JP2018080719A - 円筒ころ軸受用樹脂製保持器及び円筒ころ軸受 - Google Patents

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Abstract

【課題】過酷な使用条件でも柱部の強度を十分に確保できるころ案内方式樹脂製保持器及び円筒ころ軸受の提供。【解決手段】保持器14は、柱部17の円周方向両側面19が、柱部17の円周方向長さを外周面から内径側に向かって徐々に短くする第1平面19aと第1平面19aとの接続部から内径側に向かって徐々に長くする第2平面19bとを備える。また、柱部17と円環部16との間のポケット隅部20は、第1平面19aと円環部16とを連結する第1曲率半径を持った第1曲面20aと、第2平面19bと円環部16とを連結する第1曲率半径より大きな第2曲率半径を持った第2曲面20bとを備える。円筒ころの公転中心と保持器14の軸芯が一致している状態において、第1平面19aと第2平面19bとの接続部、及び、第1曲面20aと第2曲面20bとの接続部は、円筒ころのピッチ円直径PCDよりも内径側に位置する。【選択図】図2

Description

本発明は、円筒ころ軸受用樹脂製保持器及び円筒ころ軸受に関し、特に、工作機械主軸に好適な円筒ころ軸受用樹脂製保持器及び円筒ころ軸受に関する。
工作機械主軸に用いられる単列円筒ころ軸受は、高速回転(例えば、dmN(=(軸受内径+軸受外径)÷2×回転速度(rpm))が35万〜70万以上)で、且つ負のラジアルすきま条件で使用されることが多い。このような過酷な使用条件においては、保持器が、ころとの競り合いによる力を受けることから、保持器の強度をアップする種々の対策が提案されている(例えば、特許文献1及び2参照)。
例えば、特許文献1に記載の円筒ころ軸受用保持器では、ポケット隅部における曲面の曲率半径が、ころのピッチ円上で最小となり、内径側または外径側に向かうにつれて大きくなる。これにより、ポケット開口部でのポケット隅部の応力集中を緩和し、応力集中部分を基点とした柱部の破断を防止している。
実公平01−025782号公報 特開平09−177793号公報
ところで、円筒ころ軸受に使用される従来の保持器100は、図10に示すように、柱部101の内径側において肉厚が薄くなるため、柱部101の内径側での強度向上が求められる。特に、軌道輪案内方式の場合は、ころの競り合いによって発生する力は、円環部の案内面で受けることができるが、ころ案内方式の場合は、ころ102の競り合いによって発生する力の全てを柱部101の案内面で受けることになるため、柱部101の強度がより重要となる。
また、特許文献1に記載の円筒ころ軸受用保持器では、ポケット隅部の曲面が連続的に変化するため、樹脂成型金型の製作が難しい点、運転中にころのチャンファー部とポケット隅部の曲面が確実に接触しないような設計に規定するのが難しい点などの課題がある。ころのチャンファー部は、粗さや真円度が悪いため、保持器と接触すると、摩耗や振動が発生する。また、特許文献1に記載の円筒ころ軸受用保持器は、柱部の内径側における肉厚について対策を施したものではない。
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ころ案内方式において、過酷な使用条件であっても十分な耐久性を確保することができる円筒ころ軸受用樹脂製保持器及び円筒ころ軸受を提供することにある。
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
(1) 一対の円環部及び該一対の円環部を軸方向に連結する複数の柱部を有し、複数の円筒ころを回転自在にそれぞれ保持する複数のポケット部を形成する、ころ案内方式で使用される円筒ころ軸受用樹脂製保持器であって、
前記柱部は、その軸方向中間部にころ持たせ部を有し、
該ころ持たせ部より軸方向外側に位置する前記柱部の軸方向両端部の円周方向両側面は、前記柱部の円周方向長さを外周面から内径側に向かって徐々に短くする第1平面と、前記柱部の円周方向長さを該第1平面との接続部から内径側に向かって徐々に長くする第2平面と、をそれぞれ備え、
前記柱部と前記円環部との間のポケット隅部は、前記第1平面と前記円環部とを連結する第1曲率半径を持った第1曲面と、前記第2平面と前記円環部とを連結する前記第1曲率半径より大きな第2曲率半径を持った第2曲面と、を備え、
前記円筒ころの公転中心と前記保持器の軸芯が一致している状態において、前記第1平面と前記第2平面との接続部、及び、前記第1曲面と前記第2曲面との接続部は、前記円筒ころのピッチ円直径よりも内径側に位置する、ことを特徴とする円筒ころ軸受用樹脂製保持器。
(2) 前記第1平面が前記保持器の径方向に沿った直線と交差する第1角度は、前記第2平面が前記直線と交差する第2角度よりも小さい、ことを特徴とする(1)に記載の円筒ころ軸受用樹脂製保持器。
(3) 前記第1平面が前記保持器の径方向に沿った直線と交差する第1の角度は、前記ポケット部を形成する一対の前記第1平面間の距離が、前記保持器の半径方向に亘って同一、又は前記保持器の外径側に向かうにつれて互いに離間するように形成される、ことを特徴とする(1)又は(2)に記載の円筒ころ軸受用樹脂製保持器。
(4) 内周面に外輪軌道面が形成される外輪と、
外周面に内輪軌道面が形成される内輪と、
前記外輪軌道面と前記内輪軌道面との間に転動自在に配置される複数の円筒ころと、
(1)〜(3)のいずれかに記載の円筒ころ軸受用樹脂製保持器と、
を備えることを特徴とする円筒ころ軸受。
本発明の円筒ころ軸受用樹脂製保持器及び円筒ころ軸受によれば、ころ持たせ部より軸方向外側に位置する柱部の軸方向両端部の円周方向両側面が、柱部の円周方向長さを外周面から内径側に向かって徐々に短くする第1平面と、柱部の円周方向長さを該第1平面との接続部から内径側に向かって徐々に長くする第2平面と、をそれぞれ備える。また、柱部と円環部との間のポケット隅部は、第1平面と円環部とを連結する第1曲率半径を持った第1曲面と、第2平面と円環部とを連結する第1曲率半径より大きな第2の曲率半径を持った第2曲面と、を備える。さらに、円筒ころの公転中心と保持器の軸芯が一致している状態において、第1平面と第2平面との接続部、及び、第1曲面と第2曲面との接続部は、円筒ころのピッチ円直径よりも内径側に位置する。
これにより、第2平面によって構成される柱部の内径側の肉厚を厚くすることができ、また、第2曲面によってポケット隅部の応力集中を緩和することができ、柱部の内径側の強度を向上することができる。その結果、ころ案内方式の保持器において、過酷な使用条件であっても十分な耐久性を確保することができる。
また、第1曲面と第2曲面とは、それぞれ単一の曲率半径であるので、ポケット隅部を容易に製作することができる。
さらに、円筒ころの公転中心と保持器の軸芯が一致している状態において、第1平面と第2平面との接続部、及び、第1曲面と第2曲面との接続部は、円筒ころのピッチ円直径よりも内径側に位置するので、円筒ころのチャンファー部とポケット隅部が確実に接触しないように設計することができる。
本発明の一実施形態に係る円筒ころ軸受用保持器が適用される円筒ころ軸受を示す縦断面図である。 図1の円筒ころ軸受用保持器を示す要部斜視図である。 図1の円筒ころ軸受用保持器を示す要部断面図である。 図3のIV−IV線に沿った円筒ころ軸受用保持器の断面図である。 (a)は、本実施形態における保持器の柱部外径側のポケット隅部ところの関係を示す図であり、(b)は、柱部の肉厚を薄くしてポケット隅部の曲率半径を大きくした場合を示す図であり、(c)は、円環部の肉厚を薄くしてポケット隅部の曲率半径を大きくした場合を示す図である。 (a)〜(c)は、本発明の第1〜第3変形例を示す円筒ころ軸受の要部断面図である。 (a)〜(d)は、本発明の第4〜第7変形例を示す円筒ころ軸受の要部断面図である。 (a)及び(b)は、本発明の第8及び第9変形例を示す円筒ころ軸受の要部断面図である。 本発明の第10変形例を示す円筒ころ軸受の要部断面図である。 従来の円筒ころ軸受の要部断面図である。
以下、本発明の一実施形態に係る円筒ころ軸受用樹脂製保持器及び円筒ころ軸受を図面に基づいて詳細に説明する。
図1に示すように、円筒ころ軸受10は、内周面に外輪軌道面11aが形成される外輪11と、外周面に内輪軌道面12aが形成される内輪12と、外輪軌道面11aと内輪軌道面12aとの間に転動自在に配置された複数の円筒ころ13と、複数の円筒ころ13を回転自在にそれぞれ保持する複数のポケット部15を形成する、ころ案内方式の樹脂製保持器14と、を備えている。
なお、円筒ころ軸受10は、潤滑油とグリースのいずれの潤滑剤で潤滑されてもよい。
樹脂製保持器14は、ポリアミド、ポリアセタール、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、ポリフェニレンサルファイドなどの合成樹脂材料からなり、必要に応じて、該樹脂に、ガラス繊維、カーボン繊維、アラミド繊維などの強化材を添加してもよい。
また、図1〜図4に示すように、樹脂製保持器14は、一対の円環部16、16及び一対の円環部16、16を軸方向に連結する複数の柱部17を有する。柱部17の軸方向中間部17aには、軸方向に互いに離間して配置された一対のころ持たせ部18、18を有する。一対のころ持たせ部18、18は、所定の軸方向長さを備え、その間に位置する柱部17の側面よりも円周方向に突出するように形成される。このように、軸方向に分割して形成される一対のころ持たせ部18、18は、円筒ころ13の競り合いによって発生する力を受けた際に弾性変形することができ、柱部17が受ける力の一部を逃がすことができる。
なお、本実施形態では、一対のころ持たせ部18、18を含む軸方向中間部17aは、一対のころ持たせ部18、18より軸方向外側に位置する柱部17の軸方向両端部17b、及び円環部16、16よりも内径側に突出している。
柱部17の軸方向両端部17bの円周方向両側面19は、柱部17の円周方向長さを外周面から内径側に向かって徐々に短くする第1平面19aと、柱部17の円周方向長さを該第1平面19aとの接続部19cから内径側に向かって徐々に長くする第2平面19bと、をそれぞれ備える。このような第2平面19bを備えることで、柱部17の内径側肉厚を厚くすることができ、強度不足による破断を防ぐことができる。
第1平面19aが保持器14の径方向に沿った直線Lと交差する角度を第1角度α、第2平面19bが直線Lと交差する角度を第2角度βとしたとき、α<βに設定されている。
また、第1平面19aの第1角度αは、ポケット部15を形成する一対の第1平面19a、19a間の距離Dが、保持器14の半径方向に亘って同一、又は保持器14の外径側に向かうにつれて互いに離間するように形成される。これにより、保持器成型時に金型が無理抜きとなることがない。具体的に、本実施形態では、ポケット部15を構成する、隣接する柱部17の第1平面19a同士が互いに平行である。
また、柱部17と円環部16、16との間のポケット隅部20は、第1平面19aと円環部16とを連結する第1曲率半径を持った第1曲面20aと、第2平面19bと円環部16とを連結する第1曲率半径より大きな第2曲率半径を持った第2曲面20bと、を備える。
さらに、円筒ころ13の公転中心C1と保持器14の軸芯C2が一致している状態(図1参照)において、第1平面19aと第2平面19bとの接続部19c、及び、第1曲面20aと第2曲面20bとの接続部20cは、円筒ころ13のピッチ円直径PCDよりも内径側に位置する。
一般的に、保持器14のポケット隅部20は曲率半径が大きい方が応力集中を緩和する効果が得られる。ただし、図5(b)及び図5(c)に示すように、ポケット隅部20´の曲率半径が大きい場合、円筒ころ13のチャンファー部13aとポケット隅部20´が運転中に接触するのを避けるために、柱部17または円環部16、16の肉厚を薄くする設計が必要である。この結果、柱部17または円環部16、16の強度が落ちてしまう。
一方、本実施形態では、第1曲面20aの第1曲率半径<第2曲面20bの第2曲率半径に設定している。ころ案内保持器の場合、高速回転時には保持器14は遠心膨張及び熱膨張するため、内径拘束型となり、保持器14の内径側に大きな力が発生する。従って、ポケット隅部20の第1曲面20aの応力集中は問題にならないため、第1曲面20aの第1曲率半径を小さくして柱部17の肉厚を確保して強度を保ち(図5(a)参照)、ポケット隅部20の第2曲面20bの第2曲率半径は大きくして応力集中を緩和させている。
また、ポケット隅部20の第1及び第2曲面20a、20bの曲率半径はそれぞれ単一であるため、製作上の困難はなく、円筒ころ13のチャンファー部13aとポケット隅部20が確実に接触しない設計を容易に行うことができる。
さらに、上述したように、第2平面19bの第2角度βは、第1平面19aの第1角度αより大きく設定されているので、第1平面19aと第2平面19bとの接続部19cが円筒ころ13のピッチ円直径PCDよりも内径側に位置する場合であっても、柱部17の内径側での肉厚を容易に確保することができる。したがって、柱部17の内周面の円周方向長さaは、図10に示す従来のものよりも長くなる。
なお、第1平面19aと第2平面19bとの接続部19c、及び、第1曲面20aと第2曲面20bとの接続部20cは、上記関係を満たすものであれば、任意の形状に設計することができる。例えば、接続部19c及び接続部20cは、それぞれ上面を持った段付き形状に形成されてもよい。
また、本実施形態では、円環部16、16の内周面に軸方向外側に向かうにつれて径方向外側に傾斜するテーパ面16aが形成されている。これにより、潤滑油の給排油性を向上することができる。
以上説明したように、本実施形態の円筒ころ軸受用樹脂製保持器14及び円筒ころ軸受10によれば、ころ持たせ部18より軸方向外側に位置する柱部17の軸方向両端部17bの円周方向両側面19が、柱部17の円周方向長さを外周面から内径側に向かって徐々に短くする第1平面19aと、柱部17の円周方向長さを該第1平面19aとの接続部19cから内径側に向かって徐々に長くする第2平面19bと、をそれぞれ備える。また、柱部17と円環部16との間のポケット隅部20は、第1平面19aと円環部16とを連結する第1曲率半径を持った第1曲面20aと、第2平面19bと円環部16とを連結する第1曲率半径より大きな第2曲率半径を持った第2曲面20bと、を備える。さらに、円筒ころ13の公転中心C1と保持器14の軸芯C2が一致している状態において、第1平面19aと第2平面19bとの接続部19c、及び、第1曲面20aと第2曲面20bとの接続部20cは、円筒ころ13のピッチ円直径PCDよりも内径側に位置する。
これにより、第2平面19bによって構成される柱部17の内径側の肉厚を厚くすることができ、また、曲率半径の大きな第2曲面20bによってポケット隅部20の応力集中を緩和することができ、柱部17の内径側の強度を向上することができる。その結果、ころ案内方式の保持器14において、柱部17の内径側で円筒ころ13と競り合う力が生じる高速回転等、過酷な使用条件であっても十分な耐久性を確保することができる。
また、第1曲面20aと第2曲面20bとは、それぞれ単一の曲率半径であるので、ポケット隅部20を容易に製作することができる。
さらに、円筒ころ13の公転中心C1と保持器14の軸芯C2が一致している状態において、第1平面19aと第2平面19bとの接続部19c、及び、第1曲面20aと第2曲面20bとの接続部20cは、円筒ころ13のピッチ円直径PCDよりも内径側に位置するので、円筒ころ13のチャンファー部とポケット隅部20が確実に接触しないように設計することができる。
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものでなく、適宜、変形、改良等が可能である。
例えば、柱部17の軸方向中間部17aの形状は、図6及び図7に示すように、変形可能である。
即ち、図6(a)に示す変形例のように、柱部17の軸方向中間部17aが、柱部17の軸方向両端部17bや円環部16、16から突出しない形状であってもよい。また、図6(b)に示す変形例のように、柱部17の軸方向中間部17aが、柱部17の軸方向両端部17bや円環部16、16より内径側に突出する凸部30を有してもよい。さらに、図6(c)に示す変形例のように、柱部17の軸方向中間部17aが、柱部17の軸方向両端部17bや円環部16、16より内径側及び外径側に突出する凸部30、31を有してもよい。
さらに、図7(a)及び(b)に示す変形例のように、内径側に突出する凸部30が軸方向に離間して分割して形成されてもよく、図7(c)及び図7(d)に示す変形例のように、内径側及び外径側に突出する凸部30、31の両方が、軸方向に離間して分割して形成されてもよい。そして、特に、内径側で、軸方向に分離された複数の凸部30、30間に形成される逃げ部32は、柱部17の円周方向に亘って潤滑剤を保持し、潤滑性に寄与する。
また、ころ持たせ部18、18も、軸方向中間部17aの形状に応じて、設計すればよい。即ち、図6(a)〜(c)に示す変形例では、軸方向中間部17aは、その全域に亘って設けられる単一のころ持たせ部18を有してもよく、本実施形態のように軸方向に離間して配置される一対のころ持たせ部18、18を有してもよい。また、図7(a)〜図7(c)の変形例では、軸方向に離間して配置される一対のころ持たせ部18、18を有する構成をとりやすく、さらに、図7(d)に示す変形例では、軸方向中間部17aは、軸方向にそれぞれ離間して配置される3つのころ持たせ部18、18、18を有する構成としてもよい。
また、図6及び図7に示すように、円環部16、16には、テーパ面16aが設けられない形状であってもよい。
また、図8(a)及び(b)に示すように、円環部16,16の径方向厚さを増加することで、保持器14の強度アップを図ってもよい。具体的には、図8(a)に示す変形例の場合には、円環部16、16の外周面を柱部17(ころ持たせ部18)の外径より大きくすればよく、また、図8(b)に示す変形例の場合には、円環部16、16の外周面を外径側凸部31(ころ持たせ部18)の外径より大きくすればよい。これにより、円筒ころ13の適正な開口幅を確保しつつ、円環部16、16の強度アップを行うことができる。
また、これらの変形例では、柱部17の軸方向両端部は、柱部17の外周面と円環部16,16の外周面とを接続する傾斜面17cを有し、この傾斜面17cによって柱部17の肉厚が増加することで、柱部17の強度もアップすることができる。
さらに、本発明は、単列円筒ころ軸受に限定されず、図9に示すような複列円筒ころ軸受に適用されてもよい。
10 円筒ころ軸受
11 外輪
11a 外輪軌道面
12 内輪
12a 内輪軌道面
13 円筒ころ
14 保持器(円筒ころ軸受用樹脂製保持器)
15 ポケット部
16 円環部
17 柱部
17a 柱部の軸方向中間部
17b 柱部の軸方向端部
18 ころ持たせ部
19a 第1平面
19b 第2平面
19c 接続部
20 ポケット隅部
20a 第1曲面
20b 第2曲面
20c 接続部
PCD ころピッチ円直径

Claims (4)

  1. 一対の円環部及び該一対の円環部を軸方向に連結する複数の柱部を有し、複数の円筒ころを回転自在にそれぞれ保持する複数のポケット部を形成する、ころ案内方式で使用される円筒ころ軸受用樹脂製保持器であって、
    前記柱部は、その軸方向中間部にころ持たせ部を有し、
    該ころ持たせ部より軸方向外側に位置する前記柱部の軸方向両端部の円周方向両側面は、前記柱部の円周方向長さを外周面から内径側に向かって徐々に短くする第1平面と、前記柱部の円周方向長さを該第1平面との接続部から内径側に向かって徐々に長くする第2平面と、をそれぞれ備え、
    前記柱部と前記円環部との間のポケット隅部は、前記第1平面と前記円環部とを連結する第1曲率半径を持った第1曲面と、前記第2平面と前記円環部とを連結する前記第1曲率半径より大きな第2曲率半径を持った第2曲面と、を備え、
    前記円筒ころの公転中心と前記保持器の軸芯が一致している状態において、前記第1平面と前記第2平面との接続部、及び、前記第1曲面と前記第2曲面との接続部は、前記円筒ころのピッチ円直径よりも内径側に位置する、ことを特徴とする円筒ころ軸受用樹脂製保持器。
  2. 前記第1平面が前記保持器の径方向に沿った直線と交差する第1角度は、前記第2平面が前記直線と交差する第2角度よりも小さい、ことを特徴とする請求項1に記載の円筒ころ軸受用樹脂製保持器。
  3. 前記第1平面が前記保持器の径方向に沿った直線と交差する第1の角度は、前記ポケット部を形成する一対の前記第1平面間の距離が、前記保持器の半径方向に亘って同一、又は前記保持器の外径側に向かうにつれて互いに離間するように形成される、ことを特徴とする請求項1又は2に記載の円筒ころ軸受用樹脂製保持器。
  4. 内周面に外輪軌道面が形成される外輪と、
    外周面に内輪軌道面が形成される内輪と、
    前記外輪軌道面と前記内輪軌道面との間に転動自在に配置される複数の円筒ころと、
    請求項1〜3のいずれか1項に記載の円筒ころ軸受用樹脂製保持器と、
    を備えることを特徴とする円筒ころ軸受。
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