特開 2024-100539 ラジアル針状ころ軸受

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024100539

(43)【公開日】2024-07-26

(54)【発明の名称】ラジアル針状ころ軸受

(51)【国際特許分類】

   F16C 19/46 20060101AFI20240719BHJP

   F16C 33/34 20060101ALI20240719BHJP

【ＦＩ】

F16C19/46

F16C33/34

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023004612

(22)【出願日】2023-01-16

(71)【出願人】

【識別番号】000004204

【氏名又は名称】日本精工株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100088155

【弁理士】

【氏名又は名称】長谷川 芳樹

(74)【代理人】

【識別番号】100113435

【弁理士】

【氏名又は名称】黒木 義樹

(74)【代理人】

【識別番号】100140442

【弁理士】

【氏名又は名称】柴山 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100122781

【弁理士】

【氏名又は名称】近藤 寛

(72)【発明者】

【氏名】渡邉 真

(72)【発明者】

【氏名】大野 崇

【テーマコード（参考）】

3J701

【Ｆターム（参考）】

3J701AA14

3J701AA24

3J701AA32

3J701AA42

3J701AA52

3J701AA62

3J701BA09

3J701BA34

3J701BA49

3J701FA32

3J701FA38

3J701GA11

3J701XB03

3J701XB11

3J701XB23

3J701XB26

(57)【要約】

【課題】ころによる保持器の摺動摩耗を軽減するラジアル針状ころ軸受を提供することを目的とする。
【解決手段】ラジアル針状ころ軸受１は、複数のころ３と、円筒状の本体部７と、本体部７の軸方向における両端から径方向内側に向けて張出し軸方向に直交する円環板状をなす一対のフランジ部内面９ａ，９ａと、を有し、本体部７を径方向に貫通する複数のポケット１１の各々にころ３を収容して保持する保持器５と、を備える。ころ３の両端部１５，１５は、軸方向で各フランジ部内面９ａ，９ａに対面しており、ころ３の自転軸線１３上に位置する丸められた形状のピーク１７を有しており、ころ３が保持器５に対して軸方向に相対変位したときに、ころ３の端部１５がフランジ部内面９ａに対して接触する。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

複数のころと、
円筒状の本体部と、前記本体部の軸方向における両端から径方向内側に向けて張出し、前記軸方向に直交するフランジ部内面を含む一対のフランジ部と、を有し、前記本体部を径方向に貫通する複数のポケットの各々に前記ころを収容して保持する保持器と、を備えるラジアル針状ころ軸受であって、
前記ころの少なくとも一方の端部は、前記軸方向で各前記フランジ部内面に対面しており、前記ころの自転軸線上に位置する丸められた形状のピークを有しており、
前記ころが前記保持器に対して前記軸方向に相対変位したときに、前記ころの前記端部が前記フランジ部内面に接触する、ラジアル針状ころ軸受。

【請求項2】

前記自転軸線上における前記ころの長さをＬ１とし、
前記ころのうち前記ポケットの両端縁面同士の間に前記軸方向に挟まれて存在する部位の前記軸方向における長さをＬ２とし、
前記自転軸線上における一対の前記フランジ部内面同士の間の距離をＬ３とし、
前記軸方向における前記両端縁面同士の間の距離をＬ４としたとき、
Ｌ３－Ｌ１＜Ｌ４－Ｌ２
が満足される、請求項１に記載のラジアル針状ころ軸受。

【請求項3】

前記ころの前記端部の表面が、前記自転軸線上に中心をもつ球面をなす、請求項１又は２に記載のラジアル針状ころ軸受。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ラジアル針状ころ軸受に関するものである。

【背景技術】

【0002】

従来のラジアル針状ころ軸受として、例えば下記特許文献１に記載のものが知られている。この種のラジアル針状ころ軸受は、細長い形状の複数のころと、複数のころを保持する円環状の保持器と、を備えている。保持器にはころを収容するポケットが周方向に等間隔で形成されている。ポケットは、ころの形状に対応して軸方向に細長い形状をなし、保持器を径方向に貫通するように形成されている。各ポケットにころが１つずつ収容されることで、複数のころが互いの周方向間隔を保って保持器に保持される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】実開昭50-061234号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

この種のラジアル針状ころ軸受では、使用条件や回転軸のたわみにより、ころが保持器に対して軸方向に相対的に変位する場合がある。そして、ころの軸方向端部がポケットの端縁面に接触し、ころが回転しながらポケット端縁面を軸方向に押すという挙動が発生し得る。これにより、ポケット端縁面において保持器が摺動摩耗する場合がある。この問題に鑑み、本発明は、ころによる保持器の摺動摩耗を軽減するラジアル針状ころ軸受を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0005】

本発明の要旨は次の通りである。

【0006】

〔１〕複数のころと、円筒状の本体部と、前記本体部の軸方向における両端から径方向内側に向けて張出し、前記軸方向に直交するフランジ部内面を含む一対のフランジ部と、を有し、前記本体部を径方向に貫通する複数のポケットの各々に前記ころを収容して保持する保持器と、を備えるラジアル針状ころ軸受であって、前記ころの少なくとも一方の端部は、前記軸方向で各前記フランジ部内面に対面しており、前記ころの自転軸線上に位置する丸められた形状のピークを有しており、前記ころが前記保持器に対して前記軸方向に相対変位したときに、前記ころの前記端部が前記フランジ部内面に接触する、ラジアル針状ころ軸受。

【0007】

このラジアル針状ころ軸受によれば、ころが保持器に対して軸方向に相対変位したときに、ころの端部はフランジ部内面に対して接触する。従って、ころがポケットの端縁面に干渉することが避けられ、端縁面の摺動摩耗が回避される。また、ころの端部が丸められた形状のピークを有するので、当該端部のフランジ部内面への接触の態様は、上記ピークにおける点接触である。また、当該ピークは自転軸線上に位置するので周速がゼロの点である。従って、ころの端部の接触によってフランジ部内面に生じる摺動摩耗は小さく抑えられる。以上により、ころによる保持器の摺動摩耗が軽減される。

【0008】

〔２〕前記自転軸線上における前記ころの長さをＬ１とし、前記ころのうち前記ポケットの両端縁面同士の間に前記軸方向に挟まれて存在する部位の前記軸方向における長さをＬ２とし、前記自転軸線上における一対の前記フランジ部同士の間の距離をＬ３とし、前記軸方向における前記両端縁面同士の間の距離をＬ４としたとき、
Ｌ３－Ｌ１＜Ｌ４－Ｌ２
が満足される、〔１〕に記載のラジアル針状ころ軸受。

【0009】

寸法Ｌ１～Ｌ４の上記のような関係によれば、ころが保持器に対して軸方向に相対変位したときに、ころの端部がフランジ部内面に対して接触し、ころがポケットの端縁面に干渉しない、といったことが実現される。

【0010】

〔３〕前記ころの前記端部の表面が、前記自転軸線上に中心をもつ球面をなす、〔１〕又は〔２〕に記載のラジアル針状ころ軸受。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、ころによる保持器の摺動摩耗を軽減するラジアル針状ころ軸受を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本実施形態のラジアル針状ころ軸受の斜視図である。

【図2】使用状態のラジアル針状ころ軸受において回転軸線を含む断面の断面図である。

【図3】図２におけるころの近傍を拡大して示す断面図である。

【図4】保持器の製造途中を示す断面図である。

【図5】（ａ）は、従来のラジアル針状ころ軸受のポケット端縁面近傍を拡大して示す断面図であり、（ｂ）は、本実施形態のラジアル針状ころ軸受のポケット端縁面近傍を拡大して示す断面図である。

【図6】任意のころの端部の、自転軸線を含む断面を拡大して示す断面図である。

【図7】（ａ），（ｂ）は、それぞれ変形例に係るラジアル針状ころ軸受のころ近傍を拡大して示す断面図である。

【図8】他の変形例に係るラジアル針状ころ軸受のポケット端縁面近傍を拡大して示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、図面を参照しながら本発明に係るラジアル針状ころ軸受の実施形態について詳細に説明する。互いに同一又は同等の構成要素には図面で同一の符号を付して、重複する説明を省略する。図面では必要に応じて部位の特徴を誇張して示す場合があるので、各図面に示される部位の寸法比は実物や他の図面との間で必ずしも一致しない。図１は、本実施形態のラジアル針状ころ軸受１（以下では単に「軸受１」という）の斜視図である。図２は、使用状態の軸受１を示し、当該軸受１の回転軸線Ａを含む断面の断面図である。図３は、図２におけるころ３の近傍を拡大して示す断面図である。以下の説明において、断りなく「軸方向」、「径方向」、「周方向」というときには、それぞれ、軸受１の回転軸線方向、回転径方向、回転周方向を意味するものとする。

【0014】

軸受１は、ケージ＆ローラと呼ばれるタイプの軸受であり、複数のころ３と、これらの複数のころを保持する保持器５と、を備えている。軸受１は、図２に使用状態が示されているように、所定の構造物の軸受孔９０の内周面９１（以下では単に「軸受孔内周面９１」という）と、当該軸受孔９０で軸支される回転軸９２の外周面９３（以下では単に「回転軸外周面９３」という）と、の間に挿入されて使用される。このような軸受１は、例えば、産業用ロボットの偏心揺動型歯車減速機等に使用される。

【0015】

ころ３は、例えばＪＩＳに規定される細長い形状の針状ころであるが、ＪＩＳに規定される針状ころの範囲を多少超える形状のものであってもよい。ころ３は、長手方向を軸方向に向けた状態で上記の軸受孔内周面９１と回転軸外周面９３との間に挟み込まれ、回転軸９２の回転に伴って自軸周りに自転しながら回転軸９２の周囲を公転する。

【0016】

保持器５は、コ字形の断面形状をもつ「門型保持器」等と呼ばれるタイプの保持器である。保持器５は、軸受孔内周面９１と回転軸外周面９３との隙間に配置可能な円環状をなしており、軸受孔９０及び回転軸９２と同軸に配置される。保持器５は、プレス加工で製作されるプレス保持器であってもよく、旋削加工で製作される旋削保持器であってもよく、円環状に丸めた鋼板の端部同士を溶接して製作される溶接保持器であってもよい。

【0017】

保持器５は、円筒状の本体部７と、本体部７の軸方向両端に設けられた一対のフランジ部９，９と、を有している。保持器５の本体部７には、ころ３を保持するためのポケット１１が周方向に等間隔に複数設けられている。ポケット１１は、本体部７の円筒壁を径方向に貫通する貫通孔として形成され、保持器５の軸方向における中央に配置され、軸方向に細長く延びる矩形を呈している。

【0018】

フランジ部９は、本体部７の軸方向端部から径方向内側に向けて張出すように設けられている。フランジ部９は、軸方向に直交する平板状をなし、円環の板状をなしている。この２つのフランジ部９，９の中央の穴に、回転軸９２が軸方向に挿通される。このような保持器５の各ポケット１１にころ３が１つずつ収容されることで、複数のころ３が周方向に等間隔に配置される。軸受１の回転時には、各ころ３の公転に追従して保持器５が回転軸９２の周りを回転し、ころ３同士の周方向間隔が維持される。

【0019】

保持器５は、外径案内方式の保持器として使用される。すなわち、保持器５の本体部７の外周面７ａは軸受孔内周面９１との間に僅かな隙間をあけて位置する。そして、保持器５の回転時には、本体部７の外周面７ａが軸受孔内周面９１によって案内され、保持器５の径方向位置が安定する。ポケット１１内のころ３は、外周面７ａと軸受孔内周面９１との間の隙間分だけポケット１１から径方向外側に突出して軸受孔内周面９１に当接する。また、ころ３は、フランジ部９，９の内周縁部９ｂよりも径方向内側に突出して回転軸外周面９３に当接する。ころ３の自転軸線１３（図３）は、ポケット１１よりも径方向内側に位置しており、フランジ部９，９の内面９ａ，９ａにそれぞれ直交している。以下では、フランジ部９の内面９ａを、単に「フランジ部内面９ａ」という。フランジ部内面９ａは、軸方向に直交する平面をなしている。

【0020】

続いて、本実施形態の軸受１におけるポケット１１、フランジ部９，９、及びころ３について更に詳細に説明する。図３に示されるように、ポケット１１には、ころ３のうち軸受孔内周面９１に近い外周側の部分が挿入されている。ころ３のうちポケット１１内に存在する部位１９（図中に網掛けで示す）は、ポケット１１の軸方向における両方の端縁面１１ａ，１１ａ同士の間に軸方向に挟まれている。以下では、上記のポケット１１の端縁面１１ａを、単に「ポケット端縁面１１ａ」という。また、自転軸線１３上においては、ころ３は、フランジ部内面９ａ，９ａ同士の間に軸方向に挟まれて配置されている。軸方向におけるころ３の両端部１５，１５は、自転軸線１３上において、それぞれ隙間をあけてフランジ部内面９ａ，９ａに軸方向に対面している。

【0021】

ころ３の両端部１５，１５は、自転軸線１３上に位置する丸められた形状のピーク１７を有している。具体的な一例として、図３に例示されるころ３の端部１５は、軸方向に膨らむ半球形状をなしており、端部１５の表面１５ａは球面をなしている。当該球面の中心１５ｃは自転軸線１３上に位置し、当該球面の半径は軸受孔内周面９１と回転軸外周面９３との隙間の半分である。そして、端部１５のピーク１７は、自転軸線１３上に位置している。また、ピーク１７は球面上の一点であるので丸められた形状をなすと言える。なお、図１においては、上記のような端部１５の形状の図示が省略されている。

【0022】

図３に示されるように、自転軸線１３上におけるころ３の長さをＬ１とし、ころ３のうちポケット端縁面１１ａ，１１ａ同士の間に軸方向に挟まれて存在する部位１９の軸方向における長さをＬ２とする。また、自転軸線１３上におけるフランジ部内面９ａ，９ａ同士の間の距離をＬ３とし、軸方向におけるポケット端縁面１１ａ，１１ａ同士の間の距離をＬ４とする。このとき、軸受１においては、
Ｌ３－Ｌ１＜Ｌ４－Ｌ２ …数式（１）
が満足される。なお、数式（１）の左辺（Ｌ３－Ｌ１）は、ころ３とフランジ部９，９との軸方向の隙間の量を示し、数式（１）の右辺（Ｌ４－Ｌ２）は、ころ３とポケット１１との軸方向の隙間の量を示す。

【0023】

上記数式（１）が満足されるので、ころ３が保持器５に対して軸方向に相対変位したときには、ころ３がポケット端縁面１１ａに干渉するよりも前に、ころ３の端部１５がフランジ部内面９ａに突き当たる。このとき、端部１５は自転軸線１３上においてフランジ部内面９ａに対しピーク１７の一点で点接触する。数式（１）が満足されれば、ころ３の保持器５に対する軸方向の相対変位は、ポケット１１によって規制されるのではなく、フランジ部９，９によって規制されていると言える。

【0024】

続いて、以上説明した軸受１で得られる作用効果について説明する。

【0025】

図４は、軸受１の保持器５の製造途中におけるポケット１１近傍を示す断面図である。図に示されるように、この種の軸受１の保持器５を製造するときは、保持器５の本体部７及びフランジ部９，９が形成された後、本体部７を内周側から金型８１で径方向外側に抜き加工することで、ポケット１１が形成される。この製造方法によれば、金型８１とフランジ部内面９ａ，９ａとの間にそれぞれ隙間８３，８３が必要であるので、ポケット端縁面１１ａ，１１ａは、フランジ部内面９ａ，９ａよりも本体部７の軸方向中央側に寄った位置に形成せざるを得ない。そうすると、完成後のポケット端縁面１１ａ，１１ａは、軸方向においてフランジ部内面９ａ，９ａよりもころ３側に張出した位置にある。従って、この種の軸受においては、ころ３が保持器５に対して軸方向に相対変位した場合には、フランジ部内面９ａ，９ａよりもポケット端縁面１１ａ，１１ａにころ３が干渉する傾向がある。

【0026】

例えば、図５（ａ）に示される従来のラジアル針状ころ軸受５１について考える。図５（ａ）は、軸受５１のポケット端縁面１１ａ近傍を拡大して示す断面図である。軸受５１は、略円柱形状のころ５３を有する点で軸受１と相違している。ころ５３は、略平面をなす円柱端面５３ａを有している。このような軸受５１の回転中において、ころ５３が保持器５に対して軸方向に相対変位したときには、図に示されるように、当該ころ５３の円柱端面５３ａがポケット端縁面１１ａに接触する。この場合、円柱端面５３ａのポケット端縁面１１ａへの接触箇所は、自転軸線１３から離れた箇所であり、ある程度の周速を持つ箇所である。従って、ころ５３の上記接触箇所がポケット端縁面１１ａに摺動し、ポケット端縁面１１ａの摺動摩耗が生じる。

【0027】

特に、この種の軸受が産業用ロボットの偏心揺動型歯車減速機等に使用される場合には、使用条件や回転軸９２（図２）のたわみによって軸受にスラスト荷重が加わり、軸方向に並ぶ軸受の保持器５同士が干渉したり、ころが保持器５に対して軸方向に相対変位したりし易い。そして、ころが回転しながらポケット端縁面１１ａを軸方向に押すといった挙動が発生し得るので、上記の摺動摩耗が問題になり易い。

【0028】

これに対して、本実施形態の軸受１によれば、前述した通り、ころ３が軸方向に変位したとしてもポケット端縁面１１ａとは干渉しないので、上記のようなポケット端縁面１１ａの摺動摩耗が回避される。すなわち、図５（ｂ）に示されるように、ころ３の端部１５がフランジ部内面９ａに突き当たったときに、端部１５の表面１５ａとポケット端縁面１１ａとの間に隙間Ｇがあいた状態になる。またこのとき、ころ３の端部１５とフランジ部内面９ａとの接触の態様は、自転軸線１３上のピーク１７がフランジ部内面９ａに点接触するものである。そうすると、ころ３のフランジ部内面９ａへの接触箇所（ピーク１７）の周速はゼロであり、従って、ころ３の端部１５の接触によってフランジ部内面９ａに生じる摺動摩耗は小さく抑えられる。よって、軸受１によれば、ころ３による保持器５の摺動摩耗が軽減される。また、回転軸９２（図２）の回転トルクが摩擦損失により低減することが抑制されるので、駆動源の低トルク化を図ることができ省エネルギー化を達成することができる。

【0029】

本発明は、上述した実施形態を始めとして、当業者の知識に基づいて種々の変更、改良を施した様々な形態で実施することができる。また、上述した実施形態に記載されている技術的事項を利用して変形例を構成することも可能である。各実施形態等の構成を適宜組み合わせて使用してもよい。

【0030】

例えば、ころ３の端部１５の形状は、丸められた形状のピーク１７を有し当該ピーク１７が自転軸線１３上に位置するものであればよく、前述のような半球形状には限定されない。ここで、「丸められた形状のピーク１７」について説明する。図６に示されるように、任意のころの端部１５の、自転軸線１３を含む断面を考え、当該断面内で端部１５の表面１５ａ上の任意の点Ｐにおける端部１５の接線Ｔを考える。ピーク１７が「丸められた形状」であるとは、ピーク１７の近傍において当該ピーク１７を通過するように端部１５の表面１５ａ上で点Ｐを移動させたときに、接線Ｔの傾きが連続的に変化し、ピーク１７における接線Ｔが自転軸線１３に直交する状態であることを言う。

【0031】

例えば、ピーク１７が「丸められた形状」である場合の一例として、ピーク１７の近傍における端部１５の表面１５ａが、自転軸線１３上に中心をもつ球面をなすものであってもよい。この場合、上記球面の半径が、例えば、ころ３の半径（軸受孔内周面９１と回転軸外周面９３との隙間の半分）の０．１倍以上であれば好ましい。端部１５の表面１５ａは球面をなすものには限られず、表面１５ａが例えば回転楕円面をなすものであってもよい。また例えば、図７（ａ）に示されるように、端部１５のうちのピーク１７の近傍の部分のみが丸められた形状であってもよい。図７（ａ）に示される端部１５の表面１５ａのピーク１７近傍は、自転軸線１３上に中心１５ｃをもつ球面をなしている。

【0032】

また、軸受１には、保持器５に代えて図７（ｂ）に示される保持器６１が用いられてもよい。保持器６１は、本体部６３の軸方向中央部が縮径されてなる縮径部６５を有し、保持器６１の断面はＭ字形を呈している。このような保持器６１は「Ｍ型保持器」等と呼ばれる。また、本発明は、軸受１のようなケージ＆ローラには限られず、シェル型のラジアル針状ころ軸受や、ソリッド型のラジアル針状ころ軸受にも適用することができる。

【0033】

また、前述の数式（１）が満足されるためには、ころ３の端部１５の形状は半球形状には限定されず、種々の形状が採用可能である。例えば、図８に示されるような特殊な端部１５の形状が採用されてもよい。図８に示される端部１５では、当該端部１５のうちポケット端縁面１１ａに軸方向に対面する部分が、当該ポケット端縁面１１ａから離れるように僅かに凹んだ形状をなしている。

【0034】

また、自転軸線１３上に位置する丸められた形状のピーク１７を有しているといった特徴や、ころ３が保持器５に対して軸方向に相対変位したときに端部１５がフランジ部内面９ａに突き当たるといった特徴は、必ずしもころ３の両方の端部１５に適用される必要はなく、一方の端部１５のみに適用されてもよい。

【符号の説明】

【0035】

１…ラジアル針状ころ軸受、３…ころ、５，６１…保持器、７，６３…本体部、９…フランジ部、１１…ポケット、１１ａ…端縁面、１３…自転軸線、１５…端部、１５ａ…表面、１７…ピーク、１９…部位。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】