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発明の名称 転がり軸受
発行国 日本国特許庁(JP)
公報種別 公開特許公報(A)
公開番号 特開2001−173662(P2001−173662A)
公開日 平成13年6月26日(2001.6.26)
出願番号 特願平11−376825
出願日 平成11年12月20日(1999.12.20)
代理人 【識別番号】100104776
【弁理士】
【氏名又は名称】佐野 弘
【テーマコード(参考)】
3J101
【Fターム(参考)】
3J101 AA02 AA12 AA32 AA42 AA52 AA62 AA72 BA02 FA15 FA41 FA44 FA46 
発明者 寺町 博
要約 目的


構成
特許請求の範囲
【請求項1】互いに同心的に配置された一対の軌道輪と、該軌道輪間に転動自在に介装される多数の転動体とを備えた転がり軸受において、前記転動体は、円弧状に膨らんだ転動球面部と、該転動球面部両端の球面状に膨らんだ端面球面部と、を備え、前記転動球面部の円弧半径を端面球面部の曲率半径よりも大きくし、前記転動球面部の最大径よりも端面球面部間の長さを長くしたことを特徴とする転動体。
【請求項2】転動球面部の最大径を短径とし、端面球面部間の長さを長径とすると、短径が長径に対して略80%±15%の範囲に設定されていることを特徴とする請求項1に記載の転がり軸受。
【請求項3】転動体の転動球面部と各軌道輪の軌道面との接触方向は、回転中心軸と直交する直交面に対して所定の接触角を有するアンギュラ接触である請求項1または2に記載の転がり軸受。
【請求項4】転動球面部の端面球面部の一方が大径で他方が小径となっており、転動球面部の円弧は長手方向に勾配が付けられたテーパ球面形状となっている請求項3に記載の転がり軸受。
発明の詳細な説明
【0001】
【発明の属する技術分野】この発明は、従来の玉軸受における玉の点接触から球面形状の線接触構造に代え、有効接触長さをころの2/3程度として、玉軸受の使い易い特性を持ちながら負荷容量を4倍、寿命をその3乗の64倍ところ軸受に近くし、高剛性,高荷重で且つころ軸受の使い難さを無くしたきわめて高性能の転がり軸受に関する。
【0002】
【従来の技術】従来のこの種の転がり軸受に使用する転動体としては、「玉」と「ころ」があった。玉は、玉軸受で点接触であり、負荷容量が小さいが、使い易さがある。一方、ころは、ころ軸受で線接触であり、負荷容量は玉軸受の6倍と高荷重,高剛性に耐えられるが、軌道輪の高精度加工と組立技術が必要のため使い難い面があり、且つ高価であった。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、玉のように使い易い性能を持ち、且つころのように高負荷容量を持つ転動体を用いた転がり軸受を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため、この発明にあっては、互いに同心的に配置された一対の軌道輪と、該軌道輪間に転動自在に介装される多数の転動体とを備えた転がり軸受において、前記転動体は、円弧状に膨らんだ転動球面部と、該転動球面部両端の球面状に膨らんだ端面球面部と、を備え、前記転動球面部の円弧半径を端面球面部の曲率半径よりも大きくし、前記転動球面部の最大径よりも端面球面部間の長さを長くしたことを特徴とする。転動球面部の最大径を短径とし、端面球面部間の長さを長径とすると、短径が長径に対して略80%±15%の範囲に設定されていることが好適である。また、転動体の転動球面部と各軌道輪の軌道面との接触方向は、回転中心軸と直交する直交面に対して所定の接触角を有するアンギュラ接触である場合に有利である。この場合、転動球面部の端面球面部の一方が大径で他方が小径となっており、転動球面部の円弧は長手方向に勾配が付けられたテーパ球面形状となっていることが好適である。
【0005】
【発明の実施の形態】次に、この発明の実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図1(A)は、本発明の実施の一実施の形態に係る転がり軸受としてのアンギュラコンタクト式の軸受を、従来のアンギュラコンタクト玉軸受(図1(B)参照)と比較して示している。この転がり軸受は、互いに同心的に配置された一対の軌道輪としての外輪21と内輪22とを有し、この外輪21と内輪22の軌道面23,24間に多数の転動体1が転動自在に介装されている。転動体1の転動球面部2と各軌道面23,24との接触方向は、回転中心軸と直交する直交面に対して所定の接触角αを有するアンギュラ接触となっている。また、転動体1はリング状の保持器30によって所定間隔を隔てて保持されている。
【0010】図2は、上記転動体1を詳細に示している。転動体1は、円弧状に膨らんだ転動球面部2と、この転動球面部2両端の球面状に膨らんだ端面球面部3,3と、を備え、転動球面部2の円弧半径が端面球面部3の曲率半径よりも大きく、転動球面部2の最大径dよりも端面球面部3,3間の長さWが長くなっている。転動球面部2が接触する軌道面23,24は、転動球面部2の円弧半径よりもやや大径の円弧状の凹面となっている。左右の端面球面部3,3の中心Oはほぼ等しく、ほぼ一つの仮想球面B上に位置し、転動球面部2の円弧は仮想球面Bよりも内側に位置している。転動面球面部2は、左右両端が同一径で、中心軸Xに対して直交する中心Oを通る軸に対して左右対称的な円弧形状となっている。転動体1の形状は、転動球面部2の円弧面と端面球面部3,3の球面とを組み合わせた形状で、その長手方向断面が略楕円形と円形の中間の形状となっており、転動球面部2と端面球面部3,3の境界部には丸みが付けられている。転動体1の転動球面部2の最大径dを短径、端面球面部3,3間(頂点間)の長さWを長径とすると、短径dが長径Wに対して80±15%の範囲に設定されることが好適である。図2(A)〜(C)は80%の例、図2(D)〜(F)は90%の例である。すなわち、短径dと長径Wの比率が小さい(差が小さい)ほどボールに近くなり、比率が大きい(差が大きい)ほどローラに近づき、高負荷容量が得られ、重荷重に適する。なお、接触角αの大きさに応じて転動体1の長径に対する短径の割合を変えることが好ましい。たとえば、接触角αが15°,20°,30°のタイプであれば、90〜95%場合によっては97%程度まで、接触角αが45°の場合には85%程度とすることが好ましい。
【0006】転動体1の製造は、焼き入れ前の玉の素球(生ボール)の中央部を、転造等によって、円弧状に押し潰して転動球面部2を成形すればよい。両極に残った部分が端面球面部3,3となる。玉の素球は寸法精度が高く均質なので、均質な転動体1を安く製作できる。転動球面部2は、焼き入れ後、左右の端面球面部3を支持して研削する。なお、転動球面部2および端面球面部3の形状は、幾何学的に厳密な意味での球面形状である必要はなく丸く膨らんだ形状であればよい。また、端面球面部3,3の頂点(中心軸Xとの交点)にセンタ孔を設けてもよい。
【0007】保持器30は、図4に示すように、転動体1の外輪21側の端面球面部3を保持する保持凹部31を備えたアウタケージ部32と、転動体1の内輪22側の球冠状端面部3を保持する保持凹部33を備えたインナケージ部34と、を備え、アウタケージ部32とインナケージ部34は連結されている。
【0008】本実施の形態の転がり軸受の場合、玉と比較すると、転動球面部2の接触長が長くなるので、玉に比べて負荷容量は数倍大きくなる。有効接触長さは、ころの2/3程度に設定することが好適で、このようにすれば、調心性に優れ、しかも玉の4倍程度の負荷容量が得られる。また、図2(A)に示すように、接触長さをW1とすると、中央部と両端部の径の差に起因する差動すべり量π(d−d0)は、玉の場合のπ(d1−d0)に比べて小さいので、摩擦抵抗が軽減される。従って、軽快に移動すると共に発熱量も小さい。特に、アンギュラコンタクト軸受の場合には、スラスト方向の荷重が大きく、転動体1が軌道面23,24に押し付けられた状態で転動移行するので、負荷容量が要求されるし、差動すべりによる発熱防止を図る必要がある。本発明の転動体1を用いることで、負荷容量が高く、差動すべりが小さく、しかも調心性に優れたアンギュラコンタクト軸受が実現できた。さらに、テーパころ軸受の場合には軌道面が傾くところが片当たりするので軌道輪の加工や組み付けに相当高い寸法精度が要求されるが、本発明の転動体1の場合には、転動面部2が円弧状なので玉と同様に自動調心性を有し軌道面23,24の傾きを許容でき、外輪21,内輪22の加工や組立に高い寸法精度が要求されず、取り扱いやすい。
【0009】また、アンギュラ接触の場合、外輪21及び内輪22の回転軸に対して転動体1の回転軸が大きく傾いているので、図3に示すように、転動球面部2を軌道面の傾きに応じてテーパ球面形状とすることがよい。すなわち、転動球面部2は、その一端が大径かつ他端が小径で長手方向円弧に勾配が付けられている。このようにすれば転動体1の軌道面に対する左右の相対周速差を無くすことができる。ただし、転動球面部2は断面円弧形状なので、直線的なテーパころのようにテーパ角度を厳密に管理する必要はなく、多少の差があってもよい。軌道面23,24と転動球面部2の勾配を厳密にただし、転動球面部は図示例は、長径Wに対する短径dの割合を80%にした例である。このようなテーパ形状の転動体1を用いれば、左右の周速差が無くなるので、差動すべりが小さくなることと相まって摩擦抵抗が小さくなり、高速回転のアンギュラコンタクト軸受に好適である。
【0010】なお、上記実施の形態ではアンギュラコンタクト軸受を例にとって説明したが、図5に示すように、転動体1の転動球面部2と外輪21及び内輪22の各軌道面23,24との接触角が0度のラジアル軸受についても適用することができるし、また、接触角が90度のスラスト軸受についても適用することができることはもちろんである。
【0012】
【発明の効果】以上説明したように、本発明にあっては、転動球面部の接触長が長くなるので玉に比べて負荷容量は数倍大きく、ころ軸受と同程度の高荷重,高剛性化を図ることができる。また、転動球面部の中央部と両端部の径の差が玉に比べて小さいので、差動すべりは小さく摩擦抵抗が軽減される。従って、玉に比べて軽快に移動すると共に発熱量も小さい。さらに、テーパころ軸受の場合には軌道面が傾くところが片当たりするので軌道輪の加工や組み付けに相当高い寸法精度が要求されるが、本発明の転動体の場合には、転動面部が円弧状なので玉と同様に軌道面の傾きを許容でき、軌道輪の加工や組立に高い寸法精度が要求されず、取り扱いやすい。特に、アンギュラコンタクト軸受の場合には、スラスト方向の荷重が大きく、転動体が軌道面に押し付けられた状態で転動移行するので、負荷容量が要求されるし、差動すべりによる発熱防止を図る必要があるが、本発明の転動体を用いることで、負荷容量が高く、差動すべりが小さく、しかも調心性に優れたアンギュラーコンタクト軸受が実現できた。さらに転動球面部をテーパ形状とすれば、転動体の左右の周速差が無くなるので、差動すべりが小さくなることと相まって摩擦抵抗が小さくなり、高速回転のアンギュラコンタクト軸受が実現できる。




 

 


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