JP2005069282A - 円筒ころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】円筒ころ軸受における保持器柱部のくさび作用を防止し、かつ、樹脂保持器成形時の無理抜きに伴うムシレを防止する。
【解決手段】外周に軌道12を有する内輪10と、内周に軌道22を有する外輪20と、内輪10の軌道12と外輪20の軌道22との間に転動自在に配された複数の円筒ころ30と、円筒ころ30を円周方向で所定の間隔に保持する保持器40とを備えた円筒ころ軸受において、保持器40が、柱部44が円筒ころ30と接することにより半径方向が位置決めされる転動体案内形式で、かつ、円筒ころ30を保持器外径側から拘束する外径拘束形のかご形保持器であって、ころ抱き角度θが60°以上72°以下の範囲内に設定してある。
【選択図】図１

Description

本発明は、各種産業機械や自動車のトランスミッション等に幅広く利用される円筒ころ軸受に関する。

円筒ころ軸受は、転動体として円筒ころを用いたラジアル軸受であり、外周に軌道をもった内輪と、内周に軌道をもった外輪と、内外輪の軌道間に転動自在に組み込まれた複数の円筒ころと、円筒ころを円周方向で所定間隔に保持する保持器とで構成される。円筒ころ軸受には、Ｎ形、ＮＦ形、ＮＵ形、ＮＪ形、ＮＵＰ形などの種々形式がある。

円筒ころ軸受では、コストの低減を主な目的として樹脂保持器が使用される場合があり、図３にその代表的な断面形状を示す。この樹脂保持器は、円筒ころと保持器ポケット部により径方向が位置決めされている転動体案内形式で、かつ、転動体をポケット外径側から拘束する外径拘束形である。軸受がユーザで使用される場合、内輪回転荷重での使用が最も多く、その条件に最適な仕様である外径拘束形としている（特開２０００−２７４４３７参照）。

一般産業機械や自動車のトランスミッション等の使用条件下では、軸受寿命延長のための負荷容量（特に基本動定格荷重）アップ、かつ、機械全体のコンパクト化の要求から、軸受の断面に対し、ころ径が大きく、ころ長さが長い構造が主流になっている(例：ＮＵ３１１→ＮＵ３１１Ｅ)。この場合、保持器の柱や、環状体の(軸方向)スペースは小さくなり、これまで以上に保持器の設計には注意が必要である。
特開２０００−２７４４３７号公報（段落番号０００７、図１（ｂ））

転動体案内形式の外径拘束形の保持器では、運転中、円筒ころ間に挟まれた保持器柱部がくさび状に食い込み、円滑な回転が妨げられ、軸受の温度上昇や、振動異常の要因となるケースがあった。こうしたくさび作用は、長時間の使用等によって潤滑剤が劣化した場合や、高速回転の場合に起きやすく、保持器剛性が金属系の材料に比べて低い樹脂材料の保持器では、特に注意が必要である。

また、円筒ころ軸受で用いる保持器は環状体と柱が一体となったかご形が一般的である。かご形の樹脂保持器では、ポケット部分の成形のための金型を外径側に放射状に無理抜きする方法が広く用いられており、無理抜きしやすいように、ころ抱き角度を大きくする傾向があった。ころ抱き角度とは、保持器柱部が円筒ころと接する点ところ中心とを結ぶ線分が、ころ中心と保持器中心とを結ぶ径方向に伸びる線に対してなす角度をいう。ころ抱き角度を小さくした場合の問題として、無理抜きをする際に、図５に符号Ｐで示す柱部先端にムシレが起きたりする場合がある。ころを外径側から組み込む（Ｎ形、ＮＦ形の軸受）場合も、同様の問題がある。

本発明は、上に述べたような円筒ころ軸受における保持器柱部のくさび作用を防止し、かつ、樹脂保持器成形時の無理抜き及びころを外径側から組み込む場合（Ｎ形、ＮＦ形の軸受）に伴うムシレを防止することにある。

本発明は、外周に軌道を有する内輪と、内周に軌道を有する外輪と、内輪の軌道と外輪の軌道との間に転動自在に配された複数の円筒ころと、円筒ころを円周方向で所定の間隔に保持する保持器とを備えた円筒ころ軸受において、前記保持器が、保持器柱部が円筒ころと接することにより半径方向が位置決めされる転動体案内形式で、かつ、円筒ころを保持器外径側から拘束する外径拘束形のかご形保持器であって、保持器柱部が円筒ころと接する点ところ中心とを結ぶ線分が、ころ中心と保持器中心とを結ぶ径方向に伸びる線に対してなす角度が６０°以上７２°以下（６０°≦θ≦７２°）の範囲内であることを特徴とするものである。既述のとおり、保持器柱部が円筒ころと接する点ところ中心とを結ぶ線分が、ころ中心と保持器中心とを結ぶ径方向に伸びる線に対してなす角度をころ抱き角度と呼ぶこととする。このころ抱き角度を７２°以下（保持器ポケットの外径側開口部幅ｗところ直径Ｄｗとの比ｗ／Ｄｗが０．９５以下（ｗ／Ｄｗ≦０．９５））とすることにより、円筒ころ間の保持器柱部に働くくさび作用を防止あるいは緩和することができる。また、ころ抱き角度を６０°以上（比ｗ／Ｄｗが０．８６以上（ｗ／Ｄｗ≧０．８６））とすることにより、保持器成形時に半径方向に型抜きすることに伴う保持器柱部のムシレの発生を防止することができる。

本発明の円筒ころ軸受の軸受形式には、Ｎ形（内輪両つば）、ＮＵ形（外輪両つば）、ＮＦ形（内輪両つば、外輪片つば）、ＮＪ形（内輪片つば、外輪両つば）、ＮＵＰ形（内輪の両つばのうち片側を別体のつば輪で構成、外輪両つば）など、種々の公知の軸受形式が含まれる。

保持器を構成する樹脂材料を例示するならば、ポリアミド（ＰＡ６６）、同（ＰＡ４６）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等や、これらにガラス繊維や炭素繊維といった充填材を２０〜４０％程度混合したものが挙げられる。保持器を樹脂材で形成する場合、機械強度、耐摩耗、耐熱性、軽量性、経済性に優れた樹脂材で形成するのが好ましく、このような樹脂材として、例えば繊維強化したポリアミド（ＰＡ６６）や同（ＰＡ４６）を挙げることができる。また、保持器の成形方法は特に限定されないが、量産性を高めるため、樹脂材の射出成形によるのが好ましい。

請求項２の発明は、請求項１の円筒ころ軸受において、前記保持器が、軸方向に離間した互いに平行な一対の環状体と、前記一対の環状体を連結する複数の柱とで構成され、隣接する柱間に形成された各ポケットの円周方向に向かい合った壁面が円弧形状の断面を有し、前記壁面の曲率半径が円筒ころの半径よりも大きいことを特徴とするものである。

請求項３の発明は、請求項２の円筒ころ軸受において、保持器の柱の外径側に凹所が形成され、前記凹所の隅部から前記壁面までの最小肉厚寸法をＵとしたとき、ころ直径Ｄｗに対する肉厚寸法Ｕの比Ｕ／Ｄｗが０．０８≦Ｕ／Ｄｗ≦０．１２に設定されていることを特徴とするものである。Ｕ／Ｄｗが０．０８より小さい場合は、ころ抱き角度を６０〜７２°に管理しても、舌片４４の剛性が小さく、変形しやすくなり、くさび作用が起きやすくなる。一方、Ｕ／Ｄｗが０．１２より大きい場合は、ころ径のサイズ小またはころ本数の削減が必要となり、一般産業機械あるいは自動車のトランスミッション等用としての負荷容量の要求を満足できない。

本発明によれば、円筒ころと保持器ポケット部により径方向が位置決めされている転動体案内形で、かつ、転動体をポケット外径側から拘束する外径拘束形のかご形樹脂保持器において、温度上昇および振動を抑えることができ、また、保持器成形時、あるいは外径側からころを組み込む際の、保持器柱部のムシレを防止することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に従って説明する。

まず、図２に従って円筒ころ軸受の基本構成を説明する。円筒ころ軸受は、外周に軌道１２を有する内輪１０と、内周に軌道２２を有する外輪２０と、内輪１０の軌道１２と外輪２０の軌道２２との間に転動自在に組み込まれた複数の円筒ころ３０と、円筒ころ３０を円周方向で所定間隔に保持する保持器４０とを主要な構成要素として成り立っている。図示する実施の形態の場合、内輪１０は片側につば１４を有し、もう片側にはつば輪１６を装着してある。

保持器４０は、樹脂材、例えばポリアミド（ＰＡ６６）にガラス繊維または炭素繊維を２０〜４０ｗｔ％配合した樹脂材で形成される。図３に示すように、保持器４０は、軸方向に離間した互いに平行な一対の環状体４２と、一対の環状体４２を連結する複数の柱４４とから成り、円周方向に隣接する柱４４間に窓形のポケット４６が形成されている。各柱４４には、基部４４ａから円周方向に二股状に分かれた一対の舌片４４ｂが設けてある。言い換えるならば、柱４４の外径側に凹所が形成されている。また、図５に示すように、舌片４４ｂ間の凹所の壁面４４ｄと底面４４ｅとが会合する隅部４４ｆはＲ形状に丸めてある。

ポケット４６を画成する四面のうち、軸方向に向かい合った一対の壁面が環状体４２によって形成され、円周方向に向かい合った一対の壁面が柱４４によって形成される。図４に拡大して示すように、柱４４によって形成される壁面４４Ｃは断面が円弧形状である。図１に示すように、図４に示す断面円弧形状の壁面４４ｃの曲率半径は円筒ころ３０の転動面３２の曲率半径よりも僅かに大きく設定してあるが、符号Ｍで表される保持器外径側の開口部幅がころ直径Ｄｗよりも小さい。したがって、円筒ころ３０がポケット４６内で保持器外径方向に所定量相対移動すると壁面４４ｃに接し、これにより、円筒ころ３０の外径方向への抜けが規制される。

この実施の形態では、保持器４０の所要の剛性や強度を確保するため、各部位の肉厚が次のように設定されている。まず、舌片４４ｂの最小肉厚Ｕ（図５参照）は、円筒ころ３０のころ直径Ｄｗに対して０．０８≦Ｕ／Ｄｗ≦０．１２に設定されている。ここで、隅部４４ｆがＲ形状に丸めてある場合、最小肉厚Ｕは、壁面４４ｄ間と隅部４４ｆとの交点を基準位置とし、そこから壁面４４ｃに至る最小寸法とする。Ｕ／Ｄｗが０．０８より小さい場合は、ころ抱き角度を６０〜７２°に管理しても、舌片４４の剛性が小さく、変形しやすくなり、くさび作用が起きやすくなる。一方、Ｕ／Ｄｗが０．１２より大きい場合は、ころ径のサイズ小またはころ本数の削減が必要となり、一般産業機械あるいは自動車のトランスミッション等用としての負荷容量の要求を満足できない。つぎに、環状体４２の軸方向肉厚Ｗ（図４（Ｃ））は、円筒ころ３０のころ長さＬｗに対して０．１５≦Ｗ／Ｌｗ≦０．２５に設定されている。また、環状体４２の半径方向肉厚Ｔ（図３（Ａ））は、円筒ころ３０のころ直径Ｄｗに対して０．３５≦Ｔ／Ｄｗ≦０．４５に設定されている。

下記仕様の円筒ころ軸受を用い、内輪回転で運転して各種評価を行った。その結果を表１に示す。なお、ころ抱き角度θを変えたほかはすべて共通仕様である。
試験軸受：ＮＵ３１１Ｅ
軸受内径ｄ：５５ｍｍ
軸受外径Ｄ：１２０ｍｍ
幅Ｂ：２９ｍｍ
ころ直径Ｄｗ：１８ｍｍ
ころ長さＬｗ：１９ｍｍ
ころ本数：１３
保持器材料：ＰＡ６６＋ガラス繊維

実施例１および実施例２はすべての評価項目を満足しており、総合評価も満足できるものであった。比較例２は循環給油潤滑下での温度上昇評価が劣るほか、グリース潤滑下での振動評価が悪く、総合評価は△であった。比較例１はすべての評価項目が悪く、当然ながら総合評価も×であった。

つぎに、表１の各評価の根拠となる試験データについて述べる。温度上昇については、上記の実施例１、実施例２ならびに比較例１、比較例２の円筒ころ軸受を循環給油とグリース潤滑で運転して（内輪回転）、ころ抱き角度θと軸受温度上昇との関係を求めた。その結果を図６および図７に示す。図６は、循環給油の場合のころ抱き角度θと軸受温度上昇の関係を示す線図であって、横軸は回転速度（×１０3 ）、縦軸は外輪温度上昇（℃）を示す。用いた潤滑油はタービン５６、給油量は２リットル／分であった。図７は、グリース潤滑の場合のころ抱き角度θと軸受温度上昇の関係を示す線図であって、横軸は回転速度（×１０3 ）、縦軸は外輪温度上昇（℃）を示す。用いたグリースはアルバニアNo.２、封入量２０ｇ（空間容積３５％）であった。ラジアル荷重はいずれの場合も７００ｋｇｆであった。

回転トルク性の評価は図８に示す回転トルク測定データに基づくものである。試験条件は、回転速度１８００ｒｐｍ、ラジアル荷重３０ｋｇｆで、潤滑は白灯油を使用した。図８（Ａ）は実施例１の場合であって、回転トルクは約０．８ｋｇｆ−ｃｍで安定していた。図８（Ｂ）は比較例２の場合であって、これも回転トルクは約０．６ｋｇｆ−ｃｍで実施例２とほぼ同等であった。図８（Ｃ）は比較例１の場合であって、回転トルクは約１．２ｋｇｆ−ｃｍと上記二者より高く、変動も大きかった。

グリース潤滑下での振動評価は図９に示す試験データに基づくものである。試験に使用したグリースはアルバニアＮｏ．２で、封入量は２０ｇ（空間容積３５％）、ラジアル荷重７００ｋｇｆであった。図９（Ａ）は実施例１（ころ抱き角度θ＝７２°）の場合であって、回転数を変化させても振動が小さいままである。図９（Ｂ）は比較例２（ころ抱き角度θ＝７４°）の場合であって、回転数を上げると振動が発生することが分かる。一定回転を続けると振動が小さくなる。図９（Ｃ）は比較例１（ころ抱き角度θ＝７９°）の場合であって、振動が収まらない様子が見て取れる。

なお、本発明は、上記した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において種々変更を加え得ることは勿論である。

本発明の実施の形態を示す円筒ころ軸受の要部断面図である。 円筒ころ軸受の断面図である。 Ａは保持器の断面図、Ｂは保持器の側面図である。 Ａは図３ＡにおけるＡ−Ａ断面図、Ｂは図３ＡにおけるＢ−Ｂ断面図、Ｃは図３ＢにおけるＣ矢視図である。 保持器の柱部周辺の部分拡大断面図である。 循環給油条件下での回転速度と外輪温度上昇との関係を示す線図である。 グリース潤滑条件下での回転速度と外輪温度上昇との関係を示す線図である。 回転トルク測定データを示す線図である。 グリース潤滑下での振動データを示す線図である。

符号の説明

１０ 内輪
１２ 軌道
１４ つば
１６ つば輪
２０ 外輪
２２ 軌道
３０ 円筒ころ
３２ 転動面
Ｄｗ ころ直径
Ｌｗ ころ長さ
４０ 保持器
４２ 環状体
Ｔ 径方向肉厚
Ｗ 軸方向肉厚
４４ 柱
４４ａ 基部
４４ｂ 舌片
Ｕ 最小肉厚寸法
４４ｃ 壁面
４４ｄ 壁面
４４ｅ 底面
４４ｆ 隅部
４６ ポケット
Ｍ 外径側開口部幅

Claims (3)

1. 外周に軌道を有する内輪と、内周に軌道を有する外輪と、内輪の軌道と外輪の軌道との間に転動自在に配された複数の円筒ころと、円筒ころを円周方向で所定の間隔に保持する保持器とを備えた円筒ころ軸受において、
   前記保持器が、保持器柱部が円筒ころと接することにより半径方向が位置決めされる転動体案内形式で、かつ、円筒ころを保持器外径側から拘束する外径拘束形のかご形保持器であって、保持器柱部が円筒ころと接する点ところ中心とを結ぶ線分が、ころ中心と保持器中心とを結ぶ径方向に伸びる線に対してなす角度が６０°以上７２°以下の範囲内であることを特徴とする円筒ころ軸受。
2. 前記保持器が、軸方向に離間した互いに平行な一対の環状体と、前記一対の環状体を連結する複数の柱とで構成され、隣接する柱間に形成された各ポケットの円周方向に向かい合った壁面が円弧形状の断面を有し、前記壁面の曲率半径が円筒ころの半径よりも大きいことを特徴とする請求項１の円筒ころ軸受。
3. 保持器の柱の外径側に凹所が形成され、前記凹所の隅部から前記壁面までの最小肉厚寸法をＵとしたとき、ころ直径Ｄｗに対する最小肉厚寸法Ｕの比Ｕ／Ｄｗが０．０８≦Ｕ／Ｄｗ≦０．１２の範囲内に設定されていることを特徴とする請求項２の円筒ころ軸受。