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JP2018080718A - 円筒ころ軸受 - Google Patents

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修二 曽我
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Abstract

【課題】ころ案内方式において、低速時はきしり音の発生及びころ端面摩耗・内輪つば面摩耗の発生を抑制し、高速時にころが保持器柱部に楔状に食い込むのを防ぐことができる円筒ころ軸受を提供する。【解決手段】円筒ころ軸受10において、保持器14の柱部17は、円筒ころ13をその外径側及び内径側で拘束するころ持たせ部18、18を有し、ころ持たせ部18、18は、円筒ころ13の公転中心C1と保持器14の軸芯C2が一致している状態から、円筒ころ13に対する保持器14の径方向動き量が外径側動き量<内径側動き量となり、且つ、ポケット部15の外径側開口幅W1>ポケット部15の内径側開口幅W2となるように形成される。また、柱部17は、円環部16,16の内周面よりも内径側に突出し、ころ持たせ部18、18を構成する内径側凸部30を有する。【選択図】図1

Description

本発明は、円筒ころ軸受に関し、特に、工作機械主軸に好適な円筒ころ軸受に関する。
工作機械主軸に用いられる単列円筒ころ軸受は、高速回転(例えば、dmN(=(軸受内径+軸受外径)÷2×回転速度(rpm))が35万〜70万以上)で、且つ負のラジアルすきま条件で使用されることが多い。このような過酷な使用条件においては、保持器が、ころとの競り合いによる力を受けることから、外輪案内型の保持器を用いることがあった。
しかしながら、外輪案内型の保持器を用いた場合、案内面の潤滑が不十分であると、保持器と外輪の接触部で摩耗が生じ、軸受が損傷する可能性がある。また、組込み条件のばらつきによって正のラジアルすきまで組み立てられてしまった場合、ころがスキューやチルトし易くなると共に公転滑りなどにより、きしり音の発生や内輪つば面ところ端面の摩耗が発生することがある。
そこで、保持器と軌道輪との間での摩耗が発生しない、ころ案内型の保持器が種々知られている。(例えば、特許文献1〜3参照)。
例えば、特許文献1に記載の円筒ころ軸受では、保持器の材質は合成樹脂とし、樹脂製保持器成型時における射出成形型からの製品の離型時に生じる無理抜きを防止し、且つ、ころが保持器の柱部に楔状に食い込むのを防ぐ、外径拘束型の保持器が開示されている。外径拘束型の保持器は、運転中に遠心膨張及び熱膨張によって案内すきまが広がるため、保持器ところの過度な接触が発生せず、ある程度の高速使用条件に適している。また、正のラジアルすきまで組み込んだ場合、運転中のころは遠心力で外輪側へ押え付けられるが、外径拘束型の保持器によってポケット開口部(ころ案内部)から内輪側へ押え付けられる作用が働き、正のラジアルすきまによって生じる転動体の不規則な動き(特にスキュー運動)が規制され、きしり音の抑制や内輪つば面ところ端面の摩耗の抑制に効果がある。
特開2005−69282号公報 特開2013−199955号公報 特開2000−274437号公報
ところで、特許文献1のような外径拘束型の保持器は、樹脂保持器成型時の無理抜き防止の観点や、保持器の外径側開口部からのころ挿入性の観点から、ころ抱き角度をある一定より小さくすることができない。一方、ころ抱き角度が大きいと、高速条件下ではころが保持器の柱部に楔状に食い込み易くなることから、ころ抱き角度によって高速性能が決定されていると言える。
本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、ころ案内方式において、低速時はきしり音の発生及びころ端面摩耗・内輪つば面摩耗の発生を抑制し、高速時にころが保持器柱部に楔状に食い込むのを防ぐことができる円筒ころ軸受を提供することにある。
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
(1) 内周面に外輪軌道面が形成される外輪と、
外周面に内輪軌道面が形成され、前記内輪軌道面の軸方向端部に鍔部を有する内輪と、
前記外輪軌道面と前記内輪軌道面との間に転動自在に配置される複数の円筒ころと、
一対の円環部及び該一対の円環部を軸方向に連結する複数の柱部を有し、前記複数の円筒ころを回転自在にそれぞれ保持する複数のポケット部を形成する、ころ案内方式で使用される樹脂製の保持器と、
を備える円筒ころ軸受であって、
前記保持器の柱部は、前記円筒ころをその外径側及び内径側で拘束するころ持たせ部を有し、
前記ころ持たせ部は、前記円筒ころの公転中心と前記保持器の軸芯が一致している状態から、前記円筒ころに対する前記保持器の径方向動き量が外径側動き量<内径側動き量となり、且つ、前記ポケット部の外径側開口幅>前記ポケット部の内径側開口幅となるように形成され、
前記柱部は、前記円環部の内周面よりも内径側に突出し、前記ころ持たせ部を構成する内径側凸部を有する、ことを特徴とする円筒ころ軸受。
(2) 前記ポケット部の軸方向両端面から前記内径側凸部までのそれぞれの距離A、Bと前記内径側凸部の幅Lの和A+L,B+Lが、前記円筒ころの軸方向幅Cよりそれぞれ短い、ことを特徴とする(1)に記載の円筒ころ軸受。
(3) 前記ころ持たせ部の内面は単一円弧で凹状に構成される、ことを特徴とする(1)又は(2)に記載の円筒ころ軸受。
(4) 前記ころ持たせ部の内面には、前記円筒ころのピッチ円直径位置を通過する平面が形成されるとともに、該平面よりも外径側及び内径側には、凹状の円弧面又は、該平面に対して傾斜したテーパ面のいずれかが形成される、ことを特徴とする(1)又は(2)に記載の円筒ころ軸受。
(5) 前記平面よりも外径側及び内径側には、前記凹状の円弧面が形成され、
前記外径側の円弧面の曲率半径よりも、前記内径側の円弧面の曲率半径が大きい、ことを特徴とする(4)に記載の円筒ころ軸受。
本発明の円筒ころ軸受によれば、保持器の柱部は、円筒ころをその外径側及び内径側で拘束するころ持たせ部を有し、ころ持たせ部は、円筒ころの公転中心と保持器の軸芯が一致している状態から、円筒ころに対する保持器の径方向動き量が外径側動き量<内径側動き量となり、且つ、ポケット部の外径側開口幅>ポケット部の内径側開口幅となるように形成され、柱部は、円環部の内周面よりも内径側に突出し、ころ持たせ部を構成する内径側凸部を有する。これにより、低速時は柱部の外径側で円筒ころが案内され、円筒ころのスキューが抑制され、ころ端面摩耗防止、内輪つば面摩耗防止、きしり音防止の効果が得られる。また、高速時は、保持器の熱膨張及び遠心膨張により、内径側凸部によって開口幅を狭くした柱部の内径側で円筒ころが案内されるので、相対的に狭い内径側のころ抱き角度によって、円筒ころが保持器の柱部に楔状に食い込むのを防ぐことができる。
本発明の第1実施形態に係る円筒ころ軸受を示す縦断面図である。 図1の円筒ころ軸受用保持器を示す要部斜視図である。 円筒ころ及び保持器を示す、図1のIII−III線に沿った断面図である。 (a)は、円筒ころがころ持たせ部の外径側で拘束された状態を示す断面図であり、(b)は、円筒ころがころ持たせ部の内径側で拘束された状態を示す断面図である。 本発明の第2実施形態に係る円筒ころ軸受を示す、図3に対応する断面図である。 本発明の第3実施形態に係る円筒ころ軸受を示す、図3に対応する断面図である。 (a)〜(c)は、第3実施形態のころ持たせ部のテーパ面のテーパ角度と楔角との関係を示す図である。 (a)及び(b)は、本発明の第1〜第2変形例を示す円筒ころ軸受の要部断面図である。 (a)及び(b)は、本発明の第3〜第4変形例を示す円筒ころ軸受の要部断面図である。 (a)〜(c)は、本発明の第5〜第7変形例を示す円筒ころ軸受の要部断面図である。 (a)及び(b)は、本発明の第8及び第9変形例を示す円筒ころ軸受の要部断面図である。 本発明の第10変形例を示す円筒ころ軸受の要部断面図である。
以下、本発明の各実施形態に係る円筒ころ軸受を図面に基づいて詳細に説明する。
(第1実施形態)
図1に示すように、円筒ころ軸受10は、内周面に外輪軌道面11aが形成される外輪11と、外周面に内輪軌道面12aが形成される内輪12と、外輪軌道面11aと内輪軌道面12aとの間に転動自在に配置された複数の円筒ころ13と、複数の円筒ころ13を回転自在にそれぞれ保持する複数のポケット部15を形成する、ころ案内方式の樹脂製保持器14と、を備えている。内輪12は、内輪軌道面12aの軸方向両端部に鍔部12b、12bを有する。
なお、円筒ころ軸受10は、潤滑油とグリースのいずれの潤滑剤で潤滑されてもよい。
樹脂製保持器14は、ポリアミド、ポリアセタール、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、ポリフェニレンサルファイドなどの合成樹脂材料からなり、必要に応じて、該樹脂に、ガラス繊維、カーボン繊維、アラミド繊維などの強化材を添加してもよい。
また、図1〜図4に示すように、樹脂製保持器14は、一対の円環部16、16及び一対の円環部16、16を軸方向に連結する複数の柱部17を有する。柱部17の軸方向中間部17aには、軸方向に互いに離間して配置された一対のころ持たせ部18、18を有する。一対のころ持たせ部18、18は、所定の軸方向長さを備え、その間に位置する柱部17の側面よりも円周方向に突出するように形成される。このように、軸方向に分割して形成される一対のころ持たせ部18、18は、円筒ころ13の競り合いによって発生する力を受けた際に弾性変形することができ、柱部17が受ける力の一部を逃がすことができる。
ころ持たせ部18、18の内面は、外径側及び内径側において、ポケット部15の中心に向かって円周方向に突出しており、円筒ころ13をその外径側及び内径側で拘束する。
また、ころ持たせ部18,18は、円筒ころ13の公転中心C1と保持器14の軸芯C2が一致している状態から、円筒ころ13に対する保持器14の径方向動き量が外径側動き量<内径側動き量となるように形成されている。
即ち、円筒ころ13の公転中心C1と保持器14の軸芯C2が一致している状態からの外径側動き量、及び内径側動き量とは、図3に示すように、ピッチ円直径PCD上に位置する円筒ころ13に対するころ持たせ部18との径方向に沿った外径側隙間g1、及び内径側隙間g2に対応する。したがって、本実施形態では、外径側隙間g1よりも内径側隙間g2が大きくなるように設計されている。
具体的に、ころ持たせ部18,18の内面は、円筒ころ13の公転中心C1と保持器14の軸芯C2が一致している状態において、ピッチ円直径PCD上に位置する円筒ころ13の中心Oに対して、内側に中心を持った単一の曲率半径Rによって凹状に形成されている。これにより、上記外径側隙間g1と内径側隙間g2との関係が与えられる。
また、ころ持たせ部18、18によって、ポケット部15の外径側開口幅W1よりもポケット部15の内径側開口幅W2が狭く設計されている(外径側開口幅W1>内径側開口幅W2)。
さらに、本実施形態では、図1に示すように、一対のころ持たせ部18、18を含む軸方向中間部17aは、一対のころ持たせ部18、18より軸方向外側に位置する柱部17の軸方向両端部17b、及び円環部16、16よりも内径側に突出する内径側凸部30を有する。
このような構成により、図4に示すように、外径側のころ抱き角度αより内径側のころ抱き角度βの方を小さく設計することができる。なお、ころ抱き角度とは、保持器14と円筒ころ13とが径方向に相対的に移動して、一対の柱部17、17が円筒ころ13と接する各点と円筒ころ13の中心Oとを結ぶ各線分が交差する角度を言う。
そして、円筒ころ軸受10は、低速時は円筒ころ13が柱部17の外径側で案内され、円筒ころ13のスキューが抑制されるので、ころ端面の摩耗や、内輪つば面の摩耗、きしり音の発生が抑制される。なお、外径側のころ抱き角度αが大きいことによる、円筒ころ13が柱部17に楔状に食い込む現象は、低速であるため問題とはならない。
また、所定の回転数以上(dmn35万〜70万以上)の高速時は、熱膨張及び遠心膨張により保持器14が相対膨張することで開口幅の狭い柱部17の内径側で案内される。これにより、ころ持たせ部18、18の外径側の内面は非案内面となり、また、内径側の内面では、相対的に小さい内径側のころ抱き角度βにより、円筒ころ13が保持器14の柱部17に楔状に食い込むのを防ぐことができる。
なお、内径側凸部30の内径φDiは、ころ抱き角度βを小さくするため小さい方が好ましい。一方、円筒ころ軸受10の組み立て性の観点から、保持器14の内径、即ち、内径側凸部30の内径φDiは、内輪12の鍔部12bの外径φBoより大きく設計している(φBo<φDi)。但し、運転中に、保持器14と円筒ころ13とが相対的に径方向に移動しても、保持器14と内輪12が接触しないようにする必要がある。
そこで、図1に示すように、ポケット部15の軸方向両端面から内径側凸部30までのそれぞれの距離A、Bと内径側凸部30の幅Lの和A+L,B+Lが、円筒ころ13の軸方向幅Cよりそれぞれ短く設計される(A+L<CかつB+L<C)。これにより、内径側凸部30と内輪12のつば面との接触が防止される。
また、保持器14の柱部17の内径側は、成型時に無理抜きとはならず、軸受組立時のころ挿入に対しても妨げとならない。詳細には、射出成形において保持器14を製作する場合、成形型のうち、各ポケットを形成するための各型部材は、成形後の離型時、半径方向側に向かって放射状に抜き取られる(所謂、ラジアルドロー型)。従って、ポケット中心側に出っ張っているころ持たせ部18は、無理抜きとはならない。また、保持器14のポケット部15へ円筒ころ13を挿入する場合も、円筒ころ13は、外径側開口部からポケット部15へ挿入されるので、同様に、ころ持たせ部18は関係しない。
以上説明したように、本実施形態の円筒ころ軸受10によれば、保持器14の柱部17は、円筒ころ13をその外径側及び内径側で拘束するころ持たせ部18、18を有し、ころ持たせ部18、18は、円筒ころ13の公転中心C1と保持器14の軸芯C2が一致している状態から、円筒ころ13に対する保持器14の径方向動き量が外径側動き量<内径側動き量となり、且つ、ポケット部15の外径側開口幅W1>ポケット部15の内径側開口幅W2となるように形成される。また、柱部17は、円環部16,16の内周面よりも内径側に突出し、ころ持たせ部18、18を構成する内径側凸部30を有する。これにより、低速時は柱部17の外径側で円筒ころ13が案内され、円筒ころ13のスキューが抑制され、ころ端面摩耗防止、内輪つば面摩耗防止、きしり音防止の効果が得られる。また、高速時は、熱膨張及び遠心膨張により、開口幅W2を狭くした柱部17の内径側で円筒ころ13が案内されるので、相対的に狭い内径側のころ抱き角度βによって、円筒ころ13が保持器14の柱部17に楔状に食い込むのを防ぐことができる。
また、ポケット部15の軸方向両端面から内径側凸部30までのそれぞれの距離A、Bと内径側凸部30の幅Lの和A+L,B+Lが、円筒ころ13の軸方向幅Cよりそれぞれ短いので、運転中に、内径側凸部30と内輪12のつば面との接触が防止される。
さらに、ころ持たせ部18、18の内面19は、単一円弧で凹状に構成されるので、加工性のよい形状で、上記効果を達成することができる。
(第2実施形態)
図5は、第2実施形態の円筒ころ軸受における円筒ころ及び保持器を示す断面図である。本実施形態では、ころ持たせ部18,18の内面19の形状において、第1実施形態のものと異なる。
第2実施形態では、ころ持たせ部18,18の内面19は、円筒ころ13のピッチ円直径PCD位置を通過する平面19aと、該平面19aよりも外径側及び内径側に形成される凹状の円弧面19b、19cと、を有する。
外径側の円弧面19bは、円筒ころ13の公転中心C1と保持器14の軸芯C2が一致している状態において、ピッチ円直径PCD上に位置する円筒ころ13の中心Oに対して、内側に中心を持った曲率半径R1によって凹状に形成される。また、内径側の円弧面19cは、円筒ころ13の公転中心C1と保持器14の軸芯C2が一致している状態において、ピッチ円直径PCD上に位置する円筒ころ13の中心Oに対して、外側に中心を持った曲率半径R2によって凹状に形成される。また、内径側のころ抱き角度βを小さくするように、外径側の円弧面19bの曲率半径R1よりも、内径側の円弧面19cの曲率半径R2が大きい。これにより、平面19aと円弧面19cとの接続部付近には、潤滑溜り20が形成され、潤滑寿命向上の効果が得られる。
また、この様な内面19を有するころ持たせ部18、18においても、円筒ころ13の公転中心C1と保持器14の軸芯C2が一致している状態から、円筒ころ13に対する保持器14の径方向動き量が外径側動き量<内径側動き量となり、且つ、ポケット部15の外径側開口幅W1>ポケット部15の内径側開口幅W2となる点、また、柱部17は、円環部16,16の内周面よりも内径側に突出し、ころ持たせ部18、18を構成する内径側凸部30を有する点は、第1実施形態と同様であり、第1実施形態と同様の効果を奏することができる。
(第3実施形態)
図6は、第3実施形態の円筒ころ軸受における円筒ころ及び保持器を示す断面図である。本実施形態でも、ころ持たせ部18,18の内面19の形状において、第1実施形態のものと異なる。
第3実施形態では、ころ持たせ部18,18の内面19は、円筒ころ13のピッチ円直径PCD位置を通過する平面19aと、該平面19aよりも外径側に形成される凹状の円弧面19bと、該平面19aよりも内径側に形成されるテーパ面19dと、を有する。
外径側の円弧面19bは、円筒ころ13の公転中心C1と保持器14の軸芯C2が一致している状態において、ピッチ円直径PCD上に位置する円筒ころ13の中心Oに対して、内側に中心を持った曲率半径R1によって凹状に形成される。また、内径側のテーパ面19dは、該平面19aに対してポケット部15の中心に向かって傾斜している。これにより、本実施形態においても、平面19aとテーパ面19dとの接続部付近には、潤滑溜り20が形成され、潤滑寿命向上の効果が得られる。
また、該平面19aに対するテーパ面19dのテーパ角度θは、エッジ当たりする角度θ1(図7(a)参照)より小さく、柱部17に食い込む角度θ3(図7(c)参照)よりも大きくなる範囲で調整されればよい。また、テーパ角度θは、内径側のころ抱き角度βに対応し、図7(a)〜(c)に示すように、テーパ角度がθ1>θ2>θ3である時、ころ抱き角度βは、β1<β2<β3となる。
この様な内面19を有するころ持たせ部18、18においても、円筒ころ13の公転中心C1と保持器14の軸芯C2が一致している状態から、円筒ころ13に対する保持器14の径方向動き量が外径側動き量<内径側動き量となり、且つ、ポケット部15の外径側開口幅W1>ポケット部15の内径側開口幅W2となる点、また、柱部17は、円環部16,16の内周面よりも内径側に突出し、ころ持たせ部18、18を構成する内径側凸部30を有する点は、第1実施形態と同様であり、第1実施形態と同様の効果を奏することができる。
なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものでなく、適宜、変形、改良等が可能である。
例えば、柱部17の軸方向中間部17aの形状は、図8〜図10に示すように、変形可能である。
即ち、図8(a)に示すように、柱部17の軸方向中間部17aは、内径側凸部30のみを有してもよいし、図8(b)に示すように、柱部17の軸方向中間部17aが、内径側凸部30及び、外径側に突出する外径側凸部31を有してもよい。
また、図9(a)及び(b)に示すように、内径側凸部30の軸方向両端面は、テーパ面33、33としてもよく、これにより、内径側凸部30に作用する力の応力集中を緩和することができると共に、潤滑剤の給排油性を向上することができる。
さらに、図10(a)及び(b)に示すように、内径側凸部30が軸方向に離間して分割して形成されてもよく、図10(c)に示すように、内径側及び外径側凸部30、31の両方が、軸方向に離間して分割して形成されてもよい。特に、軸方向に分離された複数の内径側凸部30、30間に形成される逃げ部32は、柱部17の円周方向に亘って潤滑剤を保持し、潤滑性に寄与する。
また、図11(a)及び(b)に示すように、円環部16,16の径方向厚さを増加することで、保持器14の強度アップを図ってもよい。具体的には、図11(a)に示す変形例の場合には、円環部16、16の外周面を柱部17(ころ持たせ部18)の外径より大きくすればよく、また、図11(b)に示す変形例の場合には、円環部16、16の外周面を外径側凸部31(ころ持たせ部18)の外径より大きくすればよい。これにより、円筒ころ13の適正な開口幅を確保しつつ、円環部16、16の強度アップを行うことができる。
また、これらの変形例では、柱部17の軸方向両端部は、柱部17の外周面と円環部16,16の外周面とを接続する傾斜面17cを有し、この傾斜面17cによって柱部17の肉厚が増加することで、柱部17の強度もアップすることができる。
さらに、本発明は、単列円筒ころ軸受に限定されず、図12に示すような複列円筒ころ軸受に適用されてもよい。
10 円筒ころ軸受
11 外輪
11a 外輪軌道面
12 内輪
12a 内輪軌道面
13 円筒ころ
14 保持器(円筒ころ軸受用樹脂製保持器)
15 ポケット部
16 円環部
17 柱部
17a 柱部の軸方向中間部
17b 柱部の軸方向端部
18 ころ持たせ部
19a 平面
19b 円弧面
19c 円弧面
19d テーパ面
20 潤滑溜り
PCD ころピッチ円直径

Claims (5)

  1. 内周面に外輪軌道面が形成される外輪と、
    外周面に内輪軌道面が形成され、前記内輪軌道面の軸方向端部に鍔部を有する内輪と、
    前記外輪軌道面と前記内輪軌道面との間に転動自在に配置される複数の円筒ころと、
    一対の円環部及び該一対の円環部を軸方向に連結する複数の柱部を有し、前記複数の円筒ころを回転自在にそれぞれ保持する複数のポケット部を形成する、ころ案内方式で使用される樹脂製の保持器と、
    を備える円筒ころ軸受であって、
    前記保持器の柱部は、前記円筒ころをその外径側及び内径側で拘束するころ持たせ部を有し、
    前記ころ持たせ部は、前記円筒ころの公転中心と前記保持器の軸芯が一致している状態から、前記円筒ころに対する保持器の径方向動き量が外径側動き量<内径側動き量となり、且つ、前記ポケット部の外径側開口幅>前記ポケット部の内径側開口幅となるように形成され、
    前記柱部は、前記円環部の内周面よりも内径側に突出し、前記ころ持たせ部を構成する内径側凸部を有する、ことを特徴とする円筒ころ軸受。
  2. 前記ポケット部の軸方向両端面から前記内径側凸部までのそれぞれの距離A、Bと前記内径側凸部の幅Lの和A+L,B+Lが、前記円筒ころの軸方向幅Cよりそれぞれ短い、ことを特徴とする請求項1に記載の円筒ころ軸受。
  3. 前記ころ持たせ部の内面は単一円弧で凹状に構成される、ことを特徴とする請求項1又は2に記載の円筒ころ軸受。
  4. 前記ころ持たせ部の内面には、前記円筒ころのピッチ円直径位置を通過する平面が形成されるとともに、該平面よりも外径側及び内径側には、凹状の円弧面又は、該平面に対して傾斜したテーパ面のいずれかが形成される、ことを特徴とする請求項1又は2に記載の円筒ころ軸受。
  5. 前記平面よりも外径側及び内径側には、前記凹状の円弧面が形成され、
    前記外径側の円弧面の曲率半径よりも、前記内径側の円弧面の曲率半径が大きい、ことを特徴とする請求項4に記載の円筒ころ軸受。
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