(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2024129371
(43)【公開日】2024-09-27
(54)【発明の名称】転がり軸受
(51)【国際特許分類】
F16C 33/42 20060101AFI20240919BHJP
F16C 19/06 20060101ALI20240919BHJP
【ＦＩ】
F16C33/42 A
F16C19/06
【審査請求】未請求
【請求項の数】4
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023038531
(22)【出願日】2023-03-13
(71)【出願人】
【識別番号】000102692
【氏名又は名称】ＮＴＮ株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】100087941
【弁理士】
【氏名又は名称】杉本 修司
(74)【代理人】
【識別番号】100112829
【弁理士】
【氏名又は名称】堤 健郎
(74)【代理人】
【識別番号】100155963
【弁理士】
【氏名又は名称】金子 大輔
(74)【代理人】
【識別番号】100150566
【弁理士】
【氏名又は名称】谷口 洋樹
(74)【代理人】
【識別番号】100142608
【弁理士】
【氏名又は名称】小林 由佳
(74)【代理人】
【識別番号】100213470
【弁理士】
【氏名又は名称】中尾 真二
(72)【発明者】
【氏名】ウー・ウェンウェイ
【テーマコード（参考）】
3J701
【Ｆターム（参考）】
3J701AA02
3J701AA32
3J701AA42
3J701AA52
3J701AA62
3J701BA37
3J701BA45
3J701BA47
3J701BA49
3J701BA50
3J701DA09
3J701EA06
3J701FA38
3J701FA44
3J701GA24
3J701XB03
3J701XB12
3J701XB14
3J701XB19
3J701XB26
3J701XB37
3J701XE03
(57)【要約】
【課題】製造コストの低減および摩耗低減を図ると共に、回転トルクの減少と昇温の抑制を図ることができる転がり軸受を提供する。
【解決手段】転がり軸受である深溝玉軸受は、内外輪と、これら内外輪間に介在される複数の転動体である玉４と、これら玉４を保持する転動体案内の波形保持器５とを備える。転がり軸受は下記式を満たす。
【数１１】
Ｈ：前記波形保持器のポケット深さ
Ｓ：前記波形保持器のポケット曲率半径
Ｒ：前記玉の半径
【選択図】図７
【解決手段】転がり軸受である深溝玉軸受は、内外輪と、これら内外輪間に介在される複数の転動体である玉４と、これら玉４を保持する転動体案内の波形保持器５とを備える。転がり軸受は下記式を満たす。
【数１１】
Ｓ：前記波形保持器のポケット曲率半径
Ｒ：前記玉の半径
【選択図】図７
【特許請求の範囲】
【請求項1】
内外輪と、これら内外輪間に介在される複数の転動体である玉と、これら玉を保持する転動体案内の波形保持器とを備えた転がり軸受であって、
下記式を満たす転がり軸受。
Ｈ：前記波形保持器のポケット深さ
Ｓ：前記波形保持器のポケット曲率半径
Ｒ：前記玉の半径
下記式を満たす転がり軸受。
【数7】
Ｓ：前記波形保持器のポケット曲率半径
Ｒ：前記玉の半径
【請求項2】
請求項１に記載の転がり軸受において、前記波形保持器は下記式を満たす転がり軸受。
Ｂ：保持器幅
ｔ：保持器厚さ
Ｃｒ：基本動定格荷重
【数8】
ｔ：保持器厚さ
Ｃｒ：基本動定格荷重
【請求項3】
請求項２に記載の転がり軸受において、前記波形保持器は下記式を満たす転がり軸受。
Ｄ１：外輪内径
Ｄ２：内輪外径
Ｂ：保持器幅
Ｈ：前記波形保持器のポケット深さ
Ｓ：前記波形保持器のポケット曲率半径
Ｒ：前記玉の半径
【数9】
Ｄ２：内輪外径
Ｂ：保持器幅
Ｈ：前記波形保持器のポケット深さ
Ｓ：前記波形保持器のポケット曲率半径
Ｒ：前記玉の半径
【請求項4】
内外輪と、これら内外輪間に介在される複数の転動体である玉と、これら玉を保持する転動体案内の波形保持器とを備えた転がり軸受であって、
下記式を満たす転がり軸受。
Ｂ：保持器幅
ｔ：保持器厚さ
Ｃｒ：基本動定格荷重
Ｄ１：外輪内径
Ｄ２：内輪外径
Ｈ：前記波形保持器のポケット深さ
Ｓ：前記波形保持器のポケット曲率半径
Ｒ：前記玉の半径
下記式を満たす転がり軸受。
【数10】
ｔ：保持器厚さ
Ｃｒ：基本動定格荷重
Ｄ１：外輪内径
Ｄ２：内輪外径
Ｈ：前記波形保持器のポケット深さ
Ｓ：前記波形保持器のポケット曲率半径
Ｒ：前記玉の半径
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、転がり軸受に関し、例えば、サーボモーター、発電機等に適用される技術に関する。
【背景技術】
【0002】
低回転速度仕様のサーボモーター、発電機等は、比較的製造コストの低い鉄板保持器の深溝玉軸受を使用している。しかし、鉄板は樹脂より摩耗しやすく、且つ重量が重い。これにより鉄板保持器が早期摩耗するうえ、昇温が高くなるため、中高回転速度仕様のサーボモーター、発電機用軸受には鉄板保持器を採用していない。
【0003】
特許文献１，２の先行技術は、転動体と摺動する保持器ポケットにフッ素樹脂等の樹脂組成物の塗膜、固体潤滑層を形成している。これにより、保持器ポケットの摩耗低減、トルク増加と昇温の抑制を図る。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１７－１７２７４９号公報
【特許文献2】特開２０１８－１６２８７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
前記先行技術は、ポケット摩耗低減、トルク増加と昇温の抑制に効果的である。しかし、元の鉄板保持器のプレス品に、ポケット表面に樹脂塗膜を形成する工程が増えるため、製造コストがはるかに高くなる。このため、前記先行技術は、サーボモーター、発電機等には採用されていない。
【0006】
本発明の目的は、製造コストの低減および摩耗低減を図ると共に、回転トルクの減少と昇温の抑制を図ることができる転がり軸受を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【0007】
本発明の第１の構成による転がり軸受は、内外輪と、これら内外輪間に介在される複数の転動体である玉と、これら玉を保持する転動体案内の波形保持器とを備えた転がり軸受であって、
下記式を満たす。
Ｈ：前記波形保持器のポケット深さ
Ｓ：前記波形保持器のポケット曲率半径
Ｒ：前記玉の半径
この明細書において、転がり軸受を軸受と称し、波形保持器を保持器と称す場合がある。
下記式を満たす。
【数1】
Ｓ：前記波形保持器のポケット曲率半径
Ｒ：前記玉の半径
この明細書において、転がり軸受を軸受と称し、波形保持器を保持器と称す場合がある。
【0008】
波形保持器は、転動体に押し付けられ回転している。その押し付け荷重Ｆの保持器回転の分力が保持器案内荷重である。転動体の保持器ポケットと接触する角度を接触角度θとすると、保持器案内荷重の大きさは２Ｆcosθである。押し付け荷重Ｆのうち軸方向の分力は、鋲で止めている保持器を軸方向に開こうとする荷重であり、大きさが２Ｆsinθである。
【0009】
軸受回転中、転動体から波形保持器に押し付けられる押し付け荷重Ｆは、転動体荷重と転がり摩擦係数に決められ、使用条件を変えない限り押し付け荷重Ｆは変わらない。
上記荷重分析により、同様の使用条件と同一軸受の場合、転動体から保持器への押し付け力は変わらず一定である。このため、転動体とポケットの接触角度θが、押し付け荷重Ｆを保持器の駆動力Ｆcosθおよび軸方向の荷重Ｆsinθに配分する唯一のファクターであることがわかった。
上記荷重分析により、同様の使用条件と同一軸受の場合、転動体から保持器への押し付け力は変わらず一定である。このため、転動体とポケットの接触角度θが、押し付け荷重Ｆを保持器の駆動力Ｆcosθおよび軸方向の荷重Ｆsinθに配分する唯一のファクターであることがわかった。
【0010】
波形保持器が転動体から回転方向の案内荷重Ｆcosθを受けると、保持器と転動体が一緒に回転している。転動体からの軸方向の荷重Ｆsinθに対しては、保持器は軸方向に逃げられず摩耗が著しい。よって軸方向の荷重Ｆsinθは、ポケット摩耗の主要因である。ポケット摩耗を減少させるため、軸方向荷重Ｆsinθを小さくすべく接触角度θが４５度未満となるように保持器のポケット形状を最適化する。
【0011】
転がり軸受として、例えば、産業機械等の用途に使用される深溝玉軸受で定められた回転試験を行ったところ、接触角度θが４５度未満のものでは、ポケット摩耗が生じず、比較例よりも昇温の抑制を図れた。接触角度θが４５度以上のものでは、ポケット摩耗が生じたうえ、回転中、接触角度θが４５度未満のものよりも振動が大きかった。
この構成によると、保持器のポケット形状を最適化するだけで前述の作用効果を奏するため、ポケット表面に樹脂塗膜を形成する従来技術よりも製造コストの低減を図れるうえ、摩耗低減を図ると共に、回転トルクの減少と昇温の抑制を図ることができる。
この構成によると、保持器のポケット形状を最適化するだけで前述の作用効果を奏するため、ポケット表面に樹脂塗膜を形成する従来技術よりも製造コストの低減を図れるうえ、摩耗低減を図ると共に、回転トルクの減少と昇温の抑制を図ることができる。
【0012】
前記波形保持器は下記式を満たすものでもよい。
Ｂ：保持器幅
ｔ：保持器厚さ
Ｃｒ：基本動定格荷重
この構成によると、保持器幅に保持器厚さを乗じた保持器断面積を、設定された値以上にすることで、波形保持器の必要な強度を確保することができる。
【数2】
ｔ：保持器厚さ
Ｃｒ：基本動定格荷重
この構成によると、保持器幅に保持器厚さを乗じた保持器断面積を、設定された値以上にすることで、波形保持器の必要な強度を確保することができる。
【0013】
前記波形保持器は下記式を満たすものでもよい。
Ｄ１：外輪内径
Ｄ２：内輪外径
Ｂ：保持器幅
Ｈ：前記波形保持器のポケット深さ
Ｓ：前記波形保持器のポケット曲率半径
Ｒ：前記玉の半径
【数3】
Ｄ２：内輪外径
Ｂ：保持器幅
Ｈ：前記波形保持器のポケット深さ
Ｓ：前記波形保持器のポケット曲率半径
Ｒ：前記玉の半径
【0014】
この構成によると、前述の保持器断面積の式を満たし、且つ、遠心力による減少した案内すきまを確保できる前提条件で、保持器幅を設定された範囲にする。この場合、従来の波形保持器よりも、保持器幅を縮小することで保持器重量を低減し得る。これにより回転トルクの低減に寄与すると共により高速回転を可能にする。
【0015】
本発明の第２の構成による転がり軸受は、内外輪と、これら内外輪間に介在される複数の転動体である玉と、これら玉を保持する転動体案内の波形保持器とを備えた転がり軸受であって、
下記式を満たす。
下記式を満たす。
【0016】
【数4】
ｔ：保持器厚さ
Ｃｒ：基本動定格荷重
Ｄ１：外輪内径
Ｄ２：内輪外径
Ｈ：前記波形保持器のポケット深さ
Ｓ：前記波形保持器のポケット曲率半径
Ｒ：前記玉の半径
【0017】
保持器重量を考慮する場合の転動体荷重分析によると、保持器の重量は転動体の転がり方向の態勢を妨げているため、保持器重量の減少を通じて回転トルクの低減に寄与することが可能となる。
【0018】
この構成によると、従来の波形保持器のポケット曲率半径、ポケット深さを変えることなく、保持器幅のみ縮小する。これにより、波形保持器用の新規金型を製作せずに従来の波形保持器よりも保持器重量を低減することができる。また保持器断面積を設定された値以上にすることで、波形保持器の必要な強度を確保することができる。この構成においても、製造コストの低減および摩耗低減を図ると共に、回転トルクの減少と昇温の抑制を図ることができる。
【発明の効果】
【0019】
本発明の転がり軸受は、波形保持器のポケット形状を最適化する、または保持器幅のみ縮小することで、製造コストの低減および摩耗低減を図ると共に、回転トルクの減少と昇温の抑制を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【図1】本発明の第１の実施形態に係る転がり軸受の縦断面図である。
【図2】同転がり軸受の波形保持器の斜視図である。
【図3】同波形保持器を径方向外方から見た図である。
【図5】同波形保持器および転動体の要部の拡大図である。
【図6】転動体からの押し付け荷重と、内外輪側の転動体荷重および転がり摩擦係数との関係を説明する図である。
【図7】転動体の接触角度と、ポケット深さ、ポケット曲率半径および玉の半径とを関係を説明する図である。
【図8】本発明の第２の実施形態に係る転がり軸受につき、保持器重量を考慮する場合の転動体荷重分析を説明する図である。
【図9】同転がり軸受の保持器幅の範囲を説明する図である。
【図10】転動体の接触角度が異なる回転試験結果を示す図である。
【図11】保持器帯幅が異なる回転試験結果を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【0021】
［第１の実施形態］
本発明の実施形態に係る転がり軸受を図１ないし図７および図１０と共に説明する。実施形態に係る転がり軸受である深溝玉軸受は、例えば、サーボモーター、発電機等の産業機械に使用される。但し、深溝玉軸受は、サーボモーター等の用途以外にも適用可能である。
本発明の実施形態に係る転がり軸受を図１ないし図７および図１０と共に説明する。実施形態に係る転がり軸受である深溝玉軸受は、例えば、サーボモーター、発電機等の産業機械に使用される。但し、深溝玉軸受は、サーボモーター等の用途以外にも適用可能である。
【0022】
＜転がり軸受の概略構成＞
図１のように、深溝玉軸受１は、内外輪２，３と、転動体である玉４と、転動体案内の保持器５とを備える。内外輪２，３の軌道面間２ａ，３ａに介在する複数の玉４が保持器５により周方向一定間隔おきに保持されている。内外輪２，３間の軸受空間には、グリース等の潤滑剤が封入される。内外輪２，３および玉４は、例えば、ＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼またはマルテンサイト系のステンレス鋼等からなる。但し、これらの鋼に限定されるものではない。なお前記軸受空間を塞ぐ図示外のシール部材が外輪３に取付けられてもよい。
図１のように、深溝玉軸受１は、内外輪２，３と、転動体である玉４と、転動体案内の保持器５とを備える。内外輪２，３の軌道面間２ａ，３ａに介在する複数の玉４が保持器５により周方向一定間隔おきに保持されている。内外輪２，３間の軸受空間には、グリース等の潤滑剤が封入される。内外輪２，３および玉４は、例えば、ＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼またはマルテンサイト系のステンレス鋼等からなる。但し、これらの鋼に限定されるものではない。なお前記軸受空間を塞ぐ図示外のシール部材が外輪３に取付けられてもよい。
【0023】
＜保持器＞
図２のように、保持器５は、円周方向に沿って所定間隔で配設された半球状膨出部を有する二枚の環状保持板５ａ，５ａが軸方向に組み合わされた波形保持器である。各環状保持板５ａは、円周方向に沿って配設される半球状膨出部６と、円周方向に隣合う半球状膨出部６を繋ぐ平坦部７とを有する。
図２のように、保持器５は、円周方向に沿って所定間隔で配設された半球状膨出部を有する二枚の環状保持板５ａ，５ａが軸方向に組み合わされた波形保持器である。各環状保持板５ａは、円周方向に沿って配設される半球状膨出部６と、円周方向に隣合う半球状膨出部６を繋ぐ平坦部７とを有する。
【0024】
環状保持板５ａ，５ａが組み合わされた状態で、平坦部７同士が重ね合わされ、これら平坦部７，７がリベットＲｂまたは図示外の係合爪等を介して連結される。各半球状膨出部６が対向して、リング状のポケット８が形成される。各ポケット８に転動体である玉４（図１）が保持される。ポケット面８ａは球面等の曲面で形成される。各環状保持板５ａは、例えば、冷間圧延鋼の帯鋼のプレス加工品である。
【0025】
＜ポケット曲率半径・ポケット深さ・保持器幅について＞
本実施形態では、保持器５のポケット形状の改良を通じて、転動体とポケット間の滑り摩耗および軸受回転中の昇温を抑え、樹脂保持器と同等な高速回転を可能にした。図３は、波形保持器５を径方向外方から見た図（図２のＡ矢視図）である。
本実施形態の特徴として、ポケット形状を決められるポケット曲率半径Ｓ、ポケット深さＨ、図４に示す保持器幅Ｂを下記の（１）および（２）の２点で改良する。
本実施形態では、保持器５のポケット形状の改良を通じて、転動体とポケット間の滑り摩耗および軸受回転中の昇温を抑え、樹脂保持器と同等な高速回転を可能にした。図３は、波形保持器５を径方向外方から見た図（図２のＡ矢視図）である。
本実施形態の特徴として、ポケット形状を決められるポケット曲率半径Ｓ、ポケット深さＨ、図４に示す保持器幅Ｂを下記の（１）および（２）の２点で改良する。
【0026】
（１）ポケット曲率半径・ポケット深さ
図３のように、ポケット８と転動体４（図１）の接触角度θ（図５）を最適にさせるように、ポケット曲率半径Ｓおよびポケット深さＨを設定し、滑り摩耗の軽減が実現できる。前記ポケット深さＨは、ポケット中心から半球状膨出部６の最深位置となる軸方向深さである。
（２）保持器幅
図４のように、保持器５の必要な強度を確保したうえで保持器幅Ｂを従来構造よりも短縮し、回転トルクの低減と温度上昇の抑制に寄与する。前記保持器幅Ｂは、半球状膨出部６における径方向の幅寸法である。保持器幅Ｂを短縮する方法としては、例えば、従来構造に対し保持器内径を大きくかつ保持器外径を小さくする。
図３のように、ポケット８と転動体４（図１）の接触角度θ（図５）を最適にさせるように、ポケット曲率半径Ｓおよびポケット深さＨを設定し、滑り摩耗の軽減が実現できる。前記ポケット深さＨは、ポケット中心から半球状膨出部６の最深位置となる軸方向深さである。
（２）保持器幅
図４のように、保持器５の必要な強度を確保したうえで保持器幅Ｂを従来構造よりも短縮し、回転トルクの低減と温度上昇の抑制に寄与する。前記保持器幅Ｂは、半球状膨出部６における径方向の幅寸法である。保持器幅Ｂを短縮する方法としては、例えば、従来構造に対し保持器内径を大きくかつ保持器外径を小さくする。
【0027】
＜荷重分析＞
図５のように、保持器５は、転動体４に押し付けられ回転方向Ｒ１に回転している。その押し付け荷重Ｆの保持器回転の分力が保持器案内荷重である。転動体４の保持器ポケット８と接触する角度を接触角度θとすると、保持器案内荷重の大きさは２Ｆcosθである。押し付け荷重Ｆのうち軸方向の分力は、鋲で止めている保持器５を軸方向Ｃ１に開こうとする荷重であり、大きさが２Ｆsinθである。
図５のように、保持器５は、転動体４に押し付けられ回転方向Ｒ１に回転している。その押し付け荷重Ｆの保持器回転の分力が保持器案内荷重である。転動体４の保持器ポケット８と接触する角度を接触角度θとすると、保持器案内荷重の大きさは２Ｆcosθである。押し付け荷重Ｆのうち軸方向の分力は、鋲で止めている保持器５を軸方向Ｃ１に開こうとする荷重であり、大きさが２Ｆsinθである。
【0028】
図６のように、軸受回転中、転動体４から波形保持器に押し付けられる押し付け荷重Ｆは、転動体荷重と転がり摩擦係数に決められ、押し付け荷重Ｆ＝２μｒＰi／（１＋μｃ）であり（前記式の分子ではＰe≒Ｐiとみなして、μｒＰe＋μｒＰiを２μｒＰiとしている）、使用条件を変えない限り押し付け荷重Ｆは変わらない。同図６において、Ｐeは外輪側の転動体荷重、Ｐiは内輪側の転動体荷重である。μｒは転動体と軌道輪の転がり摩擦係数、μｃは保持器と転動体の転がり摩擦係数である。但し、保持器重量は考慮していない。
【0029】
上記荷重分析により、同様の使用条件と同一軸受の場合、転動体４から保持器への押し付け力は変わらず一定である。このため、図５に示す転動体４とポケット８の接触角度θが、押し付け荷重Ｆを保持器５の駆動力Ｆcosθおよび軸方向Ｃ１の荷重Ｆsinθに配分する唯一のファクターであることがわかった。
【0030】
波形保持器５が転動体４から回転方向Ｒ１の案内荷重Ｆcosθを受けると、保持器５と転動体４が一緒に回転している。転動体４からの軸方向Ｃ１の荷重Ｆsinθに対しては、保持器５は軸方向Ｃ１に逃げられず摩耗が著しい。よって軸方向Ｃ１の荷重Ｆsinθは、ポケット摩耗の主要因である。ポケット摩耗を減少させるため、軸方向荷重Ｆsinθを小さくすべく接触角度θが４５度未満となるように保持器５のポケット形状を最適化する。
【0031】
接触角度θを４５度より小さくするため、図７のように、ポケット曲率半径Ｓおよびポケット深さＨにつき下記式を満たすようにする。
Ｈ：波形保持器のポケット深さ
Ｓ：波形保持器のポケット曲率半径
Ｒ：玉の半径
【数5】
Ｓ：波形保持器のポケット曲率半径
Ｒ：玉の半径
【0032】
＜回転試験＞
今般、転動体の保持器ポケットと接触する接触角度θを４５度より小さくした（具体的にはθ＝３５°）実施例の鉄板波形保持器を取り付けた深溝玉軸受と、接触角度θを４５度よりも大きくした（具体的にはθ＝６５°）比較例の鉄板波形保持器を取り付けた深溝玉軸受の回転試験をそれぞれ実施した。同回転試験につき、中高速回転速度仕様のサーボモーター、発電機の実機に使用される呼び番号６３３０の深溝玉軸受を採用した。使用条件として、内輪内径に回転数を乗じたいわゆるｄｎ値が４０万、グリース潤滑、荷重条件ラジアル荷重：16.4kN アキシアル荷重:2.9kN、回転時間:24時間、前記ｄｎ値＝４０万を充足する一定の回転速度での内輪回転とした。
今般、転動体の保持器ポケットと接触する接触角度θを４５度より小さくした（具体的にはθ＝３５°）実施例の鉄板波形保持器を取り付けた深溝玉軸受と、接触角度θを４５度よりも大きくした（具体的にはθ＝６５°）比較例の鉄板波形保持器を取り付けた深溝玉軸受の回転試験をそれぞれ実施した。同回転試験につき、中高速回転速度仕様のサーボモーター、発電機の実機に使用される呼び番号６３３０の深溝玉軸受を採用した。使用条件として、内輪内径に回転数を乗じたいわゆるｄｎ値が４０万、グリース潤滑、荷重条件ラジアル荷重：16.4kN アキシアル荷重:2.9kN、回転時間:24時間、前記ｄｎ値＝４０万を充足する一定の回転速度での内輪回転とした。
【0033】
回転試験中、内外輪の温度を温度センサー等の温度検出手段を用いて、常時測定すると共に、外輪を支持するハウジング等に設置した振動センサー等の振動検出手段を用いて常時測定した。定められた試験時間経過後、各軸受をそれぞれ分解し、保持器のポケット摩耗の有無を目視にて確認した。
図１０左側の比較例は、ポケット摩耗が生じ、図１０右側の実施例よりも回転中振動が大きかった。実施例は、ポケット摩耗が生じず前記比較例の昇温よりも約３℃低かった。試験結果は表１のように纏められる。
図１０左側の比較例は、ポケット摩耗が生じ、図１０右側の実施例よりも回転中振動が大きかった。実施例は、ポケット摩耗が生じず前記比較例の昇温よりも約３℃低かった。試験結果は表１のように纏められる。
【0034】
【表1】
【0035】
＜作用効果＞
以上説明した図１の深溝玉軸受１によると、保持器５のポケット形状を最適化するだけで前述の作用効果を奏するため、ポケット表面に樹脂塗膜を形成する従来技術よりも製造コストの低減を図れるうえ、摩耗低減を図ると共に、回転トルクの減少と昇温の抑制を図ることができる。保持器幅に保持器厚さを乗じた保持器断面積を、基本動定格荷重を９で除した値以上にすることで、波形保持器５の必要な強度を確保することができる。
前述の保持器断面積の式を満たし、且つ、遠心力による減少した案内すきまを確保できる前提条件で、保持器幅を縮小する場合、従来の波形保持器よりも保持器重量を低減し得る。これにより回転トルクの低減に寄与すると共により高速回転を可能にする。
以上説明した図１の深溝玉軸受１によると、保持器５のポケット形状を最適化するだけで前述の作用効果を奏するため、ポケット表面に樹脂塗膜を形成する従来技術よりも製造コストの低減を図れるうえ、摩耗低減を図ると共に、回転トルクの減少と昇温の抑制を図ることができる。保持器幅に保持器厚さを乗じた保持器断面積を、基本動定格荷重を９で除した値以上にすることで、波形保持器５の必要な強度を確保することができる。
前述の保持器断面積の式を満たし、且つ、遠心力による減少した案内すきまを確保できる前提条件で、保持器幅を縮小する場合、従来の波形保持器よりも保持器重量を低減し得る。これにより回転トルクの低減に寄与すると共により高速回転を可能にする。
【0036】
＜他の実施形態について＞
以下の説明においては、各実施形態で先行して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実施形態と同様とする。同一の構成は同一の作用効果を奏する。各実施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、実施形態同士を部分的に組合せることも可能である。
以下の説明においては、各実施形態で先行して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実施形態と同様とする。同一の構成は同一の作用効果を奏する。各実施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、実施形態同士を部分的に組合せることも可能である。
【0037】
［第２の実施形態：保持器幅設定、図８，９，１１］
第２の実施形態に係る転がり軸受は、保持器幅を設定された範囲にしている。前記転がり軸受の概略構成は、前述の転がり軸受の概略構成と同様である。
＜荷重分析＞
図８のように、保持器重量を考慮する場合の転動体荷重分析によると、保持器の重量は転動体４の転がり方向の態勢を妨げている。このため、保持器重量の減少を通じて回転トルクの低減に寄与することが可能である。同図８において、Ｐeは外輪側の転動体荷重、Ｐiは内輪側の転動体荷重である。μｒは転動体４と軌道輪の転がり摩擦係数、μｃは保持器と転動体４の転がり摩擦係数である。Ｎは保持器重量による転動体４が受ける荷重である。
第２の実施形態に係る転がり軸受は、保持器幅を設定された範囲にしている。前記転がり軸受の概略構成は、前述の転がり軸受の概略構成と同様である。
＜荷重分析＞
図８のように、保持器重量を考慮する場合の転動体荷重分析によると、保持器の重量は転動体４の転がり方向の態勢を妨げている。このため、保持器重量の減少を通じて回転トルクの低減に寄与することが可能である。同図８において、Ｐeは外輪側の転動体荷重、Ｐiは内輪側の転動体荷重である。μｒは転動体４と軌道輪の転がり摩擦係数、μｃは保持器と転動体４の転がり摩擦係数である。Ｎは保持器重量による転動体４が受ける荷重である。
【0038】
本実施形態に係る図９の転がり軸受１では、従来の保持器ポケットの曲率半径、ポケット深さを変えずに、保持器幅Ｂのみ縮小する。この場合、新規金型を製作せずに従来の保持器よりも保持器重量を減らすことができる。鉄板波形保持器であれば、必要な強度を確保するため、以下の条件で計算し、式を導出する。
・深溝玉軸受が受ける最大ラジアル荷重を軸受動定格荷重の１０％にする。
・軸受起動時、転動体と内外輪間の滑り摩擦係数を０．１５にする。
・鉄板波形保持器の引張強度：２７０ＭＰａ
・保持器の断面積として、保持器幅Ｂに保持器厚さｔを乗じたＢ×ｔとする。
・深溝玉軸受が受ける最大ラジアル荷重を軸受動定格荷重の１０％にする。
・軸受起動時、転動体と内外輪間の滑り摩擦係数を０．１５にする。
・鉄板波形保持器の引張強度：２７０ＭＰａ
・保持器の断面積として、保持器幅Ｂに保持器厚さｔを乗じたＢ×ｔとする。
【0039】
転動体であるボールから保持器への押し付け力：０．１Ｃｒ（基本動定格荷重）×０．１５（滑り摩擦係数）
押し付けによる保持器応力：０．１Ｃｒ（基本動定格荷重）×０．１５（滑り摩擦係数）／Ｂｔ
押し付けによる保持器応力＜０．５×２７０ＭＰａ（鉄板波形保持器の引張強度）＝１３５ＭＰａ
→Ｂｔ≧（Ｃｒ／９） …式（２）を満たさないといけない。
但し、Ｃｒの単位はｋＮ、Ｂ，ｔの単位はｍｍである。
押し付けによる保持器応力：０．１Ｃｒ（基本動定格荷重）×０．１５（滑り摩擦係数）／Ｂｔ
押し付けによる保持器応力＜０．５×２７０ＭＰａ（鉄板波形保持器の引張強度）＝１３５ＭＰａ
→Ｂｔ≧（Ｃｒ／９） …式（２）を満たさないといけない。
但し、Ｃｒの単位はｋＮ、Ｂ，ｔの単位はｍｍである。
【0040】
前記式（２）を満足し、且つ遠心力による減少した案内すきまを確保できる前提条件で、保持器幅Ｂは以下の範囲値に設定する。
Ｄ１：外輪内径
Ｄ２：内輪外径
Ｂ：保持器幅
Ｈ：前記波形保持器のポケット深さ
Ｓ：前記波形保持器のポケット曲率半径
Ｒ：前記玉の半径
単位（ｍｍ）
【数6】
Ｄ２：内輪外径
Ｂ：保持器幅
Ｈ：前記波形保持器のポケット深さ
Ｓ：前記波形保持器のポケット曲率半径
Ｒ：前記玉の半径
単位（ｍｍ）
【0041】
＜回転試験＞
保持器幅のみ異なる軸受を用意し前述と同様の回転試験を行った。図１１左側の比較例は、式（３）を充足しない従来の鉄板波形保持器を備えた深溝玉軸受であり、図１１右側の実施例は、式（２）および式（３）を充足する鉄板波形保持器を備えた深溝玉軸受である。同回転試験につき、中高速回転速度仕様のサーボモーター、発電機の実機に使用される呼び番号６３３０の深溝玉軸受を採用した。使用条件として、内輪内径に回転数を乗じたいわゆるｄｎ値が５２．５万、グリース潤滑、荷重条件ラジアル荷重：16.4kN アキシアル荷重:2.9kN、前記ｄｎ値＝５２．５万を充足する一定の回転速度での内輪回転とした。
保持器幅のみ異なる軸受を用意し前述と同様の回転試験を行った。図１１左側の比較例は、式（３）を充足しない従来の鉄板波形保持器を備えた深溝玉軸受であり、図１１右側の実施例は、式（２）および式（３）を充足する鉄板波形保持器を備えた深溝玉軸受である。同回転試験につき、中高速回転速度仕様のサーボモーター、発電機の実機に使用される呼び番号６３３０の深溝玉軸受を採用した。使用条件として、内輪内径に回転数を乗じたいわゆるｄｎ値が５２．５万、グリース潤滑、荷重条件ラジアル荷重：16.4kN アキシアル荷重:2.9kN、前記ｄｎ値＝５２．５万を充足する一定の回転速度での内輪回転とした。
【0042】
回転試験中、内外輪の温度を温度センサー等の温度検出手段を用いて、常時測定すると共に、外輪を支持するハウジング等に設置した振動センサー等の振動検出手段を用いて常時測定した。定められた試験時間経過後、各軸受をそれぞれ分解し、保持器のポケット摩耗の有無を目視にて確認した。
図１１左側の比較例は、ポケット摩耗が生じなかった。図１１右側の実施例は、ポケット摩耗が生じず前記比較例の昇温よりも約１０℃低かった。試験結果は表２のように纏められる。
図１１左側の比較例は、ポケット摩耗が生じなかった。図１１右側の実施例は、ポケット摩耗が生じず前記比較例の昇温よりも約１０℃低かった。試験結果は表２のように纏められる。
【0043】
【表2】
この構成によると、従来の波形保持器のポケット曲率半径、ポケット深さを変えることなく、図９の保持器幅Ｂのみ定められた範囲値に縮小する。これにより、波形保持器用の新規金型を製作せずに従来の波形保持器よりも保持器重量を低減することができる。また保持器断面積Ｂｔを設定された値以上にすることで、波形保持器５の必要な強度を確保することができる。この構成においても、製造コストの低減および摩耗低減を図ると共に、回転トルクの減少と昇温の抑制を図ることができる。
【0044】
深溝玉軸受において、前記軸受空間を塞ぐ図示外のシール部材は、片側のみに設けられてもよい。
深溝玉軸受に潤滑剤としてグリース以外の潤滑油を使用してもよい。
深溝玉軸受に潤滑剤としてグリース以外の潤滑油を使用してもよい。
【0045】
以上、本発明の実施形態を説明したが、今回開示された実施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。本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。
【符号の説明】
【0046】
１…深溝玉軸受、２…内輪、３…外輪、４…玉（転動体）、５…波形保持器
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】