JP2007321940A - Cage for bearing, rolling bearing, and bearing assembling method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、軸受用保持器の改良に関し、特に当該軸受用保持器と共に複数の転動体を軌道輪に組み込む技術に関する。 The present invention relates to an improvement of a bearing cage, and more particularly to a technique for incorporating a plurality of rolling elements together with the bearing cage into a bearing ring.
従来、鉄道車両をはじめとする各種の駆動装置には、その回転機構を回転自在に支持する軸受が適用されており、当該軸受には、内外輪間に組み込まれた複数の転動体を回転自在に保持する複数のポケットを有する保持器が設けられている。かかる軸受としては、比較的小さな荷重を支持する際に適用する玉軸受と、比較的大きな荷重を支持する際に適用するころ軸受とがあるが、近年における高荷重下での高速回転に対応するために、ころ軸受が適用される場合が多くなっている。 Conventionally, various drive devices such as railway vehicles have been applied with bearings that rotatably support the rotation mechanism, and a plurality of rolling elements incorporated between the inner and outer rings can be freely rotated on the bearings. A retainer having a plurality of pockets to be held on is provided. As such a bearing, there are a ball bearing that is applied when supporting a relatively small load and a roller bearing that is applied when supporting a relatively large load, which corresponds to high-speed rotation under a high load in recent years. For this reason, roller bearings are often used.
ころ軸受には、例えば特許文献1に示すような保持器が転動体(ころ)と共に組み込まれている。かかる構成の一例として図1(a)には、複数の転動体(ころ)5の回転対称軸Zが軸受の回転中心軸(軌道輪1,3の回転中心を通る中心軸Q(図2(a)))上の一点に集束するように設計された円すいころ軸受が示されている。当該ころ軸受には、相対回転可能に対向配置された軌道輪(内輪1、外輪3)と、内外輪1,3の対向面にそれぞれ周方向に連続して形成された軌道面1s,3s間に沿って転動自在に組み込まれた複数の転動体(ころ)5と、複数の転動体(ころ)5を1つずつ回転自在に保持しながら、内外輪1,3間に沿って公転する樹脂製の保持器とが設けられている。
In the roller bearing, for example, a cage as shown in
かかる構成において、内外輪1,3のいずれか一方及び双方の軌道面1s,3sの少なくとも片側には、当該軌道面1s,3sに沿って環状の鍔部が突出されている。なお、図面には、内輪1の軌道面1sの両側に環状の鍔部7,9が突出した構成が例示されている。これにより、複数の転動体(ころ)5が内外輪1,3の軌道面1s,3s間を転動する際、各転動体(ころ)5は、環状の鍔部7,9の案内面7s,9sによって保持されながら内外輪1,3の軌道面1s,3s間に沿って案内される。このとき、各転動体(ころ)5は、保持器に形成された複数のポケット8に1つずつ保持されて回転対称軸Zを中心に回転する。
In such a configuration, an annular flange protrudes along the
また、内外輪1,3の軌道面1s,3sは、各転動体(ころ)5の回転対称軸Zの集束方向に沿って傾斜しており、これに対応して、内輪1の軌道面1sの両側に突出した環状の鍔部7,9は、その突出端7e,9eの径寸法が相互に異なる。即ち、一方の鍔部9(以下、大径鍔部9という)は、比較的大径の突出端9eとなり、他方の鍔部7(以下、小径鍔部7という)は、一方の鍔部9よりも比較的小径の突出端7eとなっている。
Further, the
また、保持器は、内外輪1,3間に沿って周方向に連続し且つ互いに同中心に所定の間隔を空けて対向配置された2つの円環部2,4と、これら円環部2,4の間に亘って延出し且つ当該円環部2,4に沿って周方向に等間隔で配列された複数の柱部6とを備えており、各ポケット8は、2つの円環部2,4の内周面2s,4sと複数の柱部6両側の内壁面6sとによって区画されて構成されている。この場合、2つの円環部2,4は、内外輪1,3の軌道面1s,3sの傾斜方向に沿って互いに異なる径に設計されている。即ち、一方の円環部(大径側円環部)4は、他方の円環部(小径側円環部)2よりも比較的大径に設計されており、これにより、保持器は、その全体が円錐台形状を成している。
The cage also includes two
このような円すいころ軸受を組み立てる場合には、例えば図1(b)に示すように、保持器の各ポケット8に転動体(ころ)5を保持させた後、環状の小径鍔部7を各転動体(ころ)5に位置付けるように内輪1を矢印Y方向に移動させる。このとき、小径鍔部7は、回転対称軸Zが軸受の回転中心軸Q(図2(a))に向けて集束して配列された各転動体(ころ)5の内側に入り込んでいくが、その後、当該小径鍔部7における突出端7eの環状表面7mと各転動体(ころ)5の転動面5mとの間の高低差Gにより、それ以上、内輪1を矢印Y方向に移動させることができない状態となる。
When assembling such a tapered roller bearing, for example, as shown in FIG. 1 (b), after rolling elements (rollers) 5 are held in the
この状態において、保持器と共に複数の転動体(ころ)5を内輪1の軌道面1sに組み込むためには、各転動体(ころ)5を小径鍔部7の突出端7eを乗り越えて当該軌道面1sに組み込むことになる。このとき、保持器の小径側円環部2には、当該小径側円環部2を外径方向に押し広げようとする力が作用するが、小径側円環部2は、円錐台形状を成す保持器において径方向に幅広のフランジ状を成しており、大径側円環部4に比べて高い剛性を発揮する。この場合、各転動体(ころ)5を小径鍔部7の突出端7eを乗り越えて当該軌道面1sに組み込む際に保持器に加わった力は、その殆どが剛性の低い大径側円環部4に作用し、当該大径側円環部4を外径方向に押し広げようとする。このため、内輪1の軌道面1sに対する各転動体(ころ)5の組み込みが困難な状態となっていた。
In this state, in order to incorporate a plurality of rolling elements (rollers) 5 together with the cage into the
そこで、例えば特許文献1には、保持器の小径側(各柱部6の小径側)の保持部分を減少させることで、各転動体(ころ)5の組込時に、当該保持器の小径側も外径方向に押し広げられるようにした技術が提案されている。しかしながら、このように保持器の小径側(各柱部6の小径側)の保持部分を減少させると、当該保持器の強度を一定に維持することが困難になり、軸受の使用状態や環境によっては、保持器が早期に劣化したり、摩損する虞がある。そうなると、当該保持器が組み込まれた軸受を長期に亘って安定して動作させることが困難になってしまう。
本発明は、このような問題を解決するためになされており、その目的は、保持器の強度を低下させること無く、当該保持器を組み込んだ軸受を長期に亘って安定して動作させることが可能な技術を提供することにある。 The present invention has been made in order to solve such a problem, and an object of the present invention is to stably operate a bearing incorporating the cage over a long period of time without reducing the strength of the cage. It is to provide possible technology.
かかる目的を達成するために、本発明は、軸受内部に組み込まれた複数の転動体を回転自在に保持しながら、これら複数の転動体と共に軸受内部に沿って公転する軸受用保持器であって、軸受内部に沿って周方向に連続し且つ互いに同中心に所定間隔を空けて対向配置された円環部と、円環部相互間に亘って延出し且つ当該円環部に沿って周方向に所定間隔で配列された複数の柱部と、各円環部の内周面と各柱部両側の内壁面とによって区画され、複数の転動体を1つずつ回転自在に保持する複数のポケットとを有すると共に、各円環部のうち一方の円環部は、他方の円環部よりも小径に構成されており、各柱部両側の内壁面において、小径の円環部寄りの領域には、当該軸受用保持器と共に複数の転動体を軸受内部に組み込む際に各転動体と接触する接触部が形成され、且つ、大径の円環部寄りの領域には、常に各転動体と非接触となる非接触部が形成されている。 In order to achieve this object, the present invention is a bearing retainer that revolves along the inside of a bearing together with the plurality of rolling elements while rotatably holding a plurality of rolling elements incorporated in the bearing. An annular portion that is continuous in the circumferential direction along the inside of the bearing and oppositely disposed at a predetermined interval in the same center, and extends between the annular portions and is circumferential along the annular portion. And a plurality of pockets that are partitioned by a plurality of pillars arranged at predetermined intervals, an inner peripheral surface of each annular part, and inner wall surfaces on both sides of each pillar part, and rotatably holding a plurality of rolling elements one by one And one annular portion of each annular portion is configured to have a smaller diameter than the other annular portion, and in an inner wall surface on both sides of each column portion, in a region near the annular portion having a small diameter. Each rolling element when incorporating a plurality of rolling elements together with the bearing cage into the bearing. Contact portion which contacts are formed, and, in the region of the annular portion side of the large diameter, non-contact portion that is always out of contact with the rolling elements are formed.
また、本発明は、上述したような軸受用保持器を用いた転がり軸受であって、相対回転可能に対向配置された軌道輪と、軌道輪の対向面にそれぞれ周方向に連続して形成された軌道面間に沿って転動自在に組み込まれた複数の転動体とを備え、前記軸受用保持器は、軌道輪間に介在され且つ複数の転動体を1つずつ回転自在に保持しながら軌道輪間に沿って公転すると共に、軌道輪のいずれか一方及び双方の軌道面の少なくとも片側には、当該軌道面に沿って複数の転動体を保持し且つ案内する環状の鍔部が突出されており、環状の鍔部が突出された軌道輪に対して軸受用保持器と共に複数の転動体を組み込む際に、鍔部の突出端に当接した各転動体により各柱部の接触部が押圧されて、小径の円環部のみが外径方向に押し広げられることで、当該軸受用保持器に保持された各転動体が鍔部の突出端を乗り越えて当該軌道輪の軌道面に組み込まれる。 Further, the present invention is a rolling bearing using the bearing cage as described above, and is formed continuously in the circumferential direction on the raceway and the raceway arranged to face each other so as to be relatively rotatable. A plurality of rolling elements that are rotatably integrated between the raceway surfaces, and the bearing retainer is interposed between the race rings and holds the plurality of rolling elements in a rotatable manner one by one. Revolving along the raceway, and at least one of the raceways and at least one of the raceways, an annular flange that holds and guides a plurality of rolling elements is projected along the raceway. When a plurality of rolling elements are assembled together with the bearing cage to the raceway with the annular flange protruding, the contact portions of the pillars are caused by the rolling elements that contact the protruding end of the flange. By being pressed, only the small-diameter annular portion is expanded in the outer diameter direction. Each rolling element held in the cage for the bearing is incorporated into the raceway surface of the raceway ring ride over a protruding end of the flange portion.
このような転がり軸受において、環状の鍔部の突出端には、各転動体の軌道面への組込方向に沿って末広がり状に連続的に傾斜した所定傾斜角度のテーパ面が形成されている。この場合、テーパ面の傾斜角度は、軌道輪の回転中心を通る中心軸とテーパ面との成す角度で規定されている。また、テーパ面のうち最も軌道面寄りの部位には、軌道輪の中心軸と平行に所定量だけ延在させた環状のストレート面が形成されている。 In such a rolling bearing, a tapered surface having a predetermined inclination angle that is continuously inclined in a divergent shape along the direction of incorporation of the rolling elements into the raceway surface is formed at the protruding end of the annular flange. . In this case, the inclination angle of the tapered surface is defined by the angle formed by the central axis passing through the center of rotation of the race and the tapered surface. Further, an annular straight surface extending a predetermined amount in parallel with the central axis of the raceway ring is formed in a portion of the taper surface closest to the raceway surface.
本発明によれば、保持器の強度を低下させること無く、当該保持器を組み込んだ軸受を長期に亘って安定して動作させることが可能な技術を実現することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the technique which can operate | move the bearing incorporating the said holder | retainer stably over a long period of time can be implement | achieved, without reducing the intensity | strength of a holder | retainer.
以下、本発明の一実施の形態に係る軸受用保持器及び転がり軸受について、添付図面を参照して説明する。軸受としては、例えば鉄道車両や自動車、或いは各種の産業用及び工業用の装置に設けられた回転軸を支持する軸受などがあるが、ここでは一例として、新幹線などの高速鉄道車両に設けられた回転軸(例えば、車軸)や、その主電動機の出力軸を支持する軸受を想定する。なお、軸受としては、ラジアル軸受やスラスト軸受を適用することができるが、ここでは一例として、互いに相対回転可能にラジアル方向に対向配置された内輪及び外輪とを備えたラジアル軸受を想定する。 Hereinafter, a bearing cage and a rolling bearing according to an embodiment of the present invention will be described with reference to the accompanying drawings. Examples of bearings include, for example, a bearing that supports a rotating shaft provided in a railway vehicle, an automobile, or various industrial and industrial devices. Here, as an example, the bearing is provided in a high-speed railway vehicle such as a Shinkansen. Assume a bearing that supports a rotating shaft (for example, an axle) and an output shaft of the main motor. As a bearing, a radial bearing or a thrust bearing can be applied, but here, as an example, a radial bearing including an inner ring and an outer ring that are disposed to face each other in the radial direction so as to be relatively rotatable with each other is assumed.
本実施の形態では、図1(a),(b)に示された円すいころ軸受を想定して説明するが、既に説明した内容についての説明を省略する。この場合、転動体(ころ)5としては、例えば円筒ころ、針状ころ、円すいころ、球面ころ、凸面ころなどを適用することができる。なお、凸面ころは、これを2列に組み込んだ自動調心ころ軸受に適用される。いずれを適用した場合でも、転動体(ころ)5は、回転対称軸Zを中心に回転自在に保持器に保持され且つ当該回転対称軸Zに直交する横断面が円形を成し、周方向に連続した転動面5m(内外輪1,3の軌道面1s,3sに沿って摺接しながら転がる周面)と、その両側の円形の側面5e(図1(b))とで構成されている。
In the present embodiment, the tapered roller bearing shown in FIGS. 1A and 1B will be described. However, description of the content already described is omitted. In this case, as the rolling element (roller) 5, for example, a cylindrical roller, a needle roller, a tapered roller, a spherical roller, a convex roller, or the like can be applied. The convex roller is applied to a self-aligning roller bearing in which this is incorporated in two rows. Regardless of which is applied, the rolling element (roller) 5 is held by the cage so as to be rotatable about the rotational symmetry axis Z, and the cross section perpendicular to the rotational symmetry axis Z forms a circle, and in the circumferential direction. It consists of a
また、転動面5mと側面5eとの間には、周方向に沿って連続した環状の端面が形成されており、ここに所定の面取り5rが施されている。この場合、面取り5rは、内外輪1,3間を転動する際に、例えば内外輪1,3の軌道面1s,3sや転動体(ころ)5の磨耗或いは摩損などを低減させるために施されており、その面取り5rの寸法は、例えば内外輪1,3の軌道面1s,3sや転動体(ころ)5の形状や材質などに応じて任意に設定されるため、ここでは特に数値限定はしない。
An annular end surface that is continuous along the circumferential direction is formed between the rolling
また、図3(a)には、図1(a),(b)に示された円すいころ軸受に組み込まれた軸受用保持器の全体構成が例示されており、当該保持器において、複数の柱部6は、小径側円環部2と大径側円環部4との間に亘って延出し、その両端部6eがそれぞれの円環部2,4に接合されている。この場合、2つの円環部2,4と複数の柱部6とは、保持器成形時に一体成形しても良いし、或いは、複数の柱部6を別体で成形し、その両端部6eを円環部2,4に後付けしても良い。
FIG. 3 (a) illustrates the overall structure of the bearing cage incorporated in the tapered roller bearing shown in FIGS. 1 (a) and 1 (b). The
なお、後付けする方法としては、各柱部6の両端部6eを円環部2,4に対して例えば接着、溶着、嵌合、ネジ止めするなどの各種の方法を適用することができるため、ここでは特に限定しない。また、保持器(円環部2,4、柱部6)の材質としては、樹脂に限定されることは無く、加熱による熱膨張を奏する金属材料を適用しても良い。更に、保持器の種類としては、例えばもみぬき形保持器、波形保持器、冠形保持器、かご形保持器、合せ保持器などを適用することができる。
As a method for retrofitting, various methods such as bonding, welding, fitting, and screwing the both
本実施の形態の軸受用保持器において、図1(c)に示すように、各柱部6両側の内壁面6sのうち小径側円環部2寄りの領域には、当該保持器と共に複数の転動体(ころ)5を軸受内部(図面では、内輪1)に組み込む際に各転動体(ころ)5と接触する接触部6aが形成され、且つ、各柱部6両側の内壁面6sのうち大径側円環部4寄りの領域には、常に各転動体(ころ)5と非接触となる非接触部6bが形成されている。
In the bearing cage of the present embodiment, as shown in FIG. 1 (c), a plurality of inner wall surfaces 6 s on both sides of each
かかる構成において、図1(b)に示すように、環状の鍔部7が突出された内輪1に対して保持器と共に複数の転動体(ころ)5を組み込む際、鍔部7の突出端7eに当接した各転動体(ころ)5により各柱部6の接触部6aのみが押圧され、内壁面6sの非接触部6bには、各転動体(ころ)5が接触しない。このため、小径側円環部2のみが外径方向に押し広げられる。この状態で、内輪1を更に矢印Y方向に移動させることで、当該保持器に保持された各転動体(ころ)5を鍔部7の突出端7eを乗り越えて当該内輪1の軌道面1sに組み込むことができる。
In this configuration, as shown in FIG. 1 (b), when the plurality of rolling elements (rollers) 5 are assembled together with the cage into the
このように、内輪1の軌道面1sに対する各転動体(ころ)5の組込時に、小径側円環部2のみを外径方向に押し広げるようにしたことにより、従来のように保持器全体を押し広げる場合に比べて、各転動体(ころ)5と内輪1の軌道面1sとの間に働く高低差G(図1(b))に応じた締付力(圧縮力)を低減させることができる。これにより、組込時において各転動体(ころ)5や内輪1(軌道面1s)が傷付いたり、破損するといったような不具合の発生を抑制することができる。従って、かかる組込方法によって保持器と共に複数の転動体(ころ)5が組み込まれた軸受によれば、当該軸受を長期に亘って安定して動作させることが可能となる。また、かかる軸受用保持器によれば、上述した特許文献1のように保持器の小径側(各柱部6の小径側)の保持部分を減少させることが無いため、保持器の強度を低下させることも無い。
In this way, when the rolling elements (rollers) 5 are assembled into the
また、本実施の形態において、接触部6aの形成領域(例えば、長さ、幅など)は、例えば保持器の種類や形状、大きさや剛性などによって任意に設定されるため、ここでは特に限定しない。要するに、各転動体(ころ)5の組込時に小径側円環部2のみが外径方向に押し広げられるように接触部6aが形成できれば良い。この場合、非接触部6bの形成領域については、少なくとも各転動体(ころ)5の組込時に、当該非接触部6bに各転動体(ころ)5が接触しないように形成されていれば良く、その形成領域(例えば、長さ、幅など)は、例えば接触部6aの形成領域に応じて設定されるため、ここでは特に限定しない。
Further, in the present embodiment, the formation region (for example, length, width, etc.) of the
また、各柱部6両側の内壁面6sにおいて、接触部6aは、転動体(ころ)5の転動面5mと接触するようにポケット8の開口を狭める向きに出っ張らせて形成され、これに対して、非接触部6bは、転動体(ころ)5の転動面5mから離間するようにポケット8の開口を広げる向きに引っ込めて形成される。この場合、接触部6aの出張量や非接触部6bの引込量は、例えば保持器の形状や大きさや、ポケット8の形状や大きさ、或いは、ポケット8に保持される転動体(ころ)5の転動面5mの形状や大きさなどに応じて任意に設定されるため、ここでは特に限定しない。
Further, on the
また、接触部6aの形状としては、内輪1の軌道面1sへの各転動体(ころ)5の組込時(図1(b))に、当該転動体(ころ)5が接触するような形状であれば良く、例えば矩形状、台形状、三角形状、円形状、楕円形状など各種の形状を適用することが可能である。この場合、非接触部6bの形状は、転動体(ころ)5の組込時(図1(b))並びに組込後(図1(a))において常に柱部6の内壁面6sに接触しないような形状であれば良く、接触部6a同様に各種の形状を適用することが可能である。
Further, the shape of the
図1(c)には一例として、柱部6両側の内壁面6sに沿って略台形状に形成された接触部6aが示されている。かかる接触部6aは、小径側円環部2に接合された柱部6の端部6eから当該柱部6両側を通り且つ大径側円環部4の端部6eに向うに従ってアキシアル方向(軸受の回転中心軸Q(図2(a))に平行な方向)に先細り形状を成し、そのまま当該大径側円環部4の内径側に潜り込むように延出されている。
図1(d)には他の例として、柱部6両側の内壁面6sに沿って略矩形状に形成された接触部6aが示されている。かかる接触部6aは、小径側円環部2に接合された柱部6の端部6eから当該柱部6両側をラジアル方向(軸受の回転中心軸Q(図2(a))に直交する方向)に横断して形成されている。
FIG. 1C shows, as an example,
As another example, FIG. 1 (d) shows a
いずれの場合でも、組込時における接触部6aと転動体(ころ)5の転動面5mとの接触状態としては、例えば接触部6aと転動面5mとを互いに面状或いは線状に接触させれば良い。ここで、接触部6aを転動面5mに面接触させる場合、例えば接触部6aを転動面5mの形状(例えば、曲率半径)に一致させて形成すれば良い。これに対して、接触部6aを転動面5mに線接触させる場合、例えば接触部6aを転動面5mの曲率半径よりも大きな曲率半径に形成すれば良い。なお、これ以外にも、組込時に接触部6aと転動面5mとが互いに接触できれば、接触部6aは、任意の形状とすることができる。
In any case, as a contact state between the
また、接触部6a及び非接触部6bの形成方法としては、例えば保持器の成形時に一体的に成形(例えば、射出成形、型成形)しても良いし、或いは、保持器の成形後に、接触部6aが残留するように非接触部6bを削り加工しても良い。また、内壁面6sに接触部6a及び非接触部6bが形成された各柱部6を別体で成形し、これを円環部2,4間に後付けするようにしても良い。
In addition, as a method of forming the
なお、図1(c),(d)には、保持器と共に複数の転動体(ころ)5が内輪1の軌道面1sに組み込まれた後において、各転動体(ころ)5が柱部6の内壁面6sに接触する部位6pが一点鎖線で示されている。当該接触部位6pは、例えば内外輪1,3の回転中に各転動体(ころ)5を安定して位置決め保持させる関係上、組込時には、なるべく各転動体(ころ)5が当接しないようにすることが好ましい。
1 (c) and 1 (d), after a plurality of rolling elements (rollers) 5 are assembled together with the cage into the
そこで、上述した図1(b)の組込(組立)工程に際し、以下のような熱処理を施しても良い。即ち、環状の鍔部(小径鍔部7、大径鍔部9)が突出された軌道輪(図面では、内輪1)に対して保持器と共に複数の転動体(ころ)5を組み込む際に、保持器を加熱して熱膨張させる。これにより、当該保持器に保持された各転動体(ころ)5を上記接触部位6pに当接させること無く(また、当接したとしても軽度な押圧力で当接させて)、鍔部7の突出端7eを乗り越えて当該内輪1の軌道面1sに組み込むことができる。この場合、保持器の加熱タイミングとしては、例えば複数の転動体(ころ)5を保持する前に、予め保持器だけを加熱して熱膨張させた後、当該保持器に複数の転動体(ころ)5を保持させ、その状態で、各転動体(ころ)5を鍔部7の突出端7eを乗り越えて内輪1の軌道面1sに組み込む。
Therefore, the following heat treatment may be performed in the above-described assembly (assembly) process of FIG. That is, when assembling a plurality of rolling elements (rollers) 5 together with a cage into a raceway (
ここで、保持器の熱膨張量としては、例えば図1(b)の組立方法において説明したような高低差Gを無くする程度か、それ以上に当該保持器全体を拡大させれば良い。なお、高低差Gとは、保持器を加熱しない場合において、各転動体(ころ)5が小径鍔部7の突出端7eを乗り越える量を指す。別の捉え方をすると、保持器を加熱しない場合において、環状の配列された複数の転動体(ころ)5が環状の小径鍔部7の突出端7eを乗り越える際、各転動体(ころ)5は外径方向に拡げられることになるが、このときの外径方向への拡大量を高低差Gとして表現することもできる。
Here, as the amount of thermal expansion of the cage, for example, the entire cage may be enlarged to the extent that the height difference G as described in the assembly method of FIG. The height difference G refers to the amount that each rolling element (roller) 5 gets over the
このように保持器を熱膨張させることで、各転動体(ころ)5を小径鍔部7の突出端7eに干渉させること無く、内輪1の軌道面1sに対してスムーズに組み込むことができる。このとき、各転動体(ころ)5と小径鍔部7の突出端7eとの間で例えば摩擦や衝突などの干渉は生じないため、各転動体(ころ)5や内輪1(小径鍔部7)が傷付いたり、破損するといった問題も起こらない。更に、このとき、小径鍔部7の突出端7eから各転動体(ころ)5に対して外力が作用することは無いため、組込時において保持器に対するストレス(圧力)を無くすることができる。これにより、当該ストレス(圧力)による保持器自体の変形や破損といった不具合も生じない。従って、かかる軸受組立方法によって保持器と共に複数の転動体(ころ)5が組み込まれた軸受によれば、当該軸受を長期に亘って安定して動作させることが可能となる。
By thermally expanding the cage in this manner, each rolling element (roller) 5 can be smoothly incorporated into the
なお、加熱により熱膨張させた保持器は、各転動体(ころ)5を内輪1の軌道面1sに組み込んだ後、そのまま放置して自然に冷却したり、或いは、既存の冷却装置などで冷却することで、加熱前の初期状態に復帰させることができる。これにより、複数の転動体(ころ)5は、保持器によって1つずつ回転自在に保持された状態で内輪1の軌道面1sに安定して組み込まれる。このとき、各転動体(ころ)5の転動面5mを内輪1の軌道面1sに対して正確に着座させることができる。この後、外輪3を組み付けることで、保持器と共に内外輪1,3間に組み込まれた複数の転動体(ころ)5は、当該内外輪1,3の軌道面1s,3s間に沿って安定して転動可能となり、その結果、軸受(内外輪1,3)の回転性能を長期に亘って一定に維持することができる。
In addition, the cage that has been thermally expanded by heating, after each rolling element (roller) 5 is incorporated in the
また、保持器の加熱タイミングとしては、上述の方法に限定されることは無く、以下のように設定しても良い。まず、予め保持器に保持させた複数の転動体(ころ)5を小径鍔部7の突出端7eに対して位置決めする。その状態で、各転動体(ころ)5及び保持器並びに小径鍔部7が突出された内輪1を同時に加熱して当該保持器を熱膨張させる。このとき、各転動体(ころ)5を小径鍔部7の突出端7eを乗り越えて当該内輪1の軌道面1sに組み込む。
Further, the heating timing of the cage is not limited to the above-described method, and may be set as follows. First, a plurality of rolling elements (rollers) 5 held in advance in a cage are positioned with respect to the
かかる軸受組立方法は、樹脂製の保持器と鋼材製の転動体(ころ)5及び内輪1との間の線膨張係数の違いを利用したものである。この場合、鋼材に比べて樹脂の線膨張係数が大きいため、転動体(ころ)5及び内輪1に比べて保持器の熱膨張量は大きくなる。これにより、上記同様の効果を実現することができる。なお、当該効果については既に説明済みであるため、その説明は省略する。また、上述したような熱処理において、保持器を加熱する際の加熱温度や加熱時間については、例えば保持器の形状や大きさ、材質(樹脂の種類)などに応じて任意に設定されるため、ここでは特に限定しない。
Such a bearing assembling method utilizes a difference in linear expansion coefficient between the resin cage, the steel rolling elements (rollers) 5 and the
なお、本発明は、上述した各実施の形態に限定されることは無く、以下のような変形例も本発明の技術範囲に含まれる。
第1の変形例として図2(a)に示すように、環状の小径鍔部7の突出端7eにおいて、その環状表面7mを所定傾斜角度αのテーパ面7mとして形成しても良い。なお、テーパ面7mは、内輪1の軌道面1sへの各転動体(ころ)5の組込方向に沿って末広がり状に連続的に傾斜させて形成されている。
The present invention is not limited to the above-described embodiments, and the following modifications are also included in the technical scope of the present invention.
As a first modification, as shown in FIG. 2A, the
ここで、テーパ面7mの傾斜角度αは、軌道輪(内輪1)の回転中心を通る回転中心軸Qとテーパ面7mとの成す角度で規定されている。この場合、傾斜角度αは、例えば保持器に保持された状態における各転動体(ころ)5の転動面5mと上記中心軸Qとの成す角度に設定しても良いし、或いは、内輪1の軌道面1sと上記中心軸Qとの成す角度に設定しても良い。いずれの場合でも、傾斜角度αは、例えば転動体(ころ)5の種類や大きさ並びにその形状、或いは軌道輪(内輪1)の形状や大きさ、小径鍔部7の突出端7eの大きさや形状などに応じて最適な角度に設定されるため、ここでは特に数値限定はしない。
Here, the inclination angle α of the tapered
以上、第1の変形例によれば、小径鍔部7の突出端7eにテーパ面7mを形成したことにより、上述した各実施の形態(図1(a)〜(d))において、複数の転動体(ころ)5を内輪1の軌道面1sに組み込む際に、各転動体(ころ)5がテーパ面7mに沿って案内されるため、全ての転動体(ころ)5をばらつくこと無くスムーズに且つ正確に軌道面1sに組み込むことができる。これにより、組込作業がし易くなり、軸受の組立効率を飛躍的に向上させることが可能となる。
As described above, according to the first modified example, by forming the
また、第2の変形例として図2(b)に示すように、上述したテーパ面7mのうち最も軌道面1s寄りの部位(エッジ部とも言う)に、内輪1(軸受)の回転中心軸Qと平行に所定量だけ延在させた環状のストレート面7mpを形成しても良い。この場合、ストレート面7mpの形成幅δは、例えば内輪1の形状や大きさ、或いは小径鍔部7の突出端7eの形状や大きさなどに応じて任意に設定されるため、ここでは特に数値限定はしない。
Further, as shown in FIG. 2 (b) as a second modification, the rotation center axis Q of the inner ring 1 (bearing) is located at a portion (also referred to as an edge portion) closest to the
以上、第2の変形例によれば、小径鍔部7の突出端7eにおいて、そのテーパ面7mにストレート面7mpを形成することで、複数の転動体(ころ)5を内輪1の軌道面1sに組み込む際に、各転動体(ころ)5が上記エッジ部に相互に干渉して当該転動体(ころ)5が例えば傷付いたり磨耗するといった不具合の発生を防止することができる。また、内輪1に対する熱処理後にストレート面7mpに対して各種の仕上げ加工(例えば、L3加工、研削加工など)を施すことで、小径鍔部7の寸法のバラツキを無くすことが可能となり、その結果、内輪1の歩留まりを向上させることができる。
As described above, according to the second modification, at the
また、上述した各実施の形態(図1(a)〜(d))、第1及び第2の変形例(図2(a),(b))に対して下記のような新たな構成を付加することも可能である。
即ち、図3〜図5には、本発明の第3の変形例に係る軸受用保持器が示されており、このような保持器において、各ポケット8には、円環部2,4のうち柱部6の両端部6eに隣接した部分を所定深さだけ窪ませて形成した逃げ部10が設けられている。この場合、逃げ部10は、各ポケット8の四隅に設けられており、軸受の回転中心軸Q(図2(a))に沿った方向に窪ませて(凹ませて)形成されている。別の言い方をすると、各逃げ部10は、軸受回転方向に沿って窪ませて(凹ませて)形成されてはいない。
Further, the following new configurations are provided for the above-described embodiments (FIGS. 1A to 1D) and the first and second modifications (FIGS. 2A and 2B). It is also possible to add.
That is, FIGS. 3 to 5 show a bearing retainer according to a third modification of the present invention. In such a retainer, each
具体的に説明すると、図3(b)〜(d)に示すように、逃げ部10は、円環部2,4を横断して平坦状に形成された1つの平坦状面10sと、平坦状面10sの両側から円環部2,4及び柱部6に向けて所定の曲率(例えば、曲率半径)で連続した2つの円弧状面R1,R2とから構成されている。ここで、平坦状面10sは、軸受の回転中心軸Qを直交する方向に沿って平行に円環部2,4を横断して形成されており、2つの円弧状面R1,R2のうち、一方の円弧状面R1は、平坦状面10sの一方側から円環部2,4の内周面2s,4sに連続し、且つ、他方の円弧状面R2は、平坦状面10sの他方側から柱部6の内壁面6sに連続している。
More specifically, as shown in FIGS. 3B to 3D, the
このような逃げ部10において、2つの円弧状面R1,R2から1つの平坦状面10sに亘る全体の幅寸法を2nとすると、当該幅寸法2nは、転動体(ころ)5(図1(a))の端面に形成された面取り5r(図1(a))の寸法よりも大きく設定されている。また、逃げ部10は、その深さ寸法kを円環部2,4の幅寸法Hの10%〜30%の範囲に設定して構成されている。ここで、逃げ部10の深さ寸法kが円弧状面R1,R2の曲率半径ρと近似(ρ=k)しているとして、曲率半径ρと幅寸法Hとの比(ρ/H)で表わすと、当該逃げ部10は、0.1≦ρ/H≦0.3なる関係を満足するように設定されている。
In such a
なお、図面上において、各円弧状面R1,R2は、連続した一定(単一)の曲率半径ρで形成されているが、この場合、曲率半径ρの大きさは、例えば逃げ部10の深さ寸法kや幅寸法2nに応じて任意に設定されるため、ここでは特に数値限定はしない。また、逃げ部10の深さ寸法kや幅寸法2nは、例えば転動体(ころ)5の大きさや形状、当該転動体(ころ)5を保持するポケット8の大きさや形状に応じて任意に設定されるため、ここでは特に数値限定はしない。
In the drawing, each of the arcuate surfaces R1 and R2 is formed with a continuous constant (single) radius of curvature ρ. In this case, the magnitude of the radius of curvature ρ is, for example, the depth of the
以上、第3の変形例の軸受用保持器によれば、1つの平坦状面10sの両側から円環部2,4及び柱部6に向けて所定の曲率半径ρで連続した2つの円弧状面で構成された逃げ部10をポケット8の四隅に設けたことにより、曲率半径の増大が制約された条件下においてもポケット8の四隅への過度の応力集中を低減することができる。これにより、従来に比べて保持器の強度を一定に維持することが可能となり、その結果、当該保持器の延命化や信頼性の向上を図ることができる。
As described above, according to the bearing cage of the third modified example, two arcs continuous with a predetermined radius of curvature ρ from both sides of one
また、本変形例によれば、逃げ部10の幅寸法2nを転動体(ころ)5の端面に形成された面取り5rの寸法よりも大きく設定したことにより、軸受に封入されている潤滑剤(グリース、油)の掻き取り防止や当該保持器のポケット8の偏磨耗の防止を図ることができる。即ち、各ポケット8の四隅において、潤滑剤を転動体(ころ)5の端面に付着・保持させることが可能となり、これにより、転動体(ころ)5の端面と内外輪1,3のつば面(図面上では、内輪1の軌道面1sの両側に突設された鍔部7,9の案内面7s,9s(図1(a),(b)))との接触部位に常時潤滑剤を供給し続けることができる。この結果、転動体(ころ)5及び内外輪1,3の磨耗や摩損を低減させることが可能となり、軸受寿命の延命化を図ることができる。
Further, according to the present modification, the
更に、本実施の形態によれば、逃げ部10の深さ寸法kを円環部2,4の幅寸法Hの10%〜30%の範囲に設定したことにより、保持器全体としての強度を一定に維持することが可能となり、その結果、軸受の回転性能を長期に亘って一定に維持することができる。特に新幹線などの高速鉄道車両に設けられた回転軸(例えば、車軸)や、その主電動機の出力軸を支持する軸受には、高速回転下において高負荷が作用するため、それに対応するように保持器の強度も高いものが要求されるが、本実施の形態の保持器は、これに充分に対応することができる。
Furthermore, according to the present embodiment, the depth k of the
ここで、上述したような本実施の形態の軸受用保持器の効果について、応力の発生モデルを用いて実証する。
図4(a)には、ポケット8(図3)に逃げ部10の無い保持器モデルが示されており、その円環部2,4は、厚さ寸法T=8、幅寸法H=10の割合に設定され、その柱部6は、長さ寸法E=15、円環部中央までの柱長L=20の割合に設定されている。そして、柱部6に荷重F=50(例えば、50ニュートン)を作用させて保持器モデルにモーメントMを発生させる。このとき、柱部6には均等な分布荷重Wが作用しているものとする。
Here, the effect of the bearing cage of the present embodiment as described above will be demonstrated using a stress generation model.
FIG. 4 (a) shows a cage model in which the pocket 8 (FIG. 3) does not have a
かかる条件下における材料力学的な関係から、柱部6に生じる応力σ0(基準応力)は、下記の(2)(3)式より(1)式として算出される。
σ0=M/Z (Z:断面係数) … (1)
M=W・L2/2 … (2)
Z=T・H2/6 … (3)
From the material mechanical relationship under such conditions, the stress σ 0 (reference stress) generated in the
σ 0 = M / Z (Z: section modulus) (1)
M = W · L 2/2 ... (2)
Z = T · H 2/6 ... (3)
図4(b)には、ポケット8(図3)に既存の逃げ部10aを有する保持器モデルが示されており、逃げ部10aは、柱部6の端部6eに隣接した部分において、単一の曲率半径ρのみで形成された円弧形状を成している。この場合、円環部2,4に生じる曲げ応力を材料力学的な関係から求めると、応力集中を考慮した場合の各ポケット8の四隅で発生する引張応力σmaxは、(4)式として算出される。
σmax=ασ0 (α:応力集中係数) … (4)
FIG. 4 (b) shows a cage model having an existing
σmax = ασ 0 (α: Stress concentration factor) (4)
ここで、図4(b)の保持器モデルについて、有限要素法に基づく構造解析(FEM解析)を行って、その解析結果から得られたσmaxと材料力学的に求めた基準応力σ0とから応力集中係数αは、(5)式として算出される。
α=σmax/σ0 … (5)
Here, structural analysis (FEM analysis) based on the finite element method is performed on the cage model of FIG. 4B, and σmax obtained from the analysis result and the reference stress σ 0 obtained from material mechanics are used. The stress concentration coefficient α is calculated as equation (5).
α = σmax / σ 0 (5)
図5(a)には、図4(b)の保持器モデルにおける応力集中係数αの算出結果が示されており、逃げ部10aの曲率半径をρ、深さ寸法をk、円環部2,4の幅寸法をHとし、ρ=kとすると、応力集中係数αは、ρ/H=0.1〜0.3の範囲で極値(α=3.65〜3.76、αmin=3.39)をとることがわかる。
FIG. 5 (a) shows the calculation result of the stress concentration coefficient α in the cage model of FIG. 4 (b). The radius of curvature of the
図4(c)には、ポケット8(図3)に既存の逃げ部10を有する本変形例の保持器モデルが示されており、逃げ部10の幅寸法を2n、ρ/H=0.2とし、これに基づいて応力集中係数αを算出すると、図5(b)に示すような算出結果が得られる。かかる算出結果によれば、n/ρ=1.0は、図5(a)の応力集中係数αの最小値(αmin=3.39)を示した諸寸法(単一の曲率半径ρ)であり、当該n/ρが1.0を越えると、応力集中係数αが減少し、応力の集中を低減させる効果を発揮することがわかる。この場合、n/ρ=2.0以降は略一定の極値をとるため、n/ρが2.0以上となるように逃げ部10を設定することが好ましい。
FIG. 4 (c) shows a cage model of the present modified example having the existing
1 内輪
2 小径側円環部
2s 小径側円環部の内周面
3 外輪
4 大径側円環部
4s 大径側円環部の内周面
5 転動体(ころ)
6 柱部
6a 接触部
6b 非接触部
6s 柱部の両側の内壁面
DESCRIPTION OF
6
Claims (12)
軸受内部に沿って周方向に連続し且つ互いに同中心に所定間隔を空けて対向配置された円環部と、円環部相互間に亘って延出し且つ当該円環部に沿って周方向に所定間隔で配列された複数の柱部と、各円環部の内周面と各柱部両側の内壁面とによって区画され、複数の転動体を1つずつ回転自在に保持する複数のポケットとを有すると共に、各円環部のうち一方の円環部は、他方の円環部よりも小径に構成されており、
各柱部両側の内壁面において、小径の円環部寄りの領域には、当該軸受用保持器と共に複数の転動体を軸受内部に組み込む際に各転動体と接触する接触部が形成され、且つ、大径の円環部寄りの領域には、常に各転動体と非接触となる非接触部が形成されていることを特徴とする軸受用保持器。 A bearing retainer that revolves along the inside of the bearing together with the plurality of rolling elements while rotatably holding the plurality of rolling elements incorporated in the bearing,
Annular portions that are continuous in the circumferential direction along the inside of the bearing and are opposed to each other at a predetermined interval in the same center, and extend between the annular portions and in the circumferential direction along the annular portion. A plurality of pillars arranged at predetermined intervals, a plurality of pockets that are partitioned by an inner peripheral surface of each annular part and inner wall surfaces on both sides of each pillar part, and that hold a plurality of rolling elements one by one in a freely rotatable manner; And one of the annular parts is configured to have a smaller diameter than the other annular part,
In the inner wall surface on both sides of each column portion, a contact portion that comes into contact with each rolling element when a plurality of rolling elements are assembled together with the bearing retainer inside the bearing is formed in a region near the small-diameter annular portion, and The bearing cage is characterized in that a non-contact portion that is always in non-contact with each rolling element is formed in a region near the large-diameter annular portion.
逃げ部は、円環部を横断して平坦状に形成された1つの平坦状面と、平坦状面の両側から円環部及び柱部に向けて所定の曲率で連続した2つの円弧状面とから構成されていることを特徴とする請求項1に記載の軸受用保持器。 The plurality of pockets are provided with relief portions formed by recessing a portion adjacent to the pillar portion of the annular portion by a predetermined depth,
The escape portion includes one flat surface formed flat across the annular portion and two arc-shaped surfaces continuous with a predetermined curvature from both sides of the flat surface toward the annular portion and the column portion. The bearing retainer according to claim 1, comprising:
相対回転可能に対向配置された軌道輪と、軌道輪の対向面にそれぞれ周方向に連続して形成された軌道面間に沿って転動自在に組み込まれた複数の転動体とを備え、前記軸受用保持器は、軌道輪間に介在され且つ複数の転動体を1つずつ回転自在に保持しながら軌道輪間に沿って公転すると共に、
軌道輪のいずれか一方及び双方の軌道面の少なくとも片側には、当該軌道面に沿って複数の転動体を保持し且つ案内する環状の鍔部が突出されており、
環状の鍔部が突出された軌道輪に対して軸受用保持器と共に複数の転動体を組み込む際に、鍔部の突出端に当接した各転動体により各柱部の接触部が押圧されて、小径の円環部のみが外径方向に押し広げられることで、当該軸受用保持器に保持された各転動体が鍔部の突出端を乗り越えて当該軌道輪の軌道面に組み込まれることを特徴とする転がり軸受。 A rolling bearing using the bearing cage according to any one of claims 1 to 5,
A raceway arranged opposite to be rotatable relative to the raceway, and a plurality of rolling elements incorporated so as to roll freely along raceway surfaces formed continuously on opposite surfaces of the raceway, respectively, The bearing retainer is interposed between the races and revolves along the races while holding a plurality of rolling elements rotatably one by one,
An annular flange that holds and guides a plurality of rolling elements along the raceway surface protrudes on at least one side of either raceway and both raceway surfaces,
When assembling a plurality of rolling elements together with the bearing cage to the raceway with the annular flange protruding, the contact portions of the pillars are pressed by the rolling elements in contact with the protruding ends of the flange. , Only the small-diameter annular portion is expanded in the outer diameter direction, so that each rolling element held by the bearing retainer gets over the protruding end of the flange and is incorporated into the raceway surface of the raceway. Characteristic rolling bearing.
前記軸受用保持器は、樹脂で成形されており、環状の鍔部が突出された軌道輪に対して当該樹脂製の軸受用保持器と共に複数の転動体を組み込む際には、軸受用保持器を加熱して熱膨張させることで、当該軸受用保持器に保持された各転動体を鍔部の突出端を乗り越えて当該軌道輪の軌道面に組み込むことを特徴とする請求項9に記載の軸受組立方法。 A bearing assembly method for assembling the rolling bearing according to any one of claims 6 to 9,
The bearing cage is made of resin, and when incorporating a plurality of rolling elements together with the resin bearing cage into the bearing ring from which the annular flange protrudes, the bearing cage The rolling elements held by the bearing retainer are heated and thermally expanded to get over the protruding end of the flange and are incorporated into the raceway surface of the raceway ring. Bearing assembly method.
When incorporating a plurality of rolling elements together with the bearing cage into the raceway with the annular collar protruding, the plurality of rolling elements previously held by the bearing cage are positioned with respect to the annular collar. In this state, the rolling elements, bearing cages, and bearing rings from which the flanges protrude are heated at the same time to thermally expand the bearing cages, and then the rolling elements are attached to the protruding ends of the flanges. The bearing assembling method according to claim 10, wherein the bearing assembly method is implemented by getting over the raceway surface of the raceway.
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