TWI678478B - 滾珠軸承用保持器 - Google Patents

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Wakana Inoue
古山峰夫
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Abstract

滾珠軸承用保持器(3)，將夾設於內外環間之滾珠，保持在設於圓環部(5)之圓周方向複數處之滾珠槽(Pt)。圓環部(5)，包含：環狀部(6、6)，配置於軸向兩側；及柱部(7)，連結此等環狀部(6、6)，配置於圓周方向複數處。以軸向兩側之環狀部(6、6)，與沿圓周方向鄰接之柱部(7、7)形成滾珠槽(Pt)，以引導滾珠。將各柱部(7)中與滾珠之圓周方向的接觸部，作成沿軸方向延伸之平面(8)，並在該平面(8)引導該滾珠。

Description

滾珠軸承用保持器
本發明，係關於例如用於工具機主軸之滾珠軸承用保持器。
使用於工具機主軸之斜角滾珠軸承旋轉速度快，故較少使用比重大之金屬製保持器，而使用以玻璃纖維或碳纖維等補強之尼龍聚醯胺或PPS，PEEK或酚等樹脂保持器。
一般而言在中低速區域，多半使用內徑束縛形之轉動體引導保持器(例如，專利文獻1～3)。在專利文獻1、2中，揭露有內徑束縛形之滾珠引導斜角滾珠軸承。在專利文獻3中，揭露有內徑束縛形之滾珠引導保持器。又，亦提案有外徑束縛形之滾子引導保持器(專利文獻4)。轉動體引導保持器係與管理為高精度、細微之面粗糙之滾珠引導(接觸)，有別於內環引導保持器或外環引導保持器，不需對外環內徑面或內環外徑面研磨光製。從而，轉動體引導保持器，相較於內環引導保持器或外環引導保持器，在成本面更為優異。 【先前技術文獻】 【專利文獻】
專利文獻1：日本特許第3611918號公報 專利文獻2：日本特開平9-236127號公報 專利文獻3：日本特許第4192515號公報 專利文獻4：日本特開2006-161882號公報
【發明所欲解決之問題】
然而，若成為在「轉動體中心徑dm (mm)」與「旋轉速度n(min-1)」之乘積亦即「dm n値」超過100萬般的高速區域，轉動體引導保持器因離心力的作用而膨脹，於徑方向引導時之「保持器的滾珠承受部(內徑束縛形為保持器的內徑側)」與「滾珠」之接觸變強。因此，與滾珠承受部關聯的電阻或發熱會隨之變大，當潤滑不良或嚴酷的情形，會進展為接觸面之異常磨損、溶解。
圖8為使用了習知例之滾珠軸承用保持器的斜角滾珠軸承之剖面圖，圖9為此滾珠軸承用保持器之立體圖，圖10為從此滾珠軸承用保持器外徑側觀看之俯視圖。如圖8～圖10所示，習知的內徑束縛形之轉動體引導保持器30，從徑方向外側觀看，開孔圓形的滾珠槽Pt。亦即，滾珠槽Pt係幾近圓筒形狀。圖11為圖8之XI-XI線剖面圖。內徑束縛形之滾珠承受部31中，保持器位置呈中立位置狀態時設定與滾珠32之餘隙B，保持器30即使沿徑方向移動，亦可保持與內環33，外環34不接觸之滾珠引導。
若具備此內徑束縛形之轉動體引導保持器30的軸承高速運轉，藉由保持器30離心膨脹或離心旋轉等，在滾珠公轉周方向Q點，滾珠32與滾珠槽Pt接觸，滾珠32有時也會深入保持器30之滾珠槽Pt。其結果，因滾珠32與滾珠槽Pt接觸使阻力或發熱增大。
本發明之目的在於提供一種雖為滾珠引導方式但仍可高速運轉之滾珠軸承用保持器。 【解決問題之方式】
本發明之滾珠軸承用保持器用以引導滾珠，其將夾設於內外環間之滾珠，保持於設於圓環部之圓周方向複數處之滾珠槽，該圓環部，包含：環狀部，配置於軸向兩側；及柱部，連結此等環狀部，配置於圓周方向複數處；且以該軸向兩側之環狀部，與沿圓周方向鄰接之柱部，形成該滾珠槽，該滾珠軸承用保持器之特徵在於：將該各柱部中與該滾珠之圓周方向的接觸部，作成沿軸方向延伸之平面，並在該平面引導該滾珠。
藉此構成，由於將各柱部中與滾珠之圓周方向的接觸部，作成沿軸方向延伸之平面，故相較於習知的內徑束縛形之轉動體引導保持器所具有的圓孔接觸部，可使與滾珠之接觸面積減少。藉此，可抑制在該接觸部之局部的發熱。從而，由於本案之滾珠軸承用保持器，即便在高速運轉時之離心力作用下，亦能抑制與滾珠之該接觸部的發熱，因此，能進行高速運轉。又，由於為滾珠引導式，故無需對外環內徑面或內環外徑面研磨光製，因此，可實現加工工時之減少。
亦可將該各環狀部中與該滾珠的軸方向之接觸部，作成沿圓周方向延伸之平面，而在該平面引導該滾珠。此時，由於係以柱部的平面與環狀部的平面引導滾珠，故可使滾珠接觸滾珠槽時之負重，分擔為「於軸承旋轉方向作用之負重」與「於軸方向作用之負重」。從而，在可使與滾珠的接觸面積變得比習知的內徑束縛形之保持器為少的同時，可抑制在接觸部之局部的發熱。
該柱部與該環狀部之連結部，亦可形成為弧形或是圓弧狀。此時，在弧形或是圓弧狀的連結部與滾珠之間，形成潤滑用之空間。當為「氣油(air oil)潤滑」時，藉由形成該「空間」，可順利的供給/排出油，持續地將適量的油供給到滾珠與保持器滾珠槽之接觸部。當為「滑油(grease)潤滑」時，該「空間」對於保持「接觸部附近的滑油」發揮貢獻，保持於該「空間」的滑油，被供給至滾珠與保持器滾珠槽。其結果，提高「高速運轉時之潤滑可靠度」，並抑制因接觸造成之摩擦及磨損。
該柱部與該環狀部之連結部，亦可形成圓弧狀，將「成為該連結部的圓弧狀之部分」作為「自該滾珠槽的中心偏移之圓弧面」，而在該圓弧面與該滾珠之間形成餘隙。此時，圓弧狀之連結部與滾珠之間，形成潤滑用之間隙。當為「氣油(air oil)潤滑」時，藉由形成該「間隙」，可順利的供給/排出油，持續地將適量的油供給到滾珠與保持器滾珠槽之接觸部。當為「滑油(grease)潤滑」時，該「間隙」對於保持「接觸部附近的滑油」發揮貢獻，保持於該「間隙」的滑油，被供給至滾珠與保持器滾珠槽。其結果，提高「高速運轉時之潤滑可靠度」，並抑制因接觸造成之摩擦及磨損。
亦可將該連結部的半徑尺寸，設定成：「該滾珠槽的軸方向之總寬度」的15％以上。該連結部的半徑尺寸，例如，可由試驗或模擬等結果決定。當將該連結部的半徑尺寸，數値限定成如前述般時，可進一層提高「高速運轉時之潤滑可靠度」。
本發明之滾珠軸承用保持器，亦可係斜角滾珠軸承用保持器，亦可係樹脂製。該樹脂製滾珠軸承用保持器，亦得以射出成型製作。此時，相較於以機械加工製作保持器，量產性優異，實現成本降低。
該圓環部，亦可具有於該圓環部的軸方向彼此對向之兩個環狀體，並將該等環狀體與該軸方向對向組合，形成複數該滾珠槽。此時，在內外環的軌道面間插入了複數滾珠後，可將兩個環狀體自該軸方向的兩側組合，而容易地組裝該保持器。若將該保持器以樹脂製成，而將兩個環狀體設定為相同形狀，由於能以一種類的成形用模具，成形該兩個環狀體，故在現實抑制模具費用而降低保持器的成本的同時，亦無需分別「組合之兩個環狀體」，而可容易地管理環狀體。
本發明之滾珠軸承，亦可係使用本發明之滾珠軸承用保持器之工具機主軸用斜角滾珠軸承。
申請範圍及/或說明書及/或圖式所揭示之至少2個構成之任何組合，皆包含於本發明。特別是，申請範圍各請求項之2個以上的任何組合，皆包含於本發明。
圖1至圖4一齊說明本發明之第1實施形態。依此實施形態之滾珠軸承用保持器，特別適用於工具機主軸用斜角滾珠軸承之保持器。圖1，係使用滾珠軸承用保持器之斜角滾珠軸承之剖面圖。此斜角滾珠軸承中，在內環1與外環2之間，夾設由保持器3保持之滾珠4。此保持器3，係以滾珠引導之內徑束縛形。滾珠4，例如，由鋼球或陶瓷等構成。
保持器3中，將夾設於內外環1、2間之滾珠4，保持在設於圓環部5之圓周方向複數處之滾珠槽Pt。保持器3例如為樹脂製，以射出成型製作。作為使用於該保持器3之樹脂材料，適用：「有利於高速旋轉，以高剛性的PEEK樹脂為代表，於超級工程塑膠含有20～40％碳纖維或是玻璃纖維」，或是，「成本面之考量，以聚醯胺樹脂為代表，於工程塑膠含有20～40％碳纖維或是玻璃纖維」。
圖2A為此保持器3之立體圖，圖2B為圖2A之重要部份的放大圖。圖3A為從外徑側觀看此保持器3之俯視圖，圖3B為圖3A之重要部份的放大圖。如圖2A～圖3B所示，保持器3的圓環部5，具備：環狀部6、6，配置於軸方向兩側；及柱部7，連接該等環狀部6、6，配置於圓周方向複數處。藉由「軸方向兩側的環狀部6、6」與「於圓周方向鄰接之柱部7、7」，形成該滾珠槽Pt。
如圖2B及圖3B所示，滾珠槽Pt，在從外徑側觀看此保持器3的俯視，形成為略矩形狀。於各滾珠槽Pt，一對之柱部7、7互相於圓周方向對向配置。將各柱部7中與滾珠4(圖1)之接觸部，設成沿軸方向延伸之平面8。在該平面8引導滾珠4(圖1)。將該柱部7中的平面8，稱為「旋轉方向平面8」。
各滾珠槽Pt中的兩個旋轉方向平面8、8係設置成，自「各柱部7之厚度方向中間附近部」向「半徑方向內側」延伸既定距離，且，隨著愈向前端，於圓周方向上相互的距離會逐漸變近。又，各旋轉方向平面8，隨著自基端向前端，寬度狹窄地形成。該保持器3藉由柱部7中的旋轉方向平面8，成為滾珠引導內徑束縛形。
將各環狀部6中的軸方向之接觸部，作成沿圓周方向延伸之平面9，在此平面9亦引導滾珠4(圖1)。將此環狀部6中的平面9，稱為「軸方向平面9」。各滾珠槽Pt中的二個軸方向平面9、9，形成相互平行的面。由於在前述之「旋轉方向平面8」與「軸方向平面9」引導滾珠4(圖1)，故可使滾珠4(圖1)接觸滾珠槽Pt時之負重，分擔為「於軸承旋轉方向作用之負重」與「於軸方向作用之負重」。
柱部7與環狀部6之連結部10，形成由圓弧倒角而成之弧形或是圓弧狀。此弧形或是圓弧狀的圓弧中心，係位於滾珠槽Pt內。在形成為略矩形狀的各滾珠槽Pt中的四隅，分別形成有連結部10。此連結部10的半徑，係設定成滾珠槽Pt的軸方向之總寬度L1的15％以上。此連結部10的半徑尺寸，例如，以試驗或模擬等結果決定。
圖4為比較說明本實施態樣之保持器3(同圖右側)與習知保持器50(同圖左側)之圖式。相對於習知保持器50中，滾珠4係接觸滾珠槽Pt的圓孔面51，在本實施態樣的保持器3中，滾珠4係接觸滾珠槽Pt的旋轉方向平面8。
又，本實施態樣的保持器3中，在「弧形或圓弧狀之連結部10」與「滾珠4」之間，形成潤滑用之空間11。當為氣油(air oil)潤滑時，藉由形成空間11，可順利的供給/排出油，持續地將適量的油供給到滾珠4與保持器滾珠槽Pt之接觸部。當為滑油(grease)潤滑時，空間11對於「保持接觸部附近的滑油」發揮貢獻，並將保持於空間11之滑油，供給至滾珠4與保持器滾珠槽Pt。其結果，提高「高速運轉時之潤滑可靠度」，並抑制因接觸造成之摩擦及磨損。
若利用以上說明過之保持器3，將各柱部7中與滾珠4之圓周方向的接觸部，作成沿軸方向延伸之平面8。藉此，相較於習知的內徑束縛形之轉動體引導保持器所具有的圓孔接觸部，可以減少與滾珠4之接觸面積。其結果，可抑制在該接觸部之局部的發熱。從而，本實施態樣的滾珠軸承用保持器3，即使高速運轉時之離心力作用，亦可抑制滾珠4與該接觸部之發熱，而可高速運轉。又，由於為滾珠引導方式，故無需對外環內徑面或內環外徑面研磨光製，因此，可實現加工工時之減少。
將各環狀部6中與滾珠4之軸方向的接觸部，作成沿圓周方向延伸之平面9，並在此平面9引導滾珠4。由於在「柱部7之平面8」及「環狀部6之平面9」引導滾珠4，可使滾珠4接觸滾珠槽Pt時之負重，分擔為「於軸承旋轉方向作用之負重」與「於軸方向作用之負重」。從而，在與滾珠之接觸面積比習知的內徑束縛形之保持器少的同時，可抑制在接觸部之局部的發熱。
就其他實施態樣說明。 於以下之說明中，各實施態樣中與「先前之實施態樣中說明之事項」對應的部分，係賦予相同的參照符號，省略重複的說明。當只說明構成之一部份時，構成之其他部分，只要沒有特別記載，係與先前說明之實施態樣相同，由相同的構成發揮相同的作用效果。不僅各實施態樣中具體說明的部分之組合，只要組合上不會特別產生障礙，亦可將實施態樣間部分的組合。
圖5所示的第2實施態樣中，柱部7與環狀部6之連結部10，係形成為圓弧狀。該連結部10之成為圓弧狀的部分，係自「該滾珠槽Pt的中心O1」向「軸方向及圓周方向」分別偏移之圓弧面，在此圓弧面與滾珠之間形成有餘隙。
圖6所示的第3實施態樣中，連結部10之成為圓弧狀的部分，係自「滾珠槽Pt的中心O1」向「軸方向」偏移之圓弧面，在此圓弧面與滾珠之間形成有餘隙。
第2及第3實施態樣之情形，在圓弧狀之連結部10與滾珠之間，形成潤滑用之間隙。當為氣油(air oil)潤滑時，藉由形成此「間隙」，可順利的供給/排出油，持續地將適量的油供給到滾珠與保持器滾珠槽Pt之接觸部。當為滑油(grease)潤滑時，此間隙對於「保持接觸部附近的滑油」發揮貢獻，並將保持於間隙之滑油，供給至滾珠與保持器滾珠槽Pt。其結果，提高「高速運轉時之潤滑可靠度」，並抑制因接觸造成之摩擦及磨損。
圖7所示之第4實施態樣中，保持器3A的圓環部5具有可於軸方向分割之兩個分割之環狀體12、12，藉由組合該等兩個環狀體12、12，以形成具有複數滾珠槽Pt之保持器3A。此第4實施態樣之兩個環狀體12、12互為相同形狀，表裡相對向而組合。此時，在柱部7形成，在組合兩個環狀體12、12時呈面接觸之抵接面13。抵接面13，除了「各柱部7中之圓周方向的中央附近部」外，為垂直該軸方向之平面。此抵接面13，係形成於自「圓環部5的軸方向中央」偏移軸方向之位置。
若利用第4實施態樣之保持器3A，藉由將「於軸方向可分割之兩個分割的環狀體12、12」於軸方向對向組合，以構成具有複數滾珠槽Pt之圓環部5。因此，在將複數滾珠4(圖1)插入了內外環1、2(圖1)的軌道面之間後，可將兩個環狀體12、12自該軸方向的兩側組合，而容易地組裝此保持器3A。
由於保持器3A為樹脂製，兩個環狀體12、12為相同形狀，故能以一種類之成形用模具，形成兩個環狀體12、12。因此，實現在抑制模具費用而降低保持器3A的成本的同時，亦無需分別「組合之兩個環狀體12、12」，而可容易地管理環狀體12。
以上，基於實施態樣說明本發明之實施形態，但本次揭露之實施形態之所有要點，僅為例示，並非為限制。本發明之權力範圍不限於上述說明，如申請專利範圍所示，還包含了在與申請專利範圍均等之意義及範圍內之所有改變。
1‧‧‧內環
2‧‧‧外環
3、3A‧‧‧保持器
4‧‧‧滾珠
5‧‧‧圓環部
6‧‧‧環狀部
7‧‧‧柱部
8‧‧‧旋轉方向平面
9‧‧‧軸方向平面
10‧‧‧連結部
11‧‧‧空間
12‧‧‧環狀體
13‧‧‧抵接面
50‧‧‧習知保持器
51‧‧‧圓孔面
L1‧‧‧總寬度
O1‧‧‧中心
Pt‧‧‧滾珠槽
藉由以附圖為參考之以下之適當之實施形態之說明，可更明白理解本發明。然而，實施形態及圖式僅係用來圖示及說明，不應為決定本發明之範圍而利用。本發明之範圍由添附之申請範圍決定。附圖中，複數圖式內之相同符號，表示相同或相當之部分。 【圖1】使用「依本發明之第1實施形態之滾珠軸承用保持器」的斜角滾珠軸承之剖面圖。 【圖2A】上述滾珠軸承用保持器之立體圖。 【圖2B】圖2A之重要部份之放大圖。 【圖3A】從外徑側觀看「上述滾珠軸承用保持器」之俯視圖。 【圖3B】圖3A之重要部份之放大圖。 【圖4】比較說明「上述滾珠軸承用保持器」與「習知保持器」之圖式。 【圖5】從外徑側觀看「依本發明之第2實施態樣之滾珠軸承用保持器」的重要部份之放大俯視圖。 【圖6】從外徑側觀看「依本發明之第3實施態樣之滾珠軸承用保持器」的重要部份之放大俯視圖。 【圖7】從外徑側觀看「依本發明之第4實施態樣之滾珠軸承用保持器」的重要部份之俯視圖。 【圖8】使用「習知的滾珠軸承用保持器」之斜角滾珠軸承的剖面圖。 【圖9】上述滾珠軸承用保持器之立體圖。 【圖10】從外徑側觀看上述滾珠軸承用保持器之俯視圖。 【圖11】圖8之XI-XI線剖面圖。
無。

Claims (12)

  1. 一種滾珠軸承用保持器，為滾珠引導式，將夾設於內外環間之滾珠，保持在設於圓環部之圓周方向複數處之滾珠槽內，該圓環部包含：環狀部，配置於軸向兩側；及柱部，連結該兩環狀部，配置於圓周方向複數處；且以該軸向兩側之環狀部，與沿圓周方向鄰接之柱部，形成該滾珠槽，該滾珠軸承用保持器之特徵在於：將該各柱部中之與該滾珠之圓周方向的接觸部，設成沿軸方向延伸之平面，以該平面引導該滾珠，該各滾珠槽中的兩個平面，自該柱部之厚度方向中間附近部向半徑方向內側延伸既定距離。
  2. 如請求項1所記載之滾珠軸承用保持器，其中，將該各環狀部中之與該滾珠之軸方向的接觸部，設成沿圓周方向延伸之平面，並以該平面引導該滾珠。
  3. 如請求項2所記載之滾珠軸承用保持器，其中，該柱部與該環狀部之連結部，係形成為弧形或是圓弧狀。
  4. 如請求項2所記載之滾珠軸承用保持器，其中，該柱部與該環狀部之連結部，係形成為圓弧狀；該連結部之成為圓弧狀的部分，係為自該滾珠槽的中心偏移之圓弧面，在該圓弧面與該滾珠之間形成餘隙。
  5. 如請求項3或4所記載之滾珠軸承用保持器，其中，該連結部之半徑尺寸，係設定成「該滾珠槽的軸方向之總寬度」之15%以上。
  6. 如請求項1至4項中任一項所記載之滾珠軸承用保持器，其中，該滾珠軸承用保持器為斜角滾珠軸承用之保持器。
  7. 如請求項1至4項中任一項所記載之滾珠軸承用保持器，其中，該滾珠軸承用保持器為樹脂製。
  8. 如請求項7所記載之滾珠軸承用保持器，其中，該滾珠軸承用保持器係以射出成型方式製作。
  9. 如請求項1至4項中任一項所記載之滾珠軸承用保持器，其中，該圓環部具有於該圓環部的軸方向彼此對向之兩個環狀體；將該兩個環狀體於該軸方向對向而組合，形成複數該滾珠槽。
  10. 如請求項1至4項中任一項所記載之滾珠軸承用保持器，其中，該各滾珠槽中的兩個平面，設置成愈向前端於圓周方向上相互的距離愈近。
  11. 如請求項10項所記載之滾珠軸承用保持器，其中，該各平面，隨著自基端向前端，寬度狹窄地形成。
  12. 一種工具機主軸用之斜角滾珠軸承，其係使用如請求項1至11項中任一項所記載之滾珠軸承用保持器。
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