CN103174757A - 轴承单元和使用其的悠悠球，以及滚珠轴承和使用其的悠悠球 - Google Patents

Abstract

本发明的目的在于，通过使用结构简单且中心对齐精度高的滚珠轴承的轴承单元，提供在进行拆解、组装时也能够容易且可靠地进行中心对齐的旋转精度高的悠悠球。本发明的轴承单元(10)具有轴(15)，该轴(15)包括：与滚珠轴承(11)的内圈(12)的宽度相对应的轴径均匀的中央部(16)；和与中央部(16)相连接，其两侧向着端部变细的锥部(17)，轴(15)的中央部(16)固定在上述内圈(12)上。

Description

轴承单元和使用其的悠悠球,以及滚珠轴承和使用其的悠悠球

技术领域

本发明涉及在以低载荷、高精度旋转的滚珠轴承的内圈上固定有轴的轴承单元和使用了该轴承单元的悠悠球。具体而言，涉及在固定于滚珠轴承的内圈的轴上设有与内圈同心的锥部，能够容易地进行相对于内圈的中心对齐(芯出し)的轴承单元。还涉及通过安装与该轴承单元的轴的锥部对应的旋转体，容易提高中心对齐的精度的悠悠球。

此外，本发明涉及用于旋转玩具的滚珠轴承。进一步涉及使用了该滚珠轴承的悠悠球。

背景技术

一直以来，这种悠悠球是通过使设置于旋转体的中心部的嵌合部与配置在中央部的滚珠轴承的内圈对应，进行旋转体和滚珠轴承的中心位置定位，并将配置于内圈的内部的螺纹螺合旋入两侧的旋转体进行固定来实现的。此外，对构成悠悠球的部件要考虑其能够独立进行维护，通过部件的清洁、向滚珠轴承注油、细微的平衡性调节等调校操作等，能够实现具有各人个性特征的悠悠球。

此外，使用悠悠球的竞赛有多种形式，现有比试由悠悠球的种类、形态而决定的特征的弹出方法、各特性的平衡等多方面的特征的竞赛。比试从开始旋转到停止旋转的旋转时间的睡眠发球(long sleeper)、比试搭绳等表演技术等也是为人熟知的比赛项目。

例如，在专利文献1中公开了为了防止因卷绕在悠悠球的芯部的球绳(悠悠球绳)的扭结等引起的位置偏移，在轴承的外圈设置连续的球凹面的内容，和能够利用螺纹实现相对于旋转体的固定的内容。

进一步，在专利文献2中，还公开了在轴的两侧设置螺纹，利用螺纹将旋转体固定在轴的两侧，并在轴的中央部分配置轴承的悠悠球。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：美国专利第7,175,500号说明书

专利文献2：日本特开2003-135859号公报

发明内容

发明要解决的课题

但是，在现有的悠悠球中，当进行拆解清洁等操作，将轴承和旋转体拆解然后重新组装时，轴承的轴心与其和旋转体之间的轴心有一定程度的偏离，动平衡发生微妙变化，在睡眠发球等中，存在旋转时间变化、或者旋转体的回转摆动发生变化等问题。关于这些问题的原因，参照现有的悠悠球的轴承周边的截面图的图5进行具体说明。

在图5中，在配置于悠悠球的中心部的滚珠轴承51的两侧，配置着具有较大惯量的旋转体53。在旋转体53的内径部分53a，借助螺钉52从两侧将旋转体53固定在滚珠轴承51的内圈。此外，在旋转体53上，设有相对于滚珠轴承51的内圈进行定位的嵌合部件54。

旋转体53的嵌合部分54与滚珠轴承51的内圈，以能够拆解的方式形成间隙配合，但如果间隙过大则会发生转芯偏移，从而导致旋转时间发生变化，或旋转体的回转摆动发生变化。另一方面，在几乎没有间隙的情况下，则由于所谓的咬合、粘型等原因，在拆解时，即使拧松螺钉52，旋转体53的嵌合部分54也与滚珠轴承51的内圈紧密嵌合，以致拆解困难，因此需要在滚珠轴承51的外圈的凹部安装顶端较细的扁嘴钳等，通过撬动来拆卸。

因此，会给滚珠轴承51的滚动槽(滚道)造成压痕(布氏硬度压痕)，或使得旋转体53的嵌合部分54被切削，反而使间隙变大，由此使得组装的轴心偏移变大，结果存在旋转时间变化，或旋转体的回转摆动变化等问题。

此外，当为了通用而将左右的旋转体53形成为相同形状时，旋转体53的嵌合部分54的轴向的配合长度(图5中的L)为滚珠轴承51的宽度尺寸B的一半以下。即，呈B＞2×L的关系，能够理解，由于配合长度变短，旋转体53的定位精度下降。

而且，在现有的悠悠球中，在将滚珠轴承和旋转体进行拆解再组装时，在握持滚珠轴承的外圈的状态下进行操作。特别是在除去滚珠轴承的外圈的污渍时，用单手以无纺布等紧握住滚珠轴承的外圈，用另一只手沿圆周方向擦拭滚珠轴承的外圈。而且，在上述专利文献1所记载的悠悠球中，在滚珠轴承的外圈的外周面，凹面以直至轴向端面均形状相同的方式设置，因此，外圈的外周面的轴向两侧部呈顶端变尖的形状。因此，越趋近顶端，截面积越小，在执行拆解检修操作等时，有可能超过许用应力，以致易于发生崩刃(tipping)。在产生了崩刃的情况下，可能会使无纺布等勾挂在外圈的外周面的轴向两侧部，从而导致操作性下降。而且，在进行拆解组装等作业时，该现有产品要求更多地注意安全性，需要注意滚珠轴承的处理，由此也会导致操作性下降。

此外，根据操作者的不同，也可能由于该变尖的形状而产生强烈的锐利感觉的印象，而有对操作本身敬而远之的倾向。特别是在金属制滚珠轴承的情况下，为了最大限度地发挥滚珠轴承的特性，要对钢材进行淬火/回火等热处理以提高硬度，因此使得该倾向更为显著。

本发明是为了解决上述问题而提出的发明，其第一目的在于，提供一种在进行拆解组装时也能够容易且高精度地进行旋转体相对于滚珠轴承的内圈的定位的轴承单元，以及使用了该轴承单元的旋转精度高的悠悠球。

此外，本发明的第二目的在于，提供一种即使外圈的外周面呈凹面，也能够避免进行拆解或组装时因无纺布等而导致的勾挂，并能够抑制锐利感觉的印象和对安全性的过度担忧，从而提高操作性的滚珠轴承和使用该滚珠轴承的悠悠球。

解决课题的手段

为了实现上述第一目的，本发明提供一种用于旋转玩具的轴承单元，其特征在于：具有轴，该轴包括：与滚珠轴承的内圈宽度相对应的轴径均匀的中央部；和与该中央部相连接，其两侧向着端部变细的锥部，轴的中央部固定在上述内圈上。

根据该结构，轴和滚珠轴承的内圈在其轴向全长(宽度尺寸B)上进行定位，因此能够实现高精度。此外，由于轴与滚珠轴承的内圈固定，因此在进行旋转玩具的拆解维修时，该部分不进行拆解(不能拆解)，因此轴和内圈的关系能够始终保持在精度良好的状态。

此外，由于具有与轴的中央部相连接，两侧向着端部变细的锥部，因此通过使用该锥部，能够实质性地使配置在外侧的旋转体相对于滚珠轴承的内圈容易且正确地进行定位。

更大的优点在于，能够在不必给滚珠轴承的内圈施加大的载荷下执行旋转体的装拆，因此能够避免给滚珠轴承造成布氏硬度压痕等损伤。

此外，其特征还在于，内圈和轴的中央部之间具有过盈量，该过盈量小于滚珠轴承的径向游隙。根据该结构，在将轴装配在滚珠轴承的内圈上时，即使径向游隙因过盈量而减少，也能够可靠地确保径向游隙，从而能够保证低转矩，确保轴承单元的性能。由此实现旋转精度高的悠悠球。

此外，其特征还在于，内圈与轴的中央部之间具有间隙，内圈与轴的中央部利用填充于间隙的粘合剂实现固定，粘合剂中含有尺寸小于上述滚珠轴承的径向游隙的填料。根据该结构，由于没有过盈量，所以能够防止滚珠轴承的径向游隙的变化，即使填料意外地从粘合剂中逸出而侵入滚珠轴承的内部，由于填料尺寸小于径向游隙，因此仍能够可靠地确保径向游隙。由此能够避免内圈的旋转被锁定，从而确保轴承单元的性能。

此外，其特征还在于，轴承单元的滚珠轴承的内外圈的材质为马氏体类不锈钢。根据该结构，能够提高滚珠轴承的防锈性能，因此能够省略防锈油的涂敷。由此，维护时的操作变得简便，并且能够防止回卷的悠悠球绳上附着防锈油，因此能够减少防锈油向周围飞溅。另外，还能够防止因防锈油经由悠悠球绳附着于手指上而带来的不适感。

此外，本发明的悠悠球的特征在于，具有上述轴承单元和嵌合安装在锥部的旋转体。根据该结构，即使在进行悠悠球的拆解组装时，轴和滚珠轴承的内圈的关系也能够确保为高精度状态，实现了旋转体相对于轴的锥部的定位，因此能够实质性地使旋转体相对于滚珠轴承的内圈容易且正确地进行定位，即使进行拆解组装，也能够易于提供旋转精度高的悠悠球。

此外，其特征还在于，旋转体呈借助紧固机构可向轴承单元装拆的形态。根据该结构，能够分别进行旋转体的定位和紧固，因此能够增加其各自的设计自由度，并能够减少功能的相互影响，所以，不用担心例如紧固机构的紧固程度对旋转体的定位精度造成影响。

此外，其特征还在于，在旋转体的嵌合安装于锥部的部分，设置有硬度比旋转体高的衬套。根据该结构，即使拆解组装的次数增加，也能够利用硬度高的衬套减少磨损，因此能够防止定位精度下降，从而能够提供旋转精度高的悠悠球。另外，由于硬度高，因此也能够减少咬合、粘型等情况，从而能够提高拆解组装时的操作性。

此外，其特征还在于，衬套的材质为马氏体类不锈钢。根据该结构，由于防锈性高，因此不需要特别的防锈处理，使得操作容易。而且，滚珠轴承的内外圈的材料也相应地采用马氏体类不锈钢，由此能够使得热膨胀系数相同，从而能够减少伴随温度变化的旋转精度、转矩的变化。

此外，为了实现上述第二目的，本发明的用于旋转玩具的滚珠轴承的特征在于：具有内圈和外圈，外圈的外周面呈凹面，凹面的轴向中央部的外径最小，且相对于轴向中心位置呈对称状态的方式设置，在凹面的轴向两侧，分别设有与外圈的端面相垂直的平坦面。

根据该结构，在滚珠轴承旋转时，因产生的振动等使得球绳与外圈的摩擦状态呈动摩擦，其摩擦系数与静摩擦系数相比是下降的，球绳向外径最小的轴向中央部移动。因此，能够稳定地保持滚珠轴承的外圈。此外，即使在因凹面而使得球绳扭结的情况下，由于外圈与球绳的平均位置位于外径最小的轴向中央部附近，因此能够利用球绳稳定地支承正在旋转的滚珠轴承。

此外，由于在凹面的轴向两侧分别设有与外圈的端面相垂直的平坦面，因此能够使得外周面的轴向两侧部与外圈的端面所成角度实质上为钝角。因此，即使外圈的外周面呈凹面，在进行拆解或组装时，也能够防止由无纺布等导致的勾挂，并能抑制锐利感觉的印象和对安全性的过度担忧，从而提高操作性。

此外，其特征还在于，凹面的轴方向中央部呈抛物面或圆弧面。根据该结构，在滚珠轴承旋转时，滚珠轴承的轴(旋转轴)与外圈的轴向中央部的假想切线在截面图中呈平行位置关系。由此，能够利用球绳稳定地支承旋转轴。此外，凹面的轴向中央部作为底部，在该底部的假想切线在截面图中为零，且外径随着远离该底部而单调增加。因此，能够使球绳稳定地支承在外径小的轴向中央部，从而能够实现减少球绳的摆动等的旋转精度高的旋转玩具。

此外，其特征还在于，内圈和外圈的材料为马氏体类不锈钢。根据该结构，能够提高滚珠轴承的防锈性能，因此能够省略防锈油的涂敷。由此，维护时的操作变得简便，并且能够防止回卷的悠悠球绳上附着防锈油，因此能够减少防锈油向周围飞溅。另外，还能够防止因防锈油经由悠悠球绳附着于手指上而带来的不适感。而且，由于滚珠轴承的内圈和外圈的材料也相应地采用马氏体类不锈钢，因此能够使得热膨胀系数相同，从而减少伴随温度变化的旋转精度、转矩的变化。

此外，本发明的悠悠球的特征在于，包括：上述滚珠轴承；和配置于上述滚珠轴承的轴向两侧的旋转体。根据该结构，能够减少卷绕在悠悠球上的球绳的扭结，从而防止位置偏移。由此，能够实现可稳定旋转的悠悠球。而且，即使在滚珠轴承的外圈的外周面呈凹面的情况下，也能够防止进行拆解或组装时因无纺布等导致的勾挂，并能够抑制锐利感觉的印象和对安全性的过度担忧，从而提高操作性。因此，能够实现易于保养管理且操作性得到了提高的悠悠球。

此外，本发明的悠悠球的旋转体的特征在于，能够相对于滚珠轴承装拆。根据该结构，能够提高旋转体的选择自由度，能够分别准备适应于各种竞赛的悠悠球。此外，通过适当选择滚珠轴承的性能和旋转体的性能而制作出新的组合，能够应对各种各样的竞赛，从而增加可应对的竞赛项目的种类。

发明效果

根据本发明的轴承单元，由于轴和滚珠轴承的内圈被固定，因此即使进行旋转玩具的拆解组装，也能够保证将轴和内圈的关系保持在精度良好的状态。此外，当使用该轴承单元构成悠悠球时，通过利用锥部，使旋转体与轴嵌合，由此能够简单且可靠地使轴和旋转体的轴心一致，从而能够减少转芯偏移，实现旋转精度高的悠悠球。

此外，根据本发明的滚珠轴承，在滚珠轴承的外圈的凹面的轴向两侧部，分别设有与外圈的端面垂直的平坦面，因此能够使得外周面的轴向两侧部分和外圈的端面所成的角度实质上为钝角。因此，即使外圈的外周面呈凹面，在进行拆解或组装时，也能够防止由无纺布等引起的勾挂，并且抑制锐利感觉的印象和过多的安全性的担忧，从而能够提高操作性。

附图说明

图1是本发明的第一实施方式的悠悠球的截面图。

图2是图1的轴承单元周边的A部分的放大图。

图3是说明轴与旋转体的嵌合的截面图。

图4是本发明的第一实施方式的滚珠轴承的截面图。

图5是现有的悠悠球的轴承部分的主要部分截面图。

图6是本发明的第五实施方式的悠悠球的截面图。

图7是图6的轴承单元周边的E部分的放大图。

图8是本发明的第五实施方式的滚珠轴承的截面图。

图9是图8的滚珠轴承的C部分的放大图。

图10是说明本发明的第五实施方式的平坦面的效果的图。

图11是说明第五实施方式的变形例的主要部分放大图。

图12另一现有的悠悠球的滚珠轴承的截面图。

图13是图12的滚珠轴承的D部分的放大图。

符号说明

1、2 悠悠球

10、60 轴承单元

11、61 滚珠轴承

12、62 内圈

13、63 外圈

14、64 滚珠

15、65 轴

16、66 中央部

17、67 锥部

18、68 螺纹

19、69 中心孔

30、80 旋转体

33、83 摩擦板

35、85 衬套

36、86 内径部分

37、87 螺母

40、90 惯性环

71 凹面

72 平坦面

51 滚珠轴承

52 螺钉

53 旋转体

53a 内径部件

54 嵌合部件

161 滚珠轴承

162 内圈

163 外圈

164 滚珠

171 凹面

具体实施方式

以下参照附图详细说明本发明的实施方式。

图1表示本发明的第一实施方式的悠悠球的截面图，图2表示图1的轴承单元周边的A部分的放大图，图3表示说明轴和旋转体的嵌合的截面图，图4表示滚珠轴承的截面图。

第一实施方式

本发明的第一实施方式的轴承单元和使用该轴承单元的作为旋转玩具的悠悠球，如图1所示，在设置于中心部分的轴承单元10的两侧，装配有直径较大的旋转体30，在旋转体30的外周部分，安装着由高密度材料制成的惯量大的惯性环40，由此构成悠悠球1。未图示的被称为悠悠球绳的编绞绳卷绕在轴承单元10的外周，使悠悠球能够旋转运动，从而执行各种类别的竞赛。

接着，利用图2和图3进一步详细说明轴承单元10。在轴承单元10中，轴15的中央部16相对于滚珠轴承11的内圈12被压入，从而将轴承单元10机械固定。轴15的中央部的直径均匀，其长度与滚珠轴承11的宽度尺寸相应。在与轴15的中央部16相连接的两侧部分，设置有向端部变细的锥部17。

锥部17的顶端设置有螺纹18，在端面，同轴设置有中心孔19。将旋转体30装配在锥部17上，能够利用作为紧固机构的螺母37进行固定。在旋转体30的中心部设置有衬套35，在衬套35的内径部分36，设有与轴15的锥部17同样的锥部。此外，在旋转体30的滚珠轴承11的附近，设置有用于将悠悠球绳卷缠在旋转体30上的由硅橡胶等形成的摩擦板33。

接着，用图4对滚珠轴承11进行说明。在图4中，内圈12、外圈13和作为滚动体的滚珠14采用作为马氏体类不锈钢的SUS440C或等效制品，在机械加工成需要的形状之后，实施淬火、回火等热处理，通过研磨等精加工成最终形状。因为使用SUS440C，所以与通常的SUJ2等高碳铬轴承钢等相比，防锈性高，因此能够在不涂敷防锈油下在通常环境下使用。

滚珠14利用未图示的保持架以大致相等的间隔配置在所需的位置。与一般的滚珠轴承相比较，本发明在外圈外径具有凹面这一点上与现有技术存在很大区别。在内圈、外圈之间，可根据需要涂敷或填充润滑油或润滑脂。

作为润滑油的例子，可将PAO(聚-α-烯烃)作为基质添加用于改善需要的特性的添加剂而制作得到。也可添加由对活性氧这样的反应性高的自由基显示出强抗氧化作用的富勒烯、铂族元素等元素形成的纳米粒子等。

滚珠轴承11的大致尺寸是，外径×内径×宽度(D×d×B)为12.7×6.35×4.762(mm)(1/2×1/4×3/16(英寸))，滚珠14的个数为9、11、13乃至15这样的奇数，它们均可适当选择。使用精度为ABEC5或高于该精度、且径向游隙为5～10μm的滚珠轴承。未图示的护圈采用两侧护圈的形态。

接着，对有关轴承单元10和悠悠球1的组装的内容进行说明。首先，在轴承单元10中，上述滚珠轴承11的内圈12的宽度尺寸为4.762(mm)，所装配的轴15的中央部16采用与该尺寸对应的相同的长度。这样，与上述现有的悠悠球的轴承部分相比较，能够得到两倍以上的较长的配合长度(内圈宽度B)，因此滚珠轴承11的轴芯与轴15的轴芯能够高精度地进行组装。另外，轴15的中央部16的与内圈宽度对应的尺寸并不限定于与内圈宽度相同的长度，只要处于滚珠轴承11的轴芯和轴15的轴芯能够高精度地组装的范围内，可采用任意值。

轴15的材料是SUS303，中央部16的直径为：相对于滚珠轴承11的内圈12的内径尺寸，具有小于径向游隙的过盈量的尺寸。由此，虽然在将轴15压入内圈12时径向游隙减少，但仍能够可靠地防止压入后径向游隙消失。

另外，由于设置有与轴15的中央部16相连接的两侧部分向着端部变细的锥部17，因此，在压入时能够作为引导部，并能够防止粘型等，因此操作性也得到提高。而且，在压入时，仅在轴15的表面涂敷极少量速干性冲压油等，就能够减小摩擦系数，使得压入更为顺利。且由于油是速干性的，因此在压入后也不会残留有影响，很方便。

另外，使用径向游隙更大的滚珠轴承，将过盈量设定得较大，由此，为了得到足够的拔除力，可在相对于内圈12的宽度为轴15的中央部16的部分设置局部退刀槽。该情况下的退刀槽设置在内圈12的壁厚最薄的中央部分，由此能够防止滚珠14压入所行经的被称为滚道的滚动槽(未图示)所引起的变形，从而使内圈12的旋转更顺畅。

这样，通过以机械方式将滚珠轴承11与轴15固定，来组装轴承单元10。然后，根据需要，可进行转矩、振摆回转、噪音检测计(anderonmeter)的声音选择等。

接着，对悠悠球的组装进行说明。已知这种用于竞赛的悠悠球需要在每次使用时或者定期地进行拆解、清扫、调校等，以将其保养为竞赛者所喜爱的性能。由此，在组装时，总是稳定地保持所希望的特性是很重要的。

即，要求其为无论组装多少次，滚珠轴承11与轴15以及与旋转体30的关系都保持一样。更具体而言，“一样”是指，轴15、旋转体30能够以高精度状态相对于滚珠轴承11的轴心定位并组装。由此，能够良好地保持旋转时的平衡，能够可靠地防止旋转时间发生变化和旋转体的回转摆动发生变化。

利用上述轴承单元10，能够高精度地使滚珠轴承11和轴15的轴芯一致，并能以机械方式将其固定，因此滚珠轴承11和轴15无需拆解。因此，能够使滚珠轴承11和轴15的关系能总是呈现为相同状态。

首先，衬套35设置在旋转体30的中心部，在衬套35的内径部分36设置有与设置于轴15的锥部17的锥体呈相同大小的锥体。在本实施方式中，旋转体30的材质为铝(A5052等)，衬套35与轴同样使用SUS303。

铝的密度小，因此质轻，但因为较柔软，所以，将其用于嵌合部分时，易发生磨损而产生配合面间隙，从而容易发生粘型。此外，为获得较长的旋转时间，要求旋转体质轻且惯量大，因此在本实施方式中，通过将轻型旋转体30与具有大惯量的惯性环40组合来实现。

如上所述，惯性环40使用作为高密度材料的黄铜(C2600等)，能够相对于旋转体30的中心轴高精度地对齐中心而固定。

接着，对轴承单元10的轴15的锥部17和衬套35的内径部分36的中心对齐进行说明。在锥部17和衬套35的内径部分36，相对于轴和孔，作为相同锥形，形成具有相同倾斜的锥形。

在本实施方式中，为线性锥形(tanθ一定)，优选为1/50～1/4左右，更优选为1/20～1/5左右，该值可适当选取。另外，除本实施方式的线性锥形之外，锥形形态也可采用指数函数形或抛物线形的锥形等。

关于嵌合部分的径向尺寸，衬套35的内径部分36比轴的锥部17的外径稍小，使得在轴的锥部17的中途停止嵌合。在衬套内径和轴的锥部的外径尺寸稍有变化的情况下，在轴的中心对齐的状态下，嵌合的停止位置仅在轴向移动。移动量由尺寸差值和与锥形相应的量决定。

在轴承单元10安装有内径具有衬套35的旋转体30，在轴向上移动的情况下，则自动进行中心对齐，在与精加工直径对应的位置停止。在该状态下，当利用螺母37进行紧固时，旋转体能够容易地以高精度进行定位并固定。

第二实施方式

接着说明本发明第二实施方式。在该实施方式中，内圈12与轴15的中央部16之间有间隙，利用填充在间隙中的粘合剂(未图示)来固定。

如上所述，作为粘合剂，使用含有比滚珠轴承11的径向游隙小的填料(未图示)且用于轴嵌合的厌气性的粘合剂。作为填料，使用呈球形且平均粒径约为50nm的材料。粒度分布无特别限定，但最大粒径需要小于滚珠轴承11的径向游隙。填料的材质、形状、大小可适当选择。

关于固化反应，还可通过并用利用热、紫外线等使引发剂起作用的方式，将溢出的粘合剂固化。

在本实施方式中，因为没有过盈量，所以能够可靠地防止滚珠轴承的径向游隙的变化。此外，由于能够使施加于内圈12的应力较小且保持均匀，因此滚珠轴承11单体的特性几乎保持原样。此外，即使万一包含在粘合剂中的填料飞溅而侵入滚珠轴承11的内部，也会由于小于径向游隙，而不会使径向游隙消失而将内圈12锁定。

第三实施方式

接着说明本发明的第三实施方式。在该实施方式中，滚珠轴承11的内圈12、外圈13、轴15由马氏体类不锈钢构成。更具体而言由SUS440C构成，通过使滚珠轴承11和轴15为相同材料，能够使热膨胀系数相同。

由此，能够可靠地防止随着温度变化而产生的微小的尺寸变化所带来的性能的变化，提高轴承单元10和悠悠球1的热性能。另外，衬套35也为相同材料，因此能够进一步提高热性能。

第四实施方式

接着说明本发明的第四实施方式。在该实施方式中，在位于轴15的两端的螺纹18的端面，利用与轴15的中心轴同轴设置的中心孔19，能够容易地确认并调校旋转的平衡。

在轴承单元10中组装具有惯性环40的旋转体30，组装成悠悠球1之后，从外侧利用未图示的尾座(芯押し台)等，使中心孔19穿过设置于螺母37的中央部的孔从两侧支承中心孔19。由于悠悠球1利用中心孔19进行固定，因此，通过用手轻轻旋转旋转体30并观察旋转体30的端面振摆等，能够简单地确认完成的悠悠球1的旋转平衡性。

根据振摆回转的相位和大小，通过对旋转体30适当添加用于修正平衡的配重，在确认平衡的同时进行修正，由此能够简便实现精度更高的悠悠球。

第五实施方式

本发明的第五实施方式的轴承单元和作为使用该轴承单元的旋转玩具的悠悠球2，如图6所示，在设于中心部分的轴承单元60的两侧装配有直径大的旋转体80，在旋转体80的外周部分装配由高密度材料制成的惯量大的惯性环90，由此构成悠悠球2。未图示的被称为悠悠球绳的编绞绳卷绕在轴承单元60的外周，使悠悠球能够旋转运动，以进行各种类别的竞赛。

接着，利用图7进一步详细说明轴承单元60。在轴承单元60中，轴65被压入并固定在滚珠轴承61的内圈62。轴65的中央部66的直径均匀，其长度与滚珠轴承61的宽度尺寸相应。在与轴65的中央部66相连接的两侧部分，设置有向端部变细的锥部67。

此外，在轴65的顶端部设置有螺纹68。由此将旋转体80装配在锥部67上，能够利用作为紧固机构的螺母87进行固定(参照图6)。此外，在轴65的顶端面，与其同轴地设置有中心孔69。

此外，在旋转体80的中心部设置有衬套85，在该衬套85的内径部分86，设有与轴65的锥部67同样的锥部。由此在该衬套85与轴65的锥部67之间进行定位。此外，在旋转体80的滚珠轴承61的附近，设有为了将悠悠球绳卷绕于旋转体80的由硅橡胶等形成的摩擦板83。

接着，用图8对滚珠轴承61进行说明。在图8中，内圈62、外圈63和作为滚动体的滚珠64采用马氏体类不锈钢的SUS440C或等效制品，在机械加工成需要的形状之后，实施淬火、回火等热处理，通过研磨等精加工成最终形状。因为使用SUS440C，所以与通常的SUJ2等高碳铬轴承钢等相比，防锈性高，因此能够在不涂敷防锈油下在通常环境下使用。

滚珠64利用未图示的保持架以大致相等的间隔配置在所需的位置。与一般的滚珠轴承相比较，本发明在外圈63的外径面具有凹面71这一点上与现有技术存在很大区别。凹面71形成为抛物面或圆弧面，轴向中央部的外径最小，且相对于轴向中心位置呈对称的方式设置。此外，在凹面71的轴向两侧，分别设有与外圈63的端面相垂直的平坦面72(参照图9)。另外，在内圈62与外圈63之间，根据需要涂敷或填充润滑油或润滑脂。

作为润滑油的例子，可将PAO(聚-α-烯烃)作为基质，在其中添加用于改善需要的特性的添加剂而制作得到。也可添加由对活性氧这样的反应性高的自由基显示出强抗氧化作用的富勒烯、铂族元素等元素形成的纳米粒子等。

滚珠轴承61的大致尺寸是，外径×内径×宽度(D×d×B)为12.7×6.35×4.762(mm)(1/2×1/4×3/16(英寸))，滚珠64的个数为8、9、11、12、13乃至15个，它们均可适当选择。使用精度为ABEC5或高于该精度、且径向游隙为5～10μm的滚珠轴承。未图示的护圈采用两侧护圈的形态。

接着，对有关轴承单元60和悠悠球2的组装的内容进行说明。这种用于竞赛的悠悠球2需要在每次使用时或者定期地进行拆解、清扫、调校，由此能够将其保养为竞赛者所喜爱的性能。此外，在本实施方式中，如上所述，在轴65上设置有锥部67，且衬套85的内径部分86呈与锥部67相对应的形状，因此仅通过在滚珠轴承61的轴向两侧配置旋转体80并进行组装，就能够可靠地进行定位，且能够得到稳定的性能。由此能够防止停止时间发生变化和旋转体80的回转摆动发生变化。此外，还能够容易地将旋转体80以能够装拆的方式安装在轴承单元60上。

这样，就能够容易地拆解和组装旋转体80，因此能够容易地获得每个旋转体80的微妙的平衡性，从而提高竞赛中的表现。

此外，滚珠轴承61是影响悠悠球2的旋转特性的重要部件。因此，在滚珠轴承61的保养检修操作中，除了滚珠轴承61的清扫、油的涂敷、加注润滑脂等之外，也进行润滑油或润滑脂的调节或其涂敷方法的研究等。而且，还进行滚珠轴承61本身的拆解、清扫、组装等。在该情况下，需要细心留意在滚珠轴承61的内圈62和外圈63的滚动面、滚珠64的表面是否产生了伤痕等。

接着，为了明确本发明的技术意义，参照图12和图13，说明现有的滚珠轴承中的外圈的外周面的轴向两侧部的形状。

如图12所示，该现有的滚珠轴承161具有内圈162、外圈163和作为滚动体的滚珠164。滚珠轴承161的大致尺寸是，外径×内径×宽度(D×d×B)为12.7×6.35×4.762(mm)(1/2×1/4×3/16(英寸))。此外，在外圈163的外周面形成有凹面171。该凹面171在对外圈163实施热处理之后，通过研磨进行加工，形成直至外圈163的端面的连续圆弧，其曲率设定为5.715(mm)(0.225(英寸))。

外圈163的外周面的轴向两侧部的外形形状，如图13所示，是顶端变尖的形状。该变尖的形状可通过凹面171的边缘部(图13中的点P3处)的假想切线与外圈163的端面所成角度来表示。此外，以几何学方式对该形状进行了研究。如图13所示，当在截面图中设定XY坐标系时，则基于圆的方程式，能够作为导出凹面171的形状的下式。其中，下式中的R为凹面171的曲率(R＝5.715(mm))。

数学式1

X²+Y²＝R²        (1)

此外，导出作为与外圈163的端面对应的直线的方程式的下式。其中，下式中的B为外圈163的宽度尺寸(B＝4.762(mm))。

数学式2

X＝B/2      (2)

接着，求取上述式(1)和式(2)的交点，即截面图中点P3处的假想切线的斜率。为此，首先对上述(1)式进行变形而得到下式。

数学式3

Y＝(R²-X²)^1/2    (3)

接着，对上述(3)求取X的微分而得到下式。

数学式4

dY/dX＝-2X·(1/2)·1/(R²-X²)^1/2    (4)

接着，在上述(4)式中代入X＝B/2＝2.381(mm)、R＝5.715(mm)，则得到作为点P3处的假想切线的斜率的下式。

数学式5

dY/dX_X＝2.381≒-0.458

由此，点P3处的假想切线与X轴所成的角度θ3由下式得到。

数学式6

θ3＝tan^-1(0.458)≒25°

进一步，点P3处的假想切线与外圈163的端面所成角度θ4由下式得到。

数学式7

θ4＝∠R-θ3＝90°-25°＝65°。

由此可知，现有的滚珠轴承161的外圈163的凹面171的轴向两侧部的外形形状是顶端部为65°的变尖的形状。

接着，在进行是否会带给人锐利感觉的印象的感官试验(后述)之前，进行物理性能的确认试验。具体而言，是进行将该现有的外圈163的外周面的轴向两侧部的一侧与印刷用纸压接，观察纸是否破裂的确认试验。另外，在该确认试验中使用的印刷用纸是FUJI XeroxInterfield公司制造的V-Paper(注册商标)的商品编号为GAAA5009、基本规格为ISO白色度82％，单位面积重量为64g/m²的印刷用纸。

在钢制的桌子上重叠5张该印刷用纸，从其上施加50N左右的载荷使外圈163的外周面的轴向两侧部中的一侧沿纸面方向滑动。5张印刷用纸中最上层的纸破裂，从上方数第2张纸上留下清晰的滑过的痕迹，第3张纸上残留有很少的痕迹。

由此能够推断，在该现有的外圈163中，在进行悠悠球的拆解或组装时，由外圈163的外周面引致很强烈的锐利感觉的印象。因此，在进行除去该现有的外圈163的污物这样的清扫操作时，由于用手沿圆周方向擦拭滚珠轴承161，因此在操作中会产生不安感。因此，采用现有的外圈163时，在悠悠球的拆解或组装时，会因为过多的安全性的担忧而导致操作性下降。

与此相对，在本实施方式中，如图9所示，在凹面71的轴向两侧，分别形成有与外圈63的端面垂直的平坦面72。

在此，如图9所示，在截面图中，当以凹面71的边缘部(凹面71与平坦面72的交点)为点P1、并以平坦面72与外圈63的端面的交点为点P2时，点P1处的假想切线与Y轴所成角度θ1设定为约65°。即，在本实施方式中，因为设置有平坦面72，所以点P2处的假想切线与平坦面72所成角度θ2约为155°(65°+90°)。由此，滚珠轴承61的外圈63的外周面的轴向两侧部的形状不是顶端变尖的形状，而是形成具有足够的钝角的形状。因此，在进行拆解或组装时，能够防止无纺布等的勾挂，同时还能够抑制锐利感觉的印象和过多的对安全性的担忧，从而提高操作性。

接着，就是否有锐利感觉的印象，通过随机抽出的20人进行感官试验。在感官试验中，使平坦面72的宽度尺寸变化，并与外圈63的外周面实际接触，询问此时是否具有锐利感觉的印象。对其结果进行总结，示于图10的曲线图中。需要说明的是，在图10中，横轴表示平坦面72的宽度尺寸，纵轴表示具有锐利感觉的印象的人的比例。

如图10所示，在平坦面72的宽度尺寸为0.03mm以下时，所有人均具有锐利感觉的印象，在为0.05mm时，其比例变成5％。并且，当平坦面72的宽度尺寸为0.06mm以上时，则具有该锐利感觉的印象的比例变成零。由此可知，通过考虑外圈63的宽度尺寸的限制，将平坦面72的宽度尺寸设定为约0.06mm以上，能够大致可靠地抑制锐利感觉的印象。尽管该结果会因皮肤表面的弹性等特性、对象材料的材质、硬度和形状等而变化，但在滚珠轴承61的平坦面72的情况下，对锐利感觉的印象的抑制能够以0.04～0.05mm的值来实现。

此外，作为本实施方式的变形例，在上述实施方式中，凹面71为单一的抛物面或圆弧面，但并不限定于此，也可以如图11所示，凹面71为其轴向中央部分为抛物面或圆弧面，比其中央部分更靠近轴向外侧部分为单调增加的直线形状。在该情况下，可将悠悠球绳稳定支承在外径小的中央部分，因此能够减少悠悠球绳的扭曲等，从而实现稳定旋转。

第六实施方式

接着说明本发明的第六实施方式。在该实施方式中，相对于上述第五实施方式，滚珠轴承61的内圈62、外圈63、轴65均由马氏体类不锈钢构成。更具体而言，是由SUS440C构成，通过使滚珠轴承61和轴65为相同材料，能够使热膨胀系数相同。

由此，能够可靠地防止随着温度变化而产生的微小的尺寸变化所导致的特性变化，能够提高滚珠轴承61和悠悠球2的热性能。另外，衬套85也为相同材料，因此能够进一步提高热性能。

另外，这些实施方式的轴承单元10、60和滚珠轴承11、61以及悠悠球1、2并不限定于上述结构，能够变更为各种形态来使用。尽管是参照具体或特定实施方式对本发明进行了说明，但是本领域技术人员能够理解，在不脱离本发明的主旨和范围的条件下，可加入各种变更或修正。

以上参照具体或特定实施方式说明了本发明，但本领域技术人员能够理解，在不脱离本发明主旨和范围的条件下，可加入各种变更或修正。本申请以2011年12月21日提出申请的日本专利申请(特愿2011-279701)为基础，其内容在此作为参照引入。

产业实用性

本发明的轴承单元能够应用于悠悠球等旋转玩具，即使在进行了拆解组装时，也能够简单地进行高精度的组装，因此很有实用性。

此外，本发明的滚珠轴承能够应用于悠悠球等旋转玩具，能够提高拆解或组装的操作性，因此很有实用性。

Claims (13)

1.一种轴承单元，用于旋转玩具，其特征在于，具有：

轴，所述轴包括：与滚珠轴承内圈宽度相对应的轴径均匀的中央部；和与所述中央部相连接，其两侧向着端部变细的锥部，

所述轴的所述中央部固定在所述内圈上。

2.如权利要求1所述的在旋转玩具中使用的轴承单元，其特征在于：

所述内圈和所述轴的所述中央部之间具有过盈量，所述过盈量小于所述滚珠轴承的径向游隙。

3.如权利要求1所述的在旋转玩具中使用的轴承单元，其特征在于：

所述内圈与所述轴的所述中央部之间具有间隙，所述内圈与所述轴的所述中央部利用填充于间隙的粘合剂固定，所述粘合剂中含有尺寸小于所述滚珠轴承的径向游隙的填料。

4.如权利要求1～3中任一项所述的在旋转玩具中使用的轴承单元，其特征在于：

所述滚珠轴承还具有外圈，所述内圈和所述外圈的材质为马氏体类不锈钢。

5.一种悠悠球，其特征在于，包括：

权利要求1～4中任一项所述的轴承单元；和与所述锥部嵌合安装的旋转体。

6.如权利要求5所述的悠悠球，其特征在于：

所述旋转体呈借助紧固机构可向所述轴承单元装拆的形态。

7.如权利要求5或6所述的悠悠球，其特征在于：

在所述旋转体的嵌合安装于所述锥部的部分，设置有硬度比所述旋转体高的衬套。

8.如权利要求7所述悠悠球，其特征在于：

所述衬套的材质为马氏体类不锈钢。

9.一种滚珠轴承，其特征在于：

具有内圈和外圈，

所述外圈的外周面呈凹面，

所述凹面的轴向中央部的外径最小，且相对于轴向中心位置呈对称状态，

在所述凹面的轴向两侧，分别设有与所述外圈的端面相垂直的平坦面。

10.如权利要求9所述的滚珠轴承，其特征在于：

所述凹面的所述轴向中央部呈抛物面或圆弧面。

11.如权利要求9或10所述的滚珠轴承，其特征在于：

所述内圈和所述外圈的材料为马氏体类不锈钢。

12.一种悠悠球，其特征在于，包括：

权利要求9～11中任一项所述的滚珠轴承；和

配置于所述滚珠轴承的轴向两侧的旋转体。

13.如权利要求12所述的悠悠球，其特征在于：

所述旋转体能够相对于所述滚珠轴承装拆。

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