(57)【要約】【課題】  複数個の円筒ころ１、１の転動面と相手面との摩耗量と、これら各面の転がり疲れ寿命とを、高次元で両立できる構造を実現する。【解決手段】  上記各円筒ころ１、１の総数をＺとし、上記相手面に対しこれら各円筒ころ１、１が転がり往復運動するストロークをＳとし、これら各円筒ころ１、１の軸方向寸法をＬt とし、Ａw ＝Ｚ・Ｓ・Ｌt とし、保持器２及び各ポケット３、３の総面積をＡr （＝Ｗh ）とし、パラメータＸ＝Ａw ／Ａr とした場合に、０．１０≦Ｘ≦０．４０の条件を満たす様にする。この様な構成を採用する事により、上記課題を解決する。【選択図】  図１
2006250285.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
同一の仮想平面内にそれぞれの中心軸を互いに平行に又は同心に配置した複数本の円筒ころと、これら各円筒ころを転動自在に保持する為の複数の矩形のポケットを有する保持器とを備え、互いに平行に配置した１対の平面同士の間に上記各円筒ころを挟持した状態で、これら両平面同士を上記仮想平面と平行で且つ上記各円筒ころの軸方向と直交する方向に関して往復相対変位させる事により、上記各円筒ころを上記各平面に対し転がり往復運動させて使用する直動型スラスト円筒ころ軸受であって、上記各円筒ころの総数をＺとし、上記各平面に対し上記各円筒ころが転がり往復運動するストロークをＳとし、上記各円筒ころの軸方向寸法をＬt とし、Ａw ＝Ｚ・Ｓ・Ｌt とし、上記保持器を上記仮想平面に対して直交する方向から見た場合の、この保持器及び上記各ポケットの総面積をＡr とし、パラメータＸ＝Ａw ／Ａr とした場合に、０．１０≦Ｘ≦０．４０の条件を満たす事を特徴とする直動型スラスト円筒ころ軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明に係る直動型スラスト円筒ころ軸受は、各種機械装置を構成する、互いに直線方向に相対変位する１対の部材同士の間に組み込んで、これら両部材同士の間に加わるスラスト荷重を支承しつつ、これら両部材同士の直線方向の往復相対変位を自在とする為に利用する。
【背景技術】
【０００２】
上述の様な用途で使用可能な直動型スラスト円筒ころ軸受として、例えば図１〜４に示す様なものが考えられている。この図１〜４に示した直動型スラスト円筒ころ軸受は、複数個の円筒ころ１、１と、これら各円筒ころ１、１を保持する為の保持器２とを備える。このうちの複数個の円筒ころ１、１は、同一の仮想平面（図１で紙面に平行な平面。図３、４に一点鎖線αで示す。）内にそれぞれの中心軸を互いに平行に又は同心に配置している。具体的には、図１に示す様に、上記各円筒ころ１、１の軸方向（図１の左右方向）と直交する方向（図１の上下方向）に隣り合う各円筒ころ１、１同士で、軸方向の位相を凡そ半ピッチずつずらせて、千鳥状に配置している。
【０００３】
又、上記保持器２は、全体を正方形の板状に構成しており、それぞれが上記各円筒ころ１、１を１個ずつ転動自在に保持自在な複数の略矩形のポケット３、３を備える。この様な保持器２は、それぞれが金属板に打ち抜き加工及び曲げ加工を施す事により全体を正方形状に造られた１対の素子４ａ、４ｂ同士を、互いに組み合わせる事により構成している。即ち、これら各素子４ａ、４ｂはそれぞれ、正方形の平板部５ａ、５ｂと、これら各平板部５ａ、５ｂの幅方向両端縁部分をそれぞれ同方向に直角に折り曲げる事により形成した１対ずつの鍔部６ａ、６ｂとを備える。そして、図３に示す様に、これら両鍔部６ａ、６ｂ同士を互いに嵌合させると共に、一方（図３の上方）の素子４ａを構成する各鍔部６ａ、６ａの先端縁（図３の下端縁）の複数個所を、他方（図３の下方）の素子４ｂの外周面にかしめ付ける事により、これら両素子４ａ、４ｂ同士を非分離に結合している。そして、この状態で、これら両素子４ａ、４ｂを構成する平板部５ａ、５ｂにそれぞれ複数個ずつ形成した略矩形の透孔７、７を互いに整合させる事により、上記各ポケット３、３を構成している。即ち、これら各ポケット３、３はそれぞれ、互いに対向した１対ずつの透孔７、７により構成している。
【０００４】
又、上記各ポケット３、３を構成する各透孔７、７の内縁のうち、これら各ポケット３、３の幅方向（図１〜２の上下方向、図４の左右方向）両側に存在する、互いに平行な１対の直線縁部８、８の長さ方向中間部には、それぞれ上記各透孔７、７の中心部に向けて突出する係合突部９、９を設けている。そして、これら係合突部９、９同士の間隔（上記各ポケット３、３の開口部の幅寸法）Ｗp を、上記各円筒ころ１、１の転動面の直径Ｄ1 よりも小さく（Ｗp ＜Ｄ1 ）している。この様な寸法規制を行なう事により、上記各ポケット３、３の内側から上記各円筒ころ１、１が脱落する事を防止している。尚、図示の様な直動型スラスト円筒ころ軸受を製造する過程で、上記各円筒ころ１、１は、上記各係合突部９、９を弾性変形させながら上記各ポケット３、３内に押し込むか、或は、上記保持器２を構成する１対の素子４ａ、４ｂ同士を互いに組み合わせる際に、これら両素子４ａ、４ｂ同士の間に挟み込む様にして、上記各ポケット３、３内に配置する。
【０００５】
上述の様に構成する直動型スラスト円筒ころ軸受の使用時には、上記各円筒ころ１、１を、互いに平行に配置した１対の平面１０、１１（図４にのみ図示）同士の間に挟持する。そして、この状態で、これら両平面１０、１１を備えた１対の部材１２、１３（図４にのみ図示）同士の間に加わるスラスト荷重を支承しつつ、これら両部材１２、１３同士が、前記仮想平面αと平行で且つ上記各円筒ころ１、１の軸方向と直交する方向（図１の上下方向、図３の表裏方向、図４の左右方向）に関して相対変位する事を可能とする。特に、本発明の対象となる直動型スラスト円筒ころ軸受は、上記両部材１２、１３同士が、所定の方向に一定のストロークＳb で往復相対変位する個所に使用する。尚、この様に両部材１２、１３同士が所定の方向に一定のストロークＳb で往復相対変位する場合に、上記各円筒ころ１、１は、上記両平面１０、１１に対し、それぞれ上記所定の方向に、上記ストロークＳb の半分のストロークＳ（＝０．５Ｓb ）で転がり往復運動する。
【０００６】
ところで、上述した様な直動型スラスト円筒ころ軸受の使用時、上記各円筒ころ１、１の転動面は、上記各平面１０、１１に対し、転がり接触する。但し、運転条件によっては、これら各面同士の接触部に、滑りが発生する場合もある。この様に各面同士の接触部で滑りが発生した場合、これら各面で発生する摩耗粉の総体積Ｖは、それぞれ次の（１）式で表す事ができる（例えば、非特許文献１参照）。
【数１】
2006250285.tif 000003
尚、この（１）式の右辺の各記号の意味は、以下の通りである。
Ｋ：摩耗係数
Ｗ：上記各面同士の接触部に作用している法線方向の荷重（ころ荷重）
Ｌ：滑り距離
Ｈ：摩耗が生じた面の硬さ
【０００７】
又、上記各円筒ころ１、１の転動面は、上記各平面１０、１１に対して線接触するが、この線接触部の長さをＳc とすると、上記（１）式の関係から、互いに接触する上記各面の摩耗深さｄは、それぞれ次の（２）式で表す事ができる。
【数２】
2006250285.tif 000004
尚、この（２）式の右辺の各記号の意味は、以下の通りである。
Ｌr ：転がり距離
ｑ＝Ｗ／Ｓc ：線荷重（密度）
上記（２）式から分かる様に、上記各面の摩耗深さｄは、上記線荷重ｑに比例する。従って、これら各面の摩耗量は、この線荷重ｑを小さくする事により、減少させる事ができる。
【０００８】
そこで、次に、上記線荷重ｑを如何にして小さくできるかに就いて説明する。この線荷重ｑは、次の（３）式で表す事ができる。
【数３】
2006250285.tif 000005
尚、この（３）式の右辺の各記号の意味は、以下の通りである。
Ｆa ：上記各平面１０、１１同士の間に作用するスラスト荷重
Ｚ：上記各円筒ころ１、１の総数
上記（３）式から分かる様に、上記線荷重ｑは、分母の積ＺＳc を大きくする事により、小さくできる。ところで、上記各円筒ころ１、１の外周面の両端寄り部分に設けるクラウニング部及び両端部に設ける面取り部の曲率半径及び軸方向寸法を一定とすると、上記線接触部の長さＳc は、上記各円筒ころ１、１の軸方向寸法Ｌt を大きくする程、大きくなる。従って、上記ＺＳc をＺＬt に置き換えても、上述した事と同じ事が言える。即ち、上記線荷重ｑは、このＺＬt を大きくする事により、小さくできる。
【０００９】
上記ＺＬt は、例えば、上記各円筒ころ１、１の総数Ｚを多くする事により、大きくできる。従って、上記各円筒ころ１、１の転動面と上記各平面１０、１１との摩耗量を減少させる為には、上記総数Ｚをできるだけ多くするのが好ましいと言える。但し、設置スペースの関係で、前記保持器２の平面積が一定の広さに決まっている場合には、上記総数Ｚを多くし過ぎると、上記各円筒ころ１、１の転動面の転がり疲れ寿命を確保するのが難しくなる。この点に就いて、以下に説明する。
【００１０】
即ち、上記保持器２の平面積に対する上記各円筒ころ１、１の配置密度には、上限がある。従って、上述の様に保持器２の平面積が一定の広さに決まっている場合に、上記各円筒ころ１、１の軸方向寸法Ｌt を一定としたまま、これら各円筒ころ１、１の総数Ｚを増やす場合には、その分だけ、これら各円筒ころ１、１の直径Ｄ1 を小さくしなければならない。ところが、この様に各円筒ころ１、１の直径Ｄ1 を小さくすると、その分だけ、これら各円筒ころ１、１の転動面の転がり疲れ寿命が低下する。この為、上記各円筒ころ１、１の総数Ｚを多くし過ぎると、これら各円筒ころ１、１の転動面の転がり疲れ寿命を確保するのが難しくなる。従って、上述の様に保持器２の平面積が一定の広さに決まっている場合には、上記各円筒ころ１、１の総数Ｚを無闇に多くする事はできない。
【００１１】
尚、上記ＺＬt は、上記各円筒ころ１、１の軸方向寸法Ｌt を大きくする事によっても、大きくできる。但し、上述の様に保持器２の平面積が一定の広さに決まっている場合には、上記各円筒ころ１、１の軸方向寸法Ｌt を大きくした分だけ、これら各円筒ころ１、１の総数Ｚを少なくする必要がある為、上記ＺＬt を大きくする効果を十分に得られない。
【００１２】
【非特許文献１】山本、兼田、「トライボロジー」、理工学社、２００１年２月２５日、第１版、第４刷、ｐ１８９
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明の直動型スラスト円筒ころ軸受は、上述の様な事情に鑑み、各円筒ころの転動面と相手面との摩耗量の低減と、これら各面の転がり疲れ寿命の確保とを高次元で両立できる構造を実現すべく発明したものである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の直動型スラスト円筒ころ軸受は、同一の仮想平面内にそれぞれの中心軸を互いに平行に又は同心に配置した複数本の円筒ころと、これら各円筒ころを転動自在に保持する為の複数の矩形のポケットを有する保持器とを備える。そして、互いに平行に配置した１対の平面同士の間に上記各円筒ころを挟持した状態で、これら両平面同士を上記仮想平面と平行で且つ上記各円筒ころの軸方向と直交する方向に関して往復相対変位させる事により、上記各円筒ころを上記各平面に対し転がり往復運動させて使用する。
特に、本発明の直動型スラスト円筒ころ軸受の場合には、上記各円筒ころの総数をＺとし、上記各平面に対し上記各円筒ころが転がり往復運動するストロークをＳとし、上記各円筒ころの軸方向寸法をＬt とし、Ａw ＝Ｚ・Ｓ・Ｌt とし、上記保持器を上記仮想平面に対して直交する方向から見た場合の、この保持器及び上記各ポケットの総面積をＡr とし、パラメータＸ＝Ａw ／Ａr とした場合に、０．１０≦Ｘ≦０．４０の条件を満たす。
【発明の効果】
【００１５】
上述の様に構成する本発明の直動型スラスト円筒ころ軸受の場合には、上記パラメータＸを適切な範囲（０．１０≦Ｘ≦０．４０）に規制している為、複数個の円筒ころの外周面と相手面との摩耗量の低減と、これら各面の転がり疲れ寿命の確保とを、高次元で両立させる事ができる。
【実施例】
【００１６】
本発明を完成させる過程で行なった評価に就いて説明する。本実施例では、この評価を行なう為のサンプルとして、前述の図１〜４に示した基本構成を有し、且つ、正方形の保持器２の一辺の幅寸法Ｗh が７０mmであると共に、円筒ころ１の直径Ｄ1 が５mmである、直動型スラスト円筒ころ軸受を採用した。又、複数個の円筒ころ１、１を挟持する１対の平面１０、１１は、仮想平面αに平行で且つ上記各円筒ころ１、１の軸方向に対して直交する方向（図６の左右方向）に関して互いに一定のストロークＳb で往復相対変位するものとし、この際に上記各円筒ころ１、１が上記各平面１０、１１に対して転がり往復運動するストロークＳ（＝０．５Ｓb ）を、２mmに設定した。又、この様に転がり往復運動する速度を５０００ストローク／min に設定した。更に、上記直動型スラスト円筒ころ軸受に付加するスラスト荷重を６０００Ｎに設定した。
【００１７】
そして、上記各円筒ころ１、１の総数Ｚ及び軸方向寸法Ｌt （これら各円筒ころ１、１の転動面と上記各平面１０、１１との線接触部の長さＳc ）を種々変化させた場合の、これら各円筒ころ１、１の転動面及び上記各平面１０、１１の摩耗深さｄを、それぞれ前記（２）式により計算した。そして、この計算結果に基づき、パラメータＸ｛＝Ａw ／Ａr （Ａw ＝Ｚ・Ｓ・Ｌt ）｝と、摩耗による軸受幅Ｗb （図４）の減少量との関係を求めた。尚、このパラメータＸを構成する定数Ａr は、上記保持器２を上記仮想平面αに対して直交する方向から見た場合の、この保持器２及び各ポケット３、３の総面積（＝Ｗh2）である。上述の様にして求めた、パラメータＸと摩耗による軸受幅Ｗb の減少量との関係を、図５に示す。尚、この図５では、上記軸受幅Ｗb の減少量を、上記パラメータＸが０．０６の場合の減少量を「１」とする比で表している（同図の縦軸）。本実施例では、上記各円筒ころ１、１の総数Ｚ及び軸方向寸法Ｌt を種々変化させた場合の、これら各円筒ころ１、１の転動面及び上記各平面１０、１１の転がり疲れ寿命を、それぞれ従来から知られている計算式により求める事で、上記パラメータＸと上記転がり疲れ寿命（Ｘ＝０．０６の場合の転がり疲れ寿命を「１」とする寿命比）との関係を求めた。図６に、その結果を示す。
【００１８】
先ず、図５に示した結果から明らかな様に、上記摩耗による軸受幅Ｗb の減少量は、上記パラメータＸが大きくなる程、小さくなる。従って、上記摩耗による軸受幅Ｗb の減少量を抑える為には、上記パラメータＸをできるだけ大きくするのが好ましいと言える。
【００１９】
ところが、図６に示した結果から明らかな様に、上記パラメータＸが０．２５の値に達する迄の区間では、このパラメータＸが大きくなる程、上記各面の転がり疲れ寿命（寿命比）が長くなる傾向を示すのに対し、上記パラメータＸが０．２５の値を越えた区間では、このパラメータＸが大きくなるのに従い、上記各面の転がり疲れ寿命（寿命比）が短くなる傾向を示す。尚、上記パラメータＸが０．２５の値を越えた区間でこの様な傾向を示す理由は、上記パラメータＸが０．２５の値を越えると、上記各円筒ころ１、１の直径Ｄ1 が不足し、これら各円筒ころ１、１の転動面の転がり疲れ寿命を確保するのが難しくなる為である。従って、この転がり疲れ寿命（寿命比）を確保する観点より、上記パラメータＸを大きくし過ぎるのは好ましくない。
【００２０】
そこで、本発明の場合には、上述の図５〜６に示した各結果に基づき、上記各円筒ころ１、１の外周面と上記各平面１０、１１との摩耗量の低減と、これら各面の転がり疲れ寿命の確保とを、高次元で両立できる様にすべく、上記パラメータＸを、０．１０≦Ｘ≦０．４０｛好ましくは、０．１１≦Ｘ≦０．３３（より好ましくは、０．１６≦Ｘ≦０．３０）｝の範囲に規制する事とした。
【００２１】
尚、本発明の直動型スラスト円筒ころ軸受を実施する場合、保持器の平面形状は、正方形（図１参照）に限らず、用途に合わせた各種の形状を採用する事ができる。又、寸法に関しても、用途に合わせた各種の寸法を採用する事ができる。更に、上述した実施例では、保持器に形成した各ポケットの内面形状を、これら各ポケットの内側から円筒ころが脱落するのを防止できる形状としたが、本発明を実施する場合、上記各ポケットの内面形状は、円筒ころの脱落防止を図れない形状であっても良い。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明の対象となる直動型スラスト円筒ころ軸受の１例を示す平面図。
【図２】図１のＡ部拡大図。
【図３】図１のＢ−Ｂ断面図。
【図４】図３のＣ−Ｃ断面を拡大して示す図。
【図５】本発明を完成させる過程で理論計算を行なう事により求めた、パラメータＸと、摩耗による軸受幅Ｗb の減少量との関係を示すグラフ。
【図６】同じく、パラメータＸと各面の寿命比との関係を示すグラフ。
【符号の説明】
【００２３】
１    円筒ころ
２    保持器
３    ポケット
４ａ、４ｂ  素子
５ａ、５ｂ  平板部
６ａ、６ｂ  鍔部
７    透孔
８    直線縁部
９    係合突部
１０    平面
１１    平面
１２    部材
１３    部材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2006250285.tif 000010
【図６】
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