JP2013210001A - 転がり軸受用保持器の製造方法及び保持器並びに転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】厳しい使用条件にあっても破損しない保持器を提供し、もって過酷な使用に耐える玉軸受を提供する。
【解決手段】転動体として玉を用いる転がり軸受に用いる保持器であって、平坦部１０と半円状の玉保持部が円周方向に交互に形成された２つの環状部材４ａ，４ｂを対向させて組み合わせ、対向する玉保持部により形成されたポケット部に玉を保持する波形保持器において、対向する環状部材の互いに接する平坦部を超音波溶接により接合することを特徴とする波形保持器の製造方法。また、上記の方法により製造した波形保持器を有する転がり軸受。
【選択図】図２

Description

本発明は深溝玉軸受に用いる保持器に関する。

図１に示すように一般的な転がり軸受は、外周面に内輪軌道面２ａを有する内輪２と、内周面に外輪軌道面１ａを有する外輪１と、前記内輪軌道面と前記外輪軌道面との間に転動自在に設けられた複数の転動体と、前記複数の転動体を円周方向に略等間隔で保持する保持器を備える。上記の転動体が玉３である場合を特に玉軸受９と呼び、サイズや種類が豊富に揃っていることから、工業製品に広く利用されている。

玉軸受９に使用されている保持器には、合成樹脂の溶融成形にて製造される冠形保持器の他に、ＳＰＣＣ材などの低炭素鋼板をプレス成形加工することにより製造される波形保持器４が知られてる。

波形保持器４は、円周方向等間隔に玉保持部５を形成した２枚の環状部材４ａ、４ｂを、一方の玉保持部５と他方の玉保持部５とがポケット６を形成するように対向させ、平坦部７をリベット８で締結して製作する。前記ポケット６に玉３を配置したこの保持器４は、内輪２と外輪１との間の環状空間に配置される。環状部材４ａ、４ｂは一般的には金属板をプレス加工して製造されている。

通常、環状部材４ａ、４ｂはプレス加工や平坦部７への穴開け加工を行った後、リベット８を挿した状態まで部品メーカーにて製作し、軸受メーカーの組み立て工程に持ち込まれるが、運搬中に振動や衝撃が環状部品４ａ、４ｂに加わると、リベット８が脱落したり、曲がることがある。このような不良品は軸受けの組み立て工程を停止させ、いわゆるチョコ停の原因となる。

また近年、転がり軸受は高速回転化するなど使用条件が厳しくなってきている。高速回転時に発生する玉３や保持器４の過大な遠心力や、急激な加減速に起因する玉３の進み遅れによって、保持器４にはポケット部６を押し広げようとする力が加わり、リベット８には引っ張り荷重が繰り返し負荷される。このためリベット８が破損し、破片が玉３や軌道面１ａ、２ａを傷付けることがある。

この問題に対しては、例えば特許文献１では平坦部７をレーザ溶接によって接合する発明が提案されている。また特許文献２に記載された発明では平坦部７に設けた係止爪によって２個の環状部品４ａ、４ｂを係合した上で係止爪を溶接している。

特開昭６０−１４９２９４号公報 特開２００８−３２１９５号公報

しかしながら、特許文献１の発明で用いられるレーザ溶接は平坦部７を１箇所ずつ溶接するので生産速度が遅くなるという問題がある。生産速度を上げるためにはレーザ発振装置を複数台設置する必要があるが、これらの装置は非常に高価であるため著しいコスト増を招く。また特許文献２の発明では係止爪の曲げ工程と溶接工程が必要なため、現状の保持器製造工程よりも工程数が増えるという問題がある。

本発明の目的は上記の問題を解決することにあり、厳しい使用条件にあっても破損しない保持器を提供し、もって過酷な使用に耐え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。

転動体として玉を用いる転がり軸受に用いる保持器であって、平坦部７と半円状の玉保持部５が円周方向に交互に形成された２つの環状部材４ａ、４ｂを対向させて組み合わせ、対向する玉保持部５により形成されたポケット部６に玉３を保持する波形保持器４において、対向する環状部材４ａ、４ｂの互いに接する平坦部７を超音波溶接により接合することを特徴とする波形保持器４の製造方法により、従来よりも強度の高い保持器を提供する。また、上記の方法により製造した波形保持器４を有する転がり軸受を提供する。

従来のリベット接合方式と比較して、平坦部７にリベット穴が無いことや、リベット８の断面積よりも溶接箇所の断面積を大きくできるので波形保持器４の強度が向上する。また、リベット８を使わないのでリベット穴加工やリベット８を穴に挿す工程が不要となり、製造コストが低下する上、使用中にリベット８が折損して異物となって軸受を傷つけるという問題も解消される。

特許文献１に記載されているレーザ溶接による保持器製造方法と比較すると、レーザ溶接では1箇所ずつ溶接しなければならないが、超音波溶接であれば多数の箇所を同時に溶接できるので生産速度が高く、また溶接時にスパッタ等が発生しないので軸受内部の清浄度を高く保つことができる。

一般的な波形プレス保持器を有する深溝玉軸受の断面図である。 第1の実施形態に係る保持器を超音波溶接する機構を示す図面である。 第1の実施形態に係る保持器を示す図面である。 第1の実施形態に係るアンビルを示す図面である。 第1の実施形態に係るホーンを示す図面である。 第1の実施形態に係る保持器をアンビルとホーンで位置決めしている状態を示す断面図である。 第２の実施形態に係る保持器を示す図面である。 第２の実施形態に係るアンビルを示す図面である。 第２の実施形態に係る保持器をアンビルで位置決めしている状態を示す図面である。 第３の実施形態に係る保持器を示す図面である。 第３の実施形態に係る保持器をアンビルで位置決めしている状態を示す図面である。 第４の実施形態に係る保持器を示す図面である。 第４の実施形態に係るアンビルを示す図面である。 第４の実施形態に係るホーンを示す図面である。 第４の実施形態に係る保持器をアンビルとホーンで位置決めしている状態を示す図面である。

以下、本発明について、図面を参照しつつ詳細に説明する。

（第１の実施形態）
本発明における第１の実施形態を図２に示す。第１の実施形態に係る玉軸受の波形保持器４は２つの環状部材４ａ、４ｂからなる。環状部材４ａ、４ｂは、ＳＰＣＣ等の金属材料をプレス加工して製造され、半円状の玉保持部５が円周方向に等間隔に形成され、各玉保持部５の間には平坦部７が形成されている。通常、保持器を組み込む工程は玉の等間隔配置を崩さないよう、内外輪を水平にした状態で行う。軸受に組み込む際は、２つの環状部材の各玉保持部５がポケット部６を形成するように対向させて組み合わされ、互いに接する平坦部７を超音波溶接により接合する。尚、図２においては本来は外部からは見えない合わせ面１０の近傍を表示するため、外輪１、内輪２及び玉３を図示していない。

玉軸受の組み立て工程における波形保持器４の組み込みは、玉３を内外輪１、２に組み込み、玉３を等間隔に配置させた後に行うのが一般的である。所定数の玉３を内外輪１、２の間の空間に組み込む工程、及び組み込まれた玉３を等間隔に配置させる工程を経た軸受に、玉保持部５と軸受内の玉３との位置関係を合致させた状態で上下から環状部材４ａ、４ｂを接近させ、互いの平坦部７を密着させる。

環状部材４ａ、４ｂが平坦部７において接した状態で、下からは受け金具（以下、「アンビル１１」と呼ぶ）、上からは振動側金具（以下、「ホーン１２」と呼ぶ）を押し付けて平坦部７を加圧し、図示しない超音波発信器がホーン１２を１万５千Ｈｚ〜３万Ｈｚの周波数で振動させる。この時、平坦部７の合わせ面１０には面に垂直な方向に圧力が負荷されつつ、面に平行な振動が加わる。そのため合わせ面１０では弾性変形及び塑性変形が生じて酸化膜等の不純物が飛散し、清浄な金属面が現れる。さらに温度が上昇し、合わせ面１０の金属原子が拡散することにより両者が一体化する。

２個の環状部材４ａ、４ｂの接合においては、両者の玉保持部５の位置を正確に合わせる必要がある。仮に位置がズレた状態で接合した場合、玉保持部５と玉３の間に過剰な摩擦力が発生して軸受トルクが増加する。そこで、環状部材同士の位置を正確に合わせるために環状部材４ａ、４ｂには平坦部７の上面（アンビル１１またはホーン１２と接する面）に位置決めのための窪み１３を設け（図３参照）、アンビル１１の上面及びホーン１２の下面には平坦部７の窪み１３に対応した形状及び位置の突起１４、１５を設ける（図４、図５参照）。

アンビル１１とホーン１２の位置及びそれらと等間隔に配置された玉３の位置は予め正確に合わせておく。アンビル１１の突起１４が下側の環状部材４ｂの窪み１３に収まることで環状部材４ｂは位置決めされ、この状態で軸受の内外輪間の空間に下方から挿入する。また、上方から上側の環状部材４ａを、下側の環状部材４ｂと概ね位置を合わせた状態で内外輪間の空間に挿入する。環状部材４ａは内外輪の間の空間に落下する過程において玉保持部５が玉３によって位置を規制され、２個の環状部材４ａ、４ｂはほぼ正確に位置決めされる。

ホーン１２が下降して上側の環状部材４ａの平坦部７に接する際に、ホーン１２下面の突起１５が環状部材４ａの窪み１３に収まることで２個の環状部材４ａ、４ｂを最終的に位置決めする（図６参照）。ホーン１２はさらに下降して平坦部７を加圧し、図示しない超音波発信器により合わせ面１０を高い周波数で振動させ、合わせ面１０を超音波溶接して上下の環状部材４ａ、４ｂを接合する。

（第２の実施形態）
本発明における第２の実施形態を図７に示す。環状部材４ａ、４ｂの平坦部７の外径側に位置決めのための切り欠き１６を設ける。アンビル１２の上面の外径側に柱状の突起１７を設け（図８参照）、環状部材４ａ、４ｂの切り欠き１６に該突起１７を収めることで環状部材４ａ、４ｂの位置を合わせる（図９参照）。

アンビル１１の突起１７が下側の環状部材４ｂの切り欠き１７に収まることで環状部材４ｂが位置決めされ、この状態で軸受の内外輪間の空間に下方から挿入する。その後、上方から上側の環状部材４ａを、環状部材４ｂと概ね位置合わせした状態で内外輪間の空間に挿入する。上側の環状部材４ａに設けた切り欠き１７にアンビル１１の突起１７が収まり、環状部材４ａ、４ｂの互いの位置が合った状態になる。この状態で超音波溶接を行い、環状部材４ａ、４ｂを接合する。

（第３の実施形態）
本発明における第３の実施形態を図１０にしめす。環状部材４ａ、４ｂの平坦部７の内径側に位置決めのための切り欠き１８を設ける。アンビル１１の上面の内径側に柱状の突起１９を設け、環状部材４ａ、４ｂの切り欠き１８に該突起１９を収めることで２個の環状部材の位置を合わせる（図１１参照）。環状部材４ａ、４ｂの位置合わせや接合の過程は第２の実施形態を同様である。

（第４の実施形態）
本発明における第４の実施形態を図１２に示す。環状部材４ａ、４ｂの平坦部７に位置決めのための貫通穴２０を設ける。アンビル１１の上面及びホーン１２の下面には貫通穴２０に対応する形状の突起２１、２２を対応する位置に設け（図１３、図１４参照）、それぞれの突起が環状部材４ａ、４ｂの貫通穴に収まることで２個の環状部材４ａ、４ｂの位置を合わせる（図１５参照）。環状部材４ａ、４ｂの位置合わせや接合の過程は第２の実施形態を同様である。

上記の全ての実施形態において、超音波溶接時のホーン１２の振動方向は保持器の円周方向とするのが好ましい。円周方向に振動させた場合、２個の環状部材４ａ、４ｂの相対位置に振幅相当のズレが生じる可能性があるが、ホーン１２の先端の振幅は２０μｍ程度であり、保持器の性能に影響を与えるものではない。

レーザ溶接とは異なり、超音波溶接では全てのホーン１２を一体構造物とし、１台の超音波発信器で振動させることができるため、装置コストの低減と生産速度の向上が可能となる。また、波形保持器４の大きさや材質によっては、超音波発信器をホーン１２それぞれに設けても良い。

本発明によれば、環状部材の合わせ面を超音波溶接すること保持器を形成するため、リベットや保持器の一部を折り曲げるなどの加締め工程を省略でき、軸受の組立工程を簡略化することができる。また、リベット穴加工やリベット加締め、爪加締めなどの加工により、部品強度の低下を招くクラックが発生しにくいという利点もある。さらに、溶接することで、保持器接合部の強度が向上し、合わせ面に隙間を発生させないため保持器ポケットの形状の崩れが少なく、ポケットと玉の隙間を適正に保つことができる。

上記各実施形態の保持器は、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 外輪
１ａ 外輪軌道面
２ 内輪
２ａ 内輪軌道面
３ 転動体（玉）
４ 保持器
４ａ、４ｂ 環状部材
５ 玉保持部
６ ポケット部
７ 平坦部
８ リベット
９ 深溝玉軸受
１０ 合わせ面
１１ 受け金具（アンビル）
１２ 振動側金具（ホーン）
１３ 窪み
１４、１５、１７、１９、２１、２２ 突起
１６、１８ 切り欠き
２０ 貫通穴

Claims (6)

1. 転動体として玉を用いる転がり軸受に用いる保持器であって、平坦部と半円状の玉保持部が円周方向に交互に形成された２つの環状部材を対向させて組み合わせ、対向する玉保持部により形成されたポケット部に玉を保持する波形保持器において、対向する環状部材の互いに接する平坦部を超音波溶接により接合することを特徴とする、波形保持器の製造方法。
2. 転動体として玉を用いる転がり軸受に用いる保持器であって、平坦部と半円状の玉保持部が円周方向に交互に形成された２つの環状部材を対向させて組み合わせ、対向する玉保持部により形成されたポケット部に玉を保持する波形保持器において、平坦部の中央近傍であって環状部材同士の合わせ面となる面の反対側の表面に、位置決めのための窪みを設けたことを特徴とする、請求項１に記載した方法により製造された波形保持器。
3. 転動体として玉を用いる転がり軸受に用いる保持器であって、平坦部と半円状の玉保持部が円周方向に交互に形成された２つの環状部材を対向させて組み合わせ、対向する玉保持部により形成されたポケット部に玉を保持する波形保持器において、平坦部の外周面に位置決めのための切り欠きを設けたことを特徴とする、請求項１に記載した方法により製造された波形保持器。
4. 転動体として玉を用いる転がり軸受に用いる保持器であって、平坦部と半円状の玉保持部が円周方向に交互に形成された２つの環状部材を対向させて組み合わせ、対向する玉保持部により形成されたポケット部に玉を保持する波形保持器において、平坦部の内周面に位置決めのための切り欠きを設けたことを特徴とする、請求項１に記載した方法により製造された波形保持器。
5. 転動体として玉を用いる転がり軸受に用いる保持器であって、平坦部と半円状の玉保持部が円周方向に交互に形成された２つの環状部材を対向させて組み合わせ、対向する玉保持部により形成されたポケット部に玉を保持する波形保持器において、平坦部の中央近傍に位置決めのための貫通穴を設けたことを特徴とする、請求項１に記載した方法により製造された波形保持器。
6. 請求項２から請求項５までに記載した波形保持器のいずれか１つを有する転がり軸受。

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