JP2016540171A - 転がり軸受保持器 - Google Patents

Abstract

本発明は、転動体（１０）、特に玉を案内するために設けられた保持器ポケット（５）を備え、保持器ポケット（５）は、共通の対称軸線（Ｒ）を有する２つのサイドリング（２，３）と、サイドリング（２，３）を結合するウェブ（４）とから形成されており、サイドリング（２，３）は、ウェブ（４）と一体的に形成されていて、かつ織物を含む、転がり軸受保持器（１）に関する。本発明によれば、織物（６）は、少なくとも２種類の異なる繊維（７，８）から構成されており、これらの繊維（７，８）により、織物（６）の強い異方性の特性が形成される。

Description

本発明は、織物を含み、特にスピンドル軸受に使用するのに適した転がり軸受保持器、たとえば玉軸受保持器に関する。

繊維または織物を含む転がり軸受保持器は、たとえば独国特許出願公開第１０２００４０５８５１８号明細書において知られている。転がり軸受保持器に含まれ得る繊維として、綿繊維、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維およびホウ素繊維が挙げられる。転がり軸受保持器は、摩擦値を低減するための添加剤、たとえば固体潤滑剤または低粘度油をさらに含む。転がり軸受保持器は、エポキシ樹脂と固体潤滑剤とから成る混合物に織物を浸漬し、浸漬された織物を成形して管状のプリプレグを形成することによって、製造することができる。プリプレグは、続いて１２０℃〜１８０℃の温度範囲で硬化され、転がり軸受保持器の形状に加工される。独国特許出願公開第１０２００４０５８５１８号明細書による転がり軸受保持器は、特に産業上のスピンドル軸受や、特に歯科技術における医療技術的な分野に適している。

繊維を含む別の転がり軸受保持器は、たとえば独国特許出願公開第１０２００９０３２９６１号明細書において知られている。この転がり軸受保持器は、射出成形によって製造可能であり、様々な種類の繊維を含んでよく、そこでは、ガラス繊維、炭素繊維およびアラミド繊維の他にＰＴＦＥ繊維も挙げられる。保持器における繊維の埋め込みは行われない。繊維が分散しているプラスチック材料は、たとえばポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）またはポリエーテルイミド（ＰＥＩ）であってよい。

独国特許出願公開第１０２００６００７９２５明細書において、工作機械の主スピンドルを軸支するための、単列のアンギュラ玉軸受として構成された転がり軸受が知られている。この転がり軸受の保持器は、プラスチック保持器または織物基材積層体保持器として構成されている。両方の場合とも、保持器は、転がり軸受の外側の軸受輪に案内されてよい。

本発明の根底を成す課題は、織物を含む、特にたとえば工作機械のスピンドル軸受に使用するのに適した転がり軸受保持器を、前掲の公知先行技術に対して、特に耐摩耗性および極端な使用条件に対する適性に関して改良することである。

この課題は、本発明によれば、請求項１の特徴を有する転がり軸受保持器、および請求項９に記載の、そのような転がり軸受保持器を有する転がり軸受、特にスピンドル軸受によって解決される。

転がり軸受保持器は、玉軸受保持器またはころ軸受保持器として構成されており、自体公知の基本構造で２つのサイドリングを備え、サイドリングは、保持器ポケットを形成するとともに、幾つかのウェブによって互いに一体的に結合されており、連続的な織物が、サイドリングとウェブとから成る共通の集成体に含まれる。転がり軸受保持器は、純粋なラジアル軸受、つまりラジアル玉軸受またはラジアルころ軸受の保持器として、また同様に、アンギュラ玉軸受の保持器として構成されてもよい。保持器内で案内される転動体は、玉または円筒ころであってよい。保持器のアウトボード案内、インボード案内または転動体案内が行われてよい。

本発明によれば、織物は、少なくとも２種類の、その材料組成および機械的特性がそれぞれ異なる繊維から構成されている。

第１の種類の繊維が、たとえばまず第１に機械的な荷重能力および剛性に関して選択される一方、織物に含まれる別の種類の繊維は、たとえば潤滑特性に関して最適化されてよい。この場合、繊維自体が潤滑特性を有していてもよいし、または特に良好に潤滑剤、たとえば油自体が繊維に結合していてもよい。

好適には、織物の、異なる繊維は、互いに異なる配置で織物に含まれている。この場合、たとえば第１の種類の繊維が、ほぼまたは完全に転がり軸受保持器の周方向に方向付けされている一方、第２の種類の繊維は、転がり軸受の少なくともほぼ軸方向に方向付けされている。好適な態様では、主に周方向に方向付けされた繊維は、主に軸方向に方向付けされた繊維よりも高い引張り強度を有する。比強度とも称される固有の引裂強度は、転がり軸受保持器の、周方向に位置する繊維では、好適には、軸方向に方向付けされた繊維における引裂強度よりも高い。

転がり軸受保持器は、周方向でも軸方向でもそれぞれ１種類または複数種類の繊維を含んでよい。たとえば、以下の組み合わせが可能である。
・織物は、厳密に１種類の繊維を周方向に、複数の異なる種類の繊維を軸方向に含む。
・織物は、厳密に１種類の繊維を軸方向に、複数の異なる種類の繊維を周方向に含む。
・織物は、複数の種類の繊維を周方向に、複数の種類の繊維を軸方向に含む。

織物を形成する繊維として、人造繊維と同様に天然繊維も考慮される。この場合、１つの同一の方向に、天然繊維のみ又は人造繊維のみが延在していてもよく、または人造繊維および天然繊維が延在していてもよい。このことは、転がり軸受の周方向に、つまり経方向に延在する繊維だけではなく、軸方向に、つまり緯方向に延在する繊維にも当てはまる。

考えられる態様によれば、周方向に延在する繊維は、人造繊維であり、軸方向に延在する繊維は、天然繊維である。人造繊維として、特にアラミド繊維、バサルト繊維、ホウ素繊維、ガラス繊維、炭素繊維、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）繊維および／またはＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）繊維が、転がり軸受保持器の織物に含まれてよい。織物の形成に適した天然繊維は、たとえば竹繊維、綿繊維、亜麻繊維、大麻繊維、黄麻繊維、苧麻繊維およびサイザル麻繊維である。

織物における人造繊維と天然繊維との考えられる組み合わせは、たとえばアラミド／綿およびカーボン／綿の組み合わせである。この場合、織物は、周方向で、少なくとも２０％人造繊維、つまりアラミド繊維または炭素繊維から形成される一方、軸方向に延在する繊維としては専ら綿繊維が用いられる。同様に、周方向に延在する繊維がアラミド繊維またはカーボン繊維だけではない場合には、綿が、周方向で繊維の１００％に足りない割合を形成している。

織物は、あらゆる組成で、熱可塑性プラスチックマトリックスまたは熱硬化性プラスチックマトリックスに埋め込まれてもよい。適切なマトリックス材料として、特にエポキシ樹脂およびフェノール樹脂が挙げられる。転がり軸受保持器の製造の枠内で、織物は、まずマトリックス材料に浸漬されて、巻き上げられてよく、これにより、スリーブ状のプリプレグが得られ、プリプレグは、続いて後続処理されてよく、その際、後続処理は、切削による加工ステップを含む。

好適な態様では、織物の、転がり軸受保持器の周方向に延在する繊維は、軸方向に延在する繊維と比べて、より高い引張り強度を有するだけではなく、より高い弾性係数を有している。これに対して、周方向に延在する繊維の熱膨張係数は、好適には、織物の、軸方向に延在する繊維の熱膨張係数よりも小さい。したがって、高い熱的な荷重も、機械的な荷重、つまり遠心力も、転がり軸受保持器の強い拡張をもたらさない。したがって、転がり軸受保持器は、保持器と軸受外輪との間の遊びが僅かであっても、広い温度範囲で使用可能である。

さらに、転がり軸受保持器の織物の方向に強く依存する特性は、公知先行技術と比べて、極めて精巧な保持器構造を可能にする。このことは、たとえばシール要素の配置および横断面構造に関して、転がり軸受全体の構造に有益な構造自由度を与えている。

以下に、添付の図面に基づいて本発明の実施の形態を詳しく説明する。

アンギュラ玉軸受として構成されたスピンドル軸受の断面図である。 図１による転がり軸受の保持器に含まれる織物の概略図である。

転がり軸受保持器１は、全体を符号９で示す転がり軸受、つまり玉軸受の転動体１０、つまり玉を案内するために設けられている。玉軸受９は、単列のアンギュラ軸受として構成されており、工作機械において急速に回転するスピンドル軸受として使用される。転がり軸受９の機能原理については、冒頭で引用された公知先行技術、特に独国特許出願公開第１０２００６００７９２５号明細書が参照される。

転がり軸受９の玉１０は、軸受輪１１，１２、つまり内輪１１および外輪１２上を転動する。転がり軸受保持器１の対称軸線と同一である、玉軸受９の回転軸線は、符号Ｒで示されている。転がり軸受保持器１は、アウトボード案内式の保持器であり、転がり軸受保持器１の外周と外輪１２の内周との間に案内隙間ＦＳが与えられている。代替的に、図示していない形で、転がり軸受保持器１を、転動体１０または内輪１１により案内してもよい。つまり、転動体案内式またはインボード案内式の保持器として転がり軸受保持器１を構成してもよい。

玉軸受９の各転動体１０は、転がり軸受保持器１の保持器ポケット５内で案内されている。保持器ポケット５の壁部は、図１において看取されるように、円筒形に成形されてよい。代替的に、保持器ポケット５は、球状に成形された表面を有していてもよい。いずれの場合でも、転がり軸受保持器１は、閉じたサイドリング２，３を有し、サイドリング２，３の間に、保持器ポケット５を形成するとともにウェブ４が延在しており、ウェブ４は、サイドリング２，３と一体的に結合されている。ウェブ４および保持器ポケット５は、図２では転がり軸受保持器１の１つの構成部材として認められるが、判りやすくするために、図２のみに符号が付されている。

転がり軸受保持器１は、織物６から構成されており、織物６は、エポキシ樹脂またはフェノール樹脂から成るプラスチックマトリックスに結合されている。図２において図式的に示された織物６は、経方向に、つまり転がり軸受保持器１の周方向に延在する繊維７と、緯方向に、つまり転がり軸受保持器１の軸方向に延在する繊維８とから構成されている。繊維７，８は、その組成およびその機械的特性に関して互いに大きく異なっているので、織物６は、極めて強い異方性の特性を有する。

周方向に延在する繊維７は、高強度の人造繊維、たとえば炭素繊維、または高い引張り強度で設計された、様々な繊維の混合物である。たとえば周方向に延在する繊維７は、異なる２種類または３種類の繊維から成る複合体である。いずれの場合も、玉軸受９の回転数特性値が高いときでも、転がり軸受保持器１の回転が、転がり軸受保持器１の拡張とこれに伴う案内隙間ＦＳの低減とを僅かにしか生じさせないように、繊維７が選択される。これにより考えられる、案内隙間ＦＳが僅かである玉軸受９の設計は、あらゆる回転数範囲において、転がり軸受保持器１の、遠心力および摩擦力をもたらす偏心を、僅かにしか生じさせないことを保証する。

転がり軸受保持器１の接線方向で作用する力と比べて、転がり軸受保持器１は、高い回転数での動作時であっても、軸方向では割合小さな力にしか曝されていない。これに応じて、織物６の、軸方向に延在する繊維８は、まず第１に引張り強度の観点から選択されることはない。むしろ、織物６の緯方向に延在する繊維８として、均質のまたは混合の、転がり軸受保持器１の良好な潤滑特性をもたらす繊維が選択される。実施の態様では、これは、良好な潤滑剤含有性に優れた綿繊維である。

１つの同じ織物６において異なる繊維７，８を組み合わせたことに基づいて、転がり軸受保持器１は、従来のスピンドル軸受の保持器と比べて、荷重能力および耐用期間を同時に高めつつ、極めて精巧に構成されている。

ＦＳ 案内隙間
Ｒ 回転軸線
１ 転がり軸受保持器
２ サイドリング
３ サイドリング
４ ウェブ
５ 保持器ポケット
６ 織物
７ 周方向に延在する繊維
８ 軸方向に延在する繊維
９ 玉軸受
１０ 転動体、玉
１１ 内輪
１２ 外輪

Claims (12)

1. 転動体（１０）を案内するために設けられた保持器ポケット（５）を備え、該保持器ポケット（５）は、共通の対称軸線（Ｒ）を有する２つのサイドリング（２，３）と、該サイドリング（２，３）を結合するウェブ（４）とから形成されており、前記サイドリング（２，３）は、前記ウェブ（４）と一体的に形成されていて、かつ織物（６）を含む、転がり軸受保持器（１）において、
   前記織物（６）は、少なくとも２種類の異なる繊維（７，８）から構成されていることを特徴とする、転がり軸受保持器。
2. 異なる種類の前記繊維（７，８）は、互いに異なる配置で前記織物（６）に含まれている、請求項１記載の転がり軸受保持器。
3. 前記織物（６）は、前記サイドリング（２，３）のほぼ周方向に方向付けされた第１の種類の繊維（７）と、ほぼ軸方向に方向付けされた第２の種類の繊維（８）とを含む、請求項２記載の転がり軸受保持器。
4. ほぼ周方向に方向付けされた前記繊維（７）は、ほぼ軸方向に方向付けされた前記繊維（８）よりも高い引張り強度を有する、請求項３記載の転がり軸受保持器。
5. 周方向に方向付けされた前記繊維（７）として人造繊維が設けられており、軸方向に方向付けされた前記繊維（８）として天然繊維が設けられている、請求項４記載の転がり軸受保持器。
6. 周方向に方向付けされた前記繊維（７）として、アラミド繊維、バサルト繊維、ホウ素繊維、ガラス繊維、炭素繊維、ＰＥＴ繊維およびＰＴＦＥ繊維を含む繊維のグループの少なくとも１種類の繊維が設けられている、請求項５記載の転がり軸受保持器。
7. 軸方向に方向付けされた前記繊維（８）として、竹繊維、綿繊維、亜麻繊維、大麻繊維、黄麻繊維、苧麻繊維およびサイザル麻繊維を含む繊維のグループの少なくとも１種類の繊維が設けられている、請求項５または６記載の転がり軸受保持器。
8. 周方向に方向付けされた前記繊維（７）は、軸方向に方向付けされた前記繊維（８）よりも小さな熱膨張係数を有する、請求項３から７までのいずれか１項記載の軸受保持器。
9. 幾つかの転動体（１０）と、請求項１記載の転がり軸受保持器（１）と、を備える転がり軸受。
10. 前記転動体（１０）として玉が設けられている、請求項９記載の転がり軸受。
11. 前記転動体（１０）として円筒ころが設けられている、請求項９記載の転がり軸受。
12. スピンドル軸受における請求項１０または１１記載の転がり軸受（９）の使用。

Images