JP4269797B2

JP4269797B2 - 転がり軸受

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Publication number: JP4269797B2
Application number: JP2003170359A
Authority: JP
Inventors: 和芳山川; 義樹藤井; 小野　　浩
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2003-06-16
Filing date: 2003-06-16
Publication date: 2009-05-27
Anticipated expiration: 2023-06-16
Also published as: JP2005003178A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、転動体である玉間にセパレータが配置される転がり軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の転がり軸受、たとえば玉軸受においては、隣り合う玉の間に円柱状のセパレータを介装したものがある（特許文献１参照）。ほかに、角柱状のセパレータを介装したものもある。
【０００３】
【特許文献１】
特開平８−４７７３号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、セパレータが円柱状もしくは角柱状で、玉との当接面が凸の円筒面もしくは平面である場合、玉との接触が点接触となるから、接触面圧が高く、セパレータの玉との当接面が早期に摩耗する。特に、真空雰囲気または高温雰囲気など、グリースや油などの潤滑剤を使用できない環境で使用する玉軸受であって、セパレータが固体潤滑剤で成形されている場合、セパレータの摩耗が激しい。
【０００５】
前記玉軸受では、使用に伴い、セパレータの玉との当接面が摩耗することで、玉とセパレータとの間隔が広がり、この間隔を通じて玉とセパレータとが衝突して、振動や異音を発生する。
【０００６】
また、セパレータは、隣り合う玉の間で径方向に動いて内輪もしくは外輪に摺接することによっても、内外輪との摺接部分が摩耗する。これらセパレータの摩耗により生じる摩耗粉は、玉や内外輪の軌道面に付着して、軸受の寿命を短くするおそれがある。
【０００７】
本発明の主たる課題は、転がり軸受でのセパレータの摩耗をできるだけ少なくする等して、振動や異音の発生を防止することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上述した課題を達成するために創案されたもので、内輪部材と、これと同心に径方向外側に配される外輪部材と、前記両内外輪部材の間に周方向に配置される複数の玉と、前記複数の玉に対しその周方向の間に介装される複数のセパレータとを備えた転がり軸受において、前記複数のセパレータそれぞれは固体潤滑剤で成形され、前記複数のセパレータは、そのうちの少なくとも１個が第１のセパレータであり、前記第１のセパレータを除く他のセパレータが第２のセパレータであり、前記第１のセパレータにおける前記玉が当接する側面部に、軸方向の一端から少なくとも中央部にかけて、前記玉の一部が嵌まり込み可能な溝状の凹入面が形成されるとともに、前記第１のセパレータは、前記内輪部材および前記外輪部材に対して転動不可能となるようほぼ角柱状に形成され、前記第２のセパレータにおける前記玉が当接する側面部に、前記玉の一部が嵌まり込み可能な部分球面状の凹入面が形成されている転がり軸受を構成している。
【０００９】
上記構成における固体潤滑剤としては、たとえばグラファイトや二硫化タングステン、二硫化モリブデンなどの層状物質、金、銀、鉛などの軟質金属材、ＰＴＦＥやポリイミドなどの高分子樹脂材などが挙げられる。
【００１０】
溝状の凹入面は、円弧状に湾曲した凹入面に限らず、多角柱の外面のように角形に屈曲して凹入している凹入面も含まれる。また、溝状の凹入面は、セパレータの側面部に軸方向全幅にわたって形成されていてもよいが、少なくとも軸方向の一端から軸方向の中央部にかけて形成されていればよい。
【００１１】
上記構成の転がり軸受では、セパレータが固体潤滑剤からなり、固体潤滑剤の一部を転動体や内外輪部材の軌道面に転移させて潤滑を行うから、グリース等の潤滑剤を使用できない環境で使用する無潤滑の転がり軸受として好適である。
【００１２】
また、上記構成の転がり軸受では、セパレータと転動体との接触状態が線接触、多点接触もしくはこれに近似した接触状態となるので、セパレータと転動体とが点接触する場合に比べ、接触面圧が下がり、転動体が当接する部分での摩耗が減少する。そのため、この転がり軸受は長く使用されても、セパレータと転動体との間に大きな隙間が生成されることがなく、セパレータと転動体との衝突による振動や異音の発生が抑制もしくは防止される。また、摩耗粉の発生量が少なくなる。
【００１３】
さらに、セパレータは周方向両側にそれぞれ溝状もしくは部分球面状の凹入面を有し、隣り合う２つの転動体に挟まれる部分の周方向幅が狭くなっているから、組み込みのために軸受内に大きなスペースを必要としない。そのため、転動体の個数を多くして、転がり軸受の負荷荷重の増大を図ることができる。
【００１４】
特に、溝状の凹入面を有するセパレータは、転動体間の間隔が狭くても、その間隔内に軸受の軸方向に沿って挿入して組み込むことができ、内外輪部材間の周方向の隙間を調整する部材として作用する。
【００１５】
転動体間にセパレータを組み込む際、セパレータがすべて、部分球面状の凹入面を有するタイプであった場合、最後に組み込むセパレータでは、凹入面の周囲部分が転動体に引っ掛かり、組み込みに支障が生じるおそれがあるが、最後に組み込むセパレータが溝状の凹入面を有するタイプであれば、このセパレータは、溝状の凹入面の開放側から転動体間に引っ掛かりなく挿入することができ、組み込みに支障が生じない。このように、２つのタイプのセパレータを使用することで、周方向の隙間が調整され、振動や異音の発生しない転がり軸受が得られる。
【００１６】
さらに、上記構成の転がり軸受では、各セパレータの溝状の凹入面もしくは部分球面状の凹入面にそれぞれ転動体の一部を深く入り込ませることで、各セパレータはいずれも、その両側の転動体に保持され、内輪部材とも外輪部材とも接しなくなる。これで、セパレータと内外輪部材との摺接による摩耗が回避され、また内外輪部材との摺接抵抗も発生しない。
【００１７】
なお、溝状の凹入面を有するセパレータは、転動体に対して軸方向に抜け出すおそれがあるが、このセパレータの動きは、内外輪部材間の軸方向両側に設けられてるシールド板のような環状体で、受け止めるようにすればよい。
【００２１】
【発明の実施の形態】
本発明の詳細を図面に示す実施形態に基づいて説明すると、図１ないし図７に本発明の一実施形態を示している。図１は本発明の一実施形態に係る転がり軸受の縦断面図、図２は、図１の転がり軸受の一部の側面図で、シールド板を取り外した状態を示している。図３は、図１の転がり軸受に組み込まれるセパレータの斜視図、図４は、図１の転がり軸受に組み込まれる他のセパレータの斜視図、図５は、図３のセパレータの変形例を示すセパレータの側面図、図６は、図３のセパレータのさらに他の変形例を示すセパレータの斜視図、図７は、図３および図４のセパレータの各部の寸法を説明するための説明図である。
【００２２】
図示例の転がり軸受は、深溝玉軸受であり、例えばＪＩＳ規格ＳＵＳ４４０Ｃで形成される内輪１および外輪２と、転動体としての複数の玉３，３……と、例えばＪＩＳ規格ＳＵＳ３０４で形成される一対のシールド板４，４と、固体潤滑剤製の複数のセパレータ５、６とを備えている。
【００２３】
内輪１の外周面および外輪２の内周面には、軌道溝１ａ，２ａがそれぞれ形成されており、この軌道溝１ａ，２ａ間に玉３が介装されている。
【００２４】
シールド板４は、一般的にＺ板と呼ばれる周知の非接触タイプのシールであり、外周に断面ループ状の取り付け部４ａが設けられ、この取り付け部４ａが、外輪２の内周面両肩部に形成されている周溝２ｂに嵌入させられている。シールド板４の内周部は、内輪１の外周面の両肩部に対して微小隙間で対向している。なお、このシールド板４に替えて、環状の芯金と、この芯金に接合したゴムのような弾性材からなるシールを外輪２もしくは内輪１に取り付けてもよい。
【００２５】
セパレータ５，６は、内外輪１，２間の環状空間において周方向で隣り合う玉３の間に１つずつ介装されている。セパレータ５，６には、後に詳述するように、２つのタイプがあり、本実施形態の深溝玉軸受では、一方のタイプ（以下、溝タイプという）のセパレータ５は１個で、他はいずれも他方のタイプのセパレータ６（以下、丸孔タイプという）である。
【００２６】
両タイプのセパレータ５，６は、いずれも固体潤滑剤で、内輪１および外輪２に対して転動（回転）不可能となるよう、ほぼ角柱状に形成されている。
【００２７】
両タイプのセパレータ５，６を構成する固体潤滑剤としては、（１）黒鉛、二硫化モリブデン（ＭｏＳ₂）、二硫化タングステン等の層状構造体、（２）四ふっ化エチレン（ＰＴＦＥ）、ポリアミド（ＰＡ）系樹脂、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリイミド等の合成樹脂、（３）金、銀、鉛、すず、インジウム等の軟質金属、（４）その他、リン酸マンガン、酸化鉛等がある。セパレータ５，６には、前記の固体潤滑剤のほかには、結合材や、ガラス繊維等の耐摩耗材が含まれることがある。
【００２８】
両タイプのセパレータ５，６の形状は、具体的には、断面が扇形の柱形で、その外径面５ａ，６ａが凸の円弧面とされ、内径面５ｂ，６ｂが平坦面とされている。
【００２９】
両タイプのセパレータ５，６は、玉３が当接する側面部（図３おいて左側および右側の面部）５ｃ，６ｃの形状が互いに異なっている。すなわち、一方の溝タイプのセパレータ５は、玉軸受に１個だけ組み込まれるもので、図３に明示するように、玉３が当接する側面部５ｃに、玉軸受の軸方向の全幅にわたって玉３の一部が嵌まり込み可能な溝状の凹入面５ｄ，５ｄが形成されている。図３の例では、この溝状の凹入面５ｄは、玉３の径よりも若干大きい内径の円弧面である。
【００３０】
他のタイプ、すなわち、丸孔タイプのセパレータ６は、玉３が当接する側面部６ｃに、玉３の一部が嵌まり込み可能な部分球面状の凹入面６ｄが形成されている。この部分球面状の凹入面６ｄは、玉３の径よりも若干大きい内径を有する。
【００３１】
次に上記構成の玉軸受の組み立て方、特に、内外輪１，２間の環状空間内において、玉３，３間にセパレータ５，６を組み込む組み込み方を説明する。
【００３２】
内輪１と外輪２との間に所要個数の玉３が介装されている状態のもとで、隣り合う玉３，３の間に、まず、丸孔タイプのセパレータ６を挿入する。この場合、内外輪１，２間では周方向にスペースに余裕があるので、丸孔タイプのセパレータ６は、支障なく組み込みができる。
【００３３】
丸孔タイプのセパレータ６のすべてが玉３，３間に組み込まれると、玉３，３間の間隔は、１つの間隔を残してすべて丸孔タイプのセパレータ６で埋められる。ここで、玉３と丸孔タイプのセパレータ６とが、互いに密に詰めあわされているとして、玉３，３間の最後に残った間隔に、丸孔タイプのセパレータ６を軸方向に挿入して組み込もうとすると、そのセパレータ６の凹入面６ｄの周囲部分が玉３に引っ掛かり、組み込みに支障が生じる。
【００３４】
これに対して、溝タイプのセパレータ５は、軸方向の中央部も、軸方向端部も、断面形状が同じで、軸方向に引っ掛かる部分がない。そのため、この溝タイプのセパレータ５は、玉３，３間の最後に残った間隔に引っ掛かりなく軸方向に挿入して組み込むことができる。この挿入により、玉３，３間の間隔にはすべてセパレータ５，６が隙間少なく密に組み込まれる。
【００３５】
玉３，３間の間隔のすべてに２種のセパレータ５，６が組み込まれた状態では、丸孔タイプのセパレータ６は、玉３により径方向の動きも軸方向の動きも規制されるが、溝タイプのセパレータ５は、玉３に対して軸方向に可動であり、玉３，３間の間隔から抜け出るおそれがあるが、この動きは、玉３の軸方向両側にあるシールド板４、もしくはこれに替わるシールで受け止められる。
【００３６】
前記したように、溝タイプのセパレータ５は、玉３，３間の間隔が狭くても、軸方向に挿入して引っ掛かりなく組み込むことができる。また、溝タイプのセパレータ５は、玉３，３間の狭い間隔にも組み込まれることで、玉３との隙間をできるだけ小さくするから、周方向の隙間を調整する部材として作用する。玉３とセパレータ５，６との隙間を小さくすることで、玉３とセパレータ５，６との衝突による振動や異音の発生が防止される。さらに、各セパレータ５，６の凹入面５ｄ，６ｄと玉３とは、線接触もしくはこれに近似した接触状態となるので、点接触している場合に比べ、接触面圧が低く、摩耗が抑制される。
【００３７】
なお、図３には、溝タイプのセパレータ５として、玉３が当接する側面部に、円弧状の凹入面５ｄが軸方向の全幅にわたって形成されているものを示したが、凹入面５ｄは、この形状に限定されず、たとえば、図５に示すように、多角柱の外面のように複数の平面５ｄ₁，５ｄ₂，５ｄ₃からなる凹入面も含まれる。また、溝状の凹入面５ｄは、必ずしもセパレータ５の軸方向全幅にわたって形成する必要はなく、図６に示すように、軸方向の一端から軸方向の中央部にかけて形成されていてもよい。図６での凹入面５ｄは、部分球面５ｄ₄と、円筒外周面５ｄ₅とが連続した形状となっている。
【００３８】
玉３，３間の間隔にすべてセパレータ５，６が密に組み込まれた状態では、玉３の一部は、セパレータ５，６の溝状の凹入面５ｄもしくは部分球面状の凹入面６ｄにそれぞれ入り込んでいる。この場合、各セパレータ５，６の径方向寸法等が適当な値に設定されていれば、各セパレータ５，６は、その両側にある玉３に挟持され、内輪１の外周面にも外輪２の内周面にも接しない浮上状態に支持される。各セパレータ５，６が内外輪１，２に対して浮上していれば、セパレータ５，６は内輪１や外輪２に摺接せず、内外輪１，２との摺接による摩耗が生じなくなる。
【００３９】
各セパレータ５，６が、玉３により内輪１および外輪２に対して浮上状態に支持される、要するに、玉案内となるには、セパレータ５，６の各部の寸法は、具体的には、下記のように設定する必要がある。その算式を図７の説明図に基づいて説明する。
【００４０】
本実施形態の深溝玉軸受において、玉３の個数をＺ、玉３の径（直径）をＢｄ、玉３のピッチ径をＰＣＤ、内輪１の外径をＩＤ、外輪２の内径をＯＤとすると、隣り合う２つの玉３，３の中心が軸受の中心Ｐに対してなす角度の２分の１の角度θは、
θ＝（３６０°／Ｚ）／２＝１８０°／Ｚ …………………（１）
である。また、隣り合う玉３，３の間の最小間隔Ｘは、
Ｘ＝ＰＣＤ・sinθ−Ｂｄ …………………（２）
である。前記Ｘは、通常、セパレータ５，６の径方向中間部分の周方向最小幅でもある。
【００４１】
次に、セパレータ５，６の溝状凹入面５ｄもしくは部分球面状の凹入面６ｄの曲率半径Ｒは、
Ｒ＞０．５×Ｂｄ …………………（３）
であることが必要である。また、各セパレータ５，６の外径側の周方向幅をＢｏ、内径側の周方向幅をＢｉとすると、これらの周方向幅Ｂｏ，Ｂｉは、前記した各種の数値等から算出される第１の基準値Ｋ₁より大きくする必要がある。すなわち、
Ｂｏ＞Ｋ₁ …………………（４−１）
Ｂｉ＞Ｋ₁ …………………（４−２）
であり、第１の基準値Ｋ₁は、
Ｋ₁＝（ＰＣＤ／２）・sin｛２θ´・（１−Ｚ）｝−Ｂｄ ………（５）
である。この（５）式において、角度θ´は、セパレータ５，６の径方向中間部分の周方向最小幅を、隣り合う玉３，３間の最小間隔Ｘより狭くした場合、そのセパレータ５，６の径方向中間部分の周方向最小幅Ｘ´を含む次式（６）により求められる角度である。すなわち、
θ´＝sin^-1〔（Ｂｄ＋Ｘ´）／ＰＣＤ〕 …………………（６）
である。
【００４２】
また、各セパレータ５，６の径方向中心部の基準位置Ｑから内径面５ｂ，６ｂまでの長さｈｉと、同じくセパレータ５，６の径方向の基準位置Ｑから外径面５ａ，６ａまでの長さｈｏとは、玉３の個数Ｚ、玉３のピッチ径ＰＣＤ、内輪１の外径ＩＤ、外輪２の内径ＯＤ等から求められる第２の基準値Ｋ₂および第３の基準値Ｋ₃よりそれぞれ小さい値に設定する必要がある。すなわち、
ｈｉ＜Ｋ₂
Ｋ₂＝（ＰＣＤ／２）・cosθ−（ＩＤ／２）−Ｈｉ ………………（７）
であり、また、
ｈｏ＜Ｋ₃
Ｋ₃＝（ＯＤ／２）−（ＰＣＤ／２）・cosθ−Ｈｏ ………………（８）
である。
【００４３】
前記の（７）式および（８）式において、Ｈｉは、セパレータ５，６の径方向の基準位置から内径方向への移動可能量を示し、Ｈｏは、セパレータ５，６の外径方向への移動可能量を示している。セパレータ５，６の内径方向への移動可能量Ｈｉについては、

であり、（９）式中、ａは、
ａ＝（ＰＣＤ／４）・sin｛２θ・（１−Ｚ）｝−Ｂｏ／２ ………（１０）
である。セパレータ５，６の外径方向への移動可能量Ｈｏについては、

であり、（１１）式中、ｂは、
ｂ＝（ＰＣＤ／４）・sin｛２θ・（１−Ｚ）｝−Ｂｉ／２ ………（１２）
である。
【００４４】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、玉間の間隔が狭くても、その間に溝状の凹入面を有するセパレータを軸方向に挿入し組み込むことができて、セパレータと玉との隙間をできるだけ小さくして、振動や異音の発生を防止することができる。
【００４５】
また、セパレータと玉との接触が、線接触、多点接触、もしくはこれに近似した接触状態になるので、摩耗を減少させることができる。さらに、セパレータをその両側の玉に保持させることができ、セパレータと内輪部材、外輪部材との摺接を回避して、この点でも摩耗を少なくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係る転がり軸受の縦断面図
【図２】図１の転がり軸受の一部の側面図で、シールド板を取り外した状態を示している。
【図３】図１の転がり軸受に組み込まれるセパレータの斜視図
【図４】図１の転がり軸受に組み込まれる他のタイプのセパレータの斜視図
【図５】図３のセパレータの変形例を示すセパレータの側面図
【図６】図３のセパレータのさらに他の変形例を示すセパレータの斜視図
【図７】図３および図４のセパレータの各部の寸法を説明するための説明図
【符号の説明】
１内輪
２外輪
３玉（転動体）
５セパレータ（溝タイプ）
５ｄ溝状の凹入面
６セパレータ（丸孔タイプ）
６ｄ部分球面状の凹入面

Claims

内輪部材と、これと同心に径方向外側に配される外輪部材と、前記両内外輪部材の間に周方向に配置される複数の玉と、前記複数の玉に対しその周方向の間に介装される複数のセパレータとを備えた転がり軸受において、
前記複数のセパレータそれぞれは固体潤滑剤で成形され、
前記複数のセパレータは、そのうちの少なくとも１個が第１のセパレータであり、前記第１のセパレータを除く他のセパレータが第２のセパレータであり、
前記第１のセパレータにおける前記玉が当接する側面部に、軸方向の一端から少なくとも中央部にかけて、前記玉の一部が嵌まり込み可能な溝状の凹入面が形成されるとともに、前記第１のセパレータは、前記内輪部材および前記外輪部材に対して転動不可能となるようほぼ角柱状に形成され、
前記第２のセパレータにおける前記玉が当接する側面部に、前記玉の一部が嵌まり込み可能な部分球面状の凹入面が形成されている、ことを特徴とする転がり軸受。
請求項１に記載の転がり軸受において、
前記第１のセパレータの溝状の凹入面もしくは前記第２のセパレータの部分球面状の凹入面にそれぞれ玉の一部が入り込むことで、前記第１のセパレータおよび第２のセパレータは、内輪部材および外輪部材のいずれにも接しない径方向位置に支持されている、ことを特徴とする転がり軸受。
請求項１または２に記載の転がり軸受において、
前記内輪部材もしくは前記外輪部材の軸方向両側に、前記第１のセパレータを受け止めて該第１のセパレータの軸方向の抜け出しを阻止する環状体が設けられている、ことを特徴とする転がり軸受。
請求項３に記載の転がり軸受において、
前記環状体は、シールまたはシールド板であり、前記環状体の外周の取付け部が前記外輪部材の内周面両肩部に形成されている周溝に嵌入させられている、ことを特徴とする転がり軸受。