JP5088242B2

JP5088242B2 - 転がり軸受

Info

Publication number: JP5088242B2
Application number: JP2008148191A
Authority: JP
Inventors: 浩関本
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2008-06-05
Filing date: 2008-06-05
Publication date: 2012-12-05
Anticipated expiration: 2028-06-05
Also published as: JP2009293704A

Description

本発明は、高速回転で使用される転がり軸受に関する。

例えば工作機械の主軸を回転自在に支持する転がり軸受については、加工性能を向上させるために、高速回転に耐え得る性能が求められている。この高速回転用の転がり軸受として、保持器の案内面を軌道輪の内周面に摺接させることによって、保持器の回転を案内するタイプのものが提供されている。この転がり軸受については、保持器と軌道輪との摺接部を潤滑するために、給油装置を用いて保持器の案内面に直接オイルエアを噴射したり潤滑油を滴下したりすることが行われている（例えば特許文献１参照）。

また、他の高速回転用の転がり軸受として、軌道輪と保持器との間の潤滑油に動圧を発生させることにより、軌道輪に対して保持器を非接触状態にした状態で、当該保持器の回転を案内する転がり軸受も提案されている（例えば特許文献２参照）。
この転がり軸受は、軌道輪に形成された複数の動圧発生用溝と保持器の案内面との間にくさび状空間を形成し、転がり軸受の高速回転に伴って保持器が回転することにより、各くさび状空間の潤滑油に、所謂くさび効果による動圧を発生させ、この動圧により軌道輪から保持器を浮上させて、軌道輪に対して保持器を非接触状態に維持することができる。

特開平１０−２９２８２１号公報実開平０３−１１１２８号公報

前記給油装置を用いた転がり軸受は、その高速回転に伴って発生する空気による遮蔽（エアカーテン）により、保持器の案内面に十分な潤滑油を供給することができなくなって、保持器が焼き付いたり損傷したりするおそれがあった。

また、前記動圧により軌道輪から保持器を浮上させる転がり軸受は、軌道輪に対して保持器が非接触状態に維持されている限り、保持器が焼き付いたり損傷したりするおそれがないが、高速回転中に保持器に振動が生じて当該保持器の軸線が軌道輪の軸線に対して傾いた場合に、前記くさび状空間の形状が崩れることから、前記くさび効果が減少して動圧が低下し、軌道輪と保持器とが摺接する場合がある。従って、この種の転がり軸受についても、保持器が焼き付いたり損傷したりするおそれがなお残存している。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、保持器の焼き付きや損傷を効果的に抑制することができる転がり軸受を提供することを目的としている。

本発明の転がり軸受は、第１軌道面と、この第１軌道面の側方に設けられた第１円周面とを有する第１軌道輪と、前記第１軌道面に対向する第２軌道面と、前記第１円周面に対向する第２円周面とを有する第２軌道輪と、前記第１軌道面と前記第２軌道面との間に介在した複数の転動体と、前記第１円周面と第２円周面との間に配置された円環部と、この円環部の側面から軸方向に突出した状態で周方向に沿って所定間隔毎に設けられた複数の柱部と、各柱部の相互間に設けられ、前記転動体を保持するポケットとを有する保持器と、を備えた転がり軸受において、
前記保持器の円周面に沿って環状隙間を設けて配置された可撓性を有する環状のトップフォイルと、前記第１円周面と前記トップフォイルとの間に介在し、前記トップフォイルの径方向への弾性変形を許容し、且つ前記保持器の軸線の傾きに応じて前記トップフォイルの軸線の傾きを許容した状態で当該トップフォイルを支持する環状のバンプフォイルとを有し、前記保持器の回転に伴って前記環状隙間に流体膜を生成して、前記保持器の回転をトップフォイルに対して非接触状態で案内する保持器案内手段を備え、
前記トップフォイル及びバンプフォイルは、それぞれ円周上の一箇所において分断されており、前記トップフォイルの一端部は、その一端部に前記バンプフォイルの一端部を当接させた状態で、当該バンプフォイルの一端部とともに、前記第１軌道輪の第１円周面に溶接されていることを特徴としている。

この構成によれば、保持器の回転に伴って当該保持器の円周面と保持器支持手段のトップフォイルとの間の環状隙間に流体膜を生成して、当該保持器の回転をトップフォイルに対して非接触状態で案内することができる。このため、保持器とトップフォイルとが強く摺接することに起因して当該保持器が焼き付いたり損傷したりするのを防止することができる。

また、前記軌道輪の軸線に対して保持器の軸線が傾いた場合に、その傾きに応じて前記トップフォイルの軸線の傾きを許容することができるので、当該保持器の円周面の傾きに対して、前記トップフォイルの周面を倣わすことができる。このため、保持器の円周面とトップフォイルとの間の流体膜が途切れるのを防止することができる。この結果、保持器の円周面とトップフォイルとが強く摺接するのを防止することができる。

本発明の転がり軸受によれば、保持器とトップフォイルとが摺接するのを防止することによって当該保持器が焼き付いたり損傷したりするのを効果的に防止することができる。

次に、本発明に係る転がり軸受の好ましい実施形態について、添付図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る転がり軸受１の断面図であり、図２は、図１のＡ−Ａ矢視拡大断面図である。本実施形態の転がり軸受１はアンギュラ玉軸受からなり、回転軸Ｓを高速回転可能に支持するものである。この転がり軸受１は、固定輪である第１軌道輪としての外輪１１と、回転輪である第２軌道輪としての内輪１２と、前記外輪１１と内輪１２との間に配置されたボールからなる複数の転動体１３と、この転動体１３を周方向に沿って所定間隔毎（この実施形態では一定間隔毎）に保持する円筒状の保持器１４と、この保持器１４の回転を案内する回転案内手段１５とを備えている。

前記外輪１１の内周の軸方向中央部には、前記転動体１３が転走する第１軌道面１１ａが形成されており、当該内周の軸方向両端部には、第１軌道面１１ａの直径よりも拡径された第１円周面１１ｂがそれぞれ形成されている。各第１円周面１１ｂの母線は、外輪１１の軸線と平行である。
前記内輪１２は、外輪１１と同心に設けられており、その内周面が回転軸Ｓの外周に一体回転可能に嵌合されている。この内輪１２の外周には、前記第１軌道面１１ａに対向させて第２軌道面１２ａが形成されているとともに、外輪１１の各第１円周面１１ｂに対向させて、二つの第２円周面１２ｂが形成されている。

前記保持器１４は、軸方向に所定間隔離して対向配置された一対の円環部１４ａと、この円環部１４ａの側面から軸方向に突出した状態で周方向に沿って所定間隔毎（この実施形態では一定間隔毎）に設けられた複数の柱部１４ｂと、各柱部１４ｂの相互間に設けられ、前記転動体１３を保持するポケット１４ｃとを備えている。前記円環部１４ａは、外輪１１の第１円周面１１ｂと内輪１２の第２円周面１２ｂとの間に配置されている。また、前記一対の円環部１４ａは柱部１４ｂによって互いに連結されている。

前記回転案内手段１５は、環状のトップフォイル１６と、このトップフォイル１６を弾性的に支持する環状のバンプフォイル１７とを備えており、これらは外輪１１の各第１円周面１１ｂと保持器１４の各円環部１４ａの外周面（円周面）１４ｄとの間にそれぞれ設けられている。

前記トップフォイル１６は、保持器１４の円環部１４ａの外周面１４ｄに対して回転停止状態では、ほぼ環状隙間Ｇ１のない状態であり、円環部１４ａの外周面１４ｄと、前記トップフォイル１６との相対回転速度が高速になるにつれ（例えばこの相対回転速度がおよそ３０００ｍｉｎ−１を超えると）数μｍ程度の環状隙間Ｇ１が形成された状態になる。このように、前記トップフォイル１６は、当該外周面１４ｄに沿って前記円環部１４ａと同心に設けられている。このトップフォイル１６は、保持器１４の高速回転に伴って前記環状隙間Ｇ１に巻き込まれた空気の圧力（流体圧）によって、径方向へ弾性変形可能な可撓性を有している。また、前記トップフォイル１６は、ステンレス鋼等の金属製の薄板によって形成されており、その厚みは、トップフォイル１６の直径及び材質等に応じて例えば５０〜４００μｍ程度に設定される。
なお、前記トップフォイル１６は、円周上の一箇所において分断されており、その一端部１６ａは径方向外方へ屈折されてバンプフォイル１７に当接させてある。

前記バンプフォイル１７は、外輪１１の第１円周面１１ｂに嵌合された第１円弧部１７ｃと、この第１円弧部１７ｃから径方向内方へ突出する第２円弧部１７ｄとを、周方向に沿って交互に形成したほぼ波形状のものである。このバンプフォイル１７はステンレス鋼等からなる金属薄板をプレス成形することによって形成されている。

前記バンプフォイル１７は、その第２円弧部１７ｄのそれぞれの頂部に前記トップフォイル１６を内接させることにより、当該トップフォイル１６を周方向に沿って一定間隔毎に支持している。従って、前記トップフォイル１６は、環状隙間Ｇ１の流体圧が定常値以下の場合は、隣り合う第２円弧部１７ｄの頂部の相互間においてのみ、径方向外方への弾性変形が許容されている。なお、トップフォイル１６の母線は、トップフォイル１６に負荷が作用していない状態において、外輪１１の軸線と平行になっている。

各第２円弧部１７ｄは、トップフォイル１６を弾性的に支持することによって、当該トップフォイル１６の軸線の傾きを許容している。すなわち、各第２円弧部１７ｄは、通常、その頂部を通る母線Ｍが外輪１１の軸線Ｌ１に対して平行になっているが（図３二点鎖線参照）、トップフォイル１６の軸線Ｌ２が外輪１１の軸線Ｌ１に対して傾いた場合には、その傾きに追従して弾性変形することにより、前記母線Ｍが外輪１１の軸線Ｌ１に対して傾くのを許容している（図３実線参照）。前記トップフォイル１６の軸線Ｌ２の傾きは、保持器１４の軸線Ｌ３が外輪１１の軸線Ｌ１に対して傾くことによって、環状隙間Ｇ１の径方向幅が狭くなって、当該環状隙間Ｇ１の流体圧が定常値を超えた場合にもたらされる。なお、図３においては、トップフォイル１６の軸線Ｌ２の傾きを誇張して描いており、実際の傾きはきわめて微小である。
前記バンプフォイル１７は、円周上の一箇所において分断されており、その一端部１７ａは、前記トップフォイル１６の一端部１６ａとともに、外輪１１の第１円周面１１ｂに溶接されている。

以上の構成の転がり軸受１によれば、内輪１２の高速回転に伴って保持器１４が回転すると、その円環部１４ａの外周面１４ｄとトップフォイル１６との間の環状隙間Ｇ１に空気が巻き込まれ、その流体圧によって、トップフォイル１６ｂが径方向外方へ弾性変形しようとする。ここに、前記トップフォイル１６のうちの、バンプフォイル１７の第２円弧部１７ｄの頂部に接触している部分は、当該第２円弧部１７ｄよって弾性変形が規制されているので、トップフォイル１６のうちの前記頂部と接触してない部分が径方向外方へ弾性変形することになる。これにより、前記環状隙間Ｇ１にくさび状空間が形成されるので、当該環状隙間Ｇ１内に動圧を発生させて流体膜を生成することができる。このため、この生成された流体膜によって、保持器１４の回転をトップフォイル１６に対して非接触状態で案内することができる。従って、保持器１４とトップフォイル１６とが強く摺接することに起因して当該保持器１４が焼き付いたり損傷したりするのを防止することができる。

また、保持器１４が振動することによって、図３に示すように、前記外輪１１の軸線Ｌ１に対して保持器１４の軸線Ｌ３が角度θだけ傾くと、同図において右端部側の環状隙間Ｇ１が狭くなって当該環状隙間Ｇ１における流体圧が定常値を超えることになる。これによって、トップフォイル１６及びバンプフォイル１７の第２円弧部１７ｄの前記右端部側が、前記流体圧に押圧されて、径方向外方へ弾性変形する。この結果、保持器１４の傾きに倣うように前記トップフォイル１６の軸線を傾けることができる。このため、環状隙間Ｇ１を適正な隙間に維持して流体膜が途切れるのを防止することができる。従って、外輪１１の軸線Ｌ１に対して保持器１４の軸線Ｌ３が傾いた場合でも、保持器１４の円環部１４ａの外周面１４ｄとトップフォイル１６とが強く摺接するのを防止することができる。よって、保持器１４とトップフォイル１６とが強く摺接することに起因して当該保持器１４が焼き付いたり損傷したりするのを効果的に防止することができる。

また、前記流体膜を生成できない低速回転中において、保持器１４の振動が生じた場合には、当該保持器１４が偏心して、その円環部１４ａの外周面１４ｄがトップフォイル１６を押圧するおそれがある。しかし、この場合には、バンプフォイル１７の第２円弧部１７ｄの弾性によって、前記接触時に生じる衝撃を緩和することができるので、保持器１４の振動を短時間に減衰させることができる。このため、保持器１４がトップフォイル１６に繰り返し接触することに起因して損傷するのを防止することができる。

図４は他の実施の形態を示す断面図であり、図５はそのＢ−Ｂ矢視拡大断面図である。この実施の形態が図１に示す実施の形態と主に異なる点は、固定輪である第１軌道輪を内輪２１で構成し、この内輪２１側の外周に、第１軌道面２１ａを挟んで二つの第１円周面２１ｂを形成した点、回転輪である第２軌道輪を外輪２２で構成し、この外輪２２側の内周に、前記二つの第１円周面２１ｂに対向させた状態で、第２軌道面２２ａの肩部及びカウンタボアの内径と等しい二つの第２円周面２２ｂを形成した点、並びに回転案内手段１５を、内輪２１の各第１円周面２１ｂと保持器１４の内周面１４ｅとの間に配置した点である。

この実施の形態において、前記回転案内手段１５のトップフォイル１６は、保持器１４の円環部１４ａの内周面１４ｅに対して回転停止状態では、ほぼ環状隙間Ｇ２のない状態であり、円環部１４ａの内周面１４ｅと、前記トップフォイル１６との相対回転速度が高速になるにつれ（例えばこの相対回転速度がおよそ３０００ｍｉｎ−１を超えると）環状隙間Ｇ２が形成された状態になる。このように、トップフォイル１６は、当該内周面１４ｅに沿って設けられている。また、回転案内手段１５のバンプフォイル１７は、その第２円弧部１７ｄの頂部を軸方向外方に向けた状態で、内輪２１の第１円周面２１ｂに沿って配置されている。

この実施の形態においても、保持器１４の回転に伴って環状隙間Ｇ２内に動圧を発生させて流体膜を生成することができ、この生成された流体膜によって、保持器１４の回転をトップフォイル１６に対して非接触状態で案内することができる。
また、保持器１４の軸線が内輪２１の軸線に対して傾いた場合には、保持器１４の傾きに倣うように前記トップフォイル１６の軸線を傾けて、環状隙間Ｇ２内の流体膜が途切れるのを防止することができる。従って、保持器１４とトップフォイル１６とが強く摺接することに起因して当該保持器１４が焼き付いたり損傷したりするのを効果的に防止することができる。

なお、本発明は、前記実施の形態に限定されるものではない。例えば、バンプフォイル１７については、前記ほぼ波形状のものに代えて、トップフォイル１６に弾性的に接触する羽根状の板ばねを周方向に沿って所定間隔ごとに切り起こした環状体を採用することもできる。また、冠形保持器のように円環部１４ａを軸方向の片側のみに形成した保持器を用いた転がり軸受については、回転案内手段１５を片側のみに形成して実施される。

本発明の一実施形態に係る転がり軸受の断面図である。図１のＡ−Ａ矢視拡大断面図である。バンプフォイルの変形状態を説明するための要部拡大断面図である。他の実施形態に係る転がり軸受の断面図である。図４のＢ−Ｂ矢視拡大断面図である。

符号の説明

１転がり軸受
１１外輪（第１軌道輪）
１１ａ第１軌道面
１１ｂ第１円周面
１２内輪（第２軌道輪）
１２ａ第２軌道面
１２ｂ第２円周面
１３転動体
１４保持器
１４ａ円環部
１４ｂ柱部
１４ｃポケット
１４ｄ保持器の外周面（円周面）
１５回転案内手段
１６トップフォイル
１７バンプフォイル
２１内輪（第１軌道輪）
２１ａ第１軌道面
２１ｂ第１円周面
２２外輪（第２軌道輪）
２２ａ第２軌道面
２２ｂ第２円周面
Ｇ１，Ｇ２環状隙間

Claims

第１軌道面と、この第１軌道面の側方に設けられた第１円周面とを有する第１軌道輪と、
前記第１軌道面に対向する第２軌道面と、前記第１円周面に対向する第２円周面とを有する第２軌道輪と、
前記第１軌道面と前記第２軌道面との間に介在した複数の転動体と、
前記第１円周面と第２円周面との間に配置された円環部と、この円環部の側面から軸方向に突出した状態で周方向に沿って所定間隔毎に設けられた複数の柱部と、各柱部の相互間に設けられ、前記転動体を保持するポケットとを有する保持器と、
を備えた転がり軸受において、
前記保持器の円周面に沿って環状隙間を設けて配置された可撓性を有する環状のトップフォイルと、前記第１円周面と前記トップフォイルとの間に介在し、前記トップフォイルの径方向への弾性変形を許容し、且つ前記保持器の軸線の傾きに応じて前記トップフォイルの軸線の傾きを許容した状態で当該トップフォイルを支持する環状のバンプフォイルとを有し、前記保持器の回転に伴って前記環状隙間に流体膜を生成して、前記保持器の回転をトップフォイルに対して非接触状態で案内する保持器案内手段を備え、
前記トップフォイル及びバンプフォイルは、それぞれ円周上の一箇所において分断されており、
前記トップフォイルの一端部は、その一端部に前記バンプフォイルの一端部を当接させた状態で、当該バンプフォイルの一端部とともに、前記第１軌道輪の第１円周面に溶接されていることを特徴とする転がり軸受。