JP2020153442A - 自動調心ころ軸受用の保持器及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】自動調心ころ軸受の保持器の製造コストを低減する。【解決手段】鋼製の帯板５０に、帯板５０の長手方向に沿って複数の切り欠き５１を、切削により帯板５０の板厚方向を切削の進行方向として形成する（切削工程）。切り欠き５１が形成された帯板５０の長手方向が周方向となり、かつ、帯板５０の板厚方向が径方向となるようにして、帯板５０を曲げて湾曲帯板とする（曲げ工程）。前記湾曲帯板の端部５２，５３同士を溶接により接合する（接合工程）。【選択図】 図５

Description

本発明は、自動調心ころ軸受用の保持器及びその製造方法に関する。

自動調心ころ軸受は、内輪、外輪、二列の凸面ころ（球面ころ）、及び保持器を備える。外輪の内周には、断面が円弧状である軌道面が形成されている。円弧状である軌道面の中心は軸受の中心と一致していて、軸受は調心性を有することができる。保持器は、各列に含まれる複数の凸面ころを保持する。保持器は、円環部と、円環部から軸方向に延びている複数の柱部とを有する。周方向で隣り合う柱部の間が、凸面ころを収容するポケットとなる。

自動調心ころ軸受は、様々な機器に用いられるが、例えば風力発電設備の主軸を支持する軸受として用いられる。この場合、その直径が比較的大きい。そこで、構成部材である保持器は、遠心鋳造等によって得られた黄銅製の環状部材を切削することで製造されることがある（例えば、特許文献１参照）。

特開２００７−８５５４２号公報

図９は、黄銅製の環状部材を切削する方法の説明図であり、その一部を示している。従来の製造方法では、環状部材９０に対して、その中心線に略平行な方向（図９の矢印Ｊ）に削り工具を移動させて切削が行われ、ポケット９１が形成される。保持器となる環状部材９０は、直径Ｄに比べて厚さｔが小さい。このような環状部材９０を、図９の矢印Ｊに示すように削り工具を移動させて切削し、ポケット９１を形成するのに手間を要する。また、保持器を黄銅製とする場合、材料費が高くなる。

そこで、本開示は、自動調心ころ軸受の保持器の製造コストを低減することを目的とする。

本開示の自動調心ころ軸受用の保持器の製造方法は、鋼製の帯板に、当該帯板の長手方向に沿って複数の切り欠きを、切削により当該帯板の板厚方向を切削の進行方向として形成する切削工程と、前記切り欠きが形成された前記帯板の長手方向が周方向となり、かつ、当該帯板の板厚方向が径方向となるようにして、当該帯板を曲げて湾曲帯板とする曲げ工程と、前記湾曲帯板の端部同士を溶接により接合する接合工程と、を含む。

前記製造方法によれば、切削によって帯板に切り欠きを複数形成し、この帯板を曲げて溶接することで、環状の保持器が得られる。帯板に形成した切り欠きが、凸面ころを保持するためのポケットとなる。本開示により製造される保持器は、従来のように黄銅製ではなく鋼製である。また、ポケットの形成のために、帯板に対してその板厚方向に例えばミーリング等による切削を進めて切り欠きを形成すればよい。よって、保持器の製造コストの低減が可能となる。

また、好ましくは、前記切削工程では、前記帯板の一面側から他面側に向かって徐々に前記切り欠きの前記長手方向の間隔が狭くなるようにして、前記切り欠きを形成し、前記曲げ工程では、前記一面側が内周側となるようにして前記帯板を曲げ、前記切り欠きが有する前記長手方向に対向する対の側面が、凸面ころを保持するためのポケットが有する周方向に対向する対のポケット側面となり、前記切削工程において、前記切り欠きが有する前記対の側面の成す角度は、前記ポケットが有する前記対のポケット側面の成す角度よりも、大きく設定される。
完成した保持器において、ポケットそれぞれが有する対のポケット側面の成す角度が、凸面ころの抱き角度となる。この抱き角度は凸面ころを保持する機能に影響を与える。切削工程で得られる切り欠きの側面の成す角度は、前記曲げ工程で帯板を曲げると、変化する。そこで、切削工程において、切り欠きの側面の成す角度が前記製造方法のとおり大きく設定されることで、ポケットが有する対のポケット側面の成す角度（前記抱き角度）を、所望の値とすることができる。

本開示は、円環部と、当該円環部から軸方向一方に延びている複数の柱部と、を有し、周方向で隣り合う前記柱部の間が、軸方向一方に開口したポケットとなる、自動調心ころ軸受用の保持器であって、周方向に沿った形状の帯板により構成され複数の前記ポケットが形成されている環状本体部と、前記帯板の端部同士を接合して前記環状本体部を周方向に連続させている溶接ビード部と、を有する。
前記保持器は、前記製造方法によって製造される。このため、保持器の製造コストの低減が可能となる。

また、好ましくは、前記ポケットは、周方向に向く平面状のポケット側面を有し、当該ポケットの周方向で対向する対の前記ポケット側面の間隔は、径方向外側に向かって徐々に狭くなっている。
この構成により、ポケットに収容した凸面ころが径方向外側に脱落するのを防止することができる。ポケット側面は平面状であり、ポケットの形成がより一層容易となる。

また、好ましくは、前記自動調心ころ軸受用の保持器は、前記柱部を第一の柱部として有すると共に、前記円環部から軸方向他方に延びている複数の第二の柱部を、更に有し、周方向で隣り合う当該第二の柱部の間が軸方向他方に開口したポケットとなる。この場合、二列の凸面ころを一つで保持する保持器が得られる。
この保持器において、好ましくは、前記溶接ビード部は、軸方向一方の前記ポケットの一部と、軸方向他方の前記第二の柱部の軸方向他方の端とを結ぶ。この場合、溶接ビード部が比較的広い領域に存在する。つまり、溶接ビード部とポケット側面とが離れる。このため、溶接が行われやすい。
または、好ましくは、前記溶接ビード部は、前記第一の柱部の軸方向一方の端と、前記第二の柱部の軸方向他方の端とを結ぶ。この場合、ポケットに溶接ビード部が存在しない。ポケットに凸面ころが接触するが、溶接ビード部が強度的に弱点となり難い。

本開示によれば、自動調心ころ軸受の保持器の製造コストを低減することができる。

本開示の保持器を備える自動調心ころ軸受の一例を示す断面図である。 環状である保持器を平面に展開した場合の説明図である。 第一のポケット及びその周囲を示す斜視図である。 保持器の製造方法の説明図である。 保持器の製造方法（切削工程）の説明図である。 保持器の製造方法（曲げ工程）の説明図である。 保持器の製造方法（接合工程）の説明図である。 他の形態の保持器を平面に展開した場合の説明図である。 従来の保持器の製造方法の説明図である。

図１は、本開示の保持器を備える自動調心ころ軸受の一例を示す断面図である。図１に示す自動調心ころ軸受１０（以下、単に「軸受１０」と称する場合もある）は、内輪１１、外輪１２、これら内輪１１と外輪１２との間に設けられている複列の凸面ころ（球面ころ）１３，１４、環状の保持器１５、及び、保持器１５をガイドするガイドリング１６を備える。内輪１１、外輪１２、保持器１５、及びガイドリング１６それぞれの中心線Ｃは一致することができる。以下の説明において、各中心線Ｃに平行な方向を「軸方向」と称する。中心線Ｃに直交する方向が「径方向」である。

軸方向一方側（図１において左側）に設けられている複数の凸面ころ１３の列が「第一列（第一ころ列）Ｌ１」であり、軸方向他方側（図１において右側）に設けられている複数の凸面ころ１４の列が「第二列（第二ころ列）Ｌ２」である。保持器１５は、第一列Ｌ１に含まれる複数の凸面ころ１３を周方向に間隔をあけて保持すると共に、第二列Ｌ２に含まれる複数の凸面ころ１４を周方向に間隔をあけて保持する。第一列Ｌ１の凸面ころ１３と第二列Ｌ２の凸面ころ１４とは、共通する一つの保持器１５によって保持される。

外輪１２は、その内周に単一の外軌道面１７を有する。外軌道面１７は、凹曲面からなり、自動調心ころ軸受１０の中心線（Ｃ）上の点（軸受中心点）から所定の半径を有する球面に沿った形状を有する。内輪１１は、その外周に、二列の内軌道面１８，１８を有する。内軌道面１８は、凹曲面からなり、図１に示すように内輪１１の中心線Ｃを含む断面において、内軌道面１８の形状は円弧となる。この円弧は、外軌道面１７を形成する前記球面の半径と略同じ半径を有する。

図２は、環状である保持器１５を平面に展開した場合の説明図であり、保持器１５の一部を示している。保持器１５は、環状の部分である円環部２０と、円環部２０から軸方向一方に延びている複数の第一の柱部２１とを有する。周方向で隣り合う柱部２１，２１の間が、軸方向一方に開口した第一のポケット２６となる。本開示の保持器１５は、更に、円環部２０から軸方向他方に延びている複数の第二の柱部２２を有する。周方向で隣り合う第二の柱部２２，２２の間が、軸方向他方に開口した第二のポケット２７となる。図２に開示の保持器１５では、第一のポケット２６と第二のポケット２７とが、周方向に位置ずれして設けられている。

図３は、第一のポケット２６及びその周囲を示す斜視図である。図３では、第一のポケット２６に保持されている凸面ころ１３を仮想線（二点鎖線）で示している。第一のポケット２６は、周方向に向くポケット側面２８を有する。ポケット側面２８は、平面状である。なお、ポケット側面２８の径方向両側は面取り（アール面取り）形状を有する。第一のポケット２６の周方向で対向する対のポケット側面２８，２８の間隔ｅは、径方向外側（つまり、外周面側）に向かって徐々に狭くなっている。この構成により、ポケット２６に収容した凸面ころ１３が径方向外側に脱落するのを防止することができる。ポケット側面２８，２８の成す角度の参照符号が「Ｚ２」である。この角度Ｚ２は、ポケット側面２８，２８それぞれの延長面の交差角度である。

第二のポケット２７（図２参照）は、第一のポケット２６と同じ形状を有する。つまり、第二のポケット２７は周方向に向くポケット側面２９を有する。ポケット側面２９は、平面状である。第二のポケット２７の周方向で対向する対のポケット側面２９，２９の間隔ｅは、径方向外側（つまり、外周面側）に向かって徐々に狭くなっている。

保持器１５は溶接が可能である鋼材により製造されている。例えば、保持器１５は溶接が可能である炭素鋼により製造されている。後にも説明するが（図４から図７参照）、保持器１５は、直線状である帯板５０に対して、切り欠き５１を複数形成し、この帯板５０を環状に曲げて溶接することで製造される。切り欠き５１がポケット２６（２７）となる。

このような製造方法のため、保持器１５は、図２に示すように、複数のポケット２６，２７が形成されている環状本体部６０と、環状本体部６０を周方向に連続させている溶接ビード部６１とを有する。環状本体部６０は、周方向に沿った形状の帯板５０（湾曲帯板５４）により構成されている。溶接ビード部６１は、曲げられた帯板５０の周方向の端部５２，５３同士を接合して形成される。溶接ビード部６１により、環状本体部６０を周方向に連続させている。

本開示では、保持器１５を構成する帯板５０は一枚であり、溶接ビード部６１は一箇所である。図示しないが、保持器１５は複数枚の帯板５０により構成され、各帯板５０の周方向の端部同士が溶接によって接合されていてもよい。この場合、溶接ビード部６１は複数箇所となる（帯板５０と同数になる）。

図２に示す形態では、溶接ビード部６１は、第一のポケット２６の一部２６ａと、第二の柱部２２の軸方向他方の端２２ａとを結ぶ。特に本開示では、一つの第二の柱部２２が有する二つのポケット側面２９，２９それぞれから等しい距離となる位置に、溶接ビード部６１が設けられている。

以上の構成を備える保持器１５の製造方法について説明する。図４から図７は、保持器１５の製造方法の説明図である。保持器１５は、一方向に長く直線状である鋼製の帯板５０（図４参照）により製造される。帯板５０は溶接可能な鋼材である。

図５に示すように、帯板５０の長手方向に沿って複数の切り欠き５１が形成される。切り欠き５１はミーリング等の切削により形成される（切削工程）。切り欠き５１は、帯板５０の板厚方向を切削の進行方向として形成される。つまり、帯板５０の一面５０ａ側から他面５０ｂに向かって切削工具を進め、板厚方向に貫通した切り欠き５１を形成する。切り欠き５１は、最終的にポケット２６，２７となる。図５では、帯板５０の幅方向一方側及び他方側それぞれに切り欠き５１が複数形成される。

切削工程では、帯板５０の一面５０ａ側から他面５０ｂ側に向かって徐々に切り欠き５１の間隔Ｅが狭くなるようにして、切り欠き５１が形成される。このために、例えばミーリングの削り工具の形状が、先細り形状とされ、その形状は、切り欠き５１と同じ形状となっている。なお、前記間隔Ｅは、帯板５０の長手方向における切り欠き５１の対の側面３８，３８（３９，３９）間の距離である。全ての切り欠き５１の形状は同じである。

図６に示すように、切り欠き５１が形成された帯板５０を曲げて湾曲帯板５４とする（曲げ工程）。帯板５０の長手方向が周方向となり、かつ、帯板５０の板厚方向が径方向となるようにして、帯板５０が曲げられる。これにより、帯板５０の長手方向一方側及び他方側であった端部５２，５３は、湾曲帯板５４の周方向の端部５２，５３となる。端部５２，５３は対向し接近した状態となる。端部５２，５３それぞれに、（図示しないが）溶接のための開先が形成されている。この開先は、図１に示す帯板５０に予め形成されていてもよく、前記切削工程において形成されてもよい。曲げ工程では、帯板５０の一面５０ａ側（図５参照）が内周側となるようにして帯板５０が曲げられる。帯板５０の他面５０ｂが保持器１５の外周面となる。

図７に示すように、湾曲帯板５４の周方向の端部５２，５３同士が溶接により接合される（接合工程）。完全溶接が行われるのが好ましい。湾曲帯板５４が環状本体部６０となり、端部５２，５３における溶接部が溶接ビード部６１となる。接合工程において溶接が行われることで、湾曲帯板５４は完全な環状となる。帯板５０の切り欠き５１が有する対の側面３８，３８（図５参照）が、図３に示すように、凸面ころ１３を保持するための第一のポケット２６が有する周方向に対向する対のポケット側面２８，２８となる。同様に、反対側の切り欠き５１の対の側面３９，３９（図５参照）が、凸面ころ１４を保持するための第二のポケット２７の対のポケット側面２９，２９となる。接合工程の後、保持器１５が完成する。前記製造方法により製造された保持器１５の環状本体部６０は、円環部２０と、第一の柱部２１と、第二の柱部２２とから成る。

以上のように、本開示の保持器１５の製造方法は、切削工程、曲げ工程、及び接合工程が含まれる。切削工程では（図５参照）、直線状である鋼製の帯板５０に、帯板５０の長手方向に沿って複数の切り欠き５１が、切削により帯板５０の板厚方向を切削の進行方向として形成される。曲げ工程では（図６参照）、切り欠き５１が形成された帯板５０の長手方向が周方向となり、かつ、板厚方向が径方向となるようにして帯板５０が曲げられて湾曲帯板５４となる。接合工程では（図７参照）、湾曲帯板５４の端部５２，５３同士が溶接により接合される。

この製造方法によれば、切削によって帯板５０に切り欠き５１を複数形成し、この帯板５０を曲げて溶接することで、環状の保持器１５が得られる。帯板５０に形成した切り欠き５１が、凸面ころ１３，１４を保持するためのポケット２６，２７となる。保持器１５は、従来のように黄銅製ではなく鋼製（炭素鋼）である。また、ポケット２６，２７の形成のために、帯板５０に対してその板厚方向に例えばミーリング等による切削を進めて切り欠き５１を形成すればよい。ポケット２６，２７の形成が従来よりも容易となる。また、従来のように遠心鋳造によって黄銅製の環状部材を作らなくてよい。よって、保持器１５の製造コストの低減が可能となる。

本開示の製造方法では、曲げ工程において、帯板５０は塑性変形して直線帯板状から環状に曲げられる。このため、切り欠き５１が有する対の側面３８，３８の成す角度Ｚ１（図５参照）と、第一のポケット２６が有する対のポケット側面２８，２８の成す角度Ｚ２（図３参照）とは相違する。つまり、曲げられた後の角度Ｚ２は、曲げられる前の前記角度Ｚ１よりも小さくなる。そこで、切削工程では、切り欠き５１が有する対の側面３８，３８の成す角度Ｚ１（図５参照）は、第一のポケット２６が有する対のポケット側面２８，２８の成す角度Ｚ２（図３参照）よりも、大きく設定される。このように、第一のポケット２６のために、切り欠き５１の対の側面３８，３８を前記のように予め大きめに設定することは、第二のポケット２７のための切り欠き５１の側面３９，３９にも適用される。

完成した保持器１５において、ポケット２６それぞれが有する対のポケット側面２８，２８の成す角度Ｚ２（図３参照）が、凸面ころ１３の抱き角度となる。この抱き角度（Ｚ２）は凸面ころ１３を保持する機能に影響を与える。前記のとおり、切削工程で得られる切り欠き５１の側面３８，３８の成す角度Ｚ１は、曲げ工程で帯板５０を曲げると変化する。そこで、切削工程において、前記角度Ｚ１が、前記のとおり、規定の抱き角度となる角度Ｚ２よりも大きく設定される。この結果、保持器１５の完成後の抱き角度（Ｚ２）を、所望の値とすることができる。

抱き角度（Ｚ２）は、例えば、２０°以上であって４０°以下に設定される。角度Ｚ２が大きいほど、凸面ころ１３の保持性能が高くなる。保持性能の例としては、凸面ころ１３がスキューするのを抑える性能である。また、凸面ころ１３は、ポケット側面２８の径方向中央付近で接触するのが好ましい。角度Ｚ２が大きくなりすぎると、ポケット側面２８と凸面ころ１３との接触位置が、径方向一方（径方向外側）に偏ってしまう。よって、前記角度Ｚ２は、特に、２３°以上であって３０°以下とするのが好ましい。本開示の前記角度Ｚ２は２５°である。

前記製造方法によって製造される保持器１５は、環状本体部６０と、溶接ビード部６１とを有する。環状本体部６０は、周方向に沿った形状の帯板５０（湾曲帯板５４）により構成されている。環状本体部６０には、複数のポケット２６，２７が形成されている。溶接ビード部６１は、帯板５０の端部５２，５３同士を接合していて、環状本体部６０を周方向に連続させている。

図２に示す形態では、軸方向一方の第一のポケット２６と、軸方向他方の第二のポケット２７とは、周方向に位置ずれして設けられている。そこで、溶接ビード部６１は、前記のとおり、軸方向一方の第一のポケット２６の一部２６ａと、軸方向他方の第二の柱部２２の軸方向他方の端２２ａとを結ぶ。この構成の場合、溶接ビード部６１が比較的広い領域に存在することができる。つまり、溶接ビード部６１とポケット側面２８，２８とが離れる。このため、溶接が行われやすい。図２に示すように、第一のポケット２６と第二のポケット２７とが周方向に位置ずれしている配置を「千鳥配置」と称する。

ポケット２６，２７の配置は千鳥配置以外であってもよい。つまり、図８に示すように、軸方向一方の第一のポケット２６と、軸方向他方の第二のポケット２７とが、周方向に同じ位置に設けられていてもよい。この場合、溶接ビード部６１は、第一の柱部２１の軸方向一方の端２１ａと、第二の柱部２２の軸方向他方の端２２ａとを結ぶ。この構成の場合、ポケット２６，２７に溶接ビード部６１が存在しない。ポケット２６，２７に凸面ころ１３，１４が接触するが、溶接ビード部６１が強度的に弱点となり難い。

または、変形例として、図８の一点鎖線で示すように、溶接ビード部６１は円環部２０のみに設けられていてもよい。この場合、溶接量が少なくて済む。なお、図８に示す形態の溶接ビード部６１の形態を、ポケット２６，２７が千鳥配置である保持器に適用してもよい。

前記各形態の保持器１５は、一枚の帯板５０により構成されているが、複数枚の帯板５０が組み合わされて一つの環状の保持器１５が構成されてもよい。この場合、複数の湾曲帯板５４によって一つの環状本体部６０が構成され、溶接ビード部６１が湾曲帯板５４と同数形成される。

また、前記各形態では、二列の凸面ころ１３，１４（図１において、第一列Ｌ１及び第二列Ｌ２）を一つの保持器１５が保持する形態について説明した。その変形例として、列ごとに保持器１５が設けられる構成であってもよい。この場合、自動調心ころ軸受において、保持器１５が二つ設けられる。

今回開示した実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の権利範囲は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲の範囲に記載された構成と均等の範囲内でのすべての変更が含まれる。

１３，１４：凸面ころ １５：保持器 ２０：円環部
２１：第一の柱部 ２１ａ：端 ２２：第二の柱部
２２ａ：端 ２６：第一のポケット ２６ａ：一部
２７：第二のポケット ２８：ポケット側面 ２９：ポケット側面
３８：側面 ３９：側面 ５０：帯板
５０ａ：一面 ５０ｂ：他面 ５１：切り欠き
５２，５３：端部 ５４：湾曲帯板 ６０：環状本体部
６１：溶接ビード部 Ｅ：間隔 ｅ：間隔
Ｚ１：角度 Ｚ２：角度

Claims (7)

1. 鋼製の帯板に、当該帯板の長手方向に沿って複数の切り欠きを、切削により当該帯板の板厚方向を切削の進行方向として形成する切削工程と、
   前記切り欠きが形成された前記帯板の長手方向が周方向となり、かつ、当該帯板の板厚方向が径方向となるようにして、当該帯板を曲げて湾曲帯板とする曲げ工程と、
   前記湾曲帯板の端部同士を溶接により接合する接合工程と、
   を含む、自動調心ころ軸受用の保持器の製造方法。
2. 前記切削工程では、前記帯板の一面側から他面側に向かって徐々に前記切り欠きの前記長手方向の間隔が狭くなるようにして、前記切り欠きを形成し、
   前記曲げ工程では、前記一面側が内周側となるようにして前記帯板を曲げ、
   前記切り欠きが有する前記長手方向に対向する対の側面が、凸面ころを保持するためのポケットが有する周方向に対向する対のポケット側面となり、
   前記切削工程において、前記切り欠きが有する前記対の側面の成す角度は、前記ポケットが有する前記対のポケット側面の成す角度よりも、大きく設定される、請求項１に記載の自動調心ころ軸受用の保持器の製造方法。
3. 円環部と、当該円環部から軸方向一方に延びている複数の柱部と、を有し、周方向で隣り合う前記柱部の間が、軸方向一方に開口したポケットとなる、自動調心ころ軸受用の保持器であって、
   周方向に沿った形状の帯板により構成され複数の前記ポケットが形成されている環状本体部と、前記帯板の端部同士を接合して前記環状本体部を周方向に連続させている溶接ビード部と、を有する、自動調心ころ軸受用の保持器。
4. 前記ポケットは、周方向に向く平面状のポケット側面を有し、
   当該ポケットの周方向で対向する対の前記ポケット側面の間隔は、径方向外側に向かって徐々に狭くなっている、請求項３に記載の自動調心ころ軸受用の保持器。
5. 前記柱部を第一の柱部として有すると共に、前記円環部から軸方向他方に延びている複数の第二の柱部を、更に有し、周方向で隣り合う当該第二の柱部の間が軸方向他方に開口したポケットとなる、請求項３又は４に記載の自動調心ころ軸受用の保持器。
6. 前記溶接ビード部は、軸方向一方の前記ポケットの一部と、軸方向他方の前記第二の柱部の軸方向他方の端とを結ぶ、請求項５に記載の自動調心ころ軸受用の保持器。
7. 前記溶接ビード部は、前記第一の柱部の軸方向一方の端と、前記第二の柱部の軸方向他方の端とを結ぶ、請求項５に記載の自動調心ころ軸受用の保持器。

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