JP6556454B2 - 玉軸受用保持器 - Google Patents

Description

この発明は、例えば、工作機械主軸等に用いられる玉軸受用保持器に関する。

工作機械主軸等に使用されるアンギュラ玉軸受は回転速度が速いため、比重の重い金属製保持器の使用は少なく、ガラス繊維やカーボン繊維等で補強されたナイロンポリアミドやＰＰＳ、ＰＥＥＫまたはフェノールなどの樹脂保持器が使用される。

一般的に中低速域では、内径拘束形の転動体案内保持器が使用されることが多い（特許文献１，２：内径拘束形のボール案内アンギュラ玉軸受、特許文献３：内径拘束形のボール案内保持器）。また外径拘束形のころ案内保持器も提案されている（特許文献４）。
転動体案内保持器は高精度、微細な面粗さに管理されたボールとの案内（接触）であり、内輪案内保持器や外輪案内保持器と違って、外輪内径面や内輪外径面を研削仕上げとする必要はない。したがって、転動体案内保持器は、内輪案内保持器や外輪案内保持器に比べ、コスト面で優れている。

特許第３６１１９１８号公報 特開平９−２３６１２７号公報 特許第４１９２５１５号公報 特開２００６−１６１８８２号公報

しかし、転動体中心径（ｍｍ）と回転速度（ｍｉｎ^−１）との積であるｄｍｎ値で１００万を超えるような高速領域になると、転動体案内保持器は、遠心力の作用で膨張し、径方向に案内する際の保持器のボール受け部（内径拘束形は保持器の内径側）とボールとのアタリが強くなる。このため、ボール受け部にかかる抵抗や発熱が次第に大きくなり潤滑不良や、酷い場合は接触面の異常摩耗、溶解に進展する。

図８は、従来例の玉軸受用保持器を使用したアンギュラ玉軸受の断面図であり、図９は、この玉軸受用保持器の斜視図であり、図１０は、この玉軸受用保持器外径側から見た平面図である。図８〜図１０に示すように、従来の内径拘束形の転動体案内保持器３０は、軸受断面に対し垂直方向に円弧形状のポケットＰｔが開けられている。図１１は、図８のＡ−Ａ線断面図である。内径拘束形のボール受け部３１は、保持器位置が中立位置状態のときにボール３２とのすきま「Ｂ」が設定され、保持器３０を上下に動かしても内輪３３、外輪３４とは接触しないボール案内が保たれている。
この内径拘束形の転動体案内保持器３０を高速回転すると、保持器３０の遠心膨張や振れ回りなどによりボール公転周方向Ｑ点でボール３２とポケットＰｔが接触し、場合によっては保持器ポケットＰｔにボール３２がくい込むことになり、ボール３２とポケットＰｔの接触による抵抗や発熱が大きい。

この発明の目的は、ボール案内でありながら高速まで運転可能な玉軸受用保持器を提供することである。

この発明の玉軸受用保持器は、内外輪間に介在するボールを、円環部の円周方向複数箇所に設けられたポケットに保持し、前記円環部は、軸方向両側に配置される環状部と、これら環状部を繋ぎ円周方向複数箇所に配置される柱部とを備え、前記軸方向両側の環状部と、円周方向に隣接する柱部とで前記ポケットが形成されるボール案内の玉軸受用保持器において、
前記各柱部における、前記ボールとの周方向の接触部を、前記柱部における軸方向中央部分に設けられて軸方向に沿って延びる平面とし、この平面は、前記柱部に設けられた径方向の内側に突出する突出部分にわたって設けられ、前記平面で前記ボールを案内させることを特徴とする。

この構成によると、各柱部における、ボールとの周方向の接触部を、軸方向に沿って延びる平面としたため、従来の内径拘束形の転動体案内保持器の持つ円孔接触部に比べ、ボールとの接触面積を少なくすることができる。これにより前記接触部での局部的な発熱を抑えることができる。したがって、本願の玉軸受用保持器は、高速運転時の遠心力が作用しても、ボールと前記接触部の発熱を抑えることができ、高速運転が可能となる。またボール案内であるため、外輪内径面や内輪外径面を研削仕上げする必要がなくなるため、加工工数の低減を図ることができる。

前記突出部分は、前記各柱部の厚み方向中間部から半径方向内方に延び、且つ、先端に向かうに従って幅狭に形成されていても良い。
前記各環状部における、前記ボールとの軸方向の接触部を、周方向に沿って延びる平面とし、この平面で前記ボールを案内させても良い。この場合、ボールを、柱部の平面と環状部の平面とで案内するため、ボールがポケットに接触するときの荷重を、軸受回転方向に作用する荷重と、軸方向に作用する荷重とに分担させることができる。したがって、従来の内径拘束形の保持器よりもボールとの接触面積を少なくすると共に接触部での局部的な発熱を抑えることができる。

前記柱部と前記環状部との繋ぎ部が、Ｒ形状または円弧状に形成されるものとしても良い。この場合、Ｒ形状または円弧状の繋ぎ部と、ボールとの間に、潤滑のための空間が形成される。エアオイル潤滑の場合、前記「空間」が形成されることで、円滑な給排油が可能となり、ボールと保持器ポケットの接触部に常に適量の油が供給される。グリース潤滑の場合、接触部近傍のグリース保持に寄与し、前記「空間」に保持されたグリースが、ボールと保持器ポケットに供給され、高速運転時の潤滑信頼性を高め、接触による摩擦および摩耗を抑制している。

前記柱部と前記環状部との繋ぎ部が、円弧状に形成され、この繋ぎ部の円弧状となる部分を、前記ポケットの中心よりオフセットした円弧面とし、この円弧面と前記ボールとの間にすきまが形成されるようにしても良い。この場合、円弧状の繋ぎ部とボールとの間に、潤滑のための隙間が形成される。エアオイル潤滑の場合、前記「隙間」が形成されることで、円滑な給排油が可能となり、ボールと保持器ポケットの接触部に常に適量の油が供給される。グリース潤滑の場合、接触部近傍のグリース保持に寄与し、前記「隙間」に保持されたグリースが、ボールと保持器ポケットに供給され、高速運転時の潤滑信頼性を高め、接触による摩擦および摩耗を抑制している。

前記繋ぎ部の半径寸法を、前記ポケットの軸方向の総幅に対し１５％以上としても良い。この繋ぎ部の半径寸法は、例えば、試験やシミュレーション等の結果により定められる。この繋ぎ部の半径寸法を前記のように数値限定した場合、高速運転時の潤滑信頼性をより一層高め得る。

いずれかの発明の玉軸受用保持器は、アンギュラ玉軸受用の保持器であっても良いし、樹脂製であっても良い。
前記樹脂製の玉軸受用保持器は、射出成型にて製作されるものとしても良い。この場合、保持器を機械加工等で製作するよりも、量産性に優れ、コスト低減を図れる。
前記円環部は、この円環部の軸方向に互いに対向する二つの環状体を有し、これら環状体を前記軸方向に対向して組み合わせて複数の前記ポケットが形成されるものとしても良い。この場合、内外輪の軌道面間に複数のボールを挿入した後、二つの環状体を前記軸方向の両側から組み合わせてこの保持器を容易に組み立てることができる。
この保持器を樹脂製として二つの環状体を同一形状とすると、一種類の成形用金型で前記二つの環状体を成形できるため、金型費用を抑えて保持器のコスト低減を図れると共に、組み合わせる二つの環状体を分別する必要がなく環状体の管理も容易である。
いずれかの発明の玉軸受用保持器を用いた工作機械主軸用のアンギュラ玉軸受であっても良い。

この発明の玉軸受用保持器は、内外輪間に介在するボールを、円環部の円周方向複数箇所に設けられたポケットに保持し、前記円環部は、軸方向両側に配置される環状部と、これら環状部を繋ぎ円周方向複数箇所に配置される柱部とを備え、前記軸方向両側の環状部と、円周方向に隣接する柱部とで前記ポケットが形成されるボール案内の玉軸受用保持器において、前記各柱部における、前記ボールとの周方向の接触部を、前記柱部における軸方向中央部分に設けられて軸方向に沿って延びる平面とし、この平面は、前記柱部に設けられた径方向の内側に突出する突出部分にわたって設けられ、前記平面で前記ボールを案内させるため、ボール案内でありながら高速まで運転可能となる。

この発明の第１の実施形態に係る玉軸受用保持器を使用したアンギュラ玉軸受の断面図である。 （Ａ）は同玉軸受用保持器の斜視図、（Ｂ）は図２（Ａ）の要部の拡大図である。 （Ａ）は同玉軸受用保持器を外径側から見た平面図、（Ｂ）は図３（Ａ）の要部の拡大図である。 同玉軸受用保持器と従来保持器を比較して説明する図である。 この発明の他の実施形態に係る玉軸受用保持器を外径側から見た要部の拡大平面図である。 この発明のさらに他の実施形態に係る玉軸受用保持器を外径側から見た要部の拡大平面図である。 この発明のさらに他の実施形態に係る玉軸受保持器を外径側から見た要部の平面図である。 従来例の玉軸受用保持器を使用したアンギュラ玉軸受の断面図である。 同玉軸受用保持器の斜視図である。 同玉軸受用保持器外径側から見た平面図である。 図８のＡ−Ａ線断面図である。

この発明の第１の実施形態を図１ないし図４と共に説明する。この実施形態に係る玉軸受用保持器は、特に、工作機械主軸用のアンギュラ玉軸受の保持器に適用される。
図１は、玉軸受用保持器を使用したアンギュラ玉軸受の断面図である。このアンギュラ玉軸受は、内輪１と外輪２との間に、保持器３に保持されたボール４が介在している。この保持器３は、ボール案内で内径拘束形である。ボール４は、例えば、鋼球やセラミックス等からなる。

保持器３は、内外輪１，２間に介在するボール４を、円環部５の円周方向複数箇所に設けられたポケットＰｔに保持する。保持器３は、例えば、樹脂製であり、射出成型にて製作される。この保持器３に使用される樹脂材料としては、高速回転に有利な高剛性のＰＥＥＫ樹脂等で代表されるスーパーエンジニアプラスチックにカーボンファイバーあるいはグラスファイバーを２０〜４０％含有したものや、コスト面に配慮したポリアミド樹脂等で代表されるエンジニアプラスチックにカーボンファイバーあるいはグラスファイバーを２０〜４０％含有したものが適用される。

図２（Ａ）はこの保持器３の斜視図であり、図２（Ｂ）は図２（Ａ）の要部の拡大図である。図３（Ａ）はこの保持器３を外径側から見た平面図であり、図３（Ｂ）は図３（Ａ）の要部の拡大図である。図２、図３に示すように、保持器３の円環部５は、軸方向両側に配置される環状部６，６と、これら環状部６，６を繋ぎ円周方向複数箇所に配置される柱部７とを備える。軸方向両側の環状部６，６と、円周方向に隣接する柱部７，７とで前記ポケットＰｔが形成される。

図２（Ｂ）および図３（Ｂ）に示すように、ポケットＰｔは、この保持器３を外径側から見た平面視で略矩形状に形成される。各ポケットＰｔにおいて、一対の柱部７，７が互いに対向するように配置される。各柱部７における、ボール４（図１）との接触部を、軸方向に沿って延びる平面８とし、この平面８は、前記柱部７に設けられた径方向の内側に突出する突出部分７ａにわたって設けている。この平面８でボール４（図１）を案内させる。この柱部７における平面８を、「回転方向ストレート面８」と称す。

各ポケットＰｔにおける二つの回転方向ストレート面８，８は、各柱部７の厚み方向中間付近部から半径方向内方に所定距離延び、且つ、先端に向かうに従って互いの円周方向距離が次第に近づくように設けられる。また各回転方向ストレート面８は、基端から先端に向かうに従って幅狭に形成される。この保持器３は、柱部７における回転方向ストレート面８により、ボール案内内径拘束形とされる。

各環状部６における、軸方向の接触部を、周方向に沿って延びる平面９とし、この平面９でもボール４（図１）を案内させる。この環状部６における平面９を、「軸方向ストレート面９」と称す。各ポケットＰｔにおける二つの軸方向ストレート面９，９は、互いに平行な面に形成されている。ボール４（図１）を、前述の回転方向ストレート面８と軸方向ストレート面９とで案内するため、ボール４（図１）がポケットＰｔに接触するときの荷重を、軸受回転方向に作用する荷重と、軸方向に作用する荷重とに分担させ得る。

柱部７と環状部６との繋ぎ部１０は、丸面取りから成るＲ形状または円弧状に形成される。前記Ｒ形状または円弧状の円弧中心は、ポケットＰｔ内に位置する。略矩形状に形成される各ポケットＰｔにおける四隅に、それぞれ繋ぎ部１０が形成される。この繋ぎ部１０の半径方向寸法を、ポケットＰｔの軸方向の総幅Ｌ１に対し１５％以上としている。この繋ぎ部１０の半径寸法は、例えば、試験やシミュレーション等の結果により定められる。

ここで図４は、本実施形態の保持器３（同図右側）と従来保持器５０（同図左側）を比較して説明する図である。従来保持器５０では、ポケットＰｔの円孔面５１でボール４が接触するのに対し、本実施形態の保持器３では、ポケットＰｔの回転方向ストレート面８でボール４が接触する。

また本実施形態の保持器３では、Ｒ形状または円弧状の繋ぎ部１０と、ボール４との間に、潤滑のための空間１１が形成される。エアオイル潤滑の場合、前記「空間」１１が形成されることで、円滑な給排油が可能となり、ボール４と保持器ポケットＰｔの接触部に常に適量の油が供給される。グリース潤滑の場合、接触部近傍のグリース保持に寄与し、前記「空間」１１に保持されたグリースが、ボール４と保持器ポケットＰｔに供給され、高速運転時の潤滑信頼性を高め、接触による摩擦および摩耗を抑制している。

以上説明した保持器４によると、各柱部７における、ボール４との周方向の接触部を、軸方向に沿って延びる平面８としたため、従来の内径拘束形の転動体案内保持器の持つ円孔接触部に比べ、ボール４との接触面積を少なくすることができる。これにより前記接触部での局部的な発熱を抑えることができる。したがって、本願の玉軸受用保持器３は、高速運転時の遠心力が作用しても、ボール４と前記接触部の発熱を抑えることができ、高速運転が可能となる。またボール案内であるため、外輪内径面や内輪外径面を研削仕上げする必要がなくなるため、加工工数の低減を図ることができる。

各環状部６における、ボール４との軸方向の接触部を、周方向に沿って延びる平面９とし、この平面９でボール４を案内させている。ボール４を、柱部７の平面８と環状部６の平面９とで案内するため、ボール４がポケットＰｔに接触するときの荷重を、軸受回転方向に作用する荷重と、軸方向に作用する荷重とに分担させることができる。したがって、従来の内径拘束形の保持器よりもボールとの接触面積を少なくすると共に接触部での局部的な発熱を抑えることができる。

他の実施形態について説明する。
以下の説明においては、各形態で先行する形態で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形態と同様とする。同一の構成から同一の作用効果を奏する。実施の各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、実施の形態同士を部分的に組合せることも可能である。

図５に示すように、柱部７と環状部６との繋ぎ部１０が、円弧状に形成され、この繋ぎ部１０の円弧状となる部分を、前記ポケットＰｔの中心Ｏ１より軸方向および周方向にそれぞれオフセットした円弧面とし、この円弧面とボールとの間にすきまが形成されるようにしても良い。
図６に示すように、繋ぎ部１０の円弧状となる部分を、ポケットＰｔの中心Ｏ１より軸方向にオフセットした円弧面とし、この円弧面とボールとの間にすきまが形成されるようにしても良い。

これらの場合、円弧状の繋ぎ部１０とボールとの間に、潤滑のための隙間が形成される。エアオイル潤滑の場合、前記「隙間」が形成されることで、円滑な給排油が可能となり、ボールと保持器ポケットＰｔの接触部に常に適量の油が供給される。グリース潤滑の場合、接触部近傍のグリース保持に寄与し、前記「隙間」に保持されたグリースが、ボールと保持器ポケットＰｔに供給され、高速運転時の潤滑信頼性を高め、接触による摩擦および摩耗を抑制している。

図７に示すように、この保持器３Ａの円環部５は、この円環部５の軸方向に互いに対向する二つの環状体１２，１２を有し、これら環状体１２，１２を前記軸方向に対向して組み合わせて複数のポケットＰｔが形成されるようにしても良い。この実施形態の二つの環状体１２，１２は互いに同一形状とし、表裏反対向きに組み合わせている。この場合に柱部７は、二つの環状体１２，１２を組み合わせたときに面接触する合わせ面１３を有する。合わせ面１３は、各柱部７における円周方向の中央付近部を除き、前記軸方向に垂直な平面である。この合わせ面１３は、円環部５の軸方向中央から軸方向にずれた位置に形成されている。

この保持器３Ａによると、円環部５は、軸方向に互いに対向する二つの環状体１２，１２を軸方向に対向して組み合わせて複数のポケットＰｔが形成される。このため、内外輪１，２の軌道面間に複数のボール４を挿入した後、二つの環状体１２，１２を前記軸方向の両側から組み合わせてこの保持器３Ａを前記軸方向の両側から組み合わせてこの保持器３Ａを容易に組み立てることができる。
この保持器３Ａを樹脂製として二つの環状体１２，１２を同一形状としているため、一種類の成形用金型で前記二つの環状体１２，１２を成形できる。このため、金型費用を抑えて保持器３Ａのコスト低減を図れると共に、組み合わせる二つの環状体１２，１２を分別する必要がなく環状体１２の管理も容易である。

以上、実施形態に基づいてこの発明を実施するための形態を説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１…内輪
２…外輪
３，３Ａ…保持器
４…ボール
５…円環部
６…環状部
７…柱部
８…回転方向ストレート面（平面）
９…軸方向ストレート面（平面）
１０…繋ぎ部
１２…環状体
Ｐｔ…ポケット

Claims (10)

1. 内外輪間に介在するボールを、円環部の円周方向複数箇所に設けられたポケットに保持し、前記円環部は、軸方向両側に配置される環状部と、これら環状部を繋ぎ円周方向複数箇所に配置される柱部とを備え、前記軸方向両側の環状部と、円周方向に隣接する柱部とで前記ポケットが形成されるボール案内の玉軸受用保持器において、
   前記各柱部における、前記ボールとの周方向の接触部を、前記柱部における軸方向中央部分に設けられて軸方向に沿って延びる平面とし、この平面は、前記柱部に設けられた径方向の内側に突出する突出部分にわたって設けられ、前記平面で前記ボールを案内させることを特徴とする玉軸受用保持器。
2. 請求項１に記載の玉軸受用保持器において、前記突出部分は、前記各柱部の厚み方向中間部から半径方向内方に延び、且つ、先端に向かうに従って幅狭に形成されている玉軸受用保持器。
3. 請求項１または請求項２に記載の玉軸受用保持器において、前記各環状部における、前記ボールとの軸方向の接触部を、周方向に沿って延びる平面とし、この平面で前記ボールを案内させる玉軸受用保持器。
4. 請求項３に記載の玉軸受用保持器において、前記柱部と前記環状部との繋ぎ部が、Ｒ形状または円弧状に形成される玉軸受用保持器。
5. 請求項３に記載の玉軸受用保持器において、前記柱部と前記環状部との繋ぎ部が、円弧状に形成され、この繋ぎ部の円弧状となる部分を、前記ポケットの中心よりオフセットした円弧面とし、この円弧面と前記ボールとの間にすきまが形成されるようにした玉軸受用保持器。
6. 請求項４または請求項５に記載の玉軸受用保持器において、前記繋ぎ部の半径寸法を、前記ポケットの軸方向の総幅に対し１５％以上とした玉軸受用保持器。
7. 請求項１ないし請求項６のいずれか１項に記載の玉軸受用保持器において、アンギュラ玉軸受用の保持器である玉軸受用保持器。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれか１項に記載の玉軸受用保持器において、樹脂製である玉軸受用保持器。
9. 請求項１ないし請求項８のいずれか１項に記載の玉軸受用保持器において、前記円環部は、この円環部の軸方向に互いに対向する二つの環状体を有し、これら環状体を前記軸方向に対向して組み合わせて複数の前記ポケットが形成される玉軸受用保持器。
10. 請求項１ないし請求項９のいずれか１項に記載の玉軸受用保持器を用いた工作機械主軸用のアンギュラ玉軸受。

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