JP2007270990A - 樹脂製冠形保持器 - Google Patents

Abstract

【課題】玉軸受の通常運転時において、触れ回りが小さくて玉を円滑に転動させることができ、かつ、摩耗および焼付きが起こりにくい樹脂製冠形保持器を提供すること。
【解決手段】外輪４０に対して内輪４１が静止しているとき、外輪４０の中心軸を含む断面において、保持器１の外周面１２が、軸方向におけるポケット１０の閉鎖側からポケット１０の開口側にいくにしたがって外輪４０の径方向の内方に傾斜する一方、内輪４１が外輪４０に対して定格回転速度で回転しているとき、上記断面において、保持器１の外周面１２が、軸方向におけるポケット１０の閉鎖側からポケット１０の開口側にいくにしたがって上記径方向の外方に傾斜するように、保持器１を設計する。
【選択図】図４

Description

本発明は、樹脂製冠形保持器に関し、特に、オルタネータの回転軸支持用の玉軸受の保持器として使用されれば好適な樹脂製冠形保持器に関する。

従来、樹脂製冠形保持器としては、特開平９−１４４７６１号公報（特許文献１）に記載されているものがある。

この樹脂製冠形保持器は、玉軸受の外輪と玉軸受の内輪との間に配置された玉を収容すると共に、軸方向の一方の側が開口しているポケットを有する。上記樹脂製冠形保持器は、玉軸受の外輪および内輪が静止しているときには、上記樹脂製冠形保持器の外周面が、上記外輪の中心軸を含む断面において、上記軸方向における上記ポケットの閉鎖側から上記ポケットの開口側にいくにしたがって上記外輪の径方向の内方に傾斜するように設計されている。また、上記樹脂製冠形保持器は、上記玉軸受の通常運転時には（玉軸受が定格回転速度で回転しているときを含む）、上記樹脂製冠形保持器の外周面が、上記断面において、上記外輪の中心軸と平行になるように設計されている。このように設計することによって、上記従来の樹脂製冠形保持器は、樹脂製冠形保持器の温度が低い玉軸受の始動時において、玉の挙動を保持器によって規制することにより、樹脂製冠形保持器から異音が発生しないようにすると共に、通常運転時（定格回転速度で運転している時を含む）において、玉に自由な転動を確保するようにしている。

しかしながら、本発明者は、上記従来の樹脂製冠形保持器では、玉軸受の通常運転時（玉軸受が定格回転速度で回転しているときを含む）において、玉と樹脂製冠形保持器の隙間とが大きいことに起因してガタが大きくなって、樹脂製冠形保持器の触れ回りが大きくなって、樹脂製冠形保持器の外周面が内外輪の軌道溝の肩部と接触することがあることを見出した。そして、玉軸受の通常運転時において、玉が円滑に転動せず、かつ、樹脂製冠形保持器に摩耗・焼付きが発生することがあることを見出した。
特開平９−１４４７６１号公報

そこで、本発明の課題は、特に、玉軸受の通常運転時において、触れ回りが小さくて玉を円滑に転動させることができ、かつ、摩耗および焼付きが起こりにくい樹脂製冠形保持器を提供することにある。

上記課題を解決するため、この発明の樹脂製冠形保持器は、
外輪と内輪との間に配置された玉を収容すると共に、軸方向の一方の側が開口しているポケットを有し、かつ、外周面を有する樹脂製冠形保持器において、
上記内輪に対して上記外輪が静止しているとき、上記外輪の中心軸を含む断面において、上記外周面は、上記軸方向における上記ポケットの閉鎖側から上記ポケットの開口側にいくにしたがって上記外輪の径方向の内方に傾斜する一方、上記外輪および上記内輪のうちの一方が上記外輪および上記内輪のうちの他方に対して定格回転速度で回転しているとき、上記断面において、上記外周面は、上記軸方向における上記ポケットの上記閉鎖側から上記ポケットの上記開口側にいくにしたがって上記径方向の外方に傾斜することを特徴としている。

本発明によれば、上記内輪に対して上記外輪が静止しているとき、上記外輪の中心軸を含む断面において、上記樹脂製冠形保持器の外周面が、上記軸方向における上記ポケットの閉鎖側から上記ポケットの開口側にいくにしたがって上記外輪の径方向の内方に傾斜しているから、異音の発生を抑制できる。

また、本発明によれば、上記外輪および上記内輪のうちの一方が上記外輪および上記内輪のうちの他方に対して定格回転速度で回転しているとき、上記断面において、上記樹脂製冠形保持器の外周面が、上記軸方向における上記ポケットの上記閉鎖側から上記ポケットの上記開口側にいくにしたがって上記径方向の外方に傾斜しているから、玉軸受の通常運転時において、保持器の触れ回りを小さくできて、玉を円滑に転動させることができると共に、保持器の摩耗および焼付きを抑制できる。

本発明の樹脂製冠形保持器によれば、玉軸受の始動時（低温時）において異音が発生することを防止できる。また、玉軸受の通常運転時において、保持器の触れ回りを小さくできて、玉を円滑に転動させることができると共に、保持器の摩耗および焼付きを抑制できる。

以下、本発明を図示の形態により詳細に説明する。

図１は、玉軸受に組み込まれていない状態の本発明の一実施形態の樹脂製冠形保持器の斜視図である。

この樹脂製冠形保持器（以下、単に保持器という）１は、繊維強化ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）と、ＰＡＩ（ポリアミドイミド）とを含む混合材料からなる。この保持器１は、環状の形状を有し、軸方向の一方の側の端面２には、周方向に所定の間隔毎に、略球面の一部からなる凹部３が形成されている。また、上記軸方向の一方の側には、周方向に所定間隔毎に上記端面２から軸方向の外方に突出する玉脱落防止用爪部４が形成されている。上記玉脱落防止用爪部４の周方向の一方の側の内周面７は、略球面の一部からなっており、凹部３と滑らかにつながっている。上記凹部３および玉脱落防止用爪部４の内周面７は、軸方向の一方の側が開口したポケット１０を構成しており、このポケット１０に玉を収容することによって、玉を円滑に転動させるようになっている。

また、図１に示すように、玉軸受に組み込まれていなくて遠心力がかかっていない状態で、保持器１の中心軸を含む断面において、保持器１の外周面１２は、軸方向におけるポケット１０の閉鎖側からポケット１０の開口側にいくにしたがって、保持器１の中心軸に近づくように傾いている。また、後に詳しく説明するように、保持器１の外周面１２は、玉軸受に組み込まれて玉軸受が定格回転で回転して遠心力がかかっている状態で、保持器１の中心軸を含む断面において、軸方向におけるポケット１０の閉鎖側からポケット１０の開口側にいくにしたがって、保持器１の中心軸から離れるように傾くようになっている。

図２は、保持器に遠心力がかかっていない状態における図１のＡＯＡ’線模式断面図であり、図３は、保持器１が組み込まれた玉軸受が定格回転速度で回転して保持器１に遠心力がかかっている状態における図１に示す保持器１のＡＯＡ’線模式断面図である。尚、図２および３においては、保持器１の外周面１２の傾きを誇張して描いている。また、図２および３において、１７は、保持器１の中心軸に対して平行である仮想内周面であり、１８は、保持器１の中心軸に対して平行である仮想外周面である。また、図２および図３において、参照番号１５は、ポケット１０部分の軸方向の肉厚と、周方向におけるポケット１０が形成されていないところの軸方向の肉厚を略均一にするために、保持器１に形成された凹部を示している。この凹部１５を形成することによって、保持器１の回転を円滑にすると共に、保持器１の材料コストを低減している。

上記保持器１に遠心力がかかっていない状態において、保持器１の中心軸を含む断面において保持器１の外周面１２の保持器１の中心軸に対する傾き量（図２にｄ１で示す）は、保持器の外径の０.５〜３％の寸法になっている。また、図３に示すように、保持器１が組み込まれた玉軸受が定格回転速度で回転して保持器１に遠心力がかかっている状態において、保持器１の中心軸を含む断面において、保持器１の外周面１２は、軸方向のポケット１０の閉鎖側から開口側にいくにしたがって保持器１の径方向の外方に傾斜している。詳しくは、玉軸受が定格回転速度で回転していて保持器１に遠心力がかかっている状態において、保持器１の中心軸を含む断面において保持器１の外周面１２の保持器１の中心軸に対する傾き量（図３にｄ２で示す）は、保持器１の外径の０.２％より大きくかつ０.６％以下の寸法になっている。

図４は、外輪４０に対して内輪４１が静止している状態の上記実施形態の保持器１を有する玉軸受４４の軸方向の断面図である。また、図５は、図４の玉軸受４４が定格回転速度で回転しているときの（この実施形態では、外輪４０に対して内輪４１が定格回転速度で回転しているときの）軸方向の断面図である。尚、図４および図５において、保持器１の外周面１２の傾斜を、誇張して描いている。

図４および図５に示す玉軸受４４は、オルタネータ（図示せず）に設置されている。上記外輪４０は、オルタネータ（図示せず）のステータ（図示せず）が固定されたハウジングの内周面に内嵌されている。また、上記内輪４１は、オルタネータのロータ（図示せず）ともに回転する回転軸（図示せず）に外嵌されている。

図４に示すように、外輪４０に対して内輪４１が静止しているとき、外輪４０の中心軸を含む断面において、保持器１の外周面１２は、軸方向におけるポケット１０の閉鎖側からポケット１０の開口側にいくにしたがって外輪４０の径方向の内方に傾斜している。また、図５に示すように、オルタネータが駆動されてオルタネータの温度が高温であって、かつ、オルタネータの回転軸が定格回転速度で回転して保持器１に遠心力が作用しているときには、保持器１の外周面１２は、軸方向におけるポケット１０の閉鎖側からポケット１０の開口側にいくにしたがって、外輪４０の径方向の外方に傾斜している。

従来、当業者の間では、樹脂製冠形保持器を有する玉軸受が通常回転（定格回転を含む）している状態で、樹脂製冠形保持器の中心軸を含む断面において、樹脂製冠形保持器の外周面が樹脂製冠形保持器の中心軸に平行になるように、樹脂製冠形保持器を設定すると、玉の自由な転動を確保できて、玉軸受の通常回転時に、樹脂製冠形保持器の外周面が軌道輪と接触しにくいと信じられていた。また、当業者の間では、樹脂製冠形保持器を有する玉軸受が通常回転（定格回転を含む）している状態で、樹脂製冠形保持器の中心軸を含む断面において、樹脂製冠形保持器の外周面を、軸方向におけるポケットの閉鎖側からポケットの開口側にいくにしたがって、外輪の径方向の外方に傾斜させるように、樹脂製冠形保持器を設計すると、玉軸受の通常運転時において、玉の自由な転動を確保できず、また、樹脂製冠形保持器の外周面の軌道片への接触の恐れが大きくなると信じられていた。すなわち、当業者の間では、樹脂製冠形保持器を有する玉軸受が通常回転（定格回転を含む）している状態で、樹脂製冠形保持器の中心軸を含む断面において、樹脂製冠形保持器の外周面を、軸方向におけるポケットの閉鎖側からポケットの開口側にいくにしたがって、外輪の径方向の外方に傾斜させるように、樹脂製冠形保持器を設計するという思想が存在しなかった。

しかしながら、本発明者は、保持器の中心軸を含む断面において、保持器の外周面が保持器の中心軸に平行になるように保持器を設定すると、むしろ、玉軸受の通常運転時（玉軸受が定格回転速度で回転しているときを含む）において、玉と樹脂製冠形保持器の隙間とが大きくなってガタが大きくなり、このことに起因して樹脂製冠形保持器の触れ回りが大きくなって、樹脂製冠形保持器の外周面が内外輪の軌道溝の肩部と接触し易くなることを発見した。そして、このことに起因して、玉軸受の通常運転時において、玉が円滑に転動せず、かつ、樹脂製冠形保持器に摩耗・焼付きが発生することを発見した。

また、本発明者は、材料が、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）のような高価な樹脂材料でなくて、例えば、ＰＰＳとＰＡＩの混合物等の安価な樹脂材料である複数の樹脂製冠形保持器において、温度を１８０度〜２２０度の高温に設定すると共に、その樹脂製冠形保持器を有する軸受の回転速度を定格回転速度に設定して、所定時間後の樹脂製冠形保持器の摩耗・焼付きを調査した。

その結果、玉軸受が定格回転速度で回転して保持器に遠心力がかかっている状態において、樹脂製冠形保持器の中心軸を含む断面において樹脂製冠形保持器の外周面の樹脂製冠形保持器の中心軸に対する傾き量を、樹脂製冠形保持器の外径の０.２％より大きくかつ０.６％以下の値に設定すると、玉軸受の通常運転時において、従来よりも、樹脂製冠形保持器の触れ回りを小さくできて、玉を円滑に転動させることができ、かつ、樹脂製冠形保持器の軌道溝の肩部への接触も抑制できて、樹脂製冠形保持器の摩耗および焼付きを抑制できることを発見した。また、樹脂製冠形保持器に遠心力がかかっていない状態において、樹脂製冠形保持器の中心軸を含む断面において樹脂製冠形保持器の外周面の樹脂製冠形保持器の中心軸に対する傾き量を、樹脂製冠形保持器の外径の０.５〜３％に設定すると、玉軸受の始動時（低温時）において、異音が発生しないことを確認した。

上記実施形態の保持器１によれば、外輪４０に対して内輪４１が静止しているとき（内輪４１に対して外輪４０が静止しているとき）、外輪４０の中心軸を含む断面において、保持器１の外周面１２が、軸方向におけるポケット１０の閉鎖側からポケット１０の開口側にいくにしたがって外輪４０の径方向の内方に傾斜しているから、異音の発生を抑制できる。

また、上記実施形態の保持器１によれば、外輪４０に対して内輪４１が定格回転速度で回転しているとき、外輪４０の中心軸を含む断面において、保持器１の外周面１２が、軸方向におけるポケット１０の閉鎖側からポケット１０の開口側にいくにしたがって外輪４０の径方向の外方に傾斜しているから、玉軸受４４の通常運転時において、保持器１の触れ回りを小さくできて、玉４２を円滑に転動させることができ、かつ、保持器１の摩耗および焼付きを抑制できる。

尚、上記実施形態の保持器１は、外輪４０が静止輪で内輪４１が転動輪である玉軸受４４に設置されていた。しかしながら、この発明の保持器を、外輪が転動輪で内輪が静止輪である玉軸受に設置しても良い。

また、上記実施形態の保持器では、保持器の材料が繊維強化ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイドとＰＡＩ（ポリアミドイミド）とを含む混合材料からなっていた。しかしながら、この発明の樹脂製冠形保持器では、保持器の材料は、例えば、ポリエチレン、ポリアミド、ポリアセタール、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン、熱可塑性ポリイミド、熱硬化性ポリイミド、エポキシ樹脂、または、フェノール樹脂等を含む合成樹脂であっても良く、樹脂材料であれば如何なる材料であっても良い。

玉軸受に組み込まれていない状態の本発明の一実施形態の樹脂製冠形保持器の斜視図である。 保持器に遠心力がかかっていない状態における、図１のＡＯＡ’線模式断面図である。 保持器が組み込まれた玉軸受が定格回転速度で回転して保持器に遠心力がかかっている状態における、図１に示す保持器のＡＯＡ’線模式断面図である。 外輪に対して内輪が静止している状態における、上記実施形態の保持器を有する玉軸受の軸方向の断面図である。 図４に示す玉軸受が定格回転速度で回転している状態における上記玉軸受の軸方向の断面図である。

符号の説明

１ 樹脂製冠形保持器
１０ ポケット
１２ 保持器の外周面
４０ 外輪
４１ 内輪
４２ 玉
４４ 玉軸受

Claims (1)

1. 外輪と内輪との間に配置された玉を収容すると共に、軸方向の一方の側が開口しているポケットを有し、かつ、外周面を有する樹脂製冠形保持器において、
   上記内輪に対して上記外輪が静止しているとき、上記外輪の中心軸を含む断面において、上記外周面は、上記軸方向における上記ポケットの閉鎖側から上記ポケットの開口側にいくにしたがって上記外輪の径方向の内方に傾斜する一方、上記外輪および上記内輪のうちの一方が上記外輪および上記内輪のうちの他方に対して定格回転速度で回転しているとき、上記断面において、上記外周面は、上記軸方向における上記ポケットの上記閉鎖側から上記ポケットの上記開口側にいくにしたがって上記径方向の外方に傾斜することを特徴とする樹脂製冠形保持器。

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