(57)【要約】【課題】  温度上昇時に軌道輪に加わる転動体荷重を緩和して高速回転を可能にすると共に、円筒ころのエッジロードを軽減して軸受寿命の向上を図る。【解決手段】  外輪１１の軌道面１１ａと内輪１２の軌道面１２ａとの間に転動体としての複数の円筒ころ１３が周方向に転動可能に配設された円筒ころ軸受１０であって、前記内輪１２の内周面の軸方向中間部に、円筒ころ１３の軸方向長さ以上の溝幅を有する逃げ溝１４を周方向に沿って設け、且つ逃げ溝１４を設けた内輪１２の軸方向端面にノッチ１５を設ける。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の軌道輪の各軌道面間に転動体としての複数のころが周方向に転動可能に配設されたころ軸受であって、
前記一対の軌道輪の内の少なくとも一方の軌道輪の軌道面と離反する周面の軸方向中間部に、前記ころの軸方向長さ以上の溝幅を有する逃げ溝を周方向に沿って設け、且つ前記逃げ溝を設けた前記軌道輪の軸方向端面にノッチを設けたことを特徴とするころ軸受。
【請求項２】
前記逃げ溝に、熱伝導媒体を封入したことを特徴とする請求項１に記載したころ軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば工作機械、航空機、ガスタービン等の回転支持部に用いられる円筒ころ軸受等のころ軸受の改良に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、工作機械等の回転支持部に用いられる円筒ころ軸受は、剛性を重視することから、一般的に負のラジアルすきまで使用することが多い。しかし、軸受使用中の温度上昇により、内輪のほうが外輪よりも温度が高くなるため、熱膨張により負のラジアルすきまが増大して軌道輪に加わる転動体荷重が大きくなり、その結果、発熱が促進されて高速回転時の焼付きの原因になる虞れがあった。
【０００３】
そこで、このような問題に対処するために、従来においては、図９及び図１０に示す円筒ころ軸受が提案されている（例えば特許文献１参照）。
この円筒ころ軸受は、外輪１の軌道面１ａと内輪２の軌道面２ａとの間に転動体としての複数の円筒ころ３が周方向に転動可能に配設されており、外輪１及び内輪２の内の少なくとも一方の軌道輪の軌道面１ａ（又は２ａ）と離反する周面の軸方向中間部、即ち、図９の場合は、内輪２の内周面の軸方向中間部に、図１０の場合は、外輪１の外周面の軸方向中間部に、それぞれ円筒ころ３の軸方向長さ以上の溝幅を有する逃げ溝４を周方向に沿って設けたものである。
【０００４】
このように、外輪１の外周面又は内輪２の内周面の軸方向中間部に、円筒ころ３の軸方向長さ以上の溝幅を有する逃げ溝４を周方向に沿って設けることで、逃げ溝４を設けた外輪１又は内輪２を半径方向に変形しやすくして、軸受の温度上昇による負のラジアルすきまの増大に対して、逃げ溝を設けた軌道輪の熱膨張を小さくして該軌道輪に加わる転動体荷重を緩和し、これにより、発熱を抑制して軸受の高速回転を可能としている。
【特許文献１】特開２０００−２２４８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載の円筒ころ軸受においては、逃げ溝４を設けた外輪１又は内輪２の該逃げ溝４の軸方向両端側での剛性が高いため、この部分で外輪１又は内輪２が半径方向に変形しにくく、しかも円筒ころ３の軸方向の応力分布においてエッジロードが軸方向の両端側に発生しやすいため、軸受寿命を低下させる原因になる虞れがある。
本発明はこのような不都合を解消するためになされたものであり、温度上昇時に軌道輪に加わる転動体荷重を緩和して高速回転を可能にすることができると共に、ころのエッジロードを軽減して軸受寿命の向上を図ることができるころ軸受を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記目的を達成するために、請求項１に係る発明は、一対の軌道輪の各軌道面間に転動体としての複数のころが周方向に転動可能に配設されたころ軸受であって、
前記一対の軌道輪の内の少なくとも一方の軌道輪の軌道面と離反する周面の軸方向中間部に、前記ころの軸方向長さ以上の溝幅を有する逃げ溝を周方向に沿って設け、且つ前記逃げ溝を設けた前記軌道輪の軸方向端面にノッチを設けたことを特徴とする。
請求項２に係る発明は、請求項１において、前記逃げ溝に、熱伝導媒体を封入したことを特徴とする。
【発明の効果】
【０００７】
本発明によれば、一対の軌道輪の内の少なくとも一方の軌道輪の軌道面と離反する周面の軸方向中間部に、ころの軸方向長さ以上の溝幅を有する逃げ溝を周方向に沿って設け、且つ逃げ溝を設けた軌道輪の軸方向端面にノッチを設けることで、逃げ溝を設けた部分の剛性のみならず、該逃げ溝の軸方向の両端側の剛性についても低くすることができるので、逃げ溝を設けた軌道輪を半径方向により変形しやすくすることができる。
【０００８】
これにより、軸受の温度上昇による負のラジアルすきまの増大に対して、逃げ溝を設けた軌道輪の熱膨張を小さくして該軌道輪に加わる転動体荷重を緩和することができ、この結果、発熱が抑制されて軸受の高速回転を可能にすることができる。
また、逃げ溝を設けた軌道輪の軸方向端面にノッチを設けることで、該軌道輪の軌道面における軸方向中央部と端部とでの剛性の差が小さくなってころの軸方向の応力分布を均一化することができ、これにより、ころのエッジロードが軽減して軸受寿命の向上を図ることができる。
【０００９】
更に、逃げ溝に熱伝導媒体を封入することで、軌道輪の嵌合面に接触しない逃げ溝部分に熱がこもるのを防止することができ、これにより、軸の熱が内輪、ころ及び外輪へと効率よく伝導して、軸の昇温、ひいては外輪又は内輪の昇温を抑制することができると共に、内外輪の温度差が大きくなるのを防止することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明の実施の形態を図を参照して説明する。図１は本発明の実施の形態の一例である円筒ころ軸受を説明するための要部断面図、図２〜図４は本発明の他の実施の形態である円筒ころ軸受を説明するための要部断面図である。
本発明の実施の形態の一例である円筒ころ軸受１０は、外輪（軌道輪）１１の軌道面１１ａと内輪（軌道輪）１２の軌道面１２ａとの間に転動体としての複数の円筒ころ１３が周方向に転動可能に配設されており、外輪１１はハウジング２０に内嵌され、内輪１２は回転軸２１に外嵌されている。なお、この実施の形態では保持器を省略しているが、保持器を適用してもよいのは勿論であり、また、保持器の形式についても特に限定されるものではない。
【００１１】
ここで、この実施の形態では、内輪１２の内周面（内輪１２の軌道面１２ａと離反する周面）の軸方向中間部に、円筒ころ１３の軸方向長さ以上の溝幅を有する均一深さの逃げ溝１４が周方向全周に沿って設けられている。
また、逃げ溝１４を設けた内輪１２の軸方向両端面にそれぞれノッチ（切欠き）１５が周方向全周に沿って設けられており、このノッチ１５の底部は応力集中を避けるためにＲ状に形成されている。
【００１２】
このようにこの実施の形態では、内輪１２の外周面の軸方向中間部に、円筒ころ１３の軸方向長さ以上の溝幅を有する逃げ溝１４を周方向全周に沿って設け、且つ逃げ溝１４を設けた内輪１２の軸方向両端面にそれぞれノッチ１５を周方向全周に沿って設けているので、逃げ溝１４を設けた部分の剛性のみならず、該逃げ溝１４の軸方向の両端側の剛性についても低くすることができ、従って、逃げ溝１４を設けた内輪１２を半径方向により変形しやすくすることができる。
【００１３】
これにより、軸受の温度上昇による負のラジアルすきまの増大に対して、内輪１２の軌道面１２ａの熱膨張を小さくして内輪１２に加わる転動体荷重を緩和することができ、この結果、発熱が抑制されて軸受の高速回転を可能にすることができる。
また、逃げ溝１２を設けた内輪１２の軸方向両端面にそれぞれノッチ１５を設けているので、該内輪１２の軌道面１２ａにおける軸方向中央部と端部とでの剛性の差を小さくすることができ、これにより、円筒ころ１３の軸方向の応力分布が均−化して、円筒ころ１３のエッジロードが軽減し、軸受寿命の向上を図ることができる。
【００１４】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
例えば、上記各実施の形態では、内輪１２の内周面の軸方向中間部に円筒ころ１３の軸方向長さ以上の溝幅を有する均一深さの逃げ溝１４設けると共に、該内輪１２の軸方向両端面にそれぞれノッチ１５を設けた場合を例示したが、これに代えて、図２に示すように、外輪１１の外周面（外輪１１の軌道面１１ａと離反する周面）の軸方向中間部に円筒ころ１３の軸方向長さ以上の溝幅を有する均一深さの逃げ溝１４を設けると共に、該外輪１１の軸方向両端面にそれぞれノッチ１５を設けるようにしても上記同様の作用効果を得ることができる。
【００１５】
また、上記実施の形態では、逃げ溝１４を空間部のままの状態としているが、これに代えて、図３及び図４に示すように、内輪１２の内周面に設けた逃げ溝１４及び外輪１１の外周面に設けた逃げ溝１４に、例えばグリースにカーボン粉や鋼粉を混入した熱伝導媒体１６を封入してもよい。
このようにすると、内輪１２又は外輪１１の回転軸２１やハウジング２０の嵌合面に接触しない逃げ溝１４部分に熱がこもるのを防止することができる。
【００１６】
これにより、回転軸２１の熱が内輪１２、円筒ころ１３及び外輪１１へと効率よく伝導して、回転軸２１の昇温、ひいては逃げ溝１４を設けた内輪１２又は外輪１１の昇温を抑制することができ、更には、内輪１２と外輪１１との温度差が大きくなるのを防止することができる。
その他、上記各実施の形態において例示した軌道輪、軌道面間、円筒ころ、逃げ溝、ノッチ、熱伝導媒体等の材質，形状，寸法，形態，数，配置個所等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。
【実施例】
【００１７】
次に、本発明の効果を確認するために、円筒ころ軸受の内輪１２と回転軸２１との間にしめしろを与えた場合の内輪１２の軌道面１２ａの軸受温度上昇による熱膨張量を計算により解析した。
この解析は、従来例１〜３及び本発明例１，２で行い、従来例１は通常の円筒ころ軸受（ノッチ、逃げ溝なし）、従来例２，３は共にノッチ１５なし、逃げ溝１４あり、本発明例１，２は共にノッチ１５あり、逃げ溝１４ありとした。
【００１８】
従来例２，３及び本発明例１，２のノッチ１５と逃げ溝１４はいずれも内輪１２側に図１と同様にして設け、ノッチ１５の深さｌはいずれも１．６ｍｍとした。また、従来例２と従来例３及び本発明例１と本発明例２は逃げ溝１４の軸方向幅を変えており、従来例２と本発明例１はｔ＝２２％、従来例３と本発明例２はｔ＝１１％とした。
ここで、ｔとは、図８を参照して、内輪１２の端面から逃げ溝１４までの寸法をＬ、軸受幅をＢとした場合に、ｔ＝（２Ｌ／Ｂ）とされ、軸受幅Ｂに対する逃げ溝１４を除く両端部の総幅２Ｌ（Ｌ：Ｌ1 ，Ｌ2 ）の割合を示している。従って、ｔの値が小さい程、逃げ溝１４の軸方向の幅寸法は長くなる。
【００１９】
また、解析対象である円筒ころ軸受としては、軸受型番：Ｎ１０１１（内径φ５５ｍｍ、外径φ９０ｍｍ、幅１８ｍｍ、外輪つばなし、内輪両つば、ころ径φ８ｍｍ、ころ長さ８ｍｍ）を用い、ノッチ１５及び逃げ溝１４の有無以外は従来例１〜３及び本発明例１，２のいずれも同一条件とした。
軸受幅１８ｍｍであるので、従来例２と本発明例１はｔ＝２２％からＬ＝１．９８ｍｍ、従来例３と本発明例２はｔ＝１１％からＬ＝０．９９ｍｍとなる。ノッチ１５の深さｌは１．６ｍｍであるので、図８において、従来例２と本発明例１はｌ＜Ｌとなり、軸方向においてノッチ１５と逃げ溝１４の重なりが生じない場合（Ｌ2 ）、従来例３と本発明例２はｌ＞Ｌとなり、軸方向においてノッチ１５と逃げ溝１４の重なりが生じる場合（Ｌ1 ）である。
【００２０】
図５〜図７に内輪軌道面の膨張量の解析結果を示す。なお、図５は本発明例１，２及び従来例１〜３における内輪軌道面の膨張量としめしろとの関係を示し、図６は本発明例２及び従来例３における内輪軌道面の軸方向中央部及び端部それぞれの膨張量としめしろとの関係を示し、図７は本発明例１，２及び従来例２，３における内輪軌道面の軸方向中央部と端部との膨張量差と、しめしろとの関係を示している。
【００２１】
まず、図５から明らかなように、ノッチ１５及び逃げ溝１４を設けていない従来例１に比べて、逃げ溝１４を設けた従来例２，３及び本発明例１，２の方が内輪１２の軌道面１２ａの膨張量が小さくなっている。
また、逃げ溝１４の軸方向の幅寸法が同じ条件では、逃げ溝１４のみを設けた従来例２，３よりも逃げ溝１４とノッチ１５の両方を設けた本発明例１，２の方が内輪１２の軌道面１２ａの膨張量が小さくなっており、更に、従来例２，３及び本発明例１，２共に、逃げ溝１４の軸方向の幅寸法が長い程、内輪１２の軌道面１２ａの膨張量が小さくなっているのが判る。
【００２２】
また、図６及び図７から明らかなように、本発明例１，２及び従来例２，３における内輪１２の軌道面１２ａの軸方向中央部と端部との膨張量差は、逃げ溝１４のみを設けた従来例２，３よりも逃げ溝１４とノッチ１５の両方を設けた本発明例１，２の方が小さくなっているのが判る。
例えば、ｔ＝１１％とした従来例３及び本発明例２の計算例において、しめしろ１０μｍにおける従来例３の内輪１２の軌道面１２ａの膨張量は、図６に示すように、中央で５．４７ｍｍ、端で６．０３ｍｍで、その差は０．５６ｍｍ（図７参照）であるのに対し、本発明例２の内輪１２の軌道面１２ａの膨張量は、図６に示すように、中央で５．２６ｍｍ、端で４．８６ｍｍで、その差は０．４ｍｍ（図７参照）となり、従来例３より小さくなっているのが判る。
【００２３】
また、図７から、ｌ＞Ｌとした従来例３及び本発明例２は、ｌ＜Ｌとした従来例２及び本発明例１よりそれぞれ内輪軌道面膨張量差が小さくなっている。このことから、図８において、軸方向においてノッチ１５と逃げ溝１４の重なりが生じるようにした場合（Ｌ1 ）の方が、軸方向においてノッチ１５と逃げ溝１４の重なりが生じない場合（Ｌ2 ）より内輪軌道面膨張量差が小さくなる。
【００２４】
以上の結果から、逃げ溝１４のみを設けた従来例２，３よりも逃げ溝１４とノッチ１５の両方を設けた本発明例１，２の方が内輪１２の軌道面１２ａの軸方向中央部と端部との膨張量の差が小さくなり、軸受温度上昇時に内輪１２に加わる転動体荷重を緩和できると共に、円筒ころ１３のエッジロードを軽減できることが確認できた。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明の実施の形態の一例である円筒ころ軸受を説明するための要部断面図である。
【図２】本発明の他の実施の形態である円筒ころ軸受を説明するための要部断面図である。
【図３】本発明の他の実施の形態である円筒ころ軸受を説明するための要部断面図である。
【図４】本発明の他の実施の形態である円筒ころ軸受を説明するための要部断面図である。
【図５】本発明例及び従来例における内輪軌道面の膨張量としめしろとの関係を示すグラフ図である。
【図６】本発明例及び従来例における内輪軌道面の軸方向中央部及び端部の膨張量としめしろとの関係を示すグラフ図である。
【図７】本発明例及び従来例における内輪軌道面の軸方向中央部と端部との膨張量差と、しめしろとの関係を示すグラフ図である。
【図８】ｔ＝（２Ｌ／Ｂ）の式を説明するための要部断面図である。
【図９】従来の円筒ころ軸受を説明するための要部断面図である。
【図１０】従来の他の円筒ころ軸受を説明するための要部断面図である。
【符号の説明】
【００２６】
１０  円筒ころ軸受
１１  外輪（軌道輪）
１１ａ  軌道面
１２  内輪（軌道輪）
１２ａ  軌道面
１３  円筒ころ
１４  逃げ溝
１５  ノッチ
１６  熱伝導媒体
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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