JPWO2020090305A1 - 円筒ころ軸受 - Google Patents

Abstract

円筒ころ軸受（１０）において、ポケット部（２１）を形成する一対の円環部（２２）の各内壁面には、円筒ころ（１３）のころ端面（１３ａ）の中心点Ｏと少なくとも対向し、且つ、円環部（２２）の内周面から外周面まで開口する単一の凹溝（２５）が形成される。凹溝（２５）は、円環部（２２）と柱部（２３）との間のポケット隅部（２６）から円周方向に離間している。これにより、オイルエア潤滑やグリース潤滑においても良好な潤滑性を有し、且つ、円筒ころのスキューを抑制することができる。

Description

本発明は、円筒ころ軸受に関し、特に、工作機械主軸に好適な円筒ころ軸受に関する。

工作機械主軸では、後側軸受として円筒ころ軸受が多く使用されている。円筒ころ軸受は、内輪軌道面又は外輪軌道面と転動体との間で転がり接触しつつ軸方向の摺動を許容する。工作機械主軸では、運転中に、固定側であるハウジングと自由側である回転軸との間で、軸方向の熱膨張差が生じる。このため、円筒ころ軸受は、軸方向に摺動することで、軸方向の熱膨張差によって前側軸受と後側軸受に作用するアキシアル荷重を逃がし、軸受が損傷するのを防止している。

また、工作機械主軸に使用される円筒ころ軸受としては、潤滑性を向上させるため、保持器の円環状部の案内面において、径方向外側の部分に凹部を形成することで、その径方向内側に円筒ころのころ端面を案内する案内用凸部を設け、また、凹部の径方向外側部分に、潤滑剤の径方向外方への移動を抑える潤滑剤保持用凸部を形成したものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

さらに、円筒ころ軸受の潤滑性向上を図ったものとしては、ころ端面と対向する保持器のポケットの面に、油溜め用の凹部を形成したものや（例えば、特許文献２参照）、ポケットの軸方向内壁面に、円筒ころの倒れを小さくするための厚みのある２個の突起部を形成し、また、２個の突起部の間の凹部、及び回りの凹部によって、潤滑剤を保持するようにしたものが知られている（例えば、特許文献３参照）。

日本国特許第４６１８１９７号公報 日本国特許第３７２３２４７号公報 日本国特開平１０−１５３２１７号公報

ところで、工作機械主軸用の軸受は、主にオイルエア潤滑またはグリース潤滑で使用される。オイルエア潤滑で使用する場合には、低速回転時などの遠心力の作用が小さいことによりオイルが軸受内部に滞留しやすく、余剰のオイルが攪拌されて軸受が異常昇温することが問題となる。また、グリース潤滑で使用する場合も同様に、初期の慣らし運転時に余剰のグリースがスムーズに排出されないことで昇温が発生し、慣らし運転時間が長くなることが問題となる。

また、工作機械主軸に使用される円筒ころ軸受は、よりスライド性能を良好に保つために、若干の正のラジアルすきまで組み込まれることが多い。正のラジアルすきまで組み込まれた場合でも、高速運転中は遠心力や熱の影響でスライド性能に影響ない程度の負のラジアルすきまとなることが多いが、組込み条件のばらつきによっては組込時の正のラジアルすきまが大きすぎたり、低速運転で使用する場合には初期のすきまが詰まらず、運転中でも正のラジアルすきまのままとなることがある。さらに、後側軸受は、切削荷重をほとんど受けず、また、立軸姿勢で使用される場合もあり、円筒ころに外部からの荷重が負荷されずに運転する状態が起こる。このような条件が重なることで、円筒ころは運転中に軌道輪に拘束されることなく自由に動ける状態となり、スキュー運動が起こり、ころ端面とつば部が接触して、双方が摩耗損傷する可能性がある。

特許文献１及び２に記載の円筒ころ軸受は、内径側から外径側に凹みが貫通していないので、潤滑剤を溜めることはできるが排出性が良くなく、オイルエア潤滑やグリース潤滑で使用した場合に昇温の課題がある。特に、グリース潤滑において、まとまったグリースを保持器に溜めるということは、ある温度条件下で慣らし運転が完了したとしても、慣らし運転時よりも高い雰囲気温度で使用した場合に、グリースが軟化し、突発的に軸受内部に飛び込んで昇温する可能性がある。

一方、特許文献３に記載の円筒ころ軸受は、潤滑剤の排油性は良いが、ポケットすきまによっては、ころ端面が回りの凹部に入り込み、円筒ころがスキューする可能性がある。

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、オイルエア潤滑やグリース潤滑においても良好な潤滑性を有し、且つ、円筒ころのスキューを抑制することができる円筒ころ軸受を提供することにある。

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が形成される外輪と、
外周面に内輪軌道面が形成され、前記内輪軌道面の軸方向両端部に一対のつば部を有する内輪と、
前記外輪軌道面と前記内輪軌道面との間に転動自在に配置される複数の円筒ころと、
一対の円環部及び該一対の円環部を軸方向に連結する複数の柱部を有し、前記複数の円筒ころを回転自在にそれぞれ保持する複数のポケット部を形成する樹脂製の保持器と、
を備える円筒ころ軸受であって、
前記ポケット部を形成する前記一対の円環部の各内壁面には、前記円筒ころのころ端面の中心点と少なくとも対向し、且つ、前記円環部の内周面から外周面まで開口する単一の凹溝が形成され、
前記凹溝は、前記円環部と前記柱部との間のポケット隅部から円周方向に離間しており、
前記凹溝は、円周方向における幅が、その外周側端面から内周側端面まで等しく形成されるか、又は、その外周側端面における円周方向幅が、内周側端面における円周方向幅よりも大きく形成されており、
前記凹溝の外周側端面の円周方向幅をＭ、前記円筒ころのころ径をＤ、前記つば部の高さをＨ、前記円周方向におけるポケットすきまをΔＰとしたとき、
Ｍ−ΔＰ≦Ｄ−Ｈ
を満たす、円筒ころ軸受。

本発明の円筒ころ軸受によれば、オイルエア潤滑やグリース潤滑においても良好な潤滑性を有し、且つ、円筒ころのスキューを抑制することができる。また、Ｍ−ΔＰ≦Ｄ−Ｈの式により、凹溝の大きさの上限を規定することで、円周方向にポケットすきまを有する場合であっても、円環部の内壁面のうちの平坦面によって、円筒ころのころ端面が支持され、円筒ころのスキュー運動を抑制でき、さらに、円環部の肉厚を十分に確保することができる。

本発明の一実施形態に係る円筒ころ軸受を示す縦断面図である。 （ａ）は、図１の円筒ころ軸受用保持器を外径側から見た斜視図であり、（ｂ）は、該保持器を内径側から見た斜視図である。 図１の円筒ころ軸受用保持器のポケットを示す平面図である。 図１のＩＶ−ＩＶ線における断面図である。 本実施形態に係る余剰オイルの流れを説明するため、内輪を除いた円筒ころ軸受の斜視図である。 本実施形態に係る保持器側のグリース残存位置を説明するための保持器の斜視図である。 （ａ）は、本実施形態に係るころ側のグリース残存位置を説明するため、内輪の一部を破断した円筒ころ軸受の斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）のＶＩＩ部拡大図である。 （ａ）〜（ｄ）は、円筒ころ軸受用保持器の凹溝の各変形例を示す平面図である。 （ａ）は、内輪案内方式の保持器が適用された場合の円筒ころ軸受の断面図であり、（ｂ）は、内輪案内方式の保持器が適用された場合の円筒ころ軸受の断面図である。 本発明の円筒ころ軸受用保持器のポケットの凹溝の他の変形例を示す断面図である。

以下、本発明の一実施形態に係る円筒ころ軸受を図面に基づいて詳細に説明する。

図１に示すように、円筒ころ軸受１０は、内周面に外輪軌道面１１ａが形成される外輪１１と、外周面に内輪軌道面１２ａが形成される内輪１２と、外輪軌道面１１ａと内輪軌道面１２ａとの間に転動自在に配置された複数の円筒ころ１３と、複数の円筒ころ１３を回転自在にそれぞれ保持する複数のポケット部２１を形成する、ころ案内方式の保持器２０と、を備えている。内輪１２は、内輪軌道面１２ａの軸方向両端部に、内輪軌道面１２ａより外径側に突出する一対のつば部１２ｂ、１２ｂを有する。

なお、本実施形態の円筒ころ軸受１０は、工作機械で主に使用されるオイルエア潤滑方式とグリース潤滑方式のいずれにも適用可能であり、即ち、オイルとグリースのいずれの潤滑剤で潤滑されてもよい。

保持器２０としては、例えば、基材入りのフェノール樹脂製であってもよく、基材としては積層板では紙、木綿布、アスベスト布、ガラス繊維布、ナイロン織物、成型品では、木粉、木綿、パルプ、アスベスト、雲母、ガラス繊維などを用いてもよい。また、保持器２０は、ポリアミド、ポリアセタール、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、ポリフェニレンサルファイドなどの合成樹脂材料からなり、必要に応じて、該樹脂に、ガラス繊維、カーボン繊維、アラミド繊維などの強化材を添加してもよい。或いは、保持器２０は、銅合金や銀めっきなどを施した鉄でもよい。

図２及び図３に示すように、保持器２０は、一対の円環部２２、２２及び一対の円環部２２、２２を軸方向に連結する複数の柱部２３を有する。柱部２３の軸方向中間部には、軸方向に互いに離間して配置された一対のころ持たせ部２４、２４を有する。一対のころ持たせ部２４、２４は、所定の軸方向長さを備え、その間に位置する柱部２３の側面よりも円周方向に突出するように形成され、円筒ころ１３をその外径側及び内径側で拘束する。また、柱部２３の外周面は、一対の円環部２２、２２の外径よりも内径側に設けられており、一対のころ持たせ部２４、２４は、柱部２３の外周面から外径側に突出して形成されている。このように、軸方向に分割して形成される一対のころ持たせ部２４、２４は、円筒ころ１３の競り合いによって発生する力を受けた際に弾性変形することができ、柱部２３が受ける力の一部を逃がすことができる。

また、ポケット部２１を形成する一対の円環部２２、２２の各内壁面には、単一の凹溝２５が形成されている。凹溝２５は、円筒ころ１３のころ端面１３ａの中心点Ｏ（図４参照）と少なくとも対向しており、また、円環部２２の内周面から外周面まで開口している。

図３に示すように、本実施形態の場合、凹溝２５は、円周方向中間部に平坦なストレート面３０と、該ストレート面３０の円周方向両側に設けられた断面凹曲面状の湾曲面３１、３１と、を有する。また、凹溝２５は、円周方向における幅が、その外周側端面２５ａから内周側端面２５ｂまで等しくなるように、径方向において同じ断面形状を有して形成される。

また、本実施形態では、凹溝２５は、円環部２２の柱部２３との間の曲面状のポケット隅部２６から円周方向に離間した位置に形成されており、円環部２２の内壁面のうち、凹溝２５の円周方向両側には、平坦面２２ａがそれぞれ設けられている。したがって、ポケット隅部２６を除いた円環部２２の内壁面の円周方向幅をＳとすると、凹溝２５の外周側端面２５ａの円周方向幅Ｍは、Ｍ＜Ｓに設定される。

このような凹溝２５は、工作機械主軸で主に使用される潤滑方式のオイルエア潤滑とグリース潤滑の両方において、以下のメリットを有する。
即ち、オイルエア潤滑で使用する場合には、図５に示すように、保持器２０に作用する遠心力により、昇温の原因となる余剰オイルが軸受内部から外部へ排出される過程において、この凹溝２５から積極的に外輪側へ排出することにより、オイルが軸受内部に戻るのを防ぐことができる。なお、図５中、Ｘ１は、保持器２０の公転方向、Ｘ２は、円筒ころ１３の自転方向、Ｘ３は、余剰オイルの流れを示している。

また、グリース潤滑で使用する場合には、初期の慣らし運転時において、この凹溝２５は、同じく余剰グリースを軸受外部に排出する経路となり、慣らし運転時間を短縮することができる。さらに、慣らし完了後は、図６に示すように、一部のグリースＧはこの凹溝２５内に留まり、保持器２０のころ端面１３ａとの接触部へ基油を供給することができるため、潤滑性を良好に保つことができる。更に、保持器側に凹溝２５を設けたことにより、ころ端面１３ａの中心部分は保持器２０と接触しないため、回転運動によりグリースが掻き取られることなく、グリースＧの一部は運転中もころ端面１３ａの中心部分に留まり続ける。

そして、図７に示すように、円筒ころ１３の回転時の遠心力作用により、この残留グリースからころ端面１３ａの外径側に向かって基油が供給されるため、ころ端面１３ａとつば部１２ｂのつば面との滑り接触部の潤滑性を良好に保つことができ、接触部が摩耗損傷するのを抑制することができる。なお、図６及び図７（ｂ）中の矢印は、グリースの基油の供給経路を示している。

また、本実施形態の円筒ころ軸受１０では、円筒ころ１３がスキューしようとした際に、円環部２２の内壁面のうち、凹溝２５が形成されていない平坦面２２ａによって支持されるため、上記潤滑性能を向上しつつ、スキュー運動を緩和させる効果も得られる。即ち、工作機械主軸の後側軸受として使用される円筒ころ軸受１０が、正のラジアルすきまの状態で運転されたり、また、円筒ころ１３に外部からの荷重が負荷されずに運転され、円筒ころ１３が軌道輪に拘束されることなく自由に回転する場合であっても、スキュー運動が抑えられ、ころ端面１３ａとつば部１２ｂのつば面とが接触して、摩耗損傷するのを抑制できる。

ここで、図４に示すように、凹溝２５の外周側端面２５ａの円周方向幅をＭ、円筒ころ１３のころ径をＤ、つば部１２ｂの高さをＨ、円周方向におけるポケットすきまをΔＰとしたとき、Ｍ−ΔＰ≦Ｄ−Ｈを満たすように形成されている。これにより、凹溝２５から余剰の潤滑剤を効率よく排出することができる。
また、円周方向にポケットすきまΔＰを有する場合であっても、円環部２２の内壁面のうちの平坦面２２ａによって、円筒ころ１３のころ端面１３ａが支持され、円筒ころ１３のスキュー運動を抑制できる。さらに、凹溝２５の大きさの上限が規定されるので、円環部２２の肉厚を十分に確保することができる。ここで、凹溝２５の外周側端面２５ａの円周方向幅Ｍをより大きくして、凹溝２５によって掻き取られずにころ端面１３ａに残存できるグリースの面積を大きくしても、つば部１２ｂによって掻き取られてしまうため、ころ端面１３ａに残存するグリースの面積は、つば部１２ｂに掻き取られて残るグリースの面積以上に大きくすることはできない。このため、ころ端面１３ａに残存できるグリースの面積の最大値が、つば部１２ｂの高さＨによって規定されるので、円周方向幅Ｍも、つば部１２ｂの高さＨによって規定される。
なお、凹溝２５の大きさは、Ｍ−ΔＰ≦Ｄ−２Ｈとすることがより好ましい。Ｄ−２Ｈ（＝Ｄｇｒ）は、つば部１２ｂによって掻き取られずにころ端面１３ａに残存できるグリースの直径を表す。凹溝２５内に留められた潤滑剤は、平坦面２２ａに流れ、ころ端面１３ａとの潤滑に作用するが、Ｍ−ΔＰ≦Ｄ−２Ｈを満たすことで、ころ端面１３ａのうち、つば部１２ｂと接触する面が、回転により平坦面２２ａとも接触することができるため、潤滑剤が供給され、ころ端面１３ａとつば部１２ｂとの潤滑性を良好に保つことができる。

また、凹溝２５の下限は、０．２×Ｄ≦Ｍ−ΔＰを満たすように形成されることが好ましい。これにより、凹溝２５の外周側端面２５ａの円周方向幅Ｍが確保されることで、グリースの排油性が良好となる。また、凹溝２５内に潤滑剤を十分に溜めることができ、さらに、ころ端面１３ａに残存できるグリースを凹溝２５が掻き取るのも抑制できる。仮に、Ｍ−ΔＰ＜０．２×Ｄとすると、排油性が悪くなり、ならし運転時間の長期化や、攪拌抵抗による昇温や異常発熱が起こりやすく、また、ころ端面１３ａにグリースが残存できる面積が小さくなるため、ころ端面１３ａからつば部１２ｂへのグリース基油の補給量が減ってしまう。また、０．３×Ｄ≦Ｍ−ΔＰを満たすように凹溝２５を形成することが、より好ましい。これにより、グリースの慣らし運転時間の短縮や、異常発熱の課題を改善することができる。

以上説明したように、本実施形態の円筒ころ軸受１０によれば、ポケット部２１を形成する一対の円環部２２の各内壁面には、円筒ころ１３のころ端面１３ａの中心点Ｏと少なくとも対向し、且つ、円環部２２の内周面から外周面まで開口する単一の凹溝２５が形成され、凹溝２５は、円環部２２と柱部２３との間のポケット隅部２６から円周方向に離間している。これにより、オイルエア潤滑やグリース潤滑においても良好な潤滑性を有し、且つ、円筒ころのスキューを抑制することができる。

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものでなく、適宜、変形、改良等が可能である。
例えば、凹溝２５の形状は、上記実施形態のものに限定されず、図８（ａ）〜図８（ｄ）に示すものであってもよい。
具体的に、図８（ａ）に示すように、凹溝２５Ａは、ストレート面３０の円周方向両側に設けられた傾斜面３２、３２と、を有して構成され、凹溝２５ａによる応力集中の緩和と、排油性の向上とをバランス良く与えるようにしてもよい。
また、図８（ｂ）に示すように、凹溝２５Ｂは、ストレート面３０と、該ストレート面３０の円周方向両側に垂直に交差して設けられた垂直面３３、３３と、を有して構成され、排油性を向上するようにしてもよい。
さらに、図８（ｃ）に示すように、凹溝２５Ｃは、単一の円弧面３４によって構成され、凹溝２５Ｃによる応力集中を緩和するようにしてもよい。
また、図８（ｄ）に示すように、凹溝２５Ｄは、ストレート面３０と、該ストレート面３０の円周方向両側に、凹溝２５Ｄの円周方向幅が開口部分からストレート面３０に向けて幅広となるように傾斜する傾斜面３５、３５と、を有して構成され、より多くの潤滑剤を保持するようにしてもよい。
なお、上記変形例では、凹溝２５〜２５Ｄは、径方向において同じ断面形状を有する構成としているが、外輪側に向かって断面形状が大きくなるなど、径方向において異なる断面形状を有してもよい。

また、本発明の保持器２０は、上述したころ案内方式に限定されず、図９（ａ）に示す内輪案内方式や、図９（ｂ）に示す外輪案内方式であってもよい。

さらに、本発明の保持器２０は、ころ持たせ部２４、２４を有する柱部２３の形状は、上記実施形態に限定されるものでなく、他の形状を有するものであってもよい。

また、本発明は、単列円筒ころ軸受に限定されず、複列円筒ころ軸受に適用されてもよい。

加えて、上記実施形態では、凹溝２５は、円周方向における幅が、その外周側端面２５ａから内周側端面２５ｂまで等しく形成されているが、本発明の凹溝は、これに限らず、外周側端面２５ａにおける円周方向幅Ｍが、内周側端面２５ｂにおける円周方向幅よりも大きく形成されてもよい。例えば、図１０に示すように、凹溝２５は、円周方向における幅が、外周側端面２５ａから内周側端面２５ｂまで徐々に狭くなるように形成される。

また、外周側端面２５ａにおける円周方向幅Ｍが、内周側端面２５ｂにおける円周方向幅よりも大きい場合には、凹溝２５の円周方向幅の下限の規定は、内周側端面２５ｂの円周方向幅Ｍａにおいて成立するように設計される。
即ち、凹溝の円周方向幅が外周側端面から内周側端面まで等しい上記実施形態、及び、外周側端面２５ａにおける円周方向幅Ｍが内周側端面２５ｂにおける円周方向幅Ｍｂよりも大きい変形例のいずれにおいても、凹溝２５の内周側端面２５ｂの円周方向幅Ｍａは、０．２×Ｄ≦Ｍａ−ΔＰを満たすように形成される。

以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１） 内周面に外輪軌道面が形成される外輪と、
外周面に内輪軌道面が形成され、前記内輪軌道面の軸方向両端部に一対のつば部を有する内輪と、
前記外輪軌道面と前記内輪軌道面との間に転動自在に配置される複数の円筒ころと、
一対の円環部及び該一対の円環部を軸方向に連結する複数の柱部を有し、前記複数の円筒ころを回転自在にそれぞれ保持する複数のポケット部を形成する樹脂製の保持器と、
を備える円筒ころ軸受であって、
前記ポケット部を形成する前記一対の円環部の各内壁面には、前記円筒ころのころ端面の中心点と少なくとも対向し、且つ、前記円環部の内周面から外周面まで開口する単一の凹溝が形成され、
前記凹溝は、前記円環部と前記柱部との間のポケット隅部から円周方向に離間しており、
前記凹溝は、円周方向における幅が、その外周側端面から内周側端面まで等しく形成されるか、又は、その外周側端面における円周方向幅が、内周側端面における円周方向幅よりも大きく形成されており、
前記凹溝の外周側端面の円周方向幅をＭ、前記円筒ころのころ径をＤ、前記つば部の高さをＨ、前記円周方向におけるポケットすきまをΔＰとしたとき、
Ｍ−ΔＰ≦Ｄ−Ｈ
を満たす、円筒ころ軸受。
この構成によれば、オイルエア潤滑やグリース潤滑においても良好な潤滑性を有し、且つ、円筒ころのスキューを抑制することができる。
また、Ｍ−ΔＰ≦Ｄ−Ｈの式により、凹溝の大きさの上限を規定することで、円周方向にポケットすきまを有する場合であっても、円環部の内壁面のうちの平坦面によって、円筒ころのころ端面が支持され、円筒ころのスキュー運動を抑制でき、さらに、円環部の肉厚を十分に確保することができる。

なお、本出願は、２０１８年１０月３１日出願の日本特許出願（特願２０１８−２０５６２８）に基づくものであり、その内容は本出願の中に参照として援用される。

１０ 円筒ころ軸受
１１ 外輪
１１ａ 外輪軌道面
１２ 内輪
１２ａ 内輪軌道面
１３ 円筒ころ
２０ 保持器
２１ ポケット部
２２ 円環部
２３ 柱部
２５ 凹溝
Ｄ ころ径
Ｈ つば部の高さ
Ｍ 凹溝の外周側端面の円周方向幅
ΔＰ 円周方向におけるポケットすきま

Claims (1)

1. 内周面に外輪軌道面が形成される外輪と、
   外周面に内輪軌道面が形成され、前記内輪軌道面の軸方向両端部に一対のつば部を有する内輪と、
   前記外輪軌道面と前記内輪軌道面との間に転動自在に配置される複数の円筒ころと、
   一対の円環部及び該一対の円環部を軸方向に連結する複数の柱部を有し、前記複数の円筒ころを回転自在にそれぞれ保持する複数のポケット部を形成する樹脂製の保持器と、
   を備える円筒ころ軸受であって、
   前記ポケット部を形成する前記一対の円環部の各内壁面には、前記円筒ころのころ端面の中心点と少なくとも対向し、且つ、前記円環部の内周面から外周面まで開口する単一の凹溝が形成され、
   前記凹溝は、前記円環部と前記柱部との間のポケット隅部から円周方向に離間しており、
   前記凹溝は、円周方向における幅が、その外周側端面から内周側端面まで等しく形成されるか、又は、その外周側端面における円周方向幅が、内周側端面における円周方向幅よりも大きく形成されており、
   前記凹溝の外周側端面の円周方向幅をＭ、前記円筒ころのころ径をＤ、前記つば部の高さをＨ、前記円周方向におけるポケットすきまをΔＰとしたとき、
   Ｍ−ΔＰ≦Ｄ−Ｈ
   を満たす、円筒ころ軸受。

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