JP2021139455A - ケージアンドローラ - Google Patents

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Abstract

【課題】軸受トルクの上昇を抑制しながら負荷容量の増加を図ることができるケージアンドローラを提供する。【解決手段】ケージアンドローラ１０は、円筒状に配列された複数のころ１１と、複数のころ１１の軸方向両側に配置され、複数のころ１１を保持する一対の環状板１２と、一対の環状板１２を連結する複数の柱部１３と、を有する。複数のころ１１の軸方向両端面には、その軸方向に突出する突起部１１ａが形成されている。一対の環状板１２には、複数のころ１１の突起部１１ａを係合させる複数の穴部１２ａが形成されている。一対の環状板１２は、複数のころ１１を互いに非接触の状態で回転自在に保持する。【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、車両の変速ギア支持部及びシャフト支持部、エンジン用ローラフォロアや燃料ポンプ用ローラフォロア等に装着されるケージアンドローラに関する。
近時、各種産業機械や自動車の変速機（トランスミッション）等の回転部分には、ラジアルニードル軸受が多用されている。例えば、トランスミッションに使用されるラジアルニードル軸受においては、自動車の高出力化及び高速化に伴って、厳しい条件下で使用可能な軸受が要求されている。
例えば、特許文献１〜３には、円筒状に配列された複数のころ間におけるころピッチ円直径よりも外径側又は内径側の隙間に柱部を備える保持器が開示されている。これらの保持器を用いたころ軸受は、ころ同士の接触を防止しつつ、保持器を有しない総ころ軸受に近いころ本数を挿入することができ、負荷容量を増加させることができる。
また、特許文献４には、保持器の外輪軌道面側に柱部が形成されており、隣り合う柱部間のポケット部に、複数のころが配置されているケージアンドローラが提案されている。上記ケージアンドローラでは、１つのポケット内で隣接する２本のころと外輪軌道面との隙間に、ころ脱落防止柱が形成されているため、ころが保持器の外側に脱落することを防止することができるとともに、高負荷容量を実現することができる。
特許第４６１８９１５号公報 特開２００７−１８７２８７号公報 特開２０１３−１８５６４０号公報 特開２０１６−１５６４７２号公報
しかしながら、上記特許文献１〜３に記載のころ軸受をタペットローラ等のような小さな部品に適用しようとした場合、ころが小径となるため、外輪軌道面又は内輪軌道面ところとの隙間が極めて小さくなり、上記隙間に柱を形成することが困難になる。また、上記隙間に柱を配置するために、柱を細く形成すると、保持器の強度を確保することが困難である。さらに、上記特許文献１〜３に記載のころ軸受では、ころ同士は接触しないが、ころの転動面と柱が接触した状態でころが回転するため、ころと柱との間に摩擦が発生し、軸受トルクの上昇が懸念される。
また、上記特許文献４に記載のケージアンドローラでは、外径側へのころの脱落は防止できるものの、出荷時等には内径側への脱落を防止するためにころ脱落防止具が必要となり、部品点数の増加によりコストアップになるという問題点がある。さらに、このケージアンドローラでは、転動時に１つのポケット内でころ同士が接触するため、軸受トルクの上昇、ころの焼き付き、及び許容回転数の低下が懸念される。
本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、軸受トルクの上昇を抑制しながら負荷容量の増加を図ることができるケージアンドローラ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。
（１）円筒状に配列された複数のころと、
前記複数のころの軸方向両側に配置され、前記複数のころを保持する一対の環状板と、を有するケージアンドローラであって、
前記複数のころは、軸方向両端面に突起部を有し、
前記一対の環状板は、前記複数のころの前記突起部を係合させる複数の穴部を有し、前記複数のころを互いに非接触の状態で回転自在に保持する、ケージアンドローラ。
本発明によれば、ころの両端面に形成された突起部と、一対の環状板に形成された穴部とを係合させて、一対の環状板により複数のころを互いに非接触の状態で回転自在に保持するため、軸受トルクの上昇を抑制しながら負荷容量の増加を図ることができる。
本発明の第１実施形態に係るケージアンドローラを示す斜視図である。 図１のケージアンドローラを外周面側から見た展開図である。 図２のＡ−Ａ線断面図である。 本発明の第２実施形態に係るケージアンドローラの一部を拡大して示す断面図である。 本発明の第３実施形態に係るケージアンドローラの一部を拡大して示す断面図である。 本発明の第４実施形態に係るケージアンドローラの一部を拡大して示す断面図である。 本発明の第５実施形態に係るケージアンドローラの一部を拡大して示す断面図である。 本発明の第６実施形態に係るケージアンドローラを外周面側から見た展開図である。 本発明の第７実施形態に係るケージアンドローラを示す断面図である。
以下、本発明に係るケージアンドローラについて、図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下に説明する実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
（第１実施形態）
まず、図１〜図３を参照して、本発明の第１実施形態に係るケージアンドローラ１０について説明する。なお、以下の説明において、特に記載がない場合には、軸方向、径方向、周方向、外径側及び内径側とは、円筒状のケージアンドローラの軸方向、径方向、周方向、外径側及び内径側を示す。
本実施形態のケージアンドローラ１０は、図１及び図２に示すように、円筒状に配列された複数のころ１１と、複数のころ１１の軸方向両側に配置され、複数のころ１１を回転自在に保持する一対の環状板１２と、一対の環状板１２を軸方向に連結する複数（本実施形態では４本）の柱部１３と、を有する。
図３に示すように、ころ１１の軸方向両端面には、その軸方向外側に突出する凸球面状の突起部１１ａがそれぞれ形成されている。突起部１１ａは、円柱状のころ１１の両端部を削る、或いは塑性加工を施すことによって形成されている。
一対の環状板１２は、複数のころ１１の軸方向両端部を挟むように配置され、４本の柱部１３により、一対の環状板１２が軸方向に連結されている。つまり、本実施形態では、環状板１２と柱部１３は、合成樹脂により一体成形され、保持器１４を構成している。柱部１３の径方向肉厚は、環状板１２の径方向肉厚と同一であり、柱部１３の外径面は、環状板１２の外周面と面一に接続し、柱部１３の内径面は、環状板１２の内周面と面一に接続している。また、本実施形態では、周方向に隣り合う柱部１３の間に、９本のころ１１が配列されている。また、柱部１３は、ころ１１と接触しないように構成されている。なお、柱部１３の数は、４本に限定されず、保持器１４の強度を確保できれば２本以上あればよく、ころ１１の数の１／２以下（好ましくは、１／３未満）としている。また、柱部１３は、周方向に略等間隔に配置された方が好ましいが、略等間隔に配置されていなくてもよい。
一対の環状板１２の軸方向内端面における柱部１３を除く領域には、各ころ１１の突起部１１ａを係合させる複数の穴部１２ａが周方向に略等間隔で形成されている。穴部１２ａは、凹球面状に形成されている。そして、周方向に隣り合う穴部１２ａの周方向間隔は、ころ１１の直径Ｄよりも僅かに大きく設定されている。具体的には、突起部１１ａと穴部１２ａとの間には周方向の僅かな隙間が存在しており、この隙間により、ころ１１は、穴部１２ａに対して周方向への僅かな変位が可能となっている。そして、周方向に変位したころ１１同士が接触しないように、穴部１２ａの周方向間隔が設定されている。このため、一対の環状板１２の複数の穴部１２ａにより複数のころ１１を互いに非接触の状態で回転自在に保持することが可能となる。また、突起部１１ａの凸球面の曲率半径Ｒ１は、穴部１２ａの凹球面の曲率半径Ｒ２よりも小さく設定されている（Ｒ１＜Ｒ２）。なお、突起部１１ａの凸球面の中心は、ころ１１の回転中心軸（自転軸）上に位置しており、穴部１２ａの凹球面の中心は、複数のころ１１のＰＣＤ（ピッチ円直径）上に位置している。
また、各穴部１２ａの外径側端部には、穴部１２ａにころ１１を挿入させやすくするための挿入溝１２ｂが径方向に沿って形成されている。挿入溝１２ｂは、外径側から見て円弧状である蒲鉾形に形成されており、穴部１２ａよりも浅い深さで形成されている。また、挿入溝１２ｂ間の軸方向距離Ｌ２は、ころ１１の軸方向長さＬ１よりも小さく設定されている（Ｌ２＜Ｌ１）。さらに、ころ１１の軸方向長さＬ１は、保持器１４の軸方向長さＬ３よりも小さく設定されており（Ｌ１＜Ｌ３）、各穴部１２ａは環状板１２を軸方向に貫通していないので、ころ１１は保持器１４の内部に保持されている。従って、ころ１１の軸方向端部である突起部１１ａは、環状板１２の軸方向外端面（保持器１４の軸方向端部）から突出していない。
以上説明したように、本実施形態のケージアンドローラ１０によれば、ころ１１の両端面に形成された突起部１１ａと、一対の環状板１２に形成された穴部１２ａとを係合させて、一対の環状板１２により複数のころ１１を互いに非接触の状態で回転自在に保持するため、ケージアンドローラ１０の軸受トルクの上昇を抑制することができ、また、ころ１１の焼き付き及び許容回転数の低下を防止することができる。また、隣り合う全てのころ１１の間に柱部を設ける必要がないため、ころ１１の本数を総ころ軸受に近い本数にすることができ、ケージアンドローラ１０の負荷容量を増加させることができる。
また、本実施形態のケージアンドローラ１０によれば、ころ１１の突起部１１ａと一対の環状板１２の穴部１２ａを係合させることにより、複数のころ１１が保持器１４に保持されるため、ころ脱落防止柱やころ脱落防止具を設けることなく、保持器１４からのころ１１の脱落を防止することができる。
また、本実施形態のケージアンドローラ１０によれば、ころ１１の突起部１１ａの凸球面の曲率半径が、環状板１２の穴部１２ａの凹球面の曲率半径よりも小さく設定されるため、突起部１１ａと穴部１２ａが１点で点接触する。これにより、ころ１１と環状板１２との摩擦抵抗を最小限に抑制して、ケージアンドローラ１０の軸受トルクの上昇を更に抑制することができる。
また、本実施形態のケージアンドローラ１０によれば、保持器１４が合成樹脂により成形されているため、ころ１１を保持器１４に組み込む際に、保持器１４が弾性変形する。このため、保持器１４にころ１１を容易に組み込むことができるとともに、組み込み後のころ１１の脱落を防止することができる。また、各穴部１２ａは、環状板１２を軸方向に貫通していないので、環状板１２の強度低下を抑制することができる。さらに、突起部１１ａは環状板１２の軸方向外端面から突出しておらず、環状板１２の軸方向外端面は平面形状に成形されているので、ケージアンドローラ１０の使用時、ころ１１及び環状板１２の一部が、保持器１４と軸方向に隣接する部材と干渉することを防止している。
また、本実施形態のケージアンドローラ１０によれば、環状板１２の各穴部１２ａの外径側端部に挿入溝１２ｂが形成されるため、ころ１１を挿入する際の環状板１２の弾性変形量を少なくして、穴部１２ａにころ１１を挿入させやすくすることができる。
（第２実施形態）
次に、図４を参照して、本発明の第２実施形態に係るケージアンドローラ１０Ｂについて説明する。なお、第２及びそれ以降の第３〜第６実施形態は、保持器１４の構成、及び保持器１４と複数のころ１１との関係は上記第１実施形態と同様であるため、第１実施形態と同じ構成要素については、同一符号又は相当符号を付して、その説明を省略する。
本実施形態のケージアンドローラ１０Ｂでは、図４に示すように、ころ１１の軸方向両端面に、軸方向外側に突出する楕円球面状の突起部１１ｃが形成されるとともに、一対の環状板１２の軸方向内端面に、ころ１１の突起部１１ｃを係合させる楕円球面状の穴部１２ｃが形成されている。そして、穴部１２ｃ及び突起部１１ｃの両楕円形状の長軸はころ１１の軸方向と同一方向であり、穴部１２ｃの楕円形状（短径）は、突起部１１ｃの楕円形状（短径）よりも小さく設定されている。なお、本実施形態においても、第１実施形態と同様に、環状板１２に挿入溝１２ｂを形成してもよい。
本実施形態のケージアンドローラ１０Ｂによれば、上記第１実施形態と比較して、ころ１１の突起部１１ｃと環状板１２の穴部１２ｃとの軸方向の係合幅が大きいため、保持器１４からのころ１１の脱落を更に防止することができる。
その他の構成及び作用効果については、上記第１実施形態と同様である。
（第３実施形態）
次に、図５を参照して、本発明の第３実施形態に係るケージアンドローラ１０Ｃについて説明する。
本実施形態のケージアンドローラ１０Ｃでは、図５に示すように、ころ１１の軸方向両端面に、軸方向外側に突出する略円すい台形状の突起部１１ｄが形成されるとともに、一対の環状板１２の軸方向内端面に、ころ１１の突起部１１ｄを係合させる略円すい台形状の穴部１２ｄが形成されている。そして、ころ１１の保持器１４への組み込みを容易にするため、突起部１１ｄの先端と穴部１２ｄの底面との間に所定の隙間（遊び）を設けた方が好ましい。なお、本実施形態においても、第１実施形態と同様に、環状板１２に挿入溝１２ｂを形成してもよい。
本実施形態のケージアンドローラ１０Ｃによれば、上記第１実施形態と比較して、ころ１１の突起部１１ｄと環状板１２の穴部１２ｄとの軸方向の係合幅が大きいため、保持器１４からのころ１１の脱落を更に防止することができる。
その他の構成及び作用効果については、上記第１実施形態と同様である。
（第４実施形態）
次に、図６を参照して、本発明の第４実施形態に係るケージアンドローラ１０Ｄについて説明する。
本実施形態のケージアンドローラ１０Ｄでは、図６に示すように、ころ１１の軸方向両端面に、軸方向外側に突出する円すい形状の突起部１１ｅが形成されるとともに、一対の環状板１２の軸方向内端面に、ころ１１の突起部１１ｅを係合させる円すい形状の穴部１２ｅが形成されている。なお、本実施形態においても、第１実施形態と同様に、環状板１２に挿入溝１２ｂを形成してもよい。
本実施形態のケージアンドローラ１０Ｄによれば、上記第１実施形態と比較して、ころ１１の突起部１１ｅと環状板１２の穴部１２ｅとの軸方向の係合幅が大きいため、保持器１４からのころ１１の脱落を更に防止することができる。
その他の構成及び作用効果については、上記第１実施形態と同様である。
（第５実施形態）
次に、図７を参照して、本発明の第５実施形態に係るケージアンドローラ１０Ｅについて説明する。
本実施形態のケージアンドローラ１０Ｅでは、図７に示すように、一対の環状板１２の外周面に、径方向外側に突出するリブ１２ｆが全周に亘り形成されている。そして、保持器１４は、リブ１２ｆの外周面を外輪軌道面に僅かな隙間を介して対向させて、外輪案内で使用される。
本実施形態のケージアンドローラ１０Ｅによれば、一対の環状板１２の外周面に、径方向外側に突出するリブ１２ｆが形成されるため、保持器１４の径方向のガタつきを抑制することができる。これにより、保持器１４からのころ１１の脱落を更に防止することができる。
その他の構成及び作用効果については、上記第１実施形態と同様である。
（第６実施形態）
次に、図８を参照して、本発明の第６実施形態に係るケージアンドローラ１０Ｆについて説明する。
本実施形態のケージアンドローラ１０Ｆは、図８に示すように、上記第１実施形態のケージアンドローラ１０のころ１１を２列にしたものである。なお、ころ１１の列数は、２列に限定されず、３列以上であってもよい。
その他の構成及び作用効果については、上記第１実施形態と同様である。
（第７実施形態）
次に、図９を参照して、本発明の第７実施形態に係るケージアンドローラ２０について説明する。
本実施形態のケージアンドローラ２０は、図９に示すように、円筒状に配列された複数のころ２１と、複数のころ２１の軸方向両側に配置され、複数のころ２１を回転自在に保持する一対の環状板２２と、を有する。
図９に示すように、ころ２１の軸方向両端面には、その軸方向外側に突出する円柱状の突起部２１ａがそれぞれ形成されている。突起部２１ａは、ころ２１の軸心位置に形成されている。突起部２１ａは、円柱状のころ２１の両端部を削る、或いは塑性加工を施すことによって、ころ２１と一体に形成されている。
一対の環状板２２は、別体であり、複数のころ２１の軸方向両端部を挟むように配置されており、互いを軸方向に連結する柱部を備えていない。また、環状板２２は、金属製であっても合成樹脂製であってもよい。
一対の環状板２２には、各ころ２１の突起部２１ａを係合させる複数の穴部２２ａが周方向に略等間隔で形成されている。穴部２２ａは、環状板２２を軸方向に貫通する貫通穴である。そして、周方向に隣り合う穴部２２ａの周方向間隔は、ころ２１の直径よりも僅かに大きく設定されている。このため、一対の環状板２２の複数の穴部２２ａにより複数のころ２１を互いに非接触の状態で回転自在に保持することが可能となる。
また、本実施形態のケージアンドローラ２０は、一対の環状板２２を連結する柱部を備えていないため、複数のころ２１と一対の環状板２２を組み合わせた後、シェル型外輪２５内に組み込まれる。そして、使用時には、ケージアンドローラ２０内に軸２６が挿入される。突起部２１ａの軸方向寸法を穴部２２ａの軸方向寸法（環状板２２の軸方向寸法と同一）よりも小さく設定しているので、突起部２１ａが、環状板２２の軸方向外端面から突出して、シェル型外輪２５と接触することを防止している。
以上説明したように、本実施形態のケージアンドローラ２０によれば、ころ２１の両端面に形成された突起部２１ａと、一対の環状板２２に形成された穴部２２ａとを係合させて、一対の環状板２２により複数のころ２１を互いに非接触の状態で回転自在に保持するため、ケージアンドローラ２０の軸受トルクの上昇を抑制することができ、また、ころ２１の焼き付き及び許容回転数の低下を防止することができる。また、一対の環状板２２を連結する柱部を設ける必要がないため、ころ２１の本数を総ころ軸受に近い本数にすることができ、ケージアンドローラ２０の負荷容量を増加させることができる。
以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１）円筒状に配列された複数のころと、
前記複数のころの軸方向両側に配置され、前記複数のころを保持する一対の環状板と、を有するケージアンドローラであって、
前記複数のころは、軸方向両端面に突起部を有し、
前記一対の環状板は、前記複数のころの前記突起部を係合させる複数の穴部を有し、前記複数のころを互いに非接触の状態で回転自在に保持する、ケージアンドローラ。
（２）前記一対の環状板を連結する２本以上の柱部を有し、周方向に隣り合う前記柱部の間に、少なくとも２本の前記ころが配列される、（１）に記載のケージアンドローラ。
（３）前記環状板及び前記柱部は樹脂製であり、
前記穴部の外径側端部に、前記穴部に前記ころを挿入させやすくするための挿入溝が径方向に沿って形成される、（２）に記載のケージアンドローラ。
（４）前記一対の環状板は、別体である、（１）に記載のケージアンドローラ。
（５）前記突起部は、円柱状であり、前記ころの軸心位置に形成され、
前記穴部は、前記環状板を軸方向に貫通する貫通穴である、（４）に記載のケージアンドローラ。
（６）シェル型外輪に組み込まれる、（４）又は（５）に記載のケージアンドローラ。
この構成によれば、ころの両端面に形成された突起部と、一対の環状板に形成された穴部とを係合させて、一対の環状板により複数のころを互いに非接触の状態で回転自在に保持するため、軸受トルクの上昇を抑制しながら負荷容量の増加を図ることができる。
１０，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｆ，２０ ケージアンドローラ
１１，２１ ころ
１１ａ，１１ｃ，１１ｄ，１１ｅ，２１ａ 突起部
１２，２２ 環状板
１２ａ，１２ｃ，１２ｄ，１２ｅ，２２ａ 穴部
１２ｂ 挿入溝
１２ｆ リブ
１３ 柱部
１４ 保持器
２５ シェル型外輪
２６ 軸

Claims (6)

  1. 円筒状に配列された複数のころと、
    前記複数のころの軸方向両側に配置され、前記複数のころを保持する一対の環状板と、を有するケージアンドローラであって、
    前記複数のころは、軸方向両端面に突起部を有し、
    前記一対の環状板は、前記複数のころの前記突起部を係合させる複数の穴部を有し、前記複数のころを互いに非接触の状態で回転自在に保持する、ケージアンドローラ。
  2. 前記一対の環状板を連結する２本以上の柱部を有し、周方向に隣り合う前記柱部の間に、少なくとも２本の前記ころが配列される、請求項１に記載のケージアンドローラ。
  3. 前記環状板及び前記柱部は樹脂製であり、
    前記穴部の外径側端部に、前記穴部に前記ころを挿入させやすくするための挿入溝が径方向に沿って形成される、請求項２に記載のケージアンドローラ。
  4. 前記一対の環状板は、別体である、請求項１に記載のケージアンドローラ。
  5. 前記突起部は、円柱状であり、前記ころの軸心位置に形成され、
    前記穴部は、前記環状板を軸方向に貫通する貫通穴である、請求項４に記載のケージアンドローラ。
  6. シェル型外輪に組み込まれる、請求項４又は５に記載のケージアンドローラ。
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