JP2008008370A - 円筒ころ軸受用保持器 - Google Patents

Abstract

【課題】強度不足に起因した潤滑性能の低下や摩耗量の増大を抑制し得る樹脂製の保持器を提供する。
【解決手段】樹脂製の保持器１は、円環状の環状部２と、該環状部２の内端面２ａから軸方向に突出させて円周方向に等配された複数の柱部３と、環状部２の外端面２ｂに設けられた潤滑剤保持溝５と、隣接する柱部３間に形成され、円筒ころ６を摺動自在に保持するポケット４とを備えている。潤滑剤保持溝５は、成形時における溶融樹脂の合流部跡であるウェルド部７を除く領域に設けられている。
【選択図】図２

Description

本発明は、円筒ころ軸受用の保持器に関するものである。

周知のように、マシニングセンタ、ＣＮＣ旋盤、フライス盤等の工作機械において、その主軸は軸受で回転自在に支持されるのが通例であり、主軸支持用の軸受として円筒ころ軸受が好適に用いられている。この円筒ころ軸受は、円筒ころを単列に配列したいわゆる単列タイプと、円筒ころを複列に配列したいわゆる複列タイプとに大別され、用途・要求特性等に応じて適宜使い分けられている。

円筒ころ軸受は、内輪と外輪との間に、所定間隔で円筒ころを保持するための保持器を備えているのが通例である。保持器は、主に金属製と合成樹脂製（以下、単に樹脂製という）とに大別されるが、金属製の保持器は高速回転時の耐変形性に優れる反面、運転に伴う摩耗粉の発生や軸受を重量化させる問題があり、近年ではかかる問題を解消すべく樹脂製の保持器が重用される傾向にある。

公知の樹脂製保持器の概要を図７（ａ）（ｂ）に示す。同図に示す保持器１０１は、環状部１０２と、環状部１０２の一端面（内端面）１０２ａから軸方向に突設された複数の柱部１０３と、隣接する柱部１０３間に形成され、円筒ころを摺動自在に保持するポケット１０４とを備えている。また、環状部１０２の他端面（外端面）１０２ｂには、潤滑剤保持用の溝（潤滑剤保持溝）１０５が全周に亘って形成されている。かかる構成の保持器１０１は、複列タイプの円筒ころ軸受に好適な構造で、軸受中央で外端面１０２ｂ同士を相互に付き合わせた状態で使用される。そして軸受運転時（主軸の回転時）には、潤滑剤保持溝１０５の存在によって、保持器相互間の摺動部に潤滑剤を保持することができ、外端面１０２ｂ同士の摺動に起因した発熱や異常摩耗等が効果的に抑制可能となる（例えば、特許文献１参照）。

上記態様の保持器１０１は、例えば、成形型のうち、柱部１０３対応領域に一個おきに設けられた複数のゲート１０８から、キャビティ内に溶融樹脂を射出（充填）することにより成形することができる。複数のゲート１０８を介して溶融樹脂をキャビティ内に充填すると、溶融樹脂はキャビティ内を周方向に流動し、溶融樹脂の合流部となる箇所（図７に示す保持器１０１においては、ゲート１０８が設けられていない柱部１０３の周方向中央部）には溶融樹脂の合流跡としてのウェルドライン（ウェルド部）１０７が形成される（図７（ｂ）参照）。
特開２００４−３０１２３２号公報 特開２００５−１４０２６９号公報

主軸回転時には、遠心力の作用で、保持器の柱部、さらには環状部が変形する場合がある。かかる変形は、潤滑剤保持溝の潤滑剤保持機能の低下、また、これに起因した摩耗量の増大を招き、ひいては主軸の支持精度を悪化させる。そのため、保持器自体には高い強度（剛性）が求められる。

ところで、上記の保持器１０１では、潤滑剤保持溝１０５が環状部外端面１０２ｂの全周に亘って形成されているため、相対的に薄肉部となる潤滑剤保持溝１０５の形成領域にウェルド部１０７が含まれることとなる。一般に、ウェルド部１０７は他所に比べて低強度なので、ウェルド部１０７が潤滑剤保持溝１０５の形成領域に含まれていると、強度不足に起因した上記の不具合が生じやすい。

本発明の課題は、強度不足に起因した潤滑性能の低下や磨耗量の増大を抑制し得る円筒ころ軸受用の保持器を提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明では、樹脂で射出成形され、環状部と、環状部の一端面から軸方向に突設された複数の柱部と、環状部の他端面に設けられた潤滑剤保持溝とを備え、隣接する柱部間に形成されるポケットで円筒ころを摺動自在に保持する円筒ころ軸受用保持器において、潤滑剤保持溝が、ウェルド部を除いて設けられていることを特徴とする円筒ころ軸受用の保持器を提供する。

上記のように、潤滑剤保持溝を、溶融樹脂の合流部となるウェルド部を除いて設けることで、ウェルド部を厚肉化しウェルド部の高強度化を図ることができる。これにより、外端面１０２ｂ合わせで使用される保持器にあっては、柱部および環状部の剛性が高まる分、遠心力が作用しても潤滑剤は潤滑剤保持溝から流出することなく溝内部に留まることができる。従って、良好な潤滑性を維持することが可能となり、潤滑剤不足に起因した保持器の発熱や摩耗量の増大を抑制することができる。

支持すべき軸の軸振れを防止する観点から、保持器のうち、円筒ころの支持部となる柱部は特に高剛性であることが望ましい。柱部の剛性は、当該柱部の形成領域における肉厚に左右され、厚肉になる程その剛性は高まる。従って、潤滑剤保持溝は、ウェルド部に加え、さらに、柱部の形成領域を除いて設けるのが望ましい。

ところで、潤滑剤保持溝の軸方向断面（支持すべき主軸の軸線方向に切断した断面）形状が直線で構成されていると、遠心力等が作用した場合に当該保持溝に応力が集中し、変形量の増大、さらには保持器の破損を招くおそれがある。そのため、かかる応力集中を緩和すべく、潤滑剤保持溝の軸方向断面形状は円弧で構成するのが望ましい。

なお、潤滑剤保持溝は、上述した構成を満足するものであれば別段形状の限定はなく、例えば、保持器（環状部）外周面と同心の帯状に形成する他、環状部外周面に対して所定角度傾斜した傾斜溝状に形成することもできる。

以上のように本発明によれば、強度不足に起因した潤滑性能の低下や摩耗量の増大を抑制し得る樹脂製の保持器を提供することができ、これにより要求される支持精度を維持可能な円筒ころ軸受が提供可能となる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明にかかる保持器１を組み込んだ複列円筒ころ軸受１０を示すものである。同図に示す複列円筒ころ軸受１０は、工作機械の主軸装置において、高速で回転駆動される主軸をハウジングに対して回転自在に支持するもので、主軸の外周に嵌合され、複列の軌道面１１ａ、１１ａを有する内輪１１と、ハウジングの内周に嵌合され、複列の軌道面１２ａ、１２ａを有する外輪１２と、内輪１１の軌道面１１ａおよび外輪１２の軌道面１２ａの相互間に転動自在に配された複数の円筒ころ６と、円筒ころ６を保持する一対の保持器１、１とで構成される。本実施形態で、内輪１１の軸方向中央部には中鍔１１ｂが設けられ、両端部には外鍔１１ｃが設けられている。

外輪１２の軌道面１２ａの軸方向両外側にはそれぞれ面取り部１２ｂが形成されると共に、内輪１１の軌道面１１ａの軸方向両外側にもそれぞれ相対的に小さな面取り部１１ｄが形成されている。この場合、外輪１２の面取り部１２ｂの傾斜角度α、すなわち外輪１２の軌道面１２ａにより構成される円筒面に対する面取り部１２ｂの傾斜角度αは１０°〜３０°とされている。円筒ころ６の転動面全域は、外輪１２の軌道面１２ａと面取り部１２ｂとの境界位置Ｘよりも軸方向内側に配置されている。

以上の構成からなる複列円筒ころ軸受１０の内部空間には、例えばエアオイルやグリース等の潤滑剤が充填され、ラジアル軸受隙間が負、すなわちラジアル方向の予圧を付与した状態で運転される。なお、内輪１１の内径面はテーパ形状であっても良く、従ってこの内輪１１は、テーパ形状に形成した主軸の外周面、あるいは、主軸の外周に嵌合したテーパ状スリーブの外周面に嵌合されるものであってもよい。

図２（ａ）（ｂ）は、本発明にかかる保持器１の一実施形態を示すもので、詳述すると、同（ａ）図は軸方向断面図、同（ｂ）図は（ａ）図をＢ方向から見た要部拡大図である。この保持器１は、円環状の環状部２と、該環状部２の内端面２ａから軸方向に突出させて円周方向に等配された複数の柱部３と、隣接する柱部３間に形成され、円筒ころ６を摺動自在に保持するポケット４とを備えている。また、環状部２の外端面２ｂの一部領域には潤滑剤保持溝５が設けられている。

上記構成の保持器１は、例えば、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリアミド（ＰＡ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等の自己潤滑性を有する結晶性樹脂をベース樹脂とし、これにカーボンファイバ（ＣＦ）、グラスファイバ（ＧＦ）等の充填材を適宜配合した樹脂（樹脂組成物）を用いて射出成形される。射出成形は、例えば、キャビティの柱部３対応領域に一個おきに設けられた複数のゲート８から、上記の樹脂を充填することによって行われる。本実施形態では、図２（ｂ）に示すように、ゲート８が設けられなかった柱部３の周方向中央部に、成形時における樹脂の合流部跡としてのウェルド部７が形成されている。そして、潤滑剤保持溝５は、外端面２ｂのうち、ウェルド部７（厳密には、ウェルド部７が形成された柱部３領域）を除く円周方向領域に、径方向均一幅で、環状部２の外周面と同心の帯状に形成されている。

なお、保持器１の成形に用いるベース樹脂としては上記の結晶性樹脂の他、ポリフェニルサルフォン（ＰＰＳＵ）、ポリエーテルサルフォン（ＰＥＳ）、ポリエーテルイミド（ＰＥＩ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）等の非晶性樹脂を使用することもできる。

ところで、環状部２の軸方向長さ（厚み）Ｔａは、円筒ころ６の軸方向長さＴｄの３０〜４０％に設定するのが望ましく、また、潤滑剤保持溝５の最大深さＴｂは、環状部２の軸方向長さＴａの１５％以下に設定するのが望ましい。

かかる構成としたのは、以下示す理由による。従前、保持器における環状部２の軸方向長さＴａは、保持器１が組み込まれる内輪、外輪の軸方向長さや、その他の設計事項を考慮すると、円筒ころの軸方向長さＴｄの約２５％程度に設定されるのが通例であった。しかしながら、かかる構成の保持器を用いた円筒ころ軸受は、低中速回転領域ではその機能を十分に発揮できるものの、高速回転領域（例えば、１３０００ｒｐｍを超える領域）では遠心力の増大に伴って柱部３が大きく変形（弾性変形）し、これが保持器の異常摩耗や軸受温度の不当上昇を招くおそれがあることが、本願出願人によって実証されているからである（特許文献２：特開２００５−１４０２６９号公報参照）。

例えば、円筒ころ６の軸方向長さＴｄを１０ｍｍとし、環状部２の軸方向長さＴａを円筒ころ６の軸方向長さＴｄの２５％に設定した場合、環状部２の軸方向長さＴａは２．５ｍｍとなるが、これよりも薄肉の場合には柱部３の弾性変形量の増大に起因して、上述した保持器１の異常摩耗や軸受温度の不当上昇が起こり得る。これに対し、例えば、環状部２の軸方向長さ（厚み）Ｔａを円筒ころ６の軸方向長さＴｄの３０％とすると、軸方向長さＴｄが１０ｍｍの円筒ころ６を用いる場合には、環状部２の軸方向長さＴａは３ｍｍに、また、潤滑剤保持溝５の深さＴｂは０．４５ｍｍ以下に形成される。つまり、環状部２の軸方向長さＴａを円筒ころ６の軸方向長さＴｄの３０〜４０％に設定すると共に、潤滑剤保持溝５の深さＴｂを環状部２の軸方向長さＴａの１５％以下に設定すれば、環状部２が最薄肉となる場合でもその肉厚は２．５５ｍｍとなり、上記の不具合を回避できるのである。

また、本実施形態のように潤滑剤保持溝５を径方向均一幅の帯状に形成する場合、潤滑剤保持溝５の径方向寸法Ｔｃは、図２（ｃ）（ｄ）に示すように、環状部２の径方向寸法に対して８０％以下とするのが望ましい。図示例からも明らかなように、環状部２の外周および内周角部には面取りが設けられるのが通例であり、面取りによる径方向寸法の減少分を考慮すると、潤滑剤保持溝５の径方向寸法Ｔｃを環状部２の径方向寸法に対して８０％を超える値に設定した場合には外端面２ｂの平坦領域が小さくなり過ぎる。すなわち、このような保持器１は外端面２ｂ合わせで用いるのが難しくなり、複列円筒ころ軸受への使用に適さなくなるのである。

上述したように、本発明にかかる保持器１では、潤滑剤保持溝５がウェルド部７を除いて設けられている。一般に、ウェルド部７の形成領域は他所に比べて低強度であることに加え、潤滑剤保持溝５を外端面２ｂの全周に亘って形成していると、薄肉化する分、ウェルド部７における強度低下はより顕著なものとなる。かかる強度低下は、遠心力作用時における柱部３の変形量の増大を招き、これが潤滑剤の保持機能の低下、およびこれに起因した保持器１の発熱や摩耗量の増大を招いていた。これに対し、潤滑剤保持溝５を、ウェルド部７を除いて設けることで、かかる強度低下を抑制することができ、保持器１の発熱や摩耗量の増大を抑制することができる。

図３は、本発明にかかる保持器１の第２の実施形態を示すものである。同図からも明らかなように、本実施形態では、潤滑剤保持溝５がウェルド部７（ウェルド部７を有する柱部３）に加え、全ての柱部３の形成領域を除いて設けられている点で、図２に示す第１の実施形態と構成を異にしている。かかる構成によれば、全ての柱部３の高強度化を図ることができ、更なる摩耗量の抑制が図り得る。なお、その他の構成については、図２に示すものと同一であるため、共通の参照番号を付与して重複説明を省略する。

図４は、本発明にかかる保持器１の第３の実施形態を示すものである。同図に示す保持器１が上述した実施形態と異なる主な点は、潤滑剤保持溝５を、外端面２ｂに複列設けた点にある。なお、同（ａ）図は、潤滑剤保持溝５をウェルド部７のみを除いて設けた構成、また同（ｂ）図は、潤滑剤保持溝５を全ての柱部３の形成領域を除いて設けた構成を示すものである。なお、その他の構成については、図２に示すものと同一であるため、共通の参照番号を付与して重複説明を省略する。

以上では、径方向均一幅で、環状部２の外周面と同心の帯状をなす潤滑剤保持溝５を設けた保持器１について説明を行ったが、保持器１に設けるべき潤滑剤保持溝５形状は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で他の形態とすることができる。

図５は、本発明にかかる保持器１の第４の実施形態を示すものである。同図に示す保持器１が上述した実施形態と異なる主な点は、潤滑剤保持溝５が、所定角度傾斜した傾斜溝状に形成されている点にある。この構成の場合、潤滑剤保持溝５の径方向寸法Ｔｃを拡大させることなく潤滑可能領域を拡大することができるので、上述した構成に比べ、保持器１全体としての強度低下を抑制することができる。また、かかる形状の潤滑剤保持溝５を設けた保持器１を外端面２ｂ合わせした場合、潤滑剤保持溝５が相互に交差するので、軸受（保持器１）の回転が正・逆何れの方向であっても、何れか一方に設けられた潤滑剤保持溝５によって潤滑剤を確実に保持することができ、温度上昇や摩耗量の増大を抑制することが可能となる。なお、図５（ａ）は、ウェルド部７を含む柱部３を除いて傾斜状の潤滑剤保持溝５を設けた構成、また図５（ｂ）は、全ての柱部３の形成領域を除いて傾斜状の潤滑剤保持溝５を設けた構成を示すものである。その他の構成については、図２に示すものと同一であるため、共通の参照番号を付与して重複説明を省略する。

ところで、上述した何れの実施形態においても、潤滑剤保持溝５の軸方向断面形状は直線ではなく、図６に示すように円弧（円弧の組み合わせ）で構成するのが望ましい。潤滑剤保持溝５の断面が直線で構成されていると、遠心力が作用した場合に潤滑剤保持溝５に応力が集中し、変形量の増大、また最悪の場合には保持器１の破損を招くおそれが高まるからである。なお、図示例では、曲率の大きい第１の円弧Ｒ１と、第１の円弧Ｒ１に比べ相対的に曲率の小さい第２の円弧Ｒ２との組み合わせで潤滑剤保持溝５が構成されている。

以上で説明を行った保持器１は、何れも、柱部３の周方向中央部にウェルド部７が形成された構成であり、潤滑剤保持溝５は、少なくともウェルド部７を含む柱部３を除いた外端面２ｂ領域に形成されているが、本発明を適用できる保持器は、もちろんこれに限定されるものではない。例えばゲート８の配置箇所を異ならせ、ウェルド部７が他の領域に形成される場合には、当該ウェルド部７の形成領域を除いて潤滑剤保持溝５を形成することにより、上記効果を相する保持器を得ることができる。

本発明にかかる保持器を組み込んだ複列円筒ころ軸受の軸方向断面図である。 （ａ）図は、保持器の要部拡大断面図、（ｂ）図は（ａ）図をＢ方向から見た要部拡大図、（ｃ）図は、潤滑剤保持溝の径方向寸法最大時を示す要部拡大断面図、（ｄ）図は（ｃ）図をＢ方向から見た要部拡大図である。 保持器の第２実施形態を示す要部拡大図である。 保持器の第３実施形態を示す要部拡大図である。 保持器の第４実施形態を示す要部拡大図である。 （ａ）図は、潤滑剤保持溝の断面形状を異ならせた構成を示す要部拡大断面図、（ｂ）図は（ａ）図をＢ方向から見た要部拡大図である。 従来構成の保持器の要部拡大図である。

符号の説明

１ 保持器
２ 環状部
３ 柱部
４ ポケット
５ 潤滑剤保持溝
６ 円筒ころ
７ ウェルド部
８ ゲート
１０ 複列円筒ころ軸受
１１ 内輪
１２ 外輪
Ｔａ 環状部の軸方向幅（厚み）
Ｔｂ 潤滑剤保持溝の深さ
Ｔｃ 潤滑剤保持溝の径方向幅
Ｔｄ 円筒ころの軸方向長さ

Claims (3)

1. 樹脂で射出成形され、環状部と、環状部の一端面から軸方向に突設された複数の柱部と、環状部の他端面に設けられた潤滑剤保持溝とを備え、隣接する柱部間に形成されるポケットで円筒ころを摺動自在に保持する円筒ころ軸受用保持器において、
   潤滑剤保持溝が、ウェルド部を除いて設けられていることを特徴とする円筒ころ軸受用保持器。
2. 潤滑剤保持溝が、さらに、柱部の形成領域を除いて設けられている請求項１記載の円筒ころ軸受用保持器。
3. 潤滑剤保持溝の軸方向断面形状が、円弧面で構成されている請求項１記載の円筒ころ軸受用保持器。

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