JP7314701B2

JP7314701B2 - 深溝玉軸受

Info

Publication number: JP7314701B2
Application number: JP2019145403A
Authority: JP
Inventors: 拓也大山; 弘典鈴木
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2019-08-07
Filing date: 2019-08-07
Publication date: 2023-07-26
Anticipated expiration: 2039-08-07
Also published as: JP2021025613A

Description

本発明は、深溝玉軸受に関し、例えば、歯科エアータービン用、掃除機用、ターボチャージャー用等の１００００ｍｉｎ^－１以上で高速回転する用途にて用いることができる。

従来の深溝玉軸受として、内輪又は外輪で案内され、内面が円筒形状の円筒ポケットを有する保持器を使用したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。このような円筒状のポケットは、該ポケットの中心軸の延長線が、保持器の径方向に沿って延びる（即ち、軸受中心軸に垂直な平面と平行で、該軸受中心軸を通過する）ように形成されることが一般的である。

実開昭５６－４９３１５号公報

ところで、深溝玉軸受では、該軸受にアキシアル方向の予圧を付与するときに、玉が接触角を持って軌道面と接触することから、玉が自転した場合に、玉の走行部が円筒状のポケットに対して接触角の角度分の傾斜を持ちながら、該ポケットの内面と接触する。このため、円筒状のポケットと接触する玉の位置が自転軸から離れ、玉が自転周速が速い箇所でポケットの内面と接触し、玉と保持器間の滑り摩擦が増加する。このため、回転トルクが上昇し、玉と保持器間の発熱により、グリース寿命の低下や保持器の摩耗などが懸念される。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、予圧を付与することで玉が接触角を持った場合でも、玉と保持器間の滑り摩擦を低減することができる深溝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）外輪と、
内輪と、
前記外輪及び内輪の軌道面間に配置された複数の玉と、
前記複数の玉をそれぞれ収容する、円筒状又は長円筒状の複数のポケットを有し、前記外輪又は前記内輪に案内される保持器と、
を備える深溝玉軸受であって、
前記ポケットの内面は、軸受中心軸に垂直な平面に対して、該深溝玉軸受の軸方向に傾いて形成される、深溝玉軸受。
（２）前記ポケットが軸方向に傾く所定の傾斜角度は、予圧が付与された状態における前記玉の接触角と同一である、（１）に記載の深溝玉軸受。
（３）前記保持器は、冠型保持器である、（１）又は（２）に記載の深溝玉軸受。

本発明の深溝玉軸受によれば、予圧を付与することで玉が接触角を持った場合でも、ポケットが軸方向に傾く方向を、軸受中心軸に垂直な平面に対して、玉の接触角が傾く方向と等しくすることで、玉と保持器間の滑り摩擦を低減することができる。これにより、回転トルクの減少、玉と保持器間の発熱低減及びそれに伴うグリース寿命の延長、保持器摩耗の低減、保持器振動の低減を実現することができる。

本発明の第１実施形態に係る深溝玉軸受の断面図である。（ａ）は、図１の保持器の斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）の保持器の断面図である。（ａ）は、ポケットの中心軸が径方向に沿って延びる一般的な保持器において、玉がポケットと接触する状態を示す模式図であり、（ｂ）は、ポケットの中心軸が軸方向に傾いて延びる本実施形態の保持器において、玉がポケットと接触する状態を示す模式図である。図３（ａ）の保持器において、玉が接触角を持った場合の玉の走行部を説明するための玉と一般的な保持器を示す図であり、（ｂ）は、（ａ）の矢印ＶＩから見た玉と保持器のポケットを示す図である。本発明の第１実施形態の変形例に係る深溝玉軸受の断面図である。（ａ）は、図５の保持器の斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）の保持器の断面図である。本発明の第２実施形態に係る深溝玉軸受の保持器を示す断面図である。

以下、本発明の各実施形態に係る深溝玉軸受について、図面を用いて説明する。

（第１実施形態）
図１に示すように、本実施形態の深溝玉軸受１０は、内周面に軌道面１１ａを有する外輪１１と、外周面に軌道面１２ａを有する内輪１２と、外輪１１及び内輪１２の軌道面１１ａ、１２ａ間に配置された複数の玉１３と、玉１３を転動自在に保持する冠型保持器２０と、を備える。

外輪１１は、軌道面１１ａの軸方向両側に一対の肩部１１ｂ、１１ｃを備え、また、内輪１２も、軌道面１２ａの軸方向両側に一対の肩部１２ｂ、１２ｃを備える。さらに、外輪１１の軌道面１１ａ及び内輪１２の軌道面１２ａは、いずれも玉１３の中心Ｏを通る、軸受中心軸Ｘに垂直な平面Ｐに対して対称に形成されている。

冠型保持器２０には、複数の玉１３をそれぞれ収容する、一部３１が軸方向に開口している円筒状の複数のポケット３０が円周方向に所定の間隔で形成されている。また、保持器２０は、外輪１１の肩部１１ｂ、１１ｃの内周面、内輪１２の肩部１２ｂ、１２ｃのいずれか１つ以上の面（本実施形態では、内輪１２の肩部１２ｃ）に案内されている。

さらに、深溝玉軸受１０では、外輪１１の肩部１１ｂには、玉１３の中心Ｏに対して、保持器２０の円環部２２が位置する側と反対側に、取り付け溝１１ｄが形成され、該取り付け溝１１ｄにシールド部材４０が弾性リング４１を用いて固定されている。

なお、保持器２０の材質は、任意であり、金属製であってもよいし、樹脂製であってもよい。樹脂製の保持器２０としては、例えば、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド等の合成樹脂材料からなり、射出成形や切削加工によって製造される。なお、樹脂材料中に、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てもよい。

ここで、本実施形態の保持器２０の各ポケット３０は、軸受中心軸Ｘに垂直な平面Ｐに対して、所定の傾斜角度θで、該深溝玉軸受１０の軸方向に傾いている。
即ち、図２（ｂ）に示すように、円筒状のポケット３０の中心軸の延長線Ｌが、軸受中心軸Ｘに垂直な平面Ｐに対して、所定の傾斜角度θで、該深溝玉軸受１０の軸方向に傾いて、軸受中心軸Ｘを通過している。なお、保持器２０の中心軸線は、軸受中心軸Ｘと一致するものとする。

本実施形態の深溝玉軸受１０は、図１に示すように、矢印Ｆで示すようにアキシアル荷重を負荷して、予圧を付与することで、玉１３は、接触角αを持って軌道面１１ａ、１２ａと接触する。なお、接触角αとは、軸受中心軸Ｘに垂直な平面Ｐと、玉１３が外輪１１及び内輪１２とそれぞれ接触する２つの接触点を結んだ作用線とがなす角度と定義される。

このため、以下に説明するように、軸受中心軸Ｘに垂直な平面Ｐに対して、円筒状のポケット３０が軸方向に傾く方向が、玉１３の接触角αが傾く方向と等しくなるように、深溝玉軸受１０を設置することで、接触角αによって生じる玉１３と保持器２０間の滑り摩擦を低減する。また、本実施形態では、好ましくは、ポケット３０の所定の傾斜角度θは、予圧が付与された状態における玉１３の接触角αと同一となるように設定される。

図３（ａ）に示すように、ポケット３０の中心軸の延長線Ｌが、保持器２０の径方向に沿って延びる一般的な保持器１００の場合、自転軸から離れた点Ｐ１で玉１３とポケット３０の内面が接触することにより、自転周速が速い箇所で玉１３とポケット３０の内面が接触することになる。

一方、図３（ｂ）に示すように、ポケット３０の所定の傾斜角度θと、玉１３の接触角αとが同一である、本実施形態の保持器２０の場合、自転軸上の点Ｐ２で玉１３とポケット３０の内面が接触することになり、図３（ａ）の保持器１００よりも、自転周速が相対的に小さい箇所で、玉１３とポケット３０の内面を接触させることができる。

これにより、玉１３と保持器２０のポケット３０間の滑り摩擦を低減することができ、回転トルクの減少、玉１３と保持器２０間の発熱低減及びそれに伴うグリース寿命の延長、保持器摩耗の低減、保持器振動の低減を実現することができる。

なお、使用条件によっては、自転軸とは異なるような玉の挙動が生じた場合、接触角αと直交した自転軸になるとは限らないため、図３（ｂ）に示すような、自転周速が小さい箇所で、玉１３とポケット３０の内面を接触させるという意味では、必ずしもポケット３０の所定の傾斜角度θと、玉１３の接触角αとが同一でなくてもよい。

また、球面状のポケットではなく、一般的な円筒状のポケットの保持器１００の場合、図４に示すように、玉１３の走行部から見ると、玉１３と円筒状のポケット３０との接触部のすきまが左右で異なることになる。このため、玉１３とポケット３０の内面の潤滑が不安定となり、保持器１００に振動が発生したり、回転バランスが崩れるなどの可能性がある。
本実施形態では、ポケット３０の中心軸の延長線Ｌを軸方向に傾けることで、左右のすきまのバランスが均一になることから、保持器２０のポケット３０内での良好な潤滑状態の維持を期待することができる。

なお、外輪１１の内周面と保持器２０の案内部との径方向すきま（半径）が玉径の１～４％であり、ポケット３０の内径が玉径の１．０３～１．２倍とすることで、本実施形態の保持器２０においても、保持器２０に振動が発生し難くなるので、高速回転性能をより確実に満たすことができる。

以上説明したように、本実施形態の深溝玉軸受１０によれば、保持器２０のポケット３０は、軸受中心軸Ｘに垂直な平面Ｐに対して、所定の傾斜角度θで、該深溝玉軸受１０の軸方向に傾いているので、予圧を付与することで玉１３が接触角αを持った場合でも、ポケット３０が軸方向に傾く方向を、軸受中心軸Ｘに垂直な平面Ｐに対して、玉１３の接触角αが傾く方向と等しくすることで、玉１３と保持器２０間の滑り摩擦を低減することができる。これにより、回転トルクの減少、玉１３と保持器２０間の発熱低減及びそれに伴うグリース寿命の延長、保持器摩耗の低減、保持器振動の低減を実現することができる。

なお、図５及び図６に示す変形例のように、アキシアル荷重が負荷される方向が上記実施形態のものと逆方向となる場合には、保持器２０ａは、接触角αが軸受中心軸Ｘに垂直な平面Ｐに対して傾く方向と同じ方向に、ポケット３０ａの内面を軸方向に傾ければよい。

（第２実施形態）
第２実施形態の深溝玉軸受では、図７に示すように、ポケット３０ｂは、一部が軸方向に開口している長円筒形状（即ち、断面が、半円と直線の組合せからなる）を有する冠型保持器２０ｂに適用される。この保持器２０ｂも、外輪案内でもよいし、内輪案内でもよいし、内外輪による案内でも良い。

この場合も、保持器２０ｂのポケット３０ｂは、軸受中心軸Ｘに垂直な平面Ｐに対して、所定の傾斜角度θで、該深溝玉軸受の軸方向に傾いているので、予圧を付与することで玉１３が接触角を持った場合でも、玉１３と保持器２０ｂ間の滑り摩擦を低減することができる。
また、長円筒形状のポケット３０ｂとすることで、保持器２０ｂの周方向に玉１３の力がかかることを抑制することができる。

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。
例えば、保持器のポケットの数と、玉の数とは、必ずしも一致していなくてもよい。
また、本発明の保持器は、本実施形態の冠型保持器に限定されるものでなく、任意のタイプの保持器に適用されてもよい。
さらに、本発明の深溝玉軸受は、軸受サイズや内部諸元も限定されるものでない。

１０、１０ａ深溝玉軸受
１１外輪
１１ａ軌道面
１２内輪
１２ａ軌道面
１３玉
２０、２０ａ、２０ｂ冠型保持器
３０、３０ａ円筒状のポケット
３０ｂ長円筒状のポケット
α 接触角
θ 傾斜角度

Claims

外輪と、
内輪と、
前記外輪及び内輪の軌道面間に配置された複数の玉と、
前記複数の玉をそれぞれ収容する、円筒状又は長円筒状の複数のポケットを有し、前記外輪又は前記内輪に案内される保持器と、
を備える深溝玉軸受であって、
前記ポケットにおける前記玉が接触する内面が、軸受中心軸に垂直な平面に対して軸方向に傾く方向を、予圧が付与された際の、前記内輪、前記外輪と前記玉とのそれぞれの接点を結ぶ作用線が、前記軸受中心軸に垂直な平面に対して軸方向に傾く方向と等しくする、深溝玉軸受。
前記ポケットが軸方向に傾く所定の傾斜角度は、予圧が付与された状態における前記玉の接触角と同一である、請求項１に記載の深溝玉軸受。
前記保持器は、冠型保持器である、請求項１又は２に記載の深溝玉軸受。