JP5441713B2 - ボールベアリングのためのハウジング - Google Patents

Description

本発明は、ベアリングのためのハウジング、特に、ボール間の適切な円周間隔を確実なものとするために、とりわけ深いレースを備えたボールベアリングに使用される合成材料からなるケージの分野に関するものである。また本発明は、高速作動のために設計されたベアリングケージに関するものである。

そうしたタイプのケージは、その中に部分的にボールが収容される球状凹部とともに、略環形状を有している。このボールは、ケージの外端部に対向して配置された一対のクランプによって凹部に保持されている。この球状凹部は、ボールの直径よりも非常にわずかに大きい直径を有しており、これによって、ある機能的な間隙がボールと凹部との間に存在するようになる。

特許文献１(ＮＳＫ)または特許文献２には、二つの凹部間において、クランプと対向する半径方向の面からクランプの近傍まで延在する深い溝を備えたケージが開示されている。溝からケージの穴まで切欠き部が設けられている。

特許文献３および特許文献４には、一定の厚みのケージが開示されている。

遠心力の影響下でベアリングが高速で回転するとき、ケージは、主に半径方向においてケージの変形を引き起こしかつその形状を傘状とする(つまり、クランプの側部における直径の増大によってケージを円錐形状のものとする)応力を受ける。そうした変形は、リングの正確な作動を損なうという結果を招く。特に、凹部の縁部がボールを締め付け、摩擦トルクおよび潤滑剤のスクレーピング効果(scraping effect)の増加を生じ、ベアリングの潤滑状態の加速的な減損を急速に引き起こす。さらに、クランプの端部をベアリングの外側レースの穴に接触させ、ケージの過剰な磨耗を引き起こす可能性がある。

さらに、ベアリングに対して影響を及ぼす高速回転速度により、グリスは、グリスが停滞しがちとなるかもしくはグリスがボールの効果的な潤滑状態にほとんど寄与しないゾーン内へと、外側へ向かう遠心力に作用されるようになる。

特開２００３−０３５３１７号公報 米国特許出願公開第2002/114550号明細書 米国特許第4 938 613号明細書 特開２００５−５１４２５９号公報

本発明の課題は、これらの不利な点を解消することである。

本発明のさらなる課題は、ベアリングの内側の潤滑剤の循環の改善に役立つと同時に、外端部に対向するケージの端部の変形を低減させることである。

ボールベアリングのためのケージは、略環状のボディとクランプとを備えている。このボディは、略環状の外端部と、外端部に接続された実質的に軸線方向の部分とを備えており、かつそこにはボールのために凹部が配置されている。この実質的に軸線方向の部分は、軸線方向において外端部と対向する側においてクランプを保持している。外端部の外径は、軸線方向の部分の外径よりも大きく、それによって、軸線方向の部分は、外端部よりも半径方向において厚みが小さいものとなっている。ケージは、軸線方向パーティションを有しており、この軸線方向パーティションは、凹部同士の間に配置され、かつこのパーティションの両側において半径方向に配置された外部自由空間および内部自由空間を半径方向において区画すると同時に、クランプと対向する外端部の端部からクランプまで軸線方向に延在している。

これは、潤滑剤の貯留部および循環チャネルを形成すると同時に、ケージを軽くする。

そうした構成は、より厚みのある外端部と、クランプと対向する外端部の外側シリンダ形状面からクランプまで延在しそれによって外部および内部自由空間を形成する軸線方向パーティションとが設けられているために特に有利となる。外部空間は、潤滑作用が改善されるよう、外端部のそれぞれの側に存在することが好ましい。

一実施形態において、外部自由空間は、ケージの外端部を軸線方向に通過して外端部の軸線方向両側で開口を形成する。潤滑剤は回転要素の方へ向かって移動可能である。

一実施形態において、内部自由空間は、クランプに対向する外端部の面に向かって軸線方向に、かつ内側へ向かって半径方向に開口している補強部を形成している。その中に、かなりの量の潤滑剤が貯えられる。

一実施形態において、軸線方向パーティションは、外部自由空間と対向配置された内部自由空間との間を連通可能とする少なくとも一つの開口を備えている。

この開口は、クランプに対向する外端部の端部から軸線方向パーティションにおいて構成された切欠き部の形状を有していてもよい。

一実施形態において、軸線方向パーティションは、円周方向における凹部間に延在し、かつ実質的に円形に配置されている。それにより、凹部の強化がなされる。実際に、パーティションが、クランプに対向する外端部の外面から、クランプのベースまで延在するため、ケージの良好な剛性が確実なものとなる。

一実施形態において、軸線方向パーティションの外径は、ケージのピッチ円直径と実質的に等しい。

一実施形態において、実質的に軸線方向の部分の外径は、外端部の外径未満である。

転がり軸受けは、ケージの凹部内に取り付けられかつ二つのレースウェイ(raceway)の間に配置されたボールを備えている。

一実施形態において、二つの異なる潤滑剤が配置されており、少なくともその一方は、内部自由空間に位置させられている。

本発明によれば、グリスは、ボールに接近して元に戻るために、内部および外部空間を経て軸線方向に循環流動できる。内側自由空間は、ボールに近接して配置されたグリスの貯留部を同時に形成し、それによってグリスは、ボールへ向けて潤滑剤をゆっくりと拡散できるようになる。

さらに、自由空間は、ケージの外端部の二つの側部間の自由な軸線方向の循環流動を可能にするチャネルを形成し、それによって、全般的な潤滑作用が非常に向上される。そのうえケージの一般的な構造は、その自由空間によって軽くさせられており、それによって、材料が節約されかつケージの重さが低減されるようになり、それは、多くの用途ならびにさらに高速回転速度の遠心効果を低減する効果に関して価値を有する。ケージは、凹部縁部および凹部縁部に接続された軸線方向パーティションによって形成されかつクランプに対向する外端部の端部からクランプのベースまで延在するリブのために、非常に強固となっている。

加えて、ボールと凹部との間の接触のゾーンが、実質的に軸線方向パーティションの半径方向の平面(level)にあるため、作動中に凹部においてボールによって生じる衝撃による円周方向の力が、パーティションによって吸収され、それによりケージの考慮すべき変形または好ましくない局所的な応力が引き起こされない。

凹部縁部において、凹部の内側の厚さと等しい軸線方向の厚さを保持することが可能であるため、良好な強度を有するリブが形成される。ケージの半径方向の変形を低減させるために十分な剛性を保つと同時にケージの重さを低減し、グリスのために使用可能な空間を増大させる効果から、使用者は利益を得るようになる。ケージの重さの節約は、２０から３０％の範囲で、例えば２５％となっていてもよく、その一方で、半径方向の変形は、約３０から４０％、例えば３５％まで低減可能である。このケージによって、従来のケージに取り付けられたベアリングに比べて１７％も高い、例えば７００ ０００ｎｄｍ、あるいは６００ ０００ｎｄｍの回転速度でベアリングを使用することができる(ｎｄｍは、ｍｍにおけるベアリングのピッチ円直径当たりのｒｐｍにおける回転速度の発生に起因する速度係数である)。ｎｄｍは、ボールの移動の線形速度を示すものである。

所定の速度に関して、ケージはまた、従来のケージが備えたケースよりも高い作動温度で使用できるようになっており、これは、変形における減少および潤滑剤のために使用可能な空間の増加によるものである。例えば、グラス−ファイバーを用いたＰＡ６６ポリアミドケージに関して、１２０℃から１５０℃の使用温度範囲まで使用可能となっている。さらに、ケージを形成する材料の量の低減は、原材料のコストにおいて削減効果を有している。

本発明は、非限定的な例証として挙げられかつ図面に示されたいくつかの実施形態の詳細な説明によってより理解されることとなる。

本発明の一態様に基づく転がり軸受けの分解組立斜視図である。 図１の軸受けの他の斜視図である。 前方から見た、転がり軸受けのケージの斜視図である。 後方から見た、他のケージの斜視図である。 図３のケージの軸平面における片側断面図である。 図３のケージの詳細を示す図である。 他の実施形態のケージの部分背面図である。 図７のケージの部分背面図である。

図１に見られるように、転がり軸受けは、外側レース１と、内側レース２と、並んだ回転要素３あるいはボールと、回転要素３を環状空間に保持するためのケージ４と、を備えている。シーリングフランジまたはシール(図示せず)は、外側レースに取り付けられ、かつ内側レース２の支え面とともに摩擦シールまたは狭い通路シールを形成してもよい。

外側レース１と内側レース２とは、例えば管状部材あるいは鍛造または圧延環状ブランクを機械加工することによって得られる深いレースタイプのものからなる。外側レース１は、円周軸線方向外面１ａと、対向する半径方向横断面１ｂおよび１ｃ、回転要素３のために形成されたレースウェイ１ｄからの内径面とを備えている。内側レース２は、円筒孔２ａと、二つの対向する半径方向横断面２ｂおよび２ｃと、回転要素３のために形成されたレースウェイ２ｄからの外面とを備えている。外側レース１は、シーリングフランジが半径方向の面１ｂの側および半径方向の面１ｃの側において適合可能な二つの非対称的な溝を構成する。

図３および図４により明瞭に示されているケージ４は、略環状のボディ５と、クランプ６とを備えている。ケージ４は、例えばＰＡ６.６などの射出成形されたポリアミドからなる一体構造部材であってもよい。ボディ５は、略環状の外端部７と、回転要素３のための複数の凹部９を形成する軸線方向の部分８とを備えている。凹部９は、球状あるいは実質的に球状となっている。また、クランプ６は、凹部９を形成することに役立つものである。

外端部７は、軸線方向の部分８のものよりも大きい外径と、実質的に等しい大きさの内径とを有している。ただし、変形例として、軸線方向の部分８とはわずかに異なる内径を有する外端部を提供することも可能である。軸線方向の部分８は、凹部９の直径の少なくとも半分に相当する軸線方向の長さを有しており、それによって、回転要素３は、凹部９内に適切に保持されるようになる。実質的に軸線方向の部分８の外径は、ケージのピッチ円直径に近いものとなっており、例えばケージのピッチ円直径から外端部の半径方向の厚さを減じたものと、ケージのピッチ円直径に外端部の半径方向の厚さの半分を加えたものとの間で規定される範囲内のものとなっている。ケージのピッチ円直径は、凹部９を形成する仮想球体の中央を通過する仮想円の直径となっている。

二つの隣接した凹部９の間で、軸線方向の部分８は、円弧状の二つの分岐部１０を備える突起を形成しており、そのそれぞれが、外端部７と対向するクランプ６において終端をなしている。また軸線方向の部分８は、二つの隣接する凹部と関連付けられた、外端部に軸線方向において対向する分岐部１０の端部と連結するリブ１２を備えている。クランプ６は、リブ１２を越えて延在している。分岐部１０と、クランプ６と、リブ１２とは、実質的に等しい半径方向における厚さを有していてもよい。分岐部１０は、回転要素３を保持するための凹部９を規定するのに十分な表面積を提供するリブを形成する。分岐部１０は、一つのリブ１２から次のリブ１２へ、実質的に一定の厚さを有していてもよい。

さらにケージ１は、各分岐部１０のベースに位置させられかつ外端部７と分岐部１０との間の境界部を形成する連結部１３を備えている。連結部１３は、断面において丸みを帯びた面を有しており、かつ外端部７から分岐部１０へ向かって減少させられる半径方向の厚さを有している。連結部１３は、実質的に軸線方向の部材８の軸線方向の長さの１５から３０％とほぼ同程度の軸線方向の長さを有していてもよい。

また、ケージは、二つの隣接する凹部９の二つの分岐部１０を連結する軸線方向パーティション１４を備えている。この軸線方向パーティション１４は、例えば分岐部１０の半径方向の厚さの半分未満の小さな半径方向の厚さを有しており、かつ外端部７のベース面または外部円形面７ａと、クランプ６のベースとの間に軸線方向に延在している。パーティション１４は、軸線方向の部分８の内面から半径方向に距離をおいて配置されており、かつ図３、図５および図６に見られるように、内部自由空間１５および外部自由空間１６を残して、軸線方向の部分８の外側縁部とおおむね同一平面をなしている。

パーティション１４は、図４のように、軸線方向の部分８の縁部に対してわずかに変形方向において、くぼんでいてもよい。

言い換えると、内部自由空間１５は、リブ１２と外端部７の端面７ａとの間で軸線方向に延在しており、その上において、内部自由空間１５が設けられている。内部自由空間１５は、軸線方向パーティション１４によって外側へ向かって半径方向において形成されており、かつケージの内径面において内側に向かって設けられている。さらに内部自由空間１５は、二つの隣接する凹部９の分岐部１０によって、円周方向において境界を定められている。内部自由空間１５は、外端部７と、実質的に軸線方向の部分８の少なくとも一部分とを通過している。

自由空間１６は、外端部７にかつ連結部１３に配置されている；詳しくは図５および図６を参照。外部自由空間１６は、長楕円形の開口における外端部７の端面７ａ上に存在しかつ長楕円形の開口における連結部１３における対向する側に存在する外端部７のおおむね湾曲している部分に従う湾曲スロットの形状を有している。外部自由空間１６は、凹部の外側縁部に対して半径方向にくぼんだ皿状部(dish)１６ａを形成するために、軸線方向の部分の周囲において軸線方向に延在していてもよい(図４参照)。外部自由空間１６の半径方向の寸法は、外端部７の端面７ａから連結部１３へ向かって減少されていてもよい(図５参照)。同様に、外部自由空間１６の角度寸法は、外端部７の端面７ａから連結部１３へ向かって減少されていてもよい。外部自由空間１６は、ケージのピッチ円直径をわずかに越えて位置させられていてもよい。それゆえ、外部自由空間１６は、高い剛性を維持できる分岐部１０を越えて半径方向に配置されている。一例においては、ケージのピッチ円直径は、実質的に軸線方向の部分８の外面と同一平面状にあってもよい。

特に図４に見られるように、外端部７は、外部自由空間１６の平面において角度的に、半径方向に離間させられた内部リング１７と外部リング１８との二つのリングとなるように区分されており、それによって、外部自由空間１６を設けることが可能となる。外端部７の外部ベース面７ａを残したリング１７および１８は、一般的な主要部(trunk)を形成するために、分岐部１０と結合されると同時に、凹部９と同じ平面で接触している。

図６により詳細に見られるように、ボールは、相対的に表面積に制限されかつリブ１２の平面において軸線方向に位置させられる凹部９のゾーン１９に主に接触するようになる。それゆえ、ケージ４の接触ゾーン１９におけるボールによって生じる力は、対応する分岐部１０によってだけでなく、リブ１２およびその次の凹部の分岐部１０によっても吸収される。凹部９の接線において生じる力は、軸線方向パーティション１４によっても吸収される。ゆえに、ケージ４は、このケージにおけるボールによって生じる円周方向の力に対して優れた剛性を有する。

さらに、特に自由空間１５および１６によるケージ４の中空構造体は、ケージ４の重さを、使用される材料の量を低減することによって軽くすることができ、それゆえ、高速回転中の遠心力が低減される。それでもなお、半径方向の剛性は、特にリブ１２およびかなりの半径方向の厚さを有する分岐部１０によって、十分に満足するものとなっている。これによって、特にクランプ６における、ケージ４の好ましくない外側への変形が防止される。

内部自由空間１５が設けられていることによって、凹部９と回転要素３とに近接する潤滑剤のかなりの貯留部を有することが可能となる。また、外部自由空間１６は、潤滑剤貯留部の機能、ならびに外端部７の端面７ａの側から連結部１３へ向かって生じる潤滑剤の循環のためのチャネルとして機能を果たすことができる。連結部１３における外部自由空間１６の開口から現れる潤滑剤は、遠心効果によって外側へ移動しかつ外側レース１のレースウェイ１ｄに到達するか、あるいは角度的に移動しかつ凹部９内に配置された回転要素３と接触する。

図７および図８に示した実施形態において、上述した実施形態と同様の要素の参照番号はそのまま使用される。外端部７の端面７ａから軸線方向パーティション１４において切欠き部２０が配置されている。それゆえ、切欠き部２０は、内部リング１７に遮断部を形成する。切欠き部２０は、連通状態で内部自由空間１５と外部自由空間１６とを位置づけるものであり、かつケージ４のすべての空間要件の範囲内でそれをなし、かつそれによって、内部自由空間１５から外部自由空間１６への潤滑剤の循環を可能にし、そして結果的に、外側レース１のレースウェイ１ｄへ向かう、あるいは凹部９内に配置された回転要素３へ向かう潤滑剤のより良好な循環が実現される。切欠き部２０は、外端部７の端面７ａとベアリングのシーリングフランジとの間の軸線方向の距離が小さい場合(コンパクトなベアリングにおいて多くの場合)、特に有用なものとなる。

一実施形態において、例えばグリスなどの潤滑剤は、潤滑剤貯留部を形成する内部および外部自由空間に配置されている。

他の実施形態において、耐用期間の短い潤滑剤は、ケージの外側に、特に外部自由空間１６に配置されており、耐用期間の長い潤滑剤は、ケージの孔の側に、特に内部自由空間１５に配置されている。耐用期間の短い潤滑剤は、速効性の潤滑を確実なものとするためにベアリングが回転を始めるときに、外側レースウェイ１ｄへ向かって遠心分離させられる。耐用期間の長い潤滑剤は、ベアリングにおいてよりゆっくりと拡散することによって、耐用期間の短い潤滑剤に取って代わる。一実施例において、耐用期間の短い潤滑剤がケージの外側に配置され、耐用期間の長い潤滑剤が内部自由空間１５と外部自由空間１６とに配置される。潤滑剤は、異なる粘度のグリスであってもよい。

また、ケージは、ベアリングをより簡単に掃除できるものとするという利点を有しており、そのステップは、組立工程中に、ケージが取り付けられた後に行われる。特に、ベアリングに注入される洗浄液は、外側レース１と内側レース２との間をより容易に循環可能となっており、それによって、他の状況ではベアリング内に残留しかつその正常な作動に損害を与えうる混入した粒子を運び去ることができる。

図４から図８に特に明瞭に見られるように、軸線方向パーティション１４は、著しく大きな半径方向の厚さを有する分岐部１０とリブ１２とによって半径方向に強化されている。ゆえに、ケージは、半径方向および角度方向のいずれにおいても適切に強化されている。

１ 外側レース
１ａ 円周軸線方向外面
１ｂ 半径方向の面
１ｃ 円周軸線方向外面
１ｄ レースウェイ
２ 内側レース
２ａ 円筒孔
２ｂ，２ｃ 半径方向横断面
３ 回転要素
４ ケージ
５ ボディ
６ クランプ
７ 外端部
７ａ 端面７ａ
８ 軸線方向の部分
９ 凹部
１０ 分岐部
１２ リブ
１３ 連結部
１４ 軸線方向パーティション
１５ 内部自由空間
１６ 外部自由空間
１６ａ 皿状部
１７ 内部リング
１８ 外部リング
１９ 接触ゾーン
２０ 切欠き部

Claims (9)

1. 略環状のボディ（５）とクランプ（６）とを具備してなるボールベアリングのためのケージ（４）であって、
   前記ボディ（５）は、略環状の外端部（７）と、前記外端部（７）に接続された実質的に軸線方向の部分（８）とを具備し、前記外端部（７）の外径は、前記実質的に軸線方向の部分（８）の外径よりも大きく、凹部（９）は、前記ボール（３）のために配置されており、前記実質的に軸線方向の部分（８）は、軸線方向において前記外端部（７）と対向する側において前記クランプ（６）を支持しており、
   前記ケージは、前記凹部（９）同士の間に配置された軸線方向パーティション（１４）を具備してなり、
   前記軸線方向パーティションは、前記クランプ（６）と対向する前記外端部（７）の端部から前記クランプ（６）まで軸線方向に延在し、一方で、前記パーティション（１４）の両側において半径方向に位置させられた外部自由空間（１６）と内部自由空間（１５）とを半径方向に区切るものであり、
   前記外部自由空間（１６）は、前記ケージの前記外端部（７）を軸線方向に通過して前記外端部（７）の軸線方向両側で開口することを特徴とするケージ。
2. 前記内部自由空間（１５）は、前記クランプ（６）と対向する前記外端部（７）の面（７ａ）に向かって軸線方向において、かつ内側に向かって半径方向において開口されている補強部を形成していることを特徴とする請求項１に記載のケージ。
3. 前記軸線方向パーティション（１４）は、前記外部自由空間（１６）と、対向配置された前記内部自由空間（１５）との間を連通可能とする少なくとも一つの開口（２０）を具備してなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のケージ。
4. 前記開口（２０）は、前記クランプ（６）と対向する前記外端部（７）の端部から前記軸線方向パーティション（１４）において配置された切欠き部の形状を有していることを特徴とする請求項３に記載のケージ。
5. 前記軸線方向パーティション（１４）は、円周方向において前記凹部（９）同士の間に延在しており、かつ実質的に円形に配置されていることを特徴とする請求項１ないし請求項４のいずれか一項に記載のケージ。
6. 前記軸線方向パーティション（１４）の外径は、前記ケージのピッチ円直径とおおむね等しいものであることを特徴とする請求項１ないし請求項５のいずれか一項に記載のケージ。
7. 前記実質的に軸線方向の部分（８）の外径は、前記外端部（７）の外径未満であることを特徴とする請求項１ないし請求項６のいずれか一項に記載のケージ。
8. 請求項１ないし請求項７のいずれか一項に記載のケージ（４）の前記凹部（９）に取り付けられかつ二つのレースウェイ（１ｄ，２ｄ）間に配置されたボールを具備してなることを特徴とする転がり軸受け。
9. 二つの異なる潤滑剤が配置されており、その少なくとも一つが、前記内側自由空間に配置されていることを特徴とする請求項８に記載の転がり軸受け。

Images