JP6003022B2 - 転がり軸受用保持器 - Google Patents

Description

本発明は、各種の機械装置（例えば、航空機用ジェットエンジンや一般産業用ガスタービンなど）の回転系を軸支するための転がり軸受に組み込まれる保持器に関し、具体的には、保持器に機械加工を施すことにより設けたリテンションを弾性変形させつつ、転動体を挿入するもみ抜き保持器における転動体の脱落防止技術の改良に関する。

従来から、例えば、航空機用ジェットエンジン向けの転がり軸受において、軸受の組立性を高めるべく、リテンションを保持器のポケットに配設し、当該リテンションに転動体に対するかかり代を形成した保持器構成が知られている。この場合、リテンションを弾性変形させつつ、ポケットに転動体を挿入し、挿入した転動体を前記かかり代と干渉させることで、当該転動体のポケットからの脱落防止を図るとともに、保持器と転動体とを非分離一体に組み付けた状態で使用されることが少なくない。

リテンションの構成としては、例えば、図３に示すように、保持器内径側のポケット軸方向中央部に機械加工を施し、周方向に隣り合うポケット５０間にステーク（柱部）５２を設けるタイプが一般的となっている（特許文献１参照）。このようにリテンションとしてステーク（柱部）５２を設けた構成とした場合、ポケット５０へ転動体５６を挿入する際には、各ポケット５０の周方向両側のステーク５２を離間させるように（つまり、ポケット開口５４を拡張させるように）周方向へ弾性変形させつつ、保持器内径側から転動体５６をポケット５０へ押し込んでいく。また、このようなステーク（柱部）５２を設けた場合、一般的には、転動体５６の挿入方向（図３の矢印５６ａで示す方向）および径方向への貫通孔であるポケット５０の孔軸と平行をなし、ポケット開口５４を狭めるような円筒部５８を、転動体５６とのかかり代としてステーク５２に形成する（つまり、円筒部５８の中心軸５８ｓは、ポケット５０の孔軸と一致している）。これにより、転動体５６のポケット５０への挿入時に当該転動体５６が円筒部５８のエッジ（かかり代のポケット内方側の端部）５８ｅと当接し、当該エッジ５８ｅが丸まって（摩擦により摩耗して）しまった場合であっても、円筒部５８の全体でかかり代を維持することができ、ポケット５０からの転動体５６の脱落防止を図ることを可能としている。

特許第３２６１８１３号公報

しかしながら、リテンションとしてステーク（柱部）５２を設けた構成においては、装置の運転時（換言すれば、軸受の回転時）にステーク５２の根元に応力が集中し、その程度によっては当該根元部分が破損してしまう虞があり、運転条件などに合わせてステーク５２の形状を適宜最適化する必要がある。なお、保持器外径側にもリテンション（ステーク５２と同様の柱部）を設けた構成とすることも可能であるが、このような外径側のリテンションは内径側と比べて剛性が高くならざるを得ず、保持器外径側から転動体５６をポケット５０へ押し込むことは困難な場合が多い。

本発明は、このような課題を解決するためになされており、その目的は、リテンションとしてステーク（柱部）を設けることなく、装置の運転時（換言すれば、軸受の回転時）における耐久性に優れ、外径側から転動体をポケットへ挿入することを可能とした転がり軸受用保持器を提供することにある。

このような目的を達成するために、本発明に係る転がり軸受用の保持器は、軸方向に対して所定の長さで延出する円環部と、当該円環部に周方向に沿って所定間隔で配された複数のポケットを備え、各ポケットに１つずつ挿入した複数の転動体を互いに接触させることなく、所定間隔で回転自在に保持する。かかる転がり軸受用保持器において、前記ポケットは、前記円環部の外径側および内径側にそれぞれ開口部を有する貫通孔として形成されており、前記円環部の外周部には、前記ポケットの形成位置に対応して各ポケットの前記軸方向の一方側に突起状のリテンションが設けられ、前記リテンションは、前記ポケットの外径側の開口部を狭めつつ、拡径方向へ突出し、前記軸方向に弾性変形させて前記ポケットへ前記転動体を挿入可能とするとともに、前記ポケットへの挿入後は前記転動体と干渉するかかり代部を有しており、前記かかり代部は、前記ポケットへの前記転動体の挿入方向に直線形状をなす転動体当接面を有し、前記転動体当接面は、前記ポケットの孔軸に対して傾斜している。

本発明の転がり軸受用保持器によれば、リテンションとしてステーク（柱部）を設けることなく、保持器軸方向へ弾性変形させることにより転動体のポケットへの挿入を可能とする突起状のリテンションを保持器外周部の軸方向片側に配設することで、ステーク（柱部）を設けた場合と比べて装置の運転時（換言すれば、軸受の回転時）における耐久性の向上を図ることができるとともに、外径側からであっても転動体をポケットへスムーズに挿入することができる。

本発明の一実施形態に係る転がり軸受用保持器の構成を示す軸方向に対する要部断面図である。 リテンションのかかり代部（転動体当接面）の中心軸をポケットの孔軸と一致させた場合の要部断面図である。 従来の転がり軸受用保持器の構成（ステークを設けた構成）を示す径方向に対する要部断面図である。

以下、本発明の転がり軸受用保持器について、添付図面を参照して説明する。なお、本発明に係る転がり軸受用保持器（以下、単に保持器ともいう）が組み込まれる転がり軸受としては、例えば、航空機用ジェットエンジンや一般産業用ガスタービン等の各種機械装置の回転系を軸支するための軸受などを想定可能であるが、これらに限定されるものではない。

かかる転がり軸受（以下、単に軸受ともいう）は、同一の回転軸周りに相対回転可能に対向配置される外輪および内輪と、これら外輪および内輪の対向周面部にそれぞれ形成されて相互に対向する軌道溝間で転動する複数の転動体とを備えているものであれば、その形式や大きさなどは特に限定されず、使用条件や使用目的などに応じて任意に設定することが可能である。例えば、単列の深溝玉軸受の他、外輪を軸方向に二等分可能な分割構成としたり、内外輪いずれかの軌道溝の溝肩を傾斜するテーパ状（いわゆるカウンタボア）とした構成や、外内輪の軸方向幅を異なる寸法に設定した構成などとすることも想定可能である。また、転動体としては玉を想定するが、その径寸法は任意に設定することが可能である。

図１には、本発明の一実施形態に係る保持器２の構成が示されている。かかる保持器２は、軸方向（同図に示す直線状の回転中心軸Ｓの延出方向(同図においては、上下方向)、以下同様）に対して所定の長さで延出して保持器２の本体部分をなす円環部４と、当該円環部４に周方向に沿って所定間隔（一例として、等間隔）で配された複数のポケット６を備え、各ポケット６に１つずつ挿入した複数の転動体（同、玉）８を互いに接触させることなく、所定間隔（同、等間隔）で回転自在に保持する。この場合、保持器２は、弾性を有する金属製や樹脂製などのいわゆるもみぬき保持器となっている。なお、円環部４の軸方向に対する延出長さ（軸方向幅）、径寸法や肉厚（外内径寸法差）は、保持器２が保持する転動体８の大きさ（径寸法）や数などに応じて任意に設定すればよい。

ポケット６は、円環部４の外径側および内径側にそれぞれ開口部６ａ,６ｂを有する径方向への貫通孔として形成されている。その際、ポケット６は、挿入した転動体８を回転自在に保持することが可能となるように、当該転動体８の大きさ（径寸法）に応じてその孔径を設定するとともに、保持器２の負荷容量（保持器２に対する転動体の組込数）に応じてその配設数を設定すればよい。

円環部４の外周部には、ポケット６の形成位置に対応して各ポケット６の軸方向の一方側（図１に示す構成においては、軸方向の上側）に突起状のリテンション１０が設けられている。すなわち、ポケット６と同数のリテンション１０がそれぞれ周方向に対して各ポケット６と同一の位相をなして（ポケット６と同一ピッチの等間隔で）円環部４の外周部に配された構成となっている。なお、リテンション１０は、保持器２（ポケット６）に対して機械加工を施すことにより、上記形態となるように円環部４の外周部に対して設ければよい。

リテンション１０は、ポケット６の外径側の開口部６ａを狭めつつ、拡径方向へ突出している。図１には、開口部６ａをその外径側周縁部から狭めるように、当該外径側周縁部から拡径方向へ突出させたリテンション１０の構成を一例として示している。なお、リテンション１０の拡径方向への突出長さ、および周方向への突出幅（ポケット６の外径側において開口部６ａを狭める範囲に相当）は、ポケット６に挿入する（保持する）転動体８の大きさ（径寸法）などに応じて任意に設定することが可能であるため、ここでは特に限定しない。

リテンション１０をこのようにポケット６（開口部６ａ）の外径側周縁部から突出させているため、転動体８をポケット６へ挿入する際には、当該リテンション１０を軸方向（図１においては、上方）に弾性変形させることで、ポケット６への転動体８の挿入が可能となる。すなわち、リテンション１０に対して軸方向（図１においては、上方）へ所定の力を作用させることにより、当該リテンション１０をポケット６の外径側の開口部６ａを拡張させるように弾性変形させることができ、当該拡張された開口部６ａからスムーズに転動体８をポケット６へ挿入することが可能となる。具体的には、リテンション１０に転動体８を当接させて所定方向（図１に矢印８ａで示すポケット６に対する転動体８の挿入方向）へ押圧することで、当該転動体８を介してその押圧力をリテンション１０に対して軸方向へ作用させ、開口部６ａを拡張させるようにリテンション１０を弾性変形させる。このようにリテンション１０を弾性変形させた状態で、当該リテンション１０（具体的には、後述するかかり代部１０ａの転動体当接面１２）に沿って転動体８をポケット６へ押し込んでいくことで、当該転動体８を保持器２の外径側からポケット６へスムーズに挿入することができる。
そして、転動体８のポケット６への挿入後は、挿入時に作用させていた力（具体的には、軸方向への転動体８からの押圧力）が解除されることで、リテンション１０をもとの状態、つまり開口部６ａを狭めた状態まで再度弾性変形させることができ、ポケット６へ挿入された転動体８と干渉可能な状態としている。

リテンション１０は、ポケット６へ挿入された転動体８と干渉するかかり代部１０ａを有しており、かかり代部１０ａは、ポケット６への転動体８の挿入方向８ａと軸平行な円筒形状をなしている。具体的には、円環部４の外周部におけるポケット６の軸方向の他方側（図１においては、軸方向の下側）との間で転動体８の挿入方向８ａと軸平行な円筒形状をなす。換言すれば、かかり代部１０ａは、ポケット６への転動体８の挿入時に当該転動体８と当接する面（以下、転動体当接面という）１２を、その中心軸（円筒中心軸）１０ｓが転動体８の挿入方向８ａと平行となるような円周面としている。さらに、ポケット６の軸方向の他方側周縁部を、ポケット６の外径側の開口部６ａを拡張させるような傾斜状（テーパ状）とすることで（以下、かかるテーパ状をなす前記他方側周縁部をテーパ部１４という）、当該テーパ部１４とかかり代部１０ａの転動体当接面１２が略円筒形状をなすように構成されている。

なお、略円筒形状をなすかかり代部１０ａの転動体当接面１２およびテーパ部１４の内径寸法は、転動体８の径寸法よりも僅かに小寸に設定し、これらが転動体８に対して所定のかかり代を有する構成とする。かかり代の大きさは、保持器２（リテンション１０）の材質や転動体８の大きさなどに応じて任意に設定することが可能である。本実施形態においては、一例として、軸受内径（内輪内直径）が４０ｍｍ、軸受外径（外輪外直径）が７０ｍｍ、軸受幅が３０ｍｍ、転動体８の直径が８．７３１ｍｍの軸受に組み込まれる保持器２において、かかり代部１０ａ（転動体当接面１２）およびテーパ部１４の内径（円筒内直径）を８．６ｍｍに設定している。

また、かかり代部１０ａの円筒中心軸１０ｓは、ポケット６の孔軸６ｓに対して傾斜している。図１に示す構成においては、ポケット６の軸方向の上側にリテンション１０を設けているため、転動体８の挿入方向８ａへ後傾するように、かかり代部１０ａの円筒中心軸１０ｓをポケット６の孔軸６ｓに対して傾斜させている。

ここで、図２に示すように、リテンション６０のかかり代部６０ａ（転動体当接面７２）を、その中心軸（円筒中心軸）６０ｓがポケット６６の孔軸６６ｓと一致するような構成とした場合、その加工性を高めることができ、かかり代部６０ａを容易に形成することが可能となる。その一方で、この場合、かかり代部６０ａ（転動体当接面７２）は、その円筒中心軸６０ｓが転動体６８の挿入方向６８ａからずれた（平行とならない）構成となる。したがって、転動体６８をポケット６６に挿入する際、当該転動体６８は、転動体当接面７２の全体ではなく、当該転動体当接面７２の内径側端部（エッジ）７２ａと集中的に当接することとなる。このため、転動体当接面７２のエッジ７２ａが丸まって（摩擦により摩耗して）しまう虞があり、この場合には、エッジ７２ａが丸まった分だけかかり代の減少を招いてしまう。結果として、転動体６８との干渉が不十分となり、当該転動体６８のポケット６６からの脱落を生じさせ易くなる虞がある。その際、かかるエッジ７２ａの丸まりを予め見込んで初期のかかり代を増大させる（換言すれば、かかり代部６０ａ(転動体当接面７２)の内径寸法を小さくする）と、転動体６８のポケット６６への挿入時に当該転動体６８がエッジ７２ａと当接した際、転動体表面の面圧が高くなり、傷が付き易くなってしまう。

しかしながら、本実施形態においては、かかり代部１０ａをポケット６への転動体８の挿入方向８ａと軸平行な円筒形状としている（換言すれば、転動体当接面１２を円筒中心軸１０ｓが挿入方向８ａと平行な円周面としている）ため、ポケット６への挿入時に転動体８を転動体当接面１２の全体に当接させることができ、当該転動体当接面１２の内径側端部（エッジ）と集中的に当接されることを有効に回避することができる。すなわち、転動体当接面１２の内径側端部（エッジ）の丸まりによるかかり代の減少を防止することが可能となる。したがって、ポケット６への転動体８の挿入時における転動体表面の面圧が十分に低くなる（降伏応力以下の範囲となる）ようにかかり代を設定することが可能となり、転動体表面に対する傷の発生や前記のようなエッジ丸まりによる転動体８のポケット６からの脱落を確実に防止することができる。

以上のように、本実施形態に係る保持器２によれば、リテンションとしてステーク（柱部）を設けることなく、保持器軸方向へ弾性変形させることにより転動体８のポケット６への挿入を可能とする突起状のリテンション１０を保持器外周部の軸方向片側に配設することで、ステーク（柱部）を設けた場合と比べて装置の運転時（換言すれば、軸受の回転時）における耐久性の向上を図ることができるとともに、外径側からであっても転動体８をポケット６へスムーズに挿入することができる。

２ 保持器
４ 円環部
６ ポケット
６ａ，６ｂ 開口部
８ 転動体
１０ リテンション

Claims (1)

1. 軸方向に対して所定の長さで延出する円環部と、当該円環部に周方向に沿って所定間隔で配された複数のポケットを備え、各ポケットに１つずつ挿入した複数の転動体を互いに接触させることなく、所定間隔で回転自在に保持する転がり軸受用保持器であって、
   前記ポケットは、前記円環部の外径側および内径側にそれぞれ開口部を有する貫通孔として形成されており、
   前記円環部の外周部には、前記ポケットの形成位置に対応して各ポケットの前記軸方向の一方側に突起状のリテンションが設けられ、
   前記リテンションは、前記ポケットの外径側の開口部を狭めつつ、拡径方向へ突出し、前記軸方向に弾性変形させて前記ポケットへ前記転動体を挿入可能とするとともに、前記ポケットへの挿入後は前記転動体と干渉するかかり代部を有しており、
   前記かかり代部は、前記ポケットへの前記転動体の挿入方向に直線形状をなす転動体当接面を有し、
   前記転動体当接面は、前記ポケットの孔軸に対して傾斜していることを特徴とする転がり軸受用保持器。
   

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