JP2012067827A - 玉軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】玉軸受のトルクを低減すること。
【解決手段】樹脂製の玉軸受用保持器は、ボール１を保持する複数のポケット２を周方向に備える。ポケット２は、軸方向一端側と径方向両側で開口している。ポケット２における周方向両側の面４を平面とした。
【選択図】図１

Description

本発明は、玉軸受、例えば自動車の駆動系やその補機駆動系に使用される玉軸受に関する。

例えば自動車の補機駆動用ベルトに使用されるプーリを支持するための軸受として、玉軸受が広く使用されている。この種の玉軸受に使用する保持器として、樹脂製のものが提案されている（例えば特許文献１）。

この樹脂製保持器とボールとのサブアッシーを、図９〜１１に例示する。保持器１０は、ボール１１を収容する複数のポケット１２を円周方向等間隔に備えており、ポケット１２は、軸方向一端側と径方向両側で開口している。ポケット内面１３は、ボール１１の表面に倣った凹球面となっている。

特開２００４−１６２８７９号公報

ところで、近年、自動車に対して環境問題等の理由から燃費向上が益々要求され、このために、自動車に使用される軸受には、トルクの低減が要求されている。勿論、トルクの低減は、自動車に限らず、他の産業機械に使用される軸受にも要求されている。

本発明は、上記事情に鑑み、玉軸受のトルクを低減することを課題とする。

前記課題を解決するために、本願発明者は、鋭意研究の結果、以下の知見を得た。玉軸受のトルクの中で、保持器１０とボール１１の間で発生するトルクは、ボール１１による油（グリース等の潤滑剤、以下同じ）のせん断抵抗が多くの割合を占めている。また、このせん断抵抗のほとんどが、ポケット１２の内面１３とそのポケット１２に保持されたボール１１との間に形成された油膜をせん断する時に発生するものである。ポケット１２の内面１３は、ボール１１の表面に倣った凹球面となっているため、ポケット１２の内面１３とボール１１が対向する全域で油膜が形成される。この場合、ポケット１２の内面１３とボール１１が対向する全域で、せん断抵抗が生じ、これが玉軸受の保持器１０とボール１１との間で発生するトルクの主要な要因となっている。

本願発明者は、これらの知見に基づき、本発明を想到するに至った。すなわち、前記課題を解決するための本発明は、内輪軌道面を有する内輪と、外輪軌道面を有する外輪と、内輪軌道面と外輪軌道面との間に介在する複数のボールと、ボールを保持する複数のポケットを周方向に備え、ポケットの軸方向一方側を開口させた樹脂製の保持器とを有する玉軸受において、保持器のポケット内面のうち、周方向両側の面をボールに対して点接触させたことを特徴とする。

この構成であれば、ボールがポケット内面の周方向両側の面に点接触するので、これらの面とボールとの接触面積を、大幅に縮小できる。このため、接触領域で生じる油膜のせん断抵抗を減じることができ、これにより、軸受の保持器とボールとの間で発生するトルクを低減できる。

また、この構成であれば、ポケット内面とボールとの間に形成される空間容積を増大できる。従って、ポケットとボールとの間を油が通過し易くなり、粘性抵抗の低減を通じて、保持器とボールとの間で発生するトルクをさらに小さくすることができる。

ポケット内面とボールとの点接触は、ポケット内面のうち、ボールとの接触部を部分的に隆起させることでも達成できるが、これではポケット内面にアンダーカットを生じ、射出成形後の成形品の離型性が低下する。これに対し、ポケット内面のうち、周方向両側の面を、少なくともボールとの接触部において軸方向で凹凸を有しない平坦状に形成すれば、軸方向でアンダーカットを生じず、離型性を向上させることができる。

以上の作用効果を得るため、ポケット内面の周方向両側の面は、平面、あるいは凸曲面とするのが望ましい。

ボールのポケットからの脱落を防止するため、保持器のポケット開口部には、ポケットを挟む周方向両側で軸方向に突出し、ポケットからのボールの軸方向の抜けを規制する爪部を設けるのが望ましい。この場合、ポケットを挟む周方向両側の爪部の軸方向一方側の端部に、両爪部間の間隔が軸方向他方側に向けて縮小するテーパ面を設けておけば、ボールおよび保持器のサブアッシーを組み立てる際に、テーパ面の案内作用によってボールをスムーズにポケットに押し込むことができる。

以上に述べた玉軸受は、自動車のプーリ、オルタネータ、電磁クラッチ、トランスミッション、あるいはファンクラッチ等に使用することができる。

本発明によれば、玉軸受のトルクを低減することができる。

本発明にかかる玉軸受の第１実施形態で使用する保持器の斜視図である。 上記保持器を示す要部拡大平面図である。 図２のＸ−Ｘ線断面図である。 本発明にかかる玉軸受の第１実施形態を示す軸方向断面図である。 本発明にかかる玉軸受の第２実施形態で使用する保持器の斜視図である。 上記保持器を示す要部拡大平面図である。 図６のＹ−Ｙ線断面図である。 本発明にかかる玉軸受の第２実施形態を示す軸方向断面図である。 従来の保持器の斜視図である。 従来の保持器の要部拡大平面図である。 図１０のＺ−Ｚ線断面図である。

以下、本発明にかかる玉軸受の実施形態について図面に基づき説明する。

図４は、本発明にかかる玉軸受の第１実施形態を示すもので、本発明を単列の深溝玉軸受に適用した場合を例示している。この玉軸受は、外輪軌道面７ａを有する外輪７と、内輪軌道面８ａを有する内輪８と、外輪軌道面７ａと内輪軌道面８ａとの間に配置された複数のボール１と、ボール１を円周方向等配位置に保持する保持器２０とを具備する。外輪７の内周面と内輪８の外周面との間の軸受内部空間は、その軸方向両側に配置したシール部材（図示省略）で密封されている。シール部材で密封された軸受内部空間に、潤滑剤として例えばグリースが封入される。

この玉軸受は、自動車の駆動系や補機駆動系での使用に適合するもので、例えばベルト伝動装置のプーリ、オルタネータ、電磁クラッチ、トランスミッション、あるいはファンクラッチ等に使用することができる。

図１〜図３にボール１と保持器２０のサブアッシーを示す。保持器２０は、樹脂の射出成形で形成される。使用される樹脂としては、例えばポリアミド樹脂（ＰＡ４６、ＰＡ６６、ＰＡ９Ｔ等）、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）等が挙げられる。

保持器２０は、円環状の環状部２１と、環状部２１の円周方向複数箇所で軸方向に突出した柱部２２とを一体に有する。隣接する柱部２２の間に、軸方向の同じ側を開口させたポケット２が形成され、各ポケット２にボール１が収容される。環状部２１および柱部２２は、全周にわたってその半径方向の肉厚が等しい。なお、以下の説明では、軸方向のうち、ポケット２の開口側を「軸方向一方側」と称し、ポケット２の奥側を「軸方向他方側」と称する。

図２および図３に示すように、柱部２２の軸方向一端側の端面には、軸方向に突出する爪部６が一体に形成される。爪部６は軸方向に延びる脚部６ａと、脚部６ａの先端から周方向のポケット２側に突出する突出部６ｂとで構成される。各ポケット２を挟む周方向両側の爪部６は、突出部６ｂ間の間隔Ｄｗ１がボール直径Ｄｂよりも小さくなっており、これによってポケット２からのボール１の軸方向への抜けが規制されている。

図３に示すように、各突出部６ｂのうち、ポケット２を挟む周方向対向面の軸方向一方側（図面上方）の端部には、軸方向他方側（図面下方）ほど間隔が縮小するように傾斜させたテーパ面６ｃが形成される。ボール１および保持器２０からなるサブアッシーは、ボール１を軸方向他方側に押し込んで爪部６を弾性的に押し広げ、ポケット２にボール１が収容された後で爪部６を弾性復帰させることにより製作されるが、爪部６にテーパ面６ｃを形成することで、ボール１の押し込みにより爪部６をスムーズに押し広げることができ、サブアッシーを能率よく組み立てることが可能となる。

ボールの組み込み完了後は、環状部２１、柱部２２、および爪部６で形成されるポケット内面とボール１との間に、軸方向の隙間Ｓａ（軸方向のポケット隙間）と、周方向の隙間Ｓｃ（周方向のポケット隙間）とが形成される。

図１〜図３に示すように、ポケット内面のうち、周方向両側の面４はボール１に対して点接触可能な形状に形成される。面４は軸方向で凹凸を有しない平坦状をなし、爪部６を除いて軸方向でアンダーカットとなる部分を具備しない。図１および図２は、周方向両側の面４の一例として、半径方向で互いに平行にした単一平面を例示している。面４のうち、少なくともボール１との接触部が上記平面であれば足り、接触部以外の領域では、図示例とは異なる形態にすることもできる。例えば個々の面４を二以上の平面で形成し、あるいは前記接触部以外を曲面状に形成してもよい。

また、本実施形態では、ポケット内面のうち、周方向両側の面４に挟まれたポケット奥側の面５も半径方向に延びる平面状に形成されている。この奥側の面５に対してもボール１が面４と同様に点接触可能する。円周方向両側の面４と奥側の面５は、アールを介して接続されている。なお、この奥側の面５は必ずしも平面とする必要はなく、従来と同様にボール１の表面形状に倣った部分凹球面状に形成してもよい。

以上の構成により、本実施形態では、以下の効果が享受できる。

ポケット内面の周方向両側の面４とボール１との接触面積を、従来品よりも大幅に縮小できる。これにより、接触部に形成される油膜面積も小さくなるので、油膜のせん断抵抗を小さくすることができ、軸受の保持器２０とボール１との間で発生するトルクを低減できる。加えて、ポケット内面の奥側の面５とボール１とを点接触させることで、さらなるトルクの低減を図ることができる。

また、ポケット内面とボール１との間に形成される空間を増大できる。従って、ポケット内面とボール１との間をグリース等の潤滑剤が通過し易くなり、粘性抵抗を軽減して軸受トルクのさらなる低減を図ることができる。

図８は、本発明の第２実施形態に係る玉軸受を示し、図５〜図７は、この玉軸受で使用する保持器２０とボール１のサブアッシーを示す。第１実施形態と共通する構成には、同一符号を付してその説明を省略し、以下、第１実施形態と異なる点を主に説明する。

図５〜図７に示すように、この実施形態においても、保持器２０のポケット内面のうち、周方向両側の面４はボール１に対して点接触可能な形状に形成される。この面４は軸方向で凹凸を有しない平坦状をなし、爪部６を除いて軸方向でアンダーカットとなる部分を具備しない。

この実施形態では、周方向両側の面４は凸曲面状で、半径方向断面で凸曲線状をなす。詳しくは軸方向に軸心を有する部分円筒面状に形成され、周方向両側の面４の周方向距離は内径側ほど大きくなっている。

以上の構成でも、第１実施形態と同様に、ポケット内面の周方向両側の面４とボール１との接触面積が従来品よりも小さくなるので、保持器２０とボール１との間で発生するトルクを低減することができ、また、ポケット内面とボール１との間に形成される空間が増大するために、グリースの粘性抵抗を軽減して軸受トルクのさらなる低減を図ることができる。

第１実施形態では、爪部６を柱部２２の半径方向全体にわたって形成した場合を例示したが（図１、図２参照）、本実施形態では、爪部６が柱部２２の半径方向一部領域に限って形成されている。そのため、爪部６を弾性変形させ易く、ボールの組み込み作業を容易に行うことができる。もちろんこの点が問題とならなければ、第１の実施形態と同様に、柱部２２の半径方向全体に爪部６を設けてもよい。逆に本実施形態の、柱部２２の半径方向一部領域に設けた爪部６を、第１実施形態の保持器２０に適用することも可能である。

以上に説明した保持器は、例示した深溝玉軸受に限らず、アンギュラ玉軸受等の他の形式の玉軸受にも使用することができる。また、単列に限らず、複列の玉軸受にも使用することができる。

１ ボール
２ ポケット
６ 爪部

Claims (11)

1. 内輪軌道面を有する内輪と、外輪軌道面を有する外輪と、内輪軌道面と外輪軌道面との間に介在する複数のボールと、ボールを保持する複数のポケットを周方向に備え、ポケットの軸方向一方側を開口させた樹脂製の保持器とを有する玉軸受において、
   保持器のポケット内面のうち、周方向両側の面をボールに対して点接触させたことを特徴とする玉軸受。
2. ポケット内面のうち、周方向両側の面が、少なくともボールとの接触部において、軸方向で凹凸を有しない平坦状に形成されている請求項１に記載の玉軸受。
3. ポケット内面の周方向両側の面を平面とした請求項２に記載の玉軸受。
4. ポケット内面の周方向両側の面を、凸曲面とした請求項２に記載の玉軸受。
5. 保持器のポケット開口部に、ポケットを挟む周方向両側で軸方向に突出し、ポケットからのボールの軸方向の抜けを規制する爪部を設けた請求項１〜４の何れか１項に記載の玉軸受。
6. ポケットを挟む周方向両側の爪部の軸方向一方側の端部に、両爪部間の間隔が軸方向他方側に向けて縮小するテーパ面を設けた請求項５に記載の玉軸受。
7. 自動車のプーリに使用した請求項１〜６の何れか１項に記載の玉軸受。
8. 自動車のオルタネータに使用した請求項１〜６の何れか１項に記載の玉軸受。
9. 自動車の電磁クラッチに使用した請求項１〜６の何れか１項に記載の玉軸受。
10. 自動車のトランスミッションに使用した請求項１〜６の何れか１項に記載の玉軸受。
11. 自動車のファンクラッチに使用した請求項１〜６の何れか１項に記載の玉軸受。

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