断面円弧状の外輪溝106が形成されている。複
数のボール103は、内輪溝105と外輪溝106間に
配列されている。ボール103は、内輪溝105に対し
てはP点、外輪溝106に対してはQ点において接触角
αで接触している(図10)。外輪溝106の内周面
は、軸受100のスラスト方向(以下、単に「スラスト
方向」という)に関してボール103が内周溝105に
接触するP点側、即ち軸受100の一端側において、外
輪溝106の深さ近傍までその内径が増大して溝逃げ部
107が形成されている。
103の内輪溝105及び外輪溝106間への組み込み
は、外輪102を高周波加熱により膨張させた状態で軸
受100の一端側から溝逃げ部107を介して押し込む
ことにより行う。これにより、外輪102の温度が常温
に低下したときの外輪102の収縮によりボール103
が内輪溝105と外輪溝106の間から外れないように
なっている。このようなアキシャル玉軸受100におい
ては、内輪101と外輪102の相対的回転に伴い、内
輪溝105及び外輪溝106上をボール103が公転及
び自転する。
の間に収容され得るような円筒形状をなし、円周方向に
等角度間隔θ(図11)で12個の円形ポケット108
が形成されている。ポケット108の直径dcは、ボー
ル103の直径dbに対して直径隙間δc(=dc−d
b)、例えば0.6〜0.7mm だけ大きく設定され
ている(図11)。
内輪101の外周面との間には、アンギュラ玉軸受10
0潤滑のための隙間が設けられ、保持器104の外径
は、外輪106の内径に対して直径隙間δa、例えば
0.75〜0.9mmだけ小さく設定されている。
は、保持器104、内輪溝105、外輪溝106により
等角度間隔θで保持され、保持器104は、その位置・
姿勢が、スラスト方向に関してはボール103のスラス
ト方向位置及び直径隙間δcに応じて、軸受100のラ
ジアル方向(以下、単に「ラジアル方向という)に関し
ては、図13に示すように、ボール103の円周方向位
置及び直径隙間δaに応じて規制される。
00の他端側において、保持器104の外周面と外輪1
02の内周面との間に形成されるすべり軸受では、幅が
狭いためモーメント剛性が非常に小さくなり、保持器1
04の倒れ及びスラスト方向位置決めを規制することは
できず、保持器104は倒れ角度及びスラスト方向位置
が不安定であり、加えて軸受100の回転立ち上がり
時、停止時の過渡期には、ラジアル方向位置も不安定に
なる。
内周面のうち保持器104を支承する支承部は、軸受1
00の他端側のみであり、且つその支承部の面積は小さ
く、保持器104の重心(保持器104の幅中央)が支
承部からかなりオーバーハングしている。このため、保
持器104の重心位置の偏倚により遠心力によるモーメ
ントを発生し、この遠心力によるモーメントは、保持器
104の重心位置の偏倚をもたらす。これは、遠心力が
回転速度の2倍で増大することを踏まえれば、軸受10
0の高速回転時及び回転立ち上がり、立ち下がり時には
特に不利であり、音響だけでなく、振動の発生、回転精
度の悪化、寿命への悪影響を与える。
は、保持器104は、外輪溝106に対して軸受100
の他端側のみで支承され、即ち、保持器104の重心
が、保持器104を支承する外輪102の支承部に対し
てオーバーハングしており、直径隙間δc、直径隙間δ
aが大きいため(内径100mm、外径150mm、幅
24mmのアンギュラ玉軸受で、δc=0.6〜0.7
mm、δa=0.75〜0.9mm)、アンギュラ玉軸
受100作動中に、保持器104の位置・姿勢が不安定
になる。このため、アンギュラ玉軸受100作動中の保
持器104の位置・姿勢は隙間範囲内で変化し、振動音
響大となり、回転速度の上昇に限界を生じる(例えば、
「アンギュラ玉軸受の保持器の動的挙動」、Koyo Engin
eering Journal No. 146(1994), pp6-pp14 参照)。
の間の直径隙間δaは、回転速度の増大と共に遠心力の
増大、及び温度上昇による保持器104の熱膨張(外輪
102より大のため)により減少するため、その設定値
を小さくすることができない。
いては、ポケット108が単純円のためポケット108
を通して保持器104の内側から外側への潤滑油の流れ
を妨げないだけのある程度の大きさが必要である。これ
らの、直径隙間δa,δcは、保持器の位置・姿勢の不
安定をもたらすが、特に最近のマシニングセンタ主軸の
ように、工具交換を頻繁に行い、しかもその交換時間短
縮のために回転、停止を最短時間にすることが要求され
る分野では問題が大きい。また、保持器104の位置・
姿勢の安定だけでなく、更に、ボール103の転がり
部、並びに保持器104とボール103の間、保持器1
04の外周面と外輪102の内周面との間のすべり部の
潤滑が、軸受100の高速化に対し基本的問題となる。
10に示すように、オイルミストやオイルエアー等の潤
滑剤を保持器104の内周面と内輪101の外周面との
間に供給する(Q0)が、ボール103に遠心力が作用
するために本来潤滑すべき外輪102及びボール103
間(Q1)よりも、軸受100の一端側において保持器
104の内周面と内輪102の外周面との間(Q2)に
多く流れるため有効な潤滑効果が阻害される。
姿勢を安定させることにより保持器の振動及び音響を防
止することができるアンギュラ玉軸受を提供することに
ある。
に、請求項1記載のアンギュラ玉軸受は、外周面に内輪
溝を有し、回転軸に取り付けられる内輪と、内周面に外
輪溝を有し、前記内輪を収容するように同軸的に配置さ
れた外輪と、前記内輪溝と前記外輪溝との間で転動する
複数のボールと、前記ボールを保持する保持器と、前記
外輪の内周面に形成された溝逃げ部とを備えるアンギュ
ラ玉軸受において、前記溝逃げ部を外開きのテーパ形状
又はテーパ状曲面形状とし、前記溝逃げ部の部位におい
て前記保持器の外周面の形状を前記外輪の内周面の形状
と相補的に形成したことを特徴とする。
ば、外輪の内周面に形成された溝逃げ部を外開きのテー
パ形状又はテーパ状曲面形状とし、溝逃げ部の部位にお
いて保持器の外周面を外輪の内周面の形状と相補的に形
成したので、保持器の位置をラジアル方向及びアキシャ
ル方向に規制することができ、且つ保持器の外周面と外
輪の内周面とが対向する位置に保持器の重心位置を配し
て保持器の姿勢を規制することができ、その結果、保持
器の振動及び音響を防止することができる。
器の内周面と内輪の外周面との隙間を、保持器の外周面
と外輪の内周面との隙間より大きくするのがよい。これ
により、保持器の案内を外輪により行うことができる。
器の外周面にV型へリングボーン溝を設けるのがよい。
これにより、へリングボーン溝の動圧効果により、保持
器の外周面及び外輪の内周面の剛性及びダンピング特性
を向上させることができ、また、内輪側が多く外輪側が
少なくなる傾向にある潤滑剤の流れを改善することによ
り、ボールと外輪溝の間の潤滑量を確保することができ
る。
非対称とするのがよい。これにより、溝の長い方から短
い方への潤滑剤の流れが生じるので、潤滑油特性を改善
することができる。
ュラ玉軸受の接触角に相当する角度だけ傾けて設けるの
がよい。これにより、ボールの保持器に対する接触点が
ボールの自転軸上に位置させることができ、その結果、
軸受の摩擦・磨耗を低減させることができる。
定の隙間をあけて内輪と保持器に対向するように回転軸
に間座を設けるのがよい。保持器の端面と間座との隙間
を適切に設定することにより、軸受への潤滑剤の供給量
に対して、外輪の内周面と保持器の外周面の間からの排
出量と、内輪の外周面部と保持器の内周面との間からの
排出量との割合を適正比率に調整することができる。
ラスチックにて射出成形により基本リングを作製する射
出成形工程と、該作製された基本リングの外周面に炭素
繊維を巻き付ける炭素繊維巻き付け工程と、高潤滑性プ
ラスチックを用いて所定の傾斜角の段付き部及びV型ヘ
リングボーン溝をインサート成形するインサート成形工
程と、インサート成形されたリングに円形ポケットの機
械加工仕上を行う機械加工仕上げ工程とから成るのがよ
い。
炭素繊維補強により遠心力による膨張及び温度上昇によ
る膨張を防止することができ、高回転、停止によるすべ
りに対しても有利となる。また、炭素繊維で巻き付けた
後、その外周に高潤滑性プラスチックでインサート成形
することにより、保持器の外周面と外輪の内周面の接触
による摩擦・磨耗を防止することができる。さらに、上
記高強度プラスチック、炭素繊維、及び高潤滑プラスチ
ックの組み合せは、温度上昇に対して内輪及び外輪の鋼
より線膨張係数が大きいので保持器の外周面と外輪の内
周面との隙間が小さくなる傾向にあるが、遠心力に対し
ては鋼より密度が小さいので保持器の外周面と外輪の内
周面との隙間が大きくなる傾向にあり、保持器案内のた
めの該隙間の適正化を図ることができる。
けるのが好ましく、この逃しを介して潤滑油の流れを良
くし、潤滑油による冷却・潤滑効果を向上させることが
できる。さらに、ボールと保持器との接触面積を低減さ
せることができるので、摩擦を小さくし、発熱を抑制す
ることができる。
に係るアンギュラ玉軸受の図を参照しながら説明する。
アンギュラ玉軸受のスラスト方向断面図である。
軸に取り付けられる内輪11と、内輪11を収容するよ
うに同軸的に配置された外輪12と、内輪11及び外輪
12間で転動する複数個、例えば12個のボール13
と、ボール13を保持する保持器14とを備える。ボー
ル13の個数は、例えば工作機械用高速スピンドルに使
用されるアキシャル玉軸受のように軸受の剛性が要求さ
れる場合ほど多く設定されている。
輪溝15が形成されており、外輪12の内周面には、横
断面円弧状の外輪溝16が形成されている。複数のボー
ル13は、内輪溝15と外輪溝16の間に配列されてい
る。ボール13は、内輪溝15に対してはP点、外輪溝
16に対してはQ点において接触角α、例えば15°で
接触している。外輪溝16の内周面には、ボール13が
内周溝15に接触するP点側、即ち軸受10の一端側に
おいて、外輪溝16の深さ近傍までその内径が増大して
溝逃げ部17が形成されている。溝逃げ部17は傾斜角
γで外開きのテーパ形状に形成されている。溝逃げ部1
7はテーパ状曲面形状に形成されてもよい。ここで、テ
ーパ状曲面とは、外開き側位置ほど傾斜角γが小さくな
るように錐面が凹面をなるものをいう。γは、通常2〜
10°の範囲で選定され、2°未満であるとアキシャル
方向の規制が弱くなり、10°を越えると軸受端の幅が
高くなり過ぎる。
2個のボール13の内輪溝15及び外輪溝16間への組
み込みは、外輪12を高周波加熱により膨張させた状態
で軸受10の一端側から溝逃げ部17を介して押し込む
ことにより行う。これにより、外輪12の温度が常温に
低下したときの外輪12の収縮によりボール13が内輪
溝15と外輪溝16の間から外れないようになってい
る。このようなアキシャル玉軸受10においては、内輪
11及び外輪12の相対的回転に伴い、内輪溝15及び
外輪溝16上をボール13が公転及び自転する。
の変形例を説明する。
3(a)は、図2の保持器14の部分平面図、図3
(b)は、図2の保持器14の部分側面図である。
収容され得るような円筒形状をなし、円周方向に等角度
間隔で12個の円形ポケット18を有する。ポケット1
5の直径dcは、ボール13の直径dbに対して直径隙
間δc(=dc−db)、例えば0.6〜0.7mm
だけ大きく設定されている(図1)。
対応する部分は、その形状が傾斜角γで傾斜して外輪1
2の内周面の形状と相補的に形成され、外輪12の内周
面と平行な軸受10の他端側に対して段付き形状を呈し
ている。このとき、軸受10の他端側において、保持器
14の外径は、外輪12の内径に対して直径隙間δa、
例えば0.75〜0.9mmだけ小さく設定されてい
る。
内周面と内輪11の外周面との隙間を、保持器14の外
周面と外輪12の内周面との隙間より大きくするのがよ
い。これにより、保持器14の案内を外輪12により行
うことができる。また、保持器14の内周面と内輪11
の外周面との隙間には、アンギュラ玉軸受10潤滑のた
めのスペースを確保することができ、軸受10の他端側
において該隙間を介して軸受10へのオイルミストやオ
イルエアー等の潤滑剤を供給することができる(図
1)。
保持器14、内輪溝15、外輪溝16、により等角度間
隔で保持され、保持器14は、その位置・姿勢が、軸受
のスラスト方向に関してはボール13のスラスト方向位
置及び直径隙間δcに応じて、軸受のラジアル方向に関
してはボール13の円周方向位置及び直径隙間δaに応
じて規制される。
受10の一端側に段付き形状部を有しているので、スラ
スト方向に関する保持器14の重心位置G(軸受10の
一端側の端面からの距離L1)を、外輪12の内周面の
うち保持器14の段付き部を支承する支承部のスラスト
方向幅(L2)の範囲内に位置させることができる。こ
れにより、保持器14の重心位置Gの偏倚により遠心力
によるモーメントが発生するのを防止することができ
る。
を傾斜角γで傾斜させているので、保持器14の回転に
伴って、保持器14にラジアル方向の支持力に加えてそ
の分力としてスラスト方向の支持力が発生し、反対側に
おけるボール13との接触と相俟ってスラスト方向位置
が規制されることになり、スラスト方向に関する保持器
14のガタを低減することができる。これにより、保持
器14の倒れを阻止することができる。
すように、保持器14の段付き形状部の外周面に、V型
の非対称ヘリングボーン溝20を設けるときは、そのV
頂点を、保持器14の回転方向(図3の矢印)の反対側
に向けることにより更なる性能向上が図れる。即ち、保
持器14の外周面と外輪12の内周面との隙間δa/2
によりグルーブ軸受を構成し、へリングボーン溝の動圧
効果により、保持器14の外周面及び外輪12の内周面
の剛性及びダンピング特性を向上させることができる。
1であり、ヘリングボーン溝20のV型溝形状のV頂点
が、保持器14の支持部の幅を幅B1と幅B2(B1>
B2)に2分する位置に形成されている。このようにV
型へリングボーン溝が非対称(B1>B2)であるの
で、溝の長い方から短い方への潤滑剤の流れを生じさせ
て、内輪11側が多く外輪12側は少なくなる傾向にあ
る潤滑剤の流れを改善することにより、ボール13と外
輪溝16の間の潤滑油量を確保することができる。
の変形例に係るアンギュラ玉軸受のスラスト方向断面図
である。図4に示すように、軸受10の一端側におい
て、保持器14の端面との間に隙間δkをあけて軸21
に間座22を設け、隙間δkを調節するのがよい。これ
より、軸受10の他端側において供給されるオイルミス
トやオイルエアー等の供給量Q0に対して、外輪12の
内周面と保持器14の外周面との間の排出量Q1と、内
輪11の外周面と保持器14の内周面との間の排出量Q
2の割合を適正比率に調整することができる。その結
果、ころがり部(特に、遠心力の影響を受けるボール1
3及び外輪溝16間の接触点)の潤滑効果を最適化する
ことができる。
やオイルエアー等に代えて、潤滑油と冷却エアー(−3
0〜0℃)とを別々に供給してもよい。この際、潤滑油
は高圧直噴により供給される。これにより、軸受10の
転がり部を効果的に冷却することができ、その結果軸受
10の焼き付きを防止することができる。
にV型の非対称ヘリングボーン溝20を設ける場合は、
ポケット18とボール18の直径隙間δcと、保持器1
4の外周面と外輪12の内周面との直径隙間δaとは必
要最小値に設定するのがよく、従来の各直径隙間δc,
δaの値に対して1/5〜1/10程度であるのがよ
い。この値は、動圧効果を考えて適正値である。
ンギュラ玉軸受を図5を用いて説明する。
に係るアンギュラ玉軸受のスラスト方向断面図であり、
図5(b)は、第2の実施の形態に係るアンギュラ玉軸
受の保持器14の部分平面図である。なお、本実施の形
態の説明において、第1の実施の形態と同様の部位には
同一の符号を付して重複した説明を省略する。
部に対応する軸受10の一端側において拡径しており、
また、軸受10の他端側において、外輪12の内周面と
保持器14の内周面との隙間は、内輪11の外周面と保
持器14の内周面との隙間より大きい。軸受10に対す
る潤滑剤は、外輪12の内周面と保持器14の内周面と
の隙間になされる。
18は、接触角αと同じ角度、例えば15°で軸受10
の一端側に傾斜している。これにより、ボール13の保
持器14に対する接触点R,Sをボール13の自転軸上
に位置させることができ、その結果、軸受10の摩擦、
磨耗を低減することができる。その理由は、従来例で
は、自転軸上の点から離れた位置で保持器と接触するこ
とによりボールと保持器との間ですべりが生じるのに対
し、本好適例では、このすべりをなくすことができるか
らである。
形成されたポケット18のA矢視図である。
ケット18の断面形状を、ボール13の自転軸23及び
それに直交する軸の近傍(±x0)は直線とし、該近傍
以外の円周部分(4隅)には逃しΔが形成されるような
形状とする。この逃しΔにより、直径隙間δcを通る潤
滑剤の流れを良くすることができ、ボール13等の軸受
10の潤滑及び冷却性を向上させることができる。ま
た、ボール13と保持器14との接触面積を低減させる
ことができるので、ボール13と保持器14との摩擦を
小さくし、発熱を抑制することができる。
Rp)のカッタを、図6のカッタパス25に沿って移動
させると、ポケット18の断面形状の4隅の曲率半径を
Rpとすることができ、該4隅に逃げΔを形成すること
ができる。
7に示すように、段付き形状部を有していなくてもよ
く、また内周面には拡径部は設けられていない断面真円
状のものでもよい。
製造方法の一例を図8を用いて説明する。
ば、PEEK(和文名称ポリエーテルエーテルケトン)
にて射出成形により外周面に溝部を有する基本リング3
0を作製する射出成形工程(図8(a))と、該作製さ
れた基本リング30の外周面の溝部に、例えば径30μ
m以下の炭素繊維31を巻き付ける炭素繊維巻き付け工
程(図8(b))と、高潤滑性プラスチック(含油プラ
スチック等)を用いて傾斜角γの段付き部及びV型非対
称ヘリングボーン溝をインサート成形するインサート成
形工程(図8(c))と、インサート成形されたリング
30にポケット18の加工等の機械加工仕上を行う機械
加工仕上げ工程(図8(d))とから成る。
は、炭素繊維補強により遠心力による膨張及び温度上昇
による膨張を防止することができ、軸受10の高速回
転、停止によるすべりに対しても有利となる。
ラスチックで作られているので、保持器14の外周面と
外輪12の内周面の接触による摩擦・磨耗を防止するこ
とができる。さらに、上記高強度プラスチック、炭素繊
維、及び高潤滑プラスチックの組み合せは、温度上昇に
対して内輪11及び外輪12の鋼より線膨張係数が大き
いので保持器14の外周面と外輪12の内周面との隙間
が小さくなる傾向にあるが、遠心力に対しては内輪11
及び外輪12の鋼より密度が小さいので保持器14の外
周面と外輪12の内周面との隙間が大きくなる傾向にあ
り、保持器14案内のための該隙間の適正化を図ること
ができる。
る保持器14ばかりでなく従来型の保持器104にも適
用してもよい。この製造された保持器104は、図9に
示すように、基本リング40をフェノール樹脂で作製
し、この基本リング40の回りに炭素繊維41を巻き付
け、さらに、その外周に高潤滑性プラスチック(ナイロ
ン等)42をインサート成形し、このインサート成形さ
れたリング40にポケット108を形成したものであ
る。インサート成形されたリング40の外周部は、外輪
102の内周面に案内されるので、その材質は低摩擦・
磨耗の材料で構成し、且つ仕上げ面精度を良好なものに
するのがよい。また、炭素繊維41の巻き付け回数は、
内輪102及び外輪102との拘束条件により決定され
るのが好ましいが、内輪101及び外輪102との線膨
張係数の差が実質的に0になるように決定するのがよ
い。
載のアンギュラ玉軸受によれば、外輪の内周面に形成さ
れた溝逃げ部を外開きのテーパ形状又はテーパ状曲面形
状とし、溝逃げ部の部位において保持器の外周面を外輪
の内周面の形状と相補的に形成したので、保持器の位置
をラジアル方向及びアキシャル方向に規制することがで
き、且つ保持器の外周面と外輪の内周面とが対向する位
置に保持器の重心位置を配して保持器の姿勢を規制する
ことができ、その結果、保持器の振動及び音響を防止す
ることができる。
軸受のスラスト方向断面図である。
り、(b)は、図2の保持器14の部分側面図である。
ギュラ玉軸受のスラスト方向断面図である。
ンギュラ玉軸受のスラスト方向断面図であり、(b)
は、第2の実施の形態に係るアンギュラ玉軸受の保持器
14の部分平面図である。
ケット18のA矢視図である。
軸受の変形例のスラスト方向断面図である。
り、(a)は射出成形工程、(b)は炭素繊維巻き付け
工程、(c)はインサート成形工程、(d)は機械加工
仕上げ工程を示す。
図である。
である。
Claims (1)
- 【請求項1】 外周面に内輪溝を有し、回転軸に取り付
けられる内輪と、内周面に外輪溝を有し、前記内輪を収
容するように同軸的に配置された外輪と、前記内輪溝と
前記外輪溝との間で転動する複数のボールと、前記ボー
ルを保持する保持器と、前記外輪の内周面に形成された
溝逃げ部とを備えるアンギュラ玉軸受において、前記溝
逃げ部を外開きのテーパ形状又はテーパ状曲面形状と
し、前記溝逃げ部の部位において前記保持器の外周面の
形状を前記外輪の内周面の形状と相補的に形成したこと
を特徴とするアンギュラ玉軸受。
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