JP2019168019A - 冠型保持器及び玉軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】 この発明は、冠型保持器の重量の増加を極力減らし、冠型保持器の中で最も変形しやすい爪部の剛性を集中的に向上させて、遠心力による爪部の変形を確実に抑制する。【解決手段】 円環状の主部２１と、この主部２１の軸方向端面に円周方向に所定の間隔を存して複数配置され、軸方向に突出する爪部２２と、対向する一対の爪部２２、２２間に設けられた半円状の凹部２１ａと、を備え、この凹部２１ａと一対の爪部２２、２２の間に転動体を保持する内面を有するポケット部２３が形成された合成樹脂製の冠型保持器１であって、冠型保持器１に用いられる合成樹脂より弾性定数が大きい部材で、ポケット部２３の内面２３ａの形状に沿うように、凹部２１ａから爪部２２内に延びるように形成されたＣ型補強部材２４がポケット部２３の保持器内に埋設されている。【選択図】 図３

Description

この発明は、冠型保持器及び玉軸受に係り、例えば、自動車や工作機械等の各種回転機械装置において、高温環境下で高速回転される玉軸受に用いられる冠型保持器及びこの冠型保持器が組み込まれた玉軸受に関する。

各種回転機械装置の回転部分を支持する玉軸受としては、例えば、図２２に示すような玉軸受１００が多く用いられている。この玉軸受１００は、内周面に外輪軌道面１１１ａを有する外輪１１１と、外周面に内輪軌道面１１２ａを有する内輪１１２と、外輪軌道面１１１ａと内輪軌道面１１２ａとの間に保持器１１４を介して円周方向に転動可能に配設される複数の玉１１３と、を備えている。

保持器１１４は、冠型保持器であり、円環状の主部１１６の軸方向片面側に複数の爪部１１５、１１５を、円周方向において互いに間隔をあけ、軸方向に突出するように形成されている。対向する爪部１１５、１１５の間には、玉１１３を転動可能に保持するポケット部が形成されている。

保持器１１４は、合成樹脂の射出成形により形成されており、この合成樹脂としては、例えば、ポリアミド、ポニフェニレンサルファイド等にそれぞれガラス繊維等の補強材を含有させたものが用いられている。

ところで、近年、自動車や工作機械等の各種回転機械装置の性能向上や小型化により、玉軸受の使用条件がますます厳しくなっている。例えば、回転速度の増大、設置スペースの減少、使用温度の上昇傾向等のように、使用条件が急速に変わってきている。そのため、高速回転時の遠心力、温度上昇による保持器の熱変形が発生しやすくなっている。

そこで、保持器の補強を行った冠型保持器１１４が特許文献１に開示されている。

この冠型保持器１１４は、合成樹脂からなり、図２３に示すように、円環状の主部１１６と、この主部１１６の軸方向端面に円周方向に所定の間隔を存して複数配置され、軸方向に突出する爪部１１５と、この爪部１１５、１１５の間の主部１１６に設けられた半円状の凹部１１６ａとを備える。そして、凹部１１６ａと一対の爪部１１５、１１５でポケット部１１７が形成され、ポケット部１１７の内面１１７ａに転動体である玉１１３が転動可能に保持される。そして、このポケット部１１７の内面１１７ａは、爪部１１５の内周面と凹部１１６ａの表面で構成される。

そして、冠型保持器１１４の主部１１６には、補強リング２００が埋設されている。なお、補強リング２００は、合成樹脂の射出成形時に成形型内にインサートされる。

補強リング２００は、冠型保持器１１４の合成樹脂よりも剛性の高い金属板からなり、図２４に示すように、主部１１６の軸方向端面に略平行に埋設される環状円板部２０１と、この環状円板部２０１の外周縁部から軸方向に延設され、各ポケット部１１７を除く部分に埋設される円筒部２０２と、を備える。この円筒部２０２は、主部１１６の凹部１１６ａの形状に沿うように、半円状の切り欠き部２０３が設けられている。

また、環状円板部２０１には、その内周縁部から円筒部２０２と逆方向に延びる突起部２０４が円周方向に複数カ所設けられる。

また、環状円板部２０１には、環状円板部２０１の軸方向両側に存在する冠型保持器１１４の合成樹脂を一体的に結合するための連通孔２０５が円周方向に所定の間隔を存して複数カ所形成され、円筒部２０２には、射出成形の際に、冠型保持器１１４の合成樹脂が充填され、成形後、その合成樹脂と結合する結合孔２０６が円周方向に所定の間隔を存して複数カ所形成される。そして、これら連通孔２０５及び結合孔２０６によって、冠型保持器１１４の合成樹脂と補強リング２００とが一体に結合される。

この補強リング２００によって冠型保持器１１４の主部１１６の剛性を向上することができる。これにより、高温環境下で高速運転した場合においても、遠心力による玉軸受用冠型保持器１１４の変形等を抑制している。

特開２０１１−１１７６０９号公報

ところで、合成樹脂製の冠型保持器１１４においては、爪部１１５が最も変形しやすい。この爪部１１５の剛性が大きくないと、玉軸受１００が高速回転し、大きな遠心力が作用した時に、その遠心力によって爪部１１５が変形し、転動体である玉などが他の部品と干渉し、軸受温度や回転トルクを増大させるなど、円滑な回転を阻害する虞がある。

上記した特許文献１のものでは、補強リング２００は、環状円板部２０１の外周縁部から軸方向に延びる円筒部２０２を備えているが、この円筒部２０２は、主部１１６内にしか設けられておらず、その主部１１６から軸方向に突出する爪部１１５内には補強部材は設けられていない。

このため、最も変形しやすい爪部１１５の剛性は大きくできず、高速回転し、大きな遠心力が作用した時に、爪部１１５が変形する虞がある。

また、上記した特許文献１のものでは、補強リング２００を冠型保持器１１４の主部１１６の全周に亘って設けているので、冠型保持器１１４の重量が増加するという難点がある。

そこで、この発明は、冠型保持器の重量の増加を極力減らし、冠型保持器の中で最も変形しやすい爪部の剛性を集中的に向上させて、遠心力による爪部の変形を確実に抑制する冠型保持器を提供することを課題とする。

上記の課題を解決するため、この発明においては、円環状の主部と、この主部の軸方向端面に円周方向に所定の間隔を存して複数配置され軸方向に突出する爪部と、対向する一対の爪部間に設けられた半円状の凹部と、を備え、この凹部と一対の爪部の間に転動体を保持する内面を有するポケット部が形成された合成樹脂製の冠型保持器であって、冠型保持器に用いられる合成樹脂より弾性定数が大きい部材で、前記ポケット部の内面形状に沿うように、前記凹部から爪部内に延びるように形成されたＣ型補強部材が前記ポケット部の保持器内に埋設されていることを特徴とする。

また、前記補強部材は、同じ板厚の金属板材で構成することができる。

また、前記補強部材は、板厚が変化する金属板材からなり、前記ポケット部の周方向の中心に位置する箇所の板厚が厚く、前記爪部に向かう方向に漸次板厚が薄くなるように形成されていることを特徴とする。

また、前記補強部材の円周方向に連通孔を設ければよい。

また、前記補強部材は金属ワイヤーで構成され、前記冠型保持器のポケット部に少なくとも１個以上の補強部材を埋設すればよい。

また、前記冠型保持器に前記補強部材が嵌合される嵌合溝が形成され、前記補強部材を前記嵌合溝に嵌合させて埋設してもよい。

この発明は、合成樹脂よりも弾性定数の大きいＣ型補強部材を爪部を含めたポケット部周辺部に配置することで、高速回転時の遠心力による爪部の変形を抑制できる。

また、ポケット部の周辺部だけにＣ型補強部材が埋設されているので、円環状の金属板を保持器の主部に全周に埋設する場合より軽量化を図ることができる。

この発明の実施形態に係る冠型保持器を組み込んだ玉軸受の断面図である。 この発明の実施形態に係る冠型保持器を示す斜視図である。 この発明の第1の実施形態に係る冠型保持器の要部を示す斜視図である。 この発明の第1の実施形態に係る冠型保持器の要部を示す断面図である。 この発明の第１の実施形態に係る冠型保持器の爪部にインサートされるＣ型補強部材の斜視図である。 この発明の第１の実施形態に係る冠型保持器の外径側にインサート成形用の支持部材による空間が設けられた例を示す断面図である。 この発明の第１の実施形態に係る冠型保持器の内径側にインサート成形用の支持部材による空間が設けられた例を示す断面図である。 この発明の第１の実施形態に係る冠型保持器のポケット部の背面側にインサート成形用の支持部材による空間が設けられた例を示す断面図である。 この発明の第２の実施形態に係る冠型保持器の爪部にインサートされるＣ型補強部材の斜視図である。 この発明の第２の実施形態に係る冠型保持器の爪部にインサートされるＣ型補強部材の断面図である。 この発明の第２の実施形態に係る冠型保持器の要部を示す断面図である。 この発明の第３の実施形態に係る冠型保持器の爪部にインサートされるＣ型補強部材の斜視図である。 この発明の第４の実施形態に係る冠型保持器の爪部にインサートされるＣ型補強部材の斜視図である。 この発明の第５の実施形態に係る冠型保持器の爪部にインサートされるＣ型補強部材の斜視図である。 この発明の第５の実施形態に係る冠型保持器の要部を示す断面図である。 この発明の第５の実施形態に係る冠型保持器の外径、内径側にインサート成形用の支持部材による空間が設けられた例を示す断面図である。 この発明の第５の実施形態に係る冠型保持器のポケット部の背面側にインサート成形用の支持部材による空間が設けられた例を示す断面図である。 この発明の第６の実施形態に係る冠型保持器の要部を示す分解斜視図である。 この発明の第６の実施形態に係る冠型保持器の要部を示す断面図である。 この発明の第６の実施形態の変形例に係る冠型保持器の要部を示す断面図である。 偏心二円で形成されたＣ型止め輪を示す平面図である。 従来の玉軸受を示す断面図である。 従来の補強リングをインサートした冠型樹脂製保持器の部分斜視図である。 従来の補強リングの部分斜視図である。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に基づいて説明する。図１は、この発明の実施形態に係る玉軸受用冠型保持器を組み込んだ玉軸受の断面図、図２は、この発明の実施形態に係る玉軸受用冠型保持器を示す斜視図、図３は、この発明の第１の実施形態に係る冠型保持器の要部を示す斜視図、図４は、この発明の第１の実施形態に係る冠型保持器の要部を示す断面図、図５は、この発明の第１の実施形態に係る冠型保持器の爪部にインサートされるＣ型補強部材の斜視図である。

この発明の実施形態に係る冠型保持器を組み込んだ球軸受は、図１に示すように、内周面に外輪軌道面１１ａを有する外輪１１と、外周面に内輪軌道面１２ａを有する内輪１２と、外輪軌道面１１ａと内輪軌道面１２ａとの間にこの実施形態の冠型保持器２を介して円周方向に転動可能に配設される複数の玉３と、を備えている。

以下、玉軸受１の軸受中心軸に沿った方向を軸方向、軸方向に直交する方向を径方向という。また、軸受中心軸回りの円周方向を周方向という。

冠型保持器２は、合成樹脂からなり、図２〜図４に示すように、円環状の主部２１と、この主部２１の軸方向端面に円周方向に所定の間隔を存して複数配置され、軸方向に突出する爪部２２と、この爪部２２、２２間の主部２１に設けられた半円状の凹部２１ａとを備える。そして、凹部２１ａと一対の爪部２２、２２でポケット部２３が形成され、ポケット部２３の内面２３ａに転動体である玉３が転動可能に保持される。そして、ポケット部２３の内面２３ａは、爪部２２の内周面と凹部２１ａの表面とで構成される。

冠型保持器２は、例えば、ポリエチレン、ポリアミド、ポリアセタール、ポリエチレンテレフタレート、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からなる。

そして、この第１の実施形態の冠型保持器２は、ポケット部２３の内面２３ａの形状に沿うように、主部２１の凹部２１ａから爪部２２内に延びるように形成されたＣ型補強部材２４がインサート成形等により冠型保持器２のポケット部２３の部分に埋設されている。

このＣ型補強部材２４は、ポケット２３の内面２３ａよりその径が大きく、ポケット２３の背面２３ｂより径が小さく、インサート成形により、爪部２２の内周面２２ａと凹部２１ａの表面より主部２１側に埋設される。このＣ型補強部材２４は、冠型保持器２に用いられる合成樹脂より弾性定数が大きい、即ち、剛性が強い鉄等の金属製のものが用いられる。

図５に示すＣ型補強部材２４は、径が異なる同心二円で形成された金属板材からなり、その板厚は同じ厚さを有する。また、この金属板の幅は、爪部２２の径方向の幅より少し狭いものが用いられる。この金属板は、ポケット部２３の内面２３の形状に沿うように、主部２１から爪部２２内に延びるように曲げられて形成されている。

図３及び図４に示すように、合成樹脂よりも弾性定数の高い金属板材からなるＣ型補強部材２４をポケット部２３の凹部２１ａから爪部２２内まで延びて配置する。この結果、爪部２２内まで剛性の強い部材が配設されることで、爪部２２の剛性が高くなり、高速回転時の遠心力による爪部２２の変形を抑制できる。

このように、この第１の実施形態によれば、ポケット部２３の凹部２１ａと爪部２２の箇所にだけＣ型補強部材２４が埋設されている。このため、特許文献１のように、円環状の金属板を保持器の主部内部、又は主部端面にインサート成形等により埋設する場合より、軽量化を図ることができる。

上記したＣ型補強部材２４をインサート成形により、冠型保持器２内に設ける場合には、金型内にＣ型補強部材２４を支持した状態で、合成樹脂を注入する。この時、Ｃ型補強部材２４を支持した箇所には、合成樹脂が入り込まないため、成型後は空間が設けられることになる。図６〜図８に、Ｃ型補強部材２４を支持した箇所に形成される空間２５の例を示す。

図６は、冠型保持器２の外径側にインサート成形用の支持部材による空間２５が設けられた例を示している。図７は、冠型保持器２の内径側にインサート成形用の支持部材による空間２５が設けられた例を示している。図８は、冠型保持器２のポケット部２３の内面とは反対面である背面側にインサート成形用の支持部材による空間２５が設けられた例を示している。

このように、インサート成形用の支持部材により形成される空間２５が何処に設けられるかは、インサート成形の金型、玉軸受１の用途などにより適宜決定すれば良い。

次に、この発明の第２の実施形態に係る冠型保持器２につき、図９及び図１１に従い説明する。

この第２の実施形態は、冠型保持器２にインサート成形により埋設されるＣ型補強部材２４ａが、偏心二円で形成し、板厚を変化させている。即ち、図１０に示すＣ型補強部材２４ａのポケット部２３の内面２３ａ側に位置する内径（ｄ２）を形成する円の中心ｃ２と、ポケット部２３の背面側に位置する外径（ｄ１）を形成する円の中心ｃ１が偏心して形成されている。

このように、このＣ型補強部材２４ａは、冠型保持器２の主部２１の凹部２１ａの径方向の中心部分に位置する箇所の板厚が厚く、爪部２２に向かって漸次薄くなるように、金属板材を加工している。そして、第１の実施形態と同様に、金属板材の幅は、爪部２２の径方向の幅より僅かに狭くなっている。

このＣ型補強部材２４ａをインサート成形すると、冠型保持器２のポケット部２３の主部２１の凹部２１ａの周方向の中心部分がＣ型補強部材２４ａとして板厚が最も厚くなる箇所となる。

図２１は、偏心二円で形成されたＣ型止め輪３０である。このＣ型止め輪３０は、板幅を変化させるため外径側の直径ｄ１の円と内径側の直径ｄ２の二円を、δだけ偏心させて形成している。

上記した図１０に示す偏心二円で形成されたＣ型補強部材２４ａは、図２０に示すＣ型止め輪３０と同様の形状と見なすことができ、Ｃ型補強部材２４ａにかかる応力は、Ｃ型止め輪３０と同様に考えることができる。

図２１に示したＹ方向にＣ型止め輪３０を拡げようとする場合の止め輪の最大応力の式は次のようになる。

ここで、ｄは平均直径、Ｅは縦弾性係数、ｂは最大リム幅、ξは変化率である。

このように、偏心二円で形成されたＣ型止め輪３０は、最大応力は増加する。このことから、Ｃ型止め輪３０と同様に、偏心二円で形成されたＣ型補強部材２４ａを用いることで、爪部２２の剛性をさらに補強することができる。

図１２に示す第３の実施形態のＣ型補強部材２４ｂは、Ｃ型補強部材２４ｂを冠型保持器２内にインサート成形により埋設させる際に、金型との間が狭部となるポケット部２３の表層側に、合成樹脂を満遍なく行き渡らせるために、円周方向に連通孔２６を形成している。

上記した第１、第２の実施形態のＣ型補強部材２４、２４ａの径方向の幅寸法は、爪部２２の径方向の幅より僅かに小さくしているが、図１３に示す第４の実施形態のように、Ｃ型補強部材２４ｃの径方向の幅を剛性が高くできる範囲で、できる限り狭くしてもよい。Ｃ型補強部材２４ｃの幅を狭くすることにより、第１、第２の実施形態のＣ型補強部材２４、２４ａより軽量化を図ることができる。

図１４及び図１５に示す第５の実施形態は、金属ワイヤーでＣ型補強部材２４ｄを構成したものである。このＣ型補強部材２４ｄを１本又は複数本、冠型保持器２内にインサート成形等により埋設させる。

図１５に示す第５の実施形態では、２本のＣ型補強部材２４ｄを内径側、外径側の端面近傍にそれぞれ埋設している。

前述したように、Ｃ型補強部材２４ｄを支持した箇所には、合成樹脂が入り込まないため、成型後は空間が設けられることになる。図１６及び図１７に、Ｃ型補強部材２４ｄを支持した箇所に形成される空間２７の例を示す。

図１６は、冠型保持器２の外径、内径側にインサート成形用の支持部材による空間２７が設けられた例を示している。図１７は、冠型保持器２のポケット部２３の内面とは反対面である背面側にインサート成形用の支持部材による空間２７が設けられた例を示している。

上記した第５の実施形態は、インサート成形により、ワイヤーからなるＣ型補強部材を冠型保持器２内に埋設させている。冠型保持器２を合成樹脂で成形した後、ワイヤーからなるＣ型補強部材２４ｅを埋め込むように構成してもよい。

第６の実施形態は、冠型保持器２を合成樹脂で成形した後、ワイヤーからなるＣ型補強部材２４ｅを埋め込むものである。図１８に示す第６の実施形態は、冠型保持器２の外径側又は内径側、或いはその両方にポケット部２３に沿った嵌合溝２８を形成している。射出成形により、嵌合溝２８を形成した冠型保持器２に、Ｃ型補強部材２４ｅを圧入して、冠型保持器２内にＣ型補強部材２４ｅを埋設させる。

図１９に示す実施形態は、ワイヤー形状に沿った円弧状の嵌合溝２８を、冠型保持器２の外径側、内径側に設けている。冠型保持器２の外径側、内径側にそれぞれ設けた嵌合溝２８に、Ｃ型補強部材２４ｅを圧入して、冠型保持器２の外径側、内径側にＣ型補強部材２４ｅを埋設している。なお、外径側、又は内径側のどちらか一方に、円弧状の嵌合溝２８を設けてもよい。

図２０に示す実施形態は、冠型保持器２の外径側、内径側に設けている。冠型保持器２の外径側、内径側に、嵌合溝としての開口縁部に係合片２９ａを有する凹溝２９を形成し、凹溝２９の係合片２９ａに抗して、Ｃ型補強部材２４ｅを凹溝２９内に圧入して、冠型保持器２の外径側、内径側にＣ型補強部材２４ｅを埋設している。なお、外径側、又は内径側のどちらか一方に、係合片２９ａを有する凹溝２９を設けてもよい。

なお、この係合片２９ａは凹溝２９の全域に亘って設けてもよいが、所定の間隔を存して複数個所に設けてもよい。また係合片２９ａは凹溝２９の両方の開口縁部に設けられているが、片方の開口縁部に設けられていてもよい。

このように、この発明は、最も変形しやすい爪部２２の変形を抑制することができるため、冠型保持器２は転動体である玉３を良好に保持することができ、他部品との干渉による軸受温度や回転トルクの増加なく、摩耗も防止でき、安定して玉３を案内することができる。この結果、耐久性に優れた冠型保持器２となり、玉軸受１の性能、ひいては玉軸受１が組み込まれる回転機械装置の性能を良好に維持することができる。

また、ポケット部２３と爪部２２の箇所にＣ型補強部材２４を埋設しているだけなので、冠型保持器２の軽量化を図ることができる。

この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、この発明の要旨を逸脱しない範囲において、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、および範囲内の全ての変更を含む。

この発明の冠型保持器は、高温環境下で高速回転される玉軸受に用いることができる。

１ ：玉軸受
２ ：冠型保持器
３ ：玉
１１ ：外輪
１１ａ ：外輪軌道面
１２ ：内輪
１２ａ ：内輪軌道面
２１ ：主部
２２ ：爪部
２３ ：ポケット部
２４、２４ａ、２４ｂ、２４ｃ、２４ｄ，２４ｅ ：補強部材

Claims (7)

1. 円環状の主部と、この主部の軸方向端面に円周方向に所定の間隔を存して複数配置され、軸方向に突出する爪部と、対向する一対の爪部間に設けられた半円状の凹部と、を備え、この凹部と一対の爪部の間に転動体を保持する内面を有するポケット部が形成された合成樹脂製の冠型保持器であって、
   冠型保持器に用いられる合成樹脂より弾性定数が大きい部材で、前記ポケット部の内面形状に沿うように、前記凹部から爪部内に延びるように形成されたＣ型補強部材が前記ポケット部の保持器内に埋設されていることを特徴とする冠型保持器。
2. 前記補強部材は、同じ板厚の金属板材からなることを特徴とする請求項１に記載の冠型保持器。
3. 前記ポケット部の周方向の中心部に位置する箇所の板厚が厚く、前記爪部に向かう方向に漸次板厚が薄くなるように形成されていることを特徴とする請求項１に記載の冠型保持器。
4. 前記補強部材の円周方向に連通孔が設けられていることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の冠型保持器。
5. 前記補強部材は金属ワイヤーで構成され、前記冠型保持器のポケット部に少なくとも１個の補強部材が埋設されることを特徴とする請求項１に記載の冠型保持器。
6. 前記冠型保持器に前記補強部材が嵌合される嵌合溝が形成され、前記補強部材を前記嵌合溝に嵌合させて埋設したことを特徴とする請求項５に記載の冠型保持器。
7. 内周面に外輪軌道面を有する外輪と、外周面に内輪軌道面を有する内輪と、外輪軌道面と内輪軌道面との間に冠型保持器を介して円周方向に転動可能に配設される複数の玉と、を備えた玉軸受であって
   前記冠型保持器は、前記請求項１〜６のいずれか１項に記載の冠型保持器を用いたことを特徴とする玉軸受。

Images