JP2019070424A - 転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】軸受の荷重と回転数が想定外の使用条件になっても樹脂組成物製の保持器損傷を防止可能な転がり軸受にする。【解決手段】保持器４０における各ポケット４１のポケットすきまδ１、δ２・・・の総和を、保持器４０を形成する樹脂組成物が破断するまでの伸び量ΔＬよりも小さく設定する。その樹脂組成物として引張強さよりも高い圧縮強さを有するもの、特にガラス繊維又は炭素繊維を適量含有するものを採用するとよい。【選択図】図１

Description

この発明は、保持器を備える転がり軸受に関する。

一般に、転がり軸受は、内外の軌道間に介在する複数の転動体と、これら転動体間の周方向間隔を保持する保持器とを備える。保持器には、転動体数に対応のポケットが周方向に均等な配置で形成されている。各ポケットには、転動体との間にポケットすきまが設定されている。保持器に対して転動体が自由に動き得る量は、ポケットすきまによって決まる。各ポケットは、同じポケットすきまに設定されている。

軸受運転中、転動体が軸受の負荷域と非負荷域に出入りする際、転動体の進み遅れが生じ、保持器と転動体の衝突が起こる。また、回転する保持器に遠心力が作用し、保持器が変形を生じ、その結果、保持器と転動体との接触が強まることがある。これらを原因として、転動体から保持器に強い力が負荷され、使用条件が厳しい高速回転や振動の多い環境下では、保持器強度が要求されることがある。金属製に比して機械的強度を得ることが困難な樹脂製の保持器においては、前述の要求に応えることが難しい。

例えば、油圧式無段変速機等に用いられるスラスト軸受用の保持器として、ポケットすきまを転動体の直径の２〜５％とすることにより、保持器の衝撃吸収性を良くして保持器の破損を防止することが提案されている（特許文献１）。

また、保持器の設計において保持器の断面積を増加させて機械的強度を向上させることや、弾性率の低い樹脂で保持器を形成することにより応力を分散させることも、保持器の破損防止には有効である。

特開２０１３−６４４９５号公報

しかしながら、保持器の断面積増加や応力分散による耐久性の向上は、軸受の使用条件、特に軸受の荷重と回転数を考慮した保持器の強度検討を要し、その想定内の使用条件で有効なものである。ところが、使用先の環境が保持器に厳しい高速回転を行う場合、使用条件が不明確な部位に軸受が用いられる場合等、想定外の使用条件では保持器の損傷を抑制できない可能性がある。

上述の背景に鑑み、この発明が解決しようとする課題は、軸受の荷重と回転数が想定外の使用条件になっても樹脂組成物製の保持器損傷を防止可能な転がり軸受にすることである。

上記の課題を達成するため、この発明は、内外の軌道間に介在する複数の転動体と、これら転動体間の周方向間隔を保持する樹脂組成物製の保持器とを備え、前記保持器に前記転動体を収容する複数のポケットが形成されており、前記ポケットと前記転動体との間に周方向のポケットすきまが設定されている転がり軸受において、前記各ポケットのポケットすきまの総和が、前記樹脂組成物が破断するまでの伸び量よりも小さく設定されている構成を採用したものである。

上記構成によれば、各ポケットのポケットすきまの総和が樹脂組成物の破断時伸びよりも小さく設定されているので、転動体の遅れ進み等により保持器が変形してポケットすきまが減少ないし無くなっても、それ以上すきまが詰まることがない。このため、保持器を形成する樹脂組成物は、破断が起こるまで伸びることはない。すなわち、保持器の樹脂組成物の材料選定とポケットすきまの関係で保持器の損傷を防止できるか否かが決まり、軸受の荷重や回転数を考慮せずに保持器の強度が確保される。したがって、軸受の荷重と回転数が想定外の使用条件になっても保持器の損傷が防止される。

前記保持器が、引張強さよりも高い圧縮強さを有する前記樹脂組成物によって形成されていることが好ましい。このようにすると、圧縮に対する強度検討が不要となり、引張に対する強度検討のみを検討するだけで済む。

例えば、前記樹脂組成物に含有された合成樹脂が、ポリアミド、ポリフェニレンサルファイド及びポリエーテルエーテルケトンの中から選ばれたものであることが好ましい。これら合成樹脂は、保持器の形成に利用可能な各種の合成樹脂の中でも耐熱性、耐油性が良好な類のものなので、温度条件や潤滑油種の点で使用条件の許容範囲を広くするのに好適である。

また、前記保持器が、当該保持器全体に対してガラス繊維又は炭素繊維を１０〜４０質量％の割合で含有することが好ましい。保持器全体を構成する樹脂組成物として、繊維強化樹脂組成物を用いることがきる。その繊維として一般的なガラス繊維又は炭素繊維を採用する場合、保持器全体に対して１０〜４０質量％の割合で含有させることにより、樹脂組成物の破断時伸びを良好に設定することができる。

また、前記保持器が、周方向全周に連続する環状部と、前記環状部から側方へ延びる複数の柱部とを有し、前記ポケットが、周方向に隣り合う前記柱部間の空間であり、前記環状部のうち、前記ポケットとの間で軸方向に最小の肉厚を有する部分で、前記ガラス繊維又は炭素繊維が周方向にのみ配向されていることが好ましい。このようにすると、最も破断の危険性が高い最小肉厚部分において、保持器変形方向（引張方向）に対して平行に強化繊維が配向されているので、射出成形時のウエルド部の形成が防止される。

この発明は、上記構成の採用により、軸受の荷重と回転数が想定外の使用条件になっても樹脂組成物製の保持器損傷を防止可能な転がり軸受にすることができる。

この発明の実施形態に係る保持器のポケットすきまを概念的に示す展開図 図１に示す保持器が変形したときの様子を概念的に示す展開図 図１の保持器を備える転がり軸受を示す縦断正面図

この発明の一例としての実施形態を添付図面に基づいて説明する。
図１〜図３に示す転がり軸受は、内輪１０と、外輪２０と、内輪１０の軌道１１と外輪２０の軌道２１との間に介在する複数の転動体３０と、これら転動体３０間の周方向間隔を保持する保持器４０とを備える。保持器４０には、転動体数と同数のポケット４１が周方向に均等な配置で形成されている。

以下、「軸方向」は、転がり軸受の設計上の軸受中心軸（図示省略）に沿った方向のことをいう。また、その軸受中心軸に対して直角な方向のことを「径方向」といい、その軸受中心軸回りの円周方向のことを「周方向」という。図３中の左右方向が軸方向に相当し、同図中の上下方向が径方向に相当する。また、図１、図２中の左右方向が周方向に相当し、同図中の上下方向が軸方向に相当する。

転動体３０は、玉からなる。この転がり軸受では転動体数を５個に想定している。

この転がり軸受は、ラジアル軸受の一種である深溝玉軸受になっている。なお、この発明は、ころ軸受に適用してもよいし、スラスト軸受に適用してもよい。

保持器４０は、周方向全周に連続する環状部４２と、環状部４２から側方へ延びる複数の柱部４３とを有する。周方向に隣り合う柱部４３間は、転動体３０の収容空間であるポケット４１となっている。

保持器４０は、樹脂組成物によって形成されている。保持器４０の全体は、射出成形によって一体に形成されている。

その樹脂組成物としては、引張強さよりも高い圧縮強さを有するものが使用されている。

その樹脂組成物は、合成樹脂（母材）と、強化繊維４４とを含有する射出成形用のものとなっている。強化繊維は省略してもよく、適宜に他の改質剤を樹脂組成物に含有させてもよい。なお、図１、図３において、強化繊維４４を誇張して保持器４０に部分的に描いた。

合成樹脂として、例えば、ポリアミド（ＰＡ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）及びポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）の中から一種を選ぶことができる。

強化繊維４４として、例えば、ガラス繊維又は炭素繊維を選ぶことができる。保持器４０は、保持器４０の全体（すなわち保持器４０を形成する樹脂組成物の全体）に対してガラス繊維又は炭素繊維を１０〜４０質量％の割合で含有する。

環状部４２のうち、ポケット４１との間で軸方向に最小の肉厚ｔ_ｍｉｎを有する部分で、ガラス繊維又は炭素繊維からなる強化繊維４４が周方向にのみ配向されている（すなわち、径方向又は軸方向に配向された強化繊維４４は存在しない）。

各ポケット４１には、転動体３０との間に周方向のポケットすきまδ１、δ２・・・が設定されている。保持器４０に対して転動体３０が周方向に自由に動き得る量は、ポケットすきまδ１、δ２・・・によって決まる。なお、図１、図２において、ポケットすきまδ１、δ２・・・の大きさは実際よりも誇張して描いた。また、図１、図２は、各転動体３０の中心Ｏ（図３参照）を通るピッチ円ＰＣを含む仮想円筒面による保持器４０の切断部端面を展開した状態を示した。特に、図２では、転動体３０の進み遅れにより、ポケットすきまが減少ないし無くなった状態を示した。

図１、図２に示すように、各ポケット４１のポケットすきまδ１、δ２・・・の総和は、樹脂組成物が破断するまでの伸び量ΔＬよりも小さく設定されている。

ポケットすきまδ１、δ２・・・の総和は、ポケット４１の総数をｎとして、δ１＋δ２＋・・・＋δｎで求められる。この転がり軸受では、ポケット４１の総数ｎ＝５を想定し、δ１＝δ２＝・・・＝δｎを想定しているので、伸び量ΔＬ＞５δｎの関係に設定されている。

樹脂組成物が破断するまでの伸び量ΔＬは、樹脂組成物の元の長さと引張破壊伸びとに基づいて求めることができる。これら引張破壊伸び等は、日本工業規格（ＪＩＳ）で制定されたプラスチックの引張特性に関連する規格（例えばＪＩＳ Ｋ７１６１−１）の試験方法等で適宜に求めればよい。

保持器４０に必要な強度及び伸び量ΔＬに従い、合成樹脂の材質と強化繊維４４の配合率を適宜に組み合わせればよい。

この転がり軸受は、上述のようなものであり、各ポケット４１のポケットすきまの総和Σδが樹脂組成物の破断時伸びΔＬよりも小さく設定されているので、転動体３０の遅れ進み等により保持器４０が変形してポケットすきまδ１、δ２・・・が減少ないし無くなっても、それ以上すきまが詰まることがない（仮に無くなっても、図２中の左から一、二番目の転動体３０のように保持器４０の両柱部に挟まれた状態となるだけである）。このため、保持器４０を形成する樹脂組成物は、破断が起こる伸び量ΔＬまで伸びることはない。すなわち、保持器４０の樹脂組成物の材料選定とポケットすきまδ１、δ２・・・の関係で保持器４０の損傷を防止できるか否かが決まり、軸受の荷重や回転数を考慮せずに保持器４０の強度が確保される。したがって、この転がり軸受は、軸受の荷重と回転数が想定外の使用条件になっても樹脂組成物製の保持器４０の損傷を防止することができる。それ故、この転がり軸受は、保持器４０に厳しい高速回転の環境や使用条件が不明確な部位への使用に好適なものとなる。

また、この転がり軸受は、保持器４０が引張強さよりも高い圧縮強さを有する樹脂組成物によって形成されているので、保持器４０の強度を適切に確保するための設計に際し、圧縮に対する強度検討が不要となり、引張に対する強度検討のみを検討するだけで済む。

また、この転がり軸受は、耐熱性、耐油性が良好なポリアミド、ポリフェニレンサルファイド及びポリエーテルエーテルケトンの中から選ばれた合成樹脂を含有する樹脂組成物からなるので、温度条件や潤滑油種の点で使用条件の許容範囲を広くするのに好適なものである。

また、この転がり軸受は、保持器４０が保持器全体に対してガラス繊維又は炭素繊維の強化繊維４４を１０〜４０質量％の割合で含有するので、樹脂組成物の破断時伸びを良好に設定することができる。

また、この転がり軸受は、保持器４０の環状部４２のうち、ポケット４１との間で軸方向に最小の肉厚ｔ_ｍｉｎを有する部分、すなわち最も破断の危険性が高い環状部４２の最小肉厚部分において、ガラス繊維又は炭素繊維の強化繊維４４が周方向にのみ配向されているので、射出成形に際し、保持器４０の変形方向（引張方向）に対して平行に強化繊維４４が配向されることになり、最小肉厚部分におけるウエルド部の形成を防止することができる。

今回開示された実施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。したがって、本発明の範囲は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。

１１、２１ 軌道
３０ 転動体
４０ 保持器
４１ ポケット
４２ 環状部
４３ 柱部
４４ 強化繊維

Claims (5)

1. 内外の軌道間に介在する複数の転動体と、これら転動体間の周方向間隔を保持する樹脂組成物製の保持器とを備え、前記保持器に前記転動体を収容する複数のポケットが形成されており、前記ポケットと前記転動体との間に周方向のポケットすきまが設定されている転がり軸受において、
   前記各ポケットのポケットすきまの総和が、前記樹脂組成物が破断するまでの伸び量よりも小さく設定されていることを特徴とする転がり軸受。
2. 前記保持器が、引張強さよりも高い圧縮強さを有する前記樹脂組成物によって形成されている請求項１に記載の転がり軸受。
3. 前記樹脂組成物に含有された合成樹脂が、ポリアミド、ポリフェニレンサルファイド及びポリエーテルエーテルケトンの中から選ばれたものである請求項１又は２に記載の転がり軸受。
4. 前記保持器が、当該保持器全体に対してガラス繊維又は炭素繊維を１０〜４０質量％の割合で含有する請求項１から３のいずれか１項に記載の転がり軸受。
5. 前記保持器が、周方向全周に連続する環状部と、前記環状部から側方へ延びる複数の柱部とを有し、前記ポケットが、周方向に隣り合う前記柱部間の空間であり、前記環状部のうち、前記ポケットとの間で軸方向に最小の肉厚を有する部分で、前記ガラス繊維又は炭素繊維が周方向にのみ配向されている請求項４に記載の転がり軸受。

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