JP2017053420A - 転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】転がり軸受において、固定輪が相手部材に対してクリープしたとしても、相手部材及び固定輪における摩耗を抑制する。【解決手段】転がり軸受７は、内輪１１と、外輪１２と、これら内輪１１と外輪１２との間に介在している複数の玉１３と、複数の玉１３を保持する保持器１４とを備えており、内輪１１が回転輪であって外輪１２が固定輪となっている。外輪１２が取り付けられる相手部材であるハウジング２との嵌め合い面に、外輪１２の軸方向側面１２ｃにおいて開口して潤滑油が浸入可能である潤滑用溝３１が複数形成されている。【選択図】 図２

Description

本発明は、転がり軸受に関する。

各種産業機器には多くの転がり軸受が用いられている。転がり軸受は、内輪、外輪、これら内輪と外輪との間に介在している複数の転動体、及びこれら転動体を保持する保持器を備えている。例えば、図７に示すように、ハウジング９７内の回転軸９５を支持する転がり軸受９０では、内輪９１が回転軸９５に外嵌して取り付けられており、外輪９２がハウジング９７の内周面９８に取り付けられている。

特に、転がり軸受９０が深溝玉軸受であり、また、一方向の軸方向荷重が作用する軸受である場合、内輪９１と回転軸９５とは「締まり嵌め」の状態で組み立てられるのに対して、外輪９２とハウジング９７とは「すきま嵌め」の状態で組み立てられることが多い。このため、回転軸９５が回転している使用状態で、外輪９２とハウジング９７との間においてクリープ（ハウジング９７に対する外輪９２の周方向の滑り）が発生することがある。

そこで、特許文献１では、外輪の外周面にクリープ発生を抑制するための溝（環状溝）を形成した転がり軸受が提案されている。この転がり軸受によれば、ラジアル方向の大きな荷重が作用している場合に発生しやすいクリープを抑制することが可能である。なお、このような荷重が作用している場合に発生しやすいクリープは、軸受回転方向と同方向へゆっくりと外輪が滑るクリープである。

特開２００６−３２２５７９号公報

特許文献１に記載の転がり軸受によれば、ラジアル方向の大きな荷重が作用している場合において、弾性変形する外輪とハウジングとの間の相対滑りの発生を前記溝（環状溝）によって抑えることができ、これにより、クリープを抑制することが可能となる。

しかし、クリープには、前記のような軸受回転方向と同方向へゆっくりと外輪が滑るクリープ（これを、第１のクリープという。）の他に、軸受回転方向と同方向へ速く外輪が滑るクリープ（これを、第２のクリープという。）と、軸受回転方向と逆方向に外輪が滑るクリープ（これを、第３のクリープという。）とが存在する。
このような第２及び第３のクリープについては、第１のクリープと発生メカニズムが異なることから、外輪に形成されている前記溝（環状溝）によって抑制することはできないと考えられる。

そして、前記第１〜第３のクリープのような有害な滑りが発生すると、例えば、ハウジングが摩耗し、摩耗粉が軸受内部に侵入し、これにより振動や騒音等が発生して軸受性能を低下させてしまうおそれがある。

なお、図７では、内輪９１が回転する軌道輪（回転輪）であり、外輪９２が（クリープは発生するが）固定状態となる軌道輪（固定輪）である場合を示しており、この場合、ハウジング９７に対して外輪９２がクリープするが、これとは反対に、内輪９１が固定輪であり外輪９２が回転輪となる転がり軸受である場合、内輪９１と、この内輪９１が取り付けられている軸（相手部材）との間においてクリープが発生することが考えられる。

そこで、本発明は、固定輪が相手部材に対してクリープしたとしても、相手部材及び固定輪における摩耗を抑制することが可能となる転がり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介在している複数の転動体と、前記複数の転動体を保持する保持器と、を備え、前記内輪と前記外輪との内の一方が回転輪であって他方が固定輪である転がり軸受であって、前記固定輪が取り付けられる相手部材との嵌め合い面に、当該固定輪の軸方向側面において開口して潤滑油が浸入可能である潤滑用溝が複数形成されている。

本発明によれば、転がり軸受の潤滑のために用いられる潤滑油が、潤滑用溝を通じて、固定輪と、この固定輪が取り付けられる相手部材との間に浸入し介在することができる。このため、相手部材に対して固定輪がクリープしたとしても、これらの間に介在する潤滑油によって相互間の潤滑が行われ、相手部材及び固定輪における摩耗を抑制することが可能となる。

また、本願の発明者らは、クリープの発生メカニズムを検討したところ、次のような知見を得ている。すなわち、転がり軸受にラジアル方向の大きな荷重が作用している場合、転動体が高負荷を受けて固定輪の軌道面を通過する際、その直下で固定輪が部分的に弾性変形し、この固定輪の相手部材との接触領域における弾性変形に起因して相対滑りが生じ、この相対滑りによりクリープ（軸受回転方向と同方向へのゆっくりとしたクリープ）が発生するという知見を得ている。
そこで、前記固定輪の前記嵌め合い面に、環状溝が形成されているのが好ましい。
このように固定輪に環状溝が形成されていることで、前記のような弾性変形に起因する相対滑りの発生を抑え、クリープ（軸受回転方向と同方向へのゆっくりとしたクリープ）を抑制することが可能となる。

そして、前記潤滑用溝は、前記環状溝よりも深いのが好ましく、この場合、転がり軸受の潤滑のために用いられる潤滑油を、潤滑用溝を通じて、固定輪と相手部材との間に浸入させやすい構成が得られる。
または、前記潤滑用溝は、前記環状溝と同じ深さ又は前記環状溝よりも浅い構成であってもよい。
前記のような相手部材と固定輪との間の相対滑りの発生を効果的に抑えるためには、環状溝の深さを、固定輪の弾性変形量が超えない程度として可及的に浅く設定するのが好ましく、そして、潤滑用溝については、この環状溝と同じ深さ又はこの環状溝よりも浅く設定することにより、全体として固定輪に形成される溝（環状溝及び潤滑用溝）が浅くなる。この結果、固定輪の強度低下を防ぐことができる。

本発明によれば、相手部材に対して固定輪がクリープしたとしても、これらの間に介在する潤滑油によって相互間の潤滑が行われ、相手部材及び固定輪における摩耗を抑制することが可能となる。

本発明の転がり軸受を含む回転装置の実施の一形態を示す縦断面図である。 転がり軸受の断面図である。 外輪の外周面を平面に展開した場合の説明図である。 外輪における潤滑用溝の形成部位及びその周囲を示す説明図である。 図４に示す形態の変形例を示す説明図である。 他の形態を有する転がり軸受の断面図である。 従来の転がり軸受を説明するための断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の転がり軸受７を含む回転装置１の実施の一形態を示す縦断面図である。回転装置１はハウジング２及び回転軸４を有しており、一対の転がり軸受７，７によって回転軸４がハウジング２に回転自在となって支持されている。回転軸４は、転がり軸受７，７が取り付けられている小径軸部４ａ，４ａと、転がり軸受７，７（内輪１１，１１）の間に介在し小径軸部４ａよりも外径が大きい大径軸部４ｂとを有している。

ハウジング２の内周面３（以下、ハウジング内周面３ともいう。）の軸方向両側には、環状部５ａ，５ｂが設けられている。そして、これら転がり軸受７，７は、モータ用の予圧付与型の軸受であり、転がり軸受７，７は軸方向一方側の荷重（予圧）が付与された状態にある。

軸方向一方側（図１では右側）の転がり軸受７と、軸方向他方側（図１では左側）の転がり軸受７とは同じ構成である。以下において、軸方向一方側（図１では右側）の転がり軸受７を代表として詳細な構成を説明する。

図２は、転がり軸受７の断面図である。転がり軸受７は、回転軸４に外嵌して取り付けられている内輪１１と、ハウジング内周面３に取り付けられている外輪１２と、これら内輪１１と外輪１２との間に介在している複数の転動体と、これら転動体を保持する環状の保持器１４とを備えている。本実施形態の転動体は玉１３であり、図２に示す転がり軸受７は深溝玉軸受である。そして、前記のとおり、この転がり軸受７には一方向の軸方向荷重が作用している。

そこで、本実施形態では、内輪１１と回転軸４とは「締まり嵌め」の状態で組み立てられており、内輪１１は回転軸４に密着して嵌合しており回転軸４と一体回転可能である。これに対して、外輪１２は、固定状態にあるハウジング２に取り付けられているが、この外輪１２はハウジング内周面３に「すきま嵌め」の状態で組み立てられている。
このため、回転軸４が内輪１１と共に回転している使用状態で、外輪１２とハウジング２との間においてクリープ（ハウジング２に対する外輪１２の周方向の滑り）が発生することがある。なお、クリープについては、後にも説明する。

内輪１１の外周面には、玉１３が転動する内輪軌道溝（軌道面）１１ａが設けられており、外輪１２の内周面には、玉１３が転動する外輪軌道溝（軌道面）１２ａが設けられている。そして、複数の玉１３は、内輪１１と外輪１２との間の環状空間１５に設けられており、転がり軸受７が回転すると（内輪１１が回転すると）、これら玉１３は保持器１４によって保持された状態で内輪軌道溝１１ａと外輪軌道溝１２ａとを転動する。

保持器１４は、複数の玉１３を周方向に沿って所定間隔（等間隔）をあけて保持することができ、このために、保持器１４には玉１３を収容するためのポケット１８が周方向に沿って複数形成されている。本実施形態の保持器１４は、玉１３の軸方向一方側に設けられている円環部１４ａと、この円環部１４ａから軸方向他方側に延在している複数の柱部１４ｂとを有している。そして、円環部１４ａの軸方向他方側（図２では左側）であって、周方向で隣り合う一対の柱部１４ｂ，１４ｂ間が、ポケット１８となる。なお、保持器１４は、他の形態であってもよく、例えば、軸方向他方側にも円環部を有する構成とすることができる。

そして、本実施形態の転がり軸受７では、外輪１２の外周面２２がハウジング２（内周面３）に対する嵌め合い面となり、図２及び図３に示すように、この嵌め合い面（外周面２２）に潤滑用溝３１が形成されている。なお、図３は、外輪１２の外周面２２を平面に展開した場合の説明図である。更に、本実施形態では、この嵌め合い面（外周面２２）に環状溝３２も形成されている。

潤滑用溝３１は、外輪１２の外周面２２において軸方向に沿って形成されており、溝長手方向の全長にわたって径方向外側に開口していると共に、溝端部３１ａが外輪１２の軸方向側面１２ｃにおいて開口している。そして、この潤滑用溝３１には、外部の潤滑油が浸入可能となっている。なお、この潤滑油は、転がり軸受７を潤滑するためのものである。また、図３に示すように、潤滑用溝３１は周方向に沿って複数形成されている。このため、外輪１２において上下方向の下部側にも潤滑用溝３１が位置することができ（図１参照）、ハウジング２の底に溜まる潤滑油が、潤滑用溝３１を通じて外輪１２とハウジング２との間に浸入しやすくなっている。

そして、本実施形態では（図３参照）、軸方向の中央に環状溝３２が形成されている。環状溝３２は、周方向に連続する環状の凹溝からなり、この環状溝３２の軸方向両側に潤滑用溝３１が形成されている。そして、各潤滑用溝３１は、環状溝３２と連続しており、この環状溝３２においても開口している。環状溝３２は、後に説明するが、外輪１２の軸方向中央部が径方向外側に弾性変形（拡径）しても、ハウジング２と非接触状態を保たせることを目的として形成されているが、環状溝３２は、潤滑用溝３１から浸入した潤滑油を溜めることができる空間としての機能も有している。

このように、本実施形態では、固定輪である外輪１２がハウジング２（相手部材）に取り付けられており、この外輪１２の外周面２２が、ハウジング２に対する嵌め合い面となっている。そして、この嵌め合い面（外周面２２）に、外輪１２の軸方向側面１２ｃにおいて開口して潤滑油が浸入可能である潤滑用溝３１が複数形成されている。
この転がり軸受７によれば、転がり軸受７の潤滑のために用いられる潤滑油が、潤滑用溝３１を通じて、外輪１２と、この外輪１２が取り付けられているハウジング２との間に浸入し介在することができる。このため、ハウジング２に対して外輪１２がクリープしたとしても（後述する第１〜第３の各クリープが発生したとしても）、これらの間に介在する潤滑油によって相互間の潤滑が行われ、ハウジング２及び外輪１２における摩耗を抑制することが可能となる。

ここで、ハウジング２と外輪１２との間で生じるクリープについて説明する。転がり軸受７において発生する可能性のあるクリープには、次の三つが考えられる。なお、下記の軸受回転方向とは、本実施形態の場合、回転輪である内輪１１の回転方向である。
・第１のクリープ：軸受回転方向と同方向へゆっくりと外輪１２が滑るクリープ
・第２のクリープ：軸受回転方向と同方向へ速く外輪１２が滑るクリープ
・第３のクリープ：軸受回転方向と逆方向に外輪が滑るクリープ

第１のクリープは、転がり軸受７にラジアル方向の大きな荷重が作用している場合に発生しやすく、下記のメカニズムによって発生すると考えられる。すなわち、転がり軸受７にラジアル方向の大きな荷重が作用している場合、玉１３が高負荷を受けて外輪軌道溝１２ａを通過する際、その直下である外輪外周側において部分的に弾性変形する。玉１３は外輪軌道溝１２ａに沿って移動することから、外輪１２は脈動変形（脈動変位）する。これにより、外輪１２のハウジング２との接触領域における弾性変形に起因して相対滑りが生じ、この相対滑りにより第１のクリープが発生すると考えられる。

第２のクリープは、第１のクリープと外輪１２の移動方向（滑り方向）は同じであるが、転がり軸受７がラジアル方向に関して無負荷である状態で発生しやすい。つまり、ラジアル方向に無負荷である場合、内輪１１の回転によって外輪１２を連れ回りさせ、これにより第２のクリープが発生すると考えられる。

第３のクリープは、外輪１２の移動方向（滑り方向）が第１及び第２のクリープと反対であり、これは、例えばラジアル方向の荷重が偏荷重となることで外輪１２がハウジング内周面３に沿って振れ回りすることで発生すると考えられる。

そして、本実施形態の転がり軸受７では、前記第１のクリープを抑制するために、外輪１２の外周面２２であって外輪軌道溝１２ａの径方向外側に前記環状溝３２が形成されている。この環状溝３２は、図２に示すように、外輪軌道溝１２ａの幅Ｂ１を超えない範囲の幅Ｂ２を有した溝形状を有している。

このようにハウジング２に対する外輪１２の嵌め合い面（外周面２２）に、外輪軌道溝１２ａの幅Ｂ１を超えない範囲の幅Ｂ２を有する環状溝３２が形成されていることで、前記の第１のクリープの発生メカニズムで説明したような弾性変形に起因する相対滑りの発生を抑えることができ、第１のクリープを抑制することが可能となる。
つまり、転がり軸受７にラジアル方向の大きな荷重が作用している場合、外輪１２のうちの外輪軌道溝１２ａの径方向外側の領域は径方向外側に弾性変形（拡径）するが、その領域に環状溝３２が形成されていることにより、弾性変形（拡径）を主に環状溝３２の範囲で生じさせることができる。このため、弾性変形部分とハウジング内周面３とが直接的に接触する作用を低減することができ、弾性変形が相手部材であるハウジング２に（ほとんど）伝わらず、外輪１２とハウジング２との間における第１のクリープの発生が抑制される。以上より、環状溝３２は、第１のクリープ抑制用逃げ溝となる。

図４は、外輪１２における潤滑用溝３１の形成部位及びその周囲を示す説明図である。図４に示すように、潤滑用溝３１は環状溝３２よりも浅い。つまり、潤滑用溝３１の深さ寸法ｈ１は、環状溝３２の深さ寸法ｈ２よりも小さく設定されている（ｈ１＜ｈ２）。または、図示しないが、潤滑用溝３１は環状溝３２と同じ深さであってもよい（ｈ１＝ｈ２）。

この場合、外輪１２に形成される溝（環状溝３２及び潤滑用溝３１）が浅く、外輪１２の強度低下を防ぐことができる。すなわち、前記のようなハウジング２と外輪１２との間の相対滑りの発生を効果的に抑えるためには、環状溝３２の深さｈ２を、外輪１２の弾性変形量が超えない程度として可及的に浅く設定するのが好ましく、そして、潤滑用溝３１については、この環状溝３２と同じ深さ又はこの環状溝３２よりも浅く設定することにより、全体として外輪１２に形成される溝（環状溝３２及び潤滑用溝３１）が浅くなる。この結果、外輪１２における欠損部分は小さく、外輪１２の強度低下を防ぐことができる。

図５は、図４に示す形態の変形例を示す説明図である。図５に示すように、潤滑用溝３１は環状溝３２よりも深くてもよい。つまり、潤滑用溝３１の深さ寸法ｈ１は、環状溝３２の深さ寸法ｈ２よりも大きく設定されている（ｈ１＞ｈ２）。
この場合、転がり軸受７の潤滑のために用いられる潤滑油を、潤滑用溝３１を通じて、外輪１２とハウジング２との間に浸入させやすい構成が得られ、各種のクリープが発生したとしても、潤滑用溝３１の潤滑油によって外輪１２とハウジング２との間の潤滑が行われ、相互の摩耗をより効果的に抑制することが可能となる。

なお、前記の各形態では（図２を参照すると）、内輪１１が、この内輪１１が取り付けられている相手部材（回転軸４）と一体回転する回転輪であり、外輪１２が、この外輪１２が取り付けられている相手部材（ハウジング２）に（クリープするが）固定されている固定輪である。
しかし、本発明では、内輪１１と外輪１２との内の一方が回転輪であって他方が固定輪であればよく、前記実施形態と反対に、図６に示すように、軸５４に取り付けられている内輪１１が固定輪であって、外輪１２がハウジング５５と共に一体回転する回転輪であってもよい。この場合、内輪１１と軸５４との間がすきま嵌めの状態とされ、軸５４に対して内輪１１がクリープすることから、相手部材である軸５４に対する内輪１１の嵌め合い面（内周面２１）に、図２の形態と同様に潤滑用溝４１が複数形成され、更には、環状溝４２が形成される。

そして、図６に示す形態において、潤滑用溝４１は、溝長手方向の全長にわたって径方向内側に開口していると共に、溝端部４１ａが内輪１１の軸方向側面１１ｃにおいて開口しており、転がり軸受７を潤滑するための潤滑油が浸入可能となっている。
そして、環状溝４２は、内輪１１の内周面２１に、内輪軌道溝１１ａの幅Ｂ１を超えない範囲の幅Ｂ２を有している。
また、潤滑用溝４１は環状溝４２よりも深くてもよく、若しくは別の形態として、潤滑用溝４１は環状溝４２と同じ深さ又は環状溝３２よりも浅くてもよい。

前記実施形態では、環状溝３２（環状溝４２）が、外輪軌道溝１２ａ（内輪軌道溝１１ａ）の幅Ｂ１を超えない範囲の幅Ｂ２を有している場合について説明しているが、環状溝３２（環状溝４２）は、外輪軌道溝１２ａ（内輪軌道溝１１ａ）の幅Ｂ１と同じであってもよく、又は、前記幅Ｂ１を越えた幅（溝幅）Ｂ２を有していてもよい。

以上のように、前記各形態の転がり軸受７によれば、固定輪のうちの当該固定輪が取り付けられる相手部材との嵌め合い面に、潤滑用溝３１（４１）が複数形成されていることで、相手部材と固定輪との間に各種のクリープが生じたとしても、これらの間に介在する潤滑油によって相互間の潤滑が行われ、相手部材及び固定輪における摩耗を抑制することが可能となる。

また、前記各形態では、前記嵌め合い面に潤滑用溝３１（４１）の他、環状溝３２（４２）も形成されており、各潤滑用溝３１と環状溝３２とは繋がっている。ここで、仮に環状溝３２のみが形成されている場合、固定輪の嵌め合い面のうちの相手部材と接触している面積が小さくなって接触面圧が高くなることから、クリープが生じた場合に摩耗が進行しやすくなる。しかし、本実施形態のように、環状溝３２（４２）に繋がる潤滑用溝３１（４１）が複数形成されており、しかも、この潤滑用溝３１（４１）は、固定輪のクリープ方向（回転方向）に交差するようにして形成されていることから、潤滑用溝３１（４１）に浸入した潤滑油が相手部材と固定輪との間に介在しやすくなり、このため、嵌め合い面において接触面圧が少々高くなっていても、摩耗を効果的に抑制することができる。
また、環状溝３２の軸方向両側の縁部３２ａ（図３参照）において接触面圧が特に高くなるが、潤滑用溝３１を通って環状溝３２に到達した潤滑油が、この潤滑用溝３１の潤滑油と連続して溜まることのできる構成であることから、この縁部３２ａにおいても摩耗を効果的に抑制することが可能となる。

以上のとおり開示した実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。つまり、本発明の転がり軸受は、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、潤滑用溝３１（４１）及び環状溝３２（４２）の溝形状は、図示したような矩形断面以外であってもよい。また、前記各形態の潤滑用溝３１（４１）は、その溝長手方向が転がり軸受７の中心線に平行となっているが、転がり軸受７の中心線に平行となる嵌め合い面上の仮想線に対して溝長手方向が傾斜していてもよい。

また、転がり軸受は深溝玉軸受以外にアンギュラ玉軸受であってもよく、また、転動体は玉以外であってもよく、円筒ころや円すいころであってもよい。
また、図１では、転がり軸受７をモータ用の予圧付与型の軸受として説明したが、モータ用以外であってもよく、本発明の転がり軸受は、クリープが課題となる回転機器に適用可能である。

２：ハウジング（相手部材） ７：転がり軸受 １１：内輪
１１ａ：内輪軌道溝（軌道面） １１ｃ：軸方向側面 １２：外輪
１２ａ：外輪軌道溝（軌道面） １２ｃ：軸方向側面 １３：玉（転動体）
１４：保持器 ２１：内輪の内周面（嵌め合い面）
２２：外輪の外周面（嵌め合い面） ３１：潤滑用溝 ３２：環状溝
４１：潤滑用溝 ４２：環状溝 ５４：軸（相手部材）
５５：ハウジング

Claims (3)

1. 内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪との間に介在している複数の転動体と、前記複数の転動体を保持する保持器と、を備え、前記内輪と前記外輪との内の一方が回転輪であって他方が固定輪である転がり軸受であって、
   前記固定輪が取り付けられる相手部材との嵌め合い面に、当該固定輪の軸方向側面において開口して潤滑油が浸入可能である潤滑用溝が複数形成されている、転がり軸受。
2. 前記固定輪の前記嵌め合い面に環状溝が形成されており、
   前記潤滑用溝は、前記環状溝よりも深い、請求項１に記載の転がり軸受。
3. 前記固定輪の前記嵌め合い面に環状溝が形成されており、
   前記潤滑用溝は、前記環状溝と同じ深さ又は前記環状溝よりも浅い、請求項１に記載の転がり軸受。

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