WO2021140836A1 - ころ軸受用溶接保持器、保持器付きころおよびころ軸受 - Google Patents

Abstract

ころ軸受用溶接保持器の一対の環状部（３０）は、ポケットの軸方向内側の壁面（３１）において、基準面（３２）と、基準面から軸方向内側に突出する凸部（３３）とを含む。凸部は、突合せ接合部に設けられる溶接痕である。ころの軸方向の寸法をＡとし、ポケットの軸方向の寸法をＢとした場合に、凸部の基準面から軸方向内側への突出寸法Ｃは、（Ｂ－Ａ）×１／２よりも小さい。

Description

ころ軸受用溶接保持器、保持器付きころおよびころ軸受

　本発明は、ころ軸受用溶接保持器、保持器付きころおよびころ軸受に関する。

　従来の溶接保持器は、あらかじめポケットを形成した梯子状部材を環状に丸め、その両端を突き合わせて接合することによって、溶接部が形成されている。たとえば、特許文献１（特開２０１３－１６０２６３号公報）に記載の保持器は、一対の環状部の両端部間に突合せ接合部が設けられ、突合せ接合部の両側で柱部に対応する位置に切欠きが設けられている。また、特許文献２（特開２００６－６４０４４号公報）に記載の保持器は、溶接部の除去が不要な形状にすることで、溶接部を大きく確保して、溶接部の強度高めている。

　一方で、溶接保持器の製造方法として、たとえば特許文献３（特開２００９－２７０６５５号公報）には、ビード防止具を使用して、溶接部がポケット側に突出しないようにする方法が開示されている。

特開２０１３－１６０２６３号公報 特開２００６－６４０４４号公報 特開２００９－２７０６５５号公報

　特許文献１の保持器では、ラジアル荷重を負担しないころが遠心力により柱部に衝突した場合、応力が柱部の切欠部に集中するため、保持器が破損するおそれがある。特許文献２の保持器では、応力集中はポケットの角部で生じることが多いため、保持器が破損するおそれがある。このように、特許文献１，２の保持器では、溶接部に応力が集中するため、保持器が破損するおそれがある。

　また、特許文献３の溶接保持器の製造方法では、溶接金属がポケットの長手方向内側の広い範囲に流動する。そのため、流動した溶接金属は、ポケットの長手方向内側面と溶け合わず、溶接不良を生じるため、ころの円滑な転動を妨げてしまう。

　この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであって、その目的は、ころの円滑な転動と応力集中を低減することが可能なころ軸受用溶接保持器、保持器付きころおよびころ軸受を提供することを目的とする。

　本発明の一態様に係るころ軸受用溶接保持器は、帯状部材を丸めてその両端を付き合わせて接合した突合せ接合部を有するものであって、一対の環状部と、軸方向に延びて一対の環状部を連結する複数の柱部と、隣り合う柱部の間に形成されてころを収容するポケットとを備え、一対の環状部は、ポケットの軸方向内側の壁面において、基準面と、基準面から軸方向内側に突出する凸部とを含み、凸部は、突合せ接合部に設けられる溶接痕であり、ころの軸方向の寸法をＡとし、ポケットの軸方向の寸法をＢとした場合に、凸部の基準面から軸方向内側への突出寸法は、（Ｂ－Ａ）×１／２よりも小さい。

　好ましくは、突合せ接合部と基準面とが交差する部分には、溝部が形成されており、凸部は、溝部に設けられ、その軸方向内側の端部は、基準面を超えている。

　好ましくは、外径が５ｍｍ以上２００ｍｍ以下の範囲における、凸部の基準面から軸方向内側への突出寸法は、０．０１ｍｍ以上１．５ｍｍ以下である。

　好ましくは、凸部は、ころと接する面が平面である。

　本発明の一態様に係る保持器付きころは、ころと、ころをポケットに収容する、上述したころ軸受用溶接保持器とを備える。

　本発明の一態様に係るころ軸受は、上述した保持器付きころと、ころ軸受用溶接保持器の中心穴に挿通されて、ころの内側軌道面を構成する軸とを備える。

　本発明によれば、ころの円滑な転動と応力集中を低減することが可能なころ軸受用溶接保持器、保持器付きころおよびころ軸受を提供することができる。

本発明の実施の形態に係るころ軸受用溶接保持器にころを組み込んで遊星歯車支持構造に用いた状態を示す図であって、（Ａ）は遊星歯車支持構造の概略図であり、（Ｂ）は歯車の部分の断面図である。 本発明の実施の形態に係るころ軸受用保溶接持器を示す斜視図である。 本発明の実施の形態に係るころ軸受用保溶接持器にころを組み込んだ状態の一部分を示す平面図である。 本発明の実施の形態に係るころ軸受用溶接保持器の一部分を示す平面図である。 凸部を拡大して示す部分拡大斜視図である。 図５の矢印ＶＩから見た部分平面図である。 ころ軸受用溶接保持器の製造工程を示すフローチャートである。 ころ軸受用溶接保持器の製造工程のうち、代表的な工程を示す概略図であり、（Ａ）はポケット抜き工程を示し、（Ｂ）は曲げ工程を示し、（Ｃ）は溶接工程を示す。 凸部の変形例を示す部分拡大平面図である。 凸部の他の変形例を示す部分拡大平面図である。

　本発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰返さない。

　（遊星歯車支持構造の概要）
　はじめに、図１を参照して、本実施の形態に係る保持器付きころ１が用いられる遊星歯車機構（プラネタリヤギア）１００の概要について説明する。

　遊星歯車機構１００は、たとえば、自動車のトランスミッションなどに用いられ、その遊星歯車機構１００におけるピニオンギア（遊星歯車）１０３を回転可能に支持するために、ころ軸受用溶接保持器３にころ２を組み込んだ保持器付きころ１が使用されている。すなわち、本実施の形態に係る保持器付きころ１は、自動車用保持器付きころである。

　遊星歯車機構１００は、内歯を有し外周を取り囲むリングギア（内歯歯車）１０１と、外歯を有しリングギア１０１の中心に配置されるサンギア（太陽歯車）１０２と、外歯を有しリングギア１０１とサンギア１０２の間に配置される複数のピニオンギア（遊星歯車）１０３とを備える。ピニオンギア１０３は、リングギア１０１およびサンギア１０２と噛合し、係合穴に設置されるピニオン軸１０５に保持器付きころ１によって回転可能に支持される。各々のピニオン軸１０５は、キャリア１０４に設けられ（連結され）、キャリア１０４からピニオンギア１０３の公転に相当する回転が入出力される。キャリア１０４とピニオンギア１０３との間には、ワッシャ１０６が配置されている。以下、ピニオン軸を単に「軸」という。

　図１（Ｂ）を特に参照して、各ピニオンギア１０３は、本実施の形態に係る保持器付きころ１を介して、軸１０５上に回転自在に支持されている。つまり、保持器付きころ１は、ピニオンギア１０３および軸１０５を回転可能に支持するものであり、遊星歯車機構１００は、ピニオンギア１０３と、軸１０５と、保持器付きころ１とを備える。具体的には、保持器付きころ１は、複数のころ２ところ軸受用溶接保持器３とで構成され、軸１０５の外周面を内側軌道面とし、ピニオンギア１０３の内周面を外側軌道面としている。本実施の形態のころ軸受用溶接保持器３は、外輪案内で用いられている。なお、本実施の形態では、ころ２は、針状ころである。

　本実施の形態では、軸１０５に潤滑油供給穴が存在せず、ピニオンギア１０３とワッシャ１０６の軸方向の隙間から供給された潤滑油を軸１０５の外周面に導くことにより、針状ころ２およびころ軸受用溶接保持器３の潤滑を行っている。

　なお、多段化の進む自動車のトランスミッションに遊星歯車機構１００が使用された場合、自動車の更なる燃費向上のために保持器付きころ１へと供給される潤滑油量が少量化したり、低粘度の潤滑油が供給されることがある。潤滑油の動粘度は、たとえば、１００℃で２センチストークス（ｃＳｔ）～８センチストークス（ｃＳｔ）である。

　（ころ軸受用溶接保持器について）
　次に、図２～図６を参照して、本実施の形態に係るころ軸受用溶接保持器３について説明する。特に図３を参照して、ころ軸受用溶接保持器３は、複数のころ２を保持する。複数のころ２を収容したころ軸受用溶接保持器３は、保持器付きころ１として提供される。図２，図４では、ころ軸受用溶接保持器３はポケット５０にころ２を収容しておらず、ころ軸受用溶接保持器３のみ示している。なお、以下の説明において、ころ軸受用溶接保持器３を単に保持器という。

　本実施の形態の保持器３は、帯状部材を丸めてその両端を付き合わせて溶接した溶接保持器である。保持器３の製造方法については、後述する。

　保持器３は、一対の環状部３０と、軸方向に延びて一対の環状部３０を連結する複数の柱部４０と、隣り合う柱部４０の間に形成されてころ２を収容するポケット５０とを備える。ポケット５０は、周方向に間隔をあけて複数設けられる。以下の説明では、保持器３の中心軸に沿った方向を「軸方向」、中心軸に対して直交する方向を「径方向」、中心軸周りの円周方向を「周方向」と呼ぶ。

　本実施の形態の柱部４０は、柱中央部４２と、一対の柱端部４３と、柱傾斜部４４とを有する。柱中央部４２は、柱部４０のうち軸方向中央部領域で径方向内側に位置する。柱端部４３は、柱部４０のうち軸方向端部領域で柱中央部４２に対して径方向外側に位置する。柱傾斜部４４は、柱中央部４２と柱端部４３との間に位置して柱中央部４２から軸方向外方かつ径方向外方に向かって傾斜して延びている。なお、軸方向内側とは、環状部３０から柱部４０を向く方向であり、軸方向外側とは、環状部３０から柱部４０と反対側を向く方向である。

　また、ポケット５０に対面する柱部４０の壁面には、ころ２の径方向内側・外側への脱落を防止するころ止め部が設けられている。

　環状部３０は、ポケット５０の軸方向内側の壁面３１において、基準面３２と、基準面３２から軸方向内側に突出する凸部３３とを含む。

　基準面３２は、打ち抜き加工によりポケット５０を形成する場合に形成される面である。基準面３２は、ころ２と接触しない非接触部である。基準面３２の表面は、せん断面と破断面が形成されていてもよい。

　凸部３３は、突合せ接合部３０ａに設けられる溶接痕の一部である。凸部３３は、溶接ビードにより形成され、環状部３０と同じ材質である。突合せ接合部３０ａには、削りなどの追加工が行われないため、加工痕が形成されていない。凸部３３は、略三角形状であり、基準面３２に接する部分の周方向の幅が広く、軸方向内側の壁面に至るにつれ先細りとなる。なお、理解容易のため、図２，３，５，６において、突合せ接合部３０ａに設けられる溶接痕にハッチングを施している。

　凸部３３は、環状部３０の内径側端縁から外径側端縁まで連続して設けられてもよいし、部分的に設けられてもよい。凸部３３は、ポケット５０の軸方向内側の壁面３１の周方向中央部に位置する。すなわち、凸部３３は、周方向において基準面３２によって挟まれている。

　凸部３３は、ころ２と接する面が平面である。接するとは、ころ２に直接的に接触するだけでなく、近接していることも含む。この平面は、ビード防止具が押し付けられることにより形成される。平面とは、具体的には平坦な面である。凸部３３が環状部３０の内径側端縁から外径側端縁まで連続して設けられる場合、平面も環状部３０の内径側端縁から外径側端縁まで連続して設けられる。これにより、万が一、凸部３３の先端にころ２が当接した場合であっても、凸部３３ところ２の接触箇所が面になるため、凸部３３の応力を低減することが可能となる。

　次に、凸部３３の基準面３２から軸方向内側への突出寸法について説明する。図３を参照して、ころ２の軸方向の寸法をＡとする。図４を参照して、ポケット５０の軸方向の寸法をＢとする。このような場合において、凸部３３の基準面から軸方向内側への突出寸法Ｃは、（Ｂ－Ａ）×１／２よりも小さく設定されていることが好ましい。具体的には、ころ２の軸方向の寸法Ａが３ｍｍ以上８０ｍｍ以下、保持器３の外径が５ｍｍ以上２００ｍｍ以下、内径が３ｍｍ以上１９０ｍｍ以下、軸方向幅が４ｍｍ以上１００ｍｍ以下、板厚が０．５ｍｍ以上３ｍｍ以下、ポケット５０の軸方向の寸法Ｂが３．０３ｍｍ以上８５ｍｍ以下である場合、凸部３３の基準面３２から軸方向内側への突出寸法Ｃは、０．０１ｍｍ以上１．５ｍｍ以下であり、０．０２ｍｍ以上０．５ｍｍ以下であることが好ましい。

　突出寸法Ｃが０．０１ｍｍ以下あるいは０．０２ｍｍ以下であると、公転運動の際に保持器３の環状部３０が楕円変形して、突合せ接合部３０ａへ応力集中した場合に、疲労破壊する場合がある。また、突出寸法Ｃが１．５ｍｍ以上あるいは０．５ｍｍ以上であると、凸部３３の先端にころ２が当接する場合があり、ころ２の転動を阻害するおそれがある。

　従来の溶接保持器では、ポケットの軸方向内側の壁面の溶接部がころの円滑な転動を妨げないようにするために、溶接部が基準面よりポケット側に突出しないようにしていた。また、溶接部が基準面よりもポケット側に突出している場合であっても、溶接部の他に環状部の形状を工夫するなど、溶接部に応力が集中しないような工夫がなされているだけで、溶接部の形状、特に溶接部のポケット側への突出寸法については、何ら考慮されていなかった。本発明者は、鋭意研究した結果、保持器３の外径が５ｍｍ以上２００ｍｍ以下の範囲の場合において、凸部３３の基準面３２から軸方向内側への突出寸法Ｃを、０．０１ｍｍ以上１．５ｍｍ以下にすることで、ころ２の円滑な転動と応力集中の低減の両立が可能となることを見出した。

　（保持器の製造方法）
　図７は、保持器を製造する工程を示すフローチャートである。図８は、図７に示された工程のうち、代表的な工程を表す概略図である。図７および図８を参照して、保持器の製造方法について説明する。

　まず、保持器の材料となる帯状部材を準備し、断面形状がＶ字状となるように成型するプレス工程を行う。ここで、Ｖ字状とは、ポケットが打ち抜かれた帯状の鋼板の中央部と環状部とが円筒状に折り曲げられたときに、径方向に段差が設けられるように押し曲げることをいう。したがって、プレス工程によって、柱部の中央部は、環状部よりも径方向の内側に凹んだ形状となる。その後、針状ころを保持するポケットを形成するためのポケット抜き加工（図８（Ａ））を行う。ポケット抜き工程は、打ち抜き刃を有するポンチで、帯状に鋼板に対して、ポケット形状に刃先を押し当てて打ち抜くことにより行う。これにより、帯状の鋼板の横幅方向にポケットが形成される。

　保持器の円周長さとなるように、帯状の鋼板を切断する切断工程を行う。次に、切断された帯状の鋼板を、外輪の内径面に沿うような円筒状に折り曲げる曲げ工程（図８（Ｂ））を行う。その後、両端面を溶接して接合する接合工程（図８（Ｃ））を行う。具体的には、環状部３０となるべき帯状の鋼板の両端部を位置合わせして、溶接ビードにより両端面を溶接して接合し、突合せ接合部３０ａ（図６）を形成する。この工程により、一対の環状部３０に凸部３３が形成される。必要に応じて、ポケット５０の形状とほぼ同じ大きさのビード防止具を凸部３３に当接する。これにより、凸部３３の軸方向内側の部分が平面になる。このように、突合せ接合部３０ａに対して、削りなどの追加工を行っていない。つまり、突合せ接合部３０ａには加工痕が形成されていない。さらに、たとえば軟窒化処理や浸炭焼入処理等の熱処理工程を行って、保持器が製造される。

　このようにして製造された保持器のポケットに、複数の針状ころを組み込んで保持器付きころを製造する。

　本実施の形態の保持器３は、凸部３３の基準面３２から軸方向内側への突出寸法Ｃがあらかじめ設定されている。これにより、凸部３３がころ２に当接しないため、ころ２の転動を阻害せず、凸部３３への応力を低減することができる保持器３を製造することができる。

　（凸部の変形例）
　図９，図１０を参照して、凸部３３の変形例について説明する。図９，図１０は、凸部３３の変形例を示す部分拡大平面図である。

　上記実施の形態の凸部３３は、略三角形状であったが、図９に示すように、凸部３３Ａは、平面視略半円形状であってもよい。このような凸部３３Ａは、凸部３３Ａの基準面３２から軸方向内側への突出寸法が所定値より小さい場合に形成される。上述した凸部３３とは異なり、ビード防止具を用いない場合に形成されるからである。また、上述した凸部３３を一方の環状部３０Ａに設け、本変形例の凸部３３Ａを他方の環状部３０Ａに設けてもよい。

　上記実施の形態の凸部３３は、平坦な突合せ接合部３０ａに設けられていたが、図１０に示すように、突合せ接合部３０ａの形状が異なっていてもよい。具体的には、環状部３０Ｂの突合せ接合部３０ａと基準面３２とが交差する角部には、傾斜部３５が設けられている。傾斜部３５と基準面３２とが交差する部分には、溝部３６が形成されている。溝部３６は、たとえばＶ字状である。

　凸部３３Ｂは、溝部３６に設けられ、凸部３３Ｂの軸方向内側の端部は、基準面３２を超えている。つまり、凸部３３Ｂは、基準面３２から突出して設けられる。凸部３３Ｂは、溝部３６の一部を埋めるように設けられてもよいし、傾斜部３５すべてを覆うように、その全部を埋めるように設けられてもよい。凸部３３Ｂの形状は、略菱形状である。

　従来の溶接保持器は、突合せ接合部にＶ字状の溝を設け、ころと接触しないようにするために、Ｖ字状の溝から突出しないように溶接部を設けるか、強度を保つためにＶ字状の溝からはみ出るように溶接部を設けていた。いずれの場合であっても、凸部３３Ｂの基準面３２から軸方向内側への突出寸法を、所定値にすることは考慮されていなかった。本変形例では、溝部３６に凸部３３Ｂを設け、さらに、凸部３３Ｂの基準面３２から軸方向内側への突出寸法を所定値にすることで、凸部３３がころ２に当接しないため、ころ２の転動を阻害せず、凸部３３への応力を低減することができる。

　なお、上記実施の形態において、ポケット５０に収容するころ２は、針状ころを用いたが、これに限らず、たとえば、円筒ころ、棒状ころなどを用いても構わない。

　また、上記実施の形態において、保持器３は、一対の環状部を有するいわゆるＭ型保持器であったが、これに限らず、一対の環状部３０を有しない、いわゆるＶ型保持器であってもよい。

　さらに、上記実施の形態において、保持器付きころ１は、軌道輪を備えないとして説明したが、軌道輪を備える構成としてもよい。

　今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

　１　保持器付きころ、２　ころ、３　ころ軸受用溶接保持器（保持器）、３０，３０Ａ，３０Ｂ　環状部、３０ａ，３０ａＢ　突合せ接合部、３１　壁面、３２　基準面、３３，３３Ａ，３３Ｂ　凸部、３６　溝部、４０　柱部、５０　ポケット、１０５　軸（ピニオン軸）。

Claims (6)

1. 　帯状部材を丸めてその両端を付き合わせて接合した突合せ接合部を有するころ軸受用溶接保持器であって、
   　一対の環状部と、軸方向に延びて前記一対の環状部を連結する複数の柱部と、隣り合う前記柱部の間に形成されてころを収容するポケットとを備え、
   　前記一対の環状部は、前記ポケットの軸方向内側の壁面において、基準面と、前記基準面から軸方向内側に突出する凸部とを含み、
   　前記凸部は、前記突合せ接合部に設けられる溶接痕であり、
   　前記ころの軸方向の寸法をＡとし、前記ポケットの軸方向の寸法をＢとした場合に、
   　前記凸部の前記基準面から軸方向内側への突出寸法は、（Ｂ－Ａ）×１／２よりも小さい、ころ軸受用溶接保持器。
2. 　前記突合せ接合部と前記基準面とが交差する部分には、溝部が形成されており、
   　前記凸部は、前記溝部に設けられ、その軸方向内側の端部は、前記基準面を超えている、請求項１に記載のころ軸受用溶接保持器。
3. 　外径が５ｍｍ以上２００ｍｍ以下の範囲における、前記凸部の前記基準面から軸方向内側への突出寸法は、０．０１ｍｍ以上１．５ｍｍ以下である、請求項１または２に記載のころ軸受用溶接保持器。
4. 　前記凸部は、前記ころと接する面が平面である、請求項１～３のいずれかに記載のころ軸受用溶接保持器。
5. 　前記ころと、
   　前記ころを前記ポケットに収容する請求項１～４のいずれかに記載のころ軸受用溶接保持器とを備える、保持器付きころ。
6. 　請求項５に記載の保持器付きころと、
   　前記ころ軸受用溶接保持器の中心穴に挿通されて、前記ころの内側軌道面を構成する軸とを備える、ころ軸受。

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