JP3230649U - 保持器および玉軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】金属製補強部材を用いることなく剛性を高めることができる保持器および玉軸受を提供する。【解決手段】玉軸受の玉を保持する保持器５０であって、略円筒状の本体５１と、円周方向に離間して向かい合った一対の開口壁部５４，５８で画定される開口部と玉を収容する円筒部５３，５７とを有し、前記開口部が本体５１の軸方向へ向け互い違いの方向に開口する複数のポケット５２，５６と、複数のポケット５２，５６のうち、同じ方向に開口して隣接するポケット５２，５６同士の開口壁部５４，５８同士を連結する円環部５５，５９と、軸方向に向かい合って位置する円環部５５，５９同士を接続する柱部６０とを備える。円筒部５３，５７の中心は、同一平面上に位置している。【選択図】図２

Description

本考案は、玉軸受の転動体を保持する保持器およびこの保持器を有する玉軸受に関する。

転動体として玉を使用する玉軸受においては、一つの軌道内に配置された複数の玉を保持器によって所定間隔をもって転動可能に保持することにより、玉が脱落したり、隣接する玉同士が接触し合って滑り摩擦を生じたりするのを防止している。このような保持器としては、玉軸受の周方向に沿って環状をなす本体に、玉軸受の軸方向の一方へ向けて開口する複数のポケットを周方向に等間隔に備えた冠形保持器などが挙げられる。冠形保持器のポケットは、玉が収容される凹部と、ポケットの開口部に臨んで保持器の玉からの離脱を防ぐ爪部とを備えている。

また、玉軸受の冠形保持器として、例えば特許文献１に記載されているように、合成樹脂製の本体に平面視でＣ型の金属製の補強部材をインサート成形したものが知られている。この保持器は、合成樹脂よりも剛性の高い金属製補強部材を爪部に埋め込んでいるので、高速回転時の遠心力による爪部の変形を抑制することができる。

特開２０１９−１６８０１９号公報

従来、家電製品や各種の機器において、コスト低下の面などから樹脂製の冠形保持器を持つ玉軸受が多く用いられている。たとえば、電気掃除機用のモータは、吸引力の向上と小型化のため、上限回転速度の向上が図られている。そのようなモータには、一般に内径８ｍｍ程度の深溝玉軸受が用いられている。この玉軸受の保持器には、廉価な合成樹脂製の冠形保持器が使われている。冠形保持器は、射出成形で安価に製造できるだけでなく、玉軸受の組立においても、玉が周方向に等間隔で配置された外輪と内輪の間に保持器を挿入するだけで済み、組立費用を低減することができる。

しかしながら、従来の合成樹脂製冠形保持器は、ポケット開口部が軸方向一方側にのみ形成された軸方向に非対称な形状である。そのためポケット開口部側の部分の剛性が低く、高速回転下で使用すると、遠心力によって保持器が径方向外側に変形し、円滑な回転の妨げになる場合がある。たとえば、冠形保持器の爪部が径方向外側に過剰に広がると、外輪と接触して回転トルクが上昇してしまうことが懸念される。

この点、特許文献１では、合成樹脂製の冠形保持器において、高速回転時の遠心力による爪部２２の変形を抑制するために、爪部２２内に金属製補強部材を埋め込むことで爪部２２の剛性を高くして変形を抑制している。しかしながら、金属製補強部材をインサート材として成形するのでは保持器の製造コストが割高となる。

本考案は、上記事情に鑑みてなされたもので、金属製補強部材を用いることなく剛性を高めることができる保持器および玉軸受を提供することを目的としている。

本考案は、玉軸受の転動体を保持する保持器であって、略円筒状の本体と、円周方向に離間して向かい合った一対の開口壁部で画定される開口部と転動体を収容する円弧部とを有し、前記開口部が前記本体の軸方向へ向け互い違いの方向に開口する複数のポケットと、前記複数のポケットのうち、同じ方向に開口して隣接するポケット同士の開口壁部同士を連結する円環部と、前記軸方向に向かい合って位置する前記円環部同士を接続する柱部とを備え、前記複数のポケットの前記円弧部の中心は、同一平面上に位置する保持器である。

また、本考案は、内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪の間の軸受空間に配置される上記構成の保持器と、前記保持器に保持される複数の転動体とを備えた玉軸受である。

本考案によれば、ポケットが本体の軸方向へ向け互い違いの方向に開口しているから、軸方向の一方の側の剛性が他方よりも低くなるといった不都合がない。加えて、玉に対して軸方向両側に交互にポケットが配置される単列の保持器であるから、軸方向への保持器の移動が阻止されて安定する。また、本考案では、軸方向に向かい合って位置する円環部同士を接続する柱部を備えている。このような柱部は、遠心力による変形に対する抵抗が強いので、金属製補強部材を用いることなく保持器の剛性が高められる。したがって、製造コストの上昇を抑えつつ、玉軸受が高速回転下で使用されても遠心力による保持器の径方向外側への変形が抑制される。

本考案の実施形態の玉軸受を示す断面図であって、図２に示す保持器のＡ−Ａ線断面を含む断面図である。 本考案の実施形態の保持器を示す斜視図である。 （Ａ）は本考案の実施形態の保持器を示す側面図、（Ｂ）はその変更例を示す側面図、（Ｃ）は他の変更例を示す側面図である。 本考案の比較例の保持器を示す側面図である。 本考案の実施例と比較例における保持器の回転数と変形量との関係を示すグラフである。

１．玉軸受の構成
図１は本考案の実施形態である単列の深溝玉軸受１０を示す断面図である。図１に示すように、本実施形態に係る玉軸受１０は、外輪２０と、外輪２０の内側に収容された内輪３０と、これら外輪２０および内輪３０の軸受空間に配置された複数の玉（転動体）４０と、玉４０を保持する保持器５０とを備えている。本実施形態の内輪３０は一体の部品なので、図１に示すラインＬは無視する。なお、外輪２０の両端部に外輪２０と内輪３０との間を覆うシールドを取り付けることができ、また、外輪２０と内輪３０との間の軸受空間にグリースを充填することもできる。

外輪２０の内周面には断面円弧状の軌道溝２１が形成され、内輪３０の外周面には断面円弧状の軌道溝３１が形成されている。これら軌道溝２１および軌道溝３１は玉４０の外径よりも僅かに大径な溝径を有し、玉が転走する軌道を構成している。軌道には複数（図示の例では８個）の玉４０が合成樹脂製の保持器５０によって回転可能に保持されて軌道内に等間隔で配置されている。

２．保持器の構成
次に、保持器５０について図２および図３を参照して説明する。なお、以下の説明において「上」および「下」の用語は、図面での上下を示すためだけに用いている。
図において符号５１は保持器５０の本体であり、本体５１は略円筒状をなしている。本体５１の上側には、玉４０を保持する複数（この例では４つ）のポケット５２が円周方向に沿って等間隔で形成されている。

ポケット５２は、半径方向の中心線を有する円筒曲面をなす円筒部（円弧部）５３と、円筒部５３の上端部から本体５１の上端面５１ａに鉛直方向に延びて上方に開口する開口部を画定する一対の開口壁部５４とからなっている。玉４０を収容する円筒部５３の内径は、玉４０の外径よりも僅かに大きく設定され、玉４０が円筒部５３内で回転できるようになっている。隙間を隔てて向かい合っている開口壁部５４同士の間の開口幅は円筒部５３の内径よりも狭く設定され、玉４０が円筒部５３から脱落しないようになっている。そして、同じく上方に開口して互いに隣接するポケット５２の開口壁部５４同士は、平面視で円弧状をなす円環部５５によって連結されている。

本体５１の下側には、玉４０を保持する複数（この例では４つ）のポケット５６が円周方向に沿って等間隔で形成されている。ポケット５６の円周方向の位置は、上側の互いに隣接する２つのポケット５２の間の中央とされている。

ポケット５６は、半径方向の中心線を有する円筒曲面をなす円筒部（円弧部）５７と、円筒部５７の下端部から本体５１の下端面５１ｂ（図３参照）に鉛直方向に延びて下方に開口する開口部を画定する一対の開口壁部５８とからなっている。玉４０を収容する円筒部５７の内径は、玉４０の外径よりも僅かに大きく設定され、玉４０が円筒部５７内で回転できるようになっている。ポケット５２とポケット５６の円筒部５３，５７の中心は、同一平面上に位置する。これによって、保持器５０に保持された玉４０は円周方向に一列に並んでいる。隙間を隔てて向かい合っている開口壁部５８同士の間の開口幅は円筒部５７の内径よりも狭く設定され、玉４０が円筒部５７から脱落しないようになっている。そして、同じく下方に開口して互いに隣接するポケット５６の開口壁部５８同士は、平面視で円弧状をなす円環部５９によって連結されている。

上記構成のポケット５２および５６の間には、軸方向に向かい合って位置する円環部５５，５９同士を接続する最も肉厚な柱部６０が設けられている。柱部６０は、上側の円環部５５から下側の円環部５９まで鉛直方向に延在しており、軸方向に投影したときにポケット５２の円筒部５３とポケット５６の円筒部５７との円周方向中間部に配置されている。なお、保持器５０は、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、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、フッ素樹脂等の合成樹脂を射出成型して製造される。

３．玉軸受の組立方法
図１に示すように、外輪２０の内周面と内輪３０の外周面に軸方向に貫通する断面円弧状の溝２０ａ，３０ａを形成しておく。互いに向かい合った２つの溝２０ａ，３０ａは貫通孔の一部を形成し、その貫通孔の内径は、玉４０の外径よりも僅かに大径とされる。外輪２０と内輪３０との間に保持器５０を配置し、ポケット５２を溝２０ａ，３０ａに一致させて溝２０ａ，３０ａを通して玉４０をポケット５２に挿入する。この場合において、開口壁部５４同士の幅は、玉４０の外径よりも小さいので、玉４０をポケット５２に強く押し込んで開口壁部５４を円周方向外側へ弾性変形させる。次いで、保持器５０を４５°（３６０°／８）回転させてポケット５６を溝２０ａ，３０ａに一致させ、上記と同様に溝２０ａ，３０ａを通して玉４０をポケット５６に挿入する。このように保持器５０を４５°ずつ回転させながら玉４０をポケット５２，５６に順次挿入する。

４．効果
上記構成の保持器５０によれば、ポケット５２，５６が本体５１の軸方向へ向け互い違いの方向に開口しているから、軸方向の一方の側の剛性が他方よりも低くなるといった不都合がない。加えて、玉４０に対して上下方向に交互にポケット５２，５６が配置されるから、保持器５０の軸方向への移動が阻止されて安定する。

また、上記構成の保持器５０では、特許文献１に記載されているような爪部２２がなく、軸方向に向かい合って位置する円環部５５，５９同士を接続する柱部６０を備えている。このような柱部６０は、爪部２２よりも遠心力による変形に対する抵抗が強い。したがって、この保持器５０では、金属製補強部材を用いることなく剛性が高められているので、製造コストの上昇を抑えつつ、玉軸受１０が高速回転下で使用されても遠心力による保持器５０の径方向外側への変形が抑制される。

５．変更例
本考案は上記実施形態に限定されるものではなく、以下のように種々の変更が可能である。
（１）図３（Ｂ）に示すように、ポケット６２の開口壁部６４の幅は円筒部６３の内径と同一とすることができる。なお、図示を省略しているが、下方へ向けて開口するポケットも同様に構成される。これにより、保持器を射出成形して金型を開いたときに、保持器を金型からスムーズに抜き出すことができる。

（２）図３（Ｃ）に示すように、ポケット７２の開口壁部７４は、円筒部７３の上端部から上方へ向けて拡開するように傾斜させることができる。この場合、ポケット７２の開口幅は、本体５１の上端部では玉４０の外径よりも大きい開口幅から、円筒部（円弧部）７３の上端部では玉４０の外径よりも僅かに小さい開口幅まで漸次縮小する。なお、図示を省略しているが、下方へ向けて開口するポケットも同様に構成される。これにより、ポケット７２に玉４０を挿入し易くなるとともに、ポケット７２から玉４０が脱落しにくくなる。さらに、保持器を射出成形して金型を開いたときに、図３（Ａ）に示す構成と比較して保持器を金型から抜き出し易くなる。

（３）本考案の構成要件である円弧部は、円筒部５３，５７のような円筒曲面の代わりに玉４０の外径よりも僅かに大径な内径を有する球面とすることができる。さらに、円弧部は円筒面、円錐面および球面を適宜組み合わせた曲面であってもよい。

（４）玉軸受は次のようにしても製造することができる。先ず、外輪２０を平置きにしてその内側に保持器５０を配置する。その状態で各ポケット５２，５６に玉４０を挿入する。この場合、玉４０は、開口壁部５４，５８を通さずに内周側から直接円筒部５３，５７に挿入する。ここで、内輪３０は、一体部品ではなく、図１に示すラインＬに沿って半割にしておく。そして、保持器５０の上下方向から内輪３０の半割部品を保持器５０の中へ挿入して互いを合わせ、両者を接着等の適宜な手段で結合する。このような変形例では、２つの溝２０ａ，３０ａが省略できる。なお、内輪３０の半割部品の一方の合わせ面に形成した環状凹部に、他方の合わせ面に形成した環状凸部を圧入してもよい。

［実施例１］
図３に示す実施例と図４に示す比較例の3次元メッシュモデルを作成し、有限要素法解析ソフトＭＡＲＣを用いて、高速回転時の変形をシミュレーションした。図４に示す保持器は、図３に示すポケット５６を上下反転させて形成し、全てのポケット５２，５６を上側に開口させたものである。保持器が高速回転すると、外径方向に開くように変形するので、保持器の最大外径が大きくなる。図５は、保持器の回転数に対して、外径の相対変化量を表している。相対変化量は、（回転する保持器の最大外径 ／ 静止時の外径）で求められた値である。図５から分かるように、２５，０００ｒｐｍまでは実施例と比較例で変形量に大きな差はないが、それ以上になると両者の差は大きく開いていく。これにより、本考案の保持器を玉軸受に適用すると、２５，０００ｒｐｍ以上の高速回転において保持器の変形が少なくて安定した回転精度の玉軸受を提供することができる。

［実施例２］
外輪の軌道溝と内輪の軌道溝との間に、本考案の保持器によって等間隔に玉が保持された単列の玉軸受を製造した。この玉軸受の軸受空間には、基油として４０℃における基油動粘度が２５ｍｍ^２／ｓ以上１００ｍｍ^２／ｓ以下の合成油と、増ちょう剤としてウレア系化合物からなるグリースを充填し、軸受空間は非接触ゴムシールで密封した。ウレアグリースは耐熱性に優れているので、玉軸受の温度が上昇する高速回転の使用に適している。ウレア化合物はジウレアまたはポリウレアが望ましい。合成油としては、エステル油、エーテル油、合成炭化水素油、シリコーン油、フッ素油等が挙げられる。これらの合成油は単独または混合して用いることができる。

内輪の内径は、例えば６ｍｍ以上１５ｍｍ以下とすることができる。このような玉軸受は、約２５，０００ｒｐｍ以上１００，０００ｒｐｍ以下、ｄｍＮ値でいえば７０万程度までの高速回転時においても遠心力による保持器の変形が抑制され、安定したトルクと回転精度で回転することができる。

本考案の保持器および玉軸受は、家庭用電気掃除機のクリーナモータや電動工具、ファンモータなど、各種高速回転機器に組み込んで用いることができる。

１０…玉軸受、２０…外輪、２０ａ…溝、２１…軌道溝、３０…内輪、３０ａ…溝、３
１…軌道溝、４０…玉（転動体）、５０…保持器、５１…本体、５１ａ…上端面、５１ｂ…下端面、５２…ポケット、５３…円筒部（円弧部）、５４…開口壁部、５５…円環部、５６…ポケット、５７…円筒部（円弧部）、５８…開口壁部、５９…円環部、６０…柱部、６２…ポケット、６３…円筒部、６４…開口壁部、７２…ポケット、７３…円筒部（円弧部）、７４…開口壁部。

Claims (4)

1. 玉軸受の転動体を保持する保持器であって、
   略円筒状の本体と、
   円周方向に離間して向かい合った一対の開口壁部で画定される開口部と転動体を保持する円弧部とを有し、前記開口部が前記本体の軸方向へ向け互い違いの方向に開口する複数のポケットと、
   前記複数のポケットのうち、同じ方向に開口して隣接するポケット同士の開口壁部同士を連結する円環部と、
   前記軸方向に向かい合って位置する前記円環部同士を接続する柱部と
   を備え、
   前記複数のポケットの前記円弧部の中心は、同一平面上に位置する保持器。
2. 前記ポケットの、向かい合った前記一対の開口壁部の間の開口幅は保持する転動体の外径以上である請求項１に記載の保持器。
3. 前記ポケットの、向かい合った前記一対の開口壁部の間の開口幅は、保持器の端部から前記円弧部に向かって、保持する転動体の外径以上の寸法から外径以下の寸法まで漸次縮小する請求項１に記載の保持器。
4. 内輪と、
   外輪と、
   前記内輪と前記外輪の間の軸受空間に配置される請求項１乃至３のいずれかに記載の保持器と、
   前記保持器に保持される複数の転動体と
   を備えた玉軸受。