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WO2025053031A1 - アンギュラ玉軸受および回転機構 - Google Patents

アンギュラ玉軸受および回転機構 Download PDF

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Publication number
WO2025053031A1
WO2025053031A1 PCT/JP2024/030844 JP2024030844W WO2025053031A1 WO 2025053031 A1 WO2025053031 A1 WO 2025053031A1 JP 2024030844 W JP2024030844 W JP 2024030844W WO 2025053031 A1 WO2025053031 A1 WO 2025053031A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
ball bearing
inner ring
angular contact
balls
angular
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
PCT/JP2024/030844
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
康由 林
広道 國米
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
NTN Corp
Original Assignee
NTN Corp
NTN Toyo Bearing Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from JP2023145527A external-priority patent/JP2025038740A/ja
Priority claimed from JP2023145621A external-priority patent/JP2025038796A/ja
Application filed by NTN Corp, NTN Toyo Bearing Co Ltd filed Critical NTN Corp
Publication of WO2025053031A1 publication Critical patent/WO2025053031A1/ja
Pending legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

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    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C19/00—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement
    • F16C19/02—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows
    • F16C19/14—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for both radial and axial load
    • F16C19/16—Bearings with rolling contact, for exclusively rotary movement with bearing balls essentially of the same size in one or more circular rows for both radial and axial load with a single row of balls
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16C—SHAFTS; FLEXIBLE SHAFTS; ELEMENTS OR CRANKSHAFT MECHANISMS; ROTARY BODIES OTHER THAN GEARING ELEMENTS; BEARINGS
    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/32—Balls
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    • F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/58—Raceways; Race rings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
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    • F16C33/00—Parts of bearings; Special methods for making bearings or parts thereof
    • F16C33/30—Parts of ball or roller bearings
    • F16C33/66—Special parts or details in view of lubrication
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
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    • F16C35/00—Rigid support of bearing units; Housings, e.g. caps, covers
    • F16C35/04—Rigid support of bearing units; Housings, e.g. caps, covers in the case of ball or roller bearings
    • F16C35/06—Mounting or dismounting of ball or roller bearings; Fixing them onto shaft or in housing
    • F16C35/063—Fixing them on the shaft
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H57/00—General details of gearing
    • F16H57/02—Gearboxes; Mounting gearing therein
    • F16H57/021—Shaft support structures, e.g. partition walls, bearing eyes, casing walls or covers with bearings
    • F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
    • F16—ENGINEERING ELEMENTS AND UNITS; GENERAL MEASURES FOR PRODUCING AND MAINTAINING EFFECTIVE FUNCTIONING OF MACHINES OR INSTALLATIONS; THERMAL INSULATION IN GENERAL
    • F16H—GEARING
    • F16H57/00—General details of gearing
    • F16H57/02—Gearboxes; Mounting gearing therein
    • F16H57/031—Gearboxes; Mounting gearing therein characterised by covers or lids for gearboxes

Definitions

  • the present invention relates to angular ball bearings and rotation mechanisms used, for example, in the main bearing parts of reducers in robots or construction machinery, and is a technology specialized for compactness, high load capacity, and high rigidity.
  • Patent Document 1 The following prior art rolling bearing without a cage (full ball type) is known (Patent Document 1).
  • This rolling bearing has only a large number of rolling elements arranged between an inner ring and an outer ring, the rolling elements being made of martensitic stainless steel, and the surfaces of the rolling elements have a nitrided layer with a hardness of Hv 1200 to 1500.
  • bearings used in the main bearing parts of reducers in robots or construction machinery generally require a long life, high moment rigidity, and compactness. This means that there is a demand for improving the rated load within a certain bearing size, which necessitates an increase in the ball size or the number of balls. Increasing the ball size poses the problem of reduced bearing rigidity because the raceways become thinner.
  • there is a method of using full ball bearings without a cage in order to increase the number of balls In order to increase the number of balls.
  • the relative sliding speeds between adjacent balls in contact are in opposite directions, which causes "reverse sliding" in the contact area between the balls, making it a challenge to find ways to suppress ball wear.
  • the above-mentioned conventional technology solves this problem by providing a nitride layer on the surface of the ball, making the surface very hard, at HV1200 to 1500, and thus suppressing ball wear.
  • the problem with nitrided balls with this surface hardness is that the heat treatment costs are high.
  • the object of the present invention is to provide an angular contact ball bearing and a rotation mechanism that can suppress ball wear even if reverse sliding occurs between the balls, and can also reduce costs.
  • the angular contact ball bearing according to a first aspect of the present invention is an angular contact ball bearing without a cage, comprising an inner ring, an outer ring, and a plurality of balls interposed between the inner ring and the outer ring,
  • the surface roughness of the balls is 0.06 ⁇ m Ra or less
  • the kinetic viscosity of the lubricant (40° C.) is 46 cst or more and 220 cst or less.
  • the so-called full-ball angular contact ball bearing has a higher ball packing rate than an angular contact ball bearing with a cage, which results in a relatively higher load capacity and moment rigidity.
  • the balls come into contact with each other due to the relative difference in revolution speed, and the relative sliding speeds of adjacent contacting balls are in opposite directions, resulting in "reverse sliding" at the contact area between the balls.
  • the lubricant may be a grease, and the consistency of the grease may be from No. 1 to No. 00.
  • the above-mentioned consistency is a value indicated by the JIS (Japanese Industrial Standards) classification.
  • JIS Japanese Industrial Standards
  • the worked consistency of "1" is "310 to 340”
  • the worked consistency of "0" is "355 to 385".
  • the worked consistency of "00” is "400 to 430".
  • These JIS consistency numbers 1, 0, and 00 correspond to NLGI (National Lubricating Grease Institute) consistency numbers 1, 0, and 00, respectively. It was found that when the lubricant is grease, grease that flows easily between the balls has a greater effect in suppressing ball wear. The ease with which grease flows between the balls varies specifically with the consistency classification.
  • Greases with consistency classifications in the range of No. 1 to No. 00 have relatively good ability to flow between the balls, and can further enhance the effect of suppressing ball wear.
  • the ball may have a grade of 40 or less.
  • the above grades are values stipulated in JIS B1501 of the Japanese Industrial Standards. By setting the ball grade to 40 or less, it is possible to select balls with a surface roughness of 0.06 ⁇ m Ra or less.
  • the surface roughness of the balls may be 0.04 ⁇ m Ra or less, and the kinetic viscosity of the lubricant (40°C) may be 68 cst or more and 150 cst or less. In this case, the oil film between the balls is more effectively formed, and the effect of suppressing ball wear can be further improved.
  • the material of the balls may be bearing steel. In this case, manufacturing costs can be reduced compared to using balls made of, for example, martensitic stainless steel, ceramics, etc.
  • the material of the balls is bearing steel, they may be subjected to a surface hardening treatment.
  • a surface hardening treatment is nitriding.
  • JP 2005-201294 A Japanese Patent No. 4,515,039 A
  • the angular ball bearing of JP 2005-201294 A is a multi-point contact type in which balls contact the raceway surfaces of the inner and outer rings at two points each with a required contact angle.
  • the angular ball bearing in Patent No. 4,515,039 is a double-row integral angular ball bearing which has multiple rows of balls with different pitch circle diameters and a cage which holds the rows of balls, in which the balls in each row contact the inner and outer ring raceway surfaces at a predetermined contact angle.
  • a ball bearing has a contact ellipse, which is the contact point between the raceway and the ball where the load acts. When the ball rolls, it cannot roll purely at all points on this contact ellipse, and slippage (differential slippage) occurs within the contact ellipse. Multi-point contact angular ball bearings contact one ball at two contact angles, which creates the problem of large differential slip at one of the contact points, accelerating wear on the raceway surface.
  • Double-row integral angular contact ball bearings have a thin raceway shoulder because the balls are arranged in double rows. For this reason, when a moment load is applied to double-row integral angular contact ball bearings, the elastic deformation of the shoulder can reduce moment rigidity.
  • double-row integral angular contact ball bearings have a complex raceway shape, which makes it difficult and costly to manufacture the raceways.
  • An angular ball bearing according to a second aspect of the present invention is an angular ball bearing including an inner ring, an outer ring, and a plurality of balls interposed between the inner ring and the outer ring,
  • the contact angle is 40° or more and 50° or less
  • a ratio W/Dw of an axial length W of an outer peripheral surface on a back surface side of the inner ring to a ball diameter Dw which is a diameter of the ball is 0.15 or greater and 0.35 or less
  • a ratio V/Dw of an axial length V of an inner peripheral surface on a back surface side of the outer ring to a ball diameter Dw is 0.15 or more and 0.35 or less.
  • the ball filling rate can be improved compared to an angular contact ball bearing with a cage.
  • a rotation mechanism is a rotation mechanism including an angular contact ball bearing including an inner ring, an outer ring, and a plurality of balls interposed between the inner ring and the outer ring, An inner ring shoulder deformation suppression means is provided to suppress deformation of the inner ring shoulder,
  • the angular contact ball bearing is The contact angle is 40° or more and 50° or less,
  • a ratio V/Dw of an axial length V of an inner peripheral surface on a back surface side of the outer ring to a ball diameter Dw which is a diameter of the ball is 0.15 or more.
  • the "inner race shoulder" is the outer circumferential portion on the back side of the inner race.
  • the ball filling rate can be improved compared to an angular contact ball bearing with a cage, which contributes to higher rigidity and higher load capacity of the rotating mechanism.
  • the inner ring shoulder deformation suppression means may be a means for integrating the inner ring with the rotating shaft of the rotating mechanism. In this case, it is possible to make the inner ring shoulder thicker than the inner ring shoulder of a typical angular ball bearing. In that case, there will be no decrease in moment rigidity if the contact angle is in the range of 40° to 50° and V/Dw is in the range of 0.15 or more.
  • the inner ring shoulder deformation suppression means may be such that the shoulder diameter of the member facing the back surface of the inner ring is equal to or greater than the inner ring shoulder diameter. In this case as well, deformation of the inner ring shoulder can be suppressed, and a decrease in moment rigidity can be suppressed.
  • the member facing the back surface of the inner ring may be the rotating shaft of the rotating mechanism or an annular regulating member. If the shaft shoulder of the rotating shaft is made equal to or larger than the inner ring shoulder diameter, the number of parts can be reduced and the structure can be simplified compared to providing an annular regulating member. If the annular regulating member is made equal to or larger than the inner ring shoulder diameter, the diameter dimension of the rotating shaft can be shortened.
  • a rotation mechanism is a rotation mechanism including an angular contact ball bearing including an inner ring, an outer ring, and a plurality of balls interposed between the inner ring and the outer ring, the outer ring is integrally provided with a housing of the rotation mechanism,
  • the angular contact ball bearing is The contact angle is 40° or more and 50° or less,
  • the ratio W/Dw of the axial length W of the outer peripheral surface on the back surface side of the inner ring to the ball diameter Dw which is the diameter of the ball is 0.15 or more.
  • the ball filling rate can be improved compared to an angular contact ball bearing with a cage, which contributes to higher rigidity and higher load capacity of the rotating mechanism.
  • the reducer of the present invention is equipped with any of the above-described rotation mechanisms of the present invention. Therefore, the effects described above for the rotation mechanism of the present invention can be obtained.
  • FIG. 1 is a vertical sectional view of an angular contact ball bearing according to a first embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a perspective view of the angular contact ball bearing.
  • 4 is a conceptual diagram illustrating reverse sliding between balls in the angular contact ball bearing.
  • FIG. FIG. 4 is a vertical cross-sectional view showing an example of a back-to-back assembly of the angular ball bearings.
  • FIG. 6 is a longitudinal sectional view of a rotation mechanism including an angular ball bearing according to a second embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a longitudinal sectional view of a rotation mechanism including an angular ball bearing according to a third embodiment of the present invention.
  • FIG. 11 is a longitudinal sectional view of an angular ball bearing according to a fourth embodiment of the present invention.
  • 4 is a conceptual diagram illustrating the relationship between the contact angle and moment stiffness of the angular ball bearing.
  • FIG. FIG. 4 is a vertical cross-sectional view showing an example of a back-to-back assembly of the angular ball bearings.
  • FIG. 13 is an enlarged cross-sectional view of a main portion of a rotation mechanism including an angular ball bearing according to a fifth embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is an enlarged cross-sectional view of a main portion of a rotation mechanism including an angular ball bearing according to a sixth embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is an enlarged cross-sectional view of a main portion of a rotation mechanism including an angular ball bearing according to a seventh embodiment of the present invention.
  • FIG. 13 is an enlarged cross-sectional view of a main portion of a rotation mechanism including an angular ball bearing according to an eighth embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a vertical cross-sectional view showing the entire rotation mechanism of each embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 An angular contact ball bearing according to an embodiment of the present invention will be described with reference to Figures 1 to 3.
  • This angular contact ball bearing is used, for example, as a main bearing portion of a reducer in a robot, construction machine, or the like.
  • the angular ball bearing may be simply referred to as the "bearing”.
  • the angular contact ball bearing 1 is a so-called full-ball angular contact ball bearing without a cage, which includes an inner ring 2, an outer ring 3, and a number of balls 4 interposed between raceway surfaces 2a, 3a of the inner and outer rings 2, 3.
  • the inner and outer rings 2, 3 and the balls 4 are made of high carbon chromium bearing steel such as SUJ2.
  • the term "axial direction” refers to a direction along the bearing center line of the angular ball bearing 1.
  • radial direction refers to a direction perpendicular to the straight line that constitutes the "axial direction.”
  • the raceway surface 3a is connected to the front surface of the outer ring 3 via a counterbore 3b.
  • the inner peripheral surface 3d on the back surface side of the outer ring 3 is located radially inward from the counterbore 3b of the outer ring 3.
  • the raceway surface 2a is connected to the front surface of the inner ring 2 via a counterbore 2b.
  • the outer peripheral surface 2d on the back surface side of the inner ring 2 is formed between the raceway surface 2a of the inner ring 2 and the back surface 2c of the inner ring 2.
  • the outer peripheral surface 2d of the inner ring 2 is located radially outward from the counterbore 2b of the inner ring 2.
  • the front surfaces of the inner and outer rings 2 and 3 refer to the side surfaces that do not support axial loads
  • the back surfaces 2c and 3c of the inner and outer rings 2 and 3 refer to the side surfaces that support axial loads.
  • the angular ball bearing 1 does not have a cage (all balls) in order to increase the number of balls, and the improved ball packing rate improves the load capacity and moment rigidity compared to an angular ball bearing with a cage.
  • the consistency is a value determined by the test method of JIS K2220, and in the present embodiment, it is expressed by the JIS classification.
  • the kinetic viscosity is a value at 40° C. determined by the test method of JIS K2283.
  • the surface roughness of the balls is 0.04 ⁇ mRa or less and the kinetic viscosity of the lubricant (40° C.) is in the range of 68 cst to 150 cst as in Examples 2 to 4, an oil film is formed even better between the balls and the effect of suppressing ball wear can be further improved.
  • This configuration which combines a lubricant with an optimum kinetic viscosity with an optimum ball surface roughness, can reduce costs compared to the conventional technique of providing a nitride layer on the ball surface.
  • the kinetic viscosity (40°C) of the lubricant is 320 cst, regardless of the surface roughness of the balls, heat generation increases and an oil film is difficult to form, resulting in a low wear suppression effect.
  • balls of grade 24 or less When the surface roughness of the ball is 0.04 ⁇ m Ra or less, balls of grade 24 or less may be selected, and when the surface roughness of the ball is 0.06 ⁇ m Ra or less, balls of grade 40 or less may be selected.
  • the lubricant is grease
  • those that allow the grease to easily flow between the balls have a greater effect in suppressing ball wear.
  • the ease with which grease can flow between the balls varies specifically with the consistency classification. The higher the consistency (softer), the better the ability of grease to flow between the balls, and the lower the consistency (harder), the worse the ability of grease to flow.
  • Greases with consistency classifications in the range of No. 1 to No. 00 have relatively good ability to flow between the balls, and can further enhance the effect of suppressing ball wear. With a consistency classification lower than No. 2, the grease is hard and the grease does not flow well, which may result in a lower effect in suppressing wear.
  • the angular ball bearings 1 can be arranged in a back-to-back configuration as shown in FIG. 4 to increase the distance between the bearing load points, so that the allowable radial load and allowable moment load can be increased even if the angular ball bearings 1 are made smaller, i.e., more compact. Furthermore, by arranging the angular ball bearings 1 in a back-to-back configuration, they can withstand axial loads in both directions, and in addition, the rigidity of the bearing portion can be increased by applying preload. In the example shown in FIG.
  • an inner ring spacer 7 and an outer ring spacer 8 are interposed between the angular ball bearings 1, 1 adjacent to each other in the axial direction, but it is also possible to omit these spacers 7, 8 and arrange the angular ball bearings 1, 1 in a back-to-back configuration.
  • a rotation mechanism 9 may be provided with an angular ball bearing 1 in which the inner ring 2 and the shaft are integrated.
  • integrated means that the inner ring 2 and the shaft are not formed by combining a plurality of elements but are formed as a part or the whole of a single object from a single material by, for example, forging or machining.
  • This rotation mechanism 9 is a vehicle power unit, a so-called axle unit, provided on a vehicle, and includes a double-row angular ball bearing 1 assembled back-to-back, and a drive motor M with a power generating function.
  • the outer ring 3 of the angular ball bearing 1 is a rotating ring
  • the inner ring 2 integrated with the shaft is a fixed ring.
  • a brake rotor BR and a wheel are attached to a wheel mounting flange 3F provided on the outboard end of the outer ring 3 in a state where they overlap in the axial direction.
  • the rotation mechanism 9 in which the inner ring 2 and the shaft are integrated, it is possible to achieve high rigidity and high load capacity without increasing the size.
  • a rotation mechanism 9A may be provided with an angular ball bearing 1 in which the outer ring 3 and the housing 14 are integrated. Even in the case of the rotation mechanism 9A in which the outer ring 3 and the housing 14 are integrated, it is possible to achieve high rigidity and high load capacity without increasing the size.
  • At least one of the inner and outer rings and the balls may be made of a material other than bearing steel, such as martensitic stainless steel or ceramics. It is also possible to use angular contact ball bearings in face-to-face or parallel combinations. It is also possible to use angular contact ball bearings in a multi-row combination of three or more rows. The angular ball bearing and the rotation mechanism can also be used for purposes other than the reducer.
  • the material of the balls is bearing steel, they may be subjected to a surface hardening treatment.
  • a surface hardening treatment is nitriding.
  • the angular ball bearing 1 according to the fourth embodiment has the same schematic configuration as the angular ball bearing according to the first embodiment described above.
  • the same components as those in the first embodiment are given the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
  • the angular ball bearing 1 according to the embodiment of the present invention is cage-less (total balls) in order to increase the number of balls, and the improved packing rate of the balls 4 improves the load capacity and moment rigidity compared to an angular ball bearing with a cage.
  • the bearing size is an angular contact ball bearing with a ball diameter/PCD ratio of 0.05 to 0.10.
  • 20 types of angular contact ball bearings (Comparative Examples 1 to 16, Examples 1 to 4) were assumed, with a contact angle ⁇ in the range of 20° to 55°, a ratio W/Dw of the axial length W of the outer peripheral surface 2d on the back side of the inner ring 2 to the ball diameter Dw (diameter of the balls 4) in the range of 0.07 to 0.4, and a ratio V/Dw of the axial length V of the inner peripheral surface 3d on the back side of the outer ring 3 to the ball diameter Dw (diameter of the balls 4) in the range of 0.07 to 0.4.
  • Table 2 shows the load capacity, moment stiffness (when the raceway is rigid), and deformation of the shoulders 5 and 6 for the comparative examples and examples in which the respective parameters were changed.
  • ⁇ indicates that the load capacity is feasible and can be implemented efficiently
  • ⁇ indicates that the performance is inferior to ⁇ but it is feasible
  • ⁇ indicates that the performance is inferior to ⁇ and it is not recommended to implement
  • ⁇ indicates that it is not feasible.
  • the V/Dw arrow indicates that the value is the same as the W/Dw value in the same column.
  • Moment stiffness represents the stiffness of an angular contact ball bearing, and is expressed as the load moment value required to tilt a unit angle (1 arcmin.).
  • the moment stiffness in this example represents the case where the raceway is considered to be a rigid body, and the ⁇ , ⁇ , ⁇ and ⁇ symbols in Table 2 for moment stiffness have the same definition as the load capacity.
  • the shoulder deformation is indicated by an ⁇ if there is almost no shoulder deformation and no decrease in moment rigidity, and an X if the shoulder deformation decreases moment rigidity. From Table 2, it can be seen that Examples 1, 2, 3, and 4 are capable of achieving load capacity and moment rigidity or can achieve them efficiently, and do not experience a decrease in moment rigidity due to deformation of the shoulder portion.
  • an inner ring spacer 7 and an outer ring spacer 8 are interposed between the angular ball bearings 1, 1 adjacent to each other in the axial direction, but it is also possible to omit these spacers 7, 8 and arrange the angular ball bearings 1, 1 in a back-to-back configuration.
  • FIG. 10 is an enlarged cross-sectional view of a main portion of a rotation mechanism 9 including an angular ball bearing according to a fifth embodiment.
  • the rotating mechanism 9 may be provided with an inner ring shoulder deformation suppression means 11 for suppressing deformation of the inner ring shoulder 5.
  • the inner ring shoulder deformation suppression means 11 is formed by integrating the inner ring 2 of the angular ball bearing 1 on the left side of Figure 10 with the rotating shaft 12 of this rotating mechanism 9.
  • integrated means that the inner ring 2 and the rotating shaft 12 are not formed by combining multiple elements, but are formed as part or the whole of a single object from a single material by, for example, forging, machining, etc.
  • the inner ring shoulder deformation suppression means may set the shoulder diameter D1 of the member facing the back surface 2c of the inner ring 2 to be equal to or larger than the inner ring shoulder diameter D2.
  • the member facing the back surface 2c of the inner ring 2 is the rotating shaft 12 of the rotation mechanism 9.
  • the member facing the back surface of the inner ring 2 may be an annular regulating member 13.
  • the regulating member 13 is formed, for example, in a rectangular cross section, and is interposed between the inner surface of the flange portion 12a of the rotating shaft 12 and the back surface 2c of the inner ring 2.
  • the outer diameter, i.e., shoulder diameter D3 of the regulating member 13 is set to be equal to or larger than the inner ring shoulder diameter D2, thereby making it possible to reduce the diameter dimension of the rotating shaft 12.
  • the same effects as those of the rotation mechanism of the fifth embodiment are achieved.
  • outer ring and housing integrated 13 in a rotation mechanism 9 equipped with a full-ball angular contact ball bearing 1, the outer ring 3 may be provided integrally with a housing 14 of the rotation mechanism 9.
  • integral means that the outer ring 3 and the housing 14 are not formed by combining a plurality of elements but are formed as a part or the whole of a single object from a single material by, for example, forging, machining, etc.
  • the rotation mechanism 9 shown in Fig. 14 is a vehicle power unit, a so-called axle unit, provided on a vehicle, and includes a double-row angular ball bearing 1 assembled back-to-back, and a drive motor M with a power generating function.
  • the outer ring 3 of the angular ball bearing 1 is a rotating ring
  • the inner ring 2 integrated with the shaft is a fixed ring.
  • a brake rotor BR and a wheel are attached to a wheel mounting flange 3F provided on the outboard end of the outer ring 3 in a state where they overlap in the axial direction.
  • the reducer 10 to 13 may be used, for example, in the main bearing portion of a reducer 10 of a robot, a construction machine, etc.
  • the reducer 10 may include any of the rotation mechanisms 9 described above. It is also possible to use angular contact ball bearings in face-to-face or parallel combinations. It is also possible to use angular contact ball bearings in a multi-row combination of three or more rows. The angular ball bearing and the rotation mechanism can also be used for purposes other than the reducer.

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Abstract

玉同士の逆すべりが生じても、玉の摩耗を抑制することが可能であることに加え、コスト低減を図ることができるアンギュラ玉軸受および回転機構を提供する。アンギュラ玉軸受（１）は、内輪（２）および外輪（３）と、これら内輪（２）と外輪（３）間に介在される複数の玉（４）とを備えた保持器なしのアンギュラ玉軸受である。玉（４）の表面粗さが０．０６μｍＲａ以下であり、かつ潤滑剤の動粘度（４０℃）が４６ｃｓｔ以上２２０ｃｓｔ以下である。前記潤滑剤がグリースである場合、グリースのちょう度が１号～００号である。玉（４）の表面粗さが０．０４μｍＲａ以下であり、かつ潤滑剤の動粘度（４０℃）が６８ｃｓｔ以上１５０ｃｓｔ以下であることがより好ましい。

Description

アンギュラ玉軸受および回転機構 関連出願
　本出願は、２０２３年９月７日出願の特願２０２３－１４５５２７の優先権、および２０２３年９月７日出願の特願２０２３－１４５６２１の優先権を主張するものであり、その全体を参照により本願の一部をなすものとして引用する。
　本発明は、例えば、ロボットまたは建設機械の減速機の主軸受部に使用されるアンギュラ玉軸受および回転機構に関し、コンパクトでかつ、高負荷容量化、高剛性化に特化した技術に関する。
　保持器なし（総玉）の転がり軸受として、以下の従来技術がある（特許文献１）。
　この転がり軸受は、内外輪の間に多数の転動体のみが配置され、転動体はマルテンサイト系ステンレス鋼で構成され、かつ前記転動体の表面にＨｖ１２００～１５００の窒化層を有する。
特開２００４－９２６８６号公報
　例えば、ロボットまたは建設機械の減速機等の主軸受部に使用される軸受は、一般的に長寿命、高モーメント剛性に加え、コンパクト化が必要であることから、一定の軸受サイズ内で定格荷重の向上が要求され、玉サイズの拡大または玉数の増加が必要となる。
　玉サイズの拡大は、軌道輪が薄肉化となるため、軸受剛性が低下する課題がある。一方、玉数を増やすために、保持器を用いずに総玉とする手法がある。しかし、総玉の場合、接触する隣同士の玉の間で相対すべり速度が逆向きとなるので、玉同士の接触域で「逆すべり」が発生するため、玉の摩耗を抑制する工夫が課題である。
　前記従来技術では、その課題の解決手段として、玉の表面に窒化層を設け、表面硬度をHV１２００～１５００と非常に硬くすることで玉の摩耗を抑制することを特徴としているが、この表面硬度の窒化玉は熱処理コストが高いことが課題である。
　本発明の目的は、玉同士の逆すべりが生じても、玉の摩耗を抑制することが可能であることに加え、コスト低減を図ることができるアンギュラ玉軸受および回転機構を提供することである。
　本発明の第１の構成におけるアンギュラ玉軸受は、内輪および外輪と、これら内輪と外輪間に介在される複数の玉とを備えた保持器なしのアンギュラ玉軸受であって、
　前記玉の表面粗さが０．０６μｍＲａ以下であり、かつ潤滑剤の動粘度（４０℃）が４６ｃｓｔ以上２２０ｃｓｔ以下である。
　保持器なし、所謂、総玉のアンギュラ玉軸受とし、玉の充填率が保持器ありのアンギュラ玉軸受よりも向上することにより、相対的に負荷容量、モーメント剛性が向上する。保持器なしとした場合、玉は相対的な公転速度差により、玉同士が接触し、接触する隣同士の玉の間で相対すべり速度が逆向きとなるため、玉同士の接触域で「逆すべり」が発生する。
　この構成によると、「逆すべり」に対して、動粘度が最適な潤滑剤と最適な玉の表面粗さを組合わせることで、玉表面の摩耗が抑制されることがわかった。つまり玉の表面粗さが算術平均粗さで０．０６μｍ以下であり、かつ潤滑剤の動粘度（４０℃）が４６ｃｓｔ以上２２０ｃｓｔ以下の範囲において、玉間の油膜がよく形成され、玉の摩耗に関して実施可能に抑制される。このような動粘度が最適な潤滑剤と最適な玉の表面粗さを組合わせる構成は、玉の表面に特殊な熱処理を加える従来技術等に比べてコスト低減を図れる。
　前記潤滑剤がグリースであり、このグリースのちょう度が１号～００号であってもよい。
　前記ちょう度はＪＩＳ（日本産業規格）分類で表記された値である。ちょう度番号が１号～００号のうち、「１号」の混和ちょう度は「３１０～３４０」であり、ちょう度番号が「０号」の混和ちょう度は「３５５～３８５」である。ちょう度番号が「００号」の混和ちょう度は「４００～４３０」である。これらＪＩＳのちょう度番号１号、０号、００号は、この順にNLGI（米国潤滑グリース協会）ちょう度番号１号、０号、００号に相当する。
　潤滑剤がグリースの場合、玉間にグリースが流入しやすいものが玉の摩耗の抑制効果が高いことがわかった。玉間へのグリースの流入のしやすさは、具体的にちょう度分類で変わる。ちょう度が高い（軟らかい）ほど玉間へのグリースの流入性はよくなり、ちょう度が低い（硬い）ほどグリースの流入性は悪くなる。ちょう度分類が１号～００号の範囲にあるグリースは相対的に玉間への流入性がよくなり、玉の摩耗の抑制効果をさらに高めることができる。
　前記玉の等級が４０以下であってもよい。
　前記等級は、日本産業規格のＪＩＳ　Ｂ１５０１で規定された値である。
　玉の等級が４０以下とすることで、表面粗さが０．０６μｍＲａ以下の玉を選別することができる。
　前記玉の表面粗さが０．０４μｍＲａ以下であり、かつ潤滑剤の動粘度（４０℃）が６８ｃｓｔ以上１５０ｃｓｔ以下であってもよい。この場合、玉間の油膜がさらによく形成され、玉の摩耗の抑制効果をさらに高め得る。
　前記玉の材質が軸受鋼であってもよい。この場合、例えば、マルテンサイト系ステンレス鋼、セラミックス等から成る玉を用いるよりも製造コストの低減を図れる。
　前記玉の材質が軸受鋼の場合、表面硬化処理を施しても良い。表面硬化処理は例えば浸窒処理がある。
　本発明の第１の構成における回転機構は、上記いずれかに記載のアンギュラ玉軸受を備える。そのため、本発明のアンギュラ玉軸受につき前述した各効果が得られる。
　前記内輪と軸を一体化させた回転機構、または前記外輪とハウジングを一体化させた回転機構の場合、サイズを大型化せずに、高剛性化、高負荷容量化を行うことが可能となる。
　軸受サイズの大型化をせずに、軸受のモーメント剛性を増大させる手段として以下２点の従来技術がある（特開２００５－２０１２９４号公報、特許第４５１５０３９号公報）。
　特開２００５－２０１２９４号公報のアンギュラ玉軸受は、内,外輪の各軌道面において玉がそれぞれ２点で所要の接触角をもって接触する多点接触型である。
　特許第４５１５０３９号公報のアンギュラ玉軸受は、ピッチ円直径が異なる複数列の玉と、複数列の玉を保持する一つの保持器を有し、各列の玉と内,外輪軌道面とが所定の接触角をもって接触する複列式一体アンギュラ玉軸受である。
　一般的に玉軸受は、軌道輪と玉の荷重が作用する接触点である接触楕円を有し、玉が転がるとき、この接触楕円の全ての点で純転がりすることができず、接触楕円内で滑り（差動滑り）が発生する。
　多点接触型のアンギュラ玉軸受は、１つの玉に２点の接触角をもって接触するため、一方の接触点は大きな差動滑りが発生し、軌道面の摩耗が促進する課題がある。
　複列式一体アンギュラ玉軸受は、玉が複列にあることから、軌道輪肩部の肉厚が薄い。このため、複列式一体アンギュラ玉軸受は、モーメント荷重を受けた場合に、肩部の弾性変形の影響で逆にモーメント剛性が低下する課題がある。これに加え、複列式一体アンギュラ玉軸受は、軌道輪形状が複雑であることから、軌道輪を製造するのに困難でありコスト高となる課題がある。
　本発明の第２の構成によるアンギュラ玉軸受は、内輪および外輪と、これら内輪と外輪間に介在される複数の玉とを備えたアンギュラ玉軸受であって、
　接触角が４０°以上５０°以下であり、
　前記内輪における背面側の外周面の軸方向長さＷと、前記玉の直径である玉径Ｄｗとの比Ｗ／Ｄｗが０．１５以上０．３５以下であり、
　前記外輪における背面側の内周面の軸方向長さＶと、前記玉径Ｄｗとの比Ｖ／Ｄｗが０．１５以上０．３５以下である。
　この構成によると、所謂、総玉のアンギュラ玉軸受において、接触角が４０°～５０°の範囲で、Ｗ／Ｄｗが０．１５≦Ｗ／Ｄｗ≦０．３５の範囲にあり、またＶ／Ｄｗが０．１５≦Ｖ／Ｄｗ≦０．３５の範囲にある場合に、サイズを大型化せずに、高モーメント剛性と高負荷容量が両立できる。本構成にすることで、前述の多点接触型のアンギュラ玉軸受に示した差動滑りによる摩耗、肩部の軸方向の薄肉化によるモーメント剛性の低下、製造の困難性によるコスト高といった課題も解決し得る。
　保持器なしのアンギュラ玉軸受とした場合、保持器ありのアンギュラ玉軸受よりも玉の充填率を向上することができる。
　本発明の第２の構成による回転機構は、内輪および外輪と、これら内輪と外輪間に介在される複数の玉とを含むアンギュラ玉軸受を備えた回転機構であって、
　内輪肩部の変形を抑制する内輪肩部変形抑制手段が設けられ、
　前記アンギュラ玉軸受は、
　接触角が４０°以上５０°以下であり、
　前記外輪における背面側の内周面の軸方向長さＶと、前記玉の直径である玉径Ｄｗとの比Ｖ／Ｄｗが０．１５以上である。
　前記「内輪肩部」は、内輪の背面側の外周部である。
　このように、所謂、総玉のアンギュラ玉軸受を備えた回転機構において、内輪肩部変形抑制手段を備えたうえで、接触角が４０°～５０°の範囲でＶ／Ｄｗが０．１５以上の範囲にあると、サイズを大型化せずに、高剛性化、高負荷容量化等を達成することができる。
　保持器なしのアンギュラ玉軸受を備えた回転機構とした場合、保持器ありのアンギュラ玉軸受よりも玉の充填率を向上することができ、回転機構として高剛性化、高負荷容量化に寄与する。
　前記内輪肩部変形抑制手段は、前記内輪を前記回転機構の回転軸と一体化したものであってもよい。この場合、一般的なアンギュラ玉軸受の内輪肩部よりも内輪肩部の肉厚を厚くすることが可能となる。その場合は、接触角が４０°～５０°の範囲でＶ／Ｄｗが０．１５以上の範囲であればモーメント剛性の低下は発生しない。
　前記内輪肩部変形抑制手段は、前記内輪の背面に臨む部材の肩径を、内輪肩径以上としたものであってもよい。この場合にも、内輪肩部の変形を抑制しモーメント剛性の低下を抑制し得る。
　前記内輪の背面に臨む部材は、前記回転機構の回転軸または円環状の規制部材であってもよい。回転軸の軸肩を内輪肩径以上とした場合、円環状の規制部材等を設けるよりも部品点数を抑え構造を簡素化することができる。円環状の規制部材を内輪肩径以上とした場合、回転軸の直径寸法の短縮化を図ることができる。
　本発明の第３の構成による回転機構は、内輪および外輪と、これら内輪と外輪間に介在される複数の玉とを含むアンギュラ玉軸受を備えた回転機構であって、
　前記回転機構のハウジングに前記外輪が一体に設けられ、
　前記アンギュラ玉軸受は、
　接触角が４０°以上５０°以下であり、
　前記内輪における背面側の外周面の軸方向長さＷと、前記玉の直径である玉径Ｄｗとの比Ｗ／Ｄｗが０．１５以上である。
　このように、所謂、総玉のアンギュラ玉軸受を備えた回転機構において、回転機構のハウジングに外輪を一体に設けたうえで、接触角が４０°～５０°の範囲でＷ／Ｄｗが０．１５以上の範囲にあると、サイズを大型化せずに、高剛性化、高負荷容量化等を達成することができる。
　保持器なしのアンギュラ玉軸受を備えた回転機構とした場合、保持器ありのアンギュラ玉軸受よりも玉の充填率を向上することができ、回転機構として高剛性化、高負荷容量化に寄与する。
　本発明の減速機は、本発明の上記いずれかの記載の回転機構を備えている。このため、本発明の回転機構につき前述した各効果が得られる。
　請求の範囲および／または明細書および／または図面に開示された少なくとも２つの構成のどのような組合せも、本発明に含まれる。特に、請求の範囲の各請求項の２つ以上のどのような組合せも、本発明に含まれる。
　本発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施形態の説明から、より明瞭に理解されるであろう。しかしながら、実施形態および図面は単なる図示および説明のためのものであり、本発明の範囲を定めるために利用されるべきものではない。本発明の範囲は添付の請求の範囲によって定まる。添付図面において、複数の図面における同一の符号は、同一または相当する部分を示す。
本発明の第１の実施形態に係るアンギュラ玉軸受の縦断面図である。 同アンギュラ玉軸受の斜視図である。 同アンギュラ玉軸受の玉同士の逆すべりを説明する概念図である。 同アンギュラ玉軸受を背面組合わせした例を示す縦断面図である。 本発明の第２の実施形態に係るアンギュラ玉軸受を備えた回転機構の縦断面図である。 本発明の第３の実施形態に係るアンギュラ玉軸受を備えた回転機構の縦断面図である。 本発明の第４の実施形態に係るアンギュラ玉軸受の縦断面図である。 同アンギュラ玉軸受の接触角とモーメント剛性との関係を説明する概念図である。 同アンギュラ玉軸受を背面組合わせした例を示す縦断面図である。 本発明の第５の実施形態に係るアンギュラ玉軸受を備えた回転機構の要部の拡大断面図である。 本発明の第６の実施形態に係るアンギュラ玉軸受を備えた回転機構の要部の拡大断面図である。 本発明の第７の実施形態に係るアンギュラ玉軸受を備えた回転機構の要部の拡大断面図である。 本発明の第８の実施形態に係るアンギュラ玉軸受を備えた回転機構の要部の拡大断面図である。 本発明の各実施形態の回転機構全体を示す縦断面図である。
　［第１の実施形態］
　本発明の実施形態に係るアンギュラ玉軸受を図１ないし図３と共に説明する。このアンギュラ玉軸受は、例えば、ロボットまたは建設機械等の減速機の主軸受部に使用される。
　この明細書において、アンギュラ玉軸受を単に「軸受」という場合がある。
　＜アンギュラ玉軸受の概略構成＞
　図１のように、アンギュラ玉軸受１は、内輪２と、外輪３と、内外輪２，３の軌道面２ａ，３ａ間に介在する複数の玉４とを備えた保持器なし、所謂、総玉のアンギュラ玉軸受である。内外輪２，３、玉４は、例えば、ＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼等から成る。
　この明細書において、「軸方向」は、アンギュラ玉軸受１の軸受中心線に沿った方向を言う。「径方向」は、前記「軸方向」を成す直線に対して直交する方向を言う。
　外輪３の正面に、カウンタボア３ｂを介して軌道面３ａが繋がる。外輪３における背面側の内周面３ｄは、外輪３のカウンタボア３ｂよりも径方向内側に位置する。内輪２の正面に、カウンタボア２ｂを介して軌道面２ａが繋がる。内輪２の軌道面２ａと、内輪２の背面２ｃとの間に、内輪２における背面側の外周面２ｄが形成されている。内輪２の前記外周面２ｄは、内輪２のカウンタボア２ｂよりも径方向外側に位置する。内外輪２，３の正面とは、アキシアル荷重を支持しない側の側面を表し、内外輪２，３の背面２ｃ，３ｃとは、アキシアル荷重を支持する側の側面を表す。
　＜パラメータ等について＞
　一定サイズ内でアンギュラ玉軸受の負荷容量、モーメント剛性を向上するためには、（１）玉数の増量、（２）玉径を大きくする手段がある。
　図２のように、本発明の実施形態に係るアンギュラ玉軸受１は、玉数を増量するために、保持器なし（総玉）とし、玉の充填率の向上により、保持器ありのアンギュラ玉軸受に比べ相対的に負荷容量、モーメント剛性が向上する。前記玉の充填率は、次の計算式により表される。充填率＝（玉径Ｄｗ×個数）／（π×ピッチ円直径ＰＣＤ）
　本発明の総玉のアンギュラ玉軸受の充填率は９５％以上のことを示す。
　保持器なしとした場合、玉は相対的な公転速度差により、図３のように、円周方向に隣合う玉同士が接触し、接触する隣同士の玉４，４の間で相対すべり速度Ｒ１，Ｒ２が逆向きとなる。このため、玉同士の接触域で「逆すべり」が発生する。同図３の太い矢印Ａ１は玉の進行方向である。
　保持器なしのアンギュラ玉軸受において、「逆すべり」に対して、動粘度が最適な潤滑剤と、最適な玉の表面粗さを組合わせることで、玉表面の摩耗が抑制されることがわかった。また潤滑剤がグリースの場合は上記に加えて、最適なちょう度を組合わせることで、より玉の摩耗が抑制されることがわかった。
　ちょう度は、ＪＩＳ　Ｋ２２２０の試験方法で求められた値であり、本実施例ではＪＩＳ分類で表記している。
　動粘度は、ＪＩＳ　Ｋ２２８３の試験方法で求められた４０℃時の値である。
　以下の条件のアンギュラ玉軸受にて、回転耐久試験を実施し、玉の算術平均粗さでの表面粗さ（μｍＲａ）と、潤滑剤の動粘度のそれぞれの組合わせで評価した。
　＜条件＞
玉径Ｄｗ／ピッチ円直径ＰＣＤ：０．０７
玉充填率：９８％
ｄｍｎ値：５００００
　ｄｍｎ＝｛（Ｄ＋ｄ）／２｝×ｎ
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000001
 　Ｄ：外輪外径（ｍｍ）、ｄ：内輪内径（ｍｍ）、ｎ：回転速度（ｍｉｎ－１）
荷重：基本動定格荷重（Ｃｒ）の１０％～２０％の荷重条件下
玉：軸受鋼
　表１において、玉の摩耗に関し、実施可能かつ摩耗の抑制効果が高いものを〇、〇よりも摩耗の抑制効果が劣るが実施可能なものを△、摩耗の抑制効果が低いものを×として評価した。
　＜作用効果＞
　実施例１～５のように、保持器なしのアンギュラ玉軸受において、玉の表面粗さが算術平均粗さで０．０６μｍ以下であり、かつ潤滑剤の動粘度（４０℃）が４６ｃｓｔ以上２２０ｃｓｔ以下の範囲において、玉間の油膜がよく形成され、玉の摩耗に関して実施可能に抑制される。実施例２～４のように、玉の表面粗さが０．０４μｍＲａ以下であり、かつ潤滑剤の動粘度（４０℃）が６８ｃｓｔ以上１５０ｃｓｔ以下であれば、玉間の油膜がさらによく形成され、玉の摩耗の抑制効果をさらに高め得る。
　このような動粘度が最適な潤滑剤と最適な玉の表面粗さを組合わせる構成は、玉の表面に窒化層を設ける従来技術等に比べてコスト低減を図れる。
　潤滑剤の動粘度（４０℃）が３２０ｃｓｔの場合は、玉の表面粗さにかかわらず、発熱量が高くなり油膜が形成されにくいことから、逆に摩耗の抑制効果が低い。
　玉の表面粗さが０．０４μｍＲａ以下の場合に等級２４以下の玉を選定し、玉の表面粗さが０．０６μｍＲａ以下は等級４０以下の玉を選定してもよい。
　潤滑剤がグリースの場合、玉間にグリースが流入しやすいものが玉の摩耗の抑制効果が高いことがわかった。玉間へのグリースの流入のしやすさは、具体的にちょう度分類で変わる。ちょう度が高い（軟らかい）ほど玉間へのグリースの流入性はよくなり、ちょう度が低い（硬い）ほどグリースの流入性は悪くなる。ちょう度分類が１号～００号の範囲にあるグリースは相対的に玉間への流入性がよくなり、玉の摩耗の抑制効果をさらに高めることができる。ちょう度分類が２号より低いと、グリースが硬く、グリースの流入性が悪くなり、逆に摩耗の抑制効果が低くなる場合がある。
　上記の玉の表面粗さと潤滑剤の動粘度（４０℃）、またグリースの場合はちょう度分類の上記範囲とすることで、玉に特殊な熱処理を加えなくても、玉の摩耗の抑制効果を高めることができる。
　＜背面組合わせ等＞
　産業機械用ではモーメント荷重がかかることが多い。モーメント荷重をアンギュラ玉軸受で負荷する使用条件下においては、図４のように、アンギュラ玉軸受１を背面組合わせに配置することで軸受の作用点間距離を大きくできるため、アンギュラ玉軸受１を小型化つまりコンパクト化しても許容ラジアル荷重および許容モーメント荷重を大きくできる。さらに、アンギュラ玉軸受１を背面組合わせとすることで、両方向のアキシアル荷重を受けることができ、加えて、予圧が付加されることで、軸受部分の剛性を高めることができる。同図４の例では、軸方向に隣り合うアンギュラ玉軸受１，１間に、内輪間座７、外輪間座８が介在されているが、これら間座７，８を省略してアンギュラ玉軸受１，１を背面組合わせすることも可能である。
　＜他の実施形態について＞
　以下の説明においては、各実施形態で先行して説明している事項に対応している部分には同一の参照符号を付し、重複する説明を略する。構成の一部のみを説明している場合、構成の他の部分は、特に記載のない限り先行して説明している実施形態と同様とする。同一の構成は同一の作用効果を奏する。各実施形態で具体的に説明している部分の組合せばかりではなく、特に組合せに支障が生じなければ、実施形態同士を部分的に組合せることも可能である。
　［第２の実施形態：内輪、軸一体化］
　図５のように、内輪２と軸を一体化させたアンギュラ玉軸受１を備えた回転機構９としてもよい。前記「一体化」とは、内輪２と軸とが、複数の要素を結合したものではなく単一の材料から例えば鍛造、機械加工等により単独の物の一部または全体として成形されたことを意味する。
　＜アクスルユニット＞
　この回転機構９は、車両に設けられる車両用動力装置、所謂、アクスルユニットであり、背面組合わせされた複列のアンギュラ玉軸受１と、発電機能付き走行用モータＭとを備える。前記アンギュラ玉軸受１の外輪３は回転輪であり、軸と一体化した内輪２は固定輪である。外輪３のアウトボード側端に設けられている車輪取付フランジ３Ｆに、ブレーキロータＢＲと車輪のホイール（図示せず）とが軸方向に重なった状態で取り付けられる。
　内輪２と軸を一体化させた回転機構９の場合、サイズを大型化せずに、高剛性化、高負荷容量化を行うことが可能となる。
　［第３の実施形態：外輪、ハウジング一体化］
　図６のように、外輪３とハウジング１４を一体化させたアンギュラ玉軸受１を備えた回転機構９Ａとしてもよい。外輪３とハウジング１４を一体化させた回転機構９Ａの場合にも、サイズを大型化せずに、高剛性化、高負荷容量化を行うことが可能となる。
　内外輪、および玉の少なくともいずれか１つが、軸受鋼以外の材料から成るものであってもよい。例えば、軸受鋼以外の材料として、マルテンサイト系のステンレス鋼、セラミックス等が挙げられる。
　アンギュラ玉軸受を正面組合わせ、並列組合わせ等で使用することも可能である。
　アンギュラ玉軸受を３列以上の多列組合わせで使用することも可能である。
　アンギュラ玉軸受、回転機構を、減速機以外の用途に使用することも可能である。
　前記玉の材質が軸受鋼の場合、表面硬化処理を施しても良い。表面硬化処理は例えば浸窒処理がある。
　［第４の実施形態］
　本発明の実施形態に係るアンギュラ玉軸受を図７ないし図９と共に説明する。
　図７のように、第４の実施形態に係るアンギュラ玉軸受１は、前述の第１の実施形態に係るアンギュラ玉軸受と同様の概略構成である。第４の実施形態において、第１の実施形態と同様の構成については共通の参照符号を付し、詳細な説明を省略する。
　＜パラメータ等について＞
　一定サイズ内でアンギュラ玉軸受の負荷容量、モーメント剛性を向上するためには、（１）玉数の増量、（２）玉径を大きくする手段がある。また、モーメント剛性を向上する他の手段として（３）接触角を大きくする手段がある。
　本発明の実施形態に係るアンギュラ玉軸受１は、玉数を増量するために、保持器なし（総玉）とし、玉４の充填率の向上により、保持器ありのアンギュラ玉軸受に比べ相対的に負荷容量、モーメント剛性が向上する。前記玉４の充填率は、次の計算式により表される。充填率＝（玉径Ｄｗ×個数）／（π×ピッチ円直径ＰＣＤ）
　本発明の総玉のアンギュラ玉軸受の充填率は９５％以上のことを示す。
　玉径Ｄｗを大きくする場合、内外輪２，３である軌道輪の変形を考慮しなければ、玉径Ｄｗを大きくする程、相対的に負荷容量とモーメント剛性は向上する。
　しかし、実際には、軌道輪の肩部５，６の肉厚が薄いと肩部５，６の変形が発生してしまう。このことから、玉径Ｄｗを大きくするとトレードオフとして、内外輪２，３の肩部５，６の軸方向肉厚が薄くなる。薄い肩部はモーメント荷重を受けた場合に、負荷域で変形し、軸受内部のすきまが広がることから、モーメント剛性は低下する。
　図８右側の図のように、アンギュラ玉軸受の接触角θを図８左側の図よりも大きくすると、作用点間距離が大きくなる。このため、通常、図８右側の接触角θを大きくしたアンギュラ玉軸受のモーメント剛性は向上する。しかし、玉、内,外輪軌道面の接触部が肩部５，６の先端側に接触するため、実際には肩部５，６の変形が促進し、モーメント剛性は低下する。なお同図８右側の肩部５，６の変形は、概念的に強調して表したものである。
　そこで、本実施形態では、肩部の変形を考慮し、負荷容量、モーメント剛性を向上するために、総玉のアンギュラ玉軸受につき以下のように機能上の比較を行った。この比較は、シミュレーションで行っているが、実機試験においても略同様の結果が得られる。アンギュラ玉軸受が受ける外部荷重は、一般的な減速機で負荷されるモーメント荷重で検証した。前記モーメント荷重とは、回転軸を傾ける（曲げる）、つまり回転軸に角度を与える荷重を意味する。
　軸受サイズとしては、玉径/PCDが０．０５以上０．１０以下のアンギュラ玉軸受である。図７のように、接触角θを２０°～５５°の範囲、内輪２における背面側の外周面２ｄの軸方向長さＷと、玉４の直径である玉径Ｄｗとの比Ｗ／Ｄｗが０．０７～０．４の範囲、外輪３における背面側の内周面３ｄの軸方向長さＶと、玉４の直径である玉径Ｄｗとの比Ｖ／Ｄｗが０．０７～０．４の範囲で２０種類（比較例１～１６、実施例１～４）のアンギュラ玉軸受を想定した。
　それぞれのパラメータを変えた比較例および実施例に対して、負荷容量、モーメント剛性（軌道輪剛体時）、肩部５，６の変形に関して一覧にしたものを表２に示す。
Figure JPOXMLDOC01-appb-T000002
　表２において、負荷容量の◎は実施可能且つ効率良く実施できるもの、〇は◎よりも性能は劣るが実施可能であるもの、△は〇よりも性能が劣り実施を推奨しないもの、×は実施不可能なものを示す。表２において、Ｖ／Ｄｗの矢印は、同列のＷ／Ｄｗの値と同一であることを示す。
　モーメント剛性は、アンギュラ玉軸受の剛性を表し、単位角度（１ａｒｃ．ｍｉｎ．）を傾けるのに必要な負荷モーメント値で表す。この例のモーメント剛性は、軌道輪を剛体とみなした場合を表しており、表２におけるモーメント剛性の◎〇△×は負荷容量と同じ定義である。
　表２の肩部変形は、肩部の変形が略無く、モーメント剛性が低下しないものを〇、肩部の変形によりモーメント剛性が低下するものを×とする。
　表２によると、負荷容量とモーメント剛性が実施可能であるまたは効率良く実施でき、肩部の変形によりモーメント剛性の低下がないものは、実施例１，２，３，４であることがわかる。
　＜作用効果＞
　したがって、保持器なし、総玉のアンギュラ玉軸受において、接触角θが４０°～５０°の範囲でＷ／Ｄｗが０．１５≦Ｗ／Ｄｗ≦０．３５の範囲にあり、またＶ／Ｄｗが０．１５≦Ｖ／Ｄｗ≦０．３５の範囲にある場合に高負荷容量と高モーメント剛性が両立できる。
　また、Ｗ／Ｄｗ≧０．１５かつＶ／Ｄｗ≧０．１５であれば肩部の変形による剛性低下はない。
　本実施形態の構成にすることで、前述の多点接触型のアンギュラ玉軸受に示した差動滑りによる摩耗、肩部の薄肉化によるモーメント剛性の低下、製造の困難性によるコスト高といった課題も解決し得る。
　＜背面組合わせ等＞
　産業機械用ではモーメント荷重がかかることが多い。モーメント荷重をアンギュラ玉軸受で負荷する使用条件下においては、図９のように、アンギュラ玉軸受１を背面組合わせに配置することで軸受の作用点間距離を大きくできるため、アンギュラ玉軸受１を小型化つまりコンパクト化しても許容ラジアル荷重および許容モーメント荷重を大きくできる。さらに、アンギュラ玉軸受１を背面組合わせとすることで、両方向のアキシアル荷重を受けることができ、加えて、予圧が付加されることで、軸受部分の剛性を高めることができる。同図９の例では、軸方向に隣り合うアンギュラ玉軸受１，１間に、内輪間座７、外輪間座８が介在されているが、これら間座７，８を省略してアンギュラ玉軸受１，１を背面組合わせすることも可能である。
　後述する図１４の回転機構の部分図として、以下の図１０～図１３がある。
　［第５の実施形態：内輪、回転軸一体化］
　図１０は、第５の実施形態に係るアンギュラ玉軸受を備えた回転機構９の要部の拡大断面図である。
　回転機構９には、内輪肩部５の変形を抑制する内輪肩部変形抑制手段１１が設けられていてもよい。具体的には、内輪肩部変形抑制手段１１は、図１０左側のアンギュラ玉軸受１の内輪２をこの回転機構９の回転軸１２と一体化したものである。前記一体化とは、内輪２と回転軸１２とが複数の要素を結合したものではなく単一の材料から例えば鍛造、機械加工等により単独の物の一部または全体として成形されたことを意味する。
　このように保持器なし、総玉のアンギュラ玉軸受１を備えた回転機構９において、内輪肩部変形抑制手段１１を備えたうえで、接触角θが４０°～５０°の範囲でＶ／Ｄｗ（図７参照）が０．１５以上の範囲にあると、サイズを大型化せずに、高剛性化、高負荷容量化等を達成することができる。内輪２を回転機構９の回転軸１２と一体化した場合、一般的なアンギュラ玉軸受の内輪肩部よりも内輪肩部５の肉厚を厚くすることが可能となる。その場合は、接触角θが４０°～５０°の範囲でＶ／Ｄｗ（図７参照）が０．１５以上の範囲であればモーメント剛性の低下は発生しない。
　［第６の実施形態：軸肩≧内輪肩径］
　図１１のように、保持器なし、所謂、総玉のアンギュラ玉軸受１を備えた回転機構９において、内輪肩部変形抑制手段は、内輪２の背面２ｃに臨む部材の肩径Ｄ１を、内輪肩径Ｄ２以上としてもよい。前記内輪２の背面２ｃに臨む部材は、回転機構９の回転軸１２である。この回転軸１２の軸肩Ｄ１を内輪肩径Ｄ２以上とした場合、後述する円環状の規制部材等を設けるよりも部品点数を抑え構造を簡素化することができる。その他、前述の回転機構と同様の作用効果を奏する。
　［第７の実施形態：規制部材の肩径（外径）≧内輪肩径］
　図１２のように、内輪２の背面に臨む部材は、円環状の規制部材１３であってもよい。規制部材１３は、例えば、断面矩形状に形成され、回転軸１２のフランジ部１２ａの内側面と、内輪２の背面２ｃとの間に介在される。総玉のアンギュラ玉軸受１を備えた回転機構９において、規制部材１３の外径である肩径Ｄ３を内輪肩径Ｄ２以上とすることで、回転軸１２の直径寸法の短縮化を図ることができる。その他、第５の実施形態の回転機構と同様の作用効果を奏する。
　［第８の実施形態：外輪、ハウジング一体化］
　図１３のように、総玉のアンギュラ玉軸受１を備えた回転機構９において、回転機構９のハウジング１４に外輪３が一体に設けられてもよい。前記一体とは、外輪３とハウジング１４とが複数の要素を結合したものではなく単一の材料から例えば鍛造、機械加工等により単独の物の一部または全体として成形されたことを意味する。
　このように、保持器なし、総玉のアンギュラ玉軸受１を備えた回転機構９において、回転機構９のハウジング１４に外輪３を一体に設けたうえで、接触角が４０°～５０°の範囲でＷ／Ｄｗ（図７参照）が０．１５以上の範囲にあると、サイズを大型化せずに、高剛性化、高負荷容量化等を達成することができる。
　＜アクスルユニット＞
　図１４に示す回転機構９は、車両に設けられる車両用動力装置、所謂、アクスルユニットであり、背面組合わせされた複列のアンギュラ玉軸受１と、発電機能付き走行用モータＭとを備える。前記アンギュラ玉軸受１の外輪３は回転輪であり、軸と一体化した内輪２は固定輪である。外輪３のアウトボード側端に設けられている車輪取付フランジ３Ｆに、ブレーキロータＢＲと車輪のホイール（図示せず）とが軸方向に重なった状態で取り付けられる。この回転機構９にて、図１０～図１３の部分図の構造とした場合、前述した各効果が得られる。
　図１０～図１３の回転機構９は、例えば、ロボットまたは建設機械等の減速機１０の主軸受部に使用されてもよい。換言すれば、減速機１０は、前述のいずれかの回転機構９を備えていてもよい。
　アンギュラ玉軸受を正面組合わせ、並列組合わせ等で使用することも可能である。
　アンギュラ玉軸受を３列以上の多列組合わせで使用することも可能である。
　アンギュラ玉軸受、回転機構を、減速機以外の用途に使用することも可能である。
　以上のとおり、図面を参照しながら好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更、削除が可能である。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。
１…アンギュラ玉軸受
２…内輪
３…外輪
４…玉
９，９Ａ…回転機構
１０…減速機
１１…内輪肩部変形抑制手段
１２…回転軸
１３…規制部材
１４…ハウジング

Claims (21)

  1. 　内輪および外輪と、これら内輪と外輪間に介在される複数の玉とを備えた保持器なしのアンギュラ玉軸受であって、
    　前記玉の表面粗さが０．０６μｍＲａ以下であり、かつ潤滑剤の動粘度（４０℃）が４６ｃｓｔ以上２２０ｃｓｔ以下であるアンギュラ玉軸受。
  2. 　請求項１に記載のアンギュラ玉軸受において、前記潤滑剤がグリースであり、このグリースのちょう度が１号～００号であるアンギュラ玉軸受。
  3. 　請求項１または請求項２に記載のアンギュラ玉軸受において、前記玉の等級が４０以下となるアンギュラ玉軸受。
  4. 　請求項１または請求項２に記載のアンギュラ玉軸受において、前記玉の表面粗さが０．０４μｍＲａ以下であり、かつ潤滑剤の動粘度（４０℃）が６８ｃｓｔ以上１５０ｃｓｔ以下であるアンギュラ玉軸受。
  5. 　請求項１または請求項２に記載のアンギュラ玉軸受において、前記玉の材質が軸受鋼であるアンギュラ玉軸受。
  6. 　請求項５のアンギュラ玉軸受において、前記玉に表面硬化処理が施されているアンギュラ玉軸受。
  7. 　請求項６のアンギュラ玉軸受において、前記表面硬化処理が浸窒処理であるアンギュラ玉軸受。
  8. 　請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載のアンギュラ玉軸受を備えた回転機構。
  9. 　請求項８に記載の回転機構であって、前記内輪と軸を一体化させた回転機構。
  10. 　請求項８に記載の回転機構であって、前記外輪とハウジングを一体化させた回転機構。
  11. 　請求項８ないし請求項１０のいずれか１項に記載の回転機構を備えた減速機。
  12. 　内輪および外輪と、これら内輪と外輪間に介在される複数の玉とを備えたアンギュラ玉軸受であって、
    　接触角が４０°以上５０°以下であり、
    　前記内輪における背面側の外周面の軸方向長さＷと、前記玉の直径である玉径Ｄｗとの比Ｗ／Ｄｗが０．１５以上０．３５以下であり、
    　前記外輪における背面側の内周面の軸方向長さＶと、前記玉径Ｄｗとの比Ｖ／Ｄｗが０．１５以上０．３５以下であるアンギュラ玉軸受。
  13. 　請求項１２に記載のアンギュラ玉軸受において、保持器なしのアンギュラ玉軸受。
  14. 　内輪および外輪と、これら内輪と外輪間に介在される複数の玉とを含むアンギュラ玉軸受を備えた回転機構であって、
    　内輪肩部の変形を抑制する内輪肩部変形抑制手段が設けられ、
    　前記アンギュラ玉軸受は、
    　接触角が４０°以上５０°以下であり、
    　前記外輪における背面側の内周面の軸方向長さＶと、前記玉の直径である玉径Ｄｗとの比Ｖ／Ｄｗが０．１５以上である回転機構。
  15. 　請求項１４に記載の回転機構において、保持器なしのアンギュラ玉軸受を備えた回転機構。
  16. 　請求項１４または１５に記載の回転機構において、前記内輪肩部変形抑制手段は、前記内輪を前記回転機構の回転軸と一体化したものである回転機構。
  17. 　請求項１４または１５に記載の回転機構において、前記内輪肩部変形抑制手段は、前記内輪の背面に臨む部材の肩径を、内輪肩径以上としたものである回転機構。
  18. 　請求項１７に記載の回転機構において、前記内輪の背面に臨む部材は、前記回転機構の回転軸または円環状の規制部材である回転機構。
  19. 　内輪および外輪と、これら内輪と外輪間に介在される複数の玉とを含むアンギュラ玉軸受を備えた回転機構であって、
    　前記回転機構のハウジングに前記外輪が一体に設けられ、
    　前記アンギュラ玉軸受は、
    　接触角が４０°以上５０°以下であり、
    　前記内輪における背面側の外周面の軸方向長さＷと、前記玉の直径である玉径Ｄｗとの比Ｗ／Ｄｗが０．１５以上である回転機構。
  20. 　請求項１９に記載の回転機構において、保持器なしのアンギュラ玉軸受を備えた回転機構。
  21. 　請求項１４または１５に記載の回転機構を備えた減速機。
     
     
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