JP2020139609A - 保持器および転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】潤滑油の排出性を向上することができ、動力損失を抑制したジェット潤滑を適用できて、スクリュー圧縮機の稼働効率向上に寄与できる転がり軸受及び保持器を提供する。【解決手段】非案内面に、軸受軸方向両端側に各端面に開口する軸方向油溝を設ける。これにより、一方の端面側から他方の端面側へ、又は他方の端面側から一方の端面側へ流れる油流路を形成する。【選択図】図１

Description

本発明は、保持器および転がり軸受に関する。

図８と図９は標準的なアンギュラ玉軸受を示し、この軸受は、外周面に軌道面１が形成された内輪２と、内周面に軌道面３が形成された外輪４と、前記内輪２と外輪４の軌道面１，３との間に組み込まれる複数の転動体５と、この複数の転動体５を周方向に間隔をおいて収容保持するポケット６を有する保持器７とを備える。

また、内輪２の外周面には肩部８および肩落とし部９を有し、この肩部８と肩落とし部９との間に軌道面１が形成される。外輪４の内周面には肩部１０および肩落とし部１１を有し、この肩部１０と肩落とし部１１との間に軌道面３が形成される。

このようなアンギュラ玉軸受をスクリュー圧縮機やスクリュー冷凍機等に使用した場合の潤滑方法は、油浴や循環給油が一般的である。この場合、スクリュー圧縮機の稼働効率を向上させるにはスクリュー軸の回転数を高めると良いが、回転数を高めるとスクリュー軸を支持している軸受の温度上昇が問題となる。また、軸受の温度上昇を抑制する手段として回転輪である内輪の冷却を目的としたジェット潤滑化が挙げられるが、ジェット潤滑を採用すると、過剰に供給された潤滑油が軸受内部に留まり、軸受内部の撹拌抵抗による動力損失が大きくなるため、逆に効率が下がってしまう。

つまり、スクリュー圧縮機の稼働効率を向上させるには、ジェット潤滑下でも潤滑油の供給・排出性の良い軸受の提供が必要である。そこで、従来には、過剰な潤滑油の排出を促す構造としたものがある（特許文献１）。すなわち、図１０（ａ）(ｂ)及び図１１（ａ）（ｂ）に示すように、保持器７の案内面１５，１６に凹状溝１７，１８を設け、潤滑油を排出させるものである。

特開２００８−３０９２５９号公報

ところで、ジェット潤滑は軸受の側面から潤滑油を高速で噴射させる潤滑方法であり、軸受内部を貫通する潤滑油の排出性向上が動力損出低減に繋がる。また、潤滑油が軸受内部を貫通する場合に最大の障害となるのが保持器であるが、保持器側面の面積を小さくすれば潤滑油の排出性を向上させる事が出来る。しかしながら、保持器側面の面積を小さくすれば、保持器の円周方向の引張強度が低下する。

前記図１０及び図１１に示すように凹状溝１１，１３を設けて、潤滑油を排出させるものでは、案内面１５又は１６は、保持器７と軌道輪（内輪２又は外輪４）に囲まれた略閉鎖空間となるため、潤滑油排出効果は限定的と予測され、凹状溝内に残留する潤滑油が保持器自転の抵抗にもなり得る。

そこで、本発明は、上記課題に鑑みて、潤滑油の排出性を向上することができ、動力損失を抑制したジェット潤滑を適用できて、スクリュー圧縮機の稼働効率向上に寄与できる転がり軸受及び保持器を提供するものである。

本発明の第１の保持器は、内輪案内方式の保持器であって、非案内面の、軸受軸方向両端側に各端面に開口する軸方向油溝を設け、一方の端面側から他方の端面側へ、又は他方の端面側から一方の端面側へ流れる油流路を形成したものである。

本発明の第２の保持器は、外輪案内方式の保持器であって、非案内面の、軸受軸方向両端側に各端面に開口する軸方向油溝を設け、一方の端面側から他方の端面側へ、又は他方の端面側から一方の端面側へ流れる油流路を形成したものである。

本発明の第１・第２の保持器によれば、軸方向油溝を設けることによって、外径面又は内径面の面積を削減し、潤滑油の排出性の向上を図ることができる。

一方の端面側の油溝と、これに対向する他方の端面側の油溝とは、同一直線上に配設される溝対を形成し、この溝対が転動体を保持するポケット間に配設するのが好ましい。すなわち、強度的に小さいポケット対応部に設けることなく、強度的に大きいポケット間に油溝が形成されるので、保持器としての強度を確保することができる。

同一直線上に配設される溝対における溝間寸法を、前記ポケットに保持される転動体直径よりも小さくすることによって、一方の端面側から他方の端面側へ、又は他方の端面側から一方の端面側へ流れる油流路を安定して形成することができる。

同一直線上に配設される溝対を含む部位での軸線に沿った断面における保持器断面積を、一つのポケットの中心線を含む部位での軸線に沿った断面における保持器断面積よりも大きくなるように、各溝深を調整したものである。このように設定することによって、保持器全体としての円周方向引張強度の低下を有効に防止できる。

本発明の第１の転がり軸受は、内輪と、外輪と、内輪と外輪との間に介在される保持器と、保持器のポケットに保持される転動体とを備えた転がり軸受であって、前記内輪案内方式の保持器を用いたものである。

本発明の第２の転がり軸受は、内輪と、外輪と、内輪と外輪との間に介在される保持器と、保持器のポケットに保持される転動体とを備えた転がり軸受であって、前記外輪案内方式の保持器を用いたものである。

本発明の第１・第２の転がり軸受は、軸方向油溝を設けることによって、外径面又は内径面の面積を削減し、潤滑油の排出性の向上を図ることができる。

本発明では、潤滑油の排出性の向上を図ることができる。このため、動力損失を抑制したジェット潤滑を適用できて、スクリュー圧縮機の稼働効率向上に寄与できる。同一直線上に配設される溝対を形成し、この溝対が転動体を保持するポケット間に配設したり、同一直線上に配設される溝対を含む部位での軸線に沿った断面における保持器断面積を、一つのポケットの中心線を含む部位での軸線に沿った断面における保持器断面積よりも大きくしたりすることにより、保持器全体としての円周方向引張強度の低下を有効に防止できる。

本発明に係る内輪案内方式の転がり軸受を示し、溝対における断面図である。 本発明に係る内輪案内方式の転がり軸受を示し、ポケットにおける断面図である。 本発明の保持器の側面図である。 図３のＡ矢視図である。 前記図１の転がり軸受の潤滑油の流れを示す断面図である。 ３列で使用された状態の断面図である。 外輪案内方式の転がり軸受の断面図である。 一般的なアンギュラ玉軸受であって、ポケット間における断面図である。 一般的なアンギュラ玉軸受であって、ポケットにおける断面図である。 従来の内輪案内方式の転がり軸受を示し、（ａ）は要部断面図であり、（ｂ）は保持器の断面図である。 従来の外輪案内方式の転がり軸受を示し、（ａ）は要部断面図であり、（ｂ）は保持器の断面図である。

以下本発明の実施の形態を図１〜図７に基づいて説明する。図１と図２は、本発明に係る転がり軸受を示し、この転がり軸受は、アンギュラ玉軸受であり、外周面に軌道面２１が形成された内輪２２と、内周面に軌道面２３が形成された外輪２４と、前記内輪２２と外輪２４の軌道面２１，２３との間に組み込まれる複数の転動体２５と、この複数の転動体２５を周方向に間隔をおいて収容保持するポケット２６を有する保持器２７とを備える。この場合、転動体２５としては、鋼球（ボール）が用いられている。

また、内輪２２の外周面には肩部２８および肩落とし部２９を有し、この肩部２８と肩落とし部２９との間に軌道面２１が形成される。外輪２４の内周面には肩部３０および肩落とし部３１を有し、この肩部３０と肩落とし部３１との間に軌道面２３が形成される。
アンギュラ玉軸受は、ラジアル荷重のほかに一方向からのアキシャル荷重を負荷することができるものであり、鋼球２５と内輪２２および外輪２４との接触点を結ぶ直線がラジアル方向に対して角度（接触角）αをもっている。

保持器２７は、図３と図４に示すように、所定肉厚のリング体からなり、周方向に沿って所定ピッチでポケット２６が形成されている。そして、保持器２７の外周面（外径面）２７ａに一対の軸方向油溝３３（３３Ａ），３３（３３Ｂ）からなる溝対３４が周方向に沿って所定ピッチで設けられている。この溝対３４は、周方向に隣り合うポケット２６、２６間（柱部）に設けられている。

図１に示すように、一方の油溝３３Ａは、保持器２７の一方の軸方向端部側に設けられて、一方の軸方向端面２７ｃに開口し、他方の油溝３３Ｂは、保持器２７の他方の軸方向端部側に設けられて、他方の軸方向端面２７ｄに開口している。そして、溝対３４の油溝３３Ａ，３３Ｂは、同一軸方向線上に配設される。また、油溝３３Ａ，３３Ｂは断面形状が半円形状とされ、その端部が半球形状をなしている。

同一直線上に配設される溝対３４における溝間寸法を、ポケット２６に保持される転動体２５の直径よりも小さくしている。すなわち、保持器２７の軸方向長さを、ＨＢとし、各油溝３３Ａ，３３Ｂの長さをＧＷ１、ＧＷ２とし、溝間寸法をＨＢＣとし、転動体２５の直径をＤＷとした場合、ＧＷ１＝ＧＷ２であり、ＨＢ＝ＧＷ１＋ＨＢＣ＋ＧＷ２であり、ＤＷ＞ＨＢＣである。

また、同一直線上に配設される溝対３４を含む部位での軸線に沿った断面における保持器断面積を、一つのポケット２６の中心線を含む部位での軸線に沿った断面における保持器断面積よりも大きくなるように、各溝深を調整する。すなわち、溝対３４を含む部位での軸線に沿った断面における保持器断面積をＳ２とし、ポケット２６の中心線を含む部位での軸線に沿った断面における保持器断面積をＳ１としたときに、Ｓ２＞Ｓ１としている。Ｓ１は、ポケット２６を介して分割され、一端側の部位３５の断面積と他方側の部位３６の断面積とを加えたものとなる。一端側の部位３５の断面積をＳ３とし、他方側の部位３６の断面積をＳ４としたときに、Ｓ３＝Ｓ４となり、Ｓ１＝Ｓ３＋Ｓ４となり、部位３５の断面積がＳ１／２となり、部位３６の断面積がＳ１／２となる。Ｓ２＞Ｓ１の関係をなすように、溝深さＧＤ及び溝長さＧＷを設定する。

ところで、図１及び図２に示すように、この転がり軸受は、内輪案内方式である。このため、保持器２７の内径面(内周面)２７ｂが案内面となり、保持器の外径面（外周面）２７ａが非案内面となり、この非案内面に油溝３３（３３Ａ，３３Ｂ）が形成されている。そして、対向する３３Ａ、３３Ｂからなる溝対３４を構成することによって、図５の破線の矢印Ｆに示すような油流路Ｒを形成することができる。図５では、他方の油溝３３Ｂから一方の油溝３３Ａへ流れるものであるが、逆に一方の油溝３３Ａから他方の油溝３３Ｂに流れるものであってもよい。

図６は、前述のように構成された転がり軸受を３列に配設したものである。この図例では、中央の軸受と図面右側の軸受は、前記図１に示す軸受の同一形状のものを用い、図面左側の軸受は、内輪２２の肩部２８を一方の端部側に設け、内輪２２の肩落とし部２９を他方の端部側に設け、外輪２４の肩部３０を他方の端部側に設け、外輪２４の肩落とし部３１を一方の端部側に設けている。このため、各転がり軸受には、一方の油溝３３Ａから他方の油溝３３Ｂに流れたり、他方の油溝３３Ｂから一方の油溝３３Ａへ流れたりする油流路Ｒが形成される。

スクリュー圧縮機のロータ軸に使用されるアキシャル玉軸受は、複数列（２列から４列）のものが使用される。このため、潤滑油の排出性が悪く、３列の場合、中央（内部）に配設される軸受は、他の軸受に挟まれたものとなって、両側の軸受に潤滑油の排出が阻まれて潤滑油の排出性の確保が困難となる。しかしながら、図６に示すように、本発明のような軸受を用いることによって、複数列に配設された場合でも、潤滑油の排出性を確保することができ、このように、複数列の軸受を用いるスクリュー圧縮機等に最適の軸受となる。

本発明の保持器によれば、軸方向油溝３３（３３Ａ，３３Ｂ）を設けることによって、外径面(外周面)２７ａの面積を削減し、潤滑油の排出性の向上を図ることができる。このため、動力損失を抑制したジェット潤滑を適用できて、スクリュー圧縮機の稼働効率向上に寄与できる。

実施形態では、一方の端面２７ｃ側の油溝３３Ａと、これに対向する他方の端面２７ｄ側の油溝３３Ｂとは、同一直線上に配設される溝対３４を形成し、この溝対３４が転動体２５を保持するポケット２６間に配設するものであるので、強度的に小さいポケット対応部に設けることなく、強度的に大きいポケット２６，２６間に油溝が形成されるので、保持器２７としての強度を確保することができる。

また、同一直線上に配設される溝対３４における溝間寸法を、ポケット２６に保持される転動体直径よりも小さくしているので、一方の端面２７ｃ側から他方の端面２７ｄ側へ、又は他方の端面２７ｄ側から一方の端面２７ｃ側へ流れる油流路Ｒを安定して形成することができる。

さらに、同一直線上に配設される溝対３４を含む部位での軸線に沿った断面における保持器断面積を、一つのポケット２６の中心線を含む部位での軸線に沿った断面における保持器断面積よりも大きくなるように、各溝深を調整するようにすれば、保持器全体としての円周方向引張強度の低下を有効に防止できる。

前記転がり軸受は内輪案内方式であったが、図７に示す転がり軸受は、外輪案内方式である。このため、保持器２７の案内面が外周面（外径面）２７ａとなり、非案内面が内周面(内径面)２７ｂとなる。したがって、この内周面２７ｂである非案内面に、軸受軸方向両端部側に各端面２７ｃ、２７ｄに開口する軸方向油溝３３（３３Ａ，３３Ｂ）を設け、一方の端面２７ｃ側から他方の端面２７ｄ側へ、又は他方の端面２７ｄ側から一方の端面２７ｃ側へ流れる油流路Ｒを形成している。

この図７に示す外輪案内方式であっても、軸方向油溝３３（３３Ａ，３３Ｂ）を設けることによって、内径面（内周面)２７ｂの面積を削減し、潤滑油の排出性の向上を図ることができる。このため、動力損失を抑制したジェット潤滑を適用できて、スクリュー圧縮機の稼働効率向上に寄与できる。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、図６では軸受を３列に並べたものであったが、２列のものであっても、４列以上であってもよい。また、内輪２２及び外輪２４に、いずれか一方の端部側に肩部２８（３０）を設けていたが、両側に肩部２８（３０）を設けたものであってもよい。

保持器２５として、樹脂製保持器であっても、金属製保持器であってもよい。また、ボール２５が嵌合するポケット２６は実施形態では、１２個であったが、これに限らず増減は任意である。溝対３４として、実施形態では周方向に隣り合うポケット間全部に設けていたが、１個飛ばしや２個飛ばしを行って全ポケット間全部に設けなくてもよい。この場合、周方向に沿って所定の定ピッチに配設するのが好ましい。また、油溝３３としてその断面形状が半円形状に限るものではなく、三角形状、半楕円乃至半長円形状、さらには、四角形状、又は、半多角形状のものであってもよい。

２１，２３ 軌道面
２２ 内輪
２４ 外輪
２５ 転動体（鋼球、ボール）
２６ ポケット
２７ 保持器
３３、３３Ａ，３３Ｂ 軸方向油溝
３４ 溝対
Ｒ 油流路

Claims (7)

1. 内輪案内方式の保持器であって、非案内面の、軸受軸方向両端側に各端面に開口する軸方向油溝を設け、一方の端面側から他方の端面側へ、又は他方の端面側から一方の端面側へ流れる油流路を形成したことを特徴とする保持器。
2. 外輪案内方式の保持器であって、非案内面の、軸受軸方向両端側に各端面に開口する軸方向油溝を設け、一方の端面側から他方の端面側へ、又は他方の端面側から一方の端面側へ流れる油流路を形成したことを特徴とする保持器。
3. 一方の端面側の油溝と、これに対向する他方の端面側の油溝とは、同一直線上に配設される溝対を形成し、この溝対が転動体を保持するポケット間に配設したことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の保持器。
4. 同一直線上に配設される溝対における溝間寸法を、前記ポケットに保持される転動体直径よりも小さくしたことを特徴とする請求項３に記載の保持器。
5. 同一直線上に配設される溝対を含む部位での軸線に沿った断面における保持器断面積を、一つのポケットの中心線を含む部位での軸線に沿った断面における保持器断面積よりも大きくなるように、各溝深を調整したことを特徴とする請求項３に記載の保持器。
6. 内輪と、外輪と、内輪と外輪との間に介在される保持器と、保持器のポケットに転動体とを備えた転がり軸受であって、
   前記保持器に前記請求項１に記載の保持器を用いたことを特徴とする転がり軸受。
7. 内輪と、外輪と、内輪と外輪との間に介在される保持器と、保持器のポケットに保持される転動体とを備えた転がり軸受であって、
   前記保持器に前記請求項２に記載の保持器を用いたことを特徴とする転がり軸受。

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