JP4387162B2 - 円筒ころ軸受 - Google Patents

Description

本発明は、合成樹脂製の保持器を備えた円筒ころ軸受に係り、例えば、工作機械主軸等のように高速で回転する回転部材の支持に用いられる円筒ころ軸受に関する。

周知のように、マシニングセンタ、ＣＮＣ旋盤、フライス盤等の工作機械においては、主軸はハウジングに対して軸受で回転自在に支持されるのが通例であって、この主軸の向きは、機械形式によって、縦軸（軸線が鉛直方向に向いたもの）と横軸（軸線が水平方向に向いたもの）とに大別される。また、この主軸を支持する軸受の潤滑方式は、使用条件等に応じて、グリース潤滑やエアオイル潤滑等の油潤滑が採用されると共に、その軸受形式としては、組合せアンギュラ玉軸受や円筒ころ軸受が一般に広く使用されている。

この場合、工作機械の主軸の支持に用いられる円筒ころ軸受は、内輪と外輪との相互間に所定間隔おきに複数の円筒ころを保持しておくための保持器を備えているのが通例である。そして、この保持器としては、従来より高力黄銅鋳物のもみ抜き（削り出し）保持器が主に使用されてきたが、運転時の保持器の摩耗粉による潤滑剤劣化の問題や軽量化の点から、近年においては合成樹脂製保持器への切り換えが進むに至っている。

このような技術の変遷に伴って、現在使用されている円筒ころ軸受の合成樹脂製保持器としては、例えば下記の特許文献１、２に記載されているように、環状部と、環状部の内側面から軸方向の一方に延びた複数の柱部と、円周方向に隣接する柱部の円周方向側面間に形成され、円筒ころを回転自在に保持する複数のポケットとを備えた、所謂くし形と呼ばれる形態の保持器が公知となっている。しかしながら、この形態の合成樹脂製保持器は、柱部の先端が自由端であるため、特に高速回転時では、回転時の遠心力の作用で柱部が外径側に比較的大きく弾性変形して、その円周方向側面の先端側内周部が円筒ころの転動面と強く接触（異常接触）することにより、該接触部分に油膜切れが生じて異常摩耗が発生したり、軸受温度上昇の増大要因になったりする場合がある。

そこで、特許文献１、２によれば、この問題に対応するため、図１２に示すように、保持器１４の環状部１４ａから軸方向に延びた柱部１４ｂの円周方向側面１４ｂ１を、ポケット１４ｃのポケット中心Ｏを通るころＰＣＤを境にして、外径側領域と内径側領域に区分し、外径側領域を円筒ころ１３の転動面に沿う円弧面（円筒面）１４ｂ１１に形成すると共に、内径側領域をその軸方向全長さに亘ってポケット中心Ｏを通る半径線ｒ１と平行なストレート面１４ｂ１２に形成することにより、回転時の遠心力の作用で柱部１４ｂが外径側に弾性変形したときに、柱部１４ｂの円周方向側面１４ｂ１の内径側領域１４ｂ１２が円筒ころ３の転動面と半径方向の接触圧を生じないようにしている。
特開平１１−１６６５４４号公報（段落番号００２７、図１０） 国際公開ＷＯ０３／０２９６７０号公報（２４頁１７〜２６行、図２３）

工作機械の主軸に要求される主要な特性として、高速回転｛通常、ｄｍｎ値（＝転動体のピッチ円径ｍｍ×回転数ｒｐｍ）で１００万以上｝が可能であることと、非繰り返し振れ（ＮＲＲＯ）が小さいことが挙げられ、この特性は主に主軸を支持する軸受の軸支持機能によって決まる。しかしながら、特許文献１、２に記載された円筒ころ軸受は、次の理由により、工作機械の主軸に要求される非繰り返し振れ（ＮＲＲＯ）を満足することが難しい。

すなわち、特許文献１、２に記載された円筒ころ軸受の保持器１４において、柱部１４ｂの円周方向側面１４ｂ１は、上述のように、ころＰＣＤよりも内径側領域がその軸方向全長さに亘ってストレート面１４ｂ１２に形成されており、回転時の遠心力の作用で柱部１４ｂが外径側に弾性変形したときに、円周方向側面１４ｂ１の内径側領域１４ｂ１２が円筒ころ１３の転動面と半径方向の接触圧を生じないようになっている。しかしながら、この構成は、柱部１４ｂの円周方向側面１４ｂ１と円筒ころ１３の転動面との異常接触を防止する点では効果的であるものの、その反面、柱部１４ｂの円周方向側面１４ｂ１の内径側領域を上記のストレート面１４ｂ１２に形成したことにより、柱部１４ｂの外径側への弾性変形を助長する結果ともなっている。すなわち、柱部１４ｂの円周方向側面１４ｂ１の内径側領域を上記のストレート面１４ｂ１２に形成したことにより、通常のポケット形態（柱部の円周方向側面の全領域を円筒ころの転動面に沿う円弧面に形成したポケット形態）に比較して、柱部１４ｂの外径側への弾性変形を規制する部位がなくなり、また、柱部１４ｂの内径側領域の円周方向肉厚が小さくなって柱部１４ｂの剛性が低下する結果、柱部１４ｂの外径側への弾性変形が助長されている。

図１３は、特許文献１、２に記載された円筒ころ軸受の保持器１４の柱部１４ｂが高速回転時の遠心力の作用で外径側に弾性変形した状態（実線）と、変形前の状態（点線）とを模式的にしている。同図に示すように、特許文献１、２に記載された円筒ころ軸受の保持器１４では、柱部１４ｂが外径側に弾性変形すると、柱部１４ｂの円周方向側面１４ｂ１と円筒ころ１３の転動面との間のポケット隙間ｇが初期隙間（変形前の隙間）よりも増大する。しかも、上述のように、柱部１４ｂの外径側への弾性変形が助長される結果、ポケット隙間ｇの増大も助長される。そして、このポケット隙間ｇの増大により、円筒ころの等配機能が低下し、円筒ころの公転中心が振れて、内輪が不安定に振れる非繰り返し振れが発生する。特に、ころ案内形式の保持器では、保持器の半径方向の自由度が増大することにより、ポケット隙間ｇが増大する箇所と縮小する箇所とができ、しかもこれらの箇所の発生位置が一定しないために、非繰り返し振れの程度が大きくなる。この非繰り返し振れ（ＮＲＲＯ）は、回転数の上昇に比例して増大し、工作機械の主軸に取付けられた工具による加工精度を悪化させる等の原因となる。

図１４は、特許文献１、２に記載された円筒ころ軸受における円筒ころ１３に対する保持器１４の環状部１４ａ及び柱部１４ｂの相対的寸法関係を示す代表的な要部縦断面図（特許文献１の図１）であって、この図１４に代表されるように、保持器１４の環状部１４ａの軸方向長さ（厚み）Ｔａは、円筒ころ１３の軸方向長さＴｄの約２５％程度に設定されている。すなわち、特許文献１、２の他の各図からも把握できるように、既に公知となっている従来の合成樹脂製保持器においては、上記の寸法関係が約２５％程度に設定されているのが通例であった。このような設定がなされる理由は、内輪１１及び外輪１２の軸方向長さＴｅと、円筒ころ１３の軸方向長さＴｄとの関係は、円筒ころ軸受の機能を考慮すれば大略一義的に決まるものであり、これと保持器１４の樹脂材料の特性とに基づいて設計をすれば、保持器１４の環状部１４ａの軸方向長さＴａは、自ずと、円筒ころ１３の軸方向長さＴｄの約２５％程度にせざるを得なくなること等によるものである。

しかしながら、このような従来設計による円筒ころ軸受は、低中回転数領域ではその機能を十分に発揮できるものの、高回転数領域では保持器１４の柱部１４ｂの弾性変形に起因して軸受温度が不当に上昇するおそれがある。また、特許文献１、２に開示のように、保持器１４の柱部１４ｂに既述のストレート面１４ｂ１２を形成する手法を採用したとしても、上記の従来設計をしていたのでは、例えば１３０００ｒｐｍ又はその付近の回転数を超える高回転数領域（或いはｄｍｎ値が１６５万又はその付近を超える領域）において不当に軸受温度が上昇する場合がある。このような現象が生じる原因も、保持器１４の柱部１４ｂが遠心力の作用によって外径側に大きく弾性変形することが根本にあると言える。

そして、このように保持器１４の柱部１４ｂに円筒ころ１３との接触防止対策を講じた場合であっても、柱部１４ｂの弾性変形に起因して極めて高い回転数領域で軸受温度が不当に上昇するという現象が生じ得るのは、保持器１４の環状部１４ａの軸方向長さＴａに大きく由来しているということを、本発明者等は知見するに至った。したがって、保持器１４の環状部１４ａの軸方向長さＴａと、円筒ころ１３の軸方向長さＴｄとの寸法関係を、従来のように設定していたのでは、極めて大きな遠心力の作用による柱部１４ｂの弾性変形を的確に低減させる上で、大きな妨げとなることが危惧される。

本発明の課題は、所謂くし形の合成樹脂製保持器を備えた円筒ころ軸受において、高速回転時における柱部の弾性変形、及びこれに起因する柱部の先端と円筒ころの転動面との異常接触を防止して、保持器の異常摩耗の防止と軸受温度上昇の抑制を図ると同時に、非繰り返し振れ（ＮＲＲＯ）を低減することである。

上記技術的課題を解決するためになされた本発明は、内輪と、外輪と、内輪と外輪との間に転動自在に配された複数の円筒ころと、合成樹脂製の保持器とを備え、該保持器は、環状部と、該環状部の内側面から軸方向の一方に延びた複数の柱部と、円周方向に隣接する前記柱部の円周方向側面間に形成され、前記円筒ころを回転自在に保持する複数の円弧状のポケットとを備えている円筒ころ軸受において、前記円筒ころが複数列で配列され、前記円筒ころの各列がそれぞれ前記保持器によって個別的に保持されると共に、前記保持器の環状部同士が軸受中央側で相互に付き合わされ、且つ、前記保持器の環状部の軸方向長さを、前記円筒ころの軸方向長さの３０〜４０％に設定し、前記保持器の柱部の円周方向側面は、その軸方向基端側部分における内周部に、前記円筒ころの転動面に沿う円弧面として形成され、前記柱部が回転時の遠心力によって外周側に弾性変形したときに、前記円筒ころの転動面を案内するころ案内部を有すると共に、その軸方向先端側部分における内周部に、前記ころ案内部よりも前記柱部の円周方向中心側に退避し、前記柱部が回転時の遠心力によって外周側に弾性変形したときに、前記円筒ころの転動面と半径方向の接触圧を生じない逃げ部を有し、且つ、前記逃げ部の軸方向長さを、前記円筒ころの軸方向長さの１０％〜３５％に設定したことを特徴とするものである。

このような構成によれば、合成樹脂製の保持器の柱部を片持ち支持している環状部の軸方向長さが、円筒ころの軸方向長さの３０〜４０％に設定されていることから、すなわち従来の寸法比率である約２５％程度よりも的確に大きく設定されていることから、環状部の剛性が柱部と比較して相対的に高められる。したがって、柱部は相対的に剛性の高い環状部に支持されて、その支持剛性が高められていることになるため、柱部が回転時の遠心力により外径側に弾性変形しようとしても、柱部の基端部（柱部の根元部）に不当に大きな弾性変形が生じることを阻止でき、ひいては柱部全体の弾性変形を抑制することが可能となる。この場合、環状部の軸方向長さが、円筒ころの軸方向長さの３０％未満であると、環状部の剛性ひいては環状部による柱部の支持剛性が不足がちとなり、特に高回転数領域での柱部の外径側への弾性変形量が大きくなるため、柱部の先端側内周部と円筒ころの転動面との異常接触が生じ、例えば１３０００ｒｐｍ又はその付近の回転数を超えた段階（或いはｄｍｎ値が１６５万又はその付近の値を超えた段階）で、保持器の異常摩耗や軸受温度の急上昇が生じる原因になると共に、非繰り返し振れ（ＮＲＲＯ）が生じる原因にもなる。これに対して、環状部の軸方向長さが、円筒ころの軸方向長さの４０％を超えていると、円筒ころを外輪及び内輪に対して軸方向に不当に長い距離に亘って位置変更させる必要性が生じることから、外輪及び内輪の軸方向長さが不足するなどして、構造上の根本的な問題が生じる。加えて、上記両者の寸法関係が同様に４０％を超えていると、円筒ころの軸方向長さが相対的に短尺になり、負荷容量が減少する。したがって、上記両者の寸法関係が３０〜４０％の数値範囲内にあれば、これらの不具合は生じないことになる。更に、前記保持器の柱部の円周方向側面は、その軸方向基端側部分における内周部に、前記円筒ころの転動面に沿う円弧面として形成され、前記柱部が回転時の遠心力によって外周側に弾性変形したときに、前記円筒ころの転動面を案内するころ案内部を有すると共に、その軸方向先端側部分における内周部に、前記ころ案内部よりも前記柱部の円周方向中心側に退避し、前記柱部が回転時の遠心力によって外周側に弾性変形したときに、前記円筒ころの転動面と半径方向の接触圧を生じない逃げ部を有し、且つ、前記逃げ部の軸方向長さを、前記円筒ころの軸方向長さの１０％〜３５％に設定している。ここで、上記の「軸方向」とは、内輪及び外輪の軸方向ひいては柱部の軸方向を意味すると共に、上記の「基端側」とは、柱部の環状部側を、上記の「先端側」とは、柱部の環状部とは反対側をそれぞれ意味し、上記の「内周部」とは、環状体の内周側の部位つまり柱部の内周側の部位を意味し、上記の「外周側」とは、環状体の外周側つまり柱部の外周側を意味するものであって、この「外周側」は、「外径側」と同義である。また、「内周側」は「内径側」と同義である。尚、以下の全ての説明においては、上記の「軸方向基端側部分における内周部」を単に「基端側内周部」といい、また上記の「軸方向先端側部分における内周部」を単に「先端側内周部」という。そして、このように構成することにより、柱部が回転時の遠心力により外径側に弾性変形した場合であっても、柱部の円周方向側面の基端側内周部に円筒ころの転動面に沿う円弧面として形成されたころ案内部が、円筒ころの転動面との間のポケット隙間が減少する方向（外径側）に変位して、円筒ころの転動面を案内する。そのため、円筒ころの良好な等配機能が確保され、高速回転時における非繰り返し振れ（ＮＲＲＯ）が問題のない程度まで低減される。なお、柱部の弾性変形量は基端側が先端側よりも小さくなるため、基端側内周部のころ案内部で円筒ころを案内する構成としても、両者の異常接触は発生しない。一方、柱部の円周方向側面の先端側内周部には、ころ案内部よりも柱部の円周方向中心側に退避した逃げ部が設けられているので、円周方向側面の先端側内周部は円筒ころの転動面と非接触になるか、或いは、接触する場合でも半径方向の接触圧を生じない程度の軽い接触となる。そのため、高速回転時における円周方向側面の先端側内周部と円筒ころの転動面との異常接触が回避され、先端側内周部の異常摩耗が防止されると共に、軸受温度上昇が抑制される。

以上の構成において、前記保持器の柱部の軸方向長さは、前記円筒ころの軸方向長さの６５〜７５％に設定されていることが好ましい。

すなわち、柱部の軸方向長さが、円筒ころの軸方向長さの６５％未満であると、回転時特に高速回転時に円筒ころを柱部が適切に保持できなくなり、円筒ころの姿勢に不当な狂いが生じるため、柱部の弾性変形を抑制することができても、本来的な円筒ころの保持機能が阻害される。これに対して、柱部の軸方向長さが、円筒ころの軸方向長さの７５％を超えていると、環状部の軸方向長さを既述のように相対的に長尺にしてその剛性及び柱部の支持剛性を高めても、高速回転時の弾性変形を充分に抑制できない程度まで柱部の軸方向長さが長尺になってしまうおそれがある。したがって、両者の寸法関係を上記の６５〜７５％に設定しておけば、これらの不具合が生じなくなるばかりでなく、既述のように環状部の軸方向長さを円筒ころの軸方向長さの３０〜４０％に設定するという技術的思想が、より重要な意義及び効果をもたらすことになる。

また、以上の構成において、前記内輪及び／又は外輪における円筒ころが転動する軌道面の軸方向外側に面取り部が形成されると共に、円筒ころの転動面全域が、前記軌道面と面取り部との境界位置よりも軸方向内側に配設されていることが好ましい。

すなわち、保持器の環状部の軸方向長さを上記のように長尺にすれば、これに対応する寸法だけ円筒ころを軸方向外側に位置させる必要があるが、その場合に、内輪及び／又は外輪における軌道面の軸方向外側に面取り部が形成されていると、円筒ころの転動面が、軌道面と面取り部との境界位置を跨いだ状態でその境界位置に接するという事態を招くおそれがある。この場合、円筒ころの転動面が、軌道面と面取り部との境界位置を跨いだ状態で、その円筒ころが転動した場合には、該円筒ころの転動面に境界位置から局部的な応力（エッジ応力）が作用し、この種の円筒ころ軸受の本来的な機能が阻害される。しかしながら、本発明のように円筒ころの転動面全域が、軌道面と面取り部との境界位置よりも軸方向内側に配設されていれば、このような不具合は生じなくなる。

このような構成において、前記面取り部は、前記軌道面により構成される円筒面に対して１０〜３０°の傾斜角度をもって形成されていることが好ましい。

すなわち、面取り部（テーパ面部）の傾斜角度が１０％未満であると、ＮＮ形の円筒ころ軸受では、軸受側面の入口径（リードインチャンファー径と称される）が小さくなることから、組み込みの際に、円筒ころの端面と外輪の幅面との干渉が生じ易くなり、スムーズな組み込みが困難となる（ＮＮＵ形の円筒ころ軸受も同様）。これに対して、面取り部の傾斜角度が３０％を超えた場合であっても、円筒ころ軸受の組立時に、面取り部の傾斜が大きいことに起因して、円筒ころをスムーズに組み込むことが困難となる。したがって、面取り部の傾斜角度を、１０〜３０°の範囲内としておけば、このような不具合は生じなくなる。

さらに、円周方向側面の基端側内周部に上記のようなころ案内部を設けることにより、柱部の基端側内周部の円周方向肉厚が増大して、柱部の剛性が向上する。そのため、回転時の遠心力や円筒ころからの荷重による柱部の外径方向及び円周方向への弾性変形量が小さくなる。これにより、円筒ころの良好な等配機能が維持される。

上記構成において、逃げ部の半径方向の開始位置とポケットのポケット中心とを結ぶ線が、ポケットのポケット中心におけるポケットＰＣＤの接線に対して、内径側に２０度以下の角度をなすように、逃げ部の半径方向の開始位置を設定することが好ましい。これらの基準に基づいて逃げ部を形成することにより、工作機械主軸で要求される高速回転域において、上記の効果を発揮することができる。

また、逃げ部の円周方向側面は柱部の円周方向中心線と平行なストレート面とすることが好ましい。逃げ部の円周方向側面をポケット中心を通る半径線と平行なストレート面とする場合に比べて、同様の効果を得つつ、柱部の先端側内周部の円周方向肉厚を厚くして、柱部の剛性を高めることができる。

あるいは、逃げ部の円周方向側面を柱部の円周方向中心線に近づく方向に傾斜した傾斜面としても良い。これにより、高速回転時における柱部の円周方向側面の先端側内周部と円筒ころの転動面との異常接触をより確実に回避することできると共に、逃げ部の潤滑剤溜りとしての機能を高めることができる。

以上のように本発明に係る円筒ころ軸受によれば、所謂くし形の合成樹脂製保持器を備えた円筒ころ軸受において、前記保持器の環状部の軸方向長さを、円筒ころの軸方向長さの３０〜４０％に設定したから、柱部は相対的に剛性の高い環状部に支持されて、その支持剛性が高められることになるため、柱部が回転時の遠心力により外径側に弾性変形しようとしても、柱部の基端部に不当に大きな弾性変形が生じることを阻止でき、ひいては柱部全体の弾性変形を抑制することが可能となる。これにより、回転時における柱部の先端と円筒ころの転動面との異常接触を防止して、保持器の異常摩耗の防止と軸受温度上昇の抑制を図ることが可能となると同時に、非繰り返し振れ（ＮＲＲＯ）を低減することも可能となる。そして、本発明は、円筒ころが複数列で配列されている複列円筒ころ軸受であって、円筒ころの各列をそれぞれ上記の保持器によって個別的に保持する構成とし、且つ、円筒ころの各列を保持する上記の保持器の環状部同士を軸受中央側で相互に付き合わせた状態で配置する場合に特に好適である。更に、本発明によれば、柱部が回転時の遠心力により外径側に弾性変形した場合であっても、柱部の円周方向側面の基端側内周部に円筒ころの転動面に沿う円弧面として形成されたころ案内部が、円筒ころの転動面との間のポケット隙間が減少する方向（外径側）に変位して、円筒ころの転動面を案内するため、円筒ころの良好な等配機能が確保されると共に、柱部の逃げ部の存在により、高速回転時における円周方向側面の先端側内周部と円筒ころの転動面との異常接触等が回避される。

以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら説明する。

図１は、第１の実施形態に係る複列円筒ころ軸受を示している。この複列円筒ころ軸受は、工作機械の主軸装置において、高速で回転駆動される主軸をハウジングに対して回転自在に支持するもので、複列の軌道面１ａを有する内輪１と、複列の軌道面２ａを有する外輪２と、内輪１の軌道面１ａ及び外輪２の軌道面２ａの相互間に転動自在に配された複列の円筒ころ３と、各列の円筒ころ３をそれぞれ保持する一対の合成樹脂製の保持器４とで構成される。この場合、内輪１の軸方向中央部には中鍔１ｂが設けられ、両端部には外鍔１ｃが設けられている。

外輪２の軌道面２ａの軸方向両外側にはそれぞれ面取り部２ｂが形成されると共に、内輪１の軌道面１ａの軸方向両外側にもそれぞれ相対的に小さな面取り部１ｄが形成されている。この場合、外輪２の面取り部２ｂの傾斜角度α、すなわち外輪２の軌道面２ａにより構成される円筒面に対する面取り部２ｂの傾斜角度αは、１０〜３０°とされている。そして、円筒ころ３の転動面全域は、外輪２の軌道面２ａと面取り部２ｂとの境界位置Ｘよりも軸方向内側に配置されている。また、内輪１は主軸の外周に嵌合され、外輪２はハウジングの内周に嵌合されている。そして、この複列円筒ころ軸受は、例えば、エアオイルやグリース等の微量の潤滑剤で潤滑され、ラジアル内部隙間が負、すなわちラジアル方向の予圧を付与した状態で運転されることが多い。なお、内輪１の内径面はテーパ形状であっても良く、したがってこの内輪１は、テーパ形状に形成した主軸の外周面、あるいは、主軸の外周に嵌合したテーパ状スリーブの外周面に嵌合されるものであっても良い。

図２及び図３に拡大して示すように、保持器４は、例えば、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）、ポリアミド樹脂（ＰＡ：ＰＡ６６、ＰＡ４６）、ポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）等の自己潤滑性を有する合成樹脂（必要に応じてカーボンファイバ（ＣＦ）、グラスファイバ（ＧＦ）等の充填材を所要量配合する。）を射出成形して形成され、環状部４ａと、環状部４ａの内側面４ａ１から軸方向の一方に一体に連続して延びた複数の柱部４ｂと、円周方向に隣接する柱部４ｂの円周方向側面４ｂ１間に形成され、円筒ころ３を回転自在に保持する複数のポケット４ｃとを備えている。複数の柱部４ｂは円周等配位置に配列されている。各ポケット４ｃは円周方向に隣接する柱部４ｂの円周方向側面４ｂ１と環状部４ａの内側面４ａ１とで三方から囲まれ、軸方向の一方に向かって開口している。

この場合、図１及び図３(a)に示すように、保持器４における環状部４ａの軸方向長さ（厚み）Ｔａは、円筒ころ３の軸方向長さＴｄの３０％〜４０％、この第１実施形態では３０％に設定されている。また、保持器４における柱部４ｂの軸方向長さＴｂは、円筒ころ３の軸方向長さＴｄの６５〜７５％、この第１実施形態では７０％に設定されている。

一方、図３(a)、(b)に示すように、保持器４における柱部４ｂの円周方向両側面４ｂ１は、ポケット４ｃのポケット中心Ｏを通るポケットＰＣＤ（同図に示す例では、ポケットＰＣＤは円筒ころ３の中心を通るころＰＣＤと等しい。）から内径側及び外径側に亘って形成された円弧面（円筒面）４ｂ１１と、先端側内周部に設けられた逃げ部４ｂ１２とを備えている。

詳述すると、柱部４ｂの円弧面４ｂ１１は、例えば、ポケット中心Ｏを中心とし、円筒ころ３の半径（Ｄ／２）の１．００５〜１．１倍の半径の円弧で描かれており、その外径端は、ポケット中心Ｏを通る半径線ｒ１と平行なストレート面４ｂ１３と連続している。円周方向に相対向するストレート面４ｂ１３間の離間距離Ｗ１は円筒ころ３の直径Ｄよりも小さく、これにより、ポケット４ｃに対する円筒ころ３の外径側への抜けが規制される。円弧面４ｂ１１の内径端は、基端側においては柱部４ｂの内径端まで延び、先端側においては内周部の逃げ部４ｂ１２に連続している。円周方向に相対向する円弧面４ｂ１１の基端側内周部４ｂ１４間の最小離間距離Ｗ２は円筒ころ３の直径Ｄよりも小さい。この基端側内周部４ｂ１４は、柱部４ｂが回転時の遠心力によって外径側に弾性変形したときに、円筒ころ３の転動面を案内するころ案内部となる。

先端側内周部の逃げ部４ｂ１２は、柱部４ｂの先端から軸線方向に沿って基端部に至る途中部分まで形成され、基端側内周部４ｂ１４よりも柱部４ｂの円周方向中心線ｒ２の側に退避するように肉取りされている。逃げ部４ｂ１２の軸方向長さＬ１は円筒ころ３の軸方向長さＴｄの１０％〜３５％であり、逃げ部４ｂ１２の半径方向の開始位置はポケット中心ＯにおけるポケットＰＣＤの接線ｍ１を基準として内径側にθ≦２０°となるように設定される。角度θは、逃げ部４ｂ１２の半径方向の開始位置とポケット中心Ｏとを結ぶ線ｍ２が接線ｍ１となす角度である。また、逃げ部４ｂ１２の円周方向側面は、柱部４ｂの円周方向中心線ｒ２と平行なストレート面に形成されている。このような態様で形成された逃げ部４ｂ１２は、低速回転時においては円筒ころ３の転動面との間に潤滑剤溜りとなる空間部を形成し、柱部４ｂが高速回転時の遠心力の作用で円周方向中心線ｒ２に沿って外径側に弾性変形したときにおいても、円筒ころ３の転動面とは接触しなくなる。尚、円周方向に相対向する逃げ部４ｂ１２の円周方向側面間の最小離間距離は円筒ころ３の直径Ｄよりも若干小さいが、逃げ部４ｂ１２は円周方向中心線ｒ２に沿って外径側に変位するため、円筒ころ３の転動面とは接触しない。このように、逃げ部４ｂ１２の円周方向側面を円周方向中心線ｒ２と平行なストレート面に形成することにより、半径線ｒ１と平行なストレート面に形成する場合に比べ、柱部４ｂの先端側内周部の円周方向肉厚を厚くして、柱部４ｂの剛性を高めることができる。

図１に示すように、この第１実施形態において、保持器４は転動体案内形式のものであり、軸受回転時、保持器４は柱部４ｂの円周方向側面４ｂ１を円筒ころ３の転動面に接触案内されながら回転する。そして、軸受の回転が所定の高速回転域に達し、柱部４ｂが高速回転時の遠心力により外径側に弾性変形すると、柱部４ｂの円周方向側面４ｂ１の基端側内周部（ころ案内部）４ｂ１４が円筒ころ３の転動面との間のポケット隙間が減少する方向（円周方向中心線ｒ２に沿って外径側）に変位して、円筒ころ３の転動面を案内する。この場合、円筒ころ３の軸方向長さＴｄに対する環状部４ａの軸方向長さＴａの寸法比率は３０％とされ、従来の寸法比率（約２５％程度）よりも大きく設定されているので、環状部４ａの円筒ころ３に対する相対的な厚みが厚くなっている。したがって、図４に示す柱部４ｂの先端の外径側への弾性変形量δが低減される。詳述すると、上記の寸法比率が３０％であると、環状部４ａの剛性ひいては環状部４ａの柱部４ｂに対する支持剛性が高められることになるため、柱部４ｂが高速回転時の遠心力によって外径側に弾性変形した場合であっても、柱部４ｂの先端の弾性変形量δは僅かなものとなる。これにより、円筒ころ３の転動面との接触が適度に回避されると共に、円筒ころ３の良好な等配機能が確保され、高速回転時における非繰り返し振れ（ＮＲＲＯ）が問題のない程度まで低減される。

また、柱部４ｂの軸方向長さＴｂは、円筒ころ３の軸方向長さＴｄの７０％という適切な長さに設定されていることから、柱部４ｂの軸方向長さＴｂが不当に短いことにより円筒ころ３を正規の姿勢で保持する機能が阻害されるという不具合が回避されると共に、柱部４ｂの軸方向長さＴｂが不当に長いことにより柱部４ｂの弾性変形量δを低減させることが困難になるという不具合も回避される。これにより、既述のように円筒ころ３の軸方向長さＴｄに対する環状部４ａの軸方向長さＴａの寸法比率を３０％としたことによる利点が、より一層確実に得られることになる。

しかも、柱部４ｂの円周方向側面４ｂ１の先端側内周部は逃げ部４ｂ１２が設けられていることから、円筒ころ３の転動面との接触がより確実に回避される。そのため、高速回転時における円周方向側面４ｂ１の先端側内周部の異常摩耗が防止されると共に、軸受温度上昇が抑制される。

さらに、円周方向側面４ｂ１の基端側内周部（ころ案内部）４ｂ１４を円筒ころ３の転動面に沿う円弧面とすることにより、柱部４ｂの基端側内周部４ｂ１４の円周方向肉厚が増大して、柱部４ｂの剛性が向上する。そのため、高速回転時の遠心力や円筒ころ３からの荷重による柱部４ｂの外径方向及び円周方向への弾性変形量が小さくなり、これにより、円筒ころ３の良好な等配機能が維持される。

また、円筒ころ３の転動面全域が、外輪２の軌道面２ａと面取り部２ｂとの境界位置Ｘよりも軸方向内側に配設されていることから、円筒ころ３の転動面が、境界位置Ｘを跨いだ状態で接することにより局部的な応力（エッジ応力）が作用するという事態が生じなくなり、円筒ころ軸受の本来的な機能阻害が生じる余地はなくなる。この場合、軌道面２ａと面取り部２ｂとの境界位置Ｘは、取り付け誤差や主軸の熱膨張による内外輪１、２の軸方向相対移動量を考慮して設定する必要がある。

さらに、面取り部２ｂは、軌道面２ａにより構成される円筒面Ａに対して１０〜３０°の傾斜角度をもって形成されていることから、円筒ころ軸受の組立時に、円筒ころ３をスムーズに組み込むことが可能となる。

図５に示す本発明の第２実施形態に係る保持器４は、円筒ころ３の軸方向長さＴｄに対する環状部４ａの軸方向長さＴａの寸法比率を３５％としたものである。その他の構成要素及び作用効果は、第１実施形態に準じるので、両者に共通の構成要素について図５に同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図６に示す本発明の第３実施形態に係る保持器４は、円筒ころ３の軸方向長さＴｄに対する環状部４ａの軸方向長さＴａの寸法比率を４０％としたものである。その他の構成要素及び作用効果は、第１実施形態に準じるので、両者に共通の構成要素について図６に同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図１１に示す保持器４は、円筒ころ３の軸方向長さＴｄに対する環状部４ａの軸方向長さＴａの寸法比率を４５％としたものであって、本発明の趣旨を逸脱するものである。すなわち、この保持器４は、環状部４ａの厚みが過度に厚くなっていることから、円筒ころ３の転動面が、外輪２の軌道面２ａと面取り部２ｂとの境界位置Ｘを跨いで接している。このような構成であると、円筒ころ３の転動面に境界位置Ｘから局部的な応力（エッジ応力）が作用し、円筒ころ軸受の機能面において根本的な問題が生じる。

図７に示す本発明の第４実施形態に係る保持器４は、柱部４ｂの逃げ部４ｂ１２を、その外径端が柱部４ｂの先端から基端部に向かって内径側に傾斜するように形成したものである。その他の構成要素及び作用効果は、第１実施形態または第２実施形態もしくは第３実施形態に準じるので、これらとの共通の構成要素について図７に同一符号を付し、重複する説明を省略する。

図８に示す本発明の第５実施形態に係る保持器４は、柱部４ｂの逃げ部４ｂ１２を、その円周方向側面が柱部４ｂの円周方向中心線ｒ２に近づく方向に傾斜した傾斜面となるように形成したものである。この第５実施形態は、第４実施形態と組み合わせても良い。その他の構成要素及び作用効果は、第１実施形態または第２実施形態もしくは第３実施形態に準じるので、これらとの共通の構成要素について図８に同一符号を付し、重複する説明を省略する。

尚、以上の第１〜第５実施形態において、保持器の案内形式は、転動体案内に限らず、外輪案内や内輪案内でも良い。すなわち、本発明は保持器の案内形式の如何を問わない。また、図１、図５及び図６には、ＮＮ形の複列円筒ころ軸受を例示しているが、本発明はＮＮＵ形、その他の軸受形式の複列円筒ころ軸受にも同様に適用可能である。さらに、本発明は複列円筒ころ軸受に限らず、単列円筒ころ軸受や多列円筒ころ軸受にも同様に適用可能である。また、以上の第１〜第５実施形態は、環状部４ａから軸方向の一方に一体に連続して延びた複数の柱部４ｂの全てに逃げ部４ｂ１２が形成されてなる保持器４に本発明を適用したものであるが、この複数の柱部４ｂの一つおき或いは二つおき等に逃げ部４ｂ１２が形成されている保持器４についても、同様にして本発明を適用することが可能である。

図１に示す円筒ころ３の軸方向長さＴｄに対する環状部４ａの軸方向長さＴａの寸法比率を３０％とした複列円筒ころ軸受（実施例１）と、図５に示す上記の寸法比率を３５％とした複列円筒ころ軸受（実施例２）と、上記の寸法比率を２５％とした従来の複列円筒ころ軸受（比較例１）とを作製し、エアオイル潤滑下で運転して外輪の温度上昇を比較した。その試験結果を図９に示す。

試験条件は下記のとおりである。
軸受品番：ＮＮ３０２０Ｋ
保持器の材質：樹脂
組み込み後のラジアル内部隙間：−５μｍ
円筒ころ：ころ径φ１１ｍｍ、ころ長さ１１ｍｍ、ころＰＣＤφ１２６ｍｍ
潤滑条件：エア量３０ＮＬ／ｍｉｎ、潤滑量０．０２ｍｌ／２０ｍｉｎ、潤滑油粘度ＶＧ３２、ハウジング冷却有り

図９に示すように、軸受回転数が６０００ｒｐｍ（ｄｍｎ＝７６万）以下の回転数領域では、実施例１、２と、比較例１とでは、外輪温度上昇に大きな差異は見られなかったが、軸受回転数が７０００ｒｐｍ（ｄｍｎ＝８８万）付近から１１０００ｒｐｍ（ｄｍｎ＝１３８万）付近までの回転数領域では、実施例１、２と、比較例１とでは、外輪温度上昇に僅かな差異が現れ、特に軸受回転数が１３０００ｒｐｍ（ｄｍｎ＝１６５万）を超えると、実施例１、２と、比較例１とでは、外輪温度上昇に顕著な差が現れた。すなわち、実施例１，２は、軸受回転数が１３０００ｒｐｍ（ｄｍｎ＝１６５万）を超えても、それよりも低い回転数領域での勾配と略同一の勾配で外輪温度が上昇するのに対して、比較例１は、軸受回転数が１３０００ｒｐｍ（ｄｍｎ＝１６５万）を超えた時点で、外輪温度が急激に上昇した。この結果から、比較例１は、高回転数領域において、適切な使用が困難になる場合があるとの結論を得た。なお、実施例１と実施例２とを比較すると、実施例２は、軸受回転数が１５０００ｒｐｍ（ｄｍｎ＝１８９万）を超えても、それよりも低い回転数領域での勾配と略同一の勾配で外輪温度が上昇するのに対して、実施例１は、軸受回転数が１５０００ｒｐｍ（ｄｍｎ＝１８９万）を超えた時点で、外輪温度が急激に上昇した。したがって、実施例２は、実施例１よりも更なる高回転領域での良好な使用が可能である。

更に、図１に示す円筒ころ３の軸方向長さＴｄに対する環状部４ａの軸方向長さＴａの寸法比率を３０％とした複列円筒ころ軸受（実施例１）と、図５に示す上記の寸法比率を３５％とした複列円筒ころ軸受（実施例２）と、上記の寸法比率を２５％とした従来の複列円筒ころ軸受（比較例１）と、上記の寸法比率を１５％とした複列円筒ころ軸受（比較例２）と、図１１に示す上記の寸法比率を４５％とした複列円筒ころ軸受（比較例３）について、ＦＥＭ解析を行い、円筒ころ径と、図４に示す柱部４ｂの第１潤滑剤溜り部４ｂ１２における基端側端部位置の点Ｐの外径方向変形量δとの比をそれぞれ求め、これらを比較した。その比較結果を図１０に示す。

図１０に示すように、実施例１，２では、例えば、軸受回転数が１４０００ｒｐｍ（ｄｍｎ＝１７０万）の回転数領域であれば、上記の比が３％以内に収まっているのに対して、比較例１では、軸受回転数が１４０００ｒｐｍ（ｄｍｎ＝１７０万）の回転数領域であると、上記の比が４％を超えてしまい、更に比較例２では、上記の比が７％を超えてしまっている。すなわち、実施例１、２では、軸受回転数が１４０００ｒｐｍ（ｄｍｎ＝１７０万）の回転数領域であっても、保持器の柱部先端の弾性変形量が、使用上問題とならない程度であるのに対して、比較例１，２では、軸受回転数が１４０００ｒｐｍ（ｄｍｎ＝１７０万）の回転数領域であると、保持器の柱部先端の弾性変形量が、使用の困難を余儀なくされる程度となってしまう。なお、比較例３は、保持器の柱部先端の弾性変形量に関しては問題がないが、既に述べたように構造上の問題を招き、使用が困難である。また、図１０に示す軸受回転数が１００００ｒｐｍ（ｄｍｎ＝１２５万）から２００００ｒｐｍ（ｄｍｎ＝２５０万）までの回転数領域における５種類の特性曲線の勾配は、円筒ころの軸方向長さに対する環状部の軸方向長さの比率が３０％以上では緩やかとなっているが、３０％未満では急勾配となっている。この事を勘案すれば、上記の比率が３０％未満であると、環状部の軸方向長さの設定が、敏感に限界回転数に影響を与えることになるため、上記の比率は３０％以上に設定することが好都合である。

本発明の第１実施形態に係る複列円筒ころ軸受の要部を示す断面図である。 本発明の第１実施形態に係る保持器の要部を示す斜視図である。 図３（ａ）は、本発明の第１実施形態に係る保持器の要部を示す断面図、図３（ｂ）は、その保持器を柱部の先端側から見た部分側面図である。 本発明の第１実施形態に係る保持器の作用を示す要部断面図である。 本発明の第２実施形態に係る複列円筒ころ軸受の要部を示す断面図である。 本発明の第３実施形態に係る複列円筒ころ軸受の要部を示す断面図である。 図７（ａ）は、本発明の第４実施形態に係る保持器の要部を示す斜視図、図７（ｂ）は、その保持器の要部を示す断面図である。 本発明の第５実施形態に係る保持器を柱部の先端側から見た部分側面図である。 試験結果を示す図である。 解析結果を示す図である。 本発明の実施形態を示すものではないが、本発明に関連する複列円筒ころ軸受の要部を示す断面図である。 従来の円筒ころ軸受における保持器を柱部の先端側から見た部分側面図である。 従来の円筒ころ軸受における保持器の柱部が高速回転時の遠心力の作用で外径側に弾性変形したときの状態（実線）と、変形前の状態（点線）とを模式的に示す図である。 従来の複列円筒ころ軸受の要部を示す断面図である。

符号の説明

１ 内輪
２ 外輪
２ａ 外輪の軌道面
２ｂ 外輪の面取り部
３ 円筒ころ
４ 保持器
４ａ 環状部
４ａ１ 内側面
４ｂ 柱部
４ｂ１ 円周方向側面
４ｂ１２ 逃げ部
４ｂ１４ ころ案内部
Ｔａ 保持器の環状部の軸方向長さ
Ｔｂ 保持器の柱部の軸方向長さ
Ｔｄ 円筒ころの軸方向長さ

Claims (4)

1. 内輪と、外輪と、内輪と外輪との間に転動自在に配された複数の円筒ころと、合成樹脂製の保持器とを備え、該保持器は、環状部と、該環状部の内側面から軸方向の一方に延びた複数の柱部と、円周方向に隣接する前記柱部の円周方向側面間に形成され、前記円筒ころを回転自在に保持する複数の円弧状のポケットとを備えている円筒ころ軸受において、
   前記円筒ころが複数列で配列され、前記円筒ころの各列がそれぞれ前記保持器によって個別的に保持されると共に、前記保持器の環状部同士が軸受中央側で相互に付き合わされ、且つ、前記保持器の環状部の軸方向長さを、前記円筒ころの軸方向長さの３０〜４０％に設定し、
   前記保持器の柱部の円周方向側面は、その軸方向基端側部分における内周部に、前記円筒ころの転動面に沿う円弧面として形成され、前記柱部が回転時の遠心力によって外周側に弾性変形したときに、前記円筒ころの転動面を案内するころ案内部を有すると共に、その軸方向先端側部分における内周部に、前記ころ案内部よりも前記柱部の円周方向中心側に退避し、前記柱部が回転時の遠心力によって外周側に弾性変形したときに、前記円筒ころの転動面と半径方向の接触圧を生じない逃げ部を有し、且つ、前記逃げ部の軸方向長さを、前記円筒ころの軸方向長さの１０％〜３５％に設定したことを特徴とする円筒ころ軸受。
2. 前記保持器の柱部の軸方向長さを、前記円筒ころの軸方向長さの６５〜７５％に設定したことを特徴とする請求項１に記載の円筒ころ軸受。
3. 前記内輪及び／又は外輪における前記円筒ころが転動する軌道面の軸方向外側に面取り部が形成されると共に、前記円筒ころの転動面全域が、前記軌道面と前記面取り部との境界位置よりも軸方向内側に配設されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の円筒ころ軸受。
4. 前記面取り部は、前記軌道面により構成される円筒面に対して１０〜３０°の傾斜角度をもって形成されていることを特徴とする請求項３に記載の円筒ころ軸受。