JP5703494B2 - 玉軸受 - Google Patents

Description

本発明は、玉軸受に関し、より詳細には、一般産業機械等で使用される各種モータ等において回転軸受部に用いられる玉軸受に関する。

従来、一般産業機械等で使用される各種モータ等において回転軸受部に用いられる玉軸受としては、図６に示した玉軸受１０のように、外輪軌道溝２４が形成された内周面２２を有する外輪２０と、内輪軌道溝３４が形成された外周面３２を有する内輪３０と、が同心に配置され、外輪軌道溝２４と内輪軌道溝３４との間には複数の玉４０が転動自在に配置されたものが知られている。これら複数の玉４０を転動自在に保持する波型プレス保持器５０には複数のポケット５２が設けられている。

図７に示すように、波型プレス保持器５０は、金属板材をプレス成形することによって形成され、一対のリング部材６４，６４をリベット６６で結合することにより構成されている。一対のリング部材６４，６４の円周方向には複数のポケット５２が等間隔に設けられている。各ポケット５２は、球状の玉４０を保持するように、玉４０の外表面の曲率半径Ｒよりも僅かに大きな曲率半径Ｒ_１を有する断面円弧状の球状凹面５２ａに形成され、玉４０を包むように保持している（図８（ｂ）参照）。

すなわち、ポケット５２の球状凹面５２ａと玉４０との間にはポケット隙間が形成され、玉４０の回転に伴い玉４０の表面と球状凹面５２ａがグリースや油等の潤滑剤を介して接触し、この隙間を介して玉４０とポケット５２は相対運動しながら回転する。

曲率半径Ｒの玉４０を保持するポケット５２の設計は、図８（ａ）〜（ｃ）に示すように、球状凹面５２ａの曲率半径Ｒ_１と、ポケット５２の中心Ｏとポケット５２の球状凹面５２ａとの軸方向最大距離であるポケット深さＨと、を元に行われ、保持器５０のポケット５２の形状に応じて、外輪２０、内輪３０、玉４０、保持器５０の干渉が決定される。この玉軸受１０においては、軸受回転中、保持器５０が、外輪２０の外輪溝肩２６の内周面２８又は内輪３０の内輪溝肩３６の外周面３８に接触しないように設計されており、保持器５０は玉４０の公転に案内されて回転する(転動体案内される)。一般的に、保持器５０のポケット隙間が広すぎると、保持器５０の挙動が大きくなり（振れ回りを生じて）振動・騒音の悪化に繋がり、逆に狭すぎると、玉４０と保持器５０の接触部における摩擦が大きくなり、トルクの増加に繋がる。

ところで、通常、玉軸受１０には用途に応じて荷重が負荷され、図９に示すように、外輪２０と内輪３０との間にミスアライメントが生じ、さらにその影響は、玉４０を介して保持器５０にも及ぼされることとなる。つまり、図９は外輪２０を固定し、内輪３０にラジアル荷重、アキシアル荷重が負荷された玉軸受１０がミスアライメントを生じている様子を描いたものである。

図１０は、玉軸受１０がミスアライメントを生じている際に、保持器５０に加わる荷重について示したものであり、各玉４０に不等配（進み遅れ）が起こり、保持器５０と玉４０との間に矢印方向に荷重が加わることで、保持器５０は変位、拘束される。

このとき、保持器５０の変位方向（図１０中における上側）、すなわち方位角０°における玉４０はポケット５２の球状凹面５２ａの内径側と接触し、一方、方位角１８０°における玉４０はポケット５２の球状凹面５２ａの外径側と接触する。ポケット５２の球状凹面５２ａの内径側や外径側で接触する荷重は大きく、荷重、ミスアライメントが大きい場合には、保持器５０が破損することがある。
保持器５０が破損しない場合でも、ポケット５２の球状凹面５２ａの外径側及び内径側に摩耗が生じる可能性や、直径系列８，９，０など薄肉の軸受に用いられる保持器のように、保持器の剛性が低い場合にはポケットに変形が生じる可能性がある。

ここで、保持器のポケットに作用する荷重を減少させるために、特許文献１に記載の玉軸受の保持器のように、保持器のポケット隙間を径方向に大きく形成することが考えられる。

特開２００８−２８１０６５号公報

しかしながら、特許文献１に記載の玉軸受の保持器では、保持器の変位が大きくなるため、保持器が外輪や内輪の溝肩と接触することがある。したがって、保持器のポケットに作用する荷重は小さくなるものの、保持器には外輪や内輪との接触荷重が発生してしまうため、保持器が破損してしまう虞れがある。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、玉軸受にアキシアル荷重及びラジアル荷重が負荷され、外輪と内輪と間にミスアライメントが生じた場合であっても、保持器の破損を防止することができる玉軸受を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） 外輪軌道溝が形成された内周面を有する外輪と、
内輪軌道溝が形成された外周面を有する内輪と、
前記外輪軌道溝と前記内輪軌道溝との間に転動自在に設けられた複数の玉と、
前記複数の玉を転動自在に保持する複数のポケットを有する波型プレス保持器と、
を備えた玉軸受において、
前記波型プレス保持器は、前記外輪軌道溝の軸方向両側に形成された外輪溝肩又は前記内輪軌道溝の軸方向両側に形成された内輪溝肩に案内され、
前記波型プレス保持器の案内面と、該案内面を案内する前記外輪溝肩の内周面又は前記内輪溝肩の外周面と、の間の直径案内隙間をＣｇとし、
前記玉の直径をＤｗとし、
前記ポケット内において前記玉と前記保持器が周方向の一方と他方でそれぞれ複数の点にて接触する時の前記玉の周方向の最大変位量をδｃとし、径方向の最大変位量をδｒとしたとき、
０．０４Ｄｗ＜δｃ、且つＣｇ＜δｒであることにより前記外輪と前記内輪との間にミスアライメントが生じても前記波型プレス保持器の破損を防止することを特徴とする玉軸受。
（２） 前記外輪溝肩の内周面又は前記内輪溝肩の外周面の表面粗さＲａが１μｍ以下であることを特徴とする（１）に記載の玉軸受。
（３） 内径が３０ｍｍ以上であることを特徴とする（１）または（２）に記載の玉軸受。
（４） 直径系列は０以下であることを特徴とする（１）〜（３）のいずれか１つに記載の玉軸受

本発明の玉軸受によれば、波型プレス保持器は外輪溝肩又は内輪溝肩に案内され、Ｃｇ＜δｒ、且つ０．０４Ｄｗ＜δｃとしたことによって、玉の進み遅れが保持器のポケット隙間に吸収され、保持器に作用する荷重が減少する。したがって、玉軸受にアキシアル荷重及びラジアル荷重が負荷され、外輪と内輪と間にミスアライメントが生じた場合であっても、保持器の破損を防止することが可能となる。

本発明の玉軸受の波型プレス保持器のポケットを周方向から見た断面図である。 図１の波型プレス保持器のポケット内において、玉が変位する様子を示した図であり、（ａ）は周方向から見た断面図であり、（ｂ）は径方向から見た断面図である。 図１の玉軸受の、転動体荷重、ポケット荷重、保持器外径接触荷重についての数値解析結果を示す図である。 比較例の玉軸受の、転動体荷重、ポケット荷重、保持器外径接触荷重についての数値解析結果を示す図である。 他の比較例の玉軸受の、転動体荷重、ポケット荷重、保持器外径接触荷重についての数値解析結果を示す図である。 従来の玉軸受を一部切り欠いた斜視図である。 図６の玉軸受の保持器の斜視図である。 図６の玉軸受の保持器のポケットを示し、（ａ）は軸方向から見た側面図、（ｂ）はＣ−Ｃ線に沿う断面図であり、（ｃ）はＤ−Ｄ線に沿う断面図である。 図６の玉軸受において、外輪が固定され、内輪にラジアル荷重及びアキシアル荷重が付加され、ミスアライメントを生じている様子を示す縦断面図である。 図９の玉軸受を軸方向から見た側面図である。

以下、本発明の玉軸受の実施形態について図１及び２を参照しながら説明する。なお、本実施形態の玉軸受は、図６に示された玉軸受の改良であるため、同一又は同等部分には同一符号又は相当符号を付して説明を簡略化又は省略し、改良された構成を中心に説明する。

本実施形態の玉軸受１０Ａの基本的構造は図６に示した従来の玉軸受と同一であり、外輪軌道溝２４が形成された内周面２２を有する外輪２０と、内輪軌道溝３４が形成された外周面３２を有する内輪３０と、外輪軌道溝２４と内輪軌道溝３４との間に転動自在に配置された複数の玉４０と、複数の玉４０を転動自在に保持する複数のポケット５２を有する波型プレス保持器５０Ａ（以下、単に保持器と呼ぶ。）と、を備える。

保持器５０Ａは、図６に記載された玉軸受１０の保持器５０と異なり、外輪案内形式である。すなわち、保持器５０Ａの径方向外側の案内面５４は、外輪軌道溝２４の軸方向両側に形成された外輪溝肩２６の内周面２８に案内されて回転する。

ここで、図１に示すように、保持器５０Ａの案内面５４と外輪溝肩２６の内周面２８との間の直径案内隙間をＣｇとする。なお、直径案内隙間Ｃｇとは、外輪２０の内径と保持器５０Ａの外径との差を意味する。

また、図２には、玉軸受の運動に伴い、玉４０が保持器５０Ａのポケット５２内で変位する様子が示されている。ここで、ポケット５２内での玉４０の周方向（Ｙ方向）の最大変位量をδｃとし、径方向（Ｚ方向）の最大変位量をδｒとし、玉４０の直径をＤｗ（＝２Ｒ）とする。なお、図２中においては、発明の理解を容易にするため、δｃ及びδｒをある程度誇張して表している。

本実施形態の保持器５０Ａのポケット５２においては、ポケット深さＨ及び球状凹面５２ａの曲率半径Ｒ_１を、通常の転動体案内形式の保持器に採用される値よりも大きくすることで、玉４０の径方向の最大変位量δｒ及び周方向の最大変位量δｃが大きくなるように設定している。より具体的には、転動体案内形式の保持器においては、通常、玉４０の周方向の最大変位量δｃはδｃ≦０．０４Ｄｗとなるように設定されるが、本実施形態の保持器５０Ａでは、０．０４Ｄｗ＜δｃ且つＣｇ＜δｒとなるように、ポケット深さＨ及び曲率半径Ｒ_１が設定されている。なお、玉４０の周方向の最大変位量δｃは、内外輪案内形式の保持器のポケット隙間の最大が０．１ＤＷ程度であるため、δｃ＜０．１０ＤＷを満たすことが望ましい。

また、外輪溝肩２６の内周面２８は、研削加工が施され、表面粗さＲａが１μｍ以下になるように設定されている。したがって、保持器５０Ａが外輪溝肩２６に接触することにより摩耗することを防ぐことができる。

以上述べたように、本実施形態においては、保持器５０Ａは、外輪溝肩２６の内周面２８に案内され、直径案内隙間Ｃｇと、玉４０の周方向の最大変位量δｃと、玉４０の径方向の最大変位量δｒと、玉４０の直径Ｄｗと、の関係を０．０４Ｄｗ＜δｃ且つＣｇ＜δｒとすることにより、玉軸受１０にアキシアル荷重及びラジアル荷重が負荷され、且つ外輪２０と内輪３０と間にミスアライメントが生じた場合であっても、玉４０の進み遅れが保持器５０Ａのポケット隙間に吸収され、保持器の破損を防止できる。

また、外輪溝肩２６の内周面２８は、研削加工によって表面粗さＲａが１μｍ以下になるように設定されているので、保持器５０Ａが外輪溝肩２６の内周面２８に接触することによって摩耗することを防ぎ、保持器の破損を防止する効果をさらに高めることが可能となる。

特に、軸受内径が３０ｍｍ以上のサイズが大きい軸受では、保持器の寸法公差が大きくなり、保持器のポケット隙間が小さくなるため、玉の周方向及び径方向の最大変位量が小さくなりがちである。また、直径系列が０以下（８，９，０など）の薄肉の軸受では、保持器の径方向幅が小さくなるため強度が低く破損し易い。したがって、これら軸受に対して、本発明は特に有効である。

ここで、直径案内隙間Ｃｇと、玉４０の周方向の最大変位量δｃと、玉４０の径方向の最大変位量δｒと、玉４０の直径Ｄｗと、の関係が、保持器の運動に及ぼす影響を確認するために、図６に示すような玉軸受を用いて、コンピュータにより数値解析を行った。以下、計算を行う条件について列挙する。

計算を行うにあたり、玉軸受は、玉径Ｄｗ：１１．９ｍｍ、玉数：２４個、軸受内径：１５０ｍｍ、軸受外径：１９０ｍｍ、のものとし、アキシアル荷重：２４５０Ｎ、ラジアル荷重：１９６０Ｎ、ミスアライメント：０．０４５°において運転するとした。この場合の保持器に作用する荷重を評価する。

図３は、δｃ＝０．０４７Ｄｗ、δｒ＝０．０４９Ｄｗ、Ｃｇ＝０．０４５Ｄｗ、としたときの転動体荷重と、保持器５０Ａのポケット５２に作用するポケット荷重と、外輪２０から保持器５０Ａの外径に作用する保持器外径接触荷重と、を数値解析した結果である。

本発明に規定されるように、０．０４Ｄｗ＜δｃ且つＣｇ＜δｒを満たすように各パラメータが設定されているので、玉４０の進み遅れはポケット隙間に吸収され、ポケット荷重及び保持器外径接触荷重は非常に小さくなっている。

図４は比較例として、δｃ＝０．０２４Ｄｗ、δｒ＝０．０３４Ｄｗ、Ｃｇ＝０．０４５Ｄｗ、としたときの、転動体荷重と、ポケット荷重と、を計算した結果である。この比較例の玉軸受は、図３の玉軸受に比べてポケット隙間を径方向及び周方向に小さくすることで、各パラメータが本発明に規定される範囲をはずれており、δｃ≦０．０４Ｄｗ、δｒ≦Ｃｇとなっている。したがって、δｒ≦Ｃｇであり、保持器の変位は小さいため、外輪と保持器は接触せず、保持器外径接触荷重は発生しない。しかしながら、δｃ≦０．０４Ｄｗであり、玉の進み遅れが発生しているため、ポケット荷重が大きく、保持器破損の虞れがある。

図５は他の比較例として、図４の玉軸受に比べてポケット隙間を径方向に大きくし、本発明に規定される範囲のうち、Ｃｇ＜δｒのみを満たすように、δｃ＝０．０２４Ｄｗ、δｒ＝０．０４７Ｄｗ、Ｃｇ＝０．０４５Ｄｗ、としたときの、転動体荷重と、ポケット荷重と、保持器外径接触荷重と、を計算した結果である。
図４の玉軸受と比較し、ポケット荷重は減少するものの、保持器の変位が大きくなり、保持器外径接触荷重が発生するため、保持器は破損の虞れがある。

上記した実施例と比較例の結果により、直径案内隙間Ｃｇと、玉４０の周方向の最大変位量δｃと、玉４０の径方向の最大変位量δｒと、玉４０の直径Ｄｗと、の関係が０．０４Ｄｗ＜δｃ、且つＣｇ＜δｒであることの有効性が実証された。

尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜変更、改良等が可能である。上述した実施形態においては、保持器５０Ａは外輪案内形式であるとしたが、内輪案内形式であってもよい。すなわち、保持器５０Ａは、内輪軌道溝３４の軸方向両側に形成された内輪溝肩３６に案内される構成であってもよい。この場合、内輪溝肩３６の外周面３８と保持器５０Ａの径方向内側の案内面５６との間の直径案内隙間をＣｇとする。また、内輪溝肩３６の外周面３８は、研削加工が施され、表面粗さＲａが１μｍ以下になるように設定される。

１０Ａ 玉軸受
２０ 外輪
２４ 外輪軌道溝
２６ 外輪溝肩
２８ 内周面
３０ 内輪
３４ 内輪軌道溝
３６ 内輪溝肩
３８ 外周面
４０ 玉
５０Ａ 波型プレス保持器
５２ ポケット
５４ 案内面
５６ 案内面
Ｄｗ 直径
δｃ 周方向の最大変位量
δｒ 径方向の最大変位量
Ｃｇ 直径案内隙間

Claims (4)

1. 外輪軌道溝が形成された内周面を有する外輪と、
   内輪軌道溝が形成された外周面を有する内輪と、
   前記外輪軌道溝と前記内輪軌道溝との間に転動自在に設けられた複数の玉と、
   前記複数の玉を転動自在に保持する複数のポケットを有する波型プレス保持器と、
   を備えた玉軸受において、
   前記波型プレス保持器は、前記外輪軌道溝の軸方向両側に形成された外輪溝肩又は前記内輪軌道溝の軸方向両側に形成された内輪溝肩に案内され、
   前記波型プレス保持器の案内面と、該案内面を案内する前記外輪溝肩の内周面又は前記内輪溝肩の外周面と、の間の直径案内隙間をＣｇとし、
   前記玉の直径をＤｗとし、
   前記ポケット内において前記玉と前記保持器が周方向の一方と他方でそれぞれ複数の点にて接触する時の前記玉の周方向の最大変位量をδｃとし、径方向の最大変位量をδｒとしたとき、
   ０．０４Ｄｗ＜δｃ、且つＣｇ＜δｒであることにより前記外輪と前記内輪との間にミスアライメントが生じても前記波型プレス保持器の破損を防止することを特徴とする玉軸受。
2. 前記外輪溝肩の内周面又は前記内輪溝肩の外周面の表面粗さＲａが１μｍ以下であることを特徴とする請求項１に記載の玉軸受。
3. 内径が３０ｍｍ以上であることを特徴とする請求項１または２に記載の玉軸受。
4. 直径系列は０以下であることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の玉軸受

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