WO2017047676A1

WO2017047676A1 - 転がり玉軸受

Info

Publication number: WO2017047676A1
Application number: PCT/JP2016/077202
Authority: WO
Inventors: 和香奈井上
Original assignee: Ntn株式会社
Priority date: 2015-09-18
Filing date: 2016-09-15
Publication date: 2017-03-23
Also published as: JP2017057982A

Abstract

転動体案内形式の保持器を用いる構成において、玉と保持器案内部との潤滑特性に優れ、高速回転域まで適用可能な転がり玉軸受を提供する。転がり玉軸受は、軌道輪である内輪および外輪と、この内・外輪間に介在する複数の転動体である玉と、この玉を保持する円環状の保持器（５）とを備え、軸受内空間に潤滑剤が供給または封入され、保持器（５）は、転動体案内であり、円周方向複数個所に玉を保持するためのポケット部（９）を有し、このポケット部（９）は、各頂点部（１０）が円弧状である略多角形状であり、頂点部（１０）の少なくとも１つにおいて、繊維を植毛してなる植毛部（６）を有する。

Description

転がり玉軸受

　本発明は、転動体として玉（ボール）を用いる転がり玉軸受に関し、特に、工作機械主軸の支持など、高速回転で使用されるアンギュラ玉軸受に関する。

　転がり玉軸受の中でもアンギュラ玉軸受は、ラジアル荷重と比較的大きなアキシアル荷重とからなる合成荷重を受け止めることができる。このため、工作機械、医療機器、建設機械、農業機械など、重負荷下で、その加重方向がさまざまである環境下でも高速回転することが必要とされる用途に用いられることが多い。工作機械の主軸を支持するアンギュラ玉軸受には、加工能率を上げるために安定して高速回転することが要求され、その潤滑には、潤滑油を外部から供給するオイルミスト潤滑やエアオイル潤滑、軸受内部にグリースを封入するグリース潤滑などが採用されている。

　このようなアンギュラ玉軸受の玉を保持する保持器には、外輪・内輪案内方式と転動体案内方式のものがある。転動体案内方式の保持器は、外輪・内輪案内方式で行なう保持器外径面や内径面の研削仕上げが不要であることから、コスト面で優れる。しかし、軸受ピッチ円径（ｍｍ）と回転速度（ｍｉｎ^－１）との積であって、回転性能を表す指標であるｄｍｎ値が、１００万をこえるような高速回転域では、転動体案内保持器は、遠心力の作用で膨張し、転動体を径方向に案内する際に、保持器と転動体とが強く接触する。これにより、保持器と転動体との接触面に発生する抵抗や発熱が次第に大きくなって、潤滑不良や接触面の摩耗、溶解が進行するおそれがある。このため、アンギュラ玉軸受の保持器としては、高速回転域では外輪案内方式が使用され、中低速回転域に転動体案内方式が使用されることが多い。

　一般的な転動体案内方式の保持器を有する転がり軸受において、保持器と玉との潤滑特性を向上させたものとして、例えば、特許文献１が提案されている。特許文献１に開示された技術では、もみ抜き保持器において、その内径面に、円周方向に沿う複数のグリース溜り溝を設けている。これにより、高速回転域においてもグリースの保持機能が得られて長期間の適正な潤滑が可能となり、かつ、保持器による転動体案内機能を確保できるようにしている。

実開平６－０７３４４２号公報

　しかしながら、特許文献１に開示された技術では、部材の保油力を向上させているものの、近年のアンギュラ玉軸受に要求される高速回転域まで適用することは困難である。量産性に優れた転動体案内方式の樹脂製保持器を、このような高速回転域まで適用可能とするためには、摺接部分における潤滑特性をより向上させ、抵抗や発熱を極力小さくすることが望まれる。

　本発明はこのような問題に対処するためになされたものであり、転動体案内形式の保持器を用いる構成において、玉と保持器案内部との潤滑特性に優れ、高速回転域まで適用可能な転がり玉軸受の提供を目的とする。

　本発明の転がり玉軸受は、軌道輪である内輪および外輪と、この内・外輪間に介在する複数の玉と、この玉を保持する円環状の保持器とを備え、軸受内空間に潤滑剤が供給または封入される転がり玉軸受であって、上記保持器は、転動体案内であり、円周方向複数個所に上記玉を保持するためのポケット部を有し、該ポケット部は、複数の頂点部を有する略多角形状のポケット部であり、上記頂点部の少なくとも１つにおいて、繊維を植毛してなる植毛部を有することを特徴とする。ここで、各頂点部は、主に円弧状（Ｒ形状）とされた、いわゆる隅Ｒ部となる部分である。

　上記保持器は、軸方向両側の環状部と、これら環状部を連結する複数の柱部と、上記各柱部の上記玉との周方向の接触部に形成された平面形状の案内部とを有し、上記ポケット部は、上記環状部と、円周方向で隣接する上記柱部とで形成される略矩形状のポケット部であり、該ポケット部の４隅の上記頂点部に上記植毛部を有することを特徴とする。

　上記繊維が合成樹脂繊維であり、上記植毛部が静電植毛部であることを特徴とする。また、上記保持器が、合成樹脂からなる樹脂製保持器であることを特徴とする。

　本発明の転がり玉軸受は、その保持器が転動体案内であり、円周方向複数個所に転動体である玉を保持するためのポケット部を有し、該ポケット部は複数の頂点部を有する略多角形状のポケット部であり、頂点部の少なくとも１つにおいて、繊維を植毛してなる植毛部を有するので、ポケット部内の余剰空間（隅Ｒ部など）に形成された植毛部に潤滑剤を保持でき、玉と保持器案内部に潤滑剤が供給されやすくなる。このため、玉と保持器案内部との潤滑特性に優れ、転動体案内形式としながら、従来の同形式の保持器よりも適用範囲を拡大でき、より高速回転域まで使用可能となる。

　また、上記保持器は、軸方向両側の環状部と、これら環状部を連結する複数の柱部と、各柱部の玉との周方向の接触部に形成された平面形状の案内部とを有し、上記ポケット部は、環状部と、円周方向で隣接する柱部とで形成される略矩形状のポケット部であり、該ポケット部の４隅の頂点部に植毛部を有するので、保持器案内部の近傍に形成された植毛部から潤滑剤がより供給されやすく、また潤滑剤保持量も多くなり、潤滑信頼性が向上する。また、この保持器は、平面形状の案内部で玉を案内するため、摺接面積が小さく、抵抗や発熱を小さくできる。この結果、より高い高速回転域まで使用可能となる。

　また、上記繊維が合成樹脂繊維であり、上記植毛部が静電植毛部であるので、油による膨潤や溶解などが生じにくく化学的に安定であり、かつ、均質で密な植毛部となる。

本発明の転がり玉軸受の軸方向断面図である。図１における保持器を示す斜視図である。図２の保持器を外径側から見た平面図である。図３における一部拡大図である。本発明の転がり玉軸受を構成する保持器の他の例を示す図である。

　本発明の転がり玉軸受の一実施例について図１に基づき説明する。図１は、本発明の転がり玉軸受として、植毛部を有する樹脂製保持器を組み込んだアンギュラ玉軸受の一部断面図である。図１に示すアンギュラ玉軸受１は、内輪２と外輪３との間の軌道空間に複数の玉４が周方向に配列され、内輪２および外輪３と、玉４とが所定の接触角を有して設けられている。これらの玉４は、保持器５により周方向等間隔に保持されている。このアンギュラ玉軸受１では、内・外輪間における軸受内空間に供給または封入される潤滑剤（グリースまたは潤滑油）によって潤滑される。また、保持器５は、転動体案内方式である。ここで、保持器５のポケット部内の頂点部に植毛部６を有する。

　この保持器の構造を図２～図４に基づき詳細に説明する。図２は、図１の保持器の斜視図である。また、図３は、この保持器を外径側から見た平面図であり、図４は、図３の一部拡大図である。図２に示すように、保持器５は、円環状であり、軸方向両側に配置される環状部７と、これら環状部７を連結する柱部８とを備える。柱部８は、円周方向に離間して複数配置される。ポケット部９は、環状部７と、円周方向で隣接する柱部８とで囲まれる領域として、円周方向に一定間隔で複数形成されている。

　また、それぞれの柱部８の内径面には案内部１１が形成されている。この内径面は、柱部８の玉との周方向の接触部である。案内部１１は、玉との接触面がテーパ状の平面であり、保持器内径側に突出して形成されている。各玉は、この案内部１１に内接しながら摺動する。これにより、従来の転動体案内保持器の場合と比較して、摺接面積が小さく、摺接部分における局所的な発熱を抑制できる。このため、高速回転域において大きな遠心力が発生しても、摺接部分における発熱を抑制でき、高速運転に対応できる。

　図３および図４に示すように、ポケット部９は、この保持器５を外径側から見た平面視で略矩形状に形成され、４つの頂点部１０を有する。これらの頂点部１０は、隅Ｒ部であり、円弧状（Ｒ形状）である。図４に示すように、この保持器５では、頂点部１０と玉４との間に、余剰空間１２が形成されている。玉４と干渉のない頂点部１０において、余剰空間１２の部分に植毛部６が形成されている。これにより、植毛部６にグリースや潤滑油が保持され、玉４と保持器５との接触部である案内部１１にグリースや潤滑油が長期にわたり安定して供給されやすくなり、接触による摩擦および摩耗を抑制できる。

　植毛部６は、各ポケット部９の少なくとも１個の頂点部１０に形成されていればよいが、各ポケット部の複数の頂点部１０に形成されていることが好ましい。潤滑剤の保持量、各案内部への潤滑剤の供給のしやすさ等を考慮すれば、図２～図４に示すように、各ポケット部９の全ての頂点部１０に形成されていることが最も好ましい。また、玉４と植毛部６との接触は、回転トルクの増加に繋がることも有り得るため、非接触とすることが好ましく、接触する場合も植毛部の先端のみを軽接触させる形態とすることが好ましい。

　以上、図２～図４に示す形態では、ポケット部の形状が略矩形状であるが、これに限定されず、他の略多角形状であってもよい。他の略多角形の場合も、頂点部の玉との間の余剰空間を利用して植毛部を形成できる。ただし、潤滑剤保持量をなるべく多くするために、植毛部を形成できる容積の余剰空間を確保しやすいことや、案内部の形状を簡素化して案内部上の摺接面積を小さくする観点から、上述のような、略矩形状（略正方形状）が最も好ましい。

　また、図２～図４に示す形態では、保持器の案内部の形態がテーパ状（平面）であるが、これに限定されず、転動体の表面形状に沿う球面状あるいは円筒面状の曲面形状などであってもよい。

　本発明の転がり玉軸受に用いる保持器の他の例を図５に基づき説明する。図５に示す保持器５は、２個の環状体１３を組み合わせてなる構造としている。２個の環状体１３は、軸方向に対向し合うように組み合わせ可能な形状（相補的な形状）である。図４等と同様に、この保持器５は、ポケット部９の４つの頂点部１０に植毛部６が形成されている。また、この保持器５において、柱部８は、２個の環状体１３を組み合わせたときに面接触する合わせ面を有する。合わせ面は、各柱部における円周方向の中央付近部を除き、軸方向に垂直な平面である。また、合わせ面は、保持器５の軸方向中央位置から軸方向にずれた位置に形成されている。

　図５に示す保持器５は、内・外輪間に玉４を挿入した後、植毛部６を予め形成した２個の環状体１３を軸方向の両側から組み合わせることで、組み立てることができる。また、２個の環状体１３は、組み合わせが可能となるような形状であれば特に限定されないが、単一金型で製造可能であることから同一形状とすることが好ましい。

　本発明では、転動体案内方式の樹脂製保持器を用いた転がり玉軸受における高速化対応を主な目的としている。樹脂製保持器は、例えば、フェノール樹脂、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）樹脂、熱可塑性ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ナイロン６６樹脂、ナイロン４６樹脂などのポリアミド樹脂を樹脂母材とし、炭素繊維、ガラス繊維などの強化繊維と、他の添加剤を配合した樹脂組成物を用いて、射出成形により製造される。

　なお、保持器について樹脂製保持器の場合を説明したが、本発明の転がり玉軸受ではこれに限定されず、金属材料など、任意の材料を採用できる。保持器の材質などに応じて、植毛部に使用する後述の短繊維材質や接着剤種などを決定する。

　植毛部６は、短繊維を植毛して形成される。植毛方法としては、吹き付けや静電植毛を採用できる。保持器ポケット部の頂点部（隅Ｒ部）のような曲面においても、多量の繊維を短時間で密に垂直に植毛できることから、静電植毛を採用することが好ましい。静電植毛方法としては、公知の方法を採用でき、例えば、静電植毛する範囲に接着剤を塗布し、短繊維を帯電させて静電気力により上記接着剤塗布面に略垂直に植毛した後、乾燥工程・仕上げ工程などを行なう方法が挙げられる。

　植毛に用いる短繊維としては、植毛用短繊維として使用可能であれば特に限定されず、例えば、（１）ポリエチレン、ポリプロピレンなどのポリオレフィン樹脂、ナイロンなどのポリアミド樹脂、芳香族ポリアミド樹脂、ポリエチレンテレフタレート、ポリエチレンナフタレート、ポリエチレンサクシネート、ポリブチレンテフタレートなどのポリエステル樹脂、アクリル樹脂、塩化ビニル、ビニロンなどの合成樹脂繊維、（２）カーボン繊維、グラスファイバーなどの無機繊維、（３）レーヨン、アセテートなどの再生繊維や、綿、絹、麻、羊毛などの天然繊維が挙げられる。これらは単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。油による膨潤や溶解などが生じにくく化学的に安定であり、均質な繊維を多量に生産することができ、安価に入手することができるため、上記の中でも合成樹脂繊維を用いることが好ましい。

　短繊維の形状としては、軸受機能に悪影響を与えない形状であれば特に限定されない。具体的な形状としては、例えば、長さ０．５～３．０ｍｍ、太さ０．５～５０デシテックスのものが好ましく、植毛部の短繊維の密度としては、植毛した面積あたりに繊維の占める割合が１０～３０％が好ましい。頂点部に形成する植毛部の短繊維長さについては、繊維先端が転動体に接触しない、または、軽接触するような長さとする。短繊維の形状としてストレートやベンド（先端部が曲がった形状）があり、断面形状は円形や多角形状がある。ベンド形状ではストレート形状と比較して潤滑剤をより強く保持することができる。多角形状断面の短繊維を利用することで、円形断面の短繊維よりも大きな表面積とすることができる。

　接着剤としては、ウレタン樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、酢酸ビニル樹脂、ポリイミド樹脂、シリコーン樹脂などを主成分とする接着剤が挙げられる。例えば、ウレタン樹脂溶剤系接着剤、エポキシ樹脂溶剤系接着剤、酢酸ビニル樹脂溶剤系接着剤、アクリル樹脂系エマルジョン接着剤、アクリル酸エステル－酢酸ビニル共重合体系エマルジョン接着剤、酢酸ビニル系エマルジョン接着剤、ウレタン樹脂系エマルジョン接着剤、エポキシ樹脂系エマルジョン接着剤、ポリエステル系エマルジョン接着剤、エチレン－酢酸ビニル共重合体系接着剤などが挙げられる。これらは単独で用いられてもよく、２種以上が併用されてもよい。なお、保持器の玉と接する箇所に植毛のための接着剤が付着しないことが望ましい。保持器と玉が接する箇所として、保持器の案内部が挙げられる。案内部に接着剤が付着すると、玉と接着剤の接触により玉にキズが発生するおそれがある。

　本発明の転がり玉軸受は、上述のとおり、潤滑剤（潤滑油またはグリース）で潤滑される。これら潤滑剤は内・外輪間の空間内に供給・封入され、転走面などに介在して潤滑がなされる。

　潤滑油としては、通常、アンギュラ玉軸受に用いられるものであれば特に制限なく用いることができる。例えば、パラフィン系鉱油、ナフテン系鉱油などの鉱油、ポリブテン油、ポリ－α－オレフィン油、アルキルベンゼン油、アルキルナフタレン油などの炭化水素系合成油、または、天然油脂やポリオールエステル油、リン酸エステル油、ジエステル油、ポリグリコール油、シリコーン油、ポリフェニルエーテル油、アルキルジフェニルエーテル油、フッ素油などの非炭化水素系合成油などが挙げられる。これらの潤滑油は、単独で用いられてもよく、２種類以上が併用されてもよい。

　潤滑剤としてグリースを使用する場合、グリースを構成する基油としては、上記の潤滑油が挙げられる。また、グリースを構成する増ちょう剤としては、例えば、アルミニウム石けん、リチウム石けん、ナトリウム石けん、複合リチウム石けん、複合カルシウム石けん、複合アルミニウム石けんなどの金属石けん系増ちょう剤、ジウレア化合物（脂肪族、脂環式、芳香族ジウレアなど）、ポリウレア化合物などのウレア系化合物、ＰＴＦＥ樹脂などのフッ素樹脂粉末が挙げられる。これらの増ちょう剤は、単独で用いられてもよく、２種類以上が併用されてもよい。

　潤滑剤には必要に応じて公知の添加剤を添加できる。添加剤としては、例えば、有機亜鉛化合物、有機モリブデン化合物などの極圧剤、アミン系、フェノール系、イオウ系化合物などの酸化防止剤、イオウ系、リン系化合物などの摩耗抑制剤、多価アルコールエステルなどの防錆剤、ポリメタクリレート、ポリスチレンなどの粘度指数向上剤、二硫化モリブデン、グラファイトなどの固体潤滑材、エステル、アルコールなどの油性剤などが挙げられる。

　頂点部の植毛部には、これらの潤滑剤が付着して保持される。この植毛部は、保持器ポケット部の余剰空間に形成されており、他部材との干渉がない。このため、植毛部に保持されたグリース等は、せん断を受けることなく保持器と共に回転し、攪拌抵抗が生じない。また、せん断による潤滑剤の軟化と離油とが抑制されるので、潤滑寿命の長寿命化が図れる。

　本発明の転がり玉軸受は、転動体案内形式の保持器を用いる構成において、玉と保持器案内部との潤滑特性に優れ、高速回転域まで適用可能であるので、高速回転で使用される種々の転がり玉軸受として使用できる。特に、高速回転する工作機械の主軸を支持するアンギュラ玉軸受として、従来は外輪案内形式の保持器を用いていた軸受の代替品としても使用可能である。

　１　　アンギュラ玉軸受
　２　　内輪
　３　　外輪
　４　　玉
　５　　保持器
　６　　植毛部
　７　　環状部
　８　　柱部
　９　　ポケット部
　１０　頂点部
　１１　案内部
　１２　余剰空間
　１３　環状体

Claims

　軌道輪である内輪および外輪と、この内・外輪間に介在する複数の転動体である玉と、この玉を保持する円環状の保持器とを備え、軸受内空間に潤滑剤が供給または封入される転がり玉軸受であって、
　前記保持器は、転動体案内であり、円周方向複数個所に前記玉を保持するためのポケット部を有し、該ポケット部は、複数の頂点部を有する略多角形状のポケット部であり、
　前記頂点部の少なくとも１つにおいて、繊維を植毛してなる植毛部を有することを特徴とする転がり玉軸受。
　前記保持器は、軸方向両側の環状部と、これら環状部を連結する複数の柱部と、前記各柱部の前記玉との周方向の接触部に形成された平面形状の案内部とを有し、
　前記ポケット部は、前記環状部と、円周方向で隣接する前記柱部とで形成される略矩形状のポケット部であり、該ポケット部の４隅の前記頂点部に前記植毛部を有することを特徴とする請求項１記載の転がり玉軸受。
　前記繊維が合成樹脂繊維であり、前記植毛部が静電植毛部であることを特徴とする請求項１記載の転がり玉軸受。
　前記保持器が、合成樹脂からなる樹脂製保持器であることを特徴とする請求項１記載の転がり玉軸受。