JP2012149702A

JP2012149702A - 転がり軸受

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Publication number: JP2012149702A
Application number: JP2011008872A
Authority: JP
Inventors: Yoshiji Sugita; 芳史杉田
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2011-01-19
Filing date: 2011-01-19
Publication date: 2012-08-09
Anticipated expiration: 2031-01-19
Also published as: DE112012000514T5; WO2012099120A1; DE112012000514B4; US20130071056A1; CN102713321A; US8651746B2; JP5750901B2; CN102713321B

Abstract

【課題】外輪案内保持器または内輪案内保持器の案内面に形成される軸方向溝の周方向幅を規定することにより、保持器音や異常振動の発生を抑制可能な転がり軸受を提供する。
【解決手段】転がり軸受１において、外輪案内方式の保持器１０の外周面には軸方向溝１３が形成されており、保持器１０の中心位置の変位量をｘ_ｏ、保持器１０の外径をＤ_ｏｃ、外輪２の案内径をＤ_ｏｇ、軸方向溝１３の周方向幅をｈ、外輪２と保持器１０との案内隙間をΔＬ_ｏ、ポケット１１と転動体４との隙間をΔＰ、としたとき、

の関係式を満たす。
【選択図】図１

Description

本発明は転がり軸受に関し、特に、外輪案内方式または内輪案内方式の保持器を備える転がり軸受に関する。

外輪案内方式の保持器を用いた転がり軸受の回転時には、外輪に対して保持器が傾かない場合には、保持器の外周面が外輪の内周上の案内面に線接触して回転し、また外輪に対して保持器が傾く場合には、保持器の外周面が外輪の内周上の案内面に点接触して回転する。このような外輪案内方式の保持器には、排油性の向上やグリース潤滑でのならし性の向上のため、保持器の外周面に軸方向に延びる凹部（溝）が形成されることがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００２−３４９５８０号公報

ところで、外輪案内方式の保持器の外周面に溝が形成されている場合、保持器の外周面のどの部分が外輪の案内面に接触するかによって、保持器の中心位置が変位する。溝の周方向幅が大きい場合には保持器の中心位置が大きく変位するため、保持器の挙動が不安定になり、保持器が異常振動するおそれがある。保持器の挙動が不安定になると、転動体を保持するポケットと転動体との間で不規則な干渉が生じ、保持器音が発生するおそれがある。特許文献１には、溝の周方向幅による保持器の中心位置の変位や保持器の挙動については何ら記載されていない。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、外輪案内方式の保持器または内輪案内方式の保持器の案内面に形成される溝の周方向幅を規定することにより、保持器の異常振動や保持器音の発生を抑制可能な転がり軸受を提供することである。

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、前記外輪及び内輪の間に配置される複数の転動体と、前記複数の転動体を円周方向に所定の間隔を持って保持する複数のポケットを有する外輪案内方式の保持器と、を備える転がり軸受であって、
前記保持器の外周面には軸方向に延びる溝が形成されており、
前記保持器の中心位置の変位量をｘ_ｏ、前記保持器の外径をＤ_ｏｃ、前記外輪の案内径をＤ_ｏｇ、前記溝の周方向幅をｈ、前記外輪と前記保持器との案内隙間をΔＬ_ｏ、前記ポケットと前記転動体との隙間をΔＰ、としたとき、

の関係式を満たすことを特徴とする転がり軸受。
（２）外輪と、内輪と、前記外輪及び内輪の間に配置される複数の転動体と、前記複数の転動体を円周方向に所定の間隔を持って保持する複数のポケットを有する内輪案内方式の保持器と、を備える転がり軸受であって、
前記保持器の内周面には軸方向に延びる溝が形成されており、
前記保持器の中心位置の変位量をｘ_ｉ、前記保持器の内径をＤ_ｉｃ、前記内輪の案内径をＤ_ｉｇ、前記溝の周方向幅をｈ、前記内輪と前記保持器との案内隙間をΔＬ_ｉ、前記ポケットと前記転動体との隙間をΔＰ、としたとき、

の関係式を満たすことを特徴とする転がり軸受。

本発明の転がり軸受によれば、保持器の径方向への変位を規制することにより保持器の挙動を安定させることができる。また、保持器のポケットと転動体との隙間を確保することにより保持器音の発生を防止することができる。

本発明の第１実施形態に係る、外輪案内方式の保持器が用いられたアンギュラ玉軸受を示す断面図である。（ａ）は、図１の保持器の斜視図であり、（ｂ）はその部分正面図である。外輪案内方式の保持器と外輪との位置関係を示す模式図である。外輪案内方式の保持器の変位状態の一例を示す模式図である。外輪案内方式の保持器の変位状態の他の例を示す模式図である。本発明の第２実施形態に係る、内輪案内方式の保持器が用いられたアンギュラ玉軸受を示す断面図である。内輪案内方式の保持器と内輪との位置関係を示す模式図である。内輪案内方式の保持器の変位状態の一例を示す模式図である。内輪案内方式の保持器の変位状態の他の例を示す模式図である。実施例１において、溝の周方向幅による保持器の変位量を示すグラフである。実施例２で用いる測定装置を示す図である。実施例２において、保持器の振動のｆｃ成分を示すグラフである。

以下、本発明に係る転がり軸受の各実施形態を、図面に基づいて詳細に説明する。

（第１実施形態）
まず、第１実施形態に係る転がり軸受について、図１〜５を用いて説明する。図１に示されるように、第１実施形態に係るアンギュラ玉軸受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２の外輪軌道面２ａ及び内輪３の内輪軌道面３ａとの間に配置される複数の玉４と、複数の玉４を円周方向に所定の間隔を持って保持する保持器１０と、を備える。

図２に示されるように、保持器１０は、円周方向に所定の間隔で形成された複数のポケット１１を有する。この保持器１０は軸方向両側に位置する一対のリング部１２のうち、一方のリング部１２が外輪２の外輪軌道面２ａに対して反カウンターボア側の内周面２ｂに案内される外輪案内方式である。また、保持器１０の外周面には、軸方向に延びる複数の溝１３が、ポケット１１と対応する位置で周方向に所定の間隔で形成されている。これらの溝１３により、グリースや潤滑油の排出性が向上でき、初期の慣らし運転時間の長期化、回転中における保持器の自励振動や軸受の異常昇温による焼付き、温度の不安定などといった問題を解決することができる。

図３に示されるように、アンギュラ玉軸受１の非回転時には、保持器１０のリング部１２の外周面と外輪２の内周面２ｂとの間には、ΔＬ_ｏ／２の隙間が存在し、保持器１０の中心Ｏ´は、外輪２の中心Ｏと一致している。尚、外輪２と保持器１０の案内隙間ΔＬ_ｏは、（外輪２の案内径（内周面２ｂの径）Ｄ_ｏｇ）−（保持器の外径Ｄ_ｏｃ）から求められる。

アンギュラ玉軸受１の回転時、外輪２に対して保持器１０が傾かない場合には保持器１０のリング部１２の外周面が外輪２の内周面２ｂに線接触し、また外輪２に対して保持器１０が傾く場合には保持器１０のリング部１２の外周面が外輪２の内周面２ｂに点接触することによって、保持器１０が外輪２により案内される。保持器１０のリング部１２の外周面のうち、溝１３から最も離れた箇所（２つの溝１３、１３の中間点）により保持器１０が案内される場合には、保持器１０の中心Ｏ´が外輪２の中心ＯからΔＬ_ｏだけ変位する（図４参照）。

これに対し、保持器１０のリング部１２の外周面のうち、溝１３に近接した二箇所で保持器１０が案内される場合（図５参照）、保持器１０は外輪２に対して最も接近する。これにより、保持器１０の中心Ｏ´はさらに変位し、保持器１０の中心Ｏ´の、外輪２の中心Ｏからの変位量はΔＬ_ｏ＋ｘ_ｏとなる。

このように、アンギュラ玉軸受１が図４に示す状態から図５に示される状態へと回転する際、保持器１０の中心Ｏ´は、ｘ_ｏの範囲で変位することとなる。この保持器１０の中心Ｏ´の変位量ｘ_ｏは、溝１３の周方向幅ｈが大きくなる程大きくなり、下記の式（１）で表すことができる。

保持器１０の中心Ｏ´の変位量ｘ_ｏが大きくなると、保持器１０の挙動が不安定になって保持器１０の異常振動が発生するおそれがある。また、保持器１０の挙動が不安定になると、保持器１０の各ポケット１１と玉４との間で不規則な干渉が生じ、保持器音が発生するおそれがある。このような保持器１０の不安定な挙動を抑制するため、保持器１０の中心Ｏ´の変位量ｘ_ｏおよびポケット１１と玉４との隙間ΔＰは、下記の式（２）の関係を満たすものとする。尚、ポケット１１と玉４との隙間ΔＰは、（ポケット１１の軸方向幅Ｄ１）−（玉４の直径ｄ１）により求められる（図１参照）。

このように、保持器１０の中心Ｏ´の変位量ｘ_ｏが上記式（１）（２）を満たすように、溝１３の周方向幅ｈを設定することにより、保持器１０の径方向への変位を規制することにより保持器１０の挙動を安定させることができる。また、保持器１０のポケット１１と玉４との隙間を確保することにより保持器音の発生を防止することができる。

また、保持器１０の中心位置の変位量ｘ_０は、半径法により求められる保持器１０の外径の真円度より小さいことが望ましい。これにより、保持器１０の径方向への変位を規制することにより保持器１０の挙動を安定させることができる。

このように、第１実施形態のアンギュラ玉軸受１によれば、保持器１０の径方向への変位を規制することにより保持器１０の挙動を安定させることができる。通常、玉軸受において、内輪と外輪とが傾きなく回転しているときには、各玉と内外輪の荷重バランスが均等になっているので、軸受内の各転動体の公転速度は理論的には等しくなる。各玉が円周方向に当配されていない回転初期などの場合には、一部の玉とポケットとの間で干渉が生じ得るが、干渉によるなじみ効果によって玉はポケットの中央へと徐々に移動するため、結果として玉が円周方向に等配された状態に落ち着く。このように、通常、玉はポケット内部に拘束されることなく円滑に回転している。軸受が高速回転する場合には、遠心力により保持器が外輪案内面（外輪内周面）に押し付けられるが、この時、玉の公転中心（軸受中心）と保持器の公転中心のずれ量が大きいと、保持器が外輪案内面に接触する前に玉とポケット面との間で干渉が生じ、玉とポケットとが不規則に衝突するために、保持器音が発生してしまう。第１実施形態のアンギュラ玉軸受１によれば、式（２）を満たすことによりポケット１１と玉４との隙間が確保されるため、ポケット１１と玉４との不規則な衝突が抑制され、保持器音の発生を防止することができる。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る転がり軸受を、図６〜９に基づいて説明する。図６は、第２実施形態に係るアンギュラ玉軸受１´の断面の要部拡大図である。尚、第２実施形態のアンギュラ玉軸受１´は、保持器が内輪案内方式である他は、第１実施形態のアンギュラ玉軸受１と同様であるので、同一部分には同一符号又は相当符号を付して説明を簡略化又は省略する。

第２実施形態のアンギュラ玉軸受１´において、保持器１０´は、軸方向両側に位置する一対のリング部１２のうち、一方のリング部１２が内輪３の外周面３ｂに案内される内輪案内方式である。保持器１０´の内周面には、軸方向に延びる複数の溝１３が、ポケット１１と対応する位置で周方向に所定の間隔で形成されている。

図７に示されるように、アンギュラ玉軸受１´の非回転時には、保持器１０´のリング部１２の内周面と内輪３の外周面３ｂとの間には、ΔＬ_ｉ／２の隙間が存在し、内輪３の中心Ｏと、保持器１０´の中心Ｏ´とは一致している。尚、内輪３と保持器１０´の案内隙間ΔＬ_ｉは、（内輪３の案内径（外周面３ｂの径）Ｄ_ｉｇ）−（保持器１０´の内径Ｄ_ｉｃ）から求められる。

アンギュラ玉軸受１´の回転時、内輪３に対して保持器１０´が傾かない場合には保持器１０´のリング部１２の内周面が内輪３の外周面３ｂに線接触し、また内輪３に対して保持器１０´が傾く場合には保持器１０´のリング部１２の内周面が内輪３の外周面３ｂに点接触することによって、保持器１０´が内輪３により案内される。保持器１０´のリング部１２の内周面のうち、溝１３から最も離れた箇所（２つの溝１３、１３の中間点）により保持器１０´が案内される場合には、保持器１０´の中心Ｏ´が内輪３の中心ＯからΔＬ_ｉだけ変位する（図８参照）。

これに対し、保持器１０´のリング部１２の内周面のうち、溝１３に近接した二箇所において保持器１０´が案内される場合（図９参照）、保持器１０´は内輪３に対して最も接近する。これにより、保持器１０´の中心Ｏ´がさらに変位し、保持器１０の中心Ｏ´の、内輪３の中心Ｏからの変位量はΔＬ_ｉ＋ｘ_ｉとなる。

このように、アンギュラ玉軸受１´が図８に示す状態から図９に示される状態へと回転する際、保持器１０´の中心Ｏ´は、ｘ_ｉの範囲で変位することとなる。この保持器１０´の中心Ｏ´の変位量ｘ_ｉは、溝１３の周方向幅ｈが大きくなる程大きくなり、下記の式（３）で表すことができる。

保持器１０´の中心Ｏ´の変位量ｘ_ｉが大きくなると、保持器１０´の挙動が不安定になって、保持器１０´の異常振動が発生するおそれがある。また、保持器１０´の挙動が不安定になると、保持器１０´の各ポケット１１と玉４との間で不規則な干渉が生じ、保持器音が発生するおそれがある。このような保持器１０´の不安定な挙動を抑制するため、保持器１０´の中心Ｏ´の変位量ｘ_ｉおよびポケット１１と玉４との隙間ΔＰは、下記の式（４）の関係を満たすものとする。尚、ポケット１１と玉４との隙間ΔＰは、（ポケット１１の軸方向幅Ｄ１）−（玉４の直径ｄ１）により求められる（図６参照）。

このように、保持器１０´の中心Ｏ´の変位量のｘ_ｉが上記式（３）（４）を満たすように、溝１３の周方向幅ｈを設定することにより、保持器１０´の径方向への変位を規制することにより保持器１０´の挙動を安定させることができる。また、保持器１０の´ポケット１１と玉４との隙間を確保することにより保持器音の発生を防止することができる。

また、保持器１０´の中心位置の変位量ｘ_ｉは、半径法により求められる保持器１０´の内径の真円度より小さいことが望ましい。これにより、保持器１０´の径方向への変位を規制することにより保持器１０´の挙動を安定させることができる。

このように、第２実施形態のアンギュラ玉軸受１´によれば、保持器１０´の径方向への変位を規制することにより保持器１０´の挙動を安定させることができる。また、保持器１０´のポケット１１と玉４との隙間を確保することにより保持器音の発生を防止することができる。

尚、本発明は、前述した各実施形態に限定されるものではなく、適宜変更、改良等が可能である。本発明は、アンギュラ玉軸受のほか、円筒ころ軸受等にも好適に利用することができる。

以下に示す実施例１においては、外輪案内方式の保持器を有する３つのアンギュラ玉軸受について、保持器外周面に形成された軸方向に延びる溝の周方向幅と、保持器中心の変位量との関係について試験を行った。外輪案内方式の保持器を備える軸受Ａ（アンギュラ玉軸受（４０ＢＮＲ１０Ｈ））、軸受Ｂ（アンギュラ玉軸受（７０ＢＮＲ１０Ｈ））、軸受Ｃ（アンギュラ玉軸受（１００ＢＮＲ１０Ｈ））それぞれの、軸受内径、軸受外径、案内隙間ΔＬ_ｏ、ポケット隙間ΔＰを表１に示す。また、案内隙間ΔＬ_ｏ及びポケット隙間ΔＰに基づき、式（２）により求められた変位量Δｘ_ｏの上限値を表１に示す。

また、式（１）により求められた、軸受Ａ、軸受Ｂ、軸受Ｃの保持器の外周面に形成された溝の周方向幅ｈに応じた保持器の中心の変位量ｘ_ｏを、図１０に示す。図１０のグラフと変位量Δｘ_ｏの上限値と、により、保持器の外周面に形成される軸方向溝の周方向幅ｈが、軸受Ａで１５．５ｍｍ、軸受Ｂで３０ｍｍ、軸受Ｃで４３．５ｍｍ以下であれば、保持器が安定して外輪により案内されることが分かる。

実施例２においては、内径７０ｍｍのアンギュラ玉軸受（７０ＢＮＲ１０Ｈ）の外輪をハウジング３１に固定し、外輪（ハウジング３１）のラジアル方向がフリーな状態で、図１１に示す装置により予圧（アキシアル荷重、１５０Ｎ）を負荷した。そして、精度のよいエアスピンドル３０で内輪を３６００〜１２６００ｍｉｎ^−１で回転させ、非接触変位計３２により外輪（ハウジング３１）のラジアル方向の変位を測定した。尚、保持器は全て外輪案内方式であり、外周面に溝が形成されていない従来例の保持器ａと、外周面に溝が形成された本発明例の保持器ｂ〜ｅを用いた。保持器ａ〜ｅの案内隙間ΔＬ_ｏ、ポケット隙間ΔＰ、ΔＬ_ｏ／ΔＰを表２に示す。

非接触変位計３２により測定された外輪（ハウジング３１）のラジアル方向の変位から、ＦＦＴ解析により保持器ａ〜ｅの振動成分（ｆｃ）を求め、結果を表２および図１２に示す。この結果から、ポケット隙間ΔＰと、案内隙間ΔＬ_ｏの大きさがほぼ等しい保持器ａは、回転数が９０００ｍｉｎ^−１以上の場合に振動成分（ｆｃ）が大きくなっていることが分かる。

ここで、外周面に溝が形成されていない保持器ａにおいては、保持器の径方向動き量は案内隙間ΔＬ_ｏとほぼ等しくなっている。これに対し、外周面に溝が形成されている保持器ｂ〜ｅにおいては、実質的な案内隙間、すなわち保持器の径方向動き量はΔＬ_ｏ＋２ｘ_０となる。以上より、保持器の外周面に溝が形成されている場合には、案内隙間ΔＬ_ｏ、ポケット隙間ΔＰ、保持器の中心の変位量ｘ_ｏが下記の式（２）を満たすことにより、更に好適には下記の式（５）を満たすことにより、保持器の振動を抑制できることが分かる。

本発明は、工作機械の主軸軸受等に好適に利用される。

１，１´ アンギュラ玉軸受
２外輪
３内輪
４玉
１０，１０´ 保持器
１１ポケット
１３，１３´ 溝
Ｏ外輪中心
Ｏ´ 保持器中心
ｘ_ｏ，ｘ_ｉ保持器の中心の変位量
Ｄ_ｏｃ保持器の外径
Ｄ_ｉｃ保持器の内径
Ｄ_ｏｇ外輪の案内径
Ｄ_ｉｇ内輪の案内径
ｈ軸方向溝の周方向幅
ΔＬ_ｏ外輪と保持器との案内隙間
ΔＬ_ｉ内輪と保持器との案内隙間
ΔＰポケット隙間

Claims

外輪と、内輪と、前記外輪及び内輪の間に配置される複数の転動体と、前記複数の転動体を円周方向に所定の間隔を持って保持する複数のポケットを有する外輪案内方式の保持器と、を備える転がり軸受であって、
前記保持器の外周面には軸方向に延びる溝が形成されており、
前記保持器の中心の変位量をｘ_ｏ、前記保持器の外径をＤ_ｏｃ、前記外輪の案内径をＤ_ｏｇ、前記溝の周方向幅をｈ、前記外輪と前記保持器との案内隙間をΔＬ_ｏ、前記ポケットと前記転動体との隙間をΔＰ、としたとき、

の関係式を満たすことを特徴とする転がり軸受。
外輪と、内輪と、前記外輪及び内輪の間に配置される複数の転動体と、前記複数の転動体を円周方向に所定の間隔を持って保持する複数のポケットを有する外輪案内方式の保持器と、を備える転がり軸受であって、
前記保持器の内周面には軸方向に延びる溝が形成されており、
前記保持器の中心の変位量をｘ_ｉ、前記保持器の内径をＤ_ｉｃ、前記内輪の案内径をＤ_ｉｇ、前記溝の周方向幅をｈ、前記内輪と前記保持器との案内隙間をΔＬ_ｉ、前記ポケットと前記転動体との隙間をΔＰ、としたとき、

の関係式を満たすことを特徴とする転がり軸受。