JP2024082135A - 玉軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】内外輪のミスアライメントに起因する転動体進み遅れによる保持器と転動体の干渉力を緩和すると共に、保持器の挙動等を安定化することができる玉軸受を提供する。【解決手段】深溝玉軸受１は、内外輪２，３と、これら内外輪２，３間に介在される複数の玉４と、これら玉４を保持する転動体案内の波形鉄板保持器５とを備える。波形鉄板保持器５のポケット８の最深部を通る周方向断面および径方向断面がそれぞれ円弧状の曲面である。波形鉄板保持器５の径方向断面におけるポケット８と玉４の接触点が保持器ポケット面内に位置し、且つ、保持器ポケット面径方向曲率半径が保持器ポケット面周方向曲率半径以下である。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、電動機またはコンプレッサー等の産業機械に使用される玉軸受に関し、特に、玉軸受にミスアライメントが生じた場合に保持器の不具合を防止し得る玉軸受に関する。

産業機械で使用される玉軸受が種々開示されている。
特許文献１には、保持器ポケット内での転動体の周方向最大変位量δｃ、径方向最大変位量δｒと転動体直径Ｄｗ、保持器と軌道輪の直径案内すきまＣｇとの関係を０．０４Ｄｗ＜δｃ且つＣｇ＜δｒとすることで、玉軸受の内輪と外輪の間にミスアライメントが生じた場合であっても、保持器の不具合を防止可能な外輪溝肩の内周面または内輪溝肩の外周面に案内される保持器を備えた玉軸受について開示されている。

特許文献２には、保持器ポケット面を円筒形状にすることで、玉軸受の内輪と外輪の間にミスアライメントが生じた場合における転動体と保持器の干渉力の集中を緩和して耐久性を向上した保持器を備えた玉軸受について開示されている。

特開２０１２－１４９７３３号公報 特開２００８－２８１０６５号公報

特許文献１，２に開示された玉軸受は、いずれも内輪と外輪の間にミスアライメントが発生した場合においても転動体から保持器に作用する荷重を緩和し、保持器の不具合を防止する玉軸受に関するものである。
特許文献１に開示された玉軸受は、保持器が外輪溝肩の内周面または内輪溝肩の外周面のいずれかに案内されるもの（以下、「軌道輪案内方式保持器」）である。軌道輪案内方式保持器を備えた玉軸受は、保持器と軌道輪案内面が摺動するため、潤滑不良などの過酷な条件下において、保持器と軌道輪の案内面で摩擦・摩耗・発熱の増大を生じる虞がある。

特許文献２に開示された玉軸受は、保持器ポケット面を円筒形状とすることで、ミスアライメントによる転動体の進み遅れに起因する保持器の径方向の変形を防ぎ、転動体と保持器の干渉力が過大になることを回避するものである。しかし、保持器ポケット面が円筒面であるが故に、一般的な球面のポケット面と比べて、球体である転動体とポケット面の接触面積が狭く、接触面圧が高くなり、保持器の破損につながる虞がある。

さらに特許文献２は、ミスアライメントを伴う使用条件下においては、保持器の変位が大きくなるため、保持器が外輪や内輪の溝肩と接触することがあり、接触荷重が発生し、保持器不具合につながる虞がある。

本発明の目的は、内外輪のミスアライメントに起因する転動体進み遅れによる保持器と転動体の干渉力を緩和すると共に、保持器の挙動等を安定化することができる玉軸受を提供することである。

本発明の玉軸受は、内外輪と、これら内外輪間に介在される複数の転動体と、これら転動体を保持する転動体案内の保持器とを備えた玉軸受であって、
前記保持器のポケットの最深部を通る周方向断面および径方向断面がそれぞれ円弧状の曲面であり、
前記保持器の径方向断面における前記ポケットと前記転動体の接触点が保持器ポケット面内に位置し、且つ、保持器ポケット面径方向曲率半径が保持器ポケット面周方向曲率半径以下である。

この構成によると、転動体案内の波形鉄板保持器の径方向断面におけるポケットと転動体の接触点が保持器ポケット面内に位置する。且つ、保持器ポケット面径方向曲率半径が保持器ポケット面周方向曲率半径以下である。このため、内外輪間にミスアライメントが生じた場合であっても、転動体の進み遅れを許容するに十分なだけ保持器ポケット内での転動体の周方向許容動き量を確保し、且つ、保持器の径方向動き量を抑えることができる。したがって、内外輪のミスアライメントに起因する転動体進み遅れによる保持器と転動体の干渉力を緩和すると共に、保持器の挙動等を安定化することができる。

前記保持器および前記転動体は下記式を満たすものが望ましい。

この構成によると、ミスアライメントに起因する転動体進み遅れによる保持器と転動体の干渉力を緩和し、振動・衝撃作用条件下における保持器と転動体の衝突エネルギーを抑制し得る。これにより、転動体の進み遅れにより保持器に加わる繰り返し応力を低減し、保持器の疲労破壊を防止し、信頼性の高い保持器を備えた玉軸受を提供することができる。また、保持器の挙動不安定に起因する振動・騒音の発生を防止することができる。

前記玉軸受は、産業機械に使用される深溝玉軸受であってもよい。この場合、例えば、例えば、電動機またはコンプレッサー等の産業機械において、信頼性が高く振動および騒音の発生を抑えた深溝玉軸受を適用することができる。

本発明の玉軸受は、転動体案内の保持器のポケットの最深部を通る周方向断面および径方向断面がそれぞれ円弧状の曲面であり、且つ、保持器の径方向断面におけるポケットと転動体の接触点が保持器ポケット面内に位置し、且つ、保持器ポケット面径方向曲率半径が保持器ポケット面周方向曲率半径以下である。このため、内外輪のミスアライメントに起因する転動体進み遅れによる保持器と転動体の干渉力を緩和すると共に、保持器の挙動等を安定化することができる。

本発明の実施形態に係る玉軸受の縦断面図である。 同玉軸受の保持器の径方向断面図である。 同保持器の周方向断面図である。 同保持器の片側モデルの径方向断面を示す模式図である。 同保持器の完成状態の径方向断面を示す模式図である。 同保持器のポケット空間にボールを入れた場合の径方向断面を示す模式図である 同ポケット空間の模式図である。 保持器ポケット内のボールの動き量を説明するための図である。 同玉軸受の産業機械への使用例を概略示す断面図である。

本発明の実施形態に係る深溝玉軸受（玉軸受）を図１ないし図８と共に説明する。
＜深溝玉軸受の概略構成＞
図１は、実施形態に係る深溝玉軸受１を軸受軸心および玉中心Ｏを通る仮想の平面で切断して見た縦断面図である。深溝玉軸受１は、例えば、電動機またはコンプレッサー等の産業機械に使用される。但し、深溝玉軸受１は、電動機、コンプレッサーの用途以外にも適用可能である。深溝玉軸受１は、内外輪２，３と、転動体である玉４と、転動体案内の保持器５とを備える。内外輪２，３の軌道面間２ａ，３ａに介在する複数の玉４が保持器５により周方向一定間隔おきに保持されている。

図２の内外輪２，３間の軸受空間には、グリース等の潤滑剤が封入される。内外輪２，３および玉４は、例えば、ＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼またはマルテンサイト系のステンレス鋼等からなる。但し、これらの鋼に限定されるものではない。なお前記軸受空間を塞ぐ図示外のシール部材が外輪３に取付けられてもよい。

＜保持器＞
図３のように、保持器５は、円周方向に沿って所定間隔で配設された半球状膨出部を有する二枚の環状保持板５ａ，５ａが軸方向に組み合わされた波形の保持器である。この明細書において、保持器を単に「保持器」という場合がある。各環状保持板５ａは、円周方向に沿って配設される半球状膨出部６と、円周方向に隣合う半球状膨出部６を繋ぐ平坦部７とを有する。

環状保持板５ａ，５ａが組み合わされた状態で、平坦部７同士が重ね合わされ、これら平坦部７，７が図示外のリベットまたは係合爪等を介して連結される。各半球状膨出部６が対向して、リング状のポケット８が形成される。各ポケット８に玉（ボール）４が保持される。図２および図３のように、ポケット面８ａは球面等の曲面で形成される。換言すれば、保持器５のポケット８の最深部８ｂを通る周方向断面（図３）および径方向断面（図２）がそれぞれ円弧状の曲面である。図３の各環状保持板５ａは、例えば、冷間圧延鋼の帯鋼のプレス加工品である。この場合の保持器は、保持器とも称される。

ところで深溝玉軸受がミスアライメントを伴う使用条件下で使用された場合、転動体の進み遅れが生じ、保持器ポケット内の転動体の周方向の許容動き量が小さいと、保持器ポケットと転動体の干渉力が大きくなる。これにより保持器本体およびリベットには繰り返し応力が作用し、疲労破壊等の不具合が生じる虞がある。この不具合を回避するには、ミスアライメントにより生じる転動体の進み遅れを許容するに十分な保持器ポケット内の転動体の周方向許容動き量を設ける必要がある。

＜保持器‐ボールモデルの解説＞
ここで単体の保持器ポケットについて、ポケット中央における径方向断面を考えると、保持器ポケット面径方向曲率半径Ｒ、保持器ポケット深さｄより、保持器の径方向断面におけるポケットを図４で表すことができる。図４～図７において、「ｘ」は軸受径方向を表し、「ｙ」は軸受軸方向を表す。図４の片側モデルにつき、保持器合わせ面Ｍを対称に反対側にも適用し、波型鉄板保持器の完成状態を図５に示す。このとき、図５中のハッチングで示す部分Ｐａが保持器のポケット空間に相当する。図６のように、前述のポケット空間に半径ｒのボール４を入れた場合を考える。さらに、このボール４をポケット中心座標ＯＣ（０，０）から外径方向であるｘ軸方向に移動させた場合を考え、ボール４とポケットが点Ｐ（ｎ，ｍ）で接触する場合、ボール中心座標Ｏ´（ａ，０）が得られる。

接点Ｐを求めることで、保持器幅≧接点Ｐとした場合の、ボール動き量を求めることができる。ポケット空間は図７で示すことができる。
ボール４とポケットは接点Ｐ１で接触し、両者は接線を共有するため、接点Ｐ１における接線の法線は、ボール中心Ｏ´とポケット中心ＯＣ´を通る。「原点Ｏ」、「ボール中心Ｏ´」、「ポケット中心ＯＣ´」、「接点Ｐ１」の４要素について整理すると、図８の直角三角形の系内で処理することができる。

接点Ｐ１（図７）のＸ座標ｎ´（図７）は以下の式で定義される。

保持器ポケットの最深点（最深部）および保持器ポケット面の中心点を通る周方向断面について検討する。保持器ポケット内の転動体の周方向の許容動き量は、転動体半径ｒ、保持器ポケット面周方向曲率半径Ｒ_ｃ、および保持器ポケット深さｄから幾何学的に式（１）により定まる。ここでいう「保持器ポケット内の転動体の周方向の許容動き量」とは、転動体の中心が保持器ポケットの最深点と保持器ポケット面の中心を結ぶ線上にあって、両側の保持器ポケットの中間に位置する状態から転動体を周方向に動かしたときの転動体が保持器ポケット面に接触するまでの転動体の周方向の動き量をいう。

次に、保持器ポケットの最深点（最深部）および保持器ポケット面の中心点を通る径方向断面について検討する。保持器ポケット中心を通る径方向断面について検討すると、保持器ポケット内の転動体の径方向許容動き量は式（２）で表される。
ここでいう「保持器ポケット内の転動体の径方向許容動き量」とは、転動体の中心が保持器ポケットの最深点と保持器ポケット面の中心を結ぶ線上にあって、両側の保持器ポケットの中間に位置する状態から転動体を径方向に動かしたときの転動体が径方向外側の保持器ポケット面もしくは径方向内側の保持器ポケット面に接触するまでの転動体の径方向の動き量をいう。

ところで、保持器が環状であることを考慮すると、保持器の径方向動き量は、保持器ポケット内での転動体の周方向許容動き量と径方向許容動き量の内、それらの最小のものに支配される。すなわち、保持器ポケット内での転動体の径方向許容動き量が、周方向許容動き量よりも小さい場合には、玉軸受の側面視における周方向の０度位置または１８０度位置のポケットにおける径方向許容動き量が保持器の径方向動き量となる。
保持器ポケット内での転動体の周方向許容動き量が、径方向許容動き量よりも小さい場合には、玉軸受の側面視における周方向の９０度位置または２７０度位置における周方向許容動き量が保持器全体の径方向動き量となる。

保持器の径方向動き量が大きいと、玉軸受が振動または衝撃（振動等）を伴う使用条件下で使用された場合には、振動等による保持器と転動体の衝突のエネルギーが大きくなる。そうすると、保持器本体およびリベットに疲労破壊が生じる虞がある。また、玉軸受回転時の保持器の挙動が不安定になり玉軸受からの振動または騒音の原因となる虞があることから、保持器の径方向動き量を抑えるのが望ましい。

＜ポケットの特徴について＞
以上のことを鑑みると、玉軸受の内輪と外輪の間にミスアライメントを生じた場合に、転動体の進み遅れを許容するに十分なだけ保持器ポケット内での転動体の周方向許容動き量を確保し、且つ、保持器の径方向動き量を抑えるためには、以下の関係にあることが望ましい。すなわち保持器の径方向断面におけるポケットと転動体の接触点が保持器ポケット面内に位置し（式（３）を満たす）、且つ、保持器ポケット面径方向曲率半径が保持器ポケット面周方向曲率半径以下である（式（４）を満たす）ことが望ましい。

＜本願と特許文献１との対比＞
特許文献１に開示された玉軸受は、軌道輪案内方式保持器を備えた玉軸受である。保持器と軌道輪の直径案内すきまＣｇ、ポケット内での転動体の径方向最大変位量δｒとしたとき、特許文献１の発明構成要件の一つであるＣｇ＜δｒを満足することで、保持器は、内輪溝肩の外周面または外輪溝肩の内周面のいずれかに案内される。これに対して本願の玉軸受は、転動体案内の保持器を備える点で、特許文献１に開示された玉軸受とは異なる。

＜本願と特許文献２との対比＞
特許文献２に開示された玉軸受は、保持器のポケット面と転動体の表面に接触する部分を円筒面にしたことを特徴とする。
これに対して本願の玉軸受は、保持器ポケット面が曲面である点で、特許文献２に開示された玉軸受とは異なる。

＜作用効果＞
以上説明した図１の深溝玉軸受１によると、転動体案内の保持器５の径方向断面におけるポケット８と転動体４の接触点が保持器ポケット面内に位置する。且つ、保持器ポケット面径方向曲率半径が保持器ポケット面周方向曲率半径以下である。このため、内外輪２，３間にミスアライメントが生じた場合であっても、玉４の進み遅れを許容するに十分なだけ保持器ポケット８内での玉４の周方向許容動き量を確保し、且つ、保持器５の径方向動き量を抑えることができる。したがって、内外輪２，３のミスアライメントに起因する転動体進み遅れによる保持器５と玉４の干渉力を緩和すると共に、保持器５の挙動等を安定化することができる。

前記式（４）および式（５）を満たすことで、ミスアライメントに起因する転動体進
み遅れによる保持器５と玉４の干渉力を緩和し、保持器５と玉４の衝突により保持器本体およびリベットに作用する繰り返し応力を低減することができる。これにより、保持器５の不具合等を抑制することができ、また、保持器５の挙動不安定に起因する振動・騒音の発生を防止することができ、保持器５と軌道輪案内面の摺動による過大な摩擦・摩耗、発熱の懸念がない、信頼性の高い保持器５を備えた深溝玉軸受１を提供することができる。

＜玉軸受の使用例＞
図９のように、深溝玉軸受１は、例えば、電動機１０に使用される。電動機１０の図示外のハウジングに所定間隔を隔てて外輪３，３が固定され、回転輪である内輪２，２に電動機１０の出力軸１１が嵌合固定される。ハウジングには円環状のステータ１２が固定され、ステータ１２に径方向のギャップを介して対向するロータ１３が出力軸１１に嵌合固定されている。このような電動機１０において、信頼性が高く振動および騒音の発生を抑えた深溝玉軸受１を適用することができる。

以上、本発明の実施形態を説明したが、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１…深溝玉軸受（玉軸受）、２…内輪、３…外輪、４…玉（転動体）、５…保持器、８…ポケット

Claims (3)

1. 内外輪と、これら内外輪間に介在される複数の転動体と、これら転動体を保持する転動体案内の保持器とを備えた玉軸受であって、 前記保持器のポケットの最深部を通る周方向断面および径方向断面がそれぞれ円弧状の曲面であり、前記保持器の径方向断面における前記ポケットと前記転動体の接触点が保持器ポケット面内に位置し、且つ、保持器ポケット面径方向曲率半径が保持器ポケット面周方向曲率半径以下である玉軸受。
2. 請求項１に記載の玉軸受において、前記保持器および前記転動体は下記式を満たす玉軸受。
   

   
3. 請求項１または請求項２に記載の玉軸受において、産業機械に使用される深溝玉軸受である玉軸受。

Images