JP2008121823A - 保持器 - Google Patents

Abstract

【課題】転動体に対する摩擦抵抗を低減することが可能であって、強度を一定に維持可能な保持器を提供する。
【解決手段】一対の軌道輪２，４と、複数の転動体６と、テーパ円筒状を成す本体部８ｍを少なくとも有し、複数のポケット８ｐ内に転動体を保持する保持器８とを備えたアンギュラ玉軸受であって、保持器は、ポケットが、本体部８ｍの外周面８ｂを基端として内周面８ａ方向へ同一の内径で所定距離だけ形成された円筒孔Ｐ１と、当該円筒孔Ｐ１の先端Ｊに連続し、内周面８ａまで貫通し且つ当該内周面８ａに向かうに従って先細り形状に縮径して形成された円錐孔Ｐ２とで構成され、円錐部と円筒部の接続部（円筒孔Ｐ１の先端Ｊ）はアール形状を有し、そのアール形状の曲率半径Ｒは転動体の径をＤＷとしたときにＲ＞０．５ＤＷの関係を満足するように設定されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、重荷重が作用する各種機械装置の回転軸を支持するために用いられる負荷容量が高い保持器に関する。

従来から、回転軸を回転自在に支持する種々の転がり軸受が知られており、例えば、転動体として玉を適用した転がり軸受の場合、深溝玉軸受、自動調心玉軸受及びアンギュラ玉軸受など各種のタイプの軸受が実用されている。このうち、アンギュラ玉軸受は、１つの軸受でラジアル荷重及びアキシアル荷重をともに負荷することが可能であるため、各種の機械装置の回転軸を支持する軸受として、広く用いられている。

かかるアンギュラ玉軸受（以下、単に軸受ともいう）には、図１（ａ）に示すように、相対回転可能に対向配置された一対の軌道輪（内輪２及び外輪４）と、当該内外輪２，４間に転動自在に組み込まれた複数の転動体（玉）６とが備えられている。この場合、各転動体（玉）６は、その接触角が１５°〜４０°程度に設定されて内外輪２，４間にそれぞれ組み込まれている。ここで、接触角とは、転動体（玉）６が内外輪２，４とそれぞれ接触する２つの点を相互に結んだ作用線が、軸受の中心軸に垂直な平面（ラジアル平面）との間に成す所定の角度のことをいう。

また、各転動体（玉）６は、１つずつ回転自在に所定間隔を成して保持器８によって保持された状態で、内外輪２，４間に組み込まれている。これにより、各転動体（玉）６は、その転動面が相互に接触することなく、内外輪２，４間を転動することができる。この結果、各転動体（玉）６が相互に接触して摩擦が生じることによる回転抵抗の増大や、焼付きなどを防止することができる。

この場合、保持器８としては、いわゆる傾斜型の保持器や冠型の保持器などを任意に選択して適用することができる。例えば、図２に示すような傾斜型保持器（もみ抜きタイプ）８は、いずれか一方側（一例として、同図の右側）が他方側（一例として、同図の左側）よりも小径のテーパ円筒状を成す本体部８ｍを少なくとも有し、当該本体部８ｍのテーパ円周面に所定間隔（例えば、等間隔）で転動体（玉）６を１つずつ回転自在に保持するポケット８ｐが形成されるとともに、ポケット８ｐ間には柱部（隣り合うポケットを相互に連結する部分）が形成されている。ポケット８ｐは、本体部８ｍの外周面８ｂを基端として内周面８ａ方向へ同一の内径で所定距離だけ形成された円筒孔Ｐ１と、当該円筒孔Ｐ１の先端Ｊに連続し、内周面８ａまで貫通し且つ当該内周面８ａに向かうに従って先細り形状に縮径して形成された円錐孔Ｐ２とで構成されている。
なお、傾斜型保持器（打ち抜きタイプ）には、その本体部の小径側端部に連結し、内輪方向に延出して内外輪間の一部を覆う側面部が設けられる場合もある。

一方、例えば、冠型保持器は、転動体（玉）を１つずつ回転自在に保持するポケットと、柱部（隣り合うポケットを相互に連結する部分）とが周方向に沿って交互に設けられ、一方側に各転動体（玉）をポケットに挿入するための開口を有し、他方側が閉塞されている。なお、柱部には、開口を一部覆うように突出した一対の爪部が設けられており、各ポケットに挿入された転動体（玉）は、これら爪部により挟持された状態で当該ポケット内に保持される。

ところで、アンギュラ玉軸受に対して、そのサイズを変更する（大きくする）ことなく、ラジアル方向及びアキシアル方向の重荷重を負荷することが要求される場合、例えば、内外輪間に組み込む転動体（玉）の数を多くすることで、その許容負荷容量を大きくすることができる。しかしながら、軸受サイズの変更（拡大）なしに組み込み転動体（玉）数を多くした場合、軸受の内部スペースにおいて、保持器のために確保可能なスペースは限定され、小さくなってしまう。この結果、保持器は、例えば、ポケット間の肉厚を薄くする必要があり、その程度によっては、保持器全体の強度が低下してしまう場合がある。

この場合、保持器を製造するに当たって、その肉厚を可能な限り確保することに加えて、保持器の材質を選定することで、保持器全体の強度を維持することができるとともに、強度を高めることができる。しかしながら、アンギュラ玉軸受は、その大きさが規格によって定められており、高負荷容量のアンギュラ玉軸受を実現するためには、限られた軸受サイズにおいて、別の捉え方をすれば、限られた軸受内部スペースにおいて、いかにして保持器の強度を高められるかが重要となる。

例えば、特許文献１には、傾斜型保持器の強度を維持しながら、より多くの転動体（玉）を組み込むことを可能とするアンギュラ玉軸受の構成が一例として開示されている。この場合、かかるアンギュラ玉軸受においては、図１（ａ）に示すように、転動体（玉）６の径をＤＷ、軸受の軸方向幅（同図の左右方向の距離）をＢ１、断面高さ（（軸受外径−軸受内径）／２）をＨ、円周方向に隣り合う転動体（玉）６の中心間距離をＬｂ（図示省略）とした場合、０．６０≦ＤＷ／Ｈ≦０．７５、且つ０．５８≦ＤＷ／Ｂ１≦０．８５、且つ１．０３≦Ｌｂ／ＤＷ≦１．２５なる関係に設定されている。また、傾斜型保持器８の軸芯を含む断面において、当該傾斜型保持器８の小径側端面（同図の右端面）の外径をＤ１、大径側端面（同図の左端面）の内径をＳＤ１、ピッチ円直径をＤＰＷとした場合、Ｄ１≦ＤＰＷ＋０．１０×ＤＷ、且つＳＤ１≧ＤＰＷ−０．０５×ＤＷなる関係に設定されている。
これにより、かかる傾斜型保持器８は、同一サイズの軸受に組み込んだ場合、その強度を十分に確保することができるとともに、より多くの転動体（玉）６を保持することができ、軸受の許容負荷容量を大きくすることができる（高負荷容量化を図ることができる）。
特開２００５−６１５０８号公報

しかしながら、前記アンギュラ玉軸受８において、高負荷容量化を図るために転動体（玉）径ＤＷを大きくすると、保持器（傾斜型保持器）８のポケット８ｐ間の柱部（隣り合うポケット８ｐを相互に連結する部分）が薄くなって、保持器８の強度が低下してしまう虞がある。
さらに、従来の傾斜型保持器８のポケット８ｐにおいて、円筒孔Ｐ１の先端Ｊ、即ち、円筒孔Ｐ１と円錐孔Ｐ２との接続部では、その内径が急俊に変化しているため、軸受に保持器８の耐荷重以上の荷重が加わったとき、その接続部に応力が集中することで、当該接続部を起点として本体部８ｍに亀裂が発生する場合があり、その亀裂の程度によっては保持器８が破損してしまう虞がある。
また、かかるアンギュラ玉軸受において、各転動体（玉）６が所定の接触角に設定されて内外輪２，４間に組み込まれて回転する際、その接触角によっては、転動体（玉）６と保持器（傾斜型保持器）８との間に滑りが発生する場合がある。そして、この滑りの発生頻度によっては、両者間の摩擦抵抗が大きくなり、例えば、軸受の起動トルクが増大してしまう場合や、温度が上昇してしまう場合などがある。

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、転動体に対する摩擦抵抗を低減することが可能であって、強度を一定に維持可能な保持器を提供することにある。

上記課題を達成するために、本発明の成した技術的手段は、相対回転可能に対向配置された軌道輪間に転動自在に組み込まれた複数の転動体を１つずつ回転自在に保持する複数のポケットを有する保持器であって、各ポケットは、本体部の外周面を基端として内周面方向へ同一の内径で所定距離だけ形成された円筒孔と、当該円筒孔の先端に連続し、内周面まで貫通し且つ当該内周面に向かうに従って先細り形状に縮径して形成された円錐孔とで構成されており、前記円錐孔と前記円筒孔の接続部はアール形状を有し、そのアール形状の曲率半径Ｒは転動体の径をＤＷとしたときにＲ＞０．５ＤＷの関係を満足するように設定されていることを特徴とする保持器としたことである。

本発明によれば、転動体に対する摩擦抵抗を低減することが可能であって、強度を一定に維持可能な保持器を提供することができる。

以下、本発明の一実施形態に係る保持器について、添付図面を参照して説明する。
本発明の一実施形態に係る保持器は、図１（ａ）に示すようなアンギュラ玉軸受（以下、単に軸受ともいう）において、相対回転可能に対向配置された一対の軌道輪（内輪２及び外輪４）間に転動自在に組み込まれた複数の転動体（玉）６を回転自在に保持することができるように構成されている。

図１（ａ）に示す構成において、内輪２は、一例として、その外周面の一方側（同図の右側）が他方側（同図の左側）に比べて肉薄となるように溝肩（軌道面２ａの肩部）を落とした、いわゆる片側カウンタボアの形状を成している。なお、この場合、内輪２のカウンタボア２ｃは、外輪４の内周面に対する距離が所定距離のまま変化せず、一定を成す平坦面状に形成されている。
これに対し、外輪４は、一例として、その内周面の一方側(内輪２のカウンタボア２ｃとは反対側（同図の左側）が、他方側（同図の右側）に比べて肉薄となるように溝肩（軌道面４ａの肩部）を落とした、いわゆる片側カウンタボアの形状を成している。なお、この場合、外輪４のカウンタボア４ｃは、内輪２の外周面に対する距離が軸受の外側へ向かうに従って徐々に拡がる傾斜面状を成して形成されている。

なお、内輪２及び外輪４のカウンタボア２ｃ，４ｃの形状や大きさなどは、例えば、内外輪２，４の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。例えば、上述した図１（ａ）に示す構成の他、内輪２のカウンタボア２ｃは、外輪４の内周面に対する距離が軸受の外側へ向かうに従って徐々に拡がる傾斜面状を成して形成してもよいし、外輪４のカウンタボア４ｃは、内輪２の内周面に対する距離が所定距離のまま変化せず、一定を成す平坦面状に形成してもよい。
また、図１（ａ）に示す構成においては、内輪２及び外輪４をともに片側カウンタボアの形状を成すように構成しているが、内輪２若しくは外輪４のいずれか一方のみを片側カウンタボアの形状を成すように構成してもよい。

かかるアンギュラ玉軸受には、いずれか一方側（同図の右側）が他方側（同図の左側）よりも小径のテーパ円筒状を成す本体部８ｍを少なくとも有し、当該本体部８ｍのテーパ円周面に沿って所定間隔で形成された複数のポケット８ｐ内に転動体（玉）６を１つずつ回転自在に保持する保持器８が備えられており、当該保持器８は、各転動体（玉）６を１つずつポケット８ｐ内にそれぞれ保持した状態で、内外輪２，４に組み込まれている。

図１（ａ）に示す構成において、保持器８は、一例として、その軸方向の幅（同図の左右方向の距離）が、軸受（内外輪２，４）の軸方向の幅（同図の同方向の距離）よりも小さな所定の寸法に設定されており、そのテーパ円周面に転動体（玉）６と同数のポケット８ｐが等間隔で形成されるとともに、ポケット８ｐ間には柱部（隣り合うポケットを相互に連結する部分）が形成されている。この場合、保持器８は、ポケット８ｐがテーパ円周面を切削加工により形成された、もみ抜き型の保持器として構成されている。

また、図１（ａ）に示す構成において、保持器８は、一例として、本体部８ｍの内周面８ａ及び外周面８ｂが内外輪２，４にいずれも接触せず、転動体（玉）６によってのみ回転案内される転動体案内型として構成されている。ただし、保持器８の案内方式は、これに限定されず、例えば、本体部８ｍの内周面８ａを内輪２の溝肩（軌道面２ａの肩部）に接触させて回転案内する内輪案内型であってもよいし、本体部８ｍの外周面８ｂを外輪４の溝肩（軌道面４ａの肩部）に接触させて回転案内する外輪案内型であってもよい。
いずれの場合においても、保持器８は、各転動体（玉）６を１つずつポケット８ｐ内にそれぞれ保持した状態で、転動体（玉）６とともに内外輪２，４間を回転することができる。

なお、保持器８の材料は、特に限定されず、例えば、保持器８に対する強度、耐熱性及び耐食性などの要件に応じて、任意の材料を適用すればよい。例えば、保持器８の材料として、高力黄銅等の黄銅系合金、構造用炭素鋼等の鉄合金などの金属材料を適宜選択して適用することができる。また、このような金属製の他、例えば、保持器８は、ポリアミド等の合成樹脂製であってもよい。この場合、保持器８は、ポリアミド等の合成樹脂を射出成形することにより、形成すればよい。なお、保持器８が合成樹脂製の場合、必要に応じてポリアミド等の基材に繊維やウィスカなどを添加剤として混合することで、保持器８の強度をさらに高めることができる。

また、図１（ｂ）に示すように、ポケット８ｐは、本体部８ｍの外周面８ｂを基端として内周面８ａ方向へ同一の内径で所定距離だけ形成された円筒孔Ｐ１と、当該円筒孔Ｐ１の先端Ｊに連続し、内周面８ａまで貫通し且つ当該内周面８ａに向かうに従って先細り形状に縮径して形成された円錐孔Ｐ２とで構成されている。
具体的には、円筒孔Ｐ１は、その基端から先端Ｊに亘って同一の内径で所定距離だけ連続した円筒状を成しており、円錐孔Ｐ２は、前記先端Ｊに同径で連続し、本体部８ｍの内周面８ａに向かうに従って先細り形状に縮径して形成された円錐状を成している。

かかる保持器８において、前記円筒孔Ｐ１と前記円錐孔Ｐ２の接続部（円筒孔Ｐ１の先端Ｊ）はアール形状を有している。
本実施形態では、一例として、そのアール形状の曲率半径Ｒは、転動体（玉）６の径をＤＷとすると、Ｒ＞０．５ＤＷの関係を満足するように設定されている。

前記円筒孔Ｐ１と前記円錐孔Ｐ２の接続部を上記範囲の曲率半径Ｒを有するアール形状としたことにより、円筒孔Ｐ１の先端Ｊと円錐孔Ｐ２を大きな曲率半径で滑らかに接続させることができる。
これにより、保持器８の接続部において、ポケット８ｐの径方向の厚さをアール形状としない場合よりも厚く形成することができる。この場合、高負荷容量化を図るために転動体（玉）の径ＤＷを大きくした場合であっても、本体部８ｍの肉厚が薄くなりすぎることは無いため、保持器８の本体部８ｍの強度を一定に維持することができる。
更に、軸受８に保持器８ｍの耐荷重以上の荷重が発生した場合であっても、円筒孔Ｐ１の先端Ｊと円錐孔Ｐ２が接続する接続部に応力が集中することはなく、その接続部を起点として亀裂が発生するといった事態を回避することができ、その結果、保持器８の強度を一定に維持することができる。

さらに、アール形状の曲率半径ＲをＲ＞０．５ＤＷとすることにより、転動体（玉）の転動面は保持器８との接触が防止され、もし接触した場合でも転動面の一点で接続部のアール形状面と接触するだけであるので、その場合の摩擦抵抗は極めて低く摩擦発生の要因を除去することができ摩擦抵抗が抑えられる。従って、軸受の起動トルクの増大や温度上昇といった不都合が発生することもない。

なお、接続部のアール形状の曲率半径Ｒが０．５ＤＷ以下の場合には、接続部のアール形状の曲率半径Ｒが、転動体（玉）６の転動面の曲率半径（０．５ＤＷ）よりも同じかそれよりも小さな曲率半径で形成されていることになる。
この場合において、接続部のアール形状の曲率半径Ｒ＝０．５ＤＷである場合には、転動体（玉）の転動面が接続部に面接触するので接触面積が広くなり、摩擦抵抗が大きくなり、軸受の起動トルクが増大して温度が上昇してしまう可能性がある。
さらに、接続部のアール形状の曲率半径Ｒ＜０．５ＤＷである場合には、転動体（玉）の転動面が円筒孔Ｐ１と円錐孔Ｐ２に接触する。これでは、接続部をアール形状にしなかった場合と同様であり、接続部をアール形状にした効果を得ることができない。

従って、接続部のアール形状は、その曲率半径Ｒが０．５ＤＷよりも大きく形成された場合に摩擦抵抗の抑制といった効果を発揮することができる。なお、本実施形態ではアール形状の曲率半径ＲをＲ＞０．５ＤＷとしたが、保持器８の材質、用途及び隣り合うポケット８ｐを連結する柱部の要求される強度に合わせて、Ｒ＝０．７ＤＷやＲ＝０．８ＤＷ等の曲率半径を採用することも適宜可能である。

このような保持器を組み込んだアンギュラ玉軸受によれば、保持器８の強度を維持しながら、より多くの転動体（玉）６を内外輪２，４間に組み込むことでき、この結果、軸受の高負荷容量化を図ることができる。並びに、転動体（玉）６と保持器８との摩擦抵抗を低減することができ、この結果、軸受を長期に亘って高精度に回転させ続けることができる。

なお、上述した本実施形態において、図１及び図２に示す構成は一例であって、アンギュラ玉軸受の内外輪２，４、転動体（玉）６及び保持器８などは、保持器８の円筒孔Ｐ１と円錐孔Ｐ２の接続部がアール形状を有する限りにおいて、図示した構成に限定されない。例えば、これらの材質、形状、寸法、数及び配置箇所などは、軸受の使用目的や用途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。

また、上述した本実施形態においては、内外輪２，４及び転動体（玉）６の材料について特に言及しなかったが、例えば、軸受に対する強度、耐熱性及び耐食性などの要件に応じて、高炭素クロム軸受鋼、浸炭軸受用鋼、軸受用ステンレス鋼、セラミック及びその他の材料などを適宜選択して適用すればよい。

（ａ）は、本発明による保持器を組み込んだアンギュラ玉軸受の構成例を示す断面図、（ｂ）は、保持器及びそのポケットの構成例を示す断面図である。 従来の保持器及びそのポケットの構成例を示す断面図である。

符号の説明

２，４ 一対の軌道輪
６ 転動体（玉）
８ 保持器
８ａ 保持器の本体部の内周面
８ｂ 保持器の本体部の外周面
８ｐ ポケット
８ｍ 保持器の本体部
ＤＷ 転動体の径
Ｐ１ 保持器の円筒孔
Ｐ２ 保持器の円錐孔
Ｊ 保持器の円筒孔の先端
Ｒ アール形状の曲率半径

Claims (1)

1. 相対回転可能に対向配置された軌道輪間に転動自在に組み込まれた複数の転動体を１つずつ回転自在に保持する複数のポケットを有する保持器であって、
   各ポケットは、本体部の外周面を基端として内周面方向へ同一の内径で所定距離だけ形成された円筒孔と、当該円筒孔の先端に連続し、内周面まで貫通し且つ当該内周面に向かうに従って先細り形状に縮径して形成された円錐孔とで構成されており、
   前記円錐孔と前記円筒孔の接続部はアール形状を有し、そのアール形状の曲率半径Ｒは転動体の径をＤＷとしたときにＲ＞０．５ＤＷの関係を満足するように設定されていることを特徴とする保持器。

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