WO2022065168A1 - ころ軸受用保持器 - Google Patents

Abstract

ころ軸受（Ｂ）に用いられる、周方向に分割した複数の保持器セグメント（１５）からなる保持器（７）において、各保持器セグメント（１５）が、ころの側面を保持するように構成された複数の柱部（１７）と、前記複数の柱部（１７）の両端部を周方向に渡って連結する連結部（１９）と、前記柱部（１７）および前記連結部（１９）によって形成された、各ころを収容するポケット（２１）と、前記柱部（１７）に突設され、前記ポケット（２１）に収容されたころの転動面に接触するように構成された案内爪（２３）とを設け、かつ前記案内爪（２３）の軸方向両端部に、当該案内爪（２３）の基端から先端に渡って径方向に延びる径方向補強部（２５）を、前記案内爪と一体的に設ける。

Description

ころ軸受用保持器 関連出願

　本出願は、２０２０年９月２５日出願の特願２０２０－１６１０５６の優先権を主張するものであり、その全体を参照により本願の一部をなすものとして引用する。

　本発明は、ころ軸受に用いられる保持器に関する。

　従来、例えば風力発電機の主軸支持用軸受など、比較的大型のころ軸受に用いられる保持器として、保持器全体を周方向に分割した保持器セグメントからなる保持器を用いることが知られている（例えば、特許文献１参照。）。このようなセグメント型（分割型）の保持器を用いることにより、大型軸受用の大型の保持器であっても、保持器の製造や軸受への組み込み作業が容易となる。

　大型で分割型の保持器は、製造のコストや手間を考慮して、樹脂製とされることが一般的である。他方、分割型の保持器では、保持器セグメント同士の衝突が避けられず、また、特に特許文献１に開示されているような案内爪が設けられている保持器の場合は、ころと案内爪との接触により案内爪や柱部の根元部分への応力集中が発生する。このため、保持器の強度を確保することが必要となる。セグメント型保持器の強度を確保するための手段として、一般的には、各保持器セグメント全体の肉厚を厚くすることが考えられる。

特許第５０１０３５３号公報

　しかし、所定の軸受空間内に設置される保持器セグメントの全体の肉厚を厚くすると、転動体を収容するためのスペース（具体的には保持器セグメントのポケットのサイズ）を削減することにつながり、軸受の定格荷重を低下させてしまう。また、保持器セグメント全体を一様に厚肉にしても、上記の要因により所定の部分に応力が集中する構造が大きく変わるわけではない。

　そこで、本発明の目的は、上記の課題を解決するために、案内爪が設けられたセグメント型保持器において、転動体の収容スペースを削減することなく、必要な強度を確保することにある。

　前記した目的を達成するために、本発明に係るころ軸受用保持器は、
　軌道輪である内輪および外輪と、これら内外輪の間に介装された複数のころとを備えるころ軸受に用いられる、前記複数のころを保持する保持器であって、
　当該保持器を周方向に分割した複数の保持器セグメントからなり、
　各保持器セグメントが、
　　前記ころの側面を保持するように構成された複数の柱部と、
　　前記複数の柱部の両端部を周方向に渡って連結する連結部と、
　　前記柱部および前記連結部によって形成された、各ころを収容するポケットと、
　　前記柱部に突設され、前記ポケットに収容されたころの転動面に接触するように構成された案内爪と、
を備え、
　前記案内爪の軸方向両端部に、当該案内爪の基端から先端に渡って径方向に延びる径方向補強部が、前記案内爪と一体的に設けられている。

　この構成によれば、案内爪が設けられたセグメント型保持器において、柱部上の案内爪の軸方向両端部に径方向補強部を設けて当該部分の肉厚を増大させたことにより、ころを収容するポケットの寸法を縮小することなく、保持器セグメントにおいて高強度が必要とされる案内爪や柱部の根元部分の強度を確保することができる。

　本発明の一実施形態において、前記径方向補強部の前記基端が、軸方向において、前記連結部の柱部側端から、当該連結部の幅寸法の１０％以上外側まで延びていてもよい。この構成によれば、径方向補強部の基端によって柱部の根元部分（柱部の連結部に連なる部分）から連結部に渡る部分が補強されるので、特に応力が集中しやすい柱部の根元部分の強度を効果的に高めることができる。

　本発明の一実施形態において、前記径方向補強部が、前記案内爪の軸方向端部から前記連結部の外縁に渡って、均一な高さで設けられていてもよい。この構成によれば、径方向補強部が、柱部および連結部上のスペース全体を使って設けられているので、案内爪や柱部の根元部分の強度を大幅に高めることできる。

　本発明の一実施形態において、さらに、複数の前記案内爪の径方向補強部の軸方向端面を周方向に連結する周方向連結補強部が設けられていてもよい。この構成によれば、柱部から径方向に突設された案内爪が、周方向に対して補強されるので、保持器の強度が一層高められる。

　前記周方向連結補強部を設ける場合、前記周方向連結補強部は、例えば、前記案内爪の先端部分に相当する径方向範囲のみに設けられていてもよく、前記案内爪の基端部分に相当する径方向範囲のみに設けられていてもよい。周方向連結補強部を前記案内爪の先端部分に相当する径方向範囲のみに設けた場合には、補強部作製のための樹脂の追加量を最小限に抑えつつ、効果的に保持器の強度を高めることができる。他方、周方向連結補強部を前記案内爪の基端部分に相当する径方向範囲のみに設けた場合には、周方向連結補強部が軸受の軌道輪つば部と干渉することを回避できる。

　本発明の一実施形態において、前記案内爪の高さが、前記ころの半径の４０％～７５％の範囲内にあってもよい。この構成によれば、案内爪の高さを、ころの径方向への脱落を防止するために必要な寸法を確保しながらできるだけ低くすることにより、案内爪の根元部分への応力集中を緩和することができる。

　請求の範囲および／または明細書および／または図面に開示された少なくとも２つの構成のどのような組合せも、本発明に含まれる。特に、請求の範囲の各請求項の２つ以上のどのような組合せも、本発明に含まれる。

　この発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施形態の説明から、より明瞭に理解されるであろう。しかしながら、実施形態および図面は単なる図示および説明のためのものであり、この発明の範囲を定めるために利用されるべきものではない。この発明の範囲は添付の請求の範囲によって定まる。添付図面において、複数の図面における同一の符号は、同一または相当する部分を示す。
本発明の一実施形態に係る保持器が使用されるころ軸受の概略構成を示す断面図である。 図１の保持器を構成する保持器セグメントを示す斜視図である。 図２の保持器セグメントのIII- III線に沿った断面図である。 図２の保持器セグメントのIVA- IVA線に沿った断面図である。 図４Ａの保持器セグメントの周方向視形状を示す図である。 図４Ａの保持器セグメントの一変形例を示す断面図である。 図４Ａの保持器セグメントの一変形例を示す断面図である。 図４Ａの保持器セグメントの一変形例を示す断面図である。 本発明の他の実施形態に係る保持器を構成する保持器セグメントを示す断面図である。 図５Ａの保持器セグメントの一変形例を示す断面図である。 図５Ａの保持器セグメントの一変形例を示す断面図である。

　以下、本発明に係る実施形態を図面に従って説明するが、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。

　図１に、本発明の一実施形態に係る保持器が適用されるころ軸受Ｂ（以下、単に「軸受Ｂ」という。）の一例を示す。この軸受Ｂは、例えば、風力発電用の風車の主軸を回転自在に支持するために用いられる。同図に示すように、軸受Ｂは、円すいころ軸受として構成されており、軸方向に並ぶ２列の内輪１，１と、外輪３と、複数の円すいころ５と、保持器７とを備える。２列の内輪１，１の間には、内輪間座９が介装されている。

　各内輪１の外周面に内輪軌道面１ａが形成されている。この内輪軌道面１ａの一方側端部に小つば１１が設けられており、他方側端部に大つば１３が設けられている。これら内輪１，１は、内輪間座９を挟んで互いの小つば１１，１１が向かい合わせとなるように配置されている。外輪３の内周面には、内輪１の２列の内輪軌道面１ａ，１ａに対応する複列の外輪軌道面３ａ，３ａが形成されている。

　転動体である円すいころ５は、小径側端面５ａと、大径側端面と、転動面となる側面５ｃとを有している。各列の円すいころ５は、小径側端面５ａが内輪１の小つば１１，１１側、つまり軸心方向の中央側を向くように、内輪１と外輪３との間に配置されている。

　保持器７は、全体としてリング形状の部材である。保持器７は、円すいころ５を収容する複数のポケットを有しており、複数の円すいころ５を保持する。図２に示すように、本実施形態に係る保持器７は、当該保持器７を周方向に分割した複数の保持器セグメント１５からなるセグメント式保持器として構成されている。

　なお、以下の保持器についての説明において、「周方向」，「径方向」，「軸方向」とは、図１に示した保持器が組み込まれる軸受を基準とした方向を意味する。

　図２に示すように、各保持器セグメント１５は、円すいころ５の側面５ｃを保持する複数の柱部１７と、軸方向の両端に設けられて、複数の柱部１７の両端部１７ａ，１７ａを周方向に連結する２つの連結部１９，１９とを有している。隣接する２つの柱部１７，１７と、これら柱部１７を連結する連結部１９の部分によって、円すいころ５（図１）を収容するポケット２１が形成されている。

　本実施形態では、柱部１７に、案内爪２３が設けられている。案内爪２３は、各ポケット２１を形成する両側の各柱部１７から、同一の径方向（径方向外側または径方向内側）に、当該ポケット２１に収容された円すいころ５に接触するように突設されている。案内爪２３の軸方向両端部２３ａ，２３ａは、柱部１７の両端部１７ａ，１７ａよりも軸方向の内側に位置している。より具体的には、本実施形態に係る保持器７はころ案内式保持器として構成されており、図３に示すように、１つの保持器セグメント１５に形成された周方向に並ぶ３つのポケット２１のうち、周方向両端に位置する２つのポケット２１を形成する柱部１７に、内径側（図３の下側）に突出する案内爪２３が設けられており、周方向中央に位置するポケット２１を形成する柱部１７に、外径側（図３の上側）に突出する案内爪２３が設けられている。各案内爪２３の先端部分は、ポケット２１の中央側に突出した形状を有している。各案内爪２３の円すいころに接触する案内面は、断面がほぼ円弧状で円すいころの転動面に沿った形状を有している。なお、１つの保持器セグメント１５に形成されるポケット２１の数はこの例に限定されない。

　このように形成された各保持器セグメントの内径側の案内爪２３によって当該保持器セグメントの径方向外側への移動が規制されると共に、外径側の案内爪２３によって当該保持器セグメントの径方向内側への移動が規制され、保持器７がころ案内式として構成される。

　本実施形態では、案内爪２３に一体的に形成された補強部が設けられている。本実施形態では、図４Ａに示すように、案内爪２３の軸方向両端部２３ａ，２３ａに、当該案内爪２３の基端２３ｂから先端２３ｃに渡って径方向に延びる径方向補強部２５が、この端部２３ａと一体的に設けられている。なお、本実施形態では、内径側の案内爪２３および外径側の案内爪２３の両方の案内爪２３に径方向補強部２５が設けられているが、径方向補強部２５の構成は、内径側の案内爪２３に設けられる場合と外径側の案内爪２３に設けられる場合とで異ならないので、以下の説明では代表して外径側の案内爪２３に設けられた径方向補強部２５について説明する。もっとも、径方向補強部２５は、内径側の案内爪２３および外径側の案内爪２３のいずれか一方のみに設けられていてもよい。

　この例では、径方向補強部２５は、その基端２５ａが、軸方向において、連結部１９の外縁１９ａまで延びている。すなわち、径方向補強部２５の基端部によって、案内爪２３に隣接する柱部１７の根元部分（柱部１７の連結部１９に連なっている端部１７ａ）から連結部１９の外縁１９ａまでに渡って覆われている。径方向補強部２５は、このような範囲に設けられた基端２５ａから先端２５ｂにかけて先細りとなる形状に形成されている。同図に示すように、径方向補強部２５の軸方向を向く端面（以下、単に「軸方向端面」という。）２５ｃは、周方向視において、連結部１９の外縁１９ａから案内爪２３の端部の先端に向かって直線状に傾斜している。図４Ｂに示すように、径方向補強部２５の両側面（周方向を向く面）は、柱部１７から径方向にほぼ平行に延びており、径方向補強部２５は軸方向視においてほぼ矩形状に形成されている。

　もっとも、径方向補強部２５の形状はこの例に限定されない。例えば、図４Ｃに示すように、径方向補強部２５と軸受の軌道輪のつば（例えば図１の小つば１１，大つば１３）との干渉を回避するため、径方向補強部２５の軸方向端面２５ｃを、ポケット２１側に凹む湾曲面として形成してもよい。また、図４Ｄに示すように、径方向補強部２５の基端２５ａは、連結部１９の外縁１９ａまでに渡って設けられていなくともよい。その場合でも、径方向補強部２５の基端２５ａは、軸方向において、連結部１９の内縁（柱部１７側端）１９ｂから、当該連結部１９の幅寸法Ｗの１０％以上外側まで延びていることが好ましい。このように構成することにより、径方向補強部２５の基端によって柱部１７の根元部分から連結部１９に渡る部分が補強される。したがって、特に応力が集中しやすい柱部１７の根元部分の強度を効果的に高めることができる。

　また、図４Ｅに示すように、径方向補強部２５を、案内爪２３の軸方向端部２３ａから連結部１９の外縁１９ａに渡って、均一な高さ（径方向寸法）で設けてもよい。この場合、柱部１７および連結部１９上のスペース全体を利用して径方向補強部２５が設けられるので、さらに保持器７の強度を高めることができる。

　図５Ａに、本発明の他の実施形態に係るころ軸受用保持器を示す。なお、以下の説明では、図１～図４Ｅと共に説明した実施形態と共通する点については説明を省略する。

　本実施形態では、径方向補強部２５に追加して、複数の案内爪２３の径方向補強部２５の軸方向端面を周方向に連結する周方向連結補強部２７が設けられている。周方向連結補強部２７は、ころの端面との干渉を回避するため、軸方向において、連結部１９の内縁（柱部１７およびポケット２１との境界）よりも外側に設けられることが必要である。

　また、周方向連結補強部２７は、案内爪２３が存在する範囲内において、いかなる径方向範囲に設けられていてもよい。同図の例では、周方向連結補強部２７は、案内爪２３の先端部分に相当する径方向範囲のみに設けられている。この場合は、補強部作製のための樹脂の追加量を最小限に抑えつつ、効果的に保持器７の強度を高めることができる。もっとも、図５Ｂに示すように、周方向連結補強部２７は、案内爪２３の基端部分に相当する径方向範囲のみに設けられていてもよい。この場合は、周方向連結補強部２７が軸受の軌道輪のつば（例えば図１の小つば１１，大つば１３）と干渉することを回避できる。あるいは、図５Ｃに示すように、周方向連結補強部２７は、案内爪２３が存在する径方向範囲の全体に渡って設けられていてもよい。この場合は、保持器７の強度を大幅に高めることができる。

　なお、上記いずれの実施形態においても、図４Ａに代表して示す案内爪２３の高さＨ（柱部１７からの径方向の長さ）が、ころの半径の４０％～７５％の範囲内にあることが好ましい。この構成によれば、案内爪２３の高さを、ころの径方向への脱落を防止するために必要な寸法を確保しながらできるだけ低くすることにより、案内爪２３の根元部分への応力集中を緩和することができる。

　なお、上記の実施形態の説明では、保持器７を、ころ案内方式のセグメント式保持器を例として示したが、本実施形態に係る構成は、保持器セグメントの外径側および内径側の一方のみに案内爪が設けられている軌道輪案内式の保持器にも適用することができる。

　また、本実施形態に係る保持器７が適用されるころ軸受は、図１に例示した円すいころ軸受Ｂに限定されず、例えば円筒ころ軸受や針状ころ軸受にも適用することができる。

　以上説明した各実施形態に係る案内爪２３が設けられたセグメント型の保持器７では、柱部１７上の案内爪２３の軸方向両端部に径方向補強部２５を設けたことにより、ころを収容するポケット２１の寸法を縮小することなく、保持器セグメント１５において高強度が必要とされる案内爪２３や柱部１７の根元部分の強度を確保することができる。

　以上のとおり、図面を参照しながら本発明の好適な実施形態を説明したが、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。

１　内輪
３　外輪
５　ころ
７　保持器
１５　保持器セグメント
１７　柱部
１９　連結部
２１　ポケット
２３　案内爪
２５　径方向補強部
２７　周方向連結補強部
Ｂ　ころ軸受

Claims (7)

1. 　軌道輪である内輪および外輪と、これら内外輪の間に介装された複数のころとを備えるころ軸受に用いられる、前記複数のころを保持する保持器であって、
   　当該保持器を周方向に分割した複数の保持器セグメントからなり、
   　各保持器セグメントが、
   　　前記ころの側面を保持するように構成された複数の柱部と、
   　　前記複数の柱部の両端部を周方向に渡って連結する連結部と、
   　　前記柱部および前記連結部によって形成された、各ころを収容するポケットと、
   　　前記柱部に突設され、前記ポケットに収容されたころの転動面に接触するように構成された案内爪と、
   を備え、
   　前記案内爪の軸方向両端部に、当該案内爪の基端から先端に渡って径方向に延びる径方向補強部が、前記案内爪と一体的に設けられている、
   ころ軸受用保持器。
2. 　請求項１に記載のころ軸受用保持器において、前記径方向補強部の前記基端が、軸方向において、前記連結部の柱部側端から、当該連結部の幅寸法の１０％以上外側まで延びている、ころ軸受用保持器。
3. 　請求項１に記載のころ軸受用保持器において、前記径方向補強部が、前記案内爪の軸方向端部から前記連結部の外縁に渡って、均一な高さで設けられている、ころ軸受用保持器。
4. 　請求項１から３のいずれか一項に記載のころ軸受用保持器において、さらに、複数の前記案内爪の径方向補強部の軸方向端面を周方向に連結する周方向連結補強部が設けられている、ころ軸受用保持器。
5. 　請求項４に記載のころ軸受用保持器において、前記周方向連結補強部が、前記案内爪の先端部分に相当する径方向範囲のみに設けられている、ころ軸受用保持器。
6. 　請求項４に記載のころ軸受用保持器において、前記周方向連結補強部が、前記案内爪の基端部分に相当する径方向範囲のみに設けられている、ころ軸受用保持器。
7. 　請求項１から６のいずれか一項に記載のころ軸受用保持器において、前記案内爪の高さが、前記ころの半径の４０％～７５％の範囲内にある、ころ軸受用保持器。

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