特開 2024-123456 ころ軸受用保持器、保持器付きころおよびころ軸受

(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】P2024123456

(43)【公開日】2024-09-12

(54)【発明の名称】ころ軸受用保持器、保持器付きころおよびころ軸受

(51)【国際特許分類】

   F16C 33/48 20060101AFI20240905BHJP

   F16C 19/26 20060101ALI20240905BHJP

   F16C 19/46 20060101ALI20240905BHJP

【ＦＩ】

F16C33/48

F16C19/26

F16C19/46

【審査請求】未請求

【請求項の数】7

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023030885

(22)【出願日】2023-03-01

(71)【出願人】

【識別番号】000102692

【氏名又は名称】ＮＴＮ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100130513

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 直也

(74)【代理人】

【識別番号】100074206

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 文二

(74)【代理人】

【識別番号】100130177

【弁理士】

【氏名又は名称】中谷 弥一郎

(72)【発明者】

【氏名】早野 裕一

【テーマコード（参考）】

3J701

【Ｆターム（参考）】

3J701AA13

3J701AA14

3J701AA24

3J701AA32

3J701AA42

3J701AA52

3J701AA62

3J701BA34

3J701BA44

3J701BA47

3J701BA49

3J701BA50

3J701EA02

3J701FA04

3J701FA46

3J701XB14

3J701XB26

(57)【要約】

【課題】ころの組込性に影響を与えることなく、ころの離脱を防止できるように寸法設計されたころ軸受用保持器を提供する。
【解決手段】鋼製Ｍ型保持器について、柱の長さＬ、周方向幅の最小値Ｗおよび径方向厚さＴのみを変数とする柱の変形剛性パラメータを設定し、その変形剛性パラメータところ離脱力の関係を計算と実験によって求め、柱の長さＬが２０ｍｍ以上のものに対して、保持器付きころの運搬中や取扱中に想定される外力（１５Ｎ）を受けてもころが離脱しない柱の径方向厚さＴの範囲を次のように決定した。
Ｔ≧０．０９Ｌ／Ｗ^２
この式に基づいて柱の径方向厚さＴを設定することにより、保持器付きころを組み立てる際のころの組込性を確保しつつ、ころの離脱を防止することができる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸方向で互いに対向するように配置される一対の円環部（２）と、前記両円環部（２）の間で軸方向に延びて両円環部（２）を連結する複数の柱（３）と、前記各円環部（２）の軸方向外側端部から内径側に延びる一対の環状の鍔部（４）とを備え、
前記両円環部（２）の軸方向内側面と前記各柱（３）の周方向側面とによって、ころ（１０）を保持するポケット（５）が複数形成されており、
前記柱（３）は、前記各円環部（２）に接続される一対の柱端部（３ａ）と、軸方向中央領域で前記柱端部（３ａ）よりも内径側に位置する柱中央部（３ｂ）と、前記各柱端部（３ａ）と前記柱中央部（３ｂ）とを連結する柱傾斜部（３ｃ）とを備え、
前記各柱端部（３ａ）には、それぞれの周方向両側から前記ポケット（５）に向かって突出して、ころ（１０）の外径側への離脱を阻止するための爪（３ｄ）が設けられており、
前記柱中央部（３ｂ）の周方向両側部は、前記ポケット（５）の周方向寸法が内径側ほど小さくなるように形成されて、ころ（１０）の内径側への離脱を阻止するためのころ止め部（３ｅ）となっており、
全体が鋼製である断面Ｍ字状のころ軸受用保持器（１）において、
前記柱（３）の径方向厚さをＴ（単位：ｍｍ）、前記柱（３）の長さをＬ（単位：ｍｍ）、前記柱（３）の周方向幅の最小値をＷ（単位：ｍｍ）とするとき、
前記柱（３）の長さＬが２０ｍｍ以上であり、前記柱（３）の径方向厚さＴが
Ｔ≧０．０９Ｌ／Ｗ^２
となるように設定されていることを特徴とするころ軸受用保持器（１）。

【請求項2】

前記ポケット（５）の周方向寸法の最小値が、前記ころ（１０）の外径の９７～９８％である請求項１に記載のころ軸受用保持器（１）。

【請求項3】

前記ころ止め部（３ｅ）の軸方向長さが、前記ころ（１０）の長さの０．３５倍を超える請求項１または２に記載のころ軸受用保持器（１）。

【請求項4】

全体がＪＩＳ規格のＳ１５Ｃに相当する機械構造用炭素鋼鋼材または冷間圧延鋼板で一体形成されている請求項１または２に記載のころ軸受用保持器（１）。

【請求項5】

前記柱（３）の径方向厚さＴが、前記柱（３）の周方向幅の最小値Ｗよりも小さく設定されている請求項１または２に記載のころ軸受用保持器（１）。

【請求項6】

請求項１または２に記載のころ軸受用保持器（１）と、前記ころ軸受用保持器（１）のポケット（５）に保持されるころ（１０）とを備えた保持器付きころ。

【請求項7】

請求項６に記載の保持器付きころと、前記ころ（１０）が転接する軌道輪（１１、１２）とを備えたころ軸受。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、針状ころ等のころを保持するころ軸受用保持器と、その保持器を用いた保持器付きころおよびころ軸受に関する。

【背景技術】

【0002】

ころ軸受用保持器（以下、単に「保持器」とも称する。）には、ころをポケットに組み込んだ保持器付きころとして組み立てられた状態で取り扱われ、軌道輪（外輪や内輪）に組み付けられたり、軌道輪を介さずに機械装置に組み込まれたりするものがある。その保持器付きころは、運搬中、あるいは軌道輪への組み付けや機械装置への組み込み作業の際にころが保持器から離脱すると、それらの作業の効率を低下させてしまう。このため、通常は、保持器のポケットの周方向両側壁を形成する柱の周方向両側面の外径側および内径側に突部（ころ止め部）を形成したり、ポケットの周方向幅を内径側でころ外径よりも小さくしたりして、ころの離脱を防止するようにしている。

【0003】

しかし、保持器付きころの運搬中や取扱中に保持器からのころの離脱を確実に防止できるようにするために、保持器の柱の周方向両側面からのころ止め部の突出量を大きくしたり、ポケットの内径側の周方向幅を小さくしたりすると、ころを保持器に組み込む際に、保持器を大きく弾性変形させることが必要になって保持器付きころの組立性が低下するうえ、ころの疵付きや保持器の塑性変形が生じてしまうおそれがある。

【0004】

これに対し、特許文献１では、保持器のポケットの軸方向両側壁を形成する一対の円環部の軸方向外側端部から内径側に延びる鍔部（フランジ部）を、ポケットに対向する周方向領域の径方向寸法が柱に対向する周方向領域よりも大きくなるように形成することにより、ころの離脱を防止することが提案されている。

【0005】

また、特許文献２では、保持器の柱の変形剛性等を考慮してポケットの周方向寸法（ポケット幅寸法）を規定することにより、ころの離脱防止と保持器への組込性（保持器付きころの組立性）を両立することが提案されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0006】

【特許文献1】特開２００６－２４２２３０号公報

【特許文献2】特開２００８－２８６２７９号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上記特許文献１で提案されている保持器の構成は、鍔部の径方向寸法が小さい場合にころが軸方向に対して傾いた姿勢となって鍔部の内径側から離脱することを防止するものと考えられる。しかし、保持器付きころの運搬中や取扱中に落下等による衝撃を受けた際のころの離脱に対する効果は不明である。

【0008】

一方、上記特許文献２で提案されている保持器は、保持器付きころが衝撃を受けたときのエネルギの釣り合い式に基づいて、落下時にもころが離脱しないためのポケット幅寸法を規定している。しかし、そのエネルギの釣り合い式に用いられる柱の変形剛性の決定方法は、有限要素法による静的な構造解析等により求めるとしており、その詳細については記載されていない。

【0009】

そこで、この発明は、ころの組込性に影響を与えることなく、ころの離脱を防止できるように寸法設計されたころ軸受用保持器と、その保持器を用いた保持器付きころおよびころ軸受を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

この発明の発明者らは、上記の課題を解決するためには保持器の柱の変形剛性を大きくすることが有効であると考えた。また、その変形剛性に影響する柱の寸法のうち、柱の長さは保持器付きころの組込スペースに、柱の周方向幅はころの組込本数にそれぞれ設計上の制約を受けるが、柱の径方向厚さはころの離脱を防止できるように適切に設計することができるという点に着目した。

【0011】

そして、柱の変形剛性について柱寸法（長さ、周方向幅、径方向厚さ）のみを変数とする新たなパラメータを設定するとともに、特定のタイプの保持器、具体的には「Ｍ型保持器」と呼ばれる断面Ｍ字状の鋼製保持器について、ころを保持器の内径側へ離脱させるのに要する力（以下、「ころ離脱力」と称する。）を有限要素法で計算し、その柱の変形剛性パラメータところ離脱力計算値の関係、およびころ離脱力計算値と実験で求めたころ離脱力実測値の関係から、ころ離脱力が保持器付きころの運搬中や取扱中に作用すると想定される外力以上となる柱寸法の範囲を決定した。これにより、鋼製Ｍ型保持器について、柱の長さおよび周方向幅が設計上の制約で決まっている場合でも、ころの組込性に影響を与えることなく、ころの離脱を防止できるように柱の径方向厚さを設計することができる。

【0012】

ここで、上記の課題解決の対象とする保持器は、一般的なＭ型保持器のうちで柱が長いとされる範囲のもの、具体的には柱の長さが２０ｍｍ以上のものとした。これは、柱が長いほど、すなわち保持器に保持されるころの長さが長いほど、ころが保持器から離脱する事象が生じやすいからである。

【0013】

また、保持器付きころに作用する外力は、保持器付きころが組み立てられた後、軌道輪に組み付けられるか、機械装置に組み込まれるまでの間での、保持器付きころを収容した包装箱の落下やフォークリフトの爪の衝突によるものと想定した。そして、その落下による衝撃や衝突を再現した実験を行い、その実験結果に基づいて保持器付きころに作用する外力を１５Ｎに設定している。

【0014】

上記の技術的アプローチの結果、この発明のころ軸受用保持器の具体的な構成は、軸方向で互いに対向するように配置される一対の円環部と、前記両円環部の間で軸方向に延びて両円環部を連結する複数の柱と、前記各円環部の軸方向外側端部から内径側に延びる一対の環状の鍔部とを備え、前記両円環部の軸方向内側面と前記各柱の周方向側面とによって、ころを保持するポケットが複数形成されており、前記柱は、前記各円環部に接続される一対の柱端部と、軸方向中央領域で前記柱端部よりも内径側に位置する柱中央部と、前記各柱端部と前記柱中央部とを連結する柱傾斜部とを備え、前記各柱端部には、それぞれの周方向両側から前記ポケットに向かって突出して、ころの外径側への離脱を阻止するための爪が設けられており、前記柱中央部の周方向両側部は、前記ポケットの周方向寸法が内径側ほど小さくなるように形成されて、ころの内径側への離脱を阻止するためのころ止め部となっており、全体が鋼製である断面Ｍ字状のころ軸受用保持器において、前記柱の径方向厚さをＴ（単位：ｍｍ）、前記柱の長さをＬ（単位：ｍｍ）、前記柱の周方向幅の最小値をＷ（単位：ｍｍ）とするとき、前記柱の長さＬが２０ｍｍ以上であり、前記柱の径方向厚さＴが
Ｔ≧０．０９Ｌ／Ｗ^２
となるように設定されているものとしたのである（構成１）。

【0015】

上記構成１のころ軸受用保持器では、柱の径方向厚さを適切に設定することによって、保持器付きころを組み立てる際のころの組込性を確保しつつ、保持器付きころの運搬中や取扱中のころの離脱を防止することができる。

【0016】

上記構成１においては、前記ポケットの周方向寸法の最小値を、前記ころの外径の９７～９８％とすることが望ましい（構成２）。このようにすれば、より確実にころの組込性を確保しつつころの保持器内径側への離脱を防止することができる。

【0017】

また、この発明は、上記構成１または２において、前記ころ止め部の軸方向長さが、前記ころの長さの０．３５倍を超えるころ軸受用保持器（構成３）、構成１乃至３のいずれかにおいて、全体がＪＩＳ規格のＳ１５Ｃに相当する機械構造用炭素鋼鋼材または冷間圧延鋼板で一体形成されているころ軸受用保持器（構成４）、構成１乃至４のいずれかにおいて、前記柱の径方向厚さＴが、前記柱の周方向幅の最小値よりも小さく設定されているころ軸受用保持器（構成５）において、特に有効に適用できる。

【0018】

そして、この発明の保持器付きころは、上記構成１乃至５のいずれかのころ軸受用保持器と、前記ころ軸受用保持器のポケットに保持されるころとを備えたものである（構成６）。

【0019】

また、この発明のころ軸受は、上記構成６の保持器付きころと、前記ころが転接する軌道輪とを備えたものである（構成７）。

【発明の効果】

【0020】

この発明によれば、上述したように、鋼製Ｍ型保持器と、その保持器を用いた保持器付きころおよびころ軸受について、保持器の柱の径方向厚さを適切に設計して、保持器付きころを組み立てる際のころの組込性に影響を与えることなく、保持器付きころの運搬中や取扱中のころの離脱を防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】この発明の実施形態の保持器の外観斜視図

【図2】図１の保持器のポケットにころを組み込んだ実施形態の保持器付きころの要部の縦断正面図

【図3】図２のIII－III線に沿った断面図

【図4】保持器付きころにおける保持器の柱の変形剛性パラメータところ離脱力計算値の関係を示すグラフ

【図5】保持器付きころにおけるころ離脱力計算値ところ離脱力実測値の関係を示すグラフ

【図6】図２の保持器付きころを軌道輪に組み付けた実施形態のころ軸受の縦断正面図

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、図面に基づきこの発明の実施形態を説明する。この実施形態のころ軸受用保持器１は、図１および図２に示すように、軸方向で互いに対向するように配置される一対の円環部２と、両円環部２の間で軸方向に延びて両円環部２を連結する複数の柱３と、各円環部２の軸方向外側端部から内径側に延びる一対の環状の鍔部４とからなり、両円環部２の軸方向内側面と各柱３の周方向側面とによって形成される複数のポケット５のそれぞれにころ１０を保持するＭ型保持器である。また、この保持器１は、一定の板厚の冷間圧延鋼板を素材としており、その冷間圧延鋼板にプレス打抜き加工を施してポケット５を形成した梯子状の中間品の両端どうしを溶接することにより、全体が一体に形成されている。なお、保持器１の素材には、ＪＩＳ規格のＳ１５Ｃに相当する機械構造用炭素鋼鋼材を用いてもよい。

【0023】

この保持器１の柱３は、各円環部２に接続される一対の柱端部３ａと、軸方向中央領域で柱端部３ａよりも内径側に位置する柱中央部３ｂと、各柱端部３ａと柱中央部３ｂとを連結する柱傾斜部３ｃとを備えており、径方向厚さＴが周方向幅の最小値Ｗよりも小さく設定されている（図３参照）。

【0024】

そして、図１および図３に示すように、各柱端部３ａには、それぞれの周方向両側からポケット５に向かって突出して、ころ１０の保持器１外径側への離脱を阻止するための爪３ｄが設けられている。

【0025】

また、図３に示すように、柱中央部３ｂの周方向両側部は、ポケット５の周方向寸法が内径側ほど小さくなるように形成されて、ころ１０の保持器１内径側への離脱を阻止するためのころ止め部３ｅとなっている。ころ止め部３ｅ（柱中央部３ｂ）の軸方向長さＬ１は、ころ１０の長さの０．３５倍を超えるように形成されており（図２参照）、ポケット５の周方向寸法の最小値（周方向で対向するころ止め部３ｅどうしの間の隙間）Ｌ２は、ころ１０の組込性を確保しつつころ１０の離脱を効果的に防止できるように、ころ１０の外径の９７～９８％に設定されている。

【0026】

また、この保持器１では、以下に詳述するように、保持器付きころとして組み立てた状態（図２および図３の状態）で、外力の作用によって柱３が撓みポケット５が周方向にある程度広がっても、ころ１０の離脱を防止できるように、柱３の寸法を規定している。

【0027】

すなわち、まず、この種の一般的な保持器が外力を受けたときの柱のたわみの大きさを決定づける柱の変形剛性について、柱の寸法（長さ、周方向幅、径方向厚さ）のみを変数とする新たなパラメータ（以下、「変形剛性パラメータ」と称する。）Ｋを、下記（１）式のように設定した。
Ｋ＝（Ｗ^２Ｔ）／（６Ｌ）・・・（１）
ここで、ＷおよびＴは前述の通り柱の周方向幅の最小値および柱の径方向厚さであり、Ｌは柱の長さである（図２参照）。また、そのＷ、Ｔ、Ｌの単位はｍｍである。

【0028】

次に、柱の寸法を種々変更して（ただし、柱の長さＬは２０ｍｍ以上）、ころを保持器の内径側へ離脱させるのに要する力（ころ離脱力）を有限要素法で計算した。以下、その計算結果をころ離脱力計算値Ｆｃと称する。

【0029】

ここで、柱の長さＬを２０ｍｍ以上に限定したのは、前述のように、柱が長いほど（ころの長さが長いほど）、ころが保持器から離脱しやすく、一般的なＭ型保持器ではＬ≧２０ｍｍであると柱が長い部類に入るとされるからである。

【0030】

前記変形剛性パラメータＫところ離脱力計算値Ｆｃ（単位：Ｎ）の関係を図４に示す。ころ離脱力計算値Ｆｃは変形剛性パラメータＫとほぼ比例関係にあり、この関係を最小二乗法による線形回帰分析すると、下記（２）式のようになる。
Ｆｃ＝７８３．４×Ｋ・・・（２）

【0031】

また、ころ離脱力計算値Ｆｃを求めたのと同じ寸法の保持器について、実際にころを保持器の内径側へ離脱させたときのころ離脱力を実験で測定した。以下、その測定結果をころ離脱力実測値Ｆｍと称する。このころ離脱力実測値Ｆｍところ離脱力計算値Ｆｃの関係を図５に示す。ころ離脱力実測値Ｆｍはころ離脱力計算値Ｆｃとほぼ比例関係にあり、この関係を最小二乗法による線形回帰分析すると、下記（３）式のようになる。
Ｆｍ＝１．２６３×Ｆｃ・・・（３）

【0032】

そして、上記（３）式へ（２）式を代入し、さらに（１）式を代入することにより、保持器の柱の寸法から実際のころ離脱力Ｆを求める下記（４）式が導出される。
Ｆ＝１６４．９×Ｗ^２Ｔ／Ｌ・・・（４）

【0033】

したがって、上記（４）式において、ころ離脱力Ｆが保持器に作用する力を上回るように保持器の柱の寸法を設定すれば、ころの離脱を防止できることになる。

【0034】

一方、実際にころが保持器から離脱しないようにするには、保持器付きころの運搬中や取扱中に受ける外力を推定する必要がある。保持器付きころが受ける外力は、保持器付きころを収容した包装箱の落下時の衝撃やフォークリフトの爪の衝突によるものがあげられる。そして、その落下による衝撃や衝突を再現した実験を行った結果、保持器付きころが受ける外力は最大で１５Ｎ程度であった。

【0035】

そこで、（４）式においてＦ≧１５とすることにより、下記（５）式のように、ころの離脱を防止できる柱の寸法が規定される。
Ｗ^２Ｔ／Ｌ≧０．０９・・・（５）

【0036】

ところで、実際の保持器の設計においては、柱の長さＬは保持器付きころの組込スペースの制約を受け、柱の周方向幅の最小値Ｗはころの組込本数の制約を受けるので、それぞれの設計の自由度が低い。これに対して、柱の径方向厚さＴは比較的自由に設計することができる。そこで、上記（５）式を変形して、下記（６）式のように柱の径方向厚さＴを規定する式とする。
Ｔ≧０．０９Ｌ／Ｗ^２・・・（６）

【0037】

上記（６）式によれば、柱の長さＬおよび周方向幅の最小値Ｗが設計上の制約で決まっている場合でも、ころの離脱を防止できるように柱の径方向厚さＴを適切に設計することができる。また、このとき柱の径方向厚さＴ以外の寸法には影響を及ぼさないので、ころの組込性を低下させることもない。

【0038】

そして、この実施形態の保持器１は、上記（６）式に基づいて柱３の径方向厚さＴを設定しているので、保持器付きころの状態に組み立てる際のころ１０の組込性を従来どおり確保したうえで、保持器付きころに組み立てた後の運搬中や取扱中のころ１０の離脱を効果的に防止することができる。

【0039】

また、この発明の実施形態の保持器付きころは、図２および図３に示すように、上述した実施形態の保持器１のポケット５にころ１０を組み込んで保持したものであり、実施形態のころ軸受は、図６に示すように、実施形態の保持器付きころを、そのころ１０が転接する軌道輪（外輪１１および内輪１２）に組み付けたものである。ころ軸受は、保持器付きころを外輪のみまたは内輪のみに組み付けたものとすることもできる。

【0040】

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。この発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

【符号の説明】

【0041】

１ ころ軸受用保持器
２ 円環部
３ 柱
３ａ 柱端部
３ｂ 柱中央部
３ｃ 柱傾斜部
３ｄ 爪
３ｅ ころ止め部
４ 鍔部
５ ポケット
１０ ころ
１１ 外輪（軌道輪）
１２ 内輪（軌道輪）

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】