JP5764959B2

JP5764959B2 - 玉軸受

Info

Publication number: JP5764959B2
Application number: JP2011027492A
Authority: JP
Inventors: 石和田　博; 博石和田; 篤弘山本
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2011-02-10
Filing date: 2011-02-10
Publication date: 2015-08-19
Anticipated expiration: 2031-02-10
Also published as: JP2012167707A

Description

本発明は、各種回転機械装置に使用される玉軸受に関する。

各種回転機械装置の軸受部等、各種回転部分を支持する為の玉軸受用の保持器として、例えば特許文献１に記載のものが知られている。この玉軸受用の保持器は、図８に示すように、各ポケット８の内壁面の一部で保持器の周面側開口縁を含む部分に、これら各ポケット８に保持された玉４の転動中心軸αをその中心軸とする方向のアキシャル円筒面１８を、これら各ポケット８の一部で円周方向両側に設けており、これら各ポケット８の内壁面の残部で当該ポケット８内に保持する玉４の転動中心軸αの一端側部分を、この玉の転動面の曲率半径よりも大きな曲率半径を有する第一の球状凹面１７とし、同じく他端側部分を、上記玉の転動面の曲率半径よりも大きな曲率半径を有する第二の球状凹面１９とし、上記玉４がポケット８内の中立位置に存在すると仮定した状態で、上記第一の球状凹面１７の曲率の中心点が上記転動中心軸α上で上記玉４の中心よりも他端側に片寄った位置に存在し、上記第二の球状凹面１９の曲率の中心点が上記転動中心軸上で上記玉４の中心よりも一端側に片寄った位置に存在するように構成されている。

特許第３７４４６６３公報

しかしながら、特許文献１に記載の玉軸受用保持器を備える玉軸受は、単一球面のポケットを有する玉軸受と比べてグリースの掻きとりが小さくポケット内にグリースが溜まりやすいので、潤滑不足により発生する保持器の振動や異音を低減する効果がある一方で、ポケット内のグリースのせん断抵抗によりトルクが大きくなる傾向がある。そのため、特許文献１に記載の玉軸受は、トルク低減の点で改善の余地があった。

本発明は、上述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、潤滑不足により発生する保持器の振動や異音の発生を低減しつつ回転トルクを低減可能な玉軸受を提供することにある。

上記目的は、以下の態様により達成される。
外周面に内輪軌道面を有する内輪と、
内周面に外輪軌道面を有する外輪と、
前記内輪軌道面と前記外輪軌道面間に配置される複数の玉と、
円周方向等間隔に設けられたポケットに前記玉を転動自在に保持する保持器と、を備え、
前記各ポケットには、ポケット底面とは反対側に前記玉の直径より短い幅を有する開口部が設けられ、
前記各ポケットの内壁面には、前記玉の転動中心軸をその中心軸とするアキシャル円筒面が円周方向両側に設けられており、前記アキシャル円筒面を挟むように前記玉の転動面の曲率半径よりも大きな曲率半径を有する球状凹面が前記ポケット底面側と前記開口部側に設けられた玉軸受であって、
前記保持器は、前記ポケット底面側の保持器断面高さに対し、前記開口部側の保持器断面高さが７５％以下に設定され、前記開口部には、前記玉の転動中心軸に沿った曲面が延設され、且つ、前記開口部側において、前記玉のピッチ円直径から保持器内周面までの距離をＡ、前記開口部側における前記玉のピッチ円直径から保持器外周面までの距離をＢとした場合、０＜Ｂ≦Ａ／２の関係を満たすことを特徴とする玉軸受。

本発明の玉軸受によれば、保持器断面高さをポケット底面側よりも開口部側で小さくすることにより、玉とポケットの接触面が減少するため、玉とポケットとの接触摩擦を低減できる。これにより、軸受の回転摩擦抵抗を低減することができる。

一方で、保持器断面高さをポケット底面側よりも開口部側で小さくしたことにより、玉とポケットとの隙間が外径側で大きくなり、保持器全体の動き量が大きくなるおそれがある。本発明では、さらに開口部側において、玉のピッチ円直径から保持器内周面までの距離をＡ、開口部側における玉のピッチ円直径から保持器外周面までの距離をＢとした場合、０＜Ｂ≦Ａ／２の関係を満たすので、保持器のポケット中心を通るポケットピッチ円直径が、玉の中心を通る玉ピッチ円直径よりも小さくなる。これにより、玉とポケットとの隙間が外径側で小さくなり保持器全体の動き量が大きくなることが抑制される。

本発明の一実施形態の玉軸受の断面図である。保持器の全体斜視図である。図２に示す保持器の部分拡大斜視図である。玉を保持したポケット部分を展開して径方向から見た図である。図４のＡ−Ａ線断面図である。（ａ）本発明の玉軸受の軸直交方向の断面図であり、（ｂ）は比較例の玉軸受の軸直交方向の断面図である。（ａ１）は開口部側をポケット底面側に対して７５％の保持器断面高さにしたものであり、（ａ２）は開口部側とポケット底面側を同じ保持器断面高さにしたものであり、（ｂ）は（ａ１）と（ａ２）の回転摩擦抵抗を比較したグラフである。特許文献１に記載の冠型保持器の部分拡大斜視図である。

以下、本発明の一実施形態の玉軸受として深溝玉軸受を用いて説明する。図１は、例えばエアコンファンモータ、冷却ファン、換気扇、クリーナー、洗濯機等の一般電化製品に組み込まれるモータ、或いは汎用モータ、工作機械スピンドル、サーボモータ、ステッピングモータ等の産業機械に組み込まれるモータ等の回転支持部分を構成する本発明の転がり軸受の一実施形態を示す。

玉軸受１は、外周面に内輪軌道溝２ａを有する内輪２と、内周面に外輪軌道溝３ａを有する外輪３と、該内輪軌道溝２ａと該外輪軌道溝３ａ間に配置される複数個の玉４と、該転動体４を収容保持する保持器５と、で構成されている。転がり軸受１は、少なくとも前記構成からなるものであればよく、密封板などその他の構成を追加・変更等することは本発明の範囲内で可能である。以下、本発明の特徴部分である保持器５と保持器５のポケット８に収容される玉４の配置について詳細に説明し、その他の構成についての説明は省略する。

保持器５は、図２に示すように、合成樹脂の射出成形により全体として略円環状に形成された冠型保持器５で、環状部１１と、環状部１１から軸方向一端側に突出する複数の柱部１２とから構成される。円周方向で隣り合う柱部１２間には、玉４を転動可能に保持する複数のポケット８が、軸方向一端側に開口するように円周方向に等間隔で形成されている。保持器５は、玉４によって軸方向及び径方向に位置決めされる玉案内方式である。各ポケット８には、図２〜４に示すように、それぞれの内壁面の円周方向両端部から軸方向に突出する一対の爪部１３が設けられている。また、各ポケット８は、一対の爪部１３の先端となる軸方向一端側に玉４の直径（Ｄ）より短い幅（Ｗ）を有する開口部１４を有しており、この開口部１４から玉４が一対の爪部１３、１３を押し広げつつポケット８に押し込まれることで、玉４はポケット８に転動可能に保持される。各ポケット８内に玉４が収納された状態においては、各ポケット８の一対の爪部１３、１３によって玉４が軸方向に保持される。

ポケット８の内壁面は、円周方向中央部のポケット底面に、球状凹面１７を設けている。この球状凹面１７は、玉４の転動面の曲率半径よりも僅かに大きな曲率半径を有する。そして、この球状凹面１７の円周方向両側には、１対のアキシャル円筒面１８、１８を、これら両アキシャル円筒面１８、１８の一端を上記球状凹面１７の円周方向両端部から連続させる状態で形成している。

これら両アキシャル円筒面１８、１８は、上記ポケット８に保持された玉４の転動中心軸αをその中心軸としている。即ち、玉軸受１を構成する内輪２と外輪３との相対回転に伴って上記ポケット８に保持された玉４は、上記保持器５の中心軸と平行な転動中心軸αを中心に転動する。上記ポケット８毎に１対ずつ設けるアキシャル円筒面１８、１８は、この転動中心軸を中心とする単一円筒面上に位置する。

更に、上記ポケット８の開口部１４に設けた１対の爪部１３、１３のうち、このポケット８を構成する内壁面は、それぞれが上記球状凹面１７と同心、或いは上記転動中心軸α上でこの球状凹面１７の中心点と別の点を中心とする球状凹面１９、１９としている。これら両球状凹面１９、１９は、上記ポケット８に保持した玉４の走行部分が上記１対のアキシャル円筒面１８、１８から外れる事がない様に、上記１対のアキシャル円筒面１８、１８の長さとの関係で、その長さ及び形状を規制する。

また、この保持器５には、ポケット８の内壁面と玉４の転動面との間の隙間にグリース等の潤滑剤を、必要量だけ取り込むことで内輪２と外輪３との相対回転時に上記玉４は、グリースを潤滑剤として上記転動中心軸αを中心に転動する。このとき、玉４と保持器５とは、図４で示すように、径方向から見た場合に３点の点接触に近い形で接触する。

上記各アキシャル円筒面１８、１８に対応する部分に於いて、ポケット８に保持した玉４の転動面とこれら各アキシャル円筒面１８、１８との距離は、上記走行部分に対応する部分で小さく、この走行部分から外れる程大きくなる。ポケット８の開口端縁（ポケット８と柱部１２の内外周面の境界縁）で、この端縁と上記転動面との距離に就いても同様である。従って、上記玉４の転動面に付着した潤滑剤のうち、上記走行部分に付着した潤滑剤のうちの多くの部分は、上記ポケット８の開口端縁で掻き取られる。従って、玉４の転動面と内輪軌道溝２ａと外輪軌道溝３ａとの間に過剰の潤滑剤が存在する事を防止して、保持器５を組み込んだ玉軸受１の回転トルク（絶対値並びに変動幅）の低減を図れる。

これに対し、上記各アキシャル円筒面１８、１８に対応する部分に於いて、ポケット８に保持した玉４の転動面とこれら各アキシャル円筒面１８、１８との距離は、上記走行部分から離れるに従って大きくなる。この為、上記玉４の転動面のうち、上記走行部分から外れた部分に付着した潤滑剤のうちの多くの部分は、上記ポケット８の開口端縁で掻き取られる事なく、このポケット８内に取り込まれる。この様にしてポケット８内に取り込まれた潤滑剤は、玉４の転動面とポケット８の内壁面との潤滑性を向上させて、保持器音と呼ばれる振動の発生防止、並びに保持器を組み込んだ玉軸受１の耐久性向上に寄与する。

ここで本発明の保持器５は、保持器断面高さが、ポケット底面側（環状部１１側）よりも開口部１４側で小さくなるように構成される。本実施形態では、図５に示すように、環状部１１の外径寸法は面取り部を除いて一様にＴ１に設定され、柱部１２の開口部１４側の外径寸法は一様にＴ２に設定され、柱部１２のポケット底面側の外径寸法はＴ２からＴ１に次第に大きくなるように設定されており、環状部１１と柱部１２の内径寸法は一様にＴ３に設定されている。

これにより、玉４とポケット８の接触面が減少するため、玉４とポケット８との接触摩擦が低減され、玉軸受１の回転摩擦抵抗を低減することができる。また、柱部１２の開口部１４側の外径寸法を小さくすることにより、玉軸受１が回転する際に、遠心力により爪部１３が外径側に変形する傾向を抑制し且つ変形時のポケット底面に発生する応力を低減することができる。なお、外径寸法を一様にして内径寸法を調整することで保持器断面高さがポケット底面側よりも開口部１４側で小さくなるように構成してもよい。

一方で、保持器断面高さをポケット底面側よりも開口部１４側で小さくしたことにより、図６（ｂ）に示したように、玉４とポケット８との隙間が外径側で大きくなり、保持器全体の動き量が大きくなるおそれがある。

そこで本発明の玉軸受１においては、図５に示すように、さらに開口部１４側において、保持する玉４のピッチ円直径（玉ＰＣＤ）から柱部１２の内周面（保持器内周面）までの距離をＡ、該保持する玉４のピッチ円直径（玉ＰＣＤ）から柱部１２の外周面（保持器外周面）までの距離をＢとした場合、０＜Ｂ≦Ａ／２の関係を満たすように設定されている。従って、図６（ａ）に示すように、開口部１４側において、ポケット中心を通るポケットピッチ円直径（ポケットＰＣＤ）が、玉４の中心を通る玉４のピッチ円直径（玉ＰＣＤ）よりも小さくなる。これにより、玉４とポケット８との隙間が外径側で小さくなり保持器全体の動き量が大きくなることを抑制することができる。

なお、０＜Ｂとしているのは、Ｂ≦０とした場合には、柱部１２の開口部１４側の外径寸法が保持する玉４のピッチ円直径以下となるため、玉の拘束が不足するからである。

次に、本発明の効果を確認する為、本発明者が行なった実験に就いて説明する。実験は、本発明に属する保持器を組み込んだ深溝玉軸受（実施例）と、従来構造に属する保持器を組み込んだ深溝玉軸受（比較例）とを用意し、これら両玉軸受の外輪を固定したまま内輪を回転させ、その回転の際の動摩擦抵抗を測定する事により行なった。

実施例の深溝玉軸受として、図７（ａ１）に示す環状部側の保持器断面高さに対し開口部側の保持器断面高さを７５％に設定し且つ玉のピッチ円直径から開口部側の柱部の内周面までの距離をＡ、保持する玉のピッチ円直径からポケット底面側の柱部の外周面までの距離をＢとした場合、Ａ：Ｂ＝２：１とした玉軸受を用意した。一方、比較例の保持器としては、図７（ａ２）に示すポケット底面側の保持器断面高さと開口部側の保持器断面高さを同じ高さ（１００％）に設定し、玉のピッチ円直径とポケットのピッチ円直径とを同じにした玉軸受を用意した。又、かかる条件以外は全て同じとした。

保持器の材質としては、ポリアミド６６中にガラス繊維を２５容量％混入した、繊維強化プラスチック製のものを使用した。この保持器は、内径６０ｍｍ、外径１１０ｍｍ、幅２２ｍｍの軸受（ＮＳＫ名番：６２１２）に組み込まれる。
又、潤滑は、エステル系防錆潤滑油をオイルプレーティングにより塗布した。

図７（ｂ）からわかるように、本実施例は比較例に比べて玉軸受の動摩擦抵抗が２０％低減することが実証された。なお、本実施例では、ポケット底面側の保持器断面高さに対し開口部側の保持器断面高さを７５％に設定し、玉のピッチ円直径から開口部側の柱部の内周面（保持器内周面）までの距離をＡ、該保持する玉のピッチ円直径からポケット底面側の柱部の外周面（保持器外周面）までの距離をＢとした場合、Ａ：Ｂ＝２：１としたが、これに限らず、ポケットの底厚に応じて任意に設定することができる。

以上説明したように、本実施形態によれば、各ポケット８の内壁面には、玉４の転動中心軸αをその中心軸とするアキシャル円筒面１８、１８が円周方向両側に設けられており、アキシャル円筒面１８、１８を挟むように玉４の転動面の曲率半径よりも大きな曲率半径を有する球状凹面１７がポケット底面側に、球状凹面１９、１９が開口部１４側に設けられているので、ポケット８の内壁面と玉４の転動面との間の隙間にグリースを必要量だけ取り込むことが可能となる。そして、保持器５は、保持器断面高さをポケット底面側よりも開口部１４側で小さくすることにより、玉４とポケット８の接触面が減少するため、玉４とポケット８との接触摩擦を低減できる。これにより、玉軸受１の回転摩擦抵抗を低減することができる。また、玉軸受１が回転する際に、遠心力により爪部１３が外径側に変形する傾向を抑制し且つ変形時のポケット底面に発生する応力を低減することができる。

一方で、保持器断面高さをポケット底面側よりも開口部１４側で小さくしたことにより、玉４とポケット８との隙間が外径側で大きくなり、保持器全体の動き量が大きくなるおそれがあるが、本実施形態によれば、さらに開口部１４側において、玉４のピッチ円直径から保持器内周面までの距離をＡ、開口部１４側における玉４のピッチ円直径から保持器外周面までの距離をＢとした場合、０＜Ｂ≦Ａ／２の関係を満たすので、保持器のポケット中心を通るポケットピッチ円直径が、玉４の中心を通る玉ピッチ円直径よりも小さくなる。これにより、玉４とポケット８との隙間が外径側で小さくなり保持器全体の動き量が大きくなることを抑制することができる。

１玉軸受
２ａ内輪軌道溝（内輪軌道面）
２内輪
３ａ外輪軌道溝（外輪軌道面）
３外輪
４玉
５保持器
８ポケット
１４開口部
１８アキシャル円筒面
１７、１９球状凹面
α 玉の転動中心軸

Claims

外周面に内輪軌道面を有する内輪と、
内周面に外輪軌道面を有する外輪と、
前記内輪軌道面と前記外輪軌道面間に配置される複数の玉と、
円周方向等間隔に設けられたポケットに前記玉を転動自在に保持する保持器と、を備え、
前記各ポケットには、ポケット底面とは反対側に前記玉の直径より短い幅を有する開口部が設けられ、
前記各ポケットの内壁面には、前記玉の転動中心軸をその中心軸とするアキシャル円筒面が円周方向両側に設けられており、前記アキシャル円筒面を挟むように前記玉の転動面の曲率半径よりも大きな曲率半径を有する球状凹面が前記ポケット底面側と前記開口部側に設けられた玉軸受であって、
前記保持器は、前記ポケット底面側の保持器断面高さに対し、前記開口部側の保持器断面高さが７５％以下に設定され、前記開口部には、前記玉の転動中心軸に沿った曲面が延設され、且つ、前記開口部側において、前記玉のピッチ円直径から保持器内周面までの距離をＡ、前記開口部側における前記玉のピッチ円直径から保持器外周面までの距離をＢとした場合、０＜Ｂ≦Ａ／２の関係を満たすことを特徴とする玉軸受。