(57)【要約】【課題】玉軸受で、軸方向の省スペース化で冠形保持器を採用した場合に、玉の摩耗や損傷及び保持器を破損させることなく、安定した回転性能を得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１０は、外周面に内輪軌道面１１ａを有する内輪１１と、内周面に外輪軌道面１２ａを有する外輪１２と、内輪軌道面１１ａと外輪軌道面１２ａとの間に転動自在に設けられた複数の転動体１３と、円周方向の少なくとも一カ所に切断部１４が形成され、複数の転動体１３を円周方向に略等間隔で保持する合成樹脂製の保持器１５と、を備える。そして、切断部１４の相対する切断面の少なくとも一方が、滑らかなＲ形状に形成されている。【選択図】図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外周面に内輪軌道面を有する内輪と、内周面に外輪軌道面を有する外輪と、前記内輪軌道面と前記外輪軌道面との間に転動自在に設けられた複数の転動体と、円周方向の少なくとも一カ所に切断部が形成され、前記複数の転動体を円周方向に略等間隔で保持する合成樹脂製の保持器と、を備えた転がり軸受において、
前記切断部の相対する切断面の少なくとも一方を、滑らかなＲ形状に形成したことを特徴とする転がり軸受。
【請求項２】
前記切断面の少なくとも一方に、潤滑剤を溜めるための凹溝部を設けた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】
前記転動体が、玉であることを特徴とする請求項１又は２に記載の転がり軸受。
【請求項４】
前記転動体が、円筒ころであることを特徴とする請求項１又は２に記載の転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば、産業機械、ロボットの関節部や旋回機構部、工作機械の主軸、回転テーブルや主軸旋回機構部、医療機器、半導体／液晶製造装置、光学及びオプトエレクトロニクス装置等の回転支持部に用いられる転がり軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
通常、玉軸受、例えば深みぞ玉軸受などでは、図８に示すように、内輪２及び外輪１の軌道面間に玉３が回転自在に挟持され、封入グリースの保持及び外部への洩れ防止、あるいは外部から軸受内部への異物侵入防止等の目的で、内輪２及び外輪１間の軸方向端面にシール５を装着している。また、玉３を保持する玉案内保持器４としては、図９に示すように、リング部６ａに所要数のポケット部６ｂを形成した冠形（片持ちリング構造）の玉案内合成樹脂保持器が標準的に採用されている。
【０００３】
この玉案内保持器４は、図９に示すように、通常、玉３を保持するポケット内面６ｃは、玉３の曲率より僅かに大きな曲率を持った球面形状に形成されており、保持器４の半径方向の動き量は、図１０に示すように、玉３とポケット内径側端面間のすきまΔＲ1、又は玉３とポケット外径側端面間のすきまΔＲ2の何れか小さい方で位置決めされる。
また、保持器４の軸方向の動き量は、図１１に示すように、一方向はリング側ポケット内面６ｃと玉３とのすきまΔＳ1で位置決めされ、もう一方向は、ポケット柱部６ｄの先端に形成した玉係止部６ｅと玉３とのすきまΔＳ2によって位置決めされる。
【０００４】
また、保持器４は、通常、射出成形で製作されるが、型から保持器を分離する時は、軸方向に離形する構成（所謂アキシャルドロー型）となっている。このとき、ポケット面の内径φｄPと、一対の玉係止部６ｅ間の距離即ち口元径寸法Ｈとの関係がφｄP＞Ｈとなるため、離型時に玉係止部６ｅはポケットを形成するための成形型部材（球面状の部材）が通過する際、変形を伴う。所謂無理抜きの形を取らざるを得ない。
【０００５】
したがって、玉係止部６ｅは離型の際、破損や亀裂、あるいは機能上問題となる大きな塑性変形を残さないような柔軟性を保持することが必要である。
また、玉係止部６ｅは、その対向する玉係止部６ｅ間の口元径寸法Ｈに対する玉径φＤaがφＤa＞Ｈの関係でもあり、軸受に保持器４を組込む際即ち玉３をポケット部６ｂに挿入する際に、玉係止部６ｅ間を通過する時も、玉係止部６ｅの破損や欠け等が生じないことが必要であり、組込後は保持器４が軸方向に玉３から抜けないような構造としている。
【０００６】
一方、アンギュラ玉軸受の場合、図１２及び図１３に示すように、一般的には両側リング構造の所謂もみぬき保持器７が使用されることが多いが、最近、特許文献１に示すような幅狭玉軸受の場合には、玉軸受の軸方向の幅をより狭くするための方策として、冠形片持ちリング構造の玉案内保持器が提案されている。
【０００７】
特許文献１では、図１４に示すように、リング部１７の少なくとも円周方向の一箇所で互いに隣り合うポケット部１９間を予め切断して、各切断面間に所定のすき間ΔＬを持たせた構造の保持器を開示している。
このような構造を採用することで、保持器１５と内外輪との熱膨張係数差及び保持器の寸法精度や真円度のばらつきにより、転動体ピッチ円径と保持器ポケットのピッチ円径がずれた場合でも、片持ち形状であることによる半径方向の柔軟性と、各切断面間のすき間ΔＬによる円周方向の弾力的変形（円周方向の柔軟性）を兼ね備えることとなるため、玉１３とポケット部１９間の突っ張り力を緩衝して、保持器１５の損傷や摩耗を防止すると共に、玉１３とポケット部１９内面とのすべり接触抵抗によるトルクむらや発熱をより軽減することができる。
【０００８】
ところで、特許文献１に記載の転がり軸受では、玉案内方式を採用して、玉とポケットとの間の半径方向すきまは小さく設定されているので、軸受の回転による昇温で、軸受各部品（例えば、内輪、外輪及び玉が軸受鋼、保持器がポリアミド樹脂などの合成樹脂で形成されている場合）間の線膨張係数の差により保持器が相対的に膨張する。
【０００９】
その結果、保持器の切断部の円周方向すきまが小さくなり、使用環境温度も含めて軸受の昇温値が高い場合、保持器の切断部の円周方向の端面同士が突っ張り干渉して、該干渉部での発熱や摩耗、損傷が生じる恐れがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１０】
【特許文献１】特開２００３−３３６６４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
そこで、本発明は上記従来例の未解決の課題に着目してなされたものであり、軸方向の省スペース化の目的で冠形保持器を採用した場合に、玉の摩耗や損傷及び保持器を破損させることなく安定した回転性能を発揮することができる玉軸受を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記目的を達成するために、請求項１に係る転がり軸受は、外周面に内輪軌道面を有する内輪と、内周面に外輪軌道面を有する外輪と、前記内輪軌道面と前記外輪軌道面との間に転動自在に設けられた複数の転動体と、円周方向の少なくとも一カ所に切断部が形成され、前記複数の転動体を円周方向に略等間隔で保持する合成樹脂製の保持器と、を備え、前記切断部の相対する切断面の少なくとも一方を、滑らかなＲ形状に形成したことを特徴としている。
【００１３】
また、請求項２に係る転がり軸受は、請求項1に係る発明において、前記切断面の少なくとも一方に、潤滑剤を溜めるための凹溝部を設けたことを特徴としている。
【００１４】
さらに、請求項３に係る転がり軸受は、前記転動体が、玉であることを特徴としている。
【００１５】
さらにまた、請求項４に係る転がり軸受は、前記転動体が、円筒ころであることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
本発明の転がり軸受によれば、軸受の使用時において、温度膨張により切断部が干渉した後も接触部の摩擦や損傷を防止でき、保持器が半径方向の膨張をしてもポケット部と転動体間の強い接触によってポケット部の摩耗や破損を生じることがなく、安定した回転性能を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態に係る転がり軸受を説明を説明するための要部断面図である。
【図２】図１に示す転がり軸受に組み込まれた冠形保持器の断面図である。
【図３】図１に示す転がり軸受に組み込まれた冠形保持器の部分的斜視図である。
【図４】図２の矢印Ｂ方向から見た一部を破断した図である。
【図５】図１に示す転がり軸受に組み込まれた冠形保持器を説明するための要部断面図である。
【図６】本発明の第２実施形態に係る転がり軸受に組み込まれた冠形保持器を説明するための要部断面図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係る転がり軸受に組み込まれた冠形保持器を説明するための要部断面図である。
【図８】従来の深みぞ玉軸受を示す断面図である。
【図９】図８の保持器を示す斜視図である。
【図１０】図８のＢ−Ｂ線上の断面図である。
【図１１】図８のＡ−Ａ線上の断面図である。
【図１２】従来のアンギュラ玉軸受を示す断面図である。
【図１３】図１２の保持器を示す側面図である。
【図１４】（ａ）は従来の保持器を軸方向から見た矢視図、（ｂ）は（ａ）の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、本発明の実施の形態を図を参照して説明する。図１は本発明の第１の実施の形態を示す単列玉軸受を２列組み合わせた状態を示す要部断面図、図２は玉案内保持器を示す断面図、図３は保持器を径方向内側から見た部分斜視図、図４は図２の矢印Ｂ方向から見た矢視図、図５は図１に示す転がり軸受に組み込まれた冠形保持器を説明するための要部断面図、図６は本発明の第２実施形態に係る転がり軸受に組み込まれた冠形保持器を説明するための要部断面図、図７は本発明の第２実施形態に係る転がり軸受に組み込まれた冠形保持器を説明するための要部断面図である。
【００１９】
図１に示すように、本実施形態の転がり軸受１０（以下、幅狭玉軸受１０とも称す）は、アンギュラ玉軸受とされており、２列のアンギュラ玉軸受を背面組合せ（接触角がハの字となる配列）としている。各転がり軸受１０は、外周面に内輪軌道面１１ａを有する内輪１１と、内周面に外輪軌道面１２ａを有する外輪１２と、内輪軌道面１１ａと外輪軌道面１２ａとの間に転動自在に設けられた複数の玉（転動体）１３と、円周方向の一カ所に切断部１４（図１４参照）が形成され、複数の玉１３を円周方向に略等間隔で保持する合成樹脂製の冠形保持器１５と、を備える。また、２列の幅狭玉軸受１０の各外輪１２の軸方向外側の端部内周面には、それぞれ非接触型のシール部材１６が装着されている。なお、シール部材１６は、接触型タイプでもよく、また、材料、形状は特に限定されない。
【００２０】
ここで、本実施形態では、軸方向の省スペース化を図るため、転がり軸受１０の軸方向断面幅Ｂと半径方向断面高さＨ（＝（外輪外径Ｄ−内輪内径ｄ）／２）との断面寸法比（Ｂ／Ｈ）をＢ／Ｈ＜０．６３としている。
【００２１】
なお、Ｂ／Ｈは、理論的にはＢ／Ｈ＞０であるが、現実的には、使用する玉径や保持器、シール部材の設計、選定等を加味すると、Ｂ／Ｈ＞０．１０、好ましくはＢ／Ｈ＞０．２０、より好ましくはＢ／Ｈ＞０．３０とする。
【００２２】
また、国際標準化機構（ＩＳＯ）で規定されている標準寸法玉軸受の場合、Ｂ／Ｈが１．０前後のものが多くを占める。したがって、Ｂ／Ｈ＜０．５に設定すれば、標準玉軸受約１列分の幅方向スペースで２列分の幅狭玉軸受１０を配設させることができ、省スペース化が図れる。
【００２３】
また、アンギュラ玉軸受の場合、１列では一方向の軸方向荷重しか受けられず、また、モーメント荷重を受けることはできないが、２列以上組合わせることで、両方向の軸方向荷重やモーメント荷重の負荷が可能となる。また、予圧を付加することもできるので、省スペース化と共にラジアル剛性やアキシャル剛性及びモーメント剛性なども大きくすることができる。
【００２４】
また、Ｂ／Ｈ＜０．２５に設定すれば、さらなる省スペース化と共に、標準玉軸受約１列分の幅方向スペースで４列の幅狭玉軸受を配設させることができ、さらに剛性の向上が可能である。
【００２５】
また、（Ｂ／Ｈ）＝０．６３未満とすることで、軸やハウジングに軸受を組み込んだ場合（特に、軸やハウジングとすきま嵌合で組み込んだ場合）、外輪を端面押え、内輪を軸受ナット等でそれぞれ固定した場合の内外輪の変形（特に真円度の悪化）を抑制することができると共に、変形によって生じるトルク不良や回転精度不良、あるいは、発熱増大、摩耗や焼付き等の不具合を防止することができる。
【００２６】
さらに、（Ｂ／Ｈ）＝０．６３未満とすることで、軸受の幅寸法が従来の標準単列玉軸受の約半分となるので、玉径も従来の玉軸受の半分程度となるが、逆に１列あたりの玉数が少なくとも２倍以上に増加し、軸受剛性は従来の玉軸受に対して増加する。
【００２７】
また、国際標準化機構（ＩＳＯ）で規定されている寸法系列が１８（例えば、６８２０）、１９（例えば、６９３８）、１０（例えば、７０１６Ａ）、０２（例えば、７２２４Ｃ）、０３（例えば、７３５０Ａ）などの標準寸法玉軸受では、軸受内径寸法がφ５ｍｍ〜φ５００ｍｍにおいては、断面寸法比（Ｂ／Ｈ）はＢ／Ｈ＝０．６３〜１．１７となっているが、本実施形態の幅狭玉軸受１０は、軸方向に幅狭としたので、上述の断面寸法比に該当しないものとなる。
【００２８】
本実施形態の幅狭玉軸受１０では、軸受の負荷容量や剛性を上げるために、円周方向に隣り合う玉１３間のピッチは極力小さくし、できる限り玉数を多くしている。通常の玉軸受では、玉数は多くとも３０〜４０個以下／１列程度であるが、本実施形態では、５０個以上、好ましくは６０個以上、より好ましくは７０個以上／１列としている。
【００２９】
アンギュラ玉軸受の場合、接触角は、大きなモーメント荷重を負荷した際に、内外輪みぞ肩部への玉と内外輪みぞ接触部の乗り上げを抑えるため、概ね６０°以下、望ましくは５０°以下、さらに望ましくは４０°以下がよいが、２０°未満の場合は、許容アキシャル荷重やモーメント剛性が低下するので好ましくない。本実施形態における適正な玉径は、シール部材等の装着有無により変化するが、剛性を増加させるため、極端に玉径を小さくすると、玉と内外輪の軌道みぞとの接触部間の面圧が増加し、耐圧痕性が低下するおそれがあるため、概ね、軸受幅（Ｂ）の３０〜９０％が望ましい。
【００３０】
更に、本実施形態では、玉１３の軸方向ピッチをできるだけ組合せ側端面の反対側にずらし（図１：Ｘ１＞Ｘ２）、保持器１５のリング部１７（図２〜図５参照）が軸受組合せ端面側になるように配置しており、リング部１７の軸方向肉厚を大きくし、また、モーメント剛性を上げるための作用点間距離を大きくとれるようにしている。
【００３１】
また、軸受の材料としては、標準の軸受鋼（ＳＵＪ２やＳＵＪ３）など、特に限定されないが、必要に応じて、これらの材料で、軸受の寸法安定性や耐摩耗性などの機械的性質を向上させるために、内輪１１及び外輪１２の少なくとも一方に、サブゼロ処理を施してもよい。
【００３２】
サブゼロ処理の方法としては、例えば、焼入れ直後に、液体窒素を用いて−１５０°Ｃ程度の雰囲気とし、本サブゼロ処理後に焼戻しを行なう。そして、サブゼロ処理と焼戻し処理とを数回繰り返す。冷却溶媒として、液体窒素使用のサブゼロ処理では、繰り返し回数は多くとも３回程度でかまわない。サブゼロ処理によって、組織中の残留オーステナイト（γＲ）がマルテンサイトに変態する。併せて、結晶粒の安定化も促進されるので、これにより経時寸法変化の防止と耐摩耗性などの機械的性質が向上する。
【００３３】
本実施形態の場合、内輪１１及び外輪１２の軸方向幅が狭いので、そりや真円度不良などの経時寸法変化が発生しやすい傾向がある。したがって、サブゼロ処理により、前記経時寸法変化を抑制することができ、特に、軸受精度が必要な工作機械の回転テーブルや主軸旋回機構部、印刷機械のドラム等の回転機構部などの回転支持部に本実施形態の幅狭玉軸受１０を使用する場合、軸受精度劣化による機器の精度不具合を防止でき、長期的に良好な機能を保持することができる。
【００３４】
また、例えば真空用途や腐食環境などでは、軸受鋼以外に、耐食材料であるステンレス鋼系材料（例えば、ＳＵＳ４４０Ｃ等のマルテンサイト系ステンレス鋼材料やＳＵＳ３０４等のオーステナイト系ステンレス鋼材料、ＳＵＳ６３０等の析出硬化系ステンレス鋼材料など）、チタン合金やセラミック系材料（例えば、Ｓｉ3Ｎ4，ＳｉＣ，Ａｌ2Ｏ3，ＺｒＯ2など）を採用してもよい。
【００３５】
潤滑方法も特に限定されず、一般的な使用環境では、鉱油系グリースや合成油系（例えば、リチウム系、ウレア系等）のグリースや油を使用でき、真空用途などでは、フッ素系のグリースまたは油、あるいはフッ素樹脂、ＭＯＳ2などの固体潤滑剤を使用することができる。
【００３６】
玉案内保持器１５は、図２〜図４に示すように、リング部１７と、このリング部１７の一端部に周方向に略等間隔で複数箇所軸方向に突設された柱部１８と、各柱部１８間に形成されて玉１３を周方向に転動可能に保持する多数のポケット部１９と、このポケット部１９のリング部１７とは反対側の先端部に形成された玉１３の抜け出しを防止する一対の玉係止部とを備えた柔軟性のある冠形保持器の構成を有する。この保持器１５の材料は、例えば、ポリアミド、ポリアセタール、ポリフェニレンサルファイド等の合成樹脂材とし、必要に応じて、合成樹脂材にガラス繊維や炭素繊維等の補強材を混入した材料を用いる。
【００３７】
また、保持器１５は、図５に示すように、リング部１７の少なくとも円周方向の一箇所で互いに隣り合うポケット部１９間を予め切断して切断部１４を形成し、さらに、切断部１４の相対する切断面を滑らかなＲ形状とした上で、切断面間に所定のすき間ΔＬを持たせた構造としている。
【００３８】
本実施形態のような幅狭玉軸受１０では、冠型保持器１５の円周方向に切断部１４を形成し、さらに、相対する切断面を滑らかなＲ形状にしたことで、以下のような効果を奏する。
【００３９】
即ち、切断部がない円環状の冠型保持器を有する従来の幅狭玉軸受では、軸受が幅狭のため、玉径は幅方向の寸法で限定されて小さくなる。したがって、保持器の円環部の断面肉厚が小さくなり、円環部の剛性は小さい。また、寸法測定時の測定圧による変形が大きく、径方向寸法の測定ができず、保持器が適正な精度か否かを判断できない。玉ピッチ円直径に対してポケット径中心のピッチ円直径がずれていると、玉案内方式なので玉とポケット部とが直径方向で干渉する。
【００４０】
仮に、保持器の寸法精度が適正であった場合でも、玉径寸法が小さいため、保持器の円環部の断面肉厚が薄くなり、円環部の剛性が小さいため、真円度などの形状精度が悪くなる。また、昇温や吸水による保持器の直径方向の伸長のため、玉とポケットとの間の突っ張りなどが生じ、ポケット面の摩耗や回転中の発熱大、トルクむら、トルク大等の不具合が発生する。
【００４１】
一方、本実施形態の幅狭玉軸受１０では、切断部１４を形成することで剛性がさらに小さくなるが、仮にピッチ円直径がずれていても、逆に、弾性変形が容易で、玉ピッチ円直径になじんでくれるので、玉１３とポケット部１９との間の強い接触圧を伴う干渉が生じにくい。
【００４２】
さらに、保持器１５の温度膨張により切断部１４での保持器１５の円周方向の干渉が発生したとしても、相対する切断面を滑らかなＲ形状に構成することで、ポケット部１９と玉１３間が突っ張ることなく、摺動トルク大による発熱やポケット部１９の摩耗及び損傷が生じることはない。
【００４３】
次に、図６を参照して、本発明の第２実施形態に係る転がり軸受に組み込まれた保持器１５を説明する。この保持器１５では、第１実施形態の切断面に、潤滑剤を溜めるための凹溝２０ａを設けた構成としている。図６に示すように潤滑剤を保持する凹溝２０ａを設ければ、さらに潤滑条件が向上し（潤滑剤の接触部への供給が容易となる）、本部分での摩擦による発熱が軽減し、摩耗や損傷を防止することがより確実に可能となり、摺動トルク大による発熱やポケット部１９の摩耗及び損傷が生じることはない。なお、潤滑剤を保持する凹溝２０ａは、切断部の少なくとも一方に設ければ良い。
【００４４】
次に、図７を参照して、本発明の第３実施形態に係る転がり軸受に組み込まれた保持器１５を説明する。この保持器１５では、第２実施形態の切断面と同様に潤滑剤を溜めるための凹溝２０ｂを設けた構造としているが、凹溝２０ｂの形状を溝開口部より溝底部の幅を広くした構成としている。図７に示すような凹溝２０ｂ形状とすれば、保持器回転時に潤滑剤を溝内部に保持する効果がより高まり、軸受回転時における切断部１４での摩擦による発熱がさらに軽減し、摩耗や損傷を確実に防止することができる。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明の転がり軸受は、例えば、産業機械、ロボットの関節部や旋回機構部、工作機械の主軸、回転テーブルや主軸旋回機構部、医療機器、半導体／液晶製造装置、光学及びオプトエレクトロニクス装置等の回転支持部に好適に利用できる。
【符号の説明】
【００４６】
１０    転がり軸受
１１ａ  内輪軌道面
１１    内輪
１２ａ  外輪軌道面
１２    外輪
１３    転動体
１４    切断部
１５    保持器
１６    シール部材
１７    リング部
１８    柱部
１９    ポケット部
【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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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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