JP2024000120A - 玉軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】冠型の保持器の保持爪が遠心力によって変形しても、ポケットの内径側と玉との強接触を回避でき、しかも、保持器の振れ回りが少なくて回転に支障がない玉軸受を提供する。【解決手段】保持器２４が玉の軸方向一方側に位置する円環部３０と、この円環部３０から軸方向他方側に延びる複数対の保持爪３２とを有し、玉を収容するポケット３１が、周方向に隣り合う保持爪３２の対向面と、円環部３０の軸方向一端面とによって形成され、ポケット３１の内周面が、玉を抱え込む球状凹面３１ａと円すい面３１ｂとからなる複合面であり、球状凹面３１ａが外径側に位置し、円すい面３１ｂが内径側に位置するようにした。【選択図】図２

Description

この発明は、高速回転時に生じる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。

一般に、玉軸受は、図２１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転動体としての複数の玉３と、この玉３を円周方向に等間隔に保持するポケット５を有する保持器４とを備える。

そして、前記保持器４として、図２２に示すような、冠型の保持器４を使用する場合がある（特許文献１)。

冠型の保持器４は、玉３の軸方向一方側に位置する円環部４ａと、この円環部４ａから軸方向他方側に延びる複数対の保持爪４ｂとを有し、玉３を収容するポケット５が、周方向に隣り合う保持爪４ｂの対向面と、円環部４ａの軸方向一端面とによって形成されている。ポケット５の形状は、保持器４が軸方向へ抜けない構造とするために、玉３を抱え込む球状凹面である。

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も上昇し、軸受を構成する内部部品に作用する遠心力が増大する。

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４ｂ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４ｂや玉３の摩耗といった課題が生じる。

図２３（ａ）は、保持爪５ａが遠心力によって変形する前の状態を示し、図２３（ｂ）は、保持爪４ｂが遠心力によって変形した状態を模式的に示しており、保持爪４ｂが遠心力によって変形すると、図２３（ｂ）に、×印で示すように、保持爪４ｂの先端の内径部で保持器４と玉３とが干渉してやがて強接触する。

特許文献２には、遠心力によって保持器４が変形しても、玉３を収容するポケット５の内径側の円筒面５ｂに、玉３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２の玉軸受は、玉３を収容するポケット５の内周面を、図２４に示すように、玉３を抱え込む球状凹面５ａと、保持器４の軸心に一致する軸心を有する円筒面５ｂとからなる複合面に形成し、球状凹面５ａをポケット５の内周面の外径側に位置させ、円筒面５ｂをポケット５の内周面内径側に位置させることにより、遠心力によって保持器４が変形しても、玉３を収容するポケット５の内径側の円筒面５ｂに、玉３が接触しないようにしている。

特開平１１－１２５２５６号公報 特開２０１７－１０１７２９号公報

ところが、玉３を収容するポケット５の内径側に円筒面５ｂを設けた特許文献２の玉軸受は、遠心力によって保持器４が変形した際に、玉３とポケット５の内径側との強接触を回避できても、径方向のポケット隙間が増大するため、保持器４の振れ回りが大きくなり、円滑に回転せず、振動が生じる懸念がある。

そこで、この発明は、玉軸受が高速回転した際に、冠型の保持器が遠心力によって変形しても、ポケットの内径側と玉との強接触を回避することができ、しかも、保持器の振れ回りが少なくて回転に支障がない玉軸受を提供しようとするものである。

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転動体としての複数の玉と、この玉を円周方向に等間隔に保持するポケットを有する保持器とを備え、保持器は、玉の軸方向一方側に位置する円環部と、この円環部から軸方向他方側に延びる複数対の保持爪とを有し、ポケットが、周方向に隣り合う保持爪の対向面と、円環部の軸方向一端面とによって形成されている玉軸受であって、前記ポケットの内周面が、玉を抱え込む球状凹面と円すい面とからなる複合面であり、球状凹面を外径側に位置させ、円すい面を内径側に位置させたことを特徴とする。

前記円すい面を形成する円すいの軸心は、保持器の軸心に対して傾き、ポケットの内周面の底側に球状凹面を有するようにしている。

前記ポケットの内周面の球状凹面の部分に、ポケットの内径側から外径側に至る溝を設け、この溝よりも先端の内径側に円すい面が形成され、溝よりも先端の外径側に球状凹面の部分を有するようにしてもよい。

前記円すい面を形成する円すいの頂点は、保持器の内径方向に位置し、玉の中心から円すい面を形成する円すいの頂点までの距離をＬ、玉の直径をＤとした時に、５/６×Ｄ×（１/√２）＜Ｌの関係を満足する。

前記内側軌道部材の肩部又は外側軌道部材の肩部を研削仕上してもよい。

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、ポケットの内周面の外径側に位置する球状凹面の部分によって玉を確実に抱え込むので、保持器が軸方向へ抜け出ることを防止できる。そして、ポケットの内周面の内径側に位置する円すい面によって、高速回転時に保持器の冠部分が遠心力で外径に変形した場合でも、保持器の振れ回りが少なく、玉との強接触を回避できる。

この発明に係る玉軸受の縦断面図である。 図１の玉軸受に使用する保持器の第１の実施形態を示す部分拡大図である。 図２の保持器の斜視図である。 図２の保持器の正面図である。 図２の保持器の右側面図である。 図５のＡ－Ａ線の断面図である。 この発明に係る保持器の球状凹面と円すい面との関係を示す説明図である。 この発明に係る玉軸受に使用する保持器の第２の実施形態を示す部分拡大図である。 図８の保持器の斜視図である。 図８の保持器の正面図である。 図８の保持器の右側面図である。 図１１のＢ－Ｂ線の断面図である。 この発明に係る玉軸受に使用する保持器の第３の実施形態を示す部分拡大図である。 図１３の保持器の斜視図である。 図１３の保持器の正面図である。 図１３の保持器の右側面図である。 図１６のＣ－Ｃ線の断面図である。 この発明に係る保持器の球状凹面と円すい面との接続部分を示す部分断面図である。 この発明に係る保持器が内側軌道部材によって案内される場合を示す玉軸受の縦断面図である。 この発明に係る保持器が外側軌道部材によって案内される場合を示す玉軸受の縦断面図である。 従来の玉軸受の縦断面図である。 図２１の玉軸受に使用する保持器の斜視図である。 冠型の保持器が遠心力によって変形した際における（ａ）が変形前の状態、（ｂ）が変形後の状態を示す保持爪と玉との接触状態を示す概略図である。 従来の他の玉軸受に使用する保持器の斜視図である。

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。

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。

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転動体としての複数の玉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、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。なお、前記シール部材２６を取付けずに潤滑油を通過させるようにしてもよい。

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。

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、又は近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。

保持器２４は、図２～図６に示すように、複数の玉２３を円周方向に等間隔に保持するポケット３１を有し、玉２３の軸方向一方側に位置する円環部３０と、この円環部３０から軸方向他方側に延びる複数対の保持爪３２とを備え、周方向に隣り合う保持爪３２の対向面と、円環部３０の軸方向一端面とによってポケット３１を形成している。

ポケット３１の内周面は、玉２３を抱え込む球状凹面３１ａと円すい面３１ｂとからなる複合面に形成されている。

まず、冠型の保持器２４が軸方向へ抜けない構造とするために、ポケット３１の内周面は、基本的に玉２３を抱え込む球状凹面３１ａであり、保持器２４の案内形式を、保持器２４が内側軌道部材２１や外側軌道部材２２の肩部に接触しない、転動体案内にしている。

そして、高速回転時に保持器２４の冠部分が遠心力で外径に変形した場合でも、保持器２４の振れ回りが少なく、玉２３とポケット３１が強接触しないように、ポケット３１の内周面の内径側の一部を円すい面３１ｂとしている。円すい面３１ｂは、円すいの軸が保持器２４の軸心に対して傾いている。この傾ける角度は、ポケット３１の先端に円すい面３１ｂが位置し、ポケット３１の底側に球状凹面３１ａが残る方向とし、また、角度の大きさは最大４５°である。

即ち、円すい面３１ｂの円すいの頂点の位置は、図７に示すように、保持器２４の内径方向にあり、玉２３の中心から円すい頂点までの距離をＬ、玉２３の直径をＤとすると、玉２３の中心から円すい形状の開始点までの距離は１/２Ｄ（実際には１/２Ｄよりポケット３１すきま分だけ長いが、ここではポケット３１のすきまは無視する）であるから、次式ｃｏｓθ＝（１/２Ｄ）/Ｌ、Ｌ=（１/２Ｄ）/ｃｏｓθから円すいの軸の傾きがゼロ（垂直）の場合に５/６Ｄ＜Ｌとなり、最大４５°傾いた場合の軸受の回転軸方向から見た投影長さが、５/６×Ｄ×（１/√２）となる。

以上のように、図２～図６に示す実施形態の保持器２４の円すい面３１ｂは、円すいの頂点が保持器２４の内径側に位置し、円すいの軸心が保持器２４の軸心に対して傾いている。このため、ポケット３１の内周面の底側に前記球状凹面３１ａが残り、円すい面３１ｂがポケット３１の内径側から保持爪３２の先端側に位置している。

なお、図２～図６には、球状凹面３１ａと円すい面３１ｂとが理解しやすいように、球状凹面３１ａを形成する球形を破線で、円すい面３１ｂを形成する円すいを一点鎖線で示している。他の実施形態でも同様である。

次に、図８～図１２は、この発明の玉軸受２０に使用する第２の実施形態の保持器２４を示している。

この第２の実施形態の保持器２４は、ポケット３１の内周面の球状凹面３１ａの部分に溝３３を設けている。そして、溝３３より先端の内径側を円すい面３１ｂとし、溝３３より先端の外径側に球状凹面３１ａが位置し、更に、溝３３よりポケット３１の底側も球状凹面３１ａを残している。この第２の実施形態の保持器２４は、溝３３が油溜まりとして作用するので、軸受の回転時の潤滑性が向上している。

また、図１３～図１７は、この発明の玉軸受２０に使用する第３の実施形態の保持器２４を示している。

この第３の実施形態の保持器２４は、ポケット３１の内周面の内径側の全部を円すい面３１ｂとし、残りの外径側を球状凹面３１ａにしている。

第１～第３の実施形態の保持器２４のいずれの場合も、図１８に示すように、球状凹面３１ａと円すい面３１ｂは接線でつながる連続した面にすることにより、玉２３とポケット３１が面で接触するので、油膜切れの懸念がなく良好な潤滑状態を維持することができる。

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。さらに、カーボン、ガラス、アラミドなど繊維状の強化材を複合して、強度、クリープ特性を向上させてもよい。

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。

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。

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。

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。

以上のように、この発明に係る玉軸受２０に使用する保持器２４は、ポケット３１の内周面の球状凹面３１ａの部分によって玉２３を確実に抱え込むので、保持器２４が軸方向へ抜け出ることを防止できる。そして、高速回転時に保持器２４の冠部分が遠心力で外径に変形した場合でも、保持器２４の振れ回りが少なく、ポケット３１の内周面の円すい面３１ｂによって玉２３との強接触を防止できる。また、保持器２４を軸受に組込む時、玉２３を抱え込むようにポケット３１が広がると共に、冠部分が円すい面３１ｂによって外径に変形するので、円すい面３１ｂがない場合に対して軸受への組込み性、及び射出成型での金型からの引抜力を低減し、変形を抑えることができる。そのため、保持器２４の材料として、硬質樹脂の使用が可能になる。

この発明に係る玉軸受２０に使用する保持器２４は、ポケット３１の内周面の球状凹面３１ａの部分によって玉２３を確実に抱え込むので、案内形式が転動体案内となる。保持器２４の径方向の動き量が大きくなったり、遠心力で変形したりした時に、図１９に示すように、保持器２４が内側軌道部材２１の肩部と接触する構造とする場合は、内側軌道部材２１の肩部を研削して保持器２４の案内面としての機能を持たせ、また、図２０に示すように、保持器２４が外側軌道部材２２の肩部と接触する構造とする場合は、外側軌道部材２２の肩部を研削して保持器２４の案内面としての機能を持たせるようにしてもよい。

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。

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
３０ 円環部
３１ ポケット
３１ａ 球状凹面
３１ｂ 円すい面
３２ 保持爪
３３ 溝

Claims (5)

1. 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転動体としての複数の玉と、この玉を円周方向に等間隔に保持するポケットを有する保持器とを備え、保持器は、玉の軸方向一方側に位置する円環部と、この円環部から軸方向他方側に延びる複数対の保持爪とを有し、ポケットが、周方向に隣り合う保持爪の対向面と、円環部の軸方向一端面とによって形成されている玉軸受であって、前記ポケットの内周面が、玉を抱え込む球状凹面と円すい面とからなる複合面であり、球状凹面が外径側に位置し、円すい面が内径側に位置することを特徴とする玉軸受。
2. 前記円すい面を形成する円すいの軸心が、保持器の軸心に対して傾き、ポケットの内周面の底側に球状凹面が位置する請求項１記載の玉軸受。
3. 前記ポケットの内周面の球状凹面の部分に、ポケットの内径側から外径側に至る溝を設け、この溝よりも先端の内径側に円すい面が形成され、溝よりも先端の外径側に球状凹面の部分が位置する請求項１記載の玉軸受。
4. 前記円すい面を形成する円すいの頂点が保持器の内径方向に位置し、玉の中心から前記円すい面を形成する円すいの頂点までの距離をＬ、玉の直径をＤとした時に、５/６×Ｄ×（１/√２）＜Ｌの関係を満足する請求項２記載の玉軸受。
5. 前記内側軌道部材の肩部又は外側軌道部材の肩部が研削仕上されている請求項１～４のいずれかの項に記載の玉軸受。

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