JP2022148445A - 玉軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】鋲加締め保持器を採用し、安定動作が確保された玉軸受を提供する。【解決手段】内輪２と、内輪２の外周側に、この内輪２と同軸に配置された外輪３と、内輪２と外輪３との間に介在する玉４と、軸方向に分割された分割片５ａ、５ｂ同士を鋲６で加締めて一体とされ、玉４を周方向に所定間隔をもって保持するポケット７が形成された保持器５と、を有する玉軸受において、玉４の直径である玉径Ｄと、内輪２に形成された内輪軌道溝８の内輪外径面１０からの深さである内輪溝深さｄが、玉径Ｄ／内輪溝深さｄ＞６の関係を満たし、かつ、内輪軌道溝８の周方向断面における曲率が、１．０１５≦曲率≦１．０８の範囲であることを特徴とした構成とする。【選択図】図１

Description

この発明は、特に軸受自体が公転することにより大きな遠心力が作用する用途に対応可能な玉軸受に関する。

近年、軽量化などの自動車を取り巻く環境の変化に伴い、玉軸受などの自動車部品にも小型化が要求されている。玉軸受を小型化した場合、軸受断面高さが小さくなることから、例えば下記特許文献１に示すように、小さい軸受断面高さに対応しやすい爪曲げ保持器が採用されることが多い。

図５に示すように、この玉軸受２０は、内輪２１と、内輪２１の外周側に、この内輪２１と同軸に配置された外輪２２と、内輪２１と外輪２２との間に介在する玉２３と、玉２３を周方向に所定間隔を持って保持する爪曲げ保持器２４とを有する。この爪曲げ保持器２４は、軸方向に分割された一対の分割片２４ａ、２４ｂから構成されている。各分割片２４ａ、２４ｂには、玉２３を保持するための内面半球状のポケット２５が周方向に所定間隔で形成されている。

図６および図７に示すように、一方の分割片２４ａの各ポケット２５間には径方向に屈曲した爪２６が形成されており、この爪２６を図８および図９に示す他方の分割片２４ｂの各ポケット２５間に挟み込んで加締めることで、両分割片２４ａ、２４ｂが一体化する。特に小型の玉軸受２０においては、一体化した保持器２４が内輪２１の外径面によって案内される内輪案内式とされることが多い。

特開２００１－１６５１７１号公報

特に小径・小型サイズの玉軸受２０（例えば、内輪２１の内径寸法と外輪２２の外径寸法から直径系列指数（＝（外径寸法－１１）／内径寸法）を定義し、この直径系列指数と内外輪２１、２２の幅寸法が、直径系列指数×幅寸法≦６（いずれも単位はｍｍ）の関係を満たす軸受）を自動車部品に用いるときに、この玉軸受２０自体が公転する使用環境下におかれることがある。このとき、図１０に一方の分割片２４ａに作用する外力の３次元計算結果の一例を示すように、この公転に伴う遠心力が、玉２３を介して爪曲げ保持器２４の爪２６を開く外力として作用し（特に爪２６内側の点描の濃淡が濃くなっている箇所）、玉軸受２０の動作安定性が損なわれるおそれがある。

このような小径・小型サイズの玉軸受２０に鋲加締め保持器を採用した場合、内輪外径と外輪内径との間の径方向隙間が小さくなりやすい。このため、保持器を内輪案内とする必要性が生じるが、保持器と内輪２１が干渉することで、摩耗、発熱、案内トルクの発生などの問題が生じ得る。保持器を転動体案内とするには、保持器帯幅を小さくする必要があるが、保持器の強度が低下する問題がある。また、保持器と内輪２１が干渉しないようにするためには、限られた軸受断面の中で玉径を大きくする必要があるが、内輪内径と軌道溝との間の肉厚が薄くなり、内輪２１の強度を担保できなくなるおそれがある。

そこで、この発明は、鋲加締め保持器を採用した小径・小型サイズの玉軸受の安定動作を確保することを課題とする。

この課題を解決するために、この発明においては、
内輪と、
前記内輪の外周側に、この内輪と同軸に配置された外輪と、
前記内輪と前記外輪との間に介在する玉と、
軸方向に分割された分割片同士を鋲で加締めて一体とされ、前記玉を周方向に所定間隔をもって保持するポケットが形成された保持器と、
を有する玉軸受において、
前記玉の直径である玉径と、前記内輪に形成された内輪軌道溝の内輪外径面からの深さである内輪溝深さが、玉径／内輪溝深さ＞６の関係を満たし、かつ、前記内輪軌道溝の周方向断面における曲率が、１．０１５≦曲率≦１．０８の範囲であることを特徴とする玉軸受を構成した。

このようにすると、内輪外径面と外輪内径面との間の径方向隙間を極力大きく確保することができ、保持器を転動体案内とすることができる。このため、保持器と内輪の干渉に起因する摩耗、発熱、案内トルクの発生などを回避して、軸受を安定動作させることができる。玉径と内輪溝深さが上記の関係を満たすようにするために内輪外径を小さくすると許容アキシアル荷重が低下するが、内輪軌道溝の曲率を上記の範囲まで上げることによって、内輪軌道溝によって玉を保持しやすくなり、所定の許容アキシアル荷重を確保することができる。

前記構成においては、前記内輪の内径寸法と、前記外輪の外径寸法と、前記内外輪の幅寸法が、（（外径寸法－１１）／内径寸法）×幅寸法≦６（いずれも単位はｍｍ）の関係を満たす構成とするのが好ましい。

上記のように玉径と内輪溝深さの関係、および、曲率の範囲を規定した玉軸受は、内径寸法、外形寸法、および、幅寸法が前記関係を満たす小径・小型の玉軸受に特に適しており、この玉軸受の安定動作を向上させることができる。

前記各構成においては、前記玉径が３．５ｍｍ以上である構成とするのが好ましい。

このようにすると、内輪外径面と外輪内径面との間の径方向隙間を極力大きく確保することができ、保持器を確実に転動体案内とすることができる。

前記各構成においては、前記分割片に形成された前記鋲を通すための鋲穴の内径が前記鋲の軸径よりも小さく、前記鋲と前記鋲穴との間に締め代を有するとともに、前記鋲穴の先端側の内径が前記鋲の軸径よりも大きくなるようにテーパ面が形成されており、前記鋲と前記鋲穴に外力が作用していない状態における前記鋲の外径面と前記鋲穴の内径面の重なりである締め代体積と、前記鋲穴の先端側の内径と前記鋲の外径との間の隙間である隙間体積が、隙間体積＜締め代体積の関係を満たす構成とするのが好ましい。

このようにすると、保持器の一対の分割片を鋲で加締めることによって確実に一体化することができ、軸受自体が公転などによって大きな遠心力が作用しても、保持器の分割部分に大きな外力が作用して分割片同士が分離するのを防止することができる。

前記各構成においては、前記保持器の表面に軟窒化被膜が形成されている構成とするのが好ましい。

このようにすると、保持器に高い硬度と適度な靭性を付与することができるため、この保持器の摩耗などを低減して安定動作を確保することができる。

前記各構成においては、前記保持器の素材として冷間圧延鋼板を用いた構成とするのが好ましい。

このようにすると、保持器に十分な引張強度（例えば２４０ＭＰａ）を付与することができるため、動作中のトラブルを抑制することができる。

この発明に係る玉軸受は、鋲加締め保持器を採用するとともに、玉径と内輪溝深さとの関係、および、内輪軌道溝の曲率の範囲を上記のように規定したことにより、保持器を転動体案内として、保持器と内輪の干渉に起因する摩耗、発熱、案内トルクの発生などを回避することができるとともに、所定の許容アキシアル荷重を確保して軸受を安定動作させることができる。

この発明に係る玉軸受の一実施形態を示す断面図 図１に示す玉軸受の保持器の要部を示す正面図 保持器の分割片に形成された鋲穴に鋲を挿通した状態を示す断面図 図２に示す保持器に作用する外力の３次元計算結果の一例を示す図 従来技術に係る玉軸受の断面図 爪曲げ保持器の一方の分割片の要部を示す斜視図 図６に示す一方の分割片の正面図 爪曲げ保持器の他方の分割片の要部を示す斜視図 図８に示す他方の分割片の正面図 図６に示す一方の分割片に作用する外力の３次元計算結果の一例を示す図

この発明に係る玉軸受１の一実施形態を図１から図４に基づいて説明する。この玉軸受１は、内輪２と、内輪２の外周側に、この内輪２と同軸に配置された外輪３と、内輪２と外輪３との間に介在する玉４と、軸方向に分割された分割片５ａ、５ｂ同士を鋲６で加締めて一体とされ、玉４を周方向に所定間隔をもって保持するポケット７が形成された保持器５と、を有する。

以下においては、この玉軸受１の中心軸に沿った方向を「軸方向」といい、この方向は図１中において左右方向に相当する。また、中心軸に対して直角な方向を「径方向」といい、この方向は図１中において上下方向に相当する。また、中心軸周りの円周方向のことを「周方向」という。

内輪２は、外周に内輪軌道溝８が形成され、軸方向の中心にプーリなどのボス部（図示せず）を挿通する貫通孔９が形成された環状の部材である。内輪軌道溝８の溝深さｄは、内輪外径面１０から内輪軌道溝８の溝底までの径方向距離によって定義される。外輪３は、内周に外輪軌道溝１１が形成された環状の部材である。玉４は、内輪軌道溝８と外輪軌道溝１１に案内されて周方向に転動する。内輪２、外輪３、および、玉４の素材として、いずれも軸受鋼が採用されている。

図２に示すように、保持器５を構成する各分割片５ａ、５ｂの各ポケット７間には、鋲６を通すための鋲穴１２が形成されている。この鋲穴１２の内径は鋲６の軸径よりも若干小さく、鋲６と鋲穴１２との間に締め代を有している。また、図３に示すように、鋲穴１２の先端側（図３では下側）には、その内径が鋲６の軸径よりも次第に大きくなるようにテーパ面１３が形成されている。この保持器５の素材として、２４０ＭＰａ以上の引張強度を有する冷間圧延鋼板（ＳＰＣ）が採用されている。また、保持器５の表面には、高い硬度と適度な靭性を有する軟窒化被膜が形成されている。

この保持器５においては、鋲６と鋲穴１２に外力が作用していない状態における鋲６の外径面と鋲穴１２の内径面の重なり（図３において二点鎖線で囲った部分）である締め代体積と、鋲穴１２の先端側の内径と鋲６の外径との間の隙間である隙間体積が、「隙間体積＜締め代体積」の関係を満たしている。このため、保持器４の一対の分割片５ａ、５ｂを鋲６で加締めることによって確実に一体化することができ、玉軸受１自体の公転などによって大きな遠心力が作用しても、保持器５の分割部分に大きな外力が作用して分割片５ａ、５ｂ同士が分離するのを防止することができる。

この実施形態に係る玉軸受１においては、玉径Ｄと内輪外径面１０と内輪軌道輪８の溝底との間の径方向距離である内輪溝深さｄとの間に、「玉径Ｄ／内輪溝深さｄ＞６」の関係が成立している。このようにすると、内輪外径面１０と外輪内径面１４との間の径方向隙間を極力大きく確保することができ、保持器５を転動体案内とし易い。このため、保持器５と内輪２の干渉に起因する摩耗、発熱、案内トルクの発生などを回避して、玉軸受１を安定動作させることができる。

また、この実施形態に係る玉軸受１においては、内輪軌道溝８の周方向断面における曲率を、「１．０１５≦曲率≦１．０８」の範囲としている。玉径Ｄと内輪溝深さｄが上記の関係を満たすようにするために内輪外径を小さくすると許容アキシアル荷重が低下するが、曲率を上記の範囲まで上げることによって、内輪軌道溝８によって玉４を保持しやすくなり、所定の許容アキシアル荷重を確保することができる。なお、この曲率を、「１．０５≦曲率≦１．０７」の範囲とすることにより、所定の許容アキシアル荷重を確保しつつ、玉４を内輪軌道溝８によってさらに円滑に転動させることができる。

また、この実施形態に係る玉軸受１においては、玉径Ｄを３．５ｍｍ以上としている。このため、内輪外径面１０と外輪内径面１４との間の径方向隙間を極力大きく確保することができ、保持器５を確実に転動体案内とすることができる。このように玉径Ｄを拡大した場合、所定の許容アキシアル荷重を確保するために内輪溝深さｄを大きくするのが一般的であるが、この実施形態においては、曲率を上記の範囲内とすることにより、内輪溝深さｄを大きくすることなく所定の許容アキシアル荷重を確保している。このため、内輪内径と内輪軌道溝８との間の十分な肉厚が確保され、内輪２の強度を担保することができる。

この実施形態に係る玉軸受１のサイズは特に限定されないが、内輪２の内径寸法Ｄ_ｉｎと外輪３の外径寸法Ｄ_ｏｕｔから直径系列指数（＝（外径寸法Ｄ_ｏｕｔ－１１）／内径寸法Ｄ_ｉｎ）を定義したときに、この直径系列指数と内外輪２、３の幅寸法ｗが、「直径系列指数×幅寸法ｗ≦６（いずれも単位はｍｍ）」の関係を満たす小径・小型サイズのものを主な対象としている。この小径・小型サイズの玉軸受１は、内輪外径面１０と外輪内径面１４との間の径方向隙間を大きくすることが難しく、保持器５を内輪案内とせざるを得ないことが多いが、玉径Ｄと内輪溝深さｄの関係、および、内輪軌道溝８の曲率の範囲を上記のように規定することにより、保持器５が玉４によって安定的に案内される転動体案内とすることができる。

この実施形態に係る玉軸受１自体が自転する使用環境下におかれ、大きな遠心力が作用したときの保持器５に作用する外力の３次元計算結果の一例を図４に示す。この計算結果は、点描の濃淡によって外力の大きさを表示しており、鋲穴１２の周囲で最大応力となっている。この最大応力は、図１０において示した爪曲げ保持器２４における最大応力よりも十分小さく（爪曲げ保持器２４の６０％程度）、この保持器５の素材（冷間圧延鋼板）の引張強度である２４０ＭＰａを超えることはない。このため、このような使用環境下においても、外力によって保持器５の分割片５ａ、５ｂが分離せず、玉軸受１の安定動作を確保することができる。

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、本発明の範囲は上記した説明ではなく、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及びすべての変更が含まれることが意図される。

１ 玉軸受
２ 内輪
３ 外輪
４ 玉
５ 保持器
５ａ、５ｂ 分割片
６ 鋲
７ ポケット
８ 内輪軌道溝
１０ 内輪外径面
１２ 鋲穴
１３ テーパ面
ｄ 内輪溝深さ
Ｄ 玉径
Ｄ_ｉｎ （内輪の）内径寸法
Ｄ_ｏｕｔ （外輪の）外径寸法
ｗ （内外輪の）幅寸法

Claims (6)

1. 内輪（２）と、
   前記内輪（２）の外周側に、この内輪（２）と同軸に配置された外輪（３）と、
   前記内輪（２）と前記外輪（３）との間に介在する玉（４）と、
   軸方向に分割された分割片（５ａ、５ｂ）同士を鋲（６）で加締めて一体とされ、前記玉（４）を周方向に所定間隔をもって保持するポケット（７）が形成された保持器（５）と、
   を有する玉軸受において、
   前記玉（４）の直径である玉径（Ｄ）と、前記内輪（２）に形成された内輪軌道溝（８）の内輪外径面（１０）からの深さである内輪溝深さ（ｄ）が、玉径Ｄ／内輪溝深さｄ＞６の関係を満たし、かつ、前記内輪軌道溝（８）の周方向断面における曲率が、１．０１５≦曲率≦１．０８の範囲であることを特徴とする玉軸受。
2. 前記内輪（２）の内径寸法（Ｄ_ｉｎ）と、前記外輪（３）の外径寸法（Ｄ_ｏｕｔ）と、前記内外輪（２、３）の幅寸法（ｗ）が、（（外径寸法Ｄ_ｏｕｔ－１１）／内径寸法Ｄ_ｉｎ）×幅寸法ｗ≦６（いずれも単位はｍｍ）の関係を満たす請求項１に記載の玉軸受。
3. 前記玉径（Ｄ）が３．５ｍｍ以上である請求項１または２に記載の玉軸受。
4. 前記分割片（５ａ、５ｂ）に形成された前記鋲（６）を通すための鋲穴（１２）の内径が前記鋲（６）の軸径よりも小さく、前記鋲（６）と前記鋲穴（１２）との間に締め代を有するとともに、前記鋲穴（１２）の先端側の内径が前記鋲（６）の軸径よりも大きくなるようにテーパ面（１３）が形成されており、前記鋲（６）と前記鋲穴（１２）に外力が作用していない状態における前記鋲（６）の外径面と前記鋲穴（１２）の内径面の重なりである締め代体積と、前記鋲穴（１２）の先端側の内径と前記鋲（６）の外径との間の隙間である隙間体積が、隙間体積＜締め代体積の関係を満たす請求項１から３のいずれか１項に記載の玉軸受。
5. 前記保持器（５）の表面に軟窒化被膜が形成されている請求項１から４のいずれか１項に記載の玉軸受。
6. 前記保持器（５）の素材として冷間圧延鋼板を用いた請求項１から５のいずれか１項に記載の玉軸受。

Images