JP6565366B2 - アンギュラ玉軸受 - Google Patents

Description

本発明は、アンギュラ玉軸受に関し、より詳細には、高速回転で、グリース漏れが発生しやすい環境下で使用される、例えば、工作機械用主軸支持軸受として好適なアンギュラ玉軸受に関する。

従来、一般的なアンギュラ玉軸受では、内輪と外輪の少なくとも一方に、軌道面に隣接する肩部の軸方向片側を削ったカウンタボアが形成されている。また、高速回転環境下で使用され、グリースが封入されるアンギュラ玉軸受では、軸方向両側に非接触式のシールが用いられている。

例えば、図８に示すように、特許文献１に記載のアンギュラ玉軸受１００では、内輪１０１の反接触角側の外周面にカウンタボア１０１ａが形成され、外輪１０２の軸方向両端部に、一対のシール部材１０３、１０４が取り付けられる。内輪１０１の反接触角側のシール部材１０３は、カウンタボア１０１ａの外周面と対向し、内輪１０１の接触角側のシール部材１０４は、カウンタボア１０１ａと反対側の肩部に形成されたシール溝１０１ｂとラビリンスシールを構成している。さらに、外輪１０２の軌道面１０２ａ近傍には、グリース溜り１０２ｂが設けられており、潤滑性を向上している。

また、図９に示すように、特許文献２に記載のアンギュラ玉軸受２００では、外輪２０１の反接触角側の内周面にカウンタボア２０１ａが形成され、外輪２０１の軸方向両端部に、一対のシール部材２０３，２０４が取り付けられる。この場合、一対のシール部材２０３，２０４は、いずれも内輪２０２の肩部に形成されたシール溝２０２ａ、２０２ｂとラビリンスシールを構成している。

また、一般に、アンギュラ玉軸受を不分離とする場合には、カウンタボアが形成される周面にかかり代が設定されており、組立後に、カウンタボアが形成される内輪または外輪が分離しにくくなっている。

そして、かかり代を有するアンギュラ玉軸受では、外輪を加熱して熱膨張させ、内外輪の温度差を利用して、玉がかかり代を乗り越えることで組み立てる、いわゆる焼嵌めが採用されている。

特許第４８９５７５４号公報 特開２００５−２２６６７５号公報

ところで、特許文献１に記載のアンギュラ玉軸受１００では、内輪１０１にかかり代がある場合であっても、カウンタボア１０１ａが形成される反接触角側の内輪外径は小さくなり、内輪１０１の反接触角側の肉厚が薄くなるため、ラビリンスシールを片側にしか設置できないという課題がある。また、ラビリンスシールを両側に設置しようとした場合には、内輪内径を小さくする必要があり、使用機械の軸が細くなることから好ましくない。

さらに、特許文献１に記載のアンギュラ玉軸受では、内輪外径寸法が軸方向両側で異なるため、高速回転させた場合、内輪外径の周速の違いにより、矢印Ａで示すように、反接触角側から接触角側に流れる気流が発生し、グリース漏れの原因となる可能性がある。

一方、深溝玉軸受が使用される場合には、かかり代が不要なため、軸方向両側で内輪外径を同一に設計し、軸方向両側にラビリンスシールを設置することができるが、焼嵌めによる組み立てができず、アンギュラ玉軸受よりも玉数が少なくなり、定格荷重が小さくなり好ましくない。

同様に、外輪２０１にカウンタボア２０１ａが形成される特許文献２に記載のアンギュラ玉軸受においてかかり代が設けられている場合、軸方向両側でラビリンスシールを設置することは容易であるが、この場合にも、矢印Ｂで示すように、軸受内に一定方向の気流が発生し、グリース漏れが発生する可能性がある。そして、外輪２０１のかかり代側からグリースが軌道面外に飛ばされ、潤滑不足になる虞があり、特に、上記課題は、高速回転において顕著となる。

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、軸受の内部気流の発生を抑制することができると共に、グリース漏れを防止することができるアンギュラ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） 内周面に外輪軌道面を有する外輪と、
外周面に内輪軌道面を有する内輪と、
前記外輪軌道面及び前記内輪軌道面間に接触角を持って配置された複数の玉と、
前記外輪の軸方向両端部に配置された一対のシール部材と、
を備え、内輪回転、且つ、グリースが封入された状態で使用されるアンギュラ玉軸受であって、
前記一対のシール部材は、前記内輪の外周面に形成されたシール溝との間で、ラビリンスシールを構成し、
かかり代が設けられた前記外輪及び前記内輪のいずれか一方は、前記かかり代が形成されると共に、前記接触角の延長線が通過する軌道面を有する接触角側部材と、前記接触角側部材に隣接して配置され、前記接触角側部材の肩部と略等しい径方向寸法の肩部を有する反接触角側部材と、を備え、
前記接触角側部材と前記反接触角側部材の当接面間に設けられた切欠きによって環状凹部が形成され、該環状凹部にＯリングが設置されていることを特徴とするアンギュラ玉軸受。
（２） 前記反接触角側部材は、断面Ｌ字型の切欠きによって構成され、前記玉に臨むと共に、前記グリースを貯留可能なグリース溜りを有することを特徴とする（１）に記載のアンギュラ玉軸受。
（３） 工作機械用主軸支持軸受として用いられる（１）又は（２）に記載のアンギュラ玉軸受。

本発明のアンギュラ玉軸受によれば、一対のシール部材は、内輪の外周面に形成されたシール溝との間で、ラビリンスシールを構成し、かかり代が設けられた外輪及び内輪のいずれか一方は、該かかり代が形成されると共に、接触角の延長線が通過する軌道面を有する接触角側部材と、前記接触角側部材に隣接して配置され、前記接触角側部材の肩部と略等しい径方向寸法の肩部を有する反接触角側部材と、を備える。これにより、内輪の外周面や外輪の内周面に速度差が生じないため、軸方向に空気流動が発生しにくくなり、軸受の内部気流の発生を抑制することができると共に、軸方向両側に設けられたラビリンスシールによって、グリース漏れを防止することができ、軸受を長寿命化することができる。また、前記接触角側部材と前記反接触角側部材の当接面間に設けられた切欠きによって環状凹部が形成され、該環状凹部にＯリングが設置されているので、前記接触角側部材と前記反接触角側部材の当接面間からグリースの基油が漏れるのを防止することができる。

本発明の第１実施形態に係るアンギュラ玉軸受の断面図である。 図１のＩＩ部拡大図である。 第１実施形態の変形例に係るアンギュラ玉軸受の断面図である。 第１実施形態の他の変形例に係るアンギュラ玉軸受の断面図である。 本発明の第２実施形態に係るアンギュラ玉軸受の断面図である。 図５のＶＩ部拡大図である。 第２実施形態の変形例に係るアンギュラ玉軸受の断面図である。 従来のアンギュラ玉軸受の断面図である。 従来の他のアンギュラ玉軸受の断面図である。

以下、本発明の各実施形態に係るアンギュラ玉軸受について、図面に基づいて詳細に説明する。

［第１実施形態］
図１に示すように、本発明の第１実施形態に係るアンギュラ玉軸受１０は、内周面に外輪軌道面１１ａを有する外輪１１と、外周面に内輪軌道面１２ａを有する内輪１２と、外輪１１及び内輪１２の両軌道面１１ａ、１２ａ間に接触角αを持って配置された複数の玉（転動体）１３と、複数の玉１３を所定の間隔で保持する保持器１４と、外輪１１の軸方向両端部に配置される一対のシール部材１５、１６と、を備える。玉１３は、セラミックにより形成されている。また、保持器１４は、外輪１１の内周面で案内されている。さらに、アンギュラ玉軸受１０は、内輪回転、且つ、グリースが封入された状態で使用される。

外輪１１は、外輪軌道面１１ａの軸方向両側の内周面を、互いの内径寸法を等しくした円筒面としており、外輪軌道面１１ａの軸方向両側に肩部１１ｂを形成している。

一方、図２も参照して、内輪１２は、かかり代δが形成されると共に、接触角αの延長線Ｌが通過する内輪軌道面１２ａを有する接触角側部材１７と、接触角側部材１７に隣接して配置され、接触角側部材１７の肩部１７ａと略等しい径方向寸法の肩部１８ａを有する反接触角側部材１８と、を備える。即ち、接触角側部材１７は、内輪軌道面１２ａの溝底直径に対して径が大きい円筒面部１７ｂによって、かかり代δが形成されている。

また、反接触角側部材１８は、円筒面部１７ｂの外径と略等しい外径の軸方向端面から肩部１８ａに向かって湾曲した湾曲面１８ｂを有する。湾曲面１８ｂは、軸受断面において、玉１３の外径に沿うように凹状に湾曲しており、玉１３の外径と湾曲面１８ｂとの距離Ｄを略一定としている。したがって、反接触角側部材１８と玉１３との間のクリアランスは、接触角側部材１７と玉１３との間のクリアランスよりも大きく、反接触角側部材１８は、玉１３に臨む湾曲面１８ｂによってグリース溜りＧを形成している。

また、接触角側部材１７と反接触角側部材１８の一対のシール部材１５、１６のシール先端部が対向する位置には、シール溝１７ｃ、１８ｃが形成されている。これにより、一対のシール部材１５、１６は、外輪１１の軸方向両端部に形成されたシール取付溝１１ｃ、１１ｃに取り付けられ、内輪１２の外周面に形成されたシール溝１７ｃ、１８ｃとの間で、それぞれ非接触のラビリンスシールを構成する。
なお、シール部材１５、１６は、芯金１５ａ、１６ａとゴムなどの弾性体１５ｂ、１６ｂとを環状に成型することでそれぞれ形成されている。

このように構成されるアンギュラ玉軸受１０では、玉１３が組み付けられた外輪１１を加熱して熱膨張させ、内外輪の温度差を利用して、玉１３がかかり代δを乗り越えることで接触角側部材１７を組み立てる、いわゆる焼嵌めが採用されている。また、焼嵌め後に、反接触角側部材１８が接触角側部材１７と当接するように取り付けられる。ここで、接触角側部材１７にはかかり代δが形成されているので、接触角側部材１７は、玉１３が組み付けられた外輪１１と非分離とされる。

また、本実施形態のアンギュラ玉軸受１０では、接触角側部材１７の肩部１７ａと反接触角側部材１８の肩部１８ａとが、略等しい径方向寸法を有しているので、内輪を回転させた際に、一定方向の気流発生を防止することができる。

また、反接触角側部材１８の外周面にもシール溝１８ｃが形成されるので、一対のシール部材１５、１６は、軸方向両側でそれぞれラビリンスシールを構成する。

なお、内輪を高速回転させた場合、グリースは遠心力で外径側に飛散し、内輪１２の潤滑は外輪１１に比べて枯渇しやすい。このため、内輪１２のみに焼付きに強い材料が選定されてもよい。
例えば、内輪１２は、ＳＵＪ２等の軸受鋼に浸炭処理又は浸炭窒化処理を施した軸受鋼から形成されることが好ましいが、これに限定されない。即ち、中炭素鋼にケイ素、マンガン、クロム、モリブデン等の合金元素を必要に応じて添加した合金鋼に、浸炭処理又は浸炭窒化処理を施した材料によって形成されてもよい。特に、軸受が高速かつ高温環境下で使用される場合には、上記合金鋼の中でも、ケイ素の添加量を多くした合金鋼に浸炭処理又は浸炭窒化処理を施したものが形成されることが好ましい。

以上説明したように、本実施形態のアンギュラ玉軸受１０によれば、一対のシール部材１５、１６は、内輪１２の外周面に形成されたシール溝１７ｃ、１８ｃとの間で、ラビリンスシールを構成し、かかり代δが設けられた内輪１２は、該かかり代δが形成されると共に、接触角αの延長線Ｌが通過する内輪軌道面１２ａを有する接触角側部材１７と、接触角側部材１７に隣接して配置され、接触角側部材１７の肩部１７ａと略等しい径方向寸法の肩部１８ａを有する反接触角側部材１８と、を備える。これにより、内輪１２の外周面に速度差が生じないため、軸方向に空気流動が発生しにくくなり、軸受の内部気流の発生を抑制することができると共に、軸方向両側に設けられたラビリンスシールによって、グリース漏れを防止することができ、軸受を長寿命化することができる。

［第１実施形態の変形例］
第１実施形態の変形例のアンギュラ玉軸受１０ａでは、図３に示すように、接触角側部材１７と反接触角側部材１８の当接面間の内周面側に設けられた断面Ｌ字型の切欠き１７ｄ、１８ｄによって環状凹部が形成され、この環状凹部にＯリング４０が設置されている。これにより、接触角側部材１７と反接触角側部材１８の当接面間からグリースの基油が漏れるのを防止することができる。

［第１実施形態の他の変形例］
また、第１実施形態の他の変形例のアンギュラ玉軸受１０ｂでは、図４に示すように、接触角側部材１７と反接触角側部材１８の当接面間の内周面側に係止溝１７ｅ，１８ｅが形成され、係止溝１７ｅ、１８ｅに係止部材５０が係止されている。これにより、接触角側部材１７と反接触角側部材１８との分離を防止することができ、且つ、接触角側部材１７と反接触角側部材１８の当接面間からグリースの基油が漏れるのを防止することができる。

［第２実施形態］
次に、図５及び図６を参照して、本発明の第２実施形態に係るアンギュラ玉軸受１０ｃについて説明する。なお、第１実施形態と同一又は同等部分については、第１実施形態のものと同一符号を付して、説明を省略或いは簡略化する。

第１実施形態では、外輪１１を単一部材で構成し、内輪１２を、かかり代δが形成される接触角側部材１７と、反接触角側部材１８と、で構成したが、本実施形態では、内輪１２を単一部材で構成し、外輪１１を、かかり代δが形成される接触角側部材２１と、反接触角側部材２２と、で構成している。

即ち、外輪１１は、図６も参照して、かかり代δが形成されると共に、接触角αの延長線Ｌが通過する外輪軌道面１１ａを有する接触角側部材２１と、接触角側部材２１に隣接して配置され、接触角側部材２１の肩部２１ａと略等しい径方向寸法の肩部２２ａを有する反接触角側部材２２と、を備える。また、接触角側部材２１では、外輪軌道面１１ａの溝底直径に対して径が小さい円筒面部２１ｂによって、かかり代δが形成されている。

また、反接触角側部材２２は、円筒面部２１ｂの外径と略等しい外径の軸方向端面から肩部２２ａに向かって湾曲した湾曲面２２ｂを有する。湾曲面２２ｂは、軸受断面において、玉１３の外径に沿うように凹状に湾曲しており、玉１３の外径と湾曲面２２ｂとの距離Ｄを略一定としている。したがって、反接触角側部材２２と玉１３との間のクリアランスは、接触角側部材２１と玉１３との間のクリアランスよりも大きく、反接触角側部材２２は、玉１３に臨む湾曲面２２ｂによってグリース溜りＧを形成している。

また、本実施形態においても、一対のシール部材１５、１６は、接触角側部材２１と反接触角側部材２２との各軸方向端部に形成されたシール取付溝２１ｃ、２２ｃに取り付けられ、内輪１２の外周面に形成されたシール溝１２ｃ、１２ｃとの間で、それぞれ非接触のラビリンスシールを構成する。

一方、内輪１２は、内輪軌道面１２ａの軸方向両側の外周面を、互いの外径寸法を等しくした円筒面としており、内輪軌道面１２ａの軸方向両側で肩部１２ｂを形成している。

したがって、本実施形態のアンギュラ玉軸受１０ｃにおいても、一対のシール部材１５、１６は、内輪１２の外周面に形成されたシール溝１２ｃ、１２ｃとの間で、ラビリンスシールを構成し、かかり代δが設けられた外輪１１は、該かかり代δが形成されると共に、接触角αの延長線Ｌが通過する外輪軌道面１１ａを有する接触角側部材２１と、接触角側部材２１に隣接して配置され、接触角側部材２１の肩部２１ａと略等しい径方向寸法の肩部２２ａを有する反接触角側部材２２と、を備える。これにより、外輪１１の内周面に速度差が生じないため、軸方向に空気流動が発生しにくくなり、軸受の内部気流の発生を抑制することができると共に、軸方向両側に設けられたラビリンスシールによって、グリース漏れを防止することができ、軸受を長寿命化することができる。

［第２実施形態の変形例］
第２実施形態の変形例のアンギュラ玉軸受１０ｄでは、図７に示すように、反接触角側部材２２は、接触角側部材２１との当接面の内周面側に、接触角側部材２１の円筒面部２１ｂより大径の、断面Ｌ字型の切欠き３０が形成されている。したがって、反接触角側部材２２は、玉１３に臨む切欠き３０によって、接触角側部材２１との当接面と協働して、グリースを貯留するグリース溜りＧを構成している。

また、外輪１１が単一部材で製作される場合、軸方向の肉厚が均一でないため、外輪軌道面の精度が確保できない可能性がある。しかしながら、本変形例では、外輪１１が接触角側部材２１と反接触角側部材２２とによって構成されているので、接触角側部材２１の軌道面精度の確保が容易となる。

また、第１実施形態の第１変形例や第２変形例は、外輪１１を接触角側部材２１と反接触角側部材２２とで構成した第２実施形態にも適用することができる。この場合、切欠き１７ｄ、１８ｄや係止溝１７ｅ，１８ｅは、接触角側部材２１と反接触角側部材２２の当接面間の外周面側に設けられる。

尚、本発明は、前述した実施形態及び変形例に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。

たとえば、本発明の保持器は、上記実施形態のように、柱部の軸方向両側に一対の円環部を有して環状に形成されるものに限定されず、例えば、冠型保持器や波型プレス保持器を採用してもよい。

また、保持器の案内方式としては、上記実施形態の外輪案内に限定されず、玉案内や内輪案内を採用してもよい。

１０、１０ａ、１０ｂ、１０ｃ、１０ｄ アンギュラ玉軸受
１１ 外輪
１１ａ 外輪軌道面
１１ｂ、１２ｂ、１７ａ、１８ａ、２１ａ、２２ａ 肩部
１２ 内輪
１２ａ 内輪軌道面
１２ｃ シール溝
１３ 玉
１４ 保持器
１５、１６ シール部材
１７、２１ 接触角側部材
１７ｂ、２１ｂ 円筒面部
１７ｃ、１８ｃ シール溝
１８、２２ 反接触角側部材
１８ｂ、２２ｂ 湾曲面
Ｇ グリース溜り
δ かかり代

Claims (3)

1. 内周面に外輪軌道面を有する外輪と、
   外周面に内輪軌道面を有する内輪と、
   前記外輪軌道面及び前記内輪軌道面間に接触角を持って配置された複数の玉と、
   前記外輪の軸方向両端部に配置された一対のシール部材と、
   を備え、内輪回転、且つ、グリースが封入された状態で使用されるアンギュラ玉軸受であって、
   前記一対のシール部材は、前記内輪の外周面に形成されたシール溝との間で、ラビリンスシールを構成し、
   かかり代が設けられた前記外輪及び前記内輪のいずれか一方は、前記かかり代が形成されると共に、前記接触角の延長線が通過する軌道面を有する接触角側部材と、前記接触角側部材に隣接して配置され、前記接触角側部材の肩部と略等しい径方向寸法の肩部を有する反接触角側部材と、を備え、
   前記接触角側部材と前記反接触角側部材の当接面間に設けられた切欠きによって環状凹部が形成され、該環状凹部にＯリングが設置されていることを特徴とするアンギュラ玉軸受。
2. 前記反接触角側部材は、断面Ｌ字型の切欠きによって構成され、前記玉に臨むと共に、前記グリースを貯留可能なグリース溜りを有することを特徴とする請求項１に記載のアンギュラ玉軸受。
3. 工作機械用主軸支持軸受として用いられる請求項１又は２に記載のアンギュラ玉軸受。

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