JP2017009022A - 保持器および深溝玉軸受 - Google Patents
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Abstract
【課題】静粛で内外輪間でのトルク伝達性能に優れ、しかも一層低トルクの玉軸受を提供可能とする。
【解決手段】周方向に沿って所定間隔で配設された半球状膨出部9を有する一対の環状部材8,8を結合することにより、対向する半球状膨出部9,9でボール6を保持するポケット11を形成した保持器7であって、各ポケット11のボール対向面12に反ボール側に窪んだ凹状のボール非接触部14を設けたものにおいて、ボール非接触部14は、ボール対向面12のうち、ボール6のピッチ円PCDと、ボール対向面12の周方向中央部を通って径方向に延びる直線Lとの交点Pを含む所定領域A外に設けられ、かつ、外径側の端部が環状部材8の外径面8aに開口している。
【選択図】図4
【解決手段】周方向に沿って所定間隔で配設された半球状膨出部9を有する一対の環状部材8,8を結合することにより、対向する半球状膨出部9,9でボール6を保持するポケット11を形成した保持器7であって、各ポケット11のボール対向面12に反ボール側に窪んだ凹状のボール非接触部14を設けたものにおいて、ボール非接触部14は、ボール対向面12のうち、ボール6のピッチ円PCDと、ボール対向面12の周方向中央部を通って径方向に延びる直線Lとの交点Pを含む所定領域A外に設けられ、かつ、外径側の端部が環状部材8の外径面8aに開口している。
【選択図】図4
Description
本発明は、保持器およびこれを備える深溝玉軸受に関する。
周知のように、転がり軸受の一種である深溝玉軸受(以下、単に「玉軸受」ともいう)は、複数のボールを介して相対回転する内輪および外輪と、内外輪間に配置され、ボールを周方向所定間隔で保持する保持器とを備える。
玉軸受用の保持器100としては、例えば、図10に示すように、周方向に沿って所定間隔で配設された半球状膨出部102を有する一対の環状部材101,101をリベット等の締結具104で結合することにより、対向する半球状膨出部102,102でボールを保持するポケット103を形成した、いわゆる波型保持器が使用される場合が多い。
ところで、特に、トランスミッションをはじめとする自動車の駆動系に組み込まれる玉軸受においては、自動車の低燃費化を推進するために低トルク化を強く求められている。玉軸受においては、種々の要因によってトルクが発生するが、保持器を要因として発生するトルクは、ボールが転動するのに伴ってボールとポケットの間に形成される油膜がせん断されることで生じるせん断抵抗と、ボールとポケットの間の微小なすきま(ポケットすきま)を潤滑油等の潤滑剤が通過する際に生じる抵抗とが多くの割合を占めている。
そこで、本出願人は、下記の特許文献1において、各ポケットのボール対向面(半球状膨出部の内面)に反ボール側に窪んだ凹状のボール非接触部を設け、ポケットとボールの接触面積を、ボール非接触部を設けないときにおけるポケットとボールの接触面積よりも15〜30%低減させた保持器を提案している。このようなボール非接触部を設けておけば、ポケットすきまのすきま幅が部分的に拡大することから、ポケットすきまを潤滑剤が通過する際の抵抗を低減できることに加え、ポケット(ボール対向面)とボールの間に形成される油膜のせん断抵抗を低減できる(∵油膜のせん断抵抗は、油膜厚さに反比例して大きくなる)。特に、ボール非接触部を設けたことによるポケットとボールの接触面積の低減量を上記範囲に設定したことにより、上記各種抵抗の低減を通じて軸受トルクを効果的に低減しつつ、ボール、ひいては玉軸受の良好な作動性を確保することができる。
本発明者が検証したところ、特許文献1の構成を有する保持器では、ボール対向面のうち、ボールの接触頻度が高い領域にボール非接触部が設けられているため、軸受運転時に異音が発生し易く、また、内外輪間で適切にトルク伝達が行われない場合があることが判明した。さらに、近年、自動車の低燃費化競争が益々激しさを増していることなどから、玉軸受を一層低トルク化する必要が生じている。
上記の実情に鑑み、本発明の課題は、軸受トルクを一層低減することができ、しかも静粛で内外輪間でのトルク伝達性能に優れた玉軸受を実現することのできる保持器を提供することにある。
上記の課題を解決するために創案された本発明は、周方向に沿って所定間隔で配設された半球状膨出部を有する一対の環状部材を結合することにより、対向する半球状膨出部でボールを保持するポケットを形成した保持器であって、各ポケットのボール対向面に反ボール側に窪んだ凹状のボール非接触部を設けたものにおいて、ボール非接触部は、ボール対向面のうち、ボールのピッチ円と、ボール対向面の周方向中央部を通って径方向に延びる直線との交点を含む所定領域外に設けられ、かつ、外径側の端部が環状部材の外径面に開口していることを特徴とする。なお、本発明でいう「周方向」および「径方向」とは、それぞれ、本発明に係る保持器が組み込まれる玉軸受(深溝玉軸受)の周方向および径方向である。また「外径側」とは、上記径方向において軸受中心から外側に向かう方向であり、「内径側」とは、上記径方向において軸受中心側に向かう方向のことである。
本発明では、ボール非接触部を、ボール対向面のうち、ボールのピッチ円と、ボール対向面の周方向中央部を通って径方向に延びる直線との交点を含む所定領域(一言で言えば、ボール対向面の略中央部)の外側、要するに、ボールの接触頻度が少ない領域に設けたことから、ボール非接触部を設けたことによるトルク低減効果を有効に享受しつつ、ポケット内でのボールのがたつきに起因した衝突音(異音)の発生、さらには内外輪間でのトルク伝達性能の低下を可及的に防止することができる。また、ボール非接触部の外径側の端部を、環状部材(半球状膨出部)の外径面に開口させているので、ポケットとボールの間に介在する潤滑剤を円滑に保持器外に排出することができる。これにより、特にボールによる油膜のせん断抵抗を一層低減し、軸受トルクを一層低減することができる。以上より、本発明によれば、一層低トルクで、静粛かつ内外輪間でのトルク伝達性能に優れた玉軸受を実現することが可能となる。
上記構成において、ボール非接触部を、内径側から外径側に向けてボールとの離間距離が徐々に拡大する断面くさび状に形成しておけば、軸受の運転時にポケットとボールの間に介在する潤滑剤に遠心力が作用するのに伴って、上記潤滑剤を一層円滑に保持器外に排出することができる。これにより、ポケットとボールの間に余剰の潤滑剤が介在することによる高トルク化を抑制することができる。また、ボールの周速は外径側ほど高くなるので、ボール非接触部を上記のような断面くさび状に形成しておけば、ボールによる油膜のせん断抵抗を低減する上でも有利となる。
ボール非接触部の内径側の端部は、ボール対向面の範囲内で終端させることができる他、環状部材の内径面に開口させることもできる。また、ボール非接触部は、周方向に離間した二箇所に設けることができる。
ボール非接触部は、例えば、半球状膨出部に反ボール側に突出する凸部を設けることによりボール対向面に生じた凹部で形成することができる。
以上の構成において、一対の環状部材は、例えば、金属板にプレス加工を施すことで成形されるプレス成形品、鋳造成形品、金属又は樹脂に切削等の機械加工を施すことで作製される機械加工品、および樹脂又は金属の射出成形品の群から選択される何れかとすることができる。
複数のボールを介して相対回転する外輪および内輪と、外輪と内輪の間に配置され、複数のボールを保持する保持器とを備えた深溝玉軸受において、本発明に係る保持器を用いれば、本発明に係る保持器が有する上記の特徴により、一層低トルクの深溝玉軸受を実現することができる。従って、この深溝玉軸受を、例えば自動車のトランスミッションに組み込んで使用すれば、自動車の低燃費化に貢献することができる。
以上より、本発明によれば、軸受トルクを一層低減することができ、しかも静粛で内外輪間でのトルク伝達性能に優れた玉軸受を実現することのできる保持器を提供することができる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
図1は、本発明の第1実施形態に係る保持器を備えた深溝玉軸受(以下「玉軸受」という)の部分断面図である。この玉軸受1は、例えば、自動車の駆動系を構成するトランスミッションに組み込んで使用されるものであって、内周に円弧状の外側軌道面3を有する外輪2と、外周に円弧状の内側軌道面5を有する内輪4と、外側軌道面3と内側軌道面5の間に転動自在に配された複数のボール6と、ボール6を周方向所定間隔で保持する保持器7とを備える。この玉軸受1の内部潤滑は、例えば、図示しない給油機構から供給される潤滑油により、あるいは玉軸受1の一部を潤滑油中に浸漬させた状態で玉軸受1を運転することにより行われる。
保持器7は、図2に示すように、周方向に沿って所定間隔で配設された半球状膨出部9と、隣り合う半球状膨出部9を接続する接続部10とを一体に有する一対の環状部材8,8を、リベット等の締結具Cで結合することにより形成されたいわゆる波型保持器である。両環状部材8,8は、一方の環状部材8の接続部10を他方の環状部材8の接続部10に突き合わせた状態で締結具Cにより結合される。そのため、両環状部材8,8が結合された状態では、一方の環状部材8の半球状膨出部9と他方の環状部材8の半球状膨出部9とが互いに対向して、ボール6を保持するポケット11を形成する。
各半球状膨出部9の内面(各ポケット11のボール対向面12)には、反ボール側に窪んだ凹状のボール非接触部14が設けられている。ボール非接触部14は、図4に示すように、ボール対向面12のうち、ボール6のピッチ円PCDと、ボール対向面12の周方向中央部を通って径方向(図4において紙面上下方向)に延びる直線Lとの交点Pを含む所定領域Aの外側に設けられ、かつ、その外径側の端部は、環状部材8の外径面8a(半球状膨出部9の外径面)に開口している。なお、ボール非接触部14の内径側の端部は、環状部材8の内径面8bに開口しておらず、ボール対向面12の範囲内で終端している。本実施形態のボール非接触部14は、ボール対向面12の周方向略中央部に配置され、内径側の端部が相対的に外径側で終端した第1部分と、該第1部分の周方向両側に配置され、内径側の端部が相対的に内径側で終端した一対の第2部分とで構成された略凹字状をなし、その全体がピッチ円PCDよりも外径側に配置されている。
また、本実施形態のボール非接触部14は、図1に示すように、内径側から外径側に向けてボール6との離間距離(軸方向における離間距離)が徐々に拡大する断面くさび状に形成されている。
以上の構成を有する環状部材8は、金属板にプレス加工を施すことで成形されたプレス成形品とされる。すなわち、半球状膨出部9やボール非接触部14等、環状部材8の各部は、金属板にプレス加工を施すことで成形されており、ボール非接触部14は、図3(a)(b)に示すように、プレス加工に伴って反ボール側に突出する凸部13を有する半球状膨出部9が成形されることにより、ボール対向面12に生じた凹状部で構成される。なお、環状部材8の成形用金属板としては、例えば、SPCCやSPCD等に代表される冷間圧延鋼の板材を使用することができる。
以上で説明したように、本発明に係る保持器7においては、ボール非接触部14を、ボール対向面12のうち、ボール6のピッチ円PCDと、ボール対向面12の周方向中央部を通って径方向に延びる直線Lとの交点Pを含む所定領域Aの外側、要するに、ボール6の接触頻度が少ない領域(実質的にゼロの領域)に設けたことから、ボール非接触部14を設けたことによりトルク低減効果を有効に享受しつつ、ポケット11内でのボール6のがたつきに起因した異音の発生、さらには外輪2と内輪4の間におけるトルク伝達性能の低下を可及的に防止することができる。
また、半球状膨出部9に設けたボール非接触部14の外径側の端部を、環状部材8の外径面8aに開口させているので、図示しない給油機構から供給されてポケット11とボール6の間に介在する潤滑油を円滑に保持器7外に排出することができる。また、本実施形態では、ボール非接触部14を、内径側から外径側に向けてボール6との離間距離が徐々に拡大する断面くさび状に形成しているので、玉軸受1の運転に伴って軸受各部に作用する遠心力により、ポケット11とボール6の間に介在する潤滑油を保持器7の外側に一層円滑に排出することができる。さらに、本実施形態では、ボール非接触部14を、上記のような断面くさび状に形成し、かつその全体をボール6のピッチ円PCDよりも外径側に配置しているので、周速の早い位置における油膜のせん断抵抗を低減することができる。これらの相乗効果により、玉軸受1の大幅なトルク低減を図ることができる。
以上より、本発明に係る保持器7を用いれば、静粛かつ両輪2,4間でのトルク伝達性能に優れ、しかも大幅なトルク低減が図られた玉軸受1を実現することができる。従って、この玉軸受1を自動車の駆動系で使用すれば、当該自動車の低燃費化に貢献することができる。
図5に、本発明の第2実施形態に係る玉軸受用の保持器7の部分斜視図を示す。また、図6(a)(b)に、同保持器7を構成する一方側の環状部材8の部分斜視図を示し、図7に、同環状部材8を内径側から見たときの部分展開平面図を示す。
第2実施形態に係る保持器7が、以上で説明した第1実施形態に係る保持器7と異なる主な点は、各ボール対向面12に設けるべきボール非接触部14を、ボール対向面12内の周方向に離間した二箇所(より詳細には、ボール対向面12のうち、ボール6のピッチ円PCDと、ボール対向面12の周方向中央部を通って径方向に延びる直線Lとの交点Pを含む所定領域Aの周方向両側)に設けると共に、各ボール非接触部14の外径側および内径側の端部を、それぞれ、環状部材8の外径面8aおよび内径面8bに開口させた点にある。図示例では、各ボール非接触部14を、径方向に対して湾曲した円弧状に形成している。
この場合でも、上記態様でボール非接触部14を設けたことにより、トルク低減効果を有効に享受しつつ、ポケット11内でのボール6のがたつきに起因した異音の発生、さらには両輪2,4間におけるトルク伝達性能の低下を可及的に防止することができる。また、ボール非接触部14の外径側および内径側の端部のそれぞれを、環状部材8の外径面8aおよび内径面8bに開口させているので、ポケット11とボール6の間における潤滑油の流通性を高め、これを通じてトルク低減を図ることができる。
なお、詳細な図示は省略しているが、第2実施形態のボール非接触部14は、その全域における深さ寸法(ボール6との離間距離)が均一の凹状部で構成しても良いし、上述した第1実施形態と同様に、内径側から外径側に向けてボール6との離間距離が徐々に拡大する断面くさび状に形成しても良い。
以上、本発明の実施形態に係る保持器7およびこれを備えた玉軸受1について説明を行ったが、これらには、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更を施すことが可能である。
例えば、保持器7を構成する一対の環状部材8,8は、金属板のプレス成形品とする以外にも、例えば、鋳造成形品、金属又は樹脂に切削等の機械加工を施すことで作製される機械加工品、あるいは、樹脂又は金属の射出成形品とすることもできる。環状部材8を樹脂の射出成形品とする場合、例えば、ポリフェニレンサルファイド(PPS)、ポリアミド(PA)、ポリイミド(PI)、ポリアミドイミド(PAI)およびポリエーテルエーテルケトン(PEEK)の群から選択される何れか一種をベース樹脂とする樹脂材料を使用して環状部材8を射出成形することができ、いかなるベース樹脂を使用するかは、要求特性に応じて適宜選択することができる。
また、以上では、シール部(シール機能)を有さない、いわゆる開放型の玉軸受1に本発明に係る保持器7を用いる場合について説明したが、本発明に係る保持器7は、いわゆる密封型の玉軸受に適用することも可能である。図示は省略するが、密封型の玉軸受とは、ボール6の軸方向両側にシール部材(接触型又は非接触型の何れであっても良い)を取り付け固定し、両シール部材間に画成される環状空間に潤滑油や潤滑グリース等の潤滑剤を充填・封入したものである。
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、さらに種々の形態で実施し得ることは勿論のことである。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。
本発明の有用性を実証するため、本発明の構成を有する保持器を組み込んだ開放型の玉軸受(以下「実施例」ともいう)と、本発明の構成を有さない保持器を組み込んだ開放型の玉軸受(以下「比較例ともいう」とを準備し、これらを30℃の温度環境下において、下記の(1)(2)に示す潤滑条件で運転したときのトルクを測定した。ここでは、実施例として、図1−4に示す第1実施形態の保持器を組み込んだ玉軸受を使用し、比較例として、特許文献1の図4(a)に開示された構成を有する保持器を組み込んだ玉軸受を使用した。なお、トルク測定に際しては、500Nのラジアル荷重を負荷した状態で実施例および比較例に係る玉軸受を運転した。
(1)軸線を水平方向に沿って配置した縦姿勢の玉軸受のうち、保持器の最も下側に配置される領域の下側半分を潤滑油に浸漬[図8(a)参照]。
(2)軸線を水平方向に沿って配置した縦姿勢の玉軸受のうち、保持器の最も下側に配置される領域の全体を潤滑油に浸漬[図8(b)参照]。
(1)軸線を水平方向に沿って配置した縦姿勢の玉軸受のうち、保持器の最も下側に配置される領域の下側半分を潤滑油に浸漬[図8(a)参照]。
(2)軸線を水平方向に沿って配置した縦姿勢の玉軸受のうち、保持器の最も下側に配置される領域の全体を潤滑油に浸漬[図8(b)参照]。
上記の潤滑条件(1)で実施例および比較例に係る深溝玉軸受を運転した場合のトルク測定結果を図9(a)に示し、上記の潤滑条件(2)で実施例および比較例に係る深溝玉軸受を運転した場合のトルク測定結果を図9(b)に示す。
図9(a)に示すとおり、上記の潤滑条件(1)を採用した場合、回転速度が2000rpm以下の場合には、実施例と比較例とでトルクに実質的な差はないが、回転速度が2000rpm以上になると実施例の方が低トルクとなる。また、図9(b)に示すとおり、上記の潤滑条件(2)を採用した場合、回転速度が1000rpmでも比較例に比べて実施例の方が低トルクであり、回転速度が上がるにつれ、実施例と比較例とのトルク差が大きくなる。このようなトルク測定結果から、本発明の構成を採用した場合、玉軸受の運転時には、ポケット11とボール6の間に介在する潤滑油を円滑に(効率良く)保持器7外に排出することができるため、低トルクの玉軸受を実現する上で有益であることがわかる。
1 玉軸受(深溝玉軸受)
2 外輪
4 内輪
6 ボール
7 保持器
8 環状部材
9 半球状膨出部
11 ポケット
12 ボール対向面
13 凸部
14 ボール非接触部
A 所定領域
L 直線
P 交点
2 外輪
4 内輪
6 ボール
7 保持器
8 環状部材
9 半球状膨出部
11 ポケット
12 ボール対向面
13 凸部
14 ボール非接触部
A 所定領域
L 直線
P 交点
Claims (8)
- 周方向に沿って所定間隔で配設された半球状膨出部を有する一対の環状部材を結合することにより、対向する前記半球状膨出部でボールを保持するポケットを形成した保持器であって、各ポケットのボール対向面に反ボール側に窪んだ凹状のボール非接触部を設けたものにおいて、
前記ボール非接触部は、前記ボール対向面のうち、前記ボールのピッチ円と、前記ボール対向面の周方向中央部を通って径方向に延びる直線との交点を含む所定領域外に設けられ、かつ、外径側の端部が前記環状部材の外径面に開口していることを特徴とする保持器。 - 前記ボール非接触部は、内径側から外径側に向けて前記ボールとの離間距離が徐々に拡大する断面くさび状をなすことを特徴とする請求項1に記載の保持器。
- 前記ボール非接触部の内径側の端部が、前記環状部材の内径面に開口していることを特徴とする請求項1又は2に記載の保持器。
- 前記ボール非接触部が、周方向に離間した二箇所に設けられていることを特徴とする請求項1〜3の何れか一項に記載の保持器。
- 前記半球状膨出部に反ボール側に突出する凸部を設けることにより、前記ボール非接触部を形成した請求項1〜4の何れか一項に記載の保持器。
- 前記一対の環状部材が、プレス成形品、鋳造成形品、機械加工品および射出成形品の群から選択される何れかである請求項1〜5の何れか一項に記載の保持器。
- 複数のボールを介して相対回転する内輪および外輪と、前記内輪と前記外輪の間に配置され、前記複数のボールを保持する請求項1〜6の何れか一項に記載の保持器とを備える深溝玉軸受。
- トランスミッションに組み込んで使用される請求項7に記載の深溝玉軸受。
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