JP3144033B2 - 転がり軸受装置 - Google Patents
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- General Engineering & Computer Science (AREA)
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】この発明に係る転がり軸受装
置は、例えばスクリューコンプレッサの回転軸を回転自
在に支持する為に利用する。
置は、例えばスクリューコンプレッサの回転軸を回転自
在に支持する為に利用する。
【０００２】
【従来の技術】スクリューコンプレッサの回転軸等、高
速で回転する軸を支承する為、図３に示す様な転がり軸
受装置が、従来から使用されている。この軸受装置は、
スクリューコンプレッサを構成するロータ１を固定した
回転軸２の外周面と、ハウジング３の内周面との間に設
けられる。尚、図３で４は、ラジアル方向の負荷Ｆr を
支承する為のころ軸受である。
速で回転する軸を支承する為、図３に示す様な転がり軸
受装置が、従来から使用されている。この軸受装置は、
スクリューコンプレッサを構成するロータ１を固定した
回転軸２の外周面と、ハウジング３の内周面との間に設
けられる。尚、図３で４は、ラジアル方向の負荷Ｆr を
支承する為のころ軸受である。
【０００３】本発明の対象である軸受装置は、上記回転
軸２のラジアル方向（図３の上下方向）荷重と軸方向
（図３の左右方向）荷重とを支承する為のもので、上記
ころ軸受４と１対のアンギュラ型の玉軸受５、６とを組
み合わせる事により構成される。両玉軸受５、６の接触
角α（後述する図４参照）の方向は、互いに逆方向（本
例では所謂正面組合せ）としている。この為、上記回転
軸２が図３の左方に変位しようとする時は、同図で左方
の玉軸受５が軸方向荷重を支承し、同じく右方に変位し
ようとする時は、右方の玉軸受６が軸方向荷重を支承し
て、回転軸２及びロータ１が、ハウジング３に対し変位
する事を防止する。但し、本発明の対象となる軸受装置
により支持する上記回転軸２の使用時には、上記ロータ
１の回転に伴なって、この回転軸２に、ほぼ一定方向
（図では右から左方向へ）の軸方向荷重Ｆa が加わる。
尚、図３で７、８は間座、９は抑え金である。
軸２のラジアル方向（図３の上下方向）荷重と軸方向
（図３の左右方向）荷重とを支承する為のもので、上記
ころ軸受４と１対のアンギュラ型の玉軸受５、６とを組
み合わせる事により構成される。両玉軸受５、６の接触
角α（後述する図４参照）の方向は、互いに逆方向（本
例では所謂正面組合せ）としている。この為、上記回転
軸２が図３の左方に変位しようとする時は、同図で左方
の玉軸受５が軸方向荷重を支承し、同じく右方に変位し
ようとする時は、右方の玉軸受６が軸方向荷重を支承し
て、回転軸２及びロータ１が、ハウジング３に対し変位
する事を防止する。但し、本発明の対象となる軸受装置
により支持する上記回転軸２の使用時には、上記ロータ
１の回転に伴なって、この回転軸２に、ほぼ一定方向
（図では右から左方向へ）の軸方向荷重Ｆa が加わる。
尚、図３で７、８は間座、９は抑え金である。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】ところで、上述の様に
１対のアンギュラ型の玉軸受５、６を互いの位置関係が
変らない（定位置）様に組み合わせて成る転がり軸受装
置は、回転軸２が高速（１００万dmn 以上）で回転した
場合には、必ずしも十分な軸受寿命を得られない事があ
る。
１対のアンギュラ型の玉軸受５、６を互いの位置関係が
変らない（定位置）様に組み合わせて成る転がり軸受装
置は、回転軸２が高速（１００万dmn 以上）で回転した
場合には、必ずしも十分な軸受寿命を得られない事があ
る。
【０００５】図４は、高速回転で生じる遠心力に基づい
て、軸受に加わる力を説明する為の図である。この図４
に示す様に、上記回転軸２を高速で回転させた場合、内
輪１０及び外輪１３と共に各玉軸受５、６を構成する、
玉１１、１２に加わる遠心力に基づいて、各玉軸受５、
６の外輪１３、１３の内周面に、荷重Ｆc1が加わる。そ
して、各玉軸受５、６を構成する玉１１、１２は、この
遠心力に基づいて外輪軌道１４、１４に、Ｑin1 の力
で、接触角αの方向に押し付けられる。そして、各玉軸
受５、６を構成する玉１１、１２は、この力Ｑin1 の軸
方向の分力Ｆain1で各外輪軌道１４、１４に、アキシャ
ル方向に亙り押し付けられる。そして、この分力により
Ｆain1＋Ｆain1に相当する内部アキシャル荷重が、組み
合わされた各玉軸受５、６に発生し、上記外輪軌道１
４、１４と玉１１、１２との接触面圧を増大させて、各
玉軸受５、６の疲れ寿命を低下させてしまう。
て、軸受に加わる力を説明する為の図である。この図４
に示す様に、上記回転軸２を高速で回転させた場合、内
輪１０及び外輪１３と共に各玉軸受５、６を構成する、
玉１１、１２に加わる遠心力に基づいて、各玉軸受５、
６の外輪１３、１３の内周面に、荷重Ｆc1が加わる。そ
して、各玉軸受５、６を構成する玉１１、１２は、この
遠心力に基づいて外輪軌道１４、１４に、Ｑin1 の力
で、接触角αの方向に押し付けられる。そして、各玉軸
受５、６を構成する玉１１、１２は、この力Ｑin1 の軸
方向の分力Ｆain1で各外輪軌道１４、１４に、アキシャ
ル方向に亙り押し付けられる。そして、この分力により
Ｆain1＋Ｆain1に相当する内部アキシャル荷重が、組み
合わされた各玉軸受５、６に発生し、上記外輪軌道１
４、１４と玉１１、１２との接触面圧を増大させて、各
玉軸受５、６の疲れ寿命を低下させてしまう。
【０００６】上述の様な原因による寿命低下を防止すべ
く、各玉軸受５、６を構成する玉１１、１２を、軽量な
セラミック材により造ったり、或は玉１１、１２として
小径なものを使用し、遠心力に基づいて生じる荷重Ｆc1
を小さくする試みもなされている。ところが、玉１１、
１２を、縦弾性係数の大きなセラミック材により造る
と、特に外部荷重（例えば上記軸方向荷重Ｆa ）を支承
する側の玉軸受５に於いて、玉１１が外輪軌道１４に押
し付けられ、この外輪軌道１４と玉１１との接触面圧が
軸受鋼製の玉を使用した場合よりも増大して玉軸受５の
疲れ寿命が低下し、組合せ玉軸受５、６全体の疲れ寿命
が低下してしまう。又、玉１１、１２として小径のもの
を使用すると、各玉軸受５、６の負荷容量（基本動定格
荷重）が小さくなり、やはり疲れ寿命が低下してしま
う。本発明の転がり軸受装置は、上述の様な事情に鑑み
て発明したものである。
く、各玉軸受５、６を構成する玉１１、１２を、軽量な
セラミック材により造ったり、或は玉１１、１２として
小径なものを使用し、遠心力に基づいて生じる荷重Ｆc1
を小さくする試みもなされている。ところが、玉１１、
１２を、縦弾性係数の大きなセラミック材により造る
と、特に外部荷重（例えば上記軸方向荷重Ｆa ）を支承
する側の玉軸受５に於いて、玉１１が外輪軌道１４に押
し付けられ、この外輪軌道１４と玉１１との接触面圧が
軸受鋼製の玉を使用した場合よりも増大して玉軸受５の
疲れ寿命が低下し、組合せ玉軸受５、６全体の疲れ寿命
が低下してしまう。又、玉１１、１２として小径のもの
を使用すると、各玉軸受５、６の負荷容量（基本動定格
荷重）が小さくなり、やはり疲れ寿命が低下してしま
う。本発明の転がり軸受装置は、上述の様な事情に鑑み
て発明したものである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】本発明の転がり軸受装置
は、前述した従来の転がり軸受装置と同様に、軸の外周
面とハウジングの内周面との間に、少なくとも１対のア
ンギュラ型の玉軸受を、互いの接触角の方向を異ならせ
て設け、使用時に上記軸とハウジングとの間に、外部か
らほぼ一定方向に加わる軸方向荷重を、上記１対の玉軸
受の内の一方の玉軸受により支承する。特に、本発明の
転がり軸受装置に於いては、使用時の回転速度は１００
万dmn以上であり、上記軸の外周面とハウジングの内周
面との間に、上記各玉軸受に加えてころ軸受を設ける事
により、上記軸に加わるラジアル荷重を支承自在とする
と共に、上記各玉軸受を構成する外輪の外周面と上記ハ
ウジングの内周面との間に隙間を介在させてこれら各玉
軸受にラジアル荷重が加わらない様にし、且つ、上記一
方の玉軸受（負荷側）の接触角よりも、他方の玉軸受
（反負荷側）の接触角を小さくしている。
は、前述した従来の転がり軸受装置と同様に、軸の外周
面とハウジングの内周面との間に、少なくとも１対のア
ンギュラ型の玉軸受を、互いの接触角の方向を異ならせ
て設け、使用時に上記軸とハウジングとの間に、外部か
らほぼ一定方向に加わる軸方向荷重を、上記１対の玉軸
受の内の一方の玉軸受により支承する。特に、本発明の
転がり軸受装置に於いては、使用時の回転速度は１００
万dmn以上であり、上記軸の外周面とハウジングの内周
面との間に、上記各玉軸受に加えてころ軸受を設ける事
により、上記軸に加わるラジアル荷重を支承自在とする
と共に、上記各玉軸受を構成する外輪の外周面と上記ハ
ウジングの内周面との間に隙間を介在させてこれら各玉
軸受にラジアル荷重が加わらない様にし、且つ、上記一
方の玉軸受（負荷側）の接触角よりも、他方の玉軸受
（反負荷側）の接触角を小さくしている。
【０００８】
【作用】上述の様に構成する本発明の転がり軸受装置
は、使用時に外部から加わる軸方向荷重を支承する、一
方の玉軸受の負荷容量として大きいものを使用し、又、
使用時にこの軸方向荷重を支承しない他方の玉軸受は、
遠心力に基づく内部アキシャル荷重の増大を抑える構成
とする。更に、各玉軸受を構成する外輪の外周面と上記
ハウジングの内周面との間に隙間を介在させてこれら各
玉軸受にラジアル荷重が加わらない様にしている為、外
部から加わるラジアル荷重に基づく分力として発生す
る、内部アキシャル荷重が増大する事もない。この為、
１対のアンギュラ型の玉軸受を組み合わせて成る転がり
軸受装置全体としての、転がり疲れ寿命の低下を抑える
事が出来る。
は、使用時に外部から加わる軸方向荷重を支承する、一
方の玉軸受の負荷容量として大きいものを使用し、又、
使用時にこの軸方向荷重を支承しない他方の玉軸受は、
遠心力に基づく内部アキシャル荷重の増大を抑える構成
とする。更に、各玉軸受を構成する外輪の外周面と上記
ハウジングの内周面との間に隙間を介在させてこれら各
玉軸受にラジアル荷重が加わらない様にしている為、外
部から加わるラジアル荷重に基づく分力として発生す
る、内部アキシャル荷重が増大する事もない。この為、
１対のアンギュラ型の玉軸受を組み合わせて成る転がり
軸受装置全体としての、転がり疲れ寿命の低下を抑える
事が出来る。
【０００９】
【実施例】図１〜２は、本発明の実施例を示している。
前述の図３〜４に示した従来装置と同等部分には同一符
号を付して重複する説明を省略し、以下、本発明の特徴
部分に就いて説明する。本発明の転がり軸受装置に於い
ては、使用時に外部から回転軸２に加わる軸方向荷重Ｆ
a を支承する側（図１〜２の左側）に設けられた、一方
の玉軸受５ａの接触角α1 よりも、使用時に上記軸方向
荷重Ｆa を支承しない側（図１〜２の右側）に設けられ
た他方の玉軸受６ａの接触角α2 を小さく（α2 ＜α
1 ）している。又、上記各玉軸受５ａ、６ａを構成する
外輪１３、１３の外周面とハウジング３の内周面との間
には、隙間１５を介在させている。従って、上記各玉軸
受５ａ、６ａが上記回転軸２に加わるラジアル荷重を支
承する事はない。このラジアル荷重は、この回転軸２の
外周面と上記ハウジング３の内周面との間に、上記各玉
軸受５ａ、６ａに間座７、８を介して隣接した状態で設
けたころ軸受４が支承する。
前述の図３〜４に示した従来装置と同等部分には同一符
号を付して重複する説明を省略し、以下、本発明の特徴
部分に就いて説明する。本発明の転がり軸受装置に於い
ては、使用時に外部から回転軸２に加わる軸方向荷重Ｆ
a を支承する側（図１〜２の左側）に設けられた、一方
の玉軸受５ａの接触角α1 よりも、使用時に上記軸方向
荷重Ｆa を支承しない側（図１〜２の右側）に設けられ
た他方の玉軸受６ａの接触角α2 を小さく（α2 ＜α
1 ）している。又、上記各玉軸受５ａ、６ａを構成する
外輪１３、１３の外周面とハウジング３の内周面との間
には、隙間１５を介在させている。従って、上記各玉軸
受５ａ、６ａが上記回転軸２に加わるラジアル荷重を支
承する事はない。このラジアル荷重は、この回転軸２の
外周面と上記ハウジング３の内周面との間に、上記各玉
軸受５ａ、６ａに間座７、８を介して隣接した状態で設
けたころ軸受４が支承する。
【００１０】上述の様に、一方の玉軸受５ａの接触角α
1 を他方の玉軸受６ａの接触角α2よりも大きくする事
で、上記一方の玉軸受５ａの負荷容量を十分に確保出来
る。この場合に於いて、上記接触角α1 を、前記従来装
置に組み込まれた転がり軸受５、６の接触角αと同じ
（α＝α1 ）とすれば、遠心力に基づいてこの一方の玉
軸受５ａに作用する軸方向分力は、Ｆain1となる。又、
他方の玉軸受６ａに加わる軸方向分力はＦain2となる。
この場合に於いて、この他方の玉軸受６ａの接触角α2
は、上記一方の玉軸受５ａの接触角α1 よりも小さい
為、上記他方の玉軸受６ａに加わる軸方向分力Ｆ
ain2は、前記従来装置の他方の玉軸受６に作用する軸方
向分力Ｆain1よりも小さく（Ｆain2＜Ｆain1）なる。こ
の結果、組み合わせられた玉軸受に発生する、遠心力に
基づく内部アキシャル荷重は、Ｆain1＋Ｆain2となり、
前記従来装置に生じる内部アキシャル荷重Ｆain1＋Ｆ
ain1よりも小さくなる。
1 を他方の玉軸受６ａの接触角α2よりも大きくする事
で、上記一方の玉軸受５ａの負荷容量を十分に確保出来
る。この場合に於いて、上記接触角α1 を、前記従来装
置に組み込まれた転がり軸受５、６の接触角αと同じ
（α＝α1 ）とすれば、遠心力に基づいてこの一方の玉
軸受５ａに作用する軸方向分力は、Ｆain1となる。又、
他方の玉軸受６ａに加わる軸方向分力はＦain2となる。
この場合に於いて、この他方の玉軸受６ａの接触角α2
は、上記一方の玉軸受５ａの接触角α1 よりも小さい
為、上記他方の玉軸受６ａに加わる軸方向分力Ｆ
ain2は、前記従来装置の他方の玉軸受６に作用する軸方
向分力Ｆain1よりも小さく（Ｆain2＜Ｆain1）なる。こ
の結果、組み合わせられた玉軸受に発生する、遠心力に
基づく内部アキシャル荷重は、Ｆain1＋Ｆain2となり、
前記従来装置に生じる内部アキシャル荷重Ｆain1＋Ｆ
ain1よりも小さくなる。
【００１１】この為、上記各玉軸受５ａ、６ａを構成す
る玉１１、１２と外輪軌道１４、１４との接触面圧が低
下する。そして、各玉軸受５ａ、６ａの転がり疲れ寿命
が低下する事が抑えられ、１対のアンギュラ型の玉軸受
５ａ、６ａを組み合わせて成る転がり軸受装置の寿命低
下を抑える事が出来る。
る玉１１、１２と外輪軌道１４、１４との接触面圧が低
下する。そして、各玉軸受５ａ、６ａの転がり疲れ寿命
が低下する事が抑えられ、１対のアンギュラ型の玉軸受
５ａ、６ａを組み合わせて成る転がり軸受装置の寿命低
下を抑える事が出来る。
【００１２】例えば、本発明者が内径２５mm、外径６２
mm、幅１７mmのアンギュラ型玉軸受（７３０５型）を２
個、製作時の測定アキシャル隙間が０．０３０mmとなる
様にして、正面組み合わせ（各図に示した様な組み合わ
せ）で組み合わせ、３３．５kgf の軸方向荷重を受けつ
つ、回転数２３０００r.p.m.（回転速度≒１００万dmn
）で回転する回転軸に装着した場合に於ける、各玉軸
受の転がり疲れ寿命を計算した結果を、下記の第１表に
示す。尚、軸方向荷重を受ける一方の側の玉軸受（負荷
側軸受）の接触角は総て３０度とし、他方の側の玉軸受
（反負荷側軸受）の接触角は、１５度、３０度、４０度
の３種類に就いて計算した。
mm、幅１７mmのアンギュラ型玉軸受（７３０５型）を２
個、製作時の測定アキシャル隙間が０．０３０mmとなる
様にして、正面組み合わせ（各図に示した様な組み合わ
せ）で組み合わせ、３３．５kgf の軸方向荷重を受けつ
つ、回転数２３０００r.p.m.（回転速度≒１００万dmn
）で回転する回転軸に装着した場合に於ける、各玉軸
受の転がり疲れ寿命を計算した結果を、下記の第１表に
示す。尚、軸方向荷重を受ける一方の側の玉軸受（負荷
側軸受）の接触角は総て３０度とし、他方の側の玉軸受
（反負荷側軸受）の接触角は、１５度、３０度、４０度
の３種類に就いて計算した。
【００１３】第１表
【表１】
【００１４】この計算結果から明らかな通り、本発明の
転がり軸受装置は、従来の転がり軸受装置に比べて大幅
に寿命が長くなる。しかも本発明の転がり軸受装置の場
合には、前記各玉軸受５ａ、６ａを構成する外輪１３、
１３の外周面と前記ハウジング３の内周面との間に隙間
１５を介在させて、上記各玉軸受５ａ、６ａにラジアル
荷重が加わらない様にしている。従って、外部から加わ
るラジアル荷重に基づく分力として、内部アキシャル荷
重が増大する事もない。この為、転がり軸受装置の寿命
増大効果を、より一層大きくできる。尚、本発明は、１
対のアンギュラ型玉軸受を正面組み合わせで組み合わせ
た転がり軸受装置に限らず、３個以上の玉軸受を組み合
わせ、その内の少なくとも１個の玉軸受の接触角を変え
た場合でも、或は背面組み合わせにより組み合わせた転
がり軸受装置でも、適用可能である。又、組み合わされ
た玉軸受同士の間に間座を介在させる構造の場合でも適
用可能である。
転がり軸受装置は、従来の転がり軸受装置に比べて大幅
に寿命が長くなる。しかも本発明の転がり軸受装置の場
合には、前記各玉軸受５ａ、６ａを構成する外輪１３、
１３の外周面と前記ハウジング３の内周面との間に隙間
１５を介在させて、上記各玉軸受５ａ、６ａにラジアル
荷重が加わらない様にしている。従って、外部から加わ
るラジアル荷重に基づく分力として、内部アキシャル荷
重が増大する事もない。この為、転がり軸受装置の寿命
増大効果を、より一層大きくできる。尚、本発明は、１
対のアンギュラ型玉軸受を正面組み合わせで組み合わせ
た転がり軸受装置に限らず、３個以上の玉軸受を組み合
わせ、その内の少なくとも１個の玉軸受の接触角を変え
た場合でも、或は背面組み合わせにより組み合わせた転
がり軸受装置でも、適用可能である。又、組み合わされ
た玉軸受同士の間に間座を介在させる構造の場合でも適
用可能である。
【００１５】
【発明の効果】本発明は、以上に述べた通り構成され作
用する為、外部アキシャル荷重に対する負荷容量を十分
に確保しつつ、内部アキシャル荷重の低減を図って、転
がり軸受装置の大幅な耐久性向上を図れる。
用する為、外部アキシャル荷重に対する負荷容量を十分
に確保しつつ、内部アキシャル荷重の低減を図って、転
がり軸受装置の大幅な耐久性向上を図れる。
【図１】本発明の実施例を示す断面図。
【図２】同じく要部断面図。
【図３】従来装置を示す断面図。
【図４】同じく要部断面図。
１ ロータ ２ 回転軸 ３ ハウジング ４ ころ軸受 ５、５ａ 玉軸受 ６、６ａ 玉軸受 ７、８ 間座 ９ 抑え金 １０ 内輪 １１ 玉 １２ 玉 １３ 外輪 １４ 外輪軌道１５ 隙間
Claims (1)
- 【請求項１】 軸の外周面とハウジングの内周面との間
に、少なくとも１対のアンギュラ型の玉軸受を、互いの
接触角の方向を異ならせて設け、使用時に上記軸とハウ
ジングとの間に、外部からほぼ一定方向に加わる軸方向
荷重を、上記１対の玉軸受の内の一方の玉軸受により支
承する転がり軸受装置に於いて、使用時の回転速度は１
００万dmn 以上であり、上記軸の外周面とハウジングの
内周面との間に、上記各玉軸受に加えてころ軸受を設け
る事により、上記軸に加わるラジアル荷重を支承自在と
すると共に、上記各玉軸受を構成する外輪の外周面と上
記ハウジングの内周面との間に隙間を介在させてこれら
各玉軸受にラジアル荷重が加わらない様にし、且つ、上
記一方の玉軸受の接触角よりも、他方の玉軸受の接触角
を小さくした事を特徴とする転がり軸受装置。
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