JP5272737B2

JP5272737B2 - 冠型保持器及び玉軸受

Info

Publication number: JP5272737B2
Application number: JP2009000042A
Authority: JP
Inventors: 健一柴崎
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2009-01-05
Filing date: 2009-01-05
Publication date: 2013-08-28
Anticipated expiration: 2029-01-05
Also published as: JP2010156439A

Description

この発明は、例えばハイブリッド電気自動車（ＨＥＶ）等の各種機械装置の回転支持部分に組み込まれて、高速回転で使用される玉軸受、及び、この玉軸受に組み込む冠型保持器の改良に関する。

各種機械装置の回転支持部分に組み込む玉軸受として、図２に示す様な玉軸受１が広く使用されている。この玉軸受１は、内周面に外輪軌道２を有する外輪３と、外周面に内輪軌道４を有する内輪５とを同心に配置し、これら外輪軌道２と内輪軌道４の間に複数個の玉６、６を転動自在に設けて成る。図示の例の場合、上記外輪軌道２と内輪軌道４とは、共に深溝型としている。又、上記各玉６、６は、保持器７に設けたポケット８内に、転動自在に保持している。

この保持器７は、冠型保持器と呼ばれるもので、合成樹脂を射出成形する事により、図３〜４に詳示する様に、全体を一体に造っている。この保持器７は、円環状の基部９と、この基部９の片側面｛図２及び図４の（Ａ）の右側面、図３の上側面｝の円周方向等間隔の複数個所から、それぞれ軸方向に延出する状態で設けられた凸部１０、１０とを備える。このうちの各凸部１０、１０の先端部にはそれぞれ、先端側に向かう程上記基部９の円周方向に関して互いに離れる方向に傾斜した、１対ずつの弾性片１１、１１を設けている。そして、円周方向に隣り合う１対ずつの凸部１０、１０の互いに対向する側面と上記基部９の片側面とにより三方を囲まれる部分をそれぞれ、上記各ポケット８、８としている。図示の例の場合、これら各ポケット８、８の内面は、その曲率半径が上記各玉５、５の転動面の曲率半径よりも僅かに大きい、球状凹面としている。これと共に、これら各ポケット８、８の内面の円周方向両側に１対ずつ存在する、上記各弾性片１１、１１の先端縁同士の間隔を、上記各玉６、６の直径よりも小さくしている。又、図４の（Ｂ）に詳示する様に、上記保持器７は、自由状態での上記各ポケット８、８の外接円の直径（＝図示の例では、この保持器７の外径）Ｄ₈を、これら各ポケット８、８内に保持する各玉６のピッチ円直径ＰＣＤよりも大きく（Ｄ₈＞ＰＣＤ）すると共に、自由状態でのこれら各ポケット８、８の内接円の直径（＝図示の例では、上記保持器７の内径）ｄ₈を、上記ピッチ円直径ＰＣＤよりも小さく（ｄ₈＜ＰＣＤ）している。

この様な保持器７を備えた玉軸受１を組み立てる場合には、先ず、上記外輪軌道２と内輪軌道４との間に、上記各玉６、６を配置する。そして、この状態で、上記各ポケット８、８の内面の円周方向両側に１対ずつ存在する、上記各弾性片１１、１１の先端縁同士の間隔を弾性的に押し広げつつ、上記各玉６、６を上記各ポケット８、８内に押し込む。上記保持器７は、この様にして各ポケット８、８内に各玉６、６を抱き込む事により、これら各玉６、６を、上記外輪軌道２と内輪軌道４との間に転動自在に保持する。

上記玉軸受１の使用時には、上記各玉６、６の転動に伴って、上記外輪３と上記内輪５との相対回転を自在とする。この際、上記各玉６、６は、自転しつつ上記内輪５の周囲を公転する。又、上記保持器７は、上記各玉６、６の公転速度と同じ速度で、上記内輪５の周囲を回転する。特に、上記玉軸受１の場合には、上記保持器７として金属製のものを使用せず、合成樹脂製のものを使用している。この為、この保持器７の慣性質量を十分に小さくでき、その分だけ、上記玉軸受１の軽量化や回転速度の高速化を図れる。又、上記各玉６、６と上記保持器７との間で金属同士のぶつかり合いが生じない為、低騒音、低振動の要求にも応えられる。

ところが、近年、玉軸受１を組み込んだ各種機械装置の性能が向上し、この玉軸受１の回転速度（外輪３と内輪５との相対回転速度、保持器７の回転速度）が高くなっている。この結果、この保持器７に加わる遠心力が大きくなり、この保持器７の弾性変形量が無視できなくなる可能性が生じている。即ち、この保持器７は、円周方向に等間隔に配置した複数の凸部１０、１０を、円環状の基部９により片持ち式で支持した如き構成を有している。この為、この保持器７の径方向に関する剛性は、上記基部９が存在する基端部｛図２及び図４の（Ａ）の左端部｝で高く、上記基部９が存在しない先端部｛図２及び図４の（Ａ）の右端部｝で低くなっている。

この為、上記保持器７の回転速度が高くなる事に伴って、この保持器７に加わる遠心力が大きくなると、この保持器７に、図２に二点鎖線で示す様な態様の弾性変形、即ち、この保持器７の先端側の直径が広がる態様の弾性変形が生じる可能性がある。そして、この様な弾性変形が生じる結果、上記各凸部１０、１０の先端部が上記外輪３の内周面と干渉して（擦れ合って）、上記外輪３と上記内輪５との相対回転に要するトルクが増大する他、運転に伴って発生する熱に基づく温度上昇や異音が著しくなり、極端な場合には焼き付き等の故障の原因となる可能性がある。

一方、特許文献１には、この様な不具合が発生するのを回避できる様にする為、冠型保持器に大きな遠心力が加わった場合にも、この冠型保持器に、先端側の直径が広がる態様の弾性変形が生じる事を抑制できる様にすべく、この冠型保持器の外周面のうち円周方向に隣り合う各ポケット同士の間部分に補強用の突起を形成する発明が記載されている。ところが、この特許文献１に記載された冠型保持器の場合には、上記各突起を設けた分だけ慣性質量が大きくなる為、玉軸受の軽量化や回転速度の高速化を図りにくくなる。更には、上記各突起を設けた分だけ、上記冠型保持器の材料費が嵩むと共に、この冠型保持器の形状が複雑になって、製造時に使用する射出成形型の費用が嵩む。

特開２０００−１７０７７２号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑み、玉軸受の高速回転時にも、冠型保持器に生じる、先端側の直径が広がる態様の弾性変形を十分に抑制でき、しかも製造コストの低減を図れる構造を実現すべく発明したものである。

本発明の冠型保持器及び玉軸受のうち、請求項１に記載した冠型保持器は、全体を合成樹脂により一体に造られ、円環状の基部と、この基部の軸方向片側面の円周方向複数個所から軸方向に延出する複数の凸部とを備えると共に、これら各凸部の先端部にそれぞれ、先端側に向かう程上記基部の円周方向に関して互いに離れる方向に傾斜した１対の弾性片を設けている。又、円周方向に隣り合う１対ずつの凸部の互いに対向する側面と上記基部の軸方向片側面とにより三方を囲まれる部分をそれぞれ、玉を転動自在に保持する為のポケットとしている。
特に、請求項１に記載した冠型保持器に於いては、自由状態でのこれら各ポケットの外接円の直径（各凸部の外接円の直径）を、これら各ポケット内に保持する複数個の玉のピッチ円直径未満にしている。

又、請求項２に記載した玉軸受は、内周面に外輪軌道を有する外輪と、外周面に内輪軌道を有する内輪と、これら外輪軌道と内輪軌道との間に転動自在に設けた複数個の玉と、これら各玉を保持する為の保持器とを備える。
特に、請求項２に記載した玉軸受に於いては、上記保持器が、上述の請求項１に記載した冠型保持器である。

上述の様に構成する本発明の冠型保持器及び玉軸受の場合には、玉軸受の高速回転時にも、各凸部の先端部が外輪の内周面と干渉する事を防止若しくは抑制して、外輪と内輪との相対回転に要するトルクが増大したり、運転に伴って発生する熱に基づく温度上昇や異音が著しくなったりする事を防止できる。この理由は、次の通りである。即ち、本発明の場合、玉軸受の高速回転時に、冠型保持器に大きな遠心力が作用する事により、この冠型保持器に、先端側（軸方向に関して基部が存在しない側で、上記各凸部の先端側）の直径が広がる態様の弾性変形が生じると、この弾性変形の初期段階で、各玉の転動面のうち玉軸受の径方向に関する内半部の一部に、各ポケットの内面の一部が接触する。この結果、上記弾性変形がそれ以上増大する事を抑制される。又、冠型保持器を構成する各ポケットの外接円の直径を、複数個の玉のピッチ円直径未満にしている為、この冠型保持器の外径及び質量を小さくできる。従って、この冠型保持器の外周面と外輪の内周面との間隔を広くできると共に、この冠型保持器に加わる遠心力を小さくできる。従って、本発明の場合には、玉軸受の高速回転時にも、各凸部の先端部が外輪の内周面と干渉する事を防止若しくは抑制できる。

又、本発明の場合には、上述の様に冠型保持器の外径を小さくできる分、各ポケットの内面の面積を小さく（狭く）できる為、これら各ポケットの内面と各玉の転動面との接触面積を小さくできる。従って、これら各ポケットの内面と各玉の転動面との接触部に作用する摩擦力を低減でき、外輪と内輪との相対回転に要するトルクを低減できる。
更に、本発明の場合には、上述の様に冠型保持器の質量を小さくできる分、この冠型保持器の材料を少なくできる。この為、この冠型保持器の製造コストを低減できる。

［本発明に関連する参考例］
図１は、本発明に関連する参考例を示している。尚、本参考例の特徴は、主として、玉軸受を構成する複数個の玉６のピッチ円直径ＰＣＤと、冠型の保持器７ａを構成する各ポケット８ａ、８ａの外接円の直径（各凸部１０ａ、１０ａの外接円の直径）Ｄ_8aとの関係を規制した点にある。この保持器７ａが、円環状の基部９ａと、それぞれの先端部に１対ずつの弾性片１１ａ、１１ａを有する複数の凸部１０ａ、１０ａとを備えている点を含めて、その他の部分の構造及び作用は、前述の図２〜４に示した従来構造の場合と同様であるから、重複する図示並びに説明は省略若しくは簡略にし、以下、本参考例の特徴部分、並びに、上記従来構造と異なる部分を中心に説明する。

本参考例の場合、上記保持器７ａは、自由状態での各ポケット８ａ、８ａの外接円の直径Ｄ_8a（＝図示の例では、この保持器７ａの外径）を、これら各ポケット８ａ、８ａ内に保持する複数個の玉６のピッチ円直径ＰＣＤと等しく（Ｄ_8a＝ＰＣＤ）している。又、本参考例の場合、自由状態での上記各ポケット８ａ、８ａの内接円の直径（各凸部１０ａ、１０ａの内接円の直径）ｄ_8a（＝図示の例では、この保持器７ａの内径）は、必然的に、上記ピッチ円直径ＰＣＤよりも小さく（ｄ_8a＜ＰＣＤ）なる。但し、この内接円の直径ｄ_8aは、内輪５（図２参照）を構成する内輪軌道４の肩部の外径Ｄ₅よりも大きく（ｄ_8a＞Ｄ₅）している。

上述の様に構成する本参考例の冠型保持器及び玉軸受の場合には、玉軸受の高速回転時にも、保持器７ａを構成する各凸部１０ａ、１０ａの先端部が外輪３（図２参照）の内周面と干渉する事を防止若しくは抑制して、この外輪３と内輪５（図２参照）との相対回転に要するトルクが増大したり、運転に伴って発生する熱に基づく温度上昇や異音が著しくなったりする事を防止できる。この理由は、次の通りである。即ち、本参考例の場合、玉軸受の高速回転時に、保持器７ａに大きな遠心力が作用する事により、この保持器７ａに、先端側｛図１の（Ａ）の右端側｝の直径が広がる態様の弾性変形が生じると、この弾性変形の初期段階で、各玉６の転動面のうち玉軸受の径方向に関する内半部の一部に、上記保持器７ａを構成する各ポケット８ａ、８ａの内面の一部が接触する。この結果、上記弾性変形がそれ以上増大する事を抑制される。又、本参考例の場合には、上記保持器７ａの外径である、上記各ポケット８ａ、８ａの外接円の直径Ｄ_8aを、上記各玉６のピッチ円直径ＰＣＤと等しく（Ｄ_8a＝ＰＣＤ）している。この為、上記保持器７ａの外径及び質量を小さくできる。従って、この保持器７ａの外周面と上記外輪３の内周面との間隔を広くできると共に、この保持器７ａに加わる遠心力を小さくできる。従って、本参考例の場合には、玉軸受の高速回転時にも、上記各凸部１０ａ、１０ａの先端部が上記外輪３の内周面と干渉する事を防止できる。

又、本参考例の場合には、上述の様に保持器７ａの外径を小さくできる分、上記各ポケット８ａ、８ａを小さくできる為、これら各ポケット８ａ、８ａの内面と上記各玉６の転動面との接触面積を小さくできる。従って、これら各ポケット８ａ、８ａの内面と各玉６の転動面との接触部に作用する摩擦力を低減でき、上記外輪３と内輪５との相対回転に要するトルクを低減できる。更に、本参考例の場合には、上述の様に保持器７ａの質量を小さくできる分、この保持器７ａの材料を少なくできる。この為、この保持器７ａの製造コストを低減できる。

［本発明の実施の形態の１例］
次に、本発明の実施の形態の１例に就いて説明する。具体的な図示は省略するが、本例の冠型保持器及び玉軸受を実施する場合には、冠型保持器の自由状態での各ポケットの外接円の直径Ｄを、これら各ポケット内に保持する複数個の玉のピッチ円直径ＰＣＤ未満（Ｄ＜ＰＣＤ）とする。
この様に、本例の冠型保持器及び玉軸受の場合には、Ｄ＜ＰＣＤなる寸法関係を採用する為、Ｄ _8a ＝ＰＣＤなる寸法関係を採用する、上記参考例の冠型保持器及び玉軸受の場合と比較して、この参考例の説明で述べた様な効果（上記段落［００１７］［００１８］部分に記載した効果）を、より高いレベルで得られる。

本発明に関連する参考例に関する、冠型保持器のポケットと玉のピッチ円との関係を示す図で、（Ａ）は冠型保持器の径方向から見た図、（Ｂ）は（Ａ）の右側から見た、半部のみを示す図。冠型保持器を備えた玉軸受の従来構造の１例を示す断面図。この従来構造の１例に組み込む冠型保持器の斜視図。この従来構造の１例に関する、冠型保持器のポケットと玉のピッチ円との関係を示す、図１と同様の図。

１玉軸受
２外輪軌道
３外輪
４内輪軌道
５内輪
６玉
７、７ａ保持器
８、８ａポケット
９、９ａ基部
１０、１０ａ凸部
１１、１１ａ弾性片

Claims

全体を合成樹脂により一体に造られ、円環状の基部と、この基部の軸方向片側面の円周方向複数個所から軸方向に延出する複数の凸部とを備えると共に、これら各凸部の先端部にそれぞれ、先端側に向かう程上記基部の円周方向に関して互いに離れる方向に傾斜した１対の弾性片を設けており、円周方向に隣り合う１対ずつの凸部の互いに対向する側面と上記基部の軸方向片側面とにより三方を囲まれる部分をそれぞれ、玉を転動自在に保持する為のポケットとした冠型保持器に於いて、自由状態でのこれら各ポケットの外接円の直径を、これら各ポケット内に保持する複数個の玉のピッチ円直径未満にした事を特徴とする冠型保持器。
内周面に外輪軌道を有する外輪と、外周面に内輪軌道を有する内輪と、これら外輪軌道と内輪軌道との間に転動自在に設けられた複数個の玉と、これら各玉を保持する為の保持器とを備えた玉軸受に於いて、この保持器が、請求項１に記載した冠型保持器である事を特徴とする玉軸受。