JP2009041664A - ラジアルころがり軸受け - Google Patents

Abstract

【課題】保持器にスラスト負荷が作用しても、保持器に対する負荷を抑える構造のラジアル転がり軸受けを提供する
【解決手段】内輪、外輪を用いず、保持器（１０）にて複数のころ(１８)を所定のピッチ円上に相互に間隔をおいて各々回転自在に保持するラジアル転がり軸受け（１）であって、ころ(１８)は、当該ころ(１８)の端面の回転中心部にて保持器(１０)と摺動可能なように、保持器（１０）に保持されているラジアル転がり軸受け（１）を構成する。
【選択図】図２

Description

本発明は、ラジアル転がり軸受けにかかり、特に、内輪、外輪を有しないケージアンドローラタイプのラジアル転がり軸受けの構造に関するものである。

ラジアル転がり軸受けの中で、内輪、外輪を有しないケージアンドローラタイプのものは、各種減速機や産業機器等の軸受けとして多く用いられている。このタイプの軸受けは、複数のころと、これらのころを保持する保持器とで構成されている。保持器としては、例えば、Ｍ字型形状、門型形状等種々のものがあるが、軸方向にはいずれも保持器がころの端面の外径近傍でころを保持する構造となっている（特許文献１）。これら保持器は、複数のころを所定のピッチ円上に等間隔に回転可能に保持するのがその本来的な機能であって、保持器において積極的に外力等の負荷を受けることは想定されていない。
特開２０００−７４０７１号公報

しかしながら、たとえば減速機の中には、その減速機の構造、取付条件、使用条件等により、保持器にスラスト方向（ころの回転軸方向）の力がかかるものがある。この場合、従来のケージアンドローラでは、スラスト方向の力により保持器は軸方向に移動し、保持器がころの端面の外径近傍に押し付けられることになる。すなわち、ころの自転周速の最も大きい部位で、保持器ところとが摺動することになってしまう。これにより、ころの回転トルクの増加、保持器自身の磨耗、或いはころの保持器への潜り込み等が懸念される。また、ころの負荷圏において保持器に過大なスラスト荷重がかかる場合は、ころが移動できないため、保持器の各隅Ｒ部に大きな応力集中が生じ、保持器が破損してしまうことも考えられる。

そこで、本発明は、上記従来技術の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、保持器にスラスト負荷が作用しても、保持器に対する負荷を抑える構造のラジアル転がり軸受けを提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明は、内輪、外輪を用いず、保持器にて複数のころを所定のピッチ円上に相互に間隔をおいて各々回転自在に保持するラジアル転がり軸受けであって、前記ころは、当該ころの端面の回転中心部にて前記保持器と摺動可能なように、前記保持器に保持されていることを特徴とするラジアル転がり軸受けを構成したものである。

上記構成により、保持器にスラスト負荷(ころの回転軸方向の負荷)が作用し、保持器がころの軸方向に移動した場合であっても、ころの端面の回転中心部すなわちころの自転周速がもっとも小さい部位にて、保持器ところとが摺動するので、ころの回転トルクの増加、保持器自身の磨耗、或いはころの保持器への潜り込みを低減することができる。また、ころの端面の回転中心部と保持器との接触点（または接触面）を荷重支持点として、保持部がスラスト負荷を受けることになるので、保持器にかかるモーメント力が低減され、結果として保持器の隅Ｒ部に対する応力集中が緩和される。

尚、本発明において、「ラジアル転がり軸受け」としては、典型的に、ケージアンドローラタイプのラジアル転がり軸受け（以下、「ケージアンドローラ」という）を含むものとする。ケージアンドローラは、内輪、外輪といった軌道輪を有せず、保持器のみで複数のころを所定のピッチ円にて等間隔に、かつそれぞれのころを回転自在になるよう保持する構造のものである。ケージアンドローラは、各種の保持器形式があるが、本発明においては、その断面形状が、Ｍ字型形状のもの、門型形状のもの、またその加工法が精密プレス加工したもの、溶接加工したもの、さらにはポリアミド成形したもの等をも含むものとする。

また、本発明において、「ころの端面の回転中心部」とは、ころの端面における回転中心及びその近傍をいい、少なくともころの回転中心を含みかつころの端面の外径部（最大径を有する部分）は含まないものとする。

また、本発明において、「保持器と摺動可能なように、保持器に保持されている」とは、ころと保持器とが互いに滑りあうことが可能なように保持器に保持されている状態をいい、典型的には、保持器がスラスト方向の負荷を受けて移動した場合にころと接触するような、保持器ところとの間に若干の隙間がある保持状態を示す。

また、前記ころは、端面の前記回転中心部が回転軸方向外方に突出している形状であるように構成することもできる。

上記構成によれば、端面の回転中心部が回転軸方向外方に突出しているので、保持器がスラスト方向の負荷を受けて移動した場合、突出したころの端面の回転中心部と摺動することになる。また、突出したころの端面の回転中心部と保持器との接触点（または接触面）を支点として、保持部がスラスト負荷を受けることになる。

尚、本発明において、「端面の回転中心部が回転軸方向外方に突出している形状」とは、ころ端面の回転中心部が、端面の外径部に比べて、軸方向外側に伸びた形状をいい（すなわち、回転中心部のころの軸方向長さは、外径部におけるころの軸方向長さよりも大きい）、典型的には、端面が半球状の形状、円錐状の形状、山形の形状を含む。

また、前記保持器は、前記ころの端面の回転中心部に向かって突出する案内部を有するように構成してもよい。

上記構成によれば、保持器がスラスト方向の負荷を受けて移動した場合、案内部はころの端面の回転中心部に向かって突出しているから、保持器はころの回転中心部にてころと摺動することになる。また、ころの端面の回転中心部と案内部との接触点（または接触面）を荷重支持点として、保持部がスラスト負荷を受けることになる。

また、前記案内部にて、前記ころの回転軸方向の移動を規制するように構成してもよい。

上記構成によれば、案内部がころの回転軸方向の移動を規制するので、保持器がスラスト負荷を受けた場合、好適にころの端面の回転中心部と案内部とが摺動する。

さらには、上記目的を達成するために、本発明は、軸受け中心軸を中心として互いに対向配置された一対の円環部と、前記一対の円環部の内側面に等間隔で配置されて当該一対の円環部を連結する複数の支持部と、で構成された保持器と、前記一対の円環部の内側面と前記支持部との間に設けられた複数のポケットに、所定のピッチ円状に相互に間隔をおいて回転自在に収納されている複数のころと、を備え、前記ころは、当該ころの端面の回転中心部にて前記保持器と摺動可能なように、前記保持器に保持されているラジアル転がり軸受けを構成したものである。

上記構成により、保持器にスラスト負荷が作用し、保持器がころの軸方向に移動した場合であっても、ころの端面の回転中心部すなわちころの自転周速がもっとも小さい部位にて、保持器ところとが摺動するので、ころの回転トルクの増加、保持器自身の磨耗、或いはころの保持器への潜り込みを低減することができる。また、ころの端面の回転中心部と保持器との接触点（または接触面）を荷重支持点として、保持部がスラスト負荷を受けることになるので、保持器にかかるモーメント力が低減され、結果として保持器の隅Ｒ部に対する応力集中が緩和される。

本発明によれば、ころの端面の回転中心部と保持器とが摺動するように、保持器がころを保持することにより、保持器にスラスト負荷が作用しても、保持器に対する負荷を抑える構造のラジアル転がり軸受けを提供することができる。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて以下の順番で説明する。
１．本発明の第１の実施例に係るケージアンドローラの構成及び比較例：
２．本発明の第２の実施例に係るケージアンドローラの構成：
３．本発明のケージアンドローラの変形例：
なお、各図面において、同一の部品には同一の符号を付している。

１．本発明の第１の実施例に係るケージアンドローラの構成及び比較例：
以下、本発明の第１の実施例にかかるケージアンドローラの構成について、比較例を交えながら、図1乃至図５を用いて説明する。

図１は、実施例１にかかるケージアンドローラにおける保持器１０の斜視図である。保持器１０は、たとえば、厚みの均一な鋼板を精密プレス加工し、加工後表面硬化処理がされたもので、軸受け中心軸Ｘ１を中心として一対の円環を構成する円環部１２、１２と、これら円環部１２、１２を連結する、等間隔で配置された複数の支持部１４とで一体的に構成されている。そして、この等間隔に配置された支持部１４と円環部１２の内側面で構成されるポケット端面１２０とで囲まれた空間には、ポケット１６が複数形成され、ころが所定のピッチ円状にそれぞれ等間隔に収納されるようになっている。ころが収納された状態を、以下図２を用いて説明する。尚、図１におけるＸＹＺ座標系は、以下の図においても同様に用いる。

図２は、本発明の実施例１にかかるケージアンドローラを示す模式図である。図２は、図１の保持器１０のポケット１６にころを収納し、正面方向（図１のＹ方向）から保持器１０を見た場合のケージアンドローラ１の上半分を示している。図２においては、説明の便宜のため、一つのころ１８と、ころ１８を支持する支持部１４の周辺構造（円環部１２およびポケット端面１２０）のみを記し、他のころ及び支持部は省略している。

図２に示すように、ケージアンドローラ１は、Ｍ字形状の保持器１０と、ころ軸中心Ｘ２を回転中心として、回転自在に保持器１０に収納されたころ１８とで構成されている。

ころ１８は、細長い円筒状の本体１８０とその両端に形成された円錐状の端部１８２とで構成されている。また、端部１８２の円錐の頂点部は、ころの回転中心（軸Ｘ２）と一致している。そして、端部１８２の円錐の頂点部は、保持器１０の円環部１２の内側面と軸方向に隙間を隔てて配置され、保持器１０が軸方向に移動またはスラスト負荷を受けたときに接触するようになっている。これにより、ころ１８は、ころ１８の回転中心にて保持器１０と摺動可能になっている。

上記構成をとることにより、本実施例１にかかるケージアンドローラ１は、次のような効果がある。以下、従来のケージアンドローラと比較しつつ、図３乃至図５を用いて説明する。

まず前提になる比較例の構造について説明する。図３は、本実施例１との比較例にかかる従来のケージアンドローラを示す模式図である。図３においても、図２と同様に、説明の便宜のため、一つのころ９８と、ころ９８を支持する支持部９４の周辺構造（円環部９２およびポケット端面９２０）のみを記し、他のころ及び支持部は省略している。従来のケージアンドローラ９は、ころ９８が円筒形状をしており、その両端部は、外径上に小さなＲ部は有するものの、全体として平坦面となっている。この従来のケージアンドローラ９に対する本実施例１にかかるケージアンドローラ１の有利な効果を、以下２つの観点で比較して説明する。

（１）ころ端面と保持器との接触状況
はじめに、実施例１および比較例それぞれにおいて、保持器がスラスト負荷を受けた場合、ころ端面と保持器とがどのように接触するかについて、図４（ａ）、（ｂ）を用いて説明する。ここで、図４(a)は、実施例１にかかるケージアンドローラのころと保持器との接触状況を示し、図４（ｂ）比較例にかかるケージアンドローラのころと保持器との接触状況を示す。いずれも保持器が同じ大きさのスラスト負荷を受けた状態であるとする。

図４（ａ）において、Ｌ１は、ころ１８の回転（自転）方向、Ｎ１は、軸受けの回転方向、斜線で囲まれた領域Ａは、ころ１８と保持器１０の円環部１２との摺動面を示す。図２において説明したように、保持器１０がスラスト負荷を受けたときころの端部１８２の円錐の頂点部が、保持器１０の円環部１２の内側面と接触する形で保持器１０に保持されているから、保持器１０がスラスト負荷を受けた場合、この円錐の頂点部と円環部１２の内側面とが、摺動面Ａを構成することになる。

図４（ｂ）において、Ｌ９は、ころ９８の回転（自転）方向、Ｎ９は、軸受けの回転方向を示している。斜線で囲まれた領域Ｂは、ころ９８と保持器９０の円環部９２との摺動面を示す。この摺動面Ｂは、ころ９８の外径上のＲ部を除く平坦面と保持器９０のポケット端面９２０とが接触する面により形成されている。

両図からわかるように、実施例１と比較例とでは、上記摺動面Ａ、Ｂの面積および位置が大きく異なっている。面積については、実施例１における摺動面Ａの面積は、端部１８２の円錐の頂点部の面積に実質的に同じであり、ころの平坦面とポケット端面９２０との接触面とで形成される比較例における摺動面Ｂの面積に比べて、はるかに小さい。位置については、実施例１における摺動面Ａは、ころ１８の回転中心、すなわち、ころ１８の周速が最も遅い部分に位置している。これに対し、比較例１における摺動面Ｂは、ころ９８の外径近傍、すなわち、ころ９８の周速が最も早い部分に位置している。換言すれば、摺動面Ａにおけるころのすべり速度は、摺動面Ｂにおけるころのすべり速度に対して、はるかに小さいといえる。

これら摺動面の面積及び位置の違いにより、実施例１におけるケージアンドローラは、比較例のケージアンドローラに比べて、ころの回転トルクの増加、保持器自身の磨耗、或いはころの保持器への潜り込みを低減することができる。

（２）ころ負荷圏においてスラスト荷重が作用した場合の応力集中
次に、実施例１および比較例それぞれにおいて、ころの負荷圏において保持器にスラスト荷重が作用した場合の、保持器への応力集中の違いについて図５（ａ）、（ｂ）を用いて比較説明する。ここで、図５(a)は、実施例１にかかるケージアンドローラの負荷圏においてスラスト荷重が掛かった場合の力の作用を示す模式図であり、図５(ｂ)は、比較例にかかるケージアンドローラの負荷圏においてスラスト荷重が掛かった場合の力の作用を示す模式図である。より具体的には、図５（ａ）は、ころ１８が内接体Ｚ１及び外接体Ｚ２との間でラジアル荷重Ｑを受けている状態で、スラスト荷重Ｐを受けた場合の、保持器１０にかかるモーメントＭ１及び隅Ｒ部への応力Ｒ１を模式的に示している。また、図５（ｂ）は、ころ９８が内接体Ｚ１及び外接体Ｚ２との間でラジアル荷重Ｑを受けている状態で、スラスト荷重Ｐを受けた場合の、保持器９０にかかるモーメントＭ９及び隅Ｒ部への応力Ｒ９を模式的に示している。両図において、モーメントＭ１、Ｍ９の矢印の大きさは、モーメントの大きさを示し、応力Ｒ１、Ｒ９の円の大きさは、応力の大きさを表している。

スラスト荷重が掛かった場合、実施例１の場合は、荷重支持点が、ころ１８の端面の回転中心と円環部１２の内側面との接点となり、スラスト荷重Ｐの作用点との距離は小さい。これに対し、比較例の場合は、荷重支持点が、ころ９８の端面の外径近傍とポケット端面９２０との接点となり、スラスト荷重Ｐの作用点との距離は大きくなる。よって、実施例１の保持器１０にかかるモーメントＭ１は、比較例の保持器９０にかかるモーメントＭ９よりも小さくなる。これにより、実施例１の保持器１０の支持部１４の隅Ｒ部に掛かる応力Ｒ１は、比較例の保持器９０の支持部９４の隅Ｒ部に掛かる応力Ｒ９に比べて小さくなり、保持器の隅Ｒ部にかかる応力集中が緩和される。

２．本発明の第２の実施例に係るケージアンドローラの構成：
以下、本発明の第２の実施例にかかるケージアンドローラの構成について、図６および図７を用いて説明する。ここで、図６は、本発明の実施例２にかかるケージアンドローラを示す模式図、図７は、本実施例２にかかるケージアンドローラのころと保持器との接触状況を示す模式図である。図６においては、説明の便宜のため、一つのころ２８と、ころ２８を支持する支持部２４の周辺構造（円環部２２およびポケット端面２２０）のみを記し、他のころ及び支持部は省略している。

図６に示すように、ケージアンドローラ２は、Ｍ字形状の保持器２０と、ころ軸中心Ｘ２を回転中心として、回転自在に保持器２０に収納されたころ２８とで構成されている。ころ２８は従来のころの形状と同様に、両端面が平坦な円筒形状となっている。

本実施例２において特徴的な構成は、円環部２２の内側面に設けられた案内部２２２である。案内部２２２は、円環部２２から、ころ端面２８の回転中心およびその近傍に向かって先端が突出する形状となっている。この形状により、案内部２２２ところ２８とは、ころ２８の端面の回転中心部にて摺動するようになっている。従って、図７に示すように、保持器２０がスラスト負荷を受けた場合、案内部２２２の上面と円環部２２の内側面とが、摺動面Ｃを構成することになる。

摺動面Ｃは、面積は案内部２２２の上面の面積に抑えられ、また位置については、ころ２８の回転中心、すなわち、ころ２８の周速が最も遅い部分に位置している。そのため実施例２におけるケージアンドローラ２は、従来のケージアンドローラに比べて、ころの回転トルクの増加、保持器自身の磨耗、或いはころの保持器への潜り込みを低減することができる。さらには、ころの負荷圏内でスラスト荷重が掛かった場合であっても、荷重支持点が、ころ２８の端面の回転中心と案内部２２２との接点となり、スラスト荷重の作用点との距離が小さく抑えられ（すなわち、保持器２０に作用するモーメントが抑えられ）、支持部２４の隅Ｒ部における応力集中を緩和させることができる。

３．本発明のケージアンドローラの変形例：
以上、本発明の実施例を示したが、本発明はこの実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲内において様々な態様での実施が可能である。たとえば、以下のような変形例が可能である。

例えば、実施例１と実施例２を適宜組み合わせてもよい。すなわち、保持器を、実施例２で示した案内部を有するように構成し、この保持器にて、実施例１で示した端部が円錐形状のころを保持するようにしてもよい。

また、上記実施例においては、保持器はＭ字型形状のものを示したが、他の形状のものでもかまわない。例えば、図８に示すように、直線状の支持部３４と円環部３２とで門型の形状をなす保持器３０にて、両端が円錐状のころ３８を保持して、ケージアンドローラ３を構成するようにしてもかまわない。

また、保持器の材質も金属に限られるものでもない。例えば、図９に示すケージアンドローラ４の保持器４０は、樹脂により成形されている。円環部４２と案内部４２２とは樹脂により一体成形され、案内部４２２は、ころ４８の回転中心に向かって突出するようになっている。

これら変形例においても、実施例１および２で説明した本発明に特有の効果と同様の効果を得ることができることはいうまでもない。

本発明の実施例１にかかるケージアンドローラにおける保持器の斜視図。 本発明の実施例１にかかるケージアンドローラを示す模式図。 本発明の比較例にかかる従来のケージアンドローラを示す模式図。 （ａ）は、実施例１にかかるケージアンドローラのころと保持器との接触状況を示す模式図、（ｂ）は、比較例にかかるケージアンドローラのころと保持器との接触状況を示す模式図。 （ａ）は、実施例１にかかるケージアンドローラの負荷圏においてスラスト荷重が掛かった場合の力の作用を示す模式図、（ｂ）は、比較例にかかるケージアンドローラの負荷圏においてスラスト荷重が掛かった場合の力の作用を示す模式図。 本発明の実施例２にかかるケージアンドローラを示す模式図。 実施例２にかかるケージアンドローラのころと保持器との接触状況を示す模式図。 本発明の変形例にかかる門型保持器を有するケージアンドローラを示す模式図。 本発明の変形例にかかる樹脂型保持器を有するケージアンドローラを示す模式図。

符号の説明

１、２、３、４、９ ケージアンドローラ
１０、２０、３０、４０、９０ 保持器
１２、２２、３２、４２、９２ 円環部
１２０、２２０、９２０ ポケット端部
２２２、４２２ 案内部
１４、２４、３４、９４ 支持部
１６ ポケット
１８、２８、３８、４８、９８ ころ
１８０ ころ本体
１８２ ころ端部

Claims (5)

1. 内輪、外輪を用いず、保持器にて複数のころを所定のピッチ円上に相互に間隔をおいて各々回転自在に保持するラジアル転がり軸受けであって、
   前記ころは、当該ころの端面の回転中心部にて前記保持器と摺動可能なように、前記保持器に保持されていることを特徴とするラジアル転がり軸受け。
2. 前記ころは、端面の前記回転中心部が回転軸方向外方に突出している形状であることを特徴とする請求項１に記載のラジアル転がり軸受け。
3. 前記保持器は、前記ころの端面の回転中心部に向かって突出する案内部を有する請求項１または請求項２に記載のラジアル転がり軸受け。
4. 前記案内部にて、前記ころの回転軸方向の移動を規制することを特徴とする請求項３に記載のラジアル転がり軸受け。
5. 軸受け中心軸を中心として互いに対向配置された一対の円環部と、前記一対の円環部の内側面に等間隔で配置されて当該一対の円環部を連結する複数の支持部と、で構成された保持器と、
   前記一対の円環部の内側面と前記支持部との間に設けられた複数のポケットに、所定のピッチ円状に相互に間隔をおいて回転自在に収納される複数のころと、を備え、
   前記ころは、当該ころの端面の回転中心部にて前記保持器と摺動可能なように、前記保持器に保持されているラジアル転がり軸受け。

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