JP5741053B2

JP5741053B2 - 樹脂製保持器

Info

Publication number: JP5741053B2
Application number: JP2011039328A
Authority: JP
Inventors: 透七澤; 直人堀内
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2011-02-25
Filing date: 2011-02-25
Publication date: 2015-07-01
Anticipated expiration: 2031-02-25
Also published as: JP2012177387A

Description

本発明は、転がり軸受に用いられる樹脂製保持器に関する。

従来、転がり軸受には、その内外輪間に転動自在に組み込まれる複数の転動体を回転可能に保持するための種々の保持器が適用されている(例えば、特許文献１)。その一例として図３には、樹脂製の冠形保持器２が示されており、当該冠形保持器２には、複数のポケット４が周方向に沿って等間隔をあけて設けられている。それぞれのポケット４には、その一方側に開口６が形成されていると共に、各開口６には、当該開口６を一部覆うように一対の爪部８が互いに対向して立ち上げられており、これら一対の爪部８によって各開口６の開口径が狭められている。

この場合、当該冠形保持器２に転動体を組み込む際、例えば一対の爪部８の間に転動体(図示しない)を位置合わせした状態からポケット４に向けて転動体を押し込むと、そのときの押圧力(荷重)により一対の爪部８が外側に弾性変形して開口径が拡がることで、当該開口６を介して転動体をポケット４に挿入して組み込むことができる。このとき、一対の爪部８が元の形状に弾性的に復元し開口径が再び狭められることにより、ポケット４内の転動体は、一対の爪部８とポケット面Ｐｍとの間に収容され、その状態において、当該ポケット４から脱落すること無く回転可能に保持される。

このような冠形保持器２は、図示しない転がり軸受の内輪と外輪との間に各転動体を回転可能に保持した状態で組み込まれ、例えば各転動体の公転速度と同じ速度で公転する。なお、内外輪間に沿って公転する冠形保持器２を案内する方式としては、例えば転動体案内、外輪案内、内輪案内があるが、特に転動体の直径が小さな軸受(例えば、玉径２ｍｍ以下の小径軸受、ミニアチュア軸受)には、内輪案内方式が適用されるのが一般的である。

ところで、樹脂製の冠形保持器２では、転動体をポケット４に挿入する際、当該転動体と一対の爪部８との間の僅かな位置合わせのズレ等によって、転動体が爪部８を押圧し、加わる垂直荷重により爪部８が変形したり或いは損傷したりする恐れがある。
例えば、転動体が一方の爪部８寄りに位置付けられた状態から当該転動体をポケット４に向けて押し込むと、その時の押圧力（荷重）Ｆは、一対の爪部８に対して均等に作用することなく、いずれか一方の爪部８に対して大きく作用することになる。このとき、一方の爪部８に作用する押圧力（荷重）Ｆの程度によっては、当該爪部８が変形したり或いは損傷したりする恐れがある。また、このような爪部の変形や損傷の程度によっては、ポケット４に保持された転動体をスムーズに回転させることが困難になり、その結果、転がり軸受の回転時（内外輪の相対回転時）におけるトルクが上昇する恐れがある。

ここで、図４は、冠形保持器２において、転動体が一方の爪部８寄りに位置付けられた状態から当該転動体をポケット４に向けて押し込んだ際、その一方の爪部８に作用した押圧力(荷重)Ｆによって当該爪部８が変形する状態を示している。これによれば、当該爪部８がポケット４側に向けて容易に且つ大きく折れ曲がってしまうことが分かる。

特開２００１−１６５１７２号公報

これらの対策として、転動体の位置合わせの技術の改善により、爪部と転動体の接触を少なくする手段や、爪部の形状の変更により、少しの押圧力では爪部が変形しないように爪部の強度上げる手段等がとられているが、爪部の破損、変形による不良を完全に防止することはできておらず、更なる技術の向上が期待されている。
そこで、本発明は、上記のような従来技術が有する問題点を解決し、爪部の変形や破損が生じにくい樹脂製保持器を提供することを課題とする。

以上の課題を解決するため、本発明の一態様に係る樹脂製保持器は、転がり軸受に用いられる樹脂製の保持器であって、転動体を挿入するための開口がそれぞれ形成された複数のポケットが、周方向に沿って所定間隔をあけて設けられており、前記複数のポケットには、転動体の輪郭形状に沿った形状を成すポケット面が形成されていると共に、前記開口には、ポケットに挿入された転動体を保持するための一対の爪部が当該開口を一部覆うように互いに対向して立ち上げられており、前記爪部の先端部分は、前記爪部の基端部の全幅に対して前記ポケット面から１／３〜２／３の範囲の真上に位置決め設定されており、前記開口を一部覆うように互いに対向して立ち上げられた前記一対の爪部の先端部分は、当該爪部の先端部分同士を結んだ平面に対して、前記ポケット側に向けて３０度以下の角度を成して傾斜しており、少なくとも前記爪部には、摩擦係数を低減させ且つ表面を硬化させる処理であるダイヤモンドライクカーボンを被膜する処理が施されていることを特徴とする。
また、前記ポケット面の全面に、前記摩擦係数を低減させ且つ表面を硬化させる処理であるダイヤモンドライクカーボンを被膜する処理が施されていることが好ましい。

本発明の樹脂製保持器は、摩擦係数を低減させ且つ表面を硬化させる処理が少なくとも爪部に施されているので、転動体と保持器との間の摩擦係数が低く、また、保持器の表面の硬度が高い。したがって、本発明の樹脂製保持器は、保持器の表面が滑りやすくなっており、転動体を保持器に押し込む際に爪部を押圧したとしても、爪部の変形や破損が生じにくい。

本発明の一実施形態である樹脂製保持器を備えた深溝玉軸受の構造を示す縦断面図である。本発明の一実施形態である保持器において、各ポケットに設けられた爪部の構成を一部拡大して示す図である。従来の保持器を示す斜視図である。従来の保持器の各ポケットに設けられた爪部の構成を一部拡大して示す図である。

本発明に係る樹脂製の保持器の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本発明の一実施形態である保持器を備えた深溝玉軸受の構造を示す縦断面図である。また、図２は、本実施形態に係る保持器の部分拡大図である。
図１の深溝玉軸受は、外周面に軌道面１０ａを有する内輪１０と、内輪１０の軌道面１０ａに対向する軌道面２０ａを内周面に有する外輪２０と、両軌道面１０ａ，２０ａ間に転動自在に配された複数の転動体（玉）３０と、内輪１０及び外輪２０の間に転動体３０を保持する保持器４０と、非接触形の密封装置５０，５０と、を備えている。そして、内輪１０と外輪２０と密封装置５０，５０とで囲まれた軸受内部空間内には、両軌道面１０ａ，２０ａと転動体３０の転動面３０ａとの間の潤滑を行う潤滑剤Ｌ（例えば潤滑油，グリース）が配されている。

内輪１０，外輪２０，及び転動体３０は、転がり軸受の軌道輪や転動体の素材として一般的に採用される鉄鋼材料（例えばステンレス鋼，軸受鋼）で構成されている。また、密封装置５０は、鋼等の金属材料で構成されていてもよいし、ゴム，プラスチック等の高分子材料で構成されていてもよい。例としては、鋼板製のシールドや、ゴムシール及びプラスチックシールがあげられる。なお、密封装置５０は接触形でもよい。また、潤滑剤Ｌ及び密封装置５０は、備えていなくてもよい。

この、保持器４０は、樹脂材料で構成されている冠形保持器である。
図２に示すように、本実施形態の保持器４０は、略環状の部材であり、転動体３０を挿入するための開口６０がそれぞれ形成された複数のポケット４０ａが、周方向に沿って所定間隔をあけて設けられている。また、複数のポケット４０ａには、転動体３０の輪郭形状に沿った形状を成し(例えば、転動体が玉であれば球面形状)、転動体３０と摺接するポケット面Ｐｍが形成されている。
さらに、開口６０には、ポケット４０ａに挿入された転動体３０を保持するための一対の爪部８０が当該開口６０を一部覆うように互いに対向して立ち上げられている。

また、ポケット４０ａの中心（ポケット中心）Ｐｓは、ポケット４０ａに保持された転動体３０の中心点と一致しており、爪部８０の基端部である爪部基端部８０ｂは、中心Ｐｓと略同一位置に設定されている。
さらに、各爪部８０は、爪部基端部８０ｂから爪部８０の先端部分である爪部先端部８０ａに亘って円弧形状を成しており、その曲率半径の中心８０ｓがポケット中心Ｐｓと略同中心となるように設定されている。この場合、ポケット面Ｐｍの外側の面に当たる外径８０ｃの曲率半径の中心８０ｓがポケット中心Ｐｓよりも、ポケット径比で７％以下の範囲で図中向って下方位置となるように設定しても良い。

また、保持器４０において、各爪部８０は、爪部基端部８０ｂから爪部先端部８０ａに亘って延出しており、爪部先端部８０ａは、爪部基端部８０ｂの全幅Ｗに対してポケット面Ｐｍから１／３〜２／３の範囲の真上に位置決め設定されている。この場合、それぞれの開口６０を一部覆うように互いに対向して立ち上げられた一対の爪部８０の爪部先端部８０ａは、当該爪部先端部８０ａ同士を結んだ平面Ｌに対して、ポケット４０ａ側に向けて３０度以下の角度θを成して傾斜している。

保持器４０を構成する樹脂材料の種類は、保持器に必要な強度，耐熱性等の特性を有しているならば特に限定されるものではないが、ナイロン４６、ナイロン６６、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリ四弗化エチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等の合成樹脂が好ましい。
さらに、保持器４０の爪部８０には、摩擦係数を低減させ且つ表面を硬化させる処理が施されている。摩擦係数を低減させ且つ表面を硬化させる処理は、爪部８０全体に施されている。

摩擦係数を低減させ且つ表面を硬化させる処理としては、ダイヤモンドライクカーボン（ＤＬＣ）を被膜する処理が挙げられる。しかし、摩擦係数を低減させ且つ表面を硬化させる処理であればこれに限定されることはなく、他の処理としては、他のコーティング材料による被膜処理、プラズマ改質による表面処理等があげられる。
例えば、ＤＬＣを被膜する処理としては、メタン（ＣＨ_４），アセチレン（Ｃ_２Ｈ_２），ベンゼン（Ｃ_６Ｈ_６）等の炭化水素系ガスを原料とするプラズマＣＶＤ（ｐｌａｓｍａ−ｅｎｈａｎｃｅｄｃｈｅｍｉｃａｌｖａｐｏｒｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ），イオンプレーティング、そして炭素をターゲットとしたスパッタリング等があげられる。具体的には、脱脂洗浄した保持器を真空チャンバーにセットし、１０^−３Ｐａ以下に排気した後、イオンボンバード処理を行い保持器表面を清浄にする。そこに、前記のような方法によりＤＬＣ被膜を形成する。

本実施形態の保持器４０を軸受に組み込む際には、転動体３０は、ポケット４０ａに向けて押し込まれることにより、ポケット４０ａに組み込まれる。具体的には、まず、一対の爪部８０の間（転動体３０の中心がポケット中心Ｐｓの直上に位置する位置）に転動体３０を位置合わせする（以降はこの位置を、「正規の位置」と称する）。この状態からポケット４０ａに向けて転動体を押し込むと、そのときの押圧力(荷重)により一対の爪部８０が外側に弾性変形して開口６０の径が拡がることで、当該開口６０を介して転動体３０をポケット４０ａに挿入して組み込むことができる。このとき、一対の爪部８０が元の形状に弾性的に復元し開口６０の径が再び狭められることにより、ポケット４０ａ内の転動体３０は、一対の爪部８０とポケット面Ｐｍとの間に収容され、その状態において、当該ポケット４０ａから脱落すること無く回転可能に保持される。

本実施形態の保持器４０は、少なくとも爪部８０に摩擦係数を低減させ且つ表面を硬化させる処理が施されていることによって、爪部８０の表面の摩擦が低減し、且つ、硬化している。
そのため、転動体３０が、正規の位置からずれた状態（例えば、爪部先端部８０ａの真上）から、転動体３０をポケット４０ａに向けて押し込んでも、転動体３０が爪部先端部８０ａ表面を滑るため、転動体３０の位置が正規の位置に修正されやすい。そして、正規の位置において押圧力（荷重）が作用するため一方の爪部８０に対して大きく作用することがなく、爪部の変形や損傷が生じにくい。さらに、爪部８０の表面が硬化しているため、押圧力（荷重）が作用しても、爪部８０の破損が生じにくい。

さらに、本実施形態の保持器４０は、上記した保持器４０の形状により、爪部８０が突っ張った状態を維持する。よって、爪部８０に押圧力（荷重）が作用しても、爪部８０の変形や損傷がより生じにくい。さらに、爪部先端部８０ａが前述のように傾斜しているため、転動体３０が爪部先端部８０ａ表面をより滑りやすく、転動体３０の位置が正規の位置に修正されやすくなっている。

また、摩擦係数を低減させ且つ表面を硬化させる処理を爪部８０だけでなく、ポケット面Ｐｍにも施すことにより、転動体３０とポケット面Ｐｍとの内部摩擦が低減するため、軸受トルクを低下させることができ、転がり軸受の性能を向上させることができる。なお、爪部８０とポケット面Ｐｍとの全てを処理する方が、爪部８０のみに処理する場合と比べて処理作業を行いやすい。

しかし、組立て不良による爪部の変形及び破損を生じにくくすることを目的とする場合には、摩擦係数を低減させ且つ表面を硬化させる処理を、爪部８０のみに施すことで足りる。
本実施形態の保持器４０は、ハードディスクドライブに使用される、呼び番号Ｂ４−４７，ＳＭＲ８５，ＳＲ１６８等の転がり軸受、ファンモータに使用される、呼び番号６９３，６９６等の転がり軸受、スピンドルに使用される、呼び番号６８８，６０８等の転がり軸受において好適に使用することができる。また、外径が３０ｍｍ程度までの大きさのミニチュア軸受においても好適に使用することができる。これらの転がり軸受は、軸受のサイズが小さいため保持器の爪部も折れやすいが、本発明の保持器であれば爪部が折れにくい。

なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態においては、転がり軸受の例として深溝玉軸受をあげて説明したが、本発明は深溝玉軸受以外の種類の様々な転がり軸受に対して適用することができる。例えば、アンギュラ玉軸受，自動調心玉軸受，円筒ころ軸受，円すいころ軸受，針状ころ軸受，自動調心ころ軸受等のラジアル形の転がり軸受や、スラスト玉軸受，スラストころ軸受等のスラスト形の転がり軸受である。

１０内輪
１０ａ軌道面
２０外輪
２０ａ軌道面
３０転動体
４０保持器
４０ａポケット
６０開口
８０爪部
Ｐｍポケット面

Claims

転がり軸受に用いられる樹脂製の保持器であって、
転動体を挿入するための開口がそれぞれ形成された複数のポケットが、周方向に沿って所定間隔をあけて設けられており、
前記複数のポケットには、転動体の輪郭形状に沿った形状を成すポケット面が形成されていると共に、前記開口には、ポケットに挿入された転動体を保持するための一対の爪部が当該開口を一部覆うように互いに対向して立ち上げられており、
前記爪部の先端部分は、前記爪部の基端部の全幅に対して前記ポケット面から１／３〜２／３の範囲の真上に位置決め設定されており、前記開口を一部覆うように互いに対向して立ち上げられた前記一対の爪部の先端部分は、当該爪部の先端部分同士を結んだ平面に対して、前記ポケット側に向けて３０度以下の角度を成して傾斜しており、
少なくとも前記爪部には、摩擦係数を低減させ且つ表面を硬化させる処理であるダイヤモンドライクカーボンを被膜する処理が施されていることを特徴とする樹脂製保持器。
前記ポケット面の全面に、前記摩擦係数を低減させ且つ表面を硬化させる処理であるダイヤモンドライクカーボンを被膜する処理が施されていることを特徴とする請求項１に記載の樹脂製保持器。