JP2002242938A - ころ軸受用保持器 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 簡易な構造でポケット隅部の強度、ひいては
保持器の強度を大幅に向上できるころ軸受用保持器を提
供する。 【解決手段】 一対の環状部２２と、該環状部間に設け
られた複数の柱部２３とを備え、環状部２２及び柱部２
３によって区画されてころが収容される複数のポケット
２１を有するころ軸受用保持器２０であって、複数のポ
ケット２１の隅部に凹んだぬすみ部２５が設けられ、凹
んだぬすみ部２５が設けられた箇所における柱部２３の
周方向平均幅ｄ（ｍｍ）、凹んだぬすみ部２５が設けら
れた箇所における環状部２２の軸方向厚みｔ（ｍｍ）、
凹んだぬすみ部２５の曲率半径ｒ（ｍｍ）、ころの平均
径Ｄａ（ｍｍ）、軸受ピッチ径ｄｍ（ｍｍ）が、所定の
関係を満たしている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ころ軸受に用いら
れる保持器に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１６（Ａ）に示すように、保持器９０
は、くし状の環体９５、リング状の蓋９４、くし状の環
体９５とリング状の蓋９４とを結合するリベット９６の
各部品で構成される。保持器９０は、ポケット９１の軸
方向両側に一対の環状部９２，９４が配置され、ポケッ
ト９１の周方向両側にその一対の環状部９２，９４を接
続する柱部９３が複数配置された環体である。すなわち
長方形状のポケット９１は、環状部９２および９４と柱
部９３とによって区画されている。保持器９０のポケッ
ト９１には４つの隅部があるが、くし状の環体９５の各
隅部は曲率半径Ｒｃの円弧面に形成されている。曲率半
径Ｒｃは、ポケット９１に収容されるころ（図示せず）
との干渉を回避するために、ころ端部のチャンファ（面
取り部）の面取り寸法よりも小さく設定されている。図
１６（Ｂ）は、図１６（Ａ）におけるＢ−Ｂ断面図であ
って、柱部９３の断面を示している。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】保持器９０の強度を向
上させるには、応力集中が生じるポケット９１の隅部の
強度をいかに向上させるかが重要な課題となる。応力集
中を緩和するための対策としては、隅部の曲率半径Ｒｃ
を大きくすることが考えられるが、これは隅部ところの
端部チャンファとの干渉を招く。したがって、曲率半径
Ｒｃをそれほど大きくすることはできず、緩和効果が不
十分となる場合が多い。本発明は、上記事情に鑑みてな
されたものであって、その目的は、簡易な構造でポケッ
ト隅部の強度、ひいては保持器の強度を大幅に向上でき
るころ軸受用保持器を提供することにある。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明に係る上記目的
は、保持器を下記構成とすることにより達成される。一
対の環状部と、該環状部間に設けられた複数の柱部とを
備え、前記環状部及び柱部によって区画されてころが収
容される複数のポケットを有するころ軸受用保持器にお
いて、前記複数のポケットの隅部に凹んだぬすみ部が設
けられ、前記凹んだぬすみ部が設けられた箇所における
前記柱部の周方向平均幅ｄ（ｍｍ）、前記凹んだぬすみ
部が設けられた箇所における前記環状部の軸方向厚みｔ
（ｍｍ）、前記凹んだぬすみ部の曲率半径ｒ（ｍｍ）、
前記ころの平均径Ｄａ（ｍｍ）、軸受ピッチ径ｄｍ（ｍ
ｍ）を、式［１］を満たす範囲内に設定されたころ軸受
用保持器。 ０．０７×ｄｍ＋２０≦（２／ｄ＋４／ｔ＋１／ｒ）×Ｄａ ≦０．０７×ｄｍ＋５０ ［１］

【０００５】以上のようなころ軸受用保持器によれば、
図１に示すように、ポケット１１の隅部に設けられた所
定の大きさの凹んだぬすみ部１５によって、保持器（例
えば円筒ころ軸受用保持器）１０のポケット隅部の応力
集中を著しく緩和できる。こうして、保持器１０の強度
を大幅に向上できる。さらに、図２に示すように、ポケ
ット１１の隅部に設けられた凹んだぬすみ部１５によっ
て、外輪側空間（保持器１０と外輪（図示せず）との間
の空間）と内輪側空間（保持器１０と内輪１８との間の
空間）とを連通する流路が形成され、その流路を介し
て、潤滑剤が外輪側空間と内輪側空間との間を行き来す
る。ころ１９表面に付着した潤滑剤の一部は保持器１０
の柱部１３によってかき取られるものの、保持器１０の
凹んだぬすみ部１５の部分では潤滑剤がかき取られず、
例えば外輪側空間から内輪側空間へと潤滑剤が移動され
る。凹んだぬすみ部１５は、内輪１８等に設けられたつ
ば部１８ａところ１９端面との接触部分１８ｂに位置が
非常に近いため、その接触部分１８ｂに十分な潤滑剤が
供給される。こうして、接触部分１８ｂにおける焼付、
摩耗等の不具合を防止することができ、軸受性能向上が
達成される。なお、この効果は、潤滑剤として潤滑油を
用いたころ軸受に保持器１０を組み込んだ際に、顕著で
ある。

【０００６】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態を詳細に
説明する。先ず、円筒ころ軸受用もみぬき保持器を例に
挙げて説明する。図３に示すように、保持器２０は、ポ
ケット２１の軸方向両側に一対の環状部２２，２２が配
置され、ポケット２１の周方向両側にその一対の環状部
２２，２２に一体成形された柱部２３が複数配置された
環体である。環状部２２と柱部２３とによって区画され
て円周方向に均等配置された長方形状のポケット２１内
には、図示しない円筒ころが収容される。各柱部２３の
側面２３ａは、これと対向する図示しない円筒ころの外
周面より僅かに大径の円筒面状に形成されており、その
内径側（図中紙面に対して手前側）及び外径側（図中紙
面に対して奥側）には、ころ落ちを防止するためのころ
止め部２３ｂ，２３ｂが設けられている。

【０００７】各ポケット２１の４隅部、すなわち、環状
部２２の内面２２ａと柱部２３の側面２３ａとの交差部
近傍には、外径から内径に至る凹んだぬすみ部２５が設
けられている。図３に示す例では、凹んだぬすみ部２５
が、柱部側面２３ａと環状部内面２２ａとの両方に跨る
ように形成されている。ぬすみ部２５と柱部側面２３ａ
との間及びぬすみ部２５と環状部内面２２ａとの間に
は、それぞれ段部が形成されている。ここでは、加工コ
ストを抑えるために、ぬすみ部２５が外径から内径に向
けて直線的に設けられており、ぬすみ部２５の周面２５
ａの外径から内径に至る全領域において曲率半径ｒが一
定にされている。

【０００８】柱部２３のぬすみ部２５が設けられた箇所
における強度を上げるには、その箇所における柱部２３
の断面２次モーメントが大きくなるように、ぬすみ部２
５の形状を設定することができる。また、断面２次モー
メントを求めなくても、ぬすみ部２５が設けられた箇所
における柱部２３の断面積を大きくするほど、その箇所
に生じる応力を小さくできることが判明した。

【０００９】このような凹んだぬすみ部２５を設けるこ
とにより、ポケット２１の４隅部での応力集中が緩和さ
れ、保持器２０の強度が向上される。こうして、保持器
２０の疲労破壊等を抑制することができる。また、ぬす
み部２５によって潤滑油流が促進される。したがって、
簡易な構造で保持器２０の長寿命化を達成することが可
能になる。

【００１０】応力集中を緩和するためには、ぬすみ部２
５の曲率半径ｒをできるだけ大きくすればよいが、あま
り曲率半径ｒを大きくすると、柱部２３や環状部２２が
薄肉になってかえって強度低下を招く。したがって曲率
半径ｒは、バランスを考慮して適切に設定しなければな
らない。有限要素法（ＦＥＭ）を用いて、柱部２３の寸
法、環状部２２の寸法及び曲率半径ｒの３つの値をパラ
メータにとり、最も強度がアップすると考えられる保持
器の形状について検討した。計算は、軸受内径２５ｍｍ
の軸受に使用される保持器（第１タイプ）と、軸受内径
９０ｍｍの軸受に使用される保持器（第２タイプ）とに
ついて行った。

【００１１】図４に、ＦＥＭ解析に用いたモデルを示
す。前述した第１タイプの保持器として、ころの大きさ
（ころ径Ｄａ、ころ長さＬ）及び数Ｚは一定として、柱
部３３の周方向平均幅３ｍｍ、柱部３３の径方向幅４ｍ
ｍ、環状部３２の軸方向厚み３ｍｍのモデルを用意し、
凹んだぬすみ部３５の大きさ・形状をいろいろと変化さ
せた。第２タイプの保持器として、ころの大きさ（ころ
径Ｄａ、ころ長さＬ）及び数Ｚは一定として、柱部３３
の周方向平均幅５ｍｍ、柱部３３の径方向幅９ｍｍ、環
状部３２の軸方向厚み４ｍｍのモデルを用意し、凹んだ
ぬすみ部３５の大きさ・形状をいろいろと変化させた。

【００１２】保持器を組み込んだ軸受の運転中には、図
２に示したように、ころは自転しながら公転し、この公
転速度と同じ速度で保持器が回転し、その際ころが、保
持器の柱を押すと考えられる。そして、保持器のポケッ
ト隅部で高い応力が発生し、隅部から破損すると考えら
れる。そこで、解析は以下のようにして行った。 図４に示すような３本の柱部のうち中央の柱部３３
に、ころが柱を押す力に相当する荷重Ｆを加える。 凹んだぬすみ部３５の大きさ・形状を変化させたと
き、それぞれについてポケット３１の４隅部に発生する
最大主応力を求める。 計算結果を比較して、隅部における発生応力を下げ
られるような、凹んだぬすみ部３５の大きさ・形状を検
討する。なお、発生した応力と保持器寿命には相関関係
がある。

【００１３】図４におけるＶ−Ｖ断面図を図５に示す。
このモデルでは、凹んだぬすみ部３５が、外径から内径
にかけて直線的に設けられており、ぬすみ部３５の周面
の外径から内径に至る全領域において曲率半径が一定に
されている。柱部３３は、ぬすみ部３５が設けられた箇
所において、内径側でｄ１、外径側でｄ２の周方向幅を
有している。

【００１４】ぬすみ部の大きさ・形状について詳しく説
明する。図６（Ａ）は、単一の曲率半径ｒを有して柱部
３３側面と環状部３２内面との両方に跨る円弧面によっ
て、凹んだぬすみ部３５が形成された例を示す。ここで
は、凹んだぬすみ部３５が設けられた箇所における柱部
３３の周方向平均幅ｄとして、図５に示したｄ１とｄ２
との和を２で除した値のうち最小値を選んだ。すなわ
ち、凹んだぬすみ部３５が設けられた箇所であって柱部
３３が最も細くなる箇所における周方向平均幅をｄとし
た。なお、図中Ｄは、凹んだぬすみ部３５以外の箇所に
おける柱部３３の周方向平均幅を示し、このモデルでは
３ｍｍ（第１タイプ）又は５ｍｍ（第２タイプ）に設定
されている。また、凹んだぬすみ部３５が設けられた箇
所における環状部３２の軸方向厚みｔとして、環状部３
２が最も細くなる箇所における値を選んだ。なお、図中
Ｔは、凹んだぬすみ部３５以外の個所における環状部３
２の軸方向厚みを示し、このモデルでは３ｍｍ（第１タ
イプ）又は４ｍｍ（第２タイプ）に設定されている。

【００１５】図６（Ｂ）は、同一の曲率半径ｒの円弧面
を平面でつないでなる楕円状の円弧面によって、凹んだ
ぬすみ部３５が形成された例を示す。ここでも、凹んだ
ぬすみ部３５が設けられた箇所における柱部３３の周方
向平均幅ｄとしては、柱部３３が最も細くなる箇所にお
ける値を選んだ。また、凹んだぬすみ部３５が設けられ
た箇所における環状部３２の軸方向厚みｔとして、環状
部３２が最も細くなる箇所における値を選んだ。２ない
し複数の円弧面の曲率半径が異なる場合は、それらのう
ち最も小さい曲率半径を、ｒとして選べばよい。

【００１６】図６（Ａ）のような凹んだぬすみ部３５を
有するモデルに対するＦＥＭ解析結果の一例を、図７に
示す。このグラフは、曲率半径ｒが大きくなるにつれて
（ぬすみ部３５が大きくなるにつれて）、ぬすみ部３５
における発生応力がどのように変化するかを表してい
る。横軸のｒ／Ｄａとは、曲率半径ｒのころ径Ｄａに対
する比を示している。縦軸の応力比とは、ポケット隅部
を図１５に示したような曲率半径Ｒｃ（第１タイプで
０．２ｍｍ、第２タイプで０．６ｍｍ）を有する形状と
したときの発生応力を１として、それに対する相対値で
あることを示している。図７からわかるように、曲率半
径ｒをある程度大きくすれば応力は下がっていくが、そ
れ以上大きくしていくと柱部や環状部が薄くなって保持
器強度が下がり、かえって応力は上がっていく。

【００１７】柱部の周方向平均幅や環状部軸方向厚みが
いろいろ変わると、ｒ／Ｄａを用いただけでは、ポケッ
ト隅部に発生する応力が下がるような範囲を、必ずしも
表すことができない。そこで、前述したｄ、ｔ、ｒ及び
Ｄａに基づく、以下のような関数Ｆについて考える。 Ｆ（ｄ，ｔ，ｒ）＝（２／ｄ＋４／ｔ＋１／ｒ）×Ｄａ ここで、ｄ、ｔ、ｒが大きいほど保持器強度が向上し、
Ｄａが小さいほど保持器強度が向上すると考えられるか
ら、関数Ｆの値が小さいほど保持器強度が高いといえ
る。

【００１８】第１タイプのモデルでは、関数Ｆと発生応
力との間に図８に示すような関係があり、第２タイプの
モデルでは、関数Ｆと発生応力との間に図９に示すよう
な関係があった。これらの図から、関数Ｆと発生応力と
はほぼ比例関係にあり、関数Ｆが小さいほど発生応力が
下がるのがわかる。したがって、関数Ｆを小さくするよ
うなｄ、ｔ、ｒを見つけるのがよい。さらに応力集中を
緩和するためには、ころの大きさ（ころ径Ｄａ、ころ長
さＬ）を小さくしたり、ころ数Ｚを減らしたりすること
で、ｄ、ｔ、ｒを大きくできる。しかし、これらは軸受
負荷容量の低下、軸受の転がり疲れ寿命の低下を招き、
好ましくない。

【００１９】柱部の周方向平均幅、環状部の軸方向厚み
が一定のとき、ポケット隅部での応力が最小となるｄ、
ｔ、ｒが存在する。図１０に、第１タイプのモデルにお
けるｒ／Ｄａと関数Ｆとの関係を示す。図１０より、ｒ
／Ｄａが０．０２５以上の範囲で、Ｆが急激に下がって
おり、ｒ／Ｄａが０．０４以上の範囲で急激に勾配が小
さくなって所定値に漸近していくことがわかる。ｒ／Ｄ
ａが０．０４のとき、Ｆは５３である。したがって、Ｆ
（ｄ，ｔ，ｒ）≦５３の範囲で凹んだぬすみ部を設ける
ことによる効果が高いといえる。より望ましくは、ｒ／
Ｄａが０．０５以上の範囲、すなわちＦ（ｄ，ｔ，ｒ）
≦４６の範囲で凹んだぬすみ部を設けることによって、
もっと効果がある。

【００２０】３つの値ｄ、ｔ、ｒの中で、ｒを大きくす
るのが最も効果的である。また、ｄとｔが一定であれ
ば、ころと保持器との隙間等を変えなくて済む。ただ
し、ｒを大きくしすぎると、ころと柱部との接触長さが
短くなるとともに、隅部に働くモーメントが大きくなっ
て、かえって発生応力が上がる。ころと柱部との接触長
さが短くなると、ころがスキューしやすくなるので好ま
しくない。さらに、ころ止め部２３ｂ（図３参照）も短
くなるので、ころが保持器から抜け落ちやすくなる。ま
た、Ｆ（ｄ，ｔ，ｒ）が小さいということは、ころに対
して保持器が必要以上に大きくなる傾向をもたらす。こ
れにより、軸受負荷容量が下がり、軸受寿命の低下を招
く。また、保持器重量の増加はコストアップにつなが
る。

【００２１】第１タイプのモデルで、ｄ、ｔを大きくし
たときのＦ（ｄ，ｔ，ｒ）と軸受（保持器）寿命との関
係を図１１に示す。このグラフの縦軸の寿命比とは、ポ
ケット隅部を図１５に示したような曲率半径Ｒｃを０．
２ｍｍとしたときの軸受（保持器）寿命を１として、そ
れに対する相対値であることを示している。図１１よ
り、Ｆ（ｄ，ｔ，ｒ）≦２３の範囲で急激に軸受寿命が
下がっている。したがって、Ｆ（ｄ，ｔ，ｒ）≧２３の
範囲で、凹んだぬすみ部を設けることによる効果が高い
といえる。より望ましくは、Ｆ（ｄ，ｔ，ｒ）が３３以
上の範囲で寿命比が所定値に漸近していくことがわかる
ので、Ｆ（ｄ，ｔ，ｒ）≧３３の範囲で凹んだぬすみ部
を設けることによって、もっと効果がある。

【００２２】図１２に、第１タイプであって、ｄ＝２．
１５、ｔ＝２．１５、ｒ＝０．８としたモデルの関数Ｆ
（図中◆）と、第２タイプであって、ｄ＝５、ｔ＝３、
ｒ＝１．４５としたモデルの関数Ｆ（図中●）との関係
を示す。上述したように、第１タイプのモデルでは、Ｆ
（ｄ，ｔ，ｒ）は２３〜５３の範囲であることが好まし
いが、より好ましくは３３〜４６の範囲であることがよ
い。これらのモデル（図中◆と●）をつないだ直線の傾
きは、０．０７であった。第２タイプをも含め本発明の
ころ軸受用保持器は、上記範囲を軸受ピッチ径（ｄｍ）
に比例して適宜ずらした範囲内に、関数Ｆの値があるこ
とが好ましい。つまり、傾きを０．０７とした直線に平
行であって上記範囲を上限と下限とした図１２の領域内
に、関数Ｆの値があることが好ましい。

【００２３】以上のことから、保持器強度の面ではＦ
（ｄ，ｔ，ｒ）≦０．０７×ｄｍ＋５０が良く、Ｆ
（ｄ，ｔ，ｒ）≦０．０５×ｄｍ＋４３がさらに良い。
また、軸受寿命の面ではＦ（ｄ，ｔ，ｒ）≧０．０７×
ｄｍ＋２０が良く、Ｆ（ｄ，ｔ，ｒ）≧０．０５×ｄｍ
＋３０がさらに良い。なお、図１２で×印は、ポケット
隅部を図１５に示したような曲率半径Ｒｃ（第１タイプ
で０．２ｍｍ、第２タイプで０．６ｍｍ）を有する形状
としたときのＦを示す。これらのタイプでは、上記好ま
しい範囲より関数Ｆが大きい値をとる。

【００２４】以上、２種類の軸受内径のものについて述
べたが、もちろんこの軸受サイズ以外のものにも、本発
明を適用できる。また、本発明は、前述した実施形態に
限定されるものではなく、適宜な変形、改良等が可能で
ある。例えば、前述の実施形態では、円筒ころ軸受に適
用されるもみぬき保持器の例を示したが、プレス保持器
についても同様なことがいえる。保持器の材料として
は、銅合金等の金属、樹脂等、特にこだわらない。

【００２５】本発明は円筒ころ軸受はもちろん、円すい
ころ軸受、ニードル軸受、自動調心ころ軸受等、保持器
を有するころ軸受全般に適用でき、顕著な効果を奏す
る。例えば円すいころ軸受の場合、図１３に示すよう
に、保持器４０の軸方向中心における、柱部４３の周方
向平均幅Ｄ及び径方向幅、ころ４９の径Ｄａを用いて計
算すればよい。凹んだぬすみ部４５のｄ及びｔに関して
は、弱い方の設計値を採用する、平均値を用いる、
大径側と小径側で設計値を変える、などが考えられ
る。及びの場合、ＦＥＭのモデルを分割して計算す
ればよい。

【００２６】

【実施例】軸受内径９０ｍｍ、軸受外径１６０ｍｍ、軸
受幅３０ｍｍ、ころ径１９ｍｍ、軸受ピッチ径１２６ｍ
ｍであって、図６（Ａ）に示したような形態の保持器で
あってＦ（ｄ，ｔ，ｒ）＝４６（ｄ＝５ｍｍ、ｔ＝３ｍ
ｍ、ｒ＝１．４５ｍｍ）のものを組み込んだ円筒ころ軸
受を２個用意した（実施例１、実施例２）。これらの円
筒ころ軸受を、２００Ｇの加速度を与えて寿命試験（落
下衝撃試験）を行った。保持器ポケット周囲に亀裂が入
るまでの落下繰り返し数から、寿命を求めた。また、図
１５に示すような保持器を採用した以外は前述の円筒こ
ろ軸受と同等の寸法のもの、すなわち保持器の柱部およ
び円環部は上記保持器と同等の寸法であって、ポケット
隅部のみを従来と同じ形状にしたＦ（ｄ，ｔ，ｒ）＝６
５の保持器を組み込んだ円筒ころ軸受を２個用意し（比
較例１、比較例２）、それらについて同様な寿命試験を
行った。

【００２７】結果を図１４に示す。なお、グラフ縦軸の
寿命比とは、最も寿命が短かったものを１としたとき
の、それに対する相対値を示している。図１４から明ら
かなように、実施例１、２は、比較例１、２に対して寿
命が大幅に長い。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように、本発明のころ軸受
用保持器によれば、簡易な構造でポケット隅部の強度、
ひいては保持器の強度を大幅に向上させることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態を示す部分斜視図である。

【図２】本発明一実施形態の作用を説明する斜視図であ
る。

【図３】本発明の一実施形態を示す図である。

【図４】ＦＥＭ解析用モデルを示す図である。

【図５】図４におけるＶ−Ｖ断面図である。

【図６】ポケット隅部の形状例を示す図である。

【図７】ＦＥＭ解析に基づくグラフである。

【図８】ＦＥＭ解析に基づくグラフである。

【図９】ＦＥＭ解析に基づくグラフである。

【図１０】ＦＥＭ解析に基づくグラフである。

【図１１】ＦＥＭ解析に基づくグラフである。

【図１２】ＦＥＭ解析に基づくグラフである。

【図１３】本発明の一実施形態を示す平面図である。

【図１４】実施例の効果を説明するグラフである。

【図１５】比較実験用の保持器を示す図である。

【図１６】従来の保持器を示す図である。

【符号の説明】

１０，２０ 円筒ころ軸受用保持器（ころ軸受用保
持器） １１，２１ ポケット １２，２２ 環状部 １３，２３ 柱部 １５，２５ 凹んだぬすみ部

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 一対の環状部と、該環状部間に設けられ
   た複数の柱部とを備え、前記環状部及び柱部によって区
   画されてころが収容される複数のポケットを有するころ
   軸受用保持器において、 前記複数のポケットの隅部に凹んだぬすみ部が設けら
   れ、前記凹んだぬすみ部が設けられた箇所における前記
   柱部の周方向平均幅ｄ（ｍｍ）、前記凹んだぬすみ部が
   設けられた箇所における前記環状部の軸方向厚みｔ（ｍ
   ｍ）、前記凹んだぬすみ部の曲率半径ｒ（ｍｍ）、前記
   ころの平均径Ｄａ（ｍｍ）、軸受ピッチ径ｄｍ（ｍｍ）
   が、式［１］を満たす関係にあることを特徴とするころ
   軸受用保持器。 ０．０７×ｄｍ＋２０≦（２／ｄ＋４／ｔ＋１／ｒ）×Ｄａ ≦０．０７×ｄｍ＋５０ ［１］