JP2016109173A - 合成樹脂製保持器および玉軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】高速回転域で使用したときに異常発熱と保持器摩耗が生じにくく、また軸受回転中に保持器の振動による異音が生じにくい合成樹脂製保持器を提供する。
【解決手段】合成樹脂製の２枚の環状体１０の各対向面１１に、玉軸受の玉５を収容する複数のポケット１２が周方向に間隔をおいて形成された合成樹脂製保持器において、各ポケット１２の周方向両端部には、玉５の外周に沿う第１凹球面２５が形成され、各ポケット１２の軸方向両端部には、玉５のピッチ円Ｐよりも外径側で玉５の外周に沿う第２凹球面２６と、玉５のピッチ円よりも内径側で玉５の外周に沿って保持器６の半径方向に延びる円筒面２７とが形成されている構成を採用する。
【選択図】図６

Description

この発明は、合成樹脂製保持器、およびその合成樹脂製保持器を用いた玉軸受に関する。

一般に、玉軸受は、内輪と、外輪と、内輪と外輪の間に周方向に間隔をおいて組み込まれた複数の玉と、その玉を保持する保持器とからなる。そして、モータ用の玉軸受では、剛性の高い金属製保持器を採用したものが多かったが、近年においては、金属製保持器よりも静粛性が高く軽量な合成樹脂製保持器を採用したものが多くなってきている。

合成樹脂製保持器として、軸方向に対向する２枚の合成樹脂製の環状体からなり、その２枚の環状体の各対向面に、玉を収容する複数のポケットが周方向に間隔をおいて形成されている（例えば、特許文献１）。

特許文献１の合成樹脂製保持器は、各ポケットの周方向両端部に、グリースを溜める矩形断面のグリース溜りが形成され、各ポケットの軸方向両端部に、玉の外周に沿う凹球面が形成されている。ポケットの軸方向両端部に玉の外周に沿う凹球面が形成されたこの合成樹脂製保持器を、高速回転するモータ用の玉軸受に使用した場合、軸受の異常発熱や保持器の異常摩耗が生じることがあった。

ここで、軸受の異常発熱や保持器の異常摩耗の原因は、次のように考えられる。すなわち、合成樹脂製保持器が高速回転したとき、合成樹脂製保持器には大きな遠心力が作用する。このとき、合成樹脂製保持器が遠心力で拡径変形すると、保持器の拡径変形に伴って保持器のポケットも外径側に移動するので、内径側のポケット隙間（ポケット内面と玉の隙間）が減少する。また、合成樹脂製保持器が遠心力で拡径変形すると、保持器のポケットが周方向に引き伸ばされるので、ポケットの軸方向の幅が狭まり、軸方向のポケット隙間が減少する。これらの現象が同時に起きることで、保持器のポケットの軸方向両端部（特に内径側の部分）が玉に干渉し、軸受の異常発熱や保持器の異常摩耗が生じる。

このような軸受の異常発熱や保持器の異常摩耗を防止するため、本願の出願人は、特許文献２に記載の合成樹脂製保持器を提案している。

特許文献２の合成樹脂製保持器は、玉軸受の玉を収容する各ポケットの周方向両端部に、玉の外周に沿った凹球面を形成するとともに、各ポケットの軸方向両端部に、玉の外周に沿って保持器の半径方向に延びる円筒面を形成している。この合成樹脂製保持器は、ポケットの軸方向両端部が、保持器の半径方向に延びる円筒面とされているので、保持器が拡径変形することにより保持器のポケットが外径側に移動する現象と、保持器のポケットが周方向に引き伸ばされることによりポケットの軸方向の幅が狭まる現象とが同時に起きたときに、保持器のポケットの軸方向両端部が玉に干渉しにくい。

特開２００８−６４１５７号公報 特開２０１３−７４６８号公報

本願の発明者らは、特許文献２のように、ポケットの軸方向両端部が円筒面とされた合成樹脂製保持器を試作し、その保持器を玉軸受に組み込んで評価を行なったところ、軸受回転中に保持器が振動して異音を生じるおそれがあることが分かった。

この発明が解決しようとする課題は、高速回転域で使用したときに異常発熱と保持器摩耗が生じにくく、また軸受回転中に保持器の振動による異音が生じにくい合成樹脂製保持器を提供することである。

本願の発明者らは、ポケットの軸方向両端部が円筒面とされた合成樹脂製保持器を玉軸受に組み込んで玉軸受を回転させたときに、保持器が振動して異音を生じる原因を調査した。その結果、玉の自転運動がグリースを介して保持器に伝達することが原因で、保持器の振動が生じることが分かった。すなわち、ポケットの軸方向両端部を円筒面としたときに、内輪と外輪の間の軸受空間に封入された潤滑用のグリースが、保持器のポケットの円筒面と玉の外周面との間に過剰に侵入し、そのグリースを介して保持器が自転中の玉の表面に引きずられ、保持器の振動が生じることが分かった。

かかる知見に基づき、この発明では、上記の課題を解決する手段として、以下の構成の合成樹脂製保持器を提供する。
軸方向に対向する合成樹脂製の２枚の環状体を有し、その２枚の環状体の各対向面に、玉軸受の玉を収容する複数のポケットが周方向に間隔をおいて形成された合成樹脂製保持器において、
前記各ポケットの周方向両端部には、前記玉の外周に沿う第１凹球面が形成され、
前記各ポケットの軸方向両端部には、前記玉のピッチ円よりも外径側で前記玉の外周に沿う第２凹球面と、前記玉のピッチ円よりも内径側で前記玉の外周に沿って保持器の半径方向に延びる円筒面とが形成されていることを特徴とする合成樹脂製保持器。

このようにすると、保持器のポケットの第２凹球面が玉のピッチ円よりも外径側で玉の外周に沿っているので、保持器のポケットと玉の外周面との間の隙間の大きさが玉のピッチ円の外径側で小さく抑えられ、保持器のポケットと玉の外周面との間にグリースが過剰に侵入するのを防止することができる。そのため、軸受回転中に保持器がグリースを介して自転中の玉の表面に引きずられる現象を防止することができ、保持器の振動による異音を防止することができる。また、保持器のポケットの軸方向両端部に、玉のピッチ円よりも内径側で玉の外周に沿って保持器の半径方向に延びる円筒面が形成されているので、保持器が拡径変形することにより保持器のポケットが外径側に移動する現象と、保持器のポケットが周方向に引き伸ばされることによりポケットの軸方向の幅が狭まる現象とが同時に起きたときに、保持器のポケットの軸方向両端部が玉に干渉するのを防止することができる。そのため、高速回転域で使用したときに、保持器と玉の干渉による異常発熱や保持器摩耗が生じない。

前記第２凹球面は、玉の進行方向と平行な円筒状底面を挟んで周方向両側に分割して形成すると好ましい。

このようにすると、玉の遅れまたは進みにより、玉がポケットの周方向両端部の第１凹球面に接触するときに、玉がポケットの軸方向両端部の第２凹球面に接触するのを防止することができる。そのため、２枚の環状体を離反させる方向の軸方向分力が生じにくく、保持器の耐久性を確保することができる。

前記第２凹球面は、前記第１凹球面の曲率半径よりも大きい曲率半径をもつように形成すると好ましい。

このようにすると、玉の遅れまたは進みにより、玉がポケットの周方向両端部の第１凹球面に接触するときに、玉がポケットの軸方向両端部の第２凹球面に接触するのを防止することができる。そのため、２枚の環状体を離反させる方向の軸方向分力が生じにくく、保持器の耐久性を確保することができる。

また、この発明では、上記の合成樹脂製保持器を用いた玉軸受として、内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪の間に形成される環状空間の軸方向両側を塞ぐように内輪と外輪の間に組み込まれたシール部材と、前記環状空間内に封入された潤滑用のグリースと、前記環状空間内に周方向に間隔をおいて組み込まれた複数の玉と、その玉を保持する上記の合成樹脂製保持器とを有するものを提供する。

この発明の合成樹脂製保持器は、保持器のポケットの第２凹球面が玉のピッチ円よりも外径側で玉の外周に沿っているので、保持器のポケットと玉の外周面との間の隙間の大きさが玉のピッチ円の外径側で小さく抑えられ、保持器のポケットと玉の外周面との間にグリースが過剰に侵入するのを防止することができる。そのため、軸受回転中に保持器がグリースを介して自転中の玉の表面に引きずられる現象を防止することができ、保持器の振動による異音を防止することができる。また、保持器のポケットの軸方向両端部に、玉のピッチ円よりも内径側で玉の外周に沿って保持器の半径方向に延びる円筒面が形成されているので、保持器が拡径変形することにより保持器のポケットが外径側に移動する現象と、保持器のポケットが周方向に引き伸ばされることによりポケットの軸方向の幅が狭まる現象とが同時に起きたときに、保持器のポケットの軸方向両端部が玉に干渉するのを防止することができる。そのため、高速回転域で使用したときに、保持器と玉の干渉による異常発熱や保持器摩耗が生じない。

この発明の実施形態の合成樹脂製保持器を組み込んだ玉軸受を示す断面図 図１に示す保持器を構成する２枚の環状体のうち一方の環状体を他方の環状体に対する対向面の側から見た図 図２に示す環状体の一部を拡大した図 図１に示す保持器を取り出して拡大した図 図４のV−V線に沿った断面図 図１に示す保持器の一部を内径側から見た斜視図

図１に、この発明の実施形態の合成樹脂製保持器を用いた玉軸受を示す。この玉軸受は、内輪１と、外輪２と、内輪１と外輪２の間に形成される環状空間３の軸方向両側を塞ぐように内輪１と外輪２の間に組み込まれた一対のシール部材４と、環状空間３に周方向に間隔をおいて組み込まれた複数の玉５と、玉５を保持する保持器６とを有する。

内輪１の外周には、周方向に延びる断面円弧状の軌道溝７が設けられている。外輪２の内周にも、周方向に延びる断面円弧状の軌道溝８が設けられている。玉５は、内輪１の軌道溝７と外輪２の軌道溝８の両者に転がり接触している。

一対のシール部材４は、玉５と保持器６を間にして軸方向に対向するように組み付けられている。各シール部材４の外周は、外輪２の軌道溝８の溝肩に形成されたシール溝９に固定されている。各シール部材４の内周は内輪１の外周に摺接している。シール部材４は、内輪１と外輪２の間の環状空間３内に封入された潤滑用のグリース（図示せず）が玉軸受の外部に漏れるのを防止している。グリースは、鉱油や合成油などのベースオイルと、このベースオイル中に分散してベースオイルを半固体の状態にする増ちょう剤とを含む半固体の潤滑剤である。

保持器６は、軸方向に対向する２枚の環状体１０からなる。図２に示すように、２枚の環状体１０の各対向面１１には、玉５を収容する複数のポケット１２が周方向に等間隔に形成されている。

各環状体１０は、合成樹脂を射出成形して形成されている。２枚の環状体１０は同一形状であり、同一の金型で成形することが可能である。各環状体１０を形成する合成樹脂は、ポリアミド（例えばＰＡ４６）である。ポリアミドに代えて、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等を採用することも可能である。また、各環状体１０を形成する合成樹脂には、強度を高めるために、ガラス繊維が２０〜３０重量％添加されている。ガラス繊維に代えて、カーボン繊維、アラミド繊維等の繊維を添加することも可能である。

図５に示すように、各環状体１０は、ポケット１２の内面を形成する弧状のポケット壁部１３と、隣り合うポケット壁部１３同士を連結する平板状の連結板部１４とからなる。ポケット壁部１３は、環状体１０の周方向に等間隔に配置されている。各ポケット壁部１３は、軸方向に凹に湾曲した弧状に形成されている。

連結板部１４は、２枚の環状体１０を結合したときに面接触する合わせ面１５を有する。合わせ面１５の中央には、軸方向に突出する結合爪１６と、もう一方の環状体１０の結合爪１６を受け入れるように形成された結合孔１７とが設けられている。結合爪１６は、結合孔１７の内面に形成された段部１８に係合する鈎部１９を有する。これにより、２枚の環状体１０を軸方向に近づけて結合爪１６を結合孔１７に挿入したときに、鈎部１９と段部１８が係合し、その係合によって結合爪１６が結合孔１７から抜け止めされ、２枚の環状体１０が結合するようになっている。

連結板部１４は、合わせ面１５の一端に軸方向に突出する突出壁部２０を有し、合わせ面１５の他端に収容凹部２１を有する。収容凹部２１は、２枚の環状体１０を結合したときに他方の環状体１０の突出壁部２０を受け入れる部分である。この突出壁部２０および収容凹部２１を連結板部１４に設けることによって、２枚の環状体１０を結合したときの環状体１０の合わせ目が、ポケット１２の軸方向中央からずれた位置にくるようになっている。これにより、軸受回転中、玉５の遅れまたは進みにより玉５が連結板部１４に接触するときに、２枚の環状体１０の合わせ目の位置に接触するのを防止することができるので、玉５を安定して保持することが可能となる。

突出壁部２０と収容凹部２１は、２枚の環状体１０を結合した状態で、突出壁部２０と収容凹部２１の間に周方向および軸方向の隙間２２，２３が生じる大きさとされている。具体的には、２枚の環状体１０を結合した状態で、突出壁部２０のポケット１２に面する側とは反対側の側面と収容凹部２１の内面との間に周方向の隙間２２が形成され、突出壁部２０の軸方向の先端と収容凹部２１の内面との間に軸方向の隙間２３が形成されている。これにより、環状体１０を射出成形した後の収縮差により突出壁部２０と収容凹部２１が干渉するのを防止することができ、２枚の環状体１０の連結板部１４の合わせ面１５同士を確実に密着させることが可能となっている。

図３に示すように、各ポケット１２の周方向両端部には、玉５の外周に沿う第１凹球面２５が形成されている。第１凹球面２５は、玉５のピッチ円Ｐと直交する領域をもつ部分凹球面であり、玉５を間に挟んで玉５の進行方向の前後に対向して配置されている。第１凹球面２５の曲率半径は、玉５の半径よりもわずかに大きい。玉５のピッチ円Ｐは、各玉５の中心を共通して通る仮想の円である。

図３、図４に示すように、各ポケット１２の軸方向両端部には、玉５のピッチ円Ｐよりも外径側で玉５の外周に沿う第２凹球面２６と、玉５のピッチ円Ｐよりも内径側で玉５の外周に沿う円筒面２７とが形成されている。第２凹球面２６は、玉５のピッチ円Ｐよりも外径側部分を間に挟んで軸方向に対向して配置された部分凹球面である。円筒面２７は、玉５のピッチ円Ｐよりも内径側部分を間に挟んで軸方向に対向して配置されている。円筒面２７は、その筒軸方向が保持器６の半径方向となるように形成された部分円筒面であり、玉５の外周に沿って保持器６の半径方向に延びている。

第２凹球面２６は、その径方向内端が玉５のピッチ円Ｐとほぼ同じ位置となるように形成されている。また、円筒面２７は、ポケット壁部１３の内面の玉５のピッチ円Ｐよりも内径側の領域から、玉５のピッチ円Ｐよりも外径側の領域のうちの第２凹球面２６を挟んだ周方向の両側の部分にわたって形成されている。

図５に示すように、円筒面２７の半径は、第１凹球面２５の曲率半径よりもわずかに大きい。第１凹球面２５の周囲には、第１凹球面２５と円筒面２７の間を接続する平坦面２８（図４参照）が形成されている。弧状のポケット壁部１３の底部に相当する位置に円筒状底面２９が形成されている。円筒状底面２９は、その筒軸方向が玉５の進行方向（すなわち保持器６の周方向）となるように形成された部分円筒面である。第２凹球面２６は、この円筒状底面２９を挟んで周方向両側に分割して形成されている。円筒状底面２９の幅は、玉５の進行方向の前後一対の第１凹球面２５の間での玉５の動き代と同程度の微小な幅とされている。第２凹球面２６の曲率半径は、第１凹球面２５の曲率半径と同じか、それよりもわずかに大きく設定されている。

この玉軸受は、ｄｍｎ値（玉軸受の回転数（ｒｐｍ）と玉５のピッチ円径（ｍｍ）との積）が１００万を超える高速回転域で使用した場合、保持器６も高速回転し、保持器６に大きな遠心力が作用する。このとき、保持器６が遠心力で拡径変形すると、その拡径変形に伴ってポケット１２も外径側に移動する。また、保持器６が遠心力で拡径変形すると、保持器６のポケット１２が周方向に引き伸ばされるので、ポケット１２の軸方向の幅が狭まる。

ここで、仮に、ポケット壁部１３の内面の玉５のピッチ円Ｐよりも内径側の領域を円筒面２７としたこの実施形態の保持器６にかえて、ポケット壁部１３の内面の玉５のピッチ円Ｐよりも外径側の領域と内径側の領域を全域にわたって凹球面とした従来の保持器を使用した場合、ポケット１２の軸方向両端部（特に、玉５のピッチ円Ｐよりも内径側の部分）が玉５に干渉し、軸受の異常発熱や保持器の異常摩耗が生じる可能性がある。

これに対し、この実施形態の保持器６は、保持器６のポケット１２の軸方向両端部に、玉５のピッチ円Ｐよりも内径側で玉５の外周に沿って保持器６の半径方向に延びる円筒面２７が形成されているので、保持器６が拡径変形することにより保持器６のポケット１２が外径側に移動する現象と、保持器６のポケット１２が周方向に引き伸ばされることによりポケット１２の軸方向の幅が狭まる現象とが同時に起きたときに、保持器６のポケット１２の軸方向両端部が玉５に干渉するのを防止することができる。そのため、高速回転域で使用したときに、保持器６と玉５の干渉による軸受の異常発熱や保持器６の異常摩耗が生じない。

また、この実施形態の保持器６は、保持器６のポケット１２の第２凹球面２６が玉５のピッチ円Ｐよりも外径側で玉５の外周に沿っているので、保持器６のポケット１２と玉５の外周面との間の隙間の大きさが玉５のピッチ円Ｐの外径側で小さく抑えられ、保持器６のポケット１２と玉５の外周面との間にグリースが過剰に侵入するのを防止することができる。そのため、軸受回転中に保持器６のポケット壁部１３の内面がグリースを介して自転中の玉５の表面に引きずられる現象を防止することができ、保持器６の振動による異音を防止することができる。

また、この実施形態の保持器６は、玉５の進行方向と平行な円筒状底面２９を挟んで周方向両側に第２凹球面２６を分割しているので、玉５の遅れまたは進みにより、玉５がポケット１２の周方向両端部の第１凹球面２５に接触するときに、玉５がポケット１２の軸方向両端部の第２凹球面２６に接触するのを防止することができる。そのため、２枚の環状体１０を離反させる方向の軸方向分力が生じにくく、保持器６の耐久性を確保することができる。

この実施形態では、円筒状底面２９を挟んで周方向両側に第２凹球面２６を分割したが、円筒状底面２９を設けずに、弧状のポケット壁部１３の底部に相当する位置を周方向にまたがってひとつながりに第２凹球面２６を形成してもよい。この場合、第２凹球面２６は、第１凹球面２５の曲率半径よりも大きい曲率半径をもつように形成すると好ましい。このようにすると、玉５の遅れまたは進みにより、玉５がポケット１２の周方向両端部の第１凹球面２５に接触するときに、玉５がポケット１２の軸方向両端部の第２凹球面２６に接触するのを防止することができる。そのため、２枚の環状体１０を離反させる方向の軸方向分力が生じにくく、保持器６の耐久性を確保することができる。

上記実施形態では、２枚の環状体１０を結合爪１６と結合孔１７とで結合した合成樹脂製保持器６を例に挙げて説明したが、この発明は、２枚の環状体１０の連結板部１４同士をリベット等の別部材で結合した合成樹脂製保持器にも適用することが可能である。

今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 内輪
２ 外輪
３ 環状空間
４ シール部材
５ 玉
６ 保持器
１０ 環状体
１１ 対向面
１２ ポケット
２５ 第１凹球面
２６ 第２凹球面
２７ 円筒面
２９ 円筒状底面
Ｐ 玉のピッチ円

Claims (4)

1. 軸方向に対向する合成樹脂製の２枚の環状体（１０）を有し、その２枚の環状体（１０）の各対向面（１１）に、玉軸受の玉（５）を収容する複数のポケット（１２）が周方向に間隔をおいて形成された合成樹脂製保持器において、
   前記各ポケット（１２）の周方向両端部には、前記玉（５）の外周に沿う第１凹球面（２５）が形成され、
   前記各ポケット（１２）の軸方向両端部には、前記玉（５）のピッチ円（Ｐ）よりも外径側で前記玉（５）の外周に沿う第２凹球面（２６）と、前記玉（５）のピッチ円よりも内径側で前記玉（５）の外周に沿って保持器（６）の半径方向に延びる円筒面（２７）とが形成されていることを特徴とする合成樹脂製保持器。
2. 前記第２凹球面（２６）は、玉（５）の進行方向と平行な円筒状底面（２９）を挟んで周方向両側に分割して形成されている請求項１に記載の合成樹脂製保持器。
3. 前記第２凹球面（２６）は、前記第１凹球面（２５）の曲率半径よりも大きい曲率半径を有する請求項１または２に記載の合成樹脂製保持器。
4. 内輪（１）と、外輪（２）と、前記内輪（１）と前記外輪（２）の間に形成される環状空間（３）の軸方向両側を塞ぐように内輪（１）と外輪（２）の間に組み込まれたシール部材（４）と、前記環状空間（３）内に封入された潤滑用のグリースと、前記環状空間（３）内に周方向に間隔をおいて組み込まれた複数の玉（５）と、その玉（５）を保持する請求項１から３のいずれかに記載の合成樹脂製保持器（６）とを有する玉軸受。

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