WO2008023787A1

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Publication number: WO2008023787A1
Application number: PCT/JP2007/066440
Authority: WO
Inventors: Keisuke Kimura; Mikiko Shirai; Teruaki Ootani
Original assignee: Nsk Ltd.
Priority date: 2006-08-25
Filing date: 2007-08-24
Publication date: 2008-02-28
Also published as: JP2007298184A

Description

明細書

アンギユラ玉軸受

技術分野

[0001] 本発明は、アンギユラ玉軸受の改良に関する。特に、産業機械、例えば、ポンプ装置やコンプレッサ装置の如き各種の機械装置の回転軸を支持する為に適当な、負荷容量が高ぐ且つ、回転トルクが低いアンギユラ玉軸受の実現を図るものである。背景技術

[0002] 従来から、所定の回転軸を回転自在に支持する種々の転がり軸受が知られており、例えば、転動体として玉を使用した玉軸受の場合、深溝玉軸受、自動調心玉軸受及びアンギユラ型の玉軸受等、各種のタイプの玉軸受が実用されている。このうち、アンギユラ型の玉軸受は、 1個の玉軸受でラジアル荷重及びアキシアル荷重を共に負荷する事が可能である為、例えば、ポンプ装置やコンプレッサ装置等各種の機械装置の回転軸を支持する転がり軸受として、広く用いられている。

[0003] この様なアンギユラ型の玉軸受（以下、単に玉軸受と言う場合もある）は、図 7に示す様に、互いに同心に、且つ、相対回転可能に対向配置された 1対の軌道輪（内輪 20及び外輪 40)と、これら両軌道輪（内輪 20及び外輪 40)同士の間に転動自在に組み込まれた複数の玉 60とを備える。これら各玉 60は、それぞれの接触角 αを 15 。〜40° 程度に設定された状態で、上記両軌道輪 20、 40同士の間に、それぞれ組み込まれている。上記接触角 αとは、上記各玉 60の転動面が上記内輪 20の外周面に形成した内輪軌道 20a及び上記外輪 40の内周面に形成した外輪軌道 40aとそれぞれ転力 Sり接触する 2つの点（転がり接触部に形成される接触楕円の中心点）を相互に結んだ作用線と、玉軸受の中心軸に垂直な平面（ラジアル平面）とが成す角度の事を言う。

[0004] 又、上記各玉 60は、保持器 80に円周方向に関して所定間隔毎に設けたポケット 8 Op内に、 1個ずつ転動自在に保持された状態で、上記内輪軌道 20aと上記外輪軌道 40aとの間に組み込まれている。これにより、上記各玉 60は、それぞれの転動面が相互に接触する事なぐ上記内輪軌道 20aと上記外輪軌道 40aとの間で転動する事ができる。この結果、上記各玉 60が相互に接触して摩擦が生じる事による回転抵抗の増大や、焼付き等の損傷を防止できる。

[0005] 上記保持器 80としては、所謂傾斜型の保持器や冠型の保持器、或!/、は、その他の形式のもみ抜きやプレス等の保持器を任意に選択して適用する事ができる。例えば、図 7に示す様な傾斜型保持器 (もみ抜きタイプ） 80は、何れか一方の側（1例として、同図の左側）が他方の側（1例として、同図の右側）よりも小径のテーパ円筒状を成す本体部 80mを有する。そして、この本体部 80mに、それぞれの内側に上記各玉 6 0を 1個ずつ転動自在に保持する為のポケット 80pを、円周方向に関して所定間隔（例えば等間隔)毎に形成している。尚、傾斜型保持器 (打ち抜きタイプ）には、その本体部の小径側端部に連結し、内輪方向に延出して、上記両軌道輪 20、 40同士の間に存在して上記各玉 60を設置する空間の一部を覆う側面部を設けた構造のものもあ

[0006] ところで、上記各玉 60のピッチ円直径（各玉 60の中心点を結んだ仮想円の直径）を dm[mm]とし、玉軸受の 1分間当たりの回転数を N Cmin—¹]とした場合、ピッチ円直径 dmに回転数 Nの値を乗じた回転速度特性値（dmN値： dmN = dm X N)が、玉軸受の回転数及び大きさを考慮して使用可能性を判定する指標の一種として知られている。即ち、回転支持部の dmN値を、当該回転支持部に組み込む玉軸受の耐久性を考慮する (損傷を少なくする）際の指標の一つとして利用する場合が多い。

[0007] 例えば、工作機械のスピンドルモータ等の様に回転軸（主軸）が高速回転する機械装置の場合、その回転軸を支持する為に用いられる玉軸受は、 dmN値が 100万を超える状態で運転される場合が多い。これに対し、例えば、ポンプ装置やコンプレツサ装置等の様に、回転軸が上記スピンドルモータ程高速回転する事がな!/、一般的な産業機械の場合、当該回転軸を支持する為に使用される玉軸受は、 dmN値が 50万以下で運転される場合が多レ、。

[0008] この様に、 dmN値が 50万以下の、比較的低速の運転環境下で用いられる玉軸受の場合、上記各玉 60に加わる遠心力の影響を考慮する必要性が比較的低い。この為、例えば、前記内輪軌道 20aと外輪軌道 40aとの間に組み込む上記各玉 60の数を多くしたり、これら各玉 60の直径 (外径）を大きくする事により、その許容負荷容量を大きくする事ができる。但し、玉軸受は、その大きさが規格によって定められている為、無闇に上記各玉 60の数を多くしたり、これら各玉 60の直径を大きくする事はできない。即ち、高負荷容量の玉軸受を実現する為には、限られた軸受サイズで、言い換えれば、玉軸受内部の限られたスペースで、如何にして上記内輪軌道 20aと上記外輪軌道 40aとの間に組み込む上記各玉 60の数を多くしたり、或いは、これら各玉 6 0の直径を大きくするかが重要となる。

[0009] この様な要求に対して、例えば、特許文献 1には、限られた空間内により多くの玉を組み込んだり、より直径が大きな玉を組み込んだりできる玉軸受の構成が記載されている。上記引用文献 1に記載された構造の玉軸受の場合、図 7に示す様に、上記各玉 60の直径を Da、アンギユラ玉軸受 Xの軸方向幅（図 7の左右方向の距離）を B4、アンギユラ玉軸受 Xの断面高さ { (外輪外径内輪内径) /2}を H4、円周方向に隣り合う上記各玉 60の中心間距離を L4 (図示省略）とした場合に、 0. 60≤Da/H4≤0 . 75、且つ、 0. 58≤Da/B4≤0. 85、且つ、 1. 03≤L4/Da≤l . 25なる関係を何れも満たすベぐ各部の寸法を規制している。

[0010] 上記特許文献 1に記載された構造の場合には、各部の寸法を上述の様に規制する事により、同一サイズ (軸受内外径、幅が同一寸法）のアンギユラ玉軸受 Xで比較した場合、隣り合う上記各玉 60同士を接触させずに、より多くの玉 60を上記内輪軌道 20 aと上記外輪軌道 40aとの間に組み込む事ができる。同様に、これら内輪軌道 20aと外輪軌道 40aとの間の内部スペースをより大きくできて、上記各玉 60の直径を大きくできる。この結果、上記アンギユラ玉軸受 Xの許容負荷容量を大きぐ即ち、このアンギユラ玉軸受 Xの高負荷容量化を図れる。

[0011] 又、前記傾斜型保持器 80の寸法形状に関しても、次の様に規制している。即ち、この傾斜型保持器 80の小径側端部（図 7の左端部）の外径を D4、大径側端部（同図の右端部）の内径を SD4、ピッチ円直径を dmとした場合に、 D4≤dm + 0. lO X Da 、且つ、 SD4≥dm— 0. 05 X Daなる関係を何れも満たす様に、各部の形状及び寸法を規制している。上記傾斜型保持器 80は、この様な寸法形状にする事により、同一サイズの玉軸受に組み込んだ場合、その強度を十分に確保しつつ、より多くの玉 6 0を保持できる。 [0012] 上述の様に、前記特許文献 1に記載されたアンギユラ型の玉軸受の構成によれば、限られたスペースを有効に利用して、許容負荷容量を有効に大きくできる。但し、近年の産業を取りまく環境の変化、具体的には地球環境保護の為の省エネルギ化の要求の面から、改良の余地がある。即ち、各産業機械の回転支持部に組み込む玉軸受の回転トルク（特に動トルク）を、可能な限り低減する事が求められている。

[0013] 玉軸受の回転トルクを低減する方法として従来から、この玉軸受の転がり接触部に供給するダリース等の潤滑油として低粘度のものを使用したり、潤滑油の給油量を少なく抑える方法が知られている。この様な方法により、玉軸受の回転トルクを或る程度低減できるが、上記転力 Sり接触部に十分に強固な油膜を形成する事が難しくなり、上記玉軸受の耐久性確保の面からは不利になる。従って、グリース等の潤滑油の低粘度化や供給量の低減等により上記回転トルクを低減させる事には限界がある。

[0014] これに対して、特許文献 2〜5には、玉軸受の外径及び内径に比較して各玉のピッチ円直径を小さくする事により、この玉軸受の回転トルクを低減する事が記載されている。又、このうちの特許文献 2には、内輪外周面の内輪軌道及び外輪内周面の外輪軌道の断面形状の曲率半径を大きくし、これら両軌道と各玉の転動面との転がり接触部に形成される接触楕円を小さくする事で、玉軸受の回転トルクを小さくする事も記載されている。但し、特許文献 2〜 5の何れにも、アンギユラ型の玉軸受を対象とし、耐久性を確保しつつ回転トルクを十分に低減できる構造に就!/、ては記載されていない。

[0015] 特許文献 1：特開 2005— 61508号公報

特許文献 2：特開 2001— 90736号公報

特許文献 3 :特開昭 63— 289318号公報

特許文献 4：特開昭 56— 101417号公報

特許文献 5 :特開平 10— 37951号公報

発明の開示

発明が解決しょうとする課題

[0016] 本発明は、上述の様な事情に鑑みて、耐久性を犠牲にする事なく回転トルクを低減できるアンギユラ玉軸受を実現すべく発明したものである。又、本発明は、必要に応じて、内輪及び外輪と各玉との寸法を、所定の関係にそれぞれ設定し、この内輪の内周面に設けた内輪軌道と上記外輪の内周面に設けた外輪軌道との間により多くの玉を組み込むと共に、玉の直径を大きくする事で、回転トルクの低減だけでなぐ高負荷容量化を図れるアンギユラ玉軸受の実現を図るものである。

課題を解決するための手段

[0017] 上述の様な課題を解決すベぐ本発明のアンギユラ玉軸受は、互いに同心に、且つ、相対回転可能に配置された内輪及び外輪と、この内輪の外周面に形成した内輪軌道とこの外輪の内周面に形成した外輪軌道との間に転動自在に組み込まれた複数個の玉と、これら各玉を転動自在に保持する保持器とを備える。そして、上記内輪軌道と上記外輪軌道とのうちの少なくとも一方の軌道を (片側をカウンタボアとした)ァンギユラ型の軌道としている。尚、片側をカウンタボアとした軌道は、上記内輪軌道と上記外輪軌道とのうちの何れか一方の軌道であっても、或いは両方の軌道であっても良い。

特に、本発明のアンギユラ玉軸受では、上記外輪の外径を Dとし、上記内輪の内径を dとし、上記各玉のピッチ円直径を dmとした場合に、（D + d) /2 X 0. 85≤dm≤( D + d) /2 X 0. 97なる関係を満たす。

[0018] 上述の様な本発明のアンギユラ玉軸受を実施する場合に好ましくは、本発明の第 2 の観点として、上記各玉の直径を Daとし、玉軸受（を構成する内輪及び外輪）の軸方向幅を Bとし、円周方向に隣り合う各玉の中心間距離を Lとすると共に、 H= (D-d) /2の関係式により算出される玉軸受の断面高さを Hとした場合に、 0. 60≤Da/H ≤0. 75、且つ、 0. 58≤Da/B≤0. 85、且つ、 1. 03Da≤L≤l . 25Daなる関係を何れも満たすベぐ上記各玉と上記内輪及び上記外輪の寸法を規制する。

又、好ましくは、本発明の第 3の観点として、上記各玉の接触角 αを 15°〜45°とする。即ち、これら各玉は、上記内輪軌道及び上記外輪軌道とそれぞれ 1点ずつ、これら各玉毎に 2点ずつで接触する。そして、これら 2つの点同士を結んだ (各玉が支承する荷重の）作用線と、玉軸受の中心軸に垂直な平面との成す角度を接触角 αとした場合に、 15° < α < 45° なる関係を満たすベぐ各部の寸法及び形状を規制す更に、好ましくは、本発明の第 4の観点として、上記外輪軌道の断面形状の曲率半径を Reとし、上記内輪軌道の断面形状の曲率半径を Riとし、各玉の直径を Daとした場合に、 Re/Daを、 0. 52を越え 0. 58未満とし、且つ、 Ri/Daを、 0. 52を越え 0. 56未満とすべぐ各部の寸法及び形状を規制する。

発明の効果

[0019] 上述の様な構成を有する本発明のアンギユラ玉軸受の場合には、玉軸受の外径及び内径に比較して各玉のピッチ円直径を小さくしている為、アンギユラ玉軸受を組み込むべき空間の寸法を変える事なぐこのアンギユラ玉軸受の回転トルクを低減できる。即ち、上記各玉の設置位置を、このアンギユラ玉軸受の径方向中間部よりも内径側に偏らせている為、梃子の原理から明らかな通り、これら各玉を転動させる為に要する力が小さくて済み、上記回転トルクの低減を図れる。

[0020] 又、本発明の第 2及び第 3の観点によれば、上記各玉の直径を確保しつつ、内輪の外周面に形成した内輪軌道と外輪の内周面に形成した外輪軌道との間に、より多くの玉を組み込む事ができ（玉の数を増やすか、玉の直径を大きくするかの、一方又は双方を行なえ）て、アンギユラ玉軸受の高負荷容量化を図れる。そして、アンギユラ玉軸受を、長期間に亙り、高精度に回転させ続ける事ができる。

更に、本発明の第 4の観点によれば、上記各玉の転動面と上記内輪軌道及び上記外輪軌道との転力 ^接触部に形成される接触楕円を小さくして、これら各接触楕円のスピンに基づく摩擦損失を低減し、上記回転トルクをより一層低減できる。

図面の簡単な説明

[0021] [図 1]本発明の実施の形態の第 1例を示す、アンギユラ玉軸受の部分断面図。

[図 2]ピッチ円直径と運転時の発熱量との関係を示す線図。

[図 3]図 1と同様の部分断面図。

[図 4]本発明の実施の形態の第 2例を示す、アンギユラ玉軸受の、図 1、 3と同様の部分断面図（a)及びこれと直角方向の部分断面図 (b)。

[図 5]外輪軌道及び内輪軌道の断面形状の曲率半径の適正値を説明する為の、ァンギユラ玉軸受の部分断面図。 [図 6]外輪軌道及び内輪軌道の断面形状の曲率半径が運転時の発熱量に及ぼす影響を示す線図。

[図 7]従来のアンギユラ玉軸受の構成例を示す部分断面図。

符号の説明

[0022] 2 内輪

2a 内輪軌道

2c カウンタボア

4 外輪

4a 外輪軌道

4c カウンタボア

6 玉

8 保持器

8m 本体部

8p ポケット

20 内輪

20a 内輪軌道

40 外輪

40a 外輪軌道

60 玉

80 保持器

80m 本体部

A1、A2、A3 アンギユラ玉軸受

X アンギユラ玉軸受

発明を実施するための最良の形態

[0023] [実施の形態の第 1例]

図 1は、本発明の実施の形態の第 1例を示している。尚、本発明を実施する場合に於けるアンギユラ玉軸受 A1の大きさ、各部の寸法比等は、例えば、各種の規格等に応じて任意に設定される為、特に限定しない。本例では、 1例として、外輪 4の外径（軸受外径 D)、内輪 2の内径（軸受内径） d、及び軸方向の幅 Bが、何れも前述の図 7 に示した従来のアンギユラ玉軸受 Xと同一寸法にそれぞれ設定されている（同一の大きさ及び同一の寸法比である）場合を想定し、以下、その構成に就いて説明する。

[0024] 図 1に示した、本発明の実施の形態の第 1例のアンギユラ玉軸受 A1は、互いに同心に、且つ、相対回転可能に配置された内輪 2及び外輪 4と、この内輪 2の外周面に形成した内輪軌道 2aとこの外輪 4の内周面に形成した外輪軌道 4aとの間に転動自在に組み込まれた複数個の玉 6と、保持器 8とを備える。これら各玉 6は、この保持器 8の円周方向等間隔複数個所に設けたポケット 8p内に、転動自在に保持して!/、る。

[0025] 上記内輪 2は、その外周面の軸方向片側（図 1の左側）が軸方向他側（図 1の右側）に比べて肉薄となる様に、上記内輪軌道 2aの肩部を落として、当該部分をカウンタボア 2cとしている。本例の場合、このカウンタボア 2cは、軸方向に関して外径が変化しない、円筒面状としている。一方、上記外輪 4は、その内周面の軸方向両端部のうち、上記内輪 2のカウンタボア 2cと反対側端部（図 1の右端部）がこのカウンタボア 2c 側（図 1の左端部）に比べて肉薄となる様に、上記外輪軌道 4aの肩部を落として、当該部分をカウンタボア 4cとしている。本例の場合、このカウンタボア 4cは、軸方向端面に向力、う程内径が大きくなる方向に傾斜した、部分円すい状の傾斜凹面としている

〇

[0026] 尚、上記内輪 2及び上記外輪 4の周面に形成した上記両カウンタボア 2c、 4cの形状及び寸法等は、例えば、これら内輪 2及び外輪 4の寸法等に応じて任意に設定されるもので、図示の様な形状及び大きさに限定されるものではない。例えば、上述した図 1に示す構成の他、上記内輪 2の外周面のカウンタボア 2cは、上記アンギユラ玉軸受 A1の端面に向力、う程外径が小さくなる方向に傾斜した、部分円すい状凸面としても良いし、上記外輪 4の内周面のカウンタボア 4cは、軸方向に関して内径が変化しない、円筒面状としても良い。又、図 1に示した構造の場合には、上記内輪 2及び上記外輪 4の両方を片側カウンタボアの形状としている力 S、これら内輪 2と外輪 4とのうちの何れか一方の軌道輪のみを片側カウンタボアの形状としても良い。この場合には、他方の軌道輪の周面には、深溝型の軌道を形成する。

[0027] 更に、上記内輪 2、上記外輪 4、及び、上記各玉 6の材料は、特に限定しない。上記アンギユラ玉軸受 Alの用途等に応じて、要求される強度、剛性、耐熱性、耐食性等に応じて、適切な材料を選択使用する。例えば、上記内輪 2及び上記外輪 4の材料として、高炭素クロム軸受鋼、浸炭軸受用鋼、軸受用ステンレス鋼等の金属材料を使用可能である。又、上記各玉 6の材料としては、これらの金属材料に加えて、合成樹脂（高剛性高機能樹脂）、セラミック等の非金属材料のうちから選択される材料も使用可能である。

[0028] 又、図示の例の場合、前記保持器 8は、上記外輪 4の内周面のカウンタボア 4c側の直径が上記内輪 2の外周面のカウンタボア 2c側の直径よりも大きくなる方向に傾斜した、部分円すい筒状の本体部 8mを有する。更に、この本体部 8mの軸方向中間部に複数のポケット 8pを、円周方向に関して所定間隔毎に（等間隔で)形成している。即ち、上記保持器 8は、上記円すい筒状の軸方向中間部を切削加工する事により上記各ポケット 8pを形成した、もみ抜き型の保持器として構成している。そして、これら各ポケット 8p内に上記各玉 6を、これら各ポケット 8p毎に 1個ずつ、転動自在に保持している。上記保持器 8とこれら各玉 6とは、この状態で、上記内輪 2の外周面に形成した内輪軌道 2aと、上記外輪 4の内周面に形成した外輪軌道 4aとの間に組み込んでいる。

[0029] 尚、図示の例の場合、上記保持器 8の軸方向寸法（図 1の左右方向の幅）を、上記アンギユラ玉軸受 A1 (を構成する内輪 2及び外輪 4)の軸方向寸法（同方向の幅）よりも小さな、所定の寸法としている。そして、上記保持器 8の軸方向両端面を、上記アンギユラ玉軸受 A1の軸方向両端面よりも凹んだ位置に存在させている。又、本例の場合に、上記保持器 8の径方向位置は、上記各ポケット 8pの内面と上記各玉 6の転動面との係合に基づぐ所謂玉案内で規制している。言い換えれば、上記本体部 8mの内周面 8a及び外周面 8bは、上記内輪 2の外周面及び上記外輪 4の内周面に何れの面にも接触しない。但し、本発明を実施する場合に、上記保持器 8の案内（径方向位置規制）方式は、上記玉案内に限定するものではない。例えば、上記本体部 8m の内周面 8aのうちの大径側端部を上記内輪 2の外周面の溝肩（軌道面 2aの肩部）に接触させる内輪案内型であっても、或いは、上記本体部 8mの外周面 8bの小径側端部を外輪 4の内周面の溝肩（軌道面 4aの肩部）に接触させて回転案内する外輪案内型であっても良い。何れの構造であっても、上記保持器 8は、上記各玉 6を 1個ずつ上記各ポケット 8p内にそれぞれ保持した状態で、これら各玉 6と共に、上記内輪 2の外周面と上記外輪 4の内周面との間の環状空間内で回転する。

[0030] 尚、上記保持器 8の材料は、特に限定されず、この保持器 8に要求される強度、岡 IJ 性、耐熱性、耐食性等に応じて、適切な材料を選択使用する。例えば、上記保持器 8の材料として、高力黄銅等の黄銅系合金、構造用炭素鋼等の鉄系合金等の金属材料を適宜選択使用できる。又、この様な金属材料の他、例えば、ポリアミド等の合成樹脂製であっても良い。上記保持器 8をポリアミド等の合成樹脂製とする場合には、この保持器 8を、合成樹脂を射出成形する事により一体成形できる。尚、この保持器 8を合成樹脂製とする場合には、必要に応じてポリアミド等の基材 (合成樹脂）に、例えば、ガラス繊維、炭素繊維等の繊維ゃゥイス力等の補強材を添加剤として混合する事により、上記保持器 8の強度を高める事もできる。

[0031] 本例の場合には、上述の様な基本構成を有するアンギユラ玉軸受 A1に於いて、各部の寸法を次の様に規制している。即ち、上記外輪 4の外径（軸受外径）を Dとし、上記内輪 2の内径（軸受内径）を dとし、上記各玉 6のピッチ円直径（各玉 6の中心点を結んだ仮想円の直径）を dmとした場合に、 dm< (D + d) /2なる関係を満たす様に、各部の寸法を規制している。この為、前述の図 7に示した従来のアンギユラ玉軸受 Xの場合に、各玉 60のピッチ円（各玉 60の中心点を結んだ仮想円）が、外輪 40の外径位置（アンギユラ玉軸受 Xの外径位置）と内輪 20の内径位置（アンギユラ玉軸受 X の内径位置）との径方向中央位置に設定されてレ、るのに対し、図 1に示した本例のァンギユラ玉軸受 A1の場合には、上記各玉 6のピッチ円が、上記アンギユラ玉軸受 A1 の外径位置と同じく内径位置との径方向中央よりも上記内輪 2側に片寄った位置に設定されている。即ち、本例のアンギユラ玉軸受 A1の場合には、上記内輪 2の径方向厚さに比べて上記外輪 4の径方向厚さを大きくする（内輪 2の径方向厚さを小さくした分だけ外輪 4の径方向厚さを増大させる）事により、上記従来のアンギユラ玉軸受 X と、外径寸法及び内径寸法が同一でありながら、上記各玉 6のピッチ円直径 dmを小さく設定している。

[0032] 本例のアンギユラ玉軸受 A1の場合には、上述の様に、上記各玉 6のピッチ円の直径 dmを従来構造に比べて小さくしている為、これら各玉 6を転動させるベぐ上記内輪 2と上記外輪 4とを相対回転させる際に要するモーメントを小さくする事ができる。この結果、上記アンギユラ玉軸受 A1の回転時（起動時及び回転時）に於ける回転トノレク（静トルク及び動トルク）を低減できる。本例のアンギユラ玉軸受 A1は、従来のアンギユラ玉軸受 Xのサイズを変更する事なぐ即ち、このアンギユラ玉軸受 A1を構成する外輪 4の外径（軸受外径）、及び、内輪 2の内径（軸受内径）を、上記アンギユラ玉軸受 Xを構成する内輪 20及び外輪 40の同位置の寸法と同じままに保ちながら、上記各玉 6のピッチ円直径 dmのみを小さく設定している。従って本例のアンギユラ玉軸受 A1は、従来のアンギユラ玉軸受 Xにそのまま置き換えて（アンギユラ玉軸受を組み込むべき部分の寸法等に何ら変更を加えずに）、回転トルクを有効に低減できる。

[0033] 上記各玉 6のピッチ円直径 dmは、図 2に示す様に、小さくする程回転トルク（損失）力 S小さくなり、この損失に伴って発生する熱が少なくなる。尚、上記図 2は、外径 Dが 1 20mm,内径 dが 55mm、軸方向の幅 Bが 29mm、内輪軌道及び外輪軌道の断面形状の曲率半径が玉の直径の 0. 52倍であるアンギユラ玉軸受に関して、上記ピッチ円直径 dmの大きさが上記損失に基づく発熱量に及ぼす影響に就いて求めた結果を示している。横軸は、 dm= (D + d) /2である従来構造を 1とした場合に於ける dmの大きさの比率を、縦軸は、この従来構造での発熱量を 1とした場合に於ける発熱量の割合を、それぞれ示している。この様な図 2から明らかな通り、上記各玉 6のピッチ円直径 dmを小さくする程、アンギユラ玉軸受の回転トルク（に基づく発熱量）が低減す

[0034] この様に、上記各玉 6のピッチ円直径 dmを小さくする分だけ、上記アンギユラ玉軸受の回転トルクを低減できる力十分な作用 ·効果を得る為には、図 3に示す様に、上記ピッチ円直径 dmを上記従来構造の 0. 85-0. 97倍にする。即ち、 (D + d) /2 X 0. 85≤dm≤(D + d) /2 X 0. 97なる関係を満たす様に、上記アンギユラ玉軸受 A1の各部の寸法を規制する。尚、上記図 3に示したアンギユラ玉軸受 A2の場合も、外輪 4の外径 D (軸受外径）、内輪 2の内径 d (軸受内径）、及び、軸方向の幅 Bは、上述の図 1に示したアンギユラ玉軸受 Al、及び、前述の図 7に示した従来のアンギユラ玉軸受 Xの外径、内径、幅と同じに設定されている。又、上記アンギユラ玉軸受 A2を構成する各玉 6の寸法、及び、保持器 8の形状及び寸法に就いても、上記図 1に示したアンギユラ玉軸受 A1と同じとしている。

[0035] 本例の場合には、上述の様に、上記各玉 6のピッチ円直径 dmを適正値（上記範囲内の所定値）に設定する事により、上記アンギユラ玉軸受 A2の許容負荷容量を低下させる事なぐ回転トルクを低減させる事ができる。即ち、上記各玉 6のピッチ円直径 d mを（D + d) /2 X 0. 97以下に設定する事により、上記アンギユラ玉軸受 A2の回転トルクを、上記図 7に示した従来のアンギユラ玉軸受 Xの如き、同一サイズのアンギュラ玉軸受と比較して、明らかに低減できる。但し、上記各玉 6のピッチ円直径 dmを (D + d) /2 X 0. 85よりも小さくすると、これら各玉 6の直径を小さくする必要が生じたり、上記内輪 2の径方向の厚さが小さくなり過ぎて、この内輪 2の耐久性を確保する事が難しくなつたりする。何れにしても、上記ピッチ円直径 dmを小さくし過ぎる {dmく ( D + d) /2 X 0. 85にする }と、上記アンギユラ玉軸受 A2の許容負荷容量が低下してしまう。そこで、上記各玉 6のピッチ円直径 dmは、 (D + d) /2 X 0. 85以上確保する。そして、上記アンギユラ玉軸受 A2の許容負荷容量を低下させる事なぐ前述した様に、回転トルクを有効に低減させる。

[0036] [実施の形態の第 2例]

図 4に示したアンギユラ玉軸受 A3の場合には、上述した実施の形態の第 1例のァンギユラ玉軸受 A1 (図 1)、A2 (図 3)の構成（ピッチ円直径 dmを抑える為の、内輪 2、外輪 4、各玉 6の寸法関係）に加えて、各玉 6の直径 Daと、上記アンギユラ玉軸受 A3 の軸方向幅 Bと、上記各玉 6の中心間距離 Lと、このアンギユラ玉軸受 A3の断面高さ Hとの関係を適正に規制している。尚、このうちのアンギユラ玉軸受 A3の断面高さ H は、このアンギユラ玉軸受 A3の外径 Dと内径 dとから、 H= (D— d) /2により求められる。又、上記中心間距離 Lとは、円周方向に隣り合う 1対の玉 6の中心同士の最短距離を言う。本例の場合には、上記各寸法を、 0. 60≤Da/H≤0. 75、且つ、 0. 5 8≤Da/B≤0. 85、且つ、 1. 03Da≤L≤l . 25Daなる関係を何れも満たす様に規制している。

[0037] 尚、上記アンギユラ玉軸受 A3に於いて、外輪 4の外径（軸受外径） D、内輪 2の内径（軸受内径）d、及び軸方向の幅 Bは、何れも、前述の図 1に示したアンギユラ玉軸受 Al、同じく図 2に示したアンギユラ玉軸受 A2、及び、図 7に示した従来のアンギュラ玉軸受 Xの対応する部分の寸法と同じにしている。又、上記アンギユラ玉軸受 A3を構成する各玉 6の寸法、及び、保持器 8の形状及び寸法に就いても、上記図 1に示したアンギユラ玉軸受 A1及び上記図 3に示したアンギユラ玉軸受 A2と同じとしている。

[0038] 上述の様な寸法関係となるベぐ各部の寸法を規制した、本例のアンギユラ玉軸受 A3の場合には、内輪 2の外周面と外輪 4の内周面との間の環状空間内に、保持器 8 の組み込みスペースを確保する事ができて、この保持器 8の肉厚を確保できる。又、この保持器 8に設ける各ポケット 8pの大きさ（内径）を確保できて、これら各ポケット 8p 内に保持する前記各玉 6の直径を確保できる。この為、同一サイズの軸受（例えば、前述の図 1、 3に記載したアンギユラ玉軸受 Al、 A2)に組み込む保持器 8の強度を確保したり、或いは上記各玉 6の直径を確保できて、上記アンギユラ玉軸受 A3の許容負荷容量を大きくできる。

[0039] 本例の場合、前記断面高さ Hと上記各玉 6の直径 Daと前記軸方向幅 Bとを、前述の様 ίこ、 0. 60≤Da/H≤0. 75、 0. 58≤Da/B≤0. 85なる関係を満たす様 ίこ規制する事で、限られた上記環状空間内に、上記保持器 8を組み込むべきスペースを確保できる。

尚、円周方向に隣り合う上記各玉 6の中心間距離 Lは、これら各玉 6の直径 Daよりも大きい事が必要である。即ち、この中心間距離 Lがこの直径 Daよりも小さい（L/D a< lである）と、上記環状空間内で円周方向に隣り合う上記各玉 6が重なり合う事になる（実際上組み込めない）。又、上記中心間距離 Lが直径 Daよりも僅かに大きい (L /Daが 1よりも僅かに大きい)程度の場合には、円周方向に隣り合う上記各玉 6同士の間に、上記保持器 8を組み込む (保持器 8の柱部を通す）為のスペースを十分に確保できない。これに対して、上記中心間距離 Lは、直径 Daよりも大き過ぎる（L/Da 力 SIよりも大幅に大きい）と、上記環状空間内に組み込める玉 6の数が少なくなつて、上記アンギユラ玉軸受 A3の許容負荷容量が小さくなつてしまう。

[0040] そこで本例の場合には、上記中心間距離 Lと上記各玉 6の直径 Daとを、 1. 03Da ≤L≤1. 25Daの関係を満たすべく規制している。そして、上記保持器 8の強度及び上記各玉 6の数を確保しつつ、これら各玉 6ピッチ円直径 dmを効果的に小さくできる様にして、上記アンギユラ玉軸受 A3の回転トルクを有効に低減できる様にしている。又、各種の規格により定められた大きさの範囲内で、上記アンギユラ玉軸受 A3の内部スペースである上記環状空間のうち、上記保持器 8を設置できる部分の容積を十分に確保する事ができる。この結果、この保持器 8を肉厚化し、この保持器 8の強度を向上させられて、上記アンギユラ玉軸受 A3の許容負荷容量を確保できる。

産業上の利用可能性

[0041] 本発明を実施する場合に、各玉 6の接触角 αは、各例のアンギユラ玉軸受 Al、 Α2 、 A3の使用目的や使用条件等に応じて任意に設定する値であり、特に限定しない。好ましくは、上記接触角 αを、 15° よりも大きく、且つ、 45° よりも小さい所定の値（1 5° < α < 45° )に設定する。尚、接触角 αとは、転がり軸受の技術分野で周知の様に、前述の通り、上記各玉 6の転動面と内輪軌道 2a及び外輪軌道 4aとの転がり接触部に形成される接触楕円の中心同士を結んだ作用線と、上記アンギユラ玉軸受 A 1、 A2、 A3の中心軸に垂直な平面との成す角度の事を言う。

[0042] 同様に、上記内輪軌道 2a及び上記外輪軌道 4aの断面形状曲率半径 (所謂溝 R) に就いても、各例のアンギユラ玉軸受 Al、 A2、 A3の使用目的や使用条件等に応じて任意に設定する値であり、特に限定しない。但し、負荷容量が高ぐ且つ、回転トルクが低いアンギユラ玉軸受の実現を図ると言った、本発明の目的に対応して、上記外輪軌道 4aの断面形状の曲率半径 Re及び上記内輪軌道 2aの断面形状の Ri (図 5参照）を、各玉 6の直径 Daとの関係で、下記の範囲に規制する事が好ましい。

0. 52く Re/Daく 0. 58

0. 52く Ri/Daく 0. 56

上記両軌道 4a、 2aの断面形状の曲率半径 Re、 Riを上述の様に規制すれば、十分な低トルク化を図り、発熱を抑制できる。

[0043] 即ち、上記条件を満たすベぐ上記外輪軌道 4a及び上記内輪軌道 2aの断面形状の曲率半径 Re、 Riを大きくすれば、上記各玉 6の転動面と、これら外輪軌道 4a及び内輪軌道 2aとの転力 Sり接触部に形成される接触楕円が小さくなつて、回転時にこの接触楕円部分で生じる転力 ^抵抗（滑り摩擦を伴うスピン損失）を小さくして、アンギュラ玉軸受の低発熱化を図れる。図 6は、上記外輪軌道 4a及び上記内輪軌道 2aの断面形状の曲率半径 Re、 Riと上記各玉 6の直径 Daとの比が、アンギユラ玉軸受の発熱量に及ぼす影響を知る為に行なった計算の結果を示している。計算の条件として、次の様なアンギユラ玉軸受を想定した。

外径 D : 120mm

内径 d : 55mm

軸方向幅 B : 29mm

内輪、外輪、玉の材質： SUJ2

内輪回転速度： 3600min— ¹

潤滑油： VG68

[0044] 上記条件で、上記外輪軌道 4a及び上記内輪軌道 2aの断面形状の曲率半径 Re、 Riを変化させ、変化させた曲率半径が発熱量或いは動定格荷重に及ぼす影響を求め、その結果を、図 6の（a) (b)に示した。このうちの（a)は、上記両軌道 4a、 2aの断面形状の曲率半径 Re、 Riを変化させた場合の発熱量の変動に就いて、（b)はこれら両軌道 4a、 2aの断面形状の曲率半径 Re、 Riを変化させた場合の動定格荷重の変動に就いて、それぞれ示している。又、図 6の横軸は Re/Da又は Ri/Daを、縦軸は、 Re/Da = Ri/Da = 0. 52である構造を 1とした場合に於ける発熱量或いは動定格荷重の割合を、それぞれ示している。この様な図 6の（a)から明らかな通り、上記各曲率半径 Re、 Riを大きくする程、アンギユラ玉軸受の回転トルク（に基づく発熱量）が低減する。

[0045] 但し、図 6の (b)から明らかな通り、上記各曲率半径 Re、 Riを大きくし過ぎると、前記接触楕円が過度に小さくなつて、この接触楕円部分での面圧が過度に高くなり、アンギユラ玉軸受の動定格荷重が低くなり、このアンギユラ玉軸受の耐久性が損なわれる

。そこで、上記各曲率半径 Re、 Riを、 Re/Daを、 0. 52を越えて 0. 58未満とし、 Ri /Daを、 0. 52を越えて 0. 56未満となる範囲に規制した。

即ち、上記各曲率半径 Re、 Riと上記各玉 6の直径 Daとの関係で、 Re/Da, Ri/ Daの値が大きくなり過ぎると、上記接触楕円力 S小さくなつて、動定格荷重が低下する。特に、円周方向に関する形状が凸円弧である上記内輪軌道 2aに関しては、同じく凹円弧である上記外輪軌道 4aに比べて、曲率半径が大きくなる事に伴う接触楕円の小さくなり方が著しぐ Ri/Daの値が大きくなる事に伴う動定格荷重の低下が著しい

〇

そこで、本発明者が、アンギユラ玉軸受を組み込む回転機械装置として一般的なポンプの使用荷重条件で、上記仕様の軸受の転がり疲れ寿命計算を行ったところ Re /Da = 0. 58、 Ri/Da = 0. 56の場合に目標寿命を満足しない事が分かった。そこで、上記各比 Re/Daの上限値を 0. 58未満、同じく比 Ri/Daの上限値を 0. 56未満とした。

なお、本出願は、 2006年 8月 25日出願の日本特許出願（特願 2006— 228725) 、 2008年 8月 10曰出願の曰本特許出願（特願 2007— 209308)に基づ <ものであり、その内容はここに参照として取り込まれる。

Claims

請求の範囲

[1] 互いに同心に、且つ、相対回転可能に配置された内輪及び外輪と、前記内輪の外周面に形成した内輪軌道と前記外輪の内周面に形成した外輪軌道との間に転動自在に組み込まれた複数個の玉と、前記各玉を転動自在に保持する保持器とを備え、前記内輪軌道と前記外輪軌道とのうちの少なくとも一方の軌道をアンギユラ型の軌道としたアンギユラ玉軸受であって、

前記外輪の外径を Dとし、前記内輪の内径を dとし、前記各玉のピッチ円直径を dm とした場合に、（D + d) /2 X 0. 85≤dm≤(D + d) /2 X 0. 97なる関係を満たす事を特徴とするアンギユラ玉軸受。

[2] 各玉の直径を Daとし、玉軸受の軸方向幅を Bとし、円周方向に隣り合う各玉の中心間距離を Lとすると共に、 H= (D— d) /2の関係式により算出される玉軸受の断面高さを Hとした場合に、 0. 60≤Da/H≤0. 75、且つ、 0. 58≤Da/B≤0. 85、且つ、 1. 03Da≤L≤l . 25Daなる関係を何れも満たす事を特徴とする、請求項 1に記載したアンギユラ玉軸受。

[3] 各玉は、内輪軌道及び外輪軌道とそれぞれ 1点ずつ、各玉毎に 2点ずつで接触し、前記 2つの点同士を結んだ作用線と玉軸受の中心軸に垂直な平面との成す角度である接触角を αとした場合に、 15° < α < 45° なる関係を満たす事を特徴とする、請求項 1又は 2に記載したアンギユラ玉軸受。

[4] 外輪軌道の断面形状の曲率半径を Reとし、内輪軌道の断面形状の曲率半径を Ri とし、各玉の直径を Daとした場合に、 Re/Daが、 0. 52を越え 0. 58未満であり、且つ、 Ri/Daが、 0. 52を越え 0. 56未満である事を特徴とする、請求項 1〜3のうちの何れ力、 1項に記載したアンギユラ玉軸受。