JP2008128448A - タンデム型複列アンギュラ玉軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】負荷容量を下げることなく、コンパクト化を達成でき、軸方向にコンパクトな設計が可能なタンデム型複列アンギュラ玉軸受を提供する。
【解決手段】複列の軌道面１１ａ、１１ｂを有する内輪１２と、内輪１２の軌道面１１ａ、１１ｂと対応する複列の軌道面を有する外輪１４と、内輪１２および外輪１４の各列の軌道面１１ａ、１１ｂ、１３ａ、１３ｂ間に、それぞれ異なるピッチ円直径をもって介装される複列の玉群１５、１６とを備えたタンデム型複列アンギュラ玉軸受である。大径側の玉群１５の各ボール２７の球径と、小径側の玉群１６の各ボール２８の球径とを一致させるとともに、大径側のボール接触角余弦成分とピッチ円直径との比と、小径側のボール接触角余弦成分とピッチ円直径との比とをほぼ等しく設定した。
【選択図】図１

Description

本発明は、タンデム型複列アンギュラ玉軸受に関する。

軸受には、ラジアル荷重と一方向のアキシアル荷重を負荷することができるアンギュラ玉軸受がある。アンギュラ玉軸受は玉（ボール）と内輪・外輪とは接触角をもっており、接触角が大きくなるほどアキシアル荷重の負荷能力が大きくなり、接触角が小さいほど、高速回転に有利となる。

ところで、転がり抵抗を低減するために、円すいころ軸受に代わって複列アンギュラ玉軸受（タンデム型）が使用される場合がある（特許文献１）。なお、複列アンギュラ玉軸受とは、単列アンギュラ玉軸受の内輪、外輪をそれぞれ一体にした構造で、両方向のアキシアル荷重を負荷することができ、しかも、 モーメント荷重に対する負荷能力がある軸受である。

タンデム型複列アンギュラ玉軸受は、図４に示すように、複列の軌道面１ａ、１ｂを有する内輪２と、この内輪２の軌道面１ａ、１ｂと対応する複列の軌道面３ａ、３ｂを有する外輪４と、内輪２および外輪４の各列の軌道面１ａ、１ｂ、３ａ、３ｂ間に介装される複列の玉群５、６とを備える。複列の玉群５、６は、それぞれ異なるピッチ円直径をもっている。また、各玉群５、６のボール７，８は内輪２と外輪４との間に配置される保持器９，１０に保持されている。
特開２００４−１８３７４５号公報

しかしながら、タンデム型複列アンギュラ玉軸受においては、大径側と小径側とで内部諸元が異なると、保持器の回転速度も異なる。このため、保持器同士が接触するような状態では円滑な転がり運動が阻害され、ひいては発熱や摩耗といった不具合の発生が懸念される。

一般に、保持器の回転速度は次の数１で表される。このため、２個の同一の単列アンギュラ玉軸受を組み合わせて配置すると、保持器の相対回転速度は零となり、保持器同士が接触しても転がり運動にて影響を及ぼさない。しかしながら、現行の単列アンギュラ玉軸受では図３の如く、鋼球径（ボール球径）と軸受幅の比率には限界（略０．７５）がある。このため、２個の単列アンギュラ玉軸受をタンデムに組み合わせてなる軸受装置では総幅寸法が自ずから決まり、負荷容量を下げることなく、コンパクト化を達成することが困難であった。なお、数１の転動体直径とは、ボール（鋼球）の球径を示している。

本発明は、上記課題に鑑みて、負荷容量を下げることなく、コンパクト化を達成でき、軸方向にコンパクトな設計が可能なタンデム型複列アンギュラ玉軸受を提供する。

本発明のタンデム型複列アンギュラ玉軸受は、複列の軌道面を有する内輪と、この内輪の軌道面と対応する複列の軌道面を有する外輪と、内輪および外輪の各列の軌道面間に、それぞれ異なるピッチ円直径をもって介装される複列の玉群とを備えたタンデム型複列アンギュラ玉軸受において、大径側の玉群の各ボールの球径と、小径側の玉群の各ボールの球径とを一致させるとともに、大径側のボール接触角余弦成分とピッチ円直径との比と、小径側のボール接触角余弦成分とピッチ円直径との比とをほぼ等しく設定したものである。

本発明のタンデム型複列アンギュラ玉軸受によれば、大径側のボールの球径と小径側のボールの球径を同一にし、かつ大径側の接触角余弦成分とピッチ円直径（ＰＣＤ）との比と、小径側軸受の接触角余弦成分とピッチ円直径（ＰＣＤ）との比とを略等しく設定しているので、大径側軸受の保持器回転数と小径側軸受の保持器回転数は略等しくなる。このため、保持器同士が接触しても円滑な転がり運動が妨げられることはない。

軸受幅寸法に対する大径側のボールの球径と小径側のボールの球径との和の比率が、０．７５以上とするのが好ましい。このように設定することによって、負荷容量を下げることなく幅寸法を小さくすることができる。

本発明では、大径側の保持器回転数と小径側の保持器回転数は略等しくなるので、保持器同士が接触しても円滑な転がり運動が妨げられることはない。このため、保持器同士が接触した状態の軸受を構成することができて、軸方向長さのコンパクト化を図ることができる。

負荷容量を下げることなく幅寸法を小さくすることができ、装置全体が軸方向にコンパクトな設計が可能となる。

以下本発明の実施の形態を図１と図２とに基づいて説明する。

図１に第１実施形態のタンデム型複列アンギュラ玉軸受を示し、このタンデム型複列アンギュラ玉軸受は、複列の軌道面１１ａ、１１ｂを有する内輪１２と、この内輪１２の軌道面１１ａ、１１ｂと対応する複列の軌道面１３ａ、１３ｂを有する外輪１４と、内輪１２および外輪１４の各列の軌道面１１ａ、１１ｂ、１３ａ、１３ｂ間に介装される複列の玉群１５、１６とを備える。玉群１５、１６はそれぞれ異なるピッチ円直径Ｄ１、Ｄ２をもっている。この場合、Ｄ１＞Ｄ２とされる。

内輪１２は、その外径面に第１切欠部２１が形成されるとともに、この第１切欠部２１に第２切欠部２２が形成される。そして、第１切欠部２１の第２切欠部側の端部が前記軌道面１１ａとされ、第２切欠部２２が前記軌道面１１ｂとされる。また、第１切欠部２１の第２切欠部２２側には、周方向溝２３が形成されている。

外輪１４は、その内径面に第１切欠部２４が形成されるとともに、この第１切欠部２４に第２切欠部２５が形成される。第１切欠部２４の第２切欠部側の端部が前記軌道面１３ａとされ、第２切欠部２５が前記軌道面１３ｂとされる。

玉群１５、１６はそれぞれ保持器１９、２０にて保持される。保持器１９、２０は鉄板保持器（金属板を打ち抜いて形成されたもの）であり、平板リング状の基部３０と、この基部３０の外径側から拡径するように延びる周壁３１とを備え、周壁３１に周方向に沿って所定ピッチで配設されるポケット３２が形成されている。各保持器１９、２０のポケット３２には、それぞれ玉群１５、１６を構成するボール２７，２８が保持される。なお、大径側の保持器１９は、その基部３０が内輪１２の周方向溝２３に対応している。

金属板としては、冷間圧延鋼板（ＳＰＣ）や熱間圧延軟鋼板（ＳＰＨ）等の圧延鋼板、及びばね鋼等を使用することができる。また、冷間圧延鋼板（ＳＰＣ）や熱間圧延軟鋼板（ＳＰＨ）であれば、その表面に浸炭窒化処理やガス軟窒化処理等の表面硬化処理を施すのが好ましい。

大径側の玉群１５の各ボール２７の球径ｄ１と、小径側の玉群１６の各ボール２８の球径ｄ２とを一致させる。大径側のボール接触角α１余弦成分とピッチ円直径Ｄ１との比と、小径側のボール接触角α２余弦成分とピッチ円直径Ｄ２との比とをほぼ等しく設定する。Ｄ１＞Ｄ２であるとともに、α１＜α２であるので、このような設定が可能である。

また、軸受幅寸法Ｂに対する大径側のボール２７の球径ｄ１と小径側のボール２８の球径ｄ２との和の比率を、０．７５以上とする。

本発明では、大径側の鋼球径（ボール２７の球径ｄ１）と小径側の鋼球径（ボール２８の球径ｄ２）とを同一にし、かつ大径側の接触角余弦成分ｃｏｓα１とＰＣＤ（ピッチ円直径）Ｄ１との比と、小径側の接触角余弦成分ｃｏｓα２とＰＣＤ（ピッチ円直径）Ｄ２との比とを略等しい設定しているので、大径側の保持器１９の回転数と小径側の保持器２０の回転数は略等しくなる。回転数が略等しいとは、差が１０％以下の範囲でもって差があってもよいということである。このため、大径側の接触角余弦成分ｃｏｓα１とピッチ円直径Ｄ１との比と、小径側の接触角余弦成分ｃｏｓα２とピッチ円直径Ｄ２との比とが略等しいとは、回転数の差が１０％以下となるような比の差があってもよいということである。

このため、保持器１９、２０同士が接触しても円滑な転がり運動が妨げられることはない。したがって、保持器１９、２０同士が接触した状態の軸受を構成することができて、軸方向長さのコンパクト化を図ることができる。なお、回転数の差としては無いのが好ましいが、１０％以下であれば、保持器同士が接触しても円滑な転がり運動が妨げられることはない。しかも、回転数の差を無くすように構成するには製造上困難性を有し、ある程度の差を有するものの方が製造しやすい利点がある。公転回転数の差が１０％を越えれば、円滑な転がり運動が妨げられるおそれがある。

また、軸受幅寸法Ｂに対する大径側のボール２７の球径ｄ１と小径側のボール２８の球径ｄ２との和の比率を、０．７５以上とするのが好ましい。このように設定することによって、負荷容量を下げることなく幅寸法を小さくすることができる。このため、装置全体が軸方向にコンパクトな設計が可能となる。これに対して、前記比率が０．７５未満であれば、軸方向にコンパクト化を図ることができない。

保持器１９、２０を鉄板製とすることによって、保持器の剛性を高めることができ、長期に亘って安定してボール２７、２８を保持することができる。しかも、耐油性に優れ、油への浸漬による材質劣化を防止できる。

次に、図２は他の実施形態を示し、この場合、保持器１９，２０を樹脂保持器としている。樹脂としてはエンジニアリングプラスチックが好ましい。ここで、エンジニアリングプラスチックとは、合成樹脂のなかで主に耐熱性が優れ、強度が必要とされる分野に使うことができるものであって、エンプラと略される。また、エンジニアリングプラスチックは、汎用エンジニアリングプラスチックとスーパーエンジニアリングプラスチックとがあり、この保持器１９，２０に用いるエンジニアリングプラスチックには両者を含む。以下に代表的なものを掲げる。なお、これらはエンジニアリングプラスチックの例示であって、エンジニアリングプラスチックが以下のものに限定されるものではない。また、この樹脂保持器１９，２０では、例えば射出成形にて形成することができる。

汎用エンジニアリングプラスチックには、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアミド６（ＰＡ６）、ポリアミド６６（ＰＡ６６）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、変性ポリフェニレンエーテル（ｍ−ＰＰＥ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）、ＧＦ強化ポリエチレンテレフタレート（ＧＦ−ＰＥＴ）、超高分子量ポリエチレン（ＵＨＭＷ−ＰＥ）等がある。また、スーパーエンジニアリングプラスチックには、ポリサルホン（ＰＳＦ）、ポリエーテルサルホン（ＰＥＳ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、液晶ポリマー（ＬＣＰ）、熱可塑性ポリイミド（ＴＰＩ）、ポリベンズイミダゾール（ＰＢＩ）、ポリメチルベンテン（ＴＰＸ）、ポリ１，４−シクロヘキサンジメチレンテレフタレート（ＰＣＴ）、ポリアミド４６（ＰＡ４６）、ポリアミド６Ｔ（ＰＡ６Ｔ）、ポリアミド９Ｔ（ＰＡ９Ｔ）、ポリアミド１１，１２ （ＰＡ１１，１２）、フッ素樹脂、ポリフタルアミド（ＰＰＡ）等がある。

大径側の保持器１９は、周方向に沿って所定ピッチでポケット４０が形成された短円筒体からなり、小径側の保持器２０は、周方向に沿って所定ピッチでポケット４１が形成された短円筒状の本体部４２と、この本体部４２の大径側端に設けられる内鍔部４３とを備える。内鍔部４３が内輪１２の周方向溝２３に嵌合している。

この図２に示すタンデム型複列アンギュラ玉軸受であっても、大径側の玉群１５の各ボール２７の球径ｄ１と、小径側の玉群１６の各ボール２８の球径ｄ２とを一致させるとともに、大径側のボール接触角余弦成分とピッチ円直径Ｄ１との比と、小径側のボール接触角余弦成分とピッチ円直径Ｄ２との比とをほぼ等しく設定する。さらには、軸受幅寸法Ｂに対する大径側のボール２７の球径ｄ１と小径側のボール２８の球径ｄ２との和の比率を、０．７５以上とする。

図２において、他の構成は図１に示す軸受と同一構成であるので、図１と同一符号を付してその説明を省略する。

このため、図２に示すタンデム型複列アンギュラ玉軸受であっても、図１に示すタンデム型複列アンギュラ玉軸受と同様の作用効果を奏する。特に、保持器１９，２０を樹脂保持器としているので、重量が軽く摩擦係数が小さいため、軸受起動時のトルク損失や保持器摩耗の低減に好適となる。特に、樹脂保持器では、射出成形で形成することができるので、特異形状の保持器でも製作し易い利点がある。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、玉群１５，１６のボール２７、２８の数、球径等は、同一球径であれば、任意に変更できる。また、接触角としても、任意に設定できる。なお、このタンデム型複列アンギュラ玉軸受は、負荷容量を下げることなく、コンパクト化を達成できるものであるので、種々の機械、装置、工具等に使用することができる。玉群１５、１６の各ピッチ円直径Ｄ１、Ｄ２の差も、使用する機械、装置、工具等に応じて種々変更できる。

次に実施例を示す。表１に示す寸法のタンデム型複列アンギュラ玉軸受を製造し、このタンデム型複列アンギュラ玉軸受と、従来の単列アンギュラ玉軸受（７３系列の７３０８型）を２個使用したものとの特性を比較した。表１において、ｆｃは、前記数１で示した保持器回転速度の計算式から算出した回転速度である。なお、表１において、大径側軸受とは、大径側のボール２７及び保持器１９に対するものであり、小径側軸受とは、小径側のボール２８及び保持器２０に対するものである。また、鋼球径とは、各ボール２７、２８の球径である。

すなわち、タンデム型複列アンギュラ玉軸受においては、大径側の玉群１５の各ボール２７の球径ｄ１（１３．４９３７５ｍｍ）と、小径側の玉群１６の各ボール２８の球径ｄ２（１３．４９３７５ｍｍ）とを同一とし、大径側のボール接触角余弦成分（ｃｏｓ２５°）とピッチ円直径Ｄ１（７１．１８５ｍｍ）との比と、小径側のボール接触角余弦成分（ｃｏｓ３５°）とピッチ円直径Ｄ２（６２．２８４ｍｍ）との比とをほぼ等しく設定している。また、軸受幅寸法Ｂ（３５ｍｍ）に対する大径側のボール２７の球径ｄ１（１３．４９３７５ｍｍ）と小径側のボール２８の球径ｄ２（１３．４９３７５ｍｍ）との和（２６．９８７５）の比率を、０．７５以上（この場合、０．７７１）とする。

この表１からわかるように、大径側の保持器１９の回転速度（０．４１４ｆｃ）と小径側の保持器２０の回転速度（０．４１１ｆｃ）とがほぼ同一となっている。このため、保持器１９、２０同士が接触しても円滑な転がり運動が妨げられない。

本発明の実施形態を示すタンデム型複列アンギュラ玉軸受の断面図である。 本発明の実施形態を示す他のタンデム型複列アンギュラ玉軸受の断面図である。 単列アンギュラ玉軸受における鋼球径と軸受幅の比率を示すグラフ図である。 従来のタンデム型複列アンギュラ玉軸受の断面図である。

符号の説明

１１ａ 軌道面
１１ｂ 軌道面
１２ 内輪
１３ａ 軌道面
１３ｂ 軌道面
１４ 外輪
１９ 保持器
２０ 保持器
２７ ボール
２８ ボール

Claims (2)

1. 複列の軌道面を有する内輪と、この内輪の軌道面と対応する複列の軌道面を有する外輪と、内輪および外輪の各列の軌道面間に、それぞれ異なるピッチ円直径をもって介装される複列の玉群とを備えたタンデム型複列アンギュラ玉軸受において、
   大径側の玉群の各ボールの球径と、小径側の玉群の各ボールの球径とを一致させるとともに、大径側のボール接触角余弦成分とピッチ円直径との比と、小径側のボール接触角余弦成分とピッチ円直径との比とをほぼ等しく設定したことを特徴とするタンデム型複列アンギュラ玉軸受。
2. 軸受幅寸法に対する大径側のボールの球径と小径側のボールの球径との和の比率が、０．７５以上であること特徴とするタンデム型複列アンギュラ玉軸受。

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