(57)【要約】【課題】軸受内部の潤滑性能を長期に亘って一定に維持することが可能な高剛性で且つ高強度の軸受用保持器を提供する。【解決手段】複数の転動体(円すいころ)５を回転自在に保持しながら、各転動体と共に軸受内部に沿って公転する軸受用保持器１１であり、軸受内部に沿って周方向に連続した円環部2,4と、円環部から軸受内部に沿って延出し周方向に所定間隔で配列された複数の柱部６と、円環部の内周面2s,4sと複数の柱部の内壁面６ｓとで区画され、複数の転動体を１つずつ回転自在に保持する複数のポケット８とを備えており、柱部の内壁面には、少なくとも、０°以上９０°以下の窓角θを成し且つ複数の転動体の中心相互を結んだ仮想円PCDよりも外側で各転動体に接触する接触部６ａと、接触部から内側寄りに位置し且つ前記窓角よりも小さい角度φを成して延在した延在部６ｂとが設けられている。【選択図】図１
2008002534.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸受内部において複数の転動体を回転自在に保持しながら、これら複数の転動体と共に軸受内部に沿って公転する軸受用保持器であって、
軸受内部に沿って周方向に連続した少なくとも１つの円環部と、
円環部から軸受内部に沿って延出し、当該円環部に沿って周方向に所定間隔で配列された複数の柱部と、
円環部と複数の柱部の内壁面とによって区画され、複数の転動体を１つずつ回転自在に保持する複数のポケットとを備えており、
柱部の内壁面には、少なくとも、０°以上９０°以下の窓角を成し且つ複数の転動体の中心相互を結んだ仮想円よりも外側で各転動体に接触する接触部と、接触部から内側寄りに位置し且つ前記窓角よりも小さい角度を成して延在した延在部とが設けられていることを特徴とする軸受用保持器。
【請求項２】
接触部は、保持器の中心と転動体の中心とを通る第１基準線に対して所定の傾斜角度を成す平面状に設定されており、延在部は、保持器の中心と柱部の中心とを通る第２基準線に対して所定の傾斜角度を成す平面状に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の軸受用保持器。
【請求項３】
接触部は、保持器の中心と転動体の中心とを通る第１基準線に対して所定の傾斜角度を成す平面状に設定されており、延在部は、前記接触部に対して所定の曲率半径で接線接続する円弧状に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の軸受用保持器。
【請求項４】
全体が樹脂材料で成形されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の軸受用保持器。
【請求項５】
各ポケットには、円環部のうち柱部に隣接した部分を所定深さだけ窪ませて形成した逃げ部が設けられており、
逃げ部は、円環部を横断して平坦状に形成された１つの平坦状面と、平坦状面の両側から円環部及び柱部に向けて所定の曲率で連続した２つの円弧状面とから構成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の軸受用保持器。
【請求項６】
転動体としてころを適用した軸受において、逃げ部は、２つの円弧状面から１つの平坦状面に亘る全体の幅寸法をころの端面に形成された面取り寸法よりも大きく設定して構成されていることを特徴とする請求項５に記載の軸受用保持器。
【請求項７】
逃げ部は、その深さ寸法を円環部の幅寸法の１０％〜３０％の範囲に設定して構成されていることを特徴とする請求項５又は６に記載の軸受用保持器。
【請求項８】
鉄道車両に設けられた回転軸を支持する軸受に適用可能であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の軸受用保持器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、軸受内部の潤滑性能を長期に亘って一定に維持することが可能な高剛性で且つ高強度の軸受用保持器に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鉄道車両や自動車、鉄鋼設備や建設機械をはじめとする産業機械には、その回転機構を回転自在に支持する各種の軸受が適用されている。かかる軸受としては、比較的小さな荷重を支持する際に適用する玉軸受と、比較的大きな荷重を支持する際に適用するころ軸受とがあるが、近年における高荷重下での高速回転に対応するために、ころ軸受が適用される場合が多くなっている。
【０００３】
ころ軸受の一例として、図１(ａ),(ｂ)に示された円すいころ軸受は、相対回転可能に対向配置された内輪１及び外輪３と、内外輪1,3の対向面に形成された軌道面1s,3s間に転動自在に組み込まれた複数の転動体５と、これら複数の転動体５を１つずつ回転自在に保持する複数のポケット８を有する保持器１１とを備えて構成されている。この場合、各転動体５としては、その転動面５ｍ(軌道面1s,3s間に沿って転がる面)が円すい形状を成した円すいころ５を想定しており、かかる円すいころを保持する保持器１１としては、かご形保持器１１が用いられている。
【０００４】
かかる構成において、内外輪1,3のいずれか一方及び双方の軌道面1s,3sの少なくとも片側には、当該軌道面1s,3sに沿って環状の鍔部が突出されている。なお、図面には、内輪１の軌道面１ｓの両側に環状の鍔部7,9が突出した構成が例示されている。また、内外輪1,3の軌道面1s,3sは、各円すいころ５の回転中心５ｚ(図１(ｂ)、図４(ａ))の集束方向に沿って傾斜しており、これに対応して、内輪１の軌道面１ｓの両側に突出した環状の鍔部7,9は、その突出端7e,9eの径寸法が相互に異なっている。即ち、一方の鍔部９(以下、大径鍔部９という)は、比較的大径の突出端９ｅとなり、他方の鍔部７(以下、小径鍔部７という)は、一方の鍔部９よりも比較的小径の突出端７ｅとなる。
【０００５】
これにより、複数の円すいころ５が内外輪1,3の軌道面1s,3s間を転動する際、各円すいころ５は、転動面５ｍの両側に形成された円形の側面５ｅが環状の鍔部7,9の案内面7s,9s(図１(ａ)、図４(ａ),(ｂ))によって保持されながら、内外輪1,3の軌道面1s,3s間に沿って案内される。このとき、各円すいころ５は、保持器１１に形成された複数のポケット８に１つずつ保持されて回転中心５ｚ回りに回転する。
【０００６】
また、かご形保持器１１は、内外輪1,3間に沿って周方向に連続し且つ互いに同中心に所定の間隔を空けて対向配置された２つの円環部2,4と、これら円環部2,4の間に亘って延出し且つ当該円環部2,4に沿って周方向に等間隔で配列された複数の柱部６と、２つの円環部2,4の内周面2s,4sと複数の柱部６両側の内壁面６ｓとで区画された複数のポケット８とを備えている。この場合、２つの円環部2,4は、内外輪1,3の軌道面1s,3sの傾斜方向に沿って互いに異なる径に設計されている。即ち、一方の円環部(大径側円環部)４は、他方の円環部(小径側円環部)２よりも比較的大径に設計されており、これにより、保持器１１は、その全体が例えば図６(ａ)に示すような円錐台形状を成している。
【０００７】
このようなかご形保持器１１において、複数の円すいころ５は、当該保持器１１の各ポケット８に１つずつ回転自在に保持されるようになっている。即ち、各円すいころ５において、その転動面５ｍが隣り合う２つの柱部６の内壁面６ｓに保持されると共に、転動面５ｍの両側に形成された円形の側面５ｅが２つの円環部2,4の内周面2s,4sに保持される。そして、軸受回転中において、かご形保持器１１は、その複数のポケット８に各円すいころ５を１つずつ回転自在に保持しながら、これら円すいころ５と共に内外輪1,3間に沿って公転する。
【０００８】
このとき、ポケット８に保持された円すいころ５の回転性能を一定に維持するために、従来から例えば図５に示すように、各ポケット８の窓角θを一定の角度に設定した保持器が提案されている。ここで、窓角θとは、各ポケット８を区画する２つの柱部６の内壁面６ｓ相互の成す角度であり、かご形保持器１１の内径側から外径側(即ち、柱部６の内径面６inから外径面６out)に向うに従って先細り形状を成している。
【０００９】
具体的に説明すると、かご形保持器１１において、各柱部６の内壁面６ｓは、保持器１１の中心１１ｈ(図１(ａ),(ｂ)、図６(ａ))と円すいころ５の回転中心５ｚ(図１(ｂ)、図４(ａ))とを通る第１基準線１１ｘに対して一定の傾斜角度(窓角)θを成す平面状に設定されており、円すいころ５の転動面５ｍに対して１箇所(１点)Ｐ１(図５)で線状に接触する。これにより、軸受回転中、各ポケット８内の円すいころ５は、柱部６の内壁面６ｓに線接触することで、当該ポケット８から脱落すること無く回転することになる。
【００１０】
この場合、軸受回転中において、円すいころ５と保持器１１(柱部６の内壁面６ｓ)との摩擦抵抗を軽減するために、例えば特許文献１には、当該保持器１１の外径側(特に、柱部６の外径面６out)に各種の窪みを形成し、ここに潤滑剤を溜めることで、軸受内部の潤滑性能を長期に亘って一定に維持する技術が提案されている。
【００１１】
しかしながら、各種の窪みを形成した保持器１１は、その窪み近傍に応力が集中し易い構成となり、その結果、当該保持器１１の剛性や強度を低下させてしまう場合がある。また、高荷重下で高速回転させるような鉄道車両用軸受には、高剛性で且つ高強度の保持器が要求されるが、各種の窪みを形成した保持器１１は、かかる要求を満足できるものでは無い。そこで、剛性や強度が比較的高い金属製の保持器を適用することも考えられるが、かかる金属製保持器では、軸受回転に伴って磨耗した金属粉が潤滑剤に混入する場合があり、そうなると、軸受内部の潤滑性能を長期に亘って一定に維持することができなくなってしまう虞がある。
【００１２】
また、軸受の一定期間使用後に、保持器１１を取り出して検査すると、各柱部６の内径面６inに比較的多くの潤滑剤が付着していることが確認された。この場合、例えば各柱部６の内径面６inの面積を拡大すれば、当該内径面６inに付着する潤滑剤量を飛躍的に増加させることができる。なお、図５において、柱部６の内径面６inの面積は、保持器１１の中心１１ｈと柱部６の中心６ｚとを通る第２基準線１１ｙ(図１(ｂ))からの幅寸法Ｉ０として規定されている。従って、かかる幅寸法Ｉ０を大きくすることで、軸受内部を効率良く潤滑することが可能となり、軸受内部の潤滑性能を長期に亘って一定に維持することができる。しかし、かかる効果を実現することができる保持器は知られていない。
【特許文献１】特開２００５−１２１０９７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は、このような問題を解決するためになされており、その目的は、軸受内部の潤滑性能を長期に亘って一定に維持することが可能な高剛性で且つ高強度の軸受用保持器を提供することにある。また、別の効果として、各柱部の断面積を大きくすることができるため、当該柱部の強度を向上させることができる。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
このような目的を達成するために、本発明は、軸受内部において複数の転動体を回転自在に保持しながら、これら複数の転動体と共に軸受内部に沿って公転する軸受用保持器であって、軸受内部に沿って周方向に連続した少なくとも１つの円環部と、円環部から軸受内部に沿って延出し、当該円環部に沿って周方向に所定間隔で配列された複数の柱部と、円環部の内周面と複数の柱部の内壁面とによって区画され、複数の転動体を１つずつ回転自在に保持する複数のポケットとを備えており、柱部の内壁面には、少なくとも、０°以上９０°以下の窓角を成し且つ複数の転動体の中心相互を結んだ仮想円よりも外側で各転動体に接触する接触部と、接触部から内側寄りに位置し且つ前記窓角よりも小さい角度を成して延在した延在部とが設けられている。
【００１５】
本発明において、接触部は、保持器の中心と転動体の中心とを通る第１基準線に対して所定の傾斜角度を成す平面状に設定されており、延在部は、保持器の中心と柱部の中心とを通る第２基準線に対して所定の傾斜角度を成す平面状に設定されている。この場合、接触部を保持器の中心と転動体の中心とを通る第１基準線に対して所定の傾斜角度を成す平面状に設定し、延在部を前記接触部に対して所定の曲率半径で接線接続する円弧状に設定しても良い。また、本発明の軸受用保持器は、その全体が樹脂材料で成形されており、鉄道車両に設けられた回転軸を支持する軸受に適用可能である。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、軸受内部の潤滑性能を長期に亘って一定に維持することが可能な高剛性で且つ高強度の軸受用保持器を実現することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の一実施の形態に係る軸受用保持器について、添付図面を参照して説明する。本実施の形態は、上述したようなころ軸受(図１(ａ),(ｂ)、図４(ａ))に用いたかご形保持器１１(図６(ａ))の改良であり、他の軸受構成は同図に示した構成と同一であるため、以下、改良部分の保持器１１の説明にとどめる。ここでは、例えば新幹線などの鉄道車両に設けられた回転軸(車軸、各種の駆動軸など)を支持する軸受に適用される保持器１１を想定する。
【００１８】
図１(ｃ)〜(ｅ)に示すように、本実施の形態に係る軸受用保持器において、各柱部６の内壁面６ｓには、少なくとも、０°以上９０°以下の窓角２θを成し且つ複数の円すいころ５の中心(回転中心５ｚ：図１(ｂ)、図４(ａ))相互を結んだ仮想円PCDよりも外側で各円すいころ５に接触する接触部６ａと、接触部６ａから内側寄りに位置し且つ前記窓角２θよりも小さい角度２φを成して延在した延在部６ｂとが設けられている。
【００１９】
具体的に説明すると、接触部６ａは、保持器１１の中心１１ｈ(図１(ａ),(ｂ)、図６(ａ))と円すいころ５の中心(回転中心５ｚ：図１(ｂ)、図４(ａ))とを通る第１基準線１１ｘに対して所定の傾斜角度(窓角)θを成す平面状に設定されている。また、延在部６ｂは、保持器１１の中心１１ｈと柱部６の中心６ｚとを通る第２基準線１１ｙに対して所定の傾斜角度φを成す平面状に設定されている。
【００２０】
この場合、接触部６ａの傾斜角度(窓角)θと、延在部６ｂの傾斜角度φとは、下記(１)式を満足するように設定することが好ましい。
１８０／Ｚ＋θ＞φ≧０  …  (１)
なお、Ｚは、円すいころ５の総数を示す。
【００２１】
以上、本実施の形態によれば、各柱部６の内壁面６ｓにおいて、上記(１)式を満足するように２つの接触部６ａ及び延在部６ｂの傾斜角度θ及びφを設定することにより、柱部６の内径面６inの面積を従来に比べて格段に大きくすることができる。この場合、柱部６の内径面６in側に設けられた延在部６ｂは、接触部６ａとの接続境界Ｐ３から円すいころ５に向けて延出し、その延出端Ｐ２は、転動面５ｍに対して非接触状態に位置決めされている。このため、柱部６の内壁面６ｓは、その接触部６ａの一箇所(１点)Ｐ１で円すいころ５に対して接触する構成となる。
【００２２】
かかる構成において、柱部６の内径面６inの面積を上記第２基準線１１ｙからの幅寸法Ｉとして規定すると、当該幅寸法Ｉは、従来の幅寸法Ｉ０よりも大きくなる(Ｉ＞Ｉ０)。即ち、上記(１)式を満足するように柱部６の内壁面６ｓ(接触部６ａ及び延在部６ｂ)を構成(図１(ｅ))することにより、従来の柱部６の構成(図５)に比べて、本実施の形態の柱部６の内径面６inの面積(幅寸法Ｉ、断面積)を大きく(Ｉ＞Ｉ０)設定することができる。この場合、従来に比べて、(Ｉ−Ｉ０)×２×柱部６の本数分だけ内径面６inの面積(幅寸法Ｉ)を大きく設定することができる。これにより、当該内径面６inに付着する潤滑剤量を飛躍的に増加させることができる。この結果、軸受内部を効率良く潤滑することが可能となり、軸受内部の潤滑性能を長期に亘って一定に維持することができる。更に、各柱部６の断面積が大きくできる分だけ、当該柱部６の強度更には保持器１１の強度を向上させることができる。
【００２３】
また、本実施の形態によれば、保持器１１の外径側(特に、柱部６の外径面６out)に潤滑剤を溜めるための各種の窪みを形成する必要が無いため、応力集中し難い保持器構成を実現することができる。これにより、保持器１１の剛性や強度を高く設定することができる。この結果、当該保持器１１を高荷重下で高速回転させるような鉄道車両用軸受に適用した場合でも、上述した潤滑性能の維持と共に、当該軸受の回転安定性や安全性を長期に亘って維持することが可能となる。
【００２４】
なお、上述した実施の形態において、２つの接触部６ａ及び延在部６ｂの傾斜角度θ及びφの値については特に言及しなかったが、傾斜角度(窓角)θは、例えば円すいころ５の大きさ(直径)、内外輪1,3間における保持器１１の位置や、保持器１１の形状や種類などに応じて任意に設定されるため、ここでは特に数値限定はしない。また、傾斜角度φは、柱部６の本数や大きさ並びに形状などに応じて任意に設定されるため、ここでは特に数値限定はしない。
【００２５】
また、上述した実施の形態において、接触部６ａと延在部６ｂとの接続境界Ｐ３は、図面上で角張った形状を成しているが、ここにフィレットを設けて角を丸めるように構成しても良い。角張った部分には、比較的応力が集中し易くなるが、フィレットを設けることで、接触部６ａと延在部６ｂとを滑らかに連続させることが可能となり、その結果、当該保持器１１の強度を向上させることができる。
【００２６】
また、本発明の他の実施の形態に係る軸受用保持器として、図２に示すようなかご形保持器１１を適用しても、上述した実施の形態(図１(ｅ))と同様の効果を実現することができる。かかる保持器１１において、接触部６ａは、保持器１１の中心１１ｈと円すいころ５の回転中心５ｚとを通る第１基準線１１ｘに対して所定の傾斜角度(窓角)θを成す平面状に設定されており、延在部６ｂは、前記接触部６ａに対して所定の曲率半径Ｒで接線接続する円弧状に設定されている。
【００２７】
かかる他の実施の形態によれば、延在部６ｂを円弧状とすることで、軸受回転中において内壁面６ｓ(接触部６ａ)と円すいころ５との接触点Ｐ１を変動し難くできるため、軸受の回転安定性を更に向上させることが可能となる。また、円弧状の延在部６ｂを接触部６ａに対して所定の曲率半径Ｒで接線接続させることで、接触部６ａと延在部６ｂとを滑らかに連続させることが可能となり、その結果、当該保持器１１の強度を向上させることができる。なお、その他の効果は、上述した実施の形態と同様であるため、その説明は省略する。
【００２８】
また、上述した各実施の形態(図１(ｅ)、図２)において、柱部６の内壁面６ｓ(接触部６ａ及び延在部６ｂ)の表面形状については特に言及しなかったが、例えば図３(ａ),(ｂ)に示すような保持器構成としても良い。即ち、各柱部６の内壁面６ｓのうち小径側円環部２寄りの領域には、当該保持器１１と共に複数の円すいころ５を軸受内部(図面では、内輪１)に組み込む際に各円すいころ５と接触する接触部が形成され、且つ、各柱部６の内壁面６ｓのうち大径側円環部４寄りの領域には、常に各円すいころ５と非接触となる非接触部６ｃが形成されている。この場合、内壁面６ｓのうち接触部が形成された領域に、上述した２つの接触部６ａ及び延在部６ｂが設けられている。
【００２９】
なお、図３(ａ)には、第１の保持器構成として、内壁面６ｓに沿って略台形状に形成された接触部が示されている。かかる接触部は、小径側円環部２に接合された柱部６の端部６ｅから当該柱部６両側を通り且つ大径側円環部４の端部６ｅに向うに従ってアキシアル方向(軸受の回転中心軸Ｑ(図１(ａ))に平行な方向)に先細り形状を成し、そのまま当該大径側円環部４の内径側に潜り込むように延出されている。
また、図３(ｂ)には、第２の保持器構成として、内壁面６ｓに沿って略矩形状に形成された接触部が示されている。かかる接触部は、小径側円環部２に接合された柱部６の端部６ｅから当該柱部６両側をラジアル方向(軸受の回転中心軸Ｑ(図１(ａ))に直交する方向)に横断して形成されている。
【００３０】
かかる第１及び第２の保持器構成によれば、図４(ｂ)に示すように、環状の鍔部７が突出された内輪１に対して保持器１１と共に複数の円すいころ５を組み込む際、鍔部７の突出端７ｅに当接した各円すいころ５により各柱部６の接触部(接触部６ａ及び延在部６ｂ)のみが押圧され、内壁面６ｓの非接触部６ｃには、各円すいころ５が接触しない。このため、小径側円環部２のみが外径方向に押し広げられる。この状態で、内輪１を更に矢印Ｙ方向に移動させることで、当該保持器１１に保持された各円すいころ５を鍔部７の突出端７ｅを乗り越えて当該内輪１の軌道面１ｓに組み込むことができる。
【００３１】
このように、内輪１の軌道面１ｓに対する各円すいころ５の組込時に、小径側円環部２のみを外径方向に押し広げるようにしたことにより、保持器全体を押し広げる場合に比べて、各円すいころ５と内輪１の軌道面１ｓとの間に働く締付力(圧縮力)を低減させることができる。これにより、組込時において各円すいころ５や内輪１(軌道面１ｓ)が傷付いたり、破損するといったような不具合の発生を抑制することができる。
【００３２】
なお、各柱部６の内壁面６ｓにおいて、接触部(接触部６ａ及び延在部６ｂ)は、円すいころ５の転動面５ｍと接触するようにポケット８の開口を狭める向きに出っ張らせて形成され、これに対して、非接触部６ｃは、円すいころ５の転動面５ｍから離間するようにポケット８の開口を広げる向きに引っ込めて形成される。この場合、接触部((接触部６ａ及び延在部６ｂ))の出張量や非接触部６ｃの引込量は、例えば保持器１１の形状や大きさ、ポケット８の形状や大きさ、或いは、ポケット８に保持される円すいころ５の転動面５ｍの形状や大きさなどに応じて任意に設定されるため、ここでは特に限定しない。
【００３３】
また、第１及び第２の保持器構成において、接触部((接触部６ａ及び延在部６ｂ))の形成領域(例えば、長さ、幅など)は、例えば保持器１１の種類や形状、大きさや剛性などによって任意に設定されるため、ここでは特に限定しない。例えば第３の保持器構成として、図３(ｃ)に示すように、各柱部６の内壁面６ｓ全体に亘って且つ当該柱部６の長手方向に沿って、上述した２つの接触部６ａ及び延在部６ｂを設けても良い。
【００３４】
なお、上述した各実施の形態(図１(ｅ)、図２)において、かご形保持器１１の材質については特に言及しなかったが、その全体を樹脂材料で成形しても良いし、金属材料で成形しても良い。この場合、当該保持器１１の材料は、高剛性で且つ高強度であれば任意の材料を選択することができるため、ここでは特に限定しない。また、軸受回転時には高温下にさらされることになるため、耐熱性に優れた材料を選択することが好ましい。
【００３５】
また、上述した各実施の形態(図１(ｅ)、図２)では、転動体５として円すいころを想定し、これを保持可能な保持器１１を想定して説明したが、これ以外に、例えば円筒ころ、針状ころ、球面ころ、凸面ころなどを保持可能な保持器１１にも本発明の技術的構成を施すことで、上述したような効果を実現することができる。
また、上述した各実施の形態では、各柱部６の内壁面６ｓにおいて、接触部６ａの一箇所(１点)Ｐ１で円すいころ５に対して接触し、延在部６ｂの延出端Ｐ２は円すいころ５に対して非接触となる構成を例示したが、これに限定されることは無く、接触部６ａの一箇所(１点)Ｐ１及び延在部６ｂの延出端Ｐ２が双方共に円すいころ５に対して接触するような構成としても良い。
【００３６】
また、本発明の変形例に係る保持器１１としては、例えば図６(ａ)に示すように、各ポケット８の四隅において、円環部2,4のうち柱部６の両端部６ｅに隣接した部分に、所定深さだけ窪ませて形成した逃げ部１０を設けても良い。この場合、逃げ部１０は、各ポケット８の四隅に設けられており、軸受の回転中心軸Ｑ(図１(ａ))に沿った方向に窪ませて(凹ませて)形成されている。別の言い方をすると、各逃げ部１０は、軸受回転方向に沿って窪ませて(凹ませて)形成されてはいない。
【００３７】
具体的に説明すると、図６(ｂ)〜(ｄ)に示すように、逃げ部１０は、円環部2,4を横断して平坦状に形成された１つの平坦状面１０ｓと、平坦状面１０ｓの両側から円環部2,4及び柱部６に向けて所定の曲率(例えば、曲率半径)で連続した２つの円弧状面R1,R2とから構成されている。ここで、平坦状面１０ｓは、軸受の回転中心軸を直交する方向に沿って平行に円環部2,4を横断して形成されており、２つの円弧状面R1,R2のうち、一方の円弧状面Ｒ１は、平坦状面１０ｓの一方側から円環部2,4の内周面2s,4sに連続し、且つ、他方の円弧状面Ｒ２は、平坦状面１０ｓの他方側から柱部６の内壁面６ｓに連続している。
【００３８】
このような逃げ部１０において、２つの円弧状面R1,R2から１つの平坦状面１０ｓに亘る全体の幅寸法を２ｎとすると、幅寸法２ｎは、円すいころ５の端面(転動面５ｍと側面５ｅとの間に周方向に沿って連続した環状の端面)に形成された面取り５ｒの寸法(図１(ａ)、図４(ａ),(ｂ))よりも大きく設定されている。また、逃げ部１０は、その深さ寸法ｋを円環部2,4の幅寸法Ｈの１０％〜３０％の範囲に設定して構成されている。ここで、逃げ部１０の深さ寸法ｋが円弧状面R1,R2の曲率半径ρと近似(ρ＝ｋ)しているとして、曲率半径ρと幅寸法Ｈとの比(ρ／Ｈ)で表わすと、当該逃げ部１０は、０.１≦ρ／Ｈ≦０.３なる関係を満足するように設定されている。
【００３９】
なお、図面上において、各円弧状面R1,R2は、連続した一定(単一)の曲率半径ρで形成されているが、この場合、曲率半径ρの大きさは、例えば逃げ部１０の深さ寸法ｋや幅寸法２ｎに応じて任意に設定されるため、ここでは特に数値限定はしない。また、逃げ部１０の深さ寸法ｋや幅寸法２ｎは、例えば図示しない転動体(円すいころ)の大きさや形状、当該転動体(円すいころ)を保持するポケット８の大きさや形状に応じて任意に設定されるため、ここでは特に数値限定はしない。
【００４０】
以上、本変形例の保持器１１によれば、１つの平坦状面１０ｓの両側から円環部2,4及び柱部６に向けて所定の曲率半径ρで連続した２つの円弧状面で構成された逃げ部１０をポケット８の四隅に設けたことにより、曲率半径の増大が制約された条件下においてもポケット８の四隅への過度の応力集中を低減することができる。これにより、従来に比べて保持器１１の強度を一定に維持することが可能となり、その結果、当該保持器１１の延命化や信頼性の向上を図ることができる。
【００４１】
また、本変形例によれば、逃げ部１０の幅寸法２ｎを円すいころ５の面取り５ｒの寸法よりも大きく設定したことで、軸受に封入されている潤滑剤(グリース、油)の掻き取り防止や当該保持器１１のポケット８の偏磨耗の防止を図ることができる。即ち、各ポケット８の四隅において、潤滑剤を円すいころ５の端面に付着・保持させることが可能となり、これにより、円すいころ５の端面と内外輪1,3に形成された環状の鍔部7,9(軌道面１ｓの両側に突設されたころ案内)との接触部位に常時潤滑剤を供給し続けることができる。この結果、円すいころ５及び内外輪1,3の磨耗や摩損を低減させることが可能となり、軸受寿命の延命化を図ることができる。
【００４２】
更に、本変形例によれば、逃げ部１０の深さ寸法ｋを円環部2,4の幅寸法Ｈの１０％〜３０％の範囲に設定したことにより、保持器１１全体としての強度を一定に維持することが可能となり、その結果、軸受の回転性能を長期に亘って一定に維持することができる。特に新幹線などの高速鉄道車両に設けられた回転軸(例えば、車軸)や、その主電動機の出力軸を支持する軸受には、高速回転下において高負荷が作用するため、それに対応するように保持器１１の強度も高いものが要求されるが、本変形例の保持器１１は、これに充分に対応することができる。
【００４３】
ここで、上述したような本変形例の保持器１１の効果について、応力の発生モデルを用いて実証する。
図７(ａ)には、ポケット８(図６)に逃げ部１０の無い保持器モデルが示されており、その円環部2,4は、厚さ寸法Ｔ＝８、幅寸法Ｈ＝１０の割合に設定され、その柱部６は、長さ寸法Ｅ＝１５、円環部中央までの柱長Ｌ＝２０の割合に設定されている。そして、柱部６に荷重Ｆ＝５０(例えば、５０ニュートン)を作用させて保持器モデルにモーメントＭを発生させる。このとき、柱部６には均等な分布荷重Ｗが作用しているものとする。
【００４４】
かかる条件下における材料力学的な関係から、柱部６に生じる応力σ０(基準応力)は、下記の(２)(３)式より(１)式として算出される。
σ０＝Ｍ／Ｚ  (Ｚ：断面係数)  …  (１)
Ｍ＝Ｗ・Ｌ２／２  …  (２)
Ｚ＝Ｔ・Ｈ２／６  …  (３)
【００４５】
図７(ｂ)には、ポケット８(図６)に既存の逃げ部１０ａを有する保持器モデルが示されており、逃げ部１０ａは、柱部６の端部６ｅに隣接した部分において、単一の曲率半径ρのみで形成された円弧形状を成している。この場合、円環部2,4に生じる曲げ応力を材料力学的な関係から求めると、応力集中を考慮した場合の各ポケット８の四隅で発生する引張応力σmaxは、(４)式として算出される。
σmax＝ασ０  (α：応力集中係数)  …  (４)
【００４６】
ここで、図７(ｂ)の保持器モデルについて、有限要素法に基づく構造解析(ＦＥＭ解析)を行って、その解析結果から得られたσmaxと材料力学的に求めた基準応力σ０とから応力集中係数αは、(５)式として算出される。
α＝σmax／σ０  …  (５)
【００４７】
図８(ａ)には、図７(ｂ)の保持器モデルにおける応力集中係数αの算出結果が示されており、逃げ部１０ａの曲率半径をρ、深さ寸法をｋ、円環部2,4の幅寸法をＨとし、ρ＝ｋとすると、応力集中係数αは、ρ／Ｈ＝０.１〜０.３の範囲で極値(α＝３.６５〜３.７６、αmin＝３.３９)をとることがわかる。
【００４８】
図７(ｃ)には、ポケット８(図６)に既存の逃げ部１０を有する本変形例の保持器モデルが示されており、逃げ部１０の幅寸法を２ｎ、ρ／Ｈ＝０.２とし、これに基づいて応力集中係数αを算出すると、図８(ｂ)に示すような算出結果が得られる。かかる算出結果によれば、ｎ／ρ＝１.０は、図８(ａ)の応力集中係数αの最小値(αmin＝３.３９)を示した諸寸法(単一の曲率半径ρ)であり、当該ｎ／ρが１.０を越えると、応力集中係数αが減少し、応力の集中を低減させる効果を発揮することがわかる。この場合、ｎ／ρ＝２.０以降は略一定の極値をとるため、ｎ／ρが２.０以上となるように逃げ部１０を設定することが好ましい。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】(ａ)は、円すいころ軸受の縦断面図、(ｂ)は、同図(ａ)の横断面図、(ｃ)は、本発明の一実施の形態に係る軸受用保持器において、柱部の外径面側に形成された内壁面の構成を一部拡大して示す断面図、(ｄ)は、本発明の一実施の形態に係る軸受用保持器において、柱部の内径面側に形成された内壁面の構成を一部拡大して示す断面図、(ｅ)は、柱部の内壁面に形成された２つの接触部及び延在部の構成を拡大して示す図。
【図２】本発明の他の実施の形態に係る軸受用保持器において、柱部の内壁面に形成された２つの接触部及び延在部の構成を拡大して示す図。
【図３】(ａ)は、本発明の第１の保持器構成を一部拡大して示す断面図、(ｂ)は、本発明の第２の保持器構成を一部拡大して示す断面図、(ｃ)は、本発明の第３の保持器構成を一部拡大して示す断面図。
【図４】(ａ)は、本発明の一実施の形態に係る軸受用保持器が複数の転動体と共に組み込まれた軸受の一部を拡大して示す断面図、(ｂ)は、各転動体を軸受に組み込んでいる状態を示す図。
【図５】従来の軸受用保持器において、柱部の内壁面の構成を一部拡大して示す図。
【図６】(ａ)は、本発明の変形例に係る軸受用保持器の全体の構成例を示す斜視図、(ｂ)は、同図(ａ)の保持器の一部を外側から見た拡大図、(ｃ)は、同図(ａ)の保持器の一部を内側から見た拡大図、(ｄ)は、逃げ部の構成を拡大して示す図。
【図７】応力の発生モデルを示す図であって、(ａ)は、ポケットに逃げ部の無い保持器モデル、(ｂ)は、既存の逃げ部を有する保持器モデル、(ｃ)は、本変形例の保持器モデル。
【図８】応力集中計数のＦＥＭ解析結果を示す図であって、(ａ)は、既存の保持器における解析結果、(ｂ)は、本変形例の保持器の解析結果。
【符号の説明】
【００５０】
2,4  円環部
2s,4s  内周面
５  転動体(円すいころ)
６  柱部
６ａ  接触部
６ｂ  延在部
６ｓ  内壁面
８  ポケット
１１  保持器
【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】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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