JP2012002243A - 玉軸受用保持器および玉軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】高回転により大きな遠心力が負荷されても、二枚の環状体が分離することを防止する。
【解決手段】対向面１１を衝合させて二枚の環状体１０を結合させた玉軸受用保持器であって、一方の環状体１０の隣り合うポケット１２間の外径側を軸方向に延出させて外径側凸部１３を形成すると共に内径側を凹ませて内径側凹部１４を形成し、かつ、他方の環状体１０の隣り合うポケット１２間の内径側を軸方向に延出させて内径側凸部１５を形成すると共に外径側を凹ませて外径側凹部１６を形成し、外径側凸部１３を外径側凹部１６に挿入すると共に内径側凸部１５を内径側凹部１４に挿入することにより外径側凸部１３と内径側凸部１５を軸方向で係合させ、外径側凸部１３と内径側凸部１５との係合面１３ａ，１５ａを、外径側凸部１３および内径側凸部１５の基端側よりも先端側が厚肉となるように軸方向に対して傾斜させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、玉を転動自在に保持する合成樹脂製の玉軸受用保持器、およびその保持器を外輪および内輪間に組み込んだ玉軸受に関する。

例えば、発動機を有する車両のトランスミッションのギヤ支持軸には、深溝玉軸受やアンギュラ玉軸受などの各種の玉軸受が広く使用されている。

この種の玉軸受は、外径面に内側転走面が形成された内輪と、その内輪の外側に配置され、内径面に外側転走面が形成された外輪と、内輪の内側転走面と外輪の外側転走面との間に転動自在に介在された複数の玉と、内輪と外輪との間に配され、各玉を円周方向等間隔に保持する保持器とで主要部が構成されている。この外輪あるいは内輪のいずれか一方がハウジングなどの固定部分に装着され、他方が回転軸などの回転部分に装着される。

特に、電動車両やハイブリッド車両においては、高速のモータ回転が入力されるため、回転軸などの回転部分は高回転となる傾向にある。その結果、潤滑不足、トルク（発熱）、遠心力による保持器の変形などが問題となる。この潤滑不足やトルク（発熱）による保持器の変形に対しては保持器の形状を工夫することで解決することができ、また、軽量な合成樹脂製の保持器を使用することで遠心力による保持器の変形を抑制することが可能である。

このように遠心力による保持器の変形を抑制することを目的とした軽量の合成樹脂製の保持器は種々提案されている（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に開示された保持器は、円環状をなす主部と、その主部の軸方向片面に互いに間隔をあけて円周方向等配で一体的に突設された一対ずつの弾性片とで構成され、これら一対ずつの弾性片の間に凹設されて外径側と内径側とに開口したポケットを備え、そのポケットで玉を転動自在に保持する冠形状を有する。このような冠形状の保持器では、玉を片側のみから保持しており、大きな遠心力を負荷した時に不均等な変形により玉がポケットから脱落する可能性がある。

このような懸念を解消するため、保持器の形状を軸方向で対称とした保持器が種々提案されている（例えば、特許文献２〜４参照）。これら特許文献２〜４に開示された保持器は、軸方向に向き合う二枚の環状体の対向面に玉を収容する半球状のポケットを周方向の複数箇所に形成し、環状体のそれぞれの対向面を衝合させて二枚の環状体を結合させた対称形状を有する。

これら二枚の環状体を結合させるための手段として、特許文献２の保持器では、軸方向に突出する係合爪を環状体の隣り合うポケット間に設け、その係合爪を係合させる係合孔を環状体の隣り合うポケット間に形成した構造を備えている。また、特許文献３の保持器では、二枚の環状体の隣り合うポケット間をアキシャル方向に貫通する貫通締結部材により二枚の環状体を締結した構造を備えている。さらに、特許文献４の保持器では、軸方向に突出する突起部を環状体の隣り合うポケット間に設け、その突起部が挿入される貫通孔を環状体の隣り合うポケット間に形成し、その貫通孔に突起部との隙間を埋める固定片を挿入した構造を備えている。

特開平１１−２６４４１８号公報 特開２００６−２２６４３０号公報 特開２００８−６４２２１号公報 特開２００９−２８１３９９号公報

ところで、特許文献１に開示された冠形状の保持器では、前述したように玉を片側のみから保持しており、大きな遠心力を負荷した時に不均等な変形により玉がポケットから脱落する可能性がある。また、このような懸念を解消するために提案された特許文献２〜４の保持器では以下のような問題があった。

まず、特許文献２の保持器では、二枚の環状体を結合させるために係合爪を係合孔に係合させる構造を採用しているが、高回転になればなるほど、二枚の環状体を割り広げようとする力が大きくなることから、高回転に対応するためには係合爪を十分に大きくして強度を確保しなければならず、それに伴って係合孔を大きくすると、ポケット間の柱部となる部位の強度を確保することが困難となる。また、係合爪が係合孔から抜け難くするためには係合爪の先端を鋭角に尖らせた形状とすることになり、その場合、係合爪の折損や磨耗粉の発生を引き起こすことになる。

また、特許文献３，４の保持器では、二枚の環状体を結合させるために貫通締結部材や固定片の別部材を必要とし、部品点数が増加すると共に、貫通締結部材や固定片を挿入する作業を必要とし、組立工数が増加することにもなる。

そこで、本発明は前述の問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、部品点数や組立工数を増加させることなく、十分な強度を確保しつつ、高回転により大きな遠心力が負荷された場合であっても、二枚の環状体が分離することを確実に防止し得る玉軸受用保持器および玉軸受を提供することにある。

前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、軸方向に向き合う二枚の環状体の対向面に玉を収容する半球状のポケットを周方向の複数箇所に形成し、その対向面を衝合させて二枚の環状体を結合させた玉軸受用保持器であって、一方の環状体の隣り合うポケット間の外径側を軸方向に延出させて外径側凸部を形成すると共に内径側を凹ませて内径側凹部を形成し、かつ、他方の環状体の隣り合うポケット間の内径側を軸方向に延出させて内径側凸部を形成すると共に外径側を凹ませて外径側凹部を形成し、外径側凸部を外径側凹部に挿入すると共に内径側凸部を内径側凹部に挿入することにより外径側凸部と内径側凸部を軸方向で係合させ、外径側凸部と内径側凸部との係合面を、外径側凸部および内径側凸部の基端側よりも先端側が厚肉となるように軸方向に対して傾斜させたことを特徴とする。

本発明では、外径側凸部と内径側凸部を軸方向で係合させることにより、その外径側凸部と内径側凸部との係合面に沿って摩擦力が発生する。また、外径側凸部と内径側凸部との係合面を、外径側凸部および内径側凸部の基端側よりも先端側が厚肉となるように軸方向に対して傾斜させたことにより、外径側凸部と内径側凸部との係合面の法線方向に発生した反力の軸方向成分が現出する。この外径側凸部と内径側凸部との係合面に沿って発生する摩擦力と、その係合面の法線方向に発生する反力の軸方向成分との相乗作用により、高回転により大きな遠心力が負荷された場合であっても、二枚の環状体が軸方向に分離することを確実に防止することができる。

本発明において、外径側凸部と内径側凸部との係合面の傾斜角度を５°以上とすることが望ましい。このように傾斜角度を設定すれば、高回転により大きな遠心力が負荷された時の係合面の変形を抑制することが容易となり、係合面に反力の軸方向成分を確実に作用させることができて二枚の環状体の結合力を確保することが容易となる。なお、係合面の傾斜角度が５°よりも小さいと、高回転により大きな遠心力が負荷された場合、係合面の変形を抑制することが困難となり、係合面に反力の軸方向成分を確実に作用させることが難しくなる。

本発明において、内径側凸部を外径側凸部よりも厚肉にした構造が望ましい。このようにすれば、高回転により大きな遠心力が負荷された際、外径側凸部よりも厚肉にした内径側凸部の質量が外径側凸部よりも大きいことから、その内径側凸部が外径側凸部よりも大きく変形する。ここで、外径側凸部と内径側凸部との係合面は、外径側凸部および内径側凸部の基端側よりも先端側が厚肉となるように軸方向に対して傾斜していることから、内径側凸部の変形は、外径側凸部と内径側凸部との係合面での結合力を高めるように作用する。

本発明において、外径側凸部と内径側凸部とを周方向の三箇所以上に形成することが望ましい。このようにすれば、外径側凸部と内径側凸部との係合面での結合力を確保することが容易となって二枚の環状体が軸方向に分離することを未然に防止することができる。なお、外径側凸部と内径側凸部とを周方向の一箇所あるいは二箇所に形成するだけでは、外径側凸部と内径側凸部との係合面での結合力を確保することが困難となる。

本発明において、外径側凸部と内径側凸部との相対位置を識別するための指標を、軸方向に向き合う二枚の環状体の反対向面にそれぞれ設けることが望ましい。このようにすれば、玉軸受の組み立て時、つまり、外輪と内輪との間に玉を介在させた状態でその軸方向外側から保持器を組み付けるに際して、軸方向に向き合う二枚の環状体の反対向面に設けられた指標に基づいて、外輪および内輪により目視し難い外径側凸部と内径側凸部の相対位置を合わせることが容易となり、保持器の組み付け性の向上が図れる。

本発明において、一方の環状体の外径側凸部および内径側凹部と周方向に隣接させて外径側凹部および内径側凸部を形成し、他方の環状体の内径側凸部および外径側凹部と周方向に隣接させて内径側凹部および外径側凸部を形成した構造が望ましい。このような構造にすれば、一つの金型で製作した一種の環状体を使用して一方の環状体と他方の環状体とすることができ、製品コストの低減が図れる。

本発明において、一方の環状体のポケットの周方向端部を軸方向に延出させて舌片部を形成すると共に、他方の環状体のポケットの周方向端部に舌片部を収容する切り欠き部を形成した構造が望ましい。このような構造とすれば、高回転により大きな遠心力が負荷された場合、一方の環状体と他方の環状体が相互に軸方向外側へ離隔してポケットが開こうとしても、舌片部により玉をポケット内に収容した状態を維持することが容易となる。

本発明において、ポケットの一方の周方向端部に舌片部を形成すると共に他方の周方向端部に切り欠き部を形成した構造が望ましい。このような構造にすれば、一つの金型で製作した一種の環状体を使用して一方の環状体と他方の環状体とすることができ、製品コストの低減が図れる。

本発明における環状体は、保持器の軽量化が図れる点で合成樹脂製であることが有効である。また、この環状体は、コスト面や耐油性の点を考慮すれば、ＰＰＳ、ＰＡ６６あるいはＰＡ４６から選択されたいずれか一つの合成樹脂で成形されていることが望ましい。

以上の構成を具備した保持器に、互いに相対回転する外輪および内輪と、外輪と内輪との間に介在する玉とを付加すれば、玉軸受を構成することができる。

本発明によれば、外径側凸部と内径側凸部を軸方向で係合させることにより、その外径側凸部と内径側凸部との係合面に沿って発生する摩擦力と、外径側凸部と内径側凸部との係合面を、外径側凸部および内径側凸部の基端側よりも先端側が厚肉となるように軸方向に対して傾斜させたことにより、外径側凸部と内径側凸部との係合面の法線方向に発生する反力の軸方向成分との相乗作用により、高回転により大きな遠心力が負荷された場合であっても、二枚の環状体が軸方向に分離することを確実に防止することができる。

その結果、部品点数や組立工数を増加させることなく、十分な強度を確保しつつ、二枚の環状体が分離することを確実に防止し得る玉軸受用保持器を提供することができ、電動車両やハイブリッド車両において使用される高回転軸受に好適な自動車用途の玉軸受を提供できる。

本発明の実施形態で、保持器を構成する二枚の環状体を示す組立分解斜視図である。 結合前の二枚の環状体を示す部分展開図である。 図２のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 図２のＢ−Ｂ線に沿う断面図である。 結合後の二枚の環状体を示す部分展開図である。 図５のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。 図５のＤ−Ｄ線に沿う断面図である。 本発明の実施形態で、図１の保持器を組み込んだ玉軸受を示す断面図である。

本発明に係る玉軸受用保持器および玉軸受の実施形態を以下に詳述する。

この実施形態の玉軸受１は、図８に示すように、外径面に内側転走面２ａが形成された内輪２と、その内輪２の外側に配置され、内径面に外側転走面３ａが形成された外輪３と、内輪２の内側転走面２ａと外輪３の外側転走面３ａとの間に転動自在に介在された複数の玉４と、内輪２と外輪３との間に配され、各玉４を円周方向等間隔に保持する保持器５とで主要部が構成されている。この外輪３あるいは内輪２のいずれか一方がハウジングなどの固定部分に装着され、他方が回転軸などの回転部分に装着される。

この玉軸受１は、電動車両やハイブリッド車両において使用される高回転軸受として好適であり、潤滑不足、トルク（発熱）、遠心力による保持器５の変形を抑制することを目的とした軽量の合成樹脂製の保持器５を備えている。この種の保持器５は、図１に示すように、軸方向に向き合う二枚の環状体１０の対向面１１に玉４を収容する半球状のポケット１２を周方向の複数箇所に形成し、環状体１０のそれぞれの対向面１１を衝合させて二枚の環状体１０を結合させた対称形状を有する。この実施形態の保持器５は、これら二枚の環状体１０を結合させるための手段として、以下の結合構造を具備する。

図２は結合前の二枚の環状体１０を示し、図３は図２のＡ−Ａ線に沿う断面で、図４は図２のＢ−Ｂ線に沿う断面である。同図に示すように、一方の環状体１０（図２および図３の左側参照）の隣り合うポケット１２間の外径側を軸方向に延出させて外径側凸部１３を形成すると共に内径側を凹ませて内径側凹部１４を形成し、かつ、他方の環状体１０（図２および図３の右側参照）の隣り合うポケット１２間の内径側を軸方向に延出させて内径側凸部１５を形成すると共に外径側を凹ませて外径側凹部１６を形成する。

この構造において、外径側凸部１３を外径側凹部１６に挿入すると共に内径側凸部１５を内径側凹部１４に挿入することにより、外径側凸部１３と内径側凸部１５を軸方向で係合させる。また、外径側凸部１３と内径側凸部１５との係合面１３ａ，１５ａを、外径側凸部１３および内径側凸部１５の基端側よりも先端側が厚肉となるように軸方向に対して傾斜させている。

また、一方の環状体１０（図２および図４の左側参照）の外径側凸部１３および内径側凹部１４と周方向に隣接させて外径側凹部１６および内径側凸部１５を形成し、他方の環状体１０（図２および図４の右側参照）の内径側凸部１５および外径側凹部１６と周方向に隣接させて内径側凹部１４および外径側凸部１３を形成した構造としている。このような構造を採用したことにより、一つの金型で製作した一種の環状体１０を使用して一方の環状体１０と他方の環状体１０とすることができ、製品コストの低減が図れる。

図５は結合後の二枚の環状体１０を示し、図６は図５のＣ−Ｃ線に沿う断面で、図７は図５のＤ−Ｄ線に沿う断面である。同図に示すように、二枚の環状体１０のそれぞれの対向面１１を衝合させ、外径側凸部１３と内径側凸部１５を所定の締め代でもって軸方向で係合させることにより、その外径側凸部１３と内径側凸部１５との係合面１３ａ，１５ａに沿って摩擦力が発生する。また、外径側凸部１３と内径側凸部１５との係合面１３ａ，１５ａを、外径側凸部１３および内径側凸部１５の基端側よりも先端側が厚肉となるように軸方向に対して傾斜させたことにより、外径側凸部１３と内径側凸部１５との係合面１３ａ，１５ａの法線方向に発生した反力の軸方向成分が現出する。

この外径側凸部１３と内径側凸部１５との係合面１３ａ，１５ａに沿って発生する摩擦力と、その係合面１３ａ，１５ａの法線方向に発生する反力の軸方向成分との相乗作用により、高回転により大きな遠心力が負荷された場合であっても、二枚の環状体１０が軸方向に分離することを確実に防止することができる。

この実施形態では、外径側凸部１３と内径側凸部１５とを周方向の三箇所以上に形成する。このように外径側凸部１３と内径側凸部１５とを三箇所以上に形成することにより、外径側凸部１３と内径側凸部１５との係合面１３ａ，１５ａでの結合力を確保することが容易となって二枚の環状体１０が軸方向に分離することを未然に防止することができる。

なお、外径側凸部１３と内径側凸部１５とを周方向の一箇所あるいは二箇所に形成するだけでは、外径側凸部１３と内径側凸部１５との係合面１３ａ，１５ａでの結合力を確保することが困難となる。

この実施形態の結合構造では、外径側凸部１３と内径側凸部１５との係合面１３ａ，１５ａの傾斜角度θ（図３および図４参照）を５°以上とする必要がある。このように傾斜角度θを設定することにより、高回転により大きな遠心力が負荷された時の係合面１３ａ，１５ａの変形を抑制することが容易となり、係合面１３ａ，１５ａに反力の軸方向成分を確実に作用させることができて二枚の環状体１０の結合力を確保することが容易となる。

なお、係合面１３ａ，１５ａの傾斜角度θが５°よりも小さいと、高回転により大きな遠心力が負荷された場合、係合面１３ａ，１５ａの変形を抑制することが困難となり、係合面１３ａ，１５ａに反力の軸方向成分を確実に作用させることが難しくなる。

また、この結合構造では、図６および図７に示すように、内径側凸部１５を外径側凸部１３よりも厚肉にしている（ｔ_IN＞ｔ_OUT）。このように内径側凸部１５を外径側凸部１３よりも厚肉にすることにより、高回転により大きな遠心力が負荷された際、外径側凸部１３よりも厚肉にした内径側凸部１５の質量が外径側凸部１３よりも大きいことから、その内径側凸部１５が外径側凸部１３よりも大きく変形する。

ここで、外径側凸部１３と内径側凸部１５との係合面１３ａ，１５ａは、外径側凸部１３および内径側凸部１５の基端側よりも先端側が厚肉となるように軸方向に対して傾斜していることから、内径側凸部１５の変形は、外径側凸部１３と内径側凸部１５との係合面１３ａ，１５ａでの結合力を高めるように作用する。

この玉軸受１の組み立てにおいては、外輪３と内輪２との間に玉４を周方向等間隔に介在させた状態でその軸方向外側から二枚の環状体１０を組み付ける。その場合、外輪３および内輪２により環状体１０の外径側凸部１３および内径側凸部１５を目視しずらく、外径側凸部１３と内径側凸部１５とを係合させることが困難となる可能性がある。

そこで、外径側凸部１３と内径側凸部１５との相対位置を識別するための指標１７を、軸方向に向き合う二枚の環状体１０の反対向面１８にそれぞれ設ける。これにより、玉軸受１の組み立て時、外輪３と内輪２との間に玉４を介在させた状態でその軸方向外側から環状体１０を組み付けるに際して、軸方向に向き合う二枚の環状体１０の反対向面１８に設けられた指標１７に基づいて、外輪３および内輪２により目視し難い外径側凸部１３と内径側凸部１５の相対位置を合わせることが容易となり、保持器５の組み付け性の向上が図れる。

なお、指標１７としては、二枚の環状体１０の反対向面１８に突起や凹みなどを形成したり、あるいは着色などによるマークを付すことにより実現可能である。この実施形態では、図１、図２および図５に示すように凹みとしている。

この実施形態では、一方の環状体１０（図２の左側参照）のポケット１２の周方向端部を軸方向に延出させて舌片部１９を形成すると共に、他方の環状体１０（図２の右側参照）のポケット１２の周方向端部に舌片部１９を収容する切り欠き部２０を形成している。このような構造とすることにより、高回転により大きな遠心力が負荷された場合、一方の環状体１０と他方の環状体１０が相互に軸方向外側へ離隔してポケット１２が開こうとしても、舌片部１９により玉４をポケット１２内に収容した状態を維持することが容易となる（図５参照）。

なお、ポケット１２の一方の周方向端部に舌片部１９を形成すると共に他方の周方向端部に切り欠き部２０を形成する。これにより、一つの金型で製作した一種の環状体１０を使用して一方の環状体１０と他方の環状体１０とすることができ、製品コストの低減が図れる。

以上で説明した二枚の環状体１０は、保持器５の軽量化が図れる点で合成樹脂製としている。ここで、コスト面や耐油性の点を考慮すれば、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＡ６６（ポリアミド６６）あるいはＰＡ４６（ポリアミド４６）から選択されたいずれか一つの合成樹脂で成形することが有効である。例えば、使用油の中に樹脂攻撃性の成分（リン、硫黄）が多く含まれている場合には、耐油性の優劣がＰＰＳ＞ＰＡ４６＞ＰＡ６６であることから、ＰＰＳを使用することが好ましい。また、樹脂材料の価格を考慮すれば、ＰＡ６６＞ＰＡ４６＞ＰＰＳであることから、使用油の樹脂攻撃性を考慮した上で材料を選定することが望ましい。

本発明は前述した実施形態に何ら限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

１ 玉軸受
２ 内輪
３ 外輪
４ 玉
５ 保持器
１０ 環状体
１１ 対向面
１２ ポケット
１３ 外径側凸部
１３ａ 係合面
１４ 内径側凹部
１５ 内径側凸部
１５ａ 係合面
１６ 外径側凹部
１７ 指標
１８ 反対向面
１９ 舌片部
２０ 切り欠き部
θ 傾斜角度

Claims (11)

1. 軸方向に向き合う二枚の環状体の対向面に玉を収容する半球状のポケットを周方向の複数箇所に形成し、前記対向面を衝合させて二枚の環状体を結合させた玉軸受用保持器であって、
   一方の環状体の隣り合うポケット間の外径側を軸方向に延出させて外径側凸部を形成すると共に内径側を凹ませて内径側凹部を形成し、かつ、他方の環状体の隣り合うポケット間の内径側を軸方向に延出させて内径側凸部を形成すると共に外径側を凹ませて外径側凹部を形成し、前記外径側凸部を外径側凹部に挿入すると共に前記内径側凸部を内径側凹部に挿入することにより前記外径側凸部と内径側凸部を軸方向で係合させ、前記外径側凸部と内径側凸部との係合面を、外径側凸部および内径側凸部の基端側よりも先端側が厚肉となるように軸方向に対して傾斜させたことを特徴とする玉軸受用保持器。
2. 前記外径側凸部と前記内径側凸部との係合面の傾斜角度を５°以上とした請求項１に記載の玉軸受用保持器。
3. 前記内径側凸部を前記外径側凸部よりも厚肉にした請求項１又は２に記載の玉軸受用保持器。
4. 前記外径側凸部と前記内径側凸部とを周方向の三箇所以上に形成した請求項１〜３のいずれか一項に記載の玉軸受用保持器。
5. 前記外径側凸部と前記内径側凸部との相対位置を識別するための指標を、軸方向に向き合う二枚の環状体の反対向面にそれぞれ設けた請求項１〜４のいずれか一項に記載の玉軸受用保持器。
6. 前記一方の環状体の外径側凸部および内径側凹部と周方向に隣接させて外径側凹部および内径側凸部を形成し、前記他方の環状体の内径側凸部および外径側凹部と周方向に隣接させて内径側凹部および外径側凸部を形成した請求項１〜５のいずれか一項に記載の玉軸受用保持器。
7. 前記一方の環状体のポケットの周方向端部を軸方向に延出させて舌片部を形成すると共に、他方の環状体のポケットの周方向端部に前記舌片部を収容する切り欠き部を形成した請求項１〜６のいずれか一項に記載の玉軸受用保持器。
8. 前記ポケットの一方の周方向端部に舌片部を形成すると共に他方の周方向端部に切り欠き部を形成した請求項７に記載の玉軸受用保持器。
9. 前記環状体は合成樹脂製である請求項１〜８のいずれか一項に記載の玉軸受用保持器。
10. 前記環状体はＰＰＳ、ＰＡ６６あるいはＰＡ４６から選択されたいずれか一つの合成樹脂で成形されている請求項１〜９のいずれか一項に記載の玉軸受用保持器。
11. 請求項１〜１０のいずれか一項に記載の保持器と、互いに相対回転する外輪および内輪と、前記外輪と内輪との間に介在する玉とを備えた玉軸受。

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