JP5661410B2 - 玉軸受用保持器および玉軸受 - Google Patents

Description

本発明は、玉を転動自在に保持する合成樹脂製の玉軸受用保持器、およびその保持器を外輪および内輪間に組み込んだ玉軸受に関する。

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る転がり軸受としては、エンジン出力で回転駆動する回転軸を静止部材に回転自在に支持するために、深溝玉軸受やアンギュラ玉軸受などの密封型玉軸受が広く使用されている。

この種の玉軸受は、外周面に内側転走面が形成された内輪と、その内輪の外側に配置され、内周面に外側転走面が形成された外輪と、内輪の内側転走面と外輪の外側転走面との間に転動自在に介在された複数の玉と、内輪と外輪との間に配され、各玉を円周方向等間隔に保持する保持器と、内輪と外輪間に形成された環状空間に配され、その環状空間を密封するシール部とで主要部が構成されている。

この玉軸受では、外輪あるいは内輪のいずれか一方がハウジングなどの静止部材に装着され、他方がエンジン出力で回転駆動する回転軸に装着される。また、内外輪間の環状空間にグリース等の潤滑材を封入することにより、保持器のポケット内で玉がスムーズに転動するようにしている。

この玉軸受に組み込まれる保持器としては、冠形状のものがある（例えば、特許文献１参照）。この特許文献１に開示された保持器５は、図８（Ａ）（Ｂ）に示すように、円環状をなす主部５ａと、その主部５ａの軸方向端面に互いに間隔をあけて円周方向等配で一体的に突設された一対ずつの爪部５ｂとで構成され、これら一対ずつの爪部５ｂの間に凹設されて外径側と内径側とに開口したポケット５ｃを備え、そのポケット５ｃで玉４を転動自在に保持する。

この玉軸受に組み込まれる他の保持器としては、その形状を軸方向で対称としたものもある（例えば、特許文献２，３参照）。これら特許文献２，３に開示された保持器は、軸方向に向き合う二枚の環状体の対向面に玉を収容する半球状のポケットを周方向の複数箇所に形成し、環状体のそれぞれの対向面を衝合させて二枚の環状体を、隣り合うポケット間でリベットにより結合させた構造を備えている。

特開２００１−２４１４４８号公報 特開２００３−１３９６２号公報 特開平９−３１７７７５号公報

近年では、自動車用途の玉軸受において、燃費向上などの環境問題からも低トルク化が求められている。この種の玉軸受におけるトルクの中で、保持器と玉との間で発生するトルクは、保持器によるグリース等の潤滑材の剪断抵抗が多くの割合を占めている。

ところで、前述の特許文献１に開示された冠形状の保持器５では、図９に示すように、ポケット５ｃの内球面の曲率中心Ｏ₁と玉４の外球面の曲率中心Ｏ₂とを一致させ、かつ、ポケット５ｃの内球面の曲率半径Ｒ₁を玉４の外球面の曲率半径Ｒ₂よりも大きく設定している。

このようにポケット５ｃの内球面の曲率半径Ｒ₁を玉４の外球面の曲率半径Ｒ₂よりも大きくしていることから、図１０に示すように、白抜き矢印方向に転動する玉４に対してポケット５ｃの外径側エッジ部５ｄとの間に隙間ｇが生じ（図中Ｘ部分参照）、玉４に付着した潤滑材をポケット５ｃの外径側エッジ部５ｄで掻き取ることが困難となる。その結果、玉４とポケット５ｃの内球面との間に潤滑材が介在し易くなり、潤滑材の剪断抵抗により保持器５と玉４との間に発生するトルクを低減させることが困難となる。

また、前述の特許文献２，３に開示された保持器では、ポケットに凹部を形成し、その凹部を潤滑材溜まりとして機能させる構造を備えている。このように、凹部を潤滑材溜まりとして機能させることにより、保持器と玉との間の潤滑状態の向上を図り、軸受性能を向上させると共に軸受の長寿命化を図るようにしている。

しかしながら、これら特許文献２，３に開示された保持器では、前述したようにポケットの凹部を潤滑材溜まりとして機能させることから、玉軸受への潤滑材の封入量が多くなると、ポケットの凹部に潤滑材が溜まり易くなる。その結果、潤滑材が常に玉に付着する状態となるために潤滑材の剪断抵抗が大きくなり、この潤滑材の剪断抵抗により保持器と玉との間に発生するトルクを低減させることが困難となる。

そこで、本発明は前述の問題点に鑑みて提案されたもので、その目的とするところは、潤滑材の剪断抵抗を起因とするトルクを容易に低減させ得る玉軸受用保持器および玉軸受を提供することにある。

前述の目的を達成するための技術的手段として、本発明は、円環状をなす主部と、その主部の軸方向端面の円周方向に互いに間隔をあけて軸方向に突設された複数対の爪部とからなり、各対の爪部間に凹設されて外径側と内径側とに開口した凹状のポケットを備え、そのポケットで玉を転動自在に保持する冠形状の玉軸受用保持器であって、ポケットの内球面の曲率半径と玉の外球面の曲率半径とを同一とし、かつ、ポケットの内球面の曲率中心を玉の外球面の曲率中心に対して円周方向にずらすことにより、ポケット内で転動する玉をポケットの内球面に面接触させたことを特徴とする。

本発明では、ポケットの内球面の曲率半径と玉の外球面の曲率半径とを同一とし、かつ、ポケットの内球面の曲率中心を玉の外球面の曲率中心に対して円周方向にずらしたことにより、ポケット内で転動する玉はポケットの内球面に面接触することになる。これにより、転動する玉とポケットのエッジ部との間に隙間が生じることなく、玉に付着した潤滑材をポケットのエッジ部で掻き取ることが容易となる。

その結果、ポケットと玉との間に存在する余剰の潤滑材を速やかに除去することができ、潤滑材の剪断抵抗を小さくすることができてその潤滑材の剪断抵抗により保持器と玉との間に発生するトルクを低減させることが容易となる。

なお、ポケットの「エッジ部」とは、主部および爪部の外径面あるいは内径面とそれに隣接するポケットの内球面との境界部分を意味する。

本発明では、主部の一方の軸方向端面で隣接するポケットの爪部間に位置する部位、あるいは、主部の他方の軸方向端面で隣接するポケット間に位置する部位に、潤滑材溜まりとなる凹部を形成することが望ましい。この凹部は、外径側あるいは内径側の少なくとも一方に配設することが可能である。このようにすれば、掻き取られた潤滑材を凹部に保持することができ、軸受内部で玉と保持器によって攪拌される潤滑材の攪拌抵抗を低減させることができる。

本発明における凹部は、切削加工あるいは射出成形により形成することが望ましい。このように切削加工あるいは射出成形により凹部を形成すれば、潤滑材溜まりを容易に形成することができてコスト低減が図れる。

なお、本発明における主部および爪部は、保持器の軽量化が図れる点で合成樹脂製であることが有効である。これら主部および爪部を構成する合成樹脂としては、ポリアミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂あるいはポリフェニレンサルファイド樹脂から選択されたいずれか一つが好適である。

以上の構成を具備した保持器に、互いに相対回転する外輪および内輪と、外輪と内輪との間に介在する玉とを付加すれば、玉軸受を構成することができる。さらに、外輪と内輪間に形成された環状空間に配され、その環状空間を密封するシール部を付加すれば、密封型玉軸受を構成することができる。

本発明によれば、ポケットの内球面の曲率半径と玉の外球面の曲率半径とを同一とし、かつ、ポケットの内球面の曲率中心を玉の外球面の曲率中心に対して円周方向にずらしたことにより、ポケット内で転動する玉はポケットの内球面に面接触することになる。これにより、転動する玉とポケットのエッジ部との間に隙間が生じることなく、玉に付着した潤滑材をポケットのエッジ部で掻き取ることが容易となる。

その結果、ポケットと玉との間に存在する余剰の潤滑材を速やかに除去することができ、潤滑材の剪断抵抗を小さくすることができてその潤滑材の剪断抵抗により保持器と玉との間に発生するトルクを低減させることが容易となる。これにより、近年における燃費向上などの環境問題に適合した自動車用途の玉軸受を容易に提供できる。

本発明の実施形態で、ポケットに玉を収容した冠形状の保持器を示す部分正面図である。 本発明の実施形態で、ポケットに玉を収容した保持器の全体を示す正面図である。 本発明の実施形態で、（Ａ）は保持器のポケットを示す部分斜視図、（Ｂ）はポケットに玉を収容した保持器を示す部分断面図である。 本発明の実施形態で、転動する玉がポケットの内球面に当接した状態を示す部分正面図である。 本発明の他の実施形態で、（Ａ）は主部の一方の軸方向端面に凹部を形成した保持器を示す部分断面図、（Ｂ）は外径側に凹部を形成した保持器を示す部分正面図、（Ｃ）は内径側に凹部を形成した保持器を示す部分正面図である。 本発明の他の実施形態で、（Ａ）は主部の他方の軸方向端面に凹部を形成した保持器を示す部分断面図、（Ｂ）は外径側に凹部を形成した保持器を示す部分正面図、（Ｃ）は内径側に凹部を形成した保持器を示す部分正面図である。 本発明の実施形態で、保持器を組み込んだ密封型玉軸受を示す部分断面図である。 従来の保持器で、（Ａ）は保持器のポケットを示す部分斜視図、（Ｂ）はポケットに玉を収容した保持器を示す部分断面図である。 従来の保持器で、ポケットに玉を収容した状態を示す部分正面図である。 従来の保持器で、転動する玉がポケットの内球面に当接した状態を示す部分正面図である。

本発明に係る玉軸受用保持器および玉軸受の実施形態を以下に詳述する。なお、以下の実施形態では、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、エンジン出力で回転駆動する回転軸を静止部材に回転自在に支持する深溝玉軸受やアンギュラ玉軸受などの密封型玉軸受を例示する。

この実施形態の玉軸受１１は、図７に示すように、外周面に内側転走面１２ａが形成された内輪１２と、その内輪１２の外側に配置され、内周面に外側転走面１３ａが形成された外輪１３と、内輪１２の内側転走面１２ａと外輪１３の外側転走面１３ａとの間に転動自在に介在された複数の玉１４と、内輪１２と外輪１３との間に配され、各玉１４を円周方向等間隔に保持する保持器１５と、内輪１２と外輪１３間の軸方向両側に配され、その内輪１２と外輪１３間に形成された環状空間１７を密封するシール部１６とで主要部が構成されている。このシール部１６により密封された環状空間１７にグリース等の潤滑材を封入することにより、保持器１５のポケット内で玉１４がスムーズに転動するようにしている。

この実施形態では、外輪１３がハウジングなどの静止部材に装着され、内輪１２がエンジン出力で回転駆動する回転軸に装着される。シール部１６は、固定側である外輪１３の内径端部に装着された芯金１６ａと、その芯金１６ａに一体的に加硫接着されたシール部材１６ｂとからなり、そのシール部材１６ｂはゴム等の弾性部材で構成され、その先端部に内輪１２の外径端部に接触するシールリップ１６ｃを有する。なお、この実施形態では内輪回転タイプを例示しているが、内輪１２がハウジングなどの静止部材に装着され、外輪１３が回転軸に装着された外輪回転タイプにも適用可能である。

この玉軸受１１の運転中、シール部材１６ｂの先端のシールリップ１６ｃが内輪１２の外周端部に摺接した状態を維持しながら、内輪１２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、軸受内部から潤滑材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。

以上の構成からなる玉軸受１１の内輪１２と外輪１３との間に配された冠形状の保持器１５は、図２および図３（Ａ）（Ｂ）に示すように、円環状をなす主部１５ａと、その主部１５ａの軸方向端面に円周方向等配で互いに間隔をあけて軸方向に一体的に突設された複数対の爪部１５ｂとで構成され、各対の爪部１５ｂ間に凹設されて外径側と内径側とに開口した凹状のポケット１５ｃを備え、そのポケット１５ｃで玉１４を転動自在に保持する。

以上の構成からなる保持器１５において、図１に示すように、ポケット１５ｃの内球面の曲率半径Ｒ₁₁と玉１４の外球面の曲率半径Ｒ₁₂とを同一とし、かつ、ポケット１５ｃの内球面の曲率中心Ｏ₁₁を玉１４の外球面の曲率中心Ｏ₁₂に対して円周方向にずらしている。ここで、ポケット１５ｃの内球面の曲率中心Ｏ₁₁を玉１４の外球面の曲率中心Ｏ₁₂に対して円周方向にずらすとは、玉１４のＰＣＤ（ピッチ円径）と一致するポケット１５ｃのＰＣＤ（ピッチ円径）上で（図２参照）、ポケット１５ｃの内球面の曲率中心Ｏ₁₁を玉１４の外球面の曲率中心Ｏ₁₂に対してずらすことを意味する（図１参照）。

つまり、ポケット１５ｃを構成する一方の爪部１５ｂ側では、ポケット１５ｃの内球面の曲率中心Ｏ₁₁を玉１４の外球面の曲率中心Ｏ₁₂から一方の爪部１５ｂ側（図１の右側）にずらすと共に、ポケット１５ｃを構成する他方の爪部１５ｂ側では、ポケット１５ｃの内球面の曲率中心Ｏ₁₁を玉１４の外球面の曲率中心Ｏ₁₂から他方の爪部１５ｂ側（図１の左側）にずらすことになる。そのずれ量としては、片側で０．１２５ｍｍが好ましい。従って、両側でのずれ量（ポケット隙間）としては、０．２５ｍｍが好ましい。

このように、ポケット１５ｃの内球面の曲率半径Ｒ₁₁と玉１４の外球面の曲率半径Ｒ₁₂とを同一とし、かつ、ポケット１５ｃの内球面の曲率中心Ｏ₁₁を玉１４の外球面の曲率中心Ｏ₁₂に対して円周方向にずらしたことにより、図４に示すように、ポケット１５ｃ内で白抜き矢印方向に転動する玉１４はポケット１５ｃの内球面に面接触することになる。これにより、転動する玉１４とポケット１５ｃの外径側エッジ部１５ｄとの間に隙間が生じることなく（図中Ｙ部分参照）、玉１４に付着した潤滑材をポケット１５ｃの外径側エッジ部１５ｄで掻き取ることが容易となる。

その結果、ポケット１５ｃと玉１４との間に存在する余剰の潤滑材を速やかに除去することができ、潤滑材の剪断抵抗を小さくすることができてその潤滑材の剪断抵抗により保持器１５と玉１４との間に発生するトルクを低減させることが容易となる。なお、ポケット１５ｃの外径側エッジ部１５ｄとは、主部１５ａおよび爪部１５ｂの外径面とそれに隣接するポケット１５ｃの内球面との境界部分を意味する。

また、ポケット１５ｃの外径側エッジ部１５ｄで掻き取られた潤滑材が溜まる凹部をポケット１５ｃの内球面以外の部位に設ける。この潤滑材溜まりとなる凹部１５ｅは、図５（Ａ）に示すように、主部１５ａの一方の軸方向端面で隣接するポケット１５ｃの爪部１５ｂ間に位置する部位に設けることが可能である。この凹部１５ｅは、主部１５ａの外径側に設けたり〔図５（Ｂ）参照〕、あるいは主部１５ａの内径側に設けたりすることが可能である〔図５（Ｃ）参照〕。また、潤滑材溜まりとなる凹部１５ｆは、図６（Ａ）に示すように、主部１５ａの他方の軸方向端面で隣接するポケット１５ｃ間に位置する部位に設けるようにしてもよい。この場合も、凹部１５ｆは、主部１５ａの外径側に設けたり〔図６（Ｂ）参照〕、あるいは主部１５ａの内径側に設けたりすることが可能である〔図６（Ｃ）参照〕。なお、凹部１５ｅ，１５ｆは、主部１５ａの外径側および内径側の両方に設けるようにしてもよい。

このように、ポケット１５ｃの外径側エッジ部１５ｄで掻き取られた潤滑材が溜まる凹部１５ｅ，１５ｆをポケット１５ｃの内球面以外の部位に設けたことにより、掻き取られた潤滑材を凹部１５ｅ，１５ｆに保持することができ、軸受内部で玉１４と保持器１５によって攪拌される潤滑材の攪拌抵抗を低減させることができる。また、玉軸受１１の内輪１２と外輪１３間に形成された環状空間１７の容積を増加させることができ（図７参照）、玉軸受１１の内圧上昇によりシール部１６から潤滑材が漏れ出すことを抑制できる。

前述した凹部１５ｅ，１５ｆは、保持器１５を射出成形により製作した後に切削加工により形成することが可能であり、また、保持器１５を射出成形により製作すると同時に形成することも可能である。このように切削加工あるいは射出成形で凹部１５ｅ，１５ｆを形成することにより、潤滑剤溜まりを容易に形成することができてコスト低減が図れる。

なお、以上で説明した主部１５ａおよび爪部１５ｂは、保持器１５の軽量化を図るために合成樹脂製としている。これら主部１５ａおよび爪部１５ｂを構成する合成樹脂としては、コスト面や耐油性の点を考慮すれば、ポリアミド樹脂（ＰＡ４６、ＰＡ６６、ＰＡ９Ｔ、ＰＡ１１、ＰＡ６等）、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）あるいはポリフェニレンサルファイド樹脂（ＰＰＳ）から選択されたいずれか一つが好適である。

本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、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、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、および範囲内のすべての変更を含む。

１１ 玉軸受
１２ 内輪
１３ 外輪
１４ 玉
１５ 保持器
１５ａ 主部
１５ｂ 爪部
１５ｃ ポケット
１５ｅ，１５ｆ 凹部
１６ シール部
１７ 環状空間
Ｒ₁₁ ポケットの曲率半径
Ｒ₁₂ 玉の曲率半径
Ｏ₁₁ ポケットの曲率中心
Ｏ₁₂ 玉の曲率中心

Claims (10)

1. 円環状をなす主部と、前記主部の軸方向端面の円周方向に互いに間隔をあけて軸方向に突設された複数対の爪部とからなり、各対の爪部間に凹設されて外径側と内径側とに開口した凹状のポケットを備え、前記ポケットで玉を転動自在に保持する冠形状の玉軸受用保持器であって、前記ポケットの内球面の曲率半径と前記玉の外球面の曲率半径とを同一とし、かつ、前記ポケットの内球面の曲率中心を前記玉の外球面の曲率中心に対して円周方向にずらすことにより、ポケット内で転動する玉をポケットの内球面に面接触させたことを特徴とする玉軸受用保持器。
2. 前記主部の一方の軸方向端面で隣接するポケットの爪部間に位置する部位に、潤滑材溜まりとなる凹部が形成されている請求項１に記載の玉軸受用保持器。
3. 前記主部の他方の軸方向端面で隣接するポケット間に位置する部位に、潤滑材溜まりとなる凹部が形成されている請求項１に記載の玉軸受用保持器。
4. 前記凹部は、外径側あるいは内径側の少なくとも一方に配設されている請求項２又は３に記載の玉軸受用保持器。
5. 前記凹部は、切削加工により形成されている請求項２〜４のいずれか一項に記載の玉軸受用保持器。
6. 前記凹部は、射出成形により形成されている請求項２〜４のいずれか一項に記載の玉軸受用保持器。
7. 前記主部および爪部は合成樹脂製である請求項１〜６のいずれか一項に記載の玉軸受用保持器。
8. 前記合成樹脂は、ポリアミド樹脂、ポリエーテルエーテルケトン樹脂あるいはポリフェニレンサルファイド樹脂から選択されたいずれか一つである請求項７に記載の玉軸受用保持器。
9. 請求項１〜８のいずれか一項に記載の保持器と、互いに相対回転する外輪および内輪と、前記外輪と内輪との間に介在する玉とを備えた玉軸受。
10. 前記外輪と内輪間に形成された環状空間に配され、その環状空間を密封するシール部を有する請求項９に記載の玉軸受。

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