JP2021121753A - 軸受け - Google Patents

Abstract

【課題】球体や円柱体等の転がりを利用するベアリングは、可動(回転)部品からなる構造物であり、回転部品と回転部品を支える周辺部品とに接触があれば摩擦力が働く。摩擦力は熱エネルギーとして散逸することから、回転エネルギーロスとなる。従い、ベアリングに要求されるのは、エネルギーロス(摩擦力)を小さくすることであるので、転動体どうしの接触を抑制してエネルギーロスをより少なくする方法を提供する。【解決手段】外輪１、内輪２および球体や円柱体のような負荷を負担する転動体３をAとし、隣のA間に別種の転動体４をBとして1個あるいは複数個配置し、BとAとの接触は許容するが、Bと内輪あるいは外輪との接触を禁じることを特徴とするベアリング。【選択図】図１

Description

本発明は、軸受けに関する。

球体や円柱体等の転がりを利用する軸受け(以下ベアリング)は、機械装置部品として各所に用いられている。ベアリングは可動(回転)部品からなる構造物であり、回転部品同志や回転部品を支える周辺部品に接触があれば摩擦力が働く。摩擦力は熱エネルギーとして散逸することから、回転エネルギーロスとなる。従い、ベアリングに要求されるのは、エネルギーロス(摩擦力)を小さくすることである。ベアリングの構造は、複数の球体などの転動体が内輪、外輪に挟まれて収納されており、さらにこの転動体同志が接触しないように保持器が備えられている。この構造において、保持器と転動体との接触もエネルギーロスを生むことから、保持器なしのベアリングが考案されている(文献1)。また、ベアリングとは要求機能は異なるが、ボールねじにおいても転動体が使用されることから、転動体(ボール)間の接触を避ける必要があり、接触による摩擦を抑制する方法が考案されている(文献２)。
特開２００７−１７７９９３ 特開２０００−２９１７７０

文献１の方法は保持器を取り除いたことによる転動体同士の接触を、局所において転動体の動きに減速・加速を付与し、転動体間に距離を付与して避ける方法である。この方法では、局所部近傍では、確実に転動体間隔を保持できるが、局所部近傍以外の領域では転動体間隔を制御あるいは保持する手段を有しないため、あらゆる状況下において転動体間隔を確実に保持できる保証はない。
文献２はボールねじに関するものである。ボールねじはベアリングとは異なるが、球体の転動体を用いるベアリングと、転動体間の接触による摩擦力を減らしたい点で共通する。ベアリングもボールねじも転動体は全て同方向に回転するため転動体同志が接触すると、互いの回転を阻害するように作用し、ベアリングあるいはボールねじの性能低下に結び付く。そこで文献２では、隣り合う転動体（Aとする）間にAより幾分半径の小さい新たな転動体（Bとする）を配置し、Bがボールねじ溝およびナットねじ溝に接触しなければ、Bは両隣のAに挟まれ接触していてもBの接触面回転方向は両隣のAと同じ方向になるので摩擦は起こらないあるいは非常に小さいとしている。

文献２では、Bがねじ溝あるいはナットねじ溝と接触しないようにする方法が記載されていない。単にBを配置するだけでは、Bはねじ溝に接触する。文献２の方法をベアリングに応用するには、転動体Bが内輪あるいは外輪に接触しない（三点接触をしない）ように保持できなければならない。保持ができれば、ベアリングの大きな性能向上に結び付く。

転動体Bが内輪あるいは外輪に接触しないように保持する実施例を以下に示す。
図１は円柱体をBとした例である。B両端はベアリング側壁に設けた溝に沿って滑動する。この点では、Bが側壁に接触しているため三点接触にはなるが、側壁への接触面積を極力小さく（点接触）することにより摩擦力は下げられる。転動体Aがローラーの場合に適切である。Aがボールの場合は内外輪にボール滑動の溝を設けるのが一般であり、ボールの軸方向移動は抑制されるので、Bとして当該円柱体を使用しても良いが、図２のようにB外周にAと接する溝をもうけると軸方向荷重に対する耐力を上げることができる。図３はBとして球体を用いる方法であるが、球体に軸を通しベアリング側壁溝に沿って滑動させる。この方法は、Aとの接触点が1点のみであることから、Aの転動は良い。図４は2個の球体をあたかも団子の串刺し様にして、Aを両サイド方向から支える方法である。図５は図４を一体化したものである。図６は図２あるいは図５を２組ペアとし、Aと4点で接する方法である。図６、図７はローラーBあるいはボールBの保持器でありAとAの間に配置する。図１〜５は、ベアリング側壁を必要とするが、図６、７は２組のBペアを金具等で保持する。AがBを保持する形になるが、A、B間での回転方向は同じであり、互いの回転の抑制は起こらない。

回転を伴う機械装置には、必ずベアリングが使用される。ベアリングのエネルギーロスを少しでも少なくする努力は、使用されるベアリングの多さを考えれば、トータルでは膨大なエネルギーロスの抑制となる。使用エネルギーの抑制はあらゆる産業の目標でもある。またエネルギー消費は環境問題とも密接であり、産業上の消費エネルギーの削減は喫緊の課題である。

ローラーベアリング例 転動体Bの例 転動体Bの例 転動体Bの例 転動体Bの例 複数転動体の例１ 複数転動体の例２

１ ベアリング外輪
２ ベアリング内輪
３ 転動体A（負荷負担）
４ 転動体B（AとAの接触防止）
５ 保持器
６ ガイド溝付き側壁

転動体Bが内輪あるいは外輪に接触しないように保持する実施例を以下に示す。
図６は図２〜図５のいずれかを２組ペアとし、Aと接する方法である。図６、図７は２組のBペアを金具等で保持しAとAの間に配置する。AがBを保持する形になるが、A、B間での回転方向は同じであり、互いの回転の抑制は起こらない。

転動体Bが軸受けの内輪や、外輪のような枠体に接触しないように保持する実施例を図６、図７に示す。
図６は図２〜図５のいずれかをB1,B2とし、Aと接する方法である。図６、図７はB1,B2を保持器５で保持しAとAの間に配置する。AがBを保持する形になるが、A、B間での回転方向は同じであり、互いの回転の抑制は起こらない。図６の場合、４（B1、B2）最大高さがAの直径より小さければ枠体との接触は防げる。図７の場合も同様に、保持器５高さがAの直径より小さければ枠体との接触は防げる。保持器５の代わりに、ベアリング側壁に溝を設け、B端を受けることにより保持も可能である。

実施例 転動体B(単体)の例 転動体B(単体)の例 転動体B(単体)の例 転動体B(単体)の例 転動体A,B1,B2を組み合わせる例１ 転動体A,B1,B2を組み合わせる例２

１ 枠体１（ベアリング外輪例）
２ 枠体２（ベアリング内輪例）
３ 転動体A（負荷負担）
４ 転動体B（AとAの接触防止）
５ 保持器（B1とB2を保持）

転動体Bが内輪あるいは外輪に接触しないように保持する実施例を以下に示す。
図１は円柱体をBとした例である。B両端はベアリング側壁に設けた溝に沿って滑動する。この点では、Bが側壁に接触しているため三点接触にはなるが、側壁への接触面積を極力小さく（点接触）することにより摩擦力は下げられる。転動体Aがローラーの場合に適切である。Aがボールの場合は内外輪にボール滑動の溝を設けるのが一般であり、ボールの軸方向移動は抑制されるので、Bとして当該円柱体を使用しても良いが、図２のようにB外周にAと接する溝をもうけると軸方向荷重に対する耐力を上げることができる。図３はBとして球体を用いる方法であるが、球体に軸を通しベアリング側壁溝に沿って滑動させる。この方法は、Aとの接触点が1点のみであることから、Aの転動は良い。図４は2個の球体をあたかも団子の串刺し様にして、Aを両サイド方向から支える方法である。図５は図４を一体化したものである。図６は図２あるいは図５を２組ペアとし、Aと4点で接する方法である。図６、図７はローラーBあるいはボールBの保持器でありAとAの間に配置する。図１〜５は、ベアリング側壁を必要とするが、図６、７は２組のBペアを金具等で保持する。AがBを保持する形になるが、A、B間での回転方向は同じであり、互いの回転の抑制は起こらない。
なお、図６、図７の保持器の代わりに、上記のベアリング側壁に設けた二条の溝を使うこともできる。

実施例 転動体B(単体)の例 転動体B(単体)の例 転動体B(単体)の例 転動体B(単体)の例 転動体A,B1,B2を組み合わせる例１ 転動体A,B1,B2を組み合わせる例２

１ ベアリング外輪
２ ベアリング内輪
３ 転動体A（負荷負担）
４ 転動体B（AとAの接触防止）
５ 保持器
６ ガイド溝付き側壁

Claims (1)

1. 外輪、内輪および球体や円柱体のような負荷を負担する転動体Aと、隣のA間に別種の転動体Bを1個あるいは複数個配置し、BとAとの接触は許容するが、Bと内輪あるいは外輪との接触を禁じることを特徴とするベアリング

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