(57)【要約】【課題】高速運転における外輪軌道溝と玉との多点当りを防止することにより、長寿命を達成することが可能な４点接触玉軸受を提供する。【解決手段】玉３を外輪軌道溝１ａに押し付けたときの、玉３と外輪軌道溝１ａとの接触点と玉中心Ｏを結ぶ直線Ａと、軸受中心線Ｃとの成す外輪側レストアングルαｏは、玉３を内輪軌道溝２ａに押し付けたときの、玉３と内輪軌道溝２ａとの接触点と玉中心Ｏを結ぶ直線Ｂと、軸受中心線Ｃとの成す内輪側レストアングルαｉよりも小さい。加えて、負荷側の接触角α１が反負荷側の接触角α２よりも小さい。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周面に形成された外輪軌道溝を有する外輪と、
外周面に形成された内輪軌道溝を有する内輪と、
前記外輪軌道溝と前記内輪軌道溝の間に転動自在に配置された複数の玉と、
前記複数の玉を円周方向に所定の間隔で保持する保持器と、
を有し、
静止状態において、前記玉をラジアル方向に押し付けたときに、前記玉は前記外輪軌道溝及び前記内輪軌道溝にそれぞれ２点で接触する４点接触玉軸受であって、
外輪側レストアングルは、内輪側レストアングルよりも小さいことを特徴とする４点接触玉軸受。
【請求項２】
内周面に形成された外輪軌道溝を有する外輪と、
外周面に形成された内輪軌道溝を有する内輪と、
前記外輪軌道溝と前記内輪軌道溝の間に転動自在に配置された複数の玉と、
前記複数の玉を円周方向に所定の間隔で保持する保持器と、
を有し、
静止状態において、前記内外輪をスラスト方向に押し付けたときに、前記玉は前記外輪軌道溝及び前記内輪軌道溝に接触角を有して接触する４点接触玉軸受であって、
反負荷側の接触角は、負荷側の接触角よりも大きいことを特徴とする４点接触玉軸受。
【請求項３】
反負荷側の前記外輪軌道溝の溝径は、負荷側の前記外輪軌道溝の溝径よりも大きいことを特徴とする請求項２に記載の４点接触玉軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、４点接触玉軸受、特に、ポンプやコンプレッサ等に使用される４点接触玉軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、軸方向両側からのアキシアル荷重とラジアル荷重とを受ける単列玉軸受として、４点接触玉軸受が知られている。図６に示すように、４点接触玉軸受１００では、一般に、外輪１０１と軸方向に二分割された２つの内輪１０２との間に、複数の玉１０３が保持器１０４により円周方向に所定の間隔で転動自在に保持される。外輪１０１の内周面と内輪１０２の外周面とには、異なる曲率中心を有する２つの円弧面１０１ａ１、１０１ａ２、１０２ａ１、１０２ａ２によって外輪軌道溝１０１ａ、内輪軌道溝１０２ａがそれぞれ形成されている。
【０００３】
従来の４点接触玉軸受１００は、負荷側・反負荷側ともに同じ接触角β１、β２を有する４点接触玉軸受１００が使用されていた。これにより、負荷側・反負荷側のどちらでアキシアル荷重を支持する場合でも、同じ軸受性能を発揮する。
【０００４】
また、従来の４点接触玉軸受としては、内輪軌道面及び外輪軌道面が、軸受中心に関して軸方向両側で曲率半径を互いに異ならせたり、接触角を互いに異ならせることで、軸方向両側で異なる円弧面を有するものが知られている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１では、内輪軌道面及び外輪軌道面を、軸方向両側で異なる円弧面に設計することで、純ラジアル荷重だけが働いた場合でも玉にスピン運動を常に起こし、潤滑不良を防止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−２１８５５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、４点接触玉軸受１００がポンプやコンプレッサ用途である場合、主に荷重を受ける方向は一定であり、装置停止時等で反スラスト荷重が発生した場合のみ、反負荷側で荷重を支えることが求められる。
【０００７】
ここで、アキシアル荷重が負荷された状態で、高速回転する場合、玉１０３は、負荷側２点のみで接触した状態から、遠心力を受けて外輪外径側に押し付けられる。したがって、玉１０３は外輪軌道溝１０１ａに倣って図６の玉移動方向（図中右上方向）に移動して外輪反負荷側に接近し、内輪負荷側の接触角β１が大きくなるといった変化が生じる。玉１０３が外輪１０１の反負荷側へ接近すると、反負荷側の円弧面１０１ａ２と玉１０３との接触が発生する。この時の外輪１０１と玉１０３の接触する角度はレストアングル（外輪側レストアングル）に相当する。
【０００８】
この状態においては、玉１０３の自転方向と反負荷側の外輪１０１の回転方向が異なることにより、外輪軌道溝１０１ａの２つの円弧面１０１ａ１、１０１ａ２と玉１０３との両接触点における玉１０３の接触部での周速が異なるため、すべりが生じて摩耗や発熱が大きくなり、早期に軸受損傷に至る可能性がある。
【０００９】
特許文献１に記載の４点接触玉軸受は、４点での接触による使用を前提としており、接触角とアキシアル方向の荷重条件との関係については何ら記載されておらず、アキシアル荷重を受けた場合に、すべりが生じて摩耗や発熱が大きくなり、早期に軸受損傷に至ることが考えられる。
【００１０】
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、高速運転における玉と反負荷側の外輪軌道溝との接触を抑制して、長期にわたり安定して運転可能な４点接触玉軸受を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）  内周面に形成された外輪軌道溝を有する外輪と、
外周面に形成された内輪軌道溝を有する内輪と、
前記外輪軌道溝と前記内輪軌道溝の間に転動自在に配置された複数の玉と、
前記複数の玉を円周方向に所定の間隔で保持する保持器と、
を有し、
静止状態において、前記玉をラジアル方向に押し付けたときに、前記玉は前記外輪軌道溝及び前記内輪軌道溝にそれぞれ２点で接触する４点接触玉軸受であって、
外輪側レストアングルは、内輪側レストアングルよりも小さいことを特徴とする４点接触玉軸受。
（２）  内周面に形成された外輪軌道溝を有する外輪と、
外周面に形成された内輪軌道溝を有する内輪と、
前記外輪軌道溝と前記内輪軌道溝の間に転動自在に配置された複数の玉と、
前記複数の玉を円周方向に所定の間隔で保持する保持器と、
を有し、
静止状態において、前記内外輪をスラスト方向に押し付けたときに、前記玉は前記外輪軌道溝及び前記内輪軌道溝に接触角を有して接触する４点接触玉軸受であって、
反負荷側の接触角は、負荷側の接触角よりも大きいことを特徴とする４点接触玉軸受。
（３）  反負荷側の前記外輪軌道溝径は、負荷側の前記外輪軌道溝径よりも大きいことを特徴とする（１）に記載の４点接触玉軸受。
【００１２】
なお、外輪側レストアングル及び内輪側レストアングルとは、静止状態において、玉をラジアル方向に押し付けた時に外輪軌道溝または内輪軌道溝と玉が接触する角度である。また、接触角は、外輪及び内輪をアキシアル方向に押し付けた時に外輪軌道溝及び内輪軌道溝が接触する角度である。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の４点接触玉軸受によれば、外輪側レストアングルは、内輪側レストアングルよりも小さいので、アキシアル荷重が作用した状態で、高速回転で使用されたとしても、外輪軌道溝と玉との多点当りを防止することにより、すべりによる早期軸受損傷が防止でき、長寿命を達成することができる。
【００１４】
また、反負荷側の接触角は、負荷側の接触角よりも大きいので、アキシアル荷重が作用した状態で、高速回転で使用されたとしても、外輪軌道溝と玉との多点当りを防止することにより、すべりによる早期軸受損傷が防止でき、長寿命を達成することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の第１実施形態に係る４点接触玉軸受の断面図である。
【図２】アキシアル荷重が負荷された図１に示す４点接触玉軸受の断面図である。
【図３】本発明の第２実施形態に係る４点接触玉軸受の断面図である。
【図４】図３に示す４点接触玉軸受の外輪軌道溝及び外輪側レストアングルを示す要部拡大図である。
【図５】アキシアル荷重が負荷された図３に示す４点接触玉軸受の断面図である。
【図６】従来の４点接触玉軸受の断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下、本発明に係る４点接触玉軸受の各実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
【００１７】
（第１実施形態）
図１及び図２に示すように、本実施形態の４点接触玉軸受１０は、内周面に外輪軌道溝１ａを有する単一の外輪１と、外周面に内輪軌道溝２ａをそれぞれ有し、軸方向中間部で軸方向に二分割された２つの分割輪からなる内輪２と、外輪１及び内輪２との間に所定の間隔で転動自在に配置される複数の玉３と、複数の玉３を円周方向に所定の間隔で保持する外輪案内方式の保持器４と、を備える。外輪軌道溝１ａ、内輪軌道溝２ａは、異なる曲率中心を有する２つの円弧面１ａ１、１ａ２、２ａ１、２ａ２によってそれぞれ形成されている。
【００１８】
ここで、本実施形態の４点接触玉軸受１０では、玉３と外輪軌道溝１ａとをラジアル方向に相対的に移動させ、玉３を外輪軌道溝１ａに押し付けたときの、玉３と外輪軌道溝１ａとの接触点と玉中心Ｏを結ぶ直線Ａと、玉中心Ｏを通って径方向に延びる軸受中心線Ｃとの成す角度を外輪側レストアングルαｏとし、玉３と内輪軌道溝２ａとをラジアル方向に相対的に移動させ、玉３を内輪軌道溝２ａに押し付けたときの、玉３と内輪軌道溝２ａとの接触点と玉中心を結ぶ直線Ｂと、軸受中心線Ｃとの成す角度を内輪側レストアングルαｉとすると、外輪側レストアングルαｏは、内輪側レストアングルαｉよりも小さく設定される。具体的には、外輪軌道溝１ａの各円弧面１ａ１、１ａ２は、溝曲率や溝径を互いに変えることなく左右対称とし、互いの外輪１側の溝中心ずれ量(曲率中心の軸方向ずれ量)を小さくしている。
なお、内輪軌道溝２ａの各円弧面２ａ１，２ａ２も、玉中心を通って径方向に延びる軸受中心線Ｃに対して左右対称に形成されている。
【００１９】
これにより、図２に示すように、アキシアル荷重Ｆａが作用した状態で、高速回転で使用されたとしても、外輪反負荷側となる円弧面１ａ２と玉３との隙間Ｓが大きくなり、遠心力によって玉３が反負荷側の外輪軌道溝１ａ（円弧面１ａ２）と接触することを抑制している。したがって、外輪軌道溝１ａと玉３との多点当りを防止することができ、すべりによる早期軸受損傷が防止でき、長寿命を達成することができる。
【００２０】
なお、第１実施形態の４点接触玉軸受１０では、外輪側レストアングルαｏが、内輪側レストアングルαｉよりも小さい場合、アキシアルガタが大きくなるため、アキシアル方向の位置決め精度が要求されるコンプレッサやポンプなどの用途においては、内輪側レストアングルαｉを大きく設定してアキシアルすきまを最適値に調整する必要がある。例えば、αｉ−αｏ＝０．１°〜３°であることが好ましい。
【００２１】
（第２実施形態）
本実施形態の４点接触玉軸受１０は、図３〜図５に示すように、外輪側レストアングルαｏを内輪側レストアングルαｉよりも小さくすることに加えて、さらに、反負荷側の外輪軌道溝１ａ（円弧面１ａ２）の溝径を大きくすることで、反負荷側の接触角α２を、負荷側の接触角α１よりも大きくしている。これにより、負荷側に対しては極力すきまを小さくし、外輪反負荷側の円弧面１ａ２と玉３とのすきまＳを大きくする。したがって、アキシアル方向のガタ増大を最小限としつつ、高速回転において玉３に遠心力が作用した時の、玉３と外輪１（外輪軌道溝１ａ）の２点当たりを抑制している。
なお、本実施形態でも、内輪軌道溝２ａの各円弧面２ａ１，２ａ２は、玉中心を通って径方向に延びる軸受中心線Ｃに対して左右対称に形成される。
【００２２】
ここで、４点接触玉軸受１０の内部設計は、式（１）で示される。
【００２３】
【数１】
2017020616.tif 000003
但し、αは、接触角、Ｄａは、玉３の直径、ｒｉは、内輪軌道溝の溝径（円弧面の曲率半径）、ｒｅは、外輪軌道溝の溝径（円弧面の曲率半径）、Δｒは、ラジアルすきまとする。
【００２４】
式（１）から分かるように、反負荷側の外輪軌道溝１ａの溝径を増大させると内部ラジアルすきまも増大し、反負荷側の接触角α２は大きくなる。その結果、負荷側接触角α１＜反負荷側接触角α２となる。
【００２５】
一般的に、α２−α１は、５°以上とすることが、外輪１の２点当たりを抑制のために好ましい。
一方、負荷側接触角α１は、アキシアル荷重Ｆａを適切に支持するため、通常２０°〜４０°に設定される。さらに、本発明が適用される高速回転用途では、高速条件でのはくり寿命低下を抑制するため、軽荷重で使用されることが一般的であるので、負荷側接触角α１は小さい方が好ましく、通常、２０°〜３０°に設定される。
【００２６】
また、反負荷側接触角α２を大きくしすぎると、玉３と溝の接触点が溝肩（例えば、内輪外径側の端部）に達してしまうので、反負荷側接触角α２は５０°以下とすることが好適である。すなわち、α２−α１は、５°〜３０°で設定されるのがよい。
【００２７】
したがって、本実施形態の４点接触玉軸受１０によれば、反負荷側の接触角α２は、負荷側の接触角α１よりも大きいので、アキシアル荷重が作用した状態で、高速回転で使用されたとしても、外輪軌道溝１ａと玉３との多点当りを防止することにより、すべりによる早期軸受損傷が防止でき、長寿命を達成することができる。
【００２８】
尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。
例えば、上記実施形態では、単一の外輪１と、軸方向に二分割された２つの分割輪からなる内輪２を有しているため、保持器４は、外輪案内方式のものが採用されているが、軸方向に二分割された２つの分割輪からなる外輪１と、単一の内輪２を用いる場合には、保持器４は、内輪案内方式であってもよい。
【符号の説明】
【００２９】
１      外輪
１ａ    外輪軌道溝
１ａ１，１ａ２      円弧面
２      内輪
２ａ    内輪軌道溝
３      玉
４      保持器
１０    ４点接触玉軸受
Ａ，Ｂ        直線
Ｃ      軸受中心線
Ｏ      玉中心
αｏ    外輪側レストアングル
αｉ    内輪側レストアングル
α１    負荷側接触角
α２    反負荷側接触角 
【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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