JP2012102845A - 玉軸受用保持器および玉軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】 玉による潤滑油の剪断抵抗を起因とするトルクを容易に低減させる。
【解決手段】 軸方向に向き合う二枚の環状体１０の対向面に玉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、隣接するポケット１２間に位置する柱部１１の対向面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、環状体１０の柱部１１に、その軸方向に貫通する孔１７を設ける。
【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したり、内外輪などの他部品と干渉する可能性がある。

このような懸念を解消するため、軸方向で対称な形状を有する保持器が種々提案されている（例えば、特許文献２参照）。この特許文献２に開示された保持器は、一対の環状体を互いに軸方向に結合させた構造を備え、円環状の基部と、その基部から等間隔で立設する柱部とが一体に成形されており、環状体同士を一方の柱部が他方の柱部間の中間点に位置するように対向させ、隣接する柱部間で玉を保持するためのポケットを形成するように結合させたものである。

特開平９−１５１９４３号公報 特開２００９−１１５１２８号公報

近年、自動車用途の玉軸受においては、燃費向上などの環境問題からもトルク低減が求められている。油浴潤滑下で使用される玉軸受におけるトルクの中で、保持器と玉との間で発生するトルクは、玉による潤滑油の剪断抵抗が多くの割合を占めている。また、その剪断抵抗のほとんどがポケットの内面とそのポケットに収容された玉との間に形成された油膜を剪断する時に発生するものである。

ところで、軸方向で対称な形状を有する特許文献２の保持器では、その保持器を組み込んだ玉軸受の内部を潤滑油が通過する時、内輪の外径と保持器との間、外輪の内径と保持器との間から、保持器のポケット内の玉に向けて潤滑油が流れ込むため、その潤滑油の剪断抵抗が大きくなり、その剪断抵抗により軸受のトルク（発熱）が大きくなる。また、保持器のポケットの内周面が、玉の外径形状に沿うような単一の曲面で形成されている場合、ポケットの内周面と玉の外周面との間の微小な隙間を潤滑油が通過しようとするために抵抗が発生し、その抵抗が軸受のトルクを大きくする一つの要因となっている。

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、玉による潤滑油の剪断抵抗を起因とするトルクを容易に低減させ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、隣接するポケット間に位置する柱部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、環状体の柱部に、その軸方向に貫通する孔を設けたことを特徴とする。

本発明では、環状体の柱部にその軸方向に貫通する孔を設けたことにより、軸受内部を潤滑油が通過する時、柱部の孔にも潤滑油が通過するようになることから、内輪の外径と保持器との間、外輪の内径と保持器との間から、保持器のポケット内の玉に向けて流れ込む潤滑油の量を低減させることができるので、その潤滑油の剪断抵抗を小さくすることができる。

また、本発明では、環状体のポケットの内周面に凹部を設けた構造が望ましい。このような構造とすれば、ポケットの内周面における玉との接触面積を低減することができるので、玉とポケットの内周面との間に形成される油膜量を少なくすることができる。玉の転動時に剪断する油膜量が少なくなることから、玉による潤滑油の剪断抵抗をより一層低減することが可能となる。

さらに、本発明では、環状体の軸方向端部に、径方向に延びる鍔部を設けた構造が望ましい。このような構造とすれば、軸受内外輪の鍔部と対応する部位との間にラビリンスを形成することができ、保持器の鍔部と軸受内外輪との間に形成されたラビリンスにより軸受内部に流入する潤滑油の量を低減させることができるので、その潤滑油の剪断抵抗をより一層小さくすることができる。

本発明における保持器は、一方の環状体のポケットの周方向端部外径側を軸方向に延出させて外径側凸部を形成してその内周面を転動体と当接可能にすると共に内径側を凹ませて内径側凹部を形成し、かつ、他方の環状体のポケットの周方向端部内径側を軸方向に延出させて内径側凸部を形成してその内周面を転動体と当接可能に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構造が望ましい。

このようにすれば、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、ポケットの一方の周方向端部に外径側凸部および内径側凹部を形成すると共に、他方の周方向端部に内径側凸部および外径側凹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。

なお、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。この環状体を構成する合成樹脂としては、ポリアミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂あるいはポリフェニレンサルファイド樹脂から選択されたいずれか一つが好適である。

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、環状体の柱部にその軸方向に貫通する孔を設けたことにより、軸受内部を潤滑油が通過する時、柱部の孔にも潤滑油が通過するようになることから、内輪の外径と保持器との間、外輪の内径と保持器との間から、保持器のポケット内の玉に向けて流れ込む潤滑油の量を低減させることができるので、その潤滑油の剪断抵抗を小さくすることができる。その結果、玉による潤滑油の剪断抵抗により保持器と玉との間に発生するトルクを低減させることが容易となる。これにより、近年における燃費向上などの環境問題に適合した自動車用途の玉軸受を容易に提供できる。

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。 図１の保持器を構成する二枚の環状体を示す組立完了斜視図である。 結合前の二枚の環状体を示す部分展開図である。 図３のＡ−Ａ線に沿う断面図である。 図３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６のＣ−Ｃ線に沿う断面図である。 図６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。 本発明の他の実施形態で、結合前の二枚の環状体を示す部分展開図である。 図１０のＥ−Ｅ線に沿う断面図である。 本発明の他の実施形態で、結合後の二枚の環状体を示す部分展開図である。 図１２のＦ−Ｆ線に沿う断面図である。 本発明の他の実施形態で、鍔部付き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。なお、この実施形態の玉軸受は、特に、電動車両やハイブリッド車両において油浴潤滑下で使用される自動車用途の高回転軸受に好適である。

この実施形態の玉軸受１は、図９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転動体である玉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。この内輪２あるいは外輪３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、高速回転下において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て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および図２に示すように、軸方向に向き合う二枚の環状体１０の対向面に玉４（図９参照）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の隣接するポケット１２間に位置する柱部１１の対向面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。なお、図１は二枚の環状体１０を結合させる前の状態を示し、図２は二枚の環状体１０を結合させた後の状態を示す。

二枚の環状体１０のそれぞれは、隣接するポケット１２間に位置する柱部１１に、その軸方向に貫通する孔１７を形成している。このように、環状体１０の柱部１１にその軸方向に貫通する孔１７を設けたことにより、軸受内部を潤滑油が通過する時、柱部１１の孔１７にも潤滑油が通過するようになることから、内輪２（図９参照）の外径と保持器５との間、外輪３の内径と保持器５との間から、保持器５のポケット１２内の玉４に向けて流れ込む潤滑油の量を低減させることができるので、その潤滑油の剪断抵抗を小さくすることができる。なお、この実施形態では、孔１７の開口形状を円形としているが、他の形状として角形であってもよく、その開口形状は任意である。

この実施形態の保持器５は、以上で説明した二枚の環状体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３は結合前の二枚の環状体１０を示し、図４は図３のＡ−Ａ線に沿う断面で、図５は図３のＢ−Ｂ線に沿う断面である。同図に示すように、二枚の環状体１０のそれぞれは、ポケット１２の一方の周方向端部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、ポケット１２の他方の周方向端部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。

このように、二枚の環状体１０のそれぞれで、ポケット１２の一方の周方向端部に外径側凸部１３および内径側凹部１４を形成すると共に、他方の周方向端部に内径側凸部１５および外径側凹部１６を形成した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。

この構造において、一方の環状体１０の外径側凸部１３を他方の環状体１０の外径側凹部１６に挿入すると共に一方の環状体１０の内径側凸部１５を他方の環状体１０の内径側凹部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（図４および図５参照）。

図６は結合後の二枚の環状体１０を示し、図７は図６のＣ−Ｃ線に沿う断面で、図８は図６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。

このように、環状体１０のポケット１２の周方向両端部に、外径側凸部１３および内径側凹部１４と内径側凸部１５および外径側凹部１６からなる結合部を設けたことにより、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、前述の結合部により玉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６参照）。

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４および図５参照）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７および図８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。

図１０〜図１３は本発明の他の実施形態を示す。なお、図１０は結合前の二枚の環状体１０を示し、図１１は図１０のＥ−Ｅ線に沿う断面である。また、図１２は結合後の二枚の環状体１０を示し、図１３は図１２のＦ−Ｆ線に沿う断面である。この実施形態では、環状体１０のポケット１２の内周面に凹部１８を周方向に沿う溝状に設けている。この凹部１８は環状体１０のポケット１２の軸方向両側に形成したことにより、ポケット１２の内周面における玉４との接触面積を低減することができるので、玉４とポケット１２の内周面との間に形成される油膜量を少なくすることができる。玉４の転動時に剪断する油膜量が少なくなることから、玉４による潤滑油の剪断抵抗をより一層低減することが可能となる。

さらに、図１４は本発明の他の実施形態を示す。この実施形態では、環状体１０の軸方向端部の内径側および外径側に、径方向に延びる鍔部２０を設けると共に、内輪２および外輪３の鍔部２０と対応する部位に、鍔部２０とでラビリンス１９が形成される凹溝２１を形成している。前述の鍔部２０は、軸方向と直交する方向に延びるように形成され、これに対して、凹溝２１は、内外輪２，３の軸方向端部を段差状に凹ますようにして形成されている。

このような構造とすることにより、保持器５の鍔部２０と内外輪２，３の凹溝２１との間にラビリンス１９を形成することができ、この鍔部２０および凹溝２１で構成されたラビリンス１９により軸受内部に流入する潤滑油の量を低減させることができるので、その潤滑油の剪断抵抗をより一層小さくすることができる。また、環状体１０に一体的に設けられた鍔部２０と内外輪２，３に一体的に形成された凹溝２１とでラビリンス１９を形成しているので、保持器５と内外輪２，３の形状変更だけで済むため、部品点数および組立工数の削減が図れてコスト低減化が容易となる。

なお、以上で説明した環状体１０は、保持器５の軽量化を図るために合成樹脂製としている。この環状体１０を構成する合成樹脂としては、コスト面や耐油性の点を考慮すれば、ポリアミド樹脂（ＰＡ４６、ＰＡ６６、ＰＡ９Ｔ、ＰＡ１１、ＰＡ６等）、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）あるいはポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）から選択されたいずれか一つが好適である。

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 柱部
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 孔
１８ 凹部
２０ 鍔部
θ 傾斜角度

Claims (10)

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、隣接する前記ポケット間に位置する柱部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、前記環状体の柱部に、その軸方向に貫通する孔を設けたことを特徴とする玉軸受用保持器。
2. 前記環状体のポケットの内周面に凹部を設けた請求項１に記載の玉軸受用保持器。
3. 前記環状体の軸方向端部に、径方向に延びる鍔部を設けた請求項１又は２に記載の玉軸受用保持器。
4. 一方の環状体のポケットの周方向端部外径側を軸方向に延出させて外径側凸部を形成してその内周面を前記玉と当接可能にすると共に内径側を凹ませて内径側凹部を形成し、かつ、他方の環状体のポケットの周方向端部内径側を軸方向に延出させて内径側凸部を形成してその内周面を前記玉と当接可能に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係合面の傾斜角度を５°以上とした請求項４に記載の玉軸受用保持器。
6. 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４又は５に記載の玉軸受用保持器。
7. 前記ポケットの一方の周方向端部に外径側凸部および内径側凹部を形成すると共に、他方の周方向端部に内径側凸部および外径側凹部を形成した請求項４〜６のいずれか一項に記載の玉軸受用保持器。
8. 前記環状体は合成樹脂製である請求項１〜７のいずれか一項に記載の玉軸受用保持器。
9. 前記合成樹脂は、ポリアミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂あるいはポリフェニレンサルファイド樹脂から選択されたいずれか一つである請求項８に記載の玉軸受用保持器。
10. 請求項１〜９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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