WO2023199646A1 - 玉軸受用冠型保持器、及び玉軸受 - Google Patents

玉軸受用冠型保持器、及び玉軸受 Download PDF

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Definitions

  • the present invention relates to a crown-shaped retainer for a ball bearing and a ball bearing.
  • FIG. 12 is a cross-sectional view of a ball bearing 1 according to a conventional example.
  • a ball bearing 1 as shown in FIG. 12 is used to support rotating parts of various rotating machines.
  • the ball bearing 1 includes an inner ring 3 having an inner ring raceway 2 on its outer peripheral surface, an outer ring 5 which is arranged concentrically with the inner ring 3 and has an outer ring raceway 4 on its inner peripheral surface, and a rolling ring between the inner ring raceway 2 and the outer ring raceway 4.
  • a plurality of balls 6 are movably arranged.
  • Each ball 6 is rotatably held by a cage 100. Further, the outer circumferential edges of a pair of circular shield plates 7, 7 are respectively locked at both axial ends of the inner circumferential surface of the outer ring 5.
  • the pair of shield plates 7, 7 prevent lubricant such as grease present in the bearing space from leaking to the outside, and prevent dust floating outside from entering the bearing space.
  • a contact type seal may be used instead of the non-contact type shield plates 7, 7.
  • the cage 100 is a crown-shaped cage made of resin.
  • FIG. 13 is a perspective view of a cage 100 according to a conventional example.
  • FIG. 14 is a diagram of a part of a conventional cage 100 viewed from the inside in the radial direction.
  • FIG. 15 is a diagram of a part of a conventional cage 100 viewed from the top side.
  • the cage 100 includes an annular main part 101, a plurality of pillar parts 102 that protrude in the axial direction from the main part 101 at predetermined intervals in the circumferential direction, and adjacent pillar parts. Formed between 102, A spherical pocket 103 capable of holding the ball 6 is provided.
  • the column portion 102 has a pair of claw portions 105, 105 whose tips are spaced apart from each other. Two adjacent claws 105, 105 forming the pocket 103 hold the balls 6, thereby preventing the retainer 100 from falling off in the axial direction from between the outer ring 5 and the inner ring 3. Further, the columnar portion 102 has a cutout 109 formed on the bottom surface side.
  • the cage described in Patent Document 1 has an annular base and an axial part extending in the axial direction from the base.
  • the outer diameter of the axial portion is smaller than the outer diameter of the base.
  • a hole is formed in the base portion, communicating with the recessed region of the axial portion and penetrating in the axial direction. This reduces the amount of material, keeps the mass low, and suppresses radial deformation induced during high-speed rotation.
  • the present invention has been made in view of the above circumstances, and aims to provide a crown-shaped cage for ball bearings and a ball bearing that can suppress deformation of the cage, reduce stress, and have good formability. purpose.
  • An annular main part a plurality of pillar portions that protrude in the axial direction from the main portion at predetermined intervals in the circumferential direction; a pocket formed between the adjacent column parts and having a spherical concave surface capable of holding a ball;
  • a crown-type cage for ball bearings comprising: The pillar portion has a pair of claw portions whose tips are spaced apart from each other, and a connection portion that connects the pair of claw portions, An entrance portion having a width shorter than the diameter of the ball and for inserting the ball is provided between the tips of the two adjacent claw portions constituting the pocket, A crown-type retainer for a ball bearing, wherein a distance from an outer circumferential surface of the pocket to a center of the crown-type retainer for a ball bearing is larger than a distance from an outer circumferential surface of the column part to the center.
  • a convex portion protruding in the axial direction is provided on the bottom surface of the main portion, The crown-shaped retainer for a ball bearing according to (1), wherein the convex portion at least partially overlaps the pocket in the circumferential direction and the radial direction.
  • crown-shaped retainer for ball bearings and the ball bearing of the present invention deformation of the retainer can be suppressed, stress can be reduced, and moldability is also good.
  • FIG. 1 is a perspective view of a cage according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram of a portion of the cage according to the first embodiment viewed from the top side.
  • FIG. 3 is a diagram of a portion of the cage according to the first embodiment viewed from the outside in the radial direction.
  • FIG. 4 is a diagram of a part of the cage according to the first embodiment viewed from the circumferential direction.
  • FIG. 5 is a perspective view of the cage according to the second embodiment.
  • FIG. 6 is a view of a part of the cage according to the second embodiment, viewed from the top side.
  • FIG. 7 is a diagram of a part of the cage according to the second embodiment viewed from the outside in the radial direction.
  • FIG. 1 is a perspective view of a cage according to a first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram of a portion of the cage according to the first embodiment viewed from the top side.
  • FIG. 3 is a diagram of a portion of
  • FIG. 8 is a diagram of a part of the cage according to the second embodiment viewed from the circumferential direction.
  • FIGS. 9(a) to 9(c) are diagrams showing the maximum principal stress distribution generated in the cage due to centrifugal force.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining a model for analysis.
  • FIGS. 11(a) and 11(b) are diagrams showing the strain distribution when the strain reaches the maximum in the cages of the first and second embodiments.
  • FIG. 12 is a sectional view of a conventional ball bearing.
  • FIG. 13 is a perspective view of a cage according to a conventional example.
  • FIG. 14 is a diagram of a part of a conventional retainer viewed from the inside in the radial direction.
  • FIG. 15 is a diagram of a part of a conventional cage viewed from the top side.
  • FIG. 1 is a perspective view of a cage 10 according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a diagram of a part of the cage 10 according to the first embodiment viewed from the top side.
  • FIG. 3 is a diagram of a part of the cage 10 according to the first embodiment viewed from the outside in the radial direction.
  • FIG. 4 is a diagram of a part of the cage 10 according to the first embodiment viewed from the circumferential direction.
  • a crown-shaped cage for ball bearings hereinafter also referred to as a "crown-shaped cage” or simply "cage” 10 of the present embodiment is shown in FIGS. 13 to 15. Similar to the conventional cage 100, it can be applied to the ball bearing 1 shown in FIG. 12.
  • the crown-shaped retainer 10 is made of, for example, a resin material such as nylon 46 (polyamide 46, PA46), nylon 66 (polyamide 66, PA66), polyamide 9T (PA9T), polyamide 10T (PA10T), L-PPS, PEEK, etc. Or made of other resin materials. Further, in order to improve the strength of the cage 10, a resin composition may be used in which several tens of percent (for example, 10 to 50 wt%) of fibrous reinforcing material (carbon fiber, glass fiber, aramid fiber, etc.) is added. Examples of methods for manufacturing the cage 10 include injection molding using a mold and manufacturing using a 3D printer.
  • the crown-shaped retainer 10 includes a substantially annular main portion 20, a plurality of pillar portions 30 protruding from the main portion 20 in the axial direction at predetermined intervals in the circumferential direction, and formed between adjacent pillar portions 30, 30. and a spherical pocket 40 that can hold the ball 6 (see FIG. 12).
  • a plurality of spherical concave surfaces 21 are formed on the upper surface of the main portion 20 at predetermined intervals in the circumferential direction. This spherical concave surface 21 is formed over the entire width of the main portion 20 in the radial direction, and constitutes a pocket 40.
  • the column portion 30 protrudes from the main portion 20 in the axial direction.
  • the column part 30 has a pair of claw parts 31, 31 and a connecting part 33 that connects the pair of claw parts 31, 31.
  • the tip ends of the pair of claws 31, 31 are spaced apart from each other in the circumferential direction. Furthermore, the space between the tips of the two adjacent claws 31, 31 constituting the pocket 40 has a width shorter than the diameter of the ball 6 (see FIG. 12), and is used for inserting the ball 6. An inlet portion 35 is provided.
  • the claw portion 31 has a spherical first circumferential surface 31a that constitutes the pocket 40, and a second circumferential surface 31b opposite to the first circumferential surface 31a.
  • the second circumferential surfaces 31b, 31b of the pair of claws 31, 31 are curved, respectively, and are smoothly connected at the upper surface 33a of the connecting portion 33.
  • the upper surface 33a of this connecting portion 33 corresponds to a substantially U-shaped bottom formed by the upper surface 33a and a pair of circumferential second surfaces 31b, 31b.
  • the upper surface 33a of the connecting portion 33 (the bottom of the pair of circumferential second surfaces 31b, 31b) is located slightly above the bottom of the pocket 40 (on one side in the axial direction).
  • the bottoms of the pair of circumferential second surfaces 31b, 31b are located below (on the other side in the axial direction) than the axial center of the retainer 10, and are formed into approximately U-shaped recesses.
  • the upper surface of the connecting portion is located considerably above the upper surface of the main portion 101, It is located above the axial center of the retainer 100 (on one side in the axial direction). Thereby, the weight of the column 30 is reduced, and the mass of the column 30 is suppressed.
  • the axial width h1 from the top surface 33a of the connecting portion 33 to the bottom surface 20a of the main portion 20 is set to 1/2 or less of the axial width H of the cage 10 (h1 ⁇ H/2). Note that if the axial width h1 is made too small, the strength of the cage 10 may decrease, so the axial width h1 should be made larger than the axial width h2 of the main portion 20 at the bottom of the pocket 40. is preferable (h1>h2).
  • the circumferential first surfaces 31a, 31a of the two adjacent claw portions 31, 31 and the spherical concave surface 21 of the main portion 20 constitute a pocket 40. These two circumferential first surfaces 31a, 31a and the spherical concave surface 21 are smoothly connected to each other and constitute the spherical concave surface of the pocket 40.
  • the radius of curvature of the spherical concave surface of the pocket 40 is set larger than the radius of curvature of the rolling surface of the ball 6 (see FIG. 12).
  • the outer diameter R of the pocket 40 (the outer diameter at the circumferential position where the pocket 40 is formed in the main portion 20) is set larger than the outer diameter r of the column portion 30 and the claw portion 31. Ru. That is, the distance R from the outer circumferential surface of the pocket 40 (the outer circumferential surface 20b at the circumferential position where the pocket 40 is formed in the main portion 20) to the center of the cage 10 is the distance R from the outer circumferential surface 30a of the column part 30 to the center of the cage 10. (R>r).
  • the radial width t of the columnar portion 30 is set to be less than or equal to the radial width of the bottom of the pocket 40 (the radial width of the circumferential position of the main portion 20 where the bottom of the pocket 40 is formed) (t ⁇ T).
  • the distance R from the outer peripheral surface of the pocket 40 to the center of the cage 10 is the distance R from the outer peripheral surface 30a of the column part 30 to the center of the cage 10. It is set larger than the distance r (R>r). Therefore, the retainer 10 has a structure in which the portion other than the pocket 40, that is, the radially outer side of the column portion 30 is removed, and the weight is reduced. In addition, unlike conventional cages, the cage does not have a hollow structure to reduce weight, so moldability is also good.
  • the cage 10 can be molded without deteriorating the fluidity of the resin during molding, and the weight can be reduced. Therefore, deformation and stress caused by centrifugal force during high-speed rotation can be suppressed. Therefore, the cage 10 can be prevented from coming into contact with the outer ring 5, the shield plate 7, etc., and wear, vibration, heat generation, and damage of the cage 10 can be suppressed.
  • FIG. 5 is a perspective view of the cage 10 according to the second embodiment.
  • FIG. 6 is a view of a part of the cage 10 according to the second embodiment, viewed from the top side.
  • FIG. 7 is a diagram of a part of the cage 10 according to the second embodiment viewed from the outside in the radial direction.
  • FIG. 8 is a diagram of a part of the cage 10 according to the second embodiment viewed from the circumferential direction.
  • the cage 10 of the present embodiment differs from the cage 10 of the second embodiment (see FIGS. 1 to 4) in that a convex portion 23 is provided on the bottom surface 20a of the main portion 20 and protrudes toward the other side in the axial direction. . Since the other configurations are the same as those in the first embodiment, the description thereof will be omitted or simplified by giving the same reference numerals.
  • the convex portion 23 is located between the circumferentially adjacent pillar portions 30, 30 on the other axial side (downward) from the bottom surface 20a of the main portion 20, in the opposite direction to the direction in which the claw portion 31 extends in the vertical direction in FIG. .) to protrude. That is, the bottom surface 20a of the main portion 20 has a plurality of convex portions 23 formed below the plurality of pockets 40 at predetermined intervals in the circumferential direction.
  • the convex portion 23 overlaps the pocket 40 in the circumferential direction and the radial direction.
  • the circumferential range and radial range in which the convex portion 23 is provided are substantially the same as the circumferential range and radial range in which the spherical concave surface 21 of the main portion 20 constituting the pocket 40 is provided.
  • the structure will be substantially the same as that of the first embodiment, and the effect of reducing the strain generated in the claw portion 31 during assembly, which will be described later, will not be very effective. . Furthermore, if the circumferential range in which the convex portion 23 is provided is too narrow, the shortest distance between the roots of both ends of the convex portion 23 in the circumferential direction and the spherical concave surface 21 becomes small, and the stress generated in the pocket 40 due to centrifugal force is reduced. , it will be higher than the bottom of the pocket.
  • the radial range in which the convex portion 23 is provided is substantially the same as the radial range in which the spherical concave surface 21 is provided, it is possible to eliminate the step and suppress the generation of high stress at the step. Therefore, it is preferable that the circumferential range and radial range in which the convex portion 23 is provided are substantially the same as the circumferential direction range and radial direction range in which the spherical concave surface 21 of the main portion 20 constituting the pocket 40 is provided.
  • the radial width and circumferential width of the convex portion 23 in this embodiment are approximately the same as the radial width (radial width of the main portion 20) and circumferential width of the pocket 40.
  • the effect of suppressing stress and deformation caused by centrifugal force is not much different from that of the first embodiment, but the cage 10 is connected to the inner ring 3, the outer ring 5, and the balls. It is effective when incorporated into the ball bearing 1 consisting of 6. That is, the strain generated in the claw portions 31 of the retainer 10 is reduced.
  • Example 1 In order to confirm the effects of the first and second embodiments, analysis was performed using the finite element method. In this analysis, when the cages 10 of the first and second embodiments and the cage 100 of the conventional example (see FIGS. 13 to 15) are rotated, the maximum main force generated in the cages 10 and 100 due to centrifugal force is The stress distribution was calculated.
  • the radial width of the cage 100 in the conventional example was 3.3 mm.
  • the radial width T of the bottom of the pocket 40 was 3.3 mm.
  • the axial width of the convex portion 23 was 0.5 mm.
  • the axial widths of all cages 10 and 100 were the same.
  • FIGS. 9A to 9C are diagrams showing the maximum principal stress distribution generated in the cages 10 and 100 due to centrifugal force.
  • 9(a) corresponds to a cage 100 of a conventional example
  • FIG. 9(b) corresponds to a cage 10 of a first embodiment
  • FIG. 9(c) corresponds to a cage 10 of a second embodiment.
  • the stress value was taken as a relative value. It can be seen that the largest stress is generated in the cage 100 of the conventional example. On the other hand, it can be seen that in the cages 100 of the first and second embodiments, the stress generated at the pocket bottom is suppressed to less than half that of the cage 100 of the conventional example.
  • each pocket is connected by the main part, so when centrifugal force acts on the main part, the claws tend to fall radially outward due to the centrifugal force that acts on the claws. .
  • the cages 10 of the first and second embodiments have smaller radial widths of the claws 31, so the mass is smaller, and the centrifugal force acting on the claws 31 is correspondingly smaller. Become. Therefore, it is thought that the claw portion 31 is less likely to fall down and the stress generated at the bottom of the pocket is reduced.
  • Example 2 The cage 10 of the first embodiment without the convex portion 23 on the bottom surface 20a of the main portion 20 and the cage 10 of the second embodiment with the convex portion 23 on the bottom surface 20a of the main portion 20 are combined into an inner ring 3, an outer ring 5, The strain generated in the claw portion 31 of the retainer 10 when assembled into the ball bearing 1 consisting of the balls 6 was analyzed and calculated using the finite element method.
  • FIG. 10 is a diagram for explaining a model for analysis. As shown in FIG. 10, in the model for analysis, a part of the cage 10 was taken out and balls 6 were pushed in little by little.
  • FIGS. 11(a) and 11(b) are diagrams showing the strain distribution when the strain reaches the maximum in the cage 100 of the first and second embodiments.
  • the maximum strain occurring in the claw portion 31 of the cage 10 in the first embodiment shown in FIG. 11(a) is 1.9%
  • the maximum strain occurring in the claw portion 31 of the cage 10 in FIG. 11(b) is 1.9%.
  • the value was 1.2%, and the strain was significantly reduced, which indicates that providing the convex portion 23 has the effect of reducing strain.
  • the cage 10 of the second embodiment shown in FIG. 11(b) has a larger distance from the tip of the claw part 31 to the fulcrum P than the cage 10 of the first embodiment shown in FIG. 11(a). Since the distance is longer, the strain generation region D is expanded, and the strain is further reduced than in Example 1.
  • the cage 10 of the second embodiment is applied to a cage using a resin material such as polyamide 9T (PA9T) or polyamide 10T (PA10T), which has lower elongation than nylon 46 or nylon 66, the strain can be reduced. This is suitable.

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Abstract

玉軸受用冠型保持器は、円環状の主部と、主部から周方向に所定の間隔で軸方向に突出する複数の柱部と、隣り合う柱部の間に形成され、玉を保持可能な球面形状の球状凹面を有するポケットと、備える。柱部は、先端部が互いに間隔をあけて配置される一対の爪部と、一対の爪部を接続する接続部と、を有する。ポケットを構成する隣り合う二つの爪部の先端部同士の間には、玉の直径より短い幅を有し、かつ、玉を挿入するための、入口部が設けられる。ポケットの外周面から玉軸受用冠型保持器の中心までの距離は、柱部の外周面から中心までの距離よりも大きい。

Description

玉軸受用冠型保持器、及び玉軸受
　本発明は、玉軸受用冠型保持器、及び玉軸受に関する。
　図１２は、従来例に係る玉軸受１の断面図である。一般に、各種回転機械の回転部分を支持するために、図１２に示すような玉軸受１が使用されている。玉軸受１は、外周面に内輪軌道２を有する内輪３と、内輪３と同心に配置され、内周面に外輪軌道４を有する外輪５と、内輪軌道２と外輪軌道４との間に転動自在に配置される複数の玉６と、を備える。
　各玉６は、保持器１００により転動自在に保持される。また、外輪５の内周面の軸方向両端部には、それぞれ円輪状の一対のシールド板７、７の外周縁が係止される。一対のシールド板７，７は、軸受空間に存在するグリース等の潤滑剤が外部に漏洩したり、外部に浮遊する塵埃が軸受空間に侵入したりすることを防止している。なお、密封装置として、非接触型のシールド板７，７に代えて、接触型のシールを使用してもよい。
　保持器１００は、樹脂製の冠型保持器である。図１３は、従来例に係る保持器１００の斜視図である。図１４は、従来例に係る保持器１００の一部を径方向内側から見た図である。図１５は、従来例に係る保持器１００の一部を上面側から見た図である。図１３～図１５に示すように、保持器１００は、円環状の主部１０１と、主部１０１から周方向に所定の間隔で軸方向に突出する複数の柱部１０２と、隣り合う柱部１０２の間に形成され、
玉６を保持可能な球面形状のポケット１０３と、を備える。
　柱部１０２は、先端部が互いに間隔をあけて配置される一対の爪部１０５，１０５を有する。ポケット１０３を構成する隣り合う二つの爪部１０５，１０５が玉６を保持することで、保持器１００が外輪５と内輪３の間から軸方向に脱落するのを防止している。また、柱部１０２には、底面側に肉盗み１０９が形成されている。
　ところで、最近の自動車の電動化により、モータの回転軸を支持する転がり軸受（特に玉軸受）には高速回転化が要求されている。高速回転化のためには、（ｉ）保持器柱部の遠心力による拡開を抑制し、ポケットの底部に発生する応力を下げることで、疲労破壊を防ぐこと、および、（ｉｉ）保持器の変形を抑制することで、外輪やシールに対する保持器の接触を避けて、保持器の摩耗、振動、発熱を抑制すること、が求められる。
　図１３～図１５に示すような従来型の保持器１００においては、高速回転時に遠心力によって応力が保持器１００に作用し、保持器１００が外径側に変形してしまう可能性がある。図１２には、保持器１００が変形した様子が破線で示されている。この場合、保持器１００が外輪５に接触したり（図１２中のＡ部分を参照）、保持器１００がシールド板７と接触したりしてしまい（図１２中のＢ部分を参照）、保持器１００が摩耗、振動、発熱することが懸念される。
　特許文献１に記載の保持器は、環状の基部と、基部から軸方向に延びるアキシャル部と、を有する。アキシャル部の外径は、基部の外径よりも小さい。基部には、アキシャル部の凹部域と連通し、軸方向に貫通する孔が形成されている。これにより、材料の量を減少させて質量を低く抑え、高速回転時に誘発される半径方向での変形を抑制することを図っている。
日本国特許第５４３６２０４号公報
　しかしながら、サイズの小さい軸受に対して、特許文献１に示されているように、基部にアキシャル部の凹部域と連通して軸方向に貫通する孔を形成すると、孔の回りが細くなりすぎ、強度低下のおそれがある。
　また、一般に、樹脂製の冠型保持器は、金型に樹脂を流し込む射出成形によって、製造されるため、樹脂が流動するために必要な太さを有する必要がある。しかし、特許文献１に記載の保持器では、ポケットを連結する環状の基部が２本に分岐しているため、良好な樹脂の流動が確保されるとは限らず、保持器の成形性が必ずしも良好とは言えない。そこで、成形性を考慮した形状に変更する必要がある。
　本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、保持器の変形を抑制し、応力低減が可能であると共に、成形性も良好な玉軸受用冠型保持器及び玉軸受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）　円環状の主部と、
　前記主部から周方向に所定の間隔で軸方向に突出する複数の柱部と、
　隣り合う前記柱部の間に形成され、玉を保持可能な球面形状の球状凹面を有するポケットと、
を備える、玉軸受用冠型保持器であって、
　前記柱部は、先端部が互いに間隔をあけて配置される一対の爪部と、前記一対の爪部を接続する接続部と、を有し、
　前記ポケットを構成する隣り合う二つの前記爪部の先端部同士の間には、前記玉の直径より短い幅を有し、かつ、前記玉を挿入するための、入口部が設けられ、
　前記ポケットの外周面から前記玉軸受用冠型保持器の中心までの距離は、前記柱部の外周面から前記中心までの距離よりも大きいことを特徴とする玉軸受用冠型保持器。
（２）　前記主部の底面には、軸方向に突出する凸部が設けられ、
　前記凸部は、少なくとも一部が、周方向及び径方向において前記ポケットと重なる
（１）に記載の玉軸受用冠型保持器。
（３）　外輪と、
　内輪と、
　前記外輪と、前記内輪と、の間に配置された複数の前記玉と、
　（１）又は（２）に記載の玉軸受用冠型保持器と、
を備える、玉軸受。
　本発明の玉軸受用冠型保持器及び玉軸受によれば、保持器の変形を抑制し、応力低減が可能であると共に、成形性も良好である。
図１は、第一実施形態に係る保持器の斜視図である。 図２は、第一実施形態に係る保持器の一部を上面側から見た図である。 図３は、第一実施形態に係る保持器の一部を径方向外側から見た図である。 図４は、第一実施形態に係る保持器の一部を周方向から見た図である。 図５は、第二実施形態に係る保持器の斜視図である。 図６は、第二実施形態に係る保持器の一部を上面側から見た図である。 図７は、第二実施形態に係る保持器の一部を径方向外側から見た図である。 図８は、第二実施形態に係る保持器の一部を周方向から見た図である 図９（ａ）～（ｃ）は、遠心力により保持器に発生する最大主応力分布に示す図である。 図１０は、解析用のモデルを説明するための図である。 図１１（ａ）及び（ｂ）は、第一及び第二実施形態の保持器における、ひずみが最大となったときのひずみ分布を示す図である。 図１２は、従来例に係る玉軸受の断面図である。 図１３は、従来例に係る保持器の斜視図である。 図１４は、従来例に係る保持器の一部を径方向内側から見た図である。 図１５は、従来例に係る保持器の一部を上面側から見た図である。
　以下、本発明の一実施形態に係る玉軸受用冠型保持器及び玉軸受について、図面を用いて説明する。
（第一実施形態）
　図１は、第一実施形態に係る保持器１０の斜視図である。図２は、第一実施形態に係る保持器１０の一部を上面側から見た図である。図３は、第一実施形態に係る保持器１０の一部を径方向外側から見た図である。図４は、第一実施形態に係る保持器１０の一部を周方向から見た図である。図１～図４に示すように、本実施形態の玉軸受用冠型保持器（以下、「冠型保持器」、又は単に「保持器」とも称す）１０は、図１３～図１５に示す従来の保持器１００と同様に、図１２に示す玉軸受１に適用され得る。
　冠型保持器１０は、例えば、ナイロン４６（ポリアミド４６、ＰＡ４６）、ナイロン６６（ポリアミド６６，ＰＡ６６）、ポリアミド９Ｔ（ＰＡ９Ｔ）、ポリアミド１０Ｔ（ＰＡ１０Ｔ）、Ｌ－ＰＰＳ、ＰＥＥＫ、等の樹脂材料、または、他の樹脂材料からなる。また、保持器１０の強度を向上させるために、繊維状強化材（炭素繊維やガラス繊維、アラミド繊維等）を数１０％（例えば１０～５０ｗｔ％）添加した樹脂組成物でもよい。保持器１０の製造方法としては、金型を利用して射出成形する方法や、３Ｄプリンターで製造する方法が例示される。
　冠型保持器１０は、略円環状の主部２０と、主部２０から周方向に所定の間隔で軸方向に突出する複数の柱部３０と、隣り合う柱部３０，３０の間に形成され、玉６（図１２参照）を保持可能な球面形状のポケット４０と、を備える。
　主部２０の上面には、周方向に所定の間隔で、複数の球面形状の球状凹面２１が形成されている。この球状凹面２１は、主部２０の径方向全幅にわたって形成されており、ポケット４０を構成する。
　柱部３０は、主部２０から軸方向に突出する。柱部３０は、一対の爪部３１，３１と、一対の爪部３１，３１を接続する接続部３３と、を有する。
　一対の爪部３１，３１の先端部は、互いに周方向に間隔をあけて配置されている。また、ポケット４０を構成する隣り合う二つの爪部３１，３１の先端部同士の間には、玉６（図１２参照）の直径よりも短い幅を有し、かつ、玉６を挿入するための、入口部３５が設けられる。
　爪部３１は、ポケット４０を構成する球面形状の周方向第一面３１ａと、周方向第一面３１ａとは反対側の周方向第二面３１ｂと、を有する。
　一対の爪部３１，３１の周方向第二面３１ｂ，３１ｂは、それぞれ湾曲形状であり、接続部３３の上面３３ａで滑らかに接続する。この接続部３３の上面３３ａは、当該上面３３ａと一対の周方向第二面３１ｂ，３１ｂとによって形成される略Ｕ字状の底部に相当する。接続部３３の上面３３ａ（一対の周方向第二面３１ｂ，３１ｂの底部）はポケット４０の底部よりも僅かに上方（軸方向一方側）に位置している。したがって、一対の周方向第二面３１ｂ，３１ｂの底部（接続部３３の上面３３ａ）は、保持器１０の軸方向中央よりも下方（軸方向他方側）に位置し、略Ｕ字状の凹部を構成する。図１３～図１５に示すように、従来の冠型保持器１００においては、接続部の上面（一対の周方向第二面の底部）は、主部１０１の上面よりもかなり上方に位置し、保持器１００の軸方向中央よりも上方（軸方向一方側）に位置する。これにより、柱部３０の軽量化を図り、柱部３０の質量を抑制している。
　このように、本実施形態では、接続部３３の上面３３ａから主部２０の底面２０ａまでの軸方向幅ｈ１は、保持器１０の軸方向幅Ｈの１／２以下に設定される（ｈ１≦Ｈ／２）。なお、軸方向幅ｈ１を小さくしすぎると、保持器１０の強度が低下する可能性があるため、軸方向幅ｈ１は、ポケット４０の底部における主部２０の軸方向幅ｈ２よりも大きくすることが好ましい（ｈ１＞ｈ２）。
　隣り合う二つの爪部３１，３１の周方向第一面３１ａ，３１ａと、主部２０の球状凹面２１と、はポケット４０を構成する。これら二つの周方向第一面３１ａ，３１ａおよび球状凹面２１は、互いに滑らかに接続し、ポケット４０の球状凹面を構成する。ポケット４０の球状凹面の曲率半径は、玉６（図１２参照）の転動面の曲率半径よりも大きく設定される。
　図２に示すように、ポケット４０の外径（主部２０のうちポケット４０が形成される周方向位置の外径）Ｒは、柱部３０および爪部３１の外径ｒよりも大きく設定される。すなわち、ポケット４０の外周面（主部２０のうちポケット４０が形成される周方向位置の外周面２０ｂ）から保持器１０の中心までの距離Ｒは、柱部３０の外周面３０ａから保持器１０の中心までの距離ｒよりも大きく設定される（Ｒ＞ｒ）。
　さらに、柱部３０の径方向幅ｔは、ポケット４０の底部の径方向幅（主部２０のうちポケット４０の底部が形成される周方向位置の径方向幅）Ｔ以下に設定される（ｔ≦Ｔ）。
　すなわち、本実施形態では、柱部３０（爪部３１）の径方向外側の領域が削られた構成が採用される。従来の冠型保持器１００（図１３～図１５参照）においては、柱部１０２は主部１０１の上面の径方向全幅から軸方向に突出するので、本実施形態の柱部３０（爪部３１）はこの点で相違する。
　以上、説明したように、本実施形態の保持器１０によれば、ポケット４０の外周面から保持器１０の中心までの距離Ｒは、柱部３０の外周面３０ａから保持器１０の中心までの距離ｒよりも大きく設定される（Ｒ＞ｒ）。したがって、保持器１０は、ポケット４０以外の部分、すなわち柱部３０の径方向外側が削除された構造となり、軽量化される。また、従来の保持器のように、軽量化のために肉抜きを設けた構成ではないので、成形性も良好である。
　したがって、サイズの小さい軸受に適用する場合等、保持器１０の寸法が小さい場合であっても、成形時の樹脂の流動性が悪化することなく成形でき、軽量化できる。したがって、高速回転時の遠心力による変形および応力を抑制することができる。したがって、保持器１０が、外輪５やシールド板７等に接触することが防止でき、保持器１０の摩耗や振動、発熱、破損を抑制できる。
（第二実施形態）
　次に、本発明の第二実施形態に係る玉軸受用冠型保持器について、図面を用いて説明する。
　図５は、第二実施形態に係る保持器１０の斜視図である。図６は、第二実施形態に係る保持器１０の一部を上面側から見た図である。図７は、第二実施形態に係る保持器１０の一部を径方向外側から見た図である。図８は、第二実施形態に係る保持器１０の一部を周方向から見た図である
　本実施形態の保持器１０は、主部２０の底面２０ａに軸方向他方側に突出する凸部２３が設けられる構成が、第二実施形態の保持器１０（図１～図４参照）と異なる。その他の構成は、第一実施形態と同一であるので、同一の符号を付すことでその説明を省略又は簡略化する。
　凸部２３は、周方向に隣り合う柱部３０，３０の間において、主部２０の底面２０ａから軸方向他方側（下方。図７中の上下方向において爪部３１が延びる方向とは反対方向。）に突出する。すなわち、主部２０の底面２０ａは、複数のポケット４０の下方に、周方向に所定間隔で形成された複数の凸部２３を有している。
　凸部２３は、少なくとも一部が、周方向及び径方向においてポケット４０と重なることが好ましい。とりわけ、凸部２３が設けられる周方向範囲および径方向範囲が、ポケット４０を構成する主部２０の球状凹面２１が設けられる周方向範囲および径方向範囲と略同一であることが好ましい。
　なお、凸部２３が設けられる周方向範囲が広すぎると、実質的に第一実施形態と同じ構造になり、後述する組み込み時の爪部３１に発生するひずみを低減する効果があまり得られない。また、凸部２３が設けられる周方向範囲が狭すぎると、凸部２３の周方向両端部の根本部と球状凹面２１との最短距離が小さくなり、遠心力により、ポケット４０に発生する応力が、ポケット底よりも高くなってしまう。また、凸部２３が設けられる径方向範囲が、球状凹面２１が設けられる径方向範囲と略同一であることによって、段差をなくし、段差での高い応力の発生を抑えられる。従って、凸部２３が設けられる周方向範囲および径方向範囲が、ポケット４０を構成する主部２０の球状凹面２１が設けられる周方向範囲および径方向範囲と略同一であることが好ましい。
　本実施形態の凸部２３の径方向幅および周方向幅は、ポケット４０の径方向幅（主部２０の径方向幅）および周方向幅と略同一である。
　第二実施形態の保持器１０によれば、第一実施形態と比較して遠心力により発生する応力や変形を抑制する効果についてはそれほど変わりないが、保持器１０を内輪３、外輪５、玉６からなる玉軸受１に組み込む際に効果を発揮する。すなわち、保持器１０の爪部３１に発生するひずみが低減される。
（実施例１）
　第一及び第二実施形態の効果を確かめるために、有限要素法による解析を実施した。本解析では、第一及び第二実施形態の保持器１０並びに従来例（図１３～図１５参照）の保持器１００を回転させた際に、遠心力により保持器１０，１００に発生する最大主応力分布を算出した。
　従来例の保持器１００の径方向幅は３．３ｍｍとした。第一及び第二実施形態の保持器１０において、ポケット４０の底部の径方向幅Ｔは３．３ｍｍとした。第二実施形態の保持器１０において、凸部２３の軸方向幅は、０．５ｍｍとした。全ての保持器１０，１００の軸方向幅は、同一とした。
　保持器１０，１００の材料物性値は、ヤング率：７２１０ＭＰａ、ポアソン比：０．４、密度：１．２７ｇ／ｃｍ３とした。条件として、保持器回転数は１．７万ｒｐｍとした。図９（ａ）～（ｃ）は、遠心力により保持器１０，１００に発生する最大主応力分布を示す図である。図９（ａ）は従来例の保持器１００、図９(ｂ)は第一実施形態の保持器１０、図９（ｃ）は第二実施形態の保持器１０に相当する。ここで、応力値は相対値とした。従来例の保持器１００にもっとも大きな応力が発生しているのがわかる。これに対して、第一及び第二実施形態の保持器１００は、従来例の保持器１００と比較して、ポケット底に発生する応力が半分以下に抑制されていることがわかる。
　保持器が回転すると遠心力が働き、保持器は径方向外向きに広がろうとする。遠心力の大きさは、保持器の質量、回転中心から保持器までの距離、回転速度等によって決まる。冠型保持器は、各ポケットが主部によって接続されているため、遠心力が働くと、主部を中心に、爪部に働く遠心力によって、爪部は径方向外向きに倒れようとする。従来の保持器１００に比べて、第一及び第二実施形態の保持器１０は、爪部３１の径方向幅が小さいため、質量が小さくなり、爪部３１に働く遠心力はその分、小さくなる。そのため、爪部３１が倒れにくくなり、ポケット底に発生する応力が低減すると考えられる。
（実施例２）
　主部２０の底面２０ａに凸部２３のない第一実施形態の保持器１０と、主部２０の底面２０ａに凸部２３のある第二実施形態の保持器１０を、内輪３、外輪５、玉６からなる玉軸受１に組み込む際に保持器１０の爪部３１に発生するひずみを有限要素法による解析を実施し、算出した。図１０は、解析用のモデルを説明するための図である。図１０に示すように、解析用のモデルにおいては、保持器１０の一部分を取り出し、玉６を少しずつ押し込んでいった。
　図１１（ａ）及び（ｂ）は、第一及び第二実施形態の保持器１００における、ひずみが最大となったときのひずみ分布を示す図である。図１１（ａ）の第一実施形態の保持器１０の爪部３１に発生するひずみの最大値は１．９％、図１１（ｂ）の保持器１０の爪部３１に発生するひずみの最大値は１．２％となり、ひずみは大きく下がったことから、凸部２３を設けることによって、ひずみの低減効果があることがわかる。
　この理由として、図１１（ａ）～（ｂ）に示すように、保持器１０のポケット４０に玉６が押し込まれると、爪部３１は剛性の低い部分を支点Ｐとして円周方向に広がろうとするためであると考えられる。すなわち、支点Ｐが爪部３１の先端部から遠い位置にあるほど、ひずみ発生領域Ｄが広がり、発生するひずみは分散するために最大値が下がるためであると考えられる。
　図１１（ａ）に示した第一実施形態の保持器１０よりも、図１１（ｂ）に示した第二実施形態の保持器１０の方が、爪部３１の先端部から支点Ｐまでの距離が長くなるので、ひずみ発生領域Ｄが広がり、実施例１よりもひずみはさらに下がる。
　なお、第二実施形態の保持器１０は、ナイロン４６やナイロン６６よりも伸びが小さいポリアミド９Ｔ（ＰＡ９Ｔ）、ポリアミド１０Ｔ（ＰＡ１０Ｔ）といった樹脂材料を使用した保持器に適用すると、ひずみを減少させることができ好適である。
　以上、図面を参照しながら各種の実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
　なお、本出願は、２０２２年４月１５日出願の日本特許出願（特願２０２２－０６７９０４）に基づくものであり、その内容は本出願の中に参照として援用される。
１　玉軸受
２　内輪軌道
３　内輪
４　外輪軌道
５　外輪
６　玉
７　シールド板
１０　玉軸受用冠型保持器
２０　主部
２０ａ　底面
２０ｂ　外周面
２１　球状凹面
２３　凸部
３０　柱部
３０ａ　外周面
３１　爪部
３１ａ　周方向第一面
３１ｂ　周方向第二面
３３　接続部
３３ａ　上面
３５　入口部
４０　ポケット
Ｈ，ｈ１，ｈ２　軸方向幅

Claims (3)

  1. 　円環状の主部と、
    　前記主部から周方向に所定の間隔で軸方向に突出する複数の柱部と、
    　隣り合う前記柱部の間に形成され、玉を保持可能な球面形状の球状凹面を有するポケットと、
    を備える、玉軸受用冠型保持器であって、
    　前記柱部は、先端部が互いに間隔をあけて配置される一対の爪部と、前記一対の爪部を接続する接続部と、を有し、
    　前記ポケットを構成する隣り合う二つの前記爪部の先端部同士の間には、前記玉の直径より短い幅を有し、かつ、前記玉を挿入するための、入口部が設けられ、
    　前記ポケットの外周面から前記玉軸受用冠型保持器の中心までの距離は、前記柱部の外周面から前記中心までの距離よりも大きいことを特徴とする玉軸受用冠型保持器。
  2. 　前記主部の底面には、軸方向に突出する凸部が設けられ、
    　前記凸部は、少なくとも一部が、周方向及び径方向において前記ポケットと重なる
    請求項１に記載の玉軸受用冠型保持器。
  3. 　外輪と、
    　内輪と、
    　前記外輪と、前記内輪と、の間に配置された複数の前記玉と、
    　請求項１又は２に記載の玉軸受用冠型保持器と、
    を備える、玉軸受。
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