JP2023144210A - ball bearing - Google Patents
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Abstract
Description
この発明は、高速回転時に、転動体である玉を収納する保持器のポケット内における潤滑油量の不足を解消し、保持器と玉との干渉による発熱・損傷を予防することができる、自動車部品または産業機械ほか、あらゆる高速回転の用途へ適用可能な玉軸受に関する。 This invention eliminates the lack of lubricating oil in the pockets of a cage that houses balls, which are rolling elements, during high-speed rotation, and prevents heat generation and damage caused by interference between the cage and balls. Regarding ball bearings that can be applied to parts, industrial machinery, and all other high-speed rotation applications.
一般に、玉軸受は、図10に示すように、外周に内側軌道溝1aが形成されている内側軌道部材1と、内周に外側軌道溝2aが形成されている外側軌道部材2と、内側軌道溝1aと外側軌道溝2aとの間に介装される複数のボール3と、前記ボール3を一定間隔に保持する保持器4とを備える。
Generally, as shown in FIG. 10, a ball bearing includes an
そして、前記保持器4として、図11に示すような、冠型の保持器4を使用する場合がある。
As the
冠型の保持器4は、円環状のベース部4aと、ベース部4aの軸方向一端面に設けられ、転動体である玉3を転動自在に保持する複数のポケット5を備えている。
各ポケット5は、ベース部4aの軸方向一端面に設けられた凹部5aと、凹部5aの開口縁に互いに間隔をあけ対向して配置された一対の保持爪5bとから形成されている。一対の保持爪5bの互いに対向する面と凹部5aの内面とは、連続して一つの球状凹面を形成している。
The crown-
Each
ところで、電動自動車では、電費・走行性能の向上のために、電動機の回転速度を高めて電動機を小型・軽量化する必要がある。このような電動機の高速回転化に伴って、使用する軸受の最高回転速度が上昇し、軸受を構成する内部部品に作用する遠心力が増大する。 By the way, in electric vehicles, in order to improve electricity consumption and driving performance, it is necessary to increase the rotational speed of the electric motor and make the electric motor smaller and lighter. As the electric motor rotates at higher speeds, the maximum rotational speed of the bearing used increases, and the centrifugal force acting on the internal components of the bearing increases.
このような高速回転用途の玉軸受の保持器として、冠型の保持器4を使用した場合、一対の保持爪5bが遠心力によって変形することにより、玉3との干渉により抵抗が漸増して発熱するという課題と共に、保持爪5bや玉3の摩耗といった課題が生じる。
When a crown-
特許文献1には、遠心力によって保持器が変形しても、玉を収容するポケット部の内周側端部に、玉が接触しないようにした玉軸受が開示されている。
即ち、この特許文献1の玉軸受は、図12及び図13に示すように、保持爪4bを軸方向に延びるストレートの柱形状にして、柱形状の保持爪4bが遠心力によって変形しても、ボール3を収容するポケット4cの内周側端部と玉3とが干渉しないようにしている。
That is, in the ball bearing of
ところが、特許文献1に開示された玉軸受では、柱形状の保持爪4bの内径側に内側軌道溝1cに接触して保持器4の位置決めするガイド部4dを設け、保持器4のガイド部4dと内側軌道溝1aとを接触させている。保持器4のガイド部4dと内側軌道溝1aとが接触することにより、内側軌道溝1aの油膜切れや摩擦が生じ、潤滑状態の悪化が懸念される。また、保持器4と内側軌道溝1aとの距離、すきまを十分に確保することができないため、通油性の悪化も懸念される。
However, in the ball bearing disclosed in
そこで、この発明は、軌道溝の油膜切れや摩擦が生じ難く、しかも玉を収容するポケット内へ潤滑油が流入し易くすることにより、潤滑性能が良好で、ポケットの内面と玉との接触面圧が減少し、回転トルクをより低減させることができる、冠型の保持器を使用した玉軸受を提供しようとするものである。 In view of this, the present invention aims to improve the lubrication performance by making it difficult for the oil film in the raceway groove to run out and friction to occur, while also making it easier for the lubricating oil to flow into the pocket that accommodates the balls, and the contact surface between the inner surface of the pocket and the balls. The present invention aims to provide a ball bearing using a crown-shaped retainer that can reduce pressure and further reduce rotational torque.
前記の課題を解決するために、この発明に係る玉軸受は、外周に内側軌道溝が形成されている内側軌道部材と、内周に外側軌道溝が形成されている外側軌道部材と、内側軌道溝と外側軌道溝との間に介装される複数の玉と、前記玉を一定間隔に保持する保持器とを備え、前記保持器は、円環状のベース部と、ベース部の軸方向一端面に設けられ、前記玉を転動自在に保持する複数のポケットを備え、各ポケットは、ベース部の軸方向一端面に設けられた凹部と、凹部の開口縁に互いに間隔をあけ対向して配置された一対の保持爪とから形成され、一対の保持爪の互いに対向する面と凹部の内面とが連続して1つの球状凹面を形成している玉軸受であって、前記各保持爪が、スリット部を挟んで外径側と内径側に分割された外径側爪部と内径側爪部とからなることを特徴とする。 In order to solve the above problems, a ball bearing according to the present invention includes an inner raceway member having an inner raceway groove formed on its outer periphery, an outer raceway member having an outer raceway groove formed on its inner periphery, and an inner raceway member having an outer raceway groove formed on its inner periphery. The cage includes a plurality of balls interposed between the groove and the outer raceway groove, and a cage that holds the balls at regular intervals, and the cage includes an annular base portion and an axially aligned portion of the base portion. A plurality of pockets are provided on the end surface and hold the balls in a rollable manner, and each pocket is arranged opposite to a recess provided on one end surface in the axial direction of the base portion and an opening edge of the recess at a distance from each other. A ball bearing is formed from a pair of disposed retaining claws, and the mutually opposing surfaces of the pair of retaining claws and the inner surface of the recess continuously form one spherical concave surface, wherein each of the retaining claws is It is characterized by comprising an outer diameter side claw part and an inner diameter side claw part which are divided into an outer diameter side and an inner diameter side with a slit part in between.
前記外径側爪部の径方向の厚みは、内径側爪部の径方向の厚みよりも厚く形成しておくことが好ましい。 It is preferable that the radial thickness of the outer diameter claw portion be greater than the radial thickness of the inner diameter claw portion.
前記玉を収納するポケットの内面における外径側爪部と内径側爪部のスリット部側のエッジは、R形状に形成しておくことが望ましい。 It is desirable that the edges of the outer diameter side claw portion and the inner diameter side claw portion on the slit portion side of the inner surface of the pocket for storing the ball are formed into an R shape.
また、前記保持器のポケットのピッチ円直径を、ポケットに収納される玉のピッチ円直径よりも小さく設定することが望ましい。 Further, it is desirable that the pitch circle diameter of the pocket of the cage is set smaller than the pitch circle diameter of the balls stored in the pocket.
以上のように、この発明に係る玉軸受に使用する保持器は、玉を収納するポケット部を形成する保持爪がスリット部を挟んで外径側と内径側に分割されているので、ポケット部内への潤滑油の流入が容易になる。また、スリット部に潤滑油を保持することができるので、希薄潤滑条件下においても、スリット部に保持した潤滑油が供給されるため、保持器と玉との潤滑不良が生じ難い。 As described above, in the cage used for the ball bearing according to the present invention, the retaining claws forming the pocket portion for storing the balls are divided into the outer diameter side and the inner diameter side with the slit portion in between, so that the retainer is inside the pocket portion. This makes it easier for lubricating oil to flow into the tank. Further, since the lubricating oil can be held in the slit portion, even under dilute lubrication conditions, the lubricating oil held in the slit portion is supplied, so that poor lubrication between the retainer and the balls is less likely to occur.
また、保持爪を、スリット部を挟んで外径側と内径側に分割することにより、玉と保持器の接触点を複数にすることができるので、ボールと保持器との間の接触面圧が分散・低減し、高速回転時に生じる保持爪と玉との干渉による発熱・破損を予防することができる。 In addition, by dividing the holding claw into an outer diameter side and an inner diameter side with a slit in between, it is possible to have multiple contact points between the balls and the cage, so the contact surface pressure between the balls and the cage can be increased. is dispersed and reduced, and heat generation and damage caused by interference between the retaining claw and the ball that occur during high-speed rotation can be prevented.
また、前記外径側爪部と内径側爪部との径方向の肉厚を、前記外径側爪部の方を、内径側爪部よりも厚くすることにより、保持器のポケット部内に潤滑油が流入しやすくなり、ポケットの内面と玉との接触面圧が減少し、回転トルクをより低減させることができる。 In addition, by making the outer diameter side claw part and the inner diameter side claw part thicker in the radial direction than the inner diameter side claw part, it is possible to lubricate the inside of the pocket part of the cage. It becomes easier for oil to flow in, the contact surface pressure between the inner surface of the pocket and the ball is reduced, and the rotational torque can be further reduced.
また、玉のピッチ円直径よりもポケットのピッチ円直径を小さくすることにより、スリット部に保持した潤滑油の供給効果がより向上する。 Further, by making the pitch circle diameter of the pocket smaller than the pitch circle diameter of the ball, the effect of supplying the lubricating oil held in the slit portion is further improved.
また、前記玉を収納するポケットの内面における外径側爪部と内径側爪部のスリット部側のエッジを、R形状に形成することにより、玉表面の潤滑油の掻き取りが防止されるので、保持器と玉との接触状態が改善され、保持器および玉の摩耗や発熱を予防することができる。 Furthermore, by forming the edges of the outer and inner claws on the slit side of the inner surface of the pocket that accommodates the balls into an R shape, the lubricating oil on the ball surface is prevented from being scraped off. , the contact condition between the cage and balls is improved, and wear and heat generation of the cage and balls can be prevented.
また、従来の保持器に比べて、スリット部の分だけ保持器の質量が減少するので、高速回転時の遠心力の軽減及びコストダウンを図ることができる。 Furthermore, since the mass of the cage is reduced by the slit portion compared to a conventional cage, centrifugal force during high-speed rotation can be reduced and costs can be reduced.
以下、この発明の実施形態を添付図面に基づいて説明する。 Embodiments of the present invention will be described below based on the accompanying drawings.
図1はこの発明の実施形態に係る玉軸受20を示し、この玉軸受20は、電気自動車用駆動モータやハイブリッド電気自動車用駆動モータ、自動車の電装部品や補機部品、例えばファンカップリング装置、オルタネータ、アイドラプーリ、カーエアコン用電磁クラッチ、電動ファンモータ等に組み込まれて使用される。 FIG. 1 shows a ball bearing 20 according to an embodiment of the present invention. Used in alternators, idler pulleys, electromagnetic clutches for car air conditioners, electric fan motors, etc.
図1に示す実施形態に係る玉軸受20は、外周面に内側軌道溝21aが形成された内側軌道部材21と、その内側軌道部材21の外側に配置され、内周面に外側軌道溝22aが形成された外側軌道部材22と、内側軌道部材21の内側軌道溝21aと外側軌道部材22の外側軌道溝22aとの間に転動自在に介装された複数の玉23と、内側軌道部材21と外側軌道部材22との間に配置され、各玉23を円周方向等間隔に保持する保持器24と、内側軌道部材21と外側軌道部材22間の軸方向両側に配され、その内側軌道部材21と外側軌道部材22間に形成された環状空間25を密封するシール部材26とで主要部が構成されている。このシール部材26により密封された環状空間25にグリース等の潤滑油を封入することにより、玉23が保持器24のポケット内でスムーズに転動するようにしている。
The ball bearing 20 according to the embodiment shown in FIG. 1 includes an
この実施形態は、外側軌道部材22がハウジングなどの静止部材に装着され、内側軌道部材21が電動モータ、または、エンジン出力で回転駆動する回転軸に装着されるものを示している。シール部材26は、環状の芯金26aとこの芯金26aに一体に固着されるゴム状部材26bとで構成され、外側軌道部材22の内周面に形成されたシール取付溝27に外周部が嵌合状態に固定される。内側軌道部材21は、シール部材26の内周部に対応する位置に、円周溝からなるシール溝28が形成され、シール部材26の内周側端に形成されたシールリップ26cが内側軌道部材21のシール溝28に摺接している。なお、この実施形態では内側軌道部材21が回転するタイプを例示しているが、内側軌道部材21がシャフトなどの静止部材に装着され、外側軌道部材22が回転軸に装着されて回転するタイプにも適用可能である。
This embodiment shows that the
この玉軸受20の運転中、シール部材26の先端のシールリップ26cが内側軌道部材21の外周端部に摺接した状態を維持しながら、内側軌道部材21が回転する。これにより、水やダスト等の異物が軸受内部に侵入したり、あるいは、軸受内部から潤滑剤が外部へ漏れたりすることを未然に防止するようにしている。
During operation of the ball bearing 20, the
保持器24は、図2及び図3に示すように、円環状のベース部30と、ベース部30の軸方向一端面に設けられ、転動体である玉23を転動自在に保持する複数のポケット31を備えている。
As shown in FIGS. 2 and 3, the
各ポケット31は、ベース部30の軸方向一端面に設けられた凹部31aと、凹部31aの開口縁に互いに間隔をあけ対向して配置された一対の保持爪32とから形成されている。一対の保持爪32の互いに対向する面と凹部31aの内面とは、連続して一つの球状凹面を形成している。
Each
保持爪32は、スリット部33を挟んで外径側と内径側に分割された外径側爪部34と内径側爪部35とからなる。
The holding
このように、保持爪32を、スリット部33を挟んで外径側と内径側に分割すると、玉23と保持器24の接触点を複数にすることができるので、玉23と保持器24との間の接触面圧が分散・低減し、高速回転時に生じる保持爪32と玉23との干渉による発熱・損傷を予防することができる。
In this way, by dividing the holding
前記外径側爪部34と内径側爪部35との径方向の肉厚は、前記外径側爪部34の方を、内径側爪部35よりも厚くしている。これにより、保持器24のポケット31内に潤滑油が流入しやすくなり、ポケット31の内面と玉23との接触面圧が減少し、回転トルクをより低減させることができる。
The radial wall thickness of the outer diameter
また、スリット部33の径方向幅は、外径側爪部34と内径側爪部35の強度を維持するために、保持器24の径方向幅の40%以下が好ましい。
Further, the radial width of the
前記ポケット31の内面における外径側爪部34と内径側爪部35のスリット部33側のエッジを、図4に一点鎖線の丸印で示すように、R形状に形成すると、図5に示すようなR形状に形成しない場合に比べ、外径側爪部34と内径側爪部35のエッジによる潤滑油の掻き取りを防止できると共に、玉23と保持爪32の接触点をスリット部33のエッジから外径側爪部34と内径側爪部35の面内に移動できるので、潤滑性能が向上する。
When the edges of the outer diameter
保持爪32の対向する曲面の形状は、曲面の中心寸法がすべて同じにした単一の曲面形状ではなく、図6に示すような、曲面の中心が複数有する複数曲面のゴシックアーチ形状にしてもよい。例えば、外径側爪部34と内径側爪部35の曲面の中心が異なるようにしてもよい。保持爪32の対向する曲面の形状を複数曲面のゴシックアーチ形状にすることにより、玉23と保持爪32の接触点が増加するので、玉23と保持爪32との間の接触面圧が分散・低減し、高速回転時に生じる保持爪32と玉23との干渉による発熱・破損をより効果的に予防することができる。図6において、×印は、玉23と保持爪32との接触点を示している。
The shape of the opposing curved surfaces of the holding
次に、保持器24のポケット31のピッチ円直径(ポケットP.C.D.)と玉23のピッチ円直径(玉P.C.D.)は同一でもよいが、図7に示すように、保持器24のポケットP.C.D.を玉P.C.D.よりも小さくしてもよい。保持器24のポケットP.C.D.を玉P.C.D.よりも小さくすることにより、非高速運転時は、外径側爪部34によって玉23を案内し、高速回転時に保持爪32が変形した際には、内径側爪部35によって玉23を案内することによって、保持爪32と玉23との干渉による回転トルクの増加を防止することができる。
Next, the pitch circle diameter (pocket P.C.D.) of the
前記外径側爪部34の径方向幅w1と内径側爪部35の径方向幅w2は、図7に示すように、遠心力がより加わる外径側爪部34の径方向幅w1の方を、内径側爪部35の径方向幅w2よりも幅広にすることにより、強度アップしておくことが好ましい。
As shown in FIG. 7, the radial width w1 of the outer
また、前記外径側爪部34と内径側爪部35の間のスリット部33の径方向幅w3は、外径側爪部34と内径側爪部35の強度を確保するために、保持器24の径方向幅wの40%以下が好ましい。
Further, the radial width w3 of the
また、前記スリット部33の径方向の最小幅は、内径側爪部35の径方向幅w2の2分の1以上にするのが好ましい。前記スリット部33の径方向の最小幅が、内径側爪部35の径方向幅w2の2分の1以下であると、スリット部33の径方向幅が狭すぎて、潤滑油の流れ(流入性)等に悪影響を及ぼす。
Further, it is preferable that the minimum width in the radial direction of the
また、成形性の観点から、前記スリット部33の径方向の上端面が、保持器24の径方向幅wの中央線より下側に位置したり、前記スリット部33の径方向の下端面が、保持器24の径方向幅wの中央線より上側に位置したりせず、保持器24の径方向幅wの中央線がスリット部33の径方向の幅内に位置するようにすることが好ましい。
In addition, from the viewpoint of formability, the radial upper end surface of the
また、保持器24の軽量化のために、スリット部24dの深さ(図9に示すh)、即ち、前記外径側爪部34と内径側爪部35の先端からスリット部33の底部までの距離を、図3及び図9に示すように、ポケット31の中心よりも深くしておくことが望ましい。
In order to reduce the weight of the
この発明に係る玉軸受20に使用する保持器24は、前記のように、前記外径側爪部34と内径側爪部35の間にスリット部33を設けているため、スリット部33を有しないものよりも軽量化を図れると共に、保持器24の重心を背面側へ寄せることができるので、保持器24の偏芯率を低くできる。これにより、高速回転時に遠心力が保持爪32に作用したときに、保持爪32に加わるモーメントを小さくでき、保持爪32の変形量を小さくすることができる。
As described above, the
また、保持器24の軽量化により、高速回転時の遠心力の軽減及びコストダウンを図ることができる。
Further, by reducing the weight of the
前記保持器24の材料としては、耐摩耗性や耐焼き付等に優れた樹脂を用いることができ、特に、引張伸び、引張強さ、耐衝撃性、耐摩耗性、潤滑性等に優れたポリアミド樹脂、例えば、PA66(ポリアミド66)、PA46(ポリアミド46)、PA9T(ポリアミド9T)、PA11(ポリアミド11)あるいはPA6(ポリアミド6)などが望ましい。
As the material for the
また、内側軌道部材21、外側軌道部材22、玉23は、例えば軸受鋼、浸炭鋼等の金属で形成される。
Further, the
また、この玉軸受20に充填されるグリースは、基油、増ちょう剤及び添加剤から成る半固体状の潤滑剤である。潤滑グリースを構成する基油としては、例えば、パラフィン系鉱油、ナフテン系鉱油などの鉱油、ポリブデン、ポリ-α-オレフィン、アルキルベンゼン、アルキルナフタレン、脂環式化合物等の炭化水素系合成油、または、天然油脂やポリオールエステル油、リン酸エステル、ジエステル油、ポリグリコール油、シリコーン油、ポリフェニルエーテル油、アルキルジフェニルエーテル油、フッ素化油等の非炭化水素系合成油等、一般に潤滑グリースの基油として使用されている油であれば特に限定することなく使用できる。
Furthermore, the grease filled in this
増ちょう剤としては、アルミニウム石けん、リチウム石けん、ナトリウム石けん、複合リチウム石けん、複合カルシウム石けん、複合アルミニウム石けんなどの金属石けん系増ちょう剤、ジウレア化合物、ポリウレア化合物等のウレア系化合物が挙げられる。これらの増ちょう剤は、単独または2種類以上組み合せて用いてもよい。 Examples of the thickener include metal soap thickeners such as aluminum soap, lithium soap, sodium soap, composite lithium soap, composite calcium soap, and composite aluminum soap, and urea compounds such as diurea compounds and polyurea compounds. These thickeners may be used alone or in combination of two or more.
潤滑グリース用の公知の添加剤としては、例えば極圧剤、アミン系、フェノール系等の酸化防止剤、ベンゾトリアゾールなどの金属不活性剤、ポリメタクリレート、ポリスチレン等の粘度指数向上剤、二硫化モリブデン、グラファイト等の固体潤滑剤等が挙げられる。これらを単独または2種類以上組み合せて添加できる。 Known additives for lubricating greases include extreme pressure agents, amine-based and phenolic antioxidants, metal deactivators such as benzotriazole, viscosity index improvers such as polymethacrylate and polystyrene, and molybdenum disulfide. , solid lubricants such as graphite, etc. These can be added alone or in combination of two or more.
この発明に係る玉軸受20に使用する保持器24は、回転運動が、転動体としての玉23によって案内される形式である。また、回転運動が、内側軌道部材21の外径面によってされる、いわゆる内輪案内形式でも、外側軌道部材22の内径面によって案内する、いわゆる外輪案内形式のいずれでもよいが、内側軌道部材21または外側軌道部材22の保持器24との摺動部は、研削加工を施しておくことが望ましい。
The
以上のように、この発明に係る玉軸受20は、保持爪32がスリット部33を挟んで外径側爪部34と内径側爪部35に分割され、スリット部33に潤滑油を保持できるため、スリット部33を有しないものよりも軽量化を図れると共に、超高速回転領域においても、潤滑油の保持及び供給が良好であり、保持器24と玉23との摩擦抵抗が緩和され、保持器24と玉23との干渉による発熱・損傷を予防することができると共に、回転トルクをより低減させることができる。
As described above, in the
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、この発明の範囲は、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。 This invention is not limited to the embodiments described above, and it goes without saying that it can be implemented in various forms without departing from the gist of the invention. and includes the meaning of equivalents recited in the claims and all changes within that range.
20 玉軸受
21 内側軌道部材
21a 内側軌道溝
22 外側軌道部材
22a 外側軌道溝
23 玉
24 保持器
24d スリット部
25 環状空間
26 シール部材
30 ベース部
31 ポケット
31a 凹部
32 保持爪
33 スリット部
34 外径側爪部
35 内径側爪部
20
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