JP2008267400A - 玉軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】運転時に各玉７から保持器６ｂに伝わる力に対して、十分な耐久性を備えた玉軸受の構造を実現する。
【解決手段】保持器６ｂに形成しているポケット１０ｂの内周面のうちの径方向片半部を球面状部分１７ａとし、この内周面のうちの他半部を円筒状部分１５ａとする。そして、このうちの球面状部分１７ａで上記各玉７を案内する。これにより、上記課題を解決する。
【選択図】図１

Description

この発明は、工作機械や各種機械装置を構成する主軸等の高速回転軸をハウジング等の固定の部分に対して回転自在に支持する為に使用される玉軸受の改良に関する。

旋盤、フライス盤、研削盤等の工作機械の主軸をハウジング等の固定の部分に対して回転自在に支持する為に従来から、図３に示す様な玉軸受１が使用されている。この玉軸受１は、内周面の軸方向中間部にアンギュラ型の外輪軌道２を有する外輪３と、外周面の軸方向中間部に深溝型の内輪軌道４を有する内輪５と、この内輪軌道４と上記外輪軌道２との間に保持器６により転動自在に保持された複数個の玉７とから成る。このうちの外輪３は、内周面の一端部（図３の左端部）にのみ、上記外輪軌道２の肩部８を設けている。これに対し、内周面の他端部（図３の右端部）には、上記外輪軌道２の肩部を設けず、当該部分を上記肩部８よりも内径寸法が大きいカウンタボア９としている。上記玉軸受１を回転支持部に組み込んだ状態で、上記各玉７には、予圧と共に所定の接触角を付与している。

又、上記保持器６は、全体を円筒状に構成しており、軸方向中間部の円周方向複数個所に、それぞれポケット１０を形成している。又、この保持器６のうち、軸方向に関してこれら各ポケット１０を形成した部分の両側部分に、それぞれが断面矩形で円環状の第一、第二両リム部１１、１２を設けている。この様な保持器６は、上記各ポケット１０の内側に上記各玉７をそれぞれ１個ずつ転動自在に保持した状態で、上記外輪３の内周面と上記内輪５の外周面との間に配置している。
又、特許文献１には、図示はしないが、保持器の内外両周面をこの保持器の中心軸に対し、所定の方向に傾斜させている保持器を備えた玉軸受の構造が記載されている。
上述の図３に示す様な玉軸受１や、特許文献１に記載された別の玉軸受を構成する保持器に形成している各ポケットの内周面の形状としては、図３に示す様な円筒面状の他、次述する特許文献２に記載された様な構造が広く知られている。
図４は、この特許文献２に記載された玉軸受１ａの断面図である。この玉軸受１ａを構成する保持器６ａに形成されたポケット１０ａの内周面は、径方向外側部分を円筒面状部分１５としており、径方向内側部分を円錐面状部分１６としている。その他の構造は、上述した玉軸受１の構造とほぼ同様である。

上記玉軸受１、１ａの運転時に、上記保持器６、６ａに設けた各ポケット１０、１０ａの内周面には、上記各玉７の転動面が滑り接触する。従来構造の場合、これら各玉７の転動面と上記各ポケット１０、１０ａの内周面との接触状態は、点接触乃至線接触であり、接触面積は小さい。この為、上記各玉７から上記保持器６ａに伝わる力が大きくなると、接触部に於ける面圧が高くなり、潤滑不良等の悪条件が加わると、上記各ポケット１０、１０ａの内周面の磨耗が著しくなる。

特開２００５−６１５０８号公報 特開２００４−３１６８５２号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑みて、十分な耐久性を備えた玉軸受の構造を実現すべく発明したものである。

本発明の対象となる玉軸受は、内周面に断面円弧形の外輪軌道を有する外輪と、外周面に断面円弧形の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接触角を持たせた状態で転動自在に設けられた複数個の玉と、これら各玉を転動自在に保持する為の保持器とを備えている。
このうちの、保持器は、軸方向両端部に設けられた、それぞれが円環状である１対のリム部同士を複数の柱部で結合して成る。又、これら両リム部の内側面と円周方向に隣り合う柱部同士の円周方向側面により周囲を囲まれる部分を、上記各玉を転動自在に保持する為のポケットとしている。又、上記保持器の内外両周面はこの保持器の中心軸に対し、上記接触角の方向に対応した方向に傾斜している。

特に、本発明の玉軸受に於いては、上記各ポケットの内周面のうちの径方向一部を球面状としている。又、上記各ポケットの内周面のうちの残部を円筒面状としている。
この様な本発明を実施する場合に、例えば請求項２に記載した様に、各ポケットの内周面のうちの径方向外半部を球面状とし、径方向内半部を円筒面状とする。
又は、請求項３に記載した様に、各ポケットの内周面のうちの径方向内半部を球面状とし、径方向外半部を円筒面状とする。

又、この様な本発明を実施する場合に好ましくは、請求項４に記載した様に、上記各ポケットの内周面のうちの球面状部分の曲率半径Ｒ_C を、上記各玉の直径Ｄ_a の１／２よりも大きくする。
又、この様な請求項４に記載した発明を実施する場合に更に好ましくは、請求項５に記載した様に、上記各ポケットの中心、及び、これら各ポケットの内周面のうちの球面状部分の曲率中心を、（各玉と保持器とを同心に配置した状態で）上記各玉のピッチ円上に位置させる。又、上記球面状部分の曲率半径Ｒ_C と、これら各玉の直径Ｄ_a とが、１．０３Ｄ_a ≦２Ｒ_C ≦１．０５Ｄ_a を満たす様にする。

上述の様に構成する本発明の玉軸受の場合、十分な軸受寿命を備えた玉軸受を実現する事ができる。
先ず、請求項１〜３に記載した構造とする事で、運転時に於ける、保持器に設けた各ポケットの内周面と各玉の転動面との滑り接触の接触状態が、面接触となり、接触面積が点接触乃至線接触の場合と比べて大きくなる。この為、上記各玉から上記保持器に伝わる力が大きくなった場合でも、接触部に於ける面圧の上昇を抑えて、上記各ポケットの内周面の磨耗防止を図る事ができる。
又、上記各ポケットは、点接触乃至線接触の場合と比べて安定した状態で、上記各玉を保持できる。この為、振動や振れ等を抑える事ができる。
又、請求項４、好ましくは請求項５の構造にする事で、十分な接触面積を確保しながら、上記各玉と球面状部分との接触部周辺に適切な隙間を設ける事ができる。更に、上記ポケットの内周面のうちの円筒面状部分と上記各玉の外周面との間には、より大きな隙間を設ける事ができる。これら両隙間は、潤滑油を上記接触部周辺に進入し易くし、軸受内部に於ける潤滑油の流動性を向上させる。この為、軸受内部の発熱や損傷等の要因となる、摩擦等が過剰に発生する事を防止できる。

［実施の形態の第１例］
図１は請求項１〜２、４〜５に対応する、本発明の実施の形態の第１例を示している。尚、本例の特徴は、玉軸受１ｂを構成する保持器６ｂに設けたポケット１０ｂの内周面の形状を工夫した点にある。対象となる玉軸受１ｂの基本構造等、その他の部分の構造及び作用は、前述の図３〜４に示した玉軸受１、１ａを含め、従来から知られている玉軸受の場合と同様である。この為、重複する説明を省略若しくは簡略にし、以下、本例の特徴部分を中心に説明する。

本例の場合には、上記玉軸受１ｂを構成する保持器６ｂの内周面１３及び外周面１４をこの保持器６ｂの中心軸に対し、各玉７の接触角αに対応した方向に（接触角αの方向が径方向に傾斜しているのと同じ方向で、軸方向に対し）傾斜させている。
又、上記保持器６ｂのポケット１０ｂの内周面のうちの径方向外半部を、球面状部分１７ａとしている。又、径方向内半部を、円筒面状部分１５ａとしている。そして、このうちの球面状部分１７ａの曲率中心を、上記各玉７のピッチ円上に位置させている。又、上記円筒面状部分１５ａの中心軸を、上記接触角αの方向を表す荷重線βに一致させている。更に、上記球面状部分１７ａの曲率半径Ｒ_C と、上記各玉７の直径Ｄ_a との関係を、１．０３Ｄ_a ≦２Ｒ_C ≦１．０５Ｄ_a としている。

この様な本例の場合、運転時の上記各玉７の外周面と上記球面状部分１７ａとの滑り接触の接触状態が、面接触となり、線接触や点接触と比べて大きな接触面積を確保する事ができる。この為、上記各玉７から上記保持器６ｂに伝わる力が大きくなった場合でも、接触部に於ける面圧の上昇を抑えて、上記球面状部分１７ａの内周面の磨耗防止を図る事ができる。
又、点接触乃至線接触の場合と比べて安定した状態で、上記各玉７を保持できる。この為、振動や振れ等を抑える事もできる。

又、上記球面状部分１７ａの曲率半径Ｒ_C と、これら各玉７の直径Ｄ_a との関係を、１．０３Ｄ_a ≦２Ｒ_C ≦１．０５Ｄ_a としている為、上記球面状部分１７ａと各玉７との接触部周辺に適切な隙間を設ける事ができる。更に、上記円筒面状部分１５ａとこれら各玉７の外周面との間には、より大きな隙間を設ける事ができる。これら両隙間は、潤滑油が上記接触部周辺に進入し易くし、軸受内部に於ける潤滑油の流動性を向上する。この為、軸受内部の発熱や損傷等の要因となる、摩擦等が過剰に発生する事を防止できる。

上記球面状部分１７ａの曲率半径Ｒ_C と、これら各玉７の直径Ｄ_a との関係は、請求項４に記載している様に、２Ｒ_C ＞Ｄ_a の範囲で設定する。この範囲内で曲率半径Ｒ_C を大き目に設定する。即ち、上記直径Ｄ_a に対して上記曲率半径Ｒ_C を大きく（程度を著しく）すると、上記接触部周辺の隙間は大きくなる。この為、潤滑油の流動性を向上する事ができる。但し、上記接触部の接触面積は小さくなる。この為、上記曲率半径Ｒ_C を過剰に大きくしてしまうと、この接触部での面圧が過剰に大きくなり好ましくない場合が考えられる。
この様な事から、本例では、運転時の接触部での面圧と、軸受内部の潤滑性の両面を設計的に考慮して、上記球面状部分１７ａの曲率半径Ｒ_C と、これら各玉７の直径Ｄ_a との関係を、１．０３Ｄ_a ≦２Ｒ_C ≦１．０５Ｄ_a に設定する。
尚、上記範囲から外れて、２Ｒ_C ＝Ｄ_a の関係に設定した場合、接触面積が大きくなる為、この接触部での面圧を小さくする事はできる。しかし、接触面積が大き過ぎてしまうと回転抵抗が増加してしまう。又、上記接触部周辺の隙間が小さくなる為、潤滑油の流動性が低下してしまう。この様な理由から、上記範囲から外れて設計する事は好ましくない。

［実施の形態の第２例］
図２は請求項１、３〜５に対応する、本発明の実施の形態の第２例を示している。
本例の場合には、上記玉軸受１ｃを構成する保持器６ｃのポケット１０ｃの内周面うちの径方向内半部を、球面状部分１７ｂとしている。又、ポケット１０ｃの内周面うちの径方向外半部を、円筒面状部分１５ｂとしている。
その他の部分の構成及び作用に就いては、上述した実施の形態の第１例と同様であるから、重複する説明は省略する。

本発明の実施の形態の第１例を示す、玉軸受の断面図。 同じく、第２例を示す、玉軸受の断面図。 従来構造の１例を示す、玉軸受の断面図。 同じく、保持器に形成されたポケットの内周面を説明する為の断面図。

符号の説明

１、１ａ、１ｂ、１ｃ 玉軸受
２ 外輪軌道
３、３ａ 外輪
４ 内輪軌道
５、５ａ 内輪
６、６ａ、６ｂ、６ｃ 保持器
７ 玉
８ 肩部
９ カウンタボア
１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ ポケット
１１ 第一リム部
１２ 第二リム部
１３ 内周面
１４ 外周面
１５、１５ａ、１５ｂ 円筒面状部分
１６ 円錐面状部分
１７、１７ａ、１７ｂ 球面状部分

Claims (5)

1. 内周面に断面円弧形の外輪軌道を有する外輪と、外周面に断面円弧形の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接触角を持たせた状態で転動自在に設けられた複数個の玉と、これら各玉を転動自在に保持する為の保持器とを備え、この保持器は、軸方向両端部に設けられた、それぞれが円環状である１対のリム部同士を複数の柱部で結合して成り、これら両リム部の内側面と円周方向に隣り合う柱部同士の円周方向側面により周囲を囲まれる部分を、上記各玉を転動自在に保持する為のポケットとしたものであって、上記保持器の内外両周面は中心軸に対し、上記接触角の方向に対応した方向に傾斜している玉軸受に於いて、上記各ポケットの内周面のうちの径方向一部が球面状であり、残部が円筒面状である事を特徴とする玉軸受。
2. 各ポケットの内周面のうちの径方向外半部が球面状であり、径方向内半部が円筒面状である、請求項１に記載した玉軸受。
3. 各ポケットの内周面のうちの径方向内半部が球面状であり、径方向外半部が円筒面状である、請求項１に記載した玉軸受。
4. 球面状部分の曲率半径Ｒ_C が、各玉の直径Ｄ_a の１／２よりも大きい、請求項１〜３のうちの何れか１項に記載した玉軸受。
5. 各ポケットの中心、及び、これら各ポケットの内周面のうちの球面状部分の曲率中心が、各玉のピッチ円上に位置しており、球面状部分の曲率半径Ｒ_C と、これら各玉の直径Ｄ_a とが、１．０３Ｄ_a ≦２Ｒ_C ≦１．０５Ｄ_a を満たす、請求項４に記載した玉軸受。

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