JP2019168084A - 円筒ころ軸受用保持器および円筒ころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】転動体がポケット内でエッジ当たりしない簡便な構成の保持器を提供する。【解決手段】円環状のリム部１１と、リム部１１から、その軸方向の一方向に突出して形成された複数の柱部１２と、を有し、周方向に隣り合う柱部１２、１２の間に構成される、転動体１３を保持するポケット１４に、曲率中心がポケット１４の外側かつピッチ円Ｃの径方向外側に位置し、転動体１３が当接する一対の当接面１５、１５が形成されている円筒ころ軸受用保持器１０を構成する。【選択図】図３

Description

この発明は、円筒ころ軸受用の保持器、および、この保持器を採用した円筒ころ軸受に関する。

工作機用、鉄道車両の主電動機用、モータ軸受用などのように高速回転条件で使用され、ポケット内面の摩耗が許容されない円筒ころ軸受においては、内輪または外輪と、保持器案内面との間の接触に起因する発熱を抑制可能な、高力黄銅製のころ案内揉み抜き保持器（くし形保持器）を使用することが多い。この保持器は、転動体（ころ）によって案内され、内外輪のいずれとも非接触とした転動体案内保持器である。例えば、図７に示す保持器１００は、円環状のリム部１０１と、このリム部１０１から、その軸方向の一方向に突出して形成された複数の柱部１０２とを有している。

周方向に隣り合う柱部１０２、１０２の間には、円筒ころ１０３を保持するポケット１０４が形成されており、図８に示すように、このポケット１０４によって円筒ころ１０３が保持される。この円筒ころ１０３は、内輪１０５に形成された内輪軌道上を転動する。このポケット１０４の内面は、円筒ころ１０３の外周面に沿う円筒面になっている。このポケット１０４の内面の径方向外側端部のエッジには、図９に示すように、丸め加工によって丸め部１０６が形成されている。この丸め部１０６を形成することによって、角張ったエッジと円筒ころ１０３が接触すること（エッジ当たり）に起因する油膜切れ、摩擦による軸受内の温度上昇、ポケット内における摩耗発生、異音発生などの不具合の防止を図っている。

ところが、この保持器１００は、円筒ころ１０３によって案内される円筒ころ案内保持器なので、円筒ころ１０３の回転に伴って、この円筒ころ１０３とポケット１０４との隙間（直径がＤ_Ｗの円筒ころ１０３と、曲率中心がＯ_４で内径がｒ_４のポケット１０４との間に生じる隙間）の範囲内において、その自重によって下向きに落下する（図９中の矢印参照）。このとき、この保持器１００に形成された丸め部１０６の下端（図９中に示すＰ部）と円筒ころ１０３が局所的に当接し、この丸め部１０６を形成したにも拘らず、上記のエッジ当たりと同様の問題を生じる虞がある。特に、高速回転条件では、発熱に起因するグリースなどの潤滑剤の劣化も大きな問題となる。

この問題を解決するために、例えば、特許文献１に係る保持器付きころ軸受においては、図１０に示すように、隣り合う柱部１０７によって構成されるポケットの内面を、ころの曲率半径Ｒよりも大きな曲率半径を有する２以上の凹円弧の端縁同士を連続させたゴシックアーチ形状としている。すなわち、ポケットの内面を、曲率中心がＯ_５で内径がｒ_５の外径側凹曲面部１０８と、曲率中心がＯ_６で内径がｒ_６の内径側凹曲面部１０９とを連続させた複合曲面としている。このように、ポケット内に複合曲面を形成して、この複合曲面ところを接触させることにより、ころ１０３がエッジ部に接触するのを防止して、エッジ当たりに起因する上記の問題を回避している（特許文献１の段落００１２〜００１３など参照）。

特開２００７−２７８４０６号公報

特許文献１（および図１０）に示す構成においては、ポケット内面に複数の複雑な曲面を形成しなければならないため、特殊な加工ツールが必要になったり、加工位置ごとに加工作業を複数回に分けて行う必要があったりするため、加工コスト高となりやすい問題がある。

そこで、この発明は、転動体がポケット内でエッジ当たりしない簡便な構成の保持器を提供することを課題とする。

この課題を解決するために、この発明においては、円環状のリム部と、前記リム部から、その軸方向の一方向に突出して形成された複数の柱部と、を有し、周方向に隣り合う前記柱部の間に構成される、転動体を保持するポケットの内面に、曲率中心が前記ポケットの外側かつ前記ピッチ円の径方向外側に位置し、前記転動体が当接する一対の当接面が形成されている円筒ころ軸受用保持器を構成した。

このようにすると、軸受内で保持器が径方向に移動したとしても、転動体は必ず当接面と当接し、ポケット内でエッジ当たりしない。このため、このエッジ当たりに起因する油膜切れ、摩擦による軸受内の温度上昇、ポケット内における摩耗発生、異音発生などの不具合を確実に防止することができる。しかも、ポケット内に複数の曲面を形成する必要がないため、特殊な加工ツールが不要であり、加工作業を複数回に分けて行う必要がない。このため、ポケット内面の加工を簡便に行うことができ、加工コストの削減を図ることができる。

上記の構成の代わりに、円環状のリム部と、前記リム部から、その軸方向の一方向に突出して形成された複数の柱部と、を有し、周方向に隣り合う前記柱部の間に構成される、転動体を保持するポケットの内面に、曲率中心が前記ポケットの内側に位置し、前記転動体が当接する一対の当接面が形成されている円筒ころ軸受用保持器を構成することもできる。

この構成においても、上記構成と同様に、転動体のエッジ当たりを防止して、上記の各不具合を防止することができる。

前記各構成においては、前記転動体が前記一対の当接面に当接したときの前記各当接部におけるそれぞれの接線のなす角度が、５度以上４５度以下の範囲内である構成とするのが好ましい。このようにすると、転動体のエッジ当たりを確実に防止しつつ、この転動体の安定した回転状態を確保することができる。この角度が５度よりも小さいと、ポケット内に転動体が嵌り込んで、その回転に支障を来たす虞があるため好ましくない。また、この角度が４５度よりも大きいと、当接部における転動体と当接面が強く当接して、大きな摩擦ロスが生じる虞があるため好ましくない。

前記各構成においては、前記当接面の曲率半径を無限大とした構成とするのが好ましい。このように、曲率半径を無限大とすると、当接面は平面となり、この当接面が曲面のときと比較して、その加工を一層容易に行うことができる。

前記各構成においては、前記当接面に、耐摩耗表面処理を施した構成とするのが好ましい。このように、耐摩耗表面処理を行うことにより、保持器の長寿命化を図ることができる。この耐摩耗表面処理として、例えば、浸炭窒化処理やガス軟窒化処理を採用することができる。

前記各構成においては、快削鋼または高力黄銅を素材として採用した構成とするのが好ましい。快削鋼は、保持器を加工するときの加工性と表面改質の容易性に優れ、高力黄銅は、加工性に優れるという特徴を有しており、この保持器の製造コストの削減を図ることができる。この快削鋼として、例えば、炭素鋼をベースとし、鉛、硫黄、テルル、セレン、ビスマスなどを添加した鋼を採用することができる。また、高力黄銅として、例えば、６−４黄銅をベースとし、マンガン、アルミニウム、鉄などを添加したものを採用することができる。

前記各構成に係る円筒ころ軸受用保持器は、前記円筒ころ軸受用保持器によって保持された複数の転動体と、外周面に前記転動体が転動する内輪軌道が形成された内輪と、を備えた円筒ころ軸受に採用することができる。この円筒ころ軸受用保持器を採用することにより、軸受内でのエッジ当たりに起因する油膜切れ、摩擦による発熱、摩耗などの不具合を防止することができる。

この発明に係る円筒ころ軸受用保持器および円筒ころ軸受は、上記のように、転動体と当接する当接面を形成し、この当接面と転動体が当接するようにした。このため、転動体がポケットの径方向外側のエッジと当接するエッジ当たりを防止して、このエッジ当たりに起因する油膜切れ、摩擦による軸受内の温度上昇、ポケット内における摩耗発生、異音発生などの不具合を確実に防止することができる。

この発明に係る円筒ころ軸受用保持器（第一実施形態）の要部の斜視図 図１に示す円筒ころ軸受用保持器の要部の正面図 図１に示す円筒ころ軸受用保持器を採用した円筒ころ軸受を正面から見た要部の断面図 図１に示す円筒ころ軸受用保持器を採用した円筒ころ軸受を側面から見た要部の断面図 図１に示す円筒ころ軸受に採用される円筒ころ軸受用保持器（第二実施形態）の要部の正面図 図１に示す円筒ころ軸受に採用される円筒ころ軸受用保持器（第三実施形態）の要部の正面図 従来技術に係る円筒ころ軸受用保持器の要部の斜視図 図７に示す円筒ころ軸受用保持器を採用した円筒ころ軸受を正面から見た要部の断面図 図７に示す円筒ころ軸受用保持器の要部の正面図 他の従来技術に係る円筒ころ軸受用保持器の要部の正面図

この発明に係る円筒ころ軸受用保持器１０（以下、単に保持器１０という。）の第一実施形態を図１に示す。この保持器１０は、工作機用、鉄道車両の主電動機用、モータ軸受用などのように、高速回転条件で使用可能な保持器１０であって、円環状のリム部１１と、このリム部１１から、その軸方向の一方向に突出して形成された複数の柱部１２と、を主要な構成要素としている。

周方向に隣り合う柱部１２の間には、転動体１３（以下、ころ１３という。）を保持するポケット１４が形成される。図２に示すように、このポケット１４の内面の、ころ１３のピッチ円Ｃよりも径方向外側には、曲率中心Ｏ_１がポケット１４の外側かつピッチ円Ｃの径方向外側に位置し、ころ１３が当接する一対の当接面１５、１５が形成されている。

この当接面１５の曲率半径ｒ_１は無限大であり、この当接面１５は平面をなしている。このように当接面１５を形成することにより、軸受内で保持器１０が径方向に移動しても、ころ１３は必ず当接面１５と当接し、ポケット１４内でエッジ当たりしない。このため、このエッジ当たりに起因する油膜切れ、摩擦による軸受内の温度上昇、ポケット１４内における摩耗発生、異音発生などの不具合を確実に防止することができる。しかも、ポケット１４内に複数の曲面を形成する必要がないため、その加工コストの抑制を図ることができる。

図３に示すように、ころ１３は、一対の当接面１５、１５の両方に当接している。このときの、各当接部におけるそれぞれの接線のなす角度θが、５度以上４５度以下の範囲内となるように当接面１５の形状（曲率中心Ｏ_１の位置、曲率半径ｒ_１）が決められている。２本の接線のなす角度θをこの範囲内とすることにより、ポケット１４内にころ１３が嵌り込んで、その回転に支障を来たしたり、当接部においてころ１３と当接面１５が強く当接して、大きな摩擦ロスが生じたりするのを防止している。

当接面１５の径方向内側には、この当接面１５と連続する連設面１６が形成されている。各ポケット１４内において対向する一対の連設面１６、１６は、互いに平行な平面で構成されている。このため、保持器１０の内径側から、ころ１３をポケット１４内に容易に挿入することができる。しかも、連設面１６を平面としたことで、その加工を容易に行うことができ、加工コストの削減を図ることができる。

この保持器１０は、高力黄銅で構成されている。この高力黄銅を用いることにより、保持器１０の加工（揉み抜き加工）をスムーズに行うことができ、この保持器１０の製造コストの削減を図ることができる。この高力黄銅の種類は、保持器１０の使用環境（保持器１０に作用する負荷、使用時の温度など）によって適宜選択され、例えば、６−４黄銅をベースとし、マンガン、アルミニウム、鉄などを添加したものを採用することができる。

なお、この保持器１０の素材として、加工性および表面改質性に優れた、快削鋼を用いることもできる。この快削鋼として、例えば、炭素鋼をベースとし、鉛、硫黄、テルル、セレン、ビスマスなどを添加した鋼を採用することができる。

この保持器１０のころ１３との摺動面（当接面１５、連設面１６）には、耐摩耗表面処理が施されている。このように、耐摩耗表面処理を行うことにより、保持器１０の長寿命化を図ることができる。この耐摩耗表面処理の種類は適宜選択することができるが、例えば、浸炭窒化処理やガス軟窒化処理を採用することができる。

この保持器１０は、図３、図４に示す円筒ころ軸受に採用される。この円筒ころ軸受は、保持器１０によって保持された複数のころ１３と、外周面にころ１３が転動する内輪軌道１７が形成された内輪１８と、を備えている。内輪軌道１７には鍔１９が形成されており、内輪軌道１７を転動するころ１３が脱落しないように構成されている。

ここでは、複列式円筒ころ軸受を例示したが、この発明に係る保持器１０は、単列式円筒ころ軸受にも適用することができる。なお、単列式円筒ころ軸受の場合、ころ脱落防止のための蓋部材が、軸受の軸方向から取り付けられる。また、この発明に係る保持器１０は、保持器１０の径方向外側に、外輪を有する軸受にも適用することができる。

上記においては、当接面１５を平面（当接面１５の曲率半径を無限大）とした構成について説明したが、図５（第二実施形態）に示すように、ポケット１４の内面の、ころ１３のピッチ円Ｃ（図３参照）よりも径方向外側に、曲率中心Ｏ_２がポケット１４の外側かつ、ピッチ円Ｃの径方向外側に位置し、ころ１３が当接する一対の凸面状(曲率半径ｒ_２が有限の値)の当接面１５、１５が形成された構成とすることもできる。この構成においても、図３などに示した保持器１０と同様に、ころ１３のエッジ当たりを防止して、このエッジ当たりに起因する油膜切れ、摩擦による軸受内の温度上昇、ポケット内における摩耗発生、異音発生などの不具合を確実に防止することができる。

図５に示した構成においては、ころ１３の直径Ｄ_Ｗと、当接面１５の曲率半径ｒ_２との関係を、∞＞ｒ_２≧０．３５Ｄ_Ｗの範囲内とするのが好適であり、∞＞ｒ_２≧０．７５Ｄ_Ｗの範囲内とするのがさらに好適である。曲率半径ｒ_２が０．３５Ｄ_Ｗよりも小さいと、ころ１３と当接面１５との間の接触面積が小さくなり、応力集中が生じやすくなるので好ましくない。

また、図６（第三実施形態）に示すように、ポケット１４の内面に、曲率中心Ｏ_３がポケット１４の内側に位置し、ころ１３が当接する一対の凹面状(曲率半径ｒ_３が有限の値)の当接面１５、１５が形成された構成とすることもできる。この構成においても、図３などに示した保持器１０と同様に、ころ１３のエッジ当たりを防止して、このエッジ当たりに起因する油膜切れ、摩擦による軸受内の温度上昇、ポケット内における摩耗発生、異音発生などの不具合を確実に防止することができる。

図６に示した構成においては、ころ１３の直径Ｄ_Ｗと、当接面１５の曲率半径ｒ_３との関係を、∞＞ｒ_３≧０．７５Ｄ_Ｗの範囲内とするのが好適である。曲率半径ｒ_３が０．７５Ｄ_Ｗよりも小さいと、ころ１３とポケット１４との間の十分な隙間を確保することができず、ころ１３とポケット１４との間の摩擦ロスが生じやすくなるため好ましくない。

上記の実施形態に係る円筒ころ軸受用保持器１０および円筒ころ軸受はあくまでも例示であって、転動体１３がポケット１４内でエッジ当たりしない簡便な構成の円筒ころ軸受用保持器１０および円筒ころ軸受を提供する、というこの発明の課題を解決し得る限りにおいて、各構成部材の形状、配置、素材などを適宜変更することができる。

上記においては、所謂、くし形保持器を例示して説明したが、この発明に係る保持器１０は、柱部１２の間にポケット１４が形成される形式の軸受に対し、広く適用することができる。

１０ 円筒ころ軸受用保持器（保持器）
１１ リム部
１２ 柱部
１３ 転動体（ころ）
１４ ポケット
１５ 当接面
１７ 内輪軌道
１８ 内輪
Ｃ ピッチ円

Claims (7)

1. 円環状のリム部（１１）と、
   前記リム部（１１）から、その軸方向の一方向に突出して形成された複数の柱部（１２）と、
   を有し、周方向に隣り合う前記柱部（１２）の間に構成される、転動体（１３）を保持するポケット（１４）の内面に、曲率中心が前記ポケット（１４）の外側かつ前記ピッチ円（Ｃ）の径方向外側に位置し、前記転動体（１３）が当接する一対の当接面（１５）が形成されている円筒ころ軸受用保持器。
2. 円環状のリム部（１１）と、
   前記リム部（１１）から、その軸方向の一方向に突出して形成された複数の柱部（１２）と、
   を有し、周方向に隣り合う前記柱部（１２）の間に構成される、転動体（１３）を保持するポケット（１４）の内面に、曲率中心が前記ポケット（１４）の内側に位置し、前記転動体（１３）が当接する一対の当接面（１５）が形成されている円筒ころ軸受用保持器。
3. 前記転動体（１３）が前記一対の当接面（１５）に当接したときの前記各当接部におけるそれぞれの接線のなす角度が、５度以上４５度以下の範囲内である請求項１または２に記載の円筒ころ軸受用保持器。
4. 前記当接面（１５）の曲率半径を無限大とした請求項１から３のいずれか１項に記載の円筒ころ軸受用保持器。
5. 前記当接面（１５）に、耐摩耗表面処理を施した請求項１から４のいずれか１項に記載の円筒ころ軸受用保持器。
6. 快削鋼または高力黄銅を素材として採用した請求項１から５のいずれか１項に記載の円筒ころ軸受用保持器。
7. 請求項１から６のいずれか１項に記載の円筒ころ軸受用保持器（１０）と、
   前記円筒ころ軸受用保持器（１０）によって保持された複数の転動体（１３）と、
   外周面に前記転動体（１３）が転動する内輪軌道（１７）が形成された内輪（１８）と、
   を備えた円筒ころ軸受。

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