JP2006200571A

JP2006200571A - 総転動体軸受

Info

Publication number: JP2006200571A
Application number: JP2005010393A
Authority: JP
Inventors: Manda Noda; 万朶野田
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2005-01-18
Filing date: 2005-01-18
Publication date: 2006-08-03

Abstract

【課題】金属製の各玉５ｂ、５ｂ同士の間にセラミックス製の各玉５ａ、５ａを配置する事により、これら各玉５ａ、５ｂ同士の接触部で異常摩耗や焼付きが生じる事を有効に防止できる構造に関し、負荷容量が低下する事を防止できる構造を実現する。
【解決手段】上記金属製の各玉５ｂ、５ｂ直径Ｄ_5bを、上記セラミック製の各玉５ａ、５ａの直径ｄ_5aよりも僅かに大きくする。これにより、上記金属製の各玉５ｂ、５ｂと上記セラミック製の各玉５ａ、５ａとで、互いの荷重分担（負荷荷重を受ける割合）を等しくする。この様な構成を採用する事により、上記課題を解決する。
【選択図】図１

Description

この発明は、総玉軸受や総ころ軸受等の総転動体軸受の改良に関する。

図２〜３は、総転動体軸受の一種である、総玉軸受の従来構造の１例を示している。この総玉軸受は、内周面にアンギュラ型の外輪軌道１を有する外輪２と、外周面に深溝型の内輪軌道３を有する内輪４と、これら外輪軌道１と内輪軌道３との間に保持器により保持される事なく転動自在に設けられた複数個の玉５、５とから成る。尚、これら外輪２、内輪４、各玉５、５は、それぞれ軸受鋼等の金属製である。この様な総玉軸受は、上記保持器を備えない分、円周方向に関する上記各玉５、５同士の間隔を詰めて、これら各玉５、５の総数を多くする事により、これら各玉５、５に加わる負荷荷重を低減させている。従って、この様に各玉５、５に加わる負荷荷重を低減させた分、上記総玉軸受の場合には、保持器を備えた玉軸受の場合よりも、負荷容量を大きくできる。

ところが、この様な総玉軸受の場合、上述の様に各玉５、５を保持器により保持していない為、運転中、円周方向に隣り合う各玉５、５の転動面同士が互いに接触する（擦れ合う）場合がある。この様に接触した場合に、これら両転動面の運動方向は、図３に矢印で示す様に互いに逆になる為、これら両転動面同士の接触部には、高速度の滑りが生じる。そして、上記各玉５、５は総て軸受鋼等の金属製である為、上記両転動面同士の接触部で、同種金属面同士の滑り接触による異常摩耗や焼付きが生じ易くなる。

この様な事情に鑑み、特許文献１には、総玉軸受を構成する複数個の玉を、総てセラミックス製とする発明が記載されている。この様な総玉軸受の場合には、上記各玉の転動面の耐摩耗性及び耐焼付き性を十分に確保できる為、運転時に、これら各玉の転動面同士の接触部で異常摩耗や焼付きが生じる事を有効に防止できる。ところが、セラミックス材料は軸受鋼に比べて高価な材料である為、上述の様に総ての玉をセラミックス製とすると、コストが大幅に高くなる。

これに対し、特許文献２には、例えば図４に示す様に、総玉軸受を構成する複数個の玉５、５ａのうち、一部の玉５ａ、５ａのみをセラミックス製とすると共に、残りの玉５、５を軸受鋼製とし、且つ、これら軸受鋼製の各玉５、５同士が円周方向に関して互いに隣り合わない様に、上記複数個の玉５、５ａの配置の仕方を規制する発明が記載されている。この為に、図示の例では、セラミックス製の玉５ａと軸受鋼製の玉５とを、円周方向に関して交互に配置している。この様な総玉軸受の場合には、軸受鋼製の各玉５、５の転動面同士が滑り接触する事を防止できる為、これら軸受鋼製の各玉５、５の転動面同士の接触部で異常摩耗や焼付きが生じる事を有効に防止できる。セラミック製の各玉５ａ、５ａの耐摩耗性及び耐焼き付き性に就いては、軸受鋼製の各玉５、５に比べて遥かに高い為、特に考慮する必要はない。又、一部の玉５ａ、５ａのみをセラミックス製とし、残りの玉５、５を軸受鋼製としている為、総ての玉をセラミックス製とした総玉軸受に比べて、コストを抑える事ができる。

上述の様な特許文献２に記載された総玉軸受の場合、軸受鋼製の各玉５、５の直径とセラミックス製の各玉５ａ、５ａの直径とに就いて特に考慮しない（一般的な玉軸受と同様に、総ての玉５、５ａの直径を同じとする前提で考えられている）。ところが、各玉５、５ａの直径を互いに等しくすると、次の様な不都合を生じる。即ち、セラミックス製の玉５ａは、軸受鋼製の玉５に比べて、縦弾性係数が高い。この為、外輪軌道１と内輪軌道３との間で上記各玉５、５ａに同じ大きさの負荷荷重を加えると、これら外輪、内輪各軌道１、３に対する上記各玉５、５ａの接触部の弾性変形量は、セラミックス製の玉５ａの方が、軸受鋼製の玉５よりも少なくなる。従って、軸受鋼製の各玉５、５の直径とセラミックス製の各玉５ａ、５ａの直径とを互いに等しくすると、上記総玉軸受の運転時に、セラミックス製の各玉５ａ、５ａの方が、軸受鋼製の各玉５、５よりも、多くの負荷荷重を受ける事になる。言い換えれば、セラミックス製の各玉５ａ、５ａと軸受鋼製の各玉５、５とで、荷重分担が不均一になる。この結果、上記総玉軸受の負荷容量が減少する。

一方、前述した様に、保持器を備えた玉軸受の構成を採用せず、保持器を備えない総玉軸受の構成を採用する最大の目的は、保持器を備えない分、玉の総数を多くして、これら各玉に加わる負荷荷重を低減する事により、軸受の負荷容量を増大させる事にある。従って、上述の様に総玉軸受の負荷容量が減少したのでは、この総玉軸受の構成を採用した事による負荷容量増大の効果を十分に得られなくなる為、好ましくない。

尚、特許文献３にも、総玉軸受を構成する複数個の玉のうちの一部の玉をセラミックス製とする発明が記載されているが、この様な総玉軸受の場合も、上述した特許文献２に記載された総玉軸受の場合と同様の不都合を生じる。

特開平１−１５９４１９号公報実開平４−９７１１５号公報特開平８−２１０３５８号公報

本発明の総転動体軸受は、上述の様な事情に鑑み、各転動体の転動面同士の滑り接触部で異常摩耗や焼付きが生じる事を有効に防止でき、しかも負荷容量を十分に確保できる構造を実現すべく発明したものである。

本発明の総転動体軸受は、内周面に外輪軌道を有する外輪と、外周面に内輪軌道を有する内輪と、これら外輪軌道と内輪軌道との間に保持器により保持される事なく転動自在に設けられた、それぞれが金属（例えば軸受鋼、或はステンレス鋼）製又はセラミックス（例えば、窒化珪素、炭化珪素、ジルコニア、アルミナ）製である複数個の転動体とを備える。そして、これら各金属製転動体と各セラミックス製転動体とのうち、各金属製転動体同士が円周方向に関して互いに隣り合わない様に、上記複数個の転動体の配置の仕方を規制している。
特に、本発明の総転動体軸受に於いては、上記各金属製転動体の転動面の直径を、上記各セラミックス製転動体の転動面の直径よりも大きくしている。

上述の様に、本発明の総転動体軸受の場合には、各金属製転動体の転動面の直径を、各セラミックス製転動体の転動面の直径よりも大きくしている。この為、この様に直径を大きくする割合を調節する事により、上記各金属製転動体と上記各セラミックス製転動体とで、互いの荷重分担（負荷荷重を受ける割合）を等しくする事ができる。この結果、総転動体軸受の負荷容量が低下する事を防止でき、総転動体軸受の構成を採用した事による負荷容量増大の効果を十分に得られる。

本発明の総転動体軸受は、例えば請求項２に記載した様に、複数個の転動体をそれぞれ玉とした、総玉軸受として実施しても良いし、或は請求項３に記載した様に、複数個の転動体をそれぞれころ｛円筒ころ（ニードルを含む）、円すいころ、球面ころ等｝とした、総ころ軸受として実施しても良い。

又、本発明を実施する場合、各金属製転動体同士が円周方向に関して互いに隣り合わない様に、複数個の転動体を配置するには、上記各金属製転動体同士の間にそれぞれセラミックス製転動体を少なくとも１個ずつ配置すれば良い。例えば、転動体の総数が偶数個である場合には、金属製転動体とセラミックス製転動体とを円周方向に関して交互に配置する事により、当該目的を達成できる。又、転動体の総数が奇数個である場合には、円周方向の１個所でのみ２個のセラミックス製転動体を互いに隣接して配置すると共に、その他の部分で金属製転動体とセラミックス製転動体とを円周方向に関して交互に配置する事により、当該目的を達成できる。

又、本発明を実施する場合、外輪、内輪、及び各金属製転動体を構成する金属として、それぞれステンレス鋼を採用すれば、耐食性が要求される腐食雰囲気等の特殊環境で使用する場合に、優れた耐食性能を発揮できる。

本発明の効果を確認する為に行なった計算に就いて、図１に示した総玉軸受を参照しつつ説明する。尚、この図１に示した総玉軸受の基本構成は、前述の図４に示した総玉軸受の場合とほぼ同様である為、重複する説明は省略若しくは簡略にし、以下、本実施例の内容を中心に説明する。

本実施例の計算を行なう為に設定した条件は、以下の通りである。
外輪２の外径Ｄ₂ ：３０ｍｍ
内輪４の内径ｄ₄ ：１０ｍｍ
玉５ａ、５ｂの総数：１２個
セラミックス製の玉５ａの直径ｄ_5a：約４．７６ｍｍ
玉５ａを造る為のセラミックス材：窒化珪素
玉５ｂを造る為の軸受鋼：ＳＵＪ２
外輪２及び内輪４を造る為の軸受鋼：ＳＵＪ２

又、本実施例では、総玉軸受の負荷容量を検討する為の指標として、この総玉軸受の基本静定格荷重を用いる事とした。基本静定格荷重は、外輪、内輪各軌道１、３の母線形状の曲率半径等（軌道溝仕様）の影響を受けるが、本実施例では、市販されているごく一般的な玉軸受の軌道溝仕様を想定して、上記基本静定格荷重の計算を行なった。

この結果、先ず、軸受鋼製の各玉５ｂ、５ｂの直径Ｄ_5bをセラミックス製の各玉５ａ、５ａの直径ｄ_5aと等しく（Ｄ_5b＝ｄ_5a）した場合には、上記総玉軸受の基本静定格荷重が３３８０Ｎとなった。これに対し、軸受鋼製の各玉５ｂ、５ｂの直径Ｄ_5bをセラミック製の各玉５ａ、５ａの直径ｄ_5aよりも２μｍだけ大きく（Ｄ_5b＞ｄ_5a）した場合には、上記総玉軸受の基本静定格荷重が３５８３Ｎと、大きくなった。この値は、総ての玉を軸受鋼製とし、且つ、これら各玉の直径を総て等しくした総玉軸受の基本静定格荷重である、３５８８Ｎに非常に近い値である。

従って、この様な本実施例の計算結果より、本発明によれば、軸受鋼製の各玉５ｂ、５ｂとセラミックス製の各玉５ａ、５ａとで互いの荷重分担（負荷荷重を受ける割合）を等しくする事ができ、この結果、総玉軸受の負荷容量が低下するのを防止できる事が分かった。

尚、本発明の実用に際し、セラミックス製の転動体の転動面の直径に対して、金属製の転動体の転動面の直径をどの程度大きくするかは、対象となる総転動体軸受の各部分の寸法や材質、支承しようとするラジアル荷重の大きさ等の諸条件によりそれぞれ異なるが、何れの場合でも、金属製の転動体とセラミックス製の転動体とで互いの荷重分担が等しくなる様に（全転動体荷重の均一化を図れる様に）する事を念頭に計算を行なえば、最適な大きさを決定する事ができる。

尚、複列転がり軸受に本発明を適用する場合には、両転動体列に対して本発明の寸法関係を採用できる事は勿論、何れか一方の転動体列（例えば、荷重条件が比較的厳しい転動体列）に対してのみ本発明の寸法関係を採用しても良い。

本発明の実施例を示す、図２のＡ−Ａ断面に相当する図。総転動体軸受の従来構造の第１例を示す断面図。図２のＡ−Ａ断面図。総転動体軸受の従来構造の第２例を示す、図３と同様の図。

符号の説明

１外輪軌道
２外輪
３内輪軌道
４内輪
５、５ａ、５ｂ玉

Claims

内周面に外輪軌道を有する外輪と、外周面に内輪軌道を有する内輪と、これら外輪軌道と内輪軌道との間に保持器により保持する事なく転動自在に設けられた、それぞれが金属製又はセラミックス製である複数個の転動体とを備え、これら各金属製転動体と各セラミックス製転動体とのうち、各金属製転動体同士が円周方向に関して互いに隣り合わない様に、上記複数個の転動体の配置の仕方を規制している総転動体軸受に於いて、上記各金属製転動体の転動面の直径を上記各セラミックス製転動体の転動面の直径よりも大きくしている事を特徴とする総転動体軸受。
複数個の転動体がそれぞれ玉である、請求項１に記載した総転動体軸受。
複数個の転動体がそれぞれころである、請求項１に記載した総転動体軸受。