JP2014055612A - 樹脂保持器およびころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】ころの潜り込みを抑制できて、ころを安定に案内できる樹脂保持器およびころ軸受を提供すること。
【解決手段】保持器４の径方向の断面において、各柱部２２のポケット２５に面する各円錐ころ案内面４０が、直線の第１部分５０と、その径方向の内方側の端部に滑らかにつながる一方、上記断面における円錐ころの半径の１.０１倍以上１.０３倍以下の曲率半径を有すると共に、周方向のポケット２５側とは反対側に凸である曲線の第２部分５１と、その径方向の内方側の端部に滑らかにつながる直線の第３部分５２とを有するようにする。上記断面において、ポケット２５を介して周方向に対向する二つの第１部分５０の延長線が、３５°以上５５°以下の頂角をなすようにする。上記断面において、ポケット２５を介して周方向に対向する二つの第３部分５２の距離を、その断面における円錐ころの直径よりも大きくする。
【選択図】図３

Description

本発明は、樹脂保持器およびころ軸受に関する。

従来、ころ軸受としては、特開２０１０−０９１００７号公報（特許文献１）に記載されている円錐ころ軸受がある。この円錐ころ軸受は、金属製の保持器を備え、その金属製の保持器は、小径環状部と、その小径環状部よりも大径の大径環状部と、複数の柱部とを有する。上記複数の柱部は、小径環状部の周方向に互いに間隔をおいて位置し、上記各柱部は、小径環状部と、大径環状部との間を連結している。

上記周方向に隣接する柱部の間には、円錐ころが配置されるポケットが存在している。上記複数の柱部のポケットに面するころ案内面のうちの幾つかは、径方向の内方に行くにしたがって末広がりなる斜面部を有している。上記従来の円錐ころ軸受は、保持器の上記斜面部で円錐ころを安定に案内するようになっている。

しかしながら、上記従来の円錐ころ軸受では、保持器が金属製であるから、保持器の質量が大きいことに起因して自重による衝撃荷重が大きくなって、保持器の破損が生じることがある。

特開２０１０−０９１００７号公報

本発明者は、上記金属製の保持器の自重による破損の問題を解消すべく、樹脂製の保持器を採用した場合、以下の問題が生じることを見出した。

すなわち、金属製の保持器のように、樹脂製の保持器の柱部に、径方向の内方に行くにしたがって末広がりなる斜面部を形成し、この斜面部のみでころを案内しようとすると、樹脂製の保持器の弾性のために、ころの進行方向が鉛直方向の下方に一致する方向の周辺で、ころの保持器への潜り込みが生じて、ころを安定に保持できないことを見出した。

そこで、本発明の課題は、ころの潜り込みを抑制できて、ころを安定に案内できる樹脂保持器を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の樹脂保持器は、
第１環状部と、
上記第１環状部に上記第１環状部の軸方向に対向する第２環状部と、
上記第１環状部の周方向に互いに間隔をおいて位置していると共に、上記第１環状部と上記第２環状部との間を連結している複数の柱部と
を備え、
周方向に隣接する上記柱部の間にころが配置されるポケットを有し、
上記ポケットにころを収容した状態における上記複数の柱部のみを通過する径方向の断面において、上記各柱部の上記ポケットに面するころ案内面の夫々は、
直線の第１部分と、
上記第１部分の上記径方向の内方側の端部に滑らかにつながる一方、上記断面における上記ころの半径の１.０１倍以上１.０３倍以下の曲率半径を有すると共に、上記周方向の上記ポケット側とは反対側に凸である曲線の第２部分と、
上記第２部分の上記径方向の内方側の端部に滑らかにつながる直線の第３部分と
を有し、
上記断面において、上記ポケットを介して上記周方向に対向する一方の上記第１部分の上記径方向の外方側への延長線と他方の上記第１部分の上記径方向の外方側への延長線とは、３５°以上５５°以下の頂角をなすように交わり、
上記断面において、上記ポケットを介して周方向に対向する一方の上記第３部分と他方の上記第３部分との距離は、その断面における上記ころの直径よりも大きいことを特徴としている。

尚、上記「上記断面における上記ころの半径の１.０１倍以上１.０３倍以下の曲率半径」とは、ころがポケットの軸方向で移動できる範囲の内でその断面において最も小さいころの半径の１.０１倍以上で、かつ、ころがポケットの軸方向で移動できる範囲の内でその断面において最も大きいころの半径の１.０３倍以下の曲率半径をさす。また、上記「その断面における上記ころの直径よりも大きい」とは、ころがポケットの軸方向で移動できる範囲の内でその断面において最も大きいころの直径をさす。ころが、円錐ころや凸面ころ（球面ころ）である場合、ころのポケット内での軸方向の移動によって、同じ保持器の径方向の断面でも、ころの半径が変動することがあるのである。

本発明によれば、径方向の断面において、ポケットを介して対向する二つの直線の第１部分の径方向の外方側の延長線が、３５°以上５５°以下の頂角をなすように交わり、かつ、第１部分の径方向の内方側の端部に滑らかにつながる第２部分が、各径方向の断面においてころの半径の１.０１倍以上１.０３倍以下の曲率半径を有する曲線であるから、保持器が自重で鉛直方向下方に移動することによって相対的に保持器のポケット内で径方向の外方に移動したころを、ポケットを介して対向する二つの第１部分で挟み込むことができる。したがって、ころが径方向の外方側に離脱することを防止できる。

また、本発明によれば、径方向の断面において、直線の第１部分に滑らかな曲線の第２部分を挟んで直線の第３部分がつながっているから、ころの進行方向が鉛直方向の下方に一致する周辺においてころが第３部分に接触した際に、径方向の断面において、ころにおいて第３部分に接触している接触点ところの中心とを結ぶ線分と、直線の第３部分とが、より９０度に近い角度で交わることになる。したがって、ころの進行方向が鉛直方向の下方に一致する周辺位置において、ころが保持器に潜り込みにくくなって、ころの挙動を安定させることができ、ころを安定に案内することができる。

また、本発明によれば、径方向の断面において、直線の第１部分と、直線の第３部分とが、ころの半径よりも若干大きな曲率半径を有する曲線の第２部分を介して連なっているから、ころの接触点が第１部分から第３部分に移る過程で、ころが第２部分に一点接触するようにできて、ころが第１部分と第３部分とに２点接触することを防止できる。したがって、ころの円滑な転動を確保できて、耐荷重性能を優れたものにできる。仮に、直線の第１部分と、直線の第３部分とが、第２部分を介さずに折れ線のように直接接続しているとすると、ころが、第１部分と、第３部分とに二点接触する場合があり、この場合、保持器がころを拘束する力が大きくなって、保持器がころに大きな制動力を及ぼして、ころが円滑に転動できなくなるのである。

また、一実施形態では、
上記断面において、上記各第３部分は、上記ポケットの中心を通過すると共に上記径方向に延在する直線と平行である。

上記実施形態によれば、上記断面において、上記各第３部分が、ポケットの中心を通過すると共に径方向に延在する直線と平行であるから、上記断面において、ころにおいて第３部分に接触している接触点ところの中心とを結ぶ線分と、直線の第３部分とが、略９０度に近い角度で交わるようにすることができる。したがって、ころが保持器に潜り込もうとする力を略最小にできて、ころを更に安定に案内することができる。

また、本発明のころ軸受は、
軌道面を有する外輪と、
軌道面を有する内輪と、
上記外輪の軌道面と上記内輪の軌道面との間に配置された複数のころと、
上記複数のころを保持する本発明の樹脂保持器と
を備えることを特徴としている。

本発明によれば、ころが樹脂保持器に潜り込む現象を抑制できて、樹脂保持器でころを安定に案内できる。

本発明によれば、ころの潜り込みを抑制できて、ころを安定に案内できる樹脂保持器を実現できる。

本発明のころ軸受の一実施形態である円錐ころ軸受の軸方向の断面図である。 上記円錐ころ軸受が水平に延在する横軸（図示せず）を支持している状態での、内輪と、円錐ころと、保持器とを示す斜視図である。 柱部のみを通過する保持器の径方向の模式断面図の一部であり、柱部のポケットに面するころ案内面の形状を示す模式断面図である。 円錐ころが、図２にＡで示す鉛直方向の上方に存在しているときに、円錐ころが保持器のポケット内で位置している箇所を示す保持器の径方向の模式断面図である。 円錐ころが、図２にＢで示す、鉛直方向の上方位置と、水平位置（鉛直方向における上方位置と下方位置との中間位置）との中間位置の周辺に存在しているときに、円錐ころが保持器のポケット内で位置している箇所を示す保持器の径方向の模式断面図である。 円錐ころが、図２にＣで示す、水平位置の周辺に存在しているときに、円錐ころが保持器のポケット内で位置している箇所を示す保持器の径方向の模式断面図である。

以下、本発明を図示の形態により詳細に説明する。

図１は、本発明のころ軸受の一実施形態である円錐ころ軸受の軸方向の断面図である。

図１に示すように、この円錐ころ軸受は、外輪１と、内輪２と、複数の円錐ころ３と、樹脂製の保持器４とを備える。上記外輪１は、内周円錐軌道面５を有している。一方、上記内輪２は、外周円錐軌道面７を有し、さらに、この外周円錐軌道面７の小径側の端部に小鍔面１０を、また、大径側の端部に大鍔面１１を有している。

上記複数の円錐ころ３は、外輪１の内周円錐軌道面５と、内輪２の外周円錐軌道面７との間に保持器４によって保持された状態で互いに周方向に間隔をおいて位置している。上記内輪２の大鍔面１１は、円錐ころ軸受が運転しているときに各円錐ころ３の大径端面１５を案内するようになっている。

図２は、上記円錐ころ軸受が水平に延在する横軸（図示せず）を支持している状態での、内輪２と、円錐ころ３と、保持器４とを示す斜視図である。

図２に示すように、上記保持器４は、第１環状部としての小径環状部２０と、第２環状部としての大径環状部２１と、複数の柱部２２とを有する。上記複数の柱部２２は、小径環状部２０の周方向に互いに間隔をおいて位置している。上記各柱部２２は、小径環状部２０と、大径環状部２１とを連結している。図２に示すように、上記保持器４は、周方向に隣接する柱部２２の間にポケット２５を有し、そのポケット２５には円錐ころ３が配置されている。

図３は、柱部２２のみを通過する保持器４の径方向の模式断面図の一部であり、柱部２２のポケット２５に面するころ案内面４０の形状を示す模式断面図である。

図３に示すように、この保持器４では、各柱部２２のころ案内面４０は、柱部２２のみを通過する保持器４の径方向の断面において、直線の第１部分５０と、曲線の第２部分５１と、直線の第３部分５２とを有する。

上記径方向の断面において、第２部分５１は、第１部分５０の径方向の内方側の端部に滑らか（微分可能）につながっている。上記第２部分５１は、上記断面において、周方向のポケット２５側とは反対側に凸の曲線からなっている。また、上記断面において、上記第３部分５２は、第２部分の径方向の内方側の端部に滑らか（微分可能）につながっている。

図４は、円錐ころ３が、図２にＡで示す鉛直方向の上方に存在しているときに、円錐ころ３が保持器４のポケット２５内で位置している箇所を示す保持器の径方向の模式断面図である。尚、図４において、●は、円錐ころ３が接触するころ案内面４０の位置を示している。

図４に示すように、保持器４の径方向の断面において、ポケット２５を介して、周方向に対向する一方の第１部分５０の径方向の外方側への延長線６０と、他方の第１部分５０の径方向の外方側への延長線６１とは、３５°以上５５°以下の頂角（図４にθで示す）をなすように交わっている。

円錐ころ３が図２にＡで示す鉛直方向の上方に存在している位置では、保持器４が自重で下方に移動するため、円錐ころ３が保持器４に対して相対的に上方に移動する。この位置では、図４に示すように、円錐ころ３は、ポケット２５を介して対向する二つの第１部分５０で挟持されるようになっている。このようにして、円錐ころ３がポケット２５から径方向の外方に移動して、ポケット２５から離脱できないようになっている。

図５は、円錐ころ３が、図２にＢで示す、鉛直方向の上方位置と、水平位置（鉛直方向における上方位置と下方位置との中間位置）との中間位置の周辺に存在しているときに、円錐ころ３が保持器４のポケット２５内で位置している箇所を示す保持器４の径方向の模式断面図である。尚、図４において、●は、円錐ころ３が接触するころ案内面４０の位置を示している。

上記ポケット２５に円錐ころ３を収容した状態における柱部２２のみを通過する径方向の断面において、第２部分５１は、その断面における円錐ころ３の半径の１.０１倍以上１.０３倍以下の曲率半径を有している。

上記第２部分５１は、このように、上記断面において、円錐ころ３の半径の１.０１倍以上１.０３倍以下の曲率半径を有すると共に、第１部分５０の径方向の内方側の端部に滑らかにつながっている。そして、このことに起因して、上記円錐ころ３が鉛直方向上方から水平方向に向けて位置が変化するにしたがって、円錐ころ３は、一点接触を持続しながら第１、第２および第３部分５０,５１,５２上を徐々に第１部分５０から第３部分５２に向かって移動するようになっている。

また、図５に示すように、上記円錐ころ３が、上記Ｂで示す中間位置の周辺に存在しているときには、円錐ころ３は、ポケット２５を介して対向する二つの柱部２２,２２のうちの一方側の柱部２２の第２部分５１のみに一点接触するようになっている。

図６は、円錐ころ３が、図２にＣで示す、水平位置の周辺に存在しているときに、円錐ころ３が保持器４のポケット２５内で位置している箇所を示す保持器４の径方向の模式断面図である。尚、図６において、●は、円錐ころ３が接触するころ案内面４０の位置を示している。

上記ポケット２５に円錐ころ３を収容した状態における柱部２２のみを通過する径方向の断面において、ポケット２５を介して周方向に対向する一方の第３部分５２と他方の第３部分５２との距離は、その断面における円錐ころ３の直径よりも大きくなっている。

また、上記円錐ころ３が、図２にＣで示す水平位置の周辺に存在しているときには、円錐ころ３は周方向に進行して保持器４から周方向の力を受けることになるが、この場合には、円錐ころ３は、ポケット２５を介して対向する二つの柱部２２,２２のうちの一方側の柱部２２の第３部分５２のみに一点接触するようになっている。

また、図６に示す保持器４の径方向の断面において、上記各第３部分５２は、ポケット２５の中心を通過すると共に径方向に延在する直線と略平行になっている。

上記実施形態によれば、保持器４の径方向の断面において、ポケット２５を介して対向する二つの直線の第１部分５０の径方向の外方側の延長線６０,６１が、３５°以上５５°以下の頂角をなすように交わっており、かつ、第１部分５０の径方向の内方側の端部に滑らかにつながる第２部分５１が、各径方向の断面において円錐ころ３の半径の１.０１倍以上１.０３倍以下の曲率半径を有する曲線であるから、保持器４が自重で鉛直方向下方に移動することによって相対的に保持器４のポケット２５内で径方向の外方に移動した円錐ころ３を、ポケット２５を介して対向する二つの第１部分５０で挟み込むことができる。したがって、円錐ころ３が径方向の外方側に離脱することを防止できる。

また、上記実施形態によれば、径方向の断面において、直線の第１部分５０に滑らかな曲線の第２部分５１を挟んで直線の第３部分５２がつながっているから、円錐ころ３の進行方向が鉛直方向の下方に一致する水平方向の周辺において円錐ころ３が第３部分５２に接触した際に、径方向の断面において、円錐ころ３において第３部分５２に接触している接触点と円錐ころ３の中心とを結ぶ線分と、直線の第３部分５２とが、より９０度に近い角度で交わるようにすることができる。したがって、上記円錐ころ３の進行方向が鉛直方向の下方に一致する水平方向の周辺位置において、円錐ころ３が保持器４に潜り込むことを抑制できて、保持器４で円錐ころ３を安定に案内できる。

また、上記実施形態によれば、直線の第１部分５０と、直線の第３部分５２とが、円錐ころ３の半径よりも若干大きな曲率半径を有する曲線の第２部分５１を介して連なっているから、円錐ころ３の接触点が第１部分５０から第３部分５２に移る過程で、円錐ころ３が第２部分５１に一点接触するようにできて、円錐ころ３が第１部分５０と第３部分５２とに２点接触することを防止できる。したがって、円錐ころ３の円滑な転動を確保できて、耐荷重性能を優れたものにできる。

仮に、直線の第１部分と、直線の第３部分とが、第２部分を介さずに折れ線のように直接接続しているとすると、ころが、第１部分と、第３部分とに二点接触する場合があり、この場合、保持器がころを拘束する力が大きくなって、保持器がころに大きな制動力を及ぼして、ころが円滑に転動できなくなるのである。

すなわち、円錐ころ３が、円周上のどの位置にある場合においても、円錐ころ３と、保持器４との接触は、案内面である第１部分５０〜第３部分５２の３面のうち二以上に接触することを防止できて、保持器内径斜面としての第１部分５０、ころ進行方向案内面としての第３部分５２、つなぎＲ面としての第２部分５１のうち、最適な一面によって円錐ころ３を円滑に案内できるのである。

また、上記実施形態によれば、上記径方向の断面において、上記各第３部分５２が、ポケット２５の中心を通過すると共に径方向に延在する直線と平行であるから、上記断面において、円錐ころ３において第３部分５２に接触している接触点と円錐ころ３の中心とを結ぶ線分と、直線の第３部分５２とが、略９０度に近い角度で交わるようにすることができる。したがって、上記円錐ころ３が保持器４に潜り込もうとする力を略最小にできて、円錐ころ３を更に安定に案内することができる。

尚、上記実施形態では、転動体が、円錐ころ３であったが、この発明では、転動体は、円筒ころであっても良く、または、凸面ころ（球面ころ）であっても良い。

また、上記実施形態では、保持器４の径方向の断面において、上記各第３部分５２は、ポケット２５の中心を通過すると共に径方向に延在する直線と略平行になっていた。しかしながら、この発明では、第３部分は、第２部分の径方向の内方側に滑らかにつながると共に、直線形状であれば、如何なる形状であっても良い。これらの条件を満たせば、保持器への円錐ころの潜り込みを抑制できるからである。

尚、この発明の保持器は、現在、金属製の保持器が一般的であり、かつ、振動が多くて、保持器がその振動でふられる、鉄道車両の車軸を支持するころ軸受に使用されると好適である。しかしながら、この発明の保持器は、これに限らず、風力発電の主軸を支持するころ軸受や、ディファレンシャルギヤのピニオン軸を支持するころ軸受等、如何なる用途のころ軸受にも使用できることは言うまでもない。

また、この発明の樹脂製の保持器は、射出成形で好適に形成できるが、この発明の保持器の形成方法が、射出成形に限らないことも、勿論である。

１ 外輪
２ 内輪
３ 円錐ころ
４ 保持器
５ 内周円錐軌道面
７ 外周円錐円筒面
２０ 小径環状部
２１ 大径環状部
２２ 柱部
２５ ポケット
４０ 柱部の円錐ころ案内面
５０ 第１部分
５１ 第２部分
５２ 第３部分
６０ ポケットを介して周方向に対向する一方の第１部分の径方向の外方側への延長線
６１ ポケットを介して周方向に対向する他方の第１部分の径方向の外方側への延長線

Claims (3)

1. 第１環状部と、
   上記第１環状部に上記第１環状部の軸方向に対向する第２環状部と、
   上記第１環状部の周方向に互いに間隔をおいて位置していると共に、上記第１環状部と上記第２環状部との間を連結している複数の柱部と
   を備え、
   周方向に隣接する上記柱部の間にころが配置されるポケットを有し、
   上記ポケットにころを収容した状態における上記複数の柱部のみを通過する径方向の断面において、上記各柱部の上記ポケットに面するころ案内面の夫々は、
   直線の第１部分と、
   上記第１部分の上記径方向の内方側の端部に滑らかにつながる一方、上記断面における上記ころの半径の１.０１倍以上１.０３倍以下の曲率半径を有すると共に、上記周方向の上記ポケット側とは反対側に凸である曲線の第２部分と、
   上記第２部分の上記径方向の内方側の端部に滑らかにつながる直線の第３部分と
   を有し、
   上記断面において、上記ポケットを介して上記周方向に対向する一方の上記第１部分の上記径方向の外方側への延長線と他方の上記第１部分の上記径方向の外方側への延長線とは、３５°以上５５°以下の頂角をなすように交わり、
   上記断面において、上記ポケットを介して周方向に対向する一方の上記第３部分と他方の上記第３部分との距離は、その断面における上記ころの直径よりも大きいことを特徴とする樹脂保持器。
2. 請求項１に記載の樹脂保持器において、
   上記断面において、上記各第３部分は、上記ポケットの中心を通過すると共に上記径方向に延在する直線と略平行であることを特徴とする樹脂保持器。
3. 軌道面を有する外輪と、
   軌道面を有する内輪と、
   上記外輪の軌道面と上記内輪の軌道面との間に配置された複数のころと、
   上記複数のころを保持する請求項１または２に記載の樹脂保持器と
   を備えることを特徴とするころ軸受。

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