JP6554772B2 - 転がり軸受用保持器 - Google Patents

Description

本発明は転がり軸受用保持器に関する。

転がり軸受では、多くの品種において保持器が用いられる。保持器の主な役割は、回転中の各転動体を軸受に対して等配に公転させ、軸受の剛性及び回転精度を高い状態で維持することである。

保持器は一般的に、転動体、内輪、及び外輪の間に、一定の隙間を介して配置される。保持器の半径方向の動き量が、内輪又は外輪で規制される場合は、内輪案内保持器又は外輪案内保持器として分類され、転動体で規制される場合は転動体案内保持器として分類される。

転動体の等配を維持するため、軸受回転中、保持器と転動体との間には接触が発生する。特に、転動体案内保持器の場合は、通常、保持器の動きは転動体に依存するため、保持器と転動体の接触によって発生する摩擦は大きくなる。

転動体と保持器ポケット間で発生する摩擦は、発熱や摩耗、保持器の回転不良（暴れ）を引き起こす。発熱や摩耗は軸受の劣化（寿命低下）を引き起こし、保持器の回転不良（暴れ）は回転精度不良や異常音を発生させるため、転がり軸受において、この様な摩擦の低減は解決すべき課題の一つとなっている。

特許文献１には、柱部の円周方向側面が、外径側凹曲面部と内径側凹曲面とを連続させてなる、ゴシックアーチ状の複合曲面からなる保持器が開示されている。これにより、ポケット内でのころの変位に拘らず、各ころの転動面と各柱部の円周方向側面の径方向端縁部とが当接（エッジ当たり）しない事を図っている。

特開２００７−２７８４０６号公報

しかしながら、特許文献１に記載の保持器では、柱部の円周方向側面が２つの凹円弧同士を連続させてなるため、転動体が公転した際に、当該転動体と円周方向側面との接触が二面当たりとなってしまい、摩擦が大きくなってしまう問題が生じる。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、転動体とポケット部との間で発生する摩擦を低減可能な転がり軸受用保持器を提供することを目的とする。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） 円周方向に所定間隔で配置された複数の柱部と、
隣り合う前記柱部の間に形成され、それぞれ円筒ころを転動自在に保持するポケット部と、
を備える転がり軸受用保持器であって、
前記ポケット部は、隣り合う前記柱部のうち、一方の前記柱部の第１円周方向側面と、他方の前記柱部の第２円周方向側面と、を有し、
前記第１円周方向側面は、第１中心軸を有する円筒体の一部を成す第１部分円筒体と、前記第１部分円筒体に接続した第１平面形状体と、からなり、
前記第２円周方向側面は、第２中心軸を有する円筒体の一部を成す第２部分円筒体と、前記第２部分円筒体に接続した第２平面形状体と、からなり、
前記第１中心軸及び第２中心軸は、前記転がり軸受用保持器の軸方向に互いに平行に延びており、
前記第１中心軸及び第２中心軸に垂直な断面において、
前記第１円周方向側面は、前記第１部分円筒体の断面である第１円筒面と、前記第１円筒面と接続して直線状に延びる、前記第１平面形状体の断面である第１ストレート部と、からなり、
前記第２円周方向側面は、前記第２部分円筒体の断面である第２円筒面と、前記第２円筒面と接続して直線状に延びる、前記第２平面形状体の断面である第２ストレート部と、からなり、
前記第１円筒面の半径及び第２円筒面の半径は、前記円筒ころの半径より大きく、
前記第１中心軸及び第２中心軸は、径方向位置が同一であって、円周方向位置が不同であり、
前記第１中心軸は、前記第１円周方向側面と前記第２円周方向側面との円周方向の中間部分と前記転がり軸受用保持器の中心とを通って延びる中間線Ｍよりも前記第２円周方向側面の側に位置し、前記第２中心軸は、前記中間線Ｍよりも前記第１円周方向側面の側に位置し、
前記第１ストレート部及び第２ストレート部は、前記中間線Ｍと略平行に、又は、径方向外側に向かうに従って前記中間線Ｍから離間するように延び、
前記第１中心軸及び第２中心軸の径方向位置は、前記転がり軸受用保持器が前記円筒ころに対して径方向に相対移動していない状態での前記円筒ころのピッチ円直径（ＰＣＤ）と一致し、
前記第１円筒面と前記第１ストレート部との接続位置、及び、前記第２円筒面と前記第２ストレート部との接続位置は、それぞれ、前記第１円周方向側面、及び、第２円周方向側面の径方向中間位置であって、前記ピッチ円直径（ＰＣＤ）と一致している、
転がり軸受用保持器。
（２） 前記第１円筒面及び第２円筒面は、半径が同一である、（１）に記載の転がり軸受用保持器。
（３） 前記第１円筒面及び第２円筒面は、半径が不同である、（１）に記載の転がり軸受用保持器。

本発明の転がり軸受用保持器によれば、ポケット部を形成する第１円周方向側面は、第１中心軸を有する第１円筒面と、第１ストレート部とからなり、第２円周方向側面は、第２中心軸を有する第２円筒面と、第２ストレート部とからなり、第１円筒面及び第２円筒面の半径は、転動体（円筒ころ）の半径より大きく、第１中心軸及び第２中心軸は、径方向位置が同一であって、円周方向位置が不同である。したがって、保持器が転動体に対して半径方向に相対移動した場合には、保持器と転動体との接触が面当たりとなるので、転動体と柱部の円周方向側面の径方向端縁部とがエッジ当たりすることを回避できる。
また、第１円筒面、第２円筒面は、それぞれ単一の円筒体の一部を成す円筒面であるので、転動体が保持器に対して円周方向に相対移動した場合には、転動体と保持器とは一点で接触する。
このように、接触面積が減少するので、転動体と保持器との間で発生する摺動摩擦を低減することが可能である。したがって、本発明の転がり軸受用保持器は、転動体と保持器との接触摩擦が大きい転動体案内形式の保持器に好適である。

本発明の第１実施形態に係る転がり軸受用保持器の斜視図である。 図１の転がり軸受用保持器を軸方向から見た断面図である。 保持器と転動体とが半径方向に相対移動した状態を示す断面図である。 転動体が半径方向内側に移動した状態を示す断面図である。 転動体が半径方向外側に移動した状態を示す断面図である。 （ａ）は第１実施形態の、（ｂ）〜（ｄ）は変形例の、第１及び第２中心並びに第１及び第２半径を示す図である。 第２実施形態に係る転がり軸受用保持器を軸方向から見た断面図である。 第３実施形態に係る転がり軸受用保持器を軸方向から見た断面図である。 第１変形例に係る転がり軸受用保持器を半径方向から見た断面図である。 第２変形例に係る転がり軸受用保持器を半径方向から見た断面図である。 第３変形例に係る転がり軸受用保持器を半径方向から見た断面図である。

以下、本発明の実施形態に係る転がり軸受用保持器について、図面を用いて説明する。

（第１実施形態）
図１に示すように、本実施形態の転がり軸受用保持器１（以下、単に保持器と呼ぶ。）は、円周方向に所定間隔で配置された複数の柱部１０と、隣り合う柱部１０の間に形成され、それぞれ転動体３（図２参照）を転動自在に保持するポケット部２０と、複数の柱部１０の軸方向両端部と接続する一対の円環部３０と、を備える転動体案内形式のかご形状保持器である。

図２も参照し、ポケット部２０は、隣り合う柱部１０のうち、一方の柱部１０の第１円周方向側面１１ａと、他方の柱部１０の第２円周方向側面１１ｂと、一対の円環部３０の軸方向側面３１と、から構成される。

第１及び第２円周方向側面１１ａ、１１ｂは、それぞれ、第１及び第２中心軸Ｏａ、Ｏｂ並びに第１及び第２半径Ｒａ、Ｒｂを有する第１及び第２円筒面１２ａ、１２ｂからなる。すなわち、第１及び第２円周方向側面１１ａ、１１ｂはいわゆるゴシックアーチ形状に形成される。

第１及び第２中心軸Ｏａ、Ｏｂは、互いに円周方向位置（図２における時計回り方向位置）が不同であり、半径方向位置（図２における上下方向位置）が同一である。第１及び第２半径Ｒａ、Ｒｂは、互いに等しく（Ｒａ＝Ｒｂ）、且つ転動体３の半径よりも大きく設定される。

第１及び第２中心軸Ｏａ、Ｏｂの位置を適正値にずらし、第１及び第２半径Ｒａ、Ｒｂを適正値にすることにより、軸受回転中、図３に示すように保持器１と転動体３とが半径方向に相対移動した場合であっても、保持器１と転動体３との接触を面当たりとすることが可能となる。仮に、第１及び第２中心軸Ｏａ、Ｏｂが同一位置にあり、第１及び第２円周方向側面１１ａ、１１ｂが単一中心軸の円筒面であった場合、いかなる寸法関係においても、保持器１と転動体３との接触がエッジ当たりとなってしまう。すなわち、ポケット部２０の半径方向端縁部（エッジ部）と転動体３とが接触し、接触部の摩擦増大による不良や異常を引き起こす大きな要因となってしまう。本実施形態の保持器１は、この様なエッジ当たりを回避できるため、接触部の摩擦を低減することが可能である。

上述の適正値とは、以下に示す条件を満たす数値である。図４には、保持器１が半径方向外側に移動し、当該保持器１の第１円周方向側面１１ａと転動体３とがｅで接触し、第２円周方向側面１１ｂと転動体３とがｆで接触している状態が示されている。また、第１円周方向側面１１ａの半径方向内側縁部がａで示され、半径方向外側縁部がｂで示され、第２円周方向側面１１ｂの半径方向内側縁部がｃで示され、半径方向外側縁部がｄで示されている。図４において、Ｙ軸方向は、第１及び第２円周方向側面１１ａ、１１ｂの周方向中間部を径方向に延びる中間線Ｍと同一方向であり、Ｘ軸方向は、Ｙ軸方向及び軸受回転軸方向と垂直の方向である。また、Ｙ軸は、軸受中心Ｏ及び保持器１の中心Ｏ_１を通る軸であり、Ｘ軸は、保持器１の中心Ｏ_１を通る軸である。このとき、Ｏａ、Ｏｂ、ａ〜ｆの座標はそれぞれ、（Ｘ_Ｏａ、Ｙ_Ｏａ）、（Ｘ_Ｏｂ、Ｙ_Ｏｂ）、（Ｘ_ａ、Ｙ_ａ）、（Ｘ_ｂ、Ｙ_ｂ）、（Ｘ_ｃ、Ｙ_ｃ）、（Ｘ_ｄ、Ｙ_ｄ）、（Ｘ_ｅ、Ｙ_ｅ）、（Ｘ_ｆ、Ｙ_ｆ）で、転動体３の直径はＷで、第１及び第２中心軸Ｏａ、Ｏｂの中間線Ｍ（Ｙ軸）からのＸ軸方向ずれ量はＬａ、Ｌｂで、転動体３のピッチ円直径はＰＣＤで示されている。

このとき、接触点ｅは、（Ｌａ−Ｒａ）＜Ｘ_ｅ＜Ｘ_ａ、且つＹ_ａ＜Ｙ_ｅ＜Ｙ_ｂを満たす。また、Ｘ_ｅ及びＹ_ｅは以下のように表される。

また、同様に、接触点ｆは、Ｘ_ｃ＜Ｘ_ｆ＜（Ｒｂ−Ｌｂ）、且つＹ_ｃ＜Ｙ_ｆ＜Ｙ_ｄを満たす。また、Ｘ_ｆ及びＹ_ｆは以下のように表される。

図５には、保持器１が半径方向内側に移動し、当該保持器１の第１円周方向側面１１ａと転動体３とがｇで接触し、第２円周方向側面１１ｂと転動体３とがｈで接触している状態が示されている。ここで、ｇ及びｈの座標はそれぞれ、（Ｘ_ｇ、Ｙ_ｇ）、（Ｘ_ｈ、Ｙ_ｈ）である。

このとき、接触点ｇは、（Ｌａ−Ｒａ）＜Ｘ_ｇ＜Ｘ_ｂ、且つＹ_ａ＜Ｙ_ｇ＜Ｙ_ｂを満たす。また、Ｘ_ｇ及びＹ_ｇは以下のように表される。

また、同様に、接触点ｈは、Ｘ_ｄ＜Ｘ_ｈ＜（Ｒｂ−Ｌｂ）、且つＹ_ｃ＜Ｙ_ｈ＜Ｙ_ｄを満たす。また、Ｘ_ｈ及びＹ_ｈは以下のように表される。

このように、接触点ｅ〜ｈにおいて、保持器１の第１及び第２円周方向側面１１ａ、１１ｂと転動体３との接触条件が全て満たされるように設定される。

また、転動体３の公転によって、当該転動体３と保持器１とが円周方向に接触した場合であっても、第１及び第２円周方向側面１１ａ、１１ｂは、それぞれ転動体３の公転方向（円周方向）において単一の第１及び第２円筒面１２ａ、１２ｂからなるので、通常の保持器と同様に、転動体３と保持器１とを一点で接触させることができる。

なお、軸受回転軸方向の自由度のためには、本実施形態のように、第１及び第２中心軸Ｏａ、Ｏｂの半径方向位置は同一であることが好ましく、第１及び第２円筒面１２ａ、１２ｂの第１及び第２半径Ｒａ、Ｒｂは同一であることが好ましい（図６（ａ）参照）。しかしながら、保持器暴れ抑制等の目的により、意図的に保持器１に拘束を与えるために、第１及び第２中心軸Ｏａ、Ｏｂの半径方向位置、並びに、第１及び第２半径Ｒａ、Ｒｂのうち、一方又は両方を異なる値としてもよい。例えば、図６（ｂ）に示すように、第１及び第２中心軸Ｏａ、Ｏｂの半径方向位置が不同であり、第１及び第２半径Ｒａ、Ｒｂが同一であってもよい。また、図６（ｃ）に示すように、第１及び第２中心軸Ｏａ、Ｏｂの半径方向位置が同一であり、第１及び第２半径Ｒａ、Ｒｂが不同であってもよい。また、図６（ｄ）に示すように、第１及び第２中心軸Ｏａ、Ｏｂの半径方向位置、並びに第１及び第２半径Ｒａ、Ｒｂが共に不同であってもよい。

また、保持器１の半径方向動き量は、第１及び第２中心軸Ｏａ、Ｏｂの座標、第１及び第２円筒面１２ａ、１２ｂの第１及び第２半径Ｒａ、Ｒｂ、転動体３の直径Ｗ、及び転動体３のピッチ円直径ＰＣＤの関係から決定される。これらの値は、軸受の用途により変更可能な数値であるが、いずれの値に設定したとしても、上述したエッジ当たりが回避可能な値となっていれば、同様の効果が発揮可能である。

（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態に係る転がり軸受用保持器１について、図７を用いて説明する。本実施形態の保持器１において、第１及び第２円周方向側面１１ａ、１１ｂは、第１及び第２中心軸Ｏａ、Ｏｂを有する第１及び第２円筒面１２ａ、１２ｂと、第１及び第２円筒面１２ａ、１２ｂの径方向外側端部と接続して平面形状である第１及び第２ストレート部１３ａ、１３ｂと、からなる。なお、第１及び第２円周方向側面１１ａ、１１ｂのうち、径方向内側の略半分が第１及び第２円筒面１２ａ、１２ｂとされ、径方向外側の略半分が第１及び第２ストレート部１３ａ、１３ｂとされる。また、本実施形態の第１及び第２ストレート部１３ａ、１３ｂは中間線Ｍと略平行となるように形成される。なお、第１及び第２ストレート部１３ａ、１３ｂは、径方向外側に向かうにしたがって、中間線Ｍから円周方向に離間するような形状としても構わない。

このように構成することで、保持器１の半径方向の動き量の規制が、第１及び第２円筒面１２ａ、１２ｂによるもののみとなるため、転動体３と保持器１の接触位置のランダム性が減少し、保持器１の動きを安定させることが可能となる。また、運転時の遠心力により保持器１が膨張する際、転動体３公転方向（円周方向）のポケット部２０の隙間増大に合わせて、保持器１の径も大きくなるため、相対的に保持器１の半径方向動き量の増大を抑制し、又は減少させることが可能となる。

（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る転がり軸受用保持器１について、図８を用いて説明する。本実施形態の保持器１において、第１及び第２円周方向側面１１ａ、１１ｂは、第１及び第２中心軸Ｏａ、Ｏｂを有する第１及び第２円筒面１２ａ、１２ｂと、第１及び第２円筒面１２ａ、１２ｂの径方向内側端部と接続して平面形状である第１及び第２ストレート部１３ａ、１３ｂと、からなる。なお、第１及び第２円周方向側面１１ａ、１１ｂのうち、径方向外側の略半分が第１及び第２円筒面１２ａ、１２ｂとされ、径方向内側の略半分が第１及び第２ストレート部１３ａ、１３ｂとされる。また、本実施形態の第１及び第２ストレート部１３ａ、１３ｂは中間線Ｍと略平行となるように形成される。なお、第１及び第２ストレート部１３ａ、１３ｂは、径方向内側に向かうにしたがって、中間線Ｍから円周方向に離間するような形状としても構わない。

このように構成することで、保持器１の半径方向の動き量の規制が、第１及び第２円筒面１２ａ、１２ｂによるもののみとなるため、転動体３と保持器１の接触位置のランダム性が減少し、保持器１の動きを安定させることが可能となる。また、本実施形態では、遠心力の増大により、保持器１の動き量を大きくできるので、保持器１の膨張による第１及び第２円筒面１２ａ、１２ｂと転動体３との干渉の発生を回避できるとともに、保持器１の半径方向動き量の初期値を極限まで小さく設定することが可能となる。

尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜変更、改良等が可能である。

（第１変形例）
例えば、本発明の保持器１は、図９に示すように、円筒ころ軸受のかご形状保持器に適用することが可能である。第１及び第２円周方向側面１１ａ、１１ｂの形状は、第１〜第３実施形態のうち、何れの構成を適用しても構わない。当該構成によれば、上述したように、転動体３としての円筒ころと、ポケット部２０の半径方向端縁部（エッジ部）との接触を防止できるので、転動体３と保持器１との間の摩擦を低減することが可能である。

（第２変形例）
また、本発明の保持器１は、図１０に示すように、玉軸受のかご形状保持器１に適用することが可能である。第１及び第２円周方向側面１１ａ、１１ｂの形状は、第１〜第３実施形態のうち、何れの構成を適用しても構わない。当該構成によれば、転動体３としての玉とポケット部２０との接触箇所が、ポケット部２０を構成する各壁面（第１及び第２円周方向側面１１ａ、１１ｂ、並びに一対の円環部３０の軸方向側面３１。）に対して一点ずつとなるため、摺動面積を非常に小さくすることができ、摺動摩擦を大きく低減することが可能である。

（第３変形例）
また、本発明の保持器１は、図１１に示すように、複列円筒ころ軸受のくし形状保持器に適用することが可能である。この保持器１は、円環部３０の軸方向両側面３１から軸方向両側に延在する複数の柱部１０を備える。ポケット部２０は、隣り合う柱部１０のうち、一方の柱部１０の第１円周方向側面１１ａと、他方の柱部１０の第２円周方向側面１１ｂと、円環部３０の軸方向側面３１と、から構成される。第１及び第２円周方向側面１１ａ、１１ｂの形状は、第１〜第３実施形態のうち、何れの構成を適用しても構わない。当該構成によれば、上述の第１変形例（図９参照）と比較して、１つの転動体３に対するポケット部２０の壁面数を少なくできるので、摺動面積を小さくでき、摺動摩擦を低減することが可能である。

１ 転がり軸受用保持器
３ 転動体
１０ 柱部
１１ａ 第１円周方向側面
１２ａ 第１円筒面
１３ａ 第１ストレート部
１１ｂ 第２円周方向側面
１２ｂ 第２円筒面
１３ｂ 第２ストレート部
２０ ポケット部
３０ 円環部
３１ 軸方向側面
Ｌａ Ｘ軸方向ずれ量
Ｍ 中間線
Ｏａ 第１中心軸
Ｏｂ 第２中心軸
ＰＣＤ ピッチ円直径
Ｒａ 第１半径
Ｒｂ 第２半径
Ｗ 転動体の直径

Claims (3)

1. 円周方向に所定間隔で配置された複数の柱部と、
   隣り合う前記柱部の間に形成され、それぞれ円筒ころを転動自在に保持するポケット部と、
   を備える転がり軸受用保持器であって、
   前記ポケット部は、隣り合う前記柱部のうち、一方の前記柱部の第１円周方向側面と、他方の前記柱部の第２円周方向側面と、を有し、
   前記第１円周方向側面は、第１中心軸を有する円筒体の一部を成す第１部分円筒体と、前記第１部分円筒体に接続した第１平面形状体と、からなり、
   前記第２円周方向側面は、第２中心軸を有する円筒体の一部を成す第２部分円筒体と、前記第２部分円筒体に接続した第２平面形状体と、からなり、
   前記第１中心軸及び第２中心軸は、前記転がり軸受用保持器の軸方向に互いに平行に延びており、
   前記第１中心軸及び第２中心軸に垂直な断面において、
   前記第１円周方向側面は、前記第１部分円筒体の断面である第１円筒面と、前記第１円筒面と接続して直線状に延びる、前記第１平面形状体の断面である第１ストレート部と、からなり、
   前記第２円周方向側面は、前記第２部分円筒体の断面である第２円筒面と、前記第２円筒面と接続して直線状に延びる、前記第２平面形状体の断面である第２ストレート部と、からなり、
   前記第１円筒面の半径及び第２円筒面の半径は、前記円筒ころの半径より大きく、
   前記第１中心軸及び第２中心軸は、径方向位置が同一であって、円周方向位置が不同であり、
   前記第１中心軸は、前記第１円周方向側面と前記第２円周方向側面との円周方向の中間部分と前記転がり軸受用保持器の中心とを通って延びる中間線Ｍよりも前記第２円周方向側面の側に位置し、前記第２中心軸は、前記中間線Ｍよりも前記第１円周方向側面の側に位置し、
   前記第１ストレート部及び第２ストレート部は、前記中間線Ｍと略平行に、又は、径方向外側に向かうに従って前記中間線Ｍから離間するように延び、
   前記第１中心軸及び第２中心軸の径方向位置は、前記転がり軸受用保持器が前記円筒ころに対して径方向に相対移動していない状態での前記円筒ころのピッチ円直径（ＰＣＤ）と一致し、
   前記第１円筒面と前記第１ストレート部との接続位置、及び、前記第２円筒面と前記第２ストレート部との接続位置は、それぞれ、前記第１円周方向側面、及び、第２円周方向側面の径方向中間位置であって、前記ピッチ円直径（ＰＣＤ）と一致している、
   転がり軸受用保持器。
2. 前記第１円筒面及び第２円筒面は、半径が同一である、請求項１に記載の転がり軸受用保持器。
3. 前記第１円筒面及び第２円筒面は、半径が不同である、請求項１に記載の転がり軸受用保持器。

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