JP2008175329A - 転がり軸受用保持器 - Google Patents

Abstract

【課題】微量潤滑下において、トルク低減性および耐焼付き性に優れる転がり軸受用保持器を提供すること。
【解決手段】保持器５の一方の環状部２０を、円筒状の円筒部３０と、円筒部３０から径方向の外方に突出する複数の第１凸部３１とで構成する。周方向に隣接する第１凸部３１の間のうちの一つの周方向の位相角を、１８０°よりも大きく設定する。このようにして、保持器５の重心を、円筒部３０の中心軸に対して間隔をおいて位置させる。
【選択図】図２

Description

本発明は、転がり軸受用保持器に関し、特に、微量潤滑環境で使用される転がり軸受の転動体を保持するのに使用されれば好適な転がり軸受用保持器に関する。

従来、転がり軸受用保持器（以下、単に保持器という）としては、特開２００３−２７８７６４号公報（特許文献１）に記載されているものがある。

この保持器は、冠形保持器である。この保持器の外周面および内周面の夫々は、周方向において隣接する二つのポケットの中点に、保持器の軸方向の外方の縁から内方の縁まで軸方向に延在するリブを有している。

上記リブは、上記保持器の外周面および内周面の夫々に、上記ポケットと同じ数だけ存在している。全ての上記リブを合わせたものの重心は、上記保持器の回転軸上に位置している。このようにして、上記従来の保持器は、その真円度を高くしている。

上記従来の保持器は、保持器の外周面および内周面の両方にリブを形成することによって、保持器のトルク変動および保持器音の発生を抑制して、保持器の低トルク化および静粛化を実現するようにしている。
特開２００３−２７８７６４号公報（第１図）

ここで、本発明者は、以下に詳述するように、潤滑油の少ない場合においては、回転や荷重条件によっては、上記従来の保持器を含む回転軸に対して対称な保持器は、焼付き易くて、トルクが大きいことを発見した。

そこで、本発明の課題は、特に、微量潤滑下において、トルク低減性および耐焼付き性に優れる転がり軸受用保持器を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の転がり軸受用保持器は、
転動体を収容するポケットを形成する環状部および柱部を有し、
上記環状部は、軌道輪に接触するように、径方向に突出した突出部を有し、
上記突出部は、単一あるいは複数であり、
上記突出部が複数である場合、周方向に隣接する二つの上記突出部間の長さのうちの少なくとも一つの上記周方向の位相角は、１８０°よりも大きいことを特徴としている。

上記「軌道輪に接触するように、」という文言は、「この発明の保持器を有する転がり軸受が運転している状態の間において、軌道輪に接触している時間が長くなるように、」という意味であり、上記突出部は、常時軌道輪に接触していなくても良い。つまり、この発明の保持器を有する転がり軸受が運転している状態の間において、上記突出部が上記軌道輪に接触している時間が、上記環状部の上記突出部以外の部分が上記軌道輪に接触している時間よりも長くなる条件さえ満たせば、上記突出部の形状は如何なる形状であっても良い。

また、上記位相角とは、周方向の全周を、３６０°としたときの、環状部の周方向の長さを表す値である。例を挙げれば、周方向の全周の１／３を占める周方向の長さは、１２０°になる。すなわち、周方向の長さを弧度法で表したときの長さである（但し、［ラジアン］でなくて、［°］を使用する）。

また、上記環状部の突出部は、環状部の上記突出部以外の部分に滑らかにつながっていても良いし、上記環状部の突出部は、環状部の上記突出部以外の部分に滑らかでない状態でつながっていても良い。このことを数学的に表現すると、上記環状部の突出部と、環状部の上記突出部以外の部分との接続は、微分可能な接続であっても良いし、微分不可能な箇所を有する接続であっても良い。

当業者の間においては、保持器は、その真円度が高ければ高いほど、トルク低減能力に優れる等、性能が高くなると考えられており、保持器の真円度を意図的に崩すという思想は、当業者の間に存在していない。

しかしながら、本発明者は、次に示す現象を発見し、微量の潤滑の環境下においては、保持器の真円度を意図的に局所的に崩した保持器が非常に優れた性能を示す場合があることを発見した。

具体的には、本発明者は、潤滑剤の量を、例えば、ナノリットルレベル（軸受内への一回あたりの供給量がナノリットル（ｎｌ）レベル）に制限して、潤滑剤の攪拌抵抗を急激に小さくした条件で、実験を行っているとき、次の事実を発見した。

すなわち、潤滑剤の量を、相当制限した場合において、安定して回転する保持器と、回転しにくい保持器があることを発見した。そして、安定して回転する保持器と、回転しにくい保持器とを比較対照した結果、安定して回転した保持器ほど、その保持器の真円度が低いことを発見した。すなわち、真円度が高い保持器が、回転しにくい一方、真円度が低い保持器は、安定して回転する場合があることを発見した。

また、回転や荷重条件によっては、真円度が高い保持器が、保持器の外周面に焼付きが発生し易く、焼付きを防止するために必要な潤滑剤の量が大きくなる一方、真円度が低い保持器は、潤滑剤の量が極微量であっても、焼付きが発生しにくいことも併せて発見した。

これらの現象が起こる理由は定かではない。しかしながら、本発明者は、この理由について、次のように考えている。すなわち、微量潤滑環境下では、保持器の周方向の至る所で保持器が軌道輪に接触する真円度の高い保持器においては、至る所で保持器の油膜切れが発生し易くて、保持器が回転しにくくなると共に、保持器の摩耗が激しくなっていると考えられる。

また、軌道輪に重点的に接触する保持器の周方向の箇所が限定される真円度が低い保持器において、その保持器が安定に回転しかつその保持器が微量潤滑でも焼付きが発生しにくいことの理由は、接触し易い箇所、すなわち、摩耗し易い箇所が限定されるから、保持器の運転とともに、その接触し易い箇所が、重点的に摩耗して、早期になじんで、その接触し易い箇所に潤滑剤の膜が形成され易くなるためでないかと考えられる。

本発明によれば、上記環状部が、軌道輪に接触するように、径方向に突出した突出部を有し、上記突出部が、単一あるいは複数であり、上記突出部が複数である場合、周方向に隣接する突出部の間のうちの少なくとも一つの上記周方向の位相角が、１８０°よりも大きくなっているから、保持器の真円度を低くすることができると共に、上記突出部を、環状部の突出部以外の部分よりも重点的に軌道輪に接触させるようにすることができる。したがって、微量潤滑環境下において、真円度が高い保持器を使用した場合よりも、転がり軸受のトルクを低減することができると共に、転がり軸受の寿命を長くすることができる。

また、一実施形態では、上記環状部は、円筒状の円筒部を有し、上記突出部は、上記円筒部の外周面から上記径方向に突出した凸部である。

上記実施形態によれば、突出部が、上記円筒部の外周面から突出した凸部であるから、突出部を容易に形成することができる。また、突出部の数の調整が容易であると共に、各突出部における突出量の調整が容易であるから、保持器のアンバランスの度合を、容易かつ精密に調整することができる。

また、一実施形態では、上記環状部の内周面および外周面の両方は、略円筒面であり、上記内周面の中心軸と上記外周面の中心軸とは、平行になっており、上記内周面の中心軸は、上記外周面の中心軸に対して間隔をおいて位置している。

本発明の転がり軸受用保持器によれば、環状部が、軌道輪に接触するように、径方向に突出した突出部を有し、上記突出部が、単一あるいは複数であり、突出部が複数である場合、周方向に隣接する突出部の間のうちの少なくとも一つの上記周方向の位相角が、１８０°よりも大きくなっているから、保持器の真円度を低くすることができると共に、上記突出部を、環状部の突出部以外の部分よりも重点的に軌道輪に接触させるようにすることができる。したがって、微量潤滑環境下において、真円度が高い保持器を使用した場合よりも、転がり軸受のトルクを低減することができると共に、転がり軸受の寿命を長くすることができる。

以下、本発明を図示の形態により詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１は、本発明の第１実施形態の転がり軸受用保持器（以下、単に保持器という）５を含んだ玉軸受の軸方向の断面図である。

この玉軸受は、工作機械の主軸とハウジングとの間に配置されている。この玉軸受は、オイルエア潤滑によって潤滑されるようになっており、潤滑に使用される潤滑剤の量が比較的少ない環境下で使用されるようになっている。この玉軸受は、外輪１、内輪２、転動体としての複数の玉３、および、本発明の第１実施形態の保持器５を備える。

上記外輪１は、軌道面としての軌道溝１１、第１肩部１５、および、第２肩部１６を有する一方、内輪２は、軌道面としての軌道溝１２を有している。上記第１肩部１５は、軌道溝１１の軸方向の一方の側に位置し、第２肩部１６は、軌道溝１１の軸方向の他方の側に位置している。上記複数の玉３は、外輪１の軌道溝１１と、内輪２の軌道溝１２との間に、保持器５によって保持された状態で、周方向に互いに間隔をおいて配置されている。

上記保持器５は、第１環状部２０と、第２環状部２１と、複数の柱部（図示せず）とからなる。上記各柱部は、第１環状部２０と、第２環状部２１とを、連結している。上記複数の柱部は、第１環状部２０の周方向に互いに間隔をおいて配置されている。

上記第１環状部２０は、円筒状の第１円筒部３０と、突出部の一例としての第１凸部３１とを有する。上記第１凸部３１は、第１円筒部３０の外周面から径方向の外方に突出している。尚、第１実施形態において、第１凸部３１は、分かり易いように誇張されて描かれ、第１凸部３１の径方向の高さは、実際よりも格段に大きく描かれている。上記第１凸部３１は、図１に示す軸方向の断面において、断面矩形状の形状を有している。上記第１凸部３１の軸方向の外方の端面は、第１環状部２０の軸方向の外方の端面の延長面になっており、第１凸部３１の軸方向の内方の端面は、第１環状部２０の軸方向の内方の端面の延長面になっている。

上記第２環状部２１は、円筒状の第２円筒部４０と、突出部の一例としての第２凸部４１とを有する。上記第２凸部４１は、第２円筒部４０の外周面から径方向の外方に突出している。尚、第１実施形態において、第２凸部４１は、分かり易いように誇張されて描かれ、第２凸部４１の径方向の高さは、実際よりも格段に大きく描かれている。上記第２凸部４１は、図１に示す軸方向の断面において、断面矩形状の形状を有している。上記第２凸部４１の軸方向の外方の端面は、第２環状部２１の軸方向の外方の端面の延長面になっており、第２凸部４１の軸方向の内方の端面は、第２環状部２１の軸方向の内方の端面の延長面になっている。

図１に示すように、第１環状部２０は、第１肩部１４に僅かな隙間を介して径方向に対向している一方、第２環状部２１は、第２肩部１５に僅かな隙間を介して径方向に対向している。第１肩部１４は、第１環状部２０を案内するようになっている一方、第２肩部１５は、第２環状部２１を案内するようになっている。

尚、図１において、参照番号２５は、第１円筒部３０の外周面を示し、参照番号２６は、第２円筒部４０の外周面を示している。これらの線２５,２６は、実際は見えないが、理解を容易にするために便宜上図１に記載した。

図２は、第１環状部２０を、図１に矢印ａで示す方向、すなわち、軸方向の外方から見た図ときの模式図である。尚、図１に示されている玉軸受のうちの保持器の部分は、図２におけるＡＡ線断面図に対応している。

図２に示すように、上記第１凸部の軸方向の端面は、略円弧状の形状を有している。上記第１凸部３１は、三つ存在している。上記三つの第１凸部３１は、第１環状部２０の周方向に互いに間隔をおいて位置している。周方向に隣接する二つの第１凸部３１の間のうちの一つの周方向の位相角は、１８０°よりも大きくなっている。具体的には、図２において、周方向に隣接する第１凸部３１のペアである第１凸部４７および第１凸部４８において、第１凸部４７の第１凸部４８側の端と、第１凸部４８の第１凸部４７側の端との間の部分における周方向の位相角は、１８０°よりも大きくなっている。このようにして、保持器５の重心を、第１円筒部３０の中心軸に対して間隔をおいて位置させる。このようにして、保持器５の真円度を意図的に崩して、保持器５を、転がり軸受の中心軸（外輪１の中心軸）に対してバランスさせないようにする。

図３は、第１円筒部３０の中心軸に垂直な平面で第１円筒部３０および外輪１を切断したときの断面図の一部である。図３に示すように、第１凸部３１は、外輪１の内周面に対して僅かな隙間を介して径方向に対向している。尚、図２における参照番号４４,４５,４６の線、および、図３における参照番号７１,７２の線は、第１円筒部３０と、第１凸部３１との境界を示す線であり、理解を容易にするために便宜上描かれた線である。

尚、詳述しないが、第２環状部２１は、第１環状部２０と同一の構造（形状および大きさ）を有している。第２環状部２１の第２凸部４１は、第１環状部２０の第１凸部に、第１円筒部３０の軸方向に正確に対向している。

上述のように、従来、当業者の間においては、保持器は、その真円度が高ければ高いほど、トルク低減能力に優れる等、性能が高くなると考えられており、保持器の真円度を意図的に崩すという思想は、当業者の間に存在していない。

しかしながら、本発明者は、潤滑剤の量を、制限した場合において、安定して回転する保持器と、回転しにくい保持器があることを発見した。そして、安定して回転する保持器と、回転しにくい保持器とを比較対照した結果、安定して回転した保持器ほど、その保持器の真円度が低いことを発見した。すなわち、回転や荷重、潤滑条件によっては、真円度が高い保持器が、回転しにくい一方、真円度が低い保持器は、安定して回転することを発見した。

また、回転や荷重、潤滑条件によっては、真円度が高い保持器が、保持器の外周面に焼付きが発生し易く、焼付きを防止するために必要な潤滑剤の量が大きくなる一方、真円度が低い保持器は、潤滑剤の量が極微量であっても、焼付きが発生しにくいことも併せて発見した。

上記第１実施形態の保持器５によれば、第１環状部２０が、外輪１に接触するように、径方向に突出した第１凸部３１および第２凸部４１を有し、上記第１凸部１３および第２凸部４１の夫々が、複数であり、周方向に隣接する第１凸部３１の間のうちの一つの上記周方向の位相角が、１８０°よりも大きくなっていると共に、周方向に隣接する第２凸部４１の間のうちの一つの周方向の位相角が、１８０°よりも大きくなっているから、保持器５の真円度を低くすることができると共に、第１および第２凸部３１,４１を、第１および第２環状部２０,２１の第１および第２凸部３１,４１以外の部分よりも重点的に外輪１に接触させるようにすることができる。したがって、微量潤滑環境下において、真円度が高い保持器を使用した場合よりも、転がり軸受のトルクを低減することができると共に、転がり軸受の寿命を長くすることができる。

また、上記第１実施形態の保持器５によれば、突出部が、円筒部３０,４０から径方向に突出する凸部３１,４１であるから、突出部を容易に形成することができる。また、突出部の数の調整が容易であると共に、各突出部における突出量の調整が容易であるから、保持器５のアンバランスの度合を、容易かつ精密に調整することができる。

尚、上記第１実施形態の保持器５では、周方向に隣接する凸部３１,４１の間の位相角が１８０°よりも大きい周方向の間が、二箇所あったが（第１環状部２０に一箇所存在すると共に、第２環状部２１に一箇所存在している）、この発明では、周方向に隣接する凸部のペアが少なくとも一ペア存在し、周方向に隣接する凸の間の位相角が１８０°よりも大きい周方向の間が、一箇所だけであっても良い。

このことの具体例としては、次の場合が考えられる。すなわち、一例としては、環状部が二つあって、二つの環状部のうちの少なくとも一方の環状部の外周面および内周面の少なくとも一方に、周方向に隣接する凸部のペアが少なくとも一ペア存在し、周方向に隣接する凸の間の位相角が１８０°よりも大きい周方向の間が、一箇所だけである場合がある。

また、他の例としては、保持器が、所謂冠形保持器であって、環状部が一つしかなく、環状部の外周面および内周面の少なくとも一方に、周方向に隣接する凸部のペアが少なくとも一ペア存在し、周方向に隣接する凸の間の位相角が１８０°よりも大きい周方向の間が、一箇所だけである場合がある。

また、上記第１実施形態の保持器５では、第１および第２環状部２０,２１が、円筒状の円筒部から径方向に凸部が突出している構成であったが、この発明では、環状部が、外周面および内周面が円錐面である円錐部から径方向に凸部が突出している構成であっても良い。

また、上記第１実施形態の保持器５では、第１環状部２０の外周面から周方向に互いに間隔をおいて三つの凸部３１が突出していたが、この発明では、少なくとも一つの環状部の外周面および内周面のうちの少なくとも一方から周方向に間隔をおいて二つの凸部が突出していても良いし、少なくとも一つの環状部の外周面および内周面のうちの少なくとも一方から周方向に互いに間隔をおいて四つ以上の凸部が突出していても良い。

また、上記第１実施形態の保持器５は、第１円筒部３０の軸方向の断面図の一部である図４に示すように、軸方向において、第１凸部６１が、第１環状部２０の外周面の軸方向の一端から他端まで端から端まで存在していた。しかしながら、この発明では、図５（図５は、第１実施形態の変形例の保持器の円筒部の軸方向の断面図の一部である）に示すように、凸部５１は、環状部５０の外周面の軸方向の一端から他端まで端から端まで存在していなくても良く、軸方向において、環状部５０の外周面の一部のみに存在していても良い。また、凸部は、環状部の内周面の軸方向の一端から他端まで端から端まで存在していても良いし、凸部は、環状部の内周面の軸方向の一端から他端まで端から端まで存在していなくても良く、軸方向において、環状部の内周面の一部のみに存在していても良い。

また、上記第１実施形態の保持器５では、径方向の断面図において、第１凸部３１は、円弧状の形状を有していたが、この発明では、径方向の断面図において、凸部は、矩形状の形状、等脚台形の形状、または、略三角形状など、円弧状以外の形状を有していても良い。また、上記第１実施形態の保持器５では、軸方向の断面図において、第１凸部３１は、矩形状の形状を有していたが、この発明では、軸方向の断面において、凸部は、円弧状の形状、等脚台形の形状など、矩形状以外の形状であっても良い。

また、上記第１実施形態の保持器５は、二つの環状部の間が柱部で連結された構造を有する玉軸受用の保持器であったが、この発明の保持器は、環状部が一つしかない所謂冠型の保持器であっても良い。

また、上記第１実施形態の保持器５は、玉軸受用の保持器であったが、この発明の保持器は、円錐ころ軸受用の保持器や、円筒ころ軸受用の保持器等、玉軸受用の保持器以外の転がり軸受用の保持器であっても良い。

（第２実施形態）
図６は、本発明の第２実施形態の転がり軸受用保持器（以下、単に保持器という）１０５を含んだ玉軸受の軸方向の断面図である。

第２実施形態の保持器１０５では、第１実施形態の保持器５と共通の作用効果および変形例については説明を省略することにし、第１実施形態の保持器５と異なる構成についてのみ説明を行うことにする。

第２実施形態の保持器１０５は、第１環状部１２０と第２環状部１２１とを複数の柱部（図示せず）で連結してなる。図６に示す玉軸受の外輪１０１は、軌道溝の軸方向の一方の側のみに肩部を有している。上記第１環状部１２０の外周面は、上記肩部の内周面１１４に対して僅かな隙間を介して径方向に対向している。上記肩部は、第１環状部１２０を案内する役割を有している。上記第１環状部１２０が、外輪１０１に接触する場合がある一方、第２環状部１２１は、外輪１０１に接触しないようになっている。上記第１環状部１２０は、円筒状の円筒部１３０と、突出部の一例としての凸部１３１とを有する一方、第２環状部１２１は、円筒部のみからなり、凸部を有さない構造になっている。

図７は、第１環状部１２０を、図６に矢印ｂで示す方向、すなわち、軸方向の外方から見た図ときの模式図である。図７に示すように、凸部１３１は、単一であり、円筒部１３０の外周面から径方向の外方に突出している。尚、第２実施形態においても、凸部１３１は、分かり易いように誇張されて描かれ、凸部１３１の径方向の高さは、実際よりも格段に大きく描かれている。

（第３実施形態）
図８は、第３実施形態の保持器２０５の図２（または図７）に対応する図である。

第３実施形態では、保持器２０５の環状部２２０の内周面１４０および外周面１４１の両方は、略円筒面である。また、上記内周面１４０の中心軸Ｐ０と外周面１４１の中心軸Ｐ１とは、平行になっており、内周面１４０の中心軸Ｐ０は、外周面１４１の中心軸Ｐ１に対して間隔をおいて位置している。

尚、第３実施形態において、上記Ｐ０と上記Ｐ１との距離は、理解を容易にするため、実際よりも格段に大きく描かれている。実際には、上記Ｐ０と上記Ｐ１との距離は、非常に小さなものである。

第３実施形態では、外周面１４１と、中心軸Ｐ１と中心軸Ｐ０とを含む平面との交線であって、かつ、中心軸Ｐ０からの距離が長い交線部１５１が、径方向に突出する突出部になっている。

第３実施形態でも、第１および第２実施形態と同様に、保持器を有する転がり軸受が運転している状態で、突出部である交線部１５１が、外輪（図示せず）に衝突している時間が、上記外輪の外周面における交線部１５１以外の部分が、上記外輪に衝突している時間よりも長くなる。したがって、第３実施形態でも、第１および第２実施形態と同様に、この保持器を有する転がり軸受のトルクを低減することができると共に、この保持器を有する転がり軸受の寿命を長くすることができる。

本発明の第１実施形態の転がり軸受用保持器を含んだ玉軸受の軸方向の断面図である。 第１実施形態の保持器の第１環状部を、図１に矢印ａで示す方向、すなわち、軸方向の外方から見た図ときの模式図である。 第１円筒部の中心軸に垂直な平面で第１円筒部および外輪を切断したときの断面図の一部である。 第１円筒部の軸方向の断面図の一部である 第１実施形態の変形例の保持器の円筒部の軸方向の断面図の一部である。 本発明の第２実施形態の転がり軸受用保持器を含んだ玉軸受の軸方向の断面図である。 第２実施形態の保持器の第１環状部を、図６に矢印ｂで示す方向、すなわち、軸方向の外方から見た図ときの模式図である。 第３実施形態の保持器における図２に対応する図である。

符号の説明

１,１０１ 外輪
２,１０２ 内輪
３,１０３ 玉
５,１０５ 保持器
２０,１２０ 第１環状部
２１,１２１ 第２環状部
３０ 第１円筒部
３１ 第１凸部
４０ 第２円筒部
４１ 第２凸部
１３０ 円筒部
１３１ 凸部
１５１ 交線部

Claims (2)

1. 転動体を収容するポケットを形成する環状部および柱部を有し、
   上記環状部は、軌道輪に接触するように、径方向に突出した突出部を有し、
   上記突出部は、単一あるいは複数であり、
   上記突出部が複数である場合、周方向に隣接する二つの上記突出部間の長さのうちの少なくとも一つの上記周方向の位相角は、１８０°よりも大きいことを特徴とする転がり軸受用保持器。
2. 請求項１に記載の転がり軸受用保持器において、
   上記環状部は、円筒状の円筒部を有し、
   上記突出部は、上記円筒部の外周面から上記径方向に突出した凸部であることを特徴とする転がり軸受用保持器。

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