JP5145742B2

JP5145742B2 - 玉軸受

Info

Publication number: JP5145742B2
Application number: JP2007079505A
Authority: JP
Inventors: 浩関本
Original assignee: JTEKT Corp
Current assignee: JTEKT Corp
Priority date: 2007-03-26
Filing date: 2007-03-26
Publication date: 2013-02-20
Anticipated expiration: 2027-03-26
Also published as: EP1975432A1; JP2008240806A; EP1975432B1

Description

本発明は、玉軸受に関する。

従来、玉軸受としては、内輪、外輪、玉および保持器を有し、上記保持器が、二つの環状部を複数の柱部で連結してなっているものがある。

また、内輪が回転軸に外嵌される一方、外輪がハウジングに内嵌され、上記外輪の内周面が、上記保持器の二つの環状部のうちの少なくとも一方の外周面を案内しているものがある。

上記構成の玉軸受において、内輪が高速回転している際、甲高くて耳障りな保持器音が発生することがある。特にグリース潤滑の場合は、油潤滑の場合と比べて、この保持器音が発生し易いことがわかっている。
実開平６−３２７４４号公報（第１図）

そこで、この発明の課題は、内輪が数万回転の回転速度で高速回転している際においても、保持器音が発生しにくい玉軸受を提供することにある。

この課題を解決するために、この発明の玉軸受は、
軌道溝を有する外輪と、
軌道溝を有する内輪と、
上記外輪の上記軌道溝と上記内輪の上記軌道溝との間に配置された玉と、
上記外輪の軸方向において上記玉の少なくとも一方の側に、上記外輪の周面に案内される環状の案内部を有すると共に、上記玉を保持する樹脂製の保持器と
を備え、
上記案内部は、
上記保持器の軸方向の外方側の端面から径方向の外方に行くにしたがって上記軸方向の内側に向かうように傾斜する外周円錐面と、
上記外周円錐面に繋がる外周円筒面と
を有し、
上記外周円筒面の上記軸方向の長さは、上記玉の直径の８.２％以下であり、
上記内輪は、２００００［ｒ／ｍｉｎ］以上の回転速度で回転することがある回転軸に固定され、
上記外輪および上記内輪で囲まれる空間には、グリースが封入されていることを特徴としている。

本発明者は、保持器音の原因を調査し、保持器音と、軌道輪の周面に案内される保持器の案内部の軸方向の長さとに相関があることをつきとめた。

また、保持器の上記案内部の外周円筒面の軸方向の長さが、玉の直径の８.２％以下になると、内輪の回転速度を数万回転／分に設定した複数の実験において、保持器音が発生する事象の数が、実験の総数の２５％程度の数まで急激に小さくなることを発見した。

本発明によれば、保持器の上記案内部の外周円筒面の軸方向の長さが、玉の直径の８.２％以下であるから、内輪の回転速度が高速であっても、保持器音が鳴る可能性を、２５％程度まで低減できる。

また、本発明によれば、上記案内部の軸方向の長さを小さくするだけで、保持器音が鳴る可能性を小さくすることができるから、工数をかけずに簡単安価に保持器音が鳴る可能性を小さくすることができる。

また、一実施形態では、
上記外輪の軸方向において上記玉の両方の側に、上記外輪の内周面に案内される上記環状の案内部を有する。

本発明の玉軸受によれば、第１軌道輪の周面に案内される保持器の案内部の外周円筒面の軸方向の長さが、玉の直径の８.２％以下であるから、内輪の回転速度が高速であっても、保持器音が鳴る可能性を、２５％程度まで低減できる。

また、本発明の玉軸受によれば、上記案内部の軸方向の長さを小さくするだけで、保持器音が鳴る可能性を小さくすることができるから、工数をかけずに簡単安価に保持器音が鳴る可能性を小さくすることができる。

以下、この発明を図示の形態のより詳細に説明する。

図１は、本発明の第１実施形態の玉軸受の軸方向の断面図である。

この玉軸受は、所謂アンギュラ玉軸受であり、工作機械の主軸とハウジングとの間に設定されている。上記主軸は、運転中、数万回転の回転速度で回転するようになっている。上記玉軸受は、第１軌道輪としての外輪４、第２軌道輪としての内輪５、複数の玉６、保持器７、第１シール部材８、および、第２シール部材９を備える。

上記外輪４は、内周に軌道溝４ａを有し、軌道溝４ａの軸方向の一方の側の肩部は、円筒内周面４ｂを有する一方、軌道溝４ａの軸方向の他方の側の肩部は、円筒内周面４ｃを有している。また、上記外輪４は、上記一方の側の肩部の軸方向の外方に、環状の第１シール部材嵌入溝を有する一方、上記他方の側の肩部の軸方向の外方に、環状の第２シール部材嵌入溝を有している。

一方、上記内輪５は、外周に軌道溝５ａを有している。上記内輪５は、軌道溝５ａの上記軸方向の一方の側に、カウンタボア５ｂを有し、軌道溝５ａの上記軸方向の一方の側に、軸方向の外方に行くにしたがって外径が小さくなる外周円錐面を有している。また、上記内輪５は、軌道溝５ａの上記軸方向の他方の側に、肩部を有すると共に、肩部の軸方向の外方に、環状のシール部材収容溝を有している。

上記複数の玉６は、外輪４の軌道溝４ａと、内輪５の軌道溝５ａとの間に、保持器７によって保持された状態で、周方向に互いに間隔をおいて配置されている。上記保持器７は、第１環状部１４、第２環状部１５、および、複数の柱部（図示せず）を有している。上記各柱部は、第１環状部１４と第２環状部１５とを連結している。上記複数の柱部は、第１環状部１４の周方向に互いに間隔をおいて配置されている。

上記第１環状部１４の外周面は、径方向の外方に突出する突出部７ｂを有している。突出部７ｂは、外周円筒面を有し、この外周円筒面の軸方向の長さ７ｄは、玉６の直径の８.２％以下に設定されている。また、第２環状部１５の外周面は、径方向の外方に突出する突出部７ｃを有している。突出部７ｃは、外周円筒面を有し、この外周円筒面の軸方向の長さ７ｅは、玉６の直径の８.２％以下に設定されている。上記突出部７ｂの外周円筒面と、上記突出部７ｃの外周円筒面とは、案内部の外周円筒面を構成している。

上記第１シール部材８の径方向の外方の端部は、外輪４の第１シール部材嵌入溝に嵌入されている一方、第１シール部材８の径方向の内方の端部は、外輪４の上記外周円錐面に僅かな隙間を介して径方向に対向している。一方、第２シール部材９の径方向の外方の端部は、外輪４の第２シール部材嵌入溝に嵌入されている一方、第２シール部材９の径方向の内方の端部は、内輪５のシール部材収容溝内に、シール部材収容溝の内面に非接触な状態で収容されている。

第１シール部材８と第２シール部材９とで、外輪４と内輪５との間の空間を密封することにより、外部から軌道溝４ａ,５ａや玉５を保護している。また、第１シール部材８、第２シール部材９、外輪４および内輪５で囲まれる空間には、グリースが封入されている。グリースによって、軌道溝４ａ,５ａや玉５を潤滑し、軌道溝４ａ,５ａや玉５の焼付きを防止している。

本発明者は、上記第１実施形態の玉軸受との比較において、上記案内部の外周円筒面の軸方向の長さのみが異なり、他の構成要件は同一である多数の玉軸受において、保持器音の発生の有無を調査した。

一実験例では、試験軸受として、型番が、３ＮＣ７０００Ｃ−１３／２Ｂ２ＲＵＰＡ（玉の直径：４．７６２５ｍｍ（３／１６’’））で、７０００相当グリースを封入した、保持器レース案内の玉軸受において、上記案内部の外周円筒面の軸方向の長さを変えた多数の玉軸受を使用し、各試験軸受において、回転速度を、０ｒ／ｍｉｎから６００００ｒ／ｍｉｎまで徐々に上げて、回転を上げる過程で大きな保持器音が発生するか否かを調査した。調査は、各試験軸受において、２０回実施した。また、２００００ｒ／ｍｉｎから４００００ｒ／ｍｉｎの間において、甲高くて耳障りな音が不規則に発生した場合に、保持器音が発生しているものと判断した。

以下の表１は、一実験例の試験結果の一部を示す表であり、図２は、一実験例の試験結果の一部を示す図である。尚、詳述しないが、本発明者は、様々な型番の軸受と、様々なグリースの組み合わせで、上述の試験と同じ試験を行い。保持器音の発生の有無の調査を行った。そして、上記一実験例と同じ傾向の結果が得られることを確認した。

［表１］

表１および図２に示すように、案内部の外周円筒面の玉径（玉の直径）に対する割合が１１．１％以上の試料（1）および（2）では、保持器音発生率が１００％であるのに対し、案内部の外周円筒面の玉径（玉の直径）に対する割合が８.２％の試料（3）では、保持器音発生率が２５％まで急激に低下している。更に、案内部の外周円筒面の玉径（玉の直径）に対する割合が５.６の試料（4）では、保持器音発生率が更に１０％まで低下している。

このことから、案内部の外周円筒面の玉径（玉の直径）に対する割を８.２％以下にすると、保持器音が発生する確率を２５％以下に急激に小さくすることができる。

上記第１実施形態の玉軸受によれば、保持器の上記案内部の外周円筒面の軸方向の長さが、玉の直径の８.２％以下であるから、保持器の上記案内部の外周円筒面の軸方向の長さが、玉の直径の１１.１％のとき１００％であった保持器音が鳴る可能性を、内輪４の回転速度が高速であっても、２５％程度まで急激に低減できる。

保持器音が発生するメカニズムは定かではないが、本発明者は、保持器の軌道輪の周面への衝突（跳ね返り）が、保持器の自励振動に同期して起こって、保持器の振動のエネルギーが過大になって、保持器音が発生するのではないかと推察している。

本発明において、保持器の材料は、限定されることはなく、樹脂材料であれば如何なる材料であっても良い。しかしながら、高速仕様の保持器の材料としては、弾性率が大きい硬い材料の方が好ましい。具体的には、保持器の材料として、ＰＡＩ（芳香族ポリアミド−イミド樹脂）や、グラファイトを含むＰＩ（ポリイミド）や、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）等を使用すると好ましい。

尚、上記第１実施形態の玉軸受では、上記第１および第２環状部１４,１５の外周面が、径方向の外方に突出する突出部７ｂ,７ｃを有し、突出部７ｂ,７ｃの外周円筒面が、案内部の外周円筒面を構成していたが、この発明では、保持器の環状部の外周面が、突出部を有さない一方、断面台形状の形状を有し、その台形の上底の軸方向の長さが玉径の８.２％以下に設定されていても良い。

また、上記第１実施形態の玉軸受では、案内部が、軸方向の玉６の一方の側に一つ存在すると共に、軸方向の玉６の他方の側に一つ存在し、案内部が、軸方向の玉６の両側に存在したが、この発明では、案内部は、軸方向の玉の一方の側のみに一つのみ存在しても良い。

また、上記第１実施形態の玉軸受は、アンギュラ玉軸受であったが、この発明の玉軸受は、深溝玉軸受であっても良い。

図３は、参考例の玉軸受の軸方向の断面図である。

参考例の玉軸受は、保持器１０７の第１環状部１１４の外周面が、環状の凸面１２０になっていると共に、第２環状部１１５の外周面が、環状の凸面１２１になっている点が、第１実施形態の玉軸受と異なっている。

参考例の玉軸受では、第１実施形態の玉軸受の構成部と同一構成部には同一参照番号を付して説明を省略することにする。また、参考例の玉軸受では、第１実施形態の玉軸受と共通の作用効果および変形例については説明を省略することにし、第１実施形態の玉軸受と異なる構成、作用効果についてのみ説明を行うことにする。

参考例の玉軸受では、保持器１０７の第１環状部１１４の外周面が、環状の凸面１２０になっていると共に、第２環状部１１５の外周面が、環状の凸面１２１になっている。別の言葉で言えば、保持器の軸方向の断面図において、第１環状部１１４の外周面は、径方向の外方に凸の滑らかな曲線になっていると共に、第２環状部１１５の外周面は、径方向の外方に凸の滑らかな曲線になっている。各凸面１２０,１２１の先端（径方向の最外方の箇所）１１４ａ,１１５ａは、案内部を構成している。

参考例の玉軸受では、保持器１０７の軸方向の断面図において、案内部が、一点で構成されている。したがって、案内部の軸方向の長さが理論上考えられる最小の値であるから、内輪５の回転速度が高速であっても、保持器音が鳴ることを防止できる。

本発明の第１実施形態の玉軸受の軸方向の断面図である。一実験例の試験結果の一部を示す図である。参考例の玉軸受の軸方向の断面図である。

４外輪
４ａ軌道溝
４ｂ,４ｃ円筒内周面
５内輪
５ａ軌道溝
６玉
７,１０７保持器
７ｂ,７ｃ突出部
７ｄ,７ｅ外周円筒面の軸方向の長さ
１４,１１４第１環状部
１５,１１５第２環状部
１１４ａ,１１５ａ凸面の先端
１２０,１２１凸面

Claims

軌道溝を有する外輪と、
軌道溝を有する内輪と、
上記外輪の上記軌道溝と上記内輪の上記軌道溝との間に配置された玉と、
上記外輪の軸方向において上記玉の少なくとも一方の側に、上記外輪の周面に案内される環状の案内部を有すると共に、上記玉を保持する樹脂製の保持器と
を備え、
上記案内部は、
上記保持器の軸方向の外方側の端面から径方向の外方に行くにしたがって上記軸方向の内側に向かうように傾斜する外周円錐面と、
上記外周円錐面に繋がる外周円筒面と
を有し、
上記外周円筒面の上記軸方向の長さは、上記玉の直径の８.２％以下であり、
上記内輪は、２００００［ｒ／ｍｉｎ］以上の回転速度で回転することがある回転軸に固定され、
上記外輪および上記内輪で囲まれる空間には、グリースが封入されていることを特徴とする玉軸受。
請求項１に記載の玉軸受において、
上記外輪の軸方向において上記玉の両方の側に、上記外輪の内周面に案内される上記環状の案内部を有することを特徴とする玉軸受。