JP2000274437A

JP2000274437A - 転がり軸受

Info

Publication number: JP2000274437A
Application number: JP11076384A
Authority: JP
Inventors: Hideto Torisawa; 秀斗鳥澤; Michiyoshi Ishimaru; 路芳石丸
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 1999-03-19
Filing date: 1999-03-19
Publication date: 2000-10-03

Abstract

(57)【要約】【課題】転がり軸受の低昇温化対策を提供する。【解決手段】内輪および外輪と、内輪および外輪間に
介在させた複数の転動体３と、転動体３を保持する保持
器４とを有し、内輪および外輪のうち、荷重の方向がそ
れぞれ外輪・内輪に対して静止し、内輪・外輪に対して
回転している条件で使用する転がり軸受において、保持
器４のポケット面４ｂ外径側部分・内径側部分を転動体
３に接触させ、保持器４の回転を案内する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、低昇温型の転がり
軸受に関する。この転がり軸受は、風力発電機の増速機
などに使用され得る。

【０００２】

【従来の技術】転がり軸受の運転中は、軸受の発熱が不
可避である。この種の発熱の要因としては、潤滑剤を
転動体および保持器が攪拌することにより発生する攪拌
熱、保持器と転動体、保持器と軌道輪などの各部品間
の滑りによって発生する摩擦熱、転動体と軌道輪間の
転がり摩擦によって発生する摩擦熱などが考えられる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】かかる発熱により転が
り軸受が著しく高温になると、軸受冷却のための潤滑油
量の増大、潤滑装置の大型化・複雑化、軸受温度の上昇
により消費される動力損失の増大、熱劣化の進行による
潤滑剤の短寿命化などの不具合を生じる。そのため、従
来より数々の低昇温化対策が提案されているが、何れも
構造面の複雑化、高コスト化、あるいは軸受機能の低下
などの不具合を伴うものであり、さらなる改善が要望さ
れている。

【０００４】かかる要望に応えるべく、本発明は、転が
り軸受の新規な低昇温化対策を提供するものである。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的の達成のため、
本発明では、内輪を回転させて使用する転がり軸受にお
いて、ポケット面の外径側部分を転動体に接触させて保
持器を案内するようにした。すなわち、当該保持器は、
その回転を転動体で案内する転動体案内形式で、かつ転
動体を外径側から拘束する外径拘束形である。このよう
に内輪回転荷重下で外径拘束形を使用するのは、以下の
理由による（なお、以下の説明では、簡単にするため、
転動体に作用する遠心力の影響を無視する）。

【０００６】一般に保持器は、ポケット面のうち、軸受
負荷圏中にあり、回転方向に先行する部分が転動体と滑
り接触し、当該転動体から駆動力を受けて回転する。従
って、内輪または外輪の回転時に、保持器４を駆動する
力を得る軸受部品は、負荷圏に存在する転動体のみとな
る。その中でも最も駆動力を有するのは負荷圏出口付近
の転動体３ａ（図１および図２参照）である。

【０００７】この場合において、図１（ａ）に示すよう
に（図中のＰは荷重、Ｓは負荷圏を示す：以下同じ）、
仮に保持器４を、転動体を内径側から拘束する内径拘束
形とすると、保持器４の駆動部Ａにおいて転動体３ａよ
り保持器４に働く力Ｆ₁は、保持器駆動力を有しない転
動体３ｂ（＝保持器に駆動される転動体）を保持器４を
介して静止輪である外輪２に押付けることになる（力Ｆ
₁により保持器４が図面左方に相対的に変位するた
め）。この時、保持器４の拘束部Ｂは転動体３ｂの自転
に対してブレーキとして働くため、外輪２に押付けられ
た転動体３ｂは、保持器４の回転に対してブレーキとし
て働く（図中の力Ｆ₁’）。この結果、保持器４には、
正逆両方向の力Ｆ₁、Ｆ₁’が働き、拘束部Ｂでのブレ
ーキ力に打ち勝つため、駆動部Ａでの駆動力はさらに大
きくなる。こうして駆動部Ａおよび拘束部Ｂでの摩擦力
が高まるため、発熱量が多くなる。また、転動体３ｂは
外輪２に押付けられるため、回転輪である内輪１と非接
触になり（軸受隙間が存在するため）、内輪１から転動
体の自転のためのモーメントを受けることができない。
従って、外輪２と、拘束部Ｂによって自転、公転にブレ
ーキがかけられた転動体３ｂとの間の摩擦力による発熱
も懸念される一方、図１（ｂ）に示すように、内輪回転
荷重において、外径拘束形転動体案内保持器４を使用し
た場合、駆動部Ａにおいて転動体３ａより保持器４に働
く力Ｆ₂は、保持器駆動力を有しない転動体（＝保持器
に駆動される転動体）３ｃを、保持器４を介して回転輪
である内輪１に押付けることになる。転動体３ｃは内輪
１に押付けられることによって積極的に自転を始める。
また、保持器４で内輪１に押付けることにより、転動体
３ｃの自転にブレーキをかけた場合、転動体３ｃは内輪
１と一緒に（正規に転がる場合の約２倍の速度で）公転
しようとする。この結果、何れの場合でも、この摩擦力
は保持器４の公転に寄与する方向に働く（Ｆ₂’）。こ
の場合、前述の内径拘束形と異なり、保持器４には正方
向のみの力が働き、拘束部Ｂおよび駆動部Ａでの摩擦力
が少なくなる。従って、内径拘束形よりも発熱量が少な
くなる。

【０００８】また、本発明では、外輪を回転させて使用
する転がり軸受において、保持器のポケット面の内径側
部分を転動体に接触させて保持器を案内するようにし
た。この保持器は、その回転を転動体で案内する転動体
案内形式で、かつ転動体を内径側から拘束する内径拘束
形である。このように外輪回転荷重下で内径拘束形を使
用するのは、以下の理由による。

【０００９】仮に保持器４を、図２（ａ）に示すように
外径拘束形とすると、保持器４の駆動部Ａにおいて転動
体３ａより保持器４に働く力Ｆ₃は、保持器駆動力を有
しない転動体３ｃ（＝保持器に駆動される転動体）を、
保持器４を介して静止輪である内輪１に押付けることに
なる。保持器４の拘束部Ｂは転動体３ｃの自転に対して
ブレーキとなり、静止輪に押付けられる転動体３ｃは、
保持器４の回転に対してブレーキとして働く（図中の力
Ｆ₃’）。この結果、保持器４には、正逆両方向の力Ｆ
₃、Ｆ₃’が働き、駆動部Ａおよび拘束部Ｂでの摩擦力
が高くなり、発熱量が多くなる。また、転動体３ｃは内
輪１に押付けられるため、回転輪である外輪２と非接触
になり、外輪２から転動体の自転および公転のためのモ
ーメントを受けることができない。従って、内輪１と、
拘束部Ｂによって自転、公転にブレーキがかけられた転
動体３ｃとの間の摩擦力による発熱も懸念される。

【００１０】一方、図２（ｂ）に示すように、外輪回転
荷重において、内径拘束形転動体案内保持器４を使用し
た場合、駆動部Ａにおいて転動体３ａより保持器４に働
く力Ｆ₄は、保持器駆動力を有していない転動体３ｂ
（＝保持器に駆動される転動体）を、保持器４を介して
回転輪である外輪２に押付けることになる。転動体３ｂ
は外輪２に押付けられることによって積極的に自転およ
び公転を始め、保持器駆動力を有することになる
（Ｆ₄’）。この場合、前述の外径拘束形と異なり、保
持器４には正方向のみの力が働き、拘束部Ｂおよび駆動
部Ａでの摩擦力が少なくなる。従って、外径拘束形より
も発熱量が少なくなる。また、転動体３ｂは外輪２に押
付けられることにより、転動体自転および公転のための
モーメントを受け、保持器４の回転に寄与するため、拘
束部Ｂ、駆動部Ａでの摩擦力は少なく、上記外径拘束形
よりも発熱量が小さくなる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を図１乃
至図８に基いて説明する。

【００１２】図８に、転がり軸受の一種である円筒ころ
軸受を示す。この円筒ころ軸受は、一対の軌道輪を構成
する内輪１および外輪２と、内輪１および外輪２間に介
在する複数の円筒ころ（転動体３）と、転動体３を円周
方向で等間隔に保持する円環状の保持器４とを主な要素
として構成される。内輪１を回転させる場合、内輪１は
回転軸などの回転部材に嵌合固定され、外輪２はハウジ
ングなどの静止部材に固定される。一方、外輪２を回転
させる場合は、上記とは逆に内輪１が静止部材に固定さ
れ、外輪２が回転部材に固定される。

【００１３】保持器４としては、その内径面４１と外径
面４２を内輪１の外周面１ａ（図面では内輪鍔部１ｂの
外周面）や外輪２の内周面２ａ（図面では外輪鍔部２ｂ
の内周面）に触れないように設計し、保持器４の回転を
転動体３のみによって案内する転動体案内形式が使用さ
れる。本実施形態の保持器４は、金属材料や樹脂材料等
からなる素材を削り加工して製作したもみ抜き保持器で
あり、くし状の環体である本体１１、リング状の蓋１
２、本体１１と蓋１２を結合する鋲１３の各部品で構成
される。本体１１と蓋１２とで区画された空間は、転動
体３を円周等配位置に保持するためのポケット４ａであ
り、各ポケット４ａを挟む円周方向の対向面４ｂ（ポケ
ット面）は、図３乃至図７に示すようにその全体または
一部が、転動体３の外周より大径の円弧状に形成され
る。このポケット面４ｂと転動体３の外周面との間に
は、保持器４と転動体３相互間の円周方向および半径方
向の運動に自由度を持たせるポケット隙間５が形成され
ている（図３乃至図７は、転動体３がポケット４ａの中
立位置にあり、転動体３の円周方向両側でポケット隙間
５の幅が等しくなった状態を示す）。

【００１４】図３乃至図７は、図１（ｂ）と同様に、ポ
ケット面４ｂの外径側部分（詳しくは回転方向先行側の
ポケット面の外径部）を転動体３に接触させて保持器４
の回転を案内する外径拘束形の保持器４の例である。何
れの保持器４も、上記のように外輪２を固定すると共
に、内輪１を回転させて使用する場合、詳しくは荷重の
方向（荷重ベクトル）が外輪２に対しては静止し、内輪
１に対しては回転している条件での低昇温化対策として
有効である。

【００１５】図３の保持器４は、転動体ＰＣＤ（Dr）と
保持器ポケットＰＣＤ（Dp）とをほぼ等しくし（Dr≒D
p）、かつ両ＰＣＤを境としてこれよりも外径側の肉厚
Ａを内径側の肉厚Ｂよりも大きくしたものである（Ａ＞
Ｂ）。この場合、転動体３とポケット面４ｂとの間の距
離（半径方向の距離）は、外径部Ｃと内径部Ｄとにおい
てＣ＜Ｄとなる。

【００１６】図４の保持器４は、保持器ポケットＰＣＤ
（Dp）を転動体ＰＣＤ（Dr）よりも小さくし（Dp＜D
r）、かつ転動体ＰＣＤ（Dr）を境としてその外径側の
肉厚Ｅと内径側の肉厚Ｆとをほぼ等しくしたものである
（Ｅ≒Ｆ）。この場合、転動体３とポケット面４ｂとの
間の上記半径方向距離は、外径部Ｇと内径部Ｈとにおい
てＧ＜Ｈとなる。

【００１７】図５の保持器４は、ポケット面４ｂのう
ち、内径側の部分を円弧面ではなく、半径方向のストレ
ート面４b1としたものである。残りの円弧面４b2は、半
径方向に対して角度をもつストレートな面としてもよ
く、また、上記ストレート面４b1は円弧面４b2の曲率Ｒ
１よりも大きい曲率Ｒ２の円弧面（破線で示す）として
もよい。さらには、複数の曲面やストレート面を組合わ
せた複合形状とすることもできる。

【００１８】図６および図７は、ポケット面４ｂの内径
側に面取り部４b3を設け、この面取り寸法を外径側の面
取り寸法よりも大きくしたもので、円弧状の面取り部４
b3（図６）とストレート状の面取り部４b3（図７参照）
とがそれぞれ例示されている。この場合、転動体３とポ
ケット面４ｂとの間の半径方向距離は、外径部Ｉ、Ｋと
内径部Ｊ、ＬとにおいてそれぞれＩ＜Ｊ、Ｋ＜Ｌとな
る。

【００１９】上記使用態様とは逆に、内輪１を固定する
一方で外輪２を回転させる場合、詳しくは、荷重の方向
（荷重ベクトル）が外輪２に対しては回転し、内輪１に
対しては静止している条件での低昇温化対策の保持器４
としては、図２（ｂ）に示す内径拘束形の転動体案内保
持器が使用される。この内径拘束形の保持器は、図３乃
至図７に示す構造において、転動体３とポケット面４ｂ
との間の半径方向距離の大小関係を内・外径部で逆にす
ることによって提供され（図示省略）、その概略構造は
以下の通りである。

【００２０】図３においては、Ａ＜Ｂとすることにより
（但し、Dr≒Dp）、Ｃ＞Ｄとする。

【００２１】図４においては、Dp＞Drとすることにより
（但し、Ｅ≒Ｆ）、Ｇ＞Ｈとする。

【００２２】図５においては、ポケット４ａの内径側の
ポケット面４b1を円弧面とする一方で、外径側のポケッ
ト面４b2を半径方向のストレート面とする。外径側のポ
ケット面４b2を内径側の円弧面の曲率よりも大きい曲率
の円弧面としてもよい。ポケット面４ｂは、複数の曲面
やストレート面を組合わせた複合形状とすることができ
る。

【００２３】図６および図７においては、ポケット面４
ｂの外径部に面取り部４b3を設け、この面取り寸法を内
径側の面取り寸法よりも大きくする。面取りは円弧でも
ストレート面でもよい。

【００２４】以上述べた保持器４は、上述した円筒ころ
軸受に限らず、円すいころ軸受等の他のころ軸受、ある
いは、深溝玉軸受やアンギュラ玉軸受等の玉軸受にも同
様に適用することができる。また、図１乃至図７では、
もみ抜き保持器を例示したが、プレス等によって打ち抜
いた打ち抜き保持器にも本発明を適用することができ
る。

【００２５】

【実施例】以下に、本発明の効果を実証するために行っ
た比較試験の結果を示す。

【００２６】試験１：試験軸受として、外輪案内型のも
み抜き保持器を使用した軸受Ａと、外径拘束転動体案内
型のもみ抜き保持器を使用した軸受Ｂとを用いた（何れ
も円筒ころ軸受）。試験条件は、ラジアル荷重Ｆｒ＝５
００ｋｇｆ、１８００ｒｐｍの内輪回転であり、潤滑は
油浴で行った。試験開始から１．５時間後の外輪の温度
を測定すると、軸受Ａでは１２３℃であったが、軸受Ｂ
では１０９℃であり、約１４℃の低昇温効果が認められ
た。

【００２７】試験２：試験軸受として、内径拘束転動体
案内型のもみ抜き保持器を使用した軸受Ｃと、外径拘束
転動体案内型のもみ抜き保持器を使用した軸受Ｄとを用
いた（何れも円筒ころ軸受）。試験条件は、ラジアル荷
重Ｆｒ＝７９９５ｋｇｆ、２２７５ｒｐｍの内輪回転で
あり、潤滑はグリースで行った。温度安定後（約２４時
間運転後）に外輪の温度を測定すると、軸受Ｃでは８６
℃であったが、軸受Ｄでは７１℃であり、約１５℃の低
昇温効果が認められた。

【００２８】以上の試験結果から、本発明が低昇温化対
策として有効であることが確認された。

【００２９】

【発明の効果】このように本発明では、内輪を回転させ
て使用する転がり軸受において、保持器を、そのポケッ
ト面の外径部を転動体に接触させて案内する一方、外輪
を回転させて使用する転がり軸受において、保持器を、
そのポケット面の内径部を転動体に接触させて案内して
いるので、転動体と保持器との間の摺動抵抗を軽減して
当該摺動部分の摩擦による発熱を抑制することができ
る。これにより、軸受機能を維持しつつ低コストで簡単
な構造の低昇温化対策が提供される。

【図面の簡単な説明】

【図１】内輪回転荷重で使用される転がり軸受の半径方
向の断面図で、（ａ）図は内径拘束形の保持器、（ｂ）
図は外径拘束形の保持器を示す。

【図２】外輪回転荷重で使用される転がり軸受の半径方
向の断面図で、（ａ）図は外径拘束形の保持器、（ｂ）
図は内径拘束形の保持器を示す。

【図３】外径拘束形転動体案内保持器の一例を示す半径
方向の断面図である。

【図４】外径拘束形転動体案内保持器の他例を示す半径
方向の断面図である。

【図５】外径拘束形転動体案内保持器の他例を示す半径
方向の断面図である。

【図６】外径拘束形転動体案内保持器の他例を示す半径
方向の断面図である。

【図７】外径拘束形転動体案内保持器の他例を示す半径
方向の断面図である。

【図８】円筒ころ軸受の軸方向の断面図である。

【符号の説明】

１内輪２内輪３転動体４保持器４ａポケット４ｂポケット面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の軌道輪と、軌道輪間に介在させた
複数の転動体と、転動体を保持する保持器とを有し、一
対の軌道輪のうち、内輪を回転させて使用する転がり軸
受において、保持器のポケット面の外径側部分を転動体
に接触させて保持器を案内するようにしたことを特徴と
する転がり軸受。
【請求項２】一対の軌道輪と、軌道輪間に介在させた
複数の転動体と、転動体を保持する保持器とを有し、一
対の軌道輪のうち、外輪を回転させて使用する転がり軸
受において、保持器のポケット面の内径側部分を転動体
に接触させて保持器を案内するようにしたことを特徴と
する転がり軸受。