JP2023012833A - 転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】転がり軸受の焼き付きを抑制する。【解決手段】内輪端面３６は、複数の凹部４０を有する。凹部４０は、内輪外周面３３の周方向に互いに間隔を空けて配置されている。上記構成によれば、転がり軸受２０の回転動作が開始された初期の段階、すなわち潤滑装置から転がり軸受に供給される潤滑油の量が十分でない場合であっても、凹部４０に留まっている潤滑油が、各軌道輪２１，３１と転動体１００との間に速やかに供給される。さらに、このような凹部４０は、当該凹部４０が設けられている内輪外周面３３の周方向に、互いに間隔を空けて複数設けられている。その結果、転がり軸受２０の回転動作の初期段階において、転がり軸受２０の焼き付きが生じ難くなる。【選択図】図１

Description

本発明は、転がり軸受に関する。

特許文献１には、第１軌道輪、第２軌道輪、及び第１軌道輪と第２軌道輪との間で転動する転動体を有する転がり軸受が記載されている。転がり軸受には、潤滑装置から潤滑油が供給される。転がり軸受の回転動作が停止されると、潤滑装置から転がり軸受に対する潤滑油の供給も停止される。

特開２０１３－０７２５５１号公報

ところで、転がり軸受への潤滑油の供給が停止されると、転がり軸受から潤滑油が流れ落ちる。このため、転がり軸受に残留する潤滑油の量が減少する。また、転がり軸受の回転動作が開始された初期の段階では、転がり軸受に潤滑装置から十分な量の潤滑油が供給されない。このため、転がり軸受に残留している潤滑油の量が減少しているときに、転がり軸受の回転動作が開始されると、開始初期の段階では、各軌道輪と転動体との間の摩擦が大きくなる。その結果、転がり軸受の焼き付きが生じるおそれがある。

上記課題を解決するための転がり軸受は、第１軌道輪、第２軌道輪、及び前記第１軌道輪と前記第２軌道輪との間で転動する転動体を有する転がり軸受と、前記第１軌道輪が固定されている第１部材と、前記第２軌道輪が固定されており、前記転がり軸受の軸受中心軸周りに回転可能な第２部材とを備えた軸受構造に用いられる前記転がり軸受であって、前記第２軌道輪の内周面及び外周面のうち前記第１軌道輪に近い面は、当該面の周方向に互いに間隔を空けて配置された複数の凹部を有する。

上記構成によれば、以下の作用効果を奏することができる。
潤滑装置から転がり軸受に供給される潤滑油は、転がり軸受の回転動作に伴って、第２軌道輪の凹部への流入と当該凹部からの排出を繰り返す。

ここで、第２軌道輪の内周面及び外周面のうち第１軌道輪に近い面が外周面である場合、凹部が鉛直方向上方に位置した状態で第２軌道輪の回転が停止すると、凹部の潤滑油は、凹部から排出されることなく同凹部内に留まる。次に、再び転がり軸受の回転動作が開始されると、凹部内の潤滑油が凹部からこぼれ落ちる。凹部からこぼれ落ちる潤滑油は、各軌道輪と転動体との間に供給される。

一方、第２軌道輪の内周面及び外周面のうち第１軌道輪に近い面が内周面である場合、凹部が鉛直方向下方に位置した状態で第２軌道輪の回転が停止すると、凹部の潤滑油は、凹部から排出されることなく、同凹部内に留まる。次に、再び転がり軸受の回転動作が開始されると、凹部内の潤滑油が凹部からこぼれ落ちる。凹部からこぼれ落ちる潤滑油は、各軌道輪と転動体との間に供給される。

このように、上記構成によれば、転がり軸受の回転動作が開始された初期の段階、すなわち潤滑装置から転がり軸受に供給される潤滑油の量が十分でない場合であっても、凹部に留まっている潤滑油が、各軌道輪と転動体との間に速やかに供給される。しかも、このような凹部は、当該凹部が設けられている面の周方向に、互いに間隔を空けて複数設けられている。したがって、当該面に凹部が一つのみ設けられている構成と比較すると、転がり軸受が停止したときに凹部に多くの潤滑油が留まりやすくなる。その結果、転がり軸受の回転動作の初期段階において、転がり軸受の焼き付きが生じ難くなる。

第１実施形態の軸受構造及び転がり軸受の概要を示す断面図である。 図１における２－２線に沿った断面図である。 第１実施形態の凹部の平面図である。 第２実施形態の軸受構造及び転がり軸受の概要を示す断面図である。 図４における５－５線に沿った断面図である。 軸受構造及び転がり軸受の変形例の概要を示す断面図である。 凹部の変形例の１つを示す図である。 凹部の変形例の１つを示す図である。

＜第１実施形態の構成＞
以下、軸受構造及び当該軸受構造に用いられる転がり軸受の第１実施形態について説明する。

［軸受構造１０］
図１に示すように、軸受構造１０は、第１部材１１と、第２部材１２と、転がり軸受２０と、を備える。第１部材１１は、転がり軸受２０を介して第２部材１２を支持する部材である。第２部材１２は、第１部材１１に対して回転可能な軸部材である。第２部材１２の回転中心軸は、鉛直方向とは異なる方向に延びている。例えば、第２部材１２の回転中心軸は、水平方向に延びている。

［転がり軸受２０］
転がり軸受２０は、ラジアル玉軸受である。ラジアル玉軸受の一例は、深溝玉軸受である。転がり軸受２０は、第２部材１２を第１部材１１に対して回転可能に保持する。転がり軸受２０の軸受中心軸Ｃ１は、第２部材１２の回転中心軸と一致する。したがって、第２部材１２は、転がり軸受２０の軸受中心軸Ｃ１周りに回転可能な部材である。以下、説明の便宜上、軸受中心軸Ｃ１が延びる方向を軸方向といい、軸方向に垂直な方向を径方向という。なお、第２部材１２が回転している場合、転がり軸受２０には、図示しない潤滑装置から潤滑油が供給される。例えば、潤滑装置は、第２部材１２を回転させる駆動力を利用して、転がり軸受２０に潤滑油を供給する。したがって、転がり軸受２０が停止すると、潤滑装置から転がり軸受２０も停止される。

転がり軸受２０は、第１軌道輪としての外輪２１、第２軌道輪としての内輪３１、及び外輪２１と内輪３１との間で転動する複数の転動体１００を有する。転動体１００は、図示しない保持器によって保持されている。このため、各転動体１００の周方向の距離は、変化しない。なお、軸受中心軸Ｃ１とは、軸受の回転の理論上の中心軸であり、内輪３１の中心軸である。

［外輪２１］
外輪２１は、軸受中心軸Ｃ１を中心とする軌道輪である。外輪２１は、外輪外周面２２と、外輪内周面２３と、外輪外周面２２と外輪内周面２３とを接続する外輪側面２４と、を備える。

外輪外周面２２は、第１部材１１に固定される。これにより、外輪２１は、第１部材１１に固定されている。
外輪内周面２３は、径方向において外輪外周面２２の反対に位置する。外輪内周面２３は、１つの外輪軌道面２５と、外輪軌道面２５と連続する２つの外輪端面２６と、を備える。

外輪軌道面２５は、軸方向において２つの外輪端面２６により挟まれている。外輪軌道面２５と２つの外輪端面２６とは、周方向全体にわたって延びている。軸受中心軸Ｃ１を含む平面における外輪軌道面２５の断面形状は、直線である。軸受中心軸Ｃ１を含む平面における外輪端面２６の断面形状は、転動体１００の半径と等しい曲率半径を有する円弧である。転動体１００は、外輪軌道面２５に接触した状態で、外輪軌道面２５に沿って転動する。

外輪端面２６は、外輪軌道面２５の軸方向の端部から外輪側面２４まで当該軸方向に延びている。
［内輪３１］
内輪３１は、軸受中心軸Ｃ１を中心とする軌道輪である。内輪３１は、内輪内周面３２と、内輪外周面３３と、内輪内周面３２と内輪外周面３３とを接続する内輪側面３４と、を備える。

内輪内周面３２は、第２部材１２に固定される。これにより、内輪３１は、第２部材１２を回転可能に支持している。
内輪外周面３３は、径方向において内輪内周面３２の反対に位置する。第１実施形態では、内輪外周面３３が、第２軌道輪の内周面及び外周面のうち第１軌道輪に近い面に相当する。内輪外周面３３は、１つの内輪軌道面３５と、２つの内輪端面３６と、を備える。

内輪軌道面３５は、軸方向において２つの内輪端面３６により挟まれている。外輪軌道面２５と２つの外輪端面２６とは、周方向全体にわたって延びている。軸受中心軸Ｃ１を含む平面における外輪軌道面２５の断面形状は、直線である。軸受中心軸Ｃ１を含む平面における外輪端面２６の断面形状は、転動体１００の半径と等しい曲率半径を有する円弧である。転動体１００は、内輪軌道面３５に接触した状態で、内輪軌道面３５に沿って転動する。

内輪端面３６は、内輪軌道面３５の軸方向の端部から内輪側面３４まで当該軸方向に延びている。内輪端面３６の各々は、複数の凹部４０を備える。内輪端面３６の各々に設けられている凹部４０の数は、例えば８つである。したがって、内輪外周面３３は、１６個の凹部４０を有する。

［凹部４０］
図２及び図３に示すように、凹部４０は、それぞれ円形の止まり穴である。凹部４０は、内輪端面３６に開口している。凹部４０は、内輪端面３６から内輪内周面３２に向かって延びている。凹部４０は、内輪端面３６から軸受中心軸Ｃ１に向かって延びている。凹部４０は、内輪３１の厚さに対する凹部４０の深さの比は任意であるが、例えば０．１から０．８までの範囲内の値であることが好ましい。凹部４０と内輪軌道面３５との最短距離Ｌ１は、凹部４０と内輪側面３４との最短距離Ｌ２と等しい。複数の凹部４０は、内輪外周面３３の周方向に等しい間隔で配置されている。隣り合う凹部４０同士の周方向の間隔は全て等しいである。２つの内輪端面３６に設けられている凹部４０の周方向における位置は、同一である。

＜第１実施形態の作用＞
潤滑装置から転がり軸受２０に供給される潤滑油は、転がり軸受２０の回転動作に伴って、内輪３１の凹部４０への流入と当該凹部４０からの排出を繰り返す。

ここで、凹部４０が鉛直方向上方に位置した状態で内輪３１の回転が停止すると、凹部４０の潤滑油は、凹部４０から排出されることなく同凹部４０内に留まる。次に、再び転がり軸受２０の回転動作が開始されると、凹部４０内の潤滑油が凹部４０からこぼれ落ちる。凹部４０からこぼれ落ちる潤滑油は、各軌道輪２１，３１と転動体１００との間、例えば各軌道面２５，３５に供給される。

＜第１実施形態の効果＞
上記構成によれば、以下の効果を奏する。
（１－１）転がり軸受２０の回転動作が開始された初期の段階、すなわち潤滑装置から転がり軸受２０に供給される潤滑油の量が十分でない場合であっても、凹部４０に留まっている潤滑油が、各軌道輪２１，３１と転動体１００との間に速やかに供給される。さらに、このような凹部４０は、当該凹部４０が設けられている内輪外周面３３の周方向に、互いに間隔を空けて複数設けられている。したがって、内輪外周面３３に凹部４０が一つのみ設けられている構成と比較すると、転がり軸受２０が停止したときに凹部４０に多くの潤滑油が留まりやすくなる。その結果、転がり軸受２０の回転動作の初期段階において、転がり軸受２０の焼き付きが生じ難くなる。

（１－２）凹部４０は、内輪外周面３３のうち、内輪軌道面３５から軸方向に延びる内輪端面３６に設けられている。
上記構成によれば、凹部４０への潤滑油の流入が転動体１００によって阻害されない。したがって、凹部４０を内輪軌道面３５に設ける場合に比べて、転がり軸受２０が停止したときに凹部４０に潤滑油が留まりやすくなる。その結果、転がり軸受２０の焼き付きが、より生じ難くなる。

（１－３）凹部４０は、内輪端面３６に、周方向に間隔を空けて複数設けられている。
上記構成によれば、潤滑油の供給が停止された場合でも、凹部４０に流れ込んだ潤滑油が当該凹部４０に留まりやすくなる。

例えば、凹部４０が内輪外周面３３の全周にわたる一つの溝である場合、凹部４０に流れ込んだ潤滑油は、潤滑油の供給の停止後に、凹部４０を周方向に伝って凹部４０の外に流れ出る。そのため、転がり軸受２０が停止したときに、凹部４０に流れ込んだ潤滑油が当該凹部４０に留まりにくくなる。

＜第２実施形態の構成＞
次に、軸受構造及び当該軸受構造に用いられる転がり軸受の第２実施形態について説明する。なお、第１実施形態の各部材と同一の構造又は機能を有する部材には、同一の部材番号を付すことで説明を省略することがある。

図４に示すように、軸受構造１０は、第１部材１１と、第２部材１２と、転がり軸受２０と、を備える。本実施形態における第１部材１１は、第１実施形態における第２部材１２と同様の機能を有する部材である。本実施形態における第２部材１２は、第１実施形態における第１部材１１と同様の機能を有する部材である。第２部材１２は、転がり軸受２０を介して第１部材１１を支持する部材である。第１部材１１は、第２部材１２に対して回転可能な部材である。第１部材１１の回転中心軸は、鉛直方向とは異なる方向に延びている。例えば、第１部材１１の回転中心軸は、水平方向に延びている。

第２実施形態の転がり軸受２０が用いられる軸受構造１０では、外輪２１が第２軌道輪に相当し、内輪３１が第１軌道輪に相当する。すなわち、内輪３１が第１部材１１に固定され、外輪２１が第２部材１２とともに回転可能に構成されている。第２実施形態では、外輪内周面２３が、第２軌道輪の内周面及び外周面のうち第１軌道輪に近い面に相当する。

図５に示すように、外輪端面２６は、それぞれ複数の凹部４０を有する。各凹部４０の数及び形状は、第１実施形態のものと同様である。凹部４０は、外輪端面２６に開口している。凹部４０は、外輪端面２６から外輪外周面２２に向かって延びている。凹部４０は、軸受中心軸Ｃ１から離れる方向に、外輪端面２６から延びている。複数の凹部４０は、外輪内周面２３の周方向に等しい間隔で配置されている。隣り合う凹部４０同士の周方向の間隔は全て等しい。２つの内輪端面３６に設けられている凹部４０の周方向の位置は、同一である。

＜第２実施形態の作用＞
第１実施形態の場合と同様に、潤滑装置から転がり軸受２０に供給される潤滑油は、転がり軸受２０の回転動作に伴って、外輪２１の凹部４０への流入と当該凹部４０からの排出を繰り返す。

ここで、凹部４０が鉛直方向下方に位置した状態で外輪２１の回転が停止すると、凹部４０の潤滑油は、凹部４０から排出されることなく、同凹部４０内に留まる。次に、再び転がり軸受２０の回転動作が開始されると、凹部４０内の潤滑油が凹部４０からこぼれ落ちる。凹部４０からこぼれ落ちる潤滑油は、各軌道輪２１，３１と転動体１００との間に供給される。

＜第２実施形態の効果＞
上記構成によれば、以下の効果を奏する。
（２）転がり軸受２０の回転動作が開始された初期の段階、すなわち潤滑装置から転がり軸受２０に供給される潤滑油の量が十分でない場合であっても、凹部４０に留まっている潤滑油が、各軌道輪２１，３１と転動体１００との間に速やかに供給される。さらに、このような凹部４０は、当該凹部４０が設けられている外輪内周面２３の周方向に、互いに間隔を空けて複数設けられている。したがって、外輪内周面２３に凹部４０が一つのみ設けられている構成と比較すると、転がり軸受２０が停止したときに凹部４０に多くの潤滑油が留まりやすくなる。その結果、転がり軸受２０の回転動作の初期段階において、転がり軸受２０の焼き付きが生じ難くなる。

さらに、第２実施形態によれば、第１実施形態における（１－２）、（１－３）と同様の作用効果を得ることができる。この場合、（１－２）及び（１－３）の記載において、内輪外周面３３は外輪内周面２３と、内輪軌道面３５は外輪軌道面２５と、内輪端面３６は外輪端面２６と、読み替えることとする。

＜変形例＞
各実施形態は、以下のように変更して実施できる。各実施形態及び以下の変形例は、技術的に矛盾しない範囲で互いに組み合わせて実施できる。以下の変形例においても、各実施形態の各部材と同様の構造又は機能を有する部材には、同一の部材番号を付すことで説明を省略することがある。

・各実施形態において、転がり軸受２０は、深溝玉軸受に限られない。図６に示すように、例えば、転がり軸受２０は、円筒ころ軸受等のラジアルころ軸受であってもよい。
第１実施形態のように内輪３１が第２軌道輪に相当する場合、凹部４０を内輪端面３６設けることで、第１実施形態と同様の作用効果を奏することができる。

一方、第２実施形態のように外輪２１が第２軌道輪に相当する場合、凹部４０を外輪端面２６に設けることで、第２実施形態と同様の作用効果を奏することができる。
・第１実施形態において、凹部４０と内輪軌道面３５との最短距離Ｌ１は、凹部４０と内輪側面３４との最短距離Ｌ２と異なっていてもよい。特に、凹部４０と内輪軌道面３５との最短距離Ｌ１が凹部４０と内輪側面３４との最短距離Ｌ２より短い場合、凹部４０からこぼれ落ちる潤滑油が内輪側面３４よりも内輪軌道面３５に向かって流れやすくなる。これにより、各軌道輪２１，３１と転動体１００との間に潤滑油が供給されやすくなるため、転がり軸受２０の焼き付きがさらに生じ難くなる。第２実施形態についても同様である。

・各実施形態において、隣り合う凹部４０の周方向における間隔は等間隔に限らず任意である。
・第１実施形態において、図７に示すように、内輪端面３６には、凹部４０から内輪軌道面３５まで伸びる溝４１が設けられていてもよい。これにより、凹部４０に留まっている潤滑油が、溝４１に伝って、内輪軌道面３５に供給されやすくなる。第２実施形態においても、上記変形例を内輪外周面３３は外輪内周面２３と、内輪軌道面３５は外輪軌道面２５と、内輪端面３６は外輪端面２６と、読み替えることで同様の作用効果を得ることができる。

また、溝４１は、凹部４０の任意の端部に接続可能である。特に、溝４１は、凹部４０の周方向における端部に接続されていることが好ましい。これにより、第２軌道輪としての外輪内周面２３又は内輪外周面３３が周方向に回転することで、凹部４０に留まっている潤滑油が周方向における凹部４０の端部に導かれる。そして、潤滑油は、当該端部から溝４１を介して、各軌道輪２１，３１と転動体１００との間に供給される。これにより、転がり軸受２０の焼き付きをより抑制できる。

さらに、溝４１は、凹部４０の周方向における両端にそれぞれ１つずつ設けられていてもよい。これによれば、転がり軸受２０が順方向回転をする場合でも、逆方向に回転する場合でも、溝４１を介して凹部４０の潤滑油を各軌道輪２１，３１と転動体１００との間に供給することができる。

・各実施形態において、図８に示すように、凹部４０は、周方向に延びる長穴であってもよい。これにより、凹部４０が外輪２１に設けられている場合には鉛直方向上方を向いた状態、凹部４０が内輪３１に設けられている場合には鉛直方向下方を向いた状態で、転がり軸受２０の回転が停止する可能性が高くなり、より潤滑油を留めやすくなる。

・各実施形態において、第２部材のみならず、第１部材も回転可能に構成されていてもよい。この場合、外輪２１及び内輪３１の両方にそれぞれ複数の凹部４０が設けられていてもよい。

１０…軸受構造
１１…第１部材
１２…第２部材
２０…転がり軸受
２１…外輪
２３…外輪内周面
３１…内輪
３３…内輪外周面
４０…凹部
１００…転動体

Claims (1)

1. 第１軌道輪、第２軌道輪、及び前記第１軌道輪と前記第２軌道輪との間で転動する転動体を有する転がり軸受と、前記第１軌道輪が固定されている第１部材と、前記第２軌道輪が固定されており、前記転がり軸受の軸受中心軸周りに回転可能な第２部材とを備えた軸受構造に用いられる前記転がり軸受であって、
   前記第２軌道輪の内周面及び外周面のうち前記第１軌道輪に近い面は、当該面の周方向に互いに間隔を空けて配置された複数の凹部を有する、
   転がり軸受。

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