JP4969548B2 - 玉軸受 - Google Patents

Description

この発明は、高い回転速度を必要とする玉軸受に関し、特に、冠形と呼ばれる形式の保持器の改良に関する。

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冠形の保持器を持つ玉軸受が多く用いられている。例えば、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は、鉄板の環状部品からなる波形保持器であったが、低コストな樹脂製の冠形保持器に置き換えられた。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軌道輪間に保持器を挿入するだけで済み、軸受組立費用が低減できる。

しかし、冠形の保持器は、左右非対称な形状であり、また樹脂製であって金属製のものに比べて外力により変形し易い。そのため、高速回転下で使用すると、遠心力により保持器が変形し、円滑な回転の妨げになることがある。

この発明の目的は、安価な冠形保持器を使用しながら、遠心力による保持器の変形を減少でき、より高速回転下で使用することのできる玉軸受を提供することである。

この発明の玉軸受は、内輪と外輪との間に介在させた転動体を保持する保持器を有し、この保持器は、環状体の一側面に一部が開放されて内部に転動体を保持するポケットを、前記環状体の円周方向複数箇所に有する玉軸受において、前記保持器の前記環状体の外径面におけるポケット底部側の周縁にフランジを形成したことを特徴とする。
冠形保持器の遠心力による変形は、ポケットの底壁となる部分の捩じりこわさと、ポケット間の部分である柱部に働く遠心力で決定される。このように、保持器のポケット底部側の周縁にフランジを形成することで、保持器のポケット底壁部分の断面積が増え、捩じりこわさが増大する。そのため、柱部に作用する遠心力によって保持器が変形することが抑制される。また、前記フランジは外径側に設けるため、遠心力により保持器が変形しても、その変形によりフランジは外輪から離れることになり、フランジが外輪と摺接して回転の抵抗となったり、保持器の摩耗を生じたりすることがない。

前記保持器のポケットのピッチ円径を、前記環状体の周壁断面の径方向厚さの中心よりも大きくする。
冠形保持器の遠心力による変形は、ポケットの底壁となる部分の捩じりこわさと、ポケット間の部分である柱部に働く遠心力で決定される。これに対して、上記のようにポケットのピッチ円径を、環状体の周壁断面の径方向厚さの中心よりも大きくすることにより、換言すれば、周壁断面をピッチ円径よりも内径側へ偏らせることにより、ポケット底壁部分の断面積が大きくなり、ポケット底壁部分の捩じりこわさが大きくなる。また、柱部の軸受回転中心からの半径が小さくなり、柱部に作用する遠心力が減少する。このため、保持器の遠心力による変形が減少し、より高速回転下で使用することができる。

前記保持器は、環状体の外径面を、ポケット底部側の側面からポケット開放側の側面に向かって小径となる円すい面とすることで、環状体の周壁断面の径方向厚さが、ポケット底部側の側面からポケット開放側の側面に向かって減少する形状とする。
このように、保持器の周壁断面の径方向厚さが、ポケット底部側の側面からポケット開放側の側面に向かって減少する形状とすることで、捩じりこわさが要求されるポケット底壁部分の断面積が増え、また遠心力の低減が要求される柱部先端側の質量が低減することになり、捩じりこわさの増大および遠心力の低減による保持器変形の防止効果が一層優れたものとなる。

この発明において、前記保持器は、環状体の内径面を、ポケット底部側の側面からポケット開放側の側面に向かって大径となる円すい面とすることで、環状体の周壁断面の径方向厚さが、ポケット底部側の側面からポケット開放側の側面に向かって減少する形状としても良い。
この発明において、前記保持器は、環状体のポケット間の部分である柱部に、先端から基端側へ凹む端面凹み部を有するものとしても良い。
このように柱部に端面凹み部を設けることで、遠心力の作用する柱部の質量が低減することになり、遠心力による変形が一層低減する。

前記保持器は、環状体のポケット間の部分である柱部に、環状体の外径面または内径面から凹む周面凹み部を有する。
このように、柱部に周面凹み部を設けた場合も、遠心力の作用する柱部の質量が低減することになり、遠心力による変形が一層低減する。

この発明において、保持器は合成樹脂組成物の成形体であっても良く、この合成樹脂組成物は、合成樹脂だけ、または合成樹脂と繊維からなるものであっても良い。
保持器が合成樹脂だけの合成樹脂組成物の成形体であっても、この発明の前記各構成により、遠心力による変形を抑制できる。また、合成樹脂だけの組成物であるため、安価に製造できる。
保持器が、合成樹脂と繊維からなる合成樹脂組成物の成形体である場合は、繊維による強化作用により、保持器の強度が増大し、遠心力による変形が一層低減できる。

この発明において、保持器は、合成樹脂、繊維、および潤滑油からなる合成樹脂組成物の成形体であっても良い。このように、合成樹脂組成物が潤滑油を含むものとすることで、高速回転時の玉軸受内の潤滑性能が高められる。また、繊維を含むことから、保持器の強度も増大する。

この発明の玉軸受は、内輪と外輪との間に介在させた転動体を保持する保持器を有し、この保持器は、環状体の一側面に一部が開放されて内部に転動体を保持するポケットを、前記環状体の円周方向複数箇所に有する玉軸受において、前記保持器の前記環状体の外径面におけるポケット底部側の周縁にフランジを形成し、前記保持器のポケットのピッチ円径を、前記環状体の周壁断面の径方向厚さの中心よりも大きくし、前記保持器は、環状体の外径面を、ポケット底部側の側面からポケット開放側の側面に向かって小径となる円すい面とすることで、環状体の周壁断面の径方向厚さが、ポケット底部側の側面からポケット開放側の側面に向かって減少する形状とし、前記保持器は、環状体のポケット間の部分である柱部に、環状体の外径面または内径面から凹む周面凹み部を有するものとしたため、安価な冠形保持器を使用しながら、遠心力による保持器の変形を減少でき、より高速回転下でこの玉軸受を使用することができる。

この発明の参考提案例を図１および図２と共に説明する。この玉軸受は、内輪１と外輪２との間に、円周方向に並ぶ複数の転動体３を介在させ、これら転動体３を、いわゆる冠形の保持器４で保持したものである。内輪１および外輪２は、転動体３が転走する円弧断面状の軌道溝１ａ，２ａを有し、この玉軸受は深溝玉軸受とされている。内外輪１，２および転動体３は、例えば鋼製とされ、保持器４は合成樹脂組成物の成形体とされている。

保持器４は、内部に転動体３を保持するポケット５を、図２に斜視図で示すように、環状体６の円周方向複数箇所に有するものである。各ポケット５は、環状体６の一側面に一部が開放されている。各ポケット５の内面は、転動体３の外面に沿った凹球面状の曲面形状とされている。環状体６の隣合うポケット５，５間の部分は、柱部７となる。 この実施形態は、このような構成の保持器４において、ポケット５のピッチ円径ＰＣＤを、環状体６の周壁断面の径方向厚さの中心Ｑが形成する直径よりも大きくしたものである。これに伴い、保持器４のピッチ円径ＰＣＤに対応する位置から保持器内径面までの径方向厚さＨと、保持器４の全体の径方向厚さＷとは、
Ｈ＞Ｗ／２
となっている。
保持器４の外径面および内径面は、円筒面とされている。ポケット５のピッチ円径ＰＣＤは、各ポケット５内に保持される転動体３の中心を通る円の径のことであり、この例のようにポケット５の内面が球面状となっている場合は、各ポケット５の球面状内面の曲率中心を通る円の径となる。

この構成の玉軸受によると、軸受の回転に伴って生じる保持器４の遠心力による変形は、ポケット底壁部分６ａの捩じりこわさと、柱部７に働く遠心力で決定される。これに対して、この実施形態では、ポケット５のピッチ円径ＰＣＤを、環状体６の周壁断面の径方向厚さの中心Ｑよりも大きくしてあり、周壁断面がピッチ円径ＰＣＤよりも内径側へ偏っているため、一般の周壁断面の中心をピッチ円径ＰＣＤに一致させた冠形保持器に比べて、ポケット底壁部分６ａの断面積が大きくなり、また柱部７の軸受回転中心からの半径が小さくなる。そのため、ポケット底壁部分６ａの捩じりこわさが大きくなり、かつ柱部７に作用する遠心力が減少する。このため、保持器４の遠心力による変形が減少し、より高速回転下で使用することができる。

図３ないし図１１は、図１に示す玉軸受に用いられる保持器４の各種変形例を示す。これら各変形例の保持器４は、共通する構成を説明すると、いずれも、内部に転動体３を保持するポケット５を、環状体６の円周方向複数箇所に有するものであり、各ポケット５は、環状体６の一側面に一部が開放されている。各ポケット５の内面は、転動体３の外面に沿った凹球面状の曲面形状とされている。環状体６の隣合うポケット５，５間の部分は、柱部７となる。また、いずれも、図１の例と同様に、保持器４のポケット５のピッチ円径ＰＣＤを、環状体６の周壁断面の径方向厚さの中心Ｑよりも大きくしてある。

この発明の一実施形態に係る図３の例の保持器４は、環状体６の外径面におけるポケット底部側の周縁にフランジ８を形成したものである。フランジ８の形成により、環状体６のポケット開放側の外径寸法は、ポケット底部側の外径寸法よりも小さくなっている。
このようにフランジ８を形成した場合、フランジ８によって、保持器４のポケット底壁部分の断面積が増え、捩じりこわさが増大する。そのため、柱部７に作用する遠心力によって保持器４が変形することが、一層低減する。また、フランジ８は外径側に設けるため、遠心力により柱部７の先端が外径側へ撓むように保持器４が変形しても、フランジ８は外輪から離れる方向に変形することになり、フランジ８が外輪２と摺接して回転の抵抗となったり、保持器４の摩耗を生じたりすることがない。
なお、フランジ８を設ける場合に、保持器４のポケット５のピッチ円径ＰＣＤ（図１）を、環状体６のフランジ８を除く周壁断面の径方向厚さの中心と一致させても良い。

図４の例の保持器４は、環状体６の周壁断面の径方向厚さｄが、ポケット底部側の側面４ａからポケット開放側の側面４ｂに向かって減少する形状とされたものである。具体的には、環状体６の外径面を、ポケット開放側の側面４ｂに向かって小径となる円すい面とし、内径面は円筒面としてある。なお、環状体６の内外両面を円すい面としても良い。
このように、保持器４の周壁断面の径方向厚さｄが、ポケット底部側の側面４ａからポケット開放側の側面４ｂに向かって減少する形状とすることで、捩じりこわさが要求されるポケット底壁部分６ａの断面積が増え、また遠心力の低減が要求される柱部先端側の質量が低減することになり、捩じりこわさの増大および遠心力の低減による保持器変形の防止効果が一層優れたものとなる。
図４の例の保持器４において、さらに図５のように、環状体６の外径面におけるポケット底部側の周縁にフランジ８を形成しても良い。

図６の例の保持器４は、環状体６のポケット間の部分である各柱部７に、先端から基端側へ凹む端面凹み部９を形成したものである。端面凹み部９は、ポケット５の軸方向の深さと同等以上の深さとしてある。また、環状体６には、外径面におけるポケット底部側の周縁にフランジ８を形成してある。端面凹み部９は、詳しくは、フランジ８の側面位置までの深さとしてあり、端面凹み部９の形成によって、柱部７は保持器円周方向に２分割された形状となっている。なお、フランジ８は、必ずしも設けなくても良い。
このように、柱部７に端面凹み部９を設けることで、遠心力の作用する柱部７の質量が低減することになり、遠心力による変形が一層低減する。

図６の例において、端面凹み部９は、図７の例に示すように、ポケット５の軸方向深さよりも浅いものとしても良い。図７の例では、端面凹み部９の形成により、端面凹み部９の底面よりも先端側の柱部７の部分が、ポケット内面の凹曲面に沿った一対の爪状部分７ａとなっている。図７の例のように、端面凹み部９をポケット５の軸方向深さよりも浅いものとする場合に、図８，図９の各例に示すように、保持器４の環状体６の周壁断面の径方向厚さが、ポケット底部側の側面からポケット開放側の側面に向かって減少する形状としても良い。これら図８，図９の例は、いずれも環状体６の外径面を円すい状面とし、内径面を円筒状面としてある。図８の例は、外径にフランジを有しない場合の例であり、図９の例は、環状体６の外径面におけるポケット底部側の周縁にフランジ８を形成した例である。

また、図１０の例や図１１の例に示すように、保持器４は、環状体６のポケット間の部分である柱部７に、環状体６の外径面から凹む周面凹み部１０を有するものとしても良い。 図１０の例は、図３の例、すなわち環状体６の外径面および内径面を円筒状面としてフランジ８を設けた例において、周面凹み部１０を設けたものである。
図１１の例は、図５の例、すなわち環状体６の外径面を円すい状面に、内径面を円筒状面とし、かつフランジ８を設けた例において、周面凹み部１０を設けたものである。
これら図１０，図１１の例のように、周面凹み部１０を設けた場合も、遠心力の作用する柱部７の質量が低減することになり、遠心力による変形が一層低減する。
なお、周面凹み部１０は、柱部７に、環状体６の内径面から凹むように設けても良い。

前記各実施形態における保持器４の材質例を説明する。保持器４は、合成樹脂だけからなる合成樹脂組成物の成形体であっても良く、その場合、材料コストの安価なものとなる。 保持器４は、合成樹脂と繊維からなる合成樹脂組成物の成形体としても良く、その場合は、繊維による強化作用により、保持器の強度が増大し、遠心力による変形が一層低減できる。保持器４に配合する繊維としては、炭素繊維等が用いられる。
また、保持器４を、合成樹脂、繊維、および潤滑油からなる合成樹脂組成物の成形体としても良く、その場合は、繊維による補強効果に加えて、高速回転時の玉軸受内の潤滑性能が高められる。

この発明の参考提案例に係る玉軸受の部分断面図である。 その保持器の斜視図である。 この発明の一実施形態にかかる保持器の斜視図である。 保持器の他の変形例の斜視図である。 保持器のさらに他の変形例の斜視図である。 保持器のさらに他の変形例の斜視図である。 保持器のさらに他の変形例の斜視図である。 保持器のさらに他の変形例の斜視図である。 保持器のさらに他の変形例の斜視図である。 保持器のさらに他の変形例の斜視図である。 保持器のさらに他の変形例の斜視図である。

符号の説明

１…内輪
２…外輪
３…転動体
４…保持器
５…ポケット
６…環状体
７…柱部
８…フランジ部
９…端面凹み部
１０…周面凹み部
ＰＣＤ…ピッチ円径
Ｑ…周壁断面の径方向厚さの中心

Claims (5)

1. 内輪と外輪との間に介在させた転動体を保持する保持器を有し、この保持器は、環状体の一側面に一部が開放されて内部に転動体を保持するポケットを、前記環状体の円周方向複数箇所に有する玉軸受において、前記保持器の前記環状体の外径面におけるポケット底部側の周縁にフランジを形成し、前記保持器のポケットのピッチ円径を、前記環状体の周壁断面の径方向厚さの中心よりも大きくし、前記保持器は、環状体の外径面を、ポケット底部側の側面からポケット開放側の側面に向かって小径となる円すい面とすることで、環状体の周壁断面の径方向厚さが、ポケット底部側の側面からポケット開放側の側面に向かって減少する形状とし、前記保持器は、環状体のポケット間の部分である柱部に、環状体の外径面または内径面から凹む周面凹み部を有するものとしたことを特徴とする玉軸受。
2. 前記保持器は、環状体の内径面を、ポケット底部側の側面からポケット開放側の側面に向かって大径となる円すい面とすることで、環状体の周壁断面の径方向厚さが、ポケット底部側の側面からポケット開放側の側面に向かって減少する形状とした請求項１に記載の玉軸受。
3. 前記保持器は、環状体のポケット間の部分である柱部に、先端から基端側へ凹む端面凹み部を有するものとした請求項１または請求項２に記載の玉軸受。
4. 前記保持器が、合成樹脂または合成樹脂と繊維からなる合成樹脂組成物の成形体である請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の玉軸受。
5. 前記保持器が、合成樹脂、繊維、および潤滑油からなる合成樹脂組成物の成形体である請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載の玉軸受。

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