JP6728585B2 - 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する。

ＮＣ旋盤、フライス盤、マシニングセンタ、複合加工機、五軸加工機等の工作機械や、電動射出成型機、パンチングプレス機等の主軸台や加工物を装着するベッドの直動送り機構には、回転運動を直線運動に変換するボールねじが使用されている。このボールねじの軸端を回転支持する軸受としてアンギュラ玉軸受が採用されている（例えば、特許文献１参照。）これらの軸受は、使用する工作機械の主軸台や加工物を装着するベッドの大きさに応じて、軸受内径がφ１０ｍｍ〜φ２００ｍｍ前後のサイズのものが使用されている。

加工中に発生する切削荷重や、主軸台およびベッドを急加速及び急減速で移動させる場合のイナーシャ荷重は、ボールねじを介してアンギュラ玉軸受にアキシアル荷重として負荷される。最近の工作機械では、高効率加工の目的で切削荷重や早送りによるイナーシャ荷重が大きく、アンギュラ玉軸受に大きなアキシアル荷重が負荷される傾向にある。

したがって、このようなボールねじサポート用のアンギュラ玉軸受では、転がり疲れ寿命を増加させるために、軸方向の負荷容量の増加と、加工精度を維持するための高剛性を両立することが必要となる。

これらを両立するためには、軸受サイズを大きくするか、組合せの列数を多くすれば対応できるが、軸受サイズを大きくしてしまうと、ボールねじ軸端においてスペース増となり、また、組合せの列数をむやみに多くしてしまうとボールねじユニット部分が幅広の構成となってしまう。その結果、工作機械の必要床面積の増加や高さ方向の寸法が増加してしまうため、軸受の大型化や列数増加には限度がある。

図１３は、従来のボールねじサポート用のアンギュラ玉軸受１００、及び、アンギュラ玉軸受１００に使用される保持器１１０を示す。このアンギュラ玉軸受１００では、外輪１０１の軸方向一方側、及び内輪１０２の軸方向他方側における溝肩１０１ａ、１０２ａを高くしており、玉１０３の接触角を大きくすることで、軸受の軸方向荷重の負荷能力を増加することができる。また、保持器１１０は、外輪１０１及び内輪１０２の溝肩１０１ａ、１０２ａとの干渉を避けるため、一対の円環部１１１，１１２を段違いに配置し、該一対の円環部１１１，１１２を直線状の柱部１１３によって連結している。

特開２０００−１０４７４２号公報

ところで、ポケットの内面が球面形状を有する保持器では、柱部の円周方向肉厚は、柱部の軸方向中間部において最も小さくなる。ここで、図１３に示す保持器１１０では、柱部１１３は直線状に形成されているため、柱部の軸方向中間部における半径方向肉厚を確保することが難しい。このため、柱部１１３の軸方向中間部における剛性を確保しようとすると、玉数が制約を受けてしまい、軸受の軸方向荷重の負荷能力に影響を及ぼす可能性がある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、保持器の剛性を確保しつつ、玉数を増加して、軸受の軸方向の負荷能力を高めることができるアンギュラ玉軸受を提供することを目的とする。

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、
前記外輪軌道面と前記内輪軌道面との間に接触角を持って転動自在に配置される複数の玉と、
軸方向に間隔を開けて設けられた第１及び第２円環部と、該第１及び第２円環部間に円周方向に間隔を開けて配置された複数の柱部とを備え、円周方向に隣り合う前記柱部と前記第１及び第２円環部とによりそれぞれ画成され、前記複数の玉をそれぞれ保持する複数のポケットを有する玉案内方式の保持器と、
を備えるアンギュラ玉軸受であって、
前記内輪の外周面には、前記内輪軌道面に対して軸方向一方側に内輪カウンターボアが形成され、前記内輪軌道面に対して軸方向他方側に内輪溝肩部が形成され、
前記外輪の内周面には、前記外輪軌道面に対して軸方向一方側に外輪溝肩部が形成され、前記外輪軌道面に対して軸方向他方側に外輪カウンターボアが形成され、
前記玉の接触角αは、４５°≦α≦７０°であり、
前記外輪溝肩部の径方向高さＨｅを前記玉の直径Ｄａで除したものをＡｅ（＝Ｈｅ／Ｄａ）とすると、０．３５≦Ａｅ≦０．５０であり、
前記内輪溝肩部の径方向高さＨｉを前記玉の直径Ｄａで除したものをＡｉ（＝Ｈｉ／Ｄａ）とすると、０．３５≦Ａｉ≦０．５０であり、
前記第１円環部は、前記第２円環部よりも径方向外側に設けられ、
前記柱部は、前記第１円環部から前記第２円環部側に向かって軸方向に延びる外径側柱部分と、前記第２円環部から前記第１円環部側に向かって軸方向に延びる内径側柱部分と、を有し、前記外径側柱部分の内周面と前記内径側柱部分の外周面とを繋ぐことで形成され、
前記外径側柱部分の外周面と、前記外径側柱部分の前記第２円環部寄りの軸方向側面との縁部は、軸方向において前記玉の中心よりも前記第２円環部側に位置し、
前記内径側柱部分の内周面と、前記内径側柱部分の前記第１円環部寄りの軸方向側面との縁部は、軸方向において前記玉の中心よりも前記第１円環部側に位置することを特徴とするアンギュラ玉軸受。
（２） 前記外径側柱部分の前記第２円環部寄りの軸方向側面は、該縁部よりも前記第２円環部側で、前記内径側柱部分の外周面又は前記第２円環部の外周面に連続し、且つ、断面凹形状に形成され、
前記内径側柱部分の前記第１円環部寄りの軸方向側面は、該縁部よりも前記第１円環部側で、前記外径側柱部分の内周面又は前記第１円環部の内周面に連続し、且つ、断面凹形状に形成されることを特徴とする（１）に記載のアンギュラ玉軸受。
（３） 前記外径側柱部分の前記第２円環部寄りの軸方向側面は、曲率半径Ｒ１が、０．１×Ｄａ≦Ｒ１≦２×Ｄａの部分円柱面であり、
前記内径側柱部分の前記第１円環部寄りの軸方向側面は、曲率半径Ｒ２が、０．１×Ｄａ≦Ｒ２≦２×Ｄａの部分円柱面であることを特徴とする（２）に記載のアンギュラ玉軸受。
（４） 前記第１円環部の軸方向端面における内径は、前記玉のピッチ円直径よりも大きく、且つ、前記第２円環部の軸方向端面における外径は、前記玉のピッチ円直径よりも小さいことを特徴とする（１）〜（３）のいずれかに記載のアンギュラ玉軸受。
（５） 前記第１円環部及び前記外径側柱部分によって形成される外径側ポケット口元径Ｄｏ、及び前記第２円環部及び前記内径側柱部分によって形成される内径側ポケット口元径Ｄｉの少なくとも一方は、前記玉の直径Ｄａよりも小さく、
０．７５×Ｄａ≦Ｄｏ≦０．９９×Ｄａ、０．７５×Ｄａ≦Ｄｉ≦０．９９×Ｄａの少なくとも一方を満足することを特徴とする（１）〜（４）のいずれかに記載のアンギュラ玉軸受。
（６） 前記ポケットの内面は、前記第１円環部及び前記第１円環部から連続する前記外径側柱部分の一部、並びに、前記第２円環部及び前記第２円環部から連続する前記内径側柱部分の一部に形成された球面部分と、前記外径側柱部分の残部、及び前記内径側柱部分の残部に形成された円柱部分と、によって形成され、
前記外径側柱部分における前記球面部分と前記円柱部分の境界線と、前記内径側柱部分における前記球面部分と前記円柱部分の境界線とは、前記玉の中心を通過する仮想平面上に位置することを特徴とする（１）〜（５）のいずれかに記載のアンギュラ玉軸受。
（７） 隣り合う前記玉同士の距離Ｌと、前記玉のピッチ円直径ｄｍに円周率πを乗じた玉ピッチ円周長さπｄｍと、の関係は、
１．５×１０^−３≦Ｌ／πｄｍ≦２０×１０^−３
を満たすことを特徴とする（１）〜（６）のいずれかに記載のアンギュラ玉軸受。
（８） 前記アンギュラ玉軸受は、一対の前記外輪軌道面を有する前記外輪と、前記内輪軌道面をそれぞれ有する一対の前記内輪と、一対の前記外輪軌道面及び一対の前記内輪軌道面間に複列に配置される複数の前記玉と、を備え、背面組合せで配置される複列アンギュラ玉軸受であることを特徴とする（１）〜（７）のいずれかに記載のアンギュラ玉軸受。
（９） 前記アンギュラ玉軸受は、前記外輪軌道面をそれぞれ有する一対の前記外輪と、一対の前記内輪軌道面を有する前記内輪と、一対の前記外輪軌道面及び一対の前記内輪軌道面間に複列に配置される複数の前記玉と、を備え、正面組合せで配置される複列アンギュラ玉軸受であることを特徴とする（１）〜（７）のいずれか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、玉の接触角αは、４５°≦α≦７０°であるので、接触角を大きくして、軸受の軸方向荷重の負荷能力が増加し、接触角を大きく設定することにより、より大きな予圧荷重を付与することができ、剛性がより高められる。また、外輪溝肩部の径方向高さＨｅを玉の直径Ｄａで除したものをＡｅ（＝Ｈｅ／Ｄａ）とすると、０．３５≦Ａｅ≦０．５０であり、内輪溝肩部の径方向高さＨｉを玉の直径Ｄａで除したものをＡｉ（＝Ｈｉ／Ｄａ）とすると、０．３５≦Ａｉ≦０．５０であるので、軸受の軸方向荷重の負荷能力が不足することを防止しつつ、内外輪溝肩部の研削加工を容易に行うことができる。

さらに、第１円環部は、第２円環部よりも径方向外側に設けられ、柱部は、第１円環部から第２円環部側に向かって軸方向に延びる外径側柱部分と、第２円環部から第１円環部側に向かって軸方向に延びる内径側柱部分と、を有し、外径側柱部分の内周面と内径側柱部分の外周面とを繋ぐことで形成されるので、第１及び第２円環部を、内輪溝肩部及び外輪溝肩部との干渉を避けて段違いに配置することができる。

また、外径側柱部分の外周面と、外径側柱部分の第２円環部寄りの軸方向側面との縁部は、軸方向において玉の中心よりも第２円環部側に位置し、内径側柱部分の内周面と、内径側柱部分の第１円環部寄りの軸方向側面との縁部は、軸方向において玉の中心よりも第１円環部側に位置する。これにより、柱部の軸方向中間部における半径方向肉厚を確保することができるので、玉数を増加させるために、代わりに柱部の軸方向中間部における円周方向肉厚を薄くすることができる。したがって、保持器の剛性を確保しつつ、玉数を増加させることができ、軸受の軸方向の負荷能力を高めることができる。

また、隣り合う前記玉同士の距離Ｌと、前記玉のピッチ円直径ｄｍに円周率πを乗じた玉ピッチ円周長さπｄｍと、の関係が、１．５×１０^−３≦Ｌ／πｄｍ≦２０×１０^−３を満たすので、アンギュラ玉軸受は、軸受一列当たり（玉ピッチ円上）の玉数を多くすることができ、軸受の負荷容量増加及び高剛性と、保持器の強度維持を両立することができる。

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の保持器の斜視図である。 図１の保持器の半断面図である。 図２のＩＩＩ−ＩＩＩ線に沿った断面図である。 図３のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。 図３の矢印ＶＩ方向からみた要部正面図である。 隣接する玉の位置関係を説明するための概略図である。 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８のアンギュラ玉軸受の予圧が付与される過程を説明するための断面図である。 本発明の第３実施形態に係るアンギュラ玉軸受の断面図である。 本発明の実施例１に係る複列アンギュラ玉軸受の断面図である。 本発明の実施例２に係る複列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。

以下、本発明の実施形態に係るアンギュラ玉軸受について、図面を用いて説明する。

（第１実施形態）
図１に示すように、本実施形態のアンギュラ玉軸受１は、内周面に外輪軌道面１１を有する外輪１０と、外周面に内輪軌道面２１を有する内輪２０と、外輪軌道面１１及び内輪軌道面２１間に配置された複数の玉３と、玉３を転動自在に保持し、玉案内方式である保持器３０と、を備える。

外輪１０の内周面には、外輪軌道面１１に対して軸方向一方側（背面側、図１中左側。）に外輪溝肩部１２が形成され、外輪軌道面１１に対して軸方向他方側（正面側、図１中右側）に外輪カウンターボア１３が形成される。

内輪２０の外周面には、内輪軌道面２１に対して軸方向一方側（背面側、図１中左側）に内輪カウンターボア２３が形成され、内輪軌道面２１に対して軸方向他方側（正面側、図１中右側）に内輪溝肩部２２が形成される。

ここで、内輪カウンターボア２３の外径をＤ１とし、内輪溝肩部２２の外径をＤ２とすると、Ｄ１＜Ｄ２とされ、且つ、外輪カウンターボア１３の内径をＤ３とし、外輪溝肩部１２の内径をＤ４とすると、Ｄ３＞Ｄ４とされている。このように、内輪溝肩部２２の外径Ｄ２を大きくし、外輪溝肩部１２の内径Ｄ４を小さくしているので、玉３の接触角αを大きく設定することが可能である。より具体的には、外径Ｄ２及び内径Ｄ４を上記のように設定することで、接触角αを４５°≦α≦７０°程度とすることができ、軸受製作時の接触角αのバラツキを考慮しても、５０°≦α≦６５°程度とすることができ、接触角αを大きくすることができる。

また、内輪溝肩部２２の径方向高さＨｉを玉３の直径Ｄａで除したものをＡｉとすると、０．３５≦Ａｉ≦０．５０を満たすように設定され、外輪溝肩部１２の径方向高さＨｅを玉３の直径Ｄａで除したものをＡｅとすると、０．３５≦Ａｅ≦０．５０を満たすように設定される。

仮に、０．３５＞Ａｉ又は０．３５＞Ａｅである場合には、玉３の直径Ｄａに対して内輪溝肩部２２又は外輪溝肩部１２の径方向高さＨｉ、Ｈｅが小さくなり過ぎるため、接触角αが４５°未満となってしまい、軸受の軸方向荷重の負荷能力が不足してしまう。また、０．５０＜Ａｉ又は０．５０＜Ａｅである場合には、外輪１０及び内輪２０の軌道面１１、２１が、玉３のピッチ円直径ｄｍをはみ出して形成されることになるので、外輪溝肩部１２及び内輪溝肩部２２の研削加工が困難となり望ましくない。

次に、図２〜６を参照し、保持器３０の構成について詳述する。保持器３０は、合成樹脂からなる玉案内方式のプラスチック保持器であり、当該保持器３０を構成するベース樹脂はポリアミド樹脂である。なお、ポリアミド樹脂の種類は制限されるものではなく、ポリアミド以外に、ポリアセタール樹脂、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド等、他の合成樹脂でも構わない。さらに、ベース樹脂中には、強化材として、ガラス繊維、カーボン繊維、アラミド繊維等が添加される。また、保持器３０は、射出成形又は切削加工によって製造される。

図２及び図３に示すように、保持器３０は、軸方向に間隔を開けて設けられた第１及び第２円環部３１，３２と、該第１及び第２円環部３１，３２間に円周方向に間隔を開けて配置された複数の柱部３３とを備え、円周方向に隣り合う柱部３３と第１及び第２円環部３１，３２とによりそれぞれ画成され、複数の玉３をそれぞれ保持する複数のポケット３４を有する。

第１及び第２円環部３１、３２は、内外輪２０，１０の内輪溝肩部２２及び外輪溝肩部１２と干渉しないように、第１円環部３１を第２円環部３２よりも径方向外側に設け、段違いに配置される。

柱部３３は、第１円環部３１から第２円環部３２側に向かって軸方向に延びる外径側柱部分３５と、第２円環部３２から第１円環部３１側に向かって軸方向に延びる内径側柱部分３６と、を有し、外径側柱部分３５の内周面と内径側柱部分３６の外周面とが繋がるように形成されている。

したがって、各ポケット３４は、第１円環部３１の軸方向内側面、第１円環部３１の軸方向内側面の両側で連続する一対の外径側柱部分３５の各円周方向側面、第２円環部３２の軸方向内側面、及び、第２円環部３２の軸方向内側面の両側で連続する一対の内径側柱部分３６の各円周方向内側面によって形成される。

図４に示すように、外径側柱部分３５の第２円環部寄りの軸方向側面３５ａは、外径側柱部分３５の外周面と、内径側柱部分３６の外周面又は第２円環部３２の外周面とを繋ぐようにして、断面凹形状に形成される。また、内径側柱部分３６の第１円環部寄りの軸方向側面３６ａも、内径側柱部分３６の内周面と、外径側柱部分３５の内周面又は第１円環部３１の内周面とを繋ぐようにして、断面凹形状に形成される。

また、外径側柱部分３５の外周面と、外径側柱部分３５の第２円環部３２寄りの軸方向側面との縁部Ｐ１は、軸方向において玉３の中心Ｏよりも第２円環部３２側に位置し、内径側柱部分３６の内周面と、内径側柱部分３６の第１円環部３１寄りの軸方向側面との縁部Ｐ２は、軸方向において玉３の中心Ｏよりも第１円環部３１側に位置する。

さらに、断面凹形状に形成された外径側柱部分３５の軸方向側面３５ａは、該縁部Ｐ１よりも第２円環部３２側で、内径側柱部分３６の外周面又は第２円環部３２の外周面に連続する。
同様に、断面凹形状に形成された内径側柱部分３６の軸方向側面３６ａは、該縁部Ｐ２よりも第１円環部３１側で、外径側柱部分３５の内周面又は第１円環部３１の内周面に連続する。

本実施形態のアンギュラ玉軸受１では、外輪溝肩部１２及び内輪溝肩部２２との干渉を避け、外輪１０及び内輪２０間の空間を有効活用するため、第１及び第２円環部３１、３２を段違いに配置しつつ、第１及び第２円環部３１、３２を柱部３３でつなげているが、柱部３３での軸方向中間部での半径方向肉厚が薄くなることによる強度低下を避け、且つ、軸方向中間部での応力集中による保持器３０の破損を回避することが必要である。特に、保持器３０と外輪１０又は内輪２０が干渉してしまうと、保持器３０と外輪１０又は内輪２０との干渉時にトルクが変動し、ボールねじ系としての正確な位置決めができなくなり、また、干渉時の摩擦によって保持器３０が摩耗し、保持器３０の破損につながる。さらに、保持器３０が摩耗したときに発生した摩耗粉が異物となり、軸受の潤滑状態が悪くなった結果、軸受の寿命が短くなる。

しかしながら、上述したように、外径側柱部分３５における外周面と軸方向側面３５ａとの縁部Ｐ１の位置と、内径側柱部分３６における内周面と軸方向側面３６ａとの縁部Ｐ２の位置を設定することで、柱部３３の軸方向中間部における半径方向肉厚を確保することができるので、玉数を増加させるため、円周方向肉厚を薄くしても、柱部３３の軸方向中間部における強度低下を避けることができる。

また、本実施形態では、外径側柱部分３５の第２円環部寄りの軸方向側面３５ａは、曲率半径Ｒ１が、０．１×Ｄａ≦Ｒ１≦２×Ｄａの凹状の部分円柱面によって形成され、内径側柱部分３６の第１円環部寄りの軸方向側面３６ａも、曲率半径Ｒ２が、０．１×Ｄａ≦Ｒ２≦２×Ｄａの凹状の部分円柱面によって形成されている。
ここで、曲率半径Ｒ１、Ｒ２が０．１×Ｄａより小さいと、外輪溝肩部１２及び内輪溝肩部２２が玉ピッチ円直径近傍まで及んでいるので、保持器３０と外輪１０又は内輪２０との干渉が避けられない。また、曲率半径Ｒ１、Ｒ２が２×Ｄａより大きいと、外径側柱部分３５における外周面と軸方向側面３５ａとの縁部Ｐ１が、軸方向中心よりも第１円環部側、内径側柱部分３６における内周面と軸方向側面３６ａとの縁部Ｐ２が、軸方向中心よりも第２円環部側となり、柱部３３の最小肉厚部となる軸方向中間部における半径方向肉厚が薄くなってしまい、柱部３３の強度を確保することができない。

なお、外径側柱部分３５の軸方向側面３５ａ及び内径側柱部分３６の軸方向側面３６ａの曲率半径Ｒ１，Ｒ２は、０．２５×Ｄａ≦Ｒ１≦１．５×Ｄａ、０．２５×Ｄａ≦Ｒ２≦１．５×Ｄａとすることが望ましい。
また、外径側柱部分３５の軸方向側面３５ａ及び内径側柱部分３６の軸方向側面３６ａは、保持器３０と外輪１０又は内輪２０との干渉を避けつつ、応力集中を避け、柱部３３の強度を確保できる形状であれば、断面円弧状の部分円柱面に限らず、滑らかな断面曲面形状であればよく、また、平面を連続させて断面凹形状としてもよい。

また、図４に示すように、第１円環部３１の軸方向端面における内径Ｄ５は、玉３のピッチ円直径Ｐ．Ｃ．Ｄ．（＝ｄｍ）よりも大きく、且つ、第２円環部３２の軸方向端面における外径Ｄ６は、玉３のピッチ円直径Ｐ．Ｃ．Ｄ．よりも小さい。これにより、第１円環部３１の内周面及び第２円環部３２の外周面が、対向する内輪溝肩部２２の外周面及び外輪溝肩部１２の内周面にそれぞれ干渉することを防止することができる。

さらに、第１円環部３１及び外径側柱部分３５の内周面と、第２円環部３２及び内径側柱部分３６の外周面とは、射出成形の際に、アキシアルドロータイプ金型の軸方向への型抜きを行いやすいように、緩やかな傾斜面によって構成されている。なお、第１円環部３１及び外径側柱部分３５の内周面と、第２円環部３２及び内径側柱部分３６の外周面は、玉３の中心Ｏを通過する円すい面上、または、母線が該円すい面の母線に平行な円すい面上にあってもよい。
なお、本実施形態では、第１円環部３１及び外径側柱部分３５の外周面と、第２円環部３２及び内径側柱部分３６の内周面は、軸方向に沿った円筒面によって形成されている。

また、図５に示すように、第１円環部３１及び外径側柱部分３５によって形成される外径側ポケット口元径Ｄｏ及び第２円環部３２及び内径側柱部分３６によって形成される内径側ポケット口元径Ｄｉの少なくとも一方は、玉３の直径Ｄａよりも小さく、０．７５×Ｄａ≦Ｄｏ≦０．９９×Ｄａ、０．７５×Ｄａ≦Ｄｉ≦０．９９×Ｄａの少なくとも一方を満足する。

このアンギュラ玉軸受１は、通常、正面または背面にて複数組合せて使用されるが、軸受の予圧すきまを調整するため、仮組みされた軸受を、再度分解して、外輪１０若しくは内輪２０の端面の調整研磨が行われる。この際、保持器３０のポケット３４から玉３が脱落する、つまり、玉３と保持器３０が分離する場合に、組み立てに時間を要する。

このため、外径側ポケット口元径Ｄｏ及び内径側ポケット口元径Ｄｉを上記のように設計することで、保持器３０のポケット３４から玉３が脱落するのを防止することができる。なお、０．７５×Ｄａ≦Ｄｏ≦０．９９×Ｄａ、０．７５×Ｄａ≦Ｄｉ≦０．９９×Ｄａの両方を満足する場合には、玉３はポケット３４を弾性変形させて挿入（パチン挿入）しやすく、且つ、玉３がポケット３４から脱落しない。

また、アンギュラ玉軸受１から外輪１０を分解して、外輪１０を調整研磨する場合には、少なくとも外径側ポケット口元径Ｄｏを０．７５×Ｄａ≦Ｄｏ≦０．９９×Ｄａとすることで、予圧調整の際に、玉３のポケット３４からの脱落が防止される。
さらに、アンギュラ玉軸受１から内輪２０を分解して、内輪２０を調整研磨する場合には、少なくとも内径側ポケット口元径Ｄｉを、０．７５×Ｄａ≦Ｄｉ≦０．９９×Ｄａとすることで、予圧調整の際に、玉３のポケット３４からの脱落が防止される。

図４に示すように、ポケット３４の内面は、第１円環部３１及び第１円環部３１から連続する外径側柱部分３５の一部、並びに、第２円環部３２及び第２円環部３２から連続する内径側柱部分３６の一部に形成された球面部分３４ａ、３４ｂと、外径側柱部分３５の残部、及び内径側柱部分３６の残部に形成された円柱部分３４ｃ、３４ｄと、によって形成される。また、球面部分３４ａ、３４ｂは、中心を玉３の中心Ｏと一致させた直径Ｒ３の単一の球面上に位置している。

さらに、外径側柱部分３５における球面部分３４ａと円柱部分３４ｃの境界線と、内径側柱部分３６における球面部分３４ｂと円柱部分３４ｄの境界線とは、玉３の中心を通過する仮想平面Ｐ上に位置する。これにより、ポケット３４は、球面部分３４ａ、３４ｂを成形する金型の型抜きを軸方向から容易に行うことができる。また、ポケット３４の内面全体を球面とせず、円柱面を設けることで、玉３とポケット開口部との干渉部分を狭くでき、玉３を容易に挿入することができる。さらに、ポケット３４内のグリースが排出しやすく、グリース封入後の過剰グリースが排出され、慣らし運転が容易に行われる。また、保持器３０を切削加工で形成する場合、球面部分３４ａ、３４ｂの仕上げ加工を行う際のボールエンドミル等の工具の移動を容易に行うことができる。

なお、上述した保持器３０の合成樹脂に添加する強化材の割合は、５〜３０ｗｔ％であることが好ましい。強化材の割合が３０ｗｔ％を越えると、保持器３０の柔軟性が低下するため、保持器成形時のポケット３４からの型の無理抜き時や、軸受を組み立てる際に、保持器３０のポケット３４への玉３の圧入に際して、保持器３０の円周方向縁部３８（外径側柱部分３５の外周面とポケット３４との縁部、図５参照）が破損してしまう。

また、強化材の割合が５ｗｔ％よりも少ないと、熱膨張がベース材料である樹脂材料の線膨張係数に依存するので、軸受回転中の保持器３０の熱膨張が玉ピッチ円直径の膨張に対して相対的に大きくなり、玉３と保持器３０のポケット３４が突っ張りあってしまい、焼付きなどの不具合が起こってしまう。そこで、合成樹脂成分中の強化材の割合を５〜３０ｗｔ％の範囲に収めることによって、上記不具合を防止することができる。

また、このような保持器３０を用いたアンギュラ玉軸受１は、アキシアル荷重負荷能力を大きくするために、玉３の数（玉数Ｚ）が多くなるように設計されている。具体的に、図７は、直径ｄｍのピッチ円上に配置された二つの玉３を示しており、これらの玉３の直径をＤｗ、これらの玉３の中心をＡ、Ｂ、線分ＡＢと玉３の表面との交点をＣ、Ｄ、線分ＡＢの中間点をＥ、ピッチ円の中心をＯ´としている。また、隣り合う玉３の中心Ａ、Ｂ同士の距離（線分ＡＢの距離）である玉中心間距離をＴとし、隣り合う玉３同士の距離（線分ＣＤの距離）である玉間距離をＬとし、線分ＥＯ´と線分ＢＯ´とがなす角度（線分ＥＯ´と線分ＡＯ´とがなす角度）をθとしている。
この場合、線分ＡＯ´及び線分ＢＯ´の距離は、（ｄｍ／２）であり、玉中心間距離Ｔは、（ｄｍ×ｓｉｎθ）であり、玉間距離Ｌは、（Ｔ−Ｄｗ）であり、角度θは、（１８０°／Ｚ）である。

そして、このアンギュラ玉軸受１では、玉間距離Ｌと、玉ピッチ円直径ｄｍに円周率πを乗じた玉ピッチ円周長さπｄｍと、の間に、１．５×１０^−３≦Ｌ／πｄｍ≦２０×１０^−３の関係が成立するように設計している。
仮に、Ｌ／πｄｍが１．５×１０^−３よりも小さいと、保持器３０の柱部３３の円周方向肉厚が薄くなりすぎ、成形時や切削時に穴が開いてしまう。特に強化材が多く含有されていると、成形時に冠型保持器３０の材料である合成樹脂の流動性が悪くなり、穴が開きやすい。また、Ｌ／πｄｍが２０×１０^−３よりも大きいと、玉数Ｚが少なくなり、軸受のアキシアル荷重負荷能力及び剛性が低くなってしまう。

したがって、アンギュラ玉軸受１は、１．５×１０^−３≦Ｌ／πｄｍ≦２０×１０^−３を満たすように、すなわち、玉数Ｚが比較的多くなるように設計することで、軸受の荷重負荷能力及び剛性アップと保持器の強度維持を両立することができる。

なお、Ｌ／πｄｍを上述の範囲内で、１．５×１０^−３に近い側を選定すると、保持器３０の柱部３３の円周方向肉厚が薄くなるが、外径側柱部分３５における外周面と軸方向側面３５ａとの縁部Ｐ１の位置と、内径側柱部分３６における内周面と軸方向側面３６ａとの縁部Ｐ２の位置を上述したように設定することで、柱部３３の軸方向中間部における半径方向肉厚を確保することができる。したがって、玉数を増加させるため、円周方向肉厚を薄くしても（つまり、１．５×１０^−３に近い側を選定しても）、柱部３３の断面積が確保され、柱部３３の軸方向中間部における強度低下を避けることができる。

以上説明したように、本実施形態のアンギュラ玉軸受１によれば、玉３の接触角αは、４５°≦α≦７０°であるので、接触角αを大きくして、軸受の軸方向荷重の負荷能力が増加し、接触角αを大きく設定することにより、より大きな予圧荷重を付与することができ、剛性がより高められる。また、外輪溝肩部１２の径方向高さＨｅを玉３の直径Ｄａで除したものをＡｅ（＝Ｈｅ／Ｄａ）とすると、０．３５≦Ａｅ≦０．５０であり、内輪溝肩部２２の径方向高さＨｉを玉の直径Ｄａで除したものをＡｉ（＝Ｈｉ／Ｄａ）とすると、０．３５≦Ａｉ≦０．５０であるので、軸受の軸方向荷重の負荷能力が不足することを防止しつつ、内外輪溝肩部２２、１２の研削加工を容易に行うことができる。

さらに、第１円環部３１は、第２円環部３２よりも径方向外側に設けられ、柱部３３は、第１円環部３１から第２円環部側に向かって軸方向に延びる外径側柱部分３５と、第２円環部３２から第１円環部側に向かって軸方向に延びる内径側柱部分３６と、を有し、外径側柱部分３５の内周面と内径側柱部分３６の外周面とを繋ぐことで形成されるので、第１及び第２円環部３１、３２を、内輪溝肩部２２及び外輪溝肩部１２との干渉を避けて段違いに配置することができる。

また、外径側柱部分３５の外周面と、外径側柱部分３５の第２円環部寄りの軸方向側面３５ａとの縁部Ｐ１は、軸方向において玉３の中心よりも第２円環部側に位置し、内径側柱部分３６の内周面と、内径側柱部分３６の第１円環部寄りの軸方向側面３６ａとの縁部Ｐ２は、軸方向において玉３の中心よりも第１円環部側に位置する。これにより、柱部３３の軸方向中間部における半径方向肉厚を確保することができるので、玉数を増加させるために、柱部３３の軸方向中間部における円周方向肉厚を薄くすることができる。したがって、保持器３０の剛性を確保しつつ、玉数を増加させることができ、軸受の軸方向の負荷能力を高めることができる。

（第２実施形態）
図８は、本発明の第２実施形態に係る複列アンギュラ玉軸受１ａを示している。なお、第１実施形態と同一又は同等部分については、同一符号を付して説明を省略或は簡略化する。

図８に示すように、この実施形態では、機械装置への組み付け性を考慮して、一対の外輪軌道面１１、１１を有する単一の外輪１０ａと、内輪軌道面２１、２１をそれぞれ有する一対の内輪２０、２０と、一対の外輪軌道面１１，１１及び一対の内輪軌道面２１、２１間に複列に配置される複数の玉３と、複数の玉３をそれぞれ保持する複数のポケット３４を有する玉案内方式の保持器３０と、を有し、背面組合せで配置される複列アンギュラ玉軸受としている。外輪１０ａには、固定のためのフランジ部１４が設けられ、フランジ部１４には、ボルト締結用の貫通穴１５が形成されている。また、外輪１０ａの軸方向中間部には、油溝１６および油孔１７が形成され、グリースの給脂やオイルエア、オイルミストの供給が可能である。

図９に示すように、予圧荷重を調整するためには、内輪端面間に適正な軸方向すきまδ（通常、予圧すきまと呼ぶ）を設け、軸に軸受を取り付けた後、軸受ナットを用いて、予圧すきまを０（ゼロ）になるまで締め付ける（内輪端面同士を密着させる）ことで、予圧が付加される。また、適正な予圧すきまδは、外輪１０、内輪２０、玉３、保持器３０を組み立て、すきま測定を行い、その後分解して、内輪２０、２０を調整研磨する。なお、予圧を大きくする場合には、予圧すきまを大きくすればよい。

このように内輪２０を分解して調整研磨する場合には、少なくとも内径側ポケット口元径Ｄｉを、０．７５×Ｄａ≦Ｄｉ≦０．９９×Ｄａとすることで、玉３のポケット３４からの脱落が防止され、予圧調整の際に組み立てに要する時間を短縮することができる。
その他の構成及び作用については、第１実施形態のものと同様である。

（第３実施形態）
図１０（ａ）及び（ｂ）は、本発明の第３実施形態に係る複列アンギュラ玉軸受１ｂを示している。なお、第１実施形態と同一又は同等部分については、同一符号を付して説明を省略或は簡略化する。

図１０（ａ）に示すように、この実施形態では、外輪軌道面１１、１１をそれぞれ有する一対の外輪１０と、一対の内輪軌道面２１、２１を有する単一の内輪２０ａと、一対の外輪軌道面１１、１１及び一対の内輪軌道面２１、２１間に複列に配置される複数の玉３と、複数の玉３をそれぞれ保持する複数のポケット３４を有する玉案内方式の保持器３０と、を備え、正面組合せで配置される複列アンギュラ玉軸受１ｂとしている。

この場合には、予圧荷重を調整するためには、外輪端面間に適正な予圧すきまを得るために、外輪１０、１０を分解して、外輪１０、１０を調整研磨する。

このように外輪１０、１０を分解して調整研磨する場合には、少なくとも外径側ポケット口元径Ｄｏを０．７５×Ｄａ≦Ｄｏ≦０．９９×Ｄａとすることで、玉３のポケット３４からの脱落が防止され、予圧調整の際に組み立てに要する時間を短縮することができる。
その他の構成及び作用については、第１実施形態のものと同様である。

なお、図１０（ｂ）に示すように、外輪１０、１０の軸方向両端部には、接触形、または非接触形のシール部材５０、５０が装着されてもよい。これにより、軸受空間内にグリースなどの潤滑剤を保持することができ、また、外部からの異物（切削液や切り粉など）の侵入を防ぐことができる。

尚、本発明は、上述した実施形態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。

図１１は、第２実施形態における外輪一体内輪二分割のボールねじサポート用アンギュラ玉軸受が適用される実施例１を示す。この場合、アンギュラ玉軸受の各種仕様及び寸法は以下のように設定されている。

接触角α：５０°
玉径Ｄａ：６．３５ｍｍ
Ａｅ（＝外輪溝肩部の径方向高さＨｅ／玉径Ｄａ）：０．３８
Ａｉ（＝内輪溝肩部の径方向高さＨｉ／玉径Ｄａ）：０．３８
保持器材質：ポリアミド樹脂
外径側柱部分３５の軸方向側面３５ａの曲率半径Ｒ１：０．２７×Ｄａ（１．７ｍｍ）
内径側柱部分３６の軸方向側面３６ａの曲率半径Ｒ２：０．２７×Ｄａ（１．７ｍｍ）
外径側ポケット口元径φＤｏ：０．８０×Ｄａ（５．０８ｍｍ）
内径側ポケット口元径φＤｉ：０．８０×Ｄａ（５．０８ｍｍ）

図１２は、第２実施形態における外輪一体内輪二分割のボールねじサポート用アンギュラ玉軸受が適用される実施例２を示す。この場合、アンギュラ玉軸受の各種仕様及び寸法は以下のように設定されている。

接触角α：６０°
玉径Ｄａ：７．１４４ｍｍ
Ａｅ（＝外輪溝肩部の径方向高さＨｅ／玉径Ｄａ）：０．４７
Ａｉ（＝内輪溝肩部の径方向高さＨｉ／玉径Ｄａ）：０．４７
保持器材質：ポリアセタール樹脂に強化材としてカーボン繊維を１０ｗｔ％添加したもの
外径側柱部分３５の軸方向側面３５ａの曲率半径Ｒ１：０．９０×Ｄａ（６．４３ｍｍ）
内径側柱部分３６の軸方向側面３６ａの曲率半径Ｒ２：０．９０×Ｄａ（６．４３ｍｍ）
外径側ポケット口元径φＤｏ：０．９０×Ｄａ（６．４３ｍｍ）
内径側ポケット口元径φＤｉ：０．９０×Ｄａ（６．４３ｍｍ）

このように構成された実施例１及び実施例２のアンギュラ玉軸受１ａは、上記実施形態と同様の効果を奏することができる。

１ アンギュラ玉軸受
３ 玉
１０ 外輪
１２ 外輪溝肩部
１３ 外輪カウンターボア
２０ 内輪
２２ 内輪溝肩部
２３ 内輪カウンターボア
３０ 保持器
３１ 第１円環部
３２ 第２円環部
３３ 柱部
３４ ポケット
３４ａ、３４ｂ 球面部分
３４ｃ、３４ｄ 円柱部分
３５ 外径側柱部分
３５ａ 軸方向側面
３６ 内径側柱部分
３６ａ 軸方向側面
Ｄａ 玉の直径
α 接触角

Claims (8)

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、
   前記外輪軌道面と前記内輪軌道面との間に接触角を持って転動自在に配置される複数の玉と、
   軸方向に間隔を開けて設けられた第１及び第２円環部と、該第１及び第２円環部間に円周方向に間隔を開けて配置された複数の柱部とを備え、円周方向に隣り合う前記柱部と前記第１及び第２円環部とによりそれぞれ画成され、前記複数の玉をそれぞれ保持する複数のポケットを有する玉案内方式の保持器と、
   を備えるアンギュラ玉軸受であって、
   前記内輪の外周面には、前記内輪軌道面に対して軸方向一方側に内輪カウンターボアが形成され、前記内輪軌道面に対して軸方向他方側に内輪溝肩部が形成され、
   前記外輪の内周面には、前記外輪軌道面に対して軸方向一方側に外輪溝肩部が形成され、前記内輪軌道面に対して軸方向他方側に外輪カウンターボアが形成され、
   前記玉の接触角αは、４５°≦α≦７０°であり、
   前記外輪溝肩部の径方向高さＨｅを前記玉の直径Ｄａで除したものをＡｅ（＝Ｈｅ／Ｄａ）とすると、０．３５≦Ａｅ≦０．５０であり、
   前記内輪溝肩部の径方向高さＨｉを前記玉の直径Ｄａで除したものをＡｉ（＝Ｈｉ／Ｄａ）とすると、０．３５≦Ａｉ≦０．５０であり、
   前記第１円環部は、前記第２円環部よりも径方向外側に設けられ、
   前記柱部は、前記第１円環部から前記第２円環部側に向かって軸方向に延びる外径側柱部分と、前記第２円環部から前記第１円環部側に向かって軸方向に延びる内径側柱部分と、を有し、前記外径側柱部分と前記内径側柱部分とが半径方向に繋がって形成され、
   前記外径側柱部分の外周面と、前記外径側柱部分の前記第２円環部寄りの軸方向側面との縁部は、軸方向において前記玉の中心よりも前記第２円環部側に位置し、
   前記内径側柱部分の内周面と、前記内径側柱部分の前記第１円環部寄りの軸方向側面との縁部は、軸方向において前記玉の中心よりも前記第１円環部側に位置し、
   前記外径側柱部分の前記第２円環部寄りの軸方向側面は、該縁部よりも前記第２円環部側で、前記内径側柱部分の外周面又は前記第２円環部の外周面に連続し、且つ、滑らかな断面曲面である断面凹形状に形成され、
   前記内径側柱部分の前記第１円環部寄りの軸方向側面は、該縁部よりも前記第１円環部側で、前記外径側柱部分の内周面又は前記第１円環部の内周面に連続し、且つ、滑らかな断面曲面である断面凹形状に形成されることを特徴とするアンギュラ玉軸受。
2. 前記外径側柱部分の前記第２円環部寄りの軸方向側面は、曲率半径Ｒ１が、０．１×Ｄａ≦Ｒ１≦２×Ｄａの部分円柱面であり、
   前記内径側柱部分の前記第１円環部寄りの軸方向側面は、曲率半径Ｒ２が、０．１×Ｄａ≦Ｒ２≦２×Ｄａの部分円柱面であ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. 前記第１円環部の軸方向端面における内径は、前記玉のピッチ円直径よりも大きく、且つ、前記第２円環部の軸方向端面における外径は、前記玉のピッチ円直径よりも小さいことを特徴とする請求項１又は２に記載のアンギュラ玉軸受。
4. 前記第１円環部及び前記外径側柱部分によって形成される外径側ポケット口元径Ｄｏ、及び前記第２円環部及び前記内径側柱部分によって形成される内径側ポケット口元径Ｄｉの少なくとも一方は、前記玉の直径Ｄａよりも小さく、
   ０．７５×Ｄａ≦Ｄｏ≦０．９９×Ｄａ、０．７５×Ｄａ≦Ｄｉ≦０．９９×Ｄａの少なくとも一方を満足することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のアンギュラ玉軸受。
5. 前記ポケットの内面は、前記第１円環部及び前記第１円環部から連続する前記外径側柱部分の一部、並びに、前記第２円環部及び前記第２円環部から連続する前記内径側柱部分の一部に形成された球面部分と、前記外径側柱部分の残部、及び前記内径側柱部分の残部に形成された円柱部分と、によって形成され、
   前記外径側柱部分における前記球面部分と前記円柱部分の境界線と、前記内径側柱部分における前記球面部分と前記円柱部分の境界線とは、前記玉の中心を通過する仮想平面上に位置することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載のアンギュラ玉軸受。
6. 隣り合う前記玉同士の距離Ｌと、前記玉のピッチ円直径ｄｍに円周率πを乗じた玉ピッチ円周長さπｄｍと、の関係は、
   １．５×１０^−３≦Ｌ／πｄｍ≦２０×１０^−３
   を満たすことを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のアンギュラ玉軸受。
7. 前記アンギュラ玉軸受は、一対の前記外輪軌道面を有する前記外輪と、前記内輪軌道面をそれぞれ有する一対の前記内輪と、一対の前記外輪軌道面及び一対の前記内輪軌道面間に複列に配置される複数の前記玉と、を備え、背面組合せで配置される複列アンギュラ玉軸受であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のアンギュラ玉軸受。
8. 前記アンギュラ玉軸受は、前記外輪軌道面をそれぞれ有する一対の前記外輪と、一対の前記内輪軌道面を有する前記内輪と、一対の前記外輪軌道面及び一対の前記内輪軌道面間に複列に配置される複数の前記玉と、を備え、正面組合せで配置される複列アンギュラ玉軸受であることを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のアンギュラ玉軸受。

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