JP5436204B2 - ボール軸受のための保持器及びころがり軸受組立体 - Google Patents

Description

本発明は、ころがり軸受の保持器、特に、周方向に適切な間隔をもってボールを配する深溝ボール軸受に用いられる合成樹脂製の保持器に関する。

これらの形式の保持器は、ボールが部分的に収められる複数の球面状のポケットを有し、全体として環状をなしている。ボールは、保持器の基部とは反対側で一対をなす爪部によってポケット内に保持される。球面状ポケットは、ボールの直径よりも若干大きい直径に形成されていて、ボールとポケットとの間に機能上の隙間が残っている。特許文献１によると、爪の半径方向寸法は基部から先端に向けテーパ状に形成されている。
特開２００２−１４７４６３

ころがり軸受が高速で運転されると、保持器には遠心力が作用して、該保持器を変形しようとする応力を主として半径方向に生じて、これをきのこ型にしようとし、すなわち、爪部での直径を増大して保持器を円錐状にしようとする。このような変形は、ポケットの先端側がボールを挟み込むようになって摩擦トルクを増大し潤滑剤を掻き取り、その結果、軸受の潤滑が加速的に低下するので、ころがり軸受の正規の運転に悪影響を及ぼす。又、爪部の端部が軸受の外輪の内径面と接触して保持器が過度に摩耗してしまうというリスクもある。

本発明はこのような不具合を改善することを目的としている。

保持器の基部に対して反対側端部での半径方向変形を減ずると共に、同時に、保持器を軽量化することも本発明の目的としている。

本発明では、ボール軸受の保持器は、環状の基部と、ボールのためのポケットを形成する爪部が設けられ上記基部に連結されたアキシャル部とを有している。アキシャル部はポケットの直径の半分より大きくあるいは等しい長さにわたり軸方向に延びている。上記アキシャル部は基部の外径よりも小さい外径を有している。アキシャル部の外径は保持器のピッチ円直径から基部の半径方向寸法の半分を減じた値と、保持器のピッチ円直径に基部の半径方向寸法の半分を加えた値との間にある。

「保持器のピッチ円直径」とは、複数のポケットにより特定される複数の仮想球面の中心を通る仮想円の直径である。保持器のピッチ円直径は、複数のボールの中心を通る仮想円の直径であるころがり軸受のピッチ円直径とほぼ等しい。

保持器のアキシャル部は、このように軽量化され、その半径方向厚さは基部での厚さに比し小さく、保持器の原材料のコスト、質量そして慣性の低減につながる。アキシャル部は十分な長さをもっているので、軽量化が大いになされる。軽量化によって、高速でもあまり変形せず、したがって保持器そしてボールの摩耗が抑制される。

一つの形態では、アキシャル部は、少なくともその長さの一部にわたって、６°以下、例えば４°のオーダでの逃げ角を有している。これは、合成樹脂のモールド成形で作る際にアキシャル部でのモールド型の抜きを容易とする。

一つの形態においては、アキシャル部はポケットの直径の６０％を超える長さにわたって軸方向に延びている。アキシャル部の外径は基部の外径の９５％に等しくあるいはそれ以下であってもよい。

好ましくは、アキシャル部の外径は、保持器のピッチ円直径から基部の半径方向寸法の１／３を減じた値と、保持器のピッチ円直径に基部の半径方向寸法の１／３を加えた値との間に設定される。

一つの形態では、保持器は、基部とアキシャル部との間に連結部を有している。該連結部はアキシャル部の軸方向長さよりも短い軸方向長さで延びている。これはアキシャル部に半径方向で大きな剛性を与える。上記連結部はアキシャル部の長さの１／３よりも短くともよい。アキシャル部と連結部は少なくともポケットの直径の少なくとも半分よりも長く軸方向に延びるようにすることができる。

好ましくは、基部に開口が形成されていて、該開口が基部の少なくとも二つの面にて開口している。該開口は、周方向で、少なくとも隣接せる二つのポケット間の距離にわたり形成されている。これは基部を十分に軽量化する。

好ましくは、アキシャル部はその外面側に凹部域が形成されている。この凹部域は周方向で隣接せる二つのポケット間の距離にわたり形成されている。これはアキシャル部の軽量化し、材料の使用量を少なくすると共に速度により誘発される変形を抑制する。

一つの形態では、上記開口と上記凹部域は連通している。

一つの形態では、アキシャル部は、内側にポケットを形成する複数の突出部を有している。該突出部では、ポケットを形成し基部に連結されている二つのブランチと、基部から離れかつブランチの自由端から距離をもつ位置でブランチ同士を連結するリブと、ブランチ、リブそして基部の間に位置する隔壁とを有している。この隔壁は、ブランチの半径方向厚さよりも薄い半径方向厚さとすることができる。

一つの形態では、保持器は、ガラス繊維含有のポリアミドで作られる。

一つの形態では、保持器はポリエーテル‐エーテル‐ケトンで作られる。

本発明は、また、二つの軌道輪間で保持器のポケットに収められたころがり要素を有するころがり軸受組立体にも関している。上記保持器は、環状の基部と、ボールのためのポケットを形成する爪部が設けられ上記基部に連結されたアキシャル部とを有している。該アキシャル部はころがり要素の長さの一部の長さにわたり軸方向に延びている。上記アキシャル部は基部の外径よりも小さい外径を有している。そして、アキシャル部の外径は保持器のピッチ円直径から基部の半径方向寸法の半分を減じた値と、保持器のピッチ円直径に基部の半径方向寸法の半分を加えた値との間に設定されている。

ポケットの先端側に、ポケットの内側とほぼ同じ軸方向厚さが確保されて、十分な剛性をもつリブを形成する。保持器の質量の低減そしてグリース収容空間の増大の効果を得ると同時に、保持器の半径方向変形を低減させるに十分な剛性を確保することにもなる。保持器の質量の低減は２０〜３０％、例えば２５％であり、一方、半径方向変形の減少は３０〜４０％、例えば３５％である。かかる保持器におり、ころがり軸受は従来の保持器を備えるころがり軸受に比し１７％も高い回転速度で、例えば６００，０００ｎｄｍでなく７００，０００ｎｄｍでの運転が可能である。ｎｄｍは、ｒｐｍで示された回転速度とｍｍで示されたころがり軸受のピッチ円直径との積で得られる値である。このｎｄｍはボールの移動の線速度を表わしている。

また、このような保持器は、与えられた速度においては、従来の保持器の場合に許容される運転温度よりも高い温度での運転を可能とする。これは変形量の低減そして潤滑剤のための空間の増大に起因する。例えば、ガラス繊維含有のＰＡ−６，６ポリアミドの保持器の場合、上限運転温度は１２０〜１５０℃を超える。さらには、保持器を形成している材料の量の低減が原材料コストの低価格化に大いに貢献する。

本発明は、添付図面に示された限定されないいくつかの実施形態を通して、さらに理解されるであろう。

図１に見られるように、ころがり軸受組立体は、外輪１、内輪２、一列の転動要素３、この場合ボール、該転動要素３の周方向間隔を維持する保持器４そしてシール板５，６を有している。

外輪１そして内輪２は深溝タイプであり、例えば、管材を機械加工することにより得られる。外輪１は円筒状のアキシャル外周面１ａ、対向して対をなす二つのラジア端面１ｂ，１ｃ、そして転動要素３のための軌道面１ｄが形成された内周面を有している。内輪２は、円筒状の内周面２ａ、対向して対をなす二つのラジアル端面２ｂ，２ｃ、そして転動要素３のために軌道面２ｄが形成された外周面を有している。外輪１は、ラジアル端面１ｂと同じ側から、そしてラジアル端面１ｃと同じ側から、それぞれシール板５そしてシール板が取り付けられるために二つのシール溝が対称に形成されている。シール板５，６は、軌道面２ｄとそれぞれラジアル端面２ｂ，２ｃとの間に位置する内輪２の円筒状ランドとで、狭い空隙を形成する。

保持器４は、図２によく見られるように、基部７と、転動要素３のための複数のポケットを形成するアキシャル部８とを有している。ポケット９は球面あるいは球面に近い曲面をなしている。

基部７は、アキシャル部８よりも大きい外径そして該アキシャル部８とほぼ同じ内径を有している。しかし、これに代えて、上記基部７は、アキシャル部８とは若干異なる内径をもっていてもよい。アキシャル部８は、少なくともポケット９の直径の半分に等しい軸方向長さを有し、転動要素３が上記ポケット９に好適に保持されるようになっている。アキシャル部８の外径は、保持器のピッチ円直径から基部の半径方向寸法の半分を減じた値と、保持器のピッチ円直径に基部の半径方向寸法を加えた値と、の間の範囲内の寸法に定められる。保持器のピッチ円直径とは、複数ポケット９を形成する仮想球面の中心を通る仮想円の直径である。

隣接する二つのポケット９の間では、アキシャル部８は二つの弧状のブランチ１０を有する突出部を形成し、各ブランチは、軸方向で基部７とは反対側の端部で爪部１１をなしている。また、アキシャル部８は、基部７とは反対側で二つのブランチ１０を連結するリブ１２を有している。爪部１１はリブ１２の位置を越えて延びている。ブランチ１０、爪部１１そしてリブ１２は半径方向寸法（厚さ）が同じであってもよい。

また、保持器１は、各ブランチ１０の根元に位置する連結部１３を有し、該連結部が基部７とブランチ１０との間のインターフェイスを形成している。連結部１３は、その断面において、丸みを帯びた形状をなし、半径方向寸法（厚み）が基部７からブランチ１０へ向け減小せしめている。ブランチ１０は転動要素３を保持するポケット９が十分な表面積をもつようにリブを形成している。

また、アキシャル部８は、隣接する二つのポケット９の二つのブランチ１０を連結する仕切壁１４をも有している。仕切壁１４は、小さな半径方向寸法（厚み）を有し、例えばブランチ１０の半径方向寸法（厚み）の半分以下となっていて、軸方向で基部とリブ１２の間に延びている。仕切壁１４はアキシャル部８の内面側に位置しており、外面には凹部域１６を形成している。換言すれば、凹部域１６は、軸方向では、基部７とリブ１２との間で延び、周方向では、隣接する二つのポケット９の二つのブランチ１０間で延び、そして、半径方向では仕切壁１４とアキシャル部８の外面の間に延びている。図２に見られるように、仕切壁１４は、保持器１の円筒状内面によって、半径方向で内方に限界づけられている。

基部７には開口１５が形成されていて、アキシャル部８とは反対側の基部７の面と凹部域１６との間で軸方向に延びている。かくして、開孔１５と凹部域１６とは連通していて、保持器の製造、例えばモールド成形を容易としている。さらには、上記開口１５そして凹部域１６の存在は、ころがり軸受内での潤滑剤の流動を活発化する。開口１５は、周方向ではほぼ凹部域１６の範囲、したがって、各ブランチの根元同士間の範囲に形成され、半径方向では、内側における基部７の部分と外側における基部７の他の部分を残すように形成されている。

アキシャル部８の外径の減小、開口１５と凹部域１６の存在によって、保持器４を作るのに必要な材料の量が著しく減少し、原材料コストと質量が低減し、これは、高速回転時に誘発される半径方向での変形を抑制するということを意味する。さらには、アキシャル部８が全体で半径方向の撓み変形を伴うので、軸方向引張応力を生ずるアキシャル部８の側での剛性を改善する補強リブそして仕切壁１４を形成するブランチをもったアキシャル部８の形状は、上記半径方向での撓み変形を抑制し、基部７を、その環状構造の結果、半径方向で比較的低変形に留める。

図３そして図４に見られるように、アキシャル部８の外径は、保持器のピッチ円直径よりも若干大きく、保持器のピッチ円直径と基部７の半径方向寸法（厚さ）の半分の合計よりも小さくなっている。

図５そして図６に図示されている形態では、アキシャル部８の外径は保持器４のピッチ円直径にほぼ等しくなっている。

図７そして図８に示された形態では、アキシャル部８の外径はピッチ円直径よりも小さく、一方では、同時に、ピッチ円直径から基部７の半径方向寸法（厚さ）を減じた値よりも大きくなっている。この形態は、特に軽量で、したがって経済的な保持器を提案している。この形態では、弾性変形量は若干大きくなるが、爪部１１ところがり軸受の外輪の内径との距離が大きいので、特に大きな損傷につながることはない。この距離はポケットの半径を超える値でもよい。

図９そして図１０に示された形態では、アキシャル部８と基部７は互いに直接連結されており、該基部７は該アキシャル部８と同じ側にラジアル面７ａを有している。前実施形態で設けられていた、丸みをもつ連結部１３はここでは存在しない。

図１１そして図１２に示された形態では、連結部１３は比較的短い軸方向長さでの約４５°をなす面取部の形として存在しており、アキシャル部８の長さの１５〜２５％のオーダで設けられている。連結部の存在は、質量がきわめて少し増すというだけで、アキシャル部８の半径方向での剛性を向上させる。

図１３の曲線は、与えられたころがり軸受の与えられた運転条件のもとで、換言すれば、特定されたピッチ円直径をもった保持器の特定された回転速度のもとで、従来の保持器と本発明の保持器について、基部７から変形測定点までの距離の関数として、保持器４のアキシャル部８における半径方向変形量の変化を示している。この例では、本発明で０．１５ｍｍの変形を示すような基部からの同じ距離の位置で、従来の保持器がすでに０．２ｍｍの変形を生じていることが判る。

良好な潤滑性そして質量、慣性そして材料の使用量についての低減の他に、本発明は半径方向の変形量の大幅な減小をもたらし、したがって、潤滑剤の膜の均一性についての改良、摩擦トルクの低減、軸受の内部発熱の抑制、保持器の摩耗の低減そして軸受寿命の著しい延命化をもたらす。さらには、半径方向変形量が最大許容値であるときでも、ころがり軸受の回転速度は大幅に増大できる。速度の増大は、従来の保持器から本発明の保持器へ変更したとき、変形量の減小値の平方根にほぼ等しい。

本発明の一形態としてのころがり軸受組立体についての一部破断斜視図である。 図１のころがり軸受の保持器についての斜視図である。 図２の保持器の一部についての、ポケットを通る面での軸方向断面図である。 図２の保持器の一部についての、アキシャル部を通る面での軸方向断面図である。 他の形態の保持器についての図３対応の断面図である。 図５の保持器についての図４対応の断面図である。 さらに他の形態の保持器についての図３対応の断面図である。 図７の保持器についての図４対応の断面図である。 さらに他の形態の保持器についての図３対応の断面図である。 図９の保持器の斜視図である。 さらに他の形態の保持器についての図３対応の断面図である。 図１１の保持器の斜視図である。 本発明による保持器と従来の保持器について、与えられた運転条件での保持器の変形を、基部からの距離の関数として示す図である。

Claims (5)

1. 環状の基部（７）と、該基部（７）から軸方向に延びて二つの弧状のブランチ（１０）が突出形成されたアキシャル部（８）とを有し、両ブランチ（１０）は基部（７）に対して軸方向反対側に位置する端部に形成された爪部（１１）を有し、上記アキシャル部（８）には基部（７）から離れかつブランチの自由端から距離をもつ位置で両ブランチ（１０）を連結するリブ（１２）が設けられており、基部（７）とアキシャル部（８）との間に連結部（１３）を有し、該連結部（１３）がアキシャル部（８）の軸方向長さよりも短い軸方向長さを有しており、上記爪部（１１）がボールのためのポケット（９）を形成していて、アキシャル部（８）がポケットの直径の半分より大きくあるいは等しい長さにわたり軸方向に延びており、上記アキシャル部（８）が基部（７）の外径よりも小さい外径を有し、アキシャル部（８）の外径は保持器のピッチ円直径に対し基部（７）の半径方向厚みの半分の長さ分を加減して得られる二つの値の範囲の間に位置しているボール軸受のための保持器において、アキシャル部（８）は、隣接する二つのポケット（９）の二つのブランチ（１０）を連結する仕切壁（１４）を有し、該仕切壁（１４）は、ブランチ（１０）の半径方向厚みの半分以下となっていて、軸方向で基部（７）とリブ（１２）の間に延びていて、該仕切壁（１４）はアキシャル部（８）の内面側に位置し、外面には凹部域（１６）を形成していて該凹部域（１６）は、軸方向で、基部（７）とリブ（１２）との間で延び、上記基部（７）は、該基部（７）を軸方向に貫通する孔として開口（１５）が形成されており、該開口（１５）は、半径方向で、内側における基部（７）の部分と外側における基部（７）の他の部分を残すように形成されていて凹部域（１６）と連通しており、上記連結部（１３）は、アキシャル部（８）の軸方向長さの１５〜２５％の軸方向長さで４５°の傾角をもつ面取部として形成されていることを特徴とするボール軸受のための保持器。
2. アキシャル部（８）はポケット（９）の直径の６０％を超える長さにわたって軸方向に延びていることとする請求項１に記載のボール軸受のための保持器。
3. 開口（１５）と凹部域（１６）は、隣接する二つのポケット間で、周方向で該ポケットと同一範囲にわたり位置していることとする請求項１または請求項２に記載のボール軸受のための保持器。
4. ガラス繊維含有のポリアミドそしてポリエーテル‐エーテル‐ケトンの少なくとも一方を有する材料で作られていることとする請求項１ないし請求項３のうちの一つに記載のボール軸受のための保持器。
5. 請求項１ないし請求項４のうちの一つに記載の保持器（４）のポケット（９）内に組み込まれて二つの軌道面の間に配されたボール（３）を有するころがり軸受組立体。

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