JP2012172802A - 玉軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】波形保持器の外形寸法を変更することなく、過大な遠心力によっても波形保持器の破断等の変形を防止できる玉軸受を提供する。
【解決手段】平坦部２と半円状の玉保持部１とを等間隔に交互に有する一対の環状保持板１１を組み合わせた波形保持を備える玉軸受である。そして、平坦部２に設けられたリベット穴３が、環状保持板１１の円周方向にリベット２０の径よりも大きい長穴形状に構成される。
【選択図】図２

Description

本発明は玉軸受に関し、特に、鉄道車両の主電動機、産業機械、工作機械等に使用される玉軸受に関する。

従来の玉軸受においては、例えば、特許文献１，２に示されているような波形保持器が使用されている。
特許文献１において、図９に示されるように、この波形保持器１１０は、半円状に外側へ膨出する玉保持部１１２と平坦部１１６とが円周方向に等間隔に交互に形成されたリング状の環状保持板１１４を向き合わせるように組み立てたものである。すなわち、波形保持器１１０は、２つの環状保持板１１４が、向き合うようにして各平坦部１１６においてリベット１１８で結合されて、各玉保持部１１２がポケット部１１２ａを形成するように構成されている。

この波形保持器１１０においては、軸受が回転したときに遠心力が発生し、波形保持器１１０は径方向に膨張変形する。このため、波形保持器１１０に周方向の引張応力Ｓが発生し、これによって、例えば、図１０に示すように、リベット１１８の周囲には応力分布が生じる。
そして、図１０に示すように、リベット穴１３０によって波形保持器１１０の断面積が小さくなった部位（図中においてリベット穴の上下の部分）を中心に大きな応力（応力の大きさは、領域Ｇ１＞領域Ｇ２＞領域Ｇ３＞領域Ｇ４＞領域Ｇ５＞領域Ｇ６＞領域Ｇ７）が集中している。
このようなことから、過大な遠心力が発生した場合、引張応力Ｓが最大となるリベット穴１３０の周辺部から破断することがある。

そこで、特許文献１においては、玉保持部１１２の内径側の縁部には、軸受軸方向に張り出すフランジ部１２０が形成されている。フランジ部１２０は、玉保持部１１２の周囲に張り出しているとともに、平坦部１１６からも周囲に張り出している。この構成によって、波形保持器１１０は、内径側縁部の強度が向上されている。

また、特許文献２においては、波形保持器の破損を防ぐために、波形保持器の平坦部（リベット穴が形成された部分）の板幅がポケット部よりも大きく形成された構造により強度アップが図られている。

特開２００８−２９８２５６号公報 特開２００１−３０４２６８号公報

このように従来においては、特許文献１に開示されているような波形保持器にフランジ部が形成された構造や、特許文献２に開示されているような平坦部の板幅が大きくされた構造のごとく、波形保持器の外形寸法や形状を変更する対策が施されている。
しかしながら、軸受によっては外形寸法に制約が厳しい構造のものがあり、前掲のごとき従来の対応策が適用できない場合があった。

本発明の目的は、上記従来の課題を解決することにあり、波形保持器の外形寸法を変更することなく、過大な遠心力によっても波形保持器の破断等の変形を防止できる玉軸受を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。

（１） 内周面に外輪軌道面を有する外輪と、外周面に内輪軌道面を有する内輪と、外輪軌道面と内輪軌道面との間に転動自在に配置される複数の玉と、平坦部と半円状の玉保持部とを等間隔に交互に有する一対の環状保持板を組み合わせた波形保持器と、を備える玉軸受において、
前記平坦部に設けられたリベット穴が、前記環状保持板の円周方向に前記リベットの径よりも大きい長穴形状に構成されたことを特徴とする玉軸受。

（２） 前記リベット穴は、前記リベットに接触してリベット係合位置を決定するべく対向する２つの側壁面を有するリベット保持部および前記リベットに接触しないリベット非保持部が前記円周方向に沿って互い違いに延びて略Ｎ字形状に構成されたことを特徴とする上記（１）に記載の玉軸受。

（３） 前記リベット穴は、前記リベットに接触してリベット係合位置を決定するべく対向する２つの側壁面を有するリベット保持部および前記リベットに接触しない一対のリベット非保持部が前記円周方向に沿って同じ方向に延びて略Ｕ字形状に構成されたことを特徴とする上記（１）に記載の玉軸受。

（４） 前記リベット穴は、前記リベット非保持部が一対の前記環状保持板において、前記両環状保持板が組み合わされた状態で重ならないように構成されたことを特徴とする請求項に（２）または（３）に記載の玉軸受。

前記（１）記載の玉軸受では、平坦部に設けられたリベット穴が、環状保持板の円周方向にリベットの径よりも大きい長穴形状に構成されたことにより、環状保持板に加わる引張荷重によって長穴残部に曲げが生じる。この曲げ変形は、長穴とリベットの接触点を曲げの支点とするため、接触点付近には、圧縮の応力が生じる。これを利用して該長穴に沿った領域に応力を分散させることができる。
この結果、最大応力が低減するので、遠心力により環状保持板の周方向の引張力が発生しても、波形保持器が破断等を起こすことがない。
さらにまた、従来よりもリベット穴を大きくするだけであるので、外観形状は全く変えることなく、形状に制約のある軸受にも容易に適用することができる。また、リベット穴の長穴形状によって実質的な強度アップができると同時にリベット穴が大きくなった分だけ軽量化も図ることができ、回転抵抗を小さくすることができる。

前記（２）記載の玉軸受では、リベット穴は、リベットに接触してリベット係合するリベット保持部が対向する円弧状の２つの側壁面を有するので、リベットを確実にリベット穴内に保持することができ、さらに、リベットに接触しないリベット非保持部が円周方向に互い違い延びて穴形状がリベットに対して対称形の略Ｎ字形状に延びるように設けられていることで、リベット穴の周辺の引張応力の分布が穴中心に対して対称形となり、応力集中を回避することができるので、保持器の破断等の変形を確実に防止することができる。

前記（３）記載の玉軸受では、略Ｕ字形状のリベット穴によって、前記（２）記載の玉軸受と同様に、リベット保持部によるリベットの確実な保持と同時にリベット非保持部による応力分散が図れ、しかも、略Ｕ字形状でリベット非保持部が円周方向に同じ方向に延びているので、平坦部の幅方向において引張応力の分布を同じ形状にでき、応力集中を回避することができる。
従来の保持器と同じ製造方法で製造できるので、従来用いていた製造金型リベット穴の形状を変えるだけで、容易に製造することができる。

前記（４）記載の玉軸受では、リベット穴は、リベット非保持部が一対の環状保持板において、両環状保持板が組み合わされた状態で重ならないように形成されていることで、その応力分布は、重ね合わされた両環状保持板間においても、バランスよくすることができ、応力集中を回避することができる。

本発明に係る玉軸受は、遠心力によって、波形保持器に対してその円周方向の引張力が発生したときに、リベットを保持する長穴形状に沿って応力を分散させることができて最大応力を低減することができる。しかも、リベット穴の形状を変えるだけで波形保持器の外観形状を変えることなく、軸受の安定した性能を長期間にわたって保証できる極めて汎用性の高い玉軸受を提供することができる。

また、本発明に係る玉軸受は、リベット穴周辺の応力分散が効果的に図れるので、保持器強度を高めるだけでなく、リベット穴が従来よりも大きく形成されるので、その分だけ保持器重量は減少されて、回転抵抗を小さくすることができる。したがって、玉軸受の高速回転時の引張応力に対する強度を高めることができる。
本発明に係る玉軸受は、特に高速回転仕様に極めて適し、寸法制約のない汎用性の高いものである。

本発明の玉軸受の第１実施形態を示す断面図である。 本発明の玉軸受の第１実施形態における波形保持器の拡大斜視図である。 本発明の第１実施形態における平坦部のリベットおよびリベット穴を示す平面図である。 本発明の第１実施形態の玉軸受における波形保持器の部分斜視図である。 本発明の第１実施形態における平坦部のリベット穴周辺の応力分布を説明するための模式図である。 本発明におけるリベット穴の長穴形状による応力分布を説明するための模式図である。 本発明の玉軸受の第２実施形態における波形保持器の拡大斜視図である。 本発明の第２実施形態における平坦部のリベットおよびリベット穴を示す平面図である。 特許文献１に記載された従来の玉軸受の波形保持器の斜視図である。 従来の玉軸受におけるリベット穴周辺の応力分布を説明するための模式図である。

以下、本発明に係る玉軸受の第１実施形態について図１〜図６を参照して詳細に説明する。

（第１実施形態）
本実施形態の玉軸受４０は、内周面に外輪軌道面４１ａを有する外輪４１と、外周面に内輪軌道面４２ａを有する内輪４２と、外輪軌道面４１ａと内輪軌道面４２ａとの間に転動自在に配置される複数の玉４３と、該玉４３を円周方向に所定の間隔で保持する波形保持器１０と、を備える。

本実施形態の玉軸受における波形保持器１０は、図４に示すように、半円状の玉保持部１を玉軸受円周方向に等間隔に有した一対の環状保持板１１が対面して固定された構造である。すなわち、波形保持器１０は、球状に構成された玉保持部１と平坦部２とが交互に設けられた構成であり、この平坦部２に設けられたリベット２０により固定されている。そして、この玉保持部１が玉軸受のポケット部を形成してそれぞれ玉４３を保持するように構成されている。

本実施形態においては、図２および図３に示すように、平坦部２に設けられたリベット穴３は、環状保持板１１の円周方向（図中において左右方向）にリベット２０の径よりも大きい長穴形状に構成されている。

そして、このリベット穴３は、図３に示すように、リベット２０に接触する領域と接触しない領域とに分かれている。すなわち、リベット２０と係合するように対向した２つの円弧状の側壁面４，４を備えるリベット保持部３ａと、リベット２０に対して玉軸受円周方向に図中上下で互い違いに円周方向に延びたリベット非保持部３ｂ，３ｂとを有して形成されている。リベット保持部３ａと連続するリベット非保持部３ｂ、３ｂの開口部は、リベット２０の径よりも小さいことが好ましい。このように形成されたことで、リベット穴３は、平面視で略Ｎ字形状の構造となっている。
また、本実施形態においては、リベット穴３は、リベット非保持部３ｂが一対の環状保持板１１において、両環状保持板１１が組み合わされた状態で重ならないように構成されている。

本実施形態において、高速回転による遠心力によって平坦部２に生じる応力について応力分布図の図５および図６を参照して説明する。
まず、リベット穴が単純な長穴の場合について説明する。
図６に示すように、リベット穴３が単純な長穴に構成されたと仮定した場合、遠心力による引張荷重Ｆによって長穴残部３０ｂ（径方向においてリベット穴３が形成されている部分以外の平坦部の部分を云う）において平坦部幅方向（図中上下方向）に曲げｆ，ｆが生じ、この曲げｆ，ｆによってその周辺の一部に圧縮応力が生じる。これによって応力分布が従来に比べて円周方向（図中左右方向）に広がるように分散される。これにより、最大応力部位の分散ならびに最大応力の大きさ低減を図ることができる。

ところで、リベット穴３が図６に示すようなストレートの単純な長穴形状であると、リベット２０を長穴内に保持することが比較的難しい。一方、図５に示す本実施形態のごとく、略Ｎ字形状とすることにより、リベット２０の保持が極めて容易になる。

本実施形態における応力分布は、図５に示すように、応力が比較的大きい領域Ｇ１，領域Ｇ２，領域Ｇ３，領域Ｇ４（応力の大きさは、領域Ｇ１＞領域Ｇ２＞領域Ｇ３＞領域Ｇ４＞領域Ｇ５＞領域Ｇ６＞領域Ｇ７となっている）はリベット非保持部３ｂ，３ｂに沿って広がっている。
そして、リベット非保持部３ｂ，３ｂの開口縁部（平坦部２の端縁２ｅに近い側）に沿って最大応力領域Ｇ１が細長い領域として広がり、その最大応力領域Ｇ１の外側に徐々に応力が小さくなるように領域Ｇ２，領域Ｇ３，領域Ｇ４，領域Ｇ５，領域Ｇ６，領域Ｇ７が広がっている。このように、本実施形態においては、図１０に示す従来の応力分布と比べて、広い領域に応力が分散されていることが判る。

この結果、最大応力が低減する。したがって、遠心力により環状保持板周方向の引張力が発生したときに、波形保持器が破断等を起こすことがない。さらにまた、従来よりもリベット穴を大きくするだけであるので、外観形状は全く変えることなく強度アップができ、形状に制約のある軸受にも容易に適用することができる。

また、本実施形態の環状保持板１１は、従来のリベット穴に比べてリベット非保持部３ｂ，３ｂの空間分だけ軽量化されていることから、玉軸受の回転時の回転抵抗を小さくすることができる。したがって、高速回転時の引張応力に対する強度を高めることができ、特に高速回転仕様に極めて適した汎用性の高い玉軸受を提供することができる。

また、本実施形態においては、リベット穴３は、リベット非保持部３ｂが一対の環状保持板１１において、両環状保持板１１が組み合わされた状態で重ならないように構成されている。
すなわち、図３に示すように、実線にて示したリベット非保持部３ｂ（図中上側の環状保持板に形成されたリベット穴）と一点鎖線にて示したリベット非保持部３ｂ（図中下側の環状保持板に形成されたリベット穴）とがずれた位置になるように反対向きに構成されている。
このような構成にすることによって、その応力分布は、重ね合わされた両環状保持板１１，１１間においても、分散が可能となりバランスよくすることができ、応力集中を回避することができる。

なお、本実施形態における環状保持板１１は、ＳＰＣＣ等の金属材料をプレス加工して製造される。
そして、プレス加工時に環状保持板１１のリベット穴３の形状を略Ｎ字形状にするだけでよく、従来と何ら変わることなくプレス加工することができる。したがって、本実施形態の波形保持器１０の製造は容易である。

（第２実施形態）
次に、図７及び図８を参照して、本発明に係る玉軸受の第２実施形態について説明する。
なお、第１実施形態と同一又は同等部分については、図面に同一符号を付して示しその説明を省略する。

本実施形態においては、図７および図８に示すように、平坦部２に設けられたリベット穴３は、環状保持板１１の円周方向（図中において右方向）にリベット２０の径よりも大きい一対のリベット非保持３ｂが設けられている。

そして、本実施形態においては、このリベット穴３は、図７に示すように、リベット２０を保持すべく対向する２つの側壁面４ａ，４ｂからなるリベット保持部３ａとリベット非保持部３ｂとに分かれている。また、本実施形態では、側壁面４ａは略半円状の側壁で比較的大きく構成されているが、側壁面４ｂはリベット非保持部３ｂの間に設けられた比較的小さい側壁にて構成されている。このように形成されたことで、リベット穴３は、平面視で略Ｕ字形状の構造となっている。また、リベット保持部３ａと連続するリベット非保持部３ｂ、３ｂの開口部は、リベット２０の径よりも小さいことが好ましい。

本実施形態においては、高速回転による遠心力によって平坦部２に生じる応力について応力分布については省略するが、前記第１実施形態の図４に示す応力分布の場合と同様に、リベット非保持部３ｂ，３ｂの開口縁部に沿って端縁２ｅ側に最大応力領域が広がり、本実施形態においても、図１０に示す従来の応力分布と比べて、広い領域に応力が分散される。

また、本実施形態において、リベット穴３は、一対の環状保持板１１が組み合わされた状態で重ならないように構成されている。
すなわち、図８に示すように、実線で示したリベット非保持部３ｂ，３ｂ（図中上側の環状保持板に形成されたリベット穴）と一点鎖線にて示したリベット穴３ｂ（図中下側の環状保持板に形成されたリベット穴）とが反対向きになるように構成されている。

また、本実施形態においては、リベット保持部３ａを構成する両側壁面４ａ，４ｂ間では、その大きさが異なっている。しかし、環状保持板１１，１１間でＵ字形状の向きを反対向きにするようにすることによって、両環状保持板１１，１１間のリベット２０との係合バランスがよくなり、また、応力分布についても、重ね合わされた両環状保持板１１，１１間におけるバランスも良く、応力集中をより良く回避することができる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態により何ら制限されるものではなく、種々変更することができる。
例えば、上記両実施形態の玉軸受においては、リベット穴が逆向きになるように環状保持板を組み合わせた構成としたが、同じ向きになるように設定されてもよく、さらには、長穴形状が特定の角度を有してずれる構成であってもよい。また、長穴形状についても上記実施形態に制限されるものではない。
また、上記各実施形態の波形保持器は、金属材料をプレス加工して製造されるが、合成樹脂を射出成形して保持器を製造してもよい。

１ 玉保持部
２ 平坦部
３ リベット穴
３ａ リベット保持部
３ｂ リベット非保持部
４，４ａ，４ｂ 側壁面
１０ 波形保持器
１１ 環状保持板
２０ リベット
４０ 玉軸受

Claims (4)

1. 内周面に外輪軌道面を有する外輪と、外周面に内輪軌道面を有する内輪と、外輪軌道面と内輪軌道面との間に転動自在に配置される複数の玉と、平坦部と半円状の玉保持部とを等間隔に交互に有する一対の環状保持板を組み合わせた波形保持器と、を備える玉軸受において、
   前記平坦部に設けられたリベット穴が、前記環状保持板の円周方向に前記リベットの径よりも大きい長穴形状に構成されたことを特徴とする玉軸受。
2. 前記リベット穴は、前記リベットに接触してリベット係合位置を決定するべく対向する２つの側壁面を有するリベット保持部および前記リベットに接触しないリベット非保持部が前記円周方向に沿って互い違いに延びて略Ｎ字形状に構成されたことを特徴とする請求項１に記載の玉軸受。
3. 前記リベット穴は、前記リベットに接触してリベット係合位置を決定するべく対向する２つの側壁面を有するリベット保持部および前記リベットに接触しない一対のリベット非保持部が前記円周方向に沿って同じ方向に延びて略Ｕ字形状に構成されたことを特徴とする請求項１に記載の玉軸受。
4. 前記リベット穴は、前記リベット非保持部が一対の前記環状保持板において、前記両環状保持板が組み合わされた状態で重ならないように構成されたことを特徴とする請求項に２または３に記載の玉軸受。

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