JP2002339977A

JP2002339977A - 球ころ

Info

Publication number: JP2002339977A
Application number: JP2001180873A
Authority: JP
Inventors: Hiroshi Teramachi; 博寺町
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2001-05-11
Filing date: 2001-05-11
Publication date: 2002-11-27

Abstract

(57)【要約】【課題】玉のように使い易い性能を持ち、且つころの
ように高負荷容量を持つ新規な形状の球ころを提供す
る。【解決手段】円弧状に膨らんだ転動球面部２と、転動球
面部２両端の球面状に膨らんだ端面球面部３，３と、を
備え、転動球面部２の曲率半径が端面球面部の曲率半径
よりも大きく、転動球面部２の回転中心線Ｎ上に端面球
面部３，３の曲率中心Ｏ１，Ｏ１を持ち、転動球面部２
の最大径ｄと端面球面部３，３の頂点ｔ３，ｔ３間の長
さＷの比率を略８０％±１７％の範囲とした形状を有し
ている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、玉のように使い
易い性能を持ち、且つころのように高負荷容量を合わせ
持つ「球ころ」（日研産業（株）商標出願中）に関する
ものである。

【０００２】

【従来の技術】従来の転がり軸受等に使用する転動体と
しては、「玉」と「ころ」があった。玉は、点接触であ
り、負荷容量が小さいが、わずかの自動調心性があり、
それによる使い易さがある。また、玉は、ラジアル荷重
の１／１０位のスラスト荷重を受けられる。一方、ころ
は、ころ軸受で線接触であり、負荷容量は玉軸受の６倍
と高荷重，高剛性に耐えられるが、図４（Ｃ）に示すよ
うに、軌道面１１０に沿ってころ１００の端面１０３を
支持するつば部１１１が必要で、ころ１００は転動面１
０２と端面１０３の二面拘束となる（ラジアル方向とス
ラスト方向の２方向に接触）。この場合、ラジアル方向
の転動面１０２およびスラスト方向の端面１０３の両方
とも、正確かつきれいな面にする必要があり、仕上がり
面の超仕上げが要求されることはもちろん、ころ１００
が接触する軌道面１１０とつば部１１１との完全な直角
度、さらにはころ１００の端面１０３と正確な面接触を
させるためにつば部１１１の高精度加工が必要となる。
また、正確に面接触させるための軌道面１１０およびつ
ば部１１１が正確にできても、内外輪が取り付けられる
ハウジングや軸の取付面が狂っていると摩擦抵抗が増大
するので、ハウジングや軸についても高精度が必要とな
る。また、高精度に加工したとしても、使用時に実際に
加わる力や熱膨張などによって軌道面が変形した場合、
ころ１００には自動調心性が無いので、ころ１００の端
部が軌道面１１０およびつば部１１１に片当たりすると
いう欠点がある。さらに、スラスト荷重を受けるころ１
００の端面１０３はすべり接触であり摩擦抵抗が大き
い。また、平面接触しているころ１００の端面１０３と
つば部１１１の接触面Ａ間には潤滑剤が入りにくく、潤
滑不良となり摩耗しやすい。また、発熱が大きくなっ
て、甚だしい場合は焼き付いてしまう。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】本発明の目的は、ころ
程ではないが玉より３〜４倍の負荷容量を持つ玉ところ
の中間的な特徴を持ち、また、ころのような転動面と端
面の二面拘束の制約が無く、大きいスラスト荷重につい
ても低摩擦で対応でき、しかもコストが安い新規形状の
球ころを提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、この発明の球ころは、円弧状に膨らんだ転動球面部
と、該転動球面部両端の球面状に膨らんだ端面球面部
と、を備え、前記転動球面部の曲率半径が端面球面部の
曲率半径よりも大きく、前記転動球面部の回転中心線上
に前記端面球面部の曲率中心を持ち、前記転動球面部の
最大径と端面球面部の頂点間の長さの比率を略８０％±
１７％の範囲とした形状を有している。この転動体の形
状には、転動球面部の一端が大径かつ他端が小径で長手
方向円弧に勾配が付けられたテーパ球面形状も含まれ
る。テーパ球面形状とは、円錐形の直線的な勾配のつい
た斜面に対して円弧状に膨らんだ形状の意味である。

【０００５】

【発明の実施の形態】次に、この発明の実施の形態につ
いて、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は、この
発明の実施の形態に係る球ころを示している。この球こ
ろ１は、円弧状に膨らんだ転動球面部２と、この転動球
面部２左右両端の球面状に膨らんだ端面球面部３，３
と、を備え、転動球面部２の曲率半径Ｒが左右の端面球
面部３，３の曲率半径ｒ１，ｒ２よりも大きく、前記転
動球面部２の回転中心線Ｎ上に前記端面球面部３，３の
曲率中心Ｏ１，Ｏ２を有している。そして、転動球面部
２の最大径である短径ｄと端面球面部３の頂点ｔ１，ｔ
２間の長さである長径Ｗの比率を略８０％±１７％の範
囲とした形状を有している。

【０００６】左右の端面球面部３，３の中心Ｏ１，Ｏ２
は、図１（Ａ）に示すようにずれていてもよいし、図１
（Ｄ）に示すようにほぼ一致させておいてもよい。転動
球面部２の左右両端は同一径で、転動球面部２の最大径
位置は回転中心線Ｎ方向の中央位置に位置する。このよ
うに、球ころ１の外形は、転動球面部２の円弧面と端面
球面部３，３の球面とを組み合わせた形状で、その長手
方向断面が略楕円形と円形の中間の形状となっている。
また、転動球面部２と端面球面部３，３の境界部には丸
みが付けられている。図１（Ａ）〜（Ｃ）は８０％の
例、図１（Ｄ）〜（Ｆ）は９０％の例である。すなわ
ち、短径ｄと長径Ｗの比率が小さい（差が小さい）ほど
球に近くなり、比率が大きい（差が大きい）ほどころに
近づき、高負荷容量が得られ、重荷重に適する。なお、
図２に示すように、転動球面部２をテーパ球面形状とし
てもよい。すなわち、転動球面部２は、その一端が大径
かつ他端が小径で長手方向円弧に勾配が付けられてい
る。図示例は、長径Ｗに対する短径ｄの割合を８０％に
した例である。

【０００７】球ころ１の製造は次のようにして行う。図
１（Ｄ）に示したような短径ｄと長径Ｗの比率が小さい
球ころの場合には、完成した鋼球２０を使用し、図３
（Ａ）に示すように、転動球面部２の希望する半径の凹
面５２を持った砥石５０によって、転動球面部２を研削
し、その研削面を超仕上げすれば、本発明の球ころをき
わめて安く簡単に製造することができる。この場合、端
面球面部２は鋼球２０の球面がそのまま残る。一方、図
１（Ａ）に示したような短径ｄと長径Ｗの比率が大きい
球ころの場合には、図３（Ｂ）に示すように、球面状の
凹部７１を備えた型７０を用いて素材を軸方向に圧縮し
て球状の素材３０を予備成形する。この予備成形される
素材３０は、焼き入れ前の玉の素球（生ボール）の中央
部を、転造等によって、円弧状に押し潰して成形しても
よいし、円筒状の素材を転造などによって円弧状に押し
潰して成形してもよい。この素材３０を、図３（Ｃ）に
示すように、転動球面部２に対応する半径の第１凹面６
２と、この第１凹面６２の両側に端面球面部３，３に対
応する半径の第２凹面６３，６３を有する砥石６０によ
って研削することによって、簡単に転動球面部２の回転
中心線Ｎ上に端面球面部３，３の曲率中心Ｏ１，Ｏ２が
位置する形状の球ころ１をきわめて安く簡単に製造する
ことができる。また、図３（Ｄ）に示すように、端面球
面部３，３は予備成形の面をそのまま利用し、端面球面
部３，３をチャックして、転動球面部２に対応する凹部
８１を備えた砥石８０によって研削するようにしてもよ
い。

【０００８】なお、転動球面部２および端面球面部３の
形状は、幾何学的に厳密な意味での球面形状である必要
はなく丸く膨らんだ形状であればよい。また、端面球面
部３，３の頂点にセンタ孔を設けてもよい。

【０００９】このような球ころ１は、玉と比較すると、
転動球面部２の接触長が長くなるので、玉に比べて負荷
容量は数倍大きくなる。有効接触長さは、ころの２／３
程度に設定することが好適で、このようにすれば、調心
性に優れ、しかも玉の４倍程度の負荷容量が得られる。
また、図４（Ａ）に示すように、接触長さをＷ１とする
と、中央部と両端部の径の差に起因する差動すべり量π
（ｄ−ｄ０）は、玉の場合のπ（ｄ１−ｄ０）に比べて
小さいので、摩擦抵抗が軽減され、軽快に回転する。

【００１０】さらに、本発明の球ころ１の場合には、転
動球面部２が円弧形状の軌道溝１０に接触するので、軽
いスラスト荷重の場合には、軌道溝１０との接触部によ
って支持することができ、図４（Ｃ）に示した円筒ころ
１００のようにつば部１１１は不要である。また、大き
なスラスト荷重を受ける場合には、軌道溝１０を端面球
面部３が一部接触する深溝とすればよい。端面球面部３
と端面接触部１１間は基本的には転がり接触（転がり＋
すべり）となるので、摩擦抵抗が小さく、大きなスラス
ト荷重を受けることができる。

【００１１】また、従来のころの場合には、自動調心性
が無く、図４（Ｃ）に示すように、軌道面１１０が軸方
向に傾くと、ころ１００の転動面部端部が軌道面１１０
に片当たりするが、本発明の球ころ１の場合には、図４
（Ｂ）に示すように、軌道溝１０に対しては転動球面部
２が円弧状なので玉と同様に調心性を有する。また、端
面球面部３が一部接触するように軌道溝１０を深溝とし
た場合、端面接触面１１に対しても端面球面部３が球面
接触となるので、軌道部材の傾きを許容でき、玉と同
様、内外輪等の軌道部材の加工や組立に高い寸法精度が
要求されず、取りいやすい利点がある。軌道溝１０を球
ころ１の転動球面部２の曲率半径より多少大きくしてお
くことにより、油等の潤滑剤が軌道溝１０に入り易く、
接触面も玉と異なり面接触で潤滑剤の油膜切れも生じに
くいので、良好な潤滑が維持され摩擦抵抗も少ない。軌
道溝１０を深溝として端面球面部３が一部接触する場合
でも、軌道溝１０の端面接触面１１と端面球面部３間の
隙間に潤滑剤が入りやすく摩擦抵抗が少ない。この端面
接触面１１の曲率半径は端面球面部３に対して多少大き
くなっている。

【００１２】図５乃至図８には、球ころを用いたベアリ
ングの球ころ装着例を、玉１２０の場合と比較して示し
ている。図５及び図６は本発明の球ころと従来の高荷重
型の深溝タイプの玉軸受との比較例、図７及び図８は本
発明の深溝タイプとした球ころと従来の深溝タイプの玉
軸受との比較例である。球ころ１の組み込みは、図５
（Ｃ），図７（Ｃ）に示すように、内輪１３を偏心させ
て外輪１４の内周に内接させ、外輪１４内周と内輪１３
外周間の円弧状の空間にできるだけ多くの球ころ１を装
着し、その後、内輪１３を外輪１４と同心位置に移動さ
せて、図６（Ａ），図８（Ａ）に示すように球ころ１を
一列に整列させる。

【００１３】球ころ１の長径（端面球面部３，３の頂点
間の距離）と同一径の玉の場合（図５（Ｂ），図５
（Ｄ），図６（Ｂ）；図７（Ｂ），図７（Ｄ），図８
（Ｂ）参照）と比較すると、球ころ１の短径ｄ（転動球
面部４の径）が玉１２０の径ｄ０よりも小径なので、球
ころ１の装着数を多くすることができる。特に、図５
（Ａ）の浅溝タイプの球ころ軸受の内外輪間隔Ｓ（外輪
１４の内径と内輪１３の外径との差）は深溝タイプの玉
軸受の内外輪間隔Ｓ１よりも広く、装着数をより多くで
きる。図７（Ａ）の深溝タイプの球ころ軸受の内外輪間
隔は深溝タイプの玉軸受の内外輪間隔Ｓ１と同じであ
る。図示例の場合には、浅溝タイプの球ころ軸受では、
玉軸受が１３個に対して球ころ１が２３個、深溝タイプ
の球ころ軸受では、一般の玉軸受が１３個に対して球こ
ろ１が１９個と、いずれも約５割以上の多く入る構成と
なっている。球ころ１は玉に対して４倍程度の負荷容量
を有しているので、定格荷重は、浅溝タイプの球ころ軸
受で、単純に計算して、４×２３／１３＝７倍程度、深
溝タイプの球ころ軸受で、４×１９／１３＝５．８倍程
度の増加させることができる。また、スラスト荷重につ
いても、玉軸受と同等以上に受けることができる。な
お、この球ころは、従来の球やころが使用される直線運
動案内装置、転がり軸受、等速ジョイント等の種々の転
がり接触装置全般に広く使用することができる。

【００１４】

【発明の効果】以上説明したように、本発明にあって
は、転動球面部の接触長が長くなるので玉に比べて負荷
容量は数倍大きく、ころには及ばないが、高荷重，高剛
性化を図ることができる。また、転動球面部の中央部と
両端部の径の差が玉に比べて小さいので、差動すべりは
小さく摩擦抵抗が軽減される。従って、玉に比べて軽快
に移動すると共に発熱量も小さい。

【００１５】また、本発明の球ころは、従来のころと異
なり、転動球面部が円弧形状で軸方向にずれないので軸
方向への移動を規制するつば部は不要である。また、軽
いスラスト荷重の場合には転動球面部のみで左右両方向
のスラスト荷重を受けることが可能である。多少大きい
スラスト荷重を必要とする場合には、内外の軌道輪に設
けられる軌道溝に端面球面部の一部が接触できるように
深溝タイプにすればよい。端面球面部は平坦なローラ端
面のようにすべり接触ではなく転がりすべり接触なので
摩擦抵抗が少なく、発熱も少ない。球ころの長径（端面
球面部の頂点間の距離）と同一径の玉と比較すると、ベ
アリングに組み込む場合には、球ころの短径（転動球面
部の径）が玉よりも小径なので、球ころの装着数が多く
なり、定格荷重が大きくなる。また、軌道輪の軌道溝を
球ころの転動球面部の曲率半径より多少大きくしておく
ことにより、潤滑剤が軌道溝に入り易く、接触面も面接
触で油切れも生じにくいので、良好な潤滑が維持され摩
耗が防止される。また、発熱も少なく焼き付くおそれも
ない。軌道溝を深溝として端面球面部が一部接触する場
合でも、軌道溝と端面球面部が面接触で接触面間に潤滑
剤が入りやすく、摩耗，焼き付きを防止することができ
る。

【００１６】また、本発明の球ころは、軌道溝に対して
は、転動球面部が円弧状なので玉と同様に調心性を有す
る。また、軌道溝を深溝として端面球面部が一部接触す
る場合でも、端面球面部は球面状の接触なので調心性を
有し、軌道溝の傾きを許容でき、玉と同様、軌道輪やハ
ウジング，軸等の相手部品の加工や組立に高い寸法精度
が要求されない。このように、本発明の「球ころ」は、
「玉」と「ころ」の中間的な耐負荷能力と自動調心性を
有し、しかもコストが安く、軸受、直線運動案内装置、
等速ジョイント等の広範な製品群に革新をもたらすもの
である。

【図面の簡単な説明】

【図１】図１は本発明の実施の形態に係る球ころを示す
もので、同図（Ａ），（Ｂ），（Ｃ）は長径に対する短
径の割合が８０％、同図（Ｄ），（Ｅ），（Ｆ）は９０
％の球ころのそれぞれ正面図，平面図および側面図であ
る。

【図２】図２は本発明の転動球面部をテーパ形状とした
球ころを示すもので、同図（Ａ）は正面図、同図（Ｂ）
は側面図である。

【図３】図３（Ａ）〜（Ｃ）は本発明の球ころの製造手
順を示す図である。

【図４】図４（Ａ）は本発明の球ころの軌道溝との接触
状態を示す説明図、図４（Ｂ）は本発明の球ころの軌道
溝を深溝タイプとした状態の説明図、図４（Ｃ）は従来
のころの軌道面との接触状態を示す図である。

【図５】図５は深溝タイプのベアリングの球ころと玉の
装着例を比較して示すもので、同図（Ａ）は球ころを用
いたベアリングの断面図、同図（Ｃ）は球ころの組込説
明図、同図（Ｂ）は玉を用いたベアリングの断面図、同
図（Ｄ）は玉の組込説明図である。

【図６】図６（Ａ）は図５（Ａ）の球ころを用いたベア
リングの平面図、同図（Ｂ）は図５（Ｂ）の玉を用いた
ベアリングの平面図である。

【図７】図７は深溝タイプのベアリングの球ころと玉の
装着例を比較して示すもので、同図（Ａ）は球ころを用
いたベアリングの断面図、同図（Ｃ）は球ころの組込説
明図、同図（Ｂ）は玉を用いたベアリングの断面図、同
図（Ｄ）は玉の組込説明図である。

【図８】図８（Ａ）は図７（Ａ）の球ころを用いたベア
リングの平面図、同図（Ｂ）は図７（Ｂ）の玉を用いた
ベアリングの平面図である。

【符号の説明】

１球ころ２転動球面部３端面球面部４球面１０軌道面１１端面保持面２０鋼球３０素材Ｎ回転中心線Ｒ曲率半径（転動球面部）ｒ１，ｒ２曲率半径（端面球面部）Ｏ１，Ｏ２曲率中心（端面球面部）Ｗ長径（端面球面部の頂点間長さ）ｄ短径（転動球面部の最大）

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】円弧状に膨らんだ転動球面部と、該転動
球面部両端の球面状に膨らんだ端面球面部と、を備え、前記転動球面部の曲率半径が端面球面部の曲率半径より
も大きく、前記転動球面部の回転中心線上に前記端面球
面部の曲率中心を持ち、前記転動球面部の最大径と端面
球面部の頂点間の長さの比率を略８０％±１７％の範囲
とした形状の球ころ。