JP2019168020A - 円筒ころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】 この発明は、保持器の不安定な挙動を抑制し、異音の発生を抑制する円筒ころを提供することを課題とする。【解決手段】 この発明においては、内輪１と、外輪２と、内輪１と外輪２との間に転動自在に円周方向に配置された複数の円筒ころ３と、この複数の円筒ころ３を円周方向に等間隔で保持する合成樹脂製の保持器４とを備え、この保持器４が、円周方向に配置された円筒ころ３を等間隔で仕切る複数の柱部４１と、この複数の柱部４１を軸方向の一端で連結する環状部４０とからなる円筒ころ軸受１０であって、前記保持器４の外周面に、外径側に突出する突部４６を部分的に設けたことを特徴とする。【選択図】 図３

Description

この発明は、合成樹脂製の保持器を備えた円筒ころ軸受に関する。

工作機械の主軸等の支持に用いられる円筒ころ軸受は、通常、内輪と外輪との間に所定間隔おきに複数の円筒ころを保持しておくための保持器を備えている。そして、従来は、この保持器としては、高力黄銅鋳物のもみ抜き（削り出し）保持器が使用されてきたが、運転時の保持器の摩耗粉による潤滑剤劣化の問題や軽量化の観点から、合成樹脂製保持器への切り替えが進んでいる。

合成樹脂製保持器としては、例えば、環状部と、環状部の一側面から軸方向の一方に延びた複数の柱部と、隣接する前記柱部間に円筒ころを回転自在に保持するポケットとからなる、いわゆる櫛形と呼ばれる保持器が知られている。

しかしながら、この櫛形の合成樹脂製保持器は、柱部の先端が自由端であるため、特に高速回転時では、回転時の遠心力の作用で柱部が外径側に比較的大きく弾性変形して、その円周方向側面の先端側内周部が円筒ころの転動面と強く接触（異常接触）することにより、この接触部分に油膜切れが生じて異常摩耗が発生したり、軸受温度上昇の増大要因になったりする場合がある。

そこで、特許文献１には、高速回転時における柱部の弾性変形、及びこれに起因する柱部の先端と円筒ころの転動面との異常接触を防止しつつ、その両者間に可及的長時間に亘って適切な油膜を確保できるようにして、潤滑性能の向上を図るようにした円筒ころ軸受が提案されている。

図１１〜図１３に従い特許文献1に開示された円筒ころ軸受について説明する。図１１は、従来の複列の円筒ころ軸受の要部を示す断面図、図１２は、従来の保持器の要部を示す斜視図、図１３は、図１１のＢ−Ｂ線で断面にした要部断面図である。

円筒ころ軸受１００は、複列の軌道面１０１ａを有する内輪１０１と、複列の軌道面１０２ａを有する外輪１０２と、内輪１０１の軌道面１０１ａ及び外輪１０２の軌道面１０２ａの相互間に転動自在に配置された複列の円筒ころ１０３と、各列の円筒ころ１０３をそれぞれ保持する一対の合成樹脂製の保持器１０４とで構成される。

保持器１０４は、円周方向に配置された円筒ころ１０３を等間隔で仕切る複数の柱部１４１と、この複数の柱部１４１を軸方向の一端で連結する環状部１４０とからなり、隣接する柱部１４１間に円筒ころ１０３を収容するポケット１４２が設けられている。

前記柱部１４１の円周方向の側面１４３は、円筒ころ１０３の転動面に沿う円弧面に形成されている。この側面１４３の軸方向の先端側部分に、柱部１４１が遠心力によって弾性変形した際に、円筒ころ１０３と柱部１４１との間の接触に対する逃げ部１４４を設けている。この逃げ部１４４は、第１潤滑剤溜り部となる。そして、柱部１４１の側面１４３における逃げ部（第１潤滑剤溜り部）１４４の外周側に離隔した位置に、直線状の溝からなる第２潤滑剤溜り部１４５が形成されている。

上記の構成によれば、保持器１０４の柱部１４１の側面１４３に形成された円弧面によって円筒ころ１０３が案内されて転動するが、この転動時に、円筒ころ１０３を覆っているグリースや油等の潤滑剤が、例えば、柱部１４１の側面１４３によって掻き取られても、柱部１４１に形成された逃げ部１４４と第２潤滑剤溜り部１４５から潤滑剤が補充されていくことになるので、柱部１４１と円筒ころ１０３との間に潤滑不良が生じ難くなる。そして、高速回転時であっても上記と同様にして良好な潤滑性能を確保できることから、潤滑不良が原因となって焼き付きが生じる等の不具合を回避することができる。

そして、逃げ部１４４は、柱部１４１の遠心力による弾性変形時における円筒ころ１０３との接触に対する逃げ部としての役目をも果たすことから、柱部１４１が回転時の遠心力により外径側に弾性変形した場合であっても、側面１４３の先端側は円筒ころ１０３の転動面と非接触になるか、或いは、接触する場合でも半径方向の接触圧を生じない程度の軽い接触となる。このため、高速回転時における側面１４３の先端側と円筒ころ１０３の転動面との異常接触が回避され、先端側の異常摩耗を防止することができる。

特許第４３２２６５０号公報

しかしながら、上記した特許文献１に開示された合成樹脂製の保持器１０４は、柱部１４１の先端が自由端であるために、特に、比較的大きな予圧下における高速回転時では、回転時の遠心力や円筒ころ３からの荷重によって柱部１４１が大きく弾性変形して、保持器１０４が偏心し、保持器１０４の挙動が不安定になり、異音が発生することがある。

そこで、この発明は、保持器の不安定な挙動を抑制し、異音の発生を抑制する円筒ころ軸受を提供しようとするものである。

上記の課題を解決するため、この発明においては、内輪と、外輪と、内輪と外輪との間に転動自在に円周方向に配置された複数の円筒ころと、この複数の円筒ころを円周方向に等間隔で保持する合成樹脂製の保持器とを備え、この保持器が、円周方向に配置された円筒ころを等間隔で仕切る複数の柱部と、この複数の柱部を軸方向の一端で連結する環状部とからなる円筒ころ軸受であって、前記保持器の外周面に、外径側に突出する突部を部分的に設けたことを特徴とする。

また、前記突部は、保持器の柱部の外周に所定間隔おきに形成することができる。

また、前記突部は、保持器の環状部の外周に、複数の柱部に跨がって形成するようにしてもよい。

前記突部は、他の部分より摺動性が高いことが好ましい。

この発明においては、保持器の弾性変形量が大きくなった時に、保持器の突部と外輪が接触することになるので、保持器の偏芯量が減り、保持器の不安定な挙動を抑制することができる。このため、異音の発生を防止することができる。

この発明の実施形態に係る複列の円筒ころ軸受の要部を示す断面図である。 この発明の実施形態に用いられる保持器を示す斜視図である。 この発明の実施形態に用いられる保持器の要部を示す斜視図である。 図１のＡ−Ａ線で断面にした要部断面図である。 この発明の要部を拡大した断面図であり、通常動作状態を示している。 この発明の要部を拡大した断面図であり、保持器の突部と外輪が接触している状態を示している。 この発明の保持器の外輪に対する挙動を示す模式図であり、（ａ）は保持器の偏芯がない状態、（ｂ）は、保持器の柱部が変形して偏芯した状態をそれぞれ示している。 従来の保持器の外輪に対する挙動を示す模式図であり、（ａ）は保持器の偏芯がない状態、（ｂ）は、保持器の柱部が変形して偏芯した状態をそれぞれ示している。 この発明の他の実施形態に用いられる保持器の要部を示す斜視図である。 この発明の他の実施形態の要部を示す断面図である。 従来の複列の円筒ころ軸受の要部を示す断面図である。 従来の保持器の要部を示す斜視図である。 図１１のＢ−Ｂ線で断面にした要部断面図である。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。
図１は、この発明の実施形態に係る複列の円筒ころ軸受を示している。この複列の円筒ころ軸受１０は、工作機械の主軸装置において、高速で回転駆動される主軸をハウジングに対して回転自在に支持するもので、複列の軌道面１ａを有する内輪１と、複列の軌道面２ａを有する外輪２と、各列の内輪１の軌道面１ａ及び外輪２の軌道面２ａの間に転動自在に円周方向に配置された円筒ころ３と、各列の円筒ころ３をそれぞれ円周方向に等間隔で保持する合成樹脂製の一対の保持器４とで構成される。そして、内輪１の軸方向中央部には中鍔１ｂが設けられ、軸方向両外側の端部には外鍔１ｃが設けられている。

外輪２の軌道面２ａの軸方向両外側の端縁にはそれぞれ面取り部２ｂが形成されると共に、内輪１の軌道面１ａにおける外鍔１ｃの軸方向両外側の端縁にもそれぞれ相対的に小さな面取り部１ｄが形成されている。

また、内輪１は主軸の外周に嵌合され、外輪２はハウジングの内周に嵌合されている。そして、この複列の円筒ころ軸受１０は、例えば、油やグリース等の潤滑剤で潤滑されている。

図２及び図３に拡大して示すように、保持器４は、例えば、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）、ポリアミド樹脂（ＰＡ：ＰＡ６６、ＰＡ４６）、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）等の自己潤滑性を有する合成樹脂を射出成形により形成される。合成樹脂には、必要に応じて、カーボンファイバ（ＣＦ）、グラスファイバ（ＧＦ）等の充填材を所要量配合する。

保持器４は、円周方向に配置された円筒ころ３を等間隔で仕切る複数の柱部４１と、この複数の柱部４１を軸方向の一端で連結する環状部４０とからなり、隣接する柱部４１間に円筒ころ３を収容するポケット４３が設けられている。

各ポケット４３は円周方向に隣接する柱部４１の側面４２と環状部４０の側面４０ａとで三方から囲まれ、軸方向の一方に向かって開口している。

図３及び図４に示すように、保持器４における柱部４１の側面４２は、ポケット４３のポケット中心を通るポケットＰＣＤ（同図に示す例では、ポケットＰＣＤは円筒ころ３の中心を通るころＰＣＤと等しい。）から内周側及び外周側に亘って形成された円弧面（円筒面）を有する。そして、この柱部４１の側面４２には、その先端側に、逃げ部４４が形成されており、この実施形態では、逃げ部４４が第１潤滑剤溜り部を兼ねている。この第１潤滑剤溜り部となる逃げ部４４は、先端及び内周端が開放された状態となる凹部であって、ポケットＰＣＤの内周側に配置されている。

柱部４１の側面４２における逃げ部（第１潤滑剤溜り部）４４の外周側に離間した位置に、直線状の溝からなる第２潤滑剤溜り部４５が形成されており、この第２潤滑剤溜り部４５は、先端のみが開放された状態となる溝であって且つポケットＰＣＤの外周側に配置されている。また、この第２潤滑剤溜り部４５は、柱部４１の先端から環状部４０方向に沿って基端部に至る途中部分まで形成され、その軸方向長さは、第１潤滑剤溜り部となる逃げ部４４よりも長く形成されている。

この実施形態においては、図２〜図４に示すように、保持器４の外周面の一部分に外径側に突出する突部４６が設けられている。この突部４６の高さは、通常動作時には、外輪２とは当接しない大きさであり、保持器４の弾性変形量が大きくなった時に、突部４６が外輪２と接触するようにその寸法が規定されている。ここで、通常動作時は、回転速度及び使用温度が上限付近より低い状態を想定している。

図２及び図３に示す実施形態では、環状部４０から柱部４１の先端まで外径側に突出する円弧状の突部４６が設けられている。この突部４６は、保持器４の円周方向に所定の間隔をあけた位置の柱部４１に設けている。例えば、保持器４の円周方向に６個の突部４６を等角度に設けるために、６０度おきに位置する柱部４１に突部４６を設ければよい。

図１に示すように、この実施形態において、保持器４は転動体案内形式のものであり、軸受の通常動作時、保持器４は柱部４１の円周方向の側面４２を円筒ころ３の転動面に接触案内されながら回転する。

図５の拡大した断面図に示すように、保持器４の弾性変形が少ない通常動作時は、円筒ころ３と保持器４のポケット４３の隙間Ｐと、外輪２と保持器４の突部４６の隙間Ｄとは、Ｐ＜Ｄの関係である。そして、保持器４の突部４６と外輪２とは非接触（Ｄ＞０）である。

そして、軸受の回転が所定の高速回転域に達し、柱部４１が高速回転時の遠心力により外径側に弾性変形すると、柱部４１の側面４２の基端側内周部（ころ案内部）４２ａが円筒ころ３の転動面との間のポケット隙間が減少する方向に変位して、円筒ころ３の転動面を案内する。これにより、円筒ころ３の良好な等配機能が確保され、高速回転時における非繰り返し振れが問題のない程度まで低減される。このとき、柱部４１の側面４２の先端側の内周部には逃げ部４４が設けられていることにより、円筒ころ３の転動面との接触が回避される。

さらに、側面４２の環状部４０側の内周部（ころ案内部）４２ａを円筒ころ３の転動面に沿う円弧面とすることにより、柱部４１の基端側内周部４２ａの円周方向の肉厚が増大して、柱部４１の剛性が向上する。そのため、高速回転時の遠心力や円筒ころ３からの荷重による柱部４１の外径方向及び円周方向への弾性変形量が小さくなる。

柱部４１に形成された逃げ部４４と第２潤滑剤溜り部４５から潤滑剤が補充されていくことになるので、柱部４１と円筒ころ３との間に潤滑不良が生じ難くなる。そして、高速回転時であっても上記と同様にして良好な潤滑性能を確保できることから、潤滑不良が原因となって焼き付きが生じる等の不具合を回避することができる。

柱部４１の剛性を高くして、弾性変形量を小さくしているが、回転速度及び使用温度が上限近くなると柱部４１の弾性変形がさらに大きくなる。この実施形態では、図６の拡大した断面図に示すように、柱部の４１の変形が大きい時は、突部４６と外輪２が接触し、一時的に外輪案内となる。即ち、回転速度及び使用温度が上限付近で保持器４が膨張し、且つラジアル隙間が小さく、円筒ころ３の進みと遅れ量が大きくなると、図６中の矢印で示すように、円筒ころ３から保持器４の柱部４１が強く押されて弾性変形量が大きくなる。この弾性変形量が大きくなった時に、この実施形態では、保持器４の突部４６と外輪２が接触する。外輪２と突部４６が接触することで、保持器４の柱部４１の弾性変形量の増大とそれに起因する保持器４の不安定な挙動が抑制される。

次に、この実施形態の挙動について、図７及び図８を参照して説明する。図８は、従来の保持器の外輪に対する挙動を示す模式図である。図８（ａ）は保持器の偏芯がない通常動作状態、図８（ｂ）は、保持器の柱部が変形して偏芯した状態をそれぞれ示している。図中Ｃは保持器の中心を表している。保持器１０４の偏芯量が大きくなると、保持器１０４の挙動が不安定となり、振れ回る。

保持器１０４の偏芯量は、ポケット隙間Ｐ、保持器１０４と外輪の隙間Ｄのうち小さい方で決まる。しかし、保持器１０４の柱部１４１が大きく弾性変形して、ポケット隙間Ｐが大きくなった時には、保持器１０４と外輪１０２の隙間Ｄで決まることになる。

図８（ｂ）に示すように、保持器１０４が偏芯して、外輪１０２と保持器１０４が接触すると、保持器中心Ｃから外輪１０２までの距離Ａ２、Ｂ２の差が大きな状態となる。図８（ｂ）に示す例では、保持器１０４が外輪１０２と当接した位置と保持器中心Ｃ迄の距離Ａ２が対向する距離Ｂ２より短くなる。保持器中心Ｃから外輪１０２までの距離の差が大きくなると、保持器１０４が振れ、保持器１０４が不安定な挙動を起こすことになる。

一方、図７に示すこの発明の実施形態では、保持器４の外周に突部４６を設けているので、図７（ａ）に示すように、突部４６と外輪２との間の隙間Ｓは、従来の保持器１０４より小さくできる。突部４６を設けた保持器４が偏芯すると、図７（ｂ）に示すように、円筒ころ３に押されて弾性変形した保持器４の柱部４１に設けた突部４６と外輪２が接触する。隙間Ｓは、保持器４の環状部４０の外径と外輪２までの隙間Ｄより突部４６の高さ分小さくできる。このため、偏芯した状態における、保持器中心Ｃと外輪２までの距離Ａ１、Ｂ１の差が小さくなる。従来の距離Ａ２に対して距離Ａ１は長くなり、距離Ｂ２に対してＢ１は短くなり、従来例より距離Ａ１、Ｂ１の差が小さくなって、偏芯量が小さくなる。保持器４の偏芯量が少なくなると、保持器４の振れ回りの絶対量が小さくなり、保持器４の挙動を安定させ、異音の発生を防ぐことができる。

また、突部４６を設けた柱部４１の箇所は剛性が高くなるので、円筒ころ３の進みと遅れによる弾性変形量を小さくすることができ、保持器４が不安定な挙動になることが防げる。

また、突部４６は、保持器４の他の部分と同じ樹脂材質で、射出成形により同時に成形することができる。

次に、この発明の他の実施形態につき、図９及び図１０を参照して説明する。上記した実施形態においては、所定間隔おきの柱部４１に突部４６を設けていた。これに対して、この実施形態は、環状部４０の外径側に複数の柱部４１に跨がるように、円弧状の突部４６ａを設けたものである。

複数の柱部４１に跨がるように、円弧状の突部４６ａを設けることで、保持器４の突部４６ａと外輪２との接触面積が増えるため、上記した不安定な挙動を抑止するとともに、油膜形成能力も向上する。

また、突部４６ａの摺動性を高くすることで、外輪接触時の摺動性を向上させることができる。一例としてはＤＬＣコーティングを用いることができる。

上記したように、通常動作状態では、転動体案内されている保持器４を、保持器４に大きな力が加わり、柱部４１の弾性変形が大きくなった時に、外輪２と突部４６とを接触させることで、保持器４の挙動を安定させ、異音の発生を防止できる。

この発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲において、さらに種々の形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内の全ての変更を含む。

１ ：内輪
１ａ ：軌道面
２ ：外輪
２ａ ：軌道面
３ ：円筒ころ
４ ：保持器
１０ ：円筒ころ軸受
４０ ：環状部
４０ａ ：内側面
４１ ：柱部
４２ ：側面
４２ａ ：基端側内周部
４３ ：ポケット
４４ ：逃げ部
４５ ：第２潤滑剤溜り部
４６、４６ａ ：突部

Claims (4)

1. 内輪と、外輪と、内輪と外輪との間に転動自在に円周方向に配置された複数の円筒ころと、この複数の円筒ころを円周方向に等間隔で保持する合成樹脂製の保持器とを備え、この保持器が、円周方向に配置された円筒ころを等間隔で仕切る複数の柱部と、この複数の柱部を軸方向の一端で連結する環状部とからなる円筒ころ軸受であって、
   前記保持器の外周面に、外径側に突出する突部を部分的に設けたことを特徴とする円筒ころ軸受。
2. 前記突部を、保持器の柱部の外周に所定間隔おきに形成したことを特徴とする請求項１に記載の円筒ころ軸受。
3. 前記突部を、保持器の環状部の外周に、複数の柱部に跨がって形成したことを特徴とする請求項１に記載の円筒ころ軸受。
4. 前記突部の摺動性が、他の部分より高いことを特徴とする請求項３に記載の円筒ころ軸受。

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