JP2004162818A

JP2004162818A - 円筒ころ軸受

Info

Publication number: JP2004162818A
Application number: JP2002329752A
Authority: JP
Inventors: Mamoru Mizutani; 守水谷; Mineo Furuyama; 峰夫古山
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2002-11-13
Filing date: 2002-11-13
Publication date: 2004-06-10

Abstract

【課題】軸受の潤滑性能の向上を図る。
【解決手段】くし形保持器４の隣接する柱部４ｂの間に、ころ３を収容するためのポケット４ｃを形成する。柱部４ｂの軸方向長さＬ４は、ころ３の軸方向長さＬ３の８５〜１０５％の範囲に設定すると共に、保持器４の柱部４ｂのうち、ポケット４ｃを区画するポケット面４ｃ１に逃げ部５を形成し、グリースの攪拌抵抗の低減化を図る。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、工作機械の主軸等の支持に用いられる円筒ころ軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
円筒ころ軸受は、例えば、マシニングセンタ、ＣＮＣ旋盤、フライス盤等の工作機械において、主軸をハウジングに対して回転自在に支持する目的で使用される。主軸の向きは、機械形式によって、縦軸（軸線Ｘが鉛直方向に向いたもの）と横軸（軸線Ｘが水平方向に向いたもの）がある。また、軸受の潤滑方式は、使用条件等に応じてグリース潤滑や油潤滑が採用される。
【０００３】
図８は、従来の円筒ころ軸受を示すもので、一例として工作機械の主軸支持に用いられる複列円筒ころ軸受を示している（特開２００１−３３００３７号公報等参照）。この軸受では、複列軌道の内輪１５と複列軌道の外輪１６との間に複列のころ１７が改装され、一対の保持器１８によってころ１７が転動自在に保持される。内輪１５は、鉛直方向の軸線Ｘ回りに回転する主軸（縦軸：図示省略）の外周に嵌合され、外輪１６はハウジング（図示省略）の内周に嵌合される。一対の保持器１８は、それぞれくし形と呼ばれるもので、図８〜図１０に示すように、環状部１８ａと、環状部１８ａから軸方向の一方側に延びた複数の柱部１８ｂと、円周方向に隣接した柱部１８ｂ間に形成されるポケット１８ｃとを有する。このくし形保持器４は、従来では高力黄銅鋳物等の金属材料で形成されていたが、近年では保持器の摩耗粉によるグリースの汚染を避けるため、ナイロン、ポリアミド、ＰＰＳ等の樹脂材料で形成する方向にある。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００１−３３００３７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このくし形保持器を有する円筒ころ軸受では、柱部１８ｂの軸方向長さを長くすると、グリースの攪拌抵抗が過大となり、異常発熱を生じて高速運転に支障を来たすおそれがある。そこで、従来、この種の軸受では、柱部１８ｂの軸方向長さをころ１７の軸方向長さの７０％程度に抑えるようにしている（図８参照）。
【０００６】
その一方、軸受をグリース潤滑で運転すると、封入したグリースが内輪や保持器の回転によって飛散する。飛散したグリースは、その多くが軸受外に排出されるが、その一部は図８に示すように保持器１８の内径面や外輪１６の内径面、あるいは図９に示すように柱部１８ｂに形成されたポケット面１８ｃ１（ポケット１８ｃを区画する面）に付着し、軸受の潤滑に寄与する。なお、図８および図９では、これらの面に付着したグリースを散点模様で表している。
【０００７】
この場合、ころ１７の外周面のうち、くし形保持器の柱部１８ｂと接触する範囲では、主として保持器１８のポケット面１８ｃ１に付着したグリースが供給されるため、良好な潤滑が行われる。その一方で、図１０に示すように、柱部１８ｂが届かない、ころ１７の端部側の領域Ｓ（柱部の先端側）では、上記グリースの供給が行われず、軸受の潤滑が不十分となるため、軸受の耐久性に悪影響を及ぼす。
【０００８】
そこで、本発明は、グリースの攪拌抵抗の低減やころ外周面全体での均一な油膜形成を通じて軸受の潤滑性能を改善することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的の達成のため、本発明では、内輪と、外輪と、内輪と外輪との間に介在する複数のころと、環状部および環状部の軸方向一方側に延びる複数の柱部からなり、円周方向で隣接する柱部の間に、ころを収容するためのポケットが形成された保持器（くし形保持器）とを備える円筒ころ軸受において、保持器の柱部のうち、ポケットを区画するポケット面に逃げ部を形成した。
【００１０】
このようにポケット面に逃げ部を形成することにより、ころの外周面とポケット面との間の隙間（ポケット隙間）を通過する油のせん断抵抗が弱まるので、グリースの攪拌抵抗を低減でき、異常発熱を回避することができる。
【００１１】
また、柱部の軸方向長さを、従来品よりも延長して、ころの軸方向長さの８５〜１０５％の範囲に設定することにより、ころ外周面の軸方向の全領域で、柱部のポケット面に付着したグリースからむらなく油が供給されるため、ころの外周面全体に油膜を形成することができ、これにより潤滑性能の改善を図ることができる。
【００１２】
ポケット隙間を通過する油のせん断抵抗の低減を図るため、逃げ部の深さＤは０．２〜０．８ｍｍに設定するのが望ましい。
【００１３】
この場合、円周方向のポケット隙間Ｃの幅は０．０５〜０．２ｍｍが適当である。０．０５ｍｍ未満では、保持器ところの間の相互運動の自由度が低下するために、異常発熱を招く場合がある。また、０．２ｍｍを超えるポケット隙間では、自由度が過大であることから、軸受での騒音発生の要因となるおそれがある。
【００１４】
逃げ部は、柱部の先端側（特に柱部の軸方向長さの７０％を越える部分）に設けるのが望ましい（図１、図３、および図４参照）。くし形保持器では、その形状的な特性から、軸受の運転中は柱部の先端側にグリースが押込まれるため、柱部の先端側に逃げ部を形成することにより、攪拌抵抗の低減効果をさらに高めることができる。
【００１５】
以上に説明した円筒ころ軸受は、工作機械用主軸に用いることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図１〜図７に基づいて説明する。
【００１７】
図１（ａ）は、上述した各種工作機械における縦軸姿勢の主軸の支持構造に用いられる複列円筒ころ軸受を拡大して示している。この円筒ころ軸受は、複列軌道を有する内輪１と、複列軌道を有する外輪２と、内輪１の軌道面と外輪２の軌道面との間に介在させた複列の転動体３（ころ）と、各列のころ３をそれぞれ保持する一対の保持器４とを備えている。内輪１の外径面と外輪２の内径面の間には、グリースが封入されている。
【００１８】
内輪１は、図示しない主軸の外周に嵌合され、外輪２は同じく図示しないハウジングの内周に嵌合される。この実施形態において、内輪１はテーパ状の内径面１ａを有し、その内径面１ａが主軸のテーパ状の外周面にテーパ嵌合される。
【００１９】
各保持器４は、ポリイミド（ＰＩ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテル・エーテルケトン（ＰＥＥＫ）等の樹脂材料を例えば射出成形することによって形成され、図１（ａ）（ｂ）および図２に示すように、円環状の環状部４ａと、環状部４ａから軸方向の一方に延びた複数の柱部４ｂと、円周方向に隣接する柱部４ｂの間に円周方向等間隔に形成された平面視で矩形状のポケット４ｃとを備えている。この保持器４は、各ポケット４ｃの軸方向一方側を開口させると共に、他方側（環状部４ａ側）を閉じたもので、一般にくし形保持器と呼ばれる。各保持器４は、それぞれ環状部４ａを下側、柱部４ｂを上側にした姿勢で組み込まれて、ポケット４ｃ内で各列のころ３を保持する。なお、図１（ｂ）は、外輪２を取り除いた状態で図１（ａ）中のＩｂ方向から見た平面図、図２は図１（ｂ）中のＩＩ方向から見た正面図を表す。
【００２０】
保持器４の柱部４ｂの基端部内径側には、環状部４ａの内径面よりも内径側に突出した係合部４ｂ１が設けられる。保持器４を軸受に組み込んだ状態で、この係合部４ｂ１が内輪１の鍔面１ｂと当接することにより、保持器４の軸方向への抜け（図１における下方への抜け）が防止される。
【００２１】
保持器４の柱部４ｂのうち、円周方向の側面には、ポケット４ｃを区画する円筒面状のポケット面４ｃ１が形成される。柱部４ｂの両側面のうち、ポケット面４ｃ１よりも内径側は、図２に示すように、係合部４ｂ１の両側面を含めて内径側ほど円周方向幅を縮小したテーパ面となっており、これにより柱部４ｂの半径方向断面は全体として、外径側を幅広にした概略台形状に形成される。円周方向に隣接した柱部４ｂ間の円周方向寸法は、外径側において最も小さく、その最小寸法は、ころ３の直径よりも小さい。そのため、ポケット４ｃに収容されたころ３が保持器４に対して外径側に相対移動すると、柱部４ｂのポケット面４ｃ１の外径側部分と係合し、これによりころ３の外径側への抜けが防止される。
【００２２】
図２に示すように、保持器４のポケット面４ｃ１ところ３の外周面との間には、相互の運動に自由度を持たせるため、ポケット隙間Ｃが形成される。本発明において、このポケット隙間Ｃの大きさは、ポケット中心にころ中心を一致させた状態で０．０５〜０．２ｍｍに設定するのが好ましい。
【００２３】
図１に示す保持器４の柱部４ｂでは、その軸方向長さＬ４が従来品（図８参照）よりも延長され、ころ３の軸方向長さＬ３の８５〜１０５％の長さに設定されている（０．８５×Ｌ３≦Ｌ４≦１．０５×Ｌ３）。このように柱部４ｂを軸方向に延ばし、その先端部をころ３の軸方向一方側の端部近傍に配置することで、ころ３の外周面がその略軸方向全長にわたってポケット面４ｃ１と対向する。
【００２４】
保持器の各ポケット面４ｃ１の軸方向一部領域には、逃げ部５が形成される。この逃げ部５は、半径方向で均一な深さＤを有し、その内径端および外径端は、それぞれ柱部４ｂの内周面と外周面に開口している。本実施形態において、逃げ部５は、柱部４ｂ先端に設けられ、かつその軸方向一方側を開口させた切欠き状に形成されている。
【００２５】
以上の構成において、主軸の回転時には、遠心力や保持器４およびころ３の攪拌作用によってグリースが飛散し、保持器４の内径面や外輪２の内径面、ポケット面４ｃ１、あるいは逃げ部５にグリースが付着する。ころ３の自転・公転運動に伴い、ころ３の外周面全体がポケット面４ｃ１と接触するので、主としてポケット面４ｃ１、あるいは逃げ部５に付着したグリースによって、ころ３の外周面全体に油膜が形成される。従って、図１０に示す従来品のように、ころ３の一端側の領域Ｓで油膜形成が不安定化することはなく、軸受全体で良好な潤滑性能が得られる。
【００２６】
このように柱部４ｂを軸方向に延長した場合、グリースの攪拌抵抗（ころ外周面とポケット面４ｃ１の間の油膜のせん断抵抗）の増大が懸念されるが、本発明では、ころ３の外周面と接触するポケット面４ｃ１に逃げ部５を形成しているので、この逃げ部５を通じてポケット隙間Ｃの油を柱部４ｂの内・外径面間で流通させることができる。従って、グリースの攪拌抵抗を減じることができ、攪拌抵抗による異常発熱を回避して高速運転にも対応できる円筒ころ軸受が提供可能となる。
【００２７】
一般に油のせん断抵抗は、相対移動する二面間の距離に反比例して小さくなる。従って、十分な攪拌抵抗の低減効果を得るため、逃げ部５の深さＤ（図１（ｂ）参照）は、０．２ｍｍ以上とするのが望ましい。一方、逃げ部５の深さＤが大きすぎると、逃げ部５に付着したグリースがころ３の潤滑に寄与しなくなるので、逃げ部５の深さＤは０．８ｍｍ以下とするのが望ましい。
【００２８】
また、油の流通量確保のため、逃げ部５の軸方向長さＬ５は、柱部４ｂの軸方向長さＬ４の２５％以上の長さとするのが望ましい。この長さＬ５が大きすぎると、ころ３の回転を案内するというポケット面４ｃ１の機能が損なわれるので、Ｌ５は柱部４ｂの軸方向長さＬ４の５０％以下に設定するのが望ましい。
【００２９】
くし形保持器４では、その形状的な特性から、ポケット内のグリースを環状部４ａから柱部４ｂの先端方向に押し出す作用があり、特に柱部４ｂの先端側でグリースの攪拌抵抗が増大する傾向にある。従って、図１（ａ）（ｂ）に示すように、柱部４ｂの先端部（柱部４ｂの軸方向長さＬ４の７０％を越える部分）に逃げ部５を形成すれば、攪拌抵抗の増大をより効果的に抑制することが可能となる。
【００３０】
図１（ａ）（ｂ）に示す上記実施形態では、柱部４ｂの先端部で逃げ部５の深さＤを軸方向で均一とした場合を例示しているが、このＤは軸方向で異なる深さとすることもできる。図３および図４はその一例を示すもので、図３は柱部４ｂ全体を軸方向で先細りのテーパ状とした例、図４は柱部４ｂの先端部（柱部の軸方向長さＬ４の７０％を越える部分）のみをテーパ状とした例である。
【００３１】
また、以上の実施形態では、逃げ部５を全て柱部４ｂの先端に設けた切欠き状としているが、逃げ部５を柱部４ｂの軸方向中央部もしくは基端部に設け、その軸方向両側を閉じた凹溝状に形成することもできる。図５〜図７はその一例を示すもので、図５は柱部４ｂの軸方向中央部に凹溝状の逃げ部５を設けた例、図６は柱部４ｂの基端部に凹溝状の逃げ部５を設けた例、図７は柱部４ｂの軸方向中央部と基端部の双方に逃げ部５を設けた例である。
【００３２】
以上の説明では、内輪側を回転させて用いる円筒ころ軸受を例示しているが、本発明は外輪側を回転させて用いる円筒ころ軸受にも同様に適用することができる。また、その用途も工作機械の主軸用に限定されることはなく、回転軸を支持する種々の用途に使用することができる。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、グリースの攪拌抵抗の低減やころ外周面全体での良好な油膜形成を通じて軸受の潤滑性能を大きく改善することができる。従って、耐久寿命が長く、高速運転も可能な円筒ころ軸受の提供が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】（ａ）図は、本発明にかかる円筒ころ軸受の断面図、（ｂ）図は外輪を取り除いた状態で（ａ）図のＩｂ方向から見た平面図である。
【図２】図１（ｂ）のＩＩ方向から見た正面図である。
【図３】本発明の他の実施形態を説明する図で、図１（ｂ）と同方向から見た平面図である。
【図４】本発明の他の実施形態を説明する図で、図１（ｂ）と同方向から見た平面図である。
【図５】本発明の他の実施形態を説明する図で、図１（ｂ）と同方向から見た平面図である。
【図６】本発明の他の実施形態を説明する図で、図１（ｂ）と同方向から見た平面図である。
【図７】本発明の他の実施形態を説明する図で、図１（ｂ）と同方向から見た平面図である。
【図８】従来の円筒ころ軸受を示す断面図である。
【図９】図８のＡ方向から見た正面図である。
【図１０】外輪を取り除いた状態で図８のＢ方向から見た平面図である。
【符号の説明】
１内輪
２外輪
３ころ（転動体）
４保持器
４ａ環状部
４ｂ柱部
４ｃポケット
４ｃ１ポケット面
５逃げ部

Claims

内輪と、外輪と、内輪と外輪との間に介在する複数のころと、環状部および環状部の軸方向一方側に延びる複数の柱部からなり、円周方向で隣接する柱部の間に、ころを収容するためのポケットが形成された保持器とを備える円筒ころ軸受において、
保持器の柱部のうち、ポケットを区画するポケット面に逃げ部を形成したことを特徴とする円筒ころ軸受。
柱部の軸方向長さが、ころの軸方向長さの８５〜１０５％の範囲にある請求項１記載の円筒ころ軸受。
逃げ部の深さＤを０．２〜０．８ｍｍにした請求項１記載の円筒ころ軸受。
円周方向のポケット隙間Ｃを０．０５〜０．２ｍｍにした請求項３記載の円筒ころ軸受。
逃げ部を、柱部の先端側に設けた請求項１記載の円筒ころ軸受。
請求項１〜５の何れかに記載した円筒ころ軸受を使用した工作機械用主軸。