JP3210224U - アンギュラ玉軸受用保持器、アンギュラ玉軸受及び軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】外輪及び内輪との接触を防止しつつ、保持器の強度を確保できると共に、摩耗による発熱を抑え、さらに、異常振動や異音の発生を抑制することができ、アキシアル荷重の負荷能力を高めたアンギュラ玉軸受に好適に使用する事ができるアンギュラ玉軸受用保持器を提供する。【解決手段】円環部３１と、該円環部３１の軸方向一方側で円周方向に間隔を開けて配置され、外径側に傾斜して延びる複数の柱部３３とを備え、円周方向に隣り合う柱部３３と円環部３１とにより画成され、複数の玉３をそれぞれ保持する複数の球面ポケット３４を有し、円環部３１に対する柱部３３の傾斜角度をθ、球面ポケット３４の曲率半径をＲ、玉３の直径をＤａ、柱部３３のポケット中心から柱部３３の端部までの軸方向距離をＬとしたとき、θ＞９０°、０．５＜Ｒ／Ｄａ＜０．６５、且つ、Ｌ／Ｄａ≧０．２５とする。【選択図】図１

Description

本考案はアンギュラ玉軸受用保持器、アンギュラ玉軸受及び軸受装置に関する。

工作機械の主軸、特に、大きなアキシアル荷重を負荷する主軸においては、アンギュラ玉軸受が採用されている。
また、ＮＣ旋盤、フライス盤、マシニングセンタ、複合加工機、五軸加工機等の工作機械や、電動射出成型機、パンチングプレス機等の主軸台や加工物を装着するベッドの直動送り機構には、回転運動を直線運動に変換するボールねじが使用されている。このボールねじの軸端を回転支持する軸受としてもアンギュラ玉軸受が採用されている（例えば、特許文献１参照。）。

図５は、大きなアキシアル荷重を負荷する軸受として用いられる、アンギュラ玉軸受１００、及び、アンギュラ玉軸受１００に使用される保持器１１０を示す。このアンギュラ玉軸受１００では、外輪１０１の軸方向一方側、及び内輪１０２の軸方向他方側における溝肩１０１ａ、１０２ａを高くしており、玉１０３の接触角を大きくすることで、軸受の軸方向荷重の負荷能力を増加することができる。また、保持器１１０は、外輪１０１及び内輪１０２の溝肩１０１ａ、１０２ａとの干渉を避けるため、一対の円環部１１１，１１２を段違いに配置し、該一対の円環部１１１，１１２を直線状の柱部１１３によって連結している。また、保持器１１０は、外輪案内方式であり、外輪１０１の内周面との隙間により、保持器１１０の半径方向動き量が規定されている。

特開２０００−１０４７４２号公報

ところで、図５に示す保持器１１０は、ポケット１１４が断面において大きく傾斜しており、ポケット１１４と玉１０３が接触した時に、斜め方向の反力が保持器１１０に作用する。このため、保持器１１０が傾きやすく、保持器１１０が異常振動したり、保持器音などの異音が発生しやすい。また、振動が大きくなると、ポケット摩耗に進展する可能性がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、外輪及び内輪との接触を防止しつつ、保持器の強度を確保できると共に、摩耗による発熱を抑え、さらに、異常振動や異音の発生を抑制することができ、アキシアル荷重の負荷能力を高めたアンギュラ玉軸受に好適に使用する事ができるアンギュラ玉軸受用保持器、アンギュラ玉軸受及び軸受装置を提供することを目的とする。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） 円環部と、該円環部の軸方向一方側で円周方向に間隔を開けて配置され、外径側に傾斜して延びる複数の柱部とを備え、円周方向に隣り合う前記柱部と前記円環部とによりそれぞれ画成され、複数の玉をそれぞれ保持する複数の球面ポケットを有するアンギュラ玉軸受用保持器であって、
前記円環部に対する前記柱部の傾斜角度をθ、前記球面ポケットの曲率半径をＲ、前記玉の直径をＤａ、前記柱部のポケット中心から前記柱部の端部までの軸方向距離をＬとしたとき、
θ＞９０°、
０．５＜Ｒ／Ｄａ＜０．６５、且つ、
Ｌ／Ｄａ≧０．２５
であることを特徴とするアンギュラ玉軸受用保持器。
（２） 内輪案内、または、外輪案内であることを特徴とする（１）に記載のアンギュラ玉軸受用保持器。
（３） 玉案内であることを特徴とする（１）に記載のアンギュラ玉軸受用保持器。
（４） 内周面に外輪軌道溝を有する外輪と、
外周面に内輪軌道溝を有する内輪と、
前記外輪軌道溝と前記内輪軌道溝との間に接触角を持って転動自在に配置される複数の玉と、
（１）に記載のアンギュラ玉軸受用保持器と、
を有することを特徴とするアンギュラ玉軸受。
（５） （４）に記載のアンギュラ玉軸受と、円筒ころ軸受と、を組み合わせた軸受装置であって、
前記アンギュラ玉軸受の外輪の外周面とハウジングの内周面との間には、２０μｍ以上の直径すきまが形成されることを特徴とする軸受装置。

本考案のアンギュラ玉軸受用保持器によれば、円環部に対する柱部の傾斜角度をθ、球面ポケットの曲率半径をＲ、柱部のポケット中心から柱部の端部までの軸方向距離をＬ、玉の直径をＤａとしたとき、θ＞９０°、０．５＜Ｒ／Ｄａ＜０．６５、且つ、Ｌ／Ｄａ≧０．２５としている。これにより、外輪及び内輪との接触を防止しつつ、保持器の強度を確保できると共に、摩耗による発熱を抑え、さらに、異常振動や異音の発生を抑制することができ、アキシアル荷重の負荷能力を高めたアンギュラ玉軸受に好適に使用する事ができる。

さらに、本発明の軸受装置によれば、上述した保持器を有するアンギュラ玉軸受と、円筒ころ軸受と、を組み合わせ、アンギュラ玉軸受の外輪の外周面とハウジングの内周面との間には、２０μｍ以上の直径すきまが形成されるので、円筒ころ軸受とアンギュラ玉軸受によってラジアル荷重とアキシアル荷重を負荷分担することができる。

（ａ）は、本発明の第１実施形態に係るアンギュラ玉軸受の断面図であり、（ｂ）は、アンギュラ玉軸受用保持器の断面図である。 本発明の第２実施形態に係るアンギュラ玉軸受の断面図である。 図１のアンギュラ玉軸受が工作機械主軸の刃物側軸受に適用された例を示す断面図である。 図２のアンギュラ玉軸受が工作機械主軸の刃物側軸受に適用された例を示す断面図である。 （ａ）は、従来のアンギュラ玉軸受の断面図であり、（ｂ）は、アンギュラ玉軸受用保持器の断面図である。 参考例のアンギュラ玉軸受の断面図である。

以下、本発明の実施形態に係るアンギュラ玉軸受について、図面を用いて説明する。

（第１実施形態）
図１に示すように、本実施形態の複列アンギュラ玉軸受１は、内周面に複列の外輪軌道溝１１を有する複列外輪１０と、外周面に単列の内輪軌道溝２１をそれぞれ有する1対の内輪２０と、外輪軌道溝１１及び内輪軌道溝２１間に複列で配置された複数の玉３と、複列の玉３を転動自在にそれぞれ保持し、外輪案内方式である１対の冠型保持器３０と、を備える。各列の玉３の接触角αは、４０°≦α≦６０°程度に設定されており、複列の玉３同士は、背面組合せで配置されている。

複列外輪１０の内周面には、その軸方向中間部に冠型保持器３０の案内面１２が形成されており、その軸方向両側に形成された径方向外側に延びる１対の外輪傾斜面１３において、外輪軌道溝１１がそれぞれ形成されている。

各内輪２０の外周面には、外輪傾斜面１３と略平行な内輪傾斜面２２において、内輪軌道溝２１が形成されている。なお、１対の内輪２０との間には、複列外輪１０の軸方向幅と略等しい内輪間座２３が配置されている。

このため、複列外輪１０の軸方向内側、及び、各内輪２０の軸方向外側は、溝肩高さが大きく形成されており、複列アンギュラ玉軸受１は、高アキシアル荷重を負荷することができる。

次に、冠型保持器３０の構成について詳述する。冠型保持器３０の材質は、金属材料であってもよいし、合成樹脂材料であってもよい。
金属材料としては、銅合金、鉄、アルミニウム、マグネシウムなどが採用される。また、鉄系材料の場合には、銀メッキなどが施されてもよい。
また、合成樹脂材料としては、ポリアミド、ポリアセタール、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、ポリフェニレンサルファイドなどが採用される。また、必要に応じて、ガラス繊維、カーボン繊維、アラミド繊維等の強化材が添加されてもよい。

図１（ｂ）にも示すように、各冠型保持器３０は、玉３に対して軸方向内側（軸方向他方側）に配置された円環部３１と、該円環部３１の軸方向外側（軸方向一方側）で円周方向に間隔を開けて配置され、外径側に傾斜して延びる複数の柱部３３とを備え、円周方向に隣り合う柱部３３と円環部３１とによりそれぞれ画成され、複数の玉３をそれぞれ保持する複数の球面ポケット３４を有する。

柱部３３は、軸方向外側に向かうにつれて外径側に傾斜して延びる外径側傾斜面３５、内径側傾斜面３６、外径側傾斜面３５から連続して軸方向に延びる円筒面３７、及び、該円筒面３７と内径側傾斜面３６とを繋ぎ、径方向に延びる軸方向先端面３８で構成される。

ここで、本実施形態の冠型保持器３０は、円環部３１に対する柱部３３の傾斜角度（具体的には、柱部３３の外周側傾斜面の傾斜角度）をθ、球面ポケット３４の曲率半径をＲ、玉３の直径をＤａ、柱部３３のポケット中心Ｏから柱部３３の端部（軸方向先端面３８）までの軸方向距離をＬとしたとき、下記（式１）〜（式３）を満たす。

θ＞９０° ・・・（式１）
０．５＜Ｒ／Ｄａ＜０．６５ ・・・（式２）
Ｌ／Ｄａ≧０．２５ ・・・（式３）

即ち、本実施形態の冠型保持器３０は、（式１）を満たすことで、外輪１０及び内輪２０との接触を防止しつつ、保持器３０の断面肉厚を確保することができる。なお、傾斜角度θの上限としては、玉３の赤道部がポケット内面から外れることを考慮してθ＜１４５°であることが望ましい（図６の右側の保持器３０参照。）。
また、本実施形態の冠型保持器３０は、（式２）を満たすことで、玉３と球面ポケット３４が滑らかに接触し、摩擦を小さくして低発熱とすることができる。

さらに、本実施形態の冠型保持器３０は、（式３）を満たすことで、柱部３３の先端部肉厚を厚くし強度を大きくすることができる。また、（式３）を満たすことで、玉３全体を広範囲に抱えることができ、球面ポケット３４内面と玉３の軸方向すきまを小さくして適正な動き量にでき、音響特性が良好となる。一方、（式３）を満たさない場合、保持器３０の幅方向動き量が大きくなり、保持器３０が外輪１０に接触する可能性がある。なお、軸方向距離Ｌは、内輪２０との接触防止を考慮すると、Ｌ／Ｄａ≦０．４８であることが望ましい（図６の左側の保持器３０参照。）。

なお、図１に示す本実施形態では、θ＝１１０°、Ｒ／Ｄａ＝０．５２、Ｌ／Ｄａ＝０．２７に設定されている。

以上説明したように、本実施形態のアンギュラ玉軸受用保持器３０では、円環部３１に対する柱部３３の傾斜角度をθ、球面ポケットの曲率半径をＲ、玉３の直径をＤａ、柱部３３のポケット中心Ｏから柱部３３の端部までの軸方向距離をＬとしたとき、θ＞９０°、０．５＜Ｒ／Ｄａ＜０．６５、且つ、Ｌ／Ｄａ≧０．２５としている。これにより、外輪１０及び内輪２０との接触を防止しつつ、保持器３０の強度を確保できると共に、摩耗による発熱を抑え、さらに、異常振動や異音の発生を抑制することができ、アキシアル荷重の負荷能力を高めたアンギュラ玉軸受１に好適に使用する事ができる。

（第２実施形態）
図２は、本発明の第２実施形態に係るアンギュラ玉軸受１を示している。なお、第１実施形態と同一又は同等部分については、同一符号を付して説明を省略或は簡略化する。

第１実施形態では、柱部３３の外径側傾斜面３５及び内径側傾斜面３６は、先端部に向かって徐々に厚肉となっていたが、本実施形態では、外径側傾斜面３５及び内径側傾斜面３６は、外輪１０の外輪傾斜面１３及び内輪２０の内輪傾斜面２２と平行に設定されており、互いに等しい傾斜角度θとなっている。
これにより、万一、保持器３０が軸方向に移動して外輪１０や内輪２０に接触した場合でも、外輪軌道溝１１及び内輪軌道溝２１との接触が防止されると共に、外輪１０の外輪傾斜面１３及び内輪２０の内輪傾斜面２２との点接触が抑えられ、保持器３０の摩耗を抑制することができる。
その他の構成及び作用については、第１実施形態のものと同様である。

尚、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が可能である。
例えば、本発明のアンギュラ玉軸受用保持器は、本実施形態の外輪案内方式に限定されず、内輪案内方式や、玉案内方式であってもよい。

また、上記実施形態では、本発明のアンギュラ玉軸受用保持器は、複列アンギュラ玉軸受に使用されているが、単列アンギュラ玉軸受に使用されてもよい。

図３は、図１のアンギュラ玉軸受１が、軸受装置である工作機械用主軸４０の刃物側軸受に適用された例を示す断面図であり、図４は、図２のアンギュラ玉軸受１が、工作機械用主軸４０の刃物側軸受に適用された例を示す断面図である。
例えば、中ぐり盤や旋盤など、切削加工時に大きな軸方向荷重を負荷する主軸４０に最適な主軸配列として、主軸４０の刃物側軸受として、回転軸６０とハウジング７０との間に、複列円筒ころ軸受５０と複列アンギュラ玉軸受１とが組み合わせて配置されている。

この場合、アンギュラ玉軸受１の外輪１０の外周面とハウジング７０の内周面との間には、２０μｍ以上の直径すきまｇが形成される。直径すきまｇが２０μｍ未満だと、切削荷重などにより、主軸４０がたわみ、外輪１０とハウジング７０が接触して、アンギュラ玉軸受１がラジアル荷重を負荷する可能性がある。このため、直径すきまｇは、２０μｍ以上に設定される。
なお、直径すきまは、２０μｍ〜５００μｍ程度であることが望ましい。

これにより、ラジアル荷重は、複列円筒ころ軸受５０で負荷され、アキシアル荷重は、アンギュラ玉軸受１で負荷される。仮に、アンギュラ玉軸受１でラジアル荷重とアキシアル荷重の両方を受けると、アンギュラ玉軸受１の寿命が低下し、軸受寿命は、アンギュラ玉軸受１に対して複列円筒ころ軸受５０が大幅に長くなってしまう。一方、本例のように、ラジアル荷重は、複列円筒ころ軸受５０で負荷し、アキシアル荷重は、アンギュラ玉軸受１で負荷するといった負荷分担を行うことで、両軸受１，５０においてバランスのとれた軸受寿命が実現できる。
なお、本例の複列円筒ころ軸受５０は、単列円筒ころ軸受であってもよい。

１ 複列アンギュラ玉軸受（アンギュラ玉軸受）
３ 玉
１０ 外輪
１１ 外輪軌道溝
２０ 内輪
２１ 内輪軌道溝
３０ 冠型保持器（アンギュラ玉軸受用保持器）
３１ 円環部
３３ 柱部
３４ 球面ポケット
４０ 工作機械用主軸（軸受装置）
Ｄａ 玉の直径
Ｒ 球面ポケットの曲率半径
θ 柱部の傾斜角度
Ｌ 柱部のポケット中心から前記柱部の端部までの軸方向距離
α 接触角

Claims (5)

1. 円環部と、該円環部の軸方向一方側で円周方向に間隔を開けて配置され、外径側に傾斜して延びる複数の柱部とを備え、円周方向に隣り合う前記柱部と前記円環部とによりそれぞれ画成され、複数の玉をそれぞれ保持する複数の球面ポケットを有するアンギュラ玉軸受用保持器であって、
   前記円環部に対する前記柱部の傾斜角度をθ、前記球面ポケットの曲率半径をＲ、前記玉の直径をＤａ、前記柱部のポケット中心から前記柱部の端部までの軸方向距離をＬとしたとき、
   θ＞９０°、
   ０．５＜Ｒ／Ｄａ＜０．６５、且つ、
   Ｌ／Ｄａ≧０．２５
   であることを特徴とするアンギュラ玉軸受用保持器。
2. 内輪案内、または、外輪案内であることを特徴とする請求項１に記載のアンギュラ玉軸受用保持器。
3. 玉案内であることを特徴とする請求項１に記載のアンギュラ玉軸受用保持器。
4. 内周面に外輪軌道溝を有する外輪と、
   外周面に内輪軌道溝を有する内輪と、
   前記外輪軌道溝と前記内輪軌道溝との間に接触角を持って転動自在に配置される複数の玉と、
   請求項１に記載のアンギュラ玉軸受用保持器と、
   を有することを特徴とするアンギュラ玉軸受。
5. 請求項４に記載のアンギュラ玉軸受と、円筒ころ軸受と、を組み合わせた軸受装置であって、
   前記アンギュラ玉軸受の外輪の外周面とハウジングの内周面との間には、２０μｍ以上の直径すきまが形成されることを特徴とする軸受装置。

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