(57)【要約】【課題】保持器の強度を低下させること無く、当該保持器を組み込んだ軸受を長期に亘って安定して動作させることが可能な技術を提供する。【解決手段】内外輪1,3の軌道面1s,3s間に沿って転動自在に組み込まれた複数の転動体(ころ)５を保持しながら公転する樹脂製の保持器を備え、各転動体は、回転対称軸Ｚを中心に回転自在に保持器に保持され且つ当該回転対称軸に直交する横断面が円形を成していると共に、内外輪のいずれか一方及び双方の軌道面の少なくとも片側には、当該軌道面に沿って複数の転動体を保持し且つ案内する環状の鍔部(小径鍔部７、大径鍔部９)が突出されている軸受の組立方法であって、小径鍔部が突出された内輪に対して保持器と共に複数の転動体を組み込む際には、保持器を加熱して熱膨張させることで、当該保持器に保持された各転動体を小径鍔部の突出端７ｅを乗り越えて内輪の軌道面に組み込む。【選択図】図１
2007321939.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相対回転可能に対向配置された軌道輪と、軌道輪の対向面にそれぞれ周方向に連続して形成された軌道面間に沿って転動自在に組み込まれた複数の転動体と、複数の転動体を１つずつ回転自在に保持しながら、軌道輪間に沿って公転する樹脂製の保持器とを備え、各転動体は、回転対称軸を中心に回転自在に保持器に保持され且つ当該回転対称軸に直交する横断面が円形を成していると共に、軌道輪のいずれか一方及び双方の軌道面の少なくとも片側には、当該軌道面に沿って複数の転動体を保持し且つ案内する環状の鍔部が突出されている軸受の組立方法であって、
環状の鍔部が突出された軌道輪に対して保持器と共に複数の転動体を組み込む際には、保持器を加熱して熱膨張させることで、当該保持器に保持された各転動体を鍔部の突出端を乗り越えて当該軌道輪の軌道面に組み込むことを特徴とする軸受組立方法。
【請求項２】
環状の鍔部が突出された軌道輪に対して保持器と共に複数の転動体を組み込む際には、予め保持器を加熱して熱膨張させた後、当該保持器に複数の転動体を保持させ、その状態で、各転動体を鍔部の突出端を乗り越えて当該軌道輪の軌道面に組み込むことを特徴とする請求項１に記載の軸受組立方法。
【請求項３】
環状の鍔部が突出された軌道輪に対して保持器と共に複数の転動体を組み込む際には、予め保持器に保持させた複数の転動体を環状の鍔部に対して位置決めし、その状態で、各転動体及び保持器並びに鍔部が突出された軌道輪を同時に加熱して当該保持器を熱膨張させた後、各転動体を鍔部の突出端を乗り越えて当該軌道輪の軌道面に組み込むことを特徴とする請求項１に記載の軸受組立方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれかに記載の軸受組立方法で組み立てられた転がり軸受であって、
環状の鍔部の突出端には、各転動体の軌道面への組込方向に沿って末広がり状に連続的に傾斜した所定傾斜角度のテーパ面が形成されていることを特徴とする転がり軸受。
【請求項５】
テーパ面の傾斜角度は、軌道輪の回転中心を通る中心軸とテーパ面との成す角度で規定されていることを特徴とする請求項４に記載の転がり軸受。
【請求項６】
テーパ面のうち最も軌道面寄りの部位には、軌道輪の中心軸と平行に所定量だけ延在させた環状のストレート面が形成されていることを特徴とする請求項４又は５に記載の転がり軸受。
【請求項７】
請求項４〜６のいずれかに記載の転がり軸受に組み込まれた軸受用保持器であって、
樹脂製の保持器は、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具備し、
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軸受用保持器。
【請求項８】
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７に記載の軸受用保持器。
【請求項９】
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７又は８に記載の軸受用保持器。
【請求項１０】
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７〜９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、軸受の組み立て方法の改良に関し、特に保持器と共に複数の転動体を軌道輪に組み込む技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、鉄道車両をはじめとする各種の駆動装置には、その回転機構を回転自在に支持する軸受が適用されており、当該軸受には、内外輪間に組み込まれた複数の転動体を回転自在に保持する複数のポケットを有する保持器が設けられている。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】
ころ軸受には、例えば特許文献１に示すような保持器が転動体(ころ)と共に組み込まれている。かかる構成の一例として図１(ａ)には、複数の転動体(ころ)５の回転対称軸Ｚが軸受の回転中心軸(軌道輪1,3の回転中心を通る中心軸Ｑ(図１(ｃ)))上の一点に集束するように設計された円すいころ軸受が示されている。当該ころ軸受には、相対回転可能に対向配置された軌道輪(内輪１、外輪３)と、内外輪1,3の対向面にそれぞれ周方向に連続して形成された軌道面1s,3s間に沿って転動自在に組み込まれた複数の転動体(ころ)５と、複数の転動体(ころ)５を１つずつ回転自在に保持しながら、内外輪1,3間に沿って公転する樹脂製の保持器とが設けられている。
【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。これにより、複数の転動体(ころ)５が内外輪1,3の軌道面1s,3s間を転動する際、各転動体(ころ)５は、環状の鍔部7,9の案内面7s,9s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、各転動体(ころ)５は、保持器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対称軸Ｚを中心に回転する。
【０００５】
また、内外輪1,3の軌道面1s,3sは、各転動体(ころ)５の回転対称軸Ｚ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となっている。
【０００６】
また、保持器は、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とを備えており、各ポケット８は、２つの円環部2,4と複数の柱部６とによって区画されて構成されている。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、保持器は、その全体が円錐台形状を成している。
【０００７】
このような円すいころ軸受を組み立てる場合には、例えば図１(ｂ)に示すように、保持器の各ポケット８に転動体(ころ)５を保持させた後、環状の小径鍔部７を各転動体(ころ)５に位置付けるように内輪１を矢印Ｙ方向に移動させる。このとき、小径鍔部７は、回転対称軸Ｚが軸受の回転中心軸Ｑ(図１(ｃ))に向けて集束して配列された各転動体(ころ)５の内側に入り込んでいくが、その後、当該小径鍔部７における突出端７ｅの環状表面７ｍと各転動体(ころ)５の転動面５ｍとの間の高低差Ｇにより、それ以上、内輪１を矢印Ｙ方向に移動させることができない状態となる。
【０００８】
この状態において、保持器と共に複数の転動体(ころ)５を内輪１の軌道面１ｓに組み込むためには、各転動体(ころ)５を小径鍔部７の突出端７ｅを乗り越えて当該軌道面１ｓに組み込むことになる。このとき、保持器の小径側円環部２には、当該小径側円環部２を外径方向に押し広げようとする力が作用するが、小径側円環部２は、円錐台形状を成す保持器において径方向に幅広のフランジ状を成しており、大径側円環部４に比べて高い剛性を発揮する。この場合、各転動体(ころ)５を小径鍔部７の突出端７ｅを乗り越えて当該軌道面１ｓに組み込む際に保持器に加わった力は、その殆どが剛性の低い大径側円環部４に作用し、当該大径側円環部４を外径方向に押し広げようとする。このため、内輪１の軌道面１ｓに対する各転動体(ころ)５の組み込みが困難な状態となっていた。
【０００９】
そこで、例えば特許文献１には、保持器の小径側(各柱部６の小径側)の保持部分を減少させることで、各転動体(ころ)５の組込時に、当該保持器の小径側も外径方向に押し広げられるようにした技術が提案されている。しかしながら、このように保持器の小径側(各柱部６の小径側)の保持部分を減少させると、当該保持器の強度を一定に維持することが困難になり、軸受の使用状態や環境によっては、保持器が早期に劣化したり、摩損する虞がある。そうなると、当該保持器が組み込まれた軸受を長期に亘って安定して動作させることが困難になってしまう。
【特許文献１】特開平８−２４７１５２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
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、保持器の強度を低下させること無く、当該保持器を組み込んだ軸受を長期に亘って安定して動作させることが可能な技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
かかる目的を達成するために、本発明は、相対回転可能に対向配置された軌道輪と、軌道輪の対向面にそれぞれ周方向に連続して形成された軌道面間に沿って転動自在に組み込まれた複数の転動体と、複数の転動体を１つずつ回転自在に保持しながら、軌道輪間に沿って公転する樹脂製の保持器とを備え、各転動体は、回転対称軸を中心に回転自在に保持器に保持され且つ当該回転対称軸に直交する横断面が円形を成していると共に、軌道輪のいずれか一方及び双方の軌道面の少なくとも片側には、当該軌道面に沿って複数の転動体を保持し且つ案内する環状の鍔部が突出されている軸受の組立方法であって、環状の鍔部が突出された軌道輪に対して保持器と共に複数の転動体を組み込む際には、保持器を加熱して熱膨張させることで、当該保持器に保持された各転動体を鍔部の突出端を乗り越えて当該軌道輪の軌道面に組み込む。
【００１２】
本発明において、環状の鍔部が突出された軌道輪に対して保持器と共に複数の転動体を組み込む際には、予め保持器を加熱して熱膨張させた後、当該保持器に複数の転動体を保持させ、その状態で、各転動体を鍔部の突出端を乗り越えて当該軌道輪の軌道面に組み込む。この場合、環状の鍔部が突出された軌道輪に対して保持器と共に複数の転動体を組み込む際には、予め保持器に保持させた複数の転動体を環状の鍔部に対して位置決めし、その状態で、各転動体及び保持器並びに鍔部が突出された軌道輪を同時に加熱して当該保持器を熱膨張させた後、各転動体を鍔部の突出端を乗り越えて当該軌道輪の軌道面に組み込むようにしても良い。
【００１３】
また、上述した本発明の軸受組立方法で組み立てられた転がり軸受であって、環状の鍔部の突出端には、各転動体の軌道面への組込方向に沿って末広がり状に連続的に傾斜した所定傾斜角度のテーパ面が形成されている。この場合、テーパ面の傾斜角度は、軌道輪の回転中心を通る中心軸とテーパ面との成す角度で規定されている。なお、テーパ面のうち最も軌道面寄りの部位に、軌道輪の中心軸と平行に所定量だけ延在させた環状のストレート面を形成しても良い。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、保持器の強度を低下させること無く、当該保持器を組み込んだ軸受を長期に亘って安定して動作させることが可能な技術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】
【００１５】
以下、本発明の一実施の形態に係る軸受組立方法及び転がり軸受について、添付図面を参照して説明する。軸受としては、例えば鉄道車両や自動車、或いは各種の産業用及び工業用の装置に設けられた回転軸を支持する軸受などがあるが、ここでは一例として、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を想定する。なお、軸受としては、ラジアル軸受やスラスト軸受を適用することができるが、ここでは一例として、互いに相対回転可能にラジアル方向に対向配置された内輪及び外輪とを備えたラジアル軸受を想定する。
【００１６】
本実施の形態では、図１(ａ),(ｂ)に示された円すいころ軸受を想定して説明するが、既に説明した内容についての説明を省略する。この場合、転動体(ころ)５としては、例えば円筒ころ、針状ころ、円すいころ、球面ころ、凸面ころなどを適用することができる。なお、凸面ころは、これを２列に組み込んだ自動調心ころ軸受に適用される。いずれを適用した場合でも、転動体(ころ)５は、回転対称軸Ｚを中心に回転自在に保持器に保持され且つ当該回転対称軸Ｚに直交する横断面が円形を成し、周方向に連続した転動面５ｍ(内外輪1,3の軌道面1s,3sに沿って摺接しながら転がる周面)と、その両側の円形の側面５ｅ(図１(ｂ))とで構成されている。
【００１７】
また、転動面５ｍと側面５ｅとの間には、周方向に沿って連続した環状の端面が形成されており、ここに所定の面取り５ｒが施されている。この場合、面取り５ｒは、内外輪1,3間を転動する際に、例えば内外輪1,3の軌道面1s,3sや転動体(ころ)５の磨耗或いは摩損などを低減させるために施されており、その面取り５ｒの寸法は、例えば内外輪1,3の軌道面1s,3sや転動体(ころ)５の形状や材質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。
【００１８】
また、図３(ａ)には、図１(ａ),(ｂ)に示された円すいころ軸受に組み込まれた保持器の全体構成が例示されており、当該保持器において、複数の柱部６は、小径側円環部２と大径側円環部４との間に亘って延出し、その両端部６ｅがそれぞれの円環部2,4に接合されている。この場合、２つの円環部2,4と複数の柱部６とは、保持器成形時に一体成形しても良いし、或いは、複数の柱部６を別体で成形し、その両端部６ｅを円環部2,4に後付けしても良い。
【００１９】
なお、後付けする方法としては、各柱部６の両端部６ｅを円環部2,4に対して例えば接着、溶着、嵌合、ネジ止めするなどの各種の方法を適用することができるため、ここでは特に限定しない。また、保持器(円環部2,4、柱部６)の材質としては、樹脂に限定されることは無く、加熱による熱膨張を奏する金属材料を適用しても良い。更に、保持器の種類としては、例えばもみぬき形保持器、波形保持器、冠形保持器、かご形保持器、合せ保持器などを適用することができる。
【００２０】
本実施の形態では、上述した図１(ｂ)の組立方法において、環状の鍔部(小径鍔部７、大径鍔部９)が突出された軌道輪(図面では、内輪１)に対して保持器と共に複数の転動体(ころ)５を組み込む際に、保持器を加熱して熱膨張させることで、当該保持器に保持された各転動体(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。この場合、保持器の加熱タイミングとしては、例えば複数の転動体(ころ)５を保持する前に、予め保持器だけを加熱して熱膨張させた後、当該保持器に複数の転動体(ころ)５を保持させ、その状態で、各転動体(ころ)５を鍔部７の突出端７ｅを乗り越えて内輪１の軌道面１ｓに組み込む。
【００２１】
ここで、保持器の熱膨張量としては、例えば図１(ｂ)の組立方法において説明したような高低差Ｇを無くする程度か、それ以上に当該保持器全体を拡大させれば良い。なお、高低差Ｇとは、保持器を加熱しない場合において、各転動体(ころ)５が小径鍔部７の突出端７ｅを乗り越える量を指す。別の捉え方をすると、保持器を加熱しない場合において、環状の配列された複数の転動体(ころ)５が環状の小径鍔部７の突出端７ｅを乗り越える際、各転動体(ころ)５は外径方向に拡げられることになるが、このときの外径方向への拡大量を高低差Ｇとして表現することもできる。
【００２２】
このように保持器を熱膨張させることで、各転動体(ころ)５を小径鍔部７の突出端７ｅに干渉させること無く、内輪１の軌道面１ｓに対してスムーズに組み込むことができる。このとき、各転動体(ころ)５と小径鍔部７の突出端７ｅとの間で例えば摩擦や衝突などの干渉は生じないため、各転動体(ころ)５や内輪１(小径鍔部７)が傷付いたり、破損するといった問題も起こらない。更に、このとき、小径鍔部７の突出端７ｅから各転動体(ころ)５に対して外力が作用することは無いため、組込時において保持器に対するストレス(圧力)を無くすることができる。これにより、当該ストレス(圧力)による保持器自体の変形や破損といった不具合も生じない。従って、本実施の形態の軸受組立方法によって保持器と共に複数の転動体(ころ)５が組み込まれた軸受によれば、当該軸受を長期に亘って安定して動作させることが可能となる。
【００２３】
なお、加熱により熱膨張させた保持器は、各転動体(ころ)５を内輪１の軌道面１ｓに組み込んだ後、そのまま放置して自然に冷却したり、或いは、既存の冷却装置などで冷却することで、加熱前の初期状態に復帰させることができる。これにより、複数の転動体(ころ)５は、保持器によって１つずつ回転自在に保持された状態で内輪１の軌道面１ｓに安定して組み込まれる。このとき、各転動体(ころ)５の転動面５ｍを内輪１の軌道面１ｓに対して正確に着座させることができる。この後、外輪３を組み付けることで、保持器と共に内外輪1,3間に組み込まれた複数の転動体(ころ)５は、当該内外輪1,3の軌道面1s,3s間に沿って安定して転動可能となり、その結果、軸受(内外輪1,3)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。
【００２４】
また、保持器の加熱タイミングについては、上述した実施の形態に限定されることは無く、以下のようなタイミングに設定しても良い。図１(ｃ)には、軸受組立方法の他の実施の形態の説明図が示されており、まず、予め保持器に保持させた複数の転動体(ころ)５を小径鍔部７の突出端７ｅに対して位置決めする。その状態で、各転動体(ころ)５及び保持器並びに小径鍔部７が突出された内輪１を同時に加熱して当該保持器を熱膨張させる。このとき、各転動体(ころ)５を小径鍔部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。
【００２５】
かかる軸受組立方法は、樹脂製の保持器と鋼材製の転動体(ころ)５及び内輪１との間の線膨張係数の違いを利用したものである。この場合、鋼材に比べて樹脂の線膨張係数が大きいため、転動体(ころ)５及び内輪１に比べて保持器の熱膨張量は大きくなる。これにより、上記実施の形態(図１(ａ),(ｂ))と同様の効果を実現することができる。なお、当該効果については既に説明済みであるため、その説明は省略する。
また、上述した各実施の形態(図１(ａ)〜(ｃ))において、保持器を加熱する際の加熱温度や加熱時間については、例えば保持器の形状や大きさ、材質(樹脂の種類)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。
【００２６】
なお、本発明は、上述した各実施の形態に限定されることは無く、以下のような変形例も本発明の技術範囲に含まれる。
第１の変形例として図２(ａ)に示すように、環状の小径鍔部７の突出端７ｅにおいて、その環状表面７ｍを所定傾斜角度αのテーパ面７ｍとして形成しても良い。なお、テーパ面７ｍは、内輪１の軌道面１ｓへの各転動体(ころ)５の組込方向に沿って末広がり状に連続的に傾斜させて形成されている。
【００２７】
ここで、テーパ面７ｍの傾斜角度αは、軌道輪(内輪１)の回転中心を通る回転中心軸Ｑとテーパ面７ｍとの成す角度で規定されている。この場合、傾斜角度αは、例えば保持器に保持された状態における各転動体(ころ)５の転動面５ｍと上記中心軸Ｑとの成す角度(図２(ａ))に設定しても良いし、或いは、内輪１の軌道面１ｓと上記中心軸Ｑとの成す角度(図１(ｃ))に設定しても良い。いずれの場合でも、傾斜角度αは、例えば転動体(ころ)５の種類や大きさ並びにその形状、或いは軌道輪(内輪１)の形状や大きさ、小径鍔部７の突出端７ｅの大きさや形状などに応じて最適な角度に設定されるため、ここでは特に数値限定はしない。
【００２８】
以上、第１の変形例によれば、小径鍔部７の突出端７ｅにテーパ面７ｍを形成したことにより、上述した各実施の形態(図１(ａ)〜(ｃ))において、複数の転動体(ころ)５を内輪１の軌道面１ｓに組み込む際に、各転動体(ころ)５がテーパ面７ｍに沿って案内されるため、全ての転動体(ころ)５をばらつくこと無くスムーズに且つ正確に軌道面１ｓに組み込むことができる。これにより、組込作業がし易くなり、軸受の組立効率を飛躍的に向上させることが可能となる。
【００２９】
また、第２の変形例として図２(ｂ)に示すように、上述したテーパ面７ｍのうち最も軌道面１ｓ寄りの部位(エッジ部とも言う)に、内輪１(軸受)の回転中心軸Ｑと平行に所定量だけ延在させた環状のストレート面７mpを形成しても良い。この場合、ストレート面７mpの形成幅δは、例えば内輪１の形状や大きさ、或いは小径鍔部７の突出端７ｅの形状や大きさなどに応じて任意に設定されるため、ここでは特に数値限定はしない。
【００３０】
以上、第２の変形例によれば、小径鍔部７の突出端７ｅにおいて、そのテーパ面７ｍにストレート面７mpを形成することで、複数の転動体(ころ)５を内輪１の軌道面１ｓに組み込む際に、各転動体(ころ)５が上記エッジ部に相互に干渉して当該転動体(ころ)５が例えば傷付いたり磨耗するといった不具合の発生を防止することができる。また、内輪１に対する熱処理後にストレート面７mpに対して各種の仕上げ加工(例えば、Ｌ３加工、研削加工など)を施すことで、小径鍔部７の寸法のバラツキを無くすことが可能となり、その結果、内輪１の歩留まりを向上させることができる。
【００３１】
また、上述した各実施の形態(図１(ａ)〜(ｃ))、第１及び第２の変形例(図２(ａ),(ｂ))に対して下記のような新たな構成を付加することも可能である。
即ち、図３〜図５には、本発明の第３の変形例に係る軸受用保持器が示されており、このような保持器において、各ポケット８には、円環部2,4のうち柱部６の両端部６ｅ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１０が設けられている。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(ｃ))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。
【００３２】
具体的に説明すると、図３(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Ｑ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。
【００３３】
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、当該幅寸法２ｎは、転動体(ころ)５(図１(ａ))の端面に形成された面取り５ｒ(図１(ａ))の寸法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。
【００３４】
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、例えば転動体(ころ)５の大きさや形状、当該転動体(ころ)５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。
【００３５】
以上、第３の変形例の軸受用保持器によれば、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、当該保持器の延命化や信頼性の向上を図ることができる。
【００３６】
また、本変形例によれば、逃げ部１０の幅寸法２ｎを転動体(ころ)５の端面に形成された面取り５ｒの寸法よりも大きく設定したことにより、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、潤滑剤を転動体(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、転動体(ころ)５の端面と内外輪1,3のつば面(図面上では、内輪１の軌道面１ｓの両側に突設された鍔部7,9の案内面7s,9s(図１(ａ),(ｂ)))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、転動体(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。
【００３７】
更に、本実施の形態によれば、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の強度も高いものが要求されるが、本実施の形態の保持器は、これに充分に対応することができる。
【００３８】
ここで、上述したような本実施の形態の軸受用保持器の効果について、応力の発生モデルを用いて実証する。
図４(ａ)には、ポケット８(図３)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。
【００３９】
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)
【００４０】
図４(ｂ)には、ポケット８(図３)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)
【００４１】
ここで、図４(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)
【００４２】
図５(ａ)には、図４(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。
【００４３】
図４(ｃ)には、ポケット８(図３)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５(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５(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】
【００４４】
【図１】(ａ)は、本発明の一実施の形態に係る軸受組立方法で組み立てられた軸受の一部を拡大して示す断面図、(ｂ)は、同図(ａ)の軸受を組み立てている状態を示す図、(ｃ)は、本発明の他の実施の形態に係る軸受組立方法を示す図。
【図２】(ａ)は、本発明の第１の変形例に係る軸受の構成を分解し、その一部を拡大して示す断面図、(ｂ)は、本発明の第２の変形例に係る軸受の構成を一部拡大して示す断面図。
【図３】(ａ)は、本発明の第３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４】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、第３の変形例の保持器モデル。
【図５】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、第３の変形例の保持器の解析結果。
【符号の説明】
【００４５】
１  内輪
１ｓ  内輪の軌道面
３  外輪
３ｓ  外輪の軌道面
５  転動体(ころ)
７  小径鍔部
７ｅ  突出端
９  大径鍔部
Ｚ  転動体の回転対称軸
【図１】
2007321939.tif 000003
【図２】
2007321939.tif 000004
【図３】
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【図４】
2007321939.tif 000006
【図５】
2007321939.tif 000007