JP2011247358A

JP2011247358A - 組合せ玉軸受及び複列玉軸受

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Publication number: JP2011247358A
Application number: JP2010121555A
Authority: JP
Inventors: Yoshiaki Katsuno; 美昭勝野
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2010-05-27
Filing date: 2010-05-27
Publication date: 2011-12-08

Abstract

【課題】組合せ玉軸受及び複列玉軸受において、軸方向の省スペース化で冠形保持器を採用した場合に、玉の摩耗や損傷及び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】幅狭玉軸受１００Ａ，１００Ｂを２列組合せて組合せ玉軸受１００を構成し、各幅狭玉軸受は、リング部１１１を組合せ面側として、他方側に玉１０３を保持する所要数のポケット部１１３を形成した冠形の玉案内保持器１１０を備え、リング部１１１を、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を持たせた構造とし、玉案内保持器１１０の向い合う端面１１５の少なくとも一方の接触面にはＲ形状部が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば産業機械、ロボットの関節部や旋回機構部、工作機械の回転テーブルや主軸旋回機構部、医療機器、半導体／液晶製造装置、光学及びオプトエレクトロニクス装置等に用いられる組合せ玉軸受や複列玉軸受に関し、特にラジアル荷重と両方向のアキシアル荷重、特に大きなモーメント荷重が負荷として作用する用途に使用される玉軸受に関する。

通常、玉軸受、例えば深みぞ玉軸受などでは、図９に示すように、内輪２及び外輪１の軌道面間に玉３が回転自在に挟持され、封入グリースの保持及び外部への洩れ防止、あるいは外部から軸受内部への異物侵入防止等の目的で、内輪２及び外輪１間の軸方向端面にシール５を装着している。また、玉３を保持する玉案内保持器４としては、図１０に示すように、リング部６ａに所要数のポケット部６ｂを形成した冠形（片持ちリング構造）の玉案内合成樹脂保持器が標準的に採用されている。

この玉案内保持器４は、図１０に示すように、通常、玉３を保持するポケット内面６ｃは、玉３の曲率より僅かに大きな曲率を持った球面形状に形成されており、保持器４の半径方向の動き量は、図１１に示すように、玉３とポケット内径側端面間のすきまΔＲ_１、又は玉３とポケット外径側端面間のすきまΔＲ_２の何れか小さい方で位置決めされる。
また、保持器４の軸方向の動き量は、図１２に示すように、一方向はリング側ポケット内面６ｃと玉３とのすきまΔＳ_１で位置決めされ、もう一方向は、ポケット柱部６ｄの先端に形成した玉係止部６ｅと玉３とのすきまΔＳ_２によって位置決めされる。

また、保持器４は、通常、射出成形で製作されるが、型から保持器を分離する時は、軸方向に離形する構成（所謂アキシャルドロー型）となっている。このとき、ポケット面の内径φｄPと、一対の玉係止部６ｅ間の距離即ち口元径寸法Ｈとの関係がφｄP＞Ｈとなるため、離型時に玉係止部６ｅはポケットを形成するための成形型部材（球面状の部材）が通過する際、変形を伴う。所謂無理抜きの形を取らざるを得ない。

したがって、玉係止部６ｅは離型の際、破損や亀裂、あるいは機能上問題となる大きな塑性変形を残さないような柔軟性を保持することが必要である。
また、玉係止部６ｅは、その対向する玉係止部６ｅ間の口元径寸法Ｈに対する玉径φＤaがφＤa＞Ｈの関係でもあり、軸受に保持器４を組込む際即ち玉３をポケット部６ｂに挿入する際に、玉係止部６ｅ間を通過する時も、玉係止部６ｅの破損や欠け等が生じないことが必要であり、組込後は保持器４が軸方向に玉３から抜けないような構造としている。

一方、アンギュラ玉軸受の場合、図１３及び図１４に示すように、一般的には両側リング構造の所謂もみぬき保持器７が使用されることが多いが、最近、特許文献１に示すような幅狭玉軸受の場合には、玉軸受の軸方向の幅をより狭くするための方策として、冠形片持ちリング構造の玉案内保持器が提案されている。

特許文献１では、図１５（ｂ）に示すように、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を持たせた構造の保持器を開示している。
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ポケット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。

しかしながら、特許文献１に開示されている組合せ玉軸受および複列玉軸受を、工作機械の主軸や回転テーブル等のｄｍｎ値が４０〜５０万を超える高速回転で使用した場合、各転がり軸受１００Ａ、１００Ｂの保持器１１０、１１０の対向する端部において、相対滑りによる摩耗や破損が生じる懸念がある。

特開２００８−１６９９９８号公報

そこで、本発明は上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、その目的は、背面組合せ軸受が高速運転された条件で、内外輪間の傾き等により接触角が変動し両軸受間の玉の公転速度差が生じ（すなわち、玉と同様に両保持器間の公転速度差が発生している状態で）、保持器どうしが接触干渉した際に、両者の相対滑りによる対向する端部の摩耗や損傷を防止することである。

上記目的を達成するために、請求項１に係る組合せ玉軸受は、幅狭玉軸受を２列組合せて構成され、各幅狭玉軸受は、片側にリング部を有し、当該リング部の他方側に玉を保持する所要数のポケット部を形成した冠形の玉案内保持器をそのリング部側を組合せ面側に配置してなる組合せ玉軸受であって、前記ポケット部は、前記リング部とは反対側の先端部に形成した玉の抜け出しを防止する玉係止部を有し、前記リング部は、少なくとも円周方向の一箇所で互いに隣り合う前記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を持たせた構造とし、前記玉案内保持器の向い合う端面の少なくとも一方をＲ形状としたことを特徴としている。

また、請求項２に係る組合せ玉軸受は、請求項1に係る発明において、前記保持器の向い合う端面の少なくとも一方に潤滑剤を溜めるための凹溝部を設けたことを特徴としている。

さらに、請求項３に係る複列玉軸受は、幅狭の複列玉軸受の構成を有し、夫々の列には、片側にリング部を有し、当該リング部の他方側に玉を保持する所要数のポケット部を形成した冠形の玉案内保持器をそのリング部側を軸受の軸方向内側に対向させて配置してなる複列玉軸受であって、前記ポケット部は、前記リング部とは反対側の先端部に形成した玉の抜け出しを防止する玉係止部を有し、前記リング部は、少なくとも円周方向の一箇所で互いに隣り合う前記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を持たせた構造とし、前記玉案内保持器の向い合う端面の少なくとも一方をＲ形状としたことを特徴としている。

さらにまた、請求項４に係る複列玉軸受は、請求項３に係る発明において、前記保持器の向い合う端面の少なくとも一方に、潤滑剤を溜めるための凹溝部を設けたことを特徴としている。

本発明によれば、幅狭玉軸受を２列組合せた組合せ軸受、あるいは幅狭の複列玉軸受において、前記リング部を、少なくとも円周方向の一箇所で互いに隣り合う前記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を持たせた構造とし、玉案内保持器の向い合う端面の少なくとも一方をＲ形状としたり、あるいは潤滑油を溜めるための凹溝を設けるようにしたので、モーメント荷重による内外輪傾き等で、保持器が軸方向に移動した場合でも、保持器間のエッジ当たりなどの過度な干渉を回避することができ、軸受の回転トルクの増加、保持器の摩耗や損傷などの不具合を確実に防止することができるという効果が得られる。

本発明の第１の実施形態に係る背面組合せとした組合せ玉軸受を説明するための要部断面図である。保持器の径方向に沿う断面図である。保持器を径方向内側から見た部分斜視図である。図２の矢印Ｙ方向から見た矢視図である。第１の実施形態において保持器どうしの干渉状態を示す図である。本発明の第２の実施形態に係る背面組合せとした組合せ玉軸受を説明するための要部断面図である。本発明の第３の実施形態に係る背面組合せとした組合せ玉軸受を説明するための要部断面図である。本発明の第４の実施形態に係る複列アンギュラ玉軸受を説明するための要部断面図である。従来の深みぞ玉軸受を示す断面図である。図９の保持器を示す斜視図である。図９のＢ−Ｂ線上の断面図である。図９のＡ−Ａ線上の断面図である。従来のアンギュラ玉軸受を示す断面図である。図１３の保持器を示す側面図である。従来の背面組合せとした組合せ玉軸受を説明するための要部断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施形態に係る背面組合せとした組合せ玉軸受を説明するための要部断面図、図２は保持器の径方向に沿う断面図、図３は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は第１の実施形態において保持器どうしの干渉状態を示す図、図６は本発明の第２の実施形態に係る背面組合せとした組合せ玉軸受を説明するための要部断面図、図７は本発明の第３の実施形態に係る背面組合せとした組合せ玉軸受を説明するための要部断面図、図８は本発明の第４の実施形態に係る複列アンギュラ玉軸受を説明するための要部断面図である。

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、ＭｏＳ_２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。

なお、単列玉軸受は、１列では、予圧をかけたりモーメント荷重を負荷することは困難であるが、２列以上の多列組合せとすることで、ラジアル荷重、アキシアル荷重及びモーメント荷重を負荷することが可能となる。

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。

なお、接触角θは、大きなモーメント荷重を負荷した際に、内外輪みぞ肩部への玉と内外輪みぞ接触部の乗り上げを抑えるため、概ね６０°以下、望ましくは５０°以下、さらに望ましくは４０°以下がよいが、２０°未満の場合は、逆に許容アキシアル荷重や許容モーメント荷重が低下するので好ましくない。
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体１２０を配設している。

玉案内保持器１１０は、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１１４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の材料は、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。

保持器１１０は、図１（ｂ）に示すように、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。

さらに、図１に示すように、対向する両保持器のリング部の端部１１５をＲ形状にすることで、接触した際のリング部内径面や外径面でのエッジ当たりを避けられ（図５参照）、保持器の摩耗や損傷を防止できる。Ｒ形状の曲率は特に問わず、また、段階的に曲率を変化させてもよい。また、片側リング端面のみＲ形状でも効果があるので、少なくとも一方のリング端面をＲ形状としてもよい。

次に、図６を参照して、本発明の第２の実施形態に係る組合せ玉軸受１００について説明する。この組合せ玉軸受１００に組み込まれた保持器１１０は、リング部１１１の端面１１５に潤滑剤を溜めるための凹溝１１６が設けられている。図６に示すように潤滑剤を保持する凹溝１１６を設けることにより潤滑条件が向上し（潤滑剤の接触部への供給が容易となる）、端面どうしでの摩擦による発熱が軽減して摩耗や損傷を確実に防止することができる。なお、潤滑剤を保持する凹溝１１６は、接触する端面の少なくとも一方に設ければよい。また、凹溝は、保持器リング部の径方向中央近傍に全円周部に渡って形成してもよいし、円周方向に断続的に設けてもよい。あるいは、リング径方向に内外径部に開口した円周方向に断続的に形成してもよいが、凹溝の形状や深さは特に前例に限られるものではない。

次に、図７を参照して、本発明の第３の実施形態に係る組合せ玉軸受１００について説明する。この組合せ玉軸受１００に組み込まれた保持器１１０では、第２実施形態と同様に保持器１１０のリング部１１１の端部１１５に、潤滑剤溜りのための凹部１１７が設けられている構造である。
第２の実施形態との違いは、保持器１１０リング部１１１の径方向中央近傍に全円周部に渡って凹部１１７が形成されているが、軸方向奥に向かって幅が広くなっている構造としている点であり、玉軸受が回転した際に潤滑剤が遠心力によって半径方向外径側に飛ばされにくくなるため、端面１１５の接触部における潤滑性能及び潤滑寿命がより向上される利点がある。

次に、図８を参照して、本発明の第４の実施形態に係る複列アンギュラ玉軸受について説明する。この複列アンギュラ玉軸受２００は、外輪２０１の複列軌道溝２０１ａと互いに別体に形成された２個の内輪２０２Ａ及び２０２Ｂの軌道溝２０２ａとの間に多数の玉２０３が保持器２１０によって転動自在に保持され、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とされている。

ここで、保持器２１０は前述した第１の実施形態と同様の構成を有する冠形保持器とされ、第１の実施形態との対応部分には同一符号を付し、その詳細説明はこれを省略するが、前述した第１の実施形態における図５と同様に対向する両保持器のリング部の端部をＲ形状に構成している。第１の実施形態と同様にＲ形状の曲率は特に問わず、また、段階的に曲率を変化させてもよい。また、片側リング端面のみＲ形状でも効果があるので、少なくとも一方のリング端面をＲ形状としてもよい。

これにより、第１の実施形態と同様の効果が得られ、接触した際のリング部内径面や外径面でのエッジ当たりを避けることができ、保持器の摩耗や損傷を防止することができる。

本発明の組合せ玉軸受及び複列玉軸受は、例えば、産業機械、ロボットの関節部や旋回機構部、工作機械の回転テーブルや主軸旋回機構部、医療機器、半導体／液晶製造装置、光学及びオプトエレクトロニクス装置等、特にラジアル荷重と両方向のアキシアル荷重、特に大きなモーメント荷重が負荷として作用される組合せ玉軸受及び複列玉軸受に好適に利用できる。

１００組合せ玉軸受
１００Ａ，１００Ｂ単列アンギュラ玉軸受
１０１外輪
１０１ａ外輪軌道溝
１０２内輪
１０２ａ内輪軌道溝
１０３玉
１１０玉案内保持器
１１１リング部
１１２柱部
１１３ポケット部
１１４玉係止部
１１５リング部端面
１１６，１１７凹溝
１２０環状シール体
１２１，１２２シール収容溝
２００複列アンギュラ玉軸受
２０１外輪
２０１ａ外輪軌道溝
２０２Ａ，２０２Ｂ内輪
２０２ａ内輪軌道溝
２３０玉
２２０環状シール体
２２１，２２２シール収容溝

Claims

幅狭玉軸受を２列組合せて構成され、各幅狭玉軸受は、片側にリング部を有し、当該リング部の他方側に玉を保持する所要数のポケット部を形成した冠形の玉案内保持器をそのリング部側を組合せ面側に配置してなる組合せ玉軸受であって、前記ポケット部は、前記リング部とは反対側の先端部に形成した玉の抜け出しを防止する玉係止部を有し、前記リング部は、少なくとも円周方向の一箇所で互いに隣り合う前記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を持たせた構造とし、前記玉案内保持器の向い合う端面の少なくとも一方の接触面にはＲ形状部が設けられたことを特徴とする組合せ玉軸受。
前記保持器の向い合う端面の少なくとも一方に、潤滑剤を溜めるための凹溝部を設けたことを特徴とする請求項１に記載の組合せ玉軸受。
幅狭の複列玉軸受の構成を有し、夫々の列には、片側にリング部を有し、当該リング部の他方側に玉を保持する所要数のポケット部を形成した冠形の玉案内保持器をそのリング部側を軸受の軸方向内側に対向させて配置してなる複列玉軸受であって、前記ポケット部は、前記リング部とは反対側の先端部に形成した玉の抜け出しを防止する玉係止部を有し、前記リング部は、少なくとも円周方向の一箇所で互いに隣り合う前記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を持たせた構造とし、前記玉案内保持器の向い合う端面の少なくとも一方の接触面にはＲ形状部が設けられたことを特徴とする複列玉軸受。
前記保持器の向い合う端面の少なくとも一方に、潤滑剤を溜めるための凹溝部を設けたことを特徴とする請求項３に記載の複列玉軸受。