JP2004176745A

JP2004176745A - 転がり軸受

Info

Publication number: JP2004176745A
Application number: JP2002340815A
Authority: JP
Inventors: Yukio Oura; 大浦　　行雄
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2002-11-25
Filing date: 2002-11-25
Publication date: 2004-06-24

Abstract

【課題】本発明はスキュー角を安定して、かつ、確実にコントロールできる転がり軸受を提供する。
【解決手段】本発明の転がり軸受は、いずれか一方に両つばを有する内輪および外輪と、保持器１４、および保持器１４に形成され円筒ころを保持する略四角形の保持器ポケット１５を有している。保持器ポケット１５は、その中心軸線１５ａが保持器１４の中心軸線１４ａに対して円周方向に傾斜している。また、保持器ポケット１５の両端縁１５ｂ，１５ｃが、保持器ポケット１５の中心軸線１５ａに対して略直交している。
【選択図】図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は転がり軸受に関し、特に工作機械、航空機、モータ、自動車などに好適な転がり軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば工作機械は剛性を重視するため、スピンドル主軸を支えている円筒ころ軸受は、運転時に負のラジアル隙間となるように使用される。
従って、この場合には内部ラジアル予圧荷重が発生しており、その結果ころは純転がりに近い状態で回転する。
【０００３】
この場合、ころのスキューによる僅かな滑りが発生しても、これによって発生するスラスト荷重はかなり大きくなる。
このように大きなスラスト荷重が発生すると、スラスト荷重を支える玉軸受の短寿命化および焼き付きの原因となることが知られている。また、滑りが発生することにより、玉軸受および円筒ころ軸受の予圧の設定を困難にしている。
【０００４】
一方、ころのスキューを積極的に利用した技術として、ころを積極的に大きくスキューさせるようにした回転摩擦装置が提案されている（特許文献１）。
この回転摩擦装置は、トラクションカーブ上で安定した転がりすべり摩擦係数領域を利用できるため、トルク制御に適している。また、ころのスキュー角のコントロールは、鍔ではなく保持器ポケット（保持孔）で行っている。
【０００５】
その理由は、上記転がり滑り摩擦が発生している場合、ころと両軌道輪間で発生している摩擦力は、お互いに逆方向でキャンセルされるため、ころは保持器で設定したスキュー角をそのまま安定して維持でき、かつ、この場合には保持器もころがスキューしたことによる特別な力は受けないため、保持器の運動にも悪影響を及ぼさないからである。
【０００６】
また、球面ころ軸受において、ころのスキューコントロールを軌道面の表面テクスチャーにて行い、スキューによって発生する内部スラストが外部スラストの向きとキャンセルされる向きに作用するようにして、寿命増大を図った球面ころ軸受が提案されている（例えば、特許文献２，３参照。）。
【０００７】
【特許文献１】
特許第２８０１１５３号公報
【０００８】
【特許文献２】
特公昭５７−６１９３３号公報
【０００９】
【特許文献３】
米国特許第５５８６８２６号明細書
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来の特許文献１に記載されている回転摩擦装置は、ころがスキューしながら自転および公転すると、ころにジャイロモーメントが作用するため、ころ自身でそのスキュー角を保持することができず、そのジャイロモーメントに釣り合う力を必要とする。
【００１１】
例えば、ラジアルタイプで内輪回転の場合は、ころのスキューを助長する方向にジャイロモーメントが作用するため、このジャイロモーメントに釣り合う力が軌道輪もしくは保持器のポケットからころに供給されなければならない。
従って、保持器ポケットによって、ころを設定したスキュー角に保持するためには、保持器ポケットからの強制的な力が作用する可能性がある。特にジャイロモーメントが大きくなる高速回転領域ではその傾向が強い。
【００１２】
更に、この場合にはスキュー角が大きいため、ころのスキューによって発生するジャイロモーメントを、例えば鍔で受け止めようとすれば、スキューを逆に助長させる方向に反力が作用する虞れがある。
その結果、ころのスキュー角が増大するのを抑制しようとする力は、保持器から供給せざるを得なくなる。そのため、保持器には無理な力が生じることになり、ころ自身の運動にも影響を与え、ころはポケットの中で暴れて安定したスキュー角を維持するのが困難である。
この傾向は、特許文献１に記載されているニードルタイプのように、径に対しころ長さが大きい場合には顕著になる。
【００１３】
このように、従来の回転摩擦装置は、ころに作用するジャイロモーメントを考慮していないため、設定したスキュー角を維持しようとすれば、保持器に無理な力が生じる。
従って、安定してスキュー角をコントロールすることが難しいという問題があった。
【００１４】
また、上記特許文献２，３に記載されている球面ころ軸受は、円筒ころのように両方向の鍔によってころスキュー角をコントロールするのではなく、軌道面形状をコントロールすることによって、ころのスキュー角をコントロールする。
そのため、運転中摩擦によって形状が変化することで当初のスキュー角コントロールが出来なくなり、確実性が損なわれる虞れがあった。
【００１５】
本発明は、このような問題に鑑みてなされたもので、スキュー角を安定して、かつ、確実にコントロールできる転がり軸受を提供するものである。
【００１６】
【課題を解決するための手段】
本発明は、いずれか一方に両つばを有する内輪および外輪と、前記内輪と前記外輪との間に配置された複数の円筒ころと、前記内輪と前記外輪との間に配置されたリング状の保持器と、前記保持器に形成され前記円筒ころを保持する略四角形の保持孔とを有する転がり軸受において、前記保持孔の中心軸線が前記保持器の中心軸線に対して円周方向に傾斜しているとともに、前記保持孔の両端縁が前記保持孔の中心軸線に対して略直交していることを特徴とする。
【００１７】
本発明によれば、予めころのスキューする方向を保持孔の向きで規制することができ、かつ、ころのスキューモーメントはつばで受けることになるので、保持器に無理な力をかけることなく安定して、かつ、確実にスキュー角をコントロールできる。
ここで、保持孔を同一方向に傾斜させることができる。この場合には、保持孔の向きを、スキューによるモーメントによって発生する内部スラストを外力とキャンセルされるように設定することができる。
【００１８】
また、前記保持孔を一個置きに同一方向に傾斜させ、隣接する前記保持孔同士の中心軸線を互いに交差する方向に伸ばすことができる。
この場合には、円筒ころのスキューによる内部スラストをゼロにすることができる。
【００１９】
更に、前記保持孔の中心軸線を、前記円筒ころに発生するスキュー角に対して±５０％以内の角度で、前記保持器の中心軸線に対して傾斜させることができる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明に係る転がり軸受実施の形態を図面を参照して詳細に説明する。
（第１実施形態）
図１は、本発明に係る第１実施形態の転がり軸受１を示す。この転がり軸受１は、内輪１１と、外輪１２と、これらの内輪１１と外輪１２との間に配置された複数の円筒ころ１３，１３・・・と、上記内輪１１と外輪１２との間に配置されたリング状の保持器１４と、この保持器１４に形成され円筒ころ１３，１３・・・を保持する略四角形の保持器ポケット（保持孔）１５，１５・・・とを有している。
内輪１１には、円筒ころ１３の両端面を保持する一対の鍔１６，１６（両つば）が形成されている。
【００２１】
これらの各構成要素のうち、保持器１４に形成された保持器ポケット１５以外の部分は、従来と同一なのでその詳細な説明は省略する。
保持器ポケット１５は、図２に示すように、その中心軸線１５ａが保持器１４の中心軸線１４ａに対して、円周方向に所定の角度αで傾斜している。この角度（傾き角）αは、円筒ころ１３に発生するスキュー角に対して、±５０％以内とするのが好ましい。
この傾き角が±５０％を超えると、円筒ころ１３と保持器ポケット１５とが軸方向に均一な接触をせず、いわゆる片当たりを起こすため、保持器ポケット１５および円筒ころ１３が偏磨耗し、最悪の場合、保持器１４が破損するといった不具合を引き起こすため、避けなければならない。
【００２２】
また、保持器ポケット１５の両端縁１５ｂ，１５ｃは、保持器ポケット１５の中心軸線１５ａに対して略直交している。
次に、この転がり軸受１の作用を説明する。内輪１１に形成された１対の鍔１６，１６同士の間隔は、円筒ころ１３の軸方向における長さよりも僅かに大きい。
【００２３】
従って、これらの各円筒ころ１３の軸方向両端面１３ｂ，１３ｃ（図６参照）と、鍔１６，１６の内側面との間には若干の隙間が存在し、この隙間に基づいて各円筒ころ１３は、スキューした状態で、自転しつつ公転する。
【００２４】
その結果、これらの各円筒ころ１３は、図３に示すように、歳差運動をする。これによって、各円筒ころ１３に、次式で算出されるジャイロモーメントＳが作用する。
【００２５】
Ｓ＝Ｉｘ・ωｃ・ωｂ・ｓｉｎψ−（Ｉｘ −Ｉｚ）・ωｃ^２・ｓｉｎψ・ｃｏｓψ
但し、Ｉｘ：円筒ころ１３の自転軸Ｘ回りの慣性モーメント（図４参照）
Ｉｚ：円筒ころ１３の中心点Ｏで円筒ころ１３の自転軸Ｘと直交するＺ軸回りの慣性モーメント
ωｂ：円筒ころ１３の自転角速度
ωｃ：円筒ころ１３の公転角速度
ψ：円筒ころ１３のスキュー角で、正の値（＞０）
【００２６】
ここで、図３中の符号Ｈは、上記各円筒ころ１３が歳差運動をしている場合の角運動量（ベクトル）であり、ωｃは各円筒ころ１３の公転角速度である。
一方、従来から知られていた円筒ころ軸受１の通常の諸元では、円筒ころ軸受１を外輪１２を静止させ、内輪１１を回転させる状態で使用する場合には、ωｂ／（ωｃ・ｃｏｓψ）＞１である。
【００２７】
このため、外力（ジャイロモーメントＳ以外の力）を考慮しなければ、上記各円筒ころ１３がスキューした場合におけるジャイロモーメントＳは、各円筒ころ１３がスキューしているのと同じ向きに、即ち、スキューを助長し、スキュー角ψを大きくしようとする向きに作用する。
【００２８】
同様に、内輪１１の方が外輪１２よりも早く回転する場合には、円筒ころ１３が一旦スキューすると、円筒ころ１３にはそのスキューを助長する方向にジャイロモーメントが作用する。
そして、軌道面からの反力が小さいため、円筒ころ１３のスキュー角が釣り合う反力は、鍔１６，１６から円筒ころ１３に与えられる。
【００２９】
これによって、図５および図６に示すように、円筒ころ１３は常に鍔１６，１６に押し付けられ、鍔１６，１６から離れることがない。そのため、スキュー角は幾何学的に決定されたままの角度で維持される。
ここで、保持器ポケット１５の傾きは、上記幾何学的に決定されるスキュー角に一致するように決定されている。
【００３０】
また、例えば低速回転の場合のように、上記ジャイロモーメントが小さく、そのために円筒ころ１３が鍔１６，１６に接触するまで充分にスキューさせることができない場合には、保持器ポケット１５の傾きに円筒ころ１３が倣うことによって、円筒ころ１３にスキューモーメントが作用する。その結果、円筒ころ１３が鍔１６，１６に接触し、一方向のスキュー角を安定して維持しながら回転することができる。
なお、保持器ポケットが傾いていない通常設計の場合、保持器ポケットは円筒ころのスキューを常に矯正する方向に作用することから、特に負荷を受けない円筒ころに対し円筒ころの姿勢が安定せず、いわゆるモータでのきしり音の発生原因になり得るが、本発明によると、円筒ころ１３が鍔１６，１６に案内されることで安定するため、きしり音対策としても有効である。
【００３１】
また、円筒ころ１３のスキューによるモーメントは、鍔１６，１６で受けるため、保持器１４には無理な力が発生しない。
また、本発明の円筒ころ軸受１は、保持器ポケット１５の中心軸線１５ａの向きが全て同一であり、この向きを、スキューによるモーメントによって発生する内部スラストが外力とキャンセルされるように設定することができる。
【００３２】
この場合は、一方向にスラスト加重を発生させたり、外部スラスト加重を軽減することができ、これにより寿命増大や焼付き防止を図ることができる。
このように、本発明によれば、円筒ころ１３に作用するジャイロモーメントを考慮し、予め円筒ころ１３のスキューする方向を保持器ポケット１５の向きで規制するので、保持器１４に無理な力をかけることなく、安定して、かつ、確実にスキュー角をコントロールできる。
【００３３】
（第２実施形態）
図７は、本発明の第２実施形態の保持器２０を示す。この保持器２０には、一個置きに同一方向に傾斜している保持器ポケット２１，２２が形成されている。ここで、隣接する保持器ポケット２１，２２同士の中心軸線２１ａ，２２ａは、互いに交差する方向に伸びている。
また、隣接する保持器ポケット２１，２２の中心軸線２１ａ，２２ａは、保持器２０の中心軸線２０ａに対して、互いに反対方向に所定の角度βで傾斜している。この傾斜角度βは、円筒ころ１３（図１参照）に発生するスキュー角に対して±５０％以内の角度となるように設定されている。
【００３４】
更に、保持器ポケット２１，２２の両端面２１ｂ，２１ｃ、２２ｂ，２２ｃは、保持器ポケット２１，２２の中心軸線２１ａ，２２ａに対して略直交している。これ以外の各部分は、上記保持器１４および保持器ポケット１５と同一であり、その詳細な説明は省略する。
【００３５】
この第２実施形態によれば、隣接する保持器ポケット２１，２２の向きが、互いに反対向きに設定されているので、円筒ころ１３のスキューによって発生する内部スラストをゼロにすることができる。
【００３６】
上述した各実施形態では、内輪に一対の鍔（両つば）が形成されているが、外輪に一対の鍔（両つば）が形成されていてもよい。
また、両つばの形成されていない他方の外輪または内輪に、片つば（端面の一方にのみつばが設けられる）が形成されていてもよい。
さらに、上述した各実施形態では、内輪回転の場合について説明したが、外輪回転に対しても本発明を適用できる。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように、本発明では、予めころのスキューする方向を保持孔の向きで規制することができるので、保持器に無理な力をかけることなく、安定して、かつ、確実にスキュー角をコントロールできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る第１実施形態の転がり軸受を示す断面図である。
【図２】本発明に係る第１実施形態の転がり軸受における保持器および保持孔を示す図である。
【図３】本発明に係る第１実施形態の転がり軸受の運転時に、円筒ころに加わるジャイロモーメントを説明する模式図である。
【図４】本発明に係る第１実施形態の転がり軸受における円筒ころの慣性モーメントを説明する図である。
【図５】本発明に係る第１実施形態の転がり軸受における円筒ころがスキューした状態を示す図である。
【図６】図５のＡ矢視図である。
【図７】本発明に係る第２実施形態の保持器および保持孔を示す図である。
【符号の説明】
１転がり軸受
１１内輪
１２外輪
１４保持器
１４ａ中心軸線
１５保持器ポケット（保持孔）
１５ａ中心軸線
１５ｂ，１５ｃ端縁
１６鍔
２０保持器
２０ａ中心軸線
２１保持器ポケット（保持孔）
２１ａ中心軸線
２１ｂ，２１ｃ端面
２２保持器ポケット（保持孔）
２２ａ中心軸線
２２ｂ，２２ｃ端縁

Claims

いずれか一方に両つばを有する内輪および外輪と、前記内輪と前記外輪との間に配置された複数の円筒ころと、前記内輪と前記外輪との間に配置されたリング状の保持器と、前記保持器に形成され前記円筒ころを保持する略四角形の保持孔とを有する転がり軸受において、
前記保持孔の中心軸線が前記保持器の中心軸線に対して円周方向に傾斜しているとともに、前記保持孔の両端縁が前記保持孔の中心軸線に対して略直交していることを特徴とする転がり軸受。
前記保持孔が同一方向に傾斜していることを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受。
前記保持孔が一個置きに同一方向に傾斜するとともに、隣接する前記保持孔同士の中心軸線が互いに交差する方向に伸びていることを特徴とする請求項１に記載した転がり軸受。
前記保持孔の中心軸線は、前記円筒ころに発生するスキュー角に対して±５０％以内の角度で、前記保持器の中心軸線に対して傾斜していることを特徴とする請求項１から３の何れかに記載した転がり軸受。