JP2024044657A - ころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】ころの本数を増やして基本動定格荷重を向上させながらも、柱の強度の低下を抑制することができるころ軸受を提供する。【解決手段】本発明のころ軸受１は、円周方向に並んだ複数のころ４と、ころ４を保持する保持器２とを備えている。保持器２は、リング状の円環部６と、円環部６から軸方向に延びて周方向に並んだ複数の柱８と、隣接する柱８，８の間に形成されたポケット１０とを有している。保持器２の１つのポケット１０内に、ころ４が円周方向に複数並び、ころ４の外径側に柱８が配置されている。１つのポケット１０内におけるころ４の本数をＺ、１つのポケット１０内におけるころ４，４間のすきまをＳＣ、すきまＳＣの最小値をＳＣｍｉｎ、ころ４の外径をＤａ、外径側のポケット幅をＡｏとすると、Ａｏ＜Ｚ×Ｄａ、とＳＣｍｉｎ＝Ｄａ×０．５×１０－３×（Ｚ－１）の両方を満たす。【選択図】図３

Description

本発明は、一般産業機械で使用されるころ軸受に関する。

ころ軸受は、例えば、自動車機構部品、ロボット機構部品等のような、省スペースで高負荷容量が要求される用途で用いられる（例えば、特許文献１）。特許文献１は、複数のころを所定間隔に維持する保持器に関するもので、保持器の柱はころのピッチ円直径（ＰＣＤ）よりも外径側に配置されている。このため、ころの間隔を極力近接させることができ、その分だけ、ころの本数を増やすことができる。

特開２００５－０２４０１８号公報

特許文献１の装置において、さらに、ころの本数を増やして基本動（静）定格荷重を向上させようとした場合、柱の幅が小さくなって柱の強度の低下を招く恐れがある。

本発明の目的は、ころの本数を増やして基本動（静）定格荷重を向上させながらも、柱の強度の低下を抑制することができるころ軸受を提供する。

本発明のころ軸受は、円周方向に並んだ複数のころと、前記ころを保持する保持器とを備え、前記保持器は、リング状の円環部と、前記円環部から軸方向に延びて周方向に並んだ複数の柱と、隣接する前記柱の間に形成されたポケットとを有し、前記保持器の１つの前記ポケット内に、前記ころが円周方向に複数並び、前記ころの外径側に前記柱が配置されている、ころ軸受であって、
１つの前記ポケット内における前記ころの本数をＺ、１つの前記ポケット内における前記ころ間のすきまをＳＣ、前記すきまＳＣの最小値をＳＣｍｉｎ、前記ころの外径をＤａ、外径側のポケット幅をＡｏとすると、
Ａｏ＜Ｚ×Ｄａと、ＳＣｍｉｎ＝Ｄａ×０．５×１０^－３×（Ｚ－１）の両方を満たす。

また、本発明の別のころ軸受は、円周方向に並んだ複数のころと、前記ころを保持する保持器とを備え、前記保持器は、リング状の円環部と、前記円環部から軸方向に延びて周方向に並んだ複数の柱と、隣接する前記柱の間に形成されたポケットとを有し、前記保持器の１つの前記ポケット内に前記ころが円周方向に複数並び、前記ころの内径側に前記柱が配置されている、ころ軸受であって、
１つの前記ポケット内における前記ころの本数をＺ、１つの前記ポケット内における前記ころ間のすきまをＳＣ、前記すきまＳＣの最小値をＳＣｍｉｎ、前記ころの外径をＤａ、内径側のポケット幅をＡｉとすると、
Ａｉ＜Ｚ×Ｄａと、ＳＣｍｉｎ＝Ｄａ×０．５×１０^－３×（Ｚ－１）の両方を満たす。

ここで、「ころの外径側に柱が配置される場合の、ころ間のすきまＳＣ」とは、ころが相手軌道の内径に接触している且つ、保持器のポケットの内径側（接触点Ｂ１）でころが接触しているときの隙間をいう。また、「ころの内径側に柱が配置される場合の、ころ間のすきまＳＣ」とは、ころが相手軌道の内径に接触している且つ、保持器のポケットの外径側（接触点Ｂ２）でころが接触しているときの隙間をいう。さらに、１つのポケット内のころの本数が２本の場合、「ころ間のすきまＳＣ」は、２つのころ間の隙間をいう。１つのポケット内のころの本数が３本以上の場合、「ころ間のすきまＳＣ」は、各ころ間の隙間の合計をいう。

「ころの外径Ｄａ」とは、円筒ころおよび針状ころの場合、円の直径をいう。また、円錐ころの場合、円錐の下底面の直径をいう。また、「ころの外径側に柱が配置される場合のポケット幅Ａｏ」とは、ポケットの外径側の開口縁の周方向長さをいう。一方、「ころの内径側に柱が配置される場合のポケット幅Ａｉ」とは、ポケットの内径側の開口縁の周方向長さをいう。

従来のころ軸受では、保持器の柱の本数と、ころの本数は同じであったが、この構成によれば、保持器の柱の本数、すなわち保持器のポケットの数よりも、ころの本数が多い。このため、削減された柱の分の空間に、ころを入れることができる。つまり、従来のころ軸受よりも、多くのころを収納することが可能となり、軸受の負荷容量を従来品よりも大きくすることができる。また、従来のころ軸受ところの本数を同じにする場合、この構成によれば、保持器の柱の断面積を大きくすることができる。その結果、柱が細すぎて対応できない小サイズの軸受または、高負荷容量の軸受に適用することができる。

本発明において、前記柱を挟む前記ころ間のすきまをＳとすると、Ｓ＞０を満たしてもよい。また、前記すきまＳＣは、ＳＣ＜（０．４×Ｄａ）を満たしてもよい。

本発明のころ軸受は、外径案内であっても、内径案内であってもよく、また、ころ案内であってもよい。また、本発明のころ軸受は、ころの軌道を有する軌道輪を備えていてもよい。軌道輪は、内径に軌道を有する外輪、および外径に軌道を有する内輪の少なくとも一方であってもよい。さらに、本発明のころ軸受は、金属材料で造られていてもよく、高分子材料で造られていてもよい。

本発明のころ軸受によれば、ころの本数を増やして基本動（静）定格荷重を向上させながらも、柱の強度の低下を抑制することができる。

本発明の第１実施形態に係るころ軸受を示す横断面図である。 同ころ軸受を示す縦断面図である。 図１の一部を拡大して示す拡大図である。 同ころ軸受の第１変形例を示す横断面図である。 同ころ軸受の第２変形例を示す横断面図である。 同ころ軸受の第３変形例を示す横断面図である。 同ころ軸受の第４変形例を示す横断面図である。 本発明の第２実施形態に係るころ軸受を示す横断面図である。

以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。以下の説明において、軸受中心軸ＡＸの方向を「軸方向」といい、軸受中心軸ＡＸに直角する方向を「径方向」といい、軸受中心軸ＡＸ回りの円周方向を「周方向」という。

＜第１実施形態＞
［ころ軸受の基本構成］
図１は、本発明の第１実施形態に係るころ軸受１の横断面図で、図２はその縦断面図である。図１に示すように、本実施形態のころ軸受１は、保持器２と、円周方向に並んだ複数のころ４とを備えている。保持器２は、ころ４を円周方向に一定の間隔に保持する。本実施形態のころ４は、針状ころである。ただし、ころ４は、針状ころに限定されず、例えば、円筒ころ、円錐ころであってもよい。

本実施形態では、ころ４が、軸（図示せず）の外径面およびハウジング（図示せず）の内径面に直接に転接する。ただし、本発明のころ軸受１は、ころ４の軌道を有する軌道輪を備えていてもよい。軌道輪は、内径に軌道を有する外輪、および外径に軌道を有する内輪の一方、または両方である。

図２に示すように、保持器２は、軸方向に離れて対面する一対のリング状の円環部６，６と、円環部６から軸方向に延びる複数の柱８とを有している。柱８は、両円環部６，６の外径縁間にわたって円周方向の複数箇所に設けられている。換言すれば、柱８は、矩形状の直線の部分であり、円周方向に並んでいる。

図１に示す保持器２の隣り合う柱８，８の間に、ポケット１０が形成されている。このポケット１０に、ころ４が収容されている。つまり、柱８により、各ころ４の間隔が保持されている。

本実施形態では、保持器２の柱８は、ころ４の配列のピッチ円直径ＰＣＤよりも外径側に位置している。換言すれば、ころ４の外径側に柱８が配置されている。ただし、後述の図８の第２実施形態のように、保持器２の柱８が、ころ４の配列のピッチ円直径ＰＣＤよりも内径側、すなわち、ころ４の内径側に位置していてもよい。

［柱断面形状と案内形式］
図３に示すように、本実施形態の柱８の横断面形状は、ポケット１０を直線状に抜いた形状である。具体的には、柱８の周方向側面８ａが、径方向、すなわち、軸受軸心ＡＸ（図１）に向かって延びている。ただし、柱８の横断面形状はこれに限定されない。柱８の横断面形状は、図４の第１変形例に示すように、矩形（長方形）であってもよい。

また、柱８の横断面形状は、図５の第２変形例に示すような一部テーパ形状や、図６の第３変形例に示すような台形形状であってもよい。図５の例では、柱８の周方向側面８ａにおける内径側部分が、径方向内側に向かって幅（周方向幅）が狭くなっている。図６の例では、柱８の周方向側面８ａが、その外径端から内径端に向かって幅（周方向幅）が狭くなるように延びている。

これら図５，６の例では、柱８の断面積が大きくなり、柱８の強度が向上する。柱８の断面積を確保する場合、柱８の幅を円周上に拡大する必要があるので、ころ４と保持器２の隙間が小さくなり、保持器２の案内形式はころ案内になる。従来のころ軸受では、外径案内としているが、本実施形態のように、柱８が外径側にある場合、ころ案内、または外径案内となる。一方、後述の図８の第２実施形態のように、柱８が内径側にある場合、ころ案内、または内径案内となる。ただし、案内形式は使用条件によって変更する。例えば、外径側軌道であれば、ころ案内＋外径案内となり、内径側軌道であれば、ころ案内＋内径案内となる。

［材質、熱処理］
保持器２およびころ４に適用される材料は、例えば、強度面から鉄を主成分とした合金材料である。具体的には、用途に応じて、耐食性が要求される場合はステンレス系合金が適用され、耐熱性が要求される場合はニッケル系合金が適用され、、耐摩耗性が要求される場合は工具鋼材料が適用される。その他にも、目的に沿って、Ｔｉ系、Ａｌ系、Ｓｉ系、Ｍｏ系等の合金鋼材料を選択してもよい。

また、切削加工性の観点から非金属系の材料を適用してもよい。この場合、軸受の軽量化も実現できる。さらなる軽量化が要求される場合、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリアミド（ＰＡ）をベースとした熱可塑性樹脂材料を適用してもよい。また、加工方法によっては、熱硬化性樹脂や光硬化型の樹脂も適用できる。さらに、各材料が有している物性をさらに向上させる目的で、合金材料、非金属材料に浸炭処理、浸窒処理等の熱処理を施してもよい。

つぎに、本発明の要部である、ころ４および柱８の構造、配置について説明する。この説明は、図４～６の第１～３変形例にも適用される。

［ころの本数］
図３に示すように、保持器２の１つのポケット１０内に、複数のころ４が円周方向に並んで配置されている。本実施形態では、１つのポケット１０内に、ころ４が２本ずつ配置されている。ただし、１つのポケット１０内に収容されるころ４の数は、２本に限定されず、３本以上であってもよい。

１つのポケット１０内に収容されるころ４が２本であれば、外径側では各ころ４が柱８と接触しているので、外径側には脱落しない。したがって、この場合、ころ４の内径側にスリーブがあればよい。１つのポケット１０内に収容されるころ４が３本以上になると、柱８と接触しないころ４は内径側および外径側に脱落する恐れがある。したがって、この場合、内径側スリーブに加えて、ころ４の外径側にもスリーブが必要となる。よって、部品点数の増加を抑制する観点からは、１つのポケット１０内に収容されるころ４は２本がよい。

本実施形態では、１つのポケット１０内に、ころ４が２つずつ収容されている。つまり、すべてのポケット１０内に、ころ４が２つ収容されている（等配）。ただし、１つのポケット１０内に収容されるころ４の数が異なっていてもよい（不等配）。例えば、図７の第４変形例では、１つのポケット１０内にころ４が２つ収容され、別のポケット１０内にころ４が１つ収容されている。このように、ころ４の数に応じて、ころ４および柱８の配列は任意に設定することができる。なお、本発明では、保持器２の少なくとも１つのポケット１０内に複数のころ４が配置されていればよく、すべてのポケット１０内に複数のころ４が配置されている必要はない。つまり、１つのころ４のみが収容されたポケット１０があってもよい。

［柱の幅］
図３に示す柱８を挟んで隣接するころ４，４は、柱８がある分だけ、すきまＳが大きくなる。柱８の幅（周方向寸法）が小さ過ぎると、柱８を挟んで隣接するころ４，４同士が接触し、金属音が発生する恐れがある。このような、ころ４，４同士の接触を回避するには、柱８を挟んで隣接するころ４，４間のすきまＳが０より大きくなるように、柱８の幅を設定することが望ましい（Ｓ＞０）。具体的には、どのような状態（姿勢）であっても、稼働中は常時、柱８を挟んで隣接するころ４，４間のすきまＳが０より大きくなるように、柱８の幅は設定される。

［ポケット内のすきま］
１つのポケット１０内における、ころ４の本数をＺ、ころ４間のすきまをＳＣ、すきまＳＣの最小値をＳＣｍｉｎ、ころ４の外径をＤａ、外径側のポケット幅をＡｏとすると、以下の式（１）、（２）の両方を満たす。
Ａｏ＜Ｚ×Ｄａ ・・・（１）
ＳＣｍｉｎ＝Ｄａ×０．５×１０^－３×（Ｚ－１） ・・・（２）

ここで、「ころ４の外径側に柱８が配置される場合の、ころ４間のすきまＳＣ」とは、ころ４が相手軌道の内径に接触し、且つ、ころ４が保持器２のポケット１０の内径側の接触点Ｂ１で接触しているときの隙間をいう。また、１つのポケット１０内のころ４の本数が２本の場合、「ころ４間のすきまＳＣ」は、２つのころ４，４間の隙間をいう。１つのポケット１０内のころ４の本数が３本以上の場合、「ころ４間のすきまＳＣ」は、各ころ４間の隙間の合計をいう。

「ころの外径Ｄａ」とは、円筒ころおよび針状ころの場合、円の直径をいう。また、円錐ころの場合、円錐の下底面の直径をいう。また、「ころ４の外径側に柱８が配置される場合のポケット幅Ａｏ」とは、ポケット１０の外径側の開口縁の周方向長さをいう。

１つのポケット１０内のころ４，４間のすきまＳＣが小さい場合、運転時の昇温による熱膨張ですきまＳＣ（ＳＣ＝０）がなくなり、発熱する恐れがある。これを回避すべく、上述の式（２）を満たすように、すきまの最小値ＳＣｍｉｎを設定する。

１つのポケット１０内のころ４，４のすきまＳＣが大きい場合、ころ４，４同士が接触すると金属音が発生する。また、すきまＳＣを大きく設定すると、ポケット幅Ａｏも大きくなる。このため、内径側のスリーブでころ４を保持しても、ころ４が外径側に脱落する可能性がある。ポケット幅ＡｏをＡｏ＜（Ｚ×Ｄａ）に設定すれば、ポケット１０内に収容されるころ４が２本（Ｚ＝２）のとき、ころ４は外径側には脱落しない。ポケット１０内に収容されるころ４が３本以上で、ころ４の外径側への脱落が懸念されるとき、ころ４の外径側にもスリーブを配置することを検討すればよい。

また、すきまＳＣが大き過ぎると、ころ４の衝突音が発生する。このため、前記すきまＳＣが以下の式（３）を満たすように設定してもよい。
ＳＣｍａｘ＜（０．４×Ｄａ） ・・・（３）

以上より、１つのポケット１０内のころ４，４のすきまＳＣは、以下の式（４）を満たすように設定されている。
Ｄａ×０．５×１０^－３×（Ｚ－１）≦ＳＣ＜（０．４×Ｄａ） ・・・（４）

＜第２実施形態＞
図８を用いて、本発明の第２実施形態を説明する。第２実施形態では、前述のとおり、ころ４の内径側に保持器２の柱８が配置されている点で、第１実施形態と相違している。

図８に示す１つのポケット１０内において、ころ４の本数をＺ、ころ４，４間のすきまをＳＣ、すきまＳＣの最小値をＳＣｍｉｎ、ころ４の外径をＤａ、内径側のポケット幅をＡｉとすると、以下の式（５）、（６）の両方を満たす。
Ａｉ＜Ｚ×Ｄａ ・・・（５）
ＳＣｍｉｎ＝Ｄａ×０．５×１０^－３×（Ｚ－１） ・・・（６）

ここで、「ころ４の内径側に柱８が配置される場合の、ころ４間のすきまＳＣ」とは、ころ４が相手軌道の内径に接触している、且つ、保持器２のポケット１０の外径側の接触点Ｂ２でころ４が接触しているときの隙間をいう。また、「ころ４の内径側に柱８が配置される場合のポケット幅Ａｉ」とは、ポケット１０の内径側の開口縁の周方向長さをいう。

また、第１実施形態と同様に、すきまＳＣは以下の式（７）を満たすように設定されてもよい。
ＳＣｍａｘ＜（０．４×Ｄａ） ・・・（７）

つまり、第２実施形態のすきまＳＣも、第１実施形態と同様に、以下の式（８）を満たすように設定されている。
Ｄａ×０．５×１０^－３×（Ｚ－１）≦ＳＣ＜（０．４×Ｄａ） ・・・（８）

このように、式（８）の範囲にすきまＳＣを設定することで、ころ４の衝突音の発生を抑制できるとともに、Ｚ＝２の場合、ころ４は内径側には脱落しない。Ｚ≧３で、ころ４の内径側への脱落が懸念されるとき、ころ４の内径側にもスリーブを配置することを検討すればよい。

従来のころ軸受では、保持器の柱の本数と、ころの本数は同じであったが、上記構成によれば、保持器２の柱８の本数、すなわち保持器２のポケット１０の数よりも、ころ４の本数が多い。このため、削減された柱８の分の空間に、ころ４を入れることができる。つまり、従来のころ軸受よりも、多くのころ４を収納することが可能となり、軸受の負荷容量を従来品よりも大きくすることができる。また、従来のころ軸受ところ４の本数を同じにする場合、保持器２の柱８の断面積を大きくすることができる。その結果、柱８が細すぎて対応できない小サイズの軸受、または、高負荷容量の軸受に適用することができる。

本発明は、以上の実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。

１ ころ軸受
２ 保持器
４ ころ
６ 円環部
８ 柱
１０ ポケット

Claims (9)

1. 円周方向に並んだ複数のころと、前記ころを保持する保持器とを備え、
   前記保持器は、リング状の円環部と、前記円環部から軸方向に延びて周方向に並んだ複数の柱と、隣接する前記柱の間に形成されたポケットと、を有し、
   前記保持器の１つの前記ポケット内に、前記ころが円周方向に複数並び、
   前記ころの外径側に前記柱が配置されている、ころ軸受であって、
   １つの前記ポケット内における前記ころの本数をＺ、１つの前記ポケット内における前記ころ間のすきまをＳＣ、前記すきまＳＣの最小値をＳＣｍｉｎ、前記ころの外径をＤａ、外径側のポケット幅をＡｏとすると、
   Ａｏ＜Ｚ×Ｄａ、と
   ＳＣｍｉｎ＝Ｄａ×０．５×１０^－３×（Ｚ－１）
   の両方を満たす、ころ軸受。
2. 円周方向に並んだ複数のころと、前記ころを保持する保持器とを備え、
   前記保持器は、リング状の円環部と、前記円環部から軸方向に延びて周方向に並んだ複数の柱と、隣接する前記柱の間に形成されたポケットと、を有し、
   前記保持器の１つの前記ポケット内に、前記ころが円周方向に複数並び、
   前記ころの内径側に前記柱が配置されている、ころ軸受であって、
   １つの前記ポケット内における前記ころの本数をＺ、１つの前記ポケット内における前記ころ間のすきまをＳＣ、前記すきまＳＣの最小値をＳＣｍｉｎ、前記ころの外径をＤａ、内径側のポケット幅をＡｉとすると、
   Ａｉ＜Ｚ×Ｄａ、と
   ＳＣｍｉｎ＝Ｄａ×０．５×１０^－３×（Ｚ－１）
   の両方を満たす、ころ軸受。
3. 請求項１または２に記載のころ軸受において、前記柱を挟む前記ころ間のすきまをＳとすると、Ｓ＞０を満たす、ころ軸受。
4. 請求項１または２に記載のころ軸受において、前記すきまＳＣは、ＳＣ＜（０．４×Ｄａ）を満たす、ころ軸受。
5. 請求項１に記載のころ軸受において、外径案内、または、ころ案内である、ころ軸受。
6. 請求項２に記載のころ軸受において、内径案内、または、ころ案内である、ころ軸受。
7. 請求項１または２に記載のころ軸受において、さらに、前記ころの軌道を有する軌道輪を備えた、ころ軸受。
8. 請求項１または２に記載のころ軸受において、金属材料で造られた、ころ軸受。
9. 請求項１または２に記載のころ軸受において、高分子材料で造られた、ころ軸受。

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