JP2007321941A - 軸受用保持器 - Google Patents

Abstract

【課題】軸受外部から潤滑剤を直接軸受内部に導入することが可能であって、軸受内部の潤滑性能を長期に亘って一定に維持することが可能な軸受用保持器を提供する。
【解決手段】複数の転動体(ころ)５を回転自在に保持しながら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た少なくとも１つの円環部2,4と、円環部から軸受内部に沿って延出し、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６と、円環部と複数の柱部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８とを備えていると共に、例えば小径の円環部２には、その外面(外周面２ｍ)から内面(内周面２ｓ)に亘りポケットに向けて貫通した貫通孔Ｈが少なくとも１つ形成されており、貫通孔には、軸受内部を潤滑するための潤滑剤Ｊを円環部の外面側から直接導入することが可能である。
【選択図】図１

Description

本発明は、軸受内部の潤滑性能を長期に亘って一定に維持することが可能な軸受用保持器に関する。

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各種の軸受が適用されており、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。

その一例として特許文献１に示されたころ軸受には、図１(ｄ)に示すように、内外輪1,3間に組み込まれた複数の転動体５を回転自在に保持する複数のポケット８を有する保持器が設けられている。保持器は、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と複数の柱部６とによって区画されて構成されている。

この場合、円環部2,4のうち比較的小径の円環部２の外周面２ｍには、複数の肉抜き部２ｐが形成されており、これら肉抜き部２ｐにより円環部２の肉厚を略均一化させることで保持器の強度維持が図られている。また、特許文献１の軸受では、それぞれの肉抜き部２ｐに潤滑剤(図示しない)を封入し且つ保持させることで軸受内部の潤滑性維持も図られている。

ところで、近年の軸受には、長期に亘って軸受内部の潤滑性能を一定に維持する要求がされているが、その使用環境によっては軸受に封入された潤滑剤が早期に劣化してしまう場合がある。そうなると、軸受内部の潤滑性が低下し、これにより、例えば軸受寿命の低下、或いは、軸受内部の焼付きやカジリなどの不具合が発生してしまう虞がある。

そこで、このような事態を回避するためには、例えば潤滑剤を適宜のタイミングで導入することが必要となるが、特許文献１の軸受において、特にポケット内部に潤滑剤を導入するためには、例えば軸受を分解して複数のポケットから転動体を外した後、各ポケットの内面(円環部の内周面)側から潤滑剤を導入しなければならない。即ち、軸受に組み込んだ状態の保持器の外側から(軸受外部から)、潤滑剤をポケット内部(軸受内部)に直接導入することができない。

このような導入作業は、手間や時間がかかるため、その作業に要するコストが上昇してしまうといった問題がある。そこで、かかる面倒な作業を行うこと無く、簡単に潤滑剤をポケット内部(軸受内部)に直接導入することで、軸受内部の潤滑性能を長期に亘って一定に維持することができる技術の開発が望まれているが、現在そのような技術は知られていない。
特開２００３−２８７０３３号公報

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、軸受外部から潤滑剤を直接軸受内部に導入することが可能であって、軸受内部の潤滑性能を長期に亘って一定に維持することが可能な軸受用保持器を提供することにある。

このような目的を達成するために、本発明は、軸受内部において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た少なくとも１つの円環部と、円環部から軸受内部に沿って延出し、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、円環部と複数の柱部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備えていると共に、円環部には、その外面から内面に亘りポケットに向けて貫通した貫通孔が少なくとも１つ形成されており、貫通孔には、軸受内部を潤滑するための潤滑剤を円環部の外面側から直接導入することが可能である。

本発明において、貫通孔は、円環部の外面を部分的に窪ませて形成された凹部と、凹部から円環部の内面に亘りポケットに向けて貫通した孔部とを備えて構成されており、潤滑剤は、円環部の外面側から凹部に直接導入することが可能である。この場合、潤滑剤としては、固体潤滑剤、固形油、グリースを適用可能である。

本発明によれば、軸受外部から潤滑剤を直接軸受内部に導入することが可能であって、軸受内部の潤滑性能を長期に亘って一定に維持することが可能な軸受用保持器を実現することができる。

以下、本発明の一実施の形態に係る軸受用保持器について、添付図面を参照して説明する。なお、軸受には、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。この場合、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(図示しない)を想定する。

図１(ａ)に示すように、本実施の形態に係る軸受用保持器は、内外輪1,3間に組み込まれた複数の転動体５を回転自在に保持しながら、これら複数の転動体５と共に軸受内部に沿って公転するように構成されている。この場合、転動体５としては、玉やころを適用することが可能であるが、ここでは一例として、ころ想定する。また、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。

なお、転動体(ころ)５は、周方向に連続した転動面(内外輪1,3に沿って摺接しながら転がる周面５ｓ)と、その両側の円形の側面５ｅとで構成され、転動面５ｓ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間を転動体(ころ)５が転動する際に、例えば内外輪1,3の軌道面1s,3sや転動体(ころ)５の磨耗や摩損などを低減させるために施されており、その面取り寸法は、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。

図２(ａ)には、本実施の形態に係る軸受用保持器の全体構成が例示されており、当該軸受用保持器は、軸受内部に沿って周方向に連続した少なくとも１つの円環部2,4と、円環部2,4から軸受内部に沿って延出し、当該円環部2,4に沿って周方向に所定間隔で配列された複数の柱部６と、円環部2,4と複数の柱部６とによって区画され、複数の転動体(ころ：図１(ａ))を１つずつ回転自在に保持する複数のポケット８とを備えている。同図では一例として、互いに径の異なる２つの円環部2,4が互いに同中心に所定の間隔を空けて対向配置されており、複数の柱部６は、これら一対の円環部2,4の間に亘って延出し、その両端部６ｅが各円環部2,4に接合されている。この場合、各ポケット８は、対向する円環部2,4の内周面2s,4sと、その両側の柱部６の内壁面６ｓとによって区画されている。

なお、一対の円環部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を一対の円環部2,4に後付けしても良い。この場合、後付けする方法としては、各柱部６の両端部６ｅを一対の円環部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、樹脂を適用しても良いし、或いは、例えば鋼板や黄銅などの他の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。

このような軸受用保持器において、図１(ａ)及び図２(ａ)に示すように、円環部2,4には、その外面から内面に亘りポケット８に向けて貫通した貫通孔Ｈが少なくとも１つ形成されている。図面では一例として、比較的小径の円環部２の外周面２ｍから内周面２ｓに亘りポケット８に向けて貫通した複数の貫通孔Ｈが形成されており、これら貫通孔Ｈは、円環部２の外周面２ｍに沿って所定間隔(図面上では、等間隔)に配列されている。なお、貫通孔Ｈの数は、例えば保持器の大きさ(円環部２の径寸法)や形状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。

この場合、それぞれの貫通孔Ｈの形状としては、外周面２ｍから内周面２ｓに亘る全長において、その断面が例えば円形、楕円形、矩形、三角形などを成して連続するように構成しても良いし、或いは、外周面２ｍ側の部分を比較的大きな孔形とし、そこから内周面２ｓに亘る部分を比較的小さな孔形とするように構成しても良い。いずれの構成においても、各貫通孔Ｈには、軸受内部を潤滑するための潤滑剤を円環部２の外面側２ｍから直接導入できるようになっており、これにより、各貫通孔Ｈの全体に亘って潤滑剤を充填させることが可能となる。

本実施の形態では一例として、各貫通孔Ｈは、円環部２の外周面２ｍを部分的に窪ませて形成された凹部１２ｐと、凹部１２ｐから円環部２の内周面２ｓに亘りポケット８に向けて貫通した孔部１２ｈとを備えて構成されており、凹部１２ｐは孔部１２ｈよりも比較的大きな孔形を成している。これにより、潤滑剤Ｊを円環部２の外面側２ｍから凹部１２ｐに直接導入することができる。このように、凹部１２ｐに潤滑剤Ｊを導入することで、当該凹部１２ｐから孔部１２ｈに亘る貫通孔Ｈ全体に潤滑剤Ｊが充填されることになる。ここで、凹部１２ｐの形状については、その全体輪郭が例えば直方体形や長楕円形など各種の形状を適用することができるが、その幅や長さ及び深さは、例えば保持器の種類や円環部２の外周面２ｍの幅寸法、或いは、円環部２の径寸法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限定しない。

なお、円環部２の肉厚を略均一化させることで保持器の強度維持を図るための肉抜き部２ｐ(図１(ｄ))が予め円環部２に形成されている場合には、当該肉抜き部２ｐをそのまま凹部１２ｐとして利用し、ここから円環部２の内周面２ｓに亘りポケット８に向けて孔部１２ｈを貫通させても良い。これにより、凹部１２ｐに潤滑剤を導入すると、当該潤滑剤が凹部１２ｐから孔部１２ｈに行き渡ることで、貫通孔Ｈの全体に亘って潤滑剤を充填させることができる。

また、孔部１２ｈの形状については、凹部１２ｐに導入された潤滑剤が当該孔部１２ｈを通ってポケット８に円滑(スムーズ)に供給できれば、凹部１２ｐから内周面２ｓに亘る全長において、その断面が例えば円形、矩形、楕円形、三角形などを成して連続するように構成しても良いし、その形状を変化(例えば、内周面２ｓに向うに従って連続的に孔形が広がるように変化)させても良い。なお、孔部１２ｈの数としては、例えば凹部１２ｐから内周面２ｓに亘って１本だけ(つまり、貫通孔Ｈ毎に１本)設けても良いし、複数本(つまり、貫通孔Ｈ毎に複数本)設けても良い。

また、孔部１２ｈの向き(貫通させる方向)については、孔部１２ｈ内の潤滑剤が軸受回転中に公転する保持器からの遠心力を受けたとき、その遠心力によってポケット８方向に徐々に供給されるような傾斜を成していることが好ましい。この場合、孔部１２ｈの向きは、例えば軸受の回転中心軸に沿ってラジアル方向に略平行な角度から外方へ開く角度に設定すれば良い。なお、外方へ開く角度とは、孔部１２ｈが、凹部１２ｐ側から円環部２の内周面２ｓに向うに従って、外輪３に傾斜する角度を指す。

このような傾斜角度に孔部１２ｈを設定することで、保持器からの遠心力により潤滑剤をスムーズにポケット８方向に供給させることができる。ここで、潤滑剤としては、固体潤滑剤、固形油、グリースを想定することができるが、遠心力の作用を受けて流動し易いものとして、固形油或いはグリースを適用することが好ましい。この場合、固形油としては、例えばポリエチレンや油などを適用すれば良い。一方、グリースとしては、比較的固めのグリース(例えば、混和ちょう度２５０以下)を適用することが好ましい。また、固形ワックスを適用しても良い。

以上、本実施の形態の軸受用保持器によれば、円環部２の外周面２ｍから内周面２ｓに亘りポケット８に向けて貫通した貫通孔Ｈを形成したことで、軸受内部を潤滑するための潤滑剤Ｊを円環部２の外周面２ｍ側から直接導入することができる。これにより、従来のように軸受を分解して複数のポケットから転動体を外した後、各ポケットの内面(円環部の内周面)側から潤滑剤を導入するといったような面倒な作業が不要となり、簡単に潤滑剤Ｊを軸受内部に導入することができる。つまり、保持器を軸受に組み込んだままの状態(複数の転動体(ころ)５を保持した状態)で、当該保持器の外側から(即ち、軸受外部から)潤滑剤Ｊをポケット８内部(軸受内部)に直接導入することができる。

また、本実施の形態によれば、軸受回転中に公転する保持器の遠心力を受けて、貫通孔Ｈ内の潤滑剤Ｊを徐々にポケット８に供給させることができるため、軸受内部の潤滑性能を常時一定に維持することができる。具体的に説明すると、貫通孔Ｈからポケット８に供給された潤滑剤Ｊは、転動体(ころ)５と接触した状態において、当該転動体(ころ)５の自転による遠心力で内外輪1,3の軌道面1s,3sにも供給され続ける。これにより、軸受が高荷重下での高速回転となるような過酷な使用環境に晒されているような場合でも、例えば軸受寿命の低下、或いは、軸受内部の焼付きやカジリなどの不具合を発生すること無く、軸受内部の潤滑性能を長期に亘って一定に維持することができる。

また、上述した実施の形態において、樹脂製の保持器を構成した場合、特に転動体(ころ)５と常時摺接するポケット８(円環部2,4の内周面2s,4s、柱部６の内壁面６ｓ)が磨耗し易くなるが、当該ポケット８が磨耗した場合でも、その磨耗分だけ貫通孔Ｈ内の潤滑剤Ｊも削られ、ポケット８内に供給される(滲み出す)ことになる。この結果、保持器(ポケット８)や転動体(ころ)５、内外輪1,3の軌道面1s,3sのダメージを最小限にとどめることが可能となる。特に本実施の形態の軸受用保持器は、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組み込まれる場合を想定しているため、上記のようなダメージを受けた場合でも、その影響により軸受が機能を喪失・低下させるまでの時間を稼ぐことができる。

なお、上述した実施の形態では、小径の円環部２に複数の貫通孔Ｈが形成された保持器について説明したが、これ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１(ｂ)に示すように、大径の円環部４の外周面４ｍから内周面４ｓに亘りポケット８に向けて貫通した貫通孔Ｈを形成するようにしても良い。この変形例において、貫通孔Ｈは、円環部４の外周面４ｍに沿って少なくとも１つ、或いは所定間隔(図面上では、等間隔)で配列させることができる。なお、貫通孔Ｈの数は、例えば保持器の大きさ(円環部４の径寸法)や形状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。

この場合、それぞれの貫通孔Ｈの形状としては、外周面４ｍから内周面４ｓに亘る全長において、その断面が例えば円形、楕円形、矩形、三角形などを成して連続するように構成しても良いし、或いは、外周面４ｍ側の部分を比較的大きな孔形とし、そこから内周面４ｓに亘る部分を比較的小さな孔形とするように構成しても良い。いずれの構成においても、各貫通孔Ｈには、軸受内部を潤滑するための潤滑剤を円環部４の外周面４ｍから直接導入できるようになっており、これにより、各貫通孔Ｈの全体に亘って潤滑剤を充填させることが可能となる。

このような第１の変形例において、各貫通孔Ｈは、円環部４の外周面４ｍを部分的に窪ませて形成された凹部１４ｐと、凹部１４ｐから円環部４の内周面４ｓに亘りポケット８に向けて貫通した孔部１４ｈとを備えて構成されており、凹部１４ｐは孔部１４ｈよりも比較的大きな孔形を成している。これにより、潤滑剤Ｊを円環部４の外面側４ｍから凹部１４ｐに直接導入することができる。ここで、凹部１４ｐの形状については、その全体輪郭が例えば直方体形や長楕円形など各種の形状を適用することができるが、その幅や長さ及び深さは、例えば保持器の種類や円環部４の外周面４ｍの幅寸法、或いは、円環部４の径寸法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限定しない。

なお、円環部４の肉厚を略均一化させることで保持器の強度維持を図るための肉抜き部(図示しない)が予め円環部４に形成されている場合には、当該肉抜き部をそのまま凹部１４ｐとして利用し、ここから円環部４の内周面４ｓに亘りポケット８に向けて孔部１４ｈを貫通させても良い。これにより、凹部１４ｐに潤滑剤を導入すると、当該潤滑剤が凹部１４ｐから孔部１４ｈに行き渡ることで、貫通孔Ｈの全体に亘って潤滑剤を充填させることができる。

また、孔部１４ｈの形状については、凹部１４ｐに導入された潤滑剤が当該孔部１４ｈを通ってポケット８に円滑(スムーズ)に供給できれば、凹部１４ｐから内周面４ｓに亘る全長において、その断面が例えば円形、矩形、楕円形、三角形などを成して連続するように構成しても良いし、その形状を変化(例えば、内周面４ｓに向うに従って連続的に孔形が広がるように変化)させても良い。なお、孔部１４ｈの数としては、例えば凹部１４ｐから内周面４ｓに亘って１本だけ(つまり、貫通孔Ｈ毎に１本)設けても良いし、複数本(つまり、貫通孔Ｈ毎に複数本)設けても良い。

また、孔部１４ｈの向き(貫通させる方向)については、孔部１４ｈ内の潤滑剤が軸受回転中に公転する保持器からの遠心力を受けたとき、その遠心力によってポケット８方向に徐々に供給されるような傾斜を成していることが好ましい。この場合、孔部１４ｈの向きは、例えば軸受の回転中心軸に沿ってラジアル方向に略平行な角度から外方へ開く角度に設定すれば良い。なお、外方へ開く角度とは、孔部１４ｈが、凹部１４ｐ側から円環部４の内周面４ｓに向うに従って、外輪３に傾斜する角度を指す。

このような傾斜角度に孔部１４ｈを設定することで、保持器からの遠心力により潤滑剤をスムーズにポケット８方向に供給させることができる。ここで、潤滑剤としては、固体潤滑剤、固形油、グリースを想定することができるが、固体潤滑剤を適用することが好ましい。この場合、固体潤滑剤としては、例えば二硫化モリブデン、ＰＴＦＥ、カーボンブラック、軟質金属(例えば、鉛、亜鉛、すず)などを適用すれば良い。

以上、第１の変形例によれば、上述した実施の形態と同様に、軸受外部から潤滑剤Ｊを直接軸受内部(ポケット８内部)に導入することが可能であって、軸受内部の潤滑性能を長期に亘って一定に維持することが可能な軸受用保持器を実現することができる。なお、その他の効果については、上述した実施の形態と同様であるため、その説明は省略する。

また、第２の変形例として図１(ｃ)に示すように、双方の円環部2,4に貫通孔Ｈを形成しても良い。この場合、貫通孔Ｈは、それぞれの外周面2m,4mから内周面2s,4sに亘りポケット８に向けて貫通して形成されている。なお、この変形例に係る軸受用保持器は、上述した実施の形態(図１(ａ))と第１の変形例(図１(ｂ))とを組み合わせて構成されており、その構成及び効果については、既に説明済みであるため、その説明は省略する。

なお、上述した実施の形態(図１(ａ))、第１及び第２の変形例(図１(ｂ),(ｃ))では、円環部2,4の外周面2m,4mから貫通孔Ｈが形成された軸受用保持器について説明したが、これに限定されることは無く、図１(ｅ),(ｆ)に示すように、円環部2,4の内径面2t,4tからポケット８に向けて貫通孔Ｈを形成するようにしても良い。

図１(ｅ)には、第３の変形例に係る軸受用保持器が示されており、当該保持器には、その円環部２の内径面２ｔから内周面２ｓに亘りポケット８に向けて貫通した貫通孔Ｈが形成されている。また、図１(ｆ)には、第４の変形例に係る軸受用保持器が示されており、当該保持器には、その円環部４の内径面４ｔから内周面４ｓに亘りポケット８に向けて貫通した貫通孔Ｈが形成されている。いずれの場合、貫通孔Ｈは、円環部2,4の内径面2t,4tに沿って少なくとも１つ、或いは所定間隔(図面上では、等間隔)に配列させることができる。なお、貫通孔Ｈの数は、例えば保持器の大きさ(円環部2,4の径寸法)や形状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。

第３及び第４の変形例において、各貫通孔Ｈは、円環部2,4の内径面2t,4tから外径面2g,4g方向に延出した延出部2x,4xと、当該延出部2x,4xの延出端から連続し且つ円環部2,4の内周面2s,4sをポケット８方向に貫通した連通部2y,4yとを備えて構成されている。この場合、それぞれの貫通孔Ｈの形状としては、内径面2t,4tから内周面2s,4sに亘る全長において、その断面が例えば円形、楕円形、矩形、三角形などを成して連続するように構成しても良いし、或いは、延出部2x,4xを比較的大きな孔形とし、連通部2y,4yを比較的小さな孔形とするように構成しても良い。いずれの構成においても、各貫通孔Ｈには、軸受内部を潤滑するための潤滑剤を円環部2,4の内径面2t,4tから直接導入できるようになっており、これにより、各貫通孔Ｈの全体に亘って潤滑剤を充填させることが可能となる。

ここで、連通部2y,4yの向き(貫通させる方向)については、連通部2y,4y内の潤滑剤が軸受回転中に公転する保持器からの遠心力を受けたとき、その遠心力によってポケット８方向に徐々に供給されるような傾斜を成していることが好ましい。即ち、上述した孔部12h,14h(図１(ａ)〜(ｃ))と同様の傾斜角度を成すように、連通部2y,4yの向きを設定すれば良い。なお、傾斜角度の説明については、既に説明済みであるため、その説明は省略する。

以上、第３及び第４の変形例によれば、上述した実施の形態と同様に、軸受外部から潤滑剤Ｊを直接軸受内部(ポケット８内部)に導入することが可能であって、軸受内部の潤滑性能を長期に亘って一定に維持することが可能な軸受用保持器を実現することができる。この場合、第３及び第４の変形例を相互に組み合わせて構成しても良い。なお、その他の効果については、上述した実施の形態と同様であるため、その説明は省略する。

また、上述した実施の形態(図１(ａ))、第１〜第４の変形例(図１(ｂ),(ｃ)、図１(ｅ)(ｆ))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２〜図４には、本発明の第５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(図２(ａ))。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(図示しない)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。

具体的に説明すると、図２(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。

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の端面(図１(ａ))に形成された面取り５ｒ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。

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、例えば図１(ａ)に示す転動体(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。

以上、第５の変形例によれば、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。

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(固体潤滑剤、固形油、グリース)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Ｊ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(図１(ａ))のつば面(例えば、軌道面１ｓの両側に突設されたころ案内面)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。

更に、本変形例によれば、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。

ここで、第５の変形例に係る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３(ａ)には、ポケット８(図２)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。

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σ_０(基準応力)は、下記の(２)(３)式より(１)式として算出される。
σ_０＝Ｍ／Ｚ (Ｚ：断面係数) … (１)
Ｍ＝Ｗ・Ｌ^２／２ … (２)
Ｚ＝Ｔ・Ｈ^２／６ … (３)

図３(ｂ)には、ポケット８(図２)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＝ασ_０ (α：応力集中係数) … (４)

ここで、図３(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σ_０とから応力集中係数αは、(５)式として算出される。
α＝σmax／σ_０ … (５)

図４(ａ)には、図３(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。

図３(ｃ)には、ポケット８(図２)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４(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４(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。

(ａ)は、本発明の一実施の形態に係る軸受用保持器が軸受に組み込まれた状態の一部を拡大して示す断面図、(ｂ)は、本発明の第１の変形例に係る軸受用保持器が軸受に組み込まれた状態の一部を拡大して示す断面図、(ｃ)は、本発明の第２の変形例に係る軸受用保持器が軸受に組み込まれた状態の一部を拡大して示す断面図、(ｄ)は、従来の軸受用保持器が軸受に組み込まれた状態の一部を拡大して示す断面図、(ｅ)は、本発明の第３の変形例に係る軸受用保持器が軸受に組み込まれた状態の一部を拡大して示す断面図、(ｆ)は、本発明の第４の変形例に係る軸受用保持器が軸受に組み込まれた状態の一部を拡大して示す断面図。 (ａ)は、本発明の一実施の形態及び第５の変形例に係る軸受用保持器の全体の構成例を示す斜視図、(ｂ)は、同図(ａ)の保持器の一部を外側から見た拡大図、(ｃ)は、同図(ａ)の保持器の一部を内側から見た拡大図、(ｄ)は、逃げ部の構成を拡大して示す図。 応力の発生モデルを示す図であって、(ａ)は、ポケットに逃げ部の無い保持器モデル、(ｂ)は、既存の逃げ部を有する保持器モデル、(ｃ)は、第５の変形例の保持器モデル。 応力集中計数のＦＥＭ解析結果を示す図であって、(ａ)は、既存の保持器における解析結果、(ｂ)は、第５の変形例の保持器の解析結果。

符号の説明

2,4 円環部
２ｍ 外周面
２ｓ 内周面
６ 柱部
８ ポケット
Ｈ 貫通孔
Ｊ 潤滑剤

Claims (7)

1. 軸受内部において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た少なくとも１つの円環部と、円環部から軸受内部に沿って延出し、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、円環部と複数の柱部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備えていると共に、
   円環部には、その外面から内面に亘りポケットに向けて貫通した貫通孔が少なくとも１つ形成されており、貫通孔には、軸受内部を潤滑するための潤滑剤を円環部の外面側から直接導入することが可能であることを特徴とする軸受用保持器。
2. 貫通孔は、円環部の外面を部分的に窪ませて形成された凹部と、凹部から円環部の内面に亘りポケットに向けて貫通した孔部とを備えて構成されており、潤滑剤は、円環部の外面側から凹部に直接導入することが可能であることを特徴とする請求項１に記載の軸受用保持器。
3. 潤滑剤としては、固体潤滑剤、固形油、グリースを適用可能であることを特徴とする請求項１又は２に記載の軸受用保持器。
4. 各ポケットには、円環部のうち柱部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が設けられており、
   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１〜３のいずれかに記載の軸受用保持器。
5. 転動体としてころを適用した軸受において、逃げ部は、２つの円弧状面から１つの平坦状面に亘る全体の幅寸法をころの端面に形成された面取り寸法よりも大きく設定して構成されていることを特徴とする請求項４に記載の軸受用保持器。
6. 逃げ部は、その深さ寸法を円環部の幅寸法の１０％〜３０％の範囲に設定して構成されていることを特徴とする請求項４又は５に記載の軸受用保持器。
7. 鉄道車両に設けられた回転軸を支持する軸受に適用可能であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の軸受用保持器。
   

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