(57)【要約】【課題】転動体が潤滑剤を押しのけるのに要する力を低減することにより、転がり軸受の回転トルク損失を低減しうる保持器を提供する。【解決手段】内輪２と外輪３との間に介装される複数の転動体５を回転自在に保持する転がり軸受用の保持器４である。この保持器４の径方向厚みＷは、軸方向各位置での径方向各断面において転動体の直径の７０％以上である。また、転動体５を収容するポケット部１２の周方向内面１３は、転動体５の表面に略倣う形状とする。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内輪部材と外輪部材との間に介装される複数の転動体を回転自在に保持する転がり軸受用の保持器において、
前記保持器の径方向厚みが、軸方向各位置での径方向各断面において転動体の直径の７０％以上であり、
前記転動体を収容するポケット部の周方向内面が、前記転動体の表面に略倣う形状であることを特徴とする転がり軸受用保持器。
【請求項２】
前記軸方向各位置での径方向各断面において、前記保持器の内周面と外周面とが、保持器の軸心と同心の円弧形状を成すことを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受用保持器。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回転トルク損失を低減しうる転がり軸受用保持器に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
転がり軸受は一般的に、内輪、外輪、転動体、保持器等により構成される。保持器は転動体を回転自在にかつ略等間隔に保持するために用いられる。さらに、転がり軸受は、潤滑剤を用いることでその機能を正常に果たすことができる。潤滑剤には、グリースや潤滑油が用いられており、この潤滑剤により、内外輪の軌道と転動体との接触部に油膜が形成され、転がり軸受の各部材間の摩擦を低減して回転トルク損失を抑えることができ、また軸受の寿命を延ばすことができる。
【０００３】
転がり軸受では回転トルク損失を低減することが性能上極めて重要であり、更なる回転トルク低減が求められている。そのため従来より、回転トルク損失を低減するための様々な工夫が成されている。例えば、潤滑油を適正に供給するため潤滑油の供給方法を工夫して、例えば滴下潤滑、ジェット潤滑、オイルミスト潤滑などの高価で複雑な給油装置とする方式があった。また、比較的構造が簡便であり安価で、かつ十分な潤滑剤を供給できる潤滑方式として、油浴潤滑やはねかけ潤滑、あるいはグリース封入などが広く用いられていた。これらの潤滑方式においては、潤滑剤を適正あるいは十分に存在させることにより回転トルクを低減しようとするものであった。
【０００４】
また、保持器の仕様により回転トルク損失の低減を図るという工夫もなされていた。例えば、保持器の材質を工夫したり、保持器に潤滑油を含浸させたりして、保持器が自己潤滑性を有する様にすることが公然実施されていた。一方、保持器の形状に関しては、保持器をできるだけ小型軽量化することにより、回転トルク損失の低減を図ることが公然実施されていた。そのため、保持器は小型化あるいは薄肉化する必要があった。
【０００５】
また従来は、保持器を小型化あるいは薄肉化すると、各部材との接触部分が少なくなり保持器と各部材との摩擦が減って回転トルク損失が低減されるという考え方が採られており、従来から販売等されている保持器は、この観点からも可能な限り小型化、あるいは薄肉化が図られていた。なお従来、保持器の形状は、回転トルク損失を積極的に低減する要素とは見なされておらず、むしろ、主として組み付け性等の観点からその形状が設計されていた。この場合、組み付け時に弾性変形が必要となる保持器、例えば、玉軸受の冠型保持器のような場合、弾性変形し易くして組み付けを容易とするため、強度が確保できる範囲であってかつ保持器が外れることなくその機能を果たすことができる範囲内で、できるだけ薄肉化あるいは細径化される傾向にあった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
転がり軸受における回転トルク損失は少ないほど良く、更なる回転トルク損失の低減が求められている。前述のように、従来、保持器は小型化、軽量化、薄肉化される傾向にあり、それが回転トルク損失の低減にも有利であるというふうに考えられていた。しかし今回、転動体が潤滑剤を押しのけるのに要する力を低減するという、従来とは全く異なる点に着目し、従来型の保持器よりも回転トルク損失を低減しうる保持器を見いだし、本発明に至った。
【０００７】
即ち本発明は、転動体が潤滑剤を押しのけるのに要する力を低減することにより、転がり軸受の回転トルク損失を低減しうる保持器を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明では、内輪部材と外輪部材との間に介装される複数の転動体を回転自在に保持する転がり軸受用の保持器において、前記保持器の径方向厚みが、軸方向各位置での径方向各断面において転動体の直径の７０％以上であり、前記転動体を収容するポケット部の周方向内面が、前記転動体の表面に略倣う形状であることを特徴とする転がり軸受用保持器としている。このようにすると、転動体相互間への潤滑剤の余分な流入が抑制され、転動体相互間に存在する潤滑剤が少なくなるので、転動体が潤滑剤を押しのけるのに要する力を低減することができる。
【０００９】
また、前記軸方向各位置での径方向各断面において、前記保持器の内周面と外周面とが、保持器の軸心と同心の円弧形状を成す転がり軸受用保持器とするのが好ましい。このようにすると、保持器の内周面及び外周面の断面が円弧状の曲線により構成されることになるので、保持器の回転により発生する保持器外周面及び内周面付近の潤滑剤の流れがより円滑となる。よって、潤滑剤の攪拌抵抗や、転動体が潤滑剤を押しのけるのに要する力を低減することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の一実施形態である保持器４の径方向断面おける断面図である。図２は保持器４の側面図であり、図３は、この保持器４を用いた円筒ころ軸受１の、軸方向断面における断面図である。図３に示すように、この円筒ころ軸受１は、転動体である複数の円筒ころ５が内輪２及び外輪３との間に介装されており、また、複数の円筒ころ５を回転自在にかつ周方向に略等間隔に保持する保持器４が設けられている。複数の円筒ころ５は、内輪２の外周面に設けられた内輪軌道２ａと、外輪３の内周面に設けられた外輪軌道３ａにおいて内外輪２、３と接している。内輪軌道２ａは内輪２の外周面に凹部を形成しているが、外輪軌道３ａは外輪３の内周面に凹部を形成していない。即ち、内輪軌道２ａの両縁には鍔２ｂ、２ｂがあるが、外輪軌道３ａには鍔が無い。
【００１１】
保持器４は、図２及び図３に示すように、２つの環状部１０、１０と、これらの環状部１０、１０の間に周方向で等間隔をおいて架設された柱部１１とからなる。図２では、保持器４に設置された円筒ころ５も図示しており、各円筒ころ５は、隣り合う柱部１１間のポケット部１２に収容されている。この保持器４は、内輪によって回転がガイドされている所謂内輪ガイドタイプの保持器であるが、図１に示すように、保持器４の外周面１４と外輪軌道３ａとの間には隙間Ｘが設けられている。この隙間Ｘは、転動体や内外輪の弾性変化や保持器４の偏心などによる誤差を吸収するために設けられている。また、保持器４が回転すると、隙間Ｘに入り込んだ潤滑剤がせん断され、保持器４はこのせん断力に起因するせん断抵抗を受けるが、この隙間Ｘを確保することより、当該せん断抵抗が少なくなる。
【００１２】
図１に示すように、本実施形態では、軸方向各位置での径方向各断面において、保持器の外周面１４と内周面１５とが、保持器の軸心Ｚと同心の円弧形状を成している。また、軸方向各位置での径方向各断面における保持器４のポケット部１２を除く径方向厚みＷは、当該断面における転動体の直径Ｄの７０％以上となっている。このようにすると、転動体相互間の空間の多くを保持器４が占めることになり、転動体相互間に存在する潤滑剤が少なくなる。さらに、前述のように、これら外周面１４及び内周面１５は、その断面形状（軸方向各位置での径方向断面における形状）がそれぞれ周方向に単一の曲率を備える。また、柱部１１の軸方向厚さは一定となっている。よって、前記空間に占める保持器４の割合はさらに高くなる。そうすると、転動体である円筒ころ５が公転する際に押しのける潤滑剤が少なくなるので、潤滑剤の押しのけに要する力を少なくすることができ、転がり軸受の回転トルク損失を低減させることができる。ここで、図１に示すように、保持器４の径方向厚みＷは、軸Ｚから柱部１１の周方向最小部分の周方向両端部を通る仮想の放射線Ｌ１、Ｌ２の相互間における径方向厚みである。つまり、この厚みＷは、保持器４のポケット部１２の厚みを除いた部分の厚みである。即ち、この厚みＷは、保持器４の断面形状においてポケット部１２の周方向内面１３が円筒ころ５の形状に倣うことにより円筒ころ５の周囲に突出して回り込んだ部分である周方向突起部αを除く部分の厚みである。また、この径方向厚みＷは、円筒ころ５の存在する軸方向各位置での径方向各断面における厚みである。従って、この径方向厚みＷには、保持器４における環状部１０の径方向厚みは含まれない。
【００１３】
また、図１の断面図に示すように、柱部１１のうち、ポケット部１２の輪郭を形成する面であって、かつ、転動体である円筒ころ５（仮想線で示す）と対向する面である周方向内面１３は、その全体が円筒ころ５の表面に略倣った円柱面形状となっている。このように、ポケット部１２の周方向内面１３の形状が、転動体である円筒ころ５の表面に略倣った形状であるので、周方向内面１３とそれに対向する転動体である円筒ころ５の表面との間への潤滑剤の余分な流入が抑制される。
【００１４】
また、本実施形態では、図１に示すように、軸方向各位置での径方向各断面において、保持器の外周面１４と内周面１５とが、保持器の軸心Ｚと同心の円弧形状を成している。このようにすると、保持器４が回転する際に内周面１５及び外周面１４の表面付近を流れる潤滑剤の流れが円滑になるので、潤滑剤による攪拌抵抗を低減することができる。
【００１５】
このような保持器４は、転がり軸受の組み付けを可能とするため、弾性変形可能な樹脂等により一体的に作製した一体型保持器とするか、あるいは、２分割された部材を組み付け時に接合する２分割型保持器とする方法などで作製することができる。特に保持器を一体型とした場合には、組み付けに際し従来の保持器以上に多くの弾性変形を必要とする場合もありうるが、この場合は、例えば骨格となる芯の部分にのみ比較的剛性の高い材質を用いると共に、その他の部分には柔軟性が高く弾性変形し易い材質を用いることができる。本発明の保持器では、余分な潤滑剤の流入を抑制することができればその効果を達成できるので、前記骨格となる芯部分以外は極めて柔軟性の高い材料を用いても差し支えない。また、保持器４は比重の低い軽量な材質とすると慣性が小さくなるとともに回転トルク損失がさらに低減できるので好ましい。
【００１６】
以上のように、本実施形態の保持器においては、以下の効果を奏する。
▲１▼転動体間に入り込む潤滑剤の量を少なくすることができるので、転動体が潤滑剤を押しのけるのに要する力を低減することができる。このため、回転トルク損失を低減することができる。
▲２▼転動体間に入り込む潤滑剤の量を少なくすることができるので、潤滑剤の攪拌抵抗を低減させることができる。このため、回転トルク損失を低減することができる。
▲３▼潤滑剤を攪拌することにより生ずる発熱を低減することができる。
▲４▼回転トルク損失を低減することができるため、転がり軸受として使用された場合に省エネルギーを実現することができる。
【００１７】
軸方向各位置での径方向各断面における保持器４の径方向厚みＷは、当該断面における転動体の直径Ｄの７０％以上とするが、好ましくは８０％以上、更に好ましくは９０％以上とするのが良い。また上限としては１００％以下、さらには、前記隙間Ｘを確保できるように１００％より小さくするのがよい。この値が大きいほど転動体通過空間の多くを保持器４が占めることになり転動体である円筒ころ５が公転する際に押しのける潤滑剤が少なくなるので好ましいが、大きすぎると、保持器４の外周面１４あるいは内周面１５と内外輪との間の隙間が小さくなりすぎて摩擦が大きくなる場合がある。
【００１８】
前記隙間Ｘのような保持器４の外周面１４あるいは内周面１５と内外輪との間の隙間は、その距離を小さくする方が転動体である円筒ころ５が潤滑剤を押しのけるのに要する力及び攪拌抵抗を低減することができる。一方、この隙間距離を小さくすると、保持器４と内輪２間、あるいは、保持器４と外輪３間における潤滑油のせん断力Ｆが増大する。ここで、距離ｘの隙間に存在する潤滑油のせん断力Ｆは次の式（１）により計算することができる。
Ｆ＝ＳμＵ／ｘ    ・・・（１）
ここで、Ｓは、この隙間を介して対向する部分における保持器と軌道輪との対向面積であり、μは粘性係数、Ｕはせん断速度（保持器の公転速度）である。ＳμＵを定数とすると、Ｆは距離ｘを小さくするほど大きくなる。よって、実際の設計では、このせん断力Ｆと、転動体が潤滑剤を押しのける力、及び攪拌抵抗を総和して、この総和が最も小さくなるように、保持器４の外周面１４あるいは内周面１５と内外輪との間の隙間距離を定めるのが好ましい。
【００１９】
本発明は、潤滑剤の種類や潤滑の方法については特に限定しない。ただし、特に使用される転がり軸受の潤滑方式が油浴潤滑またははねかけ潤滑である場合が好ましい。これらの潤滑方式は、他の潤滑方式と異なり比較的安価で構造も簡単であるため広く用いられているが、油浴潤滑またははねかけ潤滑の場合は潤滑油を過剰供給する傾向にあり、潤滑剤である潤滑油の押しのけに要する力が特に大きくなっていた。従って、本発明の保持器を、油浴潤滑またははねかけ潤滑の転がり軸受に用いることにより、比較的安価で構造も簡単という利点を生かしつつ、潤滑油が過剰供給されることによる欠点を解消できるので、相乗効果が極めて高くなる。また、グリースの封入による潤滑方式を採用する場合、同様に潤滑剤が過剰に存在する傾向にあり、さらに、グリースは比較的粘度が高いため、グリースの押しのけに要する力は潤滑油の押しのけに要する力と比較して極めて大きい。そのため、グリースの封入による潤滑方式の転がり軸受において本発明の保持器を用いると、潤滑剤の押しのけに要する力を低減する効果が極めて高くなるので好ましい。
【００２０】
なお、一般に、流体内を進む物体がその流体を押しのけるのに必要な力は、次の式（２）に従うことが知られている。
Ｆｖ＝１／２（ρｅ・Ｃｖ・Ａ・Ｖ２）・・・（２）
この式（２）において、Ｆｖは潤滑剤を押しのけるのに必要な力（Ｎ）、ρｅは流体の有効密度（ｋｇ／ｍ３）、Ｃｖは抗力係数、Ａは物体の断面積（ｍ２）、Ｖは流体の速度、即ち、物体と流体の相対速度（ｍ／ｓ）を表す。従って、転がり軸受において、潤滑剤を押しのけるのに必要な力Ｆｖを減少させるためには、回転速度を低くして式（２）のＶを減少させるか、転動体の断面積を小さくして式（２）のＡを減少させることが考えられるが、回転速度や転動体の断面積は軸受の用途により適宜定まるものであるので、これらＶやＡを減少させることは考慮すべきでない。この式（２）から考えると、一見、潤滑剤を押しのけるのに必要な力Ｆｖを減少させるには潤滑剤の供給量を減少させるしか無いようにも思える。しかし本発明では、保持器により転動体相互間に入り込む潤滑剤の量を少なくするという新たな思想により、転動体が潤滑剤を押しのけるのに要する力を根本的に低下させようとするものである。また、転動体間に存在する潤滑剤（潤滑油）量が少なくなる為、潤滑剤の攪拌抵抗も低減させることができる。
【００２１】
なお、本発明は、前記の実施形態のような円筒ころ軸受用の保持器に限定されず、玉軸受、各種ころ軸受、円すいころ軸受、針状ころ軸受等、あらゆるタイプの転がり軸受用の保持器に適用が可能であることはいうまでもない。
【００２２】
【発明の効果】
転動体が潤滑剤を押しのけるのに要する力を低減することにより、転がり軸受の回転トルク損失を低減しうる保持器を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態である保持器の、径方向断面における断面図である。
【図２】本発明の一実施形態である保持器の側面図である。
【図３】本発明の一実施形態である保持器を用いた円筒ころ軸受の、軸方向断面における断面図である。
【符号の説明】
１    円筒ころ軸受
２    内輪
２ａ  内輪軌道
３    外輪
３ａ  外輪軌道
４    保持器
５    円筒ころ
１０  環状部
１１  柱部
１２  ポケット部
１３  周方向内面
１４  保持器の外周面
１５  保持器の内周面
Ｄ    円筒ころの径方向断面における直径
Ｗ    保持器の径方向断面における径方向厚み
【図１】
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【図２】
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【図３】
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