攪拌機用調心輪付き円筒ころ軸受
【課題】定格荷重が高く、ころの表面損傷を軽減した攪拌機用調心輪付き円筒ころ軸受を提供する。
【解決手段】攪拌機用調心輪付き円筒ころ軸受は、内輪12と、外径面が凸球面状の外輪14と、外輪14を内包し内径面が凹球面状の調心輪20と、内輪軌道面と外輪軌道面との間に転動自在に介在する複数のころ16と、隣り合うころ16間に介在させた間座18とを具備し、間座18の軸方向両端にころ端面16bと向き合う面をもった拡張部18bが設けてある。
【解決手段】攪拌機用調心輪付き円筒ころ軸受は、内輪12と、外径面が凸球面状の外輪14と、外輪14を内包し内径面が凹球面状の調心輪20と、内輪軌道面と外輪軌道面との間に転動自在に介在する複数のころ16と、隣り合うころ16間に介在させた間座18とを具備し、間座18の軸方向両端にころ端面16bと向き合う面をもった拡張部18bが設けてある。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大型攪拌機の攪拌軸の支持に好適な調心輪付き円筒ころ軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポリエチレンなどの化学物質の混練、攪拌に使用される大型の攪拌機は、おおかた長い攪拌軸を有し、その支持軸受間距離も長いために、運転中は攪拌軸が大きく撓む傾向がある。そのため、攪拌軸の支持軸受には、軸の撓みを許容できるだけの調心性が要求される。さらに、攪拌槽内部の温度は１５０℃程度と高いため、軸の熱膨張を許容できる必要がある。そのため、攪拌軸の支持軸受には、自動調心ころ軸受の調心性と、円筒ころ軸受のアキシャル方向への移動能力を兼ね備えた、特許文献１にみられるような調心輪付き円筒ころ軸受が多用されている。
【０００３】
特許文献１に記載された調心輪付きころ軸受は、図７に示すように、円筒ころ軸受の外周に調心輪を付加した構造である。すなわち、内輪２と、外輪４と、複数の円筒ころ６と、保持器８と、調心輪１０によって構成されている。内輪２は円筒状で、その円筒形の外周に軌道が形成されている。外輪４は内周の軌道の両側につばが形成されており、外周面は部分球面状である。内輪２の軌道と外輪４の軌道の間には、円筒ころ６が転動自在に介在させてあり、保持器８によって所定間隔に保持されている。調心輪１０は、部分球面状内周面で外輪４の部分球面状外周面と球面接触している。したがって、内輪２と円筒ころ６の間でアキシャル方向に移動することができ、さらには外輪４と調心輪１０との間で調心作用を発揮することができる。
【０００４】
特許文献２には保持器に代えて間座を採用した円筒ころ軸受が記載されている。
【特許文献１】特開２００１−２７１８３２号公報
【特許文献２】特許第３５４９５３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
調心輪付き円筒ころ軸受は、内輪や外輪のほかに調心輪を設けるスペースを要するため、ころ径を大きくすることができず、同サイズの自動調心ころ軸受よりも定格荷重が大きく劣る。ここで、攪拌軸の回転数は数min−１と低速であるため、調心輪付き円筒ころ軸受は、総転動体軸受とすることで定格荷重を増大させることもできるが、総転動体軸受は隣り合うころ同士が逆回転で接触するため、ころにスミアリングと呼ばれる表面損傷を引き起こすおそれがある。とくに、攪拌槽に近い軸受は、高温にさらされるため軸受中のグリースが軟化しやすく、低速回転という使用条件も相俟って、転がり面において油膜が形成されにくく、スミアリング損傷が発生しやすい傾向にある。さらに、総転動体軸受は保持器がないために、外輪または内輪のいずれか一方を取り外すところが脱落してしまうため、調心輪＋外輪＋ころのサブアセンブリと内輪（または、内輪＋ころのサブアセンブリと調心輪＋外輪のサブアセンブリ）を装置に別々に取り付けることができず、取り扱い性もよくない。
【０００６】
特許文献２に記載された円筒ころ軸受では、間座の動きを内輪および外輪の軌道面とつば側面とによって規制するため、必然的にころの径方向断面と同程度の大きさの間座を介在させることになり、ころ間に多くの潤滑剤を保持できないほか、運転中の熱膨張によって間座が軌道輪のつば側面間で突っ張るおそれがある。さらに、間座を内輪または外輪の軌道面に摺動させるため、転がり面における円滑な油膜形成が損なわれるおそれがある。
【０００７】
本発明の主要な目的は、定格荷重が高く、ころの表面損傷を軽減した攪拌機用調心輪付き円筒ころ軸受を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の攪拌機用調心輪付き円筒ころ軸受は、内輪と、外径面が凸球面状の外輪と、外輪を内包し内径面が凹球面状の調心輪と、内輪軌道面と外輪軌道面との間に転動自在に介在する複数のころと、隣り合うころ間に間座を具備する調心輪付き円筒ころ軸受において、前記間座の軸方向両端にころ端面と向き合う拡張部を設けたことを特徴とするものである。このような構成を採用することで、より多くのころを軸受に組み込むことができ、定格荷重の高い調心輪付き円筒ころ軸受を提供することができる。さらに、総転動体軸受と異なり、隣り合うころの接触を回避することができ、ころ同士が逆回転で摺動することがないため、ころの自転が阻害されにくく、かじりやスミアリングといった表面損傷を大幅に軽減することができる。
【０００９】
また、間座の軸方向両端にころ端面と向かい合う面をもった拡張部を設けることで、間座の軸方向の動きを拡張部ところ端面とで規制することができる。半径方向の動きは、ころ転動面または内輪つば外径もしくは外輪つば内径にて規制することができる。すなわち、間座の移動規制手段として内輪や外輪の軌道面やつば側面を使用しないため、隣り合うころ間において、間座を広域にわたって介在させる必要がなく、ころ間に多くの潤滑剤を保持させることができる。また、軸受が高温にさらされても、間座の拡張部ところ端面との間のすきまがつぶれることもない。さらに、間座を内輪つば外径または外輪つば内径に案内させる場合、拡張部はその案内面積を拡大する効果をも発揮するため、案内面において油膜が形成されやすくなる。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１の攪拌機用調心輪付き円筒ころ軸受において、間座のころ転動面と向き合う面がころのピッチ円を跨いで延在する凹形状であり、かつ、間座が内輪つば外径面または外輪つば内径面によって案内され、隣り合うころで間座を挟み込んだとき、間座と前記内輪つば外径面または外輪つば内径面との間にすきまがあることを特徴とするものである。軌道面上で間座をころで挟み込むと、凹形状の底を接触位置として間座の軸受半径方向における位置が決まる。そのとき、間座と軌道輪との間にすきまがあるように設定することで、間座が隣り合うころによって軌道輪に押し付けられる状態を回避することができる。すなわち、上記設定により間座は基本的にはころ案内となり、軸受の円周方向すきまに位置する間座だけが隣り合うころの拘束から解放され、回転速度が高い場合には外輪つば内径面に、低い場合にはころに案内される仕様となる。解放された間座には、自重、遠心力以外に軸受半径方向の力が作用しないため、間座の案内面における発熱や磨耗を軽減させることができる。とくに、グリース潤滑で使用する場合、内輪つば外径面または外輪つば内径面と接触する間座の案内面は潤滑不良に陥りやすいため、本発明の適用が望ましい。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１または２の攪拌機用調心輪付き円筒ころ軸受において、前記間座の外輪つば内径面と向き合う面が、外輪つば内径の曲率半径よりも小さい曲率半径の凸曲面であることを特徴とするものである。また、請求項４の発明は、請求項１または２の攪拌機用調心輪付き円筒ころ軸受において、前記間座の内輪つば外径面と向き合う面が、内輪つば外径の曲率半径よりも大きい曲率半径の凹曲面であることを特徴とするものである。このような構成を採用することで、いわゆる「くさび膜効果」（運動方向に狭まっているくさび状のすきまに、流体が粘性によって引き込まれて圧力すなわち負荷能力を発生する効果）が得られ、間座の案内面における発熱や磨耗を軽減させることができる。
【００１２】
請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれかの攪拌機用調心輪付き円筒ころ軸受において、ころと間座でキーストン効果を発揮することを特徴とするものである。このような構成を採用することで、内輪を取り外してもころおよび間座が脱落しない仕様を作り出すことができ、内輪の別体組み付けが可能となる。すなわち、あらかじめ内輪を軸に、調心輪と外輪ところのサブアセンブリをハウジングに取り付け、軸ごと内輪を挿入するといった組み付けが可能となる。すなわち、従来の保持器付き円筒ころ軸受同様の組み付けが可能となる。
【００１３】
請求項６の発明は、請求項１ないし５のいずれかの攪拌機用調心輪付き円筒ころ軸受において、内輪と外輪ところに耐熱処理が施してあることを特徴とするものである。このような構成を採用することで、高温雰囲気下における軸受の寸法変化を抑えることができる。耐熱処理の具体例としては、焼入れ後に高温焼戻しすることが挙げられる。
【００１４】
請求項７の発明は、請求項１ないし６のいずれかの攪拌機用調心輪付き円筒ころ軸受において、シリコン系グリースまたはフッ素系グリースを封入したことを特徴とするものである。このような構成を採用することで、高温雰囲気下におけるグリース寿命を延伸することができ、ひいては軸受寿命を延伸することができる。
【００１５】
請求項８の発明は、請求項１ないし７のいずれかの攪拌機用調心輪付き円筒ころ軸受において、前記間座に潤滑剤保持部を設けたことを特徴とするものである。潤滑剤保持部は潤滑剤の保持を目的とするもので、たとえば、有底の凹部、溝、貫通穴、その他の種々形態をとることができる。
【００１６】
請求項９の発明は、請求項１ないし８のいずれかの攪拌機用調心輪付き円筒ころ軸受において、間座をシリコン樹脂またはフッ素樹脂で形成したことを特徴とするものである。このような構成を採用することで、ころ転動面のかじりやスミアリングといった表面損傷を大幅に軽減することができる。樹脂材は間座の製作上好適であるだけでなく、一般的に優れた自己潤滑性を有し、ころ転動面と円滑に摺動する。なかでも、シリコン樹脂やフッ素樹脂は耐熱性に優れているため、高温雰囲気下における強度低下を抑えることができる。
【００１７】
請求項１０の発明は、請求項１ないし８のいずれかの攪拌機用調心輪付き円筒ころ軸受において、間座を焼結合金で形成したことを特徴とするものである。このような構成を採用することで、ころ転動面のかじりやスミアリングといった表面損傷を大幅に軽減することができる。焼結合金は上述の樹脂と同様、間座の製作上好適であるほか、その気孔に潤滑剤を含浸させることができるため、ころ転動面と円滑に摺動する。さらに、線膨張係数が比較的小さいため、高温雰囲気下における熱膨張を抑えることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、大型攪拌機の攪拌軸の支持軸受として、定格荷重が高く、ころの表面損傷を軽減した調心輪付き円筒ころ軸受を提供することができ、攪拌機の長寿命化、信頼性向上に貢献することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面に従って本発明の実施の形態について説明する。
【００２０】
図１に示す調心輪付き円筒ころ軸受は、内輪１２と外輪１４と円筒ころ１６と間座１８と調心輪２０を主要な構成要素としている。内輪１２は円筒状で、その円筒形の外周面が軌道面となっている。外輪１４は両つば付きで、軌道の両側につばが形成してある。円筒ころ１６は内輪１２の軌道と外輪１４の軌道との間で転動自在で、転動面を符号１６ａで指してある。円筒ころ１６の端面１６ｂは外輪１４のつばの内側面と接触する。外輪１４の外周面は部分球面状で、一方、調心輪２０の内周面も部分球面状で、両者は球面嵌合している。
【００２１】
内輪１２と外輪１４と円筒ころ１６に耐熱処理、たとえば焼入れ後に高温焼戻しを施すことにより、高温雰囲気下における軸受の寸法変化を抑えることができる。また、シリコン系グリースまたはフッ素系グリースを封入することで、高温雰囲気下におけるグリース寿命を延伸することができ、ひいては軸受寿命を延伸することができる。シリコン系グリースとしては、ダウコーニング社製の「ＦＳ３４５ No.２」や東レシリコーン社製の「ＳＨ３３Ｌ」などが挙げられ、フッ素系グリースとしてはＮＯＫクリューバー社製の「バリエルタＬ５５／２」などが挙げられる。
【００２２】
隣り合う円筒ころ１６間に間座１８が介在させてある。間座１８は概ね板状で、円筒ころ１６の転動面１６ａと接触する面、すなわち、ころ接触面を符号１８ａで指してある。ころ接触面１８ａの断面形状は、円筒ころ１６の転動面１６ａを受け入れる凹形状、たとえば凹円弧状である。軸受に組み込んだ状態で、間座１８のころ接触面１８ａは円筒ころ１６のピッチ円を跨いで軸受半径方向に延在する。したがって、間座１８は円筒ころ１６だけで案内、つまりころ案内とすることができるが、以下の実施例においては、図４に示すとおり、外輪１４のつばの内径面に案内させる仕様について説明する。
【００２３】
図２に示すように、間座１８の長手方向の両端に拡張部１８ｂが形成してあり、互いに対向する拡張部１８ｂの内側面は、軸受に組み込んだ状態では円筒ころ１６の端面１６ｂと向かい合う。そうして、間座１８の拡張部１８ｂと円筒ころ１６との干渉により、間座１８の軸受軸方向の移動が規制される。間座１８の拡張部１８の上面、つまり軸受に組み込んだ状態で軸受の半径方向外側を向く面は、図４に示すとおり、外輪１４のつばの内径面と向かい合う。そして、上に述べたとおり、軸受の運転中、間座１８は外輪１４のつばの内径面によって案内させることもできる。間座１８の外輪１４のつば内径面と向き合う面は凸曲面であり、その曲率半径は外輪１４のつば内径面の曲率半径よりも小さく設定してある。そのため、間座１８と外輪１４のつばとの間に潤滑油のくさび膜効果が発生し、間座１８の磨耗を軽減させる。なお、軸受の円周方向を向いた拡張部１８ｂの端縁には、外輪１４のつば内径面とのエッジ接触を避けるため、面取りを設けるのが望ましい。
【００２４】
間座１８のころ接触面１８ａは円筒ころ１６のピッチ円を跨いで延在する凹形状であり、かつ、間座１８が外輪１４のつば内径面によって案内される。この場合、外輪１４の軌道面上で間座１８を円筒ころ１６で挟み込むと、凹形状のころ接触面１８ａの底を接触位置として間座１８の軸受半径方向における位置が決まる。そのとき、間座１８と軌道輪ここでは外輪１４のつば内径面との間にすきまＳｒ（図４）があるように設定することで、図３に示すような、間座１８が隣り合う円筒ころ１６によって軌道輪１４に押し付けられる状態を回避することができる。すなわち、上記設定により間座１８は基本的にはころ案内となり、軸受の円周方向すきまに位置する間座１８だけが隣り合う円筒ころ１６の拘束から解放され、回転速度が高い場合には外輪１４のつば内径面に、低い場合にはころに案内される仕様となる。解放された間座１８には、自重、遠心力以外に軸受半径方向の力が作用しないため、間座１８の案内面（内輪つば外径面または外輪つば内径面と接触する面）における発熱や磨耗が軽減する。
【００２５】
図４に示すように、外輪案内の場合、間座１８の、外輪１４のつば内径面と向き合う面を、外輪１４のつば内径面の曲率半径Ｒ２よりも小さい曲率半径Ｒ１の凸曲面とするのが好ましい。また、図示は省略するが、内輪案内の場合、間座１８の、内輪１２のつば外径面と向き合う面を、内輪１２のつば外径面の曲率半径よりも大きい曲率半径の凹曲面とするのが好ましい。このような構成を採用することにより、いわゆる「くさび膜効果」（運動方向に狭まっているくさび状のすきまに、流体が粘性によって引き込まれて圧力すなわち負荷能力を発生する効果）が得られ、間座１８の案内面（内輪つば外径面または外輪つば内径面と接触する面）における発熱や磨耗が軽減する。
【００２６】
円筒ころ１６と間座１８でキーストン効果を発揮するようにすることで、内輪１２を取り外しても円筒ころ１６および間座１８が脱落しない仕様を作り出すことができる。したがって、内輪１２の別体組み付け、すなわち、あらかじめ内輪１２を軸に、調心輪２０と外輪１４と円筒ころ１６のサブアセンブリをハウジングに取り付け、軸ごと内輪１２を挿入するといった組み付けが可能となる。すなわち、円周方向すきまＳ（転動体を、隣り合う転動体と接するように寄せたとき、円周方向にできるすきま）を所定の範囲とすることで、運転中の昇温によって円周方向すきまが潰れることがなく、さらに、円筒ころ１６と間座１８でキーストン効果が発揮され、内輪１２を抜いても外輪１４から円筒ころ１６および間座１８が脱落しない仕様となる。なお、キーストン効果が発揮されるための条件は、図５に示すように、外輪１４の内周に円筒ころ１６と間座１８を交互に配列していき、最後の１個の円筒ころ１６の直径とその両脇に位置すべき一対の間座１８の肉厚との和をＡとし、配列済みのころ列の終端間距離をＳｃとしたとき、Ａ＞Ｓｃで表される。
【００２７】
図５は、調心輪付き円筒ころ軸受の組み立て過程を例示したものである。図１の実施例の場合を例にとって組み立て手順を説明すると次のとおりである。外輪１４の内周にころ１６と間座１８を交互に配列していき、最後に組み込むころ１６の両脇に位置すべき間座１８を、配列済みのころ１６の転動面１６ａの軸受内径側に沿わせた上で、最後のころ１６を外輪１４に向かって押し込むことにより、両脇の間座１８をスライドさせつつ、ころ１６を組み込む。間座１８のころ転動面１６ａと向き合う面すなわちころ接触面１８ａはころ転動面１６ａを受け入れる凹形状である。なお、最後のころ１６を外輪１４に向かって挿入する際に、間座１８の両端の拡張部１８ｂをころ端面１６ｂに引っ掛けておくことができるので、間座１８をスライドさせる間も間座１８が軸方向にずれることがなく、作業性が著しく向上する。
【００２８】
図６は間座１８に潤滑剤の保持を目的とした潤滑剤保持部１８ｃを設けた種々変形例を示す。図６（Ａ）は、ころ接触面１８ａに互いに独立した窪みの形態をした潤滑剤保持部１８ｃを設けた例を示す。図６（Ｂ）は、ころ接触面１８ａに間座１８の長手方向、言い換えれば軸受軸方向に延びる２本の溝の形態をした潤滑剤保持部１８ｃを設けた例を示す。図６（Ｃ）は、ころ接触面１８ａに、軸受半径方向に延びる、軸受軸方向に離間した２本の溝の形態をした潤滑剤保持部１８ｃを設けた例を示す。図６（Ｄ）は、拡張部１８ｂの内側面に、軸受半径方向に延びる溝の形態をした潤滑剤保持部１８ｃを設けた例を示す。図６（Ｅ）は、ころ接触面１８ａに、貫通穴の形態をした潤滑剤保持部１８ｃを設けた例を示す。図６（Ｆ）は、ころ接触面１８ａの上部と下部、言い換えれば軸受半径方向の外側と内側に、切り欠きの形態をした潤滑剤保持部１８ｃを設けた例を示す。ここに例示した潤滑剤保持部は各別に採用するほか、適宜組み合わせて採用することもできる。
【００２９】
間座１８の材質は、樹脂であっても金属であってもよい。間座１８をシリコン樹脂またはフッ素樹脂で形成した場合、ころ転動面のかじりやスミアリングといった表面損傷を大幅に軽減することができる。樹脂材は間座１８の製作上好適であるだけでなく、一般的に優れた自己潤滑性を有し、ころ転動面１６ａと円滑に摺動する。なかでも、シリコン樹脂やフッ素樹脂は耐熱性に優れているため、高温雰囲気下における強度低下を抑えることができる。
【００３０】
間座１８を焼結合金で形成した場合、ころ転動面のかじりやスミアリングといった表面損傷を大幅に軽減することができる。焼結合金は上述の樹脂と同様、間座１８の製作上好適であるほか、その気孔に潤滑剤を含浸させることができるため、ころ転動面１６ａと円滑に摺動する。さらに、線膨張係数が比較的小さいため、高温雰囲気下における熱膨張を抑えることができる。なお、焼結合金の製作方法としては、固相焼結であっても液相焼結であってもよい。固相焼結の場合、その気孔内に効果的に潤滑剤を含浸させることができる。液相焼結の場合、固相焼結に見られる気候を融点の低い金属で埋めることができ、間座の強度を向上させることができる。例を挙げるならば、焼結母材を鉄とし、封孔金属を銅とする。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】実施例を示す調心輪付き円筒ころ軸受の破断斜視図
【図２】図１の軸受における間座の拡大斜視図
【図３】調心輪を除いた円筒ころ軸受の部分側面図
【図４】調心輪を除いた図１の軸受の部分側面図
【図５】図１の軸受の組み立て過程を示す横断面図
【図６】間座の種々変形例を示す斜視図
【図７】従来の技術を示す調心輪付き円筒ころ軸受の断面図
【符号の説明】
【００３２】
１２ 内輪
１４ 外輪
１６ ころ
１６ａ 転動面
１６ｂ 端面
１８ 間座
１８ａ ころ接触面
１８ｂ 拡張部
１８ｃ 凹部
２０ 調心輪
【技術分野】
【０００１】
本発明は、大型攪拌機の攪拌軸の支持に好適な調心輪付き円筒ころ軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
ポリエチレンなどの化学物質の混練、攪拌に使用される大型の攪拌機は、おおかた長い攪拌軸を有し、その支持軸受間距離も長いために、運転中は攪拌軸が大きく撓む傾向がある。そのため、攪拌軸の支持軸受には、軸の撓みを許容できるだけの調心性が要求される。さらに、攪拌槽内部の温度は１５０℃程度と高いため、軸の熱膨張を許容できる必要がある。そのため、攪拌軸の支持軸受には、自動調心ころ軸受の調心性と、円筒ころ軸受のアキシャル方向への移動能力を兼ね備えた、特許文献１にみられるような調心輪付き円筒ころ軸受が多用されている。
【０００３】
特許文献１に記載された調心輪付きころ軸受は、図７に示すように、円筒ころ軸受の外周に調心輪を付加した構造である。すなわち、内輪２と、外輪４と、複数の円筒ころ６と、保持器８と、調心輪１０によって構成されている。内輪２は円筒状で、その円筒形の外周に軌道が形成されている。外輪４は内周の軌道の両側につばが形成されており、外周面は部分球面状である。内輪２の軌道と外輪４の軌道の間には、円筒ころ６が転動自在に介在させてあり、保持器８によって所定間隔に保持されている。調心輪１０は、部分球面状内周面で外輪４の部分球面状外周面と球面接触している。したがって、内輪２と円筒ころ６の間でアキシャル方向に移動することができ、さらには外輪４と調心輪１０との間で調心作用を発揮することができる。
【０００４】
特許文献２には保持器に代えて間座を採用した円筒ころ軸受が記載されている。
【特許文献１】特開２００１−２７１８３２号公報
【特許文献２】特許第３５４９５３０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
調心輪付き円筒ころ軸受は、内輪や外輪のほかに調心輪を設けるスペースを要するため、ころ径を大きくすることができず、同サイズの自動調心ころ軸受よりも定格荷重が大きく劣る。ここで、攪拌軸の回転数は数min−１と低速であるため、調心輪付き円筒ころ軸受は、総転動体軸受とすることで定格荷重を増大させることもできるが、総転動体軸受は隣り合うころ同士が逆回転で接触するため、ころにスミアリングと呼ばれる表面損傷を引き起こすおそれがある。とくに、攪拌槽に近い軸受は、高温にさらされるため軸受中のグリースが軟化しやすく、低速回転という使用条件も相俟って、転がり面において油膜が形成されにくく、スミアリング損傷が発生しやすい傾向にある。さらに、総転動体軸受は保持器がないために、外輪または内輪のいずれか一方を取り外すところが脱落してしまうため、調心輪＋外輪＋ころのサブアセンブリと内輪（または、内輪＋ころのサブアセンブリと調心輪＋外輪のサブアセンブリ）を装置に別々に取り付けることができず、取り扱い性もよくない。
【０００６】
特許文献２に記載された円筒ころ軸受では、間座の動きを内輪および外輪の軌道面とつば側面とによって規制するため、必然的にころの径方向断面と同程度の大きさの間座を介在させることになり、ころ間に多くの潤滑剤を保持できないほか、運転中の熱膨張によって間座が軌道輪のつば側面間で突っ張るおそれがある。さらに、間座を内輪または外輪の軌道面に摺動させるため、転がり面における円滑な油膜形成が損なわれるおそれがある。
【０００７】
本発明の主要な目的は、定格荷重が高く、ころの表面損傷を軽減した攪拌機用調心輪付き円筒ころ軸受を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明の攪拌機用調心輪付き円筒ころ軸受は、内輪と、外径面が凸球面状の外輪と、外輪を内包し内径面が凹球面状の調心輪と、内輪軌道面と外輪軌道面との間に転動自在に介在する複数のころと、隣り合うころ間に間座を具備する調心輪付き円筒ころ軸受において、前記間座の軸方向両端にころ端面と向き合う拡張部を設けたことを特徴とするものである。このような構成を採用することで、より多くのころを軸受に組み込むことができ、定格荷重の高い調心輪付き円筒ころ軸受を提供することができる。さらに、総転動体軸受と異なり、隣り合うころの接触を回避することができ、ころ同士が逆回転で摺動することがないため、ころの自転が阻害されにくく、かじりやスミアリングといった表面損傷を大幅に軽減することができる。
【０００９】
また、間座の軸方向両端にころ端面と向かい合う面をもった拡張部を設けることで、間座の軸方向の動きを拡張部ところ端面とで規制することができる。半径方向の動きは、ころ転動面または内輪つば外径もしくは外輪つば内径にて規制することができる。すなわち、間座の移動規制手段として内輪や外輪の軌道面やつば側面を使用しないため、隣り合うころ間において、間座を広域にわたって介在させる必要がなく、ころ間に多くの潤滑剤を保持させることができる。また、軸受が高温にさらされても、間座の拡張部ところ端面との間のすきまがつぶれることもない。さらに、間座を内輪つば外径または外輪つば内径に案内させる場合、拡張部はその案内面積を拡大する効果をも発揮するため、案内面において油膜が形成されやすくなる。
【００１０】
請求項２の発明は、請求項１の攪拌機用調心輪付き円筒ころ軸受において、間座のころ転動面と向き合う面がころのピッチ円を跨いで延在する凹形状であり、かつ、間座が内輪つば外径面または外輪つば内径面によって案内され、隣り合うころで間座を挟み込んだとき、間座と前記内輪つば外径面または外輪つば内径面との間にすきまがあることを特徴とするものである。軌道面上で間座をころで挟み込むと、凹形状の底を接触位置として間座の軸受半径方向における位置が決まる。そのとき、間座と軌道輪との間にすきまがあるように設定することで、間座が隣り合うころによって軌道輪に押し付けられる状態を回避することができる。すなわち、上記設定により間座は基本的にはころ案内となり、軸受の円周方向すきまに位置する間座だけが隣り合うころの拘束から解放され、回転速度が高い場合には外輪つば内径面に、低い場合にはころに案内される仕様となる。解放された間座には、自重、遠心力以外に軸受半径方向の力が作用しないため、間座の案内面における発熱や磨耗を軽減させることができる。とくに、グリース潤滑で使用する場合、内輪つば外径面または外輪つば内径面と接触する間座の案内面は潤滑不良に陥りやすいため、本発明の適用が望ましい。
【００１１】
請求項３の発明は、請求項１または２の攪拌機用調心輪付き円筒ころ軸受において、前記間座の外輪つば内径面と向き合う面が、外輪つば内径の曲率半径よりも小さい曲率半径の凸曲面であることを特徴とするものである。また、請求項４の発明は、請求項１または２の攪拌機用調心輪付き円筒ころ軸受において、前記間座の内輪つば外径面と向き合う面が、内輪つば外径の曲率半径よりも大きい曲率半径の凹曲面であることを特徴とするものである。このような構成を採用することで、いわゆる「くさび膜効果」（運動方向に狭まっているくさび状のすきまに、流体が粘性によって引き込まれて圧力すなわち負荷能力を発生する効果）が得られ、間座の案内面における発熱や磨耗を軽減させることができる。
【００１２】
請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれかの攪拌機用調心輪付き円筒ころ軸受において、ころと間座でキーストン効果を発揮することを特徴とするものである。このような構成を採用することで、内輪を取り外してもころおよび間座が脱落しない仕様を作り出すことができ、内輪の別体組み付けが可能となる。すなわち、あらかじめ内輪を軸に、調心輪と外輪ところのサブアセンブリをハウジングに取り付け、軸ごと内輪を挿入するといった組み付けが可能となる。すなわち、従来の保持器付き円筒ころ軸受同様の組み付けが可能となる。
【００１３】
請求項６の発明は、請求項１ないし５のいずれかの攪拌機用調心輪付き円筒ころ軸受において、内輪と外輪ところに耐熱処理が施してあることを特徴とするものである。このような構成を採用することで、高温雰囲気下における軸受の寸法変化を抑えることができる。耐熱処理の具体例としては、焼入れ後に高温焼戻しすることが挙げられる。
【００１４】
請求項７の発明は、請求項１ないし６のいずれかの攪拌機用調心輪付き円筒ころ軸受において、シリコン系グリースまたはフッ素系グリースを封入したことを特徴とするものである。このような構成を採用することで、高温雰囲気下におけるグリース寿命を延伸することができ、ひいては軸受寿命を延伸することができる。
【００１５】
請求項８の発明は、請求項１ないし７のいずれかの攪拌機用調心輪付き円筒ころ軸受において、前記間座に潤滑剤保持部を設けたことを特徴とするものである。潤滑剤保持部は潤滑剤の保持を目的とするもので、たとえば、有底の凹部、溝、貫通穴、その他の種々形態をとることができる。
【００１６】
請求項９の発明は、請求項１ないし８のいずれかの攪拌機用調心輪付き円筒ころ軸受において、間座をシリコン樹脂またはフッ素樹脂で形成したことを特徴とするものである。このような構成を採用することで、ころ転動面のかじりやスミアリングといった表面損傷を大幅に軽減することができる。樹脂材は間座の製作上好適であるだけでなく、一般的に優れた自己潤滑性を有し、ころ転動面と円滑に摺動する。なかでも、シリコン樹脂やフッ素樹脂は耐熱性に優れているため、高温雰囲気下における強度低下を抑えることができる。
【００１７】
請求項１０の発明は、請求項１ないし８のいずれかの攪拌機用調心輪付き円筒ころ軸受において、間座を焼結合金で形成したことを特徴とするものである。このような構成を採用することで、ころ転動面のかじりやスミアリングといった表面損傷を大幅に軽減することができる。焼結合金は上述の樹脂と同様、間座の製作上好適であるほか、その気孔に潤滑剤を含浸させることができるため、ころ転動面と円滑に摺動する。さらに、線膨張係数が比較的小さいため、高温雰囲気下における熱膨張を抑えることができる。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、大型攪拌機の攪拌軸の支持軸受として、定格荷重が高く、ころの表面損傷を軽減した調心輪付き円筒ころ軸受を提供することができ、攪拌機の長寿命化、信頼性向上に貢献することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下、図面に従って本発明の実施の形態について説明する。
【００２０】
図１に示す調心輪付き円筒ころ軸受は、内輪１２と外輪１４と円筒ころ１６と間座１８と調心輪２０を主要な構成要素としている。内輪１２は円筒状で、その円筒形の外周面が軌道面となっている。外輪１４は両つば付きで、軌道の両側につばが形成してある。円筒ころ１６は内輪１２の軌道と外輪１４の軌道との間で転動自在で、転動面を符号１６ａで指してある。円筒ころ１６の端面１６ｂは外輪１４のつばの内側面と接触する。外輪１４の外周面は部分球面状で、一方、調心輪２０の内周面も部分球面状で、両者は球面嵌合している。
【００２１】
内輪１２と外輪１４と円筒ころ１６に耐熱処理、たとえば焼入れ後に高温焼戻しを施すことにより、高温雰囲気下における軸受の寸法変化を抑えることができる。また、シリコン系グリースまたはフッ素系グリースを封入することで、高温雰囲気下におけるグリース寿命を延伸することができ、ひいては軸受寿命を延伸することができる。シリコン系グリースとしては、ダウコーニング社製の「ＦＳ３４５ No.２」や東レシリコーン社製の「ＳＨ３３Ｌ」などが挙げられ、フッ素系グリースとしてはＮＯＫクリューバー社製の「バリエルタＬ５５／２」などが挙げられる。
【００２２】
隣り合う円筒ころ１６間に間座１８が介在させてある。間座１８は概ね板状で、円筒ころ１６の転動面１６ａと接触する面、すなわち、ころ接触面を符号１８ａで指してある。ころ接触面１８ａの断面形状は、円筒ころ１６の転動面１６ａを受け入れる凹形状、たとえば凹円弧状である。軸受に組み込んだ状態で、間座１８のころ接触面１８ａは円筒ころ１６のピッチ円を跨いで軸受半径方向に延在する。したがって、間座１８は円筒ころ１６だけで案内、つまりころ案内とすることができるが、以下の実施例においては、図４に示すとおり、外輪１４のつばの内径面に案内させる仕様について説明する。
【００２３】
図２に示すように、間座１８の長手方向の両端に拡張部１８ｂが形成してあり、互いに対向する拡張部１８ｂの内側面は、軸受に組み込んだ状態では円筒ころ１６の端面１６ｂと向かい合う。そうして、間座１８の拡張部１８ｂと円筒ころ１６との干渉により、間座１８の軸受軸方向の移動が規制される。間座１８の拡張部１８の上面、つまり軸受に組み込んだ状態で軸受の半径方向外側を向く面は、図４に示すとおり、外輪１４のつばの内径面と向かい合う。そして、上に述べたとおり、軸受の運転中、間座１８は外輪１４のつばの内径面によって案内させることもできる。間座１８の外輪１４のつば内径面と向き合う面は凸曲面であり、その曲率半径は外輪１４のつば内径面の曲率半径よりも小さく設定してある。そのため、間座１８と外輪１４のつばとの間に潤滑油のくさび膜効果が発生し、間座１８の磨耗を軽減させる。なお、軸受の円周方向を向いた拡張部１８ｂの端縁には、外輪１４のつば内径面とのエッジ接触を避けるため、面取りを設けるのが望ましい。
【００２４】
間座１８のころ接触面１８ａは円筒ころ１６のピッチ円を跨いで延在する凹形状であり、かつ、間座１８が外輪１４のつば内径面によって案内される。この場合、外輪１４の軌道面上で間座１８を円筒ころ１６で挟み込むと、凹形状のころ接触面１８ａの底を接触位置として間座１８の軸受半径方向における位置が決まる。そのとき、間座１８と軌道輪ここでは外輪１４のつば内径面との間にすきまＳｒ（図４）があるように設定することで、図３に示すような、間座１８が隣り合う円筒ころ１６によって軌道輪１４に押し付けられる状態を回避することができる。すなわち、上記設定により間座１８は基本的にはころ案内となり、軸受の円周方向すきまに位置する間座１８だけが隣り合う円筒ころ１６の拘束から解放され、回転速度が高い場合には外輪１４のつば内径面に、低い場合にはころに案内される仕様となる。解放された間座１８には、自重、遠心力以外に軸受半径方向の力が作用しないため、間座１８の案内面（内輪つば外径面または外輪つば内径面と接触する面）における発熱や磨耗が軽減する。
【００２５】
図４に示すように、外輪案内の場合、間座１８の、外輪１４のつば内径面と向き合う面を、外輪１４のつば内径面の曲率半径Ｒ２よりも小さい曲率半径Ｒ１の凸曲面とするのが好ましい。また、図示は省略するが、内輪案内の場合、間座１８の、内輪１２のつば外径面と向き合う面を、内輪１２のつば外径面の曲率半径よりも大きい曲率半径の凹曲面とするのが好ましい。このような構成を採用することにより、いわゆる「くさび膜効果」（運動方向に狭まっているくさび状のすきまに、流体が粘性によって引き込まれて圧力すなわち負荷能力を発生する効果）が得られ、間座１８の案内面（内輪つば外径面または外輪つば内径面と接触する面）における発熱や磨耗が軽減する。
【００２６】
円筒ころ１６と間座１８でキーストン効果を発揮するようにすることで、内輪１２を取り外しても円筒ころ１６および間座１８が脱落しない仕様を作り出すことができる。したがって、内輪１２の別体組み付け、すなわち、あらかじめ内輪１２を軸に、調心輪２０と外輪１４と円筒ころ１６のサブアセンブリをハウジングに取り付け、軸ごと内輪１２を挿入するといった組み付けが可能となる。すなわち、円周方向すきまＳ（転動体を、隣り合う転動体と接するように寄せたとき、円周方向にできるすきま）を所定の範囲とすることで、運転中の昇温によって円周方向すきまが潰れることがなく、さらに、円筒ころ１６と間座１８でキーストン効果が発揮され、内輪１２を抜いても外輪１４から円筒ころ１６および間座１８が脱落しない仕様となる。なお、キーストン効果が発揮されるための条件は、図５に示すように、外輪１４の内周に円筒ころ１６と間座１８を交互に配列していき、最後の１個の円筒ころ１６の直径とその両脇に位置すべき一対の間座１８の肉厚との和をＡとし、配列済みのころ列の終端間距離をＳｃとしたとき、Ａ＞Ｓｃで表される。
【００２７】
図５は、調心輪付き円筒ころ軸受の組み立て過程を例示したものである。図１の実施例の場合を例にとって組み立て手順を説明すると次のとおりである。外輪１４の内周にころ１６と間座１８を交互に配列していき、最後に組み込むころ１６の両脇に位置すべき間座１８を、配列済みのころ１６の転動面１６ａの軸受内径側に沿わせた上で、最後のころ１６を外輪１４に向かって押し込むことにより、両脇の間座１８をスライドさせつつ、ころ１６を組み込む。間座１８のころ転動面１６ａと向き合う面すなわちころ接触面１８ａはころ転動面１６ａを受け入れる凹形状である。なお、最後のころ１６を外輪１４に向かって挿入する際に、間座１８の両端の拡張部１８ｂをころ端面１６ｂに引っ掛けておくことができるので、間座１８をスライドさせる間も間座１８が軸方向にずれることがなく、作業性が著しく向上する。
【００２８】
図６は間座１８に潤滑剤の保持を目的とした潤滑剤保持部１８ｃを設けた種々変形例を示す。図６（Ａ）は、ころ接触面１８ａに互いに独立した窪みの形態をした潤滑剤保持部１８ｃを設けた例を示す。図６（Ｂ）は、ころ接触面１８ａに間座１８の長手方向、言い換えれば軸受軸方向に延びる２本の溝の形態をした潤滑剤保持部１８ｃを設けた例を示す。図６（Ｃ）は、ころ接触面１８ａに、軸受半径方向に延びる、軸受軸方向に離間した２本の溝の形態をした潤滑剤保持部１８ｃを設けた例を示す。図６（Ｄ）は、拡張部１８ｂの内側面に、軸受半径方向に延びる溝の形態をした潤滑剤保持部１８ｃを設けた例を示す。図６（Ｅ）は、ころ接触面１８ａに、貫通穴の形態をした潤滑剤保持部１８ｃを設けた例を示す。図６（Ｆ）は、ころ接触面１８ａの上部と下部、言い換えれば軸受半径方向の外側と内側に、切り欠きの形態をした潤滑剤保持部１８ｃを設けた例を示す。ここに例示した潤滑剤保持部は各別に採用するほか、適宜組み合わせて採用することもできる。
【００２９】
間座１８の材質は、樹脂であっても金属であってもよい。間座１８をシリコン樹脂またはフッ素樹脂で形成した場合、ころ転動面のかじりやスミアリングといった表面損傷を大幅に軽減することができる。樹脂材は間座１８の製作上好適であるだけでなく、一般的に優れた自己潤滑性を有し、ころ転動面１６ａと円滑に摺動する。なかでも、シリコン樹脂やフッ素樹脂は耐熱性に優れているため、高温雰囲気下における強度低下を抑えることができる。
【００３０】
間座１８を焼結合金で形成した場合、ころ転動面のかじりやスミアリングといった表面損傷を大幅に軽減することができる。焼結合金は上述の樹脂と同様、間座１８の製作上好適であるほか、その気孔に潤滑剤を含浸させることができるため、ころ転動面１６ａと円滑に摺動する。さらに、線膨張係数が比較的小さいため、高温雰囲気下における熱膨張を抑えることができる。なお、焼結合金の製作方法としては、固相焼結であっても液相焼結であってもよい。固相焼結の場合、その気孔内に効果的に潤滑剤を含浸させることができる。液相焼結の場合、固相焼結に見られる気候を融点の低い金属で埋めることができ、間座の強度を向上させることができる。例を挙げるならば、焼結母材を鉄とし、封孔金属を銅とする。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】実施例を示す調心輪付き円筒ころ軸受の破断斜視図
【図２】図１の軸受における間座の拡大斜視図
【図３】調心輪を除いた円筒ころ軸受の部分側面図
【図４】調心輪を除いた図１の軸受の部分側面図
【図５】図１の軸受の組み立て過程を示す横断面図
【図６】間座の種々変形例を示す斜視図
【図７】従来の技術を示す調心輪付き円筒ころ軸受の断面図
【符号の説明】
【００３２】
１２ 内輪
１４ 外輪
１６ ころ
１６ａ 転動面
１６ｂ 端面
１８ 間座
１８ａ ころ接触面
１８ｂ 拡張部
１８ｃ 凹部
２０ 調心輪
【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪と、外径面が凸球面状の外輪と、外輪を内包し内径面が凹球面状の調心輪と、内輪軌道面と外輪軌道面との間に転動自在に介在する複数のころと、隣り合うころ間に間座を具備する調心輪付き円筒ころ軸受において、前記間座の軸方向両端にころ端面と向き合う拡張部を設けた攪拌機用調心輪付き円筒ころ軸受。
【請求項２】
前記間座のころ転動面と向き合う面がころのピッチ円を跨いで延在する凹形状であり、かつ、間座が内輪つば外径面または外輪つば内径面によって案内され、隣り合うころで間座を挟み込んだとき、間座と前記内輪つば外径面または外輪つば内径面との間にすきまがある請求項１の攪拌機用調心輪付き円筒ころ軸受。
【請求項３】
前記間座の外輪つば内径面と向き合う面が、外輪つば内径の曲率半径よりも小さい曲率半径の凸曲面である請求項１または２の攪拌機用調心輪付き円筒ころ軸受。
【請求項４】
前記間座の内輪つば外径面と向き合う面が、内輪つば外径の曲率半径よりも大きい曲率半径の凹曲面である請求項１または２の攪拌機用調心輪付き円筒ころ軸受。
【請求項５】
ころと間座でキーストン効果を発揮する請求項１ないし４のいずれかの攪拌機用調心輪付き円筒ころ軸受。
【請求項６】
内輪と外輪ところに耐熱処理が施してある請求項１ないし５のいずれかの攪拌機用調心輪付き円筒ころ軸受。
【請求項７】
シリコン系グリースまたはフッ素系グリースを封入した請求項１ないし６のいずれかの攪拌機用調心輪付き円筒ころ軸受。
【請求項８】
前記間座に潤滑剤保持部を設けた請求項１ないし７のいずれかの攪拌機用調心輪付き円筒ころ軸受。
【請求項９】
前記間座をシリコン樹脂またはフッ素樹脂で形成した請求項１ないし８のいずれかの攪拌機用調心輪付き円筒ころ軸受。
【請求項１０】
前記間座を焼結合金で形成した請求項１ないし８のいずれかの攪拌機用調心輪付き円筒ころ軸受。
【請求項１】
内輪と、外径面が凸球面状の外輪と、外輪を内包し内径面が凹球面状の調心輪と、内輪軌道面と外輪軌道面との間に転動自在に介在する複数のころと、隣り合うころ間に間座を具備する調心輪付き円筒ころ軸受において、前記間座の軸方向両端にころ端面と向き合う拡張部を設けた攪拌機用調心輪付き円筒ころ軸受。
【請求項２】
前記間座のころ転動面と向き合う面がころのピッチ円を跨いで延在する凹形状であり、かつ、間座が内輪つば外径面または外輪つば内径面によって案内され、隣り合うころで間座を挟み込んだとき、間座と前記内輪つば外径面または外輪つば内径面との間にすきまがある請求項１の攪拌機用調心輪付き円筒ころ軸受。
【請求項３】
前記間座の外輪つば内径面と向き合う面が、外輪つば内径の曲率半径よりも小さい曲率半径の凸曲面である請求項１または２の攪拌機用調心輪付き円筒ころ軸受。
【請求項４】
前記間座の内輪つば外径面と向き合う面が、内輪つば外径の曲率半径よりも大きい曲率半径の凹曲面である請求項１または２の攪拌機用調心輪付き円筒ころ軸受。
【請求項５】
ころと間座でキーストン効果を発揮する請求項１ないし４のいずれかの攪拌機用調心輪付き円筒ころ軸受。
【請求項６】
内輪と外輪ところに耐熱処理が施してある請求項１ないし５のいずれかの攪拌機用調心輪付き円筒ころ軸受。
【請求項７】
シリコン系グリースまたはフッ素系グリースを封入した請求項１ないし６のいずれかの攪拌機用調心輪付き円筒ころ軸受。
【請求項８】
前記間座に潤滑剤保持部を設けた請求項１ないし７のいずれかの攪拌機用調心輪付き円筒ころ軸受。
【請求項９】
前記間座をシリコン樹脂またはフッ素樹脂で形成した請求項１ないし８のいずれかの攪拌機用調心輪付き円筒ころ軸受。
【請求項１０】
前記間座を焼結合金で形成した請求項１ないし８のいずれかの攪拌機用調心輪付き円筒ころ軸受。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２００７−２４７８４９（Ｐ２００７−２４７８４９Ａ）
【公開日】平成１９年９月２７日（２００７．９．２７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−７４９０１（Ｐ２００６−７４９０１）
【出願日】平成１８年３月１７日（２００６．３．１７）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１９年９月２７日（２００７．９．２７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年３月１７日（２００６．３．１７）
【出願人】（０００１０２６９２）ＮＴＮ株式会社 (9,006)
【Ｆターム（参考）】
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