JP2012102760A - 軸受用保持器 - Google Patents

Abstract

【課題】軸受内部空間における潤滑剤の流動性の向上と共に、潤滑剤の漏洩防止を図ることを可能にする軸受用保持器を提供する。
【解決手段】相対回転可能に対向配置された軌道輪２,４間に組み込まれた複数の転動体６を回転可能に保持しつつ、軸受回転中において、各転動体と共に軌道輪間に沿って公転する中空円環状の軸受用保持器８であって、軸受用保持器は、その内径面８in及び外径面８outの双方、或いは、いずれか一方が公転軸に沿った方向Ｔに対して所定角度θ１,θ２で傾斜し、かつ、当該内径面と外径面とで構成される当該保持器の輪郭は、公転軸に沿って先細り形状を成している。
【選択図】図１

Description

本発明は、軸受内部空間における潤滑剤の流動性の向上と共に、潤滑剤の漏洩防止を図ることを可能にする軸受用保持器に関する。

従来、例えばラジアル軸受やスラスト軸受などの各種軸受には、当該軸受内部空間に沿って組み込まれた複数の転動体を回転自在に保持する種々の軸受用保持器が適用されている（例えば、特許文献１）。その一例として図５(ａ),(ｂ)に示された軸受には、相対回転可能に対向配置された軌道輪２,４間（内輪２と外輪４との間）に組み込まれた複数の転動体６を回転可能に保持しつつ、軸受回転中（軌道輪２,４の相対回転中）において、各転動体６と共に軌道輪２,４間に沿って公転する中空円環状の軸受用保持器８が適用されている。

軸受用保持器８が適用された軸受において、転動体６としては、玉やコロを適用することができるが、ここでは一例として、転動体６として玉を適用した玉軸受を想定する。この場合、玉軸受には、複数の転動体（玉）６の両側に、軌道輪２,４間（内輪２と外輪４との間）に構成された環状の軸受内部空間を密封する密封板１０が設けられている。各密封板１０は、その基端１０ａが一方の軌道輪４（例えば、外輪４）に固定され、その先端１０ｂが他方の軌道輪２（例えば、内輪２）に向けて延出して構成されている。これにより、玉軸受の軸受内部空間に封入された潤滑剤（例えば、グリース、油）は、双方の密封板１０によって当該軸受内部空間に保持される。

ここで、密封板１０としては、例えば、金属板をプレス加工して形成され、かつ先端が他方の軌道輪２（内輪２）に対して非接触状態に構成配置されるシールド、或いは、先端が他方の軌道輪２（内輪２）に対して接触状態或いは非接触状態に構成配置されるシールを適用することができる。図面では一例として、先端が他方の軌道輪２（内輪２）に接触せずに狭い隙間を保つように構成配置された非接触シールを示したが、これに代えて、先端が他方の軌道輪２（内輪２）に接触するように構成配置される接触シールを適用してもよい。なお、接触シール及び非接触シールのいずれにおいても、密封板１０は、環状を成す心金１０ｃの外表面に樹脂材料（ゴム）１０ｄを被覆して構成されている。

また、軸受用保持器８としては、中空円環状を成す保持器本体８ａの片側に周方向に沿って所定間隔（例えば、等間隔）で、複数の転動体（玉）６を１つずつ収容して保持可能な複数のポケット８ｐが構成された冠形保持器８が適用されている。この場合、各ポケット８ｐは、その一方側が開口８ｈされていると共に、その他方側が保持器本体８ａ（主部８ｂとも言う）によって閉塞されており、各ポケット８ｐの開口８ｈは、周方向両側から立ち上げられた一対の爪部８ｔによって、その開口径が狭められている。

このようなポケット８ｐにおいて、例えば一対の爪部８ｔに転動体（玉）６を位置付けた状態から開口８ｈに向けて転動体（玉）６を押し込むと、その押込力により一対の爪部８ｔが外側に弾性変形して開口８ｈが広がることにより、当該転動体（玉）６を開口８ｈを介してポケット８ｐに挿入することができる。そして、転動体（玉）６をポケット８ｐに挿入したとき、一対の爪部８ｔが元の形状に弾性的に復元し開口８ｈが再び狭められることにより、当該ポケット８ｐに挿入された転動体（玉）６は、一対の爪部８ｔにより脱落することなくポケット８ｐ内に回転自在に収容されて保持される。

特開２００１−１８７９２３号公報

ところで、上記した従来の玉軸受（図５(ａ)）では、軸受内部空間において、軸受用保持器８（即ち、冠形保持器８）の主部８ｂ（一方側が開口８ｈされた各ポケット８ｐの他方側を閉塞する保持器本体８ａの円環状部分）周りの空間領域が、当該冠形保持器８の内径側から外径側に向うに従って大きく広がるように構成されている。

かかる構成によれば、軸受内部空間に封入された潤滑剤を、軸受回転中（内外輪２,４の相対回転中）において、複数の転動体（玉）６を保持しつつ内外輪２,４間に沿って公転する冠形保持器８によって、当該冠形保持器８の内径側から外径側に向けてスムーズに流動させることができる。これにより、当該潤滑剤が、密封板１０の先端１０ｂと他方の軌道輪２（内輪２）との間から外部へ漏洩するのを確実に防止することができる。

しかしながら、かかる玉軸受の使用環境として、例えば電気自動車（ＥＶ）やハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）及びその発電機（ジェネレータ、オルタネータ）を想定した場合、かかる高温の雰囲気中での軸受の高速回転にも対応できるようにすることが要求されており、そのためには、軸受内部空間における潤滑剤の流動性の向上と共に、潤滑剤の漏洩防止を図ることを可能にする軸受用保持器８の開発が要望されている。

本発明は、このような要望に応えるためになされており、その目的は、軸受内部空間における潤滑剤の流動性の向上と共に、潤滑剤の漏洩防止を図ることを可能にする軸受用保持器を提供することにある。

このような目的を達成するために、本発明は、相対回転可能に対向配置された軌道輪間に組み込まれた複数の転動体を回転可能に保持しつつ、軸受回転中において、各転動体と共に軌道輪間に沿って公転する中空円環状の軸受用保持器であって、軸受用保持器は、その内径面及び外径面の双方、或いは、いずれか一方が公転軸に沿った方向に対して所定角度で傾斜し、かつ、当該内径面と外径面とで構成される当該保持器の輪郭は、公転軸に沿って先細り形状を成している。
本発明において、軸受用保持器は、中空円環状を成す保持器本体の片側に周方向に沿って所定間隔で、複数の転動体を収容して保持可能な複数のポケットが構成されており、各ポケットは、その一方側が開口されていると共に、その他方側が保持器本体によって閉塞されており、各ポケットの開口は、周方向両側から立ち上げられた一対の爪部によって、その開口径が狭められており、保持器本体の内径面及び外径面の双方、或いは、いずれか一方は、各ポケットの一方側に立ち上げられた一対の爪部から当該ポケットの他方側に向うに従って公転軸に沿った方向に対して所定角度で傾斜し、かつ、当該内径面と外径面とで構成される当該保持器本体の輪郭は、公転軸に沿って先細り形状を成している。
本発明において、内径面は、公転軸に沿った方向に対して所定角度で連続的に大径化するように傾斜しており、外径面は、公転軸に沿った方向に対して所定角度で連続的に小径化するように傾斜している。
本発明において、保持器本体には、各ポケットの他方側を閉塞する部分において、その内径側及び外径側の双方の端部にそれぞれＲ面取りが施されている。
本発明において、軸受用保持器は、ポリアミド樹脂及びその樹脂中にガラス繊維又は炭素繊維を１０〜４０質量％含有させた樹脂組成物、或いは、エンジニアリング樹脂及びその樹脂中にガラス繊維及び炭素繊維を１０〜４０質量％含有させた樹脂組成物を用いて形成されている。
本発明は、上記した軸受用保持器を適用した軸受であって、相対回転可能に対向配置された軌道輪と、軌道輪間に組み込まれた複数の転動体と、複数の転動体を回転可能に保持しつつ、軸受回転中において、各転動体と共に軌道輪間に沿って公転する中空円環状の軸受用保持器とを備えている。

本発明によれば、軸受内部空間における潤滑剤の流動性の向上と共に、潤滑剤の漏洩防止を図ることを可能にする軸受用保持器を実現することができる。

本発明の一実施形態に係る軸受用保持器を適用した軸受の構成を一部拡大して示す断面図。 図１に示された軸受用保持器の構成を一部拡大して示す斜視図。 図１に示された軸受用保持器を適用した軸受において、軸受回転中における潤滑剤の流動状態を示す図。 図１に示された軸受用保持器の主部の構成を一部拡大して示す断面図 (ａ)は、従来の軸受用保持器を適用した軸受の構成を一部拡大して示す断面図、(ｂ)は、同図(ａ)に示された軸受用保持器の全体構成を示す斜視図。

以下、本発明の一実施形態に係る軸受用保持器について添付図面を参照して説明する。
なお、本実施形態は、図５に示された軸受用保持器８（即ち、冠形保持器８）の改良であるため、以下、改良部分の説明にとどめる。この場合、上記した冠形保持器８（図５）並びに当該保持器８が組み込まれた軸受（内外輪２,４、転動体（玉）６、密封板１０など：図５）と同一の構成については、その構成に付された参照符号と同一の符号を本実施形態に用いた図面上に付すことで、その説明を省略する。

「第１実施形態」
図１及び図２に示すように、本実施形態において、軸受用保持器８（即ち、冠形保持器８）は、その内径面８in及び外径面８outの双方が公転軸８ｓ（図５(ｂ)参照）に沿った方向Ｔ（公転軸８ｓと平行を成す方向Ｔ）に対して所定角度θ１,θ２で傾斜し、かつ、その傾斜した双方の内径面８inと外径面８outとで構成される当該保持器８の輪郭は、公転軸８ｓ（即ち、公転軸８ｓに沿った方向Ｔ）に沿って先細り形状を成している。なお、公転軸８ｓとは、軸受回転中に内外輪２,４間に沿って軸受用保持器８が公転する際の中心軸であって、軸受の回転軸と平行を成す軸線を指す。

具体的に説明すると、冠形保持器８は、中空円環状を成す保持器本体８ａの内径面８in及び外径面８outの双方が、各ポケット８ｐの一方側に立ち上げられた一対の爪部８ｔから当該ポケット８ｐの他方側（主部８ｂ）に向うに従って公転軸８ｓに沿った方向Ｔに対して所定角度θ１,θ２で傾斜して構成されている。そして、その傾斜した双方の内径面８inと外径面８outとで構成される当該保持器本体８ａの輪郭は、公転軸８ｓ（即ち、公転軸８ｓに沿った方向Ｔ）に沿って先細り形状を成している。

この場合、内径面８inは、公転軸８ｓに沿った方向Ｔに対して所定角度θ１（＞０°）で連続的に大径化するように傾斜しており、外径面８outは、公転軸８ｓに沿った方向Ｔに対して所定角度θ２（＞０°）で連続的に小径化するように傾斜している。なお、内径面８inの傾斜角度θ１及び外径面８outの傾斜角度θ２は、例えば、当該冠形保持器８が適用される玉軸受の使用環境や使用目的、玉軸受の軸受内部空間に封入する潤滑剤の種類（例えば、グリースの基油粘度）、或いは、当該冠形保持器８の材質などに応じて設定されるため、ここでは特に数値限定しない。

以上、本実施形態によれば、内径面８inを所定角度θ１で連続的に大径化するように傾斜させると共に、外径面８outを所定角度θ２で連続的に小径化するように傾斜させ、当該内径面８inと外径面８outとで構成される軸受用保持器８（保持器本体８ａ）の輪郭を先細り形状とすることで、その内径面８inと内輪２の外周面２ｓとの間の隙間（距離）Ｌ１を、各ポケット８ｐの一方側に立ち上げられた一対の爪部８ｔから当該ポケット８ｐの他方側（主部８ｂ）に向けて連続的に大きく広げることができる。

また、軸受用保持器８（保持器本体８ａ）の外径面８outと外輪４の内周面４ｓとの間の隙間（距離）Ｌ２を、各ポケット８ｐの一方側に立ち上げられた一対の爪部８ｔから当該ポケット８ｐの他方側（主部８ｂ）に向けて連続的に大きく広げることができる。この結果、軸受用保持器８（保持器本体８ａ）の主部８ｂにおいて、当該主部８ｂと密封板１０の基端１０ａとの間の隙間（距離）Ｌ３、並びに、当該主部８ｂと密封板１０の先端１０ｂとの間の隙間（距離）Ｌ４を広範囲に大きく確保することができる。

かかる構成によれば、図３に示すように、軸受内部空間に封入された潤滑剤は、軸受回転中（内外輪２,４の相対回転中）において、複数の転動体（玉）６を保持しつつ内外輪２,４間に沿って公転する軸受用保持器８及びその際に生じた遠心力によって、内径面８inに沿って主部８ｂに流動Ｆ１して、当該主部８ｂを経由Ｆ２した後、外径面８outに沿って流動Ｆ３して、各ポケット８ｐ方向に導入Ｆ４されるようになる。

具体的に説明すると、軸受回転中（内外輪２,４の相対回転中）、潤滑剤には、冠形保持器８及び上記した遠心力が作用することで、当該潤滑剤は、軸受内部空間の外径方向に向って流動しようとする。この場合、内径面８inと内輪２の外周面２ｓとの間の隙間（距離）Ｌ１は、主部８ｂに向けて連続的に広がっているため、ここに存在する潤滑剤は、内径面８inに沿ってスムーズに主部８ｂまで流動Ｆ１する。

このとき、主部８ｂに到達した潤滑剤は、遠心力をダイレクトに受けることで、そのまま当該主部８ｂと密封板１０との間に沿って外径方向に流動Ｆ２し、外径面８outと外輪４の内周面４ｓとの間に流動Ｆ３して流れ込む。この場合、外径面８outと外輪４の内周面４ｓとの間の隙間（距離）Ｌ２は、主部８ｂから離間するに従って連続的に狭まっており、流動し難い状態にあるため、外径面８outと外輪４の内周面４ｓとの間に流れ込んだ潤滑剤は、流動し易い方向である各ポケット８ｐ方向に導入Ｆ４されることになる。

ここで、例えば、各転動体（玉）６の表面に付着していた潤滑剤が、冠形保持器８（保持器本体８ａ）の内径面８inで掻き取られた場合を想定すると、その掻き取られた潤滑剤は、上記した流動Ｆ１〜Ｆ３を介して再び各ポケット８ｐに導入Ｆ４される。この結果、各転動体（玉）６には、常に必要かつ充分な潤滑剤が供給され続けることとなるため、潤滑不良による焼き付き等の不具合が発生することはない。

また、従来の軸受用保持器８を適用した玉軸受（図５(ａ)参照）と、本実施形態の軸受用保持器８を適用した玉軸受（図１）との間で、潤滑剤漏れについての試験を行った。この場合、双方の玉軸受において、軸受内径を５５ｍｍ、軸受外径を９０ｍｍ、軸受幅を１８ｍｍとし、潤滑剤としてウレア系グリース（基油粘度：２０ｍｍ^２／ｓｅｃ）を軸受内部空間に封入した状態で、双方の玉軸受を１００℃の雰囲気中にセットする。そして、この状態において、双方の玉軸受の内外輪２,４を相対的に、１分間に１万４千回転（１.４万ｒｐｍ）させた。

かかる潤滑剤漏れ試験の結果によれば、従来の軸受用保持器８を適用した玉軸受（図５(ａ)参照）では、潤滑剤漏れが「２７％」に達したのに対し、本実施形態の軸受用保持器８を適用した玉軸受（図１）では、潤滑剤漏れが「１０％」程度に抑えられたことが確認された。なお、当該試験結果において、潤滑剤の漏れ割合（％）は、双方の玉軸受の軸受内部空間に封入した潤滑剤（ウレア系グリース）の総量を１００％とした場合の漏れ量の割合として規定されている。

これによれば、内径面８inと外径面８outとで構成される軸受用保持器８（保持器本体８ａ）の輪郭を先細り形状とすることにより、軸受内部空間における潤滑剤の流動性の向上と共に、潤滑剤の漏洩防止を図ることを可能にする軸受用保持器８を実現することができる。この場合、上記した第１実施形態では、内径面８inと外径面８outの双方を所定角度θ１,θ２で傾斜させたが、これに代えて、内径面８inと外径面８outのいずれか一方を所定角度（θ１又はθ２）で傾斜させても、同様の作用効果を実現することができる。

「第２実施形態」
上記した第１実施形態では、軸受用保持器８（即ち、冠形保持器８）の材質について特に言及しなかったが、当該保持器８は、ポリアミド樹脂及びその樹脂中にガラス繊維（ＧＦ）又は炭素繊維（ＣＦ）を１０〜４０質量％含有させた樹脂組成物、或いは、エンジニアリング樹脂及びその樹脂中にガラス繊維（ＧＦ）及び炭素繊維（ＣＦ）を１０〜４０質量％含有させた樹脂組成物を用いて形成することが好ましい。

なお、ポリアミド樹脂としては、例えば、ナイロン４６、ナイロン６６などを適用することができる。また、エンジニアリング樹脂としては、例えば、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）やポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などのスーパーエンジニアリングプラスチック、或いは、ポリ四弗化エチレン（ＰＴＦＥ）などのエンジニアリングプラスチックを適用することができる。

ここで、従来の軸受用保持器８を適用した玉軸受（図５(ａ)参照）と、本実施形態の軸受用保持器８を適用した玉軸受（図１）との間で、潤滑剤漏れについての試験を行った。この場合、従来の玉軸受には、ポリアミド樹脂（例えば、ナイロン４６）及びその樹脂中にガラス繊維（ＧＦ）を１０〜４０質量％含有させた樹脂組成物で形成した軸受用保持器８を適用する。

また、本実施形態の玉軸受として、異なる材質の軸受用保持器８を適用した２種類の玉軸受を用意する。即ち、第１実施品としての玉軸受には、ポリアミド樹脂（例えば、ナイロン４６）及びその樹脂中にガラス繊維（ＧＦ）を１０〜４０質量％含有させた樹脂組成物で形成した軸受用保持器８を適用し、第２実施品としての玉軸受には、ポリアミド樹脂（例えば、ナイロン４６）及びその樹脂中に炭素繊維（ＣＦ）を１０〜４０質量％含有させた樹脂組成物で形成した軸受用保持器８を適用する。

この場合、従来の玉軸受、並びに、第１及び第２実施品としての玉軸受において、軸受内径を５５ｍｍ、軸受外径を９０ｍｍ、軸受幅を１８ｍｍとし、潤滑剤としてウレア系グリース（基油粘度：２０ｍｍ^２／ｓｅｃ）を軸受内部空間に封入した状態で、これら３つの玉軸受を１００℃の雰囲気中にセットする。そして、この状態において、各玉軸受の内外輪２,４を相対的に、１分間に１万４千回転（１.４万ｒｐｍ）させた。

かかる潤滑剤漏れ試験の結果によれば、従来の玉軸受では、潤滑剤漏れが「２７％」に達したのに対し、第１実施品としての玉軸受では、潤滑剤漏れが「１０％」程度に、そして、第２実施品としての玉軸受では、潤滑剤漏れが「７％」程度に、それぞれ抑えられたことが確認された。なお、当該試験結果において、潤滑剤の漏れ割合（％）は、各玉軸受の軸受内部空間に封入した潤滑剤（ウレア系グリース）の総量を１００％とした場合の漏れ量の割合として規定されている。

これによれば、内径面８inと外径面８outとで構成される軸受用保持器８（保持器本体８ａ）の輪郭を先細り形状とすることにより、軸受内部空間における潤滑剤の流動性の向上を図ることができると共に、当該軸受用保持器８をポリアミド樹脂及びその樹脂中にガラス繊維（ＧＦ）又は炭素繊維（ＣＦ）を１０〜４０質量％含有させた樹脂組成物、或いは、エンジニアリング樹脂及びその樹脂中にガラス繊維（ＧＦ）及び炭素繊維（ＣＦ）を１０〜４０質量％含有させた樹脂組成物を用いて形成することにより、潤滑剤漏れの抑制効果を飛躍的に向上させることができる。

この場合、上記した第２実施形態において、軸受用保持器８（保持器本体８ａ）の内径面８inと外径面８outの双方を所定角度θ１,θ２で傾斜させる場合、或いは、これに代えて、内径面８inと外径面８outのいずれか一方を所定角度（θ１又はθ２）で傾斜させる場合でも、同様の作用効果を実現することができる。

「第３実施形態」
また、図４に示すように、上記した第１及び第２実施形態の軸受用保持器８（具体的には、保持器本体８ａ）には、各ポケット８ｐの他方側を閉塞する部分（主部８ｂ）において、その内径側（内径面８in側）及び外径側（外径面８out側）の双方の端部にそれぞれＲ面取り８ｒを施すことが好ましい。なお、各Ｒ面取り８ｒの大きさは、例えば保持器本体８ａの主部８ｂの大きさや形状などに応じて設定されるため、ここでは特に数値限定しない。また、各Ｒ面取り８ｒの形状は、例えば円弧形状や楕円形状など丸味を帯びた形状とすればよい。

これによれば、上記したＦ１からＦ２への潤滑剤の流動、及び、上記したＦ２からＦ３への潤滑剤の流動をし易くすることができる。この結果、軸受内部空間に封入された潤滑剤は、軸受回転中（内外輪２,４の相対回転中）において、上記した流動Ｆ１〜Ｆ３を介して再び各ポケット８ｐにスムーズに、かつ短時間に導入Ｆ４される。これにより、各転動体（玉）６には、常に必要かつ充分な潤滑剤が供給され続けることとなるため、潤滑不良による焼き付き等の不具合が発生することはない。

２ 軌道輪（内輪）
４ 軌道輪（外輪）
６ 転動体（玉）
８ 軸受用保持器
８ｓ 公転軸
８in 軸受用保持器の内径面
８out 軸受用保持器の外径面
θ１ 内径面の傾斜角度
θ２ 外径面の傾斜角度
Ｔ 公転軸に沿った方向（公転軸と平行を成す方向）

Claims (6)

1. 相対回転可能に対向配置された軌道輪間に組み込まれた複数の転動体を回転可能に保持しつつ、軸受回転中において、各転動体と共に軌道輪間に沿って公転する中空円環状の軸受用保持器であって、
   軸受用保持器は、その内径面及び外径面の双方、或いは、いずれか一方が公転軸に沿った方向に対して所定角度で傾斜し、かつ、当該内径面と外径面とで構成される当該保持器の輪郭は、公転軸に沿って先細り形状を成していることを特徴とする軸受用保持器。
2. 軸受用保持器は、中空円環状を成す保持器本体の片側に周方向に沿って所定間隔で、複数の転動体を収容して保持可能な複数のポケットが構成されており、
   各ポケットは、その一方側が開口されていると共に、その他方側が保持器本体によって閉塞されており、各ポケットの開口は、周方向両側から立ち上げられた一対の爪部によって、その開口径が狭められており、
   保持器本体の内径面及び外径面の双方、或いは、いずれか一方は、各ポケットの一方側に立ち上げられた一対の爪部から当該ポケットの他方側に向うに従って公転軸に沿った方向に対して所定角度で傾斜し、かつ、当該内径面と外径面とで構成される当該保持器本体の輪郭は、公転軸に沿って先細り形状を成していることを特徴とする請求項１に記載の軸受用保持器。
3. 内径面は、公転軸に沿った方向に対して所定角度で連続的に大径化するように傾斜しており、外径面は、公転軸に沿った方向に対して所定角度で連続的に小径化するように傾斜していることを特徴とする請求項１又は２に記載の軸受用保持器。
4. 保持器本体には、各ポケットの他方側を閉塞する部分において、その内径側及び外径側の双方の端部にそれぞれＲ面取りが施されていることを特徴とする請求項２又は３に記載の軸受用保持器。
5. 軸受用保持器は、ポリアミド樹脂及びその樹脂中にガラス繊維又は炭素繊維を１０〜４０質量％含有させた樹脂組成物、或いは、エンジニアリング樹脂及びその樹脂中にガラス繊維及び炭素繊維を１０〜４０質量％含有させた樹脂組成物を用いて形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の軸受用保持器。
6. 請求項１〜５のいずれかに記載の軸受用保持器を適用した軸受であって、
   相対回転可能に対向配置された軌道輪と、軌道輪間に組み込まれた複数の転動体と、複数の転動体を回転可能に保持しつつ、軸受回転中において、各転動体と共に軌道輪間に沿って公転する中空円環状の軸受用保持器とを備えていることを特徴とする軸受。

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