WO2014171162A1 - アンギュラ玉軸受用保持器 - Google Patents

Abstract

　アンギュラ玉軸受１０用の保持器５０の各ポケット５５は、保持器外周面５０ａに開口する円筒孔５６と、保持器内周面５０ｂに開口する円錐孔５８と、を有する。保持器内周面５０ｂにおける円錐孔５８の内径Ａ／玉４０の径Ｄｗ≦０．９４であり、円筒孔５６の内径が一定である距離Ｃ／円筒孔５６の内径Ｂ≦０．３５であり、玉４０のＰＣＤと保持器５０の外径との差の最小値Ｄ／玉の径Ｄｗ≧０．０４である。

Description

アンギュラ玉軸受用保持器

　本発明はアンギュラ玉軸受用保持器に関する。

　ポンプやコンプレッサに用いられる転がり軸受としては、近年、寿命と保守期間を長くするために高負荷容量型のアンギュラ玉軸受が使用される（例えば、特許文献１、２参照）。

日本国特開２００８－３０９１７７号公報 日本国特開２００８－３０９１７８号公報

　ところで、アンギュラ玉軸受が一方向のアキシャル荷重のみを受けて使用される場合、アキシャル荷重が大きいと、アンギュラ玉軸受の反負荷側において転動体荷重が非常に小さくなることがある。特に玉案内方式の保持器が用いられたアンギュラ玉軸受では、玉から受ける駆動力のみによって保持器が公転するため、転動体荷重の減少により玉からの駆動力が小さくなると、保持器がエッジ当たりすることで公転が阻害される。このとき、内輪と玉との間で公転すべりが発生し、保持器が磨耗してしまうおそれがある。

　さらに、保持器のポケットのエッジ部に玉が当たる場合には、玉の自転が阻害されるため、内輪と玉との間の公転すべりが助長されるおそれがある。したがって、内輪と玉との間の公転すべりを防止するためには、保持器のポケットのエッジに玉が当たることを防止する必要があるが、上記した特許文献１、２にはこの点について何ら記載がない。

　本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、アンギュラ玉軸受に用いられる玉案内方式の保持器において、保持器のポケットのエッジに玉が当たることを防止し、より小さな公転駆動力下での使用を可能にすることである。

　本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）　相対回転可能に対向配置された外輪と内輪との間に転動自在に配置される複数の玉を円周方向に所定の間隔で保持するアンギュラ玉軸受用保持器であって、
　軸方向に並んで配置された大径側円環部および小径側円環部と、前記大径側円環部と前記小径側円環部との間に前記玉を１つずつ保持する複数のポケットと、を備え、
　各ポケットは、保持器外周面に開口し、且つ前記保持器外周面から所定距離にわたって内径が一定となるように形成された円筒孔と、前記円筒孔の径方向内側端部から連続して保持器内周面に向かって内径が減少するように形成され、且つ前記保持器内周面に開口する円錐孔と、を有し、
　前記保持器内周面における前記円錐孔の内径をＡ、前記玉の径をＤｗとしたとき、Ａ／Ｄｗ≦０．９４であり、
　前記円筒孔の前記所定距離をＣ、前記円筒孔の内径をＢとしたとき、Ｃ／Ｂ≦０．３５であり、
　前記玉のＰＣＤと前記保持器の外径との差の最小値Ｄと、前記玉の径Ｄｗとが、Ｄ／Ｄｗ≧０．０４の関係式を満たすことを特徴とするアンギュラ玉軸受用保持器。

　本発明のアンギュラ玉軸受用保持器によれば、保持器のポケットのエッジに玉が当たることを防止することができ、より小さな公転駆動力下での使用が可能となる。

本発明の一実施形態に係る保持器が使用されるアンギュラ玉軸受の断面図である。 図１の保持器の断面図である。 保持器のポケットにおいて、エッジ当たりが発生する箇所を説明するための図である。 保持器の形状寸法を説明するための図である。 実施例１および比較例１～４のＡ／Ｄｗを示すグラフである。 実施例１および比較例１～４のＣ／Ｂを示すグラフである。 実施例１および比較例１～４のＤ／Ｄｗを示すグラフである。 比較例１の保持器の形状を説明するための要部断面図である。 比較例２の保持器の形状を説明するための要部断面図である。 公転すべり試験の結果を示す図である。

　以下、本発明に係るアンギュラ玉軸受用銅製保持器の各実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

　図１は、本発明の一実施形態に係る保持器５０が使用されるアンギュラ玉軸受１０を説明するための図であり、図２は保持器５０の詳細を説明するための図である。アンギュラ玉軸受１０は、内径面に外輪軌道２０ａを有する外輪２０と、外径面に内輪軌道３０ａを有する内輪３０と、外輪軌道２０ａと内輪軌道３０ａとの間に転動自在に配置される複数の玉４０と、玉４０をそれぞれ収容する複数のポケット５５を有する保持器５０と、を備える。

　保持器５０は銅合金等から製造されるもみ抜き保持器であり、小径側円環部５１と、大径側円環部５２と、小径側円環部５１および大径側円環部５２を連結する複数の柱部５３と、を有する。小径側円環部５１、大径側円環部５２、および周方向に隣り合う２つの柱部５３によって、ポケット５５が形成される。保持器５０は、玉案内方式の保持器であり、不図示の軸および内輪３０の回転により回転する玉４０により駆動されて回転する。

　ポケット５５は、小径側円環部５１の外周面から連続する保持器外周面５０ａ（柱部５３の外周面）に対して略垂直に開口した円筒孔５６と、大径側円環部５２の内周面から連続する保持器内周面５０ｂ（柱部５３の内周面）に開口した円錐台状の円錐孔５８と、からなる。円筒孔５６は、保持器外周面５０ａ側から径方向内側端部５７側にかけて内径が一定となるように形成されている。円錐孔５８は、円筒孔５６の径方向内側端部５７から連続しており、円筒孔５６の径方向内側端部５７側から保持器内周面５０ｂ側にかけて内径が減少するように形成されている。

　ここで、玉４０が保持器５０のポケット５５のエッジに当たる場合としては、以下の２つの場合がある。１つは、ポケット５５の外径側におけるエッジ当たり（以後、外径側エッジ当たりとも呼ぶ）であって、小径側円環部５１や大径側円環部５２の外径側縁部、すなわち図３に示す領域５１ａ、５２ａにおいて玉４０と保持器５０の接触域が重なる場合である。もう１つは、ポケット５５の内径側におけるエッジ当たり（以後、内径側エッジ当たりとも呼ぶ）であって、小径側円環部５１や大径側円環部５２の内径側縁部、すなわち図３に示す領域５１ｂ、５２ｂにおいて、玉４０と保持器５０の接触域が重なる場合である。保持器５０のような玉案内方式の保持器において、このような外径側エッジ当たりや内径側エッジ当たりが発生すると、玉４０によって保持器５０の公転が阻害され、内輪３０と玉４０との間で公転すべりが発生してしまうおそれがある。したがって、公転すべりを抑止するためには、外径側エッジ当たりや内径側エッジ当たりを防止する必要がある。

　内径側エッジ当たりを防止するためには、玉４０と保持器５０の接触域が、小径側円環部５１や大径側円環部５２の内径側縁部、すなわち領域５１ｂ、５２ｂに近づきすぎないようにする必要がある。また、外径側エッジ当たりを防止するためには、保持器５０が径方向に最も動いた場合でも、小径側円環部５１や大径側円環部５２の外径側縁部、すなわち領域５１ａ、５２ａが、玉４０の中心のＰＣＤ（ピッチ円直径）よりも径方向内側に位置しないようにする必要がある。そこで、本発明者らは、上記した外径側エッジ当たりや内径側エッジ当たりを防止するために、下記実験１を行なうことによって、保持器５０の各部の寸法等を規定した。

（実験１）
　ここで、呼び番号：７３１６Ｂのアンギュラ玉軸受（質量：３．７９ｋｇ、外径：１７０mm、幅Ｂ：３９mm、内径d：８０mm）に使用可能な保持器を、各部位の寸法をそれぞれ変更して試作した。実施例１および比較例１～４の５種類の保持器は、円筒孔５６の径Ｂおよび長さＣ、円錐孔５８の開口径Ａ、および、保持器外径（保持器外周面５０ａにおける外径）と玉４０のＰＣＤとの差（最小値）Ｄがそれぞれ異なるように試作されている（図４参照）。表１は、実施例１および比較例１～４の保持器それぞれの、Ａ／Ｄｗ、Ｃ／Ｂ、Ｄ／Ｄｗの値をそれぞれ示す。

　これら実施例１および比較例１～４の保持器を組み込んだアンギュラ玉軸受（呼び番号：７３１６Ｂ）をＤＢ組み合わせとし、Ｐ／Ｃｒ＝０．１０となるように純アキシャル荷重を付与した。尚、各アンギュラ玉軸受の保持器以外の諸元は同じである。そして、予圧加重が定格荷重の５％以内となるような定位置予圧により、回転速度（ＰＣＤ×回転数）を４０００００～６０００００まで変化させて回転試験を行った。保持器５０の接触痕を確認することで、外径側エッジ当たりおよび内径側エッジ当たりの発生の有無を判定した。その結果を、表１に示す。

　表１に示すように、実施例１の保持器を用いたアンギュラ玉軸受では、内径側、外径側共にエッジ当たりが発生していない。しかしながら、比較例１、２の保持器を用いたアンギュラ玉軸受では、外径側エッジ当たりが発生した。また、比較例３の保持器を用いたアンギュラ玉軸受では、内径側エッジ当たりが発生した。比較例４の保持器を用いたアンギュラ玉軸受では、内径側、外径側の両側においてエッジ当たりが発生した。

　図５は、実施例１および比較例１～４の保持器における、円錐孔開口径Ａ／玉径Ｄｗの値を示す。図５および表１から明らかであるように、Ａ／Ｄｗは内径側エッジ当たりに関連する指標である。実施例１や比較例１、２の保持器を用いたアンギュラ玉軸受では、Ａ／Ｄｗが０．９４以下であり、内径側エッジ当たりが発生していない。

　これに対し、比較例３，４のように、円錐孔開口径Ａが大きくなって玉径Ｄｗに近くなると、円錐孔５８の領域５１ｂ、５２ｂにおいてエッジ当たりが発生しやすくなる。また、円錐孔開口径Ａが大きくなって玉径Ｄｗに近くなると角度が小さくなるため、くさび効果によって玉が保持器に拘束されてしまう。したがって、円錐孔開口径Ａと、玉径Ｄｗとは、Ａ／Ｄｗ≦０．９４を満たす必要がある。円錐孔開口径Ａは、できるだけ小さいほうが好ましい。

　図６、７は、実施例１および比較例１～４の保持器における、円筒孔長さＣ／円筒孔径Ｂと、保持器外径と玉４０のＰＣＤとの差Ｄ／玉径Ｄｗの値をそれぞれ示す。図６、７および表１から明らかであるように、Ｃ／ＢおよびＤ／Ｄｗはともに外径側エッジ当たりに関連する指標である。実施例１や比較例３の保持器を用いたアンギュラ玉軸受では、Ｃ／ＢおよびＤ／Ｄｗが後述する基準値を満たしているため、外径側エッジ当たりが発生しなかった。

　これに対し、比較例１の保持器１５０のように、保持器外径と玉４０のＰＣＤとの差Ｄが小さい場合（図８参照）には、保持器１５０の動き量が十分小さかったとしても、余裕量（Ｄ）が小さいので、外径側エッジ当たりが発生してしまう。したがって、保持器外径と玉４０のＰＣＤとの差Ｄと、玉径Ｄｗとは、Ｄ／Ｄｗ≧０．０４を満たす必要がある。保持器外径と玉４０のＰＣＤとの差Ｄは、できるだけ大きい方が好ましい。

　一方、比較例２の保持器２５０のように、円筒孔２５６の長さ（円筒孔長さ）Ｃが大きい場合には（図９参照）、玉４０と円錐孔２５８との間の空間が大きくなり、玉４０の動き量が大きくなってしまう。玉４０の動き量が、保持器外径と玉４０のＰＣＤとの差Ｄ、すなわち余裕量（Ｄ）よりも大きくなってしまうと、外径側エッジ当たりが発生してしまう。したがって、円筒孔長さＣと、円筒孔径Ｂとは、Ｃ／Ｂ≦０．３５を満たす必要がある。円筒孔長さＣは、できるだけ小さい方が好ましい。

　尚、円筒孔径Ｂの値そのものはエッジ当たりに直接的には関係しないが、円筒孔径Ｂが小さくなって玉径Ｄｗに近くなると、玉４０が保持器５０により過剰に拘束されてしまう。一方、円筒孔径Ｂが大きすぎると、玉４０の動きが径方向・軸方向共に大きくなり、高速回転時に音響、発熱問題等を引き起こしてしまうおそれがある。したがって、円筒孔径Ｂと玉径Ｄｗとは、１．０１０≦Ｂ／Ｄｗ≦１．０６０を満たすことが望ましい。

　このように、実験１の結果から、Ａ／Ｄｗ≦０．９４、Ｃ／Ｂ≦０．３５、且つＤ／Ｄｗ≧０．０４を満たす保持器５０によれば、保持器５０のポケット５５において、外径側および内径側におけるエッジ当たりを防止することができる。

（実験２）
　次に、実験１で使用した実施例１の保持器を組み込んだアンギュラ玉軸受と、比較例４の保持器を組み込んだアンギュラ玉軸受（呼び番号：７３１６Ｂ、その他の諸元は同じ）を用意し、回転数を変化させて公転すべり試験を実施した。実施例１および比較例４の保持器を組み込んだアンギュラ玉軸受をＤＢ組み合わせとし、予圧荷重が約３００ｋｇｆとなるように、アキシャル隙間や嵌め合い条件・温度条件を調整した。また、従来用いられているポンプ用アンギュラ玉軸受と同様、１８００ｋｇｆのアキシャル荷重を負荷した。

　図１０は試験結果を示す。図１０に示す通り、実施例１の保持器を組み込んだアンギュラ玉軸受においては、保持器公転数が理論公転数に沿ったものとなっており、公転すべりは発生しなかった。これに対し、比較例４の保持器を組み込んだアンギュラ玉軸受は、回転数が低い領域では、接触角４０°の理論公転数に対して保持器公転数が大きく下回っており、公転すべりが発生していることが分かる。尚、比較例４の保持器を組み込んだアンギュラ玉軸受によっても、回転数が高い領域で公転すべりが発生していないのは、回転数が高い領域では玉に遠心力が働くことにより、転動体荷重が高まり、玉からの公転駆動力が大きくなったためと考えられる。また、実施例１、比較例４共に、回転数が２０００ｍｉｎ^－１以上の領域では、保持器の実公転数が理論公転数よりも早くなっているが、これは遠心力により接触角変化が大きくなったためと考えられる。

　このように、本実施形態のアンギュラ玉軸受用保持器５０によれば、保持器５０のポケット５５において、外径側および内径側におけるエッジ当たりを防止することができ、内輪３０と玉４０との間の公転すべりを防止することができる。また、より小さな公転駆動力下での使用が可能となる。

　以上、本発明の実施形態および実施例について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々に変更して実施することが可能である。本出願は２０１３年４月１６日出願の日本出願（特願２０１３－０８５８０３）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。

　本発明は、特に、ポンプやコンプレッサに使用されるアンギュラ玉軸受において好適に利用可能である。

１０　　　アンギュラ玉軸受
２０　　　外輪
３０　　　内輪
４０　　　玉
５０　　　保持器
５５　　　ポケット
５６　　　円筒孔
５８　　　円錐孔

Claims (1)

1. 　相対回転可能に対向配置された外輪と内輪との間に転動自在に配置される複数の玉を円周方向に所定の間隔で保持するアンギュラ玉軸受用保持器であって、
   　軸方向に並んで配置された大径側円環部および小径側円環部と、前記大径側円環部と前記小径側円環部との間に前記玉を１つずつ保持する複数のポケットと、を備え、
   　各ポケットは、保持器外周面に開口し、且つ前記保持器外周面から所定距離にわたって内径が一定となるように形成された円筒孔と、前記円筒孔の径方向内側端部から連続して保持器内周面に向かって内径が減少するように形成され、且つ前記保持器内周面に開口する円錐孔と、を有し、
   　前記保持器内周面における前記円錐孔の内径をＡ、前記玉の径をＤｗとしたとき、Ａ／Ｄｗ≦０．９４であり、
   　前記円筒孔の前記所定距離をＣ、前記円筒孔の内径をＢとしたとき、Ｃ／Ｂ≦０．３５であり、
   　前記玉のＰＣＤと前記保持器の外径との差の最小値Ｄと、前記玉の径Ｄｗとが、Ｄ／Ｄｗ≧０．０４の関係式を満たすことを特徴とするアンギュラ玉軸受用保持器。

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