合成樹脂制保持器及角接觸球軸承的製作方法

2023-11-06 11:25:32 4

專利名稱：合成樹脂制保持器及角接觸球軸承的製作方法
技術領域：
本發明涉及適合於高速旋轉的、球軸承用的合成樹脂制保持器及角 接觸球軸承。
背景技術：
作為適合於旋轉自如地支撐如工具機的主軸那樣高速旋轉的旋轉軸的 高速旋轉的角接觸球軸承，已知有記載在專利文獻1上的技術。
圖15為在上述專利文獻1上中記載的角接觸球軸承。該角接觸球軸 承，在外圈50與內圈51之間裝入合成樹脂制保持器52，在保持器52 的周向等間隔地形成的多個凹穴53的各內部收容著滾珠54，依靠滾珠 54相對旋轉自如地支撐著外圈50與內圈51 。
另外，保持器52上形成的凹穴53為圓柱形，在圓柱形的凹穴53上 的圓柱形內面55的內徑端上設有被滾珠導向的圓錐形導向面56，在圓錐 形導向面56與滾珠54之間，在周向、軸向及徑向上形成導向間隙57， 導向間隙57比滾珠54與凹穴53的圓柱形內面55之間形成的凹穴間隙 58小。
這裡，圓錐形導向面56的大徑端的曲率半徑rll與圓柱形內面55 的曲率半徑r12被作成直徑相同。
對於由上述結構製成的球軸承，軸承旋轉時，滾珠54與圓錐形導向 面56呈點接觸，在該點接觸周圍，因為能夠流入潤滑劑，因此具有很少 出現潤滑中斷的特點。
另外，由於保持器52是支撐導向滾珠的，所以保持器52的外周面 及內周面相對於外圈50和內圈51以非接觸狀態旋轉，因此具有不產生
摩擦音的特點。
專利文獻1:特開平7—4439號公報。
但是，如圖15所示的以前的角接觸球軸承，因是依靠圓錐形導向面 56與滾珠54的接觸來支撐保持器52的結構，故有以下問題。
艮P、當角接觸球軸承高速旋轉時，自轉同時公轉的滾珠54如圖16 及圖17所示，同圓錐形導向面56在點B1接觸。這時滾珠54以如圖15 所示的自轉軸b為中心旋轉，保持器52通過與滾珠54的接觸而沿軸向 移動，與滾珠54的接觸點B1欲向點B2移動，但是由於點B2與其對 面位置的點B2'之間的距離比點B1與其對面位置的點B1'之間的距離短， 所以隨著接觸點向保持器52的軸向移動，並也向圓錐形導向面56的大 徑端移動，移動到點B3的位置。
這樣，當角接觸球軸承高速旋轉時，滾珠54與圓錐形導向面56的 接觸點從B1向B3移動，在保持器52上引起徑向的推力，存在使保持 器52發生振擺迴轉的問題。
上述的保持器52的振擺迴轉，在當角接觸球軸承的中心軸為縱向的 縱軸姿勢使用的場合時尤為顯著。 '
此外，關於以前的角接觸球軸承，因外圈50與保持器52之間形成 的外徑側的潤滑劑充填空間59、保持器52及內圈51之間形成的內徑側 的潤滑劑充填空間60通過很小的凹穴間隙58及導向間隙57連通，故潤 滑劑的流動性差，存在因潤滑劑的攪拌而易發熱的問題。
而且，因滾珠54和圓錐形導向面56與曲率半徑差很小的對應曲面 間接觸，存在著由於與自轉的滾珠54的接觸而潤滑劑被剪切時的剪切力 大，軸承的轉矩大的問題。

發明內容
本發明的課題是提供一種能夠減少高速旋轉時的振擺迴轉、降低軸 承轉矩的適合於高速旋轉的合成樹脂制保持器及角接觸球軸承。
為解決上述課題，本發明的合成樹脂制保持器，採用了如下的構成， 即、在由合成樹脂構成的環狀體上形成有收容滾珠的多個凹穴的合成樹 脂制保持器中，前述凹穴被作成圓柱形，在凹穴的圓柱形內面的內徑側
端部被滾珠導向的一對圓錐形導向面被設置在保持器周向的前後的對向 的位置上，各圓錐形導向面的大徑端的曲率半徑比凹穴的圓柱形內面的 半徑要大。
如上所述，由於在保持器上形成的圓錐形導向面的大徑端的曲率半 徑比圓柱形凹穴的圓柱形內面的曲率半徑要大，能夠使滾珠與圓錐形導 向面的接觸點在圓錐形導向面上向保持器軸向及徑向外側變位時的徑向 的變位變小。因此，能夠減輕保持器的徑向的推力，抑制保持器的振擺 迴轉。
另外，因為滾珠與圓錐形導向面的曲率半徑的差比以前的大，所以 使因與自轉的滾珠的接觸而剪切潤滑劑時的剪切力變小，能夠降低軸承 的轉矩。
在本發明的保持器中，在前述的凹穴的圓柱形內面上，設置將其分 割成與該圓柱形內面在保持器周向上對向的一對圓弧形內面、和在保持
器軸向上對向的一對圓弧形內面等4部分的4個徑向槽，則保持器的外 徑側與內徑側被4個徑向槽連通，故能夠使保持器的外徑側與內徑側相 互間的潤滑劑的流動性提高，可以抑制因潤滑劑攪拌而引起的發熱。
為解決前述同樣的課題，第2發明的合成樹脂制保持器採用了如下 的構成，即、在由合成樹脂構成的環狀體上形成有收容滾珠的多個凹穴 的合成樹脂制保持器中，前述凹穴被作成圓柱形，在凹穴的圓柱形內面 的保持器周向的前後對向的位置的內徑側端部設有一對圓錐面，從圓錐 面的小徑端向凹穴內部連設著潤滑劑支撐面，在潤滑劑支撐面的內側， 與保持器的軸心平行地設置著被滾珠導向的直線狀的滾珠導向邊。
如上所述，通過用滾珠引導與保持器的軸心平行的直線狀滾珠導向 邊，即使保持器向軸向移動，與滾珠的接觸點也只向保持器軸向移動。 為此，保持器上不會發生徑向的推力，能夠防止保持器的振擺迴轉。
此外，因滾珠與滾珠導向邊的接觸為點接觸，所以在接觸部剪切潤 滑劑時的剪切力小，軸承轉矩能夠大幅度降低。
並且，因能夠用潤滑劑支撐面保持潤滑劑，所以可得到穩定的潤滑 性能。
保持器沿軸向移動，凹穴的保持器軸向的圓柱形內面與滾珠接觸時，
因接觸點處於滾珠的自轉軸的附近，故難於發生轉矩波動。
在上述的第2發明的合成樹脂制保持器中，在凹穴的圓柱形內面上， 設置將其分割成與該圓柱形內面在保持器周向對向的一對圓弧形內面、 和在保持器軸向對向的一對圓弧形內面等4部分的4個徑向槽，則被充 填在保持器外徑側的潤滑劑與被充填在保持器內徑側的潤滑劑通過4條 徑向槽連通，所以能夠提高潤滑劑的流動性，抑制潤滑劑攪拌而引起的 發熱。
在本發明的角接觸球軸承中，採用了如下的構成，即、在外圈與內 圈間裝有合成樹脂制保持器，在保持器的周向間隔形成的多個凹穴內， 裝有相對旋轉自如地支撐外圈與內圈的滾珠的角接觸球軸承中，前述凹 穴被作成圓柱形，在凹穴的圓柱形內面上，設置將其分割成在保持器周 向對向的一對圓弧形內面、和在保持器軸向對向的一對圓弧形內面等4 部分的4個徑向槽，在保持器周向上對向的一對圓弧形內面的內徑側端 部設有被滾珠導向的圓錐形導向面，使各圓錐形導向面的大徑端的曲率 半徑大於凹穴的圓柱形內面的曲率半徑。
此外，在本發明的角接觸球軸承中，採用了如下的構成，即、在外 圈與內圈間裝有合成樹脂制保持器，在保持器的周向間隔地形成的多個 凹穴內裝有相對旋轉自如地支撐外圈與內圈的滾珠的角接觸球軸承中， 前述凹穴被作成圓柱形，在凹穴的圓柱形內面上，設置將其分割成在保 持器周向對向的一對圓弧形內面、和在保持器軸向對向的一對圓弧形內 面等4部分的4個徑向槽，在保持器周向上對向的一對圓弧形內面的內 徑側端部上設有圓錐面，從各圓錐面的小徑端向凹穴內部連設有潤滑劑 支撐面，在潤滑劑支撐面的內側，與保持器的軸心平行地設置被滾珠導 向的直線狀的滾珠導向邊。


圖1為表示本發明的角接觸球軸承的第1實施方式的剖視圖。
圖2為圖1的縱斷側視圖。
圖3為圖1所示的保持器的俯視圖。
圖4為表示角接觸球軸承高速旋轉時的狀態的剖視圖。
圖5為沿圖4的V—V線的剖視圖。
圖6為表示保持器的一部分的立體圖。
圖7為表示圖1所示角接觸球軸承一使用例的剖視圖。
圖8為角接觸球軸承高速旋轉時外圈溫度的測定結果的曲線圖。
圖9表示本發明的角接觸球軸承的第2實施方式的剖視圖。
圖10為圖9的縱斷側視圖。
圖11為圖9所示的保持器的俯視圖。
圖12為表示角接觸球軸承高速旋轉時的狀態的剖視圖。
圖13為表示保持器的一部分的立體圖。
圖14 ( I )為表示本發明品的角接觸球軸承的起動轉矩測定結果的 曲線圖，(n)為表示比較品的角接觸球軸承的起動轉矩測定結果的曲 線圖。
圖15為表示以前的角接觸球軸承的剖視圖。
圖16為表示滾珠與保持器上形成的凹穴的接觸狀態的剖視圖。
圖17為表示保持器的一部分的立體圖。
圖中1:外圈；11:內圈；21:保持器；22:環狀體；23:凹 穴；24:圓柱形內面；24a、 24b圓弧狀內面；25:徑向槽；26:圓錐形 導向面；40:週錐面；41:潤滑劑支撐面；42:滾珠導向邊。
具體實施例方式
以下，依照圖1至圖14就本發明的實施方式進行說明。圖1至圖6 表示本發明的角接觸球軸承的第1實施方式。如圖所示，角接觸球軸承， 由外圈1、在其內側設置的內圈11、在該兩圈l和11間裝入的保持器21 以及在保持器21上保持的滾珠31構成。
保持器21由合成樹脂的模製品構成。作為合成樹脂採用添加了玻璃 纖維或碳纖維等充填料的聚醯胺(PA)、聚醚酮醚(PEEK)和 聚醚硫垸(PES)。
上述保持器21為在環狀體22上的周向上等間隔地形成有收容滾珠 31的多個凹穴23的構成。
凹穴23被作成圓柱形。在該凹穴23的圓柱形內面24上，如圖3所
示，形成在徑向貫通的4個徑向槽25，凹穴23的圓柱形內面24，通過 該徑向槽25分割成在保持器周向上對向的一對圓弧形內面24a、和在保 持器軸向上對向的一對圓弧形內面24b等4部分。
如圖2所示，在保持器周向對向的一對圓弧形內面24a的各個內徑 側端部上設有被滾珠導向的圓錐形導向面26。
圓錐形導向面26的大徑端的曲率半徑rl比凹穴23的圓柱形內面的 半徑r2要大，該圓錐形導向面26與滾珠31之間形成的導向間隙27的 大小S比凹穴23的圓柱形內面24與滾珠31之間形成的凹穴間隙28作 的要小。
這裡，圓錐形導向面26的曲率半徑要是過大，就不能確保保持器21 的強度上必要的軸向寬度尺寸。為此，圓錐形導向面26的曲率半徑rl 為凹穴23的圓柱形內面24的曲率半徑的110%至140%程度為好。
第1實施方式所示的角接觸球軸承由上述結構組成，圖7表示該角 接觸球軸承的一個使用例。在該例中，在殼體H內將實施方式所示的多 個角接觸球軸承X在同一中心軸上上下間隔安裝，由多個角接觸球軸承 X旋轉自如地支撐著由電機M旋轉的工具機的主軸S。
在上述使用狀態下，主軸S高速旋轉時，圖1及圖2所示的角接觸 球軸承的滾珠31自轉的同時並且公轉。
這時，因為在滾珠31與圓錐形導向面26之間形成的導向間隙27比 滾珠31與凹穴23的圓柱形內面24之間形成的凹穴間隙28要小，如圖4 所示那樣，滾珠31與圓錐形導向面26接觸。
另夕卜，滾珠31以如圖l所示的自轉軸a為中心自轉，通過與滾珠31 的接觸，保持器21沿軸向移動。
為此，滾珠31與圓錐形導向面26的接觸點Ap在圓錐形導向面26 上一邊沿保持器軸向移動一邊向徑向外側移動。即、接觸點如圖6所示， 從點A〗向點A2移動，在保持器上弓I起徑向及軸向的推力。
此時，因圓錐形導向面26的大徑端的曲率半徑rl比凹穴23的圓柱 形內面24的曲率半徑r2要大，所以和上述兩曲率半徑相同的保持器(圖 15所示的以前的保持器)相比較，保持器21的徑向變位變小。因此，加 在保持器21上的負荷的徑向推力減輕，保持器21的振擺迴轉得以抑制。
另外，因圓錐形導向面26的大徑端的曲率半徑rl比圓柱形內面24 的曲率半徑r2大，滾珠31與圓錐形導向面26的曲率半徑差變的更大， 由於該較大的曲率半徑差，由滾珠31的自轉而剪切潤滑劑時的剪切力變 小，可降低軸承轉矩。
更進一步，因在凹穴23的圓柱形內面24上設有4個徑向槽25，在 保持器21的外徑側形成的潤滑劑的充填空間29a與在內徑側形成的潤滑 劑的充填空間29b被徑向槽25連通，在外徑側充填空間29a與內徑側充 填空間29b的相互間，能夠提高潤滑脂等潤滑劑的流動性，降低了由潤 滑劑的攪拌而引起的發熱，能夠抑制角接觸球軸承的溫度上升。
順遍提一下，對下述所示尺寸的滾珠31及將實施方式的保持器21 裝入外圈1及內圈11間而形成的角接觸球軸承(本發明品)用潤滑脂潤 滑並測定外圈1的溫度，得出了如圖8所示的測定結果。作為比較，同 時給出了如圖8所示的裝入以前的保持器52的角接觸球軸承(比較品)
外圈溫度的測定結果。
滾珠31的外徑Dl-8.7313mm 保持器21的外徑D2 = 67.7mm 保持器21的內徑D3-62mm 凹穴23的內徑dl =9.0mm 圓錐形內面26的曲率半徑rl-6.5mm 徑向槽25的曲率半徑r2= 0.8mm
另外，比較品的角接觸球軸承的圓錐形導向面56的大徑端的半徑是 4.5mm，保持器52的外徑及內徑與實施方式的保持器21同樣。
還有，在測定溫度時，在角接觸球軸承上加了20kgf的予壓負荷。 如從上述測定結果所知的那樣，能夠理解本發明品的角接觸球軸承
可以抑制溫度上升。
在這裡，如果圓錐形導向面26的大徑端的曲率半徑rl與凹穴23的
圓柱形內面24的曲率半徑相同的話，在保持器21的成形時引起收縮不
均勻的場合下，與滾珠31的接觸點有在軸向不均勻的危險。該接觸點的
不均勻，會在保持器導向時在軸向引起推力，成為保持器21振擺迴轉的原因。
但是，就實施方式的保持器21而言，因為圓錐形導向面26的曲率 半徑rl比凹穴23的圓柱形內面24的曲率半徑r2要大，所以由保持器 21成形時的收縮不均勻而引起的與滾珠31的接觸點在軸向的不均勻被 抑制，圓錐形導向面26的保持器軸向的中央部分通過上述滾珠31而被 穩定地接觸引導，可以防止引起軸向的推力。
圖9至圖13，表示本發明的角接觸球軸承的第2實施方式。該第2 實施方式中，在凹穴23的圓柱形內面24的保持器周向上對向的一對圓 弧狀內面24a的內徑側端部上設有圓錐面40，從該圓錐面40的小徑端朝 向凹穴的內部連設有潤滑劑支撐面41，在潤滑劑支撐面41的內側，形成 有與保持器21的軸心平行、由滾珠31引導的直線狀的滾珠導向邊42， 這一點與第1實施方式所示的角接觸球軸承相異。
為此，對和第l實施方式所示的角接觸球軸承相同的部分，賦予相 同的符號，省略其說明。
在由上述結構形成的角接觸球軸承中，當軸承被高速旋轉時，如圖 12所示，滾珠導向邊42與滾珠31接觸。這時，因滾珠導向邊42是與保 持器21的軸心平行的直線狀，所以即使保持器21沿軸向移動，與滾珠 31的接觸點也僅沿保持器軸向移動。因此，在保持器21上不會發生徑向 的推力，能夠防止保持器21振擺迴轉，同時因滾珠31的自轉而剪切潤 滑劑時的剪切力變小，可以大幅度地降低軸承轉矩。
另外，與滾珠31接觸的滾珠導向邊42因是直線，所以注塑成形時 容易得到必要的精度，可以得到精度高的保持器21。
並且，由於能夠在潤滑劑支撐面41保持潤滑劑，能夠得到穩定的潤 滑性能。
此外，因在凹穴23的圓柱形內面24上形成有4個徑向槽25，與第 1實施方式所示的角接觸球軸承同樣，能夠抑制軸承的溫度上升。
附帶說一下，通過測定圖9至圖13所示的第2實施方式的角接觸球 軸承(本發明品)的起動轉矩，得到了如圖14 (I)所示的測定結果。作 為比較，用圖14 (II)表示測定圖15至圖17所示的角接觸球軸承(比 較品)的起動轉矩的測定結果。
在這裡，測定時，本發明品，採用了軸承外徑26mm、軸承內徑10mm、
軸承寬8mm、保持器外徑19.3mm、保持器內徑15.7mm、寬7.2mm的角
接觸球軸承。另外，作為比較品的角接觸球軸承也採用了用與上述幾乎 同樣尺寸作成的角接觸球軸承。
還有，作為試驗條件，各角接觸球軸承的中心線朝向縱向，軸向負 荷為2kgf、轉速為4rpm。
如從上述測定結果所知的那樣，能夠理解在第2實施方式所示的角 接觸球軸承中，起動轉矩值沒有峰值，旋轉順暢。 (發明的效果)
本發明由於如上形成，故取得了以下所示的效果。
在本發明之一中，通過使在保持器上形成的圓錐形導向面的大徑端 的曲率半徑比圓柱形凹穴的圓柱形內面的曲率半徑大，當軸承高速旋轉 時，保持器通過與自轉的滾珠的接觸而沿軸向移動，即使滾珠與圓錐形 導向面的接觸點沿軸向移動，朝徑向的變位也很小，能夠減輕保持器徑 向的推力，抑制保持器的振擺迴轉。另外，由於滾珠的自轉而剪切潤滑 劑時的剪切力很小，可降低軸承轉矩。
在本發明之二和本發明之五中，能夠取得與本發明之一同樣的效果， 同時通過設置凹穴的圓柱形內面上的4個徑向槽，能夠提高潤滑劑的流 動性，所以可以抑制因潤滑劑攪拌而產生的發熱，抑制角接觸球軸承的 溫度上升。
在本發明之三中，在凹穴的圓柱形內面的、在保持器周向的前後對 向的位置的內徑側端部上設置圓錐面，在該圓錐面的小徑端上設置朝向 凹穴內部的潤滑劑支撐面，以及在該潤滑劑支撐面的內側設置與保持器 的軸心相平行的直線狀的滾珠導向邊，在軸承高速旋轉時，使直線狀的 滾珠導向邊與滾珠接觸，所以可以防止在保持器上發生徑向的推力，可 以防止保持器的振擺迴轉。
另外，由於可以在潤滑劑支撐面上保持潤滑劑，所以能夠得到穩定 的潤滑性能。
在本發明之四和本發明之六中，能夠取得與本發明之三同樣的效果， 同時通過在凹穴的圓柱形內面上形成4個徑向槽，能夠提高潤滑劑的流 動性，能夠抑制角接觸球軸承的溫度上升。
權利要求
1.一種合成樹脂制保持器，為在由合成樹脂製成的環狀體上形成有多個收容滾珠的凹穴的合成樹脂制保持器，其特徵在於，前述凹穴形成為圓柱形，在該凹穴的圓柱形內面的保持器周向的前後對向的位置的內徑側端部設有一對圓錐面，從該圓錐面的小徑端朝向凹穴內部連設有潤滑劑支撐面，在該潤滑劑支撐面的內側、與保持器的軸心平行地設置著被滾珠導向的直線狀的滾珠導向邊。
2. 根據權利要求1所述的合成樹脂制保持器，其特徵在於， 在前述凹穴的圓柱形內面上，設置有將該圓柱形內面分割成在保持器周向對向的一對圓弧形內面、和在保持器軸向對向的一對圓弧形內面 4部分的徑向槽。
3. —種角接觸球軸承，為在外圈與內圈之間裝入合成樹脂制的保 持器，在該保持器的周向上間隔地形成的多個凹穴內，裝有相對自由旋 轉地支撐外圈與內圈的滾珠而構成的角接觸球軸承，其特徵在於，前述凹穴形成為圓柱形，在該凹穴的圓柱形內面上，設置有將該圓 柱形內面分割成在保持器周向對向的一對圓弧形內面、和在保持器軸向 對向的一對圓弧形內面4部分的4個徑向槽，在保持器周向上對向的一 對圓弧內面的內徑側端部設置有圓錐面，從各圓錐面的小徑端朝向凹穴 內部連設有潤滑劑支撐面，在該潤滑劑支撐面的內側，與保持器的軸心 平行地設置有被滾珠導向的直線狀的滾珠導向邊。
全文摘要
提供一種角接觸球軸承，在外圈(1)與內圈(11)之間裝入由合成樹脂製成的保持器(21)，在該保持器(21)上形成的凹穴(23)內收容著滾珠(31)。凹穴(23)為圓柱形，在其圓柱形內面(24)的保持器周向的前後部的內徑側端部，設有圓錐形導向面(26)。該圓錐形導向面(26)的大徑端的曲率半徑大於圓柱形內面(24)的曲率半徑，防止高速旋轉時滾珠(31)與圓錐形導向面(26)的接觸點在徑向大幅度變位，抑制保持器(21)的振擺迴轉。由此，能夠抑制高速旋轉時的保持器的振擺迴轉。
文檔編號F16C33/38GK101368596SQ200810215128
公開日2009年2月18日 申請日期2004年4月16日 優先權日2003年4月18日
發明者上野馨, 小林梅光 申請人:Ntn株式會社