JP2011196513A - 転がり軸受 - Google Patents
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Abstract
【課題】保持器に適切なアンバランス量を故意に与えて、保持器に一定方向の偏心運動を与えることで、保持器の不規則な挙動を抑制し、保持器音を防止する転がり軸受を提供する。
【解決手段】転がり軸受１は、内径寸法が３０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下であり、外輪案内方式の保持器１０には、アンバランス量が０．８ｇ・ｃｍ以上４ｇ・ｃｍ以下となるように凹部１５が形成されている。
【選択図】図１
【解決手段】転がり軸受１は、内径寸法が３０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下であり、外輪案内方式の保持器１０には、アンバランス量が０．８ｇ・ｃｍ以上４ｇ・ｃｍ以下となるように凹部１５が形成されている。
【選択図】図１
Description
本発明は、転がり軸受に関し、より詳細には、工作機械の主軸装置や高速モータに適用される転がり軸受に関する。
最近の工作機械の主軸においては、高効率加工のため高速化が進み、従来の歯車駆動やベルト駆動では、歯のかみ合い部での摩擦やベルトのスリップによる発熱など伝達効率がよくないため、カップリングによる駆動モータ直結タイプや主軸内部にモータを搭載したいわゆる、モータビルトインタイプが主流を占めている。これらの高速主軸の場合、主軸に使用される軸受のｄｍｎ値は５０万以上がほとんどである。また、軸受の転動体に比重の小さい軽量のセラミック材料（例えば、窒化けい素など）を用いて高速回転時の玉の遠心力を抑えた軸受では、ｄｍｎ値が１００万以上を越えるケースもある。
このような高速回転用途の軸受に使用される保持器では、軽量、かつ耐摩耗性のある合成樹脂材料保持器として、例えば、フェノール、ポリアミド、ポリフェニレンサルファイド（略称：ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（略称：ＰＥＥＫ）、ポリイミドなどが使用されており、さらには強化材として、ガラス繊維・カーボン繊維・アラミド繊維などが添加されている場合がある。
保持器は、円周方向に等間隔に形成されたポケットによって、転動体を円周方向に等間隔に配置させる。当然のことながら、転動体を円滑にポケット内で自転させるには、ポケット内径と転動体間に適正なすきま（ポケットすきま）を設ける必要がある。また、内外輪間で保持器は軸受の半径方向にもすきまを設けており、保持器の半径方向動き量は、外輪内周面と保持器外周面間、または、内輪外周面と保持器内周面間のいずれか小さい方のすきま（案内すきま）で規制される。また、転動体を玉として、玉案内とした場合には、保持器の半径方向動き量は、上述のように玉とポケット内部の半径方向のすきまで規制される。
このため、このような保持器を組み込んだ転がり軸受においては、転動体が転がって接する内輪軌道面と外輪軌道面の形状誤差、転動体自身の形状誤差、あるいは、軸受の内輪と外輪との中心軸の芯ずれや傾き等によって、転動体は、転動体ごとに微小の遅れや進みが発生し、保持器ポケットの内面と接触する。また、保持器自身も外内輪間で不規則な挙動を生じる。この結果、保持器音と呼ばれる騒音や振動が発生することがある。
例えば、図１５（ａ）に示す玉軸受１００のように、保持器１０１が案内すきま分振れ回ることによって、玉１０２とポケット面との摩擦力の方向が変化する。このため、図１５（ｂ）に示すように、保持器１０１の中心軸が何本かの円を描くという保持器１０１の不規則な挙動をまねき、保持器音が発生することもある。
また、転がり軸受では通常グリース潤滑が使用される。グリース潤滑は、軸受取付の際に、あらかじめグリースを所定量封入するだけで長時間使用できるため、非常に簡単であり，最も一般的な潤滑方法として広く採用されている。
グリース潤滑では、グリースを封入し、軸受を主軸に組み付けた後、通常の運転をさせる前に慎重なならし運転が必要である。これは、グリースを軸受内部全体に均一にゆきわたらせるとともに、徐々にグリースを転がり接触部から排除して、不必要な抵抗がかからないようにするためである。具体的なならし運転の方法の一つとしては、低速から回転を始め、軸受温度が安定したことを確認しながら、少しずつ回転数を上げていくようにする。ならし運転をせずに急に最高回転数まで立ち上げると、転走面及び転走面近傍の過剰グリースのかくはん抵抗により軸受内部温度が急激に上昇し、グリースの成分に悪影響を与える場合や異常昇温により焼付きをまねくこともある。
また、これらならし運転の途中は、軸受各部の潤滑剤の量が不均一な状態であるため、転動体の回転挙動を不安定にする。このため、内輪軌道面と外輪軌道面の形状誤差、転動体自身の形状誤差、あるいは、軸受の内輪と外輪との中心軸の芯ずれや傾き等の前述した主因と相俟って、転動体ごとの微小の遅れや進みが生じやすくなったり、あるいは、保持器自身の外内輪間での不規則な挙動をまねく誘因となり、保持器音が発生しやすい。
また、グリース潤滑ではなく、主に高速回転主軸に適用されるオイルエア潤滑や噴霧潤滑（オイルミスト潤滑とも呼ぶ）などでは、潤滑油の供給むらや軸受内に潤滑された油が速やかに排出されず軸受内部に停滞する場合があり、潤滑油の量が軸受内部で不均一となったり過剰になることで、グリース潤滑と同様の理由で保持器音が発生する。
保持器音が発生すると聴覚上で不快感があると共に、生じた振動によって加工精度に悪影響を与える場合もある。本保持器音は、上述の理由でならし運転中に発生しやすいが、粘性の高いグリース、あるいは、グリースの基油粘度が大きい銘柄を使用した場合、ならし後も断続的に発生する場合（特に冬季で、気温低下によりグリースの粘性が高くなり流動性が悪くなった時など）がある。保持器音の有無は、工作機械の主軸製造メーカーや工作機械製造メーカーで主軸を試運転して確認しているが、出荷後再びエンドユーザーで発生することもあり、非常にやっかいな異常音である。
また、高速回転で保持器音が発生すると、低速回転に比べて音響レベルや振動レベルが非常に高くなり、品質上の問題になり易い。
一方、保持器音を抑えるための方策として、時間をかけたならし運転、粘性の低い軟らかいグリースを選定する、玉とポケット間の接触位置や接触部の形状を変えるなどの対応策が行なわれている。また、他の保持器音への対策例として、保持器の一部に凹部を設けてアンバランスを故意に与える考案がある（例えば、特許文献１参照。）。特許文献１では、図１６に示すように、保持器１１０の両リング部で、かつ軸方向位相ではポケット柱部位置の一部にくさび形状に凹部１１１を設けたり、図１７に示すように、保持器１２０の外径面から内径面に向かって半径方向の貫通穴１２１、あるいは貫通せずに凹部を設けることで、アンバランスによりホワールを与えることで保持器の不規則な振動を抑えるようにしている。
さらに、保持器の一部に凹部を設け、円周方向の重量アンバランスを生じさせ、フレッチングを抑制するものも考案されている。
ところで、保持器音を抑えるため、時間をかけたならし運転、粘性の低い軟らかいグリースを選定する、玉とポケット間の接触位置や接触部の形状を変えるなどの対応策では、軸受の形式や保持器の形状等により対策案と効果が一律ではなく、必ずしも有効ではなかった。
また、図１６に示すようにな凹部１１１を形成した場合、該凹部１１１に応力集中が生じ、回転時、保持器１１０に加わる力（玉−ポケット間の干渉力・遠心力によりリング部に作用するフープテンションなど）により該凹部からクラックが発生したり破損する可能性がある。また、図１７に示すような貫通穴１２１では、内輪案内、または外輪案内において、案内面と穴がラップしてしまうので、穴１２１のエッジ部で相手案内部材（内輪または外輪）と干渉するため、保持器１２０の不安定な挙動、穴１２１のエッジ部の摩耗や破損をまねいたり、トルク大・発熱大などの不具合が生じる場合がある。特に、工作機械の主軸やモータ軸のような高速回転で転がり軸受が使用される場合、上記の不具合が発生しやすい。
また、凹部を加工する場合、（特に内径側から外径側に向かう貫通していない穴の場合、）ドリルによる穴加工が困難であったり、射出成形にて製作する場合、凹部の部分の型がうまく離型（射出成形品を型から抜きずらい）できず、成形型構造が複雑になるなどの問題点がある。
また、特許文献１に記載の幾何学中心から質量中心までの偏心量を規定する式に関して、係数αは、許容される遠心力の係数と記載されているだけで、具体的な数値の開示がない。また、係数αは、軸受のサイズや潤滑剤の種類、保持器材料などで変化すると思われ、具体的に実施することは非常に困難である。
さらに、特許文献１は、数値シミュレーション解析によって、質量中心の軌跡を求めており、保持器の振動大小の差を明確にしているが、実際にどこまで振動値を下げれば保持器音の発生を解消できるのか、検証実験結果には開示されていない。
さらに、特許文献１は、数値シミュレーション解析によって、質量中心の軌跡を求めており、保持器の振動大小の差を明確にしているが、実際にどこまで振動値を下げれば保持器音の発生を解消できるのか、検証実験結果には開示されていない。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、保持器に適切なアンバランス量を故意に与えて、保持器に一定方向の偏心運動を与えることで、保持器の不規則な挙動を抑制し、保持器音を防止する転がり軸受を提供することにある。
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） 外輪と、内輪と、前記外輪及び内輪との間に転動自在に配置される複数の転動体と、円周方向に所定の間隔で形成され、該複数の転動体をそれぞれ保持する複数のポケットを有する保持器と、を備え、該保持器の案内方式が外輪案内または転動体案内である転がり軸受であって、
前記転がり軸受の内径寸法は、３０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下であり、
前記保持器は、アンバランス量が０．８ｇ・ｃｍ以上４ｇ・ｃｍ以下となるように非点対称に形成されていることを特徴とする転がり軸受。
（２） 前記保持器は、軸方向に並んで配置された一対のリング部と、前記一対のリング部間を繋ぐように、円周方向に所定の間隔で配置される複数の柱部と、を有し、
前記保持器の外周面の円周方向の一部には、少なくとも一つの凹部が形成されていることを特徴とする（１）に記載の転がり軸受。
（３） 前記凹部は、少なくとも一方の前記リング部の外周面に、前記ポケットの円周方向中間部に対して対称に軸方向に亘って形成されることを特徴とする（２）に記載の転がり軸受。
（４） 前記凹部は、前記ポケットの円周方向幅の範囲内で形成されることを特徴とする（３）に記載の転がり軸受。
（５） 前記保持器は、前記外輪案内方式であり、
前記凹部は、前記外輪に案内される前記リング部の外周面に形成されることを特徴とする（２）から（４）のいずれかに記載の転がり軸受。
（６） 前記保持器は、軸方向に並んで配置された一対のリング部と、前記一対のリング部間を繋ぐように、円周方向に所定の間隔で配置される複数の柱部と、を有し、
前記保持器の外周面の円周方向の一部には、少なくとも一つの凸部が形成されていることを特徴とする（１）に記載の転がり軸受。
なお、本発明の外輪案内方式とは、保持器の外周面と外輪の内周面との間のすきまで、保持器が半径方向に位置決め案内される構造であり、転動体案内方式とは、転動体が玉である玉軸受において、保持器を半径方向に移動させた時の玉と保持器のポケット内部の接触点（凸部）との間の半径方向すきまで保持器が半径方向に位置決め案内される構造を意味する。
（１） 外輪と、内輪と、前記外輪及び内輪との間に転動自在に配置される複数の転動体と、円周方向に所定の間隔で形成され、該複数の転動体をそれぞれ保持する複数のポケットを有する保持器と、を備え、該保持器の案内方式が外輪案内または転動体案内である転がり軸受であって、
前記転がり軸受の内径寸法は、３０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下であり、
前記保持器は、アンバランス量が０．８ｇ・ｃｍ以上４ｇ・ｃｍ以下となるように非点対称に形成されていることを特徴とする転がり軸受。
（２） 前記保持器は、軸方向に並んで配置された一対のリング部と、前記一対のリング部間を繋ぐように、円周方向に所定の間隔で配置される複数の柱部と、を有し、
前記保持器の外周面の円周方向の一部には、少なくとも一つの凹部が形成されていることを特徴とする（１）に記載の転がり軸受。
（３） 前記凹部は、少なくとも一方の前記リング部の外周面に、前記ポケットの円周方向中間部に対して対称に軸方向に亘って形成されることを特徴とする（２）に記載の転がり軸受。
（４） 前記凹部は、前記ポケットの円周方向幅の範囲内で形成されることを特徴とする（３）に記載の転がり軸受。
（５） 前記保持器は、前記外輪案内方式であり、
前記凹部は、前記外輪に案内される前記リング部の外周面に形成されることを特徴とする（２）から（４）のいずれかに記載の転がり軸受。
（６） 前記保持器は、軸方向に並んで配置された一対のリング部と、前記一対のリング部間を繋ぐように、円周方向に所定の間隔で配置される複数の柱部と、を有し、
前記保持器の外周面の円周方向の一部には、少なくとも一つの凸部が形成されていることを特徴とする（１）に記載の転がり軸受。
なお、本発明の外輪案内方式とは、保持器の外周面と外輪の内周面との間のすきまで、保持器が半径方向に位置決め案内される構造であり、転動体案内方式とは、転動体が玉である玉軸受において、保持器を半径方向に移動させた時の玉と保持器のポケット内部の接触点（凸部）との間の半径方向すきまで保持器が半径方向に位置決め案内される構造を意味する。
本発明の転がり軸受によれば、内径寸法を３０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下とし、保持器は、アンバランス量が０．８ｇ・ｃｍ以上４ｇ・ｃｍ以下となるように非点対称に形成されているので、保持器に適切なアンバランス量を故意に与えて、保持器に一定方向の偏心運動を与えることで、保持器の不規則な挙動を抑制し、保持器音を防止する。
以下、本発明の各実施形態に係る転がり軸受について図面に基づいて詳細に説明する。
（第１実施形態）
図１〜図３に示すように、本発明の第１実施形態に係る円筒ころ軸受１は、内周面に外輪軌道面２ａを有する外輪２と、外周面に内輪軌道面３ａを有する内輪３と、外輪軌道面２ａ及び内輪軌道面３ａ間に転動自在に配置される複数のころ（転動体）４と、円周方向に所定の間隔で形成され、複数のころ４をそれぞれ保持する複数のポケット１１を有する保持器１０と、を備える。
図１〜図３に示すように、本発明の第１実施形態に係る円筒ころ軸受１は、内周面に外輪軌道面２ａを有する外輪２と、外周面に内輪軌道面３ａを有する内輪３と、外輪軌道面２ａ及び内輪軌道面３ａ間に転動自在に配置される複数のころ（転動体）４と、円周方向に所定の間隔で形成され、複数のころ４をそれぞれ保持する複数のポケット１１を有する保持器１０と、を備える。
保持器１０は、軸方向に並んで配置された一対のリング部１２と、両リング部１２間を繋ぐように、円周方向に所定の間隔で配置された複数の柱部１３と、を有し、一対のリング１２と隣り合う柱部１３によってポケット１１を構成している。また、柱部１３の円周方向両側の軸方向中間部には、柱部１３の円周方向側面から連続した側面を有し、円筒ころ４を確実に保持するためのころ止め部１４が柱部１３の径方向外面から突出して設けられている。保持器１０は、柱部１３の径方向外面よりも大径の両リング部１２の外周面１２ａが外輪軌道面２ａによって案内される外輪案内方式である。
また、両リング部１２の外周面１２ａの円周方向の一部には、アンバランスを与えるように、少なくとも一つの凹部１５（本実施形態では、各リング部１２に３つ）が軸方向に亘ってそれぞれ形成され、リング部１２の外周面側でポケット１１の内面とリング部１２の軸方向外端面を繋いでいる。３つの凹部１５は、３つのポケット１１の開口位置と対応するようにポケット１１の円周方向中間部に対して対称に形成され、３つのポケット１１間の２つの柱部１３の位置を除いて、それぞれ円周方向に所定の間隔をおいて断続的に形成されている。
各凹部１５は、リング部１２を薄肉とする一様な曲率を有する円弧部１６と、円弧部１６からリング部１２の外周面１２ａへ連続する曲率半径の大きな立ち上がり部１７と、を有する。そして、円弧部１６と立ち上がり部１７の境界部分１８の円周方向位置は、軸方向から見て柱部１３とラップしないように、柱部１３の付根部分１３ａの円周方向位置よりもポケット１１の円周方向中間位置Ｃ寄りに形成されている。即ち、柱部１３の付根部分１３ａは、円周方向において、円弧部１６と立ち上がり部１７との境界部分１８と、凹部１５とリング部１２の外周面１２ａとの境界部分（立ち上がり部１７とリング部１２の外周面との境界部分）１９との間に位置している。これにより、急激な断面積の変化を避けて、柱部１３の付根部分１３ａでの応力集中を防止し、保持器１０の強度を維持する。また、立ち上がり部１７の曲率半径を大きくすることで、立ち上がり部１７での応力集中を防止している。
また、凹部１５は、リング部１２の軸方向に亘って形成されているので、グリースの排出性が良好となり、さらに、ならし運転時の保持器音を防止することができる。特に、封入されたグリースは、ころ４に付着しつつ軸受全体に行き渡る。また、凹部１５は、ポケット１１の開口位置に設けられているので、ころ４に付着した余剰グリースが軸受端面側にスムーズに移動排出できる。なお、本実施形態では、リング部１２の軸方向内側部分に、柱部１３の径方向外面と連続する幅狭の外周面が形成されているが、凹部１５の円弧部１６は、この外周面と略等しい深さまで凹ませている。
ここで、回転中に保持器に作用するアンバランス力は、式（１）のように、保持器回転速度の二乗に比例するため、軸受の回転速度が増すほど大きくなり、不規則な挙動を抑制することが可能となる。
Ｆc＝ｍｅω２ ・・・・・式（１）
ここで、
Ｆｃ：アンバランスにより保持器に働く遠心力
ｍ ：偏芯質量
ｅ ：偏芯質量の回転中心からの距離
ω ：角速度（２・π・ｎ／６０）
ｎ ：保持器回転速度（ｍｉｎ−１）
なお、ＳＩ単位で偏心質量を「ｋｇ」、偏心質量の回転中心からの距離を「ｍ」に設定した場合、遠心力はＮ（ニュートン）で算出される。
ここで、
Ｆｃ：アンバランスにより保持器に働く遠心力
ｍ ：偏芯質量
ｅ ：偏芯質量の回転中心からの距離
ω ：角速度（２・π・ｎ／６０）
ｎ ：保持器回転速度（ｍｉｎ−１）
なお、ＳＩ単位で偏心質量を「ｋｇ」、偏心質量の回転中心からの距離を「ｍ」に設定した場合、遠心力はＮ（ニュートン）で算出される。
汎用モータや家電モータ等では、軸受のｄｍｎ値が５０万以下の場合が多いので、相当量のアンバランス量を付加しても、保持器自身の外内輪間で不規則な挙動にアンバランス力が打ち勝てず、回転中のランダムな偏芯運動を抑制することができない。しかし、工作機械において、ｄｍｎ値が５０万を超える場合、或いは、転動体にセラミック材料（たとえば、窒化けい素など）を使用すれば１００万以上、１２０万以上の高速主軸が多くあり、より高速回転になるほど、保持器１０は回転中にアンバランスの位相に偏芯方向が固定され、高速回転でよりその悪影響（音響や振動大）が出やすい保持器１０の不規則な挙動を確実に抑制できる。これにより、保持器音が抑制され、軸受の良好な音響特性や振動特性を向上させる。
従って、保持器１０は、適当なアンバランスを与えてアンバランスがある位相で（つまりアンバランス位置での法線方向一定で）保持器１０を偏芯回転させる（いわゆるホワール運動）ように、軸受のｄｍｎ値や軸受の重量によって適正なアンバランス量に設定されればよい。３０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下の内径寸法を有する円筒ころ軸受１において、アンバランス量（＝偏芯質量（単位：ｋｇ）×偏芯質量の回転中心からの距離（単位：ｍ））は０．８ｇ・ｃｍ以上４ｇ・ｃｍ以下に設定される。
アンバランス量が０．８ｇ・ｃｍ未満の場合には、回転中の不規則な方向からの力に打ち勝てず、一方向のホワール運動ができないので、振動が大きくなり保持器音になってしまう。なお、保持器音が発生していない時（不規則な振動がなく、理想的に、一方向にホワールしている場合）は、図１５（ｂ）のような、何本の円ではなく、ほぼ一本の円しか表示されない。
一方、アンバランス量が４ｇ・ｃｍを越える場合には、遠心力作用でアンバランス方向に保持器１０が楕円になってしまい（案内部を支点として、１８０°対称位置のアンバランス力で保持器１０が引っ張られてしまい）、保持器自身が外内輪間で不規則な挙動を助長してしまうことや案内面との接触圧が増加し、該接触部分での摩擦変動により不規則な方向からの力が大きくなり、結果的に保持器１０の振動を大きくする。
また、本実施形態の円筒ころ軸受１において、アンバランスを付与する保持器１０の案内方式として、外輪案内方式を採用している。仮に、内輪案内方式の保持器においてアンバランスを付与した場合、保持器は、内輪外周面と接触して偏芯回転することになり、内輪には保持器の公転周期（＝保持器の公転周波数）のアンバランス荷重が負荷される（荷重は、式（１）参照。）。保持器の公転周波数は、内輪回転周波数の約０．４〜０．４５倍程度であり、このアンバランス荷重により発生する振れ回りも、ＮＲＲＯ成分（回転非同期振れ：内輪の回転に同期しない成分）として発生する。この結果、回転軸に負荷されたアンバランス力が大きくなると、回転軸のＮＲＲＯ成分が大きくなり、加工物加工面の形状むらが生じ、引き目不良・光沢度の低下・真円度悪化などが生じる。
しかし、外輪案内方式の場合、保持器は回転側である内輪（＝回転軸）には接触しないので、アンバランス力が作用せず、軸のＮＲＲＯ成分の振れ回り運動を生じさせない。
また、回転数増によるアンバランス荷重増加での、案内面の潤滑特性の低下を考慮した場合、保持器１０は、グリース潤滑ではｄｍｎ値１３０万以下、オイルエア及び噴霧潤滑（オイルミスト潤滑）ではｄｍｎ値１８０万以下に採用するのが望ましい。
以上にように、本実施形態の内径寸法が３０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下の円筒ころ軸受１において、外輪案内方式の保持器１０は、アンバランス量が０．８ｇ・ｃｍ以上４ｇ・ｃｍ以下となるように凹部１５によって非点対称に形成されているので、保持器１０に適切なアンバランス量を故意に与えて、保持器１０に一定方向の偏心運動を与えることで、保持器１０の不規則な挙動を抑制し、保持器音を防止することができる。
また、凹部１５は、保持器１０のリング部１２の外周面の円周方向の一部に形成されているので、円筒ころ４が接触して円周方向に荷重が直接作用する柱部１３を避けて形成することができる。
さらに、凹部１５は、リング部１２の外周面に、ポケット１１の円周方向中間部に対して対称に軸方向に亘って形成されるので、円筒ころ４に付着した余剰グリースがリング部１２の軸方向外端面側へスムーズに移動して排出することができる。従って、本実施形態の保持器１０は、適切なアンバランスと良好なグリース排出特性を与えることができる。
また、凹部１５の立ち上がり部１７の境界部分１８の円周方向位置が、柱部１３の付根部分１３ａの円周方向位置よりもポケット１１の円周方向中間位置寄りに形成されているので、急激な断面積の変化を避けて、柱部１３の付根部分１３ａでの応力集中を防止し、保持器１０の強度を維持することができる。
加えて、このような円筒ころ軸受１を、軸受のｄｍｎ値を５０万以上とする工作機械用主軸に適用することで、主軸の回転精度を低下させることなくその効果を発揮することができる。
なお、凹部１５の数は、所望のアンバランスを保持器１０に与えるものであれば任意に設定することができる。また、凹部１５は、一方のリング部１２にのみ形成されてもよく、或いは、ポケット１１の開口位置に対応して千鳥状に形成されてもよい。
（第２実施形態）
図４は、本発明の第２実施形態に係る円筒ころ軸受の保持器１０ａを示している。この保持器１０ａのように、軸方向に亘って形成される凹部１５ａは、単一の円弧によって形成されてもよく、この場合にも、適切なアンバランスと良好なグリース排出特性を与えることができる。また、凹部１５ａとリング部１２の外周面１２ａとの境界部分１９は、柱部１３の付根部分１３ａよりも円周方向においてポケット１１寄りに位置しており、柱部１３での応力集中をより防止することができる。
その他の構成及び作用については、第１実施形態のものと同様である。
図４は、本発明の第２実施形態に係る円筒ころ軸受の保持器１０ａを示している。この保持器１０ａのように、軸方向に亘って形成される凹部１５ａは、単一の円弧によって形成されてもよく、この場合にも、適切なアンバランスと良好なグリース排出特性を与えることができる。また、凹部１５ａとリング部１２の外周面１２ａとの境界部分１９は、柱部１３の付根部分１３ａよりも円周方向においてポケット１１寄りに位置しており、柱部１３での応力集中をより防止することができる。
その他の構成及び作用については、第１実施形態のものと同様である。
（第３実施形態）
図５は、本発明の第３実施形態に係る円筒ころ軸受の保持器１０ｂを示している。この保持器１０ｂのように、軸方向に亘って形成される凹部１５ｂが曲率の異なる複数の円弧によって形成された場合にも、アンバランスの付与と良好なグリース排出性を与えることができる。この場合にも、凹部１５ｂとリング部１２の外周面１２ａとの境界部分１９が柱部１３と干渉しないため、柱部１３での応力集中をより防止することができる。
その他の構成及び作用については、第１実施形態のものと同様である。
図５は、本発明の第３実施形態に係る円筒ころ軸受の保持器１０ｂを示している。この保持器１０ｂのように、軸方向に亘って形成される凹部１５ｂが曲率の異なる複数の円弧によって形成された場合にも、アンバランスの付与と良好なグリース排出性を与えることができる。この場合にも、凹部１５ｂとリング部１２の外周面１２ａとの境界部分１９が柱部１３と干渉しないため、柱部１３での応力集中をより防止することができる。
その他の構成及び作用については、第１実施形態のものと同様である。
（第４実施形態）
図６は、本発明の第４実施形態に係る円筒ころ軸受の保持器１０ｃを示している。この保持器１０ｃでは、一対の凹部１５ｃが、両リング部１２の軸方向外端面と外周面との境界部分を切り欠くようにして、両リング部１２の円周方向の一部に複数のポケット１１を跨いで連続して形成されている。また、凹部１５ｃを形成する角度θは、アンバランス荷重を一方向に集中させるため、９０°以内に設定されている。また、このような凹部１５ｃの立ち上がり部１７は、柱部１３と円周方向において重ならない位置となるのが好ましく、また、応力集中を考慮して曲率半径が大きいほうがよい。
図６は、本発明の第４実施形態に係る円筒ころ軸受の保持器１０ｃを示している。この保持器１０ｃでは、一対の凹部１５ｃが、両リング部１２の軸方向外端面と外周面との境界部分を切り欠くようにして、両リング部１２の円周方向の一部に複数のポケット１１を跨いで連続して形成されている。また、凹部１５ｃを形成する角度θは、アンバランス荷重を一方向に集中させるため、９０°以内に設定されている。また、このような凹部１５ｃの立ち上がり部１７は、柱部１３と円周方向において重ならない位置となるのが好ましく、また、応力集中を考慮して曲率半径が大きいほうがよい。
また、保持器１０ｃの案内面となるリング部１２の外周面１２ａの軸方向案内幅は、凹部１５ｃによって狭くなるので、グリースの排出特性は、凹部１５ｃが無い場合に比べて良好となる。
その他の構成及び作用については、第１実施形態のものと同様である。
その他の構成及び作用については、第１実施形態のものと同様である。
（第５実施形態）
図７は、本発明の第５実施形態に係るアンギュラ玉軸受を示している。アンギュラ玉軸受３０は、内周面に外輪軌道面３２ａを有する外輪３２と、外周面に内輪軌道面３３ａを有する内輪３３と、外輪軌道面３２ａ及び内輪軌道面３３ａ間に接触角αを持って転動自在に配置される複数の玉（転動体）３４と、円周方向に所定の間隔で形成され、複数の玉３４をそれぞれ保持する複数のポケット４１を有する保持器４０と、を備える。
図７は、本発明の第５実施形態に係るアンギュラ玉軸受を示している。アンギュラ玉軸受３０は、内周面に外輪軌道面３２ａを有する外輪３２と、外周面に内輪軌道面３３ａを有する内輪３３と、外輪軌道面３２ａ及び内輪軌道面３３ａ間に接触角αを持って転動自在に配置される複数の玉（転動体）３４と、円周方向に所定の間隔で形成され、複数の玉３４をそれぞれ保持する複数のポケット４１を有する保持器４０と、を備える。
図８にも示すように、保持器４０は、軸方向に並んで配置された一対のリング部４２と、両リング部４２間を繋ぐように、円周方向に所定の間隔で配置された複数の柱部４３と、を有し、一対のリング部４２と隣り合う柱部４３によって円筒状のポケット４１を画成している。保持器４０は、柱部４３の径方向外面よりも大径の両リング部４２のうち、一方のリング部４２の外周面４２ａが外輪３２の反カウンターボアの内周面３２ｂによって案内される外輪案内方式である。
また、本実施形態においても、両リング部４２の外周面４２ａの円周方向の一部には、アンバランスを与えるように、少なくとも一つの凹部４５（本実施形態では、各リング部１２に３つ）が軸方向に亘ってそれぞれ形成され、リング部４２の外周面側でポケット４１の内面とリング部４２の軸方向外端面を繋いでいる。３つの凹部４５は、３つのポケット４１の開口位置と対応するようにポケット４１の円周方向中間部Ｃに対して対称に形成され、３つのポケット４１間の２つの柱部４３の位置を除いて、それぞれ円周方向に所定の間隔をおいて断続的に形成されている。
各凹部４５は、リング部１２を薄肉とする一様な曲率を有する円弧部４５ａと、円弧部４５ａからリング部１２の外周面へ連続する湾曲した立ち上がり部４５ｂと、を有する。また、凹部４５の円周方向幅は、対応するポケット４１の円周方向幅よりも狭く設定されており、急激な断面積の変化を避けて、柱部１３の応力集中を防止している。また、凹部４５は、リング部４２の軸方向に亘って形成されているので、グリースの排出性は良好となる。
また、本実施形態においても、３０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下の内径寸法を有し、外輪案内方式の保持器４０を備えるアンギュラ玉軸受３０において、アンバランス量が０．８ｇ・ｃｍ以上４ｇ・ｃｍ以下となるように凹部４５によって設定することで、第１実施形態と同様、適切なアンバランスを付与することができる。
なお、本実施形態では、外輪案内方式の保持器４０について説明したが、図９に示すように、ポケット４１を球面形状とした玉案内方式の保持器４０ａが適用されてもよい。この玉案内方式の保持器４０ａにアンバランスを与えた場合にも、アンバランス方向の特定のポケット４１と玉３４間の接触によってホワール運動が与えられ、内輪案内方式のように保持器が回転側である内輪（＝回転軸）には接触しないので、アンバランス力が作用せず、軸のＮＲＲＯ成分の振れ回り運動を生じさせず、外輪案内方式の保持器４０と同様の効果を奏することができる。
ただし、玉案内方式の保持器４０ａは、玉３４とポケット４１内の接触面積は小さいので、接触面圧が上昇しやすくｄｍｎ値５０万〜１３０万程度の高速では問題がないが、１３０万を超える高速回転では摺動部分の摩耗の問題が懸念されるので、外輪案内方式の方が望ましい。外輪案内方式の場合、保持器４０の外周面と外輪３２の内周面は、所定の面積で接触するので接触面圧が小さく、摺動部分が摩耗しにくい。
（第６実施形態）
図１０は、本発明の第６実施形態に係るアンギュラ玉軸受の保持器４０ｂを示している。この保持器４０ｂでは、第５実施形態の保持器４０に対して、凹部４５と略１８０°反対側の位相で、柱部４３のリング部４２との繋ぎ部分に少なくとも一つの凸部４６（本実施形態では、４つの柱部４３の軸方向両側で、計８つ）が設けられている。
図１０は、本発明の第６実施形態に係るアンギュラ玉軸受の保持器４０ｂを示している。この保持器４０ｂでは、第５実施形態の保持器４０に対して、凹部４５と略１８０°反対側の位相で、柱部４３のリング部４２との繋ぎ部分に少なくとも一つの凸部４６（本実施形態では、４つの柱部４３の軸方向両側で、計８つ）が設けられている。
これにより、凹部４５だけでは、必要なアンバランス量を付加できないような場合であっても、凸部４６を設けることで必要なアンバランス量を確保することができる。なお、凸部４６は、柱部４３の内周面に形成されてもよいが、射出成形時の型の離型が容易である点を考慮して、柱部４３の外周面に形成されるのが好ましい。
また、本実施形態のように凸部４６を形成する場合には、応力集中による保持器４０ｂの強度低下の心配なくアンバランスを付与することができる。
その他の構成及び作用については、第５実施形態と同様である。
また、本実施形態のように凸部４６を形成する場合には、応力集中による保持器４０ｂの強度低下の心配なくアンバランスを付与することができる。
その他の構成及び作用については、第５実施形態と同様である。
なお、図１１に示すアンギュラ玉軸受３０ｂのように、柱部４３の外周面に形成される一対の凸部４６は、柱部４３の軸方向中間部寄り（図１１において、玉３４の断面部位内）に形成されることで、柱部４３の外輪軌道面３２ａと回転時に接触することを確実に避けることができる。さらに、カウンターボアを有するアンギュラ玉軸受３０ｂにおいては、凸部４６が外輪３２の内周面と干渉することなく、カウンターボア側の軸方向端面から保持器４０を容易に挿入することができる。
（第７実施形態）
図１２は、本発明の第７実施形態に係るアンギュラ玉軸受３０ｃを示している。このアンギュラ玉軸受３０ｃに使用される玉案内方式の保持器４０ｃは、カウンターボア側に位置する一方のリング部４２の外周面４２ａの円周方向の一部に、凸部４６ａを有している。また、リング部４２と柱部４３の外周面は、凸部４６ａを除いて連続した一様外径をなしている。これにより、カウンターボア側のリング部４２の外周面に凸部４６ａを設けることによって、アンバランスを付与することができる。
その他の構成及び作用については、第５実施形態のものと同様である。
図１２は、本発明の第７実施形態に係るアンギュラ玉軸受３０ｃを示している。このアンギュラ玉軸受３０ｃに使用される玉案内方式の保持器４０ｃは、カウンターボア側に位置する一方のリング部４２の外周面４２ａの円周方向の一部に、凸部４６ａを有している。また、リング部４２と柱部４３の外周面は、凸部４６ａを除いて連続した一様外径をなしている。これにより、カウンターボア側のリング部４２の外周面に凸部４６ａを設けることによって、アンバランスを付与することができる。
その他の構成及び作用については、第５実施形態のものと同様である。
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものでなく、適宜、変更、改良、等が可能である。また、上記実施形態の各構成は、実施可能な範囲において組み合わせて適用可能である。
本発明の転がり軸受では、グリース潤滑の他、オイルエア潤滑や噴霧潤滑（オイルミスト）などいずれの潤滑方式であってもよいが、オイルエア潤滑や噴霧潤滑（オイルミスト）に比べて、潤滑剤の軸受内部での不均一性が出やすいグリース潤滑でより効果を発揮することができる。
また、上記実施形態では、円筒ころ軸受、アンギュラ玉軸受について説明したが、深みぞ玉軸受、円すいころ軸受など、他の転がり軸受にも適用することができる。
さらに、保持器は、一対のリング部を有するかご型保持器に限定されるものでなく、冠型保持器など他の形状であってもよい。
また、保持器材料としては、高速回転での使用を考慮すると、金属よりも軽量で、耐摩耗性に優れる合成樹脂が好ましく、フェノール、ポリアミド、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ、ポリイミドなどが良い。また、ガラス繊維・カーボン繊維・アラミド繊維などの強化剤を添加しても良い。
さらに、保持器は、一対のリング部を有するかご型保持器に限定されるものでなく、冠型保持器など他の形状であってもよい。
また、保持器材料としては、高速回転での使用を考慮すると、金属よりも軽量で、耐摩耗性に優れる合成樹脂が好ましく、フェノール、ポリアミド、ＰＰＳ、ＰＥＥＫ、ポリイミドなどが良い。また、ガラス繊維・カーボン繊維・アラミド繊維などの強化剤を添加しても良い。
ここで、図１に示すような単列円筒ころ軸受１を用いて、保持器１０のアンバランス量と保持器音との関係について試験を行った。図１４は、本試験に使用される評価試験装置（バランス測定器ＥＶＤ−３．１、株式会社島津製作所製）５０の断面図であり、試験軸受としての円筒ころ軸受１は、ハウジング５１に対して、回転軸５２の一端側を支承する一対のアンギュラ玉軸受５３と共に、回転軸５２の他端側を支承するように組み込まれる。本試験の試験条件を以下に示し、試験結果を表１に示す。
・試験軸受：単列円筒ころ軸受：Ｎ１０１１（内径：５５ｍｍ、外径：９０ｍｍ、幅：１８ｍｍ、保持器材料：強化繊維剤入り合成樹脂（カーボン繊維添加ＰＥＥＫ樹脂）
・アンバランス仕様：第１実施形態による
・試験回転数：１２，０００ｍｉｎ-１（最高）
・潤滑方式：グリース潤滑（基油粘度：１０５ｃｓｔ）
・アンバランス仕様：第１実施形態による
・試験回転数：１２，０００ｍｉｎ-１（最高）
・潤滑方式：グリース潤滑（基油粘度：１０５ｃｓｔ）
表１の結果、アンバランス量が小さいと、保持器が不規則な挙動を生じ保持器音が発生しているが、適度なアンバランスを与えると保持器音の発生が抑制できた。
また、試験品Ａのようにアンバランス量を大きくしすぎると、逆に保持器音の発生が認められた。この理由は、アンバランスによる遠心力の影響で保持器にいびつな変形が生じたり、案内面での接触圧が上昇し本部分でのすべり摩擦が増加するため、逆に保持器に不規則な挙動を与えているためと考えられる。
なお、試験品Ｇにおいて１２，０００ｍｉｎ−１で保持器音が解消しているのは、遠心力が保持器に作用する不規則な力に打ち勝ったため、低速回転時に比べて一定位相でのホワール運動が可能になったことによるものと考えられる。
表１より、保持器音を確実に抑制できるアンバランス量は、０．８ｇ・ｃｍ以上４ｇ・ｃｍ以下であることがわかる。
また、試験品Ａのようにアンバランス量を大きくしすぎると、逆に保持器音の発生が認められた。この理由は、アンバランスによる遠心力の影響で保持器にいびつな変形が生じたり、案内面での接触圧が上昇し本部分でのすべり摩擦が増加するため、逆に保持器に不規則な挙動を与えているためと考えられる。
なお、試験品Ｇにおいて１２，０００ｍｉｎ−１で保持器音が解消しているのは、遠心力が保持器に作用する不規則な力に打ち勝ったため、低速回転時に比べて一定位相でのホワール運動が可能になったことによるものと考えられる。
表１より、保持器音を確実に抑制できるアンバランス量は、０．８ｇ・ｃｍ以上４ｇ・ｃｍ以下であることがわかる。
１ 円筒ころ軸受（転がり軸受）
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，４０，４０ａ，４０ｂ，４０ｃ 保持器
１１，４１ ポケット
１２，４２ リング部
１３，４３ 柱部
１５，１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，４５ 凹部
４６，４６ａ 凸部
３０，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ アンギュラ玉軸受（転がり軸受）
α 接触角
１０，１０ａ，１０ｂ，１０ｃ，４０，４０ａ，４０ｂ，４０ｃ 保持器
１１，４１ ポケット
１２，４２ リング部
１３，４３ 柱部
１５，１５ａ，１５ｂ，１５ｃ，４５ 凹部
４６，４６ａ 凸部
３０，３０ａ，３０ｂ，３０ｃ アンギュラ玉軸受（転がり軸受）
α 接触角
Claims (6)
- 外輪と、内輪と、前記外輪及び内輪との間に転動自在に配置される複数の転動体と、円周方向に所定の間隔で形成され、該複数の転動体をそれぞれ保持する複数のポケットを有する保持器と、を備え、該保持器の案内方式が外輪案内または転動体案内である転がり軸受であって、
前記転がり軸受の内径寸法は、３０ｍｍ以上１５０ｍｍ以下であり、
前記保持器は、アンバランス量が０．８ｇ・ｃｍ以上４ｇ・ｃｍ以下となるように非点対称に形成されていることを特徴とする転がり軸受。 - 前記保持器は、軸方向に並んで配置された一対のリング部と、前記一対のリング部間を繋ぐように、円周方向に所定の間隔で配置される複数の柱部と、を有し、
前記保持器の外周面の円周方向の一部には、少なくとも一つの凹部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受。 - 前記凹部は、少なくとも一方の前記リング部の外周面に、前記ポケットの円周方向中間部に対して対称に軸方向に亘って形成されることを特徴とする請求項２に記載の転がり軸受。
- 前記凹部は、前記ポケットの円周方向幅の範囲内で形成されることを特徴とする請求項３に記載の転がり軸受。
- 前記保持器は、前記外輪案内方式であり、
前記凹部は、前記外輪に案内される前記リング部の外周面に形成されることを特徴とする請求項２から４のいずれかに記載の転がり軸受。 - 前記保持器は、軸方向に並んで配置された一対のリング部と、前記一対のリング部間を繋ぐように、円周方向に所定の間隔で配置される複数の柱部と、を有し、
前記保持器の外周面の円周方向の一部には、少なくとも一つの凸部が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受。
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