JP4383766B2 - アンギュラ玉軸受用の合成樹脂製保持器およびアンギュラ玉軸受 - Google Patents
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Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、高速回転に適したアンギュラ玉軸受用の玉軸受用の合成樹脂製保持器およびアンギュラ玉軸受に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
工作機械の主軸のように、高速回転される回転軸を回転自在に支持する高速回転に適したアンギュラ玉軸受として特許文献1に記載されたものが従来から知られている。
【0003】
図9は、上記特許文献1に記載されたアンギュラ玉軸受を示す。このアンギュラ玉軸受は、外輪50と内輪51の間に合成樹脂製の保持器52を組込み、その保持器52の周方向に等間隔に形成された複数のポケット53のそれぞれ内部にボール54を収容し、そのボール54によって外輪50と内輪51とを相対的に回転自在に支持している。
【0004】
また、保持器52に形成されたポケット53を円筒形とし、その円筒形ポケット53における円筒形内面55の内径端にボール案内される円錐形案内面56を設け、その円錐形案内面56とボール54との間に、周方向、軸方向および径方向に案内すきま57を形成し、その案内すきま57をボール54とポケット53の円筒形内面55間に形成されるポケットすきま58より小さくしている。
【0005】
ここで、円錐形案内面56の大径端の曲率半径r11は円筒形内面55の曲率半径r12と同径とされている。
【0006】
上記の構成から成る玉軸受においては、軸受の回転時、ボール54は円錐形案内面56と点接触し、その接触点まわりに潤滑剤を流入させることができるため、潤滑切れすることが少ないという特徴を有している。
【0007】
また、保持器52をボール案内する支持であるため、保持器52の外周面および内周面は外輪50および内輪51に対して非接触の状態で回転することになり、摩擦音の発生がないという特徴も有している。
【0008】
【特許文献1】
特開平7−4439号公報
【0009】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、図9に示す従来のアンギュラ玉軸受においては、円錐形案内面56とボール54との接触によって保持器52を支持する構成であるため、以下のような不都合がある。
【0010】
すなわち、アンギュラ玉軸受が高速回転すると、自転しながら公転するボール54は、図10および図11に示すように、円錐形案内面56と点B1で接触する。このとき、ボール54は図9に示す自転軸bを中心に回転し、そのボール54との接触によって保持器52が軸方向に移動し、ボール54との接触点B1 は点B2に向けて移動しようとするが、点B2とその対向位置の点B2’間の距離は、点B1とその対向位置の点B1’間の距離より短いため、接触点は保持器52の軸方向に移動しつつ円錐形案内面56の大径端側にも移動して点B3の位置に移動することになる。
【0011】
このように、アンギュラ玉軸受の高速回転時、ボール52と円錐形案内面56との接触点は点B1から点B3に移動し、保持器52には径方向のスラスト力が誘起され、保持器52に振れ回りが生じるという不都合がある。
【0012】
上記のような保持器52の振れ回りは、アンギュラ玉軸受の中心軸を縦向きとする縦軸姿勢で使用した場合に顕著である。
【0013】
また、従来のアンギュラ玉軸受においては、外輪50と保持器52間に形成された外径側の潤滑剤充填空間59と保持器52と内輪51間に形成された内径側の潤滑剤充填空間60とが小さなポケットすきま58および案内すきま57で連通しているため、潤滑剤の流動性が悪く、潤滑剤の撹拌によって発熱し易いという不都合もある。
【0014】
さらに、ボール54と円錐形案内面56とが曲率半径差の少ない曲面同士の接触であるため、自転するボール54との接触によって潤滑剤が剪断される際の剪断力が大きく、軸受トルクも大きいという不都合もある。
【0015】
この発明の課題は、高速回転時の振れ回りが少なく、軸受トルクの低減を図ることができる高速回転に適したアンギュラ玉軸受用の合成樹脂製保持器およびアンギュラ玉軸受を提供することである。
【0016】
【課題を解決するための手段】
上記の課題を解決するために、この発明に係るアンギュラ玉軸受用の合成樹脂製保持器においては、合成樹脂から成る環状体にボールを収容する複数のポケットを形成したアンギュラ玉軸受用の合成樹脂製保持器において、前記ポケットが円筒形とされ、そのポケットの円筒形内面の内径側端部に、大径端と小径端間においてボール案内される一対の円錐形案内面を、保持器周方向の前後で対向する位置に設け、各円錐形案内面の大径端における曲率半径を前記円筒形内面の曲率半径の110%乃至140%として円筒形内面の半径より大径とした構成を採用したのである。
【0017】
上記のように、保持器に形成された円錐形案内面の大径端における曲率半径を円筒形ポケットにおける円筒形内面の曲率半径より大きくすることによって、ボールと円錐形案内面の接触点が円錐形案内面上を保持器軸方向および径方向外側に変位する際の径方向への変位を小さくすることができる。このため、保持器の径方向のスラスト力が軽減され、保持器の振れ回りを抑制することができる。
【0018】
また、ボールと円錐形案内面の曲率半径差が従来のものよりも大きくなるため、自転するボールとの接触によって潤滑剤が剪断される際の剪断力が小さくなり、軸受トルクの低減を図ることができる。
【0019】
この発明に係る保持器において、前記ポケットの円筒形内面に、その円筒形内面を保持器周方向で対向する一対の円弧状内面と、保持器軸方向で対向する一対の円弧状内面とに4分割する径方向溝を設けると、保持器の外径側と内径側が4本の径方向溝で連通されるため、保持器外径側と内径側の相互間において潤滑剤の流動性を高めることができ、潤滑剤の撹拌による発熱を抑制することができる。
【0020】
この発明に係るアンギュラ玉軸受においては、外輪と内輪との間に合成樹脂製の保持器を組込み、その保持器の周方向に間隔をおいて形成された複数のポケット内に外輪と内輪を相対的に回転自在に支持するボールを組込んだアンギュラ玉軸受において、前記保持器としてこの発明に係るアンギュラ玉軸受用の合成樹脂製の保持器を用いる構成を採用している。
【0021】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図1乃至図8に基づいて説明する。図1乃至図6に示すように、アンギュラ玉軸受は、外輪1と、その内側に設けられた内輪11と、その両輪1、11間に組込まれた保持器21および保持器21に保持されたボール31とから成る。
【0022】
保持器21は、合成樹脂の成形品から成る。合成樹脂として、グラスファイバやカーボンファイバなどの充填材が添加されたポリアミド(PA)、ポリエーテルエーテルケトン(PEEK)やポリエーテルサルフォン(PES)が採用されている。
【0023】
上記保持器21は、環状体22にボール31を収容する複数のポケット23を周方向に等間隔に形成した構成とされている。
【0024】
ポケット23は円筒形とされている。このポケット23の円筒形内面24には図3に示すように、径方向に貫通する4本の径方向溝25が形成され、その径方向溝25によってポケット23の円筒形内面24は、保持器周方向で対向する一対の円弧状内面24aと、保持器軸方向で対向する一対の円筒形内面24bとに4分割されている。
【0025】
図2に示すように、保持器周方向で対向する一対の円筒形内面24aのそれぞれ内径側端部にはボール案内される円錐形案内面26が設けられている。
【0026】
円錐形案内面26の大径端における曲率半径r1はポケット23の円筒形内面における半径r2より大径とされ、その円錐形案内面26とボール31との間に形成された案内すきま27の大きさδはポケット23の円筒形内面24とボール31との間に形成されたポケットすきま28より小さくなっている。
【0027】
ここで、円錐形内面26の曲率半径が大きくなり過ぎると、保持器21に強度的に必要な軸方向幅寸法を確保することができなくなる。このため、円錐形案内面26の曲率半径r1は、ポケット23の円筒形内面24の曲率半径の110%乃至140%程度が好ましい。
【0028】
実施の形態で示すアンギュラ玉軸受は上記の構造から成り、図7は、そのアンギュラ玉軸受の使用の一例を示している。この例では、ハウジングH内に実施の形態で示す複数のアンギュラ玉軸受Xをその中心軸が同一となるよう上下方向に間隔をおいて取付け、その複数のアンギュラ玉軸受Xによって、モータMにより回動される工作機械の主軸Sを回転自在に支持している。
【0029】
上記のような使用状態において、主軸Sが高速回転すると、図1および図2に示すアンギュラ玉軸受のボール31が自転しつつ公転する。
【0030】
このとき、ボール31と円錐形案内面26との間に形成された案内すきま27はボール31とポケット23の円筒形内面24間に形成されたポケットすきま28より小さいため、図4に示すように、ボール31は円錐形案内面26に接触する。
【0031】
また、ボール31は図1に示す自転軸aを中心に自転し、そのボール31との接触によって保持器21が軸方向に移動する。
【0032】
このため、ボール31と円錐形案内面26との接触点A1は、円錐形案内面26上で保持器軸方向に移動し乍ら径方向外側に移動する。すなわち、接触点は図6に示すように、点A1から点A2に向けて移動し、保持器21には径方向および軸方向にスラスト力が誘起される。
【0033】
このとき、円錐形案内面26の大径端における曲率半径r1はポケット23における円筒形内面24の曲率半径r2より大きいため、上記両曲率半径を同じとする保持器(図9に示す従来の保持器)に比較して、保持器21の径方向変位が小さくなる。このため、保持器21に負荷される径方向のスラスト力が軽減され、保持器21の振れ回りが抑制されることになる。
【0034】
また、円錐形案内面26の大径端における曲率半径r1を円筒形内面24の曲率半径r2より大きくしたことによって、ボール31と円錐形案内面26との曲率半径差はより大きくなり、その大きな曲率半径差によってボール31の自転によって潤滑剤が剪断される際の剪断力が小さくなり、軸受トルクの低減を図ることができる。
【0035】
さらに、ポケット23の円筒形内面24に4本の径方向溝25を設けることによって、保持器21の外径側に形成される潤滑剤の充填空間29aと内径側に形成される潤滑剤の充填空間29bとが径方向溝25で連通することになり、外径側充填空間29aと内径側充填空間29bの相互間においてグリース等の潤滑剤の流動性を高めることができ、潤滑剤の撹拌による発熱を低減し、アンギュラ玉軸受の温度上昇を抑制することができる。
【0036】
因みに、下記に示す寸法のボール31および実施形態品の保持器21を外輪1および内輪11間に組込んだアンギュラ玉軸受(本発明品)をグリース潤滑して外輪1の温度を測定したところ、図8に示す測定結果を得た。その比較として、図9に示す従来の保持器52を組込んだアンギュラ玉軸受(比較品)の外輪温度の測定結果を同時に掲載する。
【0037】
記
ボール31の外径D1=8.7313mm
保持器21の外径D2=67.7mm
保持器21の内径D3=62mm
ポケット23の内径d1=9.0mm
円錐形内面26の曲率半径r1=6.5mm
径方向溝25の曲率半径r2=0.8mm
なお、比較品のアンギュラ玉軸受における円錐形案内面56における大径端の半径は4.5mmであり、保持器52の外径および内径は実施形態品の保持器21と同一である。
【0038】
また、温度測定に際し、アンギュラ玉軸受に2kgfの予圧を負荷した。
【0039】
上記の測定結果から明らかなように、本発明品のアンギュラ玉軸受では温度上昇が抑制されているのが理解できる。
【0040】
ここで、円錐形案内面26の大径端における曲率半径r1がポケット23の円筒形内面24の曲率半径と同径であると、保持器21の成形時に収縮バラツキが起きた場合に、ボール31との接触点が軸方向にばらつく危険がある。その接触点のバラツキは、保持器案内時に軸方向にスラスト力を誘起し、保持器21の振れ回りの原因となる。
【0041】
しかしながら、実施形態の保持器21においては、円錐形案内面26の曲率半径r1がポケット23の円筒形内面24の曲率半径r2より大きいため、保持器21成形時の収縮バラツキによるボール31との接触点の軸方向バラツキが抑制され、上記ボール31によって円錐形案内面26の保持器軸方向の中央部分が安定よく接触案内され、軸方向のスラスト力が誘起されるのを防止することができる。
【0042】
【発明の効果】
この発明においては、保持器に形成された円錐形案内面の大径端における曲率半径を円筒形ポケットの円筒形内面における曲率半径より大きくしたことによって、軸受の高速回転時、自転するボールとの接触により保持器が軸方向に移動してボールと円錐形案内面との接触点が軸方向に移動しても径方向への変位が小さく、保持器の径方向のスラスト力が軽減され、保持器の振れ回りを抑制することができる。また、ボールの自転によって潤滑剤を剪断する際の剪断力が小さく、軸受トルクの低減を図ることができる。
【0043】
また、ポケットの円筒形内面の4本の径方向溝を設けたことによって潤滑剤の流動性を高めることができるので、潤滑剤の撹拌による発熱を抑え、アンギュラ玉軸受の温度上昇を抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】この発明に係るアンギュラ玉軸受の実施形態を示す断面図
【図2】図1の縦断側面図
【図3】図1に示す保持器の平面図
【図4】アンギュラ玉軸受の高速回転時の状態を示す断面図
【図5】図4のV−V線に沿った断面図
【図6】保持器の一部分を示す斜視図
【図7】図1に示すアンギュラ玉軸受の使用の一例を示す断面図
【図8】アンギュラ玉軸受の高速回転時の外輪温度の測定結果を示すグラフ
【図9】従来のアンギュラ玉軸受を示す断面図
【図10】図9に示す従来のアンギュラ玉軸受のボールと保持器に形成されたポケットの接触状態を示す断面図
【図11】図9に示す従来のアンギュラ玉軸受の保持器の一部分を示す斜視図
【符号の説明】
1 外輪
11 内輪
21 保持器
22 環状体
23 ポケット
24 円筒形内面
24a、24b 円弧状内面
25 径方向溝
26 円錐形案内面
Claims (3)
- 合成樹脂から成る環状体にボールを収容する複数のポケットを形成したアンギュラ玉軸受用の合成樹脂製保持器において、前記ポケットが円筒形とされ、そのポケットの円筒形内面の内径側端部に、大径端と小径端間においてボール案内される一対の円錐形案内面を、保持器周方向の前後で対向する位置に設け、各円錐形案内面の大径端における曲率半径を前記円筒形内面の曲率半径の110%乃至140%として円筒形内面の半径より大径としたことを特徴とするアンギュラ玉軸受用の合成樹脂製保持器。
- 前記ポケットの円筒形内面に、その円筒形内面を保持器周方向で対向する一対の円弧状内面と、保持器軸方向で対向する一対の円弧状内面とに4分割する径方向溝を設けた請求項1に記載のアンギュラ玉軸受用の合成樹脂製保持器。
- 外輪と内輪との間に合成樹脂製の保持器を組込み、その保持器の周方向に間隔をおいて形成された複数のポケット内に外輪と内輪を相対的に回転自在に支持するボールを組込んだアンギュラ玉軸受において、前記保持器が請求項1又は2に記載の合成樹脂製保持器からなることを特徴とするアンギュラ玉軸受。
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