JP2011112195A

JP2011112195A - 玉軸受

Info

Publication number: JP2011112195A
Application number: JP2009271244A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Katsuno; 美昭勝野
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2009-11-30
Filing date: 2009-11-30
Publication date: 2011-06-09

Abstract

【課題】玉軸受で、円周方向１ヶ所に切欠部を有する冠形保持器を採用した場合に、高速回転時の遠心力による切欠部近傍の半径方向膨張の影響を抑制し、保持器を破損させることなく安定した回転性能を発揮させる。
【解決手段】円周方向１ヶ所にスリット部を有する冠形保持器を備えた玉軸受であって、切欠部近傍の外径部に凸部１１４を形成し、遠心力により切欠部近傍が半径方向に膨張した際に凸部１１４が外輪１０１に案内される構造とすることにより、保持器１１０の過度な変形を抑制して玉１０３と保持器１１０の接触部面圧が高くなることを防止する。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、一般産業機械及び工作機械の主軸や回転テーブルなど、特にラジアル荷重と両方向のアキシアル荷重を受けられる玉軸受に関するものである。

一つの転がり軸受でラジアル荷重と両方向のアキシアル荷重、モーメント荷重を受けられるものとしては、クロスローラ軸受、４点接触玉軸受が知られている。
クロスローラ軸受は、内輪と外輪の間に円筒形の多数のころが転動自在に配設されており、４点接触玉軸受は、内輪と外輪との間に多数の玉が転動自在に配設されている。また、転がり軸受を組み合わせることで、ラジアル荷重と両方向のアキシアル荷重、モーメント荷重を受けるものとしては、２列組合せ深みぞ玉軸受や、内輪と外輪との間に複数の玉が転動可能に配設されたアンギュラ玉軸受を組み合わせた２列組合せアンギュラ玉軸受等がある。

しかしながら、クロスローラ軸受の場合は、転動体が円筒形のころで、且つ軌道溝に対してころの転がり接触面が線接触しているので、トルクが大きく、しかも、軸やハウジングに組み込んだ時のわずかな変形により、前記線接触部分の接触状態が不均一となり、トルクむらが発生しやすい。

４点接触玉軸受では、転動体が玉なので、純アキシアル荷重を受ける場合又はラジアル荷重よりアキシアル荷重が優勢な場合、同寸法のクロスローラ軸受よりトルクが小さい一方で、アキシアル荷重に対してラジアル荷重が優勢な場合、又は純ラジアル荷重を受ける場合、各玉は軌道溝と４点で接触するため、玉と軌道溝とのスピン滑りが大きく、トルクが大きい。

また、２列組合せ玉軸受の場合は、それぞれの単列軸受において、玉と内外輪の軌道溝間は２点接触であるので低トルク化は図れるものの、単列軸受の２倍の軸方向幅スペースが必要となり、コンパクト化の点で、クロスローラ軸受や４点接触玉軸受に劣る。また、標準のアンギュラ玉軸受の場合、封入グリースを外部に漏らさないことや異物やごみ等を軸受内部に混入させないためのシールが装着されていない等の問題もあり、仮にシールを装着すると、今まで以上に軸方向幅が増加してしまうという問題があった。

この対策として、例えば特許文献１には、図７に示すように、外輪の軌道溝１０１ａ’と内輪の軌道溝１０２ａ’との間に多数の玉１０３’が転動自在に配設された単列の玉軸受１００Ａ’,１００Ｂ’を２列組み合わせた組合せ玉軸受１００’において、軸方向断面幅Ｂと半径方向断面高さＨ（＝（外輪外径Ｄ−内輪内径ｄ）／２）との断面寸法比（Ｂ／Ｈ）を（Ｂ／Ｈ）＜０．６３として幅寸法のコンパクト化を図り、さらに前記外輪１０１’及び前記内輪１０２’の内の少なくとも一方の軸方向端部に環状シール１２０’を設けた構成が開示されている。

国際標準化機構（ＩＳＯ）で規定されている寸法系列が１８（例えば６８００）、１９（例えば６９０１）、１０（例えば６００３）、０２（例えば７２０５Ａ）、０３（例えば７３０７Ａ）の標準玉軸受では、軸受内径寸法がφ５ｍｍ〜φ１００ｍｍにおいては、上述の断面寸法比（Ｂ／Ｈ）は０．８２〜１．１７に設定されている。また、軸受内径寸法がφ５ｍｍ〜φ５００ｍｍにおいては、上述の断面寸法比（Ｂ／Ｈ）は０．６３〜１．１７に設定されている。したがって、これらの玉軸受の断面寸法比（Ｂ／Ｈ）の最大値１．１７の約１／２倍、すなわち、０．６３未満に設定することで、従来の標準単列玉軸受で最も幅狭の玉軸受より幅狭で、且つ従来の標準単列玉軸受の軸方向幅スペース以内に、玉軸受を２列組み合わせて配置することができる。

さらに特許文献１の玉軸受では、図５（ｂ）に示すように、円環部１１１’の少なくとも円周方向の一箇所で互いに隣り合うポケット部間を予め切断して、各切断面間に所定のすき間（切欠部；△Ｒ）を持たせた構造の冠形保持器１１０’が採用されている。

このような構造をとることで、保持器と内外輪との熱膨張係数差及び保持器の寸法精度や真円度のばらつきにより、転動体ピッチ円径と保持器のピッチ円径がずれた場合でも、片持ち形状であることによる半径方向の柔軟性と、各切断面間のすき間による円周方向の弾力的変形（円周方向の柔軟性）を兼ね備えることとなるため、玉とポケット部間の突っ張り力を緩衝して、保持器の損傷や摩耗を防止すると共に、玉とポケット部内面とのすべり接触抵抗によるトルクむらや発熱をより軽減することができる。

この部分の先行技術としては、特許文献１（特開２００６−１０５３８５号公報）に記載されている手段がある。

しかしながら、この先行技術で採用されている切欠部を有する保持器１１０’を用いる場合、揺動回転など低速回転の用途では問題ないが、一般産業機械や工作機械の主軸・回転テーブルなど比較的高速回転で使用される場合、保持器の環状部に作用する遠心力の影響が無視できなくなり、切欠部近傍部分が半径方向外側に大きく変形するようになる。

また、先行技術の保持器は玉案内方式であるため、保持器１１０’の半径方向の移動量は、玉１０３’とポケット間の半径方向すきま（ΔＲ_１、ΔＲ_２）で規制されるが（図６参照）、切欠部を設けた保持器の場合、切欠部分の近傍では遠心力による変形が大きくなり、その影響により玉１０３’と保持器１１０’の接触部の面圧が他のポケット部に比べ増加してしまい、玉１０３’とポケット部内面とのすべり接触抵抗の増大によるトルクむらや発熱などの不具合が発生しやすくなるという問題がある。

特開２００６−１０５３８５号公報

そこで、本発明は上述した従来例の有する不都合を改善し、玉軸受で、円周方向１ヶ所に切欠部を有する冠形保持器を採用した場合に、高速回転時の遠心力による切欠部近傍の半径方向膨張の影響を抑制し、安定した回転性能を発揮する玉軸受を提供することを課題とする。

上記問題を解決するために、本発明は、外輪の軌道溝と内輪の軌道溝との間に多数の玉が冠形保持器に転動自在に保持された単列の幅狭玉軸受を２列組み合わせた組合せ玉軸受において、前記冠形保持器は円周方向１ヶ所に切欠部を有し、前記切欠部近傍の外径部には凸部が形成され、前記組合せ玉軸受の回転時に作用する遠心力により切欠部近傍が半径方向に膨張した際に、前記凸部が外輪に案内される構造としたことを特徴としている。

本発明は、以上のような構成を有しており、玉軸受が高速回転して保持器の切欠部近傍が遠心力により半径方向に膨張した際でも、切欠部の外径側に凸部が設けられていることより、切欠部分が玉案内から外輪案内に移行されるため、保持器が大きく変形することが抑制され、その結果、切欠部の近傍で玉とポケット間接触部の接触面圧が増加することを防止することができるという効果がある。

本発明に関わる実施形態を示す組合せ玉軸受の軸方向断面図を示す図である。保持器の径方向に沿う断面図を示す図である。保持器を径方向内側から見た部分斜視図を示す図である。図２の矢印Ｙ方向から見た矢視図を示す図である。（ａ）は図２の矢印Ｘ方向から見た矢視図、（ｂ）は従来の保持器を示す矢視図を示す図である。従来の玉軸受の玉とポケットすきまの関係を示す断面図を示す図である。従来の組合せ玉軸受の軸方向断面図を示す図である。

以下、本発明の実施の形態を図を参照して説明する。図１は本発明に関わる実施形態を示す組合せ玉軸受の軸方向断面、図２は図１の保持器の径方向に沿う断面図、図３は図１の保持器を径方向内側から見た部分斜視図、図４は図２の矢印Ｙ方向から見た矢視図、図５（ａ）は図２の矢印Ｘ方向から見た矢視図を示す図である。

本発明の組合せ軸受１００は、図１に示すように、２つの単列アンギュラ玉軸受１００Ａ及び１００Ｂを接触角がハの字を表すように２列背面組合せた構成を有する。

ここで、単列アンギュラ玉軸受１００Ａ及び１００Ｂの夫々は、図１に示すように、外輪１０１の軌道溝１０１ａと内輪１０２の軌道溝１０２ａとの間に多数の玉１０３が転動自在に配設された幅狭軸受の構成を有する。

また、内輪１０２、外輪１０１及び玉１０３の材料は、標準的な使用条件では軸受鋼（例えば、ＳＵＪ２、ＳＵＪ３など）とするが、使用環境に応じて、耐食材料であるステンレス系材料（例えば、ＳＵＳ４４０Ｃ等のマルテンサイト系ステンレス鋼材やＳＵＳ３０４等のオーステナイト系ステンレス鋼材、ＳＵＳ６３０等の析出硬化系ステンレス鋼材など）、チタン合金やセラミック系材料（例えば、Ｓｉ_３Ｎ_４、ＳｉＣ、Ａｌ_２Ｏ_３、ＺｒＯ_２等）を採用してもよい。

潤滑方法も特に限定されず、一般的な使用環境では、鉱油系グリースや合成油系（例えば、リチウム系、ウレア系等）のグリースや油を使用でき、高温環境用途などではフッ素系グリース又はフッ素系の油、或いはフッ素樹脂、ＭｏＳ2などの固体潤滑剤を使用することができる。

また、幅狭軸受とは、国際標準化機構（ＩＳＯ）で規定されている標準アンギュラ玉軸受（７８××、７９××、７０××、７２××、７３××シリーズ等）に当てはまらないサイズの軸受であって、軸方向断面幅Ｂと半径方向断面高さＨ（＝（外輪外径Ｄ−内輪内径ｄ）／２）との断面寸法比（Ｂ／Ｈ）を（Ｂ／Ｈ）＜０．６３とする軸受である。

また、幅狭の複列玉軸受とは、軸方向断面幅Ｂ２と半径方向断面高さＨ２（＝（外輪外径Ｄ２−内輪内径ｄ２）／２との断面寸法比（Ｂ２／Ｈ２）が（Ｂ２／Ｈ２）＜１．２とする幅狭の複列アンギュラ玉軸受である。

例えば、従来の玉軸受として、７２０８Ａ（接触角３０度のアンギュラ玉軸受）の場合、内輪内径φ４０ｍｍ、外輪外径φ８０ｍｍ、軸方向断面幅（軸受単体幅）Ｂが１８ｍｍであるので、断面寸法比（Ｂ／Ｈ）＝０．９である。

したがって、本実施形態のアンギュラ玉軸受１００Ａ及び１００Ｂでは、断面寸法比（Ｂ／Ｈ）＝０．４５（内輪内径及び外輪外径はそのままで、軸方向断面幅（軸受単体幅）を９ｍｍとした）としている。これにより、ラジアル荷重と両方向のアキシアル荷重、モーメント荷重を受けることができると共に、軸方向寸法で１／２の省スペース化が図れ、単列の７２０８Ａと置き換えが可能となり、且つ低トルク化及び更なる高剛性化を図ることができる。

もちろん、必要に応じて、アンギュラ玉軸受１００の断面寸法比（Ｂ／Ｈ）を０．４５未満或いは０．４５を超える（但し（Ｂ／Ｈ）＜０．６３）ように設定してもかまわない。

また、各玉が内外輪の軌道溝に対して常に２点で接触するので、４点接触玉軸受のように、玉の大きなスピンによるトルクの増加を抑制することができ、更には、クロスローラ軸受に比べて転がり抵抗が低くなるので低トルク化を実現することができる。

そして、本実施形態では、単列アンギュラ玉軸受１００Ａ及び１００Ｂの組合せ面側に多数の玉１０３を円周方向に位置決めする玉案内保持器１１０を配設し、組合せ面とは反対側に環状シール１２０を配設している。

玉案内保持器１１０は、例えば、図２〜図４に示すように、リング部１１１と、このリング部１１１の一端部に周方向に略等間隔で複数箇所軸方向に突設された柱部１１２と、各柱部１１２間に形成されて玉１０３を周方向に転動可能に保持する多数のポケット部１１３と、このポケット部１１３のリング部１１１とは反対側の先端部に形成された玉１０３の抜け出しを防止する一対の玉係止部１１５とを備えた柔軟性のある冠形保持器の構成を有する。この保持器１１０の材質は、例えば、ポリアミド、ポリアセタール、ポリフェニレンサルファイド等の合成樹脂材とし、必要に応じて、合成樹脂材にガラス繊維や炭素繊維等の補強材を混入した材料を用いる。

そして、玉案内保持器１１０が、図１に示すように、単列アンギュラ玉軸受１００Ａ及び１００Ｂに、リング部１１１が組合せ面側となるように配置されている。

ここで、アンギュラ玉軸受１００Ａ及び１００Ｂの保持器１１０はともに略同一速度で公転しており、両保持器１１０の相対滑り速度は極めて小さく、且つ両者は平坦な面での接触となるので、接触部分の摩耗や破損は生じにくい。

また、本実施形態では、軸受の負荷容量や剛性を上げるために、隣合う玉１０３間の円周方向ピッチをできるだけ組合せ側端面の反対側にずらし（図１：Ｘ1＞Ｘ2）、保持器１１０のリング部１１１が軸受組合せ端面側になるように配置しており、モーメント剛性を上げるための作用点間距離を大きくとれるようにしている。

また、図５（ａ）に示すように、冠形保持器１１０は、リング部１１１の少なくとも円周方向の一箇所で互いに隣り合うポケット部１１３間を予め切断して、各切断面間に所定のすき間ΔＲを持たせた構造としている。

このような構造を採用することで、保持器１１０と内外輪との熱膨張係数差及び保持器の寸法精度や真円度のばらつきにより、転動体ピッチ円径と保持器のピッチ円径がずれた場合でも、片持ち形状であることによる半径方向の柔軟性と、各切断面間のすき間ΔＲによる円周方向の弾力的変形（円周方向の柔軟性）を兼ね備えることとなるため、玉１０３とポケット部１１３間の突っ張り力を緩衝して、保持器１１０の損傷や摩耗を防止すると共に、玉１０３とポケット部１１３内面とのすべり接触抵抗によるトルクむらや発熱をより軽減することができる。

ただし、すき間ΔＲ（切欠部）を有する保持器１１０を比較的高速で用いる場合、保持器１１０の環状部１１１に作用する遠心力の影響より、切欠部分の近傍は半径方向外側に大きく変形することになり、玉１０３と保持器１１０の接触部の面圧が他の箇所より増加し、ポケット１１３が摩耗する不具合が懸念される。

よって本発明では、図３、図５（ａ）に示すように、保持器１１０のすき間部の径方向外側に凸部１１４を設けて、保持器１１０に遠心力が作用した場合に保持器１１０の切欠部が外輪案内できるような構成としている。

上記のような凸部１１４を形成することで、玉軸受１００が高速回転してすき間を設けた切欠部が円周方向に膨張した場合でも、凸部１１４が外輪１０１内径部に案内されるため、保持器が過度に変形することがなくなり、玉１０３と保持器ポケット部１１３の干渉や突っ張りによる発熱やトルク増加及びポケットの摩耗や破損などの不具合を防止することができる。

さらに好ましくは、凸部１１４と外輪内径部間のすきまΔＬ（図１参照）を、玉１０３とポケット内径側端面間のすきまΔＲ1（図６参照）より小さく設定することで、玉１０３とポケット部１１３が干渉し始める前に凸部１１４が外輪内径部に案内されるようになるため、より確実に保持器１１０の変形を抑えることが可能となる。

次に、図１に示すように、環状シール１２０は、この環状シール１２０が挿入される側に対応する内輪１０２、又は外輪１０１に対して、接触又は非接触の構成とされている。

この環状シール１２０は、両単列アンギュラ玉軸受１００Ａ及び１００Ｂの保持器１１０のリング部１１１と玉１０３を介して反対側の内外輪軸方向端面部に配設されている。

この環状シール体１２０は、外輪１０１及び内輪１０２の軸方向端面部に形成されたシール収容溝に収容されている。このように、環状シール１２０を形成することにより、環状シール１２０と玉１０３との間の内部空間容積が保持でき、玉１０３の近傍に相当量のグリースを封入することが可能である。また、玉１０３とシール表面の距離も近いのでシールに付着したグリースも回転によって循環され、転がり接触部の潤滑に寄与できる。

本発明の玉軸受は、例えば、一般産業機械及び工作機械の主軸や回転テーブルなど、特にラジアル荷重と両方向のアキシアル荷重を受けられる玉軸受として各種機械装置の回転部の支持に利用できる。

１００，１００’ 組合せ軸受
１００Ａ，１００Ｂ，１００Ａ’，１００Ｂ ’ 単列玉軸受
１０１，１０１’ 外輪
１０１ａ，１０１ａ’ 外輪軌道溝
１０２，１０２’ 内輪
１０２ａ，１０２ａ’ 内輪軌道溝
１０３，１０３’ 玉
１１０，１１０’ 玉案内保持器
１１１，１１１’ 円環部
１１２，１１２’ 柱部
１１３ポケット部
１１４凸部
１１５玉係止部
１２０，１２０’ 環状シール

Claims

外輪の軌道溝と内輪の軌道溝との間に多数の玉が保持器に転動自在に保持された単列の幅狭玉軸受を２列組み合わせた組合せ玉軸受において、前記保持器は円周方向１ヶ所に切欠部を有し、前記切欠部近傍の外径部には凸部が形成され、前記組合せ玉軸受の回転時に作用する遠心力により切欠部近傍が半径方向に膨張した際に、前記凸部が外輪内径部に案内される構成としたことを特徴とする組合せ玉軸受。
前記凸部と前記外輪の内径部間のすきまをΔＬ、前記玉と前記ポケット内径側端面間のすきまをΔＲ1としたとき、ΔＲ1＞ΔＬとしたことを特徴とする請求項１に記載の組合せ玉軸受。