JP2020159548A - 玉軸受用保持器および転がり軸受 - Google Patents
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Abstract
Description
さらに他の玉軸受用保持器として、図39に示すように、鉄板波形保持器において、各ポケット62のある円周方向部分の内周面63を外径側に凹む形状とした技術が提案されている(特許文献3)。
また、前記ポケット部59の前記帯幅H1では、玉60とポケット間、保持器背面とシール間でのグリースのせん断抵抗が高く、トルク大または発熱が問題となることがある。
軸受組み立て時、保持器ポケット間付近に封入されたグリースは、軸受の運転により動空間で攪拌され、玉の表面等に付着する。
この場合、玉の表面のグリースが、保持器によって掻き取られ、掻き取られたグリースが動空間である転走面の付近から、保持器59と密閉板62(図38)との間等の静止空間Saに排出され、ある程度排出されることで、軸受内のグリースが慣らされることになる。この後は、静止空間Saのグリースの基油が徐々に転走面に供給され、軸受の発熱の少ない微量潤滑が行われることになる。前記のように玉60に付着したグリースが前記静止空間Saに移動するように慣らされるまでは、グリースの攪拌抵抗により発熱が大きく、早期に慣らすことが望まれる。
図39に示す鉄板波形保持器では、鉄板をプレスにより打ち抜きおよび成形加工して二枚の環状部材を製作しなければならず、製作コストが嵩む。
前記ポケット壁部の径方向寸法である帯幅が、前記結合板部の径方向寸法よりも小さくなるように、前記ポケット壁部の内径面または外径面に切り欠き部が設けられている。
また、運転開始時においては、前記切り欠き部が設けられていることで、玉の表面に付着したグリースの掻き取り量が増え、グリースが動空間から静止空間に排出され易くなり、グリースの慣らし時間を削減することができる。
前記切り欠き部は、金型等により簡単に形成することができるため、鋼板製の波形保持器に凹み部を機械加工する従来例よりも加工コストを低減することができ、生産性に優れた玉軸受用保持器とすることができる。
前記静止空間とは、内輪と、外輪と、密閉板とで閉じられた空間のうち、軸受回転時に転動体および保持器が通過しない空間を指す。
前記切り欠き部の最深部が玉のピッチ円付近の径方向位置付近に達していると、玉とポケット壁部の内面との隙間が狭い箇所で切り欠き部が開口することになり、静止空間に近い場所でグリースを多くかきとることができる。そのため、グリースが動空間から排出され易くグリースの慣らし時間をより一層削減することができる。
前記フランジ部を設けることで、ポケット壁部と結合板部との繋がり部の近傍で掻き取られたグリースが遠心力で飛ばされ、動空間となる外輪転走面へ巻き込まれるのを防ぎ、グリースが動空間から静止空間へ排出されるまでの時間がさらに短縮される。
前記55%〜65%とは、玉の直径の55%を超え、玉の直径の65%未満を意味する。
この構成によると、玉軸受用保持器が高剛性になり、玉軸受用保持器の固有振動数が上昇することで、回転速度との共振が発生しない。このことにより共振による玉軸受用保持器の振動も発生せず、昇温が抑制され安定した回転が得られる。この場合、結合板部の軸方向寸法を規定するだけで共振点がずれることで昇温が抑制され安定した回転が得られることから、金属部品等を用いて保持器の剛性を高めるよりもコスト低減を図ることができる。
この発明の第1の実施形態に係る玉軸受用保持器および転がり軸受を図1ないし図9
と共に説明する。
<転がり軸受について>
図1に示すように、この転がり軸受1は、深溝玉軸受であって、内輪2と、外輪3と、内外輪2,3の転走面2a,3a間に介在する複数の玉5と、各玉5を保持する玉軸受用保持器6と、非接触シールである密閉板4とを備えている。玉5は、鋼球またはセラミックボールである。
図2A,図2Bおよび図3に示すように、玉軸受用保持器6は、互いに軸方向に重なる二枚の合成樹脂製の環状体10,10を有する。各環状体10は、合成樹脂を例えば射出成形して形成される。二枚の環状体10,10は、同一形状であり同一の金型で成形可能である。前記合成樹脂としては、例えば、ポリアミド(例えばPA46)、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)等を採用し得る。各環状体10を形成する合成樹脂には、強度を高めるために、ガラス繊維またはカーボン繊維またはアラミド繊維等が添加されている。
結合板部14は、二枚の環状体10,10を結合したときに面接触する合わせ面15を有する。結合板部14における合わせ面15の中央付近には、軸方向に突出する結合爪16と、他方の環状体10の結合爪16が挿入される結合孔17とが形成されている。
結合爪16の軸方向先端部に鉤部19が形成され、一方の環状体10の鉤部19は、他方の環状体10の結合孔17の内面に形成された段部18に係合する。この係合により結合爪16が結合孔17から抜け止めされ、二枚の環状体10,10が互いに結合される。
結合板部14は、突出壁部20および収容凹部21を有する。突出壁部20は、一方の環状体10の合わせ面15における円周方向一端に、軸方向に突出するように設けられている。収容凹部21は、一方の環状体10の合わせ面15における円周方向他端に設けられ、他方の環状体10の突出壁部20を収容する。
図2Aおよび図3に示すように、ポケット壁部13の内径面に、静止空間Sa(図1)から転走面2a,3a(図1)へのグリース供給をし易くする切り欠き部7が設けられている。この切り欠き部7は、例えば、環状体10の射出成形時に形成されるが、射出成形後の追加工によって形成することも可能である。切り欠き部7は、ポケット壁部13の径方向寸法である帯幅H1が、結合板部14の径方向寸法H2(図3)よりも小さくなるように形成されている。この実施形態おいて、ポケット壁部13の内径面13aは、軸受軸方向から見て凹曲線となる曲面形状である。切り欠き部7は、ポケット壁部13の円周方向中間部の帯幅H1が最も小さく、前記円周方向中間部から円周方向両側に向かうに従って帯幅H1が前記曲面形状に沿って次第に大きくなるように形成されている。
図2(B)に示すように、ポケット壁部13は、前記切り欠き部7による体積減少分だけ軸受軸方向に厚肉にする厚肉部8を有する。この例では、切り欠き部が形成されていないポケット壁部(図示せず)よりもポケット壁部13の全体が、軸受軸方向に前記体積減少分だけ厚肉に形成されている。換言すれば、ポケット壁部13の全体が厚肉部8となっている。この厚肉部8により、切り欠き部7による玉軸受用保持器6の剛性低下を抑制し得る。
以上説明した玉軸受用保持器6およびこの玉軸受用保持器6を備えた転がり軸受1によれば、ポケット壁部13の帯幅H1が、結合板部14の径方向寸法H2(図3)よりも小さくなるようにポケット壁部13の内径面13aに切り欠き部7が設けられているため、軸受運転時に、静止空間Saに溜まったグリースが遠心力により切り欠き部7から転走面2a,3aへ供給される。つまり、静止空間Saに滞留しようとするグリースの一部が切り欠き部7で掻き取られることで、グリースの基油が分離して切り欠き部7から順次、保持器内、玉表面、転走面2a,3aへと供給され易くなる。これにより転がり軸受1の発熱が抑えられ、従来技術よりもグリース寿命を延ばすことができる。またポケット壁部13に切り欠き部7が設けられているため、玉5とポケット12の間でのグリースせん断抵抗が低減され、転がり軸受1の低トルク化および低発熱化を図れる。
また、運転開始時においては、前記切り欠き部7が設けられていることで、玉5の表面に付着したグリースの掻き取り量が増え、グリースが動空間から静止空間Saに排出され易くなり、グリースの慣らし時間を削減することができる。
前記切り欠き部7は、金型等により簡単に形成することができるため、鋼板製の波形保持器に凹み部を機械加工する従来例よりも加工コストを低減することができ、生産性に優れた玉軸受用保持器6とすることができる。
前記切り欠き部7の最深部7a(図3、図5)の径方向位置は、玉5のピッチ円PCD(図1)またはその付近に位置していてもよい。
切り欠き部7の最深部7aが玉5のピッチ円PCDの付近の径方向位置付近に達していると、玉5とポケット壁部13の内面との隙間が狭い箇所で切り欠き部7が開口することになり、静止空間Saに近い場所でグリースを多くかきとることができる。そのため、グリースが動空間から排出され易くグリースの慣らし時間をより一層削減することができる。
玉5がセラミックボールである場合、例えば軸受鋼等から成る鋼球よりも比重を小さくして軸受の高速化を図ることができるうえ耐熱性を高めることができる。
グリースの挙動解析結果を、図7A、図7Bに示す。
図7Aは、図1〜図6に示す実施形態、すなわち切り欠き部7を有する玉軸受用保持器6の例を、図7Bは切り欠き部7を有しない玉軸受用保持器55Aの例を示す。両図の玉軸受用保持器6,70におけるその他の構成は同じである。対応部分に同一符号が付してある。
切り欠き部7がない玉軸受用保持器55A(図7B)に対して、切り欠き部7が有る玉軸受用保持器6(図7A)は、表面に付着したグリースG(黒塗り部分)から、ポケット壁部13と結合板部14との繋がり部10aでの掻き取りに加え、ポケット壁部13の軸受周方向の中央部付近(符号Aで示す円内)でのグリース掻き取り量が多く、差が認められた。
玉5は玉軸受用保持器6、55Aのポケット中心とし、グリースは玉5の表面に1.5mmの厚さで配置した。玉5の接触角は0°とし、内輪2の回転速度600min−1で玉5が1回転したときのグリース流動を求めた。
図8は、グリース慣らし性確認試験(1) の試験結果を示す。横軸は時間(min)、縦軸は外輪3の温度(℃)を示す。グリース慣らし性は、玉5の表面にグリースを塗布しておき、軸受の運転を開始した場合に、グリースが前記静止空間に移動して行く性能であり、グリースの攪拌抵抗による軸受温度の上昇によって確認できる。軸受温度の上昇は、外輪温度によって確認できる。
切り欠き部7を有する玉軸受用保持器6(図1〜図6に示す実施形態)は、切り欠き部7を有しない玉軸受用保持器55Aに対して、各回転速度での外輪ピーク温度が低く、温度安定までに要する時間が短い。切り欠き部7を有する玉軸受用保持器6では、各回転速度30分で、外輪観点温度が油潤滑時と同等となることが認められた。
試験機:横型トルク試験機
試験型番:6312
回転速度:4000、6000、8000、10000min−1
荷重:Fr=411N
試験:各回転速度で30分
確認項目:外輪温度
図9は、グリース慣らし性能確認試験(2) の試験結果を示す。
切り欠き部7を有する玉軸受用保持器6(図1〜図6に示す実施形態)は、切り欠き部無し品に比べて、グリース慣らし時間が30%低減した。後に図10〜図14と共に説明するフランジ部31を有する実施形態(フランジ部31と切り欠き部7の両方有り)の玉軸受用保持器6の場合は、グリース慣らし時間が切り欠き部無し品に比べて、50%低減した。前記「グリース慣らし時間」は、軸受の運転開始から外輪の温度が安定するまでに要する時間である。
試験機:横型トルク試験機
試験型番:6312
回転速度:5000、10000min−1
荷重:Fr=411N
試験:各回転速度で30分
確認項目:外輪温度
以下の説明においては、各実施の形態で先行して説明している事項に対応している部分には同一の参照符号を付し、重複する説明を略する。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、特に記載のない限り先行して説明している形態と同様とする。同一の構成から同一の作用効果を奏する。実施の各形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。
フランジ部31の内径側面は、3°以上のテーパ形状とすることで、よりグリースが動空間から排出され易くなる。3°以下では、グリースが動空間から排出され難くなる。
図15〜図17に示すように、ポケット壁部13における内径部を他の部分よりも軸方向外側に厚肉に形成された厚肉部8としてもよい。この厚肉部8は、切り欠き部7による体積減少分だけポケット壁部13の内径部を軸受軸方向に厚肉にするものである。厚肉部8により、切り欠き部7による玉軸受用保持器6の剛性低下を抑制し得る。
図18〜図20に示すように、ポケット壁部13のうち、玉5のピッチ円PCD(図1)に略沿った外側面が他の部分よりも厚肉に形成された厚肉部8としてもよい。この場合にも、切り欠き部7による玉軸受用保持器6の剛性低下を抑制し得る。
図27に示すように、ポケット壁部13の外径面に切り欠き部7が設けられてもよい。このポケット壁部13の外径面は軸受軸方向から見て凹曲線となる曲面形状である。この構成においても、第1の実施形態と同様の作用効果を奏する。
切り欠き部7の形状、すなわち切り欠き部7が設けられるポケット壁部13の内径面または外径面は、軸受軸方向から見て多角形状に形成されていてもよい。例えば、切り欠き部7の形状は、図33に示すように矩形状としてもよく、図34に示すように三角形状としてもよく、また図35に示すように軸受径方向に延びるスリット状としてもよい。図33のように切り欠き部7の軸受周方向幅がポケット壁部の軸受周方向の幅の半分以上となる矩形状であって、かつ切り欠き部7の最深部7aが玉5のピッチ円PCDの付近に位置する場合、グリースが動空間から静止空間Saにより一層、流出し易くなる。矩形状に限らず、例えば、円弧状の曲線形状の切り欠き部7を軸受径方向に扁平化させた楕円弧状とするなど、切り欠き部7の深い箇所の軸受周方向幅が広い形状であれば、グリースが動空間から静止空間Saにより流出し易くなる効果がえられる。
図示しないが、転がり軸受に用いられる密閉板は接触シールを用いてもよい。なお玉軸受用保持器は、密閉板が設けられていない開放形の転がり軸受にも適用可能である。
玉軸受用保持器の各環状体を、3Dプリンターまたは機械加工により形成することも可能である。
金属部品を用いて樹脂保持器の剛性・固有振動数を上昇させることで、高速性を向上させる技術(特許文献4)が提案されているが、金属部品を用いることでコストアップとなる。
上記玉直径の65%は、図29に示す外輪溝幅(外輪転走面幅寸法)L1の90%にあたる。転がり軸受1において、玉軸受用保持器6のポケット間(各結合板部の側面)に封入されたグリースは、初期回転時、遠心力で径方向外方の外輪3側へ飛ばされるが、前記軸方向寸法t1(図28)が外輪溝幅L1の90%以上の場合、遠心力で飛ばされたグリースが転走面(軌道面)3aへ供給され難い。
一方、前記軸方向寸法t1(図28)が外輪溝幅L1の90%未満の場合は、グリースが軌道面3aへ供給され易く、初期の潤滑供給性が向上する。このため、前記軸方向寸法t1(図28)は、外輪溝幅L1の90%にあたる65%を上限としている。
<試験条件>
試験機 :高速試験機(図30)
試験軸受:呼び番号6312
回転速度:3000min−1から13500min−1までステップアップ
荷重 :アキシアル荷重Fa=588.4N
測定項目:軸受外輪温度
昇温試験結果の図31、図32によると、結合部肉厚を厚くしていない実施形態品に対し、結合部肉厚を厚くした図28の実施形態に係る試験軸受は、モータ側軸受Br1、反モータ側軸受Br2共に急激な昇温が抑えられ、dn=60万以上の高速運転が可能である。
Claims (8)
- 互いに軸方向に重なる二枚の合成樹脂製の環状体を有し、各環状体は、円周方向に所定の間隔で並びそれぞれが玉を保持するポケットの内壁面を構成する複数の半球状のポケット壁部と、円周方向に隣合う前記ポケット壁部同士を連結する複数の結合板部とを有し、前記二枚の環状体が、前記各結合板部で互いに重なって結合された玉軸受用保持器であって、
前記ポケット壁部の径方向寸法である帯幅が、前記結合板部の径方向寸法よりも小さくなるように、前記ポケット壁部の内径面または外径面に切り欠き部が設けられている玉軸受用保持器。 - 請求項1に記載の玉軸受用保持器において、前記切り欠き部は、前記ポケット壁部の内径面または外径面が軸受軸方向から見て凹曲線となる曲線形状である玉軸受用保持器。
- 請求項1または請求項2に記載の玉軸受用保持器において、前記切り欠き部の最深部の軸受径方向の位置が、前記玉のピッチ円付近に位置する玉軸受用保持器。
- 請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の玉軸受用保持器において、前記切り欠き部が前記ポケット壁部の外径側に位置し、前記結合板部の外径縁から軸方向に突出するフランジ部が設けられている玉軸受用保持器。
- 請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の玉軸受用保持器において、前記ポケット壁部は、前記切り欠き部による体積減少分だけ軸受軸方向に厚肉にする厚肉部を有する玉軸受用保持器。
- 請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の玉軸受用保持器において、前記互いに重なった二つの結合板部の軸方向寸法を、前記玉の直径の55%〜65%とした玉軸受用保持器。
- 請求項1ないし請求項6のいずれか1項に記載の玉軸受用保持器を備えた転がり軸受。
- 請求項7に記載の転がり軸受において、前記玉がセラミックボールである転がり軸受。
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