JP2023137696A - 転がり軸受用保持器、転がり軸受、及び転がり軸受用保持器の設計方法 - Google Patents

Abstract

【課題】位相が異なる２つのポケット間に形成されるくさび作用によって保持器の柱部が損傷するのを抑制するとともに、単一ポケット内で形成されるくさび作用によっても保持器の柱部が損傷するのを抑制することができる転がり軸受用保持器、転がり軸受、及び転がり軸受用保持器の設計方法を提供する。【解決手段】ポケット１５において周方向に対向する持たせ部２０、２２は、互いの円弧を延長して交差させることでゴシックアーチ形状を形成し、かつ、所定のポケット１５Ａにおける持たせ部２０、２２と、該所定のポケット１５Ａに対して周方向に離間した各ポケット１５ｎにおける持たせ部２０、２２の各先端部２０ａ、２２ａの接線Ｔによって規定される複数のくさびのくさび角２θｎのうち、正の最小値２θｍｉｎは、転動体１３と保持器１４との摩擦係数をμとしたとき、θｍｉｎ＞ｔａｎ－１（μ）を満足する。【選択図】図２

Description

本発明は、転がり軸受用保持器、転がり軸受、及び転がり軸受用保持器の設計方法に関する。

工作機械の主軸は、運転中に軸受やモーターの発熱により軸方向に熱膨張し、フロント側軸受とリア側軸受が突っ張ることでアキシアル荷重が過大となって、軸受が損傷する虞がある。これを防ぐ為に、リア側軸受にスライド機能を有する円筒ころ軸受を使用することがある。また、工作機械の主軸は、高速回転で運転されることが多く、円筒ころ軸受は、運転中に遠心力や熱の影響で負のラジアルすきまとなる場合がある。通常、負のラジアルすきまになると、ころ径の相互差により進み遅れが生じ、速いころと遅いころが保持器の柱部を介して競合い、ころから保持器の柱部に繰り返し負荷が掛かる。また、保持器自身が、保持器の自励振動や、ころの進み遅れによる保持器への押し付け、保持器の重心のズレによって生じる遠心力作用等により、径方向に動く場合があり、ころから保持器に掛かる負荷が助長される可能性がある。さらに、保持器の案内方式や形状によっても、ころから保持器に掛かる負荷によって保持器が損傷する可能性がある。
保持器には、案内方式により、軌道輪案内保持器と転動体案内保持器とがある。

図１１に示す転がり軸受１０では、転動体案内保持器１４Ｂは、転動体１３により径方向の動きが規制される。転動体１３が柱部１７の内径側に設けられた内持たせ部２０の先端部２０ａ、又は外径側に設けられた外持たせ部２２の先端部２２ａに接触することで、保持器１４の径方向の動きが規制される。

転動体案内保持器１４Ｂでは、図１２に示すように、保持器１４Ｂが径方向に動いた場合、特定の単一ポケット１５において、転動体１３が持たせ部（内持たせ部２０及び外持たせ部２２）と接触してくさび状に噛み込んで、円滑な回転が阻害される可能性がある。このため、単一ポケット１５でのくさびは、くさびの角度β_p，β_qを可能な限り大きくなるように設計して、保持器１４Ｂが径方向に動いた場合でも、転動体１３が持たせ部２０,２２に噛み込み難くすることが一般的に行われている。なお、くさびの角度β_p,β_qは、転動体１３と持たせ部との接触点における転動体１３の外周の接線Ｔと転動体１３の中心と保持器１４Ｂの中心とを結ぶ線ＣＬとが成す角度である。

特許文献１には、保持器柱部が円筒ころと接する点ところ中心とを結ぶ線分が、ころ中心と保持器中心とを結び径方向に伸びる線に対してなす角度を６０°以上７２°以下の範囲内として、円筒ころ軸受における保持器柱部のくさび作用を防止した転動体案内形式の保持器を備える円筒ころ軸受が記載されている。

また、特許文献２には、転動体とテーパ面との接触点と、転動体の中心と、を通過する仮想線が、転動体の中心を通過して径方向に対して垂直な仮想垂直平面と成す角度を、転動体とテーパ面との接触点の摩擦係数から設定される摩擦角より大きくして、特定の単一の転動体と該転動体が収容されているポケットにおいて、転動体とポケット面とのエッジ当たりや、くさび状に噛み込むのを回避可能とした転がり軸受用保持器が記載されている。

特開２００５-６９２８２号公報 特許第５８７０５６３号公報

ところで、保持器と転動体のくさび作用は、単一ポケット内だけでなく、保持器の径方向の動きや、転動体（ころ）の進み、遅れなどに起因して位相が異なる２つのポケット間によって発生する可能性がある。
特許文献１及び２に開示されている転がり軸受用保持器及び円筒ころ軸受は、いずれも単一ポケット内でのくさびを問題としたものであり、転動体（ころ）の進み、遅れなどに起因して異なる２つのポケット間（隣接するポケットだけではなく離れたポケットの場合もある）で生じるくさび作用による、ころの噛み込みについては言及されていない。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、位相が異なる２つのポケット間に形成されるくさび作用によって保持器の柱部が損傷するのを抑制するとともに、単一ポケット内で形成されるくさび作用によっても保持器の柱部が損傷するのを抑制することができる転がり軸受用保持器、転がり軸受、及び転がり軸受用保持器の設計方法を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
［１］ 外輪の内周面に形成された外輪軌道と内輪の外周面に形成された内輪軌道の間に配置された複数の転動体を転動自在に保持する複数のポケットを有し、前記複数の転動体で案内される転がり軸受用保持器であって、
前記ポケットにおいて周方向に対向する持たせ部は、互いの円弧を延長して交差させることでゴシックアーチ形状を形成し、かつ、
所定の前記ポケットにおける持たせ部と、該所定のポケットに対して周方向に離間した前記各ポケットにおける持たせ部との各先端部の接線によって複数のくさびを規定し、
前記持たせ部が前記ポケットの内径側に形成される内持たせの場合、前記くさびは、ポケット面が互いに背面の関係となっている側の前記持たせ部の各先端部の接線によって規定され、
前記持たせ部が前記ポケットの外径側に形成される外持たせの場合、前記くさびは、ポケット面が互いに対面の関係となっている側の前記持たせ部の各先端部の接線によって規定され、
前記保持器と前記転動体との摩擦係数をμとしたとき、前記複数のくさびのくさび角２θ_ｎのうち、正の最小値２θ_ｍｉｎがθ_ｍｉｎ＞ｔａｎ^－１（μ）を満足する、転がり軸受用保持器。

［２］ ［１］に記載の転がり軸受用保持器を用いた転がり軸受。

［３］ 外輪の内周面に形成された外輪軌道と内輪の外周面に形成された内輪軌道の間に配置された複数の転動体を転動自在に保持する複数のポケットを有し、前記複数の転動体で案内される転がり軸受用保持器の設計方法であって、
前記ポケットにおいて周方向に対向する持たせ部と、該所定のポケットに対して周方向に離間した前記各ポケットにおける持たせ部との各先端部の接線によって複数のくさびを規定し、
前記持たせ部が前記ポケットの内径側に形成される内持たせの場合、前記くさびは、ポケット面が互いに背面の関係となっている側の前記持たせ部の各先端部の接線によって規定され、
前記持たせ部が前記ポケットの外径側に形成される外持たせの場合、前記くさびは、ポケット面が互いに対面の関係となっている側の前記持たせ部の各先端部の接線によって規定され、
前記保持器と前記転動体との摩擦係数をμとしたとき、前記複数のくさびのくさび角２θｎのうち、正の最小値２θｍｉｎがθｍｉｎ ＞ｔａｎ－１（μ）を満足する、ように設計することを特徴とした転がり軸受用保持器の設計方法。

本発明の転がり軸受用保持器、転がり軸受、及び転がり軸受用保持器の設計方法によれば、位相が異なる２つのポケット間に形成されるくさび作用によって保持器の柱部が損傷するのを抑制するとともに、単一ポケット内で形成されるくさび作用によっても保持器の柱部が損傷するのを抑制することができる。

図１（ａ）は、本発明の第１実施形態に係る、内持たせの保持器を有する転がり軸受の断面図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）のＩ－Ｉ線に沿った断面図である。 図２は、図１に示す保持器の周方向に離間したポケット間の内持たせによる各くさびの角度を示す概略断面図である。 図３（ａ）は、くさびの角度と荷重の関係を示すグラフであり、図３（ｂ）は、くさびの角度と力の関係を示す模式図である。 図４（ａ）は、摩擦係数とくさびの角度の関係を示すグラフであり、（ｂ）は、摩擦係数とくさびの角度の関係を示す表である。 図５（ａ）は、従来のポケットと転動体の位置関係を示す説明図であり、図５（ｂ）は、参考例のポケットと転動体の位置関係を示す説明図である。 図６は、本発明の第２実施形態に係る外持たせの保持器を有する転がり軸受の断面図である。 図７は、図６に示す保持器の周方向に離間したポケット間の外持たせによる各くさびの角度を示す概略断面図である。 図８は、本発明の第３実施形態に係る両持たせの保持器を有する転がり軸受の概略断面図である。 図９（ａ）は、単一円弧からなる両持たせの保持器の断面図、図９（ｂ）は、外持たせ部と内持たせ部が共通の接線で接続された両持たせの保持器の断面図、図９（ｃ）は、外持たせ部と内持たせ部が直線で接続された両持たせの保持器の断面図、図９（ｄ）は、外持たせ部と内持たせ部が交点で交差する両持たせの保持器の断面図である。 図１０（ａ）～（ｃ）は、持たせ部の先端部を説明する模式図である。 図１１（ａ）は、従来の転動体案内保持器を備える転がり軸受の断面図であり、図１１（ｂ）は、図１１（ａ）のＸＩ－ＸＩ線に沿った断面図である。 図１２（ａ）は、単一ポケット内における外持たせのくさびの角度を示す側面図、図１２（ｂ）は、単一ポケット内における内持たせのくさびの角度を示す側面図である。

以下、本発明の各実施形態に係る転がり軸受用保持器、及び該転がり軸受用保持器を備える転がり軸受を図面に基づいて詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１（ａ）及び（ｂ）に示すように、本実施形態の転がり軸受１０は、内周面に外輪軌道１１ａが形成された外輪１１と、外周面に内輪軌道１２ａが形成された内輪１２と、外輪軌道１１ａと内輪軌道１２ａ間に配置された複数の転動体である円筒ころ１３と、複数の円筒ころ１３を転動自在に保持する複数のポケット１５を有する保持器１４と、を備える。
内輪１２は、軸方向両側に外径側に突出する円環状のつば部１２ｂを備え、円筒ころ１３の軸方向移動を規制している。
また、本実施形態では、外輪１１、内輪１２及び円筒ころ１３は、鉄製であり、保持器１４は、合成樹脂製としている。

保持器１４に使用される合成樹脂材料としては、基材入りフェノール樹脂が挙げられ、基材としては、積層板では紙、木綿布、アスベスト布、ガラス繊維布、ナイロン織物、成形品では、木粉、木綿、パルプ、アスベスト、雲母、ガラス繊維などを用いてもよい。また、ポリアミド、ポリアセタール、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド、ポリフェニレンサルファイドなどの樹脂であってもよく、必要に応じて、ガラス繊維、カーボン繊維、アラミド繊維などの強化材を添加してもよい。さらに、保持器１４は、銅合金や銀めっきなどを施した鉄でもよい。

保持器１４は、軸方向両側に形成された一対の円環部１６と、一対の円環部１６を軸方向に繋ぐ、円周方向に所定の間隔で形成される複数の柱部１７と、を備え、各ポケット１５は、一対の円環部１６と、隣り合う柱部１７との間に形成される。

図１（ｂ）に示すように、保持器１４は、内持たせの転動体案内保持器であり、周方向に対向する柱部１７の側面は、ポケット１５の内径側に湾曲した内持たせ部２０を有し、内持たせ部２０から外径側を互いに平行な平面２１としている。なお、内持たせ部２０は、ポケット１５の軸方向全体に形成されてもよいし、軸方向に分割して対称に形成されてもよい。

これにより、保持器１４と円筒ころ１３とが相対的に径方向に移動したとき、保持器１４は、外輪１１、及び内輪１２に接触せず、内持たせ部２０の先端部２０ａが円筒ころ１３に接触することで保持器１４の径方向の動きが規制される。即ち、図示の状態から保持器１４が上方に移動しようとしても、内持たせ部２０が円筒ころ１３と当接して移動が規制される。また、保持器１４が、下方に移動しようとしても、１８０°反対側の内持たせ部２０が円筒ころ１３と当接して移動を規制される。

また、内持たせ部２０は、保持器１４の断面を軸方向から見たとき、円筒ころ１３の半径ｒより大きい曲率半径Ｒ_１で形成されており、周方向に対向する内持たせ部２０が、互いの円弧を延長して交差させることでゴシックアーチ形状を形成している。

さらに、図２を参照して、周方向に離間した複数のポケット１５間では、保持器１４が中立位置から径方向に動き、２つの円筒ころ１３が中立位置から公転方向に対して前側（進み側）と後側（遅れ側）に動いて、それぞれの円筒ころ１３が、ポケット面が互いに背面の関係となっている側の内持たせ部２０の先端部２０ａに接触したとき、くさびＷ_ｉｎ（ｎは１から始まる正の整数）が形成される。その際、各先端部２０ａの接線Ｔのなす角度が、複数のポケット１５間でのくさび角２θ_ｎ（ｎは１から始まる正の整数）を構成する。なお、図２では、くさびＷ_ｉ１、Ｗ_ｉ２のみ示している。

つまり、図２において、所定のポケット１５（基準のポケット１５Ａ）における一対の内持たせ部２０と、該所定のポケット１５Ａに対して周方向に離間した各ポケット１５_ｎ（ｎ：１，２，・・・，ｚ－１（ｚ：総ポケット数））における一対の内持たせ部２０のうち、ポケット面が互いに背面の関係となっている側の内持たせ部２０の各先端部２０ａの接線Ｔによってくさび角２θ_ｎを構成する。

そして、本実施形態では、位相が異なる２つのポケット１５によるくさびＷ_ｉｎの噛み込みを抑制するため、複数のくさびＷ_ｉｎのくさび角２θ_ｎのうち、正の最小値２θ_ｍｉｎがθ_ｍｉｎ＞ｔａｎ^－１（μ）を満足するように設計される。ここで、μは、保持器１４と円筒ころ１３との摩擦係数である。

したがって、例えば、保持器１４を樹脂製、円筒ころ１３を鉄製とした油潤滑下における摩擦係数が０．１０以下の範囲においては、後述する図４のグラフの関係から、くさび角２θ_ｎの正の最小値２θ_ｍｉｎが１１．４°を超えるように設計される。

以下、位相が異なる２つのポケット１５によるくさびＷ_ｉｎの噛み込みを抑制するため、複数のくさびＷ_ｉｎのくさび角２θ_ｎのうち、正の最小値２θ_ｍｉｎがθ_ｍｉｎ＞ｔａｎ^－１（μ）を満足するように設計する理由について、以下に説明する。

図２に示すように、異なるポケット１５間で形成するくさび角２θ_ｎは、ポケット１５の組み合わせごとに異なり、総ポケット数Ｚの保持器１４において、基準となるポケット１５Ａと、基準となるポケット１５Ａから反時計方向の周方向にｎ番目のポケット１５_ｎとの間で形成するくさび角２θ_ｎは、ポケット径中心（内持たせ部２０の曲率中心）Ｏ１と内持たせ部２０の先端部２０ａを結ぶ線Ｌ１と、ポケット１５の対称線Ｌ３に対して垂直な線Ｌ２とが成す角度α_０を用いて、下記式（１）で示される。なお、対称線Ｌ３とは、ポケット１５の周方向中間位置と、保持器１４の中心Ｃとを径方向に沿って結ぶ線である。

２θ_ｎ＝２α_０－３６０ｎ／Ｚ・・・式（１）
但し、 １≦ｎ≦Ｚ－１

なお、図２は、各円筒ころ１３が円周方向に等間隔で配置され、且つ、保持器１４が中立位置に位置する状態を示す。中立位置とは、軸受１０の回転中心と保持器１４の中心Ｃが一致しており、且つ、円筒ころ１３の中心Ｏ２がポケット１５の対称線Ｌ３上にある場合をさす。

式（１）によると、異なるポケット１５間で形成するくさび角２θ_ｎは、ポケット１５ごとに－３６０/Ｚのピッチで変化し、その中に必ず正の最小値となるくさび角２θ_ｍｉｎが存在する。負のくさび角２θ_ｎは、くさびが抜ける方向なので問題とならない。本実施形態では、くさび角２θ_ｎのうち、正の最小値２θ_ｍｉｎが出来るだけ大きな値をとるように設計することで、くさびＷ_ｉｎによって発生する力を小さくしている。

具体的には、例えば、２α_０＝４３、Ｚ＝１８の場合、各ポケット１５のくさび角２θ_ｎは、２θ_１、２θ_２、２θ_３、２θ_４、２θ_５、・・の順に、＋２３°、＋３°、－１７°、－３７°・・・となる。この時、２θ_２＝＋３°が正の最小のくさびの角度を形成している。

最小のくさび角２θ_ｎを大きくするために、ポケット１５の内持たせ部２０の曲率半径を変更するなどの調整をして、２α_０＝３７°とすると、各ポケット１５のくさび角２θ_ｎは、＋１７°、－３°、－２３°、－４３°・・・となり、くさび角の正の最小値２θ_ｍｉｎは２θ_１＝＋１７°となる。従って、くさび角の正の最小値２θ_ｍｉｎを＋３°から＋１７°に大きくすることで、くさびＷ_ｉｎによる力を低減することができる。

くさび角と力の関係は、図３（ｂ）に示したくさびを物体に打ち込む図において、摩擦係数μを用いて、Ｆ＝２×Ｎ×(μ×ｃｏｓθ＋ｓｉｎθ)で示される。Ｆはくさびを打ち込む力であり、２θはくさび角、Ｎはくさびが打ち込まれる物体からの反力で、このＮの反力が、物体がくさびから受ける力となる。

図３（ａ）のグラフは、上記の計算式においてＦ＝１Ｎとしたものである。例えば、くさび角２θを３°（θ＝１.５°）、及び１７°（θ＝８．５°）とし、保持器１４の材質を樹脂、円筒ころ１３の材質を鉄としたとき、樹脂と鉄の摩擦係数μを０．２と仮定すると、くさびによって発生する力Ｎは、くさび角２θが３°では、Ｎ＝２．２１、くさび角２θが１７°ではＮ＝１．４５となり、くさび角２θを大きくすることで、くさびによって発生する力（Ｎ）を低減することができる。即ち、保持器１４の損傷のリスクが低減する。

図４に示すように、打ち込んだくさびが自然に抜けるか、抜けないかは、摩擦係数μと摩擦角λの関係式λ＝ｔａｎ^－１（μ）で決まる摩擦角λに依存する。即ち、θ＞λ＝ｔａｎ^－１（μ）であればくさびを抜くための力は不要であり、θ＜λ＝ｔａｎ^－１（μ）であればくさびを抜くために力が必要になる。くさびが自然に抜けなければ、くさびによる力が保持器１４に負荷され続けて保持器１４の損傷のリスクが生じる。このため、くさびを抜くための力が無くとも、くさびが自然に抜けるくさび角２θにすることが望ましい。

保持器１４をナイロン樹脂製、円筒ころ１３を鋼製としたとき、油潤滑下における摩擦係数μは、０．１０～０．１６で示されている（文献『加工と設計のためのプラスチックの機械的性質』による）。この文献によれば、極軽荷重の環境下では摩擦係数μは、０．１６程度あり、荷重が増加するにつれて摩擦係数は０．１程度までに減少する傾向を示している。保持器の柱部が損傷するモードを考えると、柱部が円筒ころ１３から受ける面圧は高いことが想定されるため、この時の摩擦係数μは０．１程度であると推察される。摩擦係数μ＝０．１０とした場合の摩擦角λは、上式からλ＝５．７°となる。従って、くさび角２θ_ｎの正の最小値２θ_ｍｉｎを１１．４°（θ_ｍｉｎ＝５．７°）超とすることで、保持器と円筒ころ１３がくさび状に噛み込んだ場合でも、くさびが自然に抜けるため、くさびによる力の負荷が継続することなく、保持器の損傷を低減することができる。

なお、摩擦係数μ＝０．１６の場合は、摩擦角λ＝９．１°であるので、くさびの角度２θの正の最小値２θ_ｍｉｎを１８．２°（θ_ｍｉｎ＝９．１°）以上とすれば、より効果が得られる。これにより、異なる位相のポケット間におけるくさび作用による保持器１４の損傷を防止することができる。

また、本実施形態では、内持たせ部２０の形状をゴシックアーチとして複数のポケット１５間のくさび角２θ_ｎをコントロールしている。これは、保持器１４や軸受１０を設計する上で、その機能上の制約を受けることなく、ポケット１５間のくさび角２θ_ｎを任意にコントロールすることができるためである。

例えば、ポケット１５間のくさび角２θ_ｎをコントロールする他の設計方法としては、以下の（Ａ）～（Ｄ）があるが、いずれも次のような課題や制約がある。

（Ａ）非ゴシックアーチでポケット径を変更する。
非ゴシックアーチでポケット径を変更することを考えた場合、ポケット径を大きくすると、ポケットと転動体との周方向のすきまが大きくなることによりポケットと転動体の衝突による保持器音の問題が生じたり、保持器柱の肉厚が薄くなることにより強度が低下する問題が生じる。

（Ｂ） 保持器の内径を変える。
保持器の内径を小さくする場合は、軸受を組み立てる際に内輪のつばとの緩衝が懸念されるため、調整幅に限度がある。
また、保持器の内径を大きくする場合は、持たせ部の開口幅が大きくなってしまい、単一ポケット内でのくさびの噛み込みが生じやすくなり、さらに、保持器が径方向に薄肉になるため強度が低下する。

（Ｃ） 転動体数（ポケット数）を変更する。
転動体数を無理に増やすと保持器の柱部が細くなり、強度が低下する。一方、転動体数を減らすと軸受の基本定格荷重が低下する。また、転動体数は、軸受の基本定格荷重に影響するパラメータであるため容易に変更できない。

（Ｄ） ポケットのＰＣＤ(持たせ部の曲率中心)を径方向にずらす。
ポケットのＰＣＤを外径側にずらすと、保持器ポケットと転動体との直径方向のすき間が無くなるため調整幅に限度がある。一方、ポケットのＰＣＤを内径側にずらすと、持たせ部の開口幅が大きくなり、くさび角が減少することで単一ポケット内でのくさびの噛み込みが生じやすくなる。

ただし、ゴシックアーチによりポケット間のくさびの角度をコントロールした場合でも、持たせ部の曲率半径Ｒ_１を大きくすることで持たせ部の開口幅が大きくなるため、単一ポケット内でのくさびの噛み込みが生じやすくなる。しかしながら、上記した（Ｂ）保持器の内径を変える、（Ｄ）ポケットのＰＣＤを径方向にずらす等の対策によって持たせ部の開口幅が大きくなる場合と比較すると、ゴシックアーチの場合の方がポケットの開口幅が必ず狭くなるため、単一ポケット内でのくさびの噛み込みが生じ難くなる。

以下に、本実施形態に係るゴシックアーチを用いて異なるポケット間のくさび角をコントロールした場合、非ゴシックアーチでくさび角をコントロールした場合を比較して、持たせ部の開口幅が小さくなる、即ち、単一ポケット内でのくさびの噛み込みが生じ難くなることを説明する。

図５（ａ）に示す保持器１４Ｃが中立位置にあるとき、ポケット径中心Ｏ１（内持たせ部の円弧中心）ところ中心Ｏ２が一致している従来設計の内持たせ部２０においても、上述した式（１）でくさび角２θ_ｎを決定する式（１）のパラメータであるα_０´は、ポケット径中心Ｏ１と内持たせ部２０の先端部２０ａを結ぶ線Ｌ１と、ポケット１５の対称線Ｌ３と垂直な線Ｌ２によって形成される。この時の内持たせ部２０の開口幅Ｗｃは、Ｗｃ＝２Ｒ_０×ｃｏｓα_０´となる。また、保持器１４Ｃのポケット幅Ｐは、Ｐ＝２×Ｒ_０となる。

ここで、円筒ころ１３の数Ｚは、軸受の荷重負荷能力に大きく影響するパラメータであり、特段の理由が無い限り変更することは難しい。円筒ころ１３の数Ｚを変更せずに異なるポケット１５間のくさび角２θ_ｎを変更しようとすれば、α_０´の値を変更する必要がある。

図５（ｂ）に示す他の保持器１４Ｄでは、ポケット１５の曲率半径Ｒ_０を変えずに、ポケット径中心Ｏ１を径方向にＣｙだけずらすことによりα_０´をα_０に変化させ、即ち、ポケット１５間のくさび角度２θ_ｎを変更している。この時の持たせ部２０の開口幅Ｗ_ａは、Ｗ_ａ＝２Ｒ_０×ｃｏｓα_０となる。

一方、図１（ｂ）に示す本実施形態の保持器１４では、ポケット径をＲ_１(但しＲ_０＜Ｒ_１)とし、ポケット径中心Ｏ１を線Ｌ２の軸線上にＣ_ｘだけずらしてゴシックアーチとすることで、ポケット径中心Ｏ１と内持たせ部２０の先端部２０ａを結ぶ線Ｌ１と、ポケット１５の対称線Ｌ３と垂直な線Ｌ２が成す角度をα_０とした。このとき、持たせ部２０の開口幅Ｗ_ｂは、Ｗ_ｂ＝２×(Ｒ_１×ｃｏｓα_０－Ｒ_１＋Ｐ/２)となる。

従って、ポケット開口幅Ｗ_ａとＷ_ｂの差Ｗ_ａ－Ｗ_ｂは、Ｗ_ａ－Ｗ_ｂ＝２×（Ｒ_１－Ｒ_０）×(1－ｃｏｓα_０)となる。（Ｒ_１－Ｒ_０)＞０であり、かつ(1－ｃｏｓα_０)＞０であることから、ポケット開口幅の差Ｗ_ａ－Ｗ_ｂ＞０となる。即ち、必ずＷ_ａ＞Ｗ_ｂとなって、異なるポケット１５間で形成するくさび角２θ_ｎは同じであっても、ゴシックアーチの設計とした場合の方が内持たせ部２０の開口幅Ｗ_ｂを小さくすることができる。即ち、単一ポケット１５内でのくさびの噛み込みを低減することができる。

上記したように、異なるポケットにおける一対の内持たせ部２０のうち、ポケット面が互いに背面の関係となっている側の内持たせ部２０の各先端部２０ａの接線Ｔによって複数のくさびＷ_ｉｎのくさび角２θ_ｎを構成し、保持器１４と円筒ころ１３との摩擦係数をμとしたとき、複数のくさびのくさび角２θ_ｎのうち、正の最小値２θ_ｍｉｎがθ_ｍｉｎ＞ｔａｎ^－１（μ）を満足することで、保持器１４の損傷のリスクを大幅に低減できる。
したがって、本実施形態の転がり軸受は、特に、全周に亘って負のラジアルすきまとなる運転条件で運転される虞がある軸受、例えば、工作機械の主軸を支持する円筒ころ軸受に好適に使用できる。

また、本実施形態では、異なるポケット間で形成するくさび角をコントロールする際に、ポケットにおいて周方向に対向する内持たせ部２０は、互いの円弧を延長して交差させることで形成されるゴシックアーチ形状とすることで、単一ポケット内で形成されるくさび作用によって保持器１４の柱部１７が損傷するのを抑制することができる。

（第２実施形態）
次に、第２実施形態に係る転がり軸受用保持器、及び該転がり軸受用保持器を備える転がり軸受について説明する。
本実施形態の転動体案内保持器１４では、上記したポケット１５の内径側に内持たせ部２０が形成された内持たせの代わりに、図６に示すように、ポケット１５の外径側に外持たせ部２２が形成された外持たせとしている。

図６に示すように、保持器１４の周方向に対向する柱部１７の側面は、ポケット１５の外径側に湾曲した外持たせ部２２を有し、外持たせ部２２から内径側を互いに平行な平面２３としている。

これにより、保持器１４と円筒ころ１３とが相対的に径方向に移動したとき、円筒ころ１３がポケット１５の外径側に対向して設けられた外持たせ部２２の先端部２２ａに接触することで保持器１４の径方向の動きが規制される。

また、外持たせ部２２は、保持器１４の断面を軸方向から見たとき、円筒ころ１３の半径ｒより大きい曲率半径Ｒ_２で形成されており、周方向に対向する外持たせ部２２が、互いの円弧を延長して交差させることでゴシックアーチ形状を形成している。

図７は、ポケット１５の外径側に外持たせ部２２が形成された保持器１４における周方向に離間したポケット１５間のくさび角２θ_ｎを説明する側面図である。外持たせ部２２がポケット１５の外径側に形成される外持たせの場合、くさび角２θ_ｎは、ポケット面が互いに対面の関係となっている側の外持たせ部２２、２２の各先端部２２ａの接線Ｔのなす角度によって規定される。

外持たせにおいても、異なるポケット１５間で形成するくさび角２θ_ｎは、ポケット１５の組み合わせごとに異なる。総ポケット数Ｚの保持器１４において、基準となるポケット１５Ａと、基準となるポケット１５Ａから隣側に向かってｎ番目のポケット１５_ｎとの間で形成するくさびの角度２θ_ｎは、ポケット径中心Ｏ１と外持たせ部２２の先端部２２ａを結ぶ線Ｌ１と、ポケット１５の対称線Ｌ３に対して垂直な線Ｌ２とが成す角度α_０を用いて、図２で説明済みの式（１）、即ち、２θ_ｎ＝２α_０－３６０ｎ／Ｚが成立する。

従って、内持たせ部２０と同様に、保持器１４と円筒ころ１３との摩擦係数をμとしたとき、複数のくさびの角度２θ_ｎのうち、正の最小値２θ_ｍｉｎがθ_ｍｉｎ＞ｔａｎ^－１（μ）を満足するように設定することで、くさびによって発生する力を低減することができ、保持器１４の損傷のリスクが低減する。

また、本実施形態では、異なるポケット間で形成するくさび角をコントロールする際に、ポケットにおいて周方向に対向する外持たせ部２２は、互いの円弧を延長して交差させることでゴシックアーチ形状とすることで、単一ポケット内で形成されるくさび作用によって保持器の柱部が損傷するのを抑制することができる。
その他の構成及び作用については、第１実施形態のものと同様である。

（第３実施形態）
次に、第３実施形態に係る転がり軸受用保持器、及び該転がり軸受用保持器を備える転がり軸受について説明する。本実施形態では、図８に示すように、保持器１４は、内持たせ部２０及び外持たせ部２２を同時に備えた両持たせとしている。

この保持器１４でも、内持たせ部２０及び外持たせ部２２をゴシックアーチで形成すると共に、異なるポケット１５間のくさびの角度２θ_ｎのうち、正の最小値２θ_ｍｉｎを、内持たせ部２０及び外持たせ部２２で共にθ_ｍｉｎ＞ｔａｎ^－１（μ）を満足するように設定することで、くさびによって発生する力を低減することができ、また、くさびによる噛み込み力が継続できないようになるため、保持器１４の損傷のリスクが低減する。

なお、両持たせとしては、図９（ａ）に示すように、内持たせ部２０と外持たせ部２２とが単一の円弧で連続して形成されてもよい。また、図９（ｂ）に示すように、内持たせ部２０の曲率半径Ｒ_１と外持たせ部２２の曲率半径Ｒ_２が異なり、両半径が共通の接線で接続されてもよい。さらに、図９（ｃ）に示すように、内持たせ部２０の曲率半径Ｒ_１と外持たせ部２２の曲率半径Ｒ_２が異なり、内持たせ部２０と外持たせ部２２とが、共通の直線２４で接続される両持たせとしてもよい。図９（ｄ）に示すように、内持たせ部２０の曲率半径Ｒ_１と外持たせ部２２の曲率半径Ｒ_２が異なり、内持たせ部２０と外持たせ部２２が交点２５で交差する両持たせとしてもよい。

尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。

例えば、内持たせ部２０の先端部２０ａ、外持たせ部２２の先端部２２ａとは、図１０（ａ）～（ｃ）に示すように、各持たせ部２０、２２を形成する曲率半径Ｒ_１、Ｒ_２の円弧の終点部であればよい。
具体的には、図１０（ａ）に示すように、保持器１４の内周面と内持たせ部２０との交点、保持器１４の外周面と外持たせ部２２との交点をそれぞれ先端部２０ａ、２２ａとしてもよい。また、図１０（ｂ）に示すように、保持器１４の内周面と内持たせ部２０との交点、保持器１４の外周面と外持たせ部２２との交点がＲ面取りされている場合は、各持たせ部２０、２２とＲ面取りの接続点をそれぞれ先端部２０ａ、２２ａとしてもよい。さらに、図１０（ｃ）に示すように、保持器１４の内周面と内持たせ部２０との交点、保持器１４の外周面と外持たせ部２２との交点部分に平坦面で面取りされている場合は、各持たせ部２０、２２と平坦面の接続点をそれぞれ先端部２０ａ、２２ａとしてもよい。

また、上記実施形態では、転動体を円筒ころとした、円筒ころ用保持器及び円筒ころ軸受について説明したが、本発明は、転動体を玉とした玉軸受用保持器及び玉軸受にも適用できる。

以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１） 外輪の内周面に形成された外輪軌道と内輪の外周面に形成された内輪軌道の間に配置された複数の転動体を転動自在に保持する複数のポケットを有し、前記複数の転動体で案内される転がり軸受用保持器であって、
前記ポケットにおいて周方向に対向する持たせ部は、互いの円弧を延長して交差させることでゴシックアーチ形状を形成し、かつ、
所定の前記ポケットにおける持たせ部と、該所定のポケットに対して周方向に離間した前記各ポケットにおける持たせ部との各先端部の接線によって複数のくさびを規定し、
前記持たせ部が前記ポケットの内径側に形成される内持たせの場合、前記くさびは、ポケット面が互いに背面の関係となっている側の前記持たせ部の各先端部の接線によって規定され、
前記持たせ部が前記ポケットの外径側に形成される外持たせの場合、前記くさびは、ポケット面が互いに対面の関係となっている側の前記持たせ部の各先端部の接線によって規定され、
前記保持器と前記転動体との摩擦係数をμとしたとき、前記複数のくさびの角度２θのうち、正の最小値２θ_ｍｉｎがθ_ｍｉｎ＞ｔａｎ^－１（μ）を満足する、転がり軸受用保持器。
この構成によれば、位相が異なる２つのポケット間に形成されるくさび作用によって保持器の柱部が損傷するのを抑制するとともに、単一ポケット内で形成されるくさび作用によっても保持器の柱部が損傷するのを抑制することができる。

（２） 前記複数のくさびの角度２θのうち、正の最小値２θ_ｍｉｎが１１．４°を超える、（１）に記載の転がり軸受用保持器。
この構成によれば、保持器を樹脂製、転動体を鉄製とした油潤滑下における摩擦係数が０．１０以下の範囲において、位相が異なる２つのポケットによるくさびの噛み込みを抑制でき、保持器の柱部の損傷を抑制することができる。

（３） 前記持たせ部の円弧の曲率半径は、前記転動体の半径より大きい、（１）又は（２）に記載の転がり軸受用保持器。
この構成によれば、ポケットにおいて周方向に対向する持たせ部をゴシックアーチ形状で形成できる。

（４） 円筒ころ軸受用である、（１）～（３）のいずれかに記載の転がり軸受用保持器。
この構成によれば、円筒ころ軸受用保持器として、保持器の柱部が損傷するのを抑制することができる。

（５） 全周に亘って負のラジアルすきまとなる運転条件で使用される、（１）～（４）のいずれか１つに記載の転がり軸受用保持器。
この構成によれば、全周に亘って負のラジアルすきまとなる条件で使用されても、保持器の柱部が損傷する虞がない。

（６） （１）～（５）のいずれか１つに記載の転がり軸受用保持器を用いた転がり軸受。
この構成によれば、保持器が損傷する虞がなく、信頼性の高い転がり軸受が得られる。

（７） 前記転がり軸受は、工作機械の主軸を支持する、（５）に記載の転がり軸受。
この構成によれば、工作機械の主軸を、信頼性の高い転がり軸受で支持できる。

（８） 外輪の内周面に形成された外輪軌道と内輪の外周面に形成された内輪軌道の間に配置された複数の転動体を転動自在に保持する複数のポケットを有し、前記複数の転動体で案内される転がり軸受用保持器の設計方法であって、
前記ポケットにおいて周方向に対向する持たせ部と、該所定のポケットに対して周方向に離間した前記各ポケットにおける持たせ部との各先端部の接線によって複数のくさびを規定し、
前記持たせ部が前記ポケットの内径側に形成される内持たせの場合、前記くさびは、ポケット面が互いに背面の関係となっている側の前記持たせ部の各先端部の接線によって規定され、
前記持たせ部が前記ポケットの外径側に形成される外持たせの場合、前記くさびは、ポケット面が互いに対面の関係となっている側の前記持たせ部の各先端部の接線によって規定され、
前記保持器と前記転動体との摩擦係数をμとしたとき、前記複数のくさびのくさび角２θｎのうち、正の最小値２θｍｉｎがθｍｉｎ ＞ｔａｎ－１（μ）を満足する、ように設計することを特徴とした転がり軸受用保持器の設計方法。
この構成によれば、位相が異なる２つのポケット間に形成されるくさび作用によって保持器の柱部が損傷するのを抑制するとともに、単一ポケット内で形成されるくさび作用によっても保持器の柱部が損傷するのを抑制することができる保持器を設計することが出来る。

１０ 転がり軸受
１１ 外輪
１１ａ 外輪軌道
１２ 内輪
１２ａ 内輪軌道
１３ ころ（転動体）
１４ 保持器（転がり軸受用保持器、円筒ころ軸受用保持器）
１５，１５Ａ、１５_ｎ ポケット
２０ 内持たせ部（持たせ部）
２０ａ，２２ａ 先端部
２２ 外持たせ部（持たせ部）
Ｒ_１ 内持たせ部の曲率半径
Ｒ_２ 外持たせ部の曲率半径
ｒ 転動体の半径
Ｔ 先端部の接線
２θ_ｎ くさびの角度

Claims (8)

1. 外輪の内周面に形成された外輪軌道と内輪の外周面に形成された内輪軌道の間に配置された複数の転動体を転動自在に保持する複数のポケットを有し、前記複数の転動体で案内される転がり軸受用保持器であって、
   前記ポケットにおいて周方向に対向する持たせ部は、互いの円弧を延長して交差させることでゴシックアーチ形状を形成し、かつ、
   所定の前記ポケットにおける持たせ部と、該所定のポケットに対して周方向に離間した前記各ポケットにおける持たせ部との各先端部の接線によって複数のくさびを規定し、
   前記持たせ部が前記ポケットの内径側に形成される内持たせの場合、前記くさびは、ポケット面が互いに背面の関係となっている側の前記持たせ部の各先端部の接線によって規定され、
   前記持たせ部が前記ポケットの外径側に形成される外持たせの場合、前記くさびは、ポケット面が互いに対面の関係となっている側の前記持たせ部の各先端部の接線によって規定され、
   前記保持器と前記転動体との摩擦係数をμとしたとき、前記複数のくさびのくさび角２θ_ｎのうち、正の最小値２θ_ｍｉｎがθ_ｍｉｎ＞ｔａｎ^－１（μ）を満足する、転がり軸受用保持器。
2. 前記複数のくさびのくさび角２θ_ｎのうち、正の最小値２θ_ｍｉｎが１１．４°を超える、請求項１に記載の転がり軸受用保持器。
3. 前記持たせ部の円弧の曲率半径は、前記転動体の半径より大きい、請求項１又は２に記載の転がり軸受用保持器。
4. 円筒ころ軸受用である、請求項１～３のいずれか１項に記載の転がり軸受用保持器。
5. 全周に亘って負のラジアルすきまとなる運転条件で使用される、請求項１～４のいずれか１項に記載の転がり軸受用保持器。
6. 請求項１～５のいずれか１項に記載の転がり軸受用保持器を用いた転がり軸受。
7. 前記転がり軸受は、工作機械の主軸を支持する、請求項６に記載の転がり軸受。
8. 外輪の内周面に形成された外輪軌道と内輪の外周面に形成された内輪軌道の間に配置された複数の転動体を転動自在に保持する複数のポケットを有し、前記複数の転動体で案内される転がり軸受用保持器の設計方法であって、
   前記ポケットにおいて周方向に対向する持たせ部と、該所定のポケットに対して周方向に離間した前記各ポケットにおける持たせ部との各先端部の接線によって複数のくさびを規定し、
   前記持たせ部が前記ポケットの内径側に形成される内持たせの場合、前記くさびは、ポケット面が互いに背面の関係となっている側の前記持たせ部の各先端部の接線によって規定され、
   前記持たせ部が前記ポケットの外径側に形成される外持たせの場合、前記くさびは、ポケット面が互いに対面の関係となっている側の前記持たせ部の各先端部の接線によって規定され、
   前記保持器と前記転動体との摩擦係数をμとしたとき、前記複数のくさびのくさび角２θｎのうち、正の最小値２θｍｉｎがθｍｉｎ ＞ｔａｎ－１（μ）を満足する、ように設計することを特徴とした転がり軸受用保持器の設計方法。

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