JPWO2015141812A1 - アンギュラ玉軸受 - Google Patents

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Abstract

保持器(30)は、略円環状のリング部(31)と、リング部(31)の正面側又は背面側から、所定間隔で軸方向に突出した複数の柱部(32)と、隣り合う柱部(32)の間に形成された複数のポケット部(33)と、を有する冠型保持器である。ポケット部(33)の球面中心位置は、リング部(31)の最外径部(m1)と最内径部(m2)との径方向中間位置(M)よりも、径方向一方側にずれている。ポケット部(33)を形成する柱部(32)の周方向から見た側面は、リング部(31)の径方向一方側面と径方向他方側面を結ぶ円弧(33a)の一部が切り欠かれてなるものであり、且つ、円弧(33a)の径方向一方側端部が切り欠かれて軸方向に延びるように形成された第1ストレート形状部(33b)を含む。

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、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〜φ100mm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。
日本国特開2000−104742号公報
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。
本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、限られたスペースの中で軸方向の負荷容量増加と高剛性を両立可能な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) 内周面に軌道面を有する外輪と、
外周面に軌道面を有する内輪と、
前記外輪及び前記内輪の軌道面間に配置された複数の玉と、
前記玉を転動自在に保持し、玉案内方式である保持器と、
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、背面側に内輪カウンターボアが凹設され、正面側に内輪溝肩部が凸設され、
前記外輪の内周面には、正面側に外輪カウンターボアが凹設され、背面側に外輪溝肩部が凸設され、
前記玉の接触角αは、45°≦α≦65°であり、
前記内輪溝肩部の径方向高さを前記玉の直径で除したものをAiとすると、0.35≦Ai≦0.50であり、
前記外輪溝肩部の径方向高さを前記玉の直径で除したものをAeとすると、0.35≦Ae≦0.50であり、
前記保持器は、略円環状のリング部と、前記リング部の正面側又は背面側から、所定間隔で軸方向に突出した複数の柱部と、隣り合う前記柱部の間に形成された複数のポケット部と、を有する冠型保持器であり、
前記ポケット部の球面中心位置は、前記リング部の最外径部と最内径部との径方向中間位置よりも、径方向一方側にずれており、
前記ポケット部を形成する前記柱部の周方向から見た側面は、前記リング部の径方向一方側面と径方向他方側面を結ぶ円弧の一部が切り欠かれてなるものであり、且つ、前記円弧の径方向一方側端部が切り欠かれて軸方向に延びるように形成された第1ストレート形状部を含む
ことを特徴とするアンギュラ玉軸受。
(2) 前記ポケット部を形成する前記柱部の周方向から見た側面は、前記円弧の、前記第1ストレート形状部と、前記リング部の前記径方向一方側面と、を結ぶ部分が切り欠かれて形成された第2ストレート形状部を含む
ことを特徴とする(1)に記載のアンギュラ玉軸受。
(3) 内周面に軌道面を有する外輪と、
外周面に軌道面を有する内輪と、
前記外輪及び前記内輪の軌道面間に配置された複数の玉と、
前記玉を転動自在に保持し、玉案内方式である保持器と、
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、背面側に内輪カウンターボアが凹設され、正面側に内輪溝肩部が凸設され、
前記外輪の内周面には、正面側に外輪カウンターボアが凹設され、背面側に外輪溝肩部が凸設され、
前記玉の接触角αは、45°≦α≦65°であり、
前記内輪溝肩部の径方向高さを前記玉の直径で除したものをAiとすると、0.35≦Ai≦0.50であり、
前記外輪溝肩部の径方向高さを前記玉の直径で除したものをAeとすると、0.35≦Ae≦0.50であり、
前記保持器は、略円環状のリング部と、前記リング部の正面側又は背面側から、所定間隔で軸方向に突出した複数の柱部と、隣り合う前記柱部の間に形成された複数のポケット部と、を有する冠型保持器であり、
前記ポケット部の球面中心位置は、前記リング部の最外径部と最内径部との径方向中間位置よりも、径方向一方側にずれており、
前記ポケット部を形成する前記柱部の周方向から見た側面は、前記リング部の径方向一方側面と径方向他方側面を結ぶ円弧の一部が切り欠かれてなるものであり、且つ、前記円弧の径方向一方側端部と、前記リング部の前記径方向一方側面と、を結ぶ部分の少なくとも一部が切り欠かれて形成されたストレート形状部を含む
ことを特徴とするアンギュラ玉軸受。
(4) 隣り合う前記玉同士の距離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、の関係は、2.5×10−3≦L/πdm≦13×10−3を満たす
ことを特徴とする(1)〜(3)の何れか1つ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が45°≦α≦65°を満たすので、接触角を大きくすることによって、軸受の軸方向荷重の負荷能力が増加し、より大きな予圧荷重で使用することができる。その結果、軸受、ひいてはボールねじ系の剛性を向上することができる。
また、内輪溝肩部の径方向高さを玉の直径で除したものをAiとすると0.35≦Ai≦0.50であり、外輪溝肩部の径方向高さを玉の直径で除したものをAeとすると0.35≦Ae≦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とすることが可能である。
また、ポケット部を形成する柱部の周方向から見た側面は、リング部の径方向一方側面と径方向他方側面を結ぶ円弧の一部が切り欠かれてなるものであり、且つ、円弧の径方向一方側端部が切り欠かれて軸方向に延びるように形成された第1ストレート形状部を含む。したがって、保持器と玉との接触が線接触となり、保持器が径方向に移動した際に、玉が保持器のポケット部に柔軟にはまり込み、保持器の軸方向への相対移動を抑制することができる。これにより、保持器の径方向動き量の変化を抑制することができ、軸受回転中の振動の増加を抑制できる。また、線接触する部分で、保持器が規制されることで軸方向の移動も最小限に抑制できる。その結果、保持器音や保持器の早期破損などの問題を解消できる。また、保持器のポケット部のピッチ円の位置と玉のピッチ円の位置とが軸方向に相対的にずれることが抑制されるので、保持器製造時の外接円径や内接円径の正確な測定が容易となる。
本発明の実施形態に係るアンギュラ玉軸受の断面図である。 図1のアンギュラ玉軸受を並列組合せした断面図である。 保持器の側面図である。 保持器を軸方向一方側から見た図である。 保持器を軸方向他方側から見た図である。 図4のVI−VI断面矢視図である。 図4のVII−VII断面矢視図である。 従来の深溝玉軸受の断面図である。 径方向荷重が負荷された場合の保持器を軸方向一方側から見た図である。 保持器に径方向荷重が負荷された場合のアンギュラ玉軸受の断面図である。 複数の玉の配置状態を説明するための図である。 従来のアンギュラ玉軸受の断面図である。 図12の保持器及び玉におけるXIII−XIII断面図である。 図12の保持器及び玉において、保持器のポケット部が一点鎖線 で示されるように軸方向に移動した場合のXIV−XIV断面図である。 図12に保持器をXV方向から見た図である。 本発明の保持器を示す図である。 変形例に係るアンギュラ玉軸受の断面図である。 変形例に係る保持器を軸方向一方側から見た図である。 図18のXIX−XIX断面矢視図である。 本発明の実施形態に係るアンギュラ玉軸受の断面図である。 図20のアンギュラ玉軸受を並列組合せした断面図である。 保持器に径方向荷重が負荷された場合のアンギュラ玉軸受の断面図である。 (a)は保持器の側面図であり、(b)は(a)のA−A´断面のXXIII方向矢視図である。 変形例に係る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、内周面に軌道面11を有する外輪10と、外周面に軌道面21を有する内輪20と、外輪10及び内輪20の軌道面11、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の内周面は、軌道面11よりも背面側(負荷側。図1中左側。)において凸設された外輪溝肩部12と、軌道面11よりも正面側(反負荷側。図1中右側。)において凹設された外輪カウンターボア13と、を有する。
内輪20の外周面は、軌道面21よりも正面側(負荷側。図1中右側。)において凸設された内輪溝肩部22と、軌道面21よりも背面側(反負荷側。図1中左側。)において凹設された内輪カウンターボア23と、を有する。
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≦65°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≦60°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Dwで除したものをAiとすると(Ai=Hi/Dw)、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Dwで除したものをAeとすると(Ae=He/Dw)、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Dw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。
また、外輪溝肩部12の背面側端部には、背面側に向かうにしたがって径方向外側に向かうテーパ形状の外輪面取り14が設けられており、内輪溝肩部22の正面側端部には、正面側に向かうにしたがって径方向内側に向かうテーパ形状の内輪面取り24が設けられている。これら外輪面取り14及び内輪面取り24の径方向幅は、外輪溝肩部12及び内輪溝肩部22の径方向高さHe、Hiの半分よりも大きく、比較的大きな値に設定されている。
このようなアンギュラ玉軸受1は、図2に示すように、並列組合せで使用することができる。本実施形態のアンギュラ玉軸受1は、玉3のピッチ円直径dmの近傍まで外輪溝肩部12及び内輪溝肩部22を設けているので、仮に、外輪面取り14及び内輪面取り24を設けないと、一方のアンギュラ玉軸受1の内輪20と他方のアンギュラ玉軸受1の外輪10が干渉し、軸受回転中に不具合が生じてしまう。また、オイル潤滑で使用する場合、仮に、外輪面取り14及び内輪面取り24を設けないと、各アンギュラ玉軸受1間を油が通過せず、油はけが悪くなり、潤滑不良や、軸受内部に油が多量に残留することによる温度上昇につながる。このように、外輪面取り14及び内輪面取り24を設けることで、内輪20及び外輪10同士の干渉の防止、及び油はけ性の向上を実現することができる。なお、外輪面取り14及び内輪面取り24は、必ずしも両方設ける必要はなく、少なくとも一方を設ければよい。
次に、図3〜7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。
保持器30は、内輪20及び外輪10と同軸に配置された略円環状のリング部31と(図1参照。)と、リング部31の背面側から、所定間隔で軸方向に突出した複数の柱部32と、隣り合う柱部32の間に形成された複数のポケット部33と、を有する冠型保持器である。
ここで、本実施形態のアンギュラ玉軸受1では、軸方向荷重の高負荷能力実現のため、外輪溝肩部12及び内輪溝肩部22の径方向高さHe、Hiを大きくしているので、軸受内部空間が少なくなる。したがって、このような軸受内部空間に配置する保持器30が冠型保持器(片側リング構造)である場合、外輪カウンターボア13と内輪溝肩部22との間にリング部31を配置し、外輪10及び内輪20の軌道面11、21間に柱部32を配置し、柱部32の径方向外側端部にリング部31が接続する構造とされる。
すなわち、図7に示すように、ポケット部33の球面中心位置が、リング部31の最外径部m1と最内径部m2との径方向中間位置Mよりも、径方向内側(径方向一方側)にずれた構造とされる。ここで、ポケット部33の球面中心位置は、玉3の中心Oiに一致する位置である。また、リング部31の最外径部m1は径方向外側面31bであり、最内径部m2は径方向内側面31aである。なお、図示の例では、ポケット部33の球面中心位置が、リング部31の最内径部m2よりも径方向内側にずれている。
図7に示すように、ポケット部33を形成する柱部32の周方向から見た側面は、リング部31の径方向内側面(径方向一方側面)31aと径方向外側面(径方向他方側面)31bとを結ぶ円弧33aの一部が切り欠かれてなるものである。円弧33aの中心はPで示され、半径はrで示される。
より具体的に、柱部32の周方向から見た側面は、円弧33aの径方向内側端部(径方向一方側端部)が切り欠かれて軸方向に延びるように形成された第1ストレート形状部33bを含む。第1ストレート形状部33bは、円弧33aの中心Pよりも背面側に配置されている。また、第1ストレート形状部33bは、玉3の中心Oi(ポケット部33の球面中心)と軸方向において重なる。
さらに、柱部32の周方向から見た側面は、円弧33aの、第1ストレート形状部33bの正面側の端部と、リング部31の径方向内側面31aの背面側の端部と、を結ぶ部分が切り欠かれて形成された第2ストレート形状部33cを含む。したがって、第2ストレート形状部33cは、正面側(リング部31側)に向かうにしたがって、径方向外側に向かう直線形状とされる。
また、柱部32の周方向から見た側面は、円弧33aの径方向外側端部(径方向他方側端部)が切り欠かれて軸方向に延びるように形成された第3ストレート形状部33gを含む。第3ストレート形状部33gは、リング部31の径方向外側面31bと同一平面上に形成され、当該径方向外側面31bと段差無く接続する。
このように、柱部32の周方向から見た側面は、第3ストレート形状部33gと、円弧33aと、第1ストレート形状部33bと、第2ストレート形状部33cと、が接続された形状となっている。
また、図6に示すように、ポケット部33を形成する、柱部32の周方向両側面、及びリング部31の背面側(柱部32側)の側面は、径方向から見ると玉3と相似形状の球面状に形成される。ここで、柱部32の先端は、周方向中間に切欠部34が設けられており、二又に分かれている。これにより、保持器30を射出成型で製造する際に、ポケット部33を形成する金型部品の無理抜きによる、柱部32のポケット部33側の角部35の破損を防止することができる。
また、保持器30材料の合成樹脂に添加する強化材の割合は、5〜30重量パーセントとすることが好ましい。仮に、合成樹脂成分中の強化材の割合が30重量パーセントを超えると、保持器30の柔軟性が低下するため、保持器30成形時のポケット部33からの型の無理抜き時や、軸受を組み立てる際のポケット部33への玉3の圧入時に、柱部32の角部35が破損してしまう。また、保持器30の熱膨張は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、強化材の割合が5重量パーセントよりも少なくなると、軸受回転中の保持器30の熱膨張が玉3のピッチ円直径dmの膨張に対して大きくなり、玉3と保持器30のポケット部33が突っ張り合ってしまい、焼付きなどの不具合が起こってしまう。したがって、合成樹脂成分中の強化材の割合を5〜30重量%の範囲とすることによって、上記不具合を防止することができる。
なお、保持器30の合成樹脂材料としては、ポリアミド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリフェニレンサルファイド、ポリイミド等の樹脂が適用され、強化材としては、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維などが適用される。
ここで、図8に示すような、従来の冠形保持器を有する深溝玉軸受100は、保持器130と内輪120又は外輪110とが径方向において重なっていない。そのため、深溝玉軸受100の回転始動時や停止時のイナーシャによって、保持器130が設計値を超えて、内輪120又は外輪110に対して相対的に軸方向に移動したとしても、保持器130と内輪120又は外輪110とが干渉することはない。
しかしながら、本実施形態のアンギュラ玉軸受1のように、保持器30と内輪20又は外輪10とが径方向において重なっている場合、保持器30が設計値を超えて、内輪20又は外輪10に対して軸方向に相対的に移動したときに、保持器30と内輪20又は外輪10とが干渉する可能性がある。仮に、柱部32の周方向から見た側面が第2ストレート形状部33c(図7参照)を有さない形状であった場合、保持器30と内輪20との間の軸方向距離ΔS1(図1参照。)が狭くなり、保持器30と内輪20とが干渉する可能性が高くなる。保持器30と内輪20とが干渉してしまうと、保持器30と内輪20との干渉時にトルクが変動し、ボールねじ系として正確な位置決めができなくなると共に、干渉時の摩擦により保持器30が摩耗し、保持器30の破損につながる。また、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る結果、軸受の寿命が短くなる
そこで、本実施形態のアンギュラ玉軸受1のように、柱部32の周方向から見た側面が第2ストレート形状部33cを有することにより、保持器30と内輪20との間の軸方向距離ΔS1をより広くとることができ、保持器30と内輪20とが干渉する可能性を低くすることができる。
また、本実施形態のアンギュラ玉軸受1のように、大きな接触角αを維持するため、それぞれ外輪溝肩部12及び内輪溝肩部22の径方向高さHe、Hiを、玉3のピッチ円直径dm近傍まで高くした場合、外輪10及び内輪20間の径方向空間が狭くなり、外輪10及び内輪20間の空間に位置する保持器30のリング部31の径方向肉厚が標準軸受に対して厚くできない。特に、冠形保持器の場合、保持器30の軸方向一方側にしかリング部31が存在しないので、肉厚不足によるリング部31の強度低下の懸念がある。
さらに、保持器30の材料が、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミドなどの合成樹脂であり、ベース樹脂への強化繊維含有率も30重量パーセント以下とされる。そのため、保持器30のリング部31強度が低くなりがちであり、径方向の衝撃荷重や振動荷重が加わった際に、保持器30が径方向にたわんでしまう。なお、保持器30に径方向荷重Fが負荷され、径方向にたわんだ場合の形状の一例が、図9では破線で、図10では一点鎖線で模式的に表されている。 保持器30が径方向にたわむことで、保持器30の径方向位置が内輪20側又は外輪10側に接近してしまう。これにより、保持器30と内輪20との間の軸方向距離ΔS1が狭くなり、保持器30と内輪20とが干渉する可能性が高くなる。仮に、柱部32の周方向から見た側面が第2ストレート形状部33cを有さない形状であった場合、保持器30と内輪20との間の軸方向距離ΔS1が狭くなり、保持器30と内輪20とが干渉する可能性が高くなる。そこで、本実施形態のアンギュラ玉軸受1のように、柱部32の周方向から見た側面が第2ストレート形状部33cを有することにより、保持器30と内輪20との間の軸方向距離ΔS1をより広くとることができ、保持器30と内輪20とが干渉する可能性を低くすることができる。
また、外輪10及び内輪20間の空間に位置する保持器30のリング部31の径方向肉厚が標準軸受に対して厚くできないので、リング部31の曲げ剛性が十分でない場合がある。この場合、図6に矢印Aで示すように、軸受使用時に保持器30の柱部32に働く遠心力によって、柱部32の先端が径方向外側に拡径し、角部35が周方向に広がりやすくなってしまう。したがって、保持器30の軸方向動き量ΔAが大きくなる。このように保持器30の軸方向動き量ΔAが大きくなった場合、保持器30と内輪20との間の軸方向距離ΔS1が狭くなり、保持器30と内輪20とが干渉する可能性が高くなる。仮に、柱部32の周方向から見た側面が第2ストレート形状部33cを有さない形状であった場合、保持器30と内輪20との間の軸方向距離ΔS1が狭くなり、保持器30と内輪20とが干渉する可能性が高くなる。そこで、本実施形態のアンギュラ玉軸受1のように、柱部32の周方向から見た側面に第2ストレート形状部33cを形成することにより、保持器30と内輪20との間の軸方向距離ΔS1をより広くとることができ、保持器30と内輪20とが干渉する可能性を低くすることができる。
また、本実施形態のアンギュラ玉軸受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定している。より具体的に、図11を用いて説明する。図11には、直径dmのピッチ円上に配置された二つの玉3が示されており、これらの玉3の直径をDwとし、これらの玉3の中心をA、Bとし、線分ABと玉3の表面との交点をC、Dとし、線分ABの中間点をEとし、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。そうすると、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、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、2.5×10−3≦L/πdm≦13×10−3の関係が成立するように設計している。仮に、L/πdmが2.5×10−3よりも小さいと、保持器30の柱部32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13×10−3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。
このように、アンギュラ玉軸受1は2.5×10−3≦L/πdm≦13×10−3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されており、保持器30の柱部32の円周方向肉厚が標準軸受に対して厚くすることができない。したがって、柱部32の円周方向肉厚が薄くなるのに伴い、角部35の肉厚が薄くなる。そのため、図6に矢印Aで示すように、玉3と保持器30の角部35とが当ったときに、角部35が周方向に広がりやすく、その結果、保持器の軸方向動き量ΔAが大きくなる。これにより、保持器30と内輪20との間の軸方向距離ΔS1が狭くなり、保持器30と内輪20とが干渉する可能性が高くなる。仮に、柱部32の周方向から見た側面が第2ストレート形状部33cを有さない形状であった場合、保持器30と内輪20との間の軸方向距離ΔS1が狭くなり、保持器30と内輪20とが干渉する可能性が高くなる。そこで、本実施形態のアンギュラ玉軸受1のように、柱部32の周方向から見た側面が第2ストレート形状部33cを有することにより、保持器30と内輪20との間の軸方向距離ΔS1をより広くとることができ、保持器30と内輪20とが干渉する可能性を低くすることができる。
図12に示すように、柱部32の周方向から見た側面を、従来型の任意の半径r1の円状とした場合であっても、上述した本実施形態の保持器30と同様、軸受の回転中に保持器30の軸方向相対移動量ΔAが大きくなる。そして、柱部32の周方向から見た側面が円状であった場合、図15に示すように、ポケット部33の玉3を案内する部分である径方向内側端部33dと、玉3と、が点接触となる。この場合、図13に示すように、ポケット部33の径方向内側端部33dと玉3との間の径方向距離が、保持器30の径方向動き量ΔRとなる。
この場合、保持器30と玉3が点接触するため、軸受回転中に、保持器30が内輪20又は外輪10に対して軸方向に容易に相対移動し、その結果、ポケット部33の径方向内側端部33dの位置も軸方向に移動する。図12には、軸方向に移動したポケット部33(柱部32)が一点鎖線 で示されている。そうすると、ポケット部33の径方向内側端部33dと玉3との間の径方向距離は、軸方向への移動前と比べて、移動後が大きくなるので、保持器30の径方向動き量ΔRも、軸方向への移動前(図13参照。)と比べて、移動後(図14参照。)が大きくなる。
この現象が、保持器30が内輪20又は外輪10に対して軸方向に相対移動する度に発生するので、柱部32の周方向から見た側面が円状であった場合、安定して玉3を案内することができず、保持器30の振動が増加し、保持器音や保持器30の早期破損などの問題が発生する。
そこで、本実施形態のように、柱部32の周方向から見た側面に第1ストレート形状部33bを設けることによって、図16に示すように、ポケット部33の玉3を案内する部分である第1ストレート形状部33bと、玉3と、が円弧状に線接触する構成となる。このように、保持器30と玉3との接触部分を線当りにすることにより、保持器30が径方向に移動した際に、玉3がポケット部33に柔軟にはまり込み、保持器30の軸方向相対移動を抑制することができる。そのため、保持器30の径方向動き量ΔRの変化を防止することができ、軸受回転中の振動の増加を抑制できる。また、保持器30の軸方向移動が抑制される結果、保持器音や保持器30の早期破損などの問題を抑制できる。
柱部32の周方向から見た側面を円状とした場合(図12参照。)、前述した軸受回転中に生じる問題以外にも、生じ得る問題がある。その問題とは、保持器30のポケット部33のピッチ円の位置と、玉3のピッチ円の位置と、が軸方向に相対的にずれることによって、保持器30の径方向動き量ΔRが設計上の範囲から変化し、保持器製造時の玉外接円径及び玉内接円径の正確な測定が困難なことである。
保持器30の玉外接円径及び玉内接円径の測定方法の1つとして、保持器30のリング部31を下にした状態で、玉3を径方向内側に軽く測定荷重を与えて固定して測定する方法がある。このとき、ポケット部33内の玉3は重力によってポケット部33の中で、リング部31の方へ寄る。その結果、ポケット部33のピッチ円の位置と、玉3のピッチ円の位置と、が軸方向へ相対的にずれる。そして、保持器30の径方向動き量ΔRが、軸方向への移動前(図13参照。)と比べて、移動後(図14参照。)が大きくなる結果、径方向動き量ΔRが設計上の範囲を超えて大きくなってしまう。この場合、保持器30の玉外接円径及び玉内接円径の正確な測定が困難になってしまう。
そこで、本実施形態では、柱部32の周方向から見た側面に第1ストレート形状部33bを設けることによって、図16に示すように、測定荷重によって玉3が第1ストレート形状部33bの部分にはまり込み、玉3が軸方向にずれることなく、玉外接円径及び玉内接円径の正確な測定が容易になる。
なお、ポケット部33の球面中心位置は、リング部31の最外径部m1と最内径部m2との径方向中間位置Mよりも、径方向内側にずれた構成に限られず、図17〜図19に示すように、径方向外側にずれた構成でも構わない。すなわち、外輪溝肩部12と内輪カウンターボア23との間にリング部31を配置し、外輪10及び内輪20の軌道面11、21間に柱部32を配置し、柱部32の径方向内側端部にリング部31が接続する構造としてもよい。なお、図示の例では、ポケット部33の球面中心位置が、リング部31の最外径部m1よりも径方向外側にずれている。この場合であっても、柱部32の先端は、周方向中間に切欠部34が設けられており、二又に分かれているので、保持器30を射出成型で製造する際に、ポケット部33を形成する金型部品の無理抜きによる、柱部32のポケット部33側の角部35の破損を防止することができる。
ここで、ポケット部33を形成する柱部32の周方向から見た側面は、リング部31の径方向外側面(径方向一方側面)31bと径方向内側面(径方向他方側面)31aとを結ぶ円弧33aの一部が切り欠かれてなるものである。円弧33aの中心はPで示され、半径はrで示される。
より具体的に、柱部32の周方向から見た側面は、円弧33aの径方向外側端部(径方向一方側端部)が切り欠かれて軸方向に延びるように形成された第1ストレート形状部33bを含む。第1ストレート形状部33bは、円の中心Pよりも正面側(反負荷側。図19中左側。)に配置されている。また、第1ストレート形状部33bは、玉3の中心Oi(ポケット部33の球面中心)と軸方向において重なる。
さらに、柱部32の周方向から見た側面は、円弧33aの、第1ストレート形状部33bの背面側(負荷側。図19中右側。)の端部と、リング部31の径方向外側面31bの正面側の端部と、を結ぶ部分が切り欠かれて形成された第2ストレート形状部33cを含む。したがって、第2ストレート形状部33cは、背面側(リング部31側)に向かうにしたがって、径方向内側に向かう直線形状とされる。
また、柱部32の周方向から見た側面は、円弧33aの径方向内側端部(径方向他方側端部)が切り欠かれて軸方向に延びるように形成された第3ストレート形状部33gを含む。第3ストレート形状部33gは、リング部31の径方向内側面31aと同一平面上に形成され、当該径方向内側面31aと段差無く接続する。
このように、柱部32の周方向から見た側面は、第3ストレート形状部33gと、円弧33aと、第1ストレート形状部33bと、第2ストレート形状部33cと、が接続された形状となっている。
このように構成した場合であっても、上述の実施形態と同様の効果を奏することが可能である。
次に、第1実施形態に係るアンギュラ玉軸受1の複数のパラメータを変更した各実施例について説明する。
(実施例1−1)
本実施例のアンギュラ玉軸受1においては、内径をΦ15mm、接触角αを50°、Ai(内輪溝肩部22の径方向高さHiを玉3の直径Dwで除したもの)の値を0.38、Ae(外輪溝肩部12の径方向高さHeを玉3の直径Dwで除したもの)の値を0.38に設定した。保持器30の材質はポリアミド樹脂である。玉間距離Lと、玉ピッチ円直径dmに円周率πを乗じた玉3ピッチ円周長さπdmと、の関係は、L/πdm=12×10−3を満たす。
このように各パラメータを設定することにより、上述の実施形態と同様の効果を奏することが確認された。
(実施例1−2)
本実施例のアンギュラ玉軸受1においては、内径をΦ60mm、接触角αを60°、Ai(内輪溝肩部22の径方向高さHiを玉3の直径Dwで除したもの)の値を0.47、Ae(外輪溝肩部12の径方向高さHeを玉3の直径Dwで除したもの)の値を0.47に設定した。保持器30の材質は、ベース樹脂がポリアセタール樹脂であり、強化材としてカーボン繊維を10重量パーセント添加したものである。玉間距離Lと、玉ピッチ円直径dmに円周率πを乗じた玉3ピッチ円周長さπdmと、の関係は、L/πdm=2.3×10−3を満たす。
このように各パラメータを設定することにより、上述の実施形態と同様の効果を奏することが確認された。
(実施例1−3)
本実施例のアンギュラ玉軸受1においては、内径をΦ40mm、接触角αを55°、Ai(内輪溝肩部22の径方向高さHiを玉3の直径Dwで除したもの)の値を0.43、Ae(外輪溝肩部12の径方向高さHeを玉3の直径Dwで除したもの)の値を0.43に設定した。保持器30の材質は、ベース樹脂がポリアミド樹脂であり、強化材としてガラス繊維を20重量パーセント添加したものである。玉間距離Lと、玉ピッチ円直径dmに円周率πを乗じた玉3ピッチ円周長さπdmと、の関係は、L/πdm=7.0×10−3を満たす。
このように各パラメータを設定することにより、上述の実施形態と同様の効果を奏することが確認された。
(第2実施形態)
次に、本発明の第2実施形態に係るアンギュラ玉軸受について説明する。本実施形態のアンギュラ玉軸受1は、第1実施形態と比較し、保持器30に第1ストレート形状部33bが形成されない構成で相違するが、その他の基本的構成は略同一である。したがって、同一又は相等部分には同一符号を付すことにより説明を省略又は簡略化し、相違部分について以下詳述する。
図20に示すように、本実施形態のポケット部33を形成する柱部32の周方向から見た側面は、リング部31の径方向内側面(径方向一方側面)31aと径方向外側面(径方向他方側面)31bとを結ぶ円弧33aの一部が切り欠かれてなるものである。
より具体的に、柱部32の周方向から見た側面は、円弧33aの径方向内側端部(径方向一方側端部。底部。)33eと、リング部31の径方向内側面31aと、を結ぶ部分の少なくとも一部が切り欠かれて形成された第2ストレート形状部33cを含む。本実施形態では、第2ストレート形状部33cが、円弧33aの径方向内側端部33eよりもリング部31側の始点X(第2ストレート形状部33cと円弧33aとの交点)と、リング部31の径方向内側面31aと、を直線状に結ぶように構成される。なお、第2ストレート形状部33cは、円弧33aの径方向内側端部33eと、リング部31の径方向内側面31aと、を結ぶように形成しても構わない。すなわち、第2ストレート形状部33cの始点Xと、円弧33aの径方向内側端部33eと、が一致する構成でも構わない。
以上のように、本実施形態の柱部32の周方向から見た側面は、円弧33aと、第2ストレート形状部33cと、が接続された形状となっている。
このように柱部32の周方向から見た側面に第2ストレート形状部33cを形成することにより、保持器30と内輪20との間の軸方向距離ΔS1(図20参照。)をより広くとることができ、保持器30と内輪20とが干渉する可能性を低くすることができる。すなわち、第1実施形態と同様の効果を奏することが可能である。例えば、図10及び図22には、保持器30に径方向荷重Fが負荷され、径方向にたわんだ場合の形状の一例が、一点鎖線 で模式的に表されている。保持器30が径方向にたわむことで、保持器30の径方向位置が内輪20側又は外輪10側に接近してしまう。これにより、保持器30と内輪20との間の軸方向距離ΔS1が狭くなり、保持器30と内輪20とが干渉する可能性が高くなる。仮に、図12に示すように、柱部32の周方向から見た側面が第2ストレート形状部33cを有さない円状であった場合、保持器30と内輪20との間の軸方向距離ΔS1が狭くなり、保持器30と内輪20とが干渉する可能性が高くなる。そこで、本実施形態のアンギュラ玉軸受1のように、柱部32の周方向から見た側面に第2ストレート形状部33cを形成することにより、保持器30と内輪20との間の軸方向距離ΔS1をより広くとることができ、保持器30と内輪20とが干渉する可能性を低くすることができる。
また、第2ストレート形状部33cの始点Xは、玉3の中心Oi(ポケット部33の球面中心)よりも、リング部31側に位置している。このように構成することで、保持器30の柱部接触内径、すなわち玉3とポケット部33の接触点内径を確保できるので、保持器30の径方向動き量ΔRを適切な値に規制できる。ここで、玉案内方式の保持器30の径方向動き量ΔRは、図23に示すように、ポケット部33の径方向内側における玉3とポケット部33との径方向隙間ΔRi、又は径方向外側における玉3とポケット部33との径方向隙間ΔReの小さい方で決定される{ΔR=min(ΔRe,ΔRi)}。これにより、保持器30の径方向動き量ΔRが大きくならず、保持器30と内輪20との接触を抑制できる。
なお、本実施形態のアンギュラ玉軸受1は、図21に示すように、並列組合せで使用することができ、第1実施形態と同様に、外輪面取り14及び内輪面取り24を設けることで、内輪20及び外輪10同士の干渉の防止、及び油はけ性の向上を実現している。
なお、ポケット部33の球面中心位置は、リング部31の最外径部m1と最内径部m2との径方向中間位置Mよりも、径方向内側にずれた構成に限られず、図24に示すように、径方向外側にずれた構成でも構わない。すなわち、外輪溝肩部12と内輪カウンターボア23との間にリング部31を配置し、外輪10及び内輪20の軌道面11、21間に柱部32を配置し、柱部32の径方向内側端部にリング部31が接続する構造としてもよい。なお、図示の例では、ポケット部33の球面中心位置が、リング部31の最外径部m1よりも径方向外側にずれている。この場合であっても、柱部32の先端は、周方向中間に切欠部34が設けられており、二又に分かれているので、保持器30を射出成型で製造する際に、ポケット部33を形成する金型部品の無理抜きによる、柱部32のポケット部33側の角部35の破損を防止することができる。
ここで、ポケット部33を形成する柱部32の周方向から見た側面は、リング部31の径方向外側面(径方向一方側面)31bと径方向内側面(径方向他方側面)31aとを結ぶ円弧33aの一部が切り欠かれてなるものである。円弧33aの中心は、玉3の中心Oi(ポケット部33の球面中心)に一致し、半径はrで示される。
より具体的に、柱部32の周方向から見た側面は、円弧33aの径方向外側端部(径方向一方側端部。)33fと、リング部31の径方向外側面31bと、を結ぶ部分の少なくとも一部が切り欠かれて形成された第2ストレート形状部33cを含む。本実施形態では、第2ストレート形状部33cが、円弧33aの径方向外側端部33fよりもリング部31側の始点X(第2ストレート形状部33cと円弧33aとの交点)と、リング部31の径方向外側面31bと、を直線状に結ぶように構成される。なお、第2ストレート形状部33cは、円弧33aの径方向外側端部33fと、リング部31の径方向外側面31bと、を結ぶように形成しても構わない。すなわち、第2ストレート形状部33cの始点Xと、円弧33aの径方向外側端部33fと、が一致する構成でも構わない。
以上のように、本実施形態の柱部32の周方向から見た側面は、円弧33aと、第2ストレート形状部33cと、が接続された形状となっている。
このように、ポケット部33に第2ストレート形状部33cを形成することにより、保持器30と外輪10との間の軸方向距離ΔS2をより広くとることができ、保持器30と外輪10とが干渉する可能性を低くすることができる。
また、第2ストレート形状部33cの始点Xを径方向外側端部33fよりもリング部31側に配置することで、保持器30の柱部接触外径、すなわち玉3とポケット部33の接触点外径を確保できるので、保持器30の径方向動き量ΔRを適切な値に規制できる。これにより、保持器30の径方向動き量ΔRが大きくならず、保持器30と外輪10との接触を抑制できる。
次に、第2実施形態に係るアンギュラ玉軸受1の複数のパラメータを変更した各実施例について説明する。
(実施例2−1)
本実施例のアンギュラ玉軸受1においては、内径をΦ15mm、接触角αを50°、Ai(内輪溝肩部22の径方向高さHiを玉3の直径Dwで除したもの)の値を0.38、Ae(外輪溝肩部12の径方向高さHeを玉3の直径Dwで除したもの)の値を0.38に設定した。保持器30の材質はポリアミド樹脂である。玉間距離Lと、玉ピッチ円直径dmに円周率πを乗じた玉3ピッチ円周長さπdmと、の関係は、L/πdm=12×10−3を満たす。
このように各パラメータを設定することにより、保持器30と内輪20又は外輪10との接触防止が確認された。
(実施例2−2)
本実施例のアンギュラ玉軸受1においては、内径をΦ60mm、接触角αを60°、Ai(内輪溝肩部22の径方向高さHiを玉3の直径Dwで除したもの)の値を0.47、Ae(外輪溝肩部12の径方向高さHeを玉3の直径Dwで除したもの)の値を0.47に設定した。保持器30の材質は、ベース樹脂がポリアセタール樹脂であり、強化材としてカーボン繊維を10重量パーセント添加したものである。玉間距離Lと、玉ピッチ円直径dmに円周率πを乗じた玉3ピッチ円周長さπdmと、の関係は、L/πdm=2.3×10−3を満たす。
このように各パラメータを設定することにより、保持器30と内輪20又は外輪10との接触防止が確認された。
(実施例2−3)
本実施例のアンギュラ玉軸受1においては、内径をΦ40mm、接触角αを55°、Ai(内輪溝肩部22の径方向高さHiを玉3の直径Dwで除したもの)の値を0.43、Ae(外輪溝肩部12の径方向高さHeを玉3の直径Dwで除したもの)の値を0.43に設定した。保持器30の材質は、ベース樹脂がポリアミド樹脂であり、強化材としてガラス繊維を20重量パーセント添加したものである。玉間距離Lと、玉ピッチ円直径dmに円周率πを乗じた玉3ピッチ円周長さπdmと、の関係は、L/πdm=7.0×10−3を満たす。
このように各パラメータを設定することにより、保持器30と内輪20又は外輪10との接触防止が確認された。
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。
また、本出願は、2014年3月19日出願の日本特許出願2014−56627、2014年3月19日出願の日本特許出願2014−56628、及び2014年7月17日出願の特許協力条約に基づく国際出願PCT/JP2014/069091に基づくものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。
1 アンギュラ玉軸受
3 玉
10 外輪
11 軌道面
12 外輪溝肩部
13 外輪カウンターボア
14 外輪面取り
20 内輪
21 軌道面
22 内輪溝肩部
23 内輪カウンターボア
24 内輪面取り
30 保持器
31 リング部
31a 径方向内側面(径方向一方側面、径方向他方側面)
31b 径方向外側面(径方向他方側面、径方向一方側面)
32 柱部
33 ポケット部
33a 円弧
33b 第1ストレート形状部
33c 第2ストレート形状部
33d 径方向内側端部
33e 径方向内側端部(径方向一方側端部)
33f 径方向外側端部(径方向一方側端部)
33g 第3ストレート形状部
34 切欠部
35 角部
Oi 玉中心(ポケット部球面中心)

Claims (4)

  1. 内周面に軌道面を有する外輪と、
    外周面に軌道面を有する内輪と、
    前記外輪及び前記内輪の軌道面間に配置された複数の玉と、
    前記玉を転動自在に保持し、玉案内方式である保持器と、
    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、背面側に内輪カウンターボアが凹設され、正面側に内輪溝肩部が凸設され、
    前記外輪の内周面には、正面側に外輪カウンターボアが凹設され、背面側に外輪溝肩部が凸設され、
    前記玉の接触角αは、45°≦α≦65°であり、
    前記内輪溝肩部の径方向高さを前記玉の直径で除したものをAiとすると、0.35≦Ai≦0.50であり、
    前記外輪溝肩部の径方向高さを前記玉の直径で除したものをAeとすると、0.35≦Ae≦0.50であり、
    前記保持器は、略円環状のリング部と、前記リング部の正面側又は背面側から、所定間隔で軸方向に突出した複数の柱部と、隣り合う前記柱部の間に形成された複数のポケット部と、を有する冠型保持器であり、
    前記ポケット部の球面中心位置は、前記リング部の最外径部と最内径部との径方向中間位置よりも、径方向一方側にずれており、
    前記ポケット部を形成する前記柱部の周方向から見た側面は、前記リング部の径方向一方側面と径方向他方側面を結ぶ円弧の一部が切り欠かれてなるものであり、且つ、前記円弧の径方向一方側端部が切り欠かれて軸方向に延びるように形成された第1ストレート形状部を含む
    ことを特徴とするアンギュラ玉軸受。
  2. 前記ポケット部を形成する前記柱部の周方向から見た側面は、前記円弧の、前記第1ストレート形状部と、前記リング部の前記径方向一方側面と、を結ぶ部分が切り欠かれて形成された第2ストレート形状部を含む
    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. 内周面に軌道面を有する外輪と、
    外周面に軌道面を有する内輪と、
    前記外輪及び前記内輪の軌道面間に配置された複数の玉と、
    前記玉を転動自在に保持し、玉案内方式である保持器と、
    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、背面側に内輪カウンターボアが凹設され、正面側に内輪溝肩部が凸設され、
    前記外輪の内周面には、正面側に外輪カウンターボアが凹設され、背面側に外輪溝肩部が凸設され、
    前記玉の接触角αは、45°≦α≦65°であり、
    前記内輪溝肩部の径方向高さを前記玉の直径で除したものをAiとすると、0.35≦Ai≦0.50であり、
    前記外輪溝肩部の径方向高さを前記玉の直径で除したものをAeとすると、0.35≦Ae≦0.50であり、
    前記保持器は、略円環状のリング部と、前記リング部の正面側又は背面側から、所定間隔で軸方向に突出した複数の柱部と、隣り合う前記柱部の間に形成された複数のポケット部と、を有する冠型保持器であり、
    前記ポケット部の球面中心位置は、前記リング部の最外径部と最内径部との径方向中間位置よりも、径方向一方側にずれており、
    前記ポケット部を形成する前記柱部の周方向から見た側面は、前記リング部の径方向一方側面と径方向他方側面を結ぶ円弧の一部が切り欠かれてなるものであり、且つ、前記円弧の径方向一方側端部と、前記リング部の前記径方向一方側面と、を結ぶ部分の少なくとも一部が切り欠かれて形成されたストレート形状部を含む
    ことを特徴とするアンギュラ玉軸受。
  4. 隣り合う前記玉同士の距離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、の関係は、2.5×10−3≦L/πdm≦13×10−3を満たす
    ことを特徴とする請求項1〜3の何れか1項に記載のアンギュラ玉軸受。
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