JP6657555B2 - ころ軸受 - Google Patents

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Description

本発明は、ころ軸受に関する。
ころ軸受は、様々な機器の回転軸を支持する軸受として使用されており、例えば、建設機械用の油圧ポンプにおいて、ピストン及び斜板に発生するアキシアル荷重の分力を受けるために、ころ軸受が用いられている。
ころ軸受は、内輪、外輪、複数のころ、及び、これら複数のころを保持する環状の保持器を備えている。保持器は、一対の円環部と、これら一対の円環部を繋ぐ複数の柱部とを備えており、一対の円環部と周方向で隣り合う柱部との間が、ころを保持するためのポケットとして構成されている(例えば、特許文献1、図1参照)。そして、近年では低コスト化の要求に応えるべく、保持器の材料に樹脂が採用されている。
また、保持器において、図11に示すように、ポケット91からころ99が抜け出ないように、柱部92の径方向外側の領域に爪部93が設けられているものがある。爪部93は柱部92から突出しており、軸受の組み立ての際、ポケット91内のころ99が爪部93の内側面94に当たることで、ポケット91からころ99が抜け出る(脱落する)のを防ぐことができる。また、この爪部93によれば、軸受の組み立て完了状態で、図外の内輪と外輪との間において保持器90がころ99によって位置決めされる。
特開2005−69282号公報
前記のような保持器90を樹脂で成形するためには、金型内のキャビティに溶融した樹脂を流し込み、その樹脂を固化させる。そして、金型から成形品である保持器90を脱型するためには、図12に示すように、保持器90の半径方向に貫通している金型の一部98を、成形されたポケット91から径方向外側(図12の矢印Y方向)へ向かって抜き出す必要がある。
この際、爪部93を弾性変形させながら金型の一部98を抜き出す、いわゆる無理抜きを行う必要がある。図12の場合、爪部93が弾性変形する方向を矢印K1,K2で示している。このように無理抜きする際には、無理抜き部分(爪部93)及びその周囲には、大きな負荷がかかって局部応力が発生すると考えられ、この応力によって樹脂製である保持器90の一部が白化したり、欠けや割れ等の損傷が発生したりするおそれがある。
そこで、本発明は、保持器において局部応力の発生を緩和することが可能となるころ軸受を提供することを目的とする。
本発明のころ軸受は、内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪との間に設けられている複数のころと、前記複数のころを周方向に沿って間隔をあけて保持する樹脂製の保持器とを備え、前記保持器は、一対の円環部と、当該保持器の中心線に平行な方向を長手方向として設けられ前記一対の円環部を連結している複数の柱部と、を有し、前記一対の円環部と周方向に隣り合う前記柱部との間が前記ころを保持するポケットとなり、前記保持器は、更に、前記柱部の径方向外側寄りの一部の領域から突出して設けられ前記ポケット内の前記ころが径方向外側へ抜け出るのを防ぐ爪部を有し、前記爪部の裾部の表面と、当該爪部の前記長手方向の両側における前記柱部の表面とが不連続になっている。
保持器の作製の際、成形されたポケットから金型の一部を径方向外側へ離脱させる場合に、爪部は弾性変形する。そこで、本発明では、爪部の裾部の表面と、その爪部の長手方向の両側における柱部の表面とが不連続になっていることで、前記保持器の作製の際に、できるだけ爪部で弾性変形させて、柱部の内の爪部の長手方向の両側の部分が、爪部に引き連れられて変形するのを抑制する。これにより、保持器における局部応力の発生を緩和することが可能となる。
また、前記保持器は、更に、前記柱部の径方向内側寄りの一部の領域から突出して設けられ前記ポケット内の前記ころが径方向内側へ抜け出るのを防ぐ隆起部を有し、前記爪部の前記長手方向の寸法は、前記隆起部の前記長手方向の寸法よりも小さく設定されているのが好ましい。
金型により成形されたポケットから金型の一部を径方向外側へ離脱させる場合において、仮に爪部の長手方向の寸法が隆起部の長手方向の寸法よりも大きいと、柱部の内の隆起部の長手方向両側の部分を形成する金型部分がポケットから離脱する際に、その金型部分が爪部を押して大きく変形させることとなり、爪部に大きな応力が発生する可能性がある。これに対して、爪部の長手方向の寸法が隆起部の長手方向の寸法よりも小さいと、柱部の内の隆起部の長手方向両側の部分を形成する金型部分がポケットから離脱する際に、その金型部分が爪部を押して大きく変形させないで済み、応力の発生を緩和することができる。
また、前記柱部の径方向外側面において、周方向両側に設けられている前記爪部の間に溝が設けられているのが好ましい。
この場合、前記保持器の作製の際に、爪部が弾性変形すると共に、前記溝が狭くなるように柱部の一部も変形可能となり、応力の発生を低減することができる。
また、保持器にころを組み入れる際に、ころを保持器の径方向内側からポケットに押し入れてもよく、この場合、前記保持器は、更に、前記柱部の径方向内側寄りの一部の領域から突出して設けられ前記ポケット内の前記ころが径方向内側へ抜け出るのを防ぐ隆起部を有し、前記隆起部は、前記長手方向に沿って複数並んで設けられているのが好ましい。
この構成によれば、ころを保持器の径方向内側からポケットに押し入れる場合において、隆起部を含む柱部が変形しやすくなり、ころをポケットに押し入れ易くすることができる。
本発明のころ軸受によれば、保持器の作製の際に、できるだけ爪部のみで弾性変形させて、柱部の内の爪部の長手方向両側の部分が、爪部に引き連れられて変形するのを抑制することができ、保持器における局部応力の発生を緩和することが可能となる。
本発明のころ軸受の実施の一形態を示す縦断面図である。 保持器の斜視図である。 保持器の縦断面図である。 図3に示す保持器のE矢視の断面図である。 図3に示す保持器のF矢視の断面図である。 保持器の成形の途中状態を説明する断面図である。 爪部及びその周囲の形状を説明する斜視図である。 従来の爪部及びその周囲の形状を説明する斜視図である。 保持器の成形の途中状態を説明する断面図である。 図3に示す保持器の変形例を示す縦断面図である。 従来の保持器の横断面図である。 従来の保持器の成形の途中状態を説明する断面図である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明のころ軸受の実施の一形態を示す縦断面図である。ころ軸受は、様々な機器の回転軸を支持する軸受として使用可能であるが、図1に示すころ軸受1は、建設機械用の油圧ポンプに用いられる軸受であり、油圧ポンプが有する図外のピストン及び斜板に発生するアキシアル荷重の分力を受けることができる。
ころ軸受1は、内輪2と、外輪3と、これら内輪2と外輪3との間に設けられている複数のころ4と、これら複数のころ4を周方向に沿って間隔をあけて保持する環状の保持器5とを備えている。ころ4は、外周面34が円筒形の円筒ころであり、本実施形態のころ軸受1は円筒ころ軸受である。
内輪2の軸方向両側には、径方向外側に突出している環状の鍔部7,7が設けられている。内輪2の外周面側であって鍔部7,7の間に、ころ4が転走する転走面8が設けられている。また、外輪3の内周面の一部が、ころ4が転走する転走面9となる。
図2は、保持器5の斜視図である。保持器5は、いわゆるかご型の保持器であり、円環形状である一対の円環部10,11と、複数の柱部20とを備えている。複数の柱部20は、周方向に間隔(等間隔)をあけて設けられており、各柱部20は、保持器5の中心線Cに平行な方向を長手方向として設けられており、一対の円環部10,11を連結している。
そして、一対の円環部10,11と、周方向に隣り合う柱部20,20との間が、ころ4(図1参照)を保持するポケット6となる。つまり、各ポケット6は、長手方向に対向する円環部10,11と、周方向に隣接する柱部20,20とで囲まれた空間からなる。
保持器5は、樹脂製(合成樹脂製)であり、金型内のキャビティに溶融した樹脂を流し込み、その樹脂を固化させることで製造される。このため、円環部10,11と柱部20とは一体に形成される。
前記のとおり、本実施形態のころ軸受1は油圧ポンプに組み込まれる。油圧ポンプで使用されるオイルには、ナイロン等の樹脂に対して攻撃性の高い添加剤が含まれることから、本実施形態では、保持器5の材質を耐薬品性の高い樹脂材料としている。例えば、保持器5の材質を、ポリフェニレンスルファイド(PPS)としている。
図3は、保持器5の縦断面図である。図4は、図3に示す保持器5のE矢視の断面図であり、図5は、図3に示す保持器5のF矢視の断面図である。図4と図5では、ころ4を二点鎖線で示している。保持器5は、柱部20の径方向外側寄りの一部の領域に爪部21を有しており、爪部21は、ころ4の外周面34と隙間を有して対向している。なお、各柱部20において、周方向両側のそれぞれに爪部21が設けられている。
爪部21は、柱部20の径方向外側寄りの一部の領域から径方向外側及び周方向に向かって突出して設けられており、ころ4の外周面34に径方向外側から接触することができる。この爪部21により、保持器5ところ4とを組み立てた状態で、ポケット6内のころ4がそのポケット6から径方向外側へ抜け出るのを防ぐことができ、また、ころ軸受1の完成状態で、保持器5はころ4によって径方向についての位置決めがされる。
また、保持器5は、柱部20の径方向内側の一部の領域に隆起部22を有しており、隆起部22は、ころ4の外周面34と隙間を有して対向している。なお、各柱部20において、周方向両側のそれぞれに隆起部22が設けられている。
隆起部22は、柱部20の径方向内側寄りの一部の領域から周方向に向かって突出して設けられており、ころ4の外周面34に径方向内側から接触することができる。この隆起部22により、保持器5ところ4とを組み立てた状態で、ポケット6内のころ4がそのポケット6から径方向内側へ抜け出るのを防ぐことができ、また、ころ軸受1の完成状態で、保持器5はころ4によって径方向についての位置決めがされる。
以上より、本実施形態のころ軸受1は、保持器5がころ4により案内されるころ案内の円筒ころ軸受となっている。
また、この保持器5を樹脂で成形するためには、金型内のキャビティに溶融した樹脂を流し込み、その樹脂を固化させる。そして、金型から成形品である保持器5を脱型する。この際、図6に示すように、保持器5を、その半径方向に貫通している金型の一部40を、成形されたポケット6から径方向外側(図6の矢印Y方向)へ向かって抜き出す必要がある。この際、爪部21を弾性変形させながら金型の一部40を抜き出す、いわゆる無理抜きを行う必要がある。
そこで、本実施形態の保持器5では、爪部21が柱部20から突出して設けられているが、前記無理抜きの際に、できるだけこの爪部21のみで弾性変形させて、柱部20の内の爪部21の長手方向両側の部分25(図3参照)が、爪部21に引き連れられて変形するのを抑制するための構成を備えている。このための構成について以下説明する。
図7は、爪部21及びその周囲の形状を説明する斜視図である。爪部21は柱部20の内側面23及び径方向外側面24の双方から突出して設けられており、爪部21の裾部27の表面31と、この爪部21の長手方向両側における柱部20の表面32とが不連続になっている。つまり、爪部21の裾部27の表面31と、この爪部21の長手方向両側における柱部20の表面32とは、連続する一平面から構成されておらず、これら表面31と表面32との間に前記長手方向に臨む段付き面33が介在することで不連続となっている。この段付き面33と表面31とは直交し、また、段付き面33と表面32とは直交している。
なお、爪部21の裾部27の表面31は、ころ4の外周面34と接触可能となる面であり、また、この爪部21の長手方向両側における柱部20の表面32は、ころ4の外周面34と隙間を有して対向する面(ポケット面)の一部である。
このように爪部21の裾部27の表面31と、この爪部21の長手方向両側における柱部20の表面32とを不連続に構成することで、金型の一部40(図6参照)の無理抜きの際に爪部21は弾性変形するが、その際、爪部21は先部28(図7参照)で変形しやすくなり、爪部21の裾部27では剛性が高くなって変形しにくくなる。また、この構成によれば、応力の流れ方向が、爪部21の先部28側と裾部27側とを結ぶ径方向に沿った方向となり、柱部20の表面32側に伝播し難い構成となる。このため、保持器5における局部応力の発生を抑制することができる。
なお、従来例を、図8に示す。従来の構成では、図8に示すように、爪部121の裾部127は、柱部120の径方向外側面124のみから突出しており、爪部121の裾部127の表面131と、柱部120の表面132とが連続している。つまり、爪部121の裾部127の表面131と、柱部120の表面132とは、連続する一平面から構成されている。この場合、無理抜きの際に、爪部121は弾性変形するが、その先部128で変形する以外に裾部127でも変形しやすく、この裾部127の変形に伴って柱部120も(図7の場合と比較して)大きく変形する。つまり、爪部121の弾性変形により柱部120の一部が爪部121の裾部127に引っ張られて応力が大きくなる。
以上のように、図8に示す従来例の場合、無理抜きする際に、無理抜き部分(爪部121)及びその周囲(柱部120)には大きな負荷がかかって、例えば裾部127に局部応力が発生しやすく、白化したり、欠けや割れ等の損傷が発生したりするおそれがある。
しかし、図7に示す本実施形態によれば、爪部21の裾部27の表面31と、その爪部21の長手方向両側における柱部20の表面32とが不連続になっていることで、無理抜きの際に、できるだけ爪部21のみで弾性変形させて、柱部20の内の爪部21の長手方向両側の部分25(図3参照)が、爪部21に引き連れられて変形するのを抑制することができる。これにより、保持器5における局部応力の発生を緩和することが可能となる。
特に本実施形態のように、保持器5の材質を、耐薬品性の高い樹脂材料としてPPS(ポリフェニレンスルファイド)としていることから、ナイロン製である場合と比較して、脆性が高い。この場合、局部応力が発生することで、白化、欠けや割れ等の損傷が発生しやすいが、図7に示す本実施形態の構成によれば、局部応力の発生が緩和されることで、白化や損傷の発生を抑制することが可能となる。この結果、保持器5及びこの保持器5を備えているころ軸受1の信頼性を高めることができる。
また、本実施形態の場合(図4参照)、保持器5の各ポケット6にころ4を組み入れるために、ころ4を保持器5の径方向外側からポケット6に押し入れることができる。この際、ポケット6の周方向両側にある爪部21,21を両者間の間隔(最小距離B)を広げるようにして弾性変形させることとなる。
この場合においても、保持器5の前記構成によれば、柱部20の内の爪部21の長手方向両側の部分25(図3参照)が、爪部21に引き連れられて変形するのを抑制することができる。これにより、柱部20における局部応力の発生を緩和することが可能となる。
また、保持器5における局部応力の発生を緩和するための別の構成について説明する。図3に示すように、爪部21は、保持器5の中心線に平行な方向である柱部20の長手方向に沿って所定長さについて設けられており、その長さ寸法(長手方向の寸法)をL1としている。
また、隆起部22も、前記長手方向に沿って所定長さについて設けられており、その長さ寸法(長手方向の寸法)をL2としている。爪部21及び隆起部22は、柱部20の長手方向の中央に設けられており、中心線Gを挟んで両側に均等な長さ(L1/2、L2/2)を有するように配置されている。
そして、隆起部22の長手方向の範囲内(寸法L2の範囲内)に、爪部21が設けられている。つまり、長手方向の中央に設けられている爪部21の長手方向の寸法L1は、長手方向の中央に設けられている隆起部22の長手方向の寸法L2よりも小さく設定されている(L1<L2)。
前記のとおり、保持器5を樹脂で成形するためには、金型内のキャビティに溶融した樹脂を流し込み、その樹脂を固化させ、図6及び図9に示すように、保持器5の半径方向に貫通している金型の一部40を、成形されたポケット6から径方向外側(矢印Y方向)へ向かって抜き出す必要がある。なお、図9の左側半分では金型の一部40を断面で示しているが、右側半分では金型の一部40を省略して保持器5を実線で示している。
そこで、金型の一部40を径方向外側へ抜き出す場合において、仮に図3に示す実施形態と反対に、図示しないが爪部21の寸法L1を隆起部22の寸法L2よりも大きくすると(L1>L2)、前記金型の一部40(図9参照)の内の、隆起部22の長手方向両側の部分37を形成する金型部分38がポケット6から離脱する際に、その金型部分38が爪部21に干渉して爪部21を押して大きく変形させることとなり、爪部21に大きな応力が発生する可能性がある。
これに対して、図3に示す実施形態のように、爪部21の寸法L1が隆起部22の寸法L2よりも小さいと(L1<L2)、金型部分38(図9参照)がポケット6から離脱する際に、その金型部分38が爪部21に干渉しないことから爪部21を押して大きく変形させないで済み、応力の発生を緩和することができる。
また、保持器5における局部応力の発生を緩和するための更に別の構成について説明する。前記のとおり、各柱部20(図4参照)には、周方向両側に爪部21が設けられている。そして、各柱部20の径方向外側面24において、周方向両側に設けられている爪部21,21の間に、溝26が設けられている。
図3に示すように、溝26も、爪部21と同様に、柱部20の一部であって長手方向の中央に設けられており、中心線Gを挟んで両側に均等な長さを有するように配置されている。そして、溝26は、爪部21の長手方向の寸法L1よりも長く形成されている。
この構成によれば、金型の一部40(図6参照)を径方向外側へ抜き出す際に、爪部21が弾性変形すると共に、溝26が狭くなるように柱部20の一部も変形可能となり、柱部20及び爪部21における応力の発生を低減することができる。
また、ころ4を保持器5に径方向外側から組み入れる場合においても、ポケット6の周方向両側にある爪部21,21を弾性変形させる必要がある。この場合においても、前記溝26によれば、爪部21が弾性変形すると共に、溝26が狭くなるように柱部20の一部も変形可能となり、柱部20及び爪部21における応力の発生を低減することができる。
また、本実施形態のころ軸受1では潤滑油による潤滑が行われる。潤滑油が過度に不足するところ軸受1の寿命を低下させる。そこで、前記溝26は、潤滑油を溜める凹部としても機能し、この溝26に溜められた潤滑油が、外輪3の転走面9等へ供給される。このように前記溝26によれば、ころ軸受1の潤滑性能を向上させることが可能となる。
ここで、保持器5ところ4との組み立てについて説明する。本実施形態の保持器5の各ポケット6に、ころ4を組み入れる場合、ころ4を保持器5の径方向外側からポケット6に押し入れてもよいが、径方向内側から押し入れてもよい。径方向外側からころ4を押し入れる場合、ポケット6の周方向両側にある爪部21,21を、両者間の間隔を広げるようにして弾性変形させる。これに対して、径方向内側からころ4を押し入れる場合、ポケット6の周方向両側にある隆起部22,22を含む柱部20,20を、両者間の間隔を広げるようにして弾性変形させる。
このように、ころ4を保持器5の径方向内側からポケット6に押し入れて組み立てる場合のために、図10に示すように、隆起部22を、長手方向に沿って複数(図10の場合2つ)並んで設け、これら隆起部22の間を凹ませるようにするのが好ましい。つまり、隆起部22の間に凹部29が設けられている。なお、図10は、図3に示す保持器5の変形例を示す縦断面図である。
この構成によれば、ころ4を保持器5の径方向内側からポケット6に押し入れる場合に、隆起部22を含む柱部20が変形しやすくなり、ころ4をポケット6に押し入れ易くしている。このため、保持器5(柱部20)における応力の発生を緩和することができる。
また、前記凹部29は、潤滑油を溜める凹部としても機能し、この凹部29に溜められた潤滑油が、ころ4の外周面等へ供給される。このように前記凹部29によれば、ころ軸受1の潤滑性能を向上させることが可能となる。
柱部20、爪部21及び隆起部22の形状について、更に説明する。
柱部20の断面形状は、図5に示すように、径方向内側に向かって周方向の寸法が小さくなるテーパ形状となっている。周方向で隣り合う柱部20,20の径方向内側端部20a,20a間の距離Eは、ころ4の直径Dよりも大きく設定されているが、これら柱部20,20の隆起部22,22の最小距離Aが、ころ4の直径Dよりも小さく設定されている。これにより、ころ4と保持器5とは相互間で位置決め(位置保持)することができる構成となる。
隆起部22は、図4に示すように、柱部20の径方向中央部側から直線的に延びる平面22bを有しており、この平面22bがころ4の外周面34と接触する。隆起部22に平面22bを備えさせることで、脱型の際に金型の一部40(図6参照)をポケット6から抜け易くしている。
周方向で隣り合う柱部20,20の径方向外側における最小距離C(図4及び図5参照)は、ころ4の直径Dよりも小さく設定されている。また、これら柱部20,20の爪部21,21間の最小距離Bは、ころ4の直径Dよりも小さく設定されている。そして、柱部20,20の前記最小距離Cは、爪部21,21の最小距離Bよりも大きく設定されている。
そして、爪部21は、柱部20の径方向中央部側から直線的に延びる平面21b(図4参照)を有しており、この平面21bがころ4の外周面34と接触する。爪部21に平面21bを備えさせることで、脱型の際に金型の一部40(図6参照)をポケット6から抜け易くしている。
ポケット6を構成する円環部10の内側面15には、ころ4の軸方向端面が接触する接触面部17を有している。接触面部17は、内側面15から僅かに隆起した面であり、ころ4は、内側面15に広範囲で接触するのではなく、接触面部17でのみ接触する。本実施形態では、接触面部17は、ポケット6の中心を挟んで両側に二箇所設けられている。また、他方側の円環部11の内側面16においても、同様の接触面部17が形成されている。
また、本発明のころ軸受1は、図示する形態に限らず本発明の範囲内において他の形態のものであってもよい。
前記実施形態では、保持器5において兼用性を持たせるために、径方向内側から及び径方向外側からころ4と接触可能となる爪部21及び隆起部22を設ける場合について説明したが、隆起部22を省略した保持器5であってもよい。
また、前記実施形態では、ころ軸受1を円筒ころ軸受として説明したが、針状ころ軸受であってもよい。
内輪2は、鍔部7を有する場合について説明したが、鍔部7が省略されたものであってもよい。
1:ころ軸受(円筒ころ軸受) 2:内輪 3:外輪
4:ころ 5:保持器 6:ポケット
10:円環部 11:円環部 20:柱部
21:爪部 22:隆起部 26:溝
27:裾部 31:裾部の表面 32:柱部の表面
C:中心線 L1:爪部の長手方向の寸法 L2:隆起部の長手方向の寸法

Claims (4)

  1. 内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪との間に設けられている複数のころと、前記複数のころを周方向に沿って間隔をあけて保持する樹脂製の保持器と、を備え、
    前記保持器は、一対の円環部と、当該保持器の中心線に平行な方向を長手方向として設けられ前記一対の円環部を連結している複数の柱部と、を有し、前記一対の円環部と周方向に隣り合う前記柱部との間が前記ころを保持するポケットとなり、
    前記保持器は、更に、前記柱部の径方向外側寄りの一部の領域から突出して設けられ前記ポケット内の前記ころが径方向外側へ抜け出るのを防ぐ爪部を有し、
    前記爪部の裾部の表面と、当該爪部の前記長手方向の両側における前記柱部の表面とが不連続になっていて、
    前記保持器は、更に、前記柱部の径方向内側寄りの一部の領域から突出して設けられ前記ポケット内の前記ころが径方向内側へ抜け出るのを防ぐ隆起部を有し、
    前記隆起部は、前記柱部において前記長手方向の中央寄りの前記一部の領域に設けられていることで、当該柱部のうちの、当該隆起部の前記長手方向の両側の部分は、隆起していない平坦形状であり、
    前記中心線に直交する断面において、前記隆起部は、径方向の途中部が頂部となる凸形状を有し、
    前記隆起部の前記長手方向の両側の部分は隆起していない平坦形状であって、当該隆起部の前記長手方向の範囲内に、前記爪部が設けられている
    ことを特徴とするころ軸受。
  2. 前記爪部の前記長手方向の寸法は、前記隆起部が設けられている前記中央寄りの前記一部の領域の前記長手方向の寸法よりも小さく設定されている請求項1に記載のころ軸受。
  3. 前記柱部の径方向外側面において、周方向両側に設けられている前記爪部の間に溝が設けられている請求項1又は2に記載のころ軸受。
  4. 前記隆起部は、前記長手方向に沿って複数並んで設けられている請求項1〜3のいずれか一項に記載のころ軸受。
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