JP7430983B2 - アンギュラ玉軸受およびアンギュラ玉軸受用保持器 - Google Patents
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Description
その潤滑には、常に新しい油を供給し、長期にわたり安定した潤滑状態を保つことのできるエアオイル潤滑またはオイルミスト潤滑がある。また、付帯設備および配管が不要で経済性に優れ、ミストの発生が極めて少ない、環境に優しいグリース潤滑がある。
高速運転で且つ停止時間が少ない連続稼働では、外輪内径面および保持器内径面に一時的に保持された潤滑剤が、ボール表面に付着し、内輪軌道面および保持器ポケット面(ボールとの接触面)に潤滑剤を運ぶことで、高速運転条件下において、長期にわたり、円滑に運転することが可能となる。
保持器内径面に潤滑剤の付着量を増やす方法としては、例えば保持器幅を広げる方法がある。しかし、保持器が軸受の幅より外に出ると、周辺の部品との干渉および軸受の取り扱いが悪くなるなど課題が生じる。また、ボール数を減らす、またはボール径を小さくすることで、保持器内径面の面積を増やし、潤滑油の付着量を増やす方法もあるが、軸受の負荷容量が小さくなり、主軸の剛性が低くなる、あるいは、許容アキシアル荷重が低下するなどの課題がある。
前記保持器は、前記ボールの表面積にボール個数を乗じた全ボール表面積に対する、前記保持器における、前記ポケットを除く内周面の面積の割合である面積比を0.35以上0.5以下とした。
前記ポケットを除く内周面の面積とは、前記保持器のポケットを除く部分の内周面を、前記円筒形状の保持器の内径を成す仮想の円筒面へ半径方向に投影した投影面積である。
一方、ボールを大径とする、あるいはボール個数を増やし、高負荷容量・高剛性とする場合、保持器の内周面の面積が小さくなり、潤滑油の保持量が減少することから、例えば、油膜が出来にくくなり、軌道面の潤滑不良が生じる場合がある。これを避けるため、供給油量を増やすと、主軸から排出されるミストの飛散が問題となる。
軸受幅寸法に対するボール直径比が0.45より小さい場合、軸受の負荷容量および許容アキシアル荷重が小さくなり、低剛性となる。また軸受幅寸法に対するボール直径比が0.55より大きい場合、軸受の内輪内径に回転数を乗じたdn値が120万を超えるような高速域では、運転時の軸受温度が高くなり、例えば工作機械の主軸軸受のように運転温度を低減させたい用途では使用に適さない。
前記保持器は、前記ボールの表面積にボール個数を乗じた全ボール表面積に対する、前記保持器における、前記ポケットを除く内周面の面積の割合である面積比を0.35以上0.5以下とした。
この発明の実施形態に係るアンギュラ玉軸受を図1ないし図4と共に説明する。
図1に示すように、このアンギュラ玉軸受は、内輪1と、外輪2と、これら内外輪1,2間に介在する複数のボール3と、複数のボール3を保持する保持器4とを備える。このアンギュラ玉軸受は、軸受空間に例えば潤滑油を圧縮空気と共に供給するエアオイル潤滑で使用される。ボール3は、保持器4によって、周方向に所定の間隔で転動自在に保持されている。
図1および図2に示すように、保持器4は、外輪内周面に案内される外輪案内保持器である。保持器4は、例えば、ガラス繊維またはカーボン繊維等で補強されたナイロンあるいは高融点のポリアミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂(略称:PEEK材)、フェノール樹脂等の樹脂材料から円筒形状に形成されている。保持器4は、図2(A)に示すように、この保持器4を軸心L(図1)を含む平面で切断して見た断面が矩形状であり、図2(A),(B)に示すように、軸方向中央部にボール3(図1)を保持するポケットPtが円周方向複数箇所に形成されている。
特に、保持器4は、ボール3の表面積にボール個数を乗じた全ボール表面積に対する、保持器4におけるポケットPtを除く内周面4aの面積の割合である面積比を0.35以上0.5以下としている。
図3は、本実施形態のアンギュラ玉軸受(軸受B,C,D)と従来例のアンギュラ玉軸受(軸受A,E)の比較例を示す図である。
従来例の軸受Aは、例えば、アンギュラ玉軸受の呼び番号「7014」サイズで、高速のための小径ボール仕様である。具体的に軸受Aのボールの直径寸法は約8.731mm(11/32インチ)、ボール個数は25個である。
従来例の軸受Eは、例えば、アンギュラ玉軸受の呼び番号「7014」サイズで、標準ボール仕様である。具体的に軸受Eのボールの直径寸法は約11.906mm(15/32インチ)、ボール個数は21個である。
軸受Cのボール3の直径寸法は約10.319mm(13/32インチ)、ボール個数は22個である。
軸受Bのボール3の直径寸法は約9.525mm(3/8インチ)、ボール個数は22個である。
軸受Dのボール3の直径寸法は約11.113mm(7/16インチ)、ボール個数は20個である。
従来は、低速重切削の領域を軸受Eタイプ、高速軽切削の領域を軸受Aタイプで対応していた。最近の工作機械用の主軸では、高速域の運転を制限(dn値125万以下)し、従来以上に高剛性を狙った主軸の要求がある。これに対応するため、その領域(dn値70~125万以下)に特化した主軸軸受B,C,D(図3、特に軸受C)が該当する。
◎:運転時の外輪温度上昇が、20℃以下の時、高速性に優れると評価する。
○:運転時の外輪温度上昇が20℃を超え、25℃以下の時、高速性に問題ないと評価する。
△:運転時の外輪温度上昇が、25℃を超える時、高速性に問題ありと評価する。
<負荷容量> *軸受の内部諸元からの計算値
◎:内部仕様から求めた値が、同軸受の使用を想定するマシニングセンタの重切削加工に、十分余裕をもって単列で受けることができる水準を、負荷容量に優れると評価する。
○:内部仕様から求めた値が、同軸受の使用を想定するマシニングセンタの重切削加工に、単列で受けることができる水準を、負荷容量に問題無いと評価する。
△:内部仕様から求めた値が、同軸受の使用を想定するマシニングセンタの重切削加工に、2列の並列で受ける必要はある水準とする。
<許容アキシアル荷重>*軸受の内部諸元からの計算値
◎:内部仕様から求めた値が、同軸受の使用を想定するマシニングセンタのアンクランプ荷重を、十分余裕をもって単列で受けることができる水準を、許容アキシアル荷重に優れると評価する。
○:内部仕様から求めた値が、同軸受の使用を想定するマシニングセンタのアンクランプ荷重を、単列で受けることができる水準を許容アキシアル荷重に問題無いと評価する。
△:内部仕様から求めた値が、同軸受の使用を想定するマシニングセンタのアンクランプ荷重を、2列並列で受ける必要はある水準を許容アキシアル荷重に問題ありと評価する。
<高速運転時の耐久性>
◎:運転開始100時間迄に、異常温度上昇および異常振動がなく、試験後の軸受内部に異常がない時、耐久性に優れると評価する。
○:運転開始100時間迄に、目立った温度上昇および振動上昇が認められるも、その後安定に戻り、継続運転し、試験後の軸受内部に異常がない時、耐久性に問題ないと評価する。
△:運転開始100時間迄に、目立った温度上昇または振動上昇が認められ、試験後の軸受内部に面荒れや摩耗が認められた時、耐久性に問題ありと評価する。
以上説明したアンギュラ玉軸受およびアンギュラ玉軸受用保持器4によれば、全ボール表面積に対する、保持器4における、ポケットPtを除く内周面4aの面積の割合である面積比を0.35以上0.5以下とすることで、軸受内の限られた空間の中で、軸受の負荷容量を確保しつつ、より多くの潤滑剤を保持器4の内周面4aに保持することができる。保持器幅を軸受幅より広げることなく、保持器4の内周面4aに付着する潤滑剤の量を増やすことができるため、保持器4が周辺の部品と干渉するおそれがなくなり軸受が取扱い易くなる。またボール径を小径化あるいはボール個数を減らすことなく、保持器4の内周面4aに付着する潤滑剤の量を増やすことができるため、軸受の負荷容量を確保し、主軸の剛性を高めることが可能となる。このように潤滑剤の保持による潤滑不良の防止や、軸受寿命の延伸、高負荷容量・高剛性を両立することができる。
保持器4は、外輪内周面に案内される外輪案内保持器である。この保持器4における、外輪内周面に案内される案内面に、軸受内の潤滑剤の一部が通過することから、この案内面に過度の摩耗が生じることを防止し得る。したがって、軸受の高速化を図ることができる。
図5に示すように、このアンギュラ玉軸受では、保持器4Aとして、ボール3である転動体に案内される転動体案内保持器が採用されている。その他の構成は前述の実施形態と同様の構成となっている。図5の構成によれば、外輪内周面と保持器4Aとの径方向の空間を広げ、同空間に潤滑剤を効率良く保持することができる。
アンギュラ玉軸受は、エアオイル潤滑またはオイルミスト潤滑に限定されるものではなく、グリース潤滑であってもよい。
Claims (4)
- 内外輪間に介在する複数のボールを有し、これらボールが円筒形状の保持器の円周方向複数箇所に設けられたポケットに保持されたアンギュラ玉軸受において、
前記保持器は、前記ボールの表面積にボール個数を乗じた全ボール表面積に対する、前記保持器における、前記ポケットを除く内周面の面積の割合である面積比を0.35以上0.5以下とし、軸受幅寸法に対する、前記ボールの直径寸法の割合であるボール直径比を0.48以上0.56以下とし、内輪内径に回転数を乗じたdn値が70万を超え125万以下の高速領域で使用されるアンギュラ玉軸受。 - 請求項1に記載のアンギュラ玉軸受において、エアオイル潤滑で使用するアンギュラ玉軸受。
- 請求項1または請求項2に記載のアンギュラ玉軸受において、前記保持器は、外輪内周面に案内される外輪案内保持器であるアンギュラ玉軸受。
- 請求項1または請求項2に記載のアンギュラ玉軸受において、前記保持器は、前記ボールである転動体に案内される転動体案内保持器であるアンギュラ玉軸受。
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