JP2015001285A - 転がり軸受用の保持器、及び転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】転がり軸受内部の温度上昇を抑制する。
【解決手段】ころ軸受用の保持器は、円環部１０，１１と、周方向に間隔をあけて設けられている複数の柱部２０とを備え、周方向で隣り合う柱部２０，２０の間にころを保持するポケット７が形成されている。柱部２０の径方向外側の突起２２に、この突起２２の周方向の一方側と他方側との間を貫通しエアを通過させる通路４０が形成されている。
【選択図】 図３

Description

本発明は、転がり軸受用の保持器、及び転がり軸受に関する。

例えば、工作機械において、主軸を回転可能に支持する軸受部には、高い加工精度を維持するために高い剛性が必要とされており、このために（複列）ころ軸受が用いられている。ころ軸受は、内輪、外輪、これら内輪と外輪との間に配置された複数のころ、及び複数のころを保持する保持器を備えている（例えば、特許文献１参照）。保持器は、円環部と、この円環部から軸方向に延びかつ周方向に間隔をあけて設けられている複数の柱部とを備えている。そして、周方向で隣り合う柱部の間が、ころを保持するポケットとなる。

特開２００１−４１２５０号公報

内輪と外輪とが相対回転すると、複数のころは内輪及び外輪の各軌道面を転動し、これらころを保持する保持器も回転する。そして、保持器は、ポケットにおいて保持しているころと摺接することから、保持器には摩擦熱が発生する。例えば、ポケットを構成する柱部の一部に摺接部を設け、この摺接部をころに摺接させることにより保持器をころに案内させ、保持器を径方向について位置決めするころ案内の場合、この摺接部において摩擦熱が発生する。

保持器が樹脂製である場合、熱伝導率が低いことから、摺接部に発生した摩擦熱は拡散されにくく、摺接部に熱が蓄積され、摺接部を中心として柱部が局部的に高温となって、柱部が強度的に弱点になることがある。このため、ころの進み遅れ等によって、ころが柱部に衝突すると保持器が破損することも起こり得る。
また、保持器が金属製の場合であっても、ころが保持器（摺接部）に摺接することで発生する摩擦熱により、ころ及び保持器が高温となり、これに伴って軸受内部が高温になる。すると、軸受内部に設けられている潤滑剤の化学的劣化が進行し、軸受の回転性能を低下させてしまうおそれがある。

特に、工作機械の主軸を支持する転がり軸受等のように、回転速度が大きくなる転がり軸受では、保持器は高温となりやすく、前記のような問題点は顕著に発生する。なお、このような問題点は、転動体がころである場合の他に、玉である場合も起こり得る。
そこで、本発明は、転がり軸受内部の温度上昇を抑制することを目的とする。

本発明は、内輪と外輪との間に複数の転動体が配置される転がり軸受に組み込まれ、前記転動体を保持する保持器であって、円環部と、この円環部から軸方向に延びかつ周方向に間隔をあけて設けられている複数の柱部とを備え、周方向で隣り合う前記柱部の間に前記転動体を保持するポケットが形成され、前記柱部の径方向内側又は径方向外側の一部に、当該一部の周方向の一方側と他方側との間を貫通しエアを通過させる通路が形成されていることを特徴とする。
本発明によれば、柱部の径方向内側又は径方向外側の一部に、当該一部の周方向の一方側と他方側との間を貫通している通路が形成されていることから、この保持器が回転することで、保持器の周囲に存在するエアが前記通路を通過して、転動体及び保持器を冷却することができる。このため、転がり軸受の温度上昇を抑制することが可能となる。

また、前記柱部は、前記円環部と連続している柱本体と、この柱本体の径方向内側又は径方向外側に設けられ前記ポケットから前記転動体が径方向に脱落するのを防止するための突起とを有しており、前記通路は、前記突起に形成されているのが好ましい。
この場合、突起により柱部の一部の表面積が大きくなり、このような突起に、エアを通過させる通路が形成されていることによって、保持器を冷却する機能をより一層高めることが可能となる。

また、前記通路は、柱部の前記一部の周方向の一方側と他方側との間を貫通するようにして形成された凹溝（切り欠き溝）であってもよいが、前記通路は、貫通孔からなるのが好ましい。通路が貫通孔からなる場合、通路を凹溝（切り欠き溝）とする場合に比べて、柱部（一部）の強度低下を抑えることができる。

また、本発明の転がり軸受は、内輪と、外輪と、これら内輪と外輪との間に配置された複数の転動体と、前記転動体を保持する保持器とを備え、前記保持器は、円環部と、この円環部から軸方向に延びかつ周方向に間隔をあけて設けられている複数の柱部とを備え、周方向で隣り合う前記柱部の間に前記転動体を保持するポケットが形成され、前記柱部の径方向内側又は径方向外側の一部に、当該一部の周方向の一方側と他方側との間を貫通しエアを通過させる通路が形成されていることを特徴とする。
本発明によれば、保持器が備えている柱部の径方向内側又は径方向外側の一部に、当該一部の周方向の一方側と他方側との間を貫通している通路が形成されていることから、この保持器が回転することで、保持器の周囲に存在するエアが通路を通過して、転動体及び保持器を冷却することができる。このため、転がり軸受の温度上昇を抑制することが可能となる。

本発明の保持器、及びこの保持器を備えている転がり軸受によれば、保持器が回転することで、保持器の周囲に存在するエアが通路を通過して、転動体及び保持器を冷却することができ、転がり軸受の温度上昇を抑制することが可能となる。

転がり軸受の断面図である。 保持器の斜視図である。 保持器の一部を拡大して示す斜視図である。 保持器の一部の断面図である。 通路の変形例を示す斜視図である。 転がり軸受の他の形態を示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図１は、転がり軸受の断面図である。本実施形態の転がり軸受は、複列ころ軸受１である。なお、各図面において同一の構成要素に対しては同一の符号（参照番号）を付し、重複する説明は省略する。

この複列ころ軸受１（以下、単にころ軸受１ともいう）は、例えば、汎用旋盤、ＣＮＣ旋盤、マシニングセンタ、フライス盤等の工作機械の主軸６を支持する軸受として使用され、高速回転する主軸６を高い剛性で支持することが可能である。
主軸６の直径は例えば５０〜１５０ミリ程度であり、主軸６の最大回転数は１００００〜１５０００ｒｐｍとなる。そして、主軸６は、低速回転する場合や、高速回転する場合があり、また、低速又は停止状態から高速回転状態（最大回転数）へと急加速する。

ころ軸受１は、内輪２と、外輪３と、これら内輪２と外輪３との間に配置された複数のころ４と、これらころ４を保持する環状の保持器５，５とを備えている。ころ４は、複列状態（二列状態）で配置されており、保持器５，５それぞれは、列毎に独立して複数のころ４を保持している。つまり、このころ軸受１には、独立した二つの保持器５，５が軸方向に並べて組み込まれており、各保持器５が各列のころ４を保持している。一方側のころ列用の保持器５と他方側のころ列用の保持器５とは、同じものである。

ころ４の外周面は円筒形であり、このころ軸受１は複列円筒ころ軸受である。
内輪２の外周面には、二列に配置されたころ４が転動する軌道面２ａ，２ｂが形成されている。また、内輪２の外周側には、径方向外側へ突出している鍔部２ｃ，２ｄ，２ｅが設けられている。また、外輪３の内周面の一部が、二列のころ４が転動する軌道面３ａ，３ｂとなる。

そして、外輪３が工作機械の軸受ハウジング８の内周面に取り付けられており、内輪２に主軸６が挿入されている。ころ軸受１が回転すると、つまり、外輪３に対して内輪２が回転すると、ころ４は各軌道面を転動し、これらころ４を保持する保持器５，５も回転する。保持器５，５それぞれは独立して各ころ列と共に回転することができる。保持器５の回転方向と、保持器５（ころ軸受１）の周方向とは、同方向である。

内輪２と外輪３との間には、潤滑剤としてオイルエアが供給される。このオイルエアは油粒を含み、油粒はころ軸受１の内部、特に、内輪２の外周、外輪３の内周、ころ４、保持器５に付着する。各部に付着した油粒は凝集し、ころ４が転動する軌道面や摺接する摺接面を潤滑する。

図２は、保持器５（図１の右側の保持器５）の斜視図である。この保持器５は、かご型保持器であり、円環形状である一対の円環部１０，１１と、複数の柱部２０とを備えている。各柱部２０は、一方の円環部１０の側面から軸方向に延びて設けられ他方の円環部１１の側面に繋がる。一方側の円環部１０の外周面は、円筒面１５からなり、他方側の円環部１１の外周面は、この円筒面１５と共通する中心線を有しかつ同じ直径を有する円筒面１６からなる。複数の柱部２０は、すべて同じ形状である。また、これら柱部２０は、周方向に間隔（等間隔）をあけて設けられており、各柱部２０は円環部１０，１１を繋いでいる。このため、柱部２０は、円環部１０，１１によって支持された両持ち梁状となる。

柱部２０は周方向一定間隔おきに設けられており、一対の円環部１０，１１と周方向で隣り合う柱部２０，２０との間に、ころ４を保持するポケット７が形成されている。つまり、各ポケット７は、周方向に隣接する柱部２０，２０と、円環部１０，１１とによって囲まれた空間からなる。

保持器５は、樹脂製（合成樹脂製）であり、射出成型により製造され、円環部１０，１１と柱部２０とは一体に成型されている。保持器５の材質は、例えば、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）や、ポリアミドとすることができる。

図３は、図２に示す保持器５の一部を示す拡大図である。図４は、図２に示す保持器５の一部の断面図である。柱部２０は、円環部１０，１１と連続している柱本体２１と、この柱本体２１と一体となって設けられている複数の突起２２とを有している。本実施形態では、各柱部２０に、４つの突起２２が設けられている。つまり、柱本体２１の周方向両側のそれぞれに一対の突起２２，２２が設けられており、これら一対の突起２２，２２は軸方向に間隔をあけて並んで設けられている。

柱本体２１の径方向外側面は、円環部１０，１１の円筒面１５，１６よりも径方向内側に位置する外側面２５と、円筒面１５と外側面２５とを繋ぐ傾斜面２６と、円筒面１６と外側面２５とを繋ぐ傾斜面２７とを有している。

４つの突起２２は、すべて同じ形状であり、柱本体２１の外側面２５から径方向外側へ突出していると共に、ころ４側へも突出している。各突起２２は、柱本体２１の径方向外側の部分に設けられており、各ポケット７の周囲４箇所の突起２２が、ポケット７内のころ４（図４参照）の各部と接触することで、このポケット７からころ４が径方向外側に脱落するのを防止することができる。なお、この脱落を防止する機能は、内輪２の外周側に、ころ４を保持した状態にある保持器５が設けられ、外輪３が取り外された状態（組み立て途中状態、又は外輪３のみを外した状態）で発揮される。

また、本実施形態では、柱部２０は、柱本体２１の径方向外側の部分に設けられている突起２２の他に、この突起２２から柱本体２１の周方向に向く側面２８（２９）に沿って径方向内側へ延びて設けられている延長部３４を有している。この延長部３４の周方向に向く側面は、柱本体２１の側面２８（２９）よりも突出しており、ころ７との摺接面になる。

一つの柱部２０が有している各突起２２は、他の突起２２との関係で、独立して形成されており、独立して変形可能である。つまり、図２と図３に示すように、一つの柱部２０が有している周方向一方側の突起２２（２２−１）と、周方向他方側の突起２２（２２−２）とは、独立して形成されており、相互で直接的に連続しておらず、それぞれが独立して変形可能である。
ここで、各突起２２は、ポケット７内のころ４の一部と接触することで、そのころ４が径方向外側へ脱落するのを防止することができるが、ころ軸受１を組み立てるために、内輪２の外周に配置した保持器５に対して、ころ４を径方向外側から接近させ、ころ４をその保持器５のポケット７に収容させる際、ころ４が各突起２２押して、この突起２２を弾性変形させる。この際、前記のとおり（図２と図３参照）、周方向一方側の突起２２（２２−１）と、周方向他方側の突起２２（２２−２）とは、それぞれが独立して変形可能であることから、ころ４を無理なくポケット７に収容させることが可能となる。

そして、図３及び図４に示すように、各突起２２には、エアを通過させる通路（流路）４０が形成されている。この通路４０は、突起２２の周方向の一方側の面ａ１と他方側の面ａ２との間を貫通している。このため、保持器５が回転することによって、この通路４０を、エアが通過することができる。
本実施形態の通路４０は、貫通孔からなり、この貫通孔からなる通路４０の両端はそれぞれ周方向に向かって開口している。また、この通路４０は、直線の貫通孔からなり、ほぼ周方向に沿って突起２２を貫通している。

なお、ころ軸受１の組み立て完了状態（ころ軸受１の使用状態）では、図４に示すように、ころ４と突起２２とは接触せず、ころ４と突起２２との間には隙間δが形成されており、この隙間δによって、通路４０におけるエアの通過が妨げられない。また、周方向一方側の突起２２−１と、周方向他方側の突起２２―２との間には空間Ｋが設けられており、回転方向前方側（図４の場合、左側）となる突起２２（２２−１）の通路４０を通過したエアを、この空間Ｋにおいて効率良く排出することができ、また、回転方向後方側（図４の場合、右側）となる突起２２（２２−２）の通路４０を通過させる空間Ｋにおけるエアを効率良く取り込むことができる。

以上のように、本実施形態のころ軸受１によれば、保持器５が有する柱部２０の径方向外側の各突起２２に、この突起２２の周方向の一方側の面ａ１と他方側の面ａ２との間を貫通している通路４０が形成されていることから、この保持器５が回転することで、保持器５の周囲に存在するエアが通路４０を通過して、ころ４及び保持器５を冷却することができる。このため、ころ軸受１の温度上昇を抑制することが可能となる。
特に本実施形態では、柱部２０の一部である突起２２に通路４０が形成されている。このため、突起２２により柱部２０の一部の表面積が大きくなっており、このような突起２２に、エアを通過させる通路４０が形成されていることによって、保持器５を冷却する機能をより一層高めることが可能となる。

図５は、通路４０の変形例を示す斜視図である。図５に示す保持器５では、突起２２に形成されている通路４０は、凹溝（切り欠き溝）である。この凹溝からなる通路４０も、図３に示す実施形態と同様に、突起２２の周方向の一方側の面ａ１と他方側の面ａ１との間を貫通するようにして形成されている。この凹溝からなる通路４０の場合においても、保持器５が回転することで、保持器５の周囲に存在するエアが通路４０を通過して、ころ４及び保持器５を冷却することができる。このため、ころ軸受１の温度上昇を抑制することが可能となる。

なお、図３に示すように通路４０を貫通孔とした場合、通路４０を形成することによって突起（柱部の一部）２２に生じる断面欠損部分を小さく抑えることができる。このため、通路４０を凹溝（切り欠き溝）とする場合に比べて、突起２２の強度低下を抑えることができる。

また、本実施形態の保持器５は樹脂製であることから、金属製（例えば黄銅製）とするよりも、回転抵抗を小さくすることができ、低騒音であり、高速回転対応性能が高い。
なお、保持器には黄銅製（銅合金製）のものがあるが、特に高速回転の環境で用いられる場合、保持器の内周面、外周面及びポケット面等が、内輪、外輪及びころに接触すると摩耗し、摩耗粉が発生する。この摩耗粉が、ころ軸受１の潤滑剤に混入すると、潤滑剤の性能が劣化し、軸受の焼き付きや損傷の原因になるおそれがある。しかし、本実施形態の保持器５は樹脂製であるため、前記のような摩耗粉による潤滑性能の劣化を防ぐことができる。つまり、樹脂製の保持器５は、黄銅製のものに比べて高速回転に適している。

また、本発明の保持器５は、複列ころ軸受以外に、図６に示す単列ころ軸受に適用される。この場合であっても、保持器５の形態は、前記実施形態と同じであり、ここでは説明を省略する。
また、本実施形態の保持器５は、回転する際、保持器５に設けた摺接部（突起２２と延長部３４との内の一方又は双方）をころ４に摺接させることにより、保持器５を転動体であるころ４に案内させることで、保持器５を径方向について位置決めする転動体案内の保持器であってもよく、又は、回転する際、円環部１０の外周面を外輪３の内周面に摺接させることにより、保持器５を外輪３に案内させることで、保持器５を径方向について位置決めする外輪案内の保持器であってもよい。

本発明の転がり軸受、及び保持器は、図示する形態に限らず本発明の範囲内において他の形態のものであってもよい。
例えば、前記実施形態（図４参照）では、柱本体２１の径方向外側に突起２２を設け、ころ４が径方向外側に脱落するのを防止する場合について説明したが、これ以外に、図示しないが、突起２２を柱本体２１の径方向内側に設け、ころ４が径方向内側に脱落するのを防止する保持器であってもよい。この場合であっても、径方向内側の突起に、エアを通過させる通路が形成される。

また、前記実施形態（図３参照）では、円環部１０，１１の円筒面１５，１６よりも、柱部２０の外側面２５が径方向内側に位置しており、この外側面２５から突出した突起２２が設けられ、この突起２２に通路４０を形成する場合について説明したが、この突起２２を省略し、柱本体２１の径方向外側部に通路４０を形成してもよい。なお、この場合、柱部２０（柱本体部２１）の径方向寸法は、図３に示す形態よりも長く（図３の突起２２に相当する位置まで長く）形成されており、この径方向外側部がころ側に突出しており、ころ４が径方向外側へ脱落するのを防止する機能を有している。このように、柱部２０の径方向内側又は径方向外側の一部に、その一部の周方向の一方側と他方側との間を貫通しエアを通過させる通路４０が形成されていればよい。

また、ころ軸受１は、工作機械の主軸６の支持以外の用途であってもよい。また、前記実施形態の保持器５を有している転がり軸受は、ころ軸受でなくてもよく、転動体が玉である玉軸受であってもよい。
また、前記保持器５は、一対の円環部１０，１１と、これら円環部１０，１１を連結している複数の柱部２０とを備えているかご型であるが、これ以外として、保持器５は、櫛型であってもよい。櫛型の保持器は、図示しないが、一つの円環部と、この円環部から軸方向に延びかつ周方向に間隔をあけて設けられている複数の柱部とを備え、周方向で隣り合う柱部の間に、転動体を保持するポケットが形成されている。そして、この柱部の一部（突起）に前記と同様の通路が形成されている。

１：複列ころ軸受（転がり軸受） ２：内輪 ３：外輪
４：ころ（転動体） ５：保持器 ７：ポケット
１０：円環部 １１：円環部 ２０：柱部
２１：柱本体 ２２：突起 ４０：通路

Claims (4)

1. 内輪と外輪との間に複数の転動体が配置される転がり軸受に組み込まれ、前記転動体を保持する保持器であって、
   円環部と、この円環部から軸方向に延びかつ周方向に間隔をあけて設けられている複数の柱部と、を備え、周方向で隣り合う前記柱部の間に前記転動体を保持するポケットが形成され、
   前記柱部の径方向内側又は径方向外側の一部に、当該一部の周方向の一方側と他方側との間を貫通しエアを通過させる通路が形成されていることを特徴とする転がり軸受用の保持器。
2. 前記柱部は、前記円環部と連続している柱本体と、この柱本体の径方向内側又は径方向外側に設けられ前記ポケットから前記転動体が径方向に脱落するのを防止するための突起と、を有しており、
   前記通路は、前記突起に形成されている請求項１に記載の転がり軸受用の保持器。
3. 前記通路は、貫通孔からなる請求項１又は２に記載の転がり軸受用の保持器。
4. 内輪と、外輪と、これら内輪と外輪との間に配置された複数の転動体と、前記転動体を保持する保持器と、を備え、
   前記保持器は、円環部と、この円環部から軸方向に延びかつ周方向に間隔をあけて設けられている複数の柱部と、を備え、周方向で隣り合う前記柱部の間に前記転動体を保持するポケットが形成され、
   前記柱部の径方向内側又は径方向外側の一部に、当該一部の周方向の一方側と他方側との間を貫通しエアを通過させる通路が形成されていることを特徴とする転がり軸受。

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