JP2012172801A - 組合せアンギュラ玉軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】アキシャル荷重を支承しないアンギュラ玉軸受の内輪と転動体との間のすべりを抑制可能な組合せアンギュラ玉軸受を提供する。
【解決手段】本発明に係る組合せアンギュラ玉軸受１０は、内径面に外輪軌道を有する外輪と、外径面に内輪軌道を有する内輪と、内輪軌道と外輪軌道との間に転動自在に配置される複数の転動体と、転動体を円周方向に所定の間隔で保持する保持器と、をそれぞれ備える第１のアンギュラ玉軸受１１および第２のアンギュラ玉軸受２１を組み合わせて形成されている。第１のアンギュラ玉軸受１１はアキシャル荷重を支承し、第２のアンギュラ玉軸受２１はアキシャル荷重を支承しない。少なくとも第２のアンギュラ玉軸受２１の保持器２４は内輪案内方式である。
【選択図】図２

Description

本発明は、転がり軸受に関し、特にポンプに適用される組合せアンギュラ玉軸受に関する。

流体の移送等に用いられるポンプに用いられる転がり軸受としては、近年、寿命と保守期間を長くするために高負荷容量型のアンギュラ玉軸受が使用されている。図６は、アンギュラ玉軸受が使用されるポンプに作用する各荷重を示す説明図である。図６に示されるポンプ１０１において、軸方向一端に羽根車１０４が取り付けられた軸１０２は、深溝玉軸受１０７と、アンギュラ玉軸受１１１，１２１からなる背面合わせの組合せアンギュラ玉軸受１１０と、によって、ハウジング（簡略化のため図示を省略する）に対して回転自在に支持されている。軸１０２の自重Ｆｗを支持するため、深溝玉軸受１０７にはラジアル荷重Ｆｒ１が、組合せアンギュラ玉軸受１１０にはラジアル荷重Ｆｒ２が作用している。

不図示のモータを駆動すると、軸１０２と共に羽根車１０４が回転し、流体が移送される。このとき、羽根車１０４には遠心力Ｆｒｉがかかり、また、移送される流体の反作用として軸１０２にはアキシャル荷重Ｆａがかかる。図６に示されるように、アキシャル荷重Ｆａが図中左方向へとかかる場合、アキシャル荷重Ｆａは組合せアンギュラ玉軸受１１０の一方のアンギュラ玉軸受１１１により支承され、他方のアンギュラ玉軸受１２１によっては支承されない。

ここで、アンギュラ玉軸受１１１，１２１は軸方向に予圧を与えられているが、アキシャル荷重Ｆａが大きい場合には、アキシャル荷重Ｆａを支承しないアンギュラ玉軸受１２１の予圧が抜けてしまうことがある。アンギュラ玉軸受１２１の予圧が抜けてしまうと、アンギュラ玉軸受１２１の転がり接触部の面圧が低下する。このとき、アンギュラ玉軸受１２１の保持器が転動体案内方式である場合には、保持器自体の重量により拘束された玉と内輪との間ですべりが発生し、アンギュラ玉軸受１２１の内輪が空転するおそれがあり、また、玉、保持器、軌道輪に損傷が発生するおそれもある。

このような問題に鑑み、従来、複列の玉を保持する単一の保持器を備えた複列アンギュラ玉軸受を用い、アキシャル荷重を支承しない側の玉についても単一の保持器によりアキシャル荷重を支承する側の玉と同様に公転させることにより、内輪と転動体との間のすべりを抑制することが知られている（例えば、特許文献１参照）。

特開２００９−１４４９００号公報

しかしながら、特許文献１に記載された複列アンギュラ玉軸受は、組立、製造が困難であるという問題がある。また、特許文献１に記載された単一の保持器を組合せアンギュラ玉軸受に適用しようとしても、回転の位相を合わせることが困難であり、また移送中の振動等により保持器が外れてしまうおそれもある。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、アキシャル荷重を支承しないアンギュラ玉軸受の内輪と転動体との間のすべりを抑制可能な組合せアンギュラ玉軸受を提供することである。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） 内径面に外輪軌道を有する外輪と、
外径面に内輪軌道を有する内輪と、
前記内輪軌道と前記外輪軌道との間に転動自在に配置される複数の転動体と、
前記転動体を円周方向に所定の間隔で保持する保持器と、
をそれぞれ備える複数のアンギュラ玉軸受を組み合わせた組合せアンギュラ玉軸受であって、
前記複数のアンギュラ玉軸受は、アキシャル荷重を支承する第１のアンギュラ玉軸受と、アキシャル荷重を支承しない第２のアンギュラ玉軸受と、を含み、
少なくとも前記第２のアンギュラ玉軸受の前記保持器が内輪案内方式であることを特徴とする組合せアンギュラ玉軸受。
（２） 前記第２のアンギュラ玉軸受の前記保持器の内径面と、前記第２のアンギュラ玉軸受の前記内輪の外径面と、の少なくともいずれかに凸部が形成されることを特徴とする上記（１）記載の組合せアンギュラ玉軸受。
（３） 前記凸部は、ローレット加工、ディンプル加工、および溝加工の少なくともいずれかによって形成されることを特徴とする上記（２）記載の組合せアンギュラ玉軸受。
（４） 前記第２のアンギュラ玉軸受の前記転動体が、セラミックにより形成されることを特徴とする上記（１）〜（３）のいずれかに記載の組合せアンギュラ玉軸受。
（５） ポンプに適用されることを特徴とする上記（１）〜（４）のいずれかに記載の組合せアンギュラ玉軸受。

本発明の組合せアンギュラ玉軸受によれば、アキシャル荷重を支承しないアンギュラ玉軸受の保持器が内輪案内方式であるため、内輪の回転により保持器および転動体が駆動され、内輪と転動体との間のすべりを抑制することができる。

本発明の一実施形態に係る組合せアンギュラ玉軸受が使用されるポンプの概略断面図である。 図１に示されるポンプで使用される組合せアンギュラ玉軸受の拡大図である。 （Ａ）〜（Ｇ）は、図２の第２のアンギュラ玉軸受の内輪外径面の形状の一例を示す要部拡大図である。 （Ａ）〜（Ｇ）は、図２の第２のアンギュラ玉軸受の内輪外径面の形状の一例を示す要部拡大図である。 （Ａ）〜（Ｅ）は、図２の第２のアンギュラ玉軸受の内輪外径面の形状の一例を示す要部拡大図である。 ポンプに作用する荷重を示す説明図である。

以下、本発明に係る組合せアンギュラ玉軸受の一実施形態を、図面に基づいて詳細に説明する。

図１は、本実施形態にかかる組合せアンギュラ玉軸受が適用されたポンプの断面図である。ポンプ１において、軸方向一端に羽根車４が取り付けられた軸２は、深溝玉軸受７と、第１のアンギュラ玉軸受１１および第２のアンギュラ玉軸受２１からなる組合せアンギュラ玉軸受１０と、によって、ハウジング３に対して回転自在に支持されている。第１のアンギュラ玉軸受１１および第２のアンギュラ玉軸受２１は、背面合わせにされると共に、軸方向に締め付けられることにより予圧されている。このような組合せアンギュラ玉軸受１０を用いて軸２を支持することにより、羽根車４の高精度な位置決めが実現でき、ポンプ１の効率を向上することができる。

図２は、図１のポンプ１に使用されている組合せアンギュラ玉軸受１０の拡大図を示す。図２に示されるように、組合せアンギュラ玉軸受１０は、第１のアンギュラ玉軸受１１と、第２のアンギュラ玉軸受２１と、からなる。

第１のアンギュラ玉軸受１１は、内径面１２ａに外輪軌道１２ｂを有する外輪１２と、内径面１３ａに内輪軌道１３ｂを有する内輪１３と、外輪軌道１２ｂと内輪軌道１３ｂとの間に転動自在に配置される複数の玉１５と、玉１５をそれぞれ収容する複数のポケット１４ｂを有する保持器１４と、を備える。第１のアンギュラ玉軸受１１の保持器１４は、転動体案内方式の保持器であり、軸２および内輪１３の回転により回転する玉１５により駆動されて回転する。

第２のアンギュラ玉軸受２１は、内径面２２ａに外輪軌道２２ｂを有する外輪２２と、外径面２３ａに内輪軌道２３ｂを有する内輪２３と、外輪軌道２２ｂと内輪軌道２３ｂとの間に転動自在に配置される複数の玉２５と、玉２５をそれぞれ収容する複数のポケット２４ｂを有する保持器２４と、を備える。第２のアンギュラ玉軸受２１の保持器２４は、内輪案内方式の保持器であり、軸２の回転により回転する内輪２３により駆動されて回転する。

ポンプ１において、軸２に連結された不図示のモータを駆動すると、軸２と共に羽根車４が回転し、流体がハウジング３の吸入側５から排出側６へと圧送される。このとき、反作用として、軸２には図中左方向へと向うアキシャル荷重Ｆａ（図２参照）が加わる。このアキシャル荷重Ｆａは、軸２を通して、第１のアンギュラ玉軸受１１の内輪１３に伝達される。このように、アキシャル荷重Ｆａは、組合せアンギュラ玉軸受１０の第１のアンギュラ玉軸受１１により全て支承され、第２のアンギュラ玉軸受２１によっては支承されない。

アキシャル荷重Ｆａが過大になると、第２のアンギュラ玉軸受２１にかけられている予圧が抜け、第２のアンギュラ玉軸受２１の玉２５と外輪軌道２２ｂおよび内輪軌道２３ｂとの間の転がり接触部の面圧が低下する。ここで、前述したように、第２のアンギュラ玉軸受２１の保持器２４は内輪案内方式の保持器であるため、軸２の回転により回転する内輪２３により保持器２４が駆動されて回転する。保持器２４の回転により保持器２４のポケット２４ａに収容されている玉２５も駆動されるので、内輪２３、保持器２４および玉２５がスムーズに回転し、内輪２３と玉２５との間のすべりを抑制することができる。

また、本実施形態の組合せアンギュラ玉軸受１０において、第２のアンギュラ玉軸受２１の保持器内径面２４ｂを案内する内輪外径面２３ａには、周方向にわたって凸部３１が形成されている。この凸部３１によって、内輪２３の駆動力が保持器２４へと良好に伝達される。凸部３１は、溝加工（切削加工）によって複数の凹部３２を形成することにより設けられる。溝加工により形成される凹部３２の形状は、軸方向に延びる直線状の溝形状（図４（Ａ））や、軸方向に対して斜めに延びる直線状の溝形状（図４（Ｂ）（Ｃ））、軸方向に対して斜めに延びる格子溝形状（図４（Ｄ））、周方向に延びる直線状の溝形状（図４（Ｅ））、周方向に延びる波線状の溝形状（図４（Ｆ））、周方向に延びる格子溝形状（図４（Ｇ））など、種々の形状であってよい。第２のアンギュラ玉軸受２１の内輪外径面２３ａにおいて、凹部３２が形成されない部分が凸部３１となり、凸部３１によって内輪２３の回転駆動力が保持器２４へと良好に伝達される。

また、第２のアンギュラ玉軸受２１の玉２５は、セラミックにより形成されている。これにより玉２５が軽量となっているので、保持器２４の回転による駆動力が玉２５に良好に伝達される。このため、内輪２３、保持器２４および玉２５がスムーズに回転し、内輪２３と玉２５との間のすべりを抑制することができる。また、玉２５がセラミックにより形成されていることにより玉２５の硬度が向上するため、玉２５の損傷を防止することができ、第２のアンギュラ玉軸受２１の寿命を向上することができる。

このように、本実施形態の組合せアンギュラ玉軸受１０においては、アキシャル荷重を支承する第１のアンギュラ玉軸受１１の保持器１４が転動体案内方式であると共に、アキシャル荷重を支承しない第２のアンギュラ玉軸受２１の保持器２４が内輪案内方式であり、第２のアンギュラ玉軸受２１の保持器２４を案内する内輪外径面２３ａに凸部３１が形成されている。また、第２のアンギュラ玉軸受２１の玉２５は、セラミックにより形成されている。これにより、第１のアンギュラ玉軸受１１にかかるアキシャル荷重が大きく、第２のアンギュラ玉軸受２１の予圧が抜けてしまう場合でも、第２のアンギュラ玉軸受２１の内輪２３の回転による駆動力が保持器２４に良好に伝達され、内輪２３、保持器２４および玉２５がスムーズに回転し、内輪２３と玉２５との間のすべりを抑制することができる。また、これらの構成により、組合せアンギュラ玉軸受１０の寿命を向上し、保守期間を延長することができる。

本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、変更、改良等が適宜可能である。例えば、凸部３１は、第２のアンギュラ玉軸受２１の内輪外径面２３ａの周方向にわたって、ローレット加工によって複数の凹部３２を形成することにより設けられてもよい。ローレット加工により形成される凹部３２の形状は、軸方向に延びる直線状の溝形状（図４（Ａ））や、軸方向に対して斜めに延びる直線状の溝形状（図４（Ｂ）（Ｃ））、軸方向に対して斜めに延びる格子溝形状（図４（Ｄ））、周方向に延びる直線状の溝形状（図４（Ｅ））、周方向に延びる波線状の溝形状（図４（Ｆ））、周方向に延びる格子溝形状（図４（Ｇ））など、種々の形状であってよい。第２のアンギュラ玉軸受２１の内輪外径面２３ａにおいて、凹部３２が形成されない部分が凸部３１となり、凸部３１によって内輪２３の回転駆動力が保持器２４へと良好に伝達される。

また、凸部３１は、第２のアンギュラ玉軸受２１の内輪外径面２３ａの周方向にわたって、ディンプル加工によって複数の凹部３２を形成することにより設けられてもよい。ディンプル加工により形成される凹部３２の形状は、周方向に長い楕円形状（図５（Ａ））や、軸方向に長い楕円形状（図５（Ｂ））、円形状（図５（Ｃ））、軸方向に対して斜め方向に長い楕円形状（図５（Ｄ）（Ｅ））など、種々の形状であってよい。また、複数の凹部３２は、軸方向に並べる数を周方向で等しくして配置してもよく（図５（Ｂ）（Ｄ））、軸方向に並べる数を周方向で変えて配置してもよい（図５（Ａ）（Ｃ）（Ｅ））。第２のアンギュラ玉軸受２１の内輪外径面２３ａにおいて、凹部３２が形成されない部分が凸部３１となり、凸部３１によって内輪２３の回転駆動力が保持器２４へと良好に伝達される。

尚、前述した実施形態では、凸部３１は第２のアンギュラ玉軸受２１の内輪外径面２３ａに形成されていたが、第２のアンギュラ玉軸受２１の保持器内径面２４ｂに形成されてもよく、またはその両方に形成されていてもよい。また、前述した実施形態では、背面合わせの組合せアンギュラ玉軸受２１について説明したが、同軸上に離れて配置された複数のアンギュラ玉軸受を用いてもよい。また、前述した実施形態では、アキシャル荷重を支承するアキシャル玉軸受に転動体案内方式の保持器を適用しているが、内輪案内方式など他の保持器を適用してもよい。アキシャル荷重を支承しないアキシャル玉軸受に内輪案内方式の保持器を適用することにより、アキシャル荷重を支承しないアキシャル玉軸受の予圧が抜ける場合であっても、内輪と玉との間のすべりを抑制することが可能となる。

本発明の組合せアンギュラ玉軸受は、ポンプ等に好適に利用可能である。

１ ポンプ
１０ 組合せアンギュラ玉軸受
１１ 第１のアンギュラ玉軸受
１４ 保持器
２１ 第２のアンギュラ玉軸受
２３ａ 内輪外径面
２４ 保持器
２５ 玉

Claims (5)

1. 内径面に外輪軌道を有する外輪と、
   外径面に内輪軌道を有する内輪と、
   前記内輪軌道と前記外輪軌道との間に転動自在に配置される複数の転動体と、
   前記転動体を円周方向に所定の間隔で保持する保持器と、
   をそれぞれ備える複数のアンギュラ玉軸受を組み合わせた組合せアンギュラ玉軸受であって、
   前記複数のアンギュラ玉軸受は、アキシャル荷重を支承する第１のアンギュラ玉軸受と、アキシャル荷重を支承しない第２のアンギュラ玉軸受と、を含み、
   少なくとも前記第２のアンギュラ玉軸受の前記保持器が内輪案内方式であることを特徴とする組合せアンギュラ玉軸受。
2. 前記第２のアンギュラ玉軸受の前記保持器の内径面と、前記第２のアンギュラ玉軸受の前記内輪の外径面と、の少なくともいずれかに凸部が形成されることを特徴とする請求項１記載の組合せアンギュラ玉軸受。
3. 前記凸部は、ローレット加工、ディンプル加工、および溝加工の少なくともいずれかによって形成されることを特徴とする請求項２記載の組合せアンギュラ玉軸受。
4. 前記第２のアンギュラ玉軸受の前記転動体が、セラミックにより形成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項記載の組合せアンギュラ玉軸受。
5. ポンプに適用されることを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項記載の組合せアンギュラ玉軸受。

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