JP2000337387A - 転がり軸受用保持器 - Google Patents
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Abstract
を抑制して保持器音の発生を防止し、潤滑性も向上させ
ることができる転がり軸受用保持器を提供する。 【解決手段】玉Bを収納しているポケット32のポケッ
ト面は、一対の爪36の内壁の第1のポケット面40
と、これら第1のポケット面40との間に位置する第2
のポケット面42とで構成されている。第2のポケット
面42は、無負荷状態の玉Bの回転中心O0 を曲率中心
とした曲率半径Rを有した球状凹面として形成されてい
る。第1のポケット面40は、その曲率中心O1 が第2
のポケット面42の曲率中心O0 からポケット入口38
に対して逆側に離れたアキシアル偏在量h1 だけ偏在し
た位置であり、その曲率中心O1 から第2のポケット面
42の曲率半径Rより大きな曲率半径Ra(Ra>R)
を有した球状凹面として形成されている。
Description
要求されるモータなどに使用されている深溝玉軸受など
の転がり軸受用保持器に関するものである。
支持するための深溝玉軸受は、外周面に深溝の内輪軌道
を設けた内輪と、内周面に深溝の外輪軌道を設けた外輪
とを互いに同心に配置し、内輪軌道と外輪軌道との間に
複数個の玉を転動自在に配置している。そして、各玉
は、保持器に転動自在に保持されているとともに、内輪
の外周面と外輪の内周面との間にグリースその他の潤滑
油等の潤滑剤を充填し、玉の転動に伴う内輪及び外輪の
相対回転を自在としている。
て、例えば図9に示す特開平9−144762号公報
(以下、先願技術1と称する)、図10及び図11に示
す特開平7−208482号公報(以下、先願技術2と
称する)が知られている。図9に示す先願技術1の保持
器2は、例えば合成樹脂を射出成形することによって形
成した冠形の部材で、円周等配置位置に複数のポケット
4を備え、ポケット4のアキシアル方向一方側に環状基
部6が形成され、アキシアル方向他方側には玉(図示せ
ず)の直径よりも小さく設定した開口部8が形成されて
いる。ポケット4間は柱部10で仕切られ、柱部10の
先端から円弧状に延びて弾性変形可能な一対の爪12に
よって開口部8が構成されており、開口部8は、玉(図
示せず)の直径よりも小さく設定されている。そして、
ポケット4の周縁は凹球面に形成されているとともに、
このポケット4の爪12の先端側領域に突部12aが設
けられている。この突部12aは、円弧状断面を有し、
ポケット4の周縁の幅方向曲率に沿って設けられてい
る。この突部12aを設けたことにより、ポケット4に
玉を収容した際に突部12aが玉に弾性的に接触し、玉
の自励振動を抑制している。
の保持器16は、アキシアル方向の一方Xに形成した一
対の爪19の間に、開口幅Wの寸法を玉20の直径Dよ
りも小さくした開口部18aを有する複数のポケット1
8が円周等配置位置に設けられている。ポケット18の
円周方向の両側の側壁面18bは、点O1 を曲率中心と
する曲率半径R1 の凹球面であり、ポケット18の開口
部18aに対向した底壁面18cは、アキシアル方向に
直交する平坦面である。側壁面18bの曲率半径R1
は、玉20の半径D/2よりも大きい。そして、玉20
の中間状態(玉20がポケット18の中央に位置し、側
壁面18b、底壁面18cに接触していない状態)にお
ける中心O2 が側壁面18bの曲率中心O1 から軸方向
の一方向Xに寸法Sだけずれ、玉20が開口部18a側
に偏在した状態となっている。この状態から、保持器1
6はアキシアル方向の他方Yに寸法A、円周方向に寸法
B(片側)だけ玉20に接触するまで移動し、アキシア
ル方向の一方Xに寸法Cだけ底壁面18cが玉20に接
触するまで移動することができる。
は、保持器2を射出成形により成形する際の金型を抜く
工程において突部12aが金型に干渉してしまうので、
金型の製作が難しいという問題がある。また、玉を保持
器2に収容する際には、開口部8を形成している一対の
爪12の先端に玉を押し当てて弾性的に押し広げながら
開口部8からポケット4に玉を収容するが、一対の爪1
2の先端に突起12aを設けたことによって開口部8が
小さな寸法となるので、玉を押し当てる際に爪12が破
損するおそれがある。
のアキシアル方向の一方Xに移動すると、底壁面18c
と玉20との間に保持されていた潤滑剤の保持隙間が無
くなって潤滑状態が悪くなり、底壁面18cと玉20と
の滑り摩擦が大きくなって爪部19の自励振動が励起さ
れるおそれがあり、保持器音の低減効果を完全に得るこ
とができず、改良が望まれている。
たものであり、ポケットを形成している爪の先端部に、
射出成形のための金型製作や転動体の収納時に影響を及
ぼしていた突部を設けない構造とし、しかも転動体に対
する保持器のアキシアル方向の挙動を抑制して保持器音
の発生を防止し、潤滑性も向上させることができる転が
り軸受用保持器を提供することを目的としている。
めに、本発明の転がり軸受用保持器は、全体が円環状を
なし、円周方向の複数箇所に、ポケット面で転動体を収
容保持するポケットを形成し、且つ、各ポケットのアキ
シアル方向の一方側に前記転動体の直径より開口幅が小
さい開口部を設けた転がり軸受用保持器において、前記
アキシアル方向における前記転動体の転動面と前記ポケ
ット面との間に設けたアキシアル隙間δと、前記転動体
の回転直径Daの関係を、δ/Da=−0.01〜0.
02の範囲に設定した。
と、転動体に対して保持器がアキシアル方向に移動しよ
うとする場合に、アキシアル隙間δが大き過ぎて転動体
が開口部の内側のポケット面とポケットの底部のポケッ
ト面とに大きな力で衝突し、騒音レベルが上昇するおそ
れがある。一方、δ/Daの値が−0.01より小さな
値(未満)であると、転動体の転動面とポケット面との
間のアキシアル隙間δが小さくなり、動トルクが急増す
るおそれがある。
−0.01〜0.02の範囲に設定すると、開口部の内
側と底のポケット面とで保持器のアキシアル方向の移動
を制限して転動体とポケット面との衝突力が小さくな
り、しかも、潤滑剤溜まりが十分に得られるので、動ト
ルクや、騒音レベルの上昇を抑制することができる。ま
た、前記ポケット面を、前記開口部の内側に設けた一対
の第1のポケット面と、これら第1のポケット面の間に
設けた第2のポケット面とで構成し、前記第1のポケッ
ト面の曲率半径の中心を、前記転動体の回転中心に略一
致している前記第2のポケット面の曲率半径の中心に対
して、前記アキシアル方向、或いは円周方向に偏在させ
た構成とすると、転動体が開口部の内壁に接触する際
に、転動体と第1のポケット面との間の円周方向に比較
的大きな潤滑剤溜まりが形成されるので、前述した動ト
ルクや、騒音レベルの上昇を抑制することができるとと
もに、ポケット内に潤滑剤が流入・保持されやすくな
る。
を、第2のポケット面の曲率半径より大きな値に設定
し、第1のポケット面の曲率半径の曲率中心を、第2の
ポケット面の曲率半径の曲率中心から開口部に対して逆
側に離れたアキシアル方向に偏在させ、第1のポケット
面及び第2のポケット面の変曲点高さを一致させると、
円周方向に比較的大きな潤滑剤溜まりが形成される。
2のポケット面の曲率半径より小さな値に設定し、第1
のポケット面の曲率半径の曲率中心を、第2のポケット
面の曲率半径の曲率中心に対して円周方向に偏在させ、
第1のポケット面及び第2のポケット面の変曲点高さを
一致させると、開口部側のポケット面の転動体に対する
抱え込み方を自在に設定することができる。
2のポケット面の曲率半径と同一の値に設定し、第1の
ポケット面の曲率半径の曲率中心を、第2のポケット面
の曲率半径の曲率中心から開口部に対して逆側に離れた
アキシアル方向に偏在させ、第1のポケット面及び第2
のポケット面の変曲点高さを一致させると、射出成形に
より保持器を成形するため金型設計をする際に、原点決
定を簡単に設定することができるので金型製作が容易と
なる。
施形態について図面を参照して説明する。図1は、本発
明に係る第1実施形態の保持器30を示したものであ
る。この保持器30は、合成樹脂等を材料として射出成
形により成形した冠形の部材であり、この保持器30の
軸方向Pの一方側に、円周方向に所定間隔をあけて複数
のポケット32が形成されている。各ポケット32の間
は柱部34で仕切られており、柱部34の先端から円弧
状に延びている一対の爪36の間でポケット入口38が
開口している。
2内に玉Bを無負荷状態で収納保持している状態を示す
ものである。ここで、図2の上下方向に延在している破
線Aを保持器30の軸方向Pに沿うアキシアル方向と称
し、図2の左右方向に延在している破線Cを円周方向と
称する。また、アキシアル方向Aにおいて玉Bの外周面
とポケット32のポケット面との間に設けた隙間をアキ
シアル隙間δと称する。また、玉Bの直径は寸法Daに
設定されているとともに、一対の爪36間に設けたポケ
ット入口38の開口幅は寸法kDaに設定されている。
ここで、ポケット入口38の開口幅を決定する定数kは
既知の値、例えばk=0.85〜0.95の範囲に設定
されており、所定値の定数kを使用することによってポ
ケット入口38の開口幅が玉Bの直径Daより小さく設
定されている。
のポケット面は、一対の爪36の内壁の第1のポケット
面40と、これら第1のポケット面40との間に位置す
る第2のポケット面42とで構成されている。第2のポ
ケット面42は、無負荷状態の玉Bの回転中心O0 を曲
率中心とした以下の(1)式に示す曲率半径Rを有した
球状凹面として形成されている。
中心O1 が、第2のポケット面42の曲率中心O0 から
ポケット入口38に対して逆側に離れたアキシアル方向
Aに寸法h1 (以下、アキシアル偏在量h1 と称する)
だけ偏在した位置であり、その曲率中心O1 から第2の
ポケット面42の曲率半径Rより大きな曲率半径Ra
(Ra>R)を有した球状凹面として形成されている。
なお、前述したアキシアル偏在量h1 、第1のポケット
面40の曲率半径Raの式を(2)、(3)式に示す。
(3)式から明らかなように、本実施形態の保持器30
は、アキシアル隙間δ、玉Bの直径Da及び定数k(k
=0.85〜0.95)によって第1のポケット面40
の曲率半径Ra、第2のポケット面42の曲率半径R及
びアキシアル偏在量h1 を設定するが、そのアキシアル
隙間δ及び玉Bの直径Daを最適な値に設定しないと、
図7に示すように動トルクが急増したり、騒音レベルが
上昇するおそれがある。
玉Bの直径Daの比をδ/Da=0.06に設定した従
来の保持器を組み込んだ深溝玉軸受と、δ/Da=0.
01に設定した本実施形態の保持器30を組み込んだ深
溝玉軸受との音の周波数分析結果を比較して示したもの
である。この結果によると、本実施形態の保持器30
(δ/Da=0.01)を組み込んだ深溝玉軸受の周波
数帯域は2kHz以下で、その騒音レベルは従来の保持
器(δ/Da=0.06)を組み込んだ深溝玉軸受より
低い。これは、従来の保持器は、玉に対する保持器のア
キシアル方向Aの移動量が大きくなり、ポケット面や爪
が玉に大きな力で衝突して騒音レベルが上昇するからで
ある。
δ/Daの比を変化させて軸受の部品として組み込み、
従来の保持器を組み込んだ軸受の騒音レベル、動トルク
を1とした時の比を示した実験結果である。なお、実験
には、外径26mm、内径10mm、幅8mmの深溝玉軸受を
用い、2kgf の予圧を付与した状態で、4000rpmで
内輪を回転させ、その回転に伴って発生する騒音を測定
した。また、潤滑剤にはエステル系合成油を用いた。ま
た、実験に際しては、内、外輪は同一のものを使用し、
保持器のみを実施形態のもの或いは従来のものに組み代
えた。
び玉Bの直径Daの比δ/Daが小さいと騒音レベルが
低く、ばらつきも小さくなることがわかる。特に、δ/
Da=0.02以下で音響特性に対する効果が顕著とな
る。また、音響特性を重視するために、アキシアル隙間
δを0(ゼロ)より小さく(δが負の値)することも可
能だが、動トルクが大きくなって発熱、耐久性などに対
して悪影響を及ぼしてしまい、しかも潤滑剤溜まりが小
さくなって動トルクが急増するので、その下限値は、δ
/Da=−0.01が最適である。
間δ及び玉Bの直径Daの比をδ/Da=−0.01〜
0.02の範囲とすると、玉Bに対して保持器30がア
キシアル方向に移動しようとする場合に、一対の爪36
の内壁に形成した第1のポケット面40と、これら第1
のポケット面40との間に位置する第2のポケット面4
2とで保持器30の移動を制限して玉Bとポケット面4
0、42との衝突力が小さくなり、しかも、潤滑剤溜ま
りが確実に得られるので、動トルクを低くし、騒音レベ
ルを抑制することができる。
持器との潤滑剤溜まりの状態について、図2の(a)、
(b)を参照して説明する。なお、従来の保持器50
は、図2(b)に示すように、ポケット面52を玉Bの
回転中心O0 を曲率中心として曲率半径Rの単一の球状
凹面で形成したものである。また、これら本実施形態と
従来の両者は、アキシアル隙間δを同じ値に設定してい
る。
持器30は、一対の爪36の内壁に設けた第1のポケッ
ト面40を、第2のポケット面42より大きな曲率半径
でアキシアル方向にアキシアル偏在量h1 だけ偏在させ
て形成しているので、円周方向C側に比較的大きな潤滑
剤溜まり56が形成される。これに対して、従来の保持
器50では、一対の爪54の内壁を含む全域のポケット
面が同一の球状凹面なので、円周方向Cの潤滑剤溜まり
が本実施形態と比較して小さい。
アキシアル隙間δ及び玉Bの直径Daの比をδ/Da=
−0.01〜0.02の範囲としたことで、動トルクを
低くし、騒音レベルを抑制することができるとともに、
円周方向C側に比較的大きな潤滑剤溜まり56が形成さ
れ、ポケット32内に潤滑剤が流入・保持されやすくな
るので、潤滑性の向上を図ることができる。
2のポケット面40、42の変曲点高さを、無負荷状態
の玉Bの回転中心O0 の高さに一致させており(図2で
示すようにb=0)、本実施形態の保持器30を成形す
る金型を設計する場合に原点の決定を容易に設定するこ
とができ、金型製作を容易に行うことができる。次に、
図4は、図2及び図3で示した構成と異なる第2実施形
態のポケット60を示すものであり、図2及び図3に示
した構成と同一構成部分には、同一符号を付してその説
明を省略する。
60のポケット面は、一対の爪36の内壁に形成した第
1のポケット面62と、これら第1のポケット面62と
の間に位置する第2のポケット面64とで構成されてい
る。第2のポケット面64は、無負荷状態の玉Bの回転
中心O0 を曲率中心とした前述した(1)式に示す曲率
半径Rを有した球状凹面として形成されている。
中心O2 が、第2のポケット面64の曲率中心O0 から
円周方向Cに寸法h2 (以下、円周偏在量h2 と称す
る)だけ偏在した位置であり、その曲率中心O1 から第
2のポケット面64の曲率半径Rより小さな曲率半径R
a(Ra<R)を有した球状凹面として形成されてい
る。なお、前述した円周偏在量h2 、第1のポケット面
62の曲率半径Raの式を(4)、(5)式に示す。
δ及び玉Bの直径Daの比をδ/Da=−0.01〜
0.02の範囲とし、この範囲内のアキシアル隙間δ及
び玉Bの直径Daの値を使用して第1のポケット面62
の曲率半径Ra、第2のポケット面64の曲率半径R及
び円周偏在量h2 を決定している。これにより、玉Bに
対して保持器30がアキシアル方向に移動しようとする
場合に、一対の爪36の内壁に形成した第1のポケット
面62と、これら第1のポケット面62との間に位置す
る第2のポケット面64とで保持器30の移動を制限し
て玉Bとポケット面62、64との衝突力が小さくな
り、動トルクを低くし、騒音レベルを抑制することがで
きる。
壁に設けた第1のポケット面62を、第2のポケット面
64より小さな曲率半径で円周方向Cに偏在させて形成
しているので、第1実施形態と同様に、円周方向C側に
比較的大きな潤滑剤溜まりが形成される。したがって、
この第2実施形態でも、アキシアル隙間δ及び玉Bの直
径Daの比をδ/Da=−0.01〜0.02の範囲と
することで動トルクを低くし、騒音レベルを抑制するこ
とができるとともに、円周方向C側に比較的大きな潤滑
剤溜まりが形成され、ポケット60内に潤滑剤が流入・
保持されやすくなるので、潤滑性の向上を図ることがで
きる。
aを第2のポケット面64の曲率半径Rより小さな値
(Ra<R)に設定したことから、第1のポケット面6
2の玉Bに対する接触角度、すなわちアキシアル方向A
の玉Bに対する抱え込み方を自由に設定することができ
るという効果も奏する。次に、図5は、第3実施形態の
ポケット70を示すものである。
70のポケット面は、一対の爪36の内壁に形成した第
1のポケット面72と、これら第1のポケット面72と
の間に位置する第2のポケット面74とで構成されてい
る。第2のポケット面74は、無負荷状態の玉Bの回転
中心O0 を曲率中心とした前述した(4)式に示す曲率
半径Rを有した球状凹面として形成されている。
中心O3 が、第2のポケット面74の曲率中心O0 から
アキシアル方向Aに寸法h3 (以下、アキシアル偏在量
h3と称する)だけ偏在した位置であり、その曲率中心
O3 から第2のポケット面74の曲率半径Rと等しい曲
率半径Ra(Ra=R)を有した球状凹面として形成さ
れている。なお、前述したアキシアル偏在量h3 、第1
のポケット面72の曲率半径Raの式を(6)、(7)
式に示す。
δ及び玉Bの直径Daの比をδ/Da=−0.01〜
0.02の範囲とし、この範囲内のアキシアル隙間δ及
び玉Bの直径Daの値を使用して第1のポケット面72
の曲率半径Ra、第2のポケット面74の曲率半径R及
びアキシアル偏在量h3 を決定している。これにより、
玉Bに対して保持器30がアキシアル方向に移動しよう
とする場合に、一対の爪36の内壁に形成した第1のポ
ケット面72と、これら第1のポケット面72との間に
位置する第2のポケット面74とで保持器30の移動を
制限して玉Bとポケット面72、74との衝突力が小さ
くなり、動トルクを低くし、騒音レベルを抑制すること
ができる。
aを第2のポケット面74の曲率半径Rと等しく(Ra
=R)設定したことから、第1及び第2のポケット面7
2、74の変曲点高さbが、無負荷状態の玉Bの回転中
心O0 からポケット入口38に対して逆側に離れたアキ
シアル方向Aに寸法h3 /2(b=h3 /2)だけ偏在
しただけであり、金型を設計する場合に原点の決定を容
易に設定することができるので、金型製作を容易に行う
ことができる。
にポケットを形成する各諸元を決定する手順をフローチ
ャートで示したものである。このフローチャートでは、
先ず、ステップS2において動トルクの低減を図ること
を主目的とするときにはQ1 =1を選択し、保持器音の
低減を図ることを主目的とするときにはQ1 =2を選択
する。
1、2の判定を行い、Q1 =1であるときにはステップ
S6に移行し、Q1 =2であるときにはステップS8に
移行する。Q1 =1であるときに移行するステップS6
では、アキシアル隙間δと玉Bの直径Daとの比をδ/
Da=0.00〜0.02の範囲に設定する。また、Q
1=2であるときに移行するステップS8では、δ/D
a=−0.01〜0.01の範囲に設定する。
δ/Daの範囲に基づいて、アキシアル隙間δ、玉Bの
直径Daを決定する。次いでステップS12に移行し、
定数k=0.85〜0.95及び玉Bの直径Daに基づ
いてポケット入口38の開口幅kDaを決定する。次い
でステップS14に移行し、保持器30の目指すべきコ
ンセプトをQ2 =1〜3の中から選択する。
を選択した場合には、ステップS16に移行し、前述し
た第1実施形態のポケット32(図2参照)を形成する
ための各諸元Ra、R、h1 を決定する。また、ステッ
プS14においてQ2 =2を選択した場合には、ステッ
プS18に移行し、前述した第2実施形態のポケット6
0(図4参照)を形成するための各諸元Ra、R、h2
を決定する。
選択した場合には、ステップS20に移行し、前述した
第3実施形態のポケット70(図5参照)を形成するた
めの各諸元Ra、R、h3 を決定する。そして、ステッ
プS16〜20のいずれかからステップS22の終了判
定に移行する。
トの各諸元を決定すると、射出成形の際の金型製作や玉
Bの収納時に何ら影響を及ぼさない構造となり、玉Bに
対する保持器のアキシアル方向の挙動を抑制して保持器
音の発生を防止し、潤滑性も向上した保持器30を容易
に製作することができる。なお、上記各実施形態では、
第1のポケット面40、62、72及び第2のポケット
面42、64、74を球状凹面として形成したが、本発
明の要旨はこの形状に限定されるものではなく、爪36
の内壁と玉Bが点接触或いは面接触した状態と、ポケッ
トの底面と玉Bとが点接触或いは面接触した状態におい
て、それらの接触位置を通る曲率半径R、Raで定義さ
れる全ての形状を含むものとする。
器について説明したが、本発明は、全ての転がり軸受用
の保持器について適用が可能である。
受用保持器によると、アキシアル方向における転動体の
転動面とポケット面との間に設けたアキシアル隙間δ
と、前記転動体の回転直径Daの関係を、δ/Da=−
0.01〜0.02の範囲に設定したことから、開口部
の内側のポケット面と底のポケット面とで保持器のアキ
シアル方向の移動を制限して転動体とポケット面との衝
突力が小さくなり、しかも、潤滑剤溜まりが十分に得ら
れるので、動トルクの低減化、騒音レベルの抑制を図る
ことができる。
た一対の第1のポケット面と、これら第1のポケット面
の間に設けた第2のポケット面とで構成し、第1のポケ
ット面の曲率半径の中心を、転動体の回転中心に略一致
している第2のポケット面の曲率半径の中心に対して、
前記アキシアル方向、或いは円周方向に偏在させた構成
とすると、転動体が開口部の内壁に接触する際に、転動
体と第1のポケット面との間の円周方向に比較的大きな
潤滑剤溜まりが形成され、動トルクの低減化、騒音レベ
ルの抑制を図ることができるとともに、潤滑性を向上さ
せることができる。
器を示す斜視図である。
示す図である。
面に形成した従来のポケットとの潤滑剤の溜まり状況を
比較した図である。
示す図である。
示す図である。
成する各諸元を決定する手順を示すフローチャートであ
る。
器を組み込んだ軸受との騒音レベルを比較した図であ
る。
/Da)を変えたときの騒音レベルと動トルクの変化を
示す図である。
図である。
の中心) A アキシアル方向 B 玉(転動体) C 円周方向 h1 、h3 アキシアル偏在量 h2 円周偏在量 R 第2のポケット面の曲率半径 Ra 第1のポケット面の曲率半径 δ アキシアル隙間
Claims (2)
- 【請求項1】 全体が円環状をなし、円周方向の複数箇
所に、ポケット面で転動体を収容保持するポケットを形
成し、且つ、各ポケットのアキシアル方向の一方側に前
記転動体の直径より開口幅が小さい開口部を設けた転が
り軸受用保持器において、 前記アキシアル方向における前記転動体の転動面と前記
ポケット面との間に設けたアキシアル隙間δと、前記転
動体の回転直径Daの関係を、 δ/Da=−0.01〜0.02の範囲に設定したこと
を特徴とする転がり軸受用保持器。 - 【請求項2】 前記ポケット面を、前記開口部の内側に
設けた一対の第1のポケット面と、これら第1のポケッ
ト面の間に設けた第2のポケット面とで構成し、前記第
1のポケット面の曲率半径の中心を、前記転動体の回転
中心に略一致している前記第2のポケット面の曲率半径
の中心に対して、前記アキシアル方向、或いは円周方向
に偏在させたことを特徴とする請求項1記載の転がり軸
受用保持器。
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