JP2021195973A - 玉軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】高速回転時に遠心力により潤滑剤が飛散した場合でも、外輪軌道面への潤滑剤の流入を抑制して攪拌抵抗を低減し、低トルク化、また、発熱を低減できる玉軸受を提供する。【解決手段】玉軸受１において、冠型保持器１０の径方向肉厚Ｔは、基部１１から爪部１４の先端に亘り徐々に薄くなる。また、冠型保持器１０の基部１１の外周面と外輪３の肩部８の内周面との間の径方向隙間ａは、基部１１の内周面と内輪の肩部９の外周面との間の径方向隙間ｂより大きい。【選択図】図１

Description

本発明は、玉軸受に関し、特に、電気自動車やハイブリッド車両のモータや、掃除機のモータなどに適用される、高速回転を必要とする玉軸受に関する。

一般に、各種回転機械の回転部分を支持する軸受として、図８に示すような玉軸受１ａが使用されている。玉軸受１ａは、内周面に外輪軌道面２を有する外輪３と、外周面に内輪軌道面４を有する内輪５と、外輪軌道面２と内輪軌道面４との間に転動自在に配置される複数の玉６と、を備える。各玉６は、保持器１００により転動自在に保持される。また、外輪３の両端部内周面には、それぞれ金属製の芯金とゴム製の弾性部材とからなる円輪状の密封部材７，７が取り付けられ、密封部材７，７によって、軸受空間に存在するグリース等の潤滑剤が外部に漏洩したり、或いは外部に浮遊する塵埃が軸受空間に進入するのを防止している。なお、密封部材として、非接触型のシールド板を使用してもよい。

保持器１００には、プラスチック製の冠型保持器が使用されており、円環状の基部１０９と、基部１０９から、周方向に所定の間隔で軸方向に突出する複数の柱部１１０と、を備え、隣り合う柱部１１０の間に、玉６を保持するための球面形状のポケット１１１が形成される。また、柱部１１０の先端部には、互いに間隔をあけて配置した一対の爪部１１２，１１２が形成され、玉６を保持することで、保持器１００が外輪３と内輪５の間から軸方向に脱落するのを防止している。さらに、柱部１１０には、基部１０９の軸方向端部から肉抜き部１１３が形成されている。

このような玉軸受に使用される保持器１００は、高速で使用されると、遠心力により応力が作用して、爪部１１２，１１２が外径側に変形してしまう。その結果、保持器１００が外輪３や密封部材７，７など他の部品と接触してしまい、保持器１００が摩耗や破損することが懸念される。

このような遠心力による保持器変形を抑制するため、特許文献１には以下の保持器が提案されている。特許文献１では、グリース潤滑される玉軸受において、保持器の内周面に、爪部側の保持器肉厚が反爪部側の保持器肉厚よりも小さくなる断面三角形状の質量減少用切欠部を設けて、遠心力変形を低下させ、さらに、ポケットのＰＣＤをポケットに収納されるボールのＰＣＤよりも小さく設定し、ボールに付着したグリースを掻き取って、トルク低減を図ることが記載されている。

特開２０１２−１６３１７２号公報

ところで、低速回転時には保持器に付着していたグリースが、高速回転時には遠心力によって径方向外側に飛ばされ、外輪軌道面に付着する量が増えると、攪拌によってトルク及び熱の上昇を引き起こす虞がある。特許文献１に記載の保持器では、外輪の内周面と保持器の外周面との間の空間が狭いため、掻き取られたグリースは、遠心力により外輪軌道面に付着してしまうので、攪拌抵抗が大きくなり、上記の課題が存在する。

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、高速回転時に遠心力により潤滑剤が飛散した場合でも、外輪軌道面への潤滑剤の流入を抑制して攪拌抵抗を低減し、低トルク化、また、発熱を低減できる玉軸受を提供することを目的とする。

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） 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、
前記外輪軌道面及び前記内輪軌道面間に転動自在に配置される複数の玉と、
円環状の基部と、該基部から周方向に所定の間隔で軸方向に突出し、先端部に互いに間隔をあけて配置される一対の爪部をそれぞれ有する複数の柱部と、を備え、隣り合う前記柱部の間に、玉を保持可能なポケットが形成される冠型保持器と、
を備える、玉軸受であって、
前記冠型保持器の径方向肉厚は、前記基部から前記爪部の先端に亘り徐々に薄くなり、且つ、前記基部の外周面と前記外輪の肩部の内周面との間の径方向隙間は、前記基部の内周面と前記内輪の肩部の外周面との間の径方向隙間より大きい、玉軸受。
（２） 軸方向の前記玉の中心位置における前記冠型保持器の外径は、前記玉のピッチ円直径以下である、（１）に記載の玉軸受。
（３） 前記冠型保持器の最外径は、前記玉のピッチ円直径以下である、（２）に記載の玉軸受。
（４） 前記冠型保持器の外周面の外径は、前記基部から前記爪部の先端まで徐々に小さくなる、（１）〜（３）のいずれかに記載の玉軸受。
（５） 前記ポケットの外径側開口縁部は、前記玉のピッチ円よりも内径側に位置し、且つ、前記外径側開口縁部の周方向寸法は、前記玉の直径より小さい、（１）〜（４）のいずれかに記載の玉軸受。

本発明の玉軸受によれば、高速回転時に遠心力により潤滑剤が飛散した場合でも、基部の外周面と外輪の肩部の内周面との間に潤滑剤を貯留でき、外輪軌道面への潤滑剤の流入を抑制して攪拌抵抗を低減し、低トルク化、また、発熱を低減できる。

本発明の一実施形態に係る玉軸受の断面図である。 （ａ）は、図１の冠型保持器を柱部の周方向中間部で切断した断面を含む、部分斜視図であり、（ｂ）は、図１の冠型保持器をポケットの周方向中間部で切断した断面を含む、部分斜視図である。 （ａ）は、図１の玉軸受において、高速回転後のグリースの分布状態を模式的に示す断面図であり、（ｂ）は、図８の玉軸受において、高速回転後のグリースの分布状態を模式的に示す断面図である。 （ａ）は、第１変形例の玉軸受において、冠型保持器を柱部の周方向中間部で切断した断面を含む、部分斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）の冠型保持器をポケットの周方向中間部で切断した断面を含む、部分斜視図である。 （ａ）は、第２変形例の冠型保持器を柱部の周方向中間部で切断した断面を含む、部分斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）の冠型保持器をポケットの周方向中間部で切断した断面を含む、部分斜視図である。 （ａ）は、第３変形例の冠型保持器を柱部の周方向中間部で切断した断面を含む、部分斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）の冠型保持器をポケットの周方向中間部で切断した断面を含む、部分斜視図である。 （ａ）は、第４変形例の冠型保持器を柱部の周方向中間部で切断した断面を含む、部分斜視図であり、（ｂ）は、（ａ）の冠型保持器をポケットの周方向中間部で切断した断面を含む、部分斜視図である。 従来の玉軸受を示す断面図である。

以下、本発明の一実施形態に係る玉軸受について、図面を用いて説明する。

＜本実施形態＞
図１に示すように、本実施形態の玉軸受１は、冠型保持器の構成において、図８に示す従来の玉軸受１ａと異なる。即ち、玉軸受１は、内周面に外輪軌道面２を有する外輪３と、外周面に内輪軌道面４を有する内輪５と、外輪軌道面２及び内輪軌道面４間に転動自在に配置される複数の玉６と、各玉６を転動自在に保持する玉案内方式の冠型保持器１０と、外輪３の両端部内周面に取り付けられる密封部材７，７と、を備える。また、本実施形態の玉軸受１では、所定量のグリースが軸受空間内に封入されている。

冠型保持器１０は、図２にも示すように、円環状の基部１１と、該基部１１から周方向に所定の間隔で軸方向に突出する複数の柱部１２と、を備える。隣り合う柱部１２の間には、玉６を保持可能な球面形状のポケット１３が形成される。また、柱部１２の先端部には、互いに間隔をあけて配置され、ポケット１３の開口部側を形成する一対の爪部１４，１４が設けられている。

冠型保持器１０は、例えば、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド等の合成樹脂材料からなり、射出成形によって製造される。なお、樹脂材料中に、強化材として、ガラス繊維、カーボン繊維、アラミド繊維等が添加されてもよい。

図１に示すように、冠型保持器１０では、内周面の内径は、基部１１から爪部１４の先端に亘り、ほぼ等しい内径を有する一方、外周面の外径は、基部１１から爪部１４の先端まで徐々に小さくなる。したがって、図２に示す、冠型保持器１０の径方向肉厚Ｔは、基部１１から爪部１４の先端に亘り徐々に薄くなる。
なお、基部１１の軸方向端部の外周面及び内周面は、曲面状又は直線状に面取り１１ａ，１１ｂが形成されている。したがって、本実施形態では、外周面の外径は、基部１１の途中から爪部１４の先端まで徐々に小さくなっている。

また、冠型保持器１０は、その最外径Ｄ１が、各玉６の中心を通る玉６のピッチ円直径ＰＣＤ以下（本実施形態では、玉６のピッチ円直径ＰＣＤより小さい）となるように設計されており、基部１１の外周面と外輪３の肩部８の内周面との間の径方向隙間ａは、基部１１の内周面と内輪５の肩部９の外周面との間の径方向隙間ｂより大きくなる。

このように、冠型保持器１０の径方向肉厚Ｔが、基部１１から爪部１４の先端に亘り徐々に薄くなることで、玉６に付着したグリースを掻き取りつつ、玉６との接触面における摩擦を小さくすることができる。

また、高速回転時、遠心力によって外径側に飛ばされたグリースが、基部１１の外周面と外輪３の肩部８の内周面との間の貯留空間Ｓに貯留されるため、外輪軌道面２に向かうグリースの流入が抑えられるので、外輪軌道面２における攪拌が抑制され、低トルク化でき、また、発熱を低減できる。

さらに、冠型保持器１０の外周面の外径が基部１１から先端まで徐々に小さくなっているので、爪部１４の外周面に付着したグリースは、遠心力によって傾斜した外周面を伝わり、貯留空間Ｓへと導かれていくので、外輪軌道面２に向かうグリースの量を減らすことができる。
加えて、冠型保持器１０の外周面の基部１１側と爪部１４側との間に生じる周速差を利用して、微弱な気流を発生させ、玉６の転走面周辺の余剰なグリースを滞りなく排出して、貯留空間Ｓに貯留することができる。

また、本実施形態では、冠型保持器１０の径方向肉厚Ｔは、基部１１から爪部１４の先端に亘り徐々に薄くなるので、高速回転により柱部１２に遠心力が作用した際に、基部１１から爪部１４の先端までの間に、応力が部分的に集中する部分が生じることがなく、また、柱部１２が設けられる基部１１周辺における応力集中も低減できる。

また、本実施形態では、軸方向の玉６の中心位置Ｏにおいて、冠型保持器１０の外径Ｄ２は、玉６のピッチ円直径ＰＣＤ以下（本実施形態では、玉６のピッチ円直径ＰＣＤより小さい）であり、爪部１４，１４の外周面の外径が先端まで徐々に小さくなっている。これにより、冠型保持器１０を玉６に組み込む際に、冠型保持器１０が内径側に倒れやすくなり、組み込み時の冠型保持器１０での応力集中を抑えることができる。また、爪部１４が遠心力によって外径側に変形した際に爪部１４が玉６と接触するので、爪部１４が外径側に開く量を所定量に規制することができる。

特に、本実施形態では、冠型保持器１０の最外径Ｄ１が、各玉６の中心を通る玉６のピッチ円直径ＰＣＤ以下となるように設計されているので、ポケット１３の外径側開口縁部は、玉６のピッチ円Ｐよりも内径側に位置し、且つ、外径側開口縁部の周方向寸法は、いずれの位置においても玉６の直径Ｄより小さい。したがって、上述した、組み込み時の冠型保持器１０での応力集中、及び、遠心力作用時の爪部１４の拡径を確実に抑えることができる。

ここで、図３は、本実施形態の玉軸受１と、図８に示す従来の玉軸受１ａとで、高速回転後のグリースの分布状態を模式的に示している。図３（ｂ）に示すように、従来の玉軸受１ａでは、グリースＧが外輪軌道面２や玉６に付着する量が多く、攪拌による抵抗が大きくなる。一方、図３（ａ）に示すように、本実施形態の玉軸受１では、グリースＧが、基部１１の外周面と外輪３の肩部８の内周面との間の貯留空間Ｓに貯留されるため、外輪軌道面２に付着する量が少なく、攪拌による抵抗を小さくできる。

以上説明したように、本実施形態の玉軸受１によれば、冠型保持器１０の径方向肉厚Ｔは、基部１１から爪部１４の先端に亘り徐々に薄くなり、且つ、基部１１の外周面と外輪３の肩部８の内周面との間の径方向隙間ａは、基部１１の内周面と内輪５の肩部９の外周面との間の径方向隙間ｂより大きい。これにより、高速回転時に遠心力によりグリースＧが外径側に飛散した場合でも、外輪軌道面２へのグリースＧの流入を抑制して攪拌抵抗を低減し、低トルク化、また、発熱を低減できる。

尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜変更、改良等が可能である。
例えば、本発明の玉軸受には、以下に説明する、第１変形例〜第４変形例の冠型保持器１０ａ〜１０ｄが適用されてもよい。

＜第１変形例＞
図４に示すように、第１変形例の冠型保持器１０ａでは、外周面が、基部１１から爪部１４の先端にまで徐々に小径となるように傾斜しているだけでなく、内周面も、基部１１から爪部１４の先端にまで徐々に小径となるように傾斜しており、これにより、遠心力による変形をさらに抑制できる。

また、上記実施形態と同様に、基部１１の外周面と外輪３の肩部８の内周面との間の径方向隙間ａが、基部１１の内周面と内輪５の肩部９の外周面との間の径方向隙間ｂより大きく形成されれば、第１変形例の冠型保持器１０ａのように、冠型保持器１０ａの最外径が、ピッチ円Ｐよりも僅かに外径側に位置していてもよい。ただし、この場合にも、軸方向の玉６の中心位置Ｏにおける冠型保持器１０の外径Ｄ２は、玉６のピッチ円直径ＰＣＤ以下であるので、組み込み時の冠型保持器１０での応力集中を抑えることができ、また、遠心力作用時の爪部１４の拡径を規制することができる。

＜第２変形例＞
図５に示すように、第２変形例の冠型保持器１０ｂでは、基部１１の外周面と軸方向端部との縁部に、内周面と軸方向端部との縁部に形成された面取り１１ｂよりも大きな傾斜面１６が全周に亙って形成されている。これにより、基部１１の外周面と外輪３の肩部８の内周面との間の貯留空間Ｓをより大きくすることができる。

＜第３変形例＞
図６に示すように、第３変形例の冠型保持器１０ｃでは、各柱部１２の位置に、柱部１２の一対の爪部１４，１４間に形成された軸方向側面１７よりも基部側の部分から基部１１の軸方向端部まで、外周面を凹ませた凹部１８が形成されている。これにより、柱部１２の質量を減らすことができ、高速回転時、遠心力による冠型保持器１０ｃの変形を抑えることができる。

＜第４変形例＞
図７に示すように、第４変形例の冠型保持器１０ｄでは、各柱部１２の位置に、柱部１２の一対の爪部１４，１４間に形成された軸方向側面１７よりも基部側の部分から基部１１の軸方向端部まで、内周面を凹ませた凹部１９が形成されている。この場合も、柱部１２の質量を減らすことができ、高速回転時、遠心力による冠型保持器１０ｄの変形を抑えることができる。

また、本発明の玉軸受は、各柱部１２の位置に、基部１１の軸方向端部から開口する肉盗み部を設けて軽量化を図ってもよい。
さらに、本発明の玉軸受は、上記実施形態のように、内輪回転に好適に使用されるが、外輪回転に使用されてもよい。

加えて、本実施形態の玉軸受では、玉６の中心は、玉軸受１の軸方向中間部に位置しているが、軸方向にオフセットさせてもよく、例えば、玉６の中心を外輪３及び内輪５の基部側の軸方向端面から離れるようにオフセットすることで、基部１１の軸方向長さを大きくし、基部１１の外周面と外輪３の肩部８の内周面との間の貯留空間Ｓを大きくしてもよい。
また、爪部１４，１４の外周面の傾斜を柱部１２の外周面の傾斜よりも大きくして、冠型保持器１０を玉６にさらに組み込みやすくしてもよい。

また、本発明の玉軸受は、上述したように、別途補給装置を有しないグリース封入タイプにおいて好適に利用することができ、特に、バッテリ空間を確保するため、省スペースが要求される電気自動車の駆動モータにおいて好適に使用される。

１ 玉軸受
２ 外輪軌道面
３ 外輪
４ 内輪
５ 内輪軌道面
６ 玉
８ 外輪の肩部
９ 内輪の肩部
１０ 冠型保持器
１１ 基部
１２ 柱部
１３ ポケット
１４ 爪部
１６ 傾斜面
１８，１９ 凹部
Ｄ 玉の直径
Ｄ１ 冠型保持器の最外径
Ｐ ピッチ円
ＰＣＤ ピッチ円直径
Ｔ 冠型保持器の径方向肉厚

Claims (5)

1. 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、
   前記外輪軌道面及び前記内輪軌道面間に転動自在に配置される複数の玉と、
   円環状の基部と、該基部から周方向に所定の間隔で軸方向に突出し、先端部に互いに間隔をあけて配置される一対の爪部をそれぞれ有する複数の柱部と、を備え、隣り合う前記柱部の間に、玉を保持可能なポケットが形成される冠型保持器と、
   を備える、玉軸受であって、
   前記冠型保持器の径方向肉厚は、前記基部から前記爪部の先端に亘り徐々に薄くなり、且つ、前記基部の外周面と前記外輪の肩部の内周面との間の径方向隙間は、前記基部の内周面と前記内輪の肩部の外周面との間の径方向隙間より大きい、玉軸受。
2. 軸方向の前記玉の中心位置における前記冠型保持器の外径は、前記玉のピッチ円直径以下である、請求項１に記載の玉軸受。
3. 前記冠型保持器の最外径は、前記玉のピッチ円直径以下である、請求項２に記載の玉軸受。
4. 前記冠型保持器の外周面の外径は、前記基部から前記爪部の先端まで徐々に小さくなる、請求項１〜３のいずれか１項に記載の玉軸受。
5. 前記ポケットの外径側開口縁部は、前記玉のピッチ円よりも内径側に位置し、且つ、前記外径側開口縁部の周方向寸法は、前記玉の直径より小さい、請求項１〜４のいずれか１項に記載の玉軸受。

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