JP2018091399A - 転がり軸受用保持器及びそれを備えた転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】脱落の防止と潤滑性の向上とを両立する好適な転がり軸受用保持器と、それを備えた転がり軸受を提供することを目的とする。【解決手段】片側円環部式の樹脂製の軌道輪案内型の軸受用保持器であり、柱部３の自由端側が、保持器を外径側から軸心側に向かって見た図において直線をなし、さらに、柱部３の軸受の軌道輪による案内面５に、軸受の外輪又は内輪の軌道面に当接する突起６を有し、その突起６が前記軌道面に係合して保持器の位置保持がなされる。【選択図】図１

Description

この発明は、転がり軸受用保持器とそれを備えた転がり軸受に関するものである。

ＥＶ（電気自動車）やＰＨＥＶ（プラグインハイブリッド電気自動車）に使用するモータは、高速化の流れがあり、この種のモータに利用する軸受は、使用時の回転が必然的に高速化する傾向にある。

その高速化に対応した従来技術として、例えば、下記特許文献１に記載された樹脂製の軸受用保持器（以下では樹脂保持器と称す）がある。この特許文献１の樹脂保持器は、高速回転での遠心力による変形を抑制し、その変形に起因した回転トルクの増大と発熱を抑えることで回転の高速化を図ったものである。

ここで、一般的な深溝玉軸受の樹脂保持器は、軸受の組み立て性やコストなどの観点から、全体を連結一体化する円環部を片側のみに備えるものにしている。具体的には、円環部の一側面に軸方向に延び出した複数の片持ち支持の柱部を備え、前記円環部と隣接する柱部との間に形成されるポケットに転動体（ボール）を転動自在に収容する形状になっている。

この片側円環部式の樹脂保持器（冠形樹脂保持器）は、構造上の制約から、転動体でガイドする転動体案内型が一般的である。

前記円環部をポケットの両側に設ける両側円環部式の樹脂保持器も存在し（下記特許文献２参照）、このタイプの樹脂保持器も、良好な潤滑性確保の観点から転動体案内型にすることが多い。

特開２００６−３００２６１号公報 特開２０１３−１４２４０７号公報

転動体案内型の軸受用保持器は、遠心力が作用する環境下では、転動体を径方向外側に向けて押圧する。そのために、軸受用保持器と転動体との接触部が発熱し易く、軸受のトルクも増加する。

また、一般的な軸受用保持器のポケットは、その形状が転動体を包み込むような球面状になっているため、転動体に対する保持器の接触が面接触になる。その面接触では、グリースを保持するポケット部の空間も少なく、接触面に対してグリースが介在し難い。

従って、潤滑不足に起因した保持器と転動体の接触部の発熱が避けられず、それが原因で軸受の高速化の進展に限界が生じる。

このように、転動体案内型の軸受用保持器は、遠心力の影響を受ける。そこで、軸受用保持器を軌道輪でガイドする軌道輪案内型にして遠心力の影響を排除することを考えた。

ところが、グリース潤滑を行う軸受用保持器は、軌道輪案内型にすると、軌道輪に対する保持器接触部へのグリースの供給性が悪化してその部位の潤滑が不十分になる。

また、コストや軸受の組み立て性の観点からは、両側円環部式の樹脂保持器よりも片側円環部式の樹脂保持器が有利であるが、片側円環部式の樹脂保持器は、軌道輪案内型にすると、安定した位置保持がなされず、外れ易くなる。

この発明は、上記の現状技術に鑑みてなされたものであって、片側円環部式の転がり軸受用樹脂製保持器の外れの問題と、軌道輪案内型の転がり軸受用保持器の潤滑性の悪さの問題を共に解決した片側円環部式の軌道輪案内型の樹脂製の転がり軸受用保持器と、それを備えた転がり軸受を提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、この発明においては、下記の軸受用保持器とそれを備える転がり軸受を提供する。

この発明の転がり軸受用保持器は、単一の円環部と、前記円環部の一側面から軸方向に延びると共に周方向に所定間隔で配置される複数の柱部とを備え、隣接する前記複数の柱部の間に転動体を転動自在に収容するポケットが形成された樹脂製の転がり軸受用保持器であって、
前記柱部は、外径側から軸心側に向かって視て、前記円環部の前記一側面から少なくとも前記転動体の軸方向略中央に対する位置まで延び、前記柱部は、転がり軸受の軌道輪による案内面と、前記案内面に設けられて前記軌道輪の軌道面に当接して係合する突起と、を有するものである。

また、この発明の転がり軸受は、内輪と、外輪と、前記内輪と外輪との間に介装される転動体と、上述したこの発明の転がり軸受用保持器、とを備え、前記転がり軸受用保持器は、ポケットに前記転動体を転動可能に収容し、前記内輪と外輪との間の環状空間にはグリースが封入されているものである。

なお、前記突起は、転がり軸受の径方向断面において、軌道輪の軌道面に略平行に接触する形状や、周方向の一端と他端から周方向中央に向かって軸方向幅が広がる形状を有するものが好ましい。

また、周方向断面において、その周方向の一端と他端から相反する向きに斜めに立ち上がって突出量最大部に至る形状（例えば、三角形、台形、半円形状など）を有しているものが好ましい。

このほか、前記ポケットが前記円環部から遠ざかるにつれて開口幅が狭まるテーパ形状を有しているのも好ましい。

この発明の転がり軸受用保持器は、転がり軸受の軌道輪による案内面に前記軌道面に当接する突起を備えているので、軸受の内、外輪間からの脱落が防止される。

また、保持器は、グリース潤滑を行う軸受に採用すると、高速回転する転動体に押し退けられて転走跡から流れ出たグリースが、柱部の表面に設けた突起によって保持器の案内部に誘導され、案内面の潤滑性を高める。

突起によって掻き分けられたグリースは流動方向前方の転動体の近くにも流れて一部が流動方向前方の転走部に戻され、そのために、転動体の潤滑性も高められ、これらの作用により、高速回転の軸受においても案内面の焼き付きが防止されて更なる高速回転に対応可能となる。

また、前記突起を軸受の外輪や内輪の軌道面に係止させて保持器を定位置に保持する（脱落を防止する）ので、保持器の柱部の軸受軸方向長さを必要最小限に抑えることができ、これにより軸受の転動体の周囲の空間の容積を大きくしてグリースの充填量を増やすことができ、グリース寿命の延命が可能になる。

さらに、軌道輪案内型であるので、転動体（ボール）を収容するポケットを球面にして転動体を包み込む必要がない。そのため、ポケット面の少なくとも転動体が接触する部位を平面で構成することができ、それによってポケット内の空間を広げてポケットに充填されるグリースの量を増加させることができる。

また、ポケット面の転動体が接触する部位を平面にすることでポケット面に対する転動体の接触が点接触になるため、摩擦面積の減少による発熱の抑制とトルク低減が図れ、これらが有効に作用してグリース寿命のさらなる延命が可能になる。

この発明の転がり軸受の一例をシール部材を省いた状態にして示す正面図である。 図１の転がり軸受の背面図である。 図２のＣ−Ｏ−Ｃ線に沿った断面図である。 図３の一部分の拡大図である。 この発明の転がり軸受用保持器の一例を示す斜視図である。 図５の転がり軸受用保持器の正面図である。 図５の転がり軸受用保持器の背面図である。 図５の転がり軸受用保持器の側面図である。 図７のＡ−Ａ線に沿った断面図である。 図８のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。 図１の転がり軸受の側面の一部を拡大して示す図である。 図１の転がり軸受の一部を示す斜視図である。 図１の転がり軸受の一部を、図１２とは反対側から見た斜視図である。 グリースの流れを示す説明図である。

以下、この発明の転がり軸受用保持器とそれを用いた転がり軸受の実施の形態を、添付図面の図１〜図１４に基づいて説明する。なお、本願では、転がり軸受の軸心と平行な方向を「軸方向」、転がり軸受の中心軸に直交する方向を「径方向」、転がり軸受の中心軸を中心とする円弧に沿う方向を「周方向」と、それぞれ称する。また、「平行な方向」とは、略平行な方向を含む。

図１〜図４に示すように、本実施形態の転がり軸受１０は、内輪１１と、外輪１２と、
内輪１１と外輪１２との間に介装される転動体（ボール）１３と、転動体１３を保持する転がり軸受用保持器１とを備えている。

転動体１３は、転がり軸受用保持器１（この転がり軸受用保持器の詳細は後述する）の各ポケット４に転動可能に収容され、さらに、内輪１１と外輪１２との間の環状空間にはグリース（図示せず）が封入されている。

本実施形態の転がり軸受１０は、電気自動車（以下、ＥＶと呼ぶ）又は、プラグインハイブリッド電気自動車（以下、ＰＨＥＶと呼ぶ）に使用される高速回転のモータの主軸を支持する。ただし、本実施形態の転がり軸受１０は、ＥＶ又はＰＨＥＶ以外に使用されるものであってもよい。例えば、本実施形態の転がり軸受１０は、ＣＮＣ旋盤、フライス盤などの工作機械の主軸を支持する軸受であってもよい。

図５〜図９に示すように、転がり軸受用保持器（以下では単に保持器と呼ぶこともある）１は、単一の円環部２と、複数の柱部３とを備える。円環部２は単一であるため、転がり軸受用保持器１において、軸方向一方側（軸方向片側）に設けられている。

複数の柱部３は、円環部２の一側面から軸方向の一方側に延びる。即ち、柱部３は、円環部２から片持ち梁状に延びている。柱部３は、保持器１の径方向外径側から軸心側に向かって視て、軸方向に延びる軸線（中心線Ｃ。図３参照）と平行な方向に円環部２の一側面から転動体１３の軸方向中央をわずかに超えた位置まで延びている。なお、柱部３は、
円環部２の一側面から少なくとも転動体１３の軸方向中央の位置まで延びていれば良く、好ましくは、転がり軸受１０の径方向断面において（図３、図４参照）、柱部３は、転動体１３の軸方向中央の位置を越えて、外輪２の軌道面１２ａと軸方向に重なる範囲までのびていればよい。

隣り合う複数の柱部３（と円環部２と）の間には、転動体１３を転動自在に収容するポケット４が形成されている。

転がり軸受用保持器１は、合成樹脂製である。具体的には、転がり軸受用保持器１は、耐摩耗性や耐焼き付き性等に優れた樹脂、例えばポリエチレン、ポリアセタール、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン、熱可塑性ポリイミド、熱硬化性ポリイミド、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等の合成樹脂で形成することができる。

なお、転がり軸受用保持器１は、ポリアミド、ポリフェニレンサルファイド、あるいはポリエーテルエーテルケトン等の熱可塑性樹脂をベースとして、強度向上と寸法安定性のために、ガラス繊維又はカーボン繊維などを添加して形成してもよい。

また、本実施形態の転がり軸受用保持器１は、軌動輪案内型である。当該転がり軸受用保持器１は、内輪案内型のものであってもよいが、ここでは、外輪案内型の軸受用保持器を例に挙げて説明を行う。グリースは、遠心力により外輪側に偏る傾向がある。従って、転がり軸受用保持器においては、内輪案内型よりも外輪案内型が潤滑の面で有利である。

転がり軸受用保持器１は、柱部３の自由端側のポケット面４ａが、保持器１を外径側から軸心側に向かって見た図（図５、図８、図９、図１１参照）において、軸方向に延びる軸線に対して略直線状をなしており、ポケット４を先すぼみの状態にするテーパ面（図１１において、傾斜角０°の基準線ＲＬに対してθの傾きを有する面）になっている。

また、転がり軸受用保持器１は、外輪１２による案内面５（図５等に示す柱部３の外径面）に、当該外輪１２の軌道面１２ａに当接する突起６を有する。突起６は、軌道面１２ａに係合して保持器１の位置を保持する。突起６は、転がり軸受１０の径方向断面を表した図３及び図４において、外輪１２の軌道面１２ａに対して略平行に接触する傾斜面６ａを有している。保持器１が軌道面１２ａに保持される際、突起６は、前記傾斜面６ａが軌道面１２ａの周方向端部に当接することで当該軌道面１２ａに係合している。これにより、軌道面１２ａに対する突起６の係合が安定し、保持器１の位置を安定に保持することができる。

図５及び図８に示すように、突起６は、保持器の径方向外側から見て、略ひし形状である。具体的には、突起６の周方向の両端Ｅ１，Ｅ２から周方向中央に向かって軸方向（図８の矢印方向）の幅が広がっている。このような形状であるので、高速回転する転動体１３に押し退けられて転走跡から流れ出たグリースは、突起６によって図１４の矢印で示すように掻き分けられて転がり軸受用保持器１の案内部に誘導され、案内面５の潤滑性を高める。

また、突起６に掻き分けられたグリースの一部は、流動方向前方の転動体１３の近くにも流れて流動方向前方の転走部に戻される。これにより、突起６を有しない転がり軸受用保持器と比較して転動体１３の潤滑性も高められる。

したがって、本実施形態の転がり軸受用保持器１を備えた転がり軸受１０を、ＥＶやＰＨＥＶ用の高速回転のモータ主軸を支持するために使用した場合に効果が大きい。

本実施形態では、突起６の周方向断面形状は、底辺が円弧の三角形状であるが（図１０参照）、これに限定されない。具体的には、突起６は、軌道輪の軌道面（本実施形態では、外輪１２の軌道面１２ａ）に対して直交する方向に接触する角部を有しない形状であればよく、例えば、台形状、半円形状であってもよい。

突起６の形状に関する要求は、突起６の表面が周方向の両端Ｅ１，Ｅ２から相反する向きに斜めに立ち上がって突出量最大部に至る断面形状を有している場合、具体的には、突起６の周方向断面形状が台形や凸円弧形状などである場合にも満たされる。

また、突起６は、隣り合うポケット４，４間の距離よりも周方向の長さが短いが、突起６の周方向長さは特に限定されず、隣り合うポケットの一方から他方に至る周方向長さを有している突起であってもよい。

突起６は、図３、図４に示すように、転がり軸受１０の外輪１２の軌道面１２ａに係合する。これによって、転がり軸受用保持器１を安定した位置で保持することができる。

また、突起６は、転がり軸受１０の径方向断面を表した図３、図４において、外輪１２の軌道面１２ａに対して略平行に接触するものにしている。このような形状であるので、軌道面１２ａに対する突起６の係合が安定する。

突起６は、内輪案内型の転がり軸受用保持器では転がり軸受の内輪の外径面と向き合う柱部３の内周面（柱部の案内面）に設けられる。

図１〜図４及び図１１〜図１４に示した転がり軸受１０は、グリース潤滑型であり、内輪１１と外輪１２との間の空間の軸方向両端を塞ぐシール部材１４を有する。そのシール部材１４によって密封された空間にグリースが充填される。即ち、グリースは、内輪１１と外輪１２との間の環状空間に封入されている。

内輪１１と外輪１２には、環状のシール溝１５、１６（図３及び図４参照）が設けられている。シール溝１５にシール部材１４が固定され、シール溝１６に対してシール部材１４のリップが接触している。

転がり軸受１０には、突起６を外輪１２の軌道面１２ａに係合させた状態で、内輪１１と外輪１２との間に転がり軸受用保持器１が配置されている。

ポケット４は、円環部２から遠ざかるにつれて開口幅が狭まっている。また、ポケット面４ａのうち転動体１３と接触する部位の全箇所が平面で構成されている（図５、図８、図９及び図１１〜図１４参照）。具体的には、ポケット面４ａのうち転動体１３と軸方向に接触する面は周方向に平行な方向に延びる平面部を含み、ポケット面４ａのうち転動体１３と周方向に接触する面は軸方向に平行な方向に延びる平面部を含む。これら平面部と平面部との間の円弧部の曲率半径は、転動体１３の曲率半径よりも大きい。このような構造であるので、転動体１３は、転がり軸受用保持器１に対して点接触する。

ポケット４の、ポケット面４ａに対して転動体１３が接触することで、転がり軸受用保持器１を外れ止めする方向の力、即ち、円環部２側から柱部３の自由端側に向けて押す力が発生する。これに加えて、突起６が外輪１２の軌道面１２ａに係合し、そのために、内輪１１と外輪１２の間からの保持器の軸方向への抜け出しが防止される。

なお、図を省略したが、転がり軸受用保持器１の案内面５には、周方向に延びる凹凸を軸方向に交互に並べて多条設けてもよい。その凹凸を設けると、凹部がグリース溜りとして機能して軌道輪に対する保持器接触部の潤滑がより効果的になされる。

この周方向に延びる凹凸は、転がり軸受の軌道輪側の案内面に設けてもよく、この構造でも、保持器案内部のより良い潤滑が期待できる。

１ 転がり軸受用保持器
２ 円環部
３ 柱部
４ ポケット
４ａ ポケット面
５ 案内面
６ 突起
１０ 転がり軸受
１１ 内輪
１１ａ 軌道面
１２ 外輪
１２ａ 軌道面
１３ 転動体
１４ シール部材
１５，１６ シール溝
Ｅ１、Ｅ２ 突起の周方向の端部
ＲＬ ポケットのテーパ面の傾き角を表す基準線
θ 柱部自由端側のポケット面の基準線ＲＬに対する傾き角
Ｃ 転がり軸受の中心線

Claims (7)

1. 単一の円環部（２）と、前記円環部（２）の一側面から軸方向に延びると共に周方向に所定間隔で配置される複数の柱部（３）とを備え、隣接する前記複数の柱部（３、３）の間に転動体（１３）を転動自在に収容するポケット（４）が形成された樹脂製の転がり軸受用保持器であって、
   前記柱部（３）は、外径側から軸心側に向かって視て、前記円環部（２）の前記一側面から少なくとも前記転動体（１３）の軸方向略中央に対する位置まで延び、前記柱部（３）は、転がり軸受の軌道輪による案内面（５）と、前記案内面（５）に設けられて前記軌道輪の軌道面（１１ａ又は１２ａ）に当接して係合する突起（６）と、を有する転がり軸受用保持器。
2. 前記突起（６）は、前記転がり軸受の径方向断面において、前記軌道面（１１ａ又は１２ａ）に対して略平行に接触する形状を有する、請求項１に記載の転がり軸受用保持器。
3. 前記突起（６）は、その周方向の一端と他端（Ｅ１，Ｅ２）から周方向中央に向かって軸方向幅が広がる形状を有する、請求項１又は２に記載の転がり軸受用保持器。
4. 前記突起（６）は、その周方向断面において、周方向の一端と他端（Ｅ１，Ｅ２）から相反する向きに斜めに立ち上がって突出量最大部に至る形状を有する、請求項１〜３のいずれかに記載の転がり軸受用保持器。
5. 前記ポケット（４）が前記円環部（２）から遠ざかるにつれて開口幅が狭まるテーパ形状を有している、請求項１〜４のいずれかに記載の転がり軸受用保持器。
6. 前記ポケット（４）のポケット面（４ａ）のうち前記転動体（１３）と接触する部位の全箇所が平面で構成されている、請求項５に記載の転がり軸受用保持器。
7. 内輪と、
   外輪と、
   前記内輪と前記外輪との間に介装される転動体と、
   請求項１〜６のいずれかに記載の転がり軸受用保持器と、を備え、
   前記転がり軸受用保持器は、ポケットに前記転動体を転動可能に収容し、
   前記内輪と前記外輪との間の環状空間にはグリースが封入されている、転がり軸受。

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