JP2002235750A - 玉軸受 - Google Patents

玉軸受

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JP2002235750A JP2001034170A JP2001034170A JP2002235750A JP 2002235750 A JP2002235750 A JP 2002235750A JP 2001034170 A JP2001034170 A JP 2001034170A JP 2001034170 A JP2001034170 A JP 2001034170A JP 2002235750 A JP2002235750 A JP 2002235750A
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Abstract

(57)【要約】 【課題】環状保持器を一方軌道輪で案内する形式の玉軸
受において、特に高速回転時の振動や昇温を抑制するこ
と。 【解決手段】内・外輪２，３の間に、円周数ヶ所に径方
向に沿う円筒形のポケット８が貫通形成された環状保持
器５を組み込み、ポケット８に玉４を一つずつ収納し、
環状保持器５を外輪３（または内輪２）に案内させる玉
軸受１であって、外輪３に対する環状保持器５の径方向
隙間（案内隙間）αを、玉４に対するポケット８の内壁
面の軸方向隙間（ポケット隙間）βと同じかあるいは小
さく設定している。これにより、環状保持器５が偏心回
転しても、外輪３により案内されることになって、ポケ
ット８の内壁面が玉４に対して干渉しにくくなるので、
環状保持器５の挙動が安定するとともに、転がり動作が
安定する。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、玉軸受に関する。
この発明に係る玉軸受は、特に、径方向に貫通する円筒
形のポケットを有する環状保持器を、一方の軌道輪で案
内させるようにしたものを対象としている。
【０００２】
【従来の技術】一般的に、玉軸受は、径方向内外に配置
する一対の軌道輪の間に、円周数ヶ所にポケットを有す
る環状保持器を組み込み、前記環状保持器における各ポ
ケットに玉を一つずつ収納した構成になっている。
【０００３】そして、環状保持器は、玉で案内される形
式と、内径側の軌道輪としての内輪や外径側の軌道輪と
しての外輪で案内させる形式とがあるが、通常、高速回
転での使用には、外輪で案内させる形式とする。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、環状保持器
を一方軌道輪で案内する形式では、本願発明者が調べた
ところ、一方軌道輪に対する環状保持器の径方向隙間
（案内隙間）が、玉に対するポケット内壁面の軸方向隙
間もしくは周方向隙間（ポケット隙間）よりも大きく設
定されている場合に、振動や昇温が発生しやすくなるこ
とを知見した。
【０００５】つまり、高速回転での遠心力によって環状
保持器が偏心回転することに伴い、そのポケットの内壁
面が玉に対して径方向や周方向から干渉するために、玉
それぞれが進み遅れして玉のピッチ誤差変動が増大する
ようになって、玉の微小滑りを誘発する。このようなこ
とから、上述した振動や昇温の発生に至る。
【０００６】このような事情に鑑み、本発明は、環状保
持器を一方軌道輪で案内する形式の玉軸受において、特
に高速回転時の振動や昇温を抑制することを目的として
いる。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明第１の玉軸受は、
径方向内外に配置する一対の軌道輪の間に、円周数ヶ所
に径方向に沿う円筒形のポケットが貫通形成された環状
保持器を組み込み、前記ポケットに玉を一つずつ収納
し、前記環状保持器を一方軌道輪に案内させるものであ
って、前記一方軌道輪に対する環状保持器の径方向隙間
（案内隙間）をα、前記玉に対するポケット内壁面の軸
方向隙間もしくは周方向隙間（ポケット隙間）をβとし
たとき、α≦βの関係に設定されている、ことを特徴と
している。
【０００８】本発明第２の玉軸受は、径方向内外に配置
する一対の軌道輪の間に、円周数ヶ所に径方向に沿う円
筒形のポケットが貫通形成された環状保持器を組み込
み、前記ポケットに玉を一つずつ収納し、前記環状保持
器を一方軌道輪に案内させるものであって、前記一方軌
道輪に対する環状保持器の径方向隙間（案内隙間）を
α、前記玉に対するポケット内壁面の軸方向隙間もしく
は周方向隙間（ポケット隙間）をβ、回転遠心力による
環状保持器の径方向での膨張量をｘ、熱膨張による環状
保持器の径方向での膨張量をｙとしたとき、ｘ＋ｙ＜α
≦β＋ｘの関係に設定されている、ことを特徴としてい
る。
【０００９】本発明第３の玉軸受は、上記第１または第
２の構成において、前記内外軌道輪に、円弧の一部に相
当する断面形状の軌道溝が設けられており、前記玉が、
前記両軌道輪における軌道溝に対して所定の接触角をも
って接触されている、ことを特徴としている。
【００１０】以上、第１の構成では、高速回転時におい
て、環状保持器が偏心回転しても一方軌道輪により案内
されることになり、特に環状保持器が径方向に変位する
ときに、そのポケットの内壁面が玉に対してほとんど干
渉しなくなるので、環状保持器の挙動が安定しやすくな
るとともに、玉それぞれが進み遅れしにくくなる。
【００１１】また、第２の構成では、上記第１の構成に
加えて、回転遠心力による環状保持器の径方向での膨張
量ｘと、熱膨張による環状保持器の径方向での膨張量ｙ
とを加味している。これにより、実使用面においてより
有効となる。
【００１２】また、第３の構成では、玉軸受の形式とし
て、予圧を付与して内部隙間をほぼゼロにすることがで
きるアンギュラ玉軸受としているから、玉の進み遅れが
抑制されることになり、玉と環状保持器との干渉を防ぐ
うえでより有効となる。
【００１３】
【発明の実施の形態】本発明の詳細を図面に示す実施形
態に基づいて説明する。この実施形態では、玉軸受とし
て、アンギュラ玉軸受を例に挙げているが、その他の形
式の玉軸受にも本発明を適用できる。
【００１４】図１から図６は本発明の一実施形態を示し
ている。図１は、アンギュラ玉軸受を示す断面図、図２
は、図１の（２）−（２）線断面の矢視図、図３は、環
状保持器の一部を切り欠いた状態を示す斜視図、図４
は、案内隙間αとポケット隙間βとの関係を示す図、図
５は、図４に示す円形部分を説明するための模式図、図
６は、案内隙間αを一定にしてポケット隙間をパラメー
タとしたときの環状保持器の最大変位量を示すグラフで
ある。
【００１５】図示例のアンギュラ玉軸受１は、径方向内
外に対向配置された一対の軌道輪として内輪２および外
輪３と、複数の玉４と、環状保持器５とを備えている。
【００１６】内輪２の外周面と外輪３の内周面における
軸方向中間には、それぞれ軌道溝６，７が形成されてい
る。この軌道溝６，７の断面形状は、円弧の一部に相当
する形状になっている。なお、内輪２の外周面におい
て、一方軸端部分には、軌道溝６から軸端側へ向けて漸
次縮径するカウンタボアが設けられている。
【００１７】玉４は、内・外輪２，３の各軌道溝６，７
に対して所定の接触角をもって接触される。よう予圧が
付与される。
【００１８】環状保持器５は、内・外輪２，３間の対向
環状空間に介装されるとともに外輪３の内周面によって
案内されるものであって、その円周数ヶ所には、複数の
玉４を１つずつ収納するポケット８が径方向に沿って貫
通形成されている。
【００１９】ここでの環状保持器５については、いわゆ
るもみ抜き型と呼ばれる形式であり、そのポケット８
は、径方向に沿った円筒形に形成されている。もちろ
ん、環状保持器５の形式は、軸方向で掌合される二つの
環状部材をリベットで結合するピン型と呼ばれるもので
もよい。
【００２０】このようなアンギュラ玉軸受１では、外輪
３を固定、内輪２を回転、環状保持器５を外輪３で案内
させる形態にされるとともに、使用場所に組み込んだ状
態で予圧が付与されることにより、内部隙間がゼロにさ
れる。
【００２１】この実施形態では、外輪３に対する環状保
持器５の径方向隙間（案内隙間）をα、玉４に対する環
状保持器５のポケット８の軸方向隙間もしくは周方向隙
間（ポケット隙間）をβとしたときに、α≦βの関係に
設定している、ことに特徴がある。
【００２２】なお、ここでは、案内隙間αは、環状保持
器５を径方向に片寄らせて外輪３に当接させた状態での
最大隙間のことを言い、α＝α１＋α２で示される。ま
た、ポケット隙間βは、環状保持器５を軸方向に片寄ら
せて玉４に当接させた状態での最大隙間のことを言い、
β＝β１＋β２で示される。
【００２３】この関係式は、本願発明者が行ったシミュ
レーションにより知見したので、図４を用いて説明す
る。
【００２４】図４（ａ）〜（ｃ）には、案内隙間αとポ
ケット隙間βとの関係をα＞β、α＝β、α＜βに設定
した場合について、案内隙間αによって決まる環状保持
器５の偏心許容範囲と、ポケット隙間βで決まる環状保
持器５のがたつき許容範囲との関係をそれぞれ示してい
る。
【００２５】なお、ポケット隙間βは、経験的に決まっ
た寸法に設定するのが好ましいから、案内隙間αをパラ
メータとする。また、玉４の使用数を８個とする。
【００２６】図示するように、偏心許容範囲は円形とな
り、がたつき許容範囲は玉４の使用数に基づき八角形と
なる。なお、がたつき許容範囲の外形形状は、玉４の使
用数に応じて異なり、玉数Ｚと多角数ｎとの関係は、Ｚ
が偶数のとき、ｎ＝Ｚ、Ｚが奇数のときは、ｎ＝２Ｚと
なる。
【００２７】まず、偏心許容範囲とは、玉４によって環
状保持器５の動きが規制されないように玉４の存在を無
視した状態で、内・外輪２，３間において環状保持器５
が偏心回転可能な範囲であり、図５を用いて説明する。
【００２８】図５には、環状保持器５を径方向に片寄せ
て外輪３に対して接触させた状態を示している。
【００２９】図中、Ｐ１は内・外輪２，３の幾何学中心
（ＸＹ座標の原点）、Ｐ２は環状保持器５の幾何学中
心、ｅは内・外輪２，３の中心Ｐ１に対する環状保持器
５の中心Ｐ２の偏心量、Ｒは環状保持器５の中心Ｐ２の
回転軌跡を示している。
【００３０】上記回転軌跡Ｒの直径Ｄが案内隙間αに相
当する。つまり、Ｄ＝２ｅ＝αの関係になっている。
【００３１】また、上記がたつき許容範囲とは、玉４を
定位置に固定した状態において、環状保持器５があらゆ
る方位に動きうる範囲である。このがたつき許容範囲
は、環状保持器５を各方位に動かしたときに環状保持器
５の中心Ｐ２の変位位置それぞれを結ぶ線で表してい
る。
【００３２】ここで、α＞βに設定した場合、図３
（ａ），（ｂ）に示すように、環状保持器５の偏心許容
範囲を示す円形が、がたつき許容範囲を示す八角形より
も大きくなり、環状保持器５の動きはハッチングで示す
範囲内に規制される。但し、環状保持器５は径方向に対
して図中のＢｐｅについて余分に動きうる状態になって
いる。この場合、回転に伴い環状保持器５が径方向に変
位したときに、そのポケット８の内壁面が玉４に干渉し
て、環状保持器５の偏心範囲が玉４によって規制される
ことになる。したがって、上記干渉によって、玉４に対
して多大な力が加わるので、玉４が進み遅れしやすくな
って玉４のピッチ誤差が発生する。
【００３３】また、α＝βに設定した場合、図３（ｃ）
に示すように、環状保持器５の偏心許容範囲を示す円形
が、がたつき許容範囲を示す八角形の最大内接円とな
り、環状保持器５の動きはハッチングで示す範囲内に規
制される。この場合、回転に伴い環状保持器５が径方向
に変位したときに、そのポケット８の内壁面が玉４に対
してわずかに干渉するおそれがあるものの、環状保持器
５の偏心範囲は玉４によって規制されない。このような
わずかな干渉では、玉４に対してわずかな力が加わる程
度で済むので、玉４が進み遅れしにくくなって、玉４の
ピッチ誤差を抑制できるようになる。
【００３４】また、α＜βに設定した場合、図３（ｄ）
に示すように、環状保持器５の偏心許容範囲を示す円形
が、がたつき許容範囲を示す八角形よりも小さくなり、
環状保持器５の動きはハッチングで示す範囲内に規制さ
れる。この場合、回転に伴い環状保持器５が径方向に変
位したときに、そのポケット８の内壁面が玉４に対して
全く干渉しなくなるので、環状保持器５の偏心範囲は玉
４によって規制されない。したがって、玉４が進み遅れ
しないので、玉４のピッチ誤差は発生しなくなる。
【００３５】なお、上記α＞β、α＝β、α＜βのすべ
てにおいて、環状保持器５が周方向に変位したときには
ポケット８が玉４に対して干渉しうるが、その干渉につ
いては無視している。
【００３６】この他、上記とは逆に、案内隙間αを一定
にして、ポケット隙間βをパラメータとしたときの環状
保持器５の径方向での最大変位量についてシミュレーシ
ョンして調べているので、説明する。
【００３７】このとき、玉４の径を３／８インチ、玉４
の個数を２７個、玉４それぞれの中心を結ぶ円径（ＰＣ
Ｄ）を１１２．５ｍｍ、案内隙間αを０．３ｍｍに設定
している。
【００３８】結果としては、図６のグラフに示すよう
に、ポケット隙間βと案内隙間αとの関係が、α≦β、
つまり、ポケット隙間βを０．３ｍｍ以上にすると、環
状保持器５の径方向での最大変位量が０．１５ｍｍ、つ
まり外輪３の内周面に対して接触する。これは、環状保
持器５のポケット８が玉４に対して干渉していないこと
を意味している。一方、α＞β、つまりポケット隙間β
を０．３ｍｍよりも漸次小さくすると、環状保持器５の
径方向での最大変位量が０．１５ｍｍよりも漸次小さく
なり、外輪３の内周面に対して接触しなくなる。これ
は、環状保持器５のポケット８が玉４に対して干渉する
ことを意味している。
【００３９】上述したような結果に基づき、案内隙間α
とポケット隙間βとの関係を、α≦βの関係に設定する
のが有効であると言える。つまり、案内隙間αをポケッ
ト隙間βよりも小さくすればするほど好ましいと言える
が、案内隙間αを可及的に小さく設定することは、加工
が困難になるとともに加工コストが高くつくことになる
ので、実用上は、案内隙間αをポケット隙間βと同じ
か、わずかに小さくする程度とするのがよいと考えられ
る。
【００４０】以上説明したように、案内隙間αとポケッ
ト隙間βとの関係をα≦βに特定すれば、高速回転時に
おいて、環状保持器５が偏心回転しても外輪３により案
内されることになり、特に環状保持器５が径方向へ変位
したときに、そのポケット８の内壁面が玉４に対してほ
とんど干渉しなくなるので、環状保持器５の挙動が安定
しやすくなるとともに、玉４それぞれが進み遅れしにく
くなって、玉４の微小滑りが発生しにくくなるなど、転
がり動作が安定する。したがって、アンギュラ玉軸受１
に振動が発生したり、温度が規定よりも上昇したりする
現象が抑制されるようになり、寿命向上に貢献できるよ
うになる。
【００４１】ところで、高速回転で使用する場合、回転
遠心力が大きくなるとともに、発熱しやすくなるので、
案内隙間αとポケット隙間βとの関係について、環状保
持器５における遠心膨張や熱膨張を考慮して設定するの
が実用上、より好ましい。
【００４２】具体的に、回転遠心力による環状保持器５
の径方向での膨張量をｘ、昇温による環状保持器５の径
方向での膨張量をｙとしたとき、下記する関係に設定す
る。
【００４３】ｘ＋ｙ＜α≦β＋ｘ なお、案内隙間αおよびポケット隙間βの加工誤差を考
慮して、次のように設定するのが好ましい。
【００４４】αmax≦βmin＋ｘ αmin＞ｘ＋ｙ このように、環状保持器５として選定される母材の種類
や形状に応じて、回転遠心力による環状保持器５の径方
向での膨張量ｘと、熱膨張による環状保持器５の径方向
での膨張量ｙとを加味すれば、実使用面においてより有
効となる。
【００４５】なお、本発明は上述の実施形態に限定され
るものではなく、種々な応用や変形が可能である。
【００４６】（１）上記実施形態では、環状保持器５を
外輪案内形式とした例を挙げているが、内輪案内形式と
してもよい。
【００４７】（２）従来一般的に、玉４の使用数が少な
いほど、前記がたつき許容範囲の外径形状の多角数が小
さいため、環状保持器５の挙動が悪くなる傾向となるの
で、玉４の使用数が少ない玉軸受に本発明を適用する
と、好ましい結果が得られる。
【００４８】
【発明の効果】請求項１〜３の発明では、高速回転時に
おいて、環状保持器が偏心回転しても一方軌道輪により
案内させることで環状保持器のポケットの内壁面と玉と
の干渉を抑制させるように工夫しているから、環状保持
器の挙動が安定しやすくなるとともに、玉それぞれが進
み遅れしにくくなって、玉の微小滑りが発生しにくくな
るなど、転がり動作が安定する。したがって、玉軸受に
振動が発生したり、温度が規定よりも上昇したりする現
象が抑制されるようになり、寿命向上に貢献できるよう
になる。
【００４９】特に、請求項２の発明では、上記請求項１
の構成に加えて、回転遠心力による環状保持器の径方向
での膨張量ｘと、熱膨張による環状保持器の径方向での
膨張量ｙとを加味しているから、実使用面において有効
となる。
【００５０】また、請求項３の発明では、玉軸受の形式
として、予圧を付与して内部隙間をほぼゼロにすること
ができるアンギュラ玉軸受としているから、玉の進み遅
れが抑制されることになり、玉と環状保持器との干渉を
防ぐうえでより有効となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るアンギュラ玉軸受を
示す断面図
【図２】図１の（２）−（２）線断面の矢視図
【図３】環状保持器の一部を切り欠いた状態を示す斜視
図
【図４】案内隙間αとポケット隙間βとの関係を示す図
【図５】図４に示す円形部分を説明するための模式図
【図６】案内隙間αを一定にしてポケット隙間をパラメ
ータとしたときの環状保持器の最大変位量を示すグラフ
【符号の説明】
１ 玉軸受 ２ 内輪 ３ 外輪 ４ 玉 ５ 環状保持器 ６ 内輪の軌道溝 ７ 外輪の軌道溝 ８ 環状保持器のポケット

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】径方向内外に配置する一対の軌道輪の間
    に、円周数ヶ所に径方向に沿う円筒形のポケットが貫通
    形成された環状保持器を組み込み、前記ポケットに玉を
    一つずつ収納し、前記環状保持器を一方軌道輪に案内さ
    せる玉軸受であって、 前記一方軌道輪に対する環状保持器の径方向隙間（案内
    隙間）をα、前記玉に対するポケット内壁面の軸方向隙
    間もしくは周方向隙間（ポケット隙間）をβとしたと
    き、α≦βの関係に設定されている、ことを特徴とする
    玉軸受。
  2. 【請求項２】径方向内外に配置する一対の軌道輪の間
    に、円周数ヶ所に径方向に沿う円筒形のポケットが貫通
    形成された環状保持器を組み込み、前記ポケットに玉を
    一つずつ収納し、前記環状保持器を一方軌道輪に案内さ
    せる玉軸受であって、 前記一方軌道輪に対する環状保持器の径方向隙間（案内
    隙間）をα、前記玉に対するポケット内壁面の軸方向隙
    間もしくは周方向隙間（ポケット隙間）をβ、回転遠心
    力による環状保持器の径方向での膨張量をｘ、熱膨張に
    よる環状保持器の径方向での膨張量をｙとしたとき、 ｘ＋ｙ＜α≦β＋ｘ の関係に設定されている、ことを特徴とする玉軸受。
  3. 【請求項３】請求項１または２の玉軸受において、 前記内外軌道輪に、円弧の一部に相当する断面形状の軌
    道溝が設けられており、前記玉が、前記両軌道輪におけ
    る軌道溝に対して所定の接触角をもって接触されてい
    る、ことを特徴とする玉軸受。
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