JP2018194066A - 軸受用保持器 - Google Patents

Abstract

【課題】トルクを低減しつつ、保持器の抜け落ちを防止できる軸受用保持器を提供する。【解決手段】本発明にかかる保持器１００の代表的な構成は、軸受１０２の内外輪間を転動するボール１１２を保持する保持器であって、軸受の軸心を中心とした円環部１２４と、円環部から軸方向に突出する基部１２６と、基部の周方向両側に突出する爪部１２８と、隣接する基部の間に形成されるポケットとを有し、ポケットは、ボールの外面に沿う第１ポケット１３０と、第１ポケットよりも周方向に長い第２ポケット１３２とを含むことを特徴とする。【選択図】図２

Description

本発明は、軸受の転動体を保持する軸受用保持器に関する。

軸受としては、保持器を用いた保持器付き軸受が知られている。保持器は、複数のポケットにそれぞれ転動体（玉やころ）を保持することで、転動体の間隔を保ち、また転動体同士がこすれないようにする役割を有している。

保持器にはさまざまな形状のものが提供されているが、そのひとつに冠型の保持器がある。冠型の保持器は、軸受の軸心を中心とした円環部に転動体を収容するポケットと転動体の脱落を防止する爪部とを有する。冠型の保持器のポケットは軸方向に開口している。本出願では、ポケットとポケットの間にある棒状の部位を「基部」と称する。ただしポケットの開口部（基部の先端）に突出する爪部を設置することで、転動体と接触し、ポケットから転動体が抜け落ちることを防止する。

一方、軸受においては、トルク低減による効率向上の要請がある。これに対して特許文献１には、リング型の保持器であるが、円弧状のポケットに代えて長穴形状のポケットを設置することが提案されている。特許文献１では、ポケットを周方向の長穴として、ポケットと転動体の隙間を転動体の玉径の０．６〜６．０％とすることで、転動体がポケットの端面を押す力（荷重）が小さくなるとしている。

特開２００１−４００３号公報

しかし冠型の保持器では、軸方向に開口したポケットを持つため、周方向（転がり方向）の長穴にしたことにより爪部と転動体の干渉量が減り、転動体保持力が低下してしまい、ポケット内に転動体を保持することができず、保持器が内外輪と転動体のアセンブリから抜け落ちてしまうという問題がある。

本発明は、このような課題に鑑み、トルクを低減しつつ、保持器の抜け落ちを防止できる軸受用保持器を提供することを目的としている。

上記課題を解決するために、本発明にかかる軸受用保持器の代表的な構成は、軸受の内外輪間を転動する転動体を保持する軸受用保持器であって、軸受の軸心を中心とした円環部と、円環部から軸方向に突出する基部と、基部の先端周方向両側に突出する爪部と、隣接する基部の間に形成されるポケットとを有し、ポケットは、転動体の外面に沿う第１ポケットと、第１ポケットよりも周方向に長い第２ポケットとを含むことを特徴とする。

上記構成によれば、第１ポケットと、第１ポケットよりも周方向（転がり方向）に長い第２ポケットの両方が設置されている。第２ポケットにおいては、転動体が周方向に振動して（暴れて）ポケットの前後壁に衝突する頻度が大幅に下がるため、トルクを低減できる。第１ポケットにおいては、転動体をポケット内に保持できるため、転動体が内外輪に保持された状態で保持器がアセンブリに保持され、保持器の抜け落ちを防止することができる。これらのことから、トルクを低減しつつ、保持器の抜け落ちを防止できる軸受用保持器を提供することができる。なお第２ポケットの形状は、換言すれば、ポケット内に周方向に沿う直線状の底辺と、その直線状の底辺の両端からそれぞれ連続する円弧とを含む形状である。

上記の第１ポケットと第２ポケットとが交互に配列されているとよい。これにより、転動体を保持する第１ポケットが周方向に均等に配分されるため、保持力の均等化を図ることができる。ここでいう保持力とは、保持器が個々の転動体を保持する保持力ではなく、転動体の列（すなわちアセンブリ）に保持器が保持される保持力である。

上記のポケットは、所定数の第１ポケットと所定数の第２ポケットが規則的に配列されているとよい。これにより、転動体を保持する第１ポケットが周方向に均等に配分されるため、保持力の均等化を図ることができる。なお保持力の均等化を図るためには、少なくとも３つのポケットを第１ポケットとすることが好ましい。

本発明によれば、トルクを低減しつつ、保持器の抜け落ちを防止できる軸受用保持器を提供することができる。

本発明の実施形態における軸受用保持器を用いた軸受を示す図である。 図１の保持器を示す図である。 図２の保持器の各ポケット内に保持されたボールの挙動を説明する図である。 比較例の保持器を示す図である。 本発明の実施形態と比較例とを比較したグラフである。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書および図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

図１は、本発明の実施形態における軸受用保持器（以下、保持器１００）を用いた軸受１０２を示す図である。軸受１０２は、開口型の玉軸受であって、外周に軌道面１０４を有する内輪１０６と、内周に軌道面１０８を有する外輪１１０と、内外輪の軌道面間を転動する複数の転動体（以下、ボール１１２）とを有する。内輪１０６と外輪１１０の間には、保持器１００が設けられている。保持器１００は、玉軸受用保持器であって、ボール１１２を保持することで、ボール１１２の間隔を保ち、ボール１１２同士がこすれないようにする役割を有している。

図２は、図１の保持器１００を示す図である。図２（ａ）は斜視図である。図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す保持器１００の一部を模式的に示す図である。保持器１００は、樹脂製の一体成型の部品であって、図２（ａ）に示すように冠型である。保持器１００は、軸受１０２の軸心を中心とした円環部１２４と、円環部１２４から軸方向に突出する基部１２６と、基部１２６の先端周方向両側に突出する爪部１２８とを有する。なお図１の保持器１００では、図中左側に円環部１２４が位置し、図中右側に基部１２６および爪部１２８が突出している。

さらに保持器１００は、図２（ａ）に示すように、隣接する基部１２６の間に形成され軸方向に開口したポケットとして、交互に配列された第１ポケット１３０と第２ポケット１３２とを有する。図中では、第１ポケット１３０、第２ポケット１３２いずれも５つ配列されているが、この配列数に限定されず、ボール１１２の大きさや円環部１２４の大きさなどにより適宜変更してよい。

第１ポケット１３０は、図２（ｂ）に示すように、ボール１１２の外面に沿う形状（ここでは円弧状）を有する。第１ポケット１３０は、ポケットの開口に突出する爪部１２８、１２８の間隔Ｗａがボール１１２の直径Ｌよりも小さく、爪部１２８、１２８がボール１１２に接触することで、ポケットからボール１１２が抜け落ちることを防止する。つまり、第１ポケット１３０は、ボール１１２が円滑にすべり回転できるようにボール１１２をポケット内に保持できる。

第２ポケット１３２は、図２（ｂ）に示すように、第１ポケット１３０よりも周方向に長く、ポケットの開口に突出する爪部１２８、１２８の間隔Ｗｂがボール１１２の直径Ｌよりも大きい。このため、第２ポケット１３２は、爪部１２８、１２８とボール１１２の干渉量が減り、転動体保持力が低下してしまい、ポケット内にボール１１２を保持することができない。

第２ポケット１３２の形状は、ポケット内に周方向に沿う直線状の底辺１３４と、その底辺１３４の両端からそれぞれ連続する円弧状の前壁１３６および後壁１３８とを含む形状である。第２ポケット１３２は、直線状の底辺１３４を含むことで、第１ポケット１３０よりも確実に周方向に長い形状となっている。なおボール１１２は保持器１００に保持された状態で自転しつつ公転する。本実施形態では、ポケットのうちボール１１２の公転方向に位置する壁を「前壁」、公転方向とは反対方向に位置する壁を「後壁」と称している。

ここで図１に示す軸受１０２でボール１１２が内外輪に保持された状態においては、転動体であるボール１１２の列（すなわちアセンブリ）から保持器１００が抜け落ちることを保持力によって防止する必要がある。保持力とは、保持器１００が個々のボール１１２を保持する保持力ではなく、アセンブリとしてのボール１１２の列に保持器１００が保持される保持力である。

第１ポケット１３０では、図２（ｂ）に示すように、ボール１１２をポケット内に保持できるため、ボール１１２が内外輪に保持された状態で保持力を生じる。一方、ボール１１２を保持できない第２ポケット１３２では保持力を生じない。

図２（ａ）に示す保持器１００では、第１ポケット１３０と第２ポケット１３２とが交互に配列されている。このため、保持器１００では、第２ポケット１３２が存在していても、ボール１１２を保持できる第１ポケット１３０が周方向に均等に配分されることで、保持力の均等化が図られている。よって、保持器１００では、ボール１１２が内外輪に保持された状態でアセンブリから抜け落ちることがない。

図３は、図２の保持器１００の各ポケット内に保持されたボール１１２の挙動を説明する図である。ボール１１２は、軸受１０２が高速回転した際、保持器１００に保持された状態で自転しつつ公転するが、周方向に多少振動するような挙動を示す。このため、図３（ａ）に示す第１ポケット１３０に保持されたボール１１２は、ポケットのうちボール１１２の公転方向に位置する前壁１４０だけでなく、公転方向の反対方向に位置する後壁１４２にも高い頻度で衝突する。ボール１１２が後壁１４２に衝突すると、トルク損失が生じてトルク効率が低下してしまう。

ところで軸受１０２においては、トルク低減による効率向上の要請がある。この対策として保持器１００では、第１ポケット１３０よりも周方向に長い第２ポケット１３２を設置している。すなわち図３（ｂ）に示す第２ポケット１３２内のボール１１２は、自転しつつ公転する際、前壁１３６に衝突しつつ、周方向に振動するものの（図３（ｂ）の点線参照）、後壁１３８に衝突する頻度が大幅に下がる。このため、第２ポケット１３２では、トルク損失が生じ難く、トルクを低減できる。

したがって、保持器１００によれば、第２ポケット１３２によりトルク損失を抑えてトルクを低減しつつ、第１ポケット１３０による保持力でアセンブリからの抜け落ちを防止できる。

図４は、比較例の保持器１００Ａを示す図である。保持器１００Ａは、図４（ａ）の斜視図に示すように第１ポケット１３０のみが配列されていて、上記保持器１００と異なり、第２ポケット１３２が存在していない。

このような保持器１００Ａでは、軸受１０２が高速回転した際、図４（ｂ）に示す基部１２６の両側に位置する第１ポケット１３０でトルク損失が生じる。すなわち基部１２６の左側に位置する第１ポケット１３０に保持されたボール１１２は、前壁１４０Ａだけでなく、後壁１４２Ａにも高い頻度で衝突し、トルク損失が生じる。さらに基部１２６の右側に位置する第１ポケット１３０に保持されたボール１１２は、前壁１４０Ｂだけでなく、後壁１４２Ｂにも高い頻度で衝突し、トルク損失が生じる。したがって比較例の保持器１００Ａでは、トルク効率が低下する。

図５は、本発明の実施形態と比較例とを比較したグラフである。図５（ａ）では、グラフの横軸を内輪回転数（ｒｐｍ）、縦軸を、ボールと保持器の接触力Ｆｒ（Ｎ／ｓ）とした。なお接触力Ｆｒは、軸方向に直交する方向に作用する力であり、その値が大きいほど、トルク損失が大きい。

図５（ａ）のグラフでの「◆」印は、第１ポケット１３０のみが配列された比較例の保持器１００Ａの定常荷重負荷時の転動体と保持器ポケットの接触荷重を示している。定常荷重とは、一方向から荷重をかけた続けたときのように、負荷圏が回転しない状態のことを示す。またグラフでの「■」印は、保持器１００Ａの回転荷重を示している。回転荷重とは、アンバランスウェイトを回転させることで荷重をかけたときのように、負荷圏が回転する状態のことを示す。さらにグラフでの「□」印は、第１ポケット１３０と第２ポケット１３２とが交互に配列された本実施形態の保持器１００の回転荷重を示している。

図５（ａ）に示すように、比較例の保持器１００Ａでは、定常荷重の近似線よりも回転荷重の近似線の方が接触力Ｆｒの値が大きい。このため、定常荷重よりも回転荷重の方がトルク効率を低下させてしまうことが明らかである。これに対して、本実施形態の保持器１００では、図５（ａ）の矢印に示すように、３０００（ｒｐｍ）において比較例の保持器１００Ａに比べて回転荷重を大幅に低減することができた。

図５（ｂ）では、グラフの横軸を内輪回転数（ｒｐｍ）とした。またグラフの縦軸を定常荷重に対する回転荷重比（回転荷重／定常荷重）とした。縦軸の値が大きいほど、トルク損失が大きい。なおグラフでの「●」印は比較例の保持器１００Ａを示し、「□」印は本実施形態の保持器１００を示している。

図５（ｂ）のグラフに示すように、保持器１００では、全般的に、比較例の保持器１００Ａに比べて定常荷重に対する回転荷重比を低減できた。したがって、図５（ａ）、図５（ｂ）に示すグラフによれば、第１ポケット１３０のみが設置された比較例の保持器１００Ａに比べて、第１ポケット１３０と第２ポケット１３２とを交互に配列した本実施形態の保持器１００では、トルク損失を抑えてトルクを低減できることが確認できた。

上記実施形態においては、第１ポケット１３０と第２ポケット１３２とが交互に配列されている保持器１００を例に挙げて説明したが、第１ポケット１３０と第２ポケット１３２が両方設置されているのであれば、ポケットの配列はこれに限定されない。

なお、所定数の第１ポケット１３０と所定数の第２ポケット１３２とを規則的に配列してもよい。例えば１つの第１ポケット１３０と２つの第２ポケット１３２を配列してもよい（２つおきに第１ポケット１３０にする）。このようにすれば、ボール１１２を保持する第１ポケット１３０が周方向に均等に配分されるため、保持力の均等化を図ることができる。保持力の均等化を図るためには、少なくとも３つのポケットを第１ポケット１３０とすればよい。また各ポケットが所定数だけ規則的に配列されているとは、第１ポケット１３０が隣接している配列も隣接していない配列いずれも含み、さらに第２ポケット１３２が隣接している配列も隣接していない配列いずれも含む。

なお保持器１００としては、転動体としてボール１１２を保持する玉軸受用保持器を例に挙げたが、これに限られず、ころ軸受や円錐ころ軸受に適用される保持器であってもよい。このような保持器では、転動体の外面に沿う第１ポケットを円筒状や円錐台形状に形成し、第１ポケットと、第１ポケットよりも周方向に長い第２ポケットの両方を設置すればよい。

また保持器１００が適用される軸受としては、図１に示す開口型の玉軸受である軸受１０２を例示したが、これに限られず、内部にグリースを封入した一般的なシール付き玉軸受であってもよい。

以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

本発明は、軸受の転動体を保持する軸受用保持器として利用することができる。

１００、１００Ａ…保持器、１０２…軸受、１０４、１０８…軌道面、１０６…内輪、１１０…外輪、１１２…ボール、１１４…オイルシール、１１６…外径側端部、１１８…オイルシール装着溝、１２０…リップ、１２２…シール溝、１２４…円環部、１２６…基部、１２８…爪部、１３０…第１ポケット、１３２…第２ポケット、１３４…底辺、１３６、１４０、１４０Ａ、１４０Ｂ…前壁、１３８、１４２、１４２Ａ、１４２Ｂ…後壁

Claims (3)

1. 軸受の内外輪間を転動する転動体を保持する軸受用保持器であって、
   前記軸受の軸心を中心とした円環部と、
   前記円環部から軸方向に突出する基部と、
   前記基部の先端周方向両側に突出する爪部と、
   隣接する前記基部の間に形成されるポケットとを有し、
   前記ポケットは、
   前記転動体の外面に沿う第１ポケットと、
   前記第１ポケットよりも周方向に長い第２ポケットとを含むことを特徴とする軸受用保持器。
2. 前記第１ポケットと前記第２ポケットとが交互に配列されていることを特徴とする請求項１に記載の軸受用保持器。
3. 前記ポケットは、所定数の第１ポケットと所定数の第２ポケットが規則的に配列されていることを特徴とする請求項１に記載の軸受用保持器。

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