JP2023030597A - ころ軸受および針状ころ軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】柱部断面積を大きくすることによる強度向上と、ころ本数の増加を図って基本動（静）定格荷重を向上させることが可能なころ軸受および針状ころ軸受を提供する。【解決手段】ポケット内部側が拡大するように、周方向に沿って対向する柱部対向面を傾斜面とする。傾斜面の傾斜角度をθとしたときに、２０°≦θ≦６０°とする。傾斜角度は、ポケット中心を通る径方向線となす角度である。【選択図】図１

Description

本発明は、ころ軸受および針状ころ軸受に関する。

ころ軸受として、従来には、建設機械に備えられた油圧モータの回転を減速する等に用いられる大負荷容量のころ軸受がある（特許文献１）。すなわち、特許文献１に記載のころ軸受は、図１４に示すように、周方向に沿って配設される複数個のころ１が、保持器２に互いに等間隔で保持されてなるものである。

この場合、保持器２は、図１５と図１６とに示すように、２つの円形フランジ３a、３ｂと、円形フランジ３ａ、３ｂを連結する複数の柱部４とを有し、隣り合う柱部の間に形成されるポケット５に針状ころ１が収容される。

特開２００７－４６７９２号公報

ところで、ころピッチ円Ｐ付近に柱部４が配設される場合、このころピッチ円Ｐ付近の柱部４の幅寸法を、周方向に沿って隣り合うころ間寸法より小さくする必要がある。これに対して、図１４に示すように、柱部４を、ころピッチ円Ｐよりも外径側へ配設することにより、柱部４の幅寸法を大とできる。

しかしながら、従来の保持器形状でころ本数を増加させて、基本動（静）定格荷重を向上させようとした場合、必然的に柱部の径方向、あるいは周方向の幅寸法が小さくなり、柱部の強度低下を招くことになる。

そこで、本発明は斯かる実情に鑑み、保持部材の柱部断面形状を台形に近似した形状とし、隣り合うころ間の空間を有効活用する事で、柱部断面積を大きくすることによる強度向上と、ころ本数の増加を図って基本動（静）定格荷重を向上させることが可能なころ軸受および針状ころ軸受を提供しようとするものである。

本発明のころ軸受は、軸方向に離間した一対の環状部と、軸方向に延在して前記環状部同士を連結する複数の柱部とを有し、隣り合う柱部の間に形成されるポケットにころが保持される保持部材を有するころ軸受であって、前記保持部材は、ポケット内部側が拡大するように、周方向に沿って対向する柱部対向面を傾斜面とするとともに、この傾斜面の傾斜角度をθとしたときに、２０°≦θ≦６０°とし、かつ、前記傾斜角度は、ポケット中心を通る径方向線となす角度であるものである。

本発明のころ軸受では、ポケット内部側が拡大するように、周方向に沿って対向する柱部対向面を傾斜面とすることによって、ころピッチ円よりも外径側に配設したり、内径側に配設したりしても、柱部断面積を比較的大きく設定することができる。しかも、柱部対向面の傾斜面の傾斜角度を２０°≦θ≦６０°とすることによって、隣り合うころ間の空間を有効活用する事ができるため、柱部の板厚（柱部の径方向厚さ）を強度的に安定する厚さとすることができる。すなわち、θが６０°を超えると、柱部の板厚(柱部の径方向厚さ)が小さくなりすぎたり、柱部断面形状を台形に近似した形状を維持できなくなる可能性がある。また、θが２０°未満では、隣り合うころ間の空間に柱部を形成する際、柱部の幅寸法が小さくしなければならなくなり、柱部の強度低下を招くことになる。また、この下限値としては、可能な限り柱部断面積を大きくするのが好ましく、加工時の許容バラツキも考慮し、２０°程度とするのが好ましい。

柱部の板厚(柱部の径方向厚さ)を、ころ径の１０％から３０％とするのが好ましい。このように設定することによって、柱部として強度的に安定し、しかも、ころと保持部材の干渉を有効に防止できる。

前記保持部材の前記環状部と前記柱部との間に形成される隅部がＲ形状の曲面部とされるのが好ましい。このように設定することにより、加工時の柱部に発生する応力を緩和することができる。

前記曲面部における、外径側に位置する部位のＲ形状を、中央部のＲ形状よりも大きく設定したり、前記曲面部における、内径側に位置する部位のＲ形状を、中央部のＲ形状よりも大きく設定したりできる。このように設定することで、発生応力が大きくなるのを有効に防止できる。ここで、Ｒ形状が大きいとは、曲率半径が大きいことであり、結果的に環状部から柱部に亘る曲面部の距離が長くなる。

基本動(静)定格荷重の向上させるため、ころ本数をより増加させ、充填率が高くなることが好ましい。そのため、ころのピッチ円上でのころ充填率を９３％以上１００％未満とし、軸受回転時に周方向に隣り合うころ同士が隙間をもって対向するものであっても、周方向に隣り合うころ同士に接触する部位を有するものであってもよい。ここで、ころ充填率とは、ピッチ円上において、ころが占める割合であり、ころ充填率＝（ころ本数×ころ径）×１００／（円周率×ピッチ円直径）で表される。

本発明の針状ころ軸受は、前記ころ軸受のころに針状ころを用いたものである。このため、本針状ころ軸受は、柱部断面積を比較的大きく設定することができ、しかも、柱部の板厚（柱部の径方向厚さ）を強度的に安定する厚さとすることができる保持部材を用いることになる。このため、ころ本数の増加を図って、軸受として、基本動(静)定格荷重の向上を図ることができ、しかも、強度的に安定したものとなる。

本発明は、ころ本数の増加を図ることが可能で、基本動（静）定格荷重を向上させることができ、しかも、柱部の強度の低下を招かない。

本発明のころ軸受の保持部材の要部拡大斜視図である。 本発明の保持部材を用いたころ軸受の簡略図である。 保持部材の要部断面図である。 本発明の他の保持部材の要部断面図である。 ポケットのコーナ部の拡大平面図である。 ポケットのコーナ部の拡大斜視図である。 ポケットのコーナ部の簡略図である。 本発明の保持部材の加工途中を示す要部斜視図である。 保持部材の柱部の加工途中を示す要部拡大断面図である。 柱部の加工後を示す要部拡大断面図である。 保持部材のころ干渉防止用突起を有するポケットを備えた保持部材の要部拡大図である。 図１１に示す保持部材の要部断面図である。 ころピッチ円より内径側に配設される保持部材の要部断面図である。 従来の針状ころ軸受の断面図である。 従来の針状ころ軸受の保持器の断面図である。 従来の針状ころ軸受の保持器の要部拡大断面図である。

以下本発明の実施の形態を図１～図１３に基づいて説明する。図１は、本発明のころ軸受の保持部材の要部拡大斜視図を示し、この保持部材１０は、軸方向に離間した一対の環状部１１，１２と、軸方向に延在して環状部１１，１２同士を連結する複数の柱部１３とを有し、隣り合う柱部１３の間に形成されるポケット１４にころ１５（図２参照）が収容される。

この場合、図３に示すように、ポケット内部側が拡大するように、つまり、ポケット１４が外径側から内径側に向かって拡大するように、周方向に沿って対向する柱部対向面を傾斜面１６a、１６ｂとしている。このため、柱部１３の断面形状が台形に近似した形状となっている。傾斜面１６a、１６ｂの傾斜角度θ（θ１、θ２）としては、２０°≦θ（θ１、θ２）≦６０°としている。傾斜角度は、ポケット中心を通る径方向線Ｌとなす角度である。

ところで、保持部材１０は、プレス抜きで図８に示すように成形品Ｓを成形する。この場合、この成形品Ｓは、環状部構成部位１１Ａ，１２Ａと、環状部構成部位１１Ａ，１２Ａ同士を連結する複数の柱部構成部位１３Ａとを有し、隣り合う柱部構成部位１３Ａ，１３Ａの間に形成されるポケット構成部位１４Ａが形成されている。すなわち、柱部の周方向に沿って対向する柱部対向面が傾斜面１６a、１６ｂとなっておらず、図９に示すように、径方向に延びる端面１７a、１７ｂとなっている。

このため、図１０に示すように、各端面１７ａ、１７ｂを切削加工等で削って、傾斜面１６ａ、１６ｂに削り取ることになる。なお、図１０において、２点鎖線で示す範囲は除去部２１ａ，２１ｂを示している。この場合、柱部１３の傾斜面１６a、１６ｂをプレス押し（面押し）加工で形成してもよい。

なお、傾斜面１６a、１６ｂの加工方法は、加工方法はプレスに限定することは無く、生産数や生産リードタイムによってブローチ加工、ＭＣミーリング加工など切削加工でも良い。さらには強度上で成立すれば樹脂材による射出成形や粉末材料による焼結加工、サイズが比較的大きくなれば鋳造による加工でも良い。すなわち、保持部材１０の材質として、保持器に従来から使用されて金属や合成樹脂であってもよく、成形方法として、用いる材質に応じて、射出成形、打ち抜き(プレス)、削り出し（もみ抜き）等で成形できる。

ところで、ポケット内径幅Ｗ１をポケット外径幅Ｗ２より大きくしていくことによってすなわち、θ（θ１、θ２）が大きくなると、図４に示すように、断面形状が三角形状となる。このように柱部１３の断面形状が三角形状となれば、柱部１３の径方向厚さＴが小さくなり、強度が十分保てなくなるおそれがある。θが凡そ６０°を超えると、図４に示すように、元の板厚をＴ１(＝Ｔ)とし、加工後（傾斜面形成後）の板厚をＴ２としたときに、Ｔ１＞Ｔ２となる。また、下限値は、隣り合うころ間の空間３０を有効活用した上で、可能な限り柱部断面積を大きくする必要があり、加工時（成形時）の許容バラツキも考慮して２０°程度とするのが好ましい。

次に、図１に示す保持部材１０に対して、柱部１３の傾斜面１６a、１６ｂの傾斜角度θの好ましい角度に関し、傾斜面１６ａ、１６ｂの傾斜角度θが１５°未満、１５°、２０°、３０°、４０°、５０°、６０°、６５°、及び６５°を超えたものについて表１に記載した。

傾斜角度θ(θ１)(θ２)が６５°以上となれば、柱部１３の断面積が小さくなるとともに、ポケット内径幅Ｗ１とポケット外径幅Ｗ２との差が大きくなりすぎて、柱部１３が強度的に劣るおそれがある。この場合、表１で×と記載している。また、θ(θ１)(θ２)が１５°以下となれば、周方向に隣り合うころ間の空間３０(図２のハッチングで示す空間)の面積Ｈを有効に利用して、柱部断面積を大きくすることができなくなり、柱部１３の強度を十分保てなくなるおそれがある。この場合、表１で×と記載している。このため、表１で〇と記載しているように、傾斜角度θ(θ１)(θ２)が２０°以上６０°以下に設定するのが好ましいといえる。

次に、図１に示す保持部材１０に対して、保持部材１０の厚さ（柱部の径方向厚さ）Ｔところ径（ころ直径）Ｄとの関係（Ｔ／Ｄ）の好ましい割合に関し、Ｔ／Ｄを、５％未満、５％、１０％、１５％、２０％、２５％、３０％、３５％、３５％以上のものについて表２に記載した。

Ｔ／Ｄが３５％以上となれば、ころ１５と柱部１３とが比較的強く干渉することになって、ころ数を減らすように設定したり、ころ間の隙間を大きく設定する必要があり、基本動（静）定格荷重を向上させることができないおそれがある。また、保持部材周方向の幅寸法を小さくする必要も出てくるため、柱部１３の強度を十分保てなくなる可能性もある。この場合、表２で×と記載している。また、Ｔ／Ｄが５％以下となれば、柱部１３の強度を十分保てなくなるおそれがある。この場合、表２で×と記載している。このため、表２で〇と記載しているように、柱部１３の板厚（柱部の径方向厚さ）Ｔは、ころ径（ころ直径）Ｄ（図２参照）の１０％から３０％に設定するのが好ましいといえる。

ところで、図５と図６に示すように、環状部１１（１２）と柱部１３との間の４つの隅部をＲ形状の曲面部２２としている。この場合、図７に示すように、曲面部２２における、
外径側に位置する部位のＲ形状を、中央部のＲ形状よりも大きく、内径側に位置する部位のＲ形状を、中央部のＲ形状よりも大きくしている。ここで、Ｒ形状が大きいとは、曲率半径が大きいことであり、結果的に環状部１１（１２）から柱部１３に亘る曲面部２２の距離が長くなる。すなわち、外径側に位置する部位（外径側部位２２ａ）の曲率半径を、中央部（厚さ方向中央部２２ｃ）の曲率半径よりも大きく設定している。また、内径側に位置する部位（内径側部位２２ｂ）の曲率半径を中央部（厚さ方向中央部２２ｃ）の曲率半径よりも大きく設定している。この場合、外径側部位２２ａの曲率半径をＲ１とし、内径側部位２２ｂの曲率半径をＲ２とし、厚さ方向中央部２２ｃの曲率半径をＲ３としたときに、Ｒ１＞Ｒ３、Ｒ２＞Ｒ３となり、柱部１３に荷重が負荷された状態で発生応力を小さくでき、保持部材１０の強度の向上を図ることができる。また、例えば、Ｒ１≒Ｒ２とし、１．０１５＜(Ｒ１≒Ｒ２)／Ｒ３＜１．５程度とすることで、より柱部１３に荷重が負荷された状態で発生応力を小さくでき、保持部材１０の強度の向上を図ることができる。１．０１５＜(Ｒ１≒Ｒ２)／Ｒ３＜１．５は、柱１４ａ、１４ｂ面の径方向中央部にころが接触する場合である。一方ころを柱１４ａ、１４ｂの内径寄り或いは外径寄りに設定する場合もあり、この場合、０．６＜Ｒ１／Ｒ３＜１．５、０．６＜Ｒ２／Ｒ３＜１．５程度とすることで、保持部材１０の強度の向上を図ることができる。

図１１と図１２は、環状部１１（１２）における、ポケット１４の短辺部２４の中間部にポケット内部に膨出するころ干渉防止用突起２５を設けている。このころ干渉防止用突起２５を設けることによって、保持部材１０ところ１５との干渉を有効に防止している。

ところで、前記実施形態では、保持部材１０を、ころピッチ円Ｐよりも外径側に配設していたが、保持部材１０をころピッチ円Ｐよりも内径側に配設したものであってもよい。この場合、図１３に示すように、ポケット１４を内径側から外径側に向かって拡大させて、ポケット内部側が拡大するように、周方向に沿って対向する柱部対向面を傾斜面１６ａ、１６ｂとして、柱部断面形状を台形に近似した形状とするとともに、この傾斜面１６ａ、１６ｂの傾斜角度をθとしたときに、２０°≦θ≦６０°としている。

本発明のころ軸受では、ポケット内部側が拡大するように、周方向に沿って対向する柱部対向面を傾斜面１６ａ、１６ｂとすることによって、ころピッチ円Ｐよりも外径側に配設したり、内径側に配設したりしても、柱部断面積を比較的大きく設定することができる。すなわち、隣り合うころ間の空間３０（ころピッチ円Ｐよりも外径側の空間やころピッチ円Ｐよりも内径側の空間）を有効利用して、可能な限り柱部断面積を大きくすることができる。しかも、柱部対向面の傾斜面１６ａ、１６ｂの傾斜角度を２０°≦θ≦６０°とすることによって、柱部１３の板厚（柱部の径方向厚さ）を強度的に安定する厚さとすることができる。すなわち、θが６０°を超えると、柱部１３の板厚(柱部の径方向厚さ)が小さくなりすぎたり、柱部断面形状を台形に近似した形状を維持できなくなる可能性がある。また、θが２０°未満では、隣り合うころ間の空間に柱部を形成する際、柱部１３の幅寸法が小さくしなければならなくなり、柱部の強度低下を招くことになる。また、この下限値としては、可能な限り柱部断面積を大きくするのが好ましく、加工時の許容バラツキも考慮し、２０°程度とするのが好ましい。

このため、本発明は、ころ本数の増加を図ることが可能で、基本動（静）定格荷重を向上させることができ、しかも、柱部１３の強度の低下を招かない。また、柱部１３の板厚(柱部の径方向厚さ)Ｔを、ころ径Ｄの１０％から３０％とするのが好ましい。このように設定することによって、柱部１３として強度的に安定する。

環状部１１（１２）と柱部１３との隅部がＲ形状の曲面部２２とされているのが好ましい。このように設定することにより、加工時の柱部１３に発生する応力を緩和することができる。

曲面部２２における、外径側に位置する部位のＲ形状を、中央部のＲ形状よりも大きく、内径側に位置する部位のＲ形状を、中央部のＲ形状よりも大きくしている。すなわち、外径側に位置する部位（外径側部位２２ａ）の曲率半径を、中央部（厚さ方向中央部２２ｃ）の曲率半径よりも大きく設定している。また、内径側に位置する部位（内径側部位２２ｂ）の曲率半径を中央部（厚さ方向中央部２２ｃ）の曲率半径よりも大きく設定している。この場合、外径側部位２２ａの曲率半径をＲ１とし、内径側部位２２ｂの曲率半径をＲ２とし、厚さ方向中央部２２ｃの曲率半径をＲ３としたときに、Ｒ１＞Ｒ３、Ｒ２＞Ｒ３となっており、柱部１３に荷重が負荷された状態で発生応力を小さくでき、保持部材１０の強度の向上を図ることができる。また、例えば、Ｒ１≒Ｒ２とし、１．０１５＜(Ｒ１≒Ｒ２)／Ｒ３＜１．５程度とすることで、より柱部１３に荷重が負荷された状態で発生応力を小さくでき、保持部材１０の強度の向上を図ることができる。１．０１５＜(Ｒ１≒Ｒ２)／Ｒ３＜１．５は、柱１４ａ、１４ｂ面の径方向中央部にころが接触する場合である。一方ころを柱１４ａ、１４ｂの内径寄り或いは外径寄りに設定する場合もあり、この場合、０．６＜Ｒ１／Ｒ３＜１．５、０．６＜Ｒ２／Ｒ３＜１．５程度とすることで、保持部材１０の強度の向上を図ることができる。

周方向に隣り合うころ同士が隙間をもって対向するものであっても、周方向に隣り合うころ同士に接触する部位を有するものであってもよい。

本発明の針状ころ軸受は、前記保持部材１０を用いたものである。このため、本針状ころ軸受は、柱部断面積を比較的大きく設定することができ、しかも、柱部１３の板厚（柱部の径方向厚さ）を強度的に安定する厚さとすることができる保持部材１０を用いることになり、ころ本数の増加を図って、軸受として、基本動(静)定格荷重の向上を図ることができ、しかも、強度的に安定したものとなる。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、ころ軸受として、周方向に隣り合うころ同士が隙間をもって対向するものであっても、周方向に隣り合うころ同士に接触する部位を有すものであってもよい。ころ軸受として、針状ころ軸受に限るものではなく、円筒ころ軸受や円すいころ軸受等であってもよい。また、軸受として、単列タイプに限るものではなく、複列タイプであってもよい。ところで、本保持部材が用いられるころ軸受としては、例えば、一般産業機械で使用されるものであるが、特に、省スペースで高負荷容量が要求されるものに使用でき、たとえば、自動車機械部品やロボット機構部品などに使用できる。

図１から図４等に示す保持部材では、ころピッチ円よりも外径側に配設されるので、ころ軸受として、外輪案内方式とすることができる。ここで、外輪案内とは、保持部材を外輪に当接させることで保持部材の位置決めを行わせることをいい、外面が案内面となって、外輪内周に当接する。図１３に示す保持部材では、ピッチ円よりも内径側に配設されるので、ころ軸受として、内輪案内方式とすることができる。ここで、内輪案内とは、保持部材を内輪に当接させることで保持部材の位置決めを行わせることをいい、内面面が案内面となって、内輪外周に当接する。

１０ 保持部材
１１，１２ 環状部
１３ 柱部
１４ ポケット
１５ ころ
１６a、１６ｂ 傾斜面
２２ 曲面部
２２ａ 外径側部位
２２ｂ 内径側部位
２２ｃ 厚さ方向中央部位

Claims (6)

1. 軸方向に離間した一対の環状部と、軸方向に延在して前記環状部同士を連結する複数の柱部とを有し、隣り合う柱部の間に形成されるポケットにころが保持される保持部材を有するころ軸受であって、
   前記保持部材は、ポケット内部側が拡大するように、周方向に沿って対向する柱部対向面を傾斜面とするとともに、この傾斜面の傾斜角度をθとしたときに、２０°≦θ≦６０°とし、かつ、前記傾斜角度は、ポケット中心を通る径方向線となす角度であることを特徴とするころ軸受。
2. 前記柱部の径方向厚さをころ径の１０％から３０％としたことを特徴とする請求項１に記載のころ軸受。
3. 前記保持部材の前記環状部と前記柱部との間に形成される隅部がＲ形状の曲面部とされ、前記曲面部における、外径側に位置する部位のＲ形状を、中央部のＲ形状よりも大きく設定していることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のころ軸受。
4. 前記保持部材の前記環状部と前記柱部との間に形成される隅部がＲ形状の曲面部とされ、前記曲面部における、内径側に位置する部位のＲ形状を、中央部のＲ形状よりも大きく設定していることを特徴とする請求項１～請求項３のいずれか１項に記載のころ軸受。
5. 周方向に隣り合うころ同士に接触する部位を有することを特徴とする請求項１～請求項４のいずれか１項に記載のころ軸受。
6. 前記請求項１～請求項５のいずれか１項に記載のころ軸受のころに針状ころを用いたことを特徴とする針状ころ軸受。

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