JP2012172820A - 複列アンギュラ玉軸受及び転がり軸受用保持器 - Google Patents

Abstract

【課題】高負荷容量で長寿命であるとともに、密封装置と保持器の干渉が生じにくく密封性に優れる複列アンギュラ玉軸受を提供する。
【解決手段】複列アンギュラ玉軸受は、内輪１と、外輪２と、２列の玉３と、内輪１と外輪２との間に各列の玉３をそれぞれ保持する冠形保持器４，４と、非接触形の密封装置５，５と、を備えている。玉３の直径は、軸受幅の半分の７５％以上８３％以下に設定されている。冠形保持器４のポケット４ａの形状は、冠形保持器４の径方向に沿う径を長径とする略楕円形状とされている。ポケット４ａの中心と冠形保持器４の反開口側端面４ｃとの間の軸方向距離Ｙは、玉３の直径の５４％以上５９％以下に設定されている。
【選択図】図２

Description

本発明は複列アンギュラ玉軸受及び転がり軸受用保持器に関する。

水中ポンプの回転軸を回転自在に支持する転がり軸受として、複列アンギュラ玉軸受が使用される。ポンプ用軸受に求められる性能としては長寿命，密封性，コンパクト性等があるが、長寿命を実現するための軸受性能として高定格荷重（高負荷容量）が要求される。そして、高負荷容量化の手段としては、従来から、転動体（玉）の大径化が知られている（特許文献１を参照）。また、密封性、すなわち外部から内部への異物，塵埃の侵入の防止や、内部から外部への潤滑剤の漏洩の防止を実現するため、ポンプ用軸受には密封装置を設ける必要がある。

特開２００６−１０５３８４号公報 特開２００８−３８７７０号公報

しかしながら、ＩＳＯでは転がり軸受の内径，外径，幅が標準化（規格化）されているため、密封装置を備える転がり軸受の転動体（玉）を大径化しようとすると、保持器に軸方向の位置ズレが生じることにより保持器と密封装置が干渉するおそれがあり、そのため、転動体（玉）の大径化には制約があった。
特に、水中ポンプは、モーターの回転軸を鉛直にした状態で使用するので、該回転軸を回転自在に支持する複列アンギュラ玉軸受に上方から純アキシアル荷重Ｆが負荷された際には、複列アンギュラ玉軸受の下方側の列では、接触角の関係で負荷を受けることができず、この反負荷側の玉は、軸受内で自由落下し外輪の端面側に移動することとなる（図５を参照）。さらに、保持器は、ポケットとポケット内の玉との間の隙間分だけ外輪の端面側に落下することとなる。

複列アンギュラ玉軸受の高負荷容量化のために玉を大径化すると、上記のような使用条件では反負荷側の密封装置と保持器との間の軸方向の隙間Ｚ（図５を参照）が確保できずに干渉して、密封装置の脱落、潤滑剤の漏出、軸受からの異音、軸受の異常摩耗が発生するおそれがあった。
そこで、本発明は上記のような従来技術が有する問題点を解決し、高負荷容量で長寿命であるとともに、密封装置と保持器の干渉が生じにくく密封性に優れる複列アンギュラ玉軸受を提供することを課題とする。また、転がり軸受に備えられた密封装置との干渉が生じにくい転がり軸受用保持器を提供することを併せて課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明の一態様に係る転がり軸受用保持器は、転がり軸受に用いられる環状の保持器であって、転動体を収容する複数のポケットが周方向に沿って所定間隔をあけて設けらており、前記ポケットに前記転動体を挿入するための開口が前記保持器の軸方向一端面の各ポケットに対応する周方向位置に設けられているとともに、前記ポケットの形状は、前記保持器の径方向に沿う径を長径とする略楕円形状であり、前記ポケットの中心と前記保持器の軸方向他端面との間の軸方向距離が、前記転動体の直径の５４％以上５９％以下であることを特徴とする。

また、本発明の一態様に係る複列アンギュラ玉軸受は、内輪と、外輪と、前記内輪の軌道面と前記外輪の軌道面との間に転動自在に配された複数の転動体と、前記内輪と前記外輪との間に前記複数の転動体を保持する保持器と、前記内輪と前記外輪とのうち一方の軌道輪の軸方向端部に取り付けられ他方の軌道輪に滑り接触又は隙間を空けて対向する密封装置と、を備え、前記転動体の直径が軸受幅の半分の７５％以上８３％以下であるとともに、前記保持器が、請求項１に記載の転がり軸受用保持器であることを特徴とする。

さらに、本発明の別の態様に係る複列アンギュラ玉軸受は、内輪と、外輪と、前記内輪の軌道面と前記外輪の軌道面との間に転動自在に配された複数の転動体と、前記内輪と前記外輪との間に前記複数の転動体を保持する環状の保持器と、前記内輪と前記外輪とのうち一方の軌道輪の軸方向端部に取り付けられ他方の軌道輪に滑り接触又は隙間を空けて対向する密封装置と、を備え、下記の条件Ａ，Ｂ，及びＣを満足することを特徴とする。

条件Ａ：前記転動体の直径が軸受幅の半分の７５％以上８３％以下である。
条件Ｂ：前記保持器には、前記転動体を収容する複数のポケットが周方向に沿って所定間隔をあけて設けられており、前記ポケットに前記転動体を挿入するための開口が前記保持器の軸方向一端面の各ポケットに対応する周方向位置に設けられているとともに、前記ポケットの形状は略球形状である。
条件Ｃ：前記ポケットの中心と前記保持器の軸方向他端面との間の軸方向距離が、前記転動体の直径の５４％以上５９％以下である。

本発明の複列アンギュラ玉軸受は、軸受幅に対する転動体の直径が割合が大きいので、高負荷容量で長寿命である。また、保持器のポケットの形状が、保持器の径方向に沿う径を長径とする略楕円形状であるので、保持器の軸方向の可動範囲が小さくなる。その結果、本発明の複列アンギュラ玉軸受は、密封装置と保持器の干渉が生じにくく密封性に優れる。
さらに、本発明の転がり軸受用保持器は、ポケットの形状が、保持器の径方向に沿う径を長径とする略楕円形状であるので、転がり軸受に組み込まれた状態での保持器の軸方向の可動範囲を小さくすることができる。その結果、本発明の転がり軸受用保持器は、転がり軸受に使用した際に密封装置との干渉が生じにくい。

本発明に係る複列アンギュラ玉軸受の一実施形態を示す部分縦断面図である。 図１の複列アンギュラ玉軸受に組み込まれた冠形保持器の部分拡大図である。 変形例の冠形保持器の部分拡大図である。 従来の冠形保持器の部分拡大図である。 水中ポンプのモーターの回転軸を回転自在に支持する複列アンギュラ玉軸受を示す部分縦断面図である。

本発明に係る複列アンギュラ玉軸受及び転がり軸受用保持器の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明に係る複列アンギュラ玉軸受の一実施形態を示す部分縦断面図である。また、図２は、図１の複列アンギュラ玉軸受に組み込まれた冠形保持器の部分拡大図である。
図１の複列アンギュラ玉軸受は、内輪１と、外輪２と、内輪１の軌道面１ａ，１ａと外輪２の軌道面２ａ，２ａとの間に転動自在に配された２列の玉３と、内輪１と外輪２との間に各列の玉３をそれぞれ保持する冠形保持器４，４と、非接触形の密封装置５，５と、を備えている。そして、内輪１と外輪２と密封装置５，５とで囲まれた空隙部（軸受内部空間）内には、両軌道面１ａ，２ａと転動体３の転動面３ａとの潤滑を行う図示しない潤滑剤（例えば潤滑油，グリース）が配されている。なお、密封装置５は、軌道輪に滑り接触する接触形の密封装置であってもよい。

内輪１，外輪２，及び玉３は、転がり軸受の軌道輪や転動体の素材として一般的に採用される鉄鋼材料（例えばステンレス鋼，軸受鋼）で構成されている。また、密封装置５は、鋼等の金属材料で構成されており、例としては鋼板製のシールドがあげられる。ただし、ゴム，プラスチック等の高分子材料で構成されていてもよく、例としてはゴムシール，プラスチックシールがあげられる。なお、金属製の芯金を有するタイプの高分子材料製の密封装置でもよい。さらに、冠形保持器４は、転がり軸受の保持器の素材として一般的に採用される樹脂材料（例えばポリアミド，ポリフェニレンスルフィド）又は金属材料（例えば鋼，黄銅，アルミニウム合金）で構成されている。

この密封装置５は略環状の部材であり、その外端部が外輪２の内周面の軸方向両端部に取り付けられている。図１においては、外輪２の内周面の軸方向両端部に形成された溝（凹部）に、密封装置５の外端部が嵌入されている。そして、密封装置５の内端部が内輪１の外周面に隙間（ラビリンス隙間）を空けて対向している。なお、外輪２が本発明の構成要件である「一方の軌道輪（密封装置が取り付けられた軌道輪）」に相当し、内輪１が本発明の構成要件である「他方の軌道輪（密封装置が滑り接触又は隙間を空けて対向する軌道輪）」に相当する。もちろん、密封装置５の内端部が内輪１に取り付けられ、外端部が外輪２の内周面に隙間を空けて対向している構成としても差し支えない。また、密封装置５は、外輪２の内周面の軸方向片側端部のみに取り付けられていてもよい。

また、従来品の複列アンギュラ玉軸受における玉の直径は、通常、軸受幅の半分の６８％以上７１％以下であるが、本実施形態の複列アンギュラ玉軸受においては、玉３の直径は大径であり、複列アンギュラ玉軸受の軸受幅の半分の７５％以上８３％以下に設定されている。玉３を大径にして軸受幅に対する玉３の直径の割合を大きくしたため、本実施形態の複列アンギュラ玉軸受は、高負荷容量で長寿命である。玉３の直径が軸受幅の半分の７５％未満であると、複列アンギュラ玉軸受の負荷容量が十分に向上しないおそれがある。一方、８３％超過であると、密封装置５と冠形保持器４との間の軸方向隙間が確保できず干渉するおそれがある。このような不都合がより生じにくくするためのは、玉３の直径を軸受幅の半分の８０％以上８３％以下に設定することがより好ましい。

さらに、この冠形保持器４は略環状をなす部材であり、玉３を収容する複数のポケット４ａが周方向に沿って所定間隔をあけて設けらている。そして、ポケット４ａに玉３を挿入するための開口４ｂが、冠形保持器４の軸方向一端面の各ポケット４ａに対応する周方向位置に設けられている。さらに、ポケット４ａの形状は、図２に示すように、冠形保持器４の径方向に沿う径を長径とする略楕円形状とされている。

ポケット４ａの形状が前述のような略楕円形状とされているため、複列アンギュラ玉軸受に組み込まれた状態の冠形保持器４の軸方向の可動範囲が小さくなる。また、ポケット４ａの中心と冠形保持器４の軸方向他端面４ｃ（以降は反開口側端面４ｃと記す）との間の軸方向距離Ｙを小さくすることが可能となる。ポケット４ａの中心と冠形保持器４の反開口側端面４ｃとの間の軸方向距離Ｙは、玉３の直径の５４％以上５９％以下に設定されている。

これらのことにより、密封装置５と冠形保持器４との間の軸方向隙間が十分に確保されているため、玉３が大径であっても密封装置５と冠形保持器４とが干渉しにくく、本実施形態の複列アンギュラ玉軸受は密封性に優れている（すなわち、軸受の外部から内部への異物，塵埃の侵入や、内部から外部への潤滑剤の漏洩が生じにくい）。また、密封装置５と冠形保持器４とが干渉しにくいため、密封装置５の脱落、潤滑剤の漏出、複列アンギュラ玉軸受からの異音、複列アンギュラ玉軸受の異常摩耗が発生しにくい。さらに、ポケット４ａの中心と冠形保持器４の反開口側端面４ｃとの間の軸方向距離Ｙが小さいので、本実施形態の複列アンギュラ玉軸受はコンパクトである。

ポケット４ａの中心と冠形保持器４の反開口側端面４ｃとの間の軸方向距離Ｙが、玉３の直径の５４％未満であると、ポケット４ａの底部から反開口側端面４ｃまでの軸方向距離を確保できないため、冠形保持器４の剛性が不十分となるという不都合が生じるおそれがある。一方、５９％超過であると、密封装置５と冠形保持器４との間の軸方向隙間が十分に確保されないという不都合が生じるおそれがある。

上記のような優れた特性を有していることから、本実施形態の複列アンギュラ玉軸受は、水中ポンプ等のポンプの回転軸を回転自在に支持する転がり軸受として好適に使用可能である。
ここで、冠形保持器の構造と軸方向の可動範囲との関係について、図２〜４を参照しながらさらに詳細に説明する。図３は、本実施形態の変形例の冠形保持器の構造を説明する部分拡大図である。図４は、従来の一般的な冠形保持器の構造を説明する部分拡大図である。

図４の従来の一般的な冠形保持器の場合は、ポケットの形状は略球形状である。この場合の冠形保持器の軸方向の可動範囲は、ポケットの底部から軸方向に最も離れている状態（すなわち、開口部に接触している状態）の玉の中心と、ポケットの中心との間の軸方向距離Ｘである。
これに対して、ポケットの形状が略楕円形状ではなく通常の略球形状であっても、図３の変形例のように、ポケットの開口の大きさＷ（周方向幅）を図４の従来品よりも小さくすれば、冠形保持器の軸方向の可動範囲を前記従来品よりも小さくすることができる。すなわち、ポケットの開口の大きさＷが小さいため、ポケットの底部から軸方向に最も離れている状態の玉の中心が、ポケットの中心に近くなるから、前記軸方向距離Ｘが小さくなる（図３，４のＸの大きさを参照）。

よって、図３の変形例の冠形保持器を備える複列アンギュラ玉軸受は、本実施形態の複列アンギュラ玉軸受のように、密封装置と冠形保持器との間の軸方向隙間が十分に確保されるため、両者が干渉しにくく、前述の各種特性が優れている。ただし、ポケットの開口の大きさＷが小さいと、玉をポケットに挿入する際に必要な押し込み力が大きくなるし、玉をポケットに挿入する際に玉に損傷が生じやすくなる。

図２に示す本実施形態の冠形保持器４の場合は、ポケット４ａの形状が略楕円形状であるため、ポケット４ａの開口４ｂの大きさＷを前記従来品と同寸法としながらも、前記軸方向距離Ｘを前記従来品よりも小さくすることができる。その結果、玉をポケットに挿入する際の押し込み力や玉の損傷の発生を前記従来品と同等レベルに抑えつつ、複列アンギュラ玉軸受の前述の各種特性を優れたものとすることができる。

また、ポケット４ａの形状が略楕円形状であるため、ポケット４ａの中心と冠形保持器４の反開口側端面４ｃとの間の軸方向距離Ｙは、図３，４の冠形保持器の場合よりも小さい。よって、ポケット４ａの底部から軸方向に最も離れている状態の玉３の中心と冠形保持器４の反開口側端面４ｃとの間の軸方向距離Ｖも、図３，４の冠形保持器の場合よりも小さいので、密封装置５と冠形保持器４との間の軸方向隙間が大きくなる。
なお、本実施形態の冠形保持器４は、複列アンギュラ玉軸受以外の転がり軸受、例えば単列アンギュラ玉軸受，深溝玉軸受等にも適用可能である。

１ 内輪
１ａ 軌道面
２ 外輪
２ａ 軌道面
３ 転動体
３ａ 転動面
４ 冠形保持器
４ａ ポケット
４ｂ 開口
４ｃ 反開口側端面
５ 密封装置

Claims (3)

1. 転がり軸受に用いられる環状の保持器であって、転動体を収容する複数のポケットが周方向に沿って所定間隔をあけて設けらており、前記ポケットに前記転動体を挿入するための開口が前記保持器の軸方向一端面の各ポケットに対応する周方向位置に設けられているとともに、前記ポケットの形状は、前記保持器の径方向に沿う径を長径とする略楕円形状であり、前記ポケットの中心と前記保持器の軸方向他端面との間の軸方向距離が、前記転動体の直径の５４％以上５９％以下であることを特徴とする転がり軸受用保持器。
2. 内輪と、外輪と、前記内輪の軌道面と前記外輪の軌道面との間に転動自在に配された複数の転動体と、前記内輪と前記外輪との間に前記複数の転動体を保持する保持器と、前記内輪と前記外輪とのうち一方の軌道輪の軸方向端部に取り付けられ他方の軌道輪に滑り接触又は隙間を空けて対向する密封装置と、を備え、前記転動体の直径が軸受幅の半分の７５％以上８３％以下であるとともに、前記保持器が、請求項１に記載の転がり軸受用保持器であることを特徴とする複列アンギュラ玉軸受。
3. 内輪と、外輪と、前記内輪の軌道面と前記外輪の軌道面との間に転動自在に配された複数の転動体と、前記内輪と前記外輪との間に前記複数の転動体を保持する環状の保持器と、前記内輪と前記外輪とのうち一方の軌道輪の軸方向端部に取り付けられ他方の軌道輪に滑り接触又は隙間を空けて対向する密封装置と、を備え、下記の条件Ａ，Ｂ，及びＣを満足することを特徴とする複列アンギュラ玉軸受。
   条件Ａ：前記転動体の直径が軸受幅の半分の７５％以上８３％以下である。
   条件Ｂ：前記保持器には、前記転動体を収容する複数のポケットが周方向に沿って所定間隔をあけて設けらており、前記ポケットに前記転動体を挿入するための開口が前記保持器の軸方向一端面の各ポケットに対応する周方向位置に設けられているとともに、前記ポケットの形状は略球形状である。
   条件Ｃ：前記ポケットの中心と前記保持器の軸方向他端面との間の軸方向距離が、前記転動体の直径の５４％以上５９％以下である。

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