JP5465297B2 - 玉軸受用保持器 - Google Patents
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Description
このような構造の密閉型玉軸受において、接触シールのシールリップ部分にグリースが存在した状態で軸受温度が上昇すると、軸受内部の空気の膨張によって軸受内部の圧力が上昇するため、軸受外部との圧力差によりシールリップ部分が開いて軸受内のグリースや空気が軸受外部へ漏洩する現象(以下、呼吸と称する)が生じる(特許文献1)。
上記した通気用の切欠部を設けず、例えば内輪回転の玉軸受において、前記接触シールのシールリップ部分が押し付けられる内輪外径面のシール溝へのシールリップ押し付け圧力(以下、緊迫力と言う)を強め、上記した呼吸対策とすることが考えられるが、これではトルクの増大を招くのみで、緊迫力以上の内圧を招く大きな温度上昇時には、グリース漏れを防ぎ切れない。また、軸受温度が低下した場合には、軸受内部の空気の収縮によって内圧が低下することから、シールリップ先端の吸着現象が起こり、更なるトルクの増大を招く要因となる(例えば特許文献3)。
このような理由により、接触シールとして上述した各種の構造のものを用いたとしても、内輪シール溝にグリースが付着すると、グリース漏れを防止することは難しい。
このように、グリース漏れに対処する方法として、シールリップの緊迫力,シールリップの形状,および切欠等があるが、回転により内輪肩部やシール溝とにグリースが存在すれば、グリース漏洩による可能性が高くなる。とりわけ、外輪回転の場合、内輪に遠心力が作用しないため、一度内輪シール溝に付着したグリースはそのまま留まることになる。この状態で、軸受の温度上昇が起これば、呼吸によりグリース漏れが発生する。また、保持器形状変更による対策では、樹脂保持器では強度,摩耗の問題があり、鉄板打ち抜き保持器では、製造が困難である。
この発明の他の目的は、保持器ポケット内面における鉄の摩耗粉の発生を防止することで、長寿命な軸受とできる玉軸受用保持器を提供することである。
なお、この板厚を薄くする部分の軸方向範囲は、球殻状板部の全体であっても一部であっても良く、少なくとも、軸受内輪の軌道面両側の肩部高さの外径面部に位置する部分は薄くする。
凹み部の内面の保持器円周方向に沿う断面形状を、ポケットの内面となる凹球面の曲率半径よりも小さな曲率半径の円弧状とした場合は、上記のグリースの掻き取りが生じにくくなるだけでなく、保持器の加工面,保持器の強度面の観点からより好ましい。
また、保持器半体の平板部や球殻状板部の玉配列ピッチ円よりも外径側部分の板厚となる基準板厚は従来と同等とすることで、保持器の強度低下を生じることなく、グリース漏れだけを防止できる。さらに、玉と接触し得るポケット部の形状は従来と同様であることから、保持器の可動範囲の増加による保持器間の干渉力の増加も生じない。
この発明の保持器における上記ポケット形状は、金属板のプレス加工により成形可能であり、プレス加工を採用した場合、低コスト、高強度が得られ、また一般的な鉄板打ち抜き保持器と比べてシールとの距離も変わらないものとできる。
なお、この発明の玉軸受用保持器は、鉄板打ち抜き保持器の他に、2分割の樹脂保持器等にも適用することができる。
この製造方法は、前記保持器半体の前記球殻状板部の内面を成形する凸側プレス金型、および前記球殻状板部の外面を成形する凹型プレス金型を準備し、前記凸側プレス金型の成形型面は、前記ポケットの内面となる前記凹球面に沿う凸球面状であって、一部に前記凹み部に沿う凹み部成形用型部を有する形状とする。これら凸側プレス金型と凹型プレス金型の間にリング状の板材を挟み込んで前記保持器半体をプレス成形し、得られた2つの保持器半体を接合して玉軸受用保持器とする。
前記保持器半体を成形する場合、その球殻状板部の内面は、単調な半球状の凹球面の一部に、断面円弧状の凹み部を有する形状である。このような複合形状のプレス成形では、仕上げ押し工程で単調な半球状凹球面を成形した後で、その半球状凹球面の一部にさらに前記凹み部をプレス成形する方法が一般的であるが、その場合、従来の鉄板打ち抜き保持器の成形の場合に比べて製造工程が一工程増えることになる。
しかし、この例では、凸側プレス金型の半球状凸面の一部に、ポケットにおける凹み部に対応する凹み部成形用型部を有する形状としているので、仕上げ押し工程で凹み部も同時に成形でき、製造工程を増やす必要がなく、効率的に保持器を製造できる。
仕上げ押し工程に用いる凸側プレス金型の半球状凸面の形状および面粗さは、保持器ポケットの内面に転写され、そのポケット内面は軸受に組み込まれた場合に玉と接触するため、ポケット内面の面粗さは小さくする必要がある。従来の鉄板打ち抜き保持器ではポケット内面が単純な凹球面であるため、凸側プレス金型の半球状凸面を凹形状の砥石等で研磨することで面粗さを小さくしている。しかし、この発明の場合、上記したように凸側プレス金型の半球状凸面は、単純な半球状凸面の一部にポケット内面の上記凹み部に対応する凹み部成形用型部を有する形状であり、従来例の場合のように凹形状の砥石等で研磨して面粗さを小さくすることはできない。
そこで、仕上げ押し工程に用いる凸側プレス金型の成形凸球面を、ショットブラスト、または電子ビームによる研磨、または研磨剤の噴射によるラッピングで表面仕上げすると、手作業による研磨などが要らず、ばらつきなく低コストで凸側プレス金型の成形凸球面の面粗さを小さくできる。
この場合のラッピングは、例えば研磨砥粒に水分を含有させることで弾力性および粘着性を有する研磨材を得て、この研磨材を被加工材である金型の表面に高速で滑走させて発生する摩擦力によって表面仕上げする方法が好ましい。
この凹み部13は、ポケット11の開口縁における保持器円周方向の中心OW11から両側に広がって1箇所に設けられ、凹み部13の幅W13は、ポケット11の保持器円周方向の幅W11の略全体にわたる幅としている。凹み部13の幅W13は、ポケット11の幅W11の半分よりも大きいことが好ましく、2/3以上、あるいは3/4以上であることがより好ましい。
凹み部13の内面形状は、同図(B)に示すように、保持器5の半径方向の直線Lを中心とする仮想円筒Vの表面に略沿う円筒面状の形状である。上記仮想円筒Vは、凹み部13を加工する砥石の表面であっても良い。この凹み部13は、保持器半径方向につき、保持器内径側の開口縁から玉配列ピッチ円PCDまで延びていて、保持器内径縁から玉配列ピッチ円PCDに至るに従って、徐々に小さく、つまり徐々に浅くかつ幅が狭くなる形状とされている。凹み部13は、この実施形態では、丁度、玉配列ピッチ円PCDまで延びているが、玉配列ピッチ円PCDよりも保持器外径側まで若干延びていても、また玉配列ピッチ円PCDに若干達しないものであっても良い。なお、玉配列ピッチ円PCDはポケットPCDとも呼ぶ。
2個の凹み部13Aの位置は、例えば、ポケット11の開口縁における保持器円周方向の中心OW11に対する周方向の配向角度を40°±15°とした対称な2箇所である。この例でも、凹み部13Aの深さは、ポケット内面の凹球面の中心O11から凹み部13Aの最深位置までの距離RAcが、玉4の半径の1.05倍以上となる深さであることが好ましい(丁度1.05倍であって良い)。
なお、この参考提案例では凹み部13Aを2箇所としたが、3箇所以上としても良い。
ポケット11における内面形状は、球面状に限らず、玉配列ピッチ円PCDよりも内径側の部分が、保持器内径側開口縁に近づくに従って小径となる形状であれば良く、例えば玉配列ピッチ円PCDよりも外径側の部分が円筒面状、内径側の部分が円すい面状であっても良い。
なお、凸側プレス金型15および凹側プレス金型16は、図ではそれぞれ1個のみ示しているが、これら凸側プレス金型15および凹側プレス金型16は、それぞれ保持器半体12の球殻状板部11Aの個数分だけ円周方向に並べて互いに一体の金型として設けられ、複数の球殻状板部11Aを同時に成形する。
このようにして得られた2つの保持器半体12を図11(C)のように重ね合わせ、図11(D)のように保持器半体12の平板部12aが重なり合う部分をリベット19で接合して保持器5とする。
この実施形態では、上記したように、仕上げ押し工程に用いる凸側プレス金型15の半球状凸面に、ポケット11(球殻状板部11A)における凹み部13Aの内面を成形する凹み部成形用型部15aを部分的に形成しているので、仕上げ押し工程で凹み部13Aも同時に成形でき、製造工程を増やすことなく効率的に保持器5を製造できる。
そこで、この実施形態では、仕上げ押し工程に用いる凸側プレス金型15の成形凸球面を、ショットブラスト、または電子ビームによる研磨、または研磨剤の噴射によるラッピングで表面仕上げする。この場合のラッピングは、研磨砥粒に水分を含有させることで弾力性および粘着性を有する研磨材を得て、この研磨材を被加工材である金型の表面に高速で滑走させて発生する摩擦力によって表面仕上げする方法が好ましい。このようなラッピングとして、金型の超鏡面仕上げ装置として販売されているエアロラッピング(株式会社ヤマシタワークス)等が採用できる。このように、ショットブラストや電子ビーム、あるいは研磨剤の噴射によるラッピングで凸側プレス金型15の成形凸球面を表面仕上げすることにより、手作業による研磨などが要らず、ばらつきなく低コストで凸側プレス金型15の成形凸球面の面粗さを小さくできる。
このように、ポケット11の内面に樹脂皮膜39を形成することで、ポケット11の内面と鋼球からなる玉4の表面との接触が、樹脂と鉄等の金属となって、鉄の摩耗粉の発生が防止される。そのため、この構成の玉軸受用保持器5を使用すると、長寿命な玉軸受1となる。
なお、図22は、図1ないし図6に示す実施形態において、樹脂皮膜39を設けた場合を示すが、その他の上記各実施形態において、鉄製等の金属製の保持器としたものにおいても、ポケット11内に樹脂皮膜を施すことで、上記と同様に鉄等の金属の摩耗粉の発生防止による軸受の長寿命化が得られる。
上記は、ポケット面への皮膜が樹脂系の場合について説明したが、この皮膜は鉄系同士の接触による金属系の摩耗粉を防止できれば、樹脂系の皮膜と同様の効果があり、二硫化モリブデンやグラファイトなどの固体潤滑材を主成分とするもの、あるいは銅や銀などの軟質金属が主成分とするものであってもよい。固体潤滑材系の皮膜では、皮膜が玉よりも選択的に摩耗するため、金属系の摩耗粉の発生を防止できる。軟質金属系の皮膜の場合は、皮膜の表面粗さが軸受の運転とともに低下し、玉と皮膜との間の僅かな潤滑油膜が効果的に働くようになり、金属系の摩耗粉の発生を防止できる。固体潤滑材系の皮膜をポケット部に形成するには、例えば、固体潤滑材を高濃度に混合した液状の熱硬化性樹脂を塗布し焼成して硬化させればよい。軟質金属系の皮膜をポケット部に形成するには、例えば電気めっき法を用いればよい。
図13および図14はこの参考提案例、および実施形態(それぞれ図6の参考提案例、および図7の実施形態)の保持器5を用いた玉軸受のグリース付着状態を示し、図15は一般的な鉄板打ち抜き保持器を用いた玉軸受のグリース付着状態を示す。
上記は、ポケット面への皮膜が樹脂系の場合についての例であるが、この皮膜は鉄系同士の接触による金属系の摩耗粉を防止できれば、樹脂系の皮膜と同様の効果があり、二硫化モリブデンやグラファイトなどの固体潤滑材を主成分とするもの、あるいは銅や銀などの軟質金属が主成分とするものであっても、同様の効果を得ることができる。
この玉軸受用保持器5は、図1,図2と共に前述した玉軸受1に用いられる保持器であって、玉4を保持するポケット11を円周方向の複数箇所に有するリング状であり、2個の環状体の保持器半体12を軸方向に対面して重ね合わせてなる。これら保持器半体12は、それぞれ内面が前記各ポケットの半分を形成する球殻状板部11Aと、隣合うポケット11間の部分となる平板部12aとが円周方向に交互に並ぶ形状とされる。各保持器半体12は、金属板のプレス成形品(例えば鉄板打ち抜き品)であり、平板部12aに設けられたリベット孔18に挿通したリベット19により、2枚の保持器半体12が互いに接合して一体に構成される。以上の構成は、図1〜図6に示す参考提案例と同様である。
そこで、保持器5の内径部において、内輪2の肩部となる外径面部2bと軸方向に重なり合う範囲Wのみの板厚を薄くしており、これにより、実質上の保持器5の強度の低下が無く、かつグリース漏れを防止可能な玉軸受用保持器5が成立する。
2…内輪
2a…軌道面
2b…外径面部
4…玉
5…玉軸受用保持器
11…ポケット
11A…球殻状板部
11Aa…薄肉部分
12…保持器半体
12a…平板部
13,13A,13B,13C…凹み部
14…プレス金型組
15…凸側プレス金型
15a…凹み部成形用型部
16…凹側プレス金型
16a…凹み部裏面成形用型部
39…樹脂皮膜
O…保持器中心軸
PCD…玉配列ピッチ円
Ra:凹球面の曲率半径
Rb:凹み部内面の曲率半径
Rc:距離
Claims (3)
- シール付きの玉軸受の玉を保持するポケットを円周方向の複数箇所に有し、各ポケットの内面を、玉配列ピッチ円よりも内径側の部分が、保持器内径側の開口縁に近づくに従って小径となる凹曲面状としたリング状の玉軸受用保持器において、前記各ポケットの内面に、保持器内径側の開口縁から保持器外径側に延びる凹み部を設け、
前記凹み部が、前記ポケットの開口縁における保持器円周方向の中心の両側に位置して複数箇所に設けられ、各凹み部の内面形状が、保持器の半径方向の直線を中心とする各仮想円筒の表面に略沿う円筒面状の形状であり、この凹み部は、保持器内径側の開口縁から玉配列ピッチ円の付近まで延びていて、保持器内径縁から玉配列ピッチ円に近づくに従って徐々に浅くかつ幅狭となる形状であり、前記凹み部が、2箇所に設けられて、保持器外径縁付近まで延び、これら2箇所の凹み部の内面形状が、一つの仮想リングの表面に略沿った形状であり、前記仮想リングは、ポケット内に収まるリング外径で、任意周方向位置の断面形状が円形であり、リング中心が保持器中心軸に対して傾きを持つことを特徴とする玉軸受用保持器。 - 請求項1において、前記凹み部の内面の保持器円周方向に沿う断面形状が、多角形状である玉軸受用保持器。
- 請求項1または請求項2において、2個の環状体の保持器半体を軸方向に対面して重ね合わせてなり、これら保持器半体は、それぞれ内面が前記各ポケットの半分を形成する球殻状板部と、隣合うポケット間の部分となる平板部とが円周方向に交互に並ぶ形状である玉軸受用保持器。
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