JP5672245B2 - セグメント化されたケージを有するローラベアリング - Google Patents

Description

本発明は、セグメント化されたケージを有する、ローラ体を案内するためのローラベアリングに関するものであり、このローラベアリングは、複数のローラ体が転がることのできる内リングと、該ロータ体が同様に転がることができ、該内リングに対して同心の外リングと、ケージとを有し、該ケージは複数のウェブと、該ウェブを接続するための複数の側面プレートとからなり、前記複数のウェブは周囲にわたって均等に分散されており、相互に平行であり、ケージの長手軸に対して整列されている。

ローラ体、たとえばボール、シリンダローラ、円錐体、ピン、またはドラム形の円環体がローラベアリング内を、内リングの外面と外リングの内面の上で転がり、これにより内リングと外リングが互いに回転することができる。ローラベアリングが均等に定常的に荷重されている場合、負荷はすべてのローラ体にほぼ均等に分散され、したがってローラ体は内リングにも外リングにも接触する。この場合、すべてのローラ体の間で均等な間隔も維持される。

しか急激な荷重および／または不均等な加熱により、負荷が少数のローラ体にだけ集中することがあり、そのため、目下のところ荷重の小さい別のローラ体がリングとの接触を失い、その結果、ロールベアリング内でそのローラ体の位置が失われ、他のローラ体と衝突することがある。この場合、両方のローラ体が互いに擦れ合い、損傷することがある。そのためベアリングが非真円に回転すると、すぐに残りのローラ体もその位置からずれてしまい、互いに衝突して同様に損傷する。このような場合には、ベアリングを交換しなければならない。

このことを回避するために、荷重されないローラ体を、それに隣接するローラ体に対して所定の間隔で保持するケージが公知である。そのためにケージは、ローラ体に接触しなければならない。実施形態に応じて、ケージは内リングまたは外リング上にも支持される。

いずれの場合でも、ケージには、接線方向に力が加わるだけでなく、半径方向にもかなりの力が加わる。したがってケージは、相応して安定するようにも構造化しなければならない。

各ケージは各ローラ体に対していわゆるポケットを形成し、このポケット内でケージはローラ体を案内する。この案内は、ローラ体がポケット内でまだ少しは動くことができるように緩く行われる。あるいはこの案内は、ケージをベアリングから取り外した際にもローラ体がまだケージによって保持されるようにしっかり行われる。いずれの場合も、ケージは、常に面倒な製作を必要とする複雑な部品である。

製造コストを低減するために、現在の技術水準で、ケージをワンピースではなく、複数の部品で作製し、これらの部品を、それ自体閉じた一つの完全なリング形のケージに組み立てるといった種々の提案が公知である。

特許文献１は、２つのリング形部品から組み立てられたケージを紹介している。外リングは、ローラ体の外を指す側に載置された開口部を含み、内リングは、ローラ体の内側に当接するフォーク形の突起を有する。両方の部品は、係止結合によって一つの完全なケージに組み立てられている。

確かにこれによって個々の部品の製造は少し容易になるが、しかしケージを鋳型で製作し、ケージの全直径を収容することのできる加工機械でさらに加工し、組み立てなければならない。

この構成部材の大きさを格段に低減するために、特許文献２は、各ローラ体をＵ字形に湾曲された薄板材によって保持することを提案する。この薄板材は、ローラ体の一部が突入する開口部を有している。隣接するＵ字形薄板材の脚部がそれぞれ接触する。しかしケージのセグメントとしてのＵ字形薄板材の間を何らかのやり方で強固に結合することは、明確には行われていない。したがってローラ体の間で所要の間隔を維持することは、ここでケージセグメントとして想定されていないＵ字形薄板材の緩い相互整列によってもっぱら行われる。

この配置構成の利点は、Ｕ字形薄板材がわずかに内側または外側に撓むことにより、その脚部を、種々異なる直径を備えるローラ体に適合できることである。

しかし深刻な欠点は、ローラ体が不均等に負荷される際に発生し得る力を非常に制限された程度にしか吸収できないことである。強い負荷衝撃の際には、切に必要なケージの保護作用が失われてしまうことがあり、ローラ体がその正しい位置から外れてしまうことがある。ここで薄板材だけが歪んだとしても、この薄板材が以降、他のエレメントを摩擦し、ベアリング潤滑油が押し出されることがあり、そのためローラ体が早期に脱落する。

したがって前記特許の出願人は、特許文献３において、すべてのＵ字形ケージセグメントを、周回する頑丈なスチールリングによって互いに結合しており、このスチールリングが側方のスリットにおいて各Ｕ字形ケージセグメントの両方の脚部に嵌め込まれている。

確かにこれにより、前は非常に不安定であったケージが、半径方向に作用する力に対して格段に負荷可能となるが、欠点としては、それぞれのベアリングの直径に注意深く整合した部材がリングとともに必要なことである。

米国特許第６６６６５８５号 ドイツ特許第８４０１７５号 ドイツ特許第８７４６８３号

この技術背景に鑑み、本発明の課題は、ローラ体用のセグメント化されたケージを開発することであり、このケージは、それぞれ１つのローラ体を収容するための複数のケージセグメントからなり、直径の種々異なる閉じたケージに、ケージセグメントを互いに組み立てることができるようにすることである。

この課題の解決手段として本発明は、２つのウェブと２つの側面が、１つのケージセグメントに互いに強固に結合されており、該ケージセグメントがローラ体を案内するためのポケットを形成し、すべてのケージセグメントがそれ自体閉じた１つのケージに、ペアで互いに強固に結合されていることを開示する。

したがって本発明の重要な特徴は、各ケージセグメントが各ローラ体のために固有のポケットを提供し、２つのウェブおよび２つの側面から、ローラ体を包囲するフレーム状のエレメントが形成されることである。

前記の従来技術との相違点は、フレームがそれ自体単独で、すでに比較的安定した構成群であることである。同様に前記従来技術とは異なり、この構成群は比較的大きな断面を介して別の同種の構成群と強固に結合しており、リング形のケージとなるよう閉じている。フレーム状のケージセグメントをそれ自体強固に形成し、ケージセグメントを互いに強固に結合することにより、全体として非常に丈夫で荷重耐性のあるケージが得られ、このケージは負荷衝撃の際にもピーク荷重の際にも、すべてのローラ体の位置を持続的に保持することができる。

２つのケージエレメントを荷重耐性があるように結合することで、作用する力をケージセグメントから隣接するケージセグメントに、そしてそこから別のケージセグメントに半径方向に伝達することができる。これにより、ローラ体がローラベアリングの内リングまたは外リングから短時間浮揚しても、隣接するローラ体への正しい間隔に保持することができる。

ケージセグメント相互の結合の荷重耐性は、本発明に典型的な側面プレートの設計によって達成される。この側面プレートは、プレート状のエレメントとしてケージセグメントの軸方向には半径方向よりも非常に薄い。各側面プレートの端面は各隣接するウェブの端部を通ってさらに伸長しているから、これに続く次の側面プレートの端面全体がその上に支持される。これにより、２つのケージセグメント間の角度は実質的に変化せずに、各ケージセグメントの長手軸を中心にするトルクを隣接するケージセグメントにさらに伝達することができる。そのようにして負荷衝撃の際にも、ローラ体を確実に案内することができる。

すべての変形実施形態においても、側面プレートはその端面で、隣接する２つのケージセグメントの側面プレートの端面と荷重耐性のあるように結合している。すべてのケージセグメントを結合することにより、すべての側面プレートが１つのリング形の多角形に結合され、この多角形はケージを所要の程度に安定化する。

本発明で好ましくは、隣接するケージセグメントのウェブが互いに結合されている。変形実施形態として、結合は側面プレートを介してだけでも可能である。

個々のケージセグメントが個別部材から、たとえばウェブと側面プレートの溶接または接着によって組み立てられることも考えられる。しかし本発明では、ワンピースの射出成形部材、圧縮成形部材またはその他のダイカスト部材としてケージセグメントを成形するのが好ましい。

とくに興味深いのは、ケージセグメントを、ポリイミドまたはポリフタルアミドまたはポリエーテルケトン（ＰＥＫ）またはポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）またはポリアミドイミド（ＰＡＩ）またはポリイミド（ＰＩ）またはフェノール樹脂から作製することである。これらの合成樹脂はローラベアリングケージ用として実証されており、ローラ体との滑り摩擦がとくに小さいという利点を提供する。金属と比較して合成樹脂は格段に安価である。鋳造後、合成樹脂をそれ以上加工する必要はない。合成樹脂ケージはベアリングの高い静粛性を可能にし、ベアリングを潤滑しない非常運転にも適する。

各ケージセグメントの機械的耐性を高めるために、合成樹脂にガラス繊維および／または別の繊維および／またはガラス球および／または他の充填剤を混和することができる。これにより機械的耐久力が格段に向上するだけでなく、合成樹脂の冷却時の収縮も減少する。とりわけガラス球の混和により、合成樹脂の両方向での収縮がほぼ均等に経過するようになる。

択一的にケージセグメントを、たとえば打ち抜かれた薄板または面取された薄板からなる金属から作製することもできる。個別部材から１つのケージセグメントに組み立てられる真鍮部材も可能である。またはケージセグメントはワンピースの真鍮部材である。グレイアイアンもケージ用として実証されており、したがってケージセグメント用としても実証されている。金属製のケージセグメントは、合成樹脂製のものよりも格段に高価であることに注意すべきである。ローラ体に対する滑り摩擦は、合成樹脂の場合よりも格段に劣っている。ただ１つの利点は機械的安定性が高いことである。

金属ケージセグメントの滑り特性は、１つの変形実施形態では、ケージセグメントがローラ体に接触する面に、合成樹脂製の滑りベアリングを使用することによって改善することができる。しかしこのような構造は、甚だしい付加的コストを必要とする。

本発明のケージセグメントの格別の利点は、２つの隣接するケージセグメントの結合の荷重耐性が非常に高いことである。本発明で好ましくは結合部として、各ケージセグメントの第１のウェブの外側に１つの溝が成形されており、第２のウェブの外側に前記溝に対して相補的な実矧の実が成形されている。

溝と実矧の実のプロフィールは、一般的に任意である。非常に興味深い変形実施形態は、溝と実矧の実に対する燕尾形状である。この結合は、２つのウェブの重なり合う２つの外面を圧縮することができ、したがってケージへの半径方向の力によって形成され、ケージの長手軸を中心に作用するトルクを伝達することができる。

択一的には、溝の鍵穴形のプロフィールの中に、これと相補的なほぼ頭部形のプロフィールが挿入される。後部切断部を備える他の多数の変形実施形態が考えられる。

この実施形態および他の変形実施形態では取付けのために、互いに結合すべき２つのセグメントが、ケージの軸方向で常に互いに押し込まれなければならない。取付けを容易にするため、実矧の実のプロフィールの片側をやや尖らせることができる。

これとは択一的な実施形態では、後部切断部はなしで、溝のほぼ中央に舌片が形成されており、この舌片が実矧の実の中央にある、これに相補的な凹みに差し込み可能である。舌片を通っても、実矧の実の２つの部材を通っても、ケージの長手軸に対して平行に孔部が延在しており、この孔部に安全ピンまたはねじ結合部を差し込むことができる。

ねじ結合とは択一的に、個々のセグメントの別の結合も可能であり、たとえば接着、溶接、摩擦溶接も可能であり、またはケージ全体を周回する確保部、たとえばテープも可能である。

本発明の別の重要な特徴は、ケージセグメントを直径の異なるケージに組み立てられることである。もっとも簡単な場合、直径がわずかに異なる変形実施形態に対しては、ケージセグメントの弾力性が利用される。したがってたとえば９つのケージセグメントではなく１０のセグメントにより１つのリングが組み立てられて、リングの直径が大きくするか、または８つのセグメントだけを直径の小さなケージに互いに結合する。このとき結合部に及ぼされる張力により、結合エレメントはピーク荷重の際にも常にある程度の圧力を受け、したがって結合面が互いに押し合い、これによりケージの安定性が向上する。

しかし直径を大きくすべき変形実施形態の場合、本発明は、隣接するケージセグメントのウェブの間に中間楔を嵌め込みことを提案する。この中間楔のウェブへの結合面は、ケージセグメントの外面に対して相補的に成形されている。この中間楔が、その結合面の間の角度が異なる複数の変形体として完成されていれば、この変形体は、常に同じケージセグメントと角度の異なる中間楔との組合せによって、直径の非常に小さなケージも、または非常に大きなケージをも形成することができる。これにより、製造の際のコストも、ケージを使用する場合のように大きく削減される。なぜなら考慮すべき部材の数が格段に少なくなるからである。

中間楔に対する択一的実施形態として、本発明は、ケージセグメントの側面プレートが２つのウェブの一方を越えて延長されており、その延長部が隣接するケージセグメントの側面プレートに当接することを提案する。ここでは種々異なる角度を、重なり合う２つの側面プレート間で調節することができる。この角度は、適切な結合によって固定することができ、したがって隣接する２つのケージセグメントはこの角度で確保されている。

この角度を調節するために複数の係止結合部を設けることができ、それらのうちの１つだけがそれぞれ使用される。この場合は、ステップごとの調節が可能である。中間値は、ケージセグメントの弾力性の枠内で達成することができる。択一的実施形態はネジ結合であり、他の可能性は角度ステップの異なるスプライン結合である。重なり合う２つの側面プレートは、側面プレートの対応する予成形と弾性のある突き合わせによって、組立ての際に互いに押し合うか、またはねじ結合および／または接着によって確保される。しかし他に公知のすべての結合も考えられる。

別の択一的実施形態では、各ケージセグメントの２つのウェブが密に並んで配置され、むしろ互いに移行している。この場合、２つの側面プレートは、隣接するケージセグメントの側面プレートと両端部で継手結合され、ここでは互いに結合された側面プレートの間で種々異なる角度を調節することができる。この変形実施形態でも角度は、係止結合、ねじ結合、スプライン結合、または他の公知の結合によって確保される。

この変形実施形態では、ケージがほぼＨ形を有する。ローラ体を収容するためのポケットは、２つのウェブが組み立てられて初めて形成される。ここでは、２つのケージセグメントの旋回が、案内されるローラ体のそれぞれの軸上で互いに行われると目的に適う。この場合、２つのケージセグメントのすべての領域が、それぞれの角度に関係なくローラ体に対して同じ間隔を有し、したがって常に変わらない案内特性を有する。

ケージセグメントの各変形実施形態は、ボール、シリンダローラ、円錐体、ピン、ドラム形の円環体として成形することのできるローラ体のためのポケットを含んでいる。しかしローラ体の他のいずれの回転対称形状に対しても、これと部分的に相補的なポケットをケージセグメントに成形することができる。

セグメント化されたケージの原理は、半径方向負荷のためのローラベアリングにも、軸方向負荷のための構造形式にも、さらにハイブリッド構造形式、いわゆるテーパー状ビードシーツベアリングにも適用することができる。ラジアルローラベアリング用にも、２列ローラベアリング用にも、本発明のセグメント化されたケージを構成することができる。

以下、本発明のさらなる詳細および特徴を、実施例に基づいて詳細に説明する。しかしこれは本発明を減縮するものではなく、単に説明するものである。図には概略的に示されている。

ケージの一部の斜視図である。 フレーム状のケージセグメントの斜視図である。

図１には、一部分としてケージ１の約４分の１が示されており、これは３つのピース、すなわち３つのケージセグメント１４からなり、それぞれ中間楔１５を介して互いに結合されている。各ケージセグメント１４は、ここでは破線で示されたローラ体２を案内する。各ローラ体２は、同様に破線で示された内リング３と外リング４の上を転がる。図２には、ケージセグメント１４と中間楔１５が、各ケージセグメント１４の側面プレート１２のプレート状の寸法構成により、どのように強固に結合されているかが非常によく示されている。

図１に示された実施形態では、ケージセグメント１４の側面プレート１２が弱い曲率を有することがよく分かる。しかし中間楔１５の押し込みにより、比較的小さな直径に適合されている。このために、各中間楔１５の２つの接合面１５１は、互いに鋭角をなす。図１では、ケージセグメント１４が、溝１１１と実矧の実１１２を介して互いに結合されていることがよく分かる。中間楔１５の結合面１５１にも、これと相補的な溝１１１および実矧の実１１２が配置されている。

図１では、ケージセグメント１４と中間楔１５が、それぞれ軸方向に押し合うことのできることが理解できよう。合成樹脂の柔軟性により、実矧の実１１２はある程度の過大寸法でもよく、したがって実矧の実１１２は溝１１１に押し込まれ、これにより良好なフィッティングと強固な結合を保証する。

図２には、個別のケージセグメント１４が斜視図に示されている。暗く図示されているのは、内リング３に向いた方のケージセグメント１４の面である。

２つのウェブ１１によって互いに接続された２つの側面プレート１２がよく分かる。ケージセグメント１４の軸方向には半径方向よりも格段に薄い側面プレート１２の、本発明に典型的な設計が明確になる。同様に、各側面プレート１２の端面がウェブ１１の端部を通ってさらに伸長しており、したがってこれに続く次の側面プレート１２の端面全体をその上に支持できることが明確になる。これにより、２つのケージセグメント１４の間の角度は実質的に変化せずに、各ケージセグメント１４の長手軸を中心にするトルクを隣接するケージセグメントにさらに伝達することができる。

図２は、ウェブ１１の観察者に向いた側に、溝１１が成形されていることを示す。観察者からは反対側の対向するウェブ１１の外面には実矧の実１１２が成形されており、この実矧の実１１２は、図２では側面プレート１２の延長部に示されている。

１ ローラ体２を案内するためのケージ
１１ ケージ１のウェブ
１１１ ウェブ１１の外面にある溝
１１２ ウェブ１１の外面にある、溝１１１に対して相補的なバネ
１２ ケージセグメント１４の側面プレート
１３ ケージ１の長手軸
１４ ケージ１を形成するケージセグメント
１５ ２つのケージセグメント１４の間の中間楔
１５１ 中間楔１５の結合面
２ 内リング３と外リング４上の転がるローラ体
３ ローラベアリングの内リング
４ ローラベアリングの外リング

Claims (6)

1. ローラベアリングであって、前記ローラベアリングは
   複数のケージセグメントを有し、個々の前記ケージセグメントはポケットの周囲の一対の側面プレートの反対側にそれぞれ固定された第１および第２のウェブを含み、溝が前記第１のウェブに形成され、前記溝と相補的な実矧の実が前記第２のウェブに形成されており、
   複数のローラ体を有し、個々の前記ローラ体は、前記ケージセグメントに形成された前記ポケット内に支持され、前記第１のウェブおよび前記第２のウェブおよび前記溝と前記実矧の実の方向と平行な回転軸を有し、
   複数の中間楔を有し、個々の前記中間楔は隣り合う前記ケージセグメントの間に位置し、第１の結合面および前記第１の結合面と非平行な第２の結合面を有し、前記実矧の実が前記第１の結合面に形成され、前記溝が前記第２の結合面に形成され、
   ここで複数の前記ケージセグメントをつなげて一つの硬い環状のケージにするため、個々の前記中間楔の第１の結合面の実矧の実は、隣接する前記ケージセグメントの第１のウェブの溝に受け止められ、前記第２の結合面の溝は、隣接する前記ケージセグメントの第２のウェブの実矧の実を受け止め、
   個々の前記中間楔の第１の結合面の実矧の実と、隣接する前記ケージセグメントの第１のウェブの溝は、前記ケージセグメントに形成されたポケット内に支持されたローラ体の回転軸に平行な方向の、前記中間楔と前記第１のウェブの相対運動で挿入でき、前記ローラ体の回転軸と垂直方向には着脱できず、
   前記第２の結合面の溝と、隣接する前記ケージセグメントの第２のウェブの実矧の実は、前記ケージセグメントに形成されたポケット内に支持されたローラ体の回転軸に平行な方向の、前記中間楔と前記第２のウェブの相対運動で挿入でき、前記ローラ体の回転軸と垂直方向には着脱できず、
   トルクを隣接したケージセグメントに伝達することが可能であることを特徴とするローラベアリング。
2. 前記ケージセグメントは、ワンピースの射出成形部材または圧縮成形部材またはその他のダイカスト部材として成形されている、ことを特徴とする請求項１に記載のローラベアリング。
3. 前記ケージセグメントは、ポリイミドまたはポリフタルアミドまたはポリエーテルケトン（ＰＥＫ）またはポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）またはポリアミドイミド（ＰＡＩ）またはポリイミド（ＰＩ）またはフェノール樹脂またはその他の人工樹脂からなる、ことを特徴とする請求項１に記載のローラベアリング。
4. 前記ケージセグメントは、ガラス繊維およびガラス球からなるグループから選択された物質を含む、ことを特徴とする請求項３に記載のローラベアリング。
5. 前記ケージセグメントは、
   ・薄板または
   ・真鍮または
   ・またはグレーアイアンまたは
   ・他のスチールまたは別の金属からなる、ことを特徴とする請求項１に記載のローラベアリング。
6. 前記溝と前記実矧の実のプロフィールは、燕尾形状である、ことを特
   徴とする請求項１に記載のローラベアリング。

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