JP2016023732A - ころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】高速回転に対応可能な保持器を備えたころ軸受を提供する。
【解決手段】ころ軸受１は、内輪２と、外輪３と、複数のころ４と、環状の保持器５とを備えている。保持器５は、円環部１０、及び、この円環部１０から軸方向に延びかつ周方向に間隔をあけて設けられている複数の柱部２０を有し、周方向隣り合う柱部２０の間にころ４を保持するポケット７が形成されている。柱部２０は、ころ４の外周面と対向するポケット面２４に、保持器５をころ案内させるためのころ案内面を有している。柱部２０は、更に、径方向外側に、遠心力によって柱部２０が径方向外側へ変形すると外輪３の内周面５０に摺接する摺接部２１を有している。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ころ軸受に関する。

例えば、工作機械において、主軸を回転可能に支持する軸受部には、高い加工精度を維持するために高い剛性が必要とされており、そのためにころ軸受（複列ころ軸受）が用いられている。さらに近年では、主軸の高速回転化が要求されていることから、高速回転に対応することのできるころ軸受が求められている。

ころ軸受は、内輪、外輪、これら内輪と外輪との間に設けられている複数のころ、及び、複数のころを周方向に間隔をあけて保持する環状の保持器を備えている。保持器には、櫛型に構成されているものがあり（例えば、特許文献１参照）、図９に示すように、その保持器９０は、円環部９１、及び、この円環部９１の一側面から軸方向に延びかつ周方向に間隔をあけて設けられている複数の柱部９２を有している。この保持器９０では、図１０に示すように、周方向で隣り合う柱部９２，９２の間が、ころ９５を保持するポケット９３となる。

また、柱部９２は、ころ９５の外周面９６と対向するポケット面９４の径方向外側と径方向内側に、ころ案内面９７，９８を有しており、ころ案内面９７，９８がころ９５の外周面９６に径方向から接触可能となることで、この保持器９０は径方向について位置決めされる構成となる。

特開２０１２−１０２７９６号公報

櫛型の保持器の場合、図９に示すように、柱部９２が円環部９１から軸方向に突出している片持ち梁状であるため、柱部９２の先部側は、ある程度自由に変形できる。なお、図９では、変形前の柱部９２を実線で示しており、変形後の柱部９２を破線で示している。
このため、ころ軸受が回転した場合、特に高速回転した場合、遠心力により柱部９２が径方向外側（図９の場合、上側）に弾性変形する。柱部９２が径方向外側に大きく変形すると、柱部９２の先部９２ａ側の径方向内側の部分（前記ころ案内面９８）が局部的に、ころ９５の外周面９６に強く接触する。

ころ軸受の潤滑性を確保するためにころ９５の外周面９６等には潤滑油が付着しているが、柱部９２の径方向内側の部分（前記ころ案内面９８）が局部的に、ころ９５の外周面９６に強く接触すると、この接触部分において油膜切れが生じ、異常発熱や異常摩耗が発生するおそれがある。つまり、従来の櫛型の保持器は、高速回転に不向きである。

そこで、本発明は、高速回転に対応可能な保持器を備えたころ軸受を提供することを目的とする。

本発明は、内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪との間に設けられている複数のころと、複数の前記ころを周方向に間隔をあけて保持する環状の保持器とを備え、前記保持器は、円環部、及び、当該円環部の一側面から軸方向に延びかつ周方向に間隔をあけて設けられている複数の柱部を有し、周方向隣り合う当該柱部の間に前記ころを保持するポケットが形成され、前記柱部は、前記ころの外周面と対向するポケット面に、前記保持器をころ案内させるためのころ案内面を有し、前記柱部は、更に、径方向外側に、遠心力によって当該柱部が径方向外側へ変形すると前記外輪の内周面に摺接する摺接部を有している。

本発明によれば、ころ軸受が回転し遠心力によって柱部が変形しても、その柱部の径方向外側の摺接部が外輪の内周面に摺接することで、それ以上の柱部の変形が抑制される。このため、柱部のポケット面（ころ案内面）が局部的にころと強く接触するのを防ぐことができ、ころと柱部との間における異常発熱や異常摩耗の発生を防止することが可能となる。すなわち、ころ軸受を高速回転の条件でも使用することが可能となる。

また、前記外輪の内周面は、前記ころが転走する転走面と、前記ころと非接触である非転走面とを有し、前記摺接部は、前記非転走面と摺接する位置に設けられているのが好ましい。
外輪の内周面にはころ軸受の潤滑性を確保するための潤滑油が付着しており、摺接部が外輪の内周面に摺接するとその潤滑油が掻き取られる（剥がれる）おそれがあるが、前記構成によれば、摺接部は、ころが転走する転走面ではなく、ころと非接触である非転走面に摺接する。このため、転走面の油膜切れを生じさせず、ころ軸受の潤滑性能を低下させない。

また、非回転状態において、前記摺接部と前記外輪の内周面との間には隙間が形成されており、当該隙間を、前記柱部の前記ポケット面の径方向内側部と前記ころの外周面との間の径方向についての隙間よりも小さくするのが好ましい。
この場合、ころ軸受が回転し遠心力によって柱部が変形しても、柱部のポケット面の径方向内側部をころの外周面に接触させないで、摺接部を外輪の内周面に接触させることが可能となる。

本発明によれば、ころ軸受が回転し遠心力によって柱部が変形しても、柱部のポケット面（ころ案内面）が局部的にころと強く接触するのを防ぐことができ、ころと柱部との間における異常発熱や異常摩耗の発生を防止することが可能となる。すなわち、ころ軸受を高速回転の条件でも使用することが可能となる。

本発明のころ軸受の実施の一形態を示す縦断面図である。 保持器の一部を保持器の軸方向から見た断面図である。 保持器及びその周囲を拡大して示す縦断面図である。 図３に示す保持器及びその周囲を軸方向から見た図である。 摺接部の変形例を説明する説明図であり、保持器及びその周囲を軸方向から見た図である。 図５の摺接部を周方向から見た図である。 摺接部の更に別の変形例を説明する図であり、保持器及びその周囲を軸方向から見た図である。 図７の摺接部を周方向から見た図である。 従来の保持器の一部を示す斜視図である。 従来の保持器の一部を保持器の軸方向から見た断面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明のころ軸受の実施の一形態を示す縦断面図である。図１に示すころ軸受は、複列ころ軸受１であり、複数のころ４からなるころ列が、二列設けられている。
なお、この複列ころ軸受１は、例えば、汎用旋盤、ＣＮＣ旋盤、マシニングセンタ、フライス盤等の工作機械の主軸６を支持する軸受として使用され、高速回転する主軸６を高い剛性で支持することが可能である。主軸６は、低速回転する場合や、高速回転する場合があり、また、低速又は停止状態から高速回転状態（最大回転数）へと急加速することがある。

複列ころ軸受１は、内輪２と、外輪３と、これら内輪２と外輪３との間に設けられている複数のころ４と、これら複数のころ４を周方向に間隔をあけて保持する環状の保持器５，５とを備えている。この複列ころ軸受１には、独立した二つの保持器５，５が組み込まれている。ころ４は、複列状態（二列状態）で配置されており、保持器５，５それぞれは、列毎に独立して複数のころ４を保持している。ころ４の外周面は円筒形であり、この複列ころ軸受１は複列円筒ころ軸受である。

内輪２の外周面には、二列に配置されたころ４が転走する転走面５５，５５が形成されており、外輪３の内周面５０の一部が、二列のころ４が転走する転走面５１，５１となる。外輪３が工作機械の軸受ハウジング８の内周面に取り付けられており、内輪２に主軸６が挿入されている。複列ころ軸受１はグリース潤滑されており、内輪２、外輪３、ころ４及び保持器５にはグリース（潤滑油）が付着している。

一方側のころ列用の保持器５と他方側のころ列用の保持器５とは、複列ころ軸受１への取り付け方向が異なるが、同じものである。これら保持器５，５は、軸方向に並べて組み込まれており、各保持器５の軸方向に向く一側面１１が、複列ころ軸受１の軸方向外側へ向くように配置され、保持器５，５の対向する環状の背面１４，１４同士が接触可能となる。そして、保持器５，５それぞれは独立して各ころ列と共に回転することができる。

保持器５は、いわゆる櫛型の保持器であり、円環形状である円環部１０と、複数の柱部２０とを備えている。複数の柱部２０は、周方向に間隔（等間隔）をあけて設けられており、各柱部２０は、円環部１０の一側面１１から軸方向に向かって延びて設けられている。このため、柱部２０は、円環部１０から保持器５の中心線に平行な方向へ突出した片持ち梁状となる。なお、一側面１１の軸方向反対側の面（他側面）が前記背面１４となる。背面１４は、円環状の滑らかな面により構成されており、軸方向の隣りに設置される別の保持器５の背面１４と接触可能となる合わせ面となる。

本実施形態の保持器５は、樹脂製（合成樹脂製）であり、射出成型により製造され、円環部１０と柱部２０とは一体に成型されている。保持器５の材質は、例えば、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）や、ポリアミドとすることができる。なお、保持器５は、黄銅等による金属製であってもよい。

図２は、保持器５の一部を保持器５の軸方向から見た断面図である。この図２では、ころ４を二点鎖線で示している。柱部２０は周方向一定間隔おきに設けられており、円環部１０の一側面１１側であって周方向隣り合う柱部２０，２０の間に、ころ４を保持するポケット７が形成されている。各ポケット７は、周方向に隣接する柱部２０，２０の互いに対向するポケット面２４，２４と、円環部１０の一側面１１とで囲まれた空間からなる。ポケット面２４，２４は、ころ４の外周面３４に対向する面である。各ポケット７は、軸方向外側に向かって開口しており、保持器５は全体として櫛歯形状となる。

本実施形態の複列ころ軸受１は、保持器５がころ４により案内されるころ案内の軸受である。つまり、柱部２０は、ポケット面２４の径方向外側の領域に、ころ４の外周面３４と隙間を有して対向するころ案内面４２を有しており、また、ポケット面２４の径方向内側の領域に、ころ４の外周面３４と隙間を有して対向するころ案内面４３を有している。径方向外側のころ案内面４２が、ころ４の外周面３４に径方向外側から接触することができ、また、径方向内側のころ案内面４３が、ころ４の外周面３４に径方向内側から接触することができ、これによって、保持器５は径方向についての位置決めがされる。このように、径方向外側及び内側のころ案内面４２，４３は、保持器５をころ案内させるための面となっている。

図３は、保持器５及びその周囲を拡大して示す縦断面図である。図４は、図３に示す保持器５及びその周囲を軸方向から見た図である。この保持器５の柱部２０は、更に、外輪３の内周面５０に摺接可能となる摺接部２１を有している。本実施形態では、図３に示すように、柱部２０は、ころ４よりも軸方向に長い柱状の本体部２０ａを有しており、本体部２０ａの先部２０ｂの径方向外側に摺接部２１が設けられている。
なお、本体部２０ａの径方向寸法Ｂは、円環部１０の径方向寸法ｂと同じに（又は小さく）設定されており、本体部２０ａの径方向外側面２２と外輪３の内周面５０との間には、空間部Ｋが形成されている。なお、図示しないが、本体部２０ａの径方向寸法Ｂは先部２０ｂに向かうにしたがって小さくなっていてもよい。そして、この本体部２０ａから摺接部２１が外輪３の内周面５０側へ突出するようにして設けられている。

ここで、外輪３に対して内輪２が回転すると、ころ４及び保持器５も回転する。この保持器５では、前記のとおり、柱部２０が円環部１０から突出した片持ち梁状であるため、保持器５の回転により遠心力が作用すると、柱部２０（本体部２０ａ）は先部２０ｂ側が基部２０ｃ側よりも径方向外側に大きく変形しようとする。すると、先部２０ｂの径方向外側に設けられている摺接部２１が、外輪３の内周面５０に摺接する。
このように、遠心力により柱部２０が変形すると（変形しようとすると）、先部２０ｂに設けられている摺接部２１が、外輪３の内周面５０に接触することで、それ以上の柱部２０の変形が抑制される。

ここで、本実施形態では、複列ころ軸受１が回転していない状態（非回転状態）において、摺接部２１と外輪３の内周面５０との間には隙間ｅが形成されている（図４参照）。また、ころ４のピッチ円４５の中心と保持器５の中心とが一致した状態で、柱部２０のポケット面２４の径方向内側部２５（前記ころ案内面４３）と、ころ４の外周面３４との間には、前記ピッチ円４５の径方向についての隙間ｆが形成されている。
そして、ころ４のピッチ円４５の中心と保持器５の中心とが一致した状態で、摺接部２１と外輪３との間の前記隙間ｅは、ポケット面２４の径方向内側部２５（前記ころ案内面４３）ところ４の外周面３４との間の前記ピッチ円４５の径方向についての前記隙間ｆよりも小さくなるように設定されている（ｅ＜ｆ）。なお、前記ピッチ円４５の径方向は、保持器５の径方向、内輪２の径方向、及び外輪３の径方向と一致し、更に、複列ころ軸受１の径方向とも一致する。

このように構成された保持器５によれば、複列ころ軸受１が回転し、遠心力によって柱部２０が変形しても、その柱部２０の径方向外側の摺接部２１が外輪３の内周面５０に摺接することで、それ以上の柱部２０の変形が抑制される。このため、柱部２０のポケット面２４の径方向内側部２５（ころ案内面４３）が局部的に、ころ４と強く接触するのを防ぐことができる。この結果、ころ４と柱部２０との間における異常発熱や異常摩耗の発生を防止することが可能となる。

特に、本実施形態では、非回転状態で、摺接部２１と外輪３との間の前記隙間ｅは、ポケット面２４ところ４との間の前記ピッチ円４５の径方向についての前記隙間ｆよりも小さくなる（ｅ＜ｆ）ように設定されている。このため、遠心力によって柱部２０が変形しても、柱部２０のポケット面２４の径方向内側部２５（ころ案内面４３）を、ころ４の外周面３４に接触させないで、摺接部２１を外輪３の内周面５０に接触させることが可能となる。なお、摺接部２１は、遠心力により柱部２０（先部２０ｂ）が前記隙間ｅの寸法以上について変形した場合にのみ外輪３の内周面５０に接触する。

さらに、本実施形態において（図３参照）、外輪３の内周面５０は、ころ４が接触して転走する転走面５１の他に、ころ４と非接触である非転走面５２を有している。そこで、摺接部２１は、非転走面５２と摺接する位置に設けられている。なお、外輪３の内周面５０は、すべて仕上げ加工（研磨加工）が施されている。

外輪３の内周面５０には、複列ころ軸受１の潤滑性を確保するための潤滑油が付着しているが、摺接部２１が、外輪３の内周面５０において、転走面５１以外の領域（非転走面５２）と接触することから、複列ころ軸受１の潤滑性能を低下させない。すなわち、摺接部２１が外輪３の内周面５０に摺接すると、内周面５０に付着している潤滑油が掻き取られる（剥がれる）おそれがあるが、摺接部２１は、ころ４が転走する転走面５１ではなく、ころ４と非接触である非転走面５２に摺接するため、転走面５１の油膜切れを生じさせず、複列ころ軸受１の潤滑性能を低下させない。

図４に示す摺接部２１では、その径方向外側面２１ａの形状は、保持器５の中心線を中心とする円弧面であり、摺接部２１の径方向外側面２１ａと外輪３の内周面５０との間には、非回転状態で径方向及び軸方向に均一の隙間ｅが形成される。この形状によれば、摺接部２１は外輪３の内周面５０と面接触することができ、接触面圧を小さくすることが可能となる。

図５と図６は、摺接部２１の変形例を説明する図である。図５と図６に示す形態では、摺接部２１は、径方向外側面２２から突出して設けられている突起部２１ｂからなる。図５と図６に示すように、この突起部２１ｂの輪郭形状は、外輪３の内周面５０よりも曲率半径の小さい球面の一部の形状を有しており、突起部２１ｂは、外輪３の内周面５０に点接触可能となっている。なお、図５に示す形態の場合、突起部２１ｂからなる摺接部２１と外輪３の内周面５０との間の前記隙間ｅは、突起部２１ｂの頂部と外輪３の内周面５０との間の隙間となる。

図７と図８は、摺接部２１の更に別の変形例を説明する図である。図７と図８に示す形態では、摺接部２１は、径方向外側面２２から突出して設けられている突起部２１ｃからなるが、その輪郭形状（断面の輪郭形状）は、図７に示すように、保持器５の軸方向から見て、三角形となる部分を有している。さらに、図８に示すように、周方向から見た場合においても、この突起部２１ｃの輪郭形状は、三角形状となる部分を有しており、突起部２１ｃは、外輪３の内周面５０に点接触可能となっている。なお、突起部２１ｃの頂点は、丸み形状を有しているのが好ましい。この図７に示す形態の場合、突起部２１ｃからなる摺接部２１と外輪３の内周面５０との間の前記隙間ｅは、突起部２１ｃの頂部と外輪３の内周面５０との間の隙間となる。

これら図５及び図７に示す各形態の場合、摺接部２１の体積が小さくなることから重量も小さくなり、図４に示す形態と比べて遠心力の影響を小さくすることができる。また、図５及び図７に示す形態の場合、遠心力により柱部２０が変形すると、摺接部２１が外輪３の内周面５０と点接触することから、摺動抵抗を小さくすることが可能となる。

以上、前記各形態の複列ころ軸受１によれば（例えば図２参照）、保持器５の柱部２０は、ころ４の外周面３４と対向するポケット面２４に、この保持器５をころ案内させるためのころ案内面４２，４３を有している。つまり、この複列ころ軸受１は、ころ案内のための構成を基本構成として有している。さらに、この複列ころ軸受１では、柱部２０の自由端側である先部２０ｂの径方向外側に摺接部２１を有しており、この摺接部２１は、遠心力によって柱部２０が径方向外側へ変形すると、外輪３の内周面５０に摺接する。つまり、複列ころ軸受１が回転すると（特に高速回転すると）、保持器５は、柱部２０の先部２０ｂ側において、外輪３によって案内される外輪案内としての機能も有することができる。

このように、複列ころ軸受１が回転し遠心力によって柱部２０が変形しても、摺接部２１が、柱部２０の変形を抑制するガイド部材として機能し、柱部２０のポケット面２４が局部的にころ４と強く接触するのを防ぐことができる。このため、ころ４と柱部２０との間における異常発熱や異常摩耗の発生を防止することが可能となる。この結果、低昇温であり、高速回転の環境下でも使用可能となり、また、軸受寿命を長くすることができる。

また、本発明の複列ころ軸受１は、図示する形態に限らず本発明の範囲内において他の形態のものであってもよい。例えば、前記実施形態では、複列円筒ころ軸受の場合について説明したが、自動調心ころ軸受であってもよい。更には、ころ列を二列有するころ軸受の場合について説明したが、ころ列が一列のころ軸受であってもよい。
また、複列ころ軸受１は、工作機械の主軸６の支持以外の用途であってもよい。

１：複列ころ軸受（ころ軸受） ２：内輪 ３：外輪
４：ころ ５：保持器 ７：ポケット
１０：円環部 １１：一側面 ２０：柱部
２１：摺接部 ２４：ポケット面 ２５：径方向内側部
３４：外周面 ４２：ころ案内面 ４３：ころ案内面
５０：内周面 ５１：転走面 ５２：非転走面
隙間：ｅ 隙間：ｆ

Claims (3)

1. 内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪との間に設けられている複数のころと、複数の前記ころを周方向に間隔をあけて保持する環状の保持器と、を備え、
   前記保持器は、円環部、及び、当該円環部の一側面から軸方向に延びかつ周方向に間隔をあけて設けられている複数の柱部を有し、周方向隣り合う当該柱部の間に前記ころを保持するポケットが形成され、
   前記柱部は、前記ころの外周面と対向するポケット面に、前記保持器をころ案内させるためのころ案内面を有し、
   前記柱部は、更に、径方向外側に、遠心力によって当該柱部が径方向外側へ変形すると前記外輪の内周面に摺接する摺接部を有している
   ことを特徴とするころ軸受。
2. 前記外輪の内周面は、前記ころが転走する転走面と、前記ころと非接触である非転走面とを有し、
   前記摺接部は、前記非転走面と摺接する位置に設けられている請求項１に記載のころ軸受。
3. 非回転状態において、前記摺接部と前記外輪の内周面との間には隙間が形成されており、当該隙間は、前記柱部の前記ポケット面の径方向内側部と前記ころの外周面との間の径方向についての隙間よりも小さい請求項１又は２に記載のころ軸受。

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