JP2009275863A - 転がり軸受用冠型保持器及び転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】高速回転時の保持器の捩れ変形を抑制することにより保持器の破損を防止することが可能な転がり軸受用冠型保持器及び転がり軸受を提供する。
【解決手段】転がり軸受用冠型保持器１９は、円環状のリム部２１と、リム部２１から軸方向に突出し円周方向に所定の間隔を存して配置される複数の柱部２２と、を備え、柱部２２間に玉１３を転動可能に保持する、玉１３の直径よりわずかに大きい球面形状を有するポケット部２３が形成された樹脂製の保持器本体２０と、保持器本体２０を補強する補強部材３０とからなる。補強部材３０は円環部３１と、前記柱部を軸方向に貫通する貫通孔に挿入された突起部３２とを有し、突起部３２は、貫通孔２６を形成する内径側壁部２７及び外径側壁部２８の少なくとも一方と面接触している。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば、自動車のトランスミッションにおいて、高温環境下で高速運転される転がり軸受に用いられる転がり軸受用冠型保持器及びこの転がり軸受用冠型保持器が組み込まれた転がり軸受に関する。

一般に転がり軸受で使用される樹脂製保持器としては、例えば、図９に示す冠型保持器と呼ばれる保持器１０１がある。この保持器１０１は、合成樹脂の射出成形により形成されており、円環状のリム部１０２と、リム部１０２の軸方向端面に円周方向に所定の間隔を存して複数配置される柱部１０３と、柱部１０３、１０３間に互いに隣り合うように形成され、複数の玉を円周方向に略等間隔で転動可能に保持するポケット部１０４と、ポケット部１０４の内周面の円周方向両端部に形成される一対の爪部１０５ａ、１０５ｂと、一対の爪部１０５ａ、１０５ｂの各先端間に形成される開口部１０６と、を備える。そして、開口部１０６から玉を一対の爪部１０５ａ、１０５ｂを押し広げつつポケット部１０４に押し込むことによって、ポケット部１０４内に玉が微小な隙間を介して転動可能に保持される。

しかしながら、従来の深溝玉軸受に組み込まれているこの冠型保持器１０１は、玉案内方式の保持器であり、近年の高速回転化への対応により、ポケット内径側端部が玉１０７と接触し摩耗することで、図１０に示すように、保持器開口部側の軸方向端部１０８に保持器１０１の回転による遠心力が働き、リム側の軸方向端部１０９を捩れ軸とした弾性あるいは塑性変形による捩れ変形が生じ、保持器外径面が外輪内径面と接触して保持器が摩耗したり、異状発熱やトルク増大などの問題が生じるおそれがあった。

この問題に対処するものとして、特許文献１には、図１１に示すように保持器内部に補強部材を埋め込んで保持器強度を強化した保持器２０１が開示されている。具体的に、円環状のリム部２０３とリム部２０３から柱部２０４の略中央まで延出する環状の金属板２０５が補強部材として冠型保持器に埋設している。
特開平１０−９２７２号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の金属板２０５を保持器内部に埋め込んだ樹脂製保持器２０１は、保持器材質と金属板２０５の熱収縮率が異なるため成形の際に保持器２０１と金属板２０５の間に隙間ができ、密着性が低くなり金属板２０５による強化効果が低下したり、その隙間を起点とした亀裂が発生したりするおそれがあった。

本発明は、このような不都合を解消するためになされたものであり、その目的は、高速回転時の保持器の捩れ変形を抑制することにより保持器の破損を防止することが可能な転がり軸受用冠型保持器及び転がり軸受を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１）円環状のリム部と、前記リム部から軸方向に突出し円周方向に所定の間隔を存して配置される複数の柱部と、を備え、前記柱部間に玉を転動可能に保持する、玉の直径よりわずかに大きい球面形状を有するポケット部が形成された樹脂製の保持器本体と、前記保持器本体を補強する補強部材とからなる転がり軸受用冠型保持器であって、
前記補強部材は円環部と、前記柱部を軸方向に貫通する貫通孔に挿入された突起部とを有し、
前記突起部は、前記貫通孔を形成する内径側壁部及び外径側壁部の少なくとも一方と面接触していることを特徴とする転がり軸受用冠型保持器。
（２）前記柱部に設けられた前記貫通孔から突出する前記補強部材の先端を屈曲させ、又はかしめて、前記柱部の先端と係合させることを特徴とする（１）に記載の転がり軸受用冠型保持器。
（３）外輪と内輪との間に複数の玉が円環状の保持器を介して円周方向に転動可能に配設される転がり軸受であって、
前記保持器として、（１）又は（２）に記載の転がり軸受用冠型保持器を使用することを特徴とする転がり軸受。

本発明の転がり軸受用冠型保持器及び転がり軸受によれば、高速回転時に保持器に強い遠心力が作用する際、保持器の柱部の貫通孔に装着した補強部材が保持器の捩れ変形を抑制し、保持器のリム部に高い応力が発生するのを防ぐことができる。

また、保持器の捩れによるクリープ変形が懸念されるような高温・高速回転における長時間の運転条件下でも、高強度でクリープに強い補強部材で保持器を支持することができるので、保持器の変形や真円度の低下を抑制でき、高速回転時でも保持器が破損することなく安定して運転することができる。

また、補強部材を保持器成形後にとりつけることができるので、保持器内に補強部材を埋め込む際に問題となる熱収縮率の差による保持器と補強部材の間の隙間の問題も解消することができる。

以下、本発明に係る転がり軸受用冠型保持器及び転がり軸受の各実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

〈第１実施形態〉
本実施形態の転がり軸受１０は、図１に示すように、内周面に外輪軌道面１１ａを有する外輪１１と、外周面に内輪軌道面１２ａを有する内輪１２と、外輪軌道面１１ａと内輪軌道面１２ａとの間に転動可能に配設される複数の玉１３と、を備える深溝玉軸受であり、複数の玉１３は、本実施形態の冠型保持器１４により円周方向に略等間隔に保持される。

冠型保持器１４は、図２（ａ）に示す合成樹脂の射出成形により形成される保持器本体２０と、図２（ｂ）に示す保持器本体２０の弾性・塑性変形を抑制するための補強部材３０とからなる。

保持器本体２０は、円環状のリム部２１と、リム部２１の軸方向端面に円周方向に所定の間隔を存して複数配置され、軸方向に突出する柱部２２と、を備え、柱部２２間には複数の玉１３を円周方向に略等間隔で転動可能に保持するポケット部２３が形成されている。ポケット部２３の内周面の円周方向両端部には一対の爪部２４ａ、２４ｂが形成され、一対の爪部２４ａ、２４ｂの各先端間には開口部２５が形成されている。そして、開口部２５から玉１３を一対の爪部２４ａ、２４ｂを押し広げつつポケット部２３に押し込むことによって、ポケット部２３内に玉１３が微小な隙間を介して転動可能に保持されている。

保持器本体２０の合成樹脂材料としては、例えば、ポリアミド４６やポリアミド６６等のポリアミド系樹脂の他に、ポリブチレンテレフタレート、ポリフェニレンサルサイド（ＰＰＳ）、ポリアミドイミド（ＰＡＩ）、熱可塑性ポリイミド、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）、ポリエーテルニトリル（ＰＥＮ）等が挙げられる。また、これらの樹脂材料に１０〜５０重量％の繊維状充填材（例えば、ガラス繊維や炭素繊維等）を適宜添加することにより、保持器本体２０の剛性及び寸法精度を向上させることができる。

保持器本体２０の柱部２２にはリム部２１から先端まで連続して爪部２４ａ、２４ｂの間に貫通する貫通孔２６が設けられている。貫通孔２６は、空間の径方向長さが等しく、空間の周方向長さが柱部２２の形状に応じて、リム部側で長く柱部先端側では短くなるように形成されている。

補強部材３０は、円環部３１と、円環部３１の軸方向端面に円周方向に保持器本体２０の貫通孔２６の形状と対応するように所定の間隔を存して複数配置され、円環部３１からＴ字型となるように軸方向に垂直に突出する突起部３２とを備える。補強部材３０の突起部３２は、保持器本体２０の遠心力による変形を抑えるのに十分な厚みを持ち、本実施形態においては、保持器本体２０に補強部材３０を組み付けた際に、突起部３２の内周面３２ａ及び外周面３２ｂがいずれも保持器本体２０の貫通孔２６を形成する内径側壁部２７及び外径側壁部２８と面接触するように一様な厚みになっている（図３参照）。

補強部材３０の材料としては、保持器本体２０よりも耐熱性が高く、剛性が高い金属系の材料、例えば、アルミ、軸受鋼、ＳＰＣＣ等が挙げられる。これらの材料は、樹脂に比べて遠心力に強く、熱膨張が少ないため、樹脂製保持器の補強部材として適している。

図３は保持器本体２０と補強部材３０の組み付け方法を示すものであり、初めに保持器本体２０と補強部材３０をそれぞれ成形した後、図３（ａ）に示すように、保持器本体２０にリム部２１側から補強部材３０の突起部３２を貫通孔２６に挿入する。続いて、図３（ｂ）に示すように柱部２２の貫通孔２６から突出した補強部材３０の突起部３２の先端をかしめてかしめ部３３を形成し、かしめ部３３が保持器本体２０の先端と係合することにより保持器本体２０と補強部材３０を固定する。なお、保持器本体２０と補強部材３０との固定方法は、かしめに限らず、突起部先端を折り曲げることにより塑性変形させて固定してもよく、また、接着剤により固定してもよい。

このように構成された冠型保持器１４を転がり軸受１０に組み込んで冠型保持器１４に遠心力が作用した状態における保持器本体２０と補強部材３０との関係を図４を参照して説明する。冠型保持器１４に遠心力Ｆが作用すると、保持器本体２０は、リム部２１を捩れ軸として、特にリム部２１とは軸方向反対側の自由端において捩れ変形をしようとするが、保持器本体２０の貫通孔２６を形成する内径側壁部２７が補強部材３０の突起部内周面３２ａと面接触することにより、捩れ方向の力ｆが保持器本体よりも剛性の高い補強部材３０に受け止められる。これにより、高速回転時に冠型保持器１４に強い遠心力が作用しても、冠型保持器１４の捩れ変形を抑制し、冠型保持器１４のリム部２１に高い応力が発生するのを防ぐことができる。

また、高温・高速回転における長時間の運転条件下でも、高強度でクリープに強い補強部材３０で保持器本体２０を支持することができるので、冠型保持器１４の変形や真円度の低下を抑制でき、高速回転時でも冠型保持器１４が破損することなく安定して運転することができる。

さらに、補強部材３０を保持器本体２０の成形後にとりつけることができるので、従来保持器本体内に金属板を埋め込む際に問題となっていた熱収縮率の差による保持器本体と金属板の隙間の問題も解消することができる。

さらに、保持器本体２０を補強部材３０で補強するようにしたため、保持器本体２０の材質を、比較的安価な材料で製造することができる。

〈第２実施形態〉
第２実施形態の転がり軸受は、冠型保持器を構成する補強材料の形状が異なる以外は、第１実施形態の転がり軸受１０と同様であるので、第１実施形態と同一の構成部分には同一符号を付して説明を省略する。

冠型保持器１４’は、図５（ａ）に示す合成樹脂の射出成形により形成される保持器本体２０と、図５（ｂ）に示す保持器本体２０を弾性・塑性変形を抑制するための補強部材４０とからなる。

補強部材４０は、円環部４１と、円環部４１の軸方向端面に円周方向に保持器本体２０の貫通孔２６と対応するように所定の間隔を存して複数配置され、円環部４１から垂直に突出する突起部４２とを備える。

円環部４１は、突起部４２の内径側に位置する内径側円環部４１ａが外径側に位置する外径側円環部４１ｂより、保持器本体２０の軸方向熱膨張分だけ薄肉に形成される。また、突起部４２は、一様な厚みを有し円環部４１から垂直に延出する基部４３と、基部４３から先端に向かって厚みを薄くしながら僅かに縮径するテーパ部４４と、テーパ部４４の先端から一様な厚みを有して円環部４１ａに垂直に延びる先端部４５とを備える（図６参照）。なお、先端部４５は、保持器本体２０の遠心力による変形を抑えるのに十分な厚みを持ち、図７及び図８に示すように、保持器本体２０に補強部材３０を組み付けた際に、先端部内周面４５ａが保持器本体２０の貫通孔２６を形成する内径側壁部２７と面接触するように構成されている。

図６は保持器本体２０と補強部材４０の組み付け方法を示すものであり、初めに保持器本体２０と補強部材４０をそれぞれ成形した後、図６（ａ）に示すように、保持器本体２０にリム部２１側から補強部材４０の突起部４２を貫通孔２６に挿入する。続いて、図６（ｂ）に示すように柱部２２の貫通孔２６から突出した突起部４２の先端部４５を内径側に折り曲げて屈曲部４６を形成し、屈曲部４６が保持器本体２０の先端と係合することにより保持器本体２０と補強部材４０を固定する。

このとき、保持器本体２０の貫通孔２６を形成する内径側壁部２７が突起部４２の先端部内周面４５ａと面接触するとともに、保持器本体２０の貫通孔２６を形成する外径側壁部２８がリム部２１側で基部外周面４３ａと面接触する。また、突起部４２の中間部分は基部４３から先端に向かって厚みを薄くしながら僅かに縮径するテーパ部４４となっていることから、保持器本体２０の内径側壁部２７とテーパ部４４及び基部４３の間に径方向の隙間ａが形成されている。さらに、補強部材４０の内径側円環部４１ａの上面４１ｃと保持器本体２０のリム部底面２１ａには、軸方向に保持器本体２０の軸方向熱膨張分だけわずかな隙間ｂが確保されている。なお、本実施形態においては、補強部材４０の内径側円環部４１ａの肉厚を薄くし隙間ｂを形成したが、保持器本体２０のリム部底面２１ａの軸方向長さを小さくしてもよい。

このように構成された冠型保持器１４’を転がり軸受１０に組み込んで冠型保持器１４’に遠心力が作用した状態における保持器本体２０と補強部材４０との関係を図７及び図８を参照して説明する。なお、図７（ａ）は常温において遠心力が作用していない状態（変形前）を示し、図７（ｂ）は高速回転時に冠型保持器１４が高温となり遠心力が作用するとともに保持器本体２０が熱膨張している状態（変形後）を示す。図８は図７（ａ）の保持器本体２０の変形前を実線で、図７（ｂ）の保持器本体２０の変形後を一点差線であわせて表した模式図である。

冠型保持器１４’に遠心力Ｆが作用すると保持器本体２０は、リム部２１を捩れ軸として、特にリム部２１とは軸方向反対側の自由端において捩れ変形をしようとするが、保持器本体２０の貫通孔２６を形成する内径側壁部２７が補強部材３０の突起部４２の先端部内周面４５ａと面接触することにより、捩れ方向の力ｆが保持器本体２０よりも剛性の高い補強部材４０に受け止められる。また、保持器本体２０が高温となり熱膨張すると、内径側壁部２７と突起部４２の内周面との隙間ａはなくなり先端部内周面４５ａのみならず内径側壁部２７全体が突起部４２の内周面と密着するとともに、保持器本体２０は熱膨張により軸方向に伸張し、保持器本体２０のリム部底面２１ａと補強部材４０の内径側円環部４１ａの上面４１ｃとの隙間ｂはなくなり密着する。これにより高温条件下で保持器本体２０の熱膨張が著しい場合でも保持器本体２０を補強部材４０により確実に固定することができる。

ここで、保持器本体２０と補強部材４０との位置関係を説明する。
補強部材４０の円環部内径をｄ１、膨張前の保持器本体２０の内径部外径をｄ２とすると、補強部材４０の円環部内径ｄ１はｄ１＜ｄ２となるように設定され、また、熱膨張後の保持器本体２０の外径部内径をｄ３、補強部材の円環部外径をｄ４とすると、補強部材の円環部外径ｄ４は、ｄ４＞ｄ３となるように設定される。なお、本実施形態においては、保持器本体２０の熱膨張のみを考慮したが、補強部材４０の熱膨張も考慮して隙間ａ，ｂや各寸法ｄ１、ｄ４が設定されることが望ましい。

これにより、高速回転時に冠型保持器１４’に強い遠心力が作用しても、冠型保持器１４’の捩れ変形を抑制し、冠型保持器１４’のリム部２１に高い応力が発生するのを防ぐことができる。また、予め補強部材４０の内径側円環部４１ａの上面４１ｃと保持器本体２０のリム部底面２１ａには、保持器本体２０の軸方向に軸方向熱膨張分だけわずかな隙間ｂが確保されているので、内径側円環部４１ａと屈曲部４６との間に熱膨張により軸方向に過度の応力が発生するのを抑制することができる。なお、保持器本体２０の外径部２２ｂは熱膨張により軸方向に膨張するとともに、外径側にわずかに遷移するが、補強部材４０により保持器本体２０の内径部２２ａが支持されているので、保持器本体２０の外径部２２ｂが外輪１１の内周部と接触することはない。

また、高温・高速回転における長時間の運転条件下でも、高強度でクリープに強い補強部材４０で保持器本体２０を支持することができるので、冠型保持器１４’の変形や真円度の低下を抑制でき、高速回転時でも冠型保持器１４’が破損することなく安定して運転することができる。

さらに、補強部材４０を保持器本体２０の成形後にとりつけることができるので、従来保持器本体内に金属板を埋め込む際に問題となっていた熱収縮率の差による保持器本体と金属板の隙間の問題も解消することができる。

さらに、第１実施形態の補強部材３０と比べて補強部材４０は突起部４２が部分的に薄肉化しながら、保持器本体２０の変形が大きい自由端側を支持しているため、補強部材４０の装着による保持器１４’の重量増加を小さくすることができる。

なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良等が自在である。その他、上述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置場所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。

本発明に係る第１実施形態の転がり軸受を説明するための要部断面図である。 図１の転がり軸受の冠型保持器を構成する保持器本体と補強部材の斜視図である。 図１の保持器本体と補強部材の組付け方法を示す説明図である。 図１の保持器に遠心力が作用した場合の模式図である。 第２実施形態の転がり軸受の冠型保持器を構成する保持器本体と補強部材の斜視図である。 図５の保持器本体と補強部材の組付け方法を示す説明図である。 冠型保持器に作用する熱膨張と遠心力による影響を説明する説明図である。 冠型保持器に作用する熱膨張と遠心力による影響を説明する説明図である。 従来の転がり軸受用冠型保持器を示す斜視図である。 従来の転がり軸受用冠型保持器が組み込まれた転がり軸受の不具合を説明するための要部断面図である。 特許文献１に記載の転がり軸受用冠型保持器の要部断面図である。

符号の説明

１０ 転がり軸受
１１ 外輪
１２ 内輪
１３ 玉
１４ 冠型保持器
２０ 保持器本体
２１ リム部
２２ 柱部
２３ ポケット部
２６ 貫通孔
２７ 内径側壁部
２８ 外径側壁部
３０、４０ 補強部材
３１、４１ 円環部
３２、４２ 突起部

Claims (3)

1. 円環状のリム部と、前記リム部から軸方向に突出し円周方向に所定の間隔を存して配置される複数の柱部と、を備え、前記柱部間に玉を転動可能に保持する、玉の直径よりわずかに大きい球面形状を有するポケット部が形成された樹脂製の保持器本体と、前記保持器本体を補強する補強部材とからなる転がり軸受用冠型保持器であって、
   前記補強部材は円環部と、前記柱部を軸方向に貫通する貫通孔に挿入された突起部とを有し、
   前記突起部は、前記貫通孔を形成する内径側壁部及び外径側壁部の少なくとも一方と面接触していることを特徴とする転がり軸受用冠型保持器。
2. 前記柱部に設けられた前記貫通孔から突出する前記補強部材の先端を屈曲させ、又はかしめて、前記柱部の先端と係合させることを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受用冠型保持器。
3. 外輪と内輪との間に複数の玉が円環状の保持器を介して円周方向に転動可能に配設される転がり軸受であって、
   前記保持器として、請求項１又は２に記載の転がり軸受用冠型保持器を使用することを特徴とする転がり軸受。

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