(57)【要約】【課題】保持器に作用する干渉力を低減する転がり軸受の内部すきまの関係を提案し、保持器の耐久性を向上させる。針状ころ軸受の他、円筒ころ軸受や、その他の転がり軸受一般に適用される。【解決手段】保持器２が半径方向の少なくとも片側への転動体１の移動を拘束し得るポケット形状を持つラジアル転がり軸受に適用される。ポケット６内で転動体１が半径方向に移動を許容される移動可能量Ｃｐを、保持器２の案内すきまＣｇよも大きくする。案内すきまＣｇは、外輪２の保持器案内面４と保持器２の被案内面との間の半径方向すきまである。【選択図】　　　　図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軌道輪と、複数の転動体と、これら転動体を保持したポケットを有する保持器とを備え、半径方向の少なくとも片側への転動体の移動を保持器が拘束し得るポケット形状を持つラジアル転がり軸受において、ポケット内で転動体が上記半径方向に移動を許容される移動可能量Ｃｐを、軌道輪の保持器案内面と保持器の被案内面との間の半径方向すきまである案内すきまＣｇよりも大きくしたことを特徴とするラジアル転がり軸受。
【請求項２】
請求項１において、ポケットの断面形状が、ポケット内面により転動体の、半径方向の内径側への移動を拘束し得るが外径側への移動を拘束できない形状であり、上記移動可能量Ｃｐは、外輪の中心を保持器の中心に一致させた状態における転動体が保持器で内径側への移動を拘束される位置と外輪の軌道面に接する位置の間の半径方向の移動量であるラジアル転がり軸受。
【請求項３】
請求項１において、ポケットの断面形状が、ポケット内面で転動体の、半径方向の外径側への移動を拘束し得るが内径側への移動を拘束できない形状であり、上記移動可能量Ｃｐは、内輪の中心を保持器の中心に一致させた状態における転動体が保持器で外径側への移動を拘束される位置と内輪の軌道面に接する位置の間の半径方向の移動量であるラジアル転がり軸受。
【請求項４】
請求項１において、ポケットの断面形状が、ポケット内面で転動体の、半径方向の内径側および外径側への移動を共に拘束できる形状であり、上記移動可能量Ｃｐは、転動体が保持器のみにより内径側への移動を拘束される位置と外径側への移動を拘束される位置の間の移動量であるラジアル転がり軸受。
【請求項５】
請求項１において、転動体がころであり、保持器のポケットにおける互いに円周方向に対向する一対のポケット内面が、保持器中心軸から放射状に広がる平面の一部分となる形状であるラジアル転がり軸受。
【請求項６】
軌道輪と、複数の転動体と、これら転動体を保持したポケットを有する保持器とを備え、半径方向の少なくとも片側への転動体の移動を保持器が拘束し得るポケット形状を持つラジアル転がり軸受において、ポケット内で転動体が上記半径方向に移動を許容される移動可能量Ｃｐと、軌道輪の保持器を案内する案内面と保持器の被案内面間の半径方向すきまである案内すきまＣｇとの関係を、Ｃｐ＞０．８Ｃｇとしたラジアル転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、ラジアル転がり軸受全般に適用され、特に動的な荷重が作用する場合に大きな効果を持つラジアル転がり軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
転がり軸受において、動的荷重が作用する場合、保持器の破損が問題になることがある。この保持器へ作用する力の発生原因は、あまり明確になっておらず、保持器強度を向上させて対策を行っている。保持器強度の向上の単純な方法は、ポケット間の肉厚を増すことである。しかし、肉厚増加は転動体の大きさや個数を減少させる必要があるため、転がり軸受としての負荷容量や寿命を低下させてしまう。そこで、保持器の破損の起点となる部分を調査し、その部分への応力集中が緩和される設定とする場合もある（例えば、非特許文献１）。
【０００３】
【非特許文献１】
ＮＳＫ　Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ　Ｊｏｕｒｎａｌ　Ｎｏ，６７３，２００２，Ｐ４０−４４
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
近年、転がり軸受を利用する機械の高性能化により、回転速度や荷重等の運転条件が厳しくなっている。したがって、転がり軸受の保持器に作用する干渉力も増大しているため、従来技術の応力集中を緩和させる方法では限界がある。
【０００５】
そこで、本発明は、保持器に作用する干渉力を低減する転がり軸受の内部すきまの関係を提案し、保持器の耐久性を向上させることである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
この発明のラジアル転がり軸受は、軌道輪と、複数の転動体と、これら転動体を保持したポケットを有する保持器とを備え、半径方向の少なくとも片側への転動体の移動を保持器が拘束し得るポケット形状を持つラジアル転がり軸受において、ポケット内で転動体が上記半径方向に移動を許容される移動可能量Ｃｐを、軌道輪の保持器案内面と保持器の被案内面との間の半径方向すきまである案内すきまＣｇよりも大きくしたことを特徴とする。
このように保持器のポケット内での転動体の移動可能量Ｃｐを、軌道輪の保持器案内面と保持器の被案内面間の半径方向すきまである案内すきまＣｇよりも大きくしたため、保持器に作用する転動体の干渉力が低減し、転動体の大きさや個数を減少させることなく、保持器の破損を防止することができる。このことは、動力学シミュレーションによりわかった。
【０００７】
軌道輪の保持器案内面は、例えば軌道輪における軌道面に続く肩部や、鍔部であっても良く、また軌道面であって良い。
軌道輪による保持器の案内は、内外の軌道輪である内輪および外輪のうちのいずれで行うようにしても良い。外輪案内とする場合に、外輪と、転動体と保持器とで構成されて内輪を有しない軸受としても良い。
【０００８】
移動可能量Ｃｐは、ポケットによる転動体の拘束形態によって次の３つに分類される。
▲１▼．ポケットの断面形状が、ポケット内面により転動体の、半径方向の内径側への移動を拘束し得るが外径側への移動を拘束できない形状である場合は、上記移動可能量Ｃｐは、外輪の中心を保持器の中心に一致させた状態における移動可能量である。この移動可能量Ｃｐは、転動体が保持器で内径側への移動を拘束される位置と外輪の軌道面に接する位置の間の半径方向の移動量となる。
▲２▼．ポケットの断面形状が、ポケット内面で転動体の、半径方向の外径側への移動を拘束し得るが内径側への移動を拘束できない形状である場合は、上記移動可能量Ｃｐは、内輪の中心を保持器の中心に一致させた状態における移動を可能量である。この移動可能量Ｃｐは、転動体が保持器で外径側への移動を拘束される位置と内輪の軌道面に接する位置の間の半径方向の移動量となる。
▲３▼．ポケットの断面形状が、ポケット内面で転動体の、半径方向の内径側および外径側への移動を共に拘束できる形状である場合は、上記移動可能量Ｃｐは、保持器のみによって定められる。この移動可能量Ｃｐは、転動体が保持器により内径側への移動を拘束される位置と外径側への移動を拘束される位置の間の移動量となる。
【０００９】
この発明において、転動体がころであり、保持器のポケットにおける互いに円周方向に対向する一対のポケット内面が、保持器中心軸から放射状に広がる平面の一部分となる形状であっても良い。このポケット形状の場合、上記分類▲１▼〜▲３▼のうち、▲１▼の拘束形態となる。
【００１０】
この発明における他のラジアル転がり軸受は、軌道輪と、複数の転動体と、これら転動体を保持したポケットを有する保持器とを備え、半径方向の少なくとも片側への転動体の移動を保持器が拘束し得るポケット形状を持つラジアル転がり軸受において、ポケット内で転動体が上記半径方向に移動を許容される移動可能量Ｃｐと、軌道輪の保持器を案内する案内面と保持器の被案内面との間の半径方向すきまである案内すきまＣｇとの関係を、Ｃｐ＞０．８Ｃｇとしたことを特徴とする。この軸受は、一般的な潤滑条件下で使用される。
一般的な転がり軸受の使用条件下では、軌道輪の保持器案内部にも十分な潤滑剤がある。潤滑条件が良く、保持器案内すきまが比較的小さい場合は、保持器案内部の流体潤滑膜の動的な圧力により、保持器中心の偏心率は１未満となる。保持器案内部の観察や先述の動力学シミュレーションを利用して幾つかの転がり軸受運転時の保持器中心の偏心率を調査すると、８０％以下の場合が多い。このような場合には、Ｃｐ＞０．８Ｃｇであれば、保持器に作用する転動体の干渉力が低減し、転動体の大きさや個数を減少させることなく、保持器の破損を防止することができる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
この発明の実施形態を図面と共に説明する。このラジアル転がり軸受は、各々軌道輪である内輪５と外輪３の軌道面５ａ，３ａの間に、保持器２のポケット６に保持された複数の転動体１を介在させたものである。保持器２はリング状とされ、外輪３で案内される。保持器２のポケット６の断面形状は、保持器２の半径方向の内外のうち、内径側への転動体１の移動のみを保持器２が拘束し得る形状である。ポケット６の断面形状は、詳しくは、図２（Ａ）に示すように、互いに保持器円周方向に対面する一対のポケット内面６ａが、保持器中心軸Ｏ１から放射状に広がる平面の一部となる形状とされている。
このラジアル転がり軸受において、図２（Ｂ）に示すように、ポケット６内で転動体１が上記半径方向に移動を許容される移動可能量Ｃｐを、外輪３の保持器案内面４と保持器２の被案内面との間の半径方向すきまである案内すきまＣｇよりも大きくてしてある。
【００１２】
図１のように、外輪３は両側に鍔７を有しており、鍔７の内面が保持器案内面４となる。内輪５は鍔無しのものである。保持器２は、円筒状体の円周方向複数箇所にポケット６が設けられたものであり、ポケット６の軸方向の両側に環状部分２ａを有する。この環状部分２ａの外径面が上記被案内面となる。この実施形態は針状ころ軸受に適用したものであり、転動体１はころである。外輪１は鋼製の削り出しのものとされている。保持器２は、鋼製のものであっても、樹脂製のものであっても良い。
【００１３】
この構成の軸受によると、ポケット６内で転動体１が半径方向に移動を許容される移動可能量Ｃｐを、外輪３の保持器案内面４と保持器２の被案内面との間の半径方向すきまである案内すきまＣｇよりも大きくしたため、保持器２に作用する転動体１の干渉力が低減し、転動体１の大きさや個数を減少させることなく、保持器２を破損することのない耐久性に優れたものとできる。このことは、次の動力学シミュレーションによってわかった。
【００１４】
転がり軸受の動力学シミュレーションコードを用いて、動的荷重が作用する場合につき、針状ころ軸受の保持器に作用するころからの干渉力の大きさの総和を解析した。解析の対象は、図１に示す針状ころ軸受である。荷重は、内輪５の回転に同期してラジアル荷重の大きさのみが周期的に変化する条件とした。また、保持器２のポケット６の内面は、図２（Ａ）と共に前述したように、保持器中心軸Ｏ１から放射状に広がる平面の一部分となる場合とした。このようなポケット断面形状の保持器２は、保持器内径側への転動体１の移動を一定位置までに拘束でき、保持器内径側への転動体１の脱落を防止できる。
なお、このようなポケット断面形状の保持器２は、図１のような内輪付きの針状ころ軸受の他に、図１１に示すような外輪鍔付き内輪鍔無し形（ＮＵ形と呼ばれる）の円筒ころ軸受や、図９に示すような外輪３，針状ころの転動体１，および保持器２からなる内輪省略形の針状ころ軸受等で用いられる。これらのＮＵ形の円筒ころ軸受や内輪省略形の針状ころ軸受においても、この発明を適用することができる。
【００１５】
保持器２の案内すきまＣｇ（図２（Ｂ）参照）と保持器ポケット６の内径側長さ（円周方向の直線幅）Ｌｐを変更し、針状ころである転動体１が保持器２に与える干渉力の最大値を整理すると、図３のようになる。ここで、保持器２の案内すきまＣｇは、外輪３の保持器案内面４と保持器２の被案内面との間の半径すきまである。この案内すきまＣｇは、保持器２と内輪５または外輪３の軌道面５ａ，３ａとの半径すきま、および保持器２と内輪５または外輪３の肩部との半径すきまのうち、小さい方のすきまを意味する。すなわち、保持器案内面４は、内輪５または外輪３と保持器２との半径すきまのうち、最も小さいすきまを与える面となり、この面における半径すきまが上記案内すきまＣｇとなる。図１０の例のように保持器２が外輪３の軌道面３ａで案内される軸受では、案内すきまＣｇは、外輪３の軌道面３ａと保持器２の外周面間の半径すきまとなる。
【００１６】
シミュレーション解析の物理的観測時間は０．２秒であり、その期間における保持器干渉力の最大値を整理した。軸受の主な諸元は、ピッチ円径φ１９．５６２ｍｍ、ころ半径２ｍｍ、ころ本数２０本、ラジアル内部すきま０．００４ｍｍで、回転速度は４，０００ｒｐｍ、最大荷重は、３５５５Ｎである。
図３に示すように、内径側長さＬｐが小さく、かつ案内すきまＣｇが大きくなると、保持器干渉力は増加する傾向にある。ここで、保持器２に作用する転動体１からの干渉力の最大値に着目した理由は、Ｓ−Ｎ曲線における疲労限を超える干渉力が、一定期間内のシミュレーションにおいて発生したら、保持器２はいずれ破損すると考えられるためである。
【００１７】
シミュレーション結果を観察すると、大きな保持器干渉力は、非負荷域において転動体１がポケット６の一対のポケット内面６ａと同時接触し（図５）、その転動体１が負荷域へ進入する瞬間に発生していることがわかった。ポケット内面６ａとの接触により、転動体１の自転速度が低下し、この転動体１が負荷域へ入ると、転動体１と軌道面３ａ間のすべりが通常よりも大きいために、外輪３からのトラクション力も大きくなる。この外輪３からのトラクション力は、転動体１とポケット内面６ａの接触を介して保持器２にも伝えられるため、大きな干渉力が保持器２に生じてしまう。このとき、内輪５と転動体１との間にもトラクション力が発生し、向きは外輪３のトラクション力と反対となるが、遠心力の影響のため、負荷域進入時の短い期間であるものの、外輪３のトラクション力が転動体１に対して支配的に作用する。
【００１８】
非負荷域での転動体１とポケット内面６ａの接触による転動体自転すべりに及ぼす，保持器２のポケット形状と案内すきまＣｇの影響について、以下に記す。図２（Ｂ）は、保持器中心が外輪中心に一致している場合の転動体１，保持器２，および外輪３の断面を示している。Ｃｐは保持器中心を外輪中心に一致させた場合の転動体１の半径方向の最大移動量，つまり移動可能量を示している。
ここで図２（Ｂ）で保持器２に力Ｆ（図４，図５）が作用し、保持器中心が着目している転動体１の方向へ移動する場合を考える。移動可能量Ｃｐが案内すきまＣｇよりも大きい場合は、図４に示すように保持器２は外輪３の保持器案内面４と接触し、保持器２への接触力Ｆｇを与えるが、転動体１とポケット内面６ａの接触力は生じない。一方、移動可能量Ｃｐが案内すきまＣｇよりも小さい場合は、図５に示すように対向する２つのポケット内面６ａが転動体１に共に接触し、Ｆｒ１とＦｒ２の大きな力を保持器に及ぼす。ここで、Ｆｒ１とＦｒ２のベクトルの大きさは、ベクトルＦよりも大きく、転動体１の自転速度は大きく低下する。以上から、Ｃｐ＜Ｃｇの場合のみ、ポケット内面６ａからの接触力が転動体１に作用するため、転動体１の自転速度を大きく低下させる場合があることがわかる。
【００１９】
以上のように、Ｃｐ＜Ｃｇの場合、非負荷域での転動体１の自転の滑りが大きくなり易いため、負荷域進入時に保持器２に作用する干渉力も大きくなる。
図２（Ｂ）において、ＬｐとＣｐの関係は式（１）であり、図３の横軸をＣｐにより整理すると、図６となる。図６より、Ｃｐ＜Ｃｇの場合に、保持器干渉力の最大値が増加する傾向が良くわかる。すなわち、上述のＣｐ＜Ｃｇの場合に、転動体１の自転を非負荷域で減速させ、かつこれが保持器干渉力を増大させる主原因であることが確認できる。
Ｃｐ＝Ｒｅ−（２×Ｒｃｉ／Ｌｐ＋１）Ｒｂ　　　　　　　（１）
ここで、Ｒｅ：外輪軌道面半径、
Ｒｃｉ：ポケット部内径半径、
Ｒｂ：転動体半径
【００２０】
よって、この実施形態では、内輪５および保持器２を外輪３の中心に一致させた状態において、転動体１の半径方向の移動可能量Ｃｐを外輪３による保持器案内部の半径すきまＣｇより大きくしたラジアル転がり軸受とした。
【００２１】
ところで、一般的な転がり軸受の使用条件下では、保持器の案内部にも十分な潤滑剤がある。潤滑条件が良く、保持器案内すきまが比較的小さい場合、保持器案内部の流体潤滑膜の動的な圧力により、保持器中心の偏心率は１未満となる。保持器案内部の観察や先述の動力学シミュレーションを利用して、幾つかの転がり軸受運転時の保持器中心の偏心率を調査すると、８０％以下の場合が多い。このような場合には、Ｃｐ＞０．８Ｃｇとしても良く、その場合も、保持器に作用する転動体の干渉力が低減し、転動体の大きさや個数を減少させることなく、保持器の破損を防止することができる。
【００２２】
各種ポケット形状におけるＣｐの定義について、以下に記す。移動可能量Ｃｐは、ポケット６による転動体１の拘束形態によって次の３つに分類される。
第１の形態▲１▼は、図２の実施形態等のように、ポケット６の断面形状が、ポケット内面６ａにより転動体１の、半径方向の内径側への移動を拘束し得るが外径側への移動を拘束できない形状の場合である。この場合は、上記移動可能量Ｃｐは、外輪３の中心を保持器２の中心に一致させた状態で、転動体１が保持器２で内径側への移動を拘束される位置と外輪３の軌道面３ａに接する位置の間の半径方向の移動量となる。
第２の形態▲２▼は、図７のように、ポケット６の断面形状が、ポケット内面６ａにより転動体１の、半径方向の外径側への移動を拘束し得るが内径側への移動を拘束できない形状の場合である。この場合は、上記移動可能量Ｃｐは、内輪５の中心を保持器２の中心に一致させた状態で、転動体１が保持器２で外径側への移動を拘束される位置と内輪５の軌道面５ａに接する位置の間の半径方向の移動量となる。
第３の形態▲３▼は、図８のように、ポケット６の断面形状が、ポケット内面６ａで転動体１の、半径方向の内径側および外径側への移動を共に拘束できる形状の場合である。この場合は、上記移動可能量Ｃｐは、保持器６のみによって定められる。この移動可能量Ｃｐは、転動体１が保持器６により内径側への移動を拘束される位置と外径側への移動を拘束される位置の間の移動量となる。内径側および外径側の移動を共に拘束できるポケット形状としては、例えば、ポケット６の断面形状が、円弧形や、くの字形、あるいは溝形等の場合がある。
【００２３】
なお、上記実施形態は、針状ころ軸受に適用した場合につき説明したが、この発明は、この他に、円筒ころ軸受や、玉軸受、自動調心ころ軸受、および円すいころ軸受などの各種のラジアル転がり軸受に適用することができる。また、ポケット部で転動体１のラジアル方向の少なくとも片側の移動量を拘束する保持器の全てに適用され、例えば玉軸受における冠形樹脂保持器等にも適用することができる。
【００２４】
【発明の効果】
この発明のラジアル転がり軸受は、ポケット内で転動体が上記半径方向に移動を許容される移動可能量Ｃｐを、軌道輪の保持器案内面と保持器の被案内面との間の半径方向すきまである案内すきまＣｇよりも大きくしたため、保持器に作用する転動体の干渉力が低減し、転動体の大きさや個数を減少させることなく、動的荷重条件下においても、保持器の破損を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施形態にかかるラジアル転がり軸受の部分破断側面図である。
【図２】（Ａ）はその保持器の部分破断正面図、（Ｂ）は同保持器の転動体の移動を示す説明である。
【図３】転がり軸受の動力学シミュレーションによる保持器干渉力の解析結果を示すグラフである。
【図４】Ｃｐ＞Ｃｇ場合の保持器移動例を示す説明図である。
【図５】Ｃｐ＜Ｃｇ場合の保持器移動例を示す説明図である。
【図６】図３のグラフをＣｐで整理し場合の保持器干渉力の解析結果を示すグラフである。
【図７】外径側への転動体移動を拘束不能な保持器の例の断面図である。
【図８】内外径の両側への転動体移動を拘束可能な保持器の例の断面図である。
【図９】この発明の他の実施形態の断面図である。
【図１０】この発明のさらに他の実施形態の断面図である。
【図１１】この発明のさらに他の実施形態の断面図である。
【符号の説明】
１…転動体
１　ｃ…保持器に接している状態の転動体の断面輪郭
１ｃｅ…ポケットの外径側で接している転動体の断面輪郭
１ｃｉ…ポケットの内径側で接している転動体の断面輪郭
２…保持器
３…外輪
３ａ…外輪の軌道面
４…外輪の保持器案内面
５…内輪
５ａ…内輪の軌道面
６…ポケット
Ｃｐ…移動可能量
Ｃｇ…案内すきま
【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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【図９】
2004144183.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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