JP2005090658A - 転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】微量潤滑環境下での保持器音の発生を抑制し、潤滑寿命を延長させると共に、トルク変動、軌道輪温度上昇、及び軌道面と玉の金属接触による面荒れ及び摩耗を防止する。
【解決手段】外周面に軌道面９を設けた内輪１と、内周面に軌道面１１を設けた外輪３と、これら内輪１と外輪３の軌道面９，１１間に転動自在に組み込まれた玉５とを備え、前記外輪３の内周面の片側には、軌道面１１につながる潤滑油貯留溝部２８を形成した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、オイルミストやオイルエア潤滑等の微量給油潤滑法が使われている工作機械主軸用アンギュラ玉軸受や、人工衛星のフライホイール用軸受等で軌道輪及び玉に塗布された微量な潤滑油、若しくは保持器等に含浸させた潤滑油のみで長期潤滑特性を得られる極微量潤滑等に使用されるアンギュラ玉軸受に関する。

従来、工作機械の主軸用軸受や人工衛星のフライホイール用軸受には、図１０乃至図１２に示すような精密級アンギュラ玉軸受が使用されている。図１０と図１１は、外輪１００の軌道面１０１の片側が、外輪端面に向かって内径寸法が大きくなるカウンターボア２００を形成しており、図１２は、内輪３００の軌道面３０１の片側が、内輪端面に向かって外径寸法が小さくなるカウンターボア２００を形成している。カウンターボア２００の目的は、軸受を組立てる際、カウンターボアを形成していない内輪又は外輪の軌道面に玉を全円周に渡って挿入した後、外輪のみ高周波加熱等を用いて適正な温度に加熱膨張させ、カウンターボアの傾斜側から外輪又は内輪を挿入することである。挿入後は、外輪が常温になり元の寸法に収縮するため、軸受は分解することはない。

工作機械主軸用軸受では、加工精度を向上させるために、主軸部の熱変形を最小限に抑えることが要求され、主軸用軸受の高速回転時の温度上昇を小さくすることが重要である。
そこで、給油量が、１時間当たり、０．１〜０．３ｃｍ^３以下のオイルミスト潤滑やオイルエア潤滑等の微量給油潤滑法が採用されている。
また、人工衛星のフライホール用軸受では、長期間（要求寿命約１５年）にわたるトルク安定性と超軽量の簡便な潤滑油供給機構が必要となる。
現在、綿布入りフェノール樹脂等多孔質の樹脂保持器を使用し、軌道輪及び玉に塗布した潤滑油、もしくは保持器にあらかじめ潤滑油を含浸させることのみで、長期の潤滑特性を満足させている。

ここで、アンギュラ玉軸受には種々の形状のものがあるが、上述のような高速回転用途や油の攪拌抵抗による昇温増加抑制及び動トルク安定性を確保するための微量給油法が採用される用途では、回転時の遠心力により内輪側の潤滑油が枯渇しやすいことを考えて、保持器被案内部の潤滑特性が良い、例えば図７や図８に示す外輪案内方式が多く採用されている。

特に、高速回転の場合には、図１２に示す形態が用いられる。
すなわち、高速回転の場合には、保持器のわずかなアンバランス成分等により、案内面の半径方向すきま量に影響され保持器が傾く場合があるため、案内面を軌道面の両側の外輪内径面に設けた形態が、軌道面の片側の外輪内径面のみに比べて、保持器の傾きを小さく抑えることができ、安定した高速回転特性を得ることが出来る。
そして、潤滑油の枯渇を防止し、長期に渡って潤滑性能を保持しようとする方策としては、グリース潤滑に限定したものが提供されている（例えば、特許文献１を参照）。
特願２００２−１２２１４９

前述の綿布入りフェノール樹脂製の保持器は、積層された綿布にフェノール樹脂を成形したもので、微細な孔が表面から内部に渡って形成されており、この部分に潤滑油を保持することができるため、微量潤滑法を用いた用途で潤滑安定性を確保でき、これらの用途での種々の実績がある。
しかし、このように、潤滑特性を配慮した構造や保持器材料を用いている反面、保持器の自励振動（いわゆるスティックスリップ現象）という課題を有している。すなわち、材料自身の特性として自励振動しやすい虞があり、主軸の回転精度や振動を抑えるため、あらかじめ軸受に予圧をかけた構造において、グリース潤滑等でちょう度の硬いグリースの使用やグリースの封入むら、あるいは余剰グリースの攪拌抵抗等で、各玉の公転速度相互差が発生し、保持器玉ポケットと玉との干渉や、保持器と案内部（外輪案内の場合、外輪内径面と保持器外径面間）との干渉で、保持器音が発生する虞がある。
この保持器音は、グリース潤滑だけでなく、前述のような微量潤滑条件でも発生が見られ、含浸後、保持器内部からの潤滑油の供給が多いフライホイールに組込み後の比較的早い時期に発生し易い。
また、工作機械主軸用で、オイルエア潤滑やオイルミスト潤滑等の微量給油潤滑法が使用されている場合でも、同様の問題が発生する。
さらに、このような保持器音の発生により、以下のような現象が発生する虞もあった。
１．トルク変動
２．軌道輪温度上昇
３．軌道面と玉の金属接触による面荒れ及び摩耗
なお、前述した、特許文献１に開示の発明は、グリース潤滑に限定しており、かつその効果は、グリースの軸受内部への保持による潤滑寿命向上を狙ったものであるが、油潤滑構造は言及しておらず、かつ保持器音の防止を狙ったものではない。

本発明は、従来技術の有するこのような課題を達成するためになされたもので、その目的とするところは、微量潤滑環境下での保持器音の発生を抑制し、潤滑寿命を延長させると共に、トルク変動、軌道輪温度上昇、及び軌道面と玉の金属接触による面荒れ及び摩耗を防止することにある。

上記課題を達成するために本発明がなした技術的手段は、外周面に軌道面を設けた内輪と、内周面に軌道面を設けた外輪と、これら内輪と外輪の軌道面間に転動自在に組み込まれた転動体とを備え、前記外輪の内周面の片側には、軌道面につながる潤滑油貯留溝部を形成したことを特徴とする。

前記転がり軸受には、円環状に形成されると共に、周方向に備えた複数個のポケットにより転動体を保持する保持器が組み込まれており、該保持器の外径側と内径側のいずれかには、外輪の内周面と内輪の外周面のいずれかの案内面に近接させて案内される被案内面が備えられ、被案内面には、その周方向の少なくとも一部に形成され、保持器端面とポケットを連結する切欠き溝を備えている。
この転がり軸受は、内輪、外輪及び転動体に塗布した微量の潤滑油と、保持器に含浸させた潤滑油のいずれか、もしくは両方によって潤滑される微量潤滑機構とする。
また前記転がり軸受の内輪は、例えばカウンターボアである。

潤滑に必要な箇所は、玉と内外輪との接触部、玉と保持器ポケット内の接触部及び保持器案内面である。これらの箇所の潤滑に必要な油は極わずかであるが、余剰の油が内外輪溝と玉間のすきまに存在する。この余剰油が玉が転がり運動をする際に玉表面に付着し攪拌抵抗になり玉の円滑な回転を阻害し、保持器の不安定な回転挙動につながり、玉及び外輪案内面との間に不安定な突っ張りが生じる。その結果、断続的な保持器の自励振動により保持器音が発生する。
本発明のように、玉と外輪が接触する側と反対側の軌道面につながる外輪内周面側に、潤滑油貯留溝部を設けると、余剰の油がこの潤滑油貯留溝部に排出されるため、攪拌抵抗がなくなり、保持器音の発生が防止できる。
また、逆にこの潤滑油貯留溝部は、余剰潤滑油保持溝として、潤滑油が必要とされる箇所との距離が近く（特に潤滑油の枯渇が問題とされる玉と外輪溝間ころがり接触部）、本箇所の油が不足した際の再補給溝としても作用し、特に潤滑油が枯渇しやすい軸受寿命期間の後半でその効果が期待できる。

以下、本発明の一実施形態を図に基づいて説明する。なお、本実施形態は本発明の一実施形態にすぎず、何等これらに限定して解釈されるものではなく、本発明の範囲内で設計変更可能である。以下に説明する実施例では、その仕様の一実施形態として、例えば人工衛星フライホイール主軸用軸受を挙げているが、本発明の範囲内で他の仕様形態に適用される。

本発明の実施例１を図１に基づいて説明する。
図１に示すように、転がり軸受は、外周面に軌道面９が形成された内輪１と、内周面に軌道面１１が形成された外輪３と、内輪１と外輪３の軌道面９，１１間に組み込まれる転動体である複数の玉５と、玉５を収容すると共に、玉相互間の間隔を保持する複数個のポケット１３を周方向に等間隔で設けた円環状の保持器７と、前記外輪３に設けた潤滑油貯留溝部２８を有して構成されているアンギュラ玉軸受である。

内輪１は、図１に示すように、略矩形の断面を有するリング状に形成されている。そして、内輪１の外周面の軸方向において中央部には、その周方向にわたって延在する溝状の軌道面９が形成されている。
そして、本実施形態では、例えば、外周面は、接触角が形成される方向と反対側に、外径が軸受端部に向かって小径となるいわゆるカウンターボア２７が設けられている。
すなわち、軌道面９の溝深さは他方に比べて浅く設定されている。また内輪１の内周面は、軸方向にわたって略一定の内径に形成され、この内径は、支持対象である軸の外径に応じて設定される。

一方、外輪３は、略矩形の断面を有するリング状に形成されて内輪１と略同心に配置され、その内周面の軸方向において中央部には、その周方向にわたって延在する溝状の軌道面１１が形成されている。
そして、本実施形態では、軌道面の両肩で保持器を案内するため、軌道面の両肩に案内面２５，２５を形成している。
また外輪３の外周面は、軸方向にわたって略一定の外径に形成され、この外径は、軸受を収容する支持対象である、例えばハウジングの内径に応じて設定される。
前記内外輪１，３の軌道面９，１１は、例えば、夫々玉５の表面に適合して形成された円弧状の溝断面を有する。
なお、内輪１と外輪３とは、軸方向の長さが略等しく、また、両端を略揃えて配置されている。
また、本実施例では、内外輪１，３と玉５との接触角が所定の角度で形成されている。

潤滑油貯留溝部２８は、玉５と外輪３が接触する側と反対側の軌道面、つまり、玉５と外輪軌道面１１の接触楕円部が確保できるように、外輪３の軌道面１１につながる外輪内周面の軌道面全円周にわたって同一溝深さで連続形成されている。

なお本実施例では、軌道面に沿った形で玉と同心円の円弧状に潤滑油貯留溝２８を形成しているが、余剰の油が排出され、かつ再補給溝として油を貯留可能とする溝形状・溝深さなどを有していればよく、特に潤滑油貯留溝部形状や溝部の深さは問わず、本発明の範囲内で設計変更可能である。

また、本実施例では、この潤滑油貯留溝部２８を、外輪内周面の軌道面全円周にわたって形成している形態を示すが、潤滑油貯留溝部２８は、前述の通り全円周にわたって形成されていなくとも良く、任意の箇所に形成するように断続形成してもよい。また、円周方向に一箇所のみでも本発明の範囲内である。
溝深さも円周方向に同一深さでもって形成されていなくともよく任意に設計変更可能である。

保持器７は、機械加工で製作された外輪両肩案内の綿布積層型フェノール樹脂製である。保持器７は、本実施形態では、外径側の周面である被案内面１５を、外輪３の内周面の一部で、かつ軌道面１１から外れた部分に形成した案内面２５に近接させることにより案内される。

保持器７は、例えば本実施形態では、矩形断面を有する円環状（リング状）に形成されている。保持器７の軸方向長さは、内輪１及び外輪３の軸方向長さよりも短く、その結果保持器７は、軸受の両端面において、内輪１及び外輪３の端面から奥まって組み込まれている。
そして、保持器７の内径面から外径面まで貫通して、その内部に玉５を収容する複数個のポケット１３が形成されている。
ポケット１３は、保持器７の周方向にわたって、玉５の個数に応じて複数個形成され、これによって各玉列の周方向における間隔を規制している。
また、本実施形態のポケット１３は、例えば保持器７をその径方向外側からみたときに円形に形成されている。
この保持器７は、内輪１の外周面と外輪３の内周面との間に挟まれて配置され、内輪１および外輪３と略同心に配置されている。

潤滑は、軌道輪１，３及び玉５に塗布した微量の潤滑油と、保持器７に含浸された潤滑油の双方にて行なわれる。
保持器７は、真空条件及び大気条件において油中に浸すことによって含浸処理が行われ、含浸量の制御は浸漬時間によって制御している。
また含浸において飽和前の状態で使用した場合、外輪３、内輪１及び玉５に塗布した潤滑油が保持器７に吸収され、軌道面が潤滑不良となり、摩耗及び焼付けに至る可能性があるため、含浸は飽和させることが必須である。

潤滑油における基油の種類としては、エステル系、エーテル系、弗素系、シリコーン系、合成炭化水素系のどれを用いても構わない。弗素化ポリマー油、弗化ポリエーテル油、アルキルジフェニルエーテル油、ポリフェニルエーテル油、ポリオールエステル油、ポリアルファオレフィン油等、またはそれらの混合油を用いても構わない。人工衛星姿勢制御フライホイール用軸受は、ノーメンテナンスのため、主として、組込時に外輪、内輪及び玉に塗布した潤滑油を用いて長期にわたり潤滑を行うことから、低蒸気圧であり、耐熱性、耐薬品性、耐溶剤性に優れ、アウトガスの発生が少ない潤滑油を用いるとよい。例えば合成炭化水素が好適であり、特にアルキル化したシクロペンタン系油が有効である。

本実施例の転がり軸受を回転させると、軸受の回転による遠心力効果により、保持器７表面から潤滑油が滲み出る。
保持器７表面から滲み出た潤滑油は、次のいずれかの移動をする。
１．玉５表面に付着→ころがり接触部を含む玉５と内外輪軌道面９，１１間のすきま→保持器案内面（保持器７外径と外輪３内径のすきま）→軸受端面
２．ころがり接触部を含む玉５と内外輪軌道面９，１１間のすきま→保持器案内面（保持器７外径と外輪３内径のすきま）→軸受端面
３．保持器案内面に付着→ころがり接触部を含む玉５と内外輪軌道面９，１１間のすきま→軸受端面
４．保持器案内面に付着→軸受端面

本発明の実施例２を図２に基づいて説明する。
本実施例では、外輪３の内周面に設けた潤滑油貯留溝部２８が、図２に示すような適正なＲをもち、Ｒ中心が軌道面１１の曲率中心や玉５の曲率中心に対してオフセットされた形状である。その他の構成は実施例１の説明を援用し、ここでの説明は省略する。本実施例によっても前述した実施例１と同様の作用効果を奏する。

本発明の実施例３を図３乃至図５に基づいて説明する。
本実施例は、保持器被案内面１５において、玉５を保持するポケット１３と保持器端面２３との間を接続する深さＥ１、幅２Ｂ２（２×Ｂ２）の円弧形状を持った切欠き溝（凹状スキャロップ溝）２１が設けられている。その他の構成は実施例１の説明を援用し、ここでの説明は省略する。

切欠き溝（凹状スキャロップ溝）２１は、本実施形態では、周方向に設けられている各ポケット１３の両側にて、ポケット１３と保持器端面２３との間を連続する深さＥ１で、幅２Ｂ２（２×Ｂ２）の円弧形状を持って夫々の被案内面１５に設けられている。
また、切欠き溝２１は、本実施形態によれば、ポケット１３の軸方向左右両側にて、ポケット１３と保持器端面２３とを連通させて備えられているため、余分な油を最も排出しやすいが、被案内面１５の周方向に少なくとも一箇所設けられていればよく、また、その配設箇所も特に限定はされず、本発明の範囲内で設計変更可能である。
前記切欠き溝２１の深さＥ１、幅２Ｂ２（２×Ｂ２）の値は特に指定しないが、余分な潤滑油を排出しやすくするために、０．２９≦Ｅ１／Ｂ２≦０．８８を満たすことが好ましい。

本実施形態の転がり軸受を回転させると、外輪３、内輪１及び玉５に塗布した油、また保持器７に含浸された油は、接触部の油膜形成に必要な量で潤滑され、余分な油は、遠心力により外輪３側へ移動し、潤滑油貯留溝部２８に移動し、更に余分な油については、外輪３の案内面２５に面する保持器被案内面１５に切欠き溝（凹状スキャロップ溝）２１があるため、その空間から軸受外部に排出され、軌道面１１に戻りにくいことから、短時間で低トルクになるとともに、トルク変動を抑制することが可能となる。
なお、この保持器７構成を実施例２に採用することは可能である。

なお、本発明は、保持器の案内形式は限定せず、外輪の内径面で案内する外輪案内する外輪案内形式、内輪の外径面で案内する内輪案内形式、もしくは玉で案内する玉案内形式のいずれかを用いても構わない。なお、内輪案内形式の場合、被案内部、切欠き溝及び周方向凹部は、夫々保持器の内径側に設けるものとする。
また、外輪固定の内輪回転、内輪固定の外輪回転のいずれにも適用可能である。
さらに、軌道輪にカウンターボアを形成しない形態であってもよく、また外輪内径にカウンターボアを形成する形態や外輪内径と内輪外径の双方にカウンターボアを形成する形態であってもよい。

本発明の実施例４を図６、図７に基づいて説明する。
本実施例では、保持器７外周面にて、周方向全周にわたって幅Ｂ１を持って連続する周方向凹部１９が設けられている。本周方向凹部を設けたことにより、保持器７の被案内部が、外輪３の案内面側の軌道面端部と接触しないようにし、エッジロードを防止することができる。その他の構成は実施例１の説明を援用し、ここでの説明は省略する。

本発明の実施例５を図８、図９に基づいて説明する。
本実施例では、外輪３の片側案内形式とする実施の一例を挙げる。
例えば、外輪３は、その負荷にカウンターボアを設けている。従って、本実施例５では肩おとし内輪と肩おとし外輪により構成されている。
保持器７は、少なくとも外輪３の案内面に近接して案内される被案内部を外径面の片側のみ設けると共に、被案内部の表面の直径よりも底部（表面）の直径を小さくした段差状の周方向凹部１９を円周方向全周にわたって設けている。その他の構成及び効果は実施例４の説明を援用し、ここでの説明は省略する。

本発明の実施例１を一部省略して示す概略断面図。 本発明の実施例２を一部省略して示す概略断面図。 本発明の実施例３を一部省略して示す概略断面図。 実施例３の保持器を示し、（ａ）は一部省略して示す平面図、（ｂ）は一部省略して示す側面図。 実施例３の保持器を示し、（ａ）は一部省略して示す縦断正面図、（ｂ）は一部省略して示す縦断側面図。 実施例４の保持器を示し、（ａ）は一部省略して示す平面図、（ｂ）は一部省略して示す側面図。 実施例４の保持器を示し、（ａ）は一部省略して示す縦断正面図、（ｂ）は一部省略して示す縦断側面図。 実施例５の保持器を示し、（ａ）は一部省略して示す平面図、（ｂ）は一部省略して示す側面図。 実施例５の保持器を示し、（ａ）は一部省略して示す縦断正面図、（ｂ）は一部省略して示す縦断側面図。 従来技術を示す概略断面図。 従来技術を示す概略断面図。 従来技術を示す概略断面図。

符号の説明

１：内輪
３：外輪
５：転動体
７：保持器
１５：保持器被案内面
２１：切欠き溝（凹状スキャロップ溝）
２３：保持器端面
２５：案内面
２８：潤滑油貯留溝部

Claims (4)

1. 外周面に軌道面を設けた内輪と、内周面に軌道面を設けた外輪と、これら内輪と外輪の軌道面間に転動自在に組み込まれた転動体とを備え、
   前記外輪の内周面の片側には、軌道面につながる潤滑油貯留溝部を形成したことを特徴とする転がり軸受。
2. 円環状に形成されると共に、周方向に備えた複数個のポケットにより転動体を保持する保持器が組み込まれ、
   該保持器の外径側と内径側のいずれかには、外輪の内周面と内輪の外周面のいずれかの案内面に近接させて案内される被案内面が備えられ、
   被案内面には、その周方向の少なくとも一部に形成され、保持器端面とポケットを連結する切欠き溝を備えていることを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受。
3. 内輪、外輪及び転動体に塗布した微量の潤滑油と、
   保持器に含浸させた潤滑油のいずれか、もしくは両方によって潤滑される微量潤滑であることを特徴とする請求項１又は２のいずれかに記載の転がり軸受。
4. 内輪がカウンターボアであることを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の転がり軸受。
   

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