JPWO2009020087A1 - 複列ローラ軸受 - Google Patents

Abstract

ローラのスキューを確実に防止しつつも潤滑剤の攪拌抵抗の増加を抑え、使用中における発熱が少なく、しかも低トルクで使用可能な複列ローラ軸受であって、内周面に２条の外側転走溝(10)が形成された外輪(1)と、外輪(1)の外側転走溝(10)と対向する２条の内側転走溝(20)が外周面に形成された内輪(2)と、これら外側転走溝(10)及び内側転走溝(20)が互いに対向して形成された転走路に配列された多数のローラ(3)とから構成され、前記外側転走溝(10)及び内側転走溝(20)は、前記ローラ(3)が転走する転走面(17)と、前記ローラ(3)の軸方向端面と微小隙間を介して対向するスキュー規制面(14)とが交わって断面略Ｖ字状をなし、更に、前記外側転走溝(10)のスキュー規制面(14)には、ローラ(3)の自転軸に対向する部位を挟み、一対の環状溝(15a,15b)が外輪(1)の周方向に沿って形成されている。

Description

本発明は、例えば産業用ロボット、各種工作機械、医療用各種装置等の旋回部分に使用され、内輪と外輪との間にローラの転走路が複列で形成されると共に、各転走路内に配列されたローラの自転軸が内輪及び外輪の回転軸に対して傾斜しているタイプの複列ローラ軸受に関する。

従来、複列ローラ軸受としては、特開平５−４４７２０号公報、特開２００２−１３５４０号公報等に開示されるものが知られている。これら文献に開示される複列ローラ軸受けでは、外輪と内輪との間に周方向に沿ってローラの転走路が２条形成されると共に、これら転走路に多数のローラが配列されており、前記内輪及び外輪の相対的な回転運動に伴って、前記ローラが転走路内を自転しながら公転するように構成されている。

また、外輪の内周面には断面Ｖ字状の転走溝が２条形成される一方、内輪の外周面にも断面Ｖ字状の転走溝が２条形成されており、これらの転走溝が互いに対向することにより前記転走路が内輪と外輪との間に一対形成されている。内輪と外輪が相対的に回転することにより、前記ローラは転走路内を自転しながら公転する。各転走路に配列されたローラの自転軸は内輪及び外輪の回転軸に対して４５度の角度で傾斜しており、また、一方の転走路に配列されたローラの自転軸と他方の転走路に配列されたローラの自転軸は互いに直交している。これにより、この複列ローラ軸受では内輪及び外輪の回転軸に平行な方向から作用するアキシアル荷重や、かかる回転軸に直交する方向から作用するラジアル荷重を負荷できるようになっている。

更に、前記外輪及び内輪に形成された断面略Ｖ字状の転走溝は、前記ローラが転走する転走面と、前記ローラの自転軸方向端面と微小隙間を介して対向するスキュー規制面とが略直角に交わって形成されている。従って、各ローラは外輪と内輪との間の転走路を転走するに際し、自転軸方向の端面が外輪側のスキュー規制面、内輪側のスキュー規制面と微小隙間を介して対向しており、これによって前記転走路内におけるローラの傾倒（スキュー）の防止が図られている。
特開平５−４４７２０号公報 特開２００２−１３５４０号公報

ローラはボールと異なって明確な自転軸を有しており、一方向にのみ転動可能である。従って、前記転走路に配列された各ローラは当該転走路内においてスキューを生じることなく、一定の姿勢で保持されることが重要である。転走路内におけるローラのスキューを防止する方策としては、内輪と外輪との間にローラと共に公転するリング状の保持器を介装し、この保持器によってローラを回転自在に支承したものが知られている。

しかし、保持器の製作に手間がかかる他、保持器に対するローラの組み付け、内輪及び外輪に対する保持器の組み付けにも手間がかかり生産性が悪いといった問題点がある。また、転走路内におけるローラの配列間隔が拡がってしまうことから、転走路内に配列できるローラの総数が減少してしまい、荷重負荷能力が低下してしまうといった問題点もある。

従って、保持器を使用せずにローラのスキューを防止するといった観点からすれば、前記スキュー規制面の存在は重要である。このスキュー規制面によってローラのスキューを効果的に防止するためには、ローラの自転軸方向の端面とスキュー規制面とが極めて小さな隙間で近接していることが好ましく、それによって転動中におけるローラの姿勢変化を最小限に止めることが可能となる。

その反面、ローラの端面とスキュー規制面との隙間が極端に微小であると、この隙間に存在する潤滑剤がローラの回転に及ぼす抵抗（以下、「攪拌抵抗」という）が大きくなり、外輪と内輪を相対的に回転させる際に必要なトルクが大きくなってしまうといった弊害が発生する。また、攪拌抵抗の増加に伴って摩擦熱の発生も増加し、使用途中において内輪、外輪及びローラが高温化してしまうといった問題点もある。これらの問題は、複列ローラ軸受を高速で回転させて使用する場合に顕著であり、看過できない問題であった。

一方、このような複列ローラ軸受に対して高速回転を与えると、ローラが遠心力によって外輪の転走溝を構成する転走面及びスキュー規制面に対して強く押し付けられるので、これら転走面及びスキュー規制面に形成されるべき油膜が途切れ易いといった問題点もあった。

本発明はこのような問題点に鑑みなされたものであり、その目的とするところは、ローラのスキューを確実に防止しつつも潤滑剤の攪拌抵抗の増加を抑え、使用中における発熱が少なく、低トルクが使用することが可能であり、しかもローラと内輪及び外輪との間の潤滑を良好に行うことが可能であり、高速回転部での使用に適した複列ローラ軸受を提供することにある。

すなわち、本発明は、内周面の周方向に沿って２条の外側転走溝が形成された外輪と、外輪の外側転走溝と対向する２条の内側転走溝が外周面の周方向に沿って形成された内輪と、これら外側転走溝及び内側転走溝が互いに対向して形成された転走路に配列され、前記内輪又は外輪の回転に伴って前記転走路内で荷重を負荷しながら循環する多数のローラと、から構成される複列ローラ軸受であって、前記外側転走溝及び内側転走溝は、前記ローラが転走する転走面と、前記ローラの軸方向端面と微小隙間を介して対向するスキュー規制面とが交わって断面略Ｖ字状をなしている。そして、前記外側転走溝のスキュー規制面には、ローラの自転軸に対向する部位を挟み、一対の環状溝が外輪の周方向に沿って形成されている。

ここで、各ローラの自転軸方向の端面とスキュー規制面との関係について考察する。外輪側のスキュー規制面は該外輪の内周面に形成されていることから、凹曲面をなしており、仮に、ローラの自転軸方向の端面が平坦面であるとすると、ローラの端面は直径の両端に相当する二箇所で外輪側のスキュー規制面と最も近接することになる。一方、内輪側のスキュー規制面は該内輪の外周面に形成されていることから、凸曲面をなしており、仮に、ローラの自転軸方向の端面が平坦面であるとすると、ローラは端面の中央部が内輪側のスキュー規制面と最も近接することになる。

従って、ローラのスキュー防止に関しては、前記スキュー規制面の全面が有効に機能している訳ではなく、スキュー規制面の特定の部位がローラの端面と微小隙間を介して対向さえしていれば、それ以外の部位はローラの端面と大きく離間していても、何ら問題ないものと考えられる。

本発明の複列ローラ軸受では、外輪の外側転走溝のスキュー規制面に対して周方向に沿った一対の環状溝を設け、ローラの自転軸に対向する部位にのみ突条が配置されるようにしたので、この突条がローラの自転軸方向の端面と微小な隙間で対向し、一対の環状溝の有無にかかわらず、ローラの転動中におけるスキューを積極的に防止するように作用する。その一方、環状溝の形成部位ではローラの自転軸方向の端面と外輪との隙間が拡がるので、その分だけ潤滑剤の攪拌抵抗は減少する。このため、本発明では外輪又は内輪を低トルクで回転させることができ、しかも回転時の発熱量を低減化することが可能となる。

また、外輪と内輪との間に形成されたローラの転走路に対して潤滑剤を供給すると、かかる潤滑剤は遠心力の作用によって外輪の外側転走溝に自ずと移動してくるので、外側転走溝のスキュー規制面に対して周方向に沿った環状溝を設けた本発明の複列ローラ軸受では、潤滑剤が前記環状溝に滞留し、外側転走溝を構成する転走面及びスキュー規制面を積極的に潤滑し、これらの部位における油膜切れを防止することが可能となる。

本発明では外輪の外側転走溝を構成するスキュー規制面に対してのみ一対の環状溝を形成すれば、内輪の内側転走溝を構成するスキュー規制面に対しては同様な環状溝を形成せずとも、前述の効果を得ることが可能である。転走路内を転動するローラは遠心力によって外側転走溝のスキュー規制面に押し付けられることから、内側転走溝のスキュー規制面で生じる攪拌抵抗は外側転走溝のスキュー規制面で生じるそれよりも小さいと考えられるからである。もっとも、攪拌抵抗の一層の低減化を図り、外輪又は内輪の回転必要なトルクの最小化を図るという観点からすれば、内輪の内側転走溝を構成するスキュー規制面に対しても一対の環状溝を形成するのが好ましい。

本発明を適用した複列ローラ軸受の実施形態の一例を示す斜視図である。 実施の形態に係る複列ローラ軸受の回転軸方向に沿った断面図である。 外輪に形成された外側転走溝の詳細を示す断面図である。 外側転走溝のスキュー規制面に形成された突条とローラとの接触状態を示す斜視図である。 内側転走溝のスキュー規制面に形成された突条とローラとの接触状態を示す斜視図である。

以下、添付図面を用いて本発明の複列ローラ軸受を詳細に説明する。

図１及び図２は本発明を適用した複列ローラ軸受の一実施例を示す斜視図及び断面図である。この複列ローラ軸受は、外輪１と、内輪２と、これら外輪１と内輪２との間に配列された多数のローラ３とから構成されており、前記ローラ３の転動によって外輪１と内輪２が相対的に回転自在に組み合わされている。

前記外輪１の内周面には軸方向に間隔を有して断面略Ｖ字状の外側転走溝１０が２列形成されている。各外側転走溝１０は前記ローラ３の転走面１７とスキュー規制面１４とが略９０°の角度で交わって構成されており、これら転走面１７及びスキュー規制面１４は外輪１の回転軸ｍに対して４５度傾斜している。また、外輪１にはこれを回転軸ｍ方向へ貫通するようにして固定ボルト１１の取付孔１２が形成されている。

一方、前記内輪２の外周面にも軸方向に間隔を有して断面略Ｖ字状の内側転走溝２０が２列形成されており、これらの内側転走溝２０は外輪１の外側転走溝１０と夫々対向している。この内輪２側の内側転走溝２０も前記ローラ３の転走面１７とスキュー規制面１４とが略９０°の角度で交わって構成されており、これら転走面１７及びスキュー規制面１４は内輪２の回転軸ｍに対して４５度傾斜している。また、内輪２にはこれを回転軸ｍ方向へ貫通するようにして固定ボルト２１の取付孔２２が形成されている。

外輪１の外側転走溝１０と内輪２の内側転走溝２０は互いに対向して一対の環状転走路を形成している。前記ローラ３はこれらの環状転走路に配列されており、外輪１と内輪２とが相対的に回転すると、前記環状転走路内を自転しながら公転する。前記ローラ３は外側転走溝１０の転走面と内側転走溝２０の転走面との間で荷重を負荷しながら転走するが、一方の転走路内に配列されたローラ３ａと他方の転走路内に配列されたローラ３ｂはその自転軸方向を互いに直交させている。このため、ローラ３ａ及びローラ３ｂに対する荷重作用方向は互いに直交しており、また、各ローラ３ａ，３ｂに対する荷重作用方向は外輪１及び内輪２の回転軸ｍに対して４５度ずつ傾斜している。従って、この複列ローラ軸受では、外輪１及び内輪２の回転軸ｍに沿って作用するアキシアル荷重や、かかる回転軸ｍと直交する方向から作用するラジアル荷重等、あらゆる方向から外輪１又は内輪２に作用する荷重を負荷し得るように構成されている。

尚、ローラ３を前記転走路に配列するにあたっては、互いに隣接するローラ３とローラ３との間にスペーサを介装し、ローラ同士の摺接を防止するようにしても良い。しかし、スペーサをローラ３の間に介装すると、その分だけ転走路内に配列し得るローラ３の数が減少し、この複列ローラ軸受の荷重負荷能力が低下するので、スペーサを用いることなく転走路内にローラ３を配列することが好ましい。

また、前記内輪２には半径方向に沿って潤滑剤の供給通路２３が開設されている。この供給通路２３は内輪２に形成された一対の内側転走溝２０の中間に開口しており、外輪１の内周壁と内輪２の内周壁とが対向する空間にグリースや潤滑油などの潤滑剤を注入し、かかる空間に隣接する外輪１の外側転走溝１０、内輪２の内側転走溝２０及びローラ３に対して潤滑剤を供給することができるようになっている。この供給通路２３は必要に応じ内輪２の円周上の複数箇所に設けることができる。

更に、外輪１には半径方向に沿って潤滑剤の排出通路１３が形成されている。これら排出通路１３は外輪１の各外側転走溝１０の最深部に開口しており、外輪１の回転又はローラ３の公転に起因した遠心力によって外側転走溝１０に流動してきた潤滑剤を、効率よく軸受外に排出することかできるようになっている。

図３は前記外輪１の外側転走溝１０の詳細を示す断面図である。かかる外側転走溝１０を構成するスキュー規制面１４には、かかる外輪１の周方向（図３の紙面垂直方向）に沿って一対の環状溝１５ａ，１５ｂが形成されている。これらの環状溝１５ａ，１５ｂは突条１６によって隔てられており、かかる突条１６は転走面１７を転走するローラ３の自転軸と対向している。従って、ローラ３の自転軸方向の端面は前記突条１６とのみ油膜を介して接触しており、前記環状溝１５ａ，１５ｂの形成部位においてはローラ３の端面とスキュー規制面１４との間に比較的大きな隙間が形成されている。また、一対の環状溝１５ａ，１５ｂのうち、外側転走溝１０の最深部に位置する環状溝１５ａは前記排出通路１３と連通しており、かかる環状溝１５ａに流入した潤滑剤が前記排出通路１３に流動するように構成されている。

前記内輪２の内側転走溝２０の詳細は外輪１の外側転走溝１０と同一である。但し、外側転走溝１０は外輪１の内周面に形成されていることから、ローラ３の転走面及びスキュー規制面１４は凹曲面をなしているのに対し、内側転走溝２０は内輪２の外周面に形成されているので、ローラ３の転走面及びスキュー規制面が凸曲面をなしており、この点においてのみ両者は相違する。

図４は、外輪１のスキュー規制面１４の略中央に設けられた突条１６とローラ３の自転軸方向の端面との接触状態を説明する斜視図である。前記突条１６はローラ３の自転軸に対向する位置に設けられているが、前述如く外輪１のスキュー規制面１４は凹曲面をなしており、しかもローラ３の自転軸方向の端面は平坦面として形成されているので、転走路内を公転するローラ３が遠心力によって外側転走溝１０に押し付けられた場合、各ローラ３の端面は直径の両端に相当する二箇所の部位（図４中に破線円で囲まれた部位Ａ）でスキュー規制面１４の突条１６と接触することになる。

一方、図５は、内輪２のスキュー規制面１４の略中央に設けられた突条１６とローラ３の自転軸方向の端面との接触状態を説明する斜視図である。この内輪２側の突条１６もローラ３の自転軸に対向する位置に設けられているが、前述如く外輪１のスキュー規制面１４は凸曲面をなしており、しかもローラ３の自転軸方向の端面は平坦面として形成されているので、転走路内を公転するローラ３が内輪２側に押し付けられた場合、各ローラ３の端面は中央の部位（図５中に破線円で囲まれた部位Ｂ）でのみスキュー規制面１４の突条１６と接触することになる。尚、図４及び図５における符号Ｏは各ローラ３の自転軸が交差するローラ３の旋回中心であり、同一の転走路内に配列された総てのローラ３の自転軸はこの旋回中心に向いている。

すなわち、ローラ３は外側転走溝１０のスキュー規制面１４に対しては二箇所で、内側転走溝２０のスキュー規制面１４に対しては一箇所で接触しており、内輪２及び外輪１と三箇所で接触することによって転走路内での姿勢が決定され、スキューを生じることなく転走路内を転動することができるものである。

外側転走溝１０及び内側転走溝２０のスキュー規制面１４に対するこのようなローラ３の接触状態は、スキュー規制面１４が一対の環状溝１５ａ，１５ｂを具備せず、その結果としてスキュー規制面１４に前記突条１６が具備されていない従来の場合であっても、何ら変わるところがない。従って、スキュー規制面１４に一対の環状溝１６を設けた本発明の複列ローラ軸受においても、スキュー規制面１４を有効に活用して転動中におけるローラ３のスキューを防止することが可能である。

そればかりか、本発明の複列ローラ軸受では、各スキュー規制面１４に一対の環状溝１５ａ，１５ｂを設けたことにより、ローラ３の自転軸方向の端面とスキュー規制面１４との間には前記環状溝１５ａ，１５ｂに対応する潤滑油の収容空間が生じる。このため、かかるローラ３の端面とスキュー規制面１４との間における潤滑剤の攪拌抵抗を低減することができ、環状溝１５ａ，１５ｂを具備しない従来のローラ軸受と比較して内輪２又は外輪１の回転トルクを低減化することが可能となる他、回転時の発熱量を低減化することが可能となる。

従って、本発明複列ローラ軸受では、ローラ３のスキューを防止して外輪１又は内輪２の円滑な回転を確保しつつ、かかる回転の高速化を達成することができるものである。

また、前述の如く、外輪１には潤滑油の排出通路１３が外側転走溝１０の最深部から半径方向に貫通して設けられ、外輪１の回転又はローラ３の公転に起因する遠心力を利用して、潤滑剤を前記外側転走溝１０から軸受外に効率良く排出することができるので、外側転走溝１０の内部に潤滑剤が過剰に溜まることがなく、この点においても潤滑剤の攪拌抵抗を減少させ、内輪２又は外輪１の回転トルクを低減化することが可能となる。また、潤滑剤の軸受外への排出が効果的に行われることから、潤滑剤によるローラ３の冷却効果が高まり、高速回転時における軸受の高温化を防止することも可能となる。

Claims (3)

1. 内周面の周方向に沿って２条の外側転走溝(10)が形成された外輪(1)と、外輪の外側転走溝と対向する２条の内側転走溝(20)が外周面の周方向に沿って形成された内輪(2)と、これら外側転走溝(10)及び内側転走溝(20)が互いに対向して形成された転走路に配列され、前記内輪(2)又は外輪(1)の回転に伴って前記転走路内で荷重を負荷しながら循環する多数のローラ(3)と、から構成される複列ローラ軸受において、
   前記外側転走溝(10)及び内側転走溝(20)は、前記ローラ(3)が転走する転走面(17)と、前記ローラの軸方向端面と微小隙間を介して対向するスキュー規制面(14)とが交わって断面略Ｖ字状をなし、更に、
   前記外側転走溝(10)のスキュー規制面(14)には、ローラ(3)の自転軸に対向する部位を挟んで、一対の環状溝(15a,15b)を外輪(1)の周方向に沿って形成したことを特徴とする複列ローラ軸受。
2. 前記内側転走溝(20)のスキュー規制面(14)には、ローラ(3)の自転軸に対向する部位を挟んで、一対の環状溝(15a,15b)を内輪(2)の周方向に沿って形成したことを特徴とする請求項１記載の複列ローラ軸受。
3. 前記外輪(1)には、外側転走溝(10)の最深部から半径方向に貫通する潤滑油の排出通路(13)が設けられていることを特徴とする請求項１記載の複列ローラ軸受。

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