JP5661780B2 - 玉軸受のための転動体ケージ、転動体ケージにおいて転動体を保持しかつ案内するための収容部を製造する方法、及び転動体ケージに転動体を取り付ける方法 - Google Patents

Description

本発明は、転動体を保持しかつ案内するための、周方向に亘って分配されている収容部を備えたリングの形式の、玉軸受のための転動体ケージに関する。

発明の背景
上記転動体ケージは、ドイツ連邦共和国特許出願第１９９３７６６４号明細書において公知になっている。この明細書には、周方向に亘って分配されて軸線方向に開放している、球体を収容するシェル状のポケットを有するラジアル玉軸受のためのプラスチックスナップケージが開示されている。

この構成においては、中実のシェル状の構造が使用する材料量は大きく、また、同時に広い構成スペースを要する、という不都合な状況が生じる。これにより１つにはコスト高となり、もう１つには軸受内室への潤滑材の供給が困難になり、特にグリースにより軸受が潤滑される場合には、少ないグリーススペース率（Fettraumrate）しか達成可能でない。さらにシェル状のポケット形状は、手間をかけてしか製造可能でなく、球体の組付け時には、ポケット内に球体を押し込むことを困難にすることになる。

発明の目的
したがって本発明の根底にある目的は、上記形式の転動体ケージを、構造、製造及び転動体の組付けに関して簡略化し、かつ廉価に構成することである。

発明の開示
上記目的は、請求項１の特徴、及び択一的には請求項９又は請求項１２の特徴により達成される。

本発明により、転動体を保持しかつ案内するための収容部が、切抜き又は切欠きとして構成されており、これらの切抜き又は切欠きが夫々、少なくとも１つの転動体の球表面に適合した球面状に湾曲した環状の保持エッジを形成し、この保持エッジにおいて転動体が切抜き又は切欠き内に弾性的にスナップ接続可能（einschnappbar）である、玉軸受のための転動体ケージが提供される。この構成において、転動体は保持エッジによって、球体赤道（Kugelaequator）を多重に越える閉じた線に沿って、自己保持式に囲繞可能である。転動体は切抜きの領域において軸受レースの転動路と接触することができ、この構成において転動体ケージは軸受レースの転動路に接触しない。切抜き内に転動体を容易にばね弾性的に圧入することにより、転動体ケージはボールクラウン（Kugelkranz）に形成され予め組付け可能である。また、切抜きをリングに簡単に製造可能である。

有利には転動体ケージは金属薄板において構成されており、金属薄板加工法により、切削加工することなく廉価に製造可能である。例えば転動体を収容するための切抜きを、金属薄板から簡単に打抜き加工することができる。これと同時に、薄鋼板における構成は、高い耐熱性を保証する。

本発明の別の有利な構成は、リングを軸線方向において、ほぼオメガ状の断面を持って形成するようにした。これによりリングはつば部の間に、ほぼオメガ状に延在する湾曲部を有する。つば部の間においてオメガ状に湾曲したリング形状は、閉じた線に沿って転動体の球表面に切抜きの保持エッジにおいて密着する。これと同時に、オメガ状に半径方向に湾曲したリング形状は、つば部の間において開口部のように開放した側において、特に簡単な転動体の組付けを可能にする。さらにオメガ状の異形断面は、軸受の構成スペース状況及び転動体の寸法に簡単に適合させることができる。金属薄板における構成において、リングの異形断面は、特に簡単に圧延により製造可能である。

有利には保持エッジはつば部寄りの、球面状に湾曲してほぼ周方向に延びている周方向円弧区分を有している。この周方向円弧区分は、ほぼ軸線の長手方向に延びている球面状の湾曲した長手方向円弧区分により互いに結合されて閉じた線を形成する。こうして保持エッジが転動体の球表面に適合する。転動体は球面状に湾曲した周方向円弧区分及び長手方向円弧区分において夫々案内されかつ保持される。これによりいわゆる転動体の四点保持部・案内部が保持エッジに達成される。

特に薄鋼板といった高強度の材料を使用することにより、比較的小さな材料横断面を備えた転動体ケージの省スペース型の構成が可能になり、特にウェブの異形横断面を、周方向において矩形又はほぼ矩形の横断面にまで減じることが可能である。これにより多数の転動体を転動体ケージに配置することができ、定格荷重は高まり、軸受の寿命は延びる。さらに小さな材料横断面は、軸受がグリースによって潤滑される場合に、より多くの潤滑材を使用することができ、グリーススペース率を上げることができる。これにより軸受の寿命をさらに高めることができる。

転動体ケージの特別な摩耗保護は、表面処理、例えばニトロ浸炭化（Nitrokarbonieren）といった特に薄鋼板の表面硬化により達成することができる。択一的には、特に例えばコロテックス（Korotex）といった鋼コーティングとして、リングの耐摩耗性のコーティングが可能である。

有利にはリングは半径方向内側に湾曲したオメガ状の異形断面を有している。この異形断面のオメガの開放している側は半径方向外側を向いている。これにより転動体はリングの半径方向外の側において、半径方向外側から半径方向内側へと転動体ケージに設けられている切抜き内に押し込むことができる。

リングが一部材から構成されていると特に有利である。これにより転動体ケージの構造はさらに簡略化され、組付けの手間及び製造コストはさらに減じられる。

本発明のさらに別の有利な構成においてリングのつば部は、転動体ケージをアンギュラ玉軸受に適合させるために種々異なる直径を持って構成されている。こうしてリングは特につば部において、斜めの溝をアンギュラ玉軸受に構成するために必要な、軸受レースに設けられている突出部、及びこれにより結果として軸受レースに生じる種々異なる直径に夫々簡単に適合させることができる。

本発明の別の態様によれば、玉軸受のためのリングの形式の転動体ケージにおいて、転動体を保持しかつ案内するための周方向に亘って分配されている収容部を製造するための方法が提供される。この方法において、薄鋼板ディスク又は薄鋼板ストリップに、玉軸受の後々の転動体の数に対応する数の楕円形の切抜きが打抜き成形される。薄鋼板ディスク又は薄鋼板ストリップは、変形プロセスによりほぼオメガ状に長手方向に異形成形されたリング形状に成形されるので、転動体の球表面に適合した、球面状に湾曲したリング状の少なくとも１つの保持エッジが切抜きに夫々もたらされる。

薄鋼板ディスクにおいて、転動体ケージの後々のリングに対応する領域に切抜きを、リング状に相前後して打抜き成形することができる。薄鋼板ストリップからの製造時に、長手方向に連続的に打抜き成形することが可能である。

有利には薄鋼板ディスク及び薄鋼板ストリップの夫々の異形成形は、１つの又は複数の曲げ加工ステップ、特に異形圧延加工（Profi-Walzen）により行われる。この構成において、薄鋼板ディスクは、異形成形前又は異形成形後に打抜き成形される後のリングに相当するリング形状の領域において、所望の異形断面を持ってリング形状に異形成形することができる。薄鋼板ストリップの異形成形は、薄鋼板ストリップの幅に沿って行うことができる。この構成において、切り出された薄鋼板ストリップを、ロール成形若しくは環状曲げ加工（Rundbiegen）により所望の長手方向異形成形されたリング形状に仕上げ、薄鋼板ストリップの端部において溶接可能であるか又は形状結合又は形状／摩擦結合により結合可能である。

薄鋼板ディスクのリング状の異形成形若しくは薄鋼板ストリップの異形成形及びロール成形により、転動体の球表面に適合した球面状に湾曲した保持エッジが、元々楕円形の切抜きに夫々もたらされる。

択一的には、薄鋼板ディスク又は薄鋼板ストリップにおける切抜きの打抜き成形を、薄鋼板ストリップの異形成形の後に初めて行うこともでき、又は薄鋼板ディスク若しくは薄鋼板ストリップの異形成形は、上記打抜き成形前に行うことができる。

上記方法ステップは、いわゆる順送金型（Folgewerkzeug）でもって１つの機械において連続的に実施することができる。このために場合によっては、薄鋼板ディスク又は薄鋼板ストリップを順送金型に導入する際又は導入した後に、薄鋼板ディスク又は薄鋼板ストリップの配向を実施することが有利であってよい。

特に簡単かつ廉価に、薄壁の無端鋼帯状体から転動体ケージを製造することができる。この製造は、後のリングのオメガ状の異形断面に応じて、リングの幅に亘って予め異形成形された帯状鋼が使用されると、さらに簡略化することができる。後のリングのオメガ状の異形断面に対応して、少なくとも部分的に予め曲げられた薄鋼板ディスクを上記製造のために使用することも可能である。

このようにして、一部材から成るボールスナップケージは、切削加工することなく薄壁の薄鋼板から廉価に製造可能である。

本発明のさらに別の態様により、転動体を保持しかつ案内するための、周方向に亘って分配されている収容部を備えたリングの形式の、玉軸受のための転動体ケージに転動体を取り付ける方法を提供する。この方法において、転動体は、ほぼオメガ状に長手方向に異形成形されたリング形状の半径方向に開放した側において、転動体ケージのつば部の弾性的な開放により、切抜きとして構成されている収容部内に自己保持式にスナップ接続可能に押し入れられる。半径方向に湾曲したリング形状により、つば部の間において開口状に開放した転動体ケージの側において、転動体を特に簡単に組み付けることができる。

本発明に係る転動体ケージの斜視図である。 転動体ケージの側面図である。 斜視図において示した転動体の一区分を内側から見た図である。 図３に示した転動体ケージの一区分を拡大して示した図である。 転動体が装着された状態の転動体ケージの斜視図である。 転動体が装着された状態の転動体ケージの側面図である。 斜視図において示した、転動体が装着された状態の転動体ケージの一区分を内側から見た図である。 転動体が装着された状態の、図３に示した転動体ケージを拡大して示す図である。 図８の線Ｘ−Ｘに沿った断面図である。 アンギュラ玉軸受に配置されている転動体ケージの縦断面図である。 図１０に示した一区分を拡大して示す図である。

本発明のさらなる特徴は、本発明の実施の形態を簡潔に記した、以下の記載及び添付の図面から明らかになる。

図面の詳細な説明
図１に、アンギュラ玉軸受のためのボールスナップケージとして構成されている本発明に係る転動体ケージを、斜視図において示す。ボールスナップケージはリングとして、薄壁の薄鋼板において一部材から形成されており、長手方向にほぼオメガ状の異形断面を有している。このオメガ状の異形断面の開放している側は、半径方向外側に方向付けられている。これによりボールスナップケージのつば部２，３の間で半径方向内側に湾曲したリングがもたらされる。このリングの周方向に亘って分配されて配置されている、転動体を収容するための切抜きは、平面図において楕円形状を有しており、切抜きの縁に沿って夫々保持エッジ１を形成する。この保持エッジ１において、切抜き内に収容される転動体が保持される。保持エッジ１は夫々、閉じた線に沿って延在している。この線はリングのつば部２，３の間において、一方ではリングのオメガ形の長手方向に沿った異形断面により、他方ではリングのリング状の湾曲部により仲介された球面状の湾曲部に沿って延在している。

軸線方向の側面図において、リングの形状がつば部２，３の間において明確に半径方向内側に湾曲して延在している（図２）。切抜きは夫々、リングのつば部２，３を結合するウェブ４により互いに仕切られており、つば部２，３寄りの切抜きの縁部には夫々、リングの周方向に延びていて、球表面に適合する球面状に湾曲した、保持エッジ１の周方向円弧区分５を形成する。アンギュラ玉軸受に適合させるために、リングのつば部２，３は種々異なる直径を持って構成されている。

図３に、転動体ケージの一区分を内側から見た斜視図を示す。平面図において切抜きの、元々平らな楕円形の基本形状を明確に看取可能である。基本形状は半径方向内側に湾曲したオメガ状の異形成形及びリング形状へのロール成形により夫々、球面状に湾曲した閉じた線に沿って延在している保持エッジ１を形成する。この保持エッジ１は夫々、つば部２，３寄りの球面状に湾曲した周方向円弧区分５，６を有している。この周方向円弧区分５，６は、ウェブ４に沿って軸線方向に延在している、球表面に適合した球面状に湾曲した長手方向円弧区分７，８により互いに結合されて閉じた線を形成する。

図４に示す拡大した区分は、リングのほぼオメガ状の長手方向異形断面を示す。この長手方向異形断面はつば部２，３の領域において、ほぼ軸線方向に延在している縁区分９，１０を、オメガ形状の脚部として形成する。この実施の形態において、比較的大きな直径を持って形成されたつば部２は、半径方向外側に延びている端部区分１１を有している。オメガ脚部の間に位置する半径方向外側に開放されたオメガ腹部は、オメガ脚部を夫々起点として互いに向かい合って、半径方向内側に斜めに延びるほぼ同じ長さの２つの側面１２，１３により形成される。これらの側面１２，１３は、比較的小さな直径を有するつば部３に向かって軸線方向に、少し斜めに傾いている長手方向区分１４により互いに結合されている。

これにより、オメガ腹部はオメガの通常の形状とは異なり軸線方向に少し伸長され、比較的小さな直径を有するつば部３に向かって少し斜めに傾けられて延在している。

図５，６，７に、転動体が予め組み付けられたボールスナップケージの斜視図を示す。切抜きにおいて転動体は夫々、球面状に湾曲した保持エッジ１に取り囲まれて保持される。組付けのために転動体は、半径方向外側から半径方向内側へと切抜き内に、つば部２，３の弾性的な開放及び保持エッジ１の弾性的なスナップ式の開放（Aufschnappen）により押し込むことができる。球体赤道１５が周方向円弧区分５，６を越えると、保持エッジ１は弾性的にスナップ式に戻り、これにより球体は自己保持式に切抜き内に保持される。半径方向内側に湾曲した保持エッジ１は、転動体の球表面に沿って球面状に湾曲して、球表面に沿って延在しており、かつ保持エッジ１の周方向円弧区分５，６及び長手方向円弧区分７，８において明確に、球体赤道１５を覆うか若しくは球体赤道１５を越えている。これにより切抜きの保持エッジ１に、転動体のいわゆる四点保持部・案内部が達成される。

図８に示す拡大された区分において再度、リングのつば部２，３の領域における保持エッジ１の周方向円弧区分５，６において、球体赤道１５をオーバラップしているか若しくは越えている状態を明示する。

図９に、転動体ケージをウェブ４において夫々、周方向に線Ｘ−Ｘに沿って断面して示す。半径方向内側に位置するウェブ４から出発して、リングの長手方向異形断面、及びこの長手方向異形断面に続く切抜きの保持エッジ１は、側面１３に沿って比較的小さな直径を有するつば部３に向かって半径方向外側の方向に上昇するように延在している。転動体は切抜き内で、保持エッジ１の長手方向円弧区分７において周方向に保持され、かつ案内される。比較的小さなつば部３の領域で、保持エッジ１はその周方向円弧区分６において球体赤道１５を越えている。ウェブ４の周方向における材料横断面は、場合によっては、必要とされるスペースが同じ場合において転動体の数を高めることができるように、矩形の横断面へと減じることができる。

図１０に、転動体が予め組み付けられたボールスナップケージがアンギュラ玉軸受に配置された状態を縦断面にして示す。球体は軸受レースに設けられている突出部に形成された斜めの溝（Schraegrillen）に沿って転動する。リングの切抜き内に収容されている転動体は、全方向に遊びを有している。これにより斜めの溝内において転動体を調節することすらできる。ボールスナップケージは、軸受レースに設けられている突出部の形状に適したリング形状において構成されており、転動体を案内した状態で完全に転動体を介して支持される。リングの切抜きにおいて保持エッジ１によって取り囲まれている転動体は、半径方向外側及び半径方向内側において、アンギュラ玉軸受の軸受レースの斜めの溝と接触しており、この状態において軸受レースは転動体ケージに接触することはない。このためにつば部２の直径は、突出部が設けられていない外側の軸受レースの側１６の比較的大きな直径に適合されている。つば部２の半径方向の端部区分１１は、半径方向の遊びを持って上記側１６寄りに配置されている一方で、つば部３の直径は、突出部を備えて構成されている、外側の軸受レースの側１７の比較的小さな直径に適合されており、ほぼ軸線方向に延在している縁区分１０において、半径方向の遊びを備えた上記側１７寄りに配置されている（図１１）。この実施の形態では、切抜きにおいて保持エッジ１の周方向円弧区分５，６はつば部２，３の領域において、周方向円弧区分５，６が球体赤道１５をオーバラップするか若しくは球体赤道１５を越えて、自己保持式に切抜きにおいて転動体に周囲から係合するように半径方向外側に案内されている。これと同時に、つば部２，３は夫々、軸線方向において軸受シール部に対して遊びを十分に有している。ボールスナップケージの薄壁のリングは、あまり構成スペースを必要としないので、潤滑材を供給するための多くのスペースが軸受に残され、したがって、軸受がグリースにより潤滑されている場合、高いグリーススペース率が保証されている。

１ 保持エッジ
２，３ つば部
４ ウェブ
５ 周方向円弧区分
６ 周方向円弧区分
７ 長手方向円弧区分
８ 長手方向円弧区分
９ 縁区分
１０ 縁区分
１１ 端部区分
１２ 側面
１３ 側面
１４ 長手方向区分
１５ 球体赤道
１６ 側
１７ 側

Claims (13)

1. 転動体を保持しかつ案内するための、周方向に亘って分配されている収容部を備えたリングの形式の、玉軸受のための転動体ケージにおいて、
   前記収容部は切抜きとして構成されており、該切抜きは夫々、前記転動体の球表面に適合する球面状に湾曲した環状の少なくとも１つの保持エッジ（１）を形成し、該保持エッジ（１）において前記転動体は、前記切抜きにおいて自己保持式に前記保持エッジ（１）によって係合可能にスナップ接続可能であり、
   前記保持エッジ（１）は、つば部（２，３）寄りの、球面状に湾曲した周方向に延びている周方向円弧区分（５，６）を有しており、該周方向円弧区分（５，６）は、球面状に湾曲した、軸線方向に延びている長手方向円弧区分（７，８）により互いに結合されており、前記転動体は、該転動体の球表面に夫々適合した球面状に湾曲した前記周方向円弧区分（５，６）及び前記長手方向円弧区分（７，８）において案内可能にかつ保持可能であり、
   前記スナップ接続は、前記転動体の前記切抜きへの押込み時に、前記つば部（２，３）及び前記保持エッジ（１）が軸線方向に弾性的に開放し、かつ転動体赤道（１５）が前記周方向円弧区分（５，６）を越えると、前記つば部（２，３）及び前記保持エッジ（１）が弾性的に戻ることにより、行われることを特徴とする、転動体ケージ。
2. 前記リングは金属薄板において構成されていることを特徴とする、請求項１記載の転動体ケージ。
3. 前記リングは軸線方向において、オメガ状の異形横断面を有していることを特徴とする、請求項１又は２記載の転動体ケージ。
4. 前記切抜きの間に形成された、前記リングのつば部（２，３）を結合するウェブ（４）が、矩形の異形横断面を有していることを特徴とする、請求項１から３までのいずれか一項記載の転動体ケージ。
5. 前記リングは摩耗保護のために表面硬化されて、又はコーティングされて構成されていることを特徴とする、請求項１から４までのいずれか一項記載の転動体ケージ。
6. 前記リングは一部材から形成されていることを特徴とする、請求項１から５までのいずれか一項記載の転動体ケージ。
7. 前記リングをアンギュラ玉軸受に適合させるために、前記リングのつば部（２，３）は種々異なる直径を持って構成されていることを特徴とする、請求項１から６までのいずれか一項記載の転動体ケージ。
8. 互いに向かって斜めに延びる２つの側面（１２，１３）によりオメガ形状の腹部が形成されていて、前記側面（１２，１３）は軸線方向で、大きな直径を有するつば部（２）から、小さな直径を有するつば部（３）へと斜めに傾いた長手方向区分（１４）により互いに結合されていることを特徴とする、請求項７記載の転動体ケージ。
9. 玉軸受のためのリングの形式の転動体ケージにおいて、転動体を保持しかつ案内するための周方向に亘って分配されている収容部を製造するための方法において、
   薄鋼板ディスク又は薄鋼板ストリップに、前記玉軸受の転動体の数に対応する数の楕円形状の切抜きを打抜き加工し、変形プロセスにより薄鋼板ディスク又は薄鋼板ストリップを、オメガ状に長手方向に異形成形されたリング形状に仕上げ、前記切抜きに夫々、前記転動体の球表面に適合した球面状に湾曲した少なくとも１つの環状の保持エッジ（１）をもたらし、該保持エッジ（１）は、つば部（２，３）寄りの、球面状に湾曲した周方向に延びている周方向円弧区分（５，６）を有しており、該周方向円弧区分（５，６）は、球面状に湾曲した、軸線方向に延びている長手方向円弧区分（７，８）により互いに結合されており、前記転動体は、該転動体の球表面に夫々適合した球面状に湾曲した前記周方向円弧区分（５，６）及び前記長手方向円弧区分（７，８）において案内可能にかつ保持可能であり、
   前記スナップ接続は、前記転動体の前記切抜きへの押込み時に、前記つば部（２，３）及び前記保持エッジ（１）が軸線方向に弾性的に開放し、転動体赤道（１５）が前記周方向円弧区分（５，６）を越えると、前記つば部（２，３）及び前記保持エッジ（１）が弾性的に戻ることにより、行われることを特徴とする、方法。
10. 前記薄鋼板ディスクをリング状の異形成形、又は薄鋼板ストリップを該薄鋼板ストリップの幅に沿った異形成形により、及び１つ又は複数の曲げ加工ステップにおけるロール成形により、所望に異形成形されたリング形状に仕上げることを特徴とする、請求項９記載の方法。
11. 前記ロール成形は、異形圧延加工であることを特徴とする、請求項１０記載の方法。
12. 前記製造を薄壁の帯状鋼から行い、該帯状鋼は幅に亘って、リングのオメガ状の異形断面に対応して予め異形成形されていることを特徴とする、請求項９から１１までのいずれか一項記載の方法。
13. 転動体を保持しかつ案内するための、周方向に亘って分配されている収容部を備えたリングの形式の、玉軸受のための転動体ケージに転動体を取り付ける方法において、
    前記転動体を、オメガ状に長手方向に異形成形されたリング形状の半径方向に開放している側において、前記つば部（２，３）の弾性的な開放により、切抜きとして構成されている前記収容部内に自己保持式にスナップ接続可能に押し込み、前記切抜きは、前記つば部（２，３）寄りの、球面状に湾曲した周方向に延びている周方向円弧区分（５，６）を有しており、該周方向円弧区分（５，６）は、球面状に湾曲した、軸線方向に延びている長手方向円弧区分（７，８）により互いに結合されており、前記転動体は、該転動体の球表面に夫々適合した球面状に湾曲した前記周方向円弧区分（５，６）及び前記長手方向円弧区分（７，８）において案内可能にかつ保持可能であり、
    前記スナップ接続は、前記転動体の前記切抜きへの押込み時に、前記つば部（２，３）が軸線方向に弾性的に開放し、転動体赤道（１５）が前記周方向円弧区分（５，６）を越えると、前記つば部（２，３）が弾性的に戻ることにより、行われることを特徴とする、方法。

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