JP2011112201A - 玉軸受 - Google Patents
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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
【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10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。
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(ΔR1、ΔR2)で規制されるが(図9参照)、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った。
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している。
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であり、さらに前記凸部と前記外輪の案内面の形状が摩擦を低減するように構成されている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。
以下、この発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図1は、本発明に関わる第1の実施形態に係る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、Si3N4、SiC、Al2O3、ZrO2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。
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5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。
さらに本発明では、凸部114の案内面(外輪内径に案内され、すべり接触する部位)および外輪内径(案内面)の少なくとも一方に、摩擦を低減するための表面処理が施されている。表面処理としては、例えば、フッ素樹脂コーティングなどがある。
このような凸部114を備えた保持器110にあっては、凸部114の案内面と外輪内径面との接触部に摩擦低減の表面処理を施しているため、保持器110が外輪101に案内された場合の、保持器110と外輪101との摩擦による損失を低減することができる。また、保持器110自体の摩耗が防止されるので、保持器110の寿命を延ばすことができる。
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9参照)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。
図6は、本発明に関わる第2の実施形態に係る組合せ玉軸受の保持器を径方向内側から見た部分斜視図である。
本実施形態では、保持器110の凸部114の案内面は、円環部111の軸方向断面及び円周方向断面に対して、外輪内径寸法(案内寸法)より曲率の小さい曲面R1、R2で構成されている。R1、R2の寸法値は、同値でも、同値でなくてもよい。本構成により、保持器110の外輪案内面との接触は凸部114の中央部近傍となり、仮に回転中保持器円環部111が遠心力により変形した場合でも、凸部114の角部に接触することがなくなるため、摩擦も少なく低トルクで安定した案内面特性が得られると共に、凸部の摩耗や損傷を防ぐことが可能となる。保持器110は、この点でのみ、第1の実施形態と相違しており、その他の構成は、第1の実施形態と同様である。なお、本実施形態では、凸部114の案内面および外輪内径に摩擦を低減するための表面処理を施さない場合においても、保持器110と外輪101との摩擦による損失を十分に低減することができる。
図7は、本発明に関わる第3の実施形態に係る組合せ玉軸受の保持器を径方向内側から見た部分斜視図である。
本実施形態では、保持器110の凸部114の案内面の一部に、保持器110円環部111の軸方向に沿った潤滑油溜りのための溝部116aを形成している。回転方向と溝部116aが直交しているため潤滑油を溝部116aに貯め易くなり、案内面における潤滑性を向上させることができ、摩擦を低減させることが可能となる。溝部の形状は、R形状・コの字断面形状などが適用できるが、特にその形状に限定されるものでなく、同様の効果が得られる形状であれば適用可能である。なお、保持器110は、この点でのみ、第1の実施形態と相違しており、その他の構成は、第1の実施形態と同様である。なお、本実施形態では、凸部114の案内面および外輪内径に摩擦を低減するための表面処理を施さない場合においても、保持器110と外輪101との摩擦による損失を十分に低減することができる。
図8は、本発明に関わる第4の実施形態に係る組合せ玉軸受の保持器を径方向内側から見た部分斜視図である。
本実施形態では、保持器110の凸部114の案内面の一部に、保持器110円環部111の円周方向に沿った潤滑油溜りのための溝部116bを形成している。回転方向と溝部116bが同一方向であるため溝部116bと案内面である外輪内径面との接触が滑らかとなり、摩擦を低減させることが可能となる。溝部の形状は、R形状・コの字断面形状などが適用できるが、特にその形状に限定されるものでなく、同様の効果が得られる形状であれば適用可能である。なお、保持器110は、この点でのみ、第1の実施形態と相違しており、その他の構成は、第1の実施形態と同様である。なお、本実施形態では、凸部114の案内面および外輪内径に摩擦を低減するための表面処理を施さない場合においても、保持器110と外輪101との摩擦による損失を十分に低減することができる。
本発明の玉軸受は、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好適に使用できる。
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
116a,116b 溝部
120,120’ 環状シール
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
116a,116b 溝部
120,120’ 環状シール
Claims (3)
- 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拡径した際に、前記凸部が外輪内径部に案内される構成となっており、前記凸部および前記外輪内径部の少なくとも一方の案内面に、摩擦低減のための表面処理が施されていることを特徴とする組合せ玉軸受。
- 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拡径した際に、前記凸部が外輪内径部に案内される構成となっており、前記凸部および前記外輪内径部の少なくとも一方の案内面に潤滑油を保持するための凹部が設けられている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または2に記載の組合せ玉軸受。
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Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2009271359A JP2011112201A (ja) | 2009-11-30 | 2009-11-30 | 玉軸受 |
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Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
DE102013215204A1 (de) * | 2013-08-02 | 2015-02-05 | Schaeffler Technologies Gmbh & Co. Kg | Geteilter Wälzkörperkäfig aus Kunststoff |
CN117759636A (zh) * | 2024-02-20 | 2024-03-26 | 浙江大铭汽车零部件有限公司 | 一种轮毂轴承及其使用方法 |
-
2009
- 2009-11-30 JP JP2009271359A patent/JP2011112201A/ja active Pending
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CN117759636B (zh) * | 2024-02-20 | 2024-04-30 | 浙江大铭汽车零部件有限公司 | 一种轮毂轴承及其使用方法 |
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