JP2019074096A

JP2019074096A - 転がり軸受

Info

Publication number: JP2019074096A
Application number: JP2017198282A
Authority: JP
Inventors: 工林; Takumi Hayashi; 篤史徳田; Atsushi Tokuda
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2017-10-12
Filing date: 2017-10-12
Publication date: 2019-05-16
Anticipated expiration: 2037-10-12
Also published as: JP7152849B2

Abstract

【課題】高速回転時においても、摺動による温度上昇を抑えることにより、保持器の溶融や軌道輪の焼付きを防止することができる転がり軸受を提供することを目的とする。【解決手段】転がり軸受であるアンギュラ玉軸受１は、軌道輪である内輪２および外輪３と、この内輪２および外輪３との間に配置される複数の玉４と、複数の玉４を円周方向に所定の間隔を持って保持する保持器５とを備え、保持器５が外輪３に案内されるものであり、保持器５は、保持器５の外周面５ａに、外輪３に案内される外輪案内部５ｂと、外輪案内部５ｂの外径よりも小径に形成された切欠部５ｃを有する。【選択図】図１

Description

本発明は、転がり軸受に関し、より詳細には、工作機械主軸やコンプレッサ等に適用される高速回転可能なアンギュラ玉軸受に関する。

転がり軸受の中でもアンギュラ玉軸受は、ラジアル荷重と比較的大きなアキシアル荷重とからなる合成荷重を受け止めることができる。このため、工作機械、医療機器、建設機械、農業機械など、重負荷下で、その加重方向がさまざまである環境下でも高速回転することが必要とされる用途に用いられることが多い。

このようなアンギュラ玉軸受の保持器として、外輪または内輪案内方式の保持器と転動体案内方式の保持器が知られている。このうち、例えば、外輪案内方式の保持器を備えたアンギュラ玉軸受では、外輪に接触する保持器の案内部と外輪の接触面との間にすきま（案内すきま）が設けられている。この案内すきまは、外輪の内周面の直径と保持器の外周面の直径の差に相当している。一方、該アンギュラ玉軸受では、保持器が形成するポケットと転動体との間にもすきま（ポケットすきま）が設けられている。

例えば、特許文献１に記載のアンギュラ玉軸受では、樹脂製の保持器を用い、案内すきまの大きさを保持器の案内径に対して規定するとともに、ポケットすきまの大きさを該案内すきまの大きさに対して規定している。このように、案内すきまなどの大きさを規定することで、軸受回転時における保持器の振れ回りの低減を図っている。

特開２００１−１２４７６号公報

ところで、転がり軸受が回転する際には、保持器の案内部と軌道輪の接触面とが摺動することによって熱が生じる。さらに、軸受が高速回転する場合には、その発熱量は大きくなり、例えば特許文献１のアンギュラ軸受においても、摺動に伴って発熱量が大きくなると考えられる。この場合、発熱量の増加により保持器や軌道輪の温度が上昇すると、保持器の溶融や軌道輪の焼付きが発生するおそれがある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、高速回転時においても、保持器や軌道輪の温度上昇を抑えることにより、保持器の溶融や軌道輪の焼付きを防止することができる転がり軸受を提供することを目的とする。

本発明の転がり軸受は、軌道輪である内輪および外輪と、この内輪および外輪との間に配置される複数の転動体と、該複数の転動体を円周方向に所定の間隔を持って保持する保持器とを備え、該保持器が上記外輪に案内される転がり軸受であって、上記保持器は、該保持器の外周面に、上記外輪に案内される外輪案内部と、該外輪案内部の外径よりも小径に形成された切欠部とを有することを特徴とする。

本発明の転がり軸受は、軌道輪である内輪および外輪と、この内輪および外輪との間に配置される複数の転動体と、該複数の転動体を円周方向に所定の間隔を持って保持する保持器とを備え、該保持器が上記内輪に案内される転がり軸受であって、上記保持器は、該保持器の内周面に、上記内輪に案内される内輪案内部と、該内輪案内部の内径よりも大径に形成された切欠部とを有することを特徴とする。

上記切欠部は、上記保持器の幅面に開口していない凹状の溝部であることを特徴とする。また、上記保持器は、合成樹脂からなる樹脂製保持器であることを特徴とする。また、上記転がり軸受が、工作機械の主軸を支持するアンギュラ玉軸受であることを特徴とする。

本発明の転がり軸受は、軌道輪である内輪および外輪と、この内輪および外輪との間に配置される複数の転動体と、該複数の転動体を円周方向に所定の間隔を持って保持する保持器とを備え、該保持器が外輪に案内されるものであり、上記保持器は、該保持器の外周面に、外輪に案内される外輪案内部と、該外輪案内部の外径よりも小径に形成された切欠部とを有するので、切欠部がない場合に比べ、回転時において保持器の外周面と外輪とが接触する面積が小さくなる。その結果、保持器の外周面と外輪が摺動することによる温度上昇を抑えることができ、保持器の溶融や外輪の焼付きを防ぐことができる。これにより、高速回転下でも該転がり軸受を使用することができ、工作機械の主軸を支持するアンギュラ玉軸受として好適である。

本発明の転がり軸受は、軌道輪である内輪および外輪と、この内輪および外輪との間に配置される複数の転動体と、該複数の転動体を円周方向に所定の間隔を持って保持する保持器とを備え、該保持器が内輪に案内されるものであり、上記保持器は、該保持器の内周面に、内輪に案内される内輪案内部と、該内輪案内部の内径よりも大径に形成された切欠部とを有するので、切欠部がない場合に比べ、回転時において保持器の内周面と内輪とが接触する面積が小さくなる。その結果、保持器の内周面と内輪が摺動することによる温度上昇を抑えることができ、保持器の溶融や内輪の焼付きを防ぐことができる。これにより、高速回転下でも該転がり軸受を使用することができ、工作機械の主軸を支持するアンギュラ玉軸受として好適である。

上記切欠部は、凹状の溝部であるので、溝部の両側では軌道輪と接触することができる。そのため、軸受回転時において保持器の振れ回りを抑制しつつ、接触面積の減少によって温度上昇を抑えることができる。また、この溝部は、保持器の幅面に開口していないので、該溝部に潤滑油などを保持でき、潤滑特性に優れる。

上記保持器は、合成樹脂からなる樹脂製保持器であるので、摺動による温度上昇によって機械的強度の低下が懸念されるが、上記のとおり本発明の転がり軸受は、温度上昇が抑制されるため、高速回転時においても保持器の破損を防止することができる。

本発明の一例に係るアンギュラ玉軸受の一部断面図である。従来の一例に係るアンギュラ玉軸受の一部断面図である。切欠部の他の形態を示した断面模式図である。本発明の他の一例に係るアンギュラ玉軸受の一部断面図である。本発明のアンギュラ玉軸受を用いたスピンドルを示す図である。実施例と比較例における回転数と温度上昇の関係を示す図である。

本発明の転がり軸受であるアンギュラ玉軸受の一実施例について、図１に基づき説明する。図１は、本発明のアンギュラ玉軸受として、切欠部を有する樹脂製保持器を組み込んだアンギュラ玉軸受の一部断面図である。図１に示すように、アンギュラ玉軸受１は、内輪２と、外輪３と、内輪２と外輪３との間に介在する複数の転動体である玉４と、この玉４を周方向に一定間隔で保持する保持器５とを備えている。内輪２および外輪３と、玉４とは径方向中心線に対して所定の角度θ（接触角）を有して接触しており、ラジアル荷重と一方向のアキシアル荷重を負荷可能となっている。なお、玉４の周囲には、必要に応じてグリースなどの潤滑剤が封入されている。

図１において、保持器５は、一対のリング部６と、これら一対のリング部６を連結する複数の柱部（図示は省略する）とを有している。そして、一対のリング部６と隣接する柱部同士の間にポケット部７が形成されており、このポケット部７に玉４が収納されている。保持器５は、外輪案内方式であり、該保持器の外周面５ａの一部に、外輪３に案内される外輪案内部５ｂを有している。アンギュラ玉軸受１は、軸方向片側の外輪３に案内される片側式の外輪案内方式であり、外輪案内部５ｂは、玉４からみて軸方向片側に設けられている。この構成では、外輪案内部５ｂが外輪３の内周面３ａと接触することで、保持器５が外輪３に案内される。

本発明のアンギュラ玉軸受１に係る保持器５は、外輪案内部５ｂ側の外周面５ａに、切欠部５ｃを有している。切欠部５ｃは、外輪案内部５ｂから連続して構成され、外輪案内部５ｂから内径方向に向かって切り欠けられた構造をしている。つまり、切欠部５ｃは、外輪案内部５ｂの外径よりも小径に形成されている。図１の保持器５の切欠部５ｃは、一方のリング部６の外輪案内部５ｂから幅面５ｄにかけて形成されている。切欠部５ｃは、保持器の幅面５ｄに開口している。なお、切欠部５ｃは、保持器５の周方向に沿って、全周にわたり連続して形成されていてもよく、断続的に形成されていてもよい。また、図１の保持器５は、外輪案内部５ｂ側（図中右側）の外周面５ａにのみ切欠部５ｃが設けられているが、他方の側（図中左側）の外周面５ａに、同様の切欠部５ｃが設けられていてもよい。

ここで、図２に、従来のアンギュラ玉軸受の一部断面図を示す。図２のアンギュラ玉軸受１１は、内輪１２と、外輪１３と、内輪１２と外輪１３との間に介在する複数の転動体である玉１４と、この玉１４を周方向に一定間隔で保持する保持器１５とを備えている。図２のアンギュラ玉軸受１１に係る保持器１５は、図１のアンギュラ玉軸受１に係る保持器５と同様に、片側式の外輪案内方式である。ここで、図２に示すように、保持器１５は、外輪案内部１５ｂ側の外周面１５ａに切欠部を有していない。言い換えると、外輪案内部１５ｂ側の外周面１５ａは、外径差がないように形成されている。これに対して、本発明に係るアンギュラ玉軸受（図１）は、アンギュラ玉軸受１１の外輪案内部１５ｂの一部が切り欠けられた構成となっている。これにより、従来の構成に比べ、回転時において保持器の外輪案内部と外輪の内周面とが接触する面積が小さくなる。その結果、これらが摺動することによる温度上昇を抑えることができ、保持器の溶融や軌道輪の焼付きを防ぐことができる。

切欠部５ｃの寸法は、適宜変更することができる。例えば、図１に示すように、切欠部５ｃの寸法として、径方向高さをＨ、軸方向長さをＬとし、これらを適宜変更することができる。例えば、径方向高さＨは、保持器材質や保持器の径サイズにもよるが、０．１〜１．０ｍｍ程度で十分であり、径方向高さＨがそれ以上であると保持器の断面積が小さくなり、保持器強度が低下するため好ましくない。また、軸方向長さＬは、外輪案内部をできる限り小さくして、外輪の内周面（案内面）との接触面積を小さくした方が好ましいので、Ｌ＝｛（保持器幅）−ポケット径｝／２を最大として、保持器強度や発熱との兼ね合いで適宜小さくすることが好ましい。

切欠部５ｃの形状としては、外輪案内部５ｂの外径よりも小径に形成されていれば、特に制限されない。切欠部５ｃの形状について他の形態を図３に示す。なお、図３は、本発明のアンギュラ玉軸受１から玉４および保持器５を抜き出した断面模式図である。図３（ａ）は、切欠部５ｃとして凹状の溝部を形成している。溝部の両側は、外輪案内部５ｂで構成される。この構成では、軸受回転時において溝部両側の外輪案内部５ｂが外輪３の内周面３ａに接触するため、回転時の保持器５の振れ回りが抑制される。また、この溝部となる切欠部５ｃは、保持器の幅面に開口していないので、該溝部内に潤滑油などを保持できる。このため、保持器回転時にも幅面からの潤滑油の抜けを防止でき、案内部に潤滑油を安定して供給できる。

図３（ｂ）は、切欠部５ｃとして、外輪案内部５ｂから所定の角度（傾斜角α）で傾斜した傾斜面を形成している。該傾斜面は、外輪案内部５ｂと幅面５ｄを接続している。傾斜面とすることで、案内部において図１の場合と同等に接触面積を低減させつつ、図１の場合よりもリング部の切欠き樹脂量を少なくできる。これにより、切欠部の形成による保持器強度の低下を抑制できる。なお、図１および図３では、切欠部を平面で構成したが、曲面で構成してもよい。

本発明のアンギュラ玉軸受の他の実施例について図４に基づき説明する。図４に示すアンギュラ玉軸受１に係る保持器５は、軸方向片側の内輪２に案内される内輪案内方式である。保持器５は、該保持器の内周面５ｅに、内輪案内部５ｆを有している。内輪案内部５ｆは、玉４からみて軸方向片側に設けられている。この場合、内輪案内部５ｆが、内輪２の外周面２ａと接触することで内輪３に案内される。

図４のアンギュラ玉軸受１に係る保持器５は、内輪案内部５ｆ側の内周面５ｅに、切欠部５ｇを有している。切欠部５ｇは、内輪案内部５ｆから連続して構成され、内輪案内部５ｆから外径方向に向かって切り欠けられた構造をしている。つまり、切欠部５ｇは、内輪案内部５ｆの内径よりも大径に形成されている。図４の保持器５の切欠部５ｇは、一方のリング部６の内輪案内部５ｆから幅面５ｈにかけて形成されている。なお、切欠部５ｃは、保持器５の周方向に沿って、全周に形成されていてもよく、断続的に形成されていてもよい。また、図１、図３に示す外輪案内方式の場合と同様に、切欠部５ｇの寸法や形状を適宜変更することができる。

本発明の軸受に係る保持器５は、樹脂組成物を射出成形して得られる樹脂製の保持器が好ましい。特に射出成形であれば、金型で保持器案内部を形成できるため、より好ましい。樹脂組成物に用いられる合成樹脂としては、例えば、ポリアミド（ＰＡ）樹脂、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、ポリイミド（ＰＩ）樹脂、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）樹脂などが用いられる。これらのうち、ガラス転移温度が高く、剛性や、自己潤滑性、低摩擦特性に優れている点で、ＰＡ樹脂を用いることが好ましい。これにより、高速回転時においても、玉４と保持器５との摩擦による発熱量を小さくでき、軌道輪の温度上昇を抑えることができる。なお、樹脂組成物に、炭素繊維、ガラス繊維などの強化繊維や、他の添加剤を配合してもよい。また、保持器として、フェノール樹脂保持器のように機械加工で作製される保持器を用いてもよい。この場合、機械加工で保持器案内部を加工し、発熱量を小さくできる。

本発明のアンギュラ玉軸受１は、回転時において、軌道輪と保持器の摺動による発熱を抑えることができるため、高速回転用途に特に適している。好ましくは１００００ｍｉｎ^-1以上、より好ましくは２００００ｍｉｎ^-1以上回転可能な高速回転装置に適用される。例えば、工作機械主軸やコンプレッサに適用される。

図５は、アンギュラ玉軸受１を工作機械主軸（スピンドル）に取り付けた態様を示す図である。スピンドルユニット２１は、２個のアンギュラ玉軸受１を有している。図５において、定位置予圧で予圧した背面取り付けのアンギュラ玉軸受１で主軸２２を支持している。２個のアンギュラ玉軸受１は、内輪側と外輪側とに、それぞれ介在する内輪間座２３と外輪間座２４とによって位置決めされている。また、スピンドルユニット２１の外筒２５には、冷却液通路２６が設けられており、運転時のユニットの過度の温度上昇を防止している。その他、工作機械主軸における上記軸受の潤滑方法としては、例えば、グリース潤滑、オイルミスト潤滑、エアオイル潤滑、ジェット潤滑などの方法があり、いずれも採用できる。

実施例
軸受として、内径７０ｍｍのアンギュラ玉軸受（ＨＳＥ０１４）を使用した。この軸受の保持器には、射出成形により得られたＰＡ樹脂製の保持器を用いた。該保持器は、片側の外輪案内方式の保持器であり、図１に示すように、保持器の外周面の一部に切欠部を有している。切欠部の寸法は、Ｈ＝０．５ｍｍ、Ｌ＝１ｍｍである。

比較例
図２に示すような保持器の外周面に切欠部を有していない、片側の外輪案内方式の保持器を用いた以外は、実施例１と同様のアンギュラ玉軸受を使用した。

実施例、比較例それぞれのアンギュラ玉軸受を用いて回転試験を実施した。各アンギュラ玉軸受を定圧予圧で組み立て、スピンドルユニットとした。主軸に対し増速器を介して設置されたモータを駆動させることで、主軸を２００００〜３００００ｍｉｎ^-1まで回転させた。この範囲内の各回転数において外輪の温度を測定した。結果を図６に示す。

図６では、回転数が大きくなるほど、実施例と比較例との間における外輪の温度上昇の差が大きくなっている。例えば、回転数３００００ｍｉｎ^-1では、実施例の方が、比較例よりも外輪の温度上昇が５℃抑えられている。このように、切欠部を有する保持器を備えたアンギュラ玉軸受を用いることで、高速回転時における軌道輪の温度上昇を抑制することができる。

本発明の転がり軸受は、高速回転時においても、摺動による温度上昇を抑えることにより、保持器の溶融や軌道輪の焼付きを防止することができるので、高速回転可能な装置の軸受として広く利用できる。特に、工作機械の主軸を支持するアンギュラ玉軸受として好適である。

１アンギュラ玉軸受
２内輪
３外輪
４玉
５保持器
６リング部
７ポケット部
１１アンギュラ玉軸受
１２内輪
１３外輪
１４玉
１５保持器
２１スピンドルユニット
２２主軸
２３内輪間座
２４外輪間座
２５外筒
２６冷却液通路

Claims

軌道輪である内輪および外輪と、この内輪および外輪との間に配置される複数の転動体と、該複数の転動体を円周方向に所定の間隔を持って保持する保持器とを備え、該保持器が前記外輪に案内される転がり軸受であって、
前記保持器は、該保持器の外周面に、前記外輪に案内される外輪案内部と、該外輪案内部の外径よりも小径に形成された切欠部とを有することを特徴とする転がり軸受。
軌道輪である内輪および外輪と、この内輪および外輪との間に配置される複数の転動体と、該複数の転動体を円周方向に所定の間隔を持って保持する保持器とを備え、該保持器が前記内輪に案内される転がり軸受であって、
前記保持器は、該保持器の内周面に、前記内輪に案内される内輪案内部と、該内輪案内部の内径よりも大径に形成された切欠部とを有することを特徴とする転がり軸受。
前記切欠部は、前記保持器の幅面に開口していない凹状の溝部であることを特徴とする請求項１または請求項２記載の転がり軸受。
前記保持器は、合成樹脂からなる樹脂製保持器であることを特徴とする請求項１から請求項３までのいずれか１項記載の転がり軸受。
前記転がり軸受が、工作機械の主軸を支持するアンギュラ玉軸受であることを特徴とする請求項１から請求項４までのいずれか１項記載の転がり軸受。