JP6696610B2 - 転がり軸受用かご型保持器 - Google Patents

Description

本発明は転がり軸受用かご型保持器に関する。

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かご型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） 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、それぞれ転動体を転動自在に保持するポケット部と、
前記複数の柱部の軸方向両端部とそれぞれ接続する一対の円環部と、
を備える転がり軸受用かご型保持器であって、
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、前記円環部の軸方向側面と、を有し、
前記第１円周方向側面は、球面の一部を成す第１部分球面と、筒状体の一部を成す第１部分筒状部とから構成され、
前記第２円周方向側面は、球面の一部を成す第２部分球面と、筒状体の一部を成す第２部分筒状部とから構成され、
前記円環部の軸方向側面は平面形状であり、
前記第１部分球面の第１中心及び前記第２部分球面の第２中心を含み、且つ、軸方向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部分球面の断面である、前記第１中心を有する第１円弧と、前記第１円弧と接続して直線状に延びる、前記第１部分筒状部の断面である第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部分球面の断面である、前記第２中心を有する第２円弧と、前記第２円弧と接続して直線状に延びる、前記第２部分筒状部の断面である第２ストレート部と、からなり、
前記第１円弧の半径及び第２円弧の半径は、前記転動体の半径より大きく、
前記第１中心及び第２中心は、軸方向位置及び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かご型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中心及び第２中心の径方向位置は、前記転がり軸受用かご型保持器が前記転動体に対して径方向に相対移動していない状態での前記転動体のピッチ円直径と一致し、
前記第１円弧と前記第１ストレート部との接続位置、及び、前記第２円弧と前記第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、前記ピッチ円直径と一致している、
転がり軸受用かご型保持器。
（２） 前記第１円弧及び第２円弧は、半径が同一である、（１）に記載の転がり軸受用かご型保持器。
（３） 前記第１円弧及び第２円弧は、半径が不同である、（１）に記載の転がり軸受用かご型保持器。

本発明の転がり軸受用かご型保持器によれば、ポケット部を形成する第１及び第２円周方向側面は、それぞれ、第１及び第２中心を有する第１及び第２円弧からなり、第１及び第２中心は、軸方向位置が同一であり、円周方向位置が不同である。したがって、転動体と保持器が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及び第２円周方向側面がそれぞれ単一の円弧である第１及び第２円弧からなるので、転動体と保持器とが円周方向に相対移動した場合には、転動体と保持器とを一点で接触させることができる。
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かご型保持器は、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。 図１の転がり軸受用保持器を半径方向から見た断面図である。 保持器と玉とが半径方向に相対移動した状態を示す断面図である。 玉が半径方向内側に移動した状態を示す断面図である。 玉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。 変形例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。

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。
ここで、図１〜図９に示す各実施形態は、本発明の前提となる参考例であって、本発明に係る転がり軸受用かご型保持器は図１０に示される。

（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、それぞれ転動体としての玉３（図２及び図３参照）を転動自在に保持するポケット部２０と、複数の柱部１０の軸方向一端部と接続する円環部３０と、を備える玉案内形式の冠型保持器である。

図２及び図３に示すように、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は、それぞれ、第１及び第２中心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円弧１２ａ、１２ｂからなる球面形状である。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Ｏａ、Ｏｂは、互いに軸方向位置（図２における紙面垂直方向位置。図３における左右方向位置。）が同一であり、円周方向位置（図２における時計回り方向位置。図３における上下方向位置。）が不同であり、半径方向位置（図２における上下方向位置。図３における紙面垂直方向位置。）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）、且つ玉３の半径よりも大きく設定される。

第１及び第２中心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４に示すように保持器１と玉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と玉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Ｏａ、Ｏが同一位置にあり、第１及び第２円周方向側面１１ａ、１１ｂが単一中心の円弧であった場合、いかなる寸法関係においても、保持器１と玉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）と玉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５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と玉３とがｅで接触し、第２円周方向側面１１ｂと玉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５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、玉３の直径はＷで、第１及び第２中心Ｏａ、Ｏｂの中間線Ｍ（Ｙ軸）からのＸ軸方向ずれ量はＬａ、Ｌｂで、玉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６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と玉３とがｇで接触し、第２円周方向側面１１ｂと玉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と玉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、玉３の公転によって、当該玉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、それぞれ玉３の公転方向（円周方向）において単一の第１及び第２円弧１２ａ、１２ｂからなるので、通常の保持器と同様に、玉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円弧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７（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７（ｂ）に示すように、第１及び第２中心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７（ｃ）に示すように、第１及び第２中心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７（ｄ）に示すように、第１及び第２中心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Ｏａ、Ｏｂの座標、第１及び第２円弧１２ａ、１２ｂの第１及び第２半径Ｒａ、Ｒｂ、玉３の直径Ｗ、及び玉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。

また、図１及び図３に戻り、ポケット部２０を構成する円環部３０の軸方向側面３１は、平面形状とされている。したがって、保持器１と玉３とが軸方向に相対移動した場合であっても、玉３は軸方向側面３１と一点で接触するので、軸方向動き量規制時の摩擦も低減できる。また、軸方向側面３１の位置はある程度自由に設計可能であるため、保持器１の動き量もある程度自由に設定可能となる。

（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Ｏａ、Ｏｂを有する第１及び第２円弧１２ａ、１２ｂと、第１及び第２円弧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円弧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円弧１２ａ、１２ｂによるもののみとなるため、玉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、玉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９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Ｏａ、Ｏｂを有する第１及び第２円弧１２ａ、１２ｂと、第１及び第２円弧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円弧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円弧１２ａ、１２ｂによるもののみとなるため、玉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円弧１２ａ、１２ｂと玉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。

例えば、上述の実施形態においては、本発明を、円環部３０を１つのみ有する所謂冠型保持器１に適用した構成を示したが、一対の円環部を有する所謂かご形状保持器にも適用可能である。図１０には、複数の柱部１０の軸方向両端部とそれぞれ接続する第１及び第２円環部３０ａ、３０ｂを備える、かご形状保持器（転がり軸受用かご型保持器）１が示されている。この保持器１においては、ポケット部２０を構成する第１及び第２円環部３０ａ、３０ｂの軸方向側面３１ａ、３１ｂが、平面形状であるので、保持器１の軸方向動き量を精度良く設定することが可能となる。

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

Claims (3)

1. 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、それぞれ転動体を転動自在に保持するポケット部と、
   前記複数の柱部の軸方向両端部とそれぞれ接続する一対の円環部と、
   を備える転がり軸受用かご型保持器であって、
   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、前記円環部の軸方向側面と、を有し、
   前記第１円周方向側面は、球面の一部を成す第１部分球面と、筒状体の一部を成す第１部分筒状部とから構成され、
   前記第２円周方向側面は、球面の一部を成す第２部分球面と、筒状体の一部を成す第２部分筒状部とから構成され、
   前記円環部の軸方向側面は平面形状であり、
   前記第１部分球面の第１中心及び前記第２部分球面の第２中心を含み、且つ、軸方向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部分球面の断面である、前記第１中心を有する第１円弧と、前記第１円弧と接続して直線状に延びる、前記第１部分筒状部の断面である第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部分球面の断面である、前記第２中心を有する第２円弧と、前記第２円弧と接続して直線状に延びる、前記第２部分筒状部の断面である第２ストレート部と、からなり、
   前記第１円弧の半径及び第２円弧の半径は、前記転動体の半径より大きく、
   前記第１中心及び第２中心は、軸方向位置及び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かご型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中心及び第２中心の径方向位置は、前記転がり軸受用かご型保持器が前記転動体に対して径方向に相対移動していない状態での前記転動体のピッチ円直径と一致し、
   前記第１円弧と前記第１ストレート部との接続位置、及び、前記第２円弧と前記第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、前記ピッチ円直径と一致している、
   転がり軸受用かご型保持器。
2. 前記第１円弧及び第２円弧は、半径が同一である、請求項１に記載の転がり軸受用かご型保持器。
3. 前記第１円弧及び第２円弧は、半径が不同である、請求項１に記載の転がり軸受用かご型保持器。

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