JP2005061508A - アンギュラ玉軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】 傾斜型保持器の強度を維持しながら、より多くの玉を組み込めるようにして、許容負荷容量の大きなアンギュラ玉軸受を提供する。
【解決手段】 本発明のアンギュラ玉軸受１は、転動体４の径をＤＷ、軸受１の軸方向幅をＢ、軸受１の断面高さをＨ、円周方向に隣り合う転動体４の中心間距離をＬ、傾斜型保持器５の小径側端面の外径をＤ１、傾斜型保持器５の大径側端面の内径をＳＤ１、ピッチ円直径をＤＰＷとしたとき、下記条件をすべて満足する構成とする。
０．６０≦ＤＷ／Ｈ≦０．７５
０．５８≦ＤＷ／Ｂ≦０．８５
１．０３≦Ｌ／ＤＷ≦１．２５
Ｄ１≦ＤＰＷ＋０．１０×ＤＷ
ＳＤ１≧ＤＰＷ−０．０５×ＤＷ
【選択図】 図１

Description

本発明は、アンギュラ玉軸受に関し、より詳細には、大きな荷重が作用する各種機械装置の回転軸を支持する高負荷容量のアンギュラ玉軸受に関する。

アンギュラ玉軸受は、一つの軸受でラジアル荷重及びアキシャル荷重の両荷重を支持することができるため、各種機械装置の回転支持部に広く用いられている。転動体である玉は、１５°〜４０°程度の接触角を持って外輪、内輪間に組み込まれている。一般的に、玉はテーパ円筒状の本体部に複数のポケットが形成された、所謂、傾斜型保持器、又は円環状の主部に複数のポケットを形成した、所謂、冠型保持器によって回動自在に保持されており、玉の転動面同士の接触を阻止し、接触摩擦に基づく回転抵抗の増大や焼付き等を防止するようになっている。

従来、アンギュラ玉軸受に用いられる傾斜型保持器としては、ポケットの部分凹球面の中心を一方の端面側に偏寄させて設定した傾斜型保持器が開示されている（例えば、特許文献１参照。）。また、傾斜型保持器のポケットを、複数の円錐面から構成された壁面と、玉の中心点からずらされた位置に中心点を有する球面とから構成し、摩擦を低減させるようにしたものが提案されている（例えば、特許文献２参照。）。冠型保持器を用いたアンギュラ玉軸受としては、冠型保持器のポケット形状を各抱持片の両側面に形成してポケットの間隔を狭めたものもある（例えば、特許文献３参照。）。
特公昭６４−８２０８号公報（第２頁、第１図） 特公平１−５５８０８号公報（第２−４頁、第１図） 特許第２９９８６２６号公報（第２−３頁、第１図）

アンギュラ玉軸受の許容負荷容量を大きくするために、組み込まれる転動体の数を多くすると、保持器のためのスペースが限定されて保持器の肉厚が薄くなり、強度が低下するという問題点があった。保持器の強度を高めるには、材質の選定と共に保持器の肉厚を確保することが有効である。しかしながら、転がり軸受の大きさは規格で決められており、高負荷容量のアンギュラ玉軸受を実現するためには、限られたスペース内で、どのようにして保持器の強度を高めるかが重要となる。

特許文献１に開示された傾斜型保持器は、ポケットの部分凹球面の中心を一方の端面側に偏寄させて設定し、該偏寄させた側面を対向させて２つの傾斜型保持器を組み込むことにより、玉列の間隔を広げて複列アンギュラ玉軸受のスラスト荷重の負荷容量を高くしている。また、ポケットの壁厚さは、半径方向を厚くすることにより円周方向を薄くしても傾斜型保持器の強度を維持できるようにして、組み込まれる玉の数を増加させてラジアル荷重を高めるようにしている。しかしながら、更なる高荷重に耐えられるアンギュラ玉軸受とするには、改善の余地があった。

特許文献２に記載されている傾斜型保持器は、傾斜型保持器のポケットが、複数の円錐面から構成された壁面と、玉の中心点からずらされた位置に中心点を有する球面とから構成されている。これによって、ポケットと玉との摩擦を低減させると共に、潤滑剤溜り部を確保するようにしている。しかしながら、本傾斜型保持器は、軸受の高負荷容量化について考察されていない。

特許文献３に開示の冠型保持器は、冠型保持器のポケット形状を各抱持片の両側面に形成してポケットの間隔を狭めたものであり、従来の冠型保持器と比較して、より多くの玉を組み込めるようになっている。しかしながら、ポケットは片持ちの一対の抱持片から構成されているため、多くの玉を組み込み可能な形状に形成すると、抱持片の円周方向の肉厚が薄くなり、軸受に高荷重が負荷されると抱持片に大きな力が作用して該抱持片が変形したり、破損する虞があった。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、傾斜型保持器の強度を維持しながら、より多くの玉を組み込めるようにして、許容負荷容量の大きなアンギュラ玉軸受を提供することにある。

前述した目的を達成するために、本発明に係るアンギュラ玉軸受は、外輪及び内輪からなる軌道輪と、前記外輪及び前記内輪の間に転動自在に配設された複数の転動体と、軸受の軸方向幅より小さな幅を有し、前記複数の転動体をポケットに収納して回動自在に保持する傾斜型保持器とを備えたアンギュラ玉軸受であって、前記転動体の径をＤＷ、軸受の軸方向幅をＢ、断面高さ（（軸受外径−軸受内径）／２）をＨ、円周方向に隣り合う前記転動体の中心間距離をＬとしたとき、０．６０≦ＤＷ／Ｈ≦０．７５、且つ０．５８≦ＤＷ／Ｂ≦０．８５、且つ１．０３≦Ｌ／ＤＷ≦１．２５であり、更に、前記傾斜型保持器の軸芯を含む断面において、前記傾斜型保持器の小径側端面の外径をＤ１、大径側端面の内径をＳＤ１、ピッチ円直径をＤＰＷとしたとき、Ｄ１≦ＤＰＷ＋０．１０×ＤＷ、且つＳＤ１≧ＤＰＷ−０．０５×ＤＷであることを特徴としている。

前記構成のアンギュラ玉軸受によれば、アンギュラ玉軸受の断面高さ（（軸受外径−軸受内径）／２を言う）Ｈを、０．６０≦ＤＷ／Ｈ≦０．７５としたので、アンギュラ玉軸受に高荷重が懸かり内輪及び外輪に大きな力が作用したとき、内輪及び外輪は、該力に十分に耐え得る厚みを有し、且つ強度的に不必要に厚過ぎることのない厚みとすることができる。

また、アンギュラ玉軸受の幅（軸方向幅）Ｂを、０．５８≦ＤＷ／Ｂ≦０．８５としたので、強度の大きな傾斜型保持器を収容するのに十分なスペースをアンギュラ玉軸受内に確保すると共に、幅が狭く機械装置への組み込みが容易なアンギュラ玉軸受を提供することができる。

更に、円周方向に隣り合う転動体の中心間距離Ｌを、１．０３≦Ｌ／ＤＷ≦１．２５としたので、転動体同士が接触することのない間隔で多数の転動体を組み込むことができる。従って、アンギュラ玉軸受の許容負荷容量を高めることができる。

更に、上記条件を満足した上で、傾斜型保持器の小径側端面の外径Ｄ１、及び大径側端面の内径ＳＤ１をＤ１≦ＤＰＷ＋０．１０×ＤＷ、且つＳＤ１≧ＤＰＷ−０．０５×ＤＷとしたので、傾斜型保持器の強度を低下させることなく、傾斜型保持器の幅を狭くできると共に、ポケットの円周方向中心間距離を近づけて多くのポケットを配置することができる。これによって、アンギュラ玉軸受の許容負荷容量を高めることができる。

以上、説明したように本発明のアンギュラ玉軸受によれば、アンギュラ玉軸受の断面高さ（（軸受外径−軸受内径）／２を言う）Ｈを、０．６０≦ＤＷ／Ｈ≦０．７５としたので、アンギュラ玉軸受に高負荷が懸かり、内輪及び外輪に大きな力が作用したとき、内輪及び外輪は、該力に十分に耐え得る厚みを有し、且つ強度的に不必要に厚過ぎることのない厚みとすることができる。

また、アンギュラ玉軸受の幅（軸方向幅）Ｂを、０．５８≦ＤＷ／Ｂ≦０．８５としたので、強度の大きな傾斜型保持器を収容するのに十分なスペースをアンギュラ玉軸受内に確保すると共に、幅が狭く機械装置への組み込みが容易なアンギュラ玉軸受を提供することができる。

更に、円周方向に隣り合う転動体の中心間距離Ｌを、１．０３≦Ｌ／ＤＷ≦１．２５としたので、転動体同士が接触することのない間隔で多数の転動体を組み込むことができる。従って、アンギュラ玉軸受の許容負荷容量を高めることができる。

更に、上記条件を満足した上で、傾斜型保持器の小径側端面の外径Ｄ１、及び大径側端面の内径ＳＤ１をＤ１≦ＤＰＷ＋０．１０×ＤＷ、且つＳＤ１≧ＤＰＷ−０．０５×ＤＷとしたので、傾斜型保持器の強度を低下させることなく、傾斜型保持器の幅を狭くできると共に、ポケットの円周方向中心間距離を近づけて多くのポケットを配置することができる。これによって、アンギュラ玉軸受の許容負荷容量を高めることができる。

以下、本発明に係るアンギュラ玉軸受の実施形態を図１〜図４に基づいて詳細に説明する。
（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態であるアンギュラ玉軸受の要部拡大縦断面図、図２はアンギュラ玉軸受の要部側面図である。図１及び図２に示すように、アンギュラ玉軸受１は、一対の軌道輪を構成する外輪２と、内輪３と、外輪２と内輪３との間に転動自在に配設された転動体である複数個の玉４と、複数個の玉４を回動自在に保持する傾斜型保持器５とを備えている。

外輪２、内輪３及び玉４は、高炭素クロム軸受鋼、浸炭軸受用鋼、転がり軸受用ステンレス鋼、等を用いて製作される。アンギュラ玉軸受１の断面高さＨは、玉４の外径ＤＷとの間に０．６０≦ＤＷ／Ｈ≦０．７５の関係式が成り立つように断面高さＨが設定されている。これは、高負荷に耐え得る最も効率的な断面高さＨを規定するためであり、０．６０≦ＤＷ／Ｈとしたのは、ＤＷ／Ｈが０．６以下になると、負荷の大きさに対して外輪２及び内輪３の肉厚が薄くなり過ぎて、該外輪２及び内輪３にかかる力に耐えられずに外輪２又は内輪３が損傷する虞があり、極端な場合には破断等の重大な損傷を与える虞があるからである。また、ＤＷ／Ｈ≦０．７５としたのは、ＤＷ／Ｈが０．７５以上になると、外輪２及び内輪３の肉厚が不必要に厚くなって、アンギュラ玉軸受１の外径が大きく、また重くなって、材料の無駄が多くなるからである。従って、０．６０≦ＤＷ／Ｈ≦０．７５とすることによって、内輪３及び外輪２に大きな力が作用したとき、該力に耐えるのに十分な厚みを有し、且つ強度的に不必要に厚過ぎることのない内輪３及び外輪２の厚みとすることができる。

アンギュラ玉軸受１の幅Ｂは、玉４の外径ＤＷとの間に０．５８≦ＤＷ／Ｂ≦０．８５の関係式が成り立つように幅Ｂが設定されている。０．５８≦ＤＷ／Ｂとしたのは、ＤＷ／Ｂが０．５８以下になると、傾斜型保持器５の収容スペースが狭くなって傾斜型保持器５の肉厚が薄くなり過ぎ、高荷重が負荷されたとき傾斜型保持器５に破損等の損傷を与える虞があるからである。また、ＤＷ／Ｂ≦０．８５としたのは、ＤＷ／Ｂが０．８５より大きくなると、傾斜型保持器５の肉厚を厚くして強度を高めることはできるが、必要以上の厚さとなってアンギュラ玉軸受１の幅Ｂが大きくなり過ぎて機械装置等への組込性が悪くなるためである。従って、０．５８≦ＤＷ／Ｂ≦０．８５とすることにより、強度の大きな傾斜型保持器５を収容するのに十分なスペースを確保し、且つアンギュラ玉軸受１の幅Ｂを狭くして機械装置への組み込みが容易となる。

また、アンギュラ玉軸受１の円周方向に隣り合う玉（転動体）４の中心間距離Ｌは、玉４の外径ＤＷとの間に１．０３≦Ｌ／ＤＷ≦１．２５の関係式が成り立つように中心間距離Ｌが設定されている。これは、出来るだけ多数の玉４を組み込めるようにするためであり、これによってアンギュラ玉軸受１の許容負荷容量を増大させることができる。１．０３≦Ｌ／ＤＷとしたのは、Ｌ／ＤＷが１．０３より小さくなると、隣接する玉４同士が接近し過ぎて、玉４の間に配置される傾斜型保持器５の最小肉厚が薄くなって強度が低下するためであり、また極端な場合には、隣接する玉４同士が接触して摩擦トルクが増大したり、摩擦熱が発生する虞がある。また、Ｌ／ＤＷ≦１．２５としたのは、Ｌ／ＤＷが１．２５以上になると、組み込まれる玉４の数が減少して許容負荷容量が低下するからである。従って、１．０３≦Ｌ／ＤＷ≦１．２５とすることにより、玉４同士が接触することなく、且つ多数の玉４を組み込むことができ、アンギュラ玉軸受１の許容負荷容量を高めることができる。

傾斜型保持器５は、テーパ円筒状の本体部に、複数のポケットが円周方向に所定の間隔Ｌで切削加工されて形成された、所謂、もみ抜き型保持器であり、図に示す実施形態は転動体案内型の保持器となっている。テーパ円筒状の本体部は、例えば高力黄銅等の黄銅系合金、構造用炭素鋼等の鉄合金から形成される。

図１に示すように、傾斜型保持器５は縦断面において一端側の直径が小さく、多端側の直径が大きいテーパ円筒状であり、小径側端面の外径Ｄ１は、ピッチ円直径ＤＰＷと玉４の外径ＤＷとの間に、Ｄ１≦ＤＰＷ＋０．１０×ＤＷの関係式が成り立つように小径側端面の外径Ｄ１が設定されており、且つ大径側端面の内径ＳＤ１は、ＳＤ１≧ＤＰＷ−０．０５×ＤＷの関係式が成り立つように大径側端面の内径ＳＤ１が設定されている。

これによって、傾斜型保持器５の薄肉部の形成を防止して強度を高めることができ、アンギュラ玉軸受１に高荷重が負荷されても傾斜型保持器５が損傷を受けることはない。具体的には、小径側端面の外径Ｄ１がＤＰＷ＋０．１０×ＤＷより大きくなると、或いは大径側端面の内径ＳＤ１がＤＰＷ−０．０５×ＤＷより小さくなると、図１において玉４の両側面を覆う部分、即ち傾斜型保持器５の他の部位に比較して強度の弱い薄肉部が多くなり、ここから傾斜型保持器５が損傷を受け、又は破損する虞があるが、関係式を満足させることによって該薄肉部の形成を最小としている。

従って、Ｄ１≦ＤＰＷ＋０．１０×ＤＷ、且つＳＤ１≧ＤＰＷ−０．０５×ＤＷとすることにより、傾斜型保持器５の薄肉部の形成を最小として傾斜型保持器５の強度を高め、アンギュラ玉軸受１の許容負荷容量を高めることができる。

上述した如く、各関係式を満足させることにより、規格等で与えられた主要寸法内で、傾斜型保持器の強度の向上を図ると共に、アンギュラ玉軸受の許容負荷容量を高めることができる。

尚、ポケットの内面形状は、玉４の直径ＤＷより、わずかに大きい直径を有する凹球面としてもよく、また複数の曲面を合成した形状としてもよい。
（第２実施形態）
次に、本発明のアンギュラ玉軸受の第２実施形態を図３を参照して説明する。図３はアンギュラ玉軸受の要部拡大縦断面図である。第２実施形態のアンギュラ玉軸受１０に用いられる傾斜型保持器１５は、低炭素鋼板、黄銅板、ステンレス鋼板、等の板材を打ち抜き、曲げ加工して形成された、所謂、打抜き型保持器である。図３に示す実施形態の傾斜型保持器１５は、転動体案内型の保持器である。傾斜型保持器１５の寸法条件を含み、その他の部分については、本発明の第１の実施形態のアンギュラ玉軸受１と同様であるので、同一部分には同一符号又は相当符号を付して説明を簡略化又は省略する。
（第３実施形態）
次に、本発明のアンギュラ玉軸受の第３実施形態を説明する。図４はアンギュラ玉軸受の要部拡大縦断面図である。第３実施形態のアンギュラ玉軸受２０の傾斜型保持器２５は、例えばポリアミド等の合成樹脂を射出成形して形成された、所謂、合成樹脂製保持器である。合成樹脂は、必要に応じて繊維やウィスカ等を混合させて、更に強度を高めるようにしてもよい。図４に示す実施形態の傾斜型保持器２５は、転動体案内型の保持器である。傾斜型保持器２５の寸法条件を含み、その他の部分については、本発明の第１の実施形態のアンギュラ玉軸受１と同様であるので、同一部分には同一符号又は相当符号を付して説明を簡略化又は省略する。

尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、前述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。

また、本発明においては、傾斜型保持器は転動体案内型保持器として説明したが、これに限定されるものではなく、内輪や外輪等で案内する軌道輪案内型保持器とすることもできる。

本発明のアンギュラ玉軸受の第１実施形態を示す要部拡大縦断面図である。 図１におけるアンギュラ玉軸受の要部側面図である。 本発明のアンギュラ玉軸受の第２実施形態を示す要部拡大縦断面図である。 本発明のアンギュラ玉軸受の第３実施形態を示す要部拡大縦断面図である。

符号の説明

１，１０，２０ アンギュラ玉軸受
２ 外輪
３ 内輪
４ 転動体
５，１５，２５ 傾斜型保持器
ＤＷ 転動体の径
Ｂ 軸受の軸方向幅
Ｈ 軸受の断面高さ
Ｌ 円周方向に隣り合う転動体の中心間距離
Ｄ１ 傾斜型保持器の小径側端面の外径
ＳＤ１ 傾斜型保持器の大径側端面の内径
ＤＰＷ ピッチ円直径

Claims (1)

1. 外輪及び内輪からなる軌道輪と、前記外輪及び前記内輪の間に転動自在に配設された複数の転動体と、軸受の軸方向幅より小さな幅を有し、前記複数の転動体をポケットに収納して回動自在に保持する傾斜型保持器とを備えたアンギュラ玉軸受であって、
   前記転動体の径をＤＷ、軸受の軸方向幅をＢ、断面高さ（（軸受外径−軸受内径）／２）をＨ、円周方向に隣り合う前記転動体の中心間距離をＬとしたとき、
   ０．６０≦ＤＷ／Ｈ≦０．７５、且つ０．５８≦ＤＷ／Ｂ≦０．８５、且つ１．０３≦Ｌ／ＤＷ≦１．２５であり、
   更に、前記傾斜型保持器の軸芯を含む断面において、前記傾斜型保持器の小径側端面の外径をＤ１、大径側端面の内径をＳＤ１、ピッチ円直径をＤＰＷとしたとき、
   Ｄ１≦ＤＰＷ＋０．１０×ＤＷ、且つＳＤ１≧ＤＰＷ−０．０５×ＤＷであることを特徴とするアンギュラ玉軸受。

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