JP5985684B2 - スラスト軸受及びその保持器 - Google Patents

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Description

本発明は、スラスト軸受及びその保持器に関する。
回転軸であるスピンドルなどの部品と接して荷重を受け、支持する部材の一つとして、軸受が知られている。特許文献１（特開２００９−１６２３００号公報）には、クランクシャフトなどのスピンドルを支持する軸受が開示されている。特許文献１の軸受は、環状の回転部材と、複数個の球状の転動体と、を含む。環状の回転部材には、各転動体がそれぞれ嵌め込まれる複数個の嵌込部が形成されている。複数個の嵌込部は、環状の回転部材の中心に対して放射状に形成されている。各嵌込部は、回転部材の径方向に沿って延びる壁面を有した凹部により形成されている。スピンドルが回転すると、この回転に伴い回転部材が回転する。さらに、回転部材の回転に伴って、転動体が嵌込部の内部において転動する。このような構成により、軸受はスピンドルを高精度かつ低摩擦で回転させる。
従来の軸受は金属から形成されており、所定の設計規格に基づいた形状を有する。この設計規格は、金属からなる軸受の転がり疲労試験の結果などに基づいて、長寿命の要求を満たすように定められている。一方、金属に代わって、耐腐食性及び耐薬品性などの優れた性質を有する樹脂を用いた軸受も開発されている。
特開２００９−１６２３００号公報
しかし、樹脂を用いた軸受は、金属を用いた軸受の設計規格に基づいて形成されているにすぎない。言い換えれば、樹脂を用いた軸受は、樹脂の性質を考慮した形状になっていない。よって、樹脂から形成される軸受は、軸受に要求される長寿命の要求を必ずしも満たしているとは言えない。
そこで、本発明では、寿命を長くすることが可能な樹脂から形成されるスラスト軸受及びその保持器を提供することを目的とする。
本発明の第１観点に係るスラスト軸受は、第１環状部材と、第２環状部材と、複数の球状の転動体と、環状の保持器と、を備える。
第１環状部材は、平面視において円形状の第１開口部が形成された環状の第１軌道面を有する。第２環状部材は、第１開口部に対応した平面視において円形状の第２開口部が形成され、第１軌道面と対向する環状の第２軌道面を有する。転動体は、第１軌道面と第２軌道面との間に、第１軌道面及び第２軌道面に沿って配置されている。保持器は、第１軌道面と第２軌道面との間に配置されており、平面視において円形状の第３開口部と、複数のポケットと、が形成されている。第３開口部は、第１開口部及び第２開口部に対応している。ポケットは、第１軌道面及び第２軌道面の周方向に沿って複数の転動体をそれぞれ転動可能に保持する。
保持器の各ポケットは、平面視において、第３開口部に隣接する頂縁部と、延長部と、外延部と、を有する。延長部は、頂縁部の少なくとも一端から径方向外側に向かって直線状に延びる。外延部は、頂縁部及び延長部とともに閉空間を形成する。ここで、延長部の延びる延長方向と、環状の保持器の中心から径方向に延びる方向と、のなす角度θは０°より大きく７０°以下である。
上記の第１環状部材、第２環状部材及び保持器は樹脂から形成されている。
上記構成によれば、保持器において、延長部の延びる延長方向と、環状の保持器の中心から径方向に延びる方向と、のなす角度θは０°より大きく７０°以下である。このような構成とすることで、角度θが０°である場合よりも耐荷重を大きくし、樹脂から形成されるスラスト軸受の寿命を長くすることができる。
また、保持器のポケットにおいて、角度θを０°より大きく７０°以下とするため、ポケットが周方向に長く形成され、転動体が周方向に移動可能となる。スラスト軸受が回転すると、転動体はポケット内において転動するとともに移動する。この転動及び移動により、転動体と、第１環状部材、第２環状部材及び保持器とが接触し、第１環状部材、第２環状部材及び保持器が摩耗する。この摩耗による摩耗粉がスラスト軸受の回転の潤滑剤として利用されるため、スラスト軸受は自己潤滑機能を有する。よって、上記のスラスト軸受では、回転を円滑にするための別途の潤滑剤を用いることなく、寿命を長くすることができる。さらに、保持器のポケットにおいて、角度θを０°より大きく７０°以下とするため、ポケットが周方向に長く形成され、ポケットの体積が大きくなる。この体積増加により、スラスト軸受が回転に合わせて生じる気体の流量も多くなる。この流量増加による冷却効果の増加により、摩擦熱の上昇が抑制される。摩擦熱の抑制により、摩擦熱による体積膨張に起因する振動、焼付きによる損傷、剥離を抑制することができる。よって、上記スラスト軸受の寿命を長くすることができる。
以上のように、上記のスラスト軸受では、保持器のポケットにおいて角度θを調整することで、スラスト軸受の摩耗量と温度上昇が適切に調整される。つまり、摩耗量が、スラスト軸受の破損を抑制できる程度に抑えられるとともに、自己潤滑機能を有する程度となる。よって、樹脂から形成されるスラスト軸受の寿命を長くすることができる。
なお、角度θを大きくするほど、ポケットが周方向に沿って長く延びるように形成される。角度θを７０°と以下とするのは、ポケットが周方向に沿って延びて隣接するポケット間の距離が小さくなり、ポケットの強度が低下するのを抑制するためである。
本発明の第２観点に係るスラスト軸受は、第１観点に係るスラスト軸受において、角度θは、延長部の延びる延長方向と、ポケットに配置された球状の転動体の中心及び環状の保持器の中心を結ぶ径方向と、のなす角度である。
このように角度θを定義することで、第１観点と同様に、別途の潤滑剤を用いることなく、樹脂から形成されるスラスト軸受の耐荷重をより大きくし、寿命をより長くすることができる。
本発明の第３観点に係るスラスト軸受は、第１観点に係るスラスト軸受において、第１軌道面及び第２軌道面に溝が形成されている。溝は、平面視において環状であり、かつ、第１軌道面及び第２軌道面と交差する断面視において円弧状である。ここで、平面視において、転動体の中心と、断面視における溝の中心と、が実質的に重なる。
上記の通り、転動体の中心と、第１環状部材の第１軌道面及び第２環状部材の第２軌道面の溝の中心と、が実質的に重なる。ここで、転動体は、保持器のポケットに転動可能に保持される。よって、転動体を介して、第１環状部材、保持器及び第２環状部材が位置合わせされ、スラスト軸受として一体化される。
また、転動体は、溝によって保持器のポケット内の所定の位置に配置される。転動体が概ね所定の位置で転動するため、転動体の過剰な移動を抑制することができる。よって、スラスト軸受の摩耗量が適切に調整される。つまり、摩耗量が、スラスト軸受の破損を抑制できる程度に抑えられるとともに、自己潤滑機能を有する程度となる。よって、樹脂から形成されるスラスト軸受の寿命を長くすることができる。
本発明の第４観点に係るスラスト軸受は、第１観点に係るスラスト軸受において、角度θは、延長部の延びる延長方向と、頂縁部のうち第３開口部に最も隣接する点及び環状の保持器の中心を結ぶ方向と、のなす角度である。
上記の構成によれば、頂縁部のうち第３開口部に最も隣接する点と環状の保持器の中心とを結ぶ線上には、ポケットに配置された球状の転動体の中心が位置し得る。よって、頂縁部のうち第３開口部に最も隣接する点及び環状の保持器の中心を結ぶ方向とは、ポケットに配置された球状の転動体の中心と環状の保持器の中心とを結ぶ径方向である。つまり、角度θは、延長部の延びる延長方向と、ポケットに配置された球状の転動体の中心と環状の保持器の中心とを結ぶ径方向のなす角度である。
そして、角度θは０°より大きく７０°以下であるため、上述と同様に樹脂から形成されるスラスト軸受の寿命を長くすることができる。
本発明の第５観点に係るスラスト軸受は、第１〜第４観点のいずれかに係るスラスト軸受において、角度θは、５°以上７０°以下である。
角度θが５°以上であるため、角度θが５°より小さい場合よりも、樹脂から形成されるスラスト軸受の耐荷重をより大きくし、寿命をより長くすることができる。
本発明の第６観点に係るスラスト軸受は、第５観点に係るスラスト軸受において、角度θは、１５°以上７０°以下である。
角度θが１５°以上であるため、角度θが１５°より小さい場合よりも、樹脂から形成されるスラスト軸受の耐荷重をより大きくし、寿命をより長くすることができる。
本発明の第７観点に係るスラスト軸受は、第６観点に係るスラスト軸受において、角度θは、３０°以上７０°以下である。
角度θが３０°以上であるため、角度θが３０°より小さい場合よりも、樹脂から形成されるスラスト軸受の耐荷重をより大きくし、寿命をより長くすることができる。
本発明の第８観点に係るスラスト軸受は、第７観点に係るスラスト軸受において、角度θは、４５°以上７０°以下である。
角度θが４５°以上であるため、角度θが４５°より小さい場合よりも、樹脂から形成されるスラスト軸受の耐荷重をより大きくし、寿命をより長くすることができる。
本発明の第９観点に係るスラスト軸受は、第１観点に係るスラスト軸受において、頂縁部の内側面は、転動体の外周の一部を取り囲む。
頂縁部の内側面により転動体の一部を取り囲むように保持することで、転動体が過剰に移動しないように規制できる。これにより、転動体と、第１環状部材、第２環状部材及び保持器との過剰な摩擦が抑制される。よって、第１環状部材、第２環状部材及び保持器の過剰な摩耗、剥離、焼付き及び振動等が抑制される。そのため、スラスト軸受の破損が抑制される。一方で、ポケット内において転動体が適度に移動及び転動することで、スラスト軸受が適度に摩耗する。この適度な摩耗によって、スラスト軸受は自己潤滑機能を有する。これにより、別途の潤滑剤を用いることなく、樹脂から形成されるスラスト軸受の耐荷重をより大きくし、寿命をより長くすることができる。
本発明の第１０観点に係るスラスト軸受は、第９観点に係るスラスト軸受において、頂縁部は、平面視において円弧状である。
頂縁部は、平面視において円弧状であるので、球状の転動体の一部をさらに取り囲むように保持できる。これにより、第９発明と同様に、別途の潤滑剤を用いることなく、樹脂から形成されるスラスト軸受の耐荷重をより大きくし、寿命をより長くすることができる。
本発明の第１１観点に係るスラスト軸受は、第１０観点に係るスラスト軸受において、角度θは、延長部の延びる延長方向と、円弧状の頂縁部の中心及び環状の保持器の中心を結ぶ径方向と、のなす角である。
上記の構成によれば、円弧状の頂縁部の中心及び環状の保持器の中心を結ぶ径方向上には、ポケットに配置された球状の転動体の中心が位置し得る。よって、円弧状の頂縁部の中心及び環状の保持器の中心を結ぶ径方向とは、ポケットに配置された転動体の中心と環状の保持器の中心とを結ぶ径方向である。つまり、角度θは、延長部の延びる延長方向と、ポケットに配置された球状の転動体の中心と環状の保持器の中心とを結ぶ径方向のなす角度である。
ここで、角度θが０°よりも大きい場合は、角度θが０°の場合よりも外延部の長さが長くなる。よって、円弧状の頂縁部により転動体の過剰な移動を抑制しつつも、転動体の移動をある程度確保することができる。これにより、第１環状部材、第２環状部材及び保持器の過剰な摩耗、剥離、焼付き及び振動等が抑制しつつ、一方で摩擦により多少の摩耗粉を発生させ得る。この摩耗粉によって自己潤滑機能を向上するため、別途の潤滑剤を用いることなく、樹脂から形成されるスラスト軸受の耐荷重をより大きくできる。
さらに、保持器のポケットにおいて、角度θを０°より大きく７０°以下とするため、ポケットが周方向に長く形成され、ポケットの体積が大きくなる。この体積増加により、スラスト軸受が回転に合わせて生じる気体の流量も多くなる。この流量増加による冷却効果の増加により、摩擦熱の上昇が抑制される。摩擦熱の抑制により、摩擦熱による体積膨張に起因する振動、焼付きによる損傷、剥離を抑制することができる。よって、樹脂から形成されるスラスト軸受の寿命を長くすることができる。
結果として、樹脂から形成されるスラスト軸受の耐荷重を大きくし、寿命をより長くすることができる。
本発明の第１２観点に係るスラスト軸受は、第１０観点に係るスラスト軸受において、頂縁部は、平面視において半円形状である。
平面視において頂縁部が半円形状であるので、転動体の概ね半分を取り囲んで転動体を保持できる。これにより、転動体が過剰に移動しないように規制できるので、転動体と、第１環状部材、第２環状部材及び保持器との過剰な摩擦が抑制される。よって、第１環状部材、第２環状部材及び保持器の過剰な摩耗、剥離、焼付き及び振動等が抑制される。そのため、樹脂から形成されるスラスト軸受の破損を抑制し、寿命をより長くすることができる。
本発明の第１３観点に係るスラスト軸受は、第１観点に係るスラスト軸受において、保持器は、内輪部と外輪部とを含む。ここで、内輪部に各ポケットの頂縁部及び延長部が形成されており、外輪部の内側面により外延部が形成されている。
保持器は、内輪部と外輪部とに分かれている。よって、内輪部を外側面側から切り欠いて凹部を形成することにより、ポケットの頂縁部及び延長部を形成できる。よって、機械加工によりポケットの頂縁部及び延長部を容易に形成できる。また、内輪部と外輪部とを嵌め合わせることで、切り欠かれた凹部が外輪部の内側面により閉じられる。これにより、頂縁部、延長部及び外延部によりポケットを形成できる。このように内輪部及び外輪部に分けて保持器を形成することで、ポケットの加工が容易である。
本発明の第１４観点に係るスラスト軸受は、第１環状部材と、第２環状部材と、複数の球状の転動体と、環状の保持器と、を備える。
第１環状部材は、平面視において円形状の第１開口部が形成された環状の第１軌道面を有する。第２環状部材は、第１開口部に対応した平面視において円形状の第２開口部が形成され、第１軌道面と対向する環状の第２軌道面を有する。転動体は、第１軌道面と第２軌道面との間に、第１軌道面及び第２軌道面に沿って配置されている。保持器は、第１軌道面と第２軌道面との間に配置されており、平面視において円形状の第３開口部と、複数のポケットと、が形成されている。第３開口部は、第１開口部及び第２開口部に対応している。ポケットは、第１軌道面及び第２軌道面の周方向に沿って複数の転動体をそれぞれ転動可能に保持する。
保持器の各ポケットは、平面視において、第３開口部に隣接する頂縁部と、第１延長部及び第２延長部と、外延部と、を有する。第１延長部及び第２延長部は、頂縁部の両端部からそれぞれ径方向外側に向かって概ね平行に直線状に延びる。外延部は、頂縁部、第１延長部及び第２延長部とともに閉空間を形成するとともに閉空間を形成する。ここで、第１延長部は第２延長部より長い。
上記の第１環状部材、第２環状部材及び保持器は樹脂から形成されている。
上記のような構成とすることで、延長部の延びる延長方向と、環状の保持器の中心から径方向に延びる方向と、のなす角度θが０°より大きくなる。よって、第１観点と同様に、別途の潤滑剤を用いることなく、樹脂から形成されるスラスト軸受の寿命を長くすることができる。
本発明の第１５観点に係る保持器は、複数の転動体を保持する保持器である。
保持器には、円形状の第３開口部と、複数の転動体をそれぞれ転動可能に保持する複数のポケットと、が形成されている。
保持器の各ポケットは、平面視において、第３開口部に隣接する頂縁部と、延長部と、外延部と、を有する。延長部は、頂縁部の少なくとも一端から径方向外側に向かって直線状に延びる。外延部は、頂縁部及び延長部とともに閉空間を形成する。ここで、延長部の延びる延長方向と、環状の保持器の中心から径方向に延びる方向と、のなす角度θは０°より大きく７０°以下である。
保持器は、樹脂から形成されている。
このような構成の保持器をスラスト軸受に適用することで、第１観点と同様に、別途の潤滑剤を用いることなく、樹脂から形成されるスラスト軸受の寿命を長くすることができる。
本発明によれば、寿命を長くすることが可能な樹脂から形成されるスラスト軸受及びその保持器を提供することができる。
本発明の実施形態に係るスラスト軸受１００の平面視における全体構成図である。 図１に示すスラスト軸受１００のＩ−Ｉ断面における断面図である。 （ａ）は第１軌道面１１側から見た第１環状部材１０の平面図であり、（ｂ）は（ａ）のＩＩ−ＩＩ断面図である。 （ａ）は第２軌道面２１側から見た第２環状部材２０の平面図であり、（ｂ）は図４（ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。 （ａ）は図１に示すスラスト軸受１００のＩ−Ｉ断面における、転動体４０を保持する保持器３０の断面図であり、（ｂ）は（ａ）の保持器３０の外輪部３７の断面図であり、（ｃ）は（ａ）の保持器３０の内輪部３１の断面図である。 保持器３０の一部の平面拡大図である。 角度θが０°の場合の保持器３０を示す比較例である。 角度θ＝５°の保持器３０を示す平面図である。 角度θ＝１５°の保持器３０を示す平面図である。 角度θ＝３０°の保持器３０を示す平面図である。 角度θ＝４５°の保持器３０を示す平面図である。 角度θ＝５０°の保持器３０を示す平面図である。 角度θ＝６０°の保持器３０を示す平面図である。 角度θ＝７０°の保持器３０を示す平面図である。 転がり疲労試験器５０を示す模式図である 角度θが０°の保持器３０を有するスラスト軸受１００における転がり疲労試験の結果である。 角度θが５°の保持器３０を有するスラスト軸受１００における転がり疲労試験の結果である。 角度θが１５°の保持器３０を有するスラスト軸受１００における転がり疲労試験の結果である。 角度θが３０°の保持器３０を有するスラスト軸受１００における転がり疲労試験の結果である。 角度θが４５°の保持器３０を有するスラスト軸受１００における転がり疲労試験の結果である。 スラスト軸受１００の摩耗量を示す試験結果である。
以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態について説明する。なお、以下の実施形態は、本発明の具体例であって、本発明の技術的範囲を限定するものではない。
＜実施形態＞
以下に、本発明の実施形態に係るスラスト軸受１００について説明する。本実施形態のスラスト軸受１００では、一例であるが、規格として５１３０５（ＪＩＳにおけるスラスト軸受の呼び番号）を採用している。ただし、本発明が適用可能なスラスト軸受１００の規格はこれに限定されない。なお、後述するが、本発明の実施形態に係るスラスト軸受１００は樹脂から形成されている。
（１）スラスト軸受１００の全体構成
図１は、本発明の実施形態に係るスラスト軸受１００の平面視における全体構成図である。図２は、図１に示すスラスト軸受１００のＩ−Ｉ断面における断面図である。
スラスト軸受１００は、第１環状部材１０と、第２環状部材２０と、保持器３０と、複数の転動体４０と、を含む。
第１環状部材１０、第２環状部材２０及び保持器３０は、環状の板状部材である。第１環状部材１０には、中央部に円形状の第１開口部１２が形成されている。第２環状部材２０には、第１開口部１２に対応して、中央部に円形状の第２開口部２２が形成されている。保持器３０には、第１開口部１２及び第２開口部２２に対応して、中央部に円形状の第３開口部３２が形成されている。
図２及び後述の図５（ａ）に示すように、保持器３０は、板面状の第１平面３０ａと、第１平面３０ａとは反対側の板状面の第２平面３０ｂと、を有する。第１環状部材１０は、保持器３０の第１平面３０ａと対向して配置される。第２環状部材２０は、保持器３０の第２平面３０ｂと対向して配置される。よって、保持器３０は、第１環状部材１０と第２環状部材２０との間に配置される。つまり、保持器３０は、第１環状部材１０と第２環状部材２０とが対向する空間に配置される。そして、図１、図２に示すように、平面視において、第１環状部材１０の環状の中心と、第２環状部材２０の環状の中心と、保持器３０の環状の中心と、が中心Ｏにおいて概ね重なる。よって、第１開口部１２及び／又は第２開口部２２には、中心Ｏを中心として回転する軸部材が挿入可能である。つまり、第１開口部１２及び第２開口部２２にそれぞれ別途の軸部材が挿入される場合もあり得る。あるいは、第１開口部１２又は第２開口部２２のいずれかにのみ軸部材が挿入される場合もあり得る。
なお、スラスト軸受１００は、図１に示すように、例えば方向Ｄ１に回転し得る。方向Ｄ１とは、図１において時計回り方向である。より具体的には、後述の図６に示すように、転動体４０の中心Ｐ又はスラスト軸受１００の中心Ｏを中心として、後述の第２延長部３３ｃが位置する側が方向Ｄ１側であり、後述の第１延長部３３ｂが位置する側が方向Ｄ１とは反対側（反時計周り方向側）である。さらに言い換えれば、後述の頂縁部３３ａに対して、第２延長部３３ｃが位置する側が方向Ｄ１側であり、第１延長部３３ｂが位置する側が方向Ｄ１とは反対側（反時計周り方向側）である。ただし、スラスト軸受１００の回転方向は方向Ｄ１に限定されず、スラスト軸受１００の耐荷重を考慮の上、回転方向を適宜変更し得る。
保持器３０には、複数のポケット３３が周方向に沿って形成されている。各ポケット３３は、保持器３０の第１平面３０ａから第２平面３０ｂに亘って貫通するように形成される。各ポケット３３は、複数の転動体４０のそれぞれを保持する。転動体４０は、概ね球状の形状を有する。各ポケット３３に転動体４０が配置された場合、図２に示すように転動体４０の上部は保持器３０の第１平面３０ａから突出する。同様に、各ポケット３３に転動体４０が配置された場合、図２に示すように転動体４０の下部は保持器３０の第２平面３０ｂから突出する。
複数の転動体４０が各ポケット３３に保持された状態で、保持器３０が第１環状部材１０と第２環状部材２０との間に配置される。転動体４０の上部及び下部が保持器３０から突出しているため、転動体４０は、第１環状部材１０及び第２環状部材２０と接触する。このとき、図２に示すように、転動体４０は、第１環状部材１０と保持器３０との間に所定の隙間Ｓ１を形成する。同様に、転動体４０は、第２環状部材２０と保持器３０との間に所定の隙間Ｓ２を形成する。
より具体的には、保持器３０の第１平面３０ａから突出した転動体４０の上部の一部が、第１環状部材１０と接触する。同様に、保持器３０の第２平面３０ｂから突出した転動体４０の下部の一部が、第２環状部材２０と接触する。これにより、図２に示すように、第１環状部材１０は転動体４０と接触し、保持器３０とは接触しない。同様に、第２環状部材２０は転動体４０と接触し、保持器３０とは接触しない。結局、転動体４０のみが、第１環状部材１０、第２環状部材２０及び保持器３０と接触する。各部材間の接触面積が小さいため、スラスト軸受１００は低摩擦で回転可能である。
なお、隙間Ｓ１及び隙間Ｓ２は必ずしも同一である必要はない。しかし、隙間Ｓ１及び隙間Ｓ２が同程度であると、保持器３０を中心として第１環状部材１０と第２環状部材２０とが対称に配置される。また、転動体４０は、保持器３０の厚み方向の概ね中央に配置される。よって、転動体４０の上部と第１環状部材１０との接触面積と、転動体４０の下部と第２環状部材２０との接触面積と、が概ね同程度となる。そのため、転動体４０が、第１環状部材１０、第２環状部材２０及び保持器３０により安定的に保持される。これにより、スラスト軸受１００の回転時の振動が抑制され、回転の安定度が高まる。
（２）各部の構成
次に、スラスト軸受１００を構成する、第１環状部材１０、第２環状部材２０、保持器３０及び複数の転動体４０についてそれぞれ説明する。
（２−１）第１環状部材１０
図１〜図３を用いて、第１環状部材１０について説明する。図３（ａ）は、第１軌道面１１側から見た第１環状部材１０の平面図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）のＩＩ−ＩＩ断面図である。ＩＩ−ＩＩ断面線は、第１環状部材１０の中心Ｏを通る。
第１環状部材１０は、平面視において板状部材であり、板状面と交差する方向に所定の厚みｄ１０を有している。第１環状部材１０は、保持器３０の第１平面３０ａと対向する第１軌道面１１を有する。第１環状部材１０には、平面視における中央部に、直径がＬ１０ｉｎの円形状の第１開口部１２が形成されている。第１開口部１２は、第１環状部材１０の中央部を貫通している。よって、第１環状部材１０は平面視において環状の形状を有する。そして、第１軌道面１１も環状の形状を有する。また、第１環状部材１０の外形の直径、つまり外側面１０ａの直径はＬ１０ｅｘである。
第１軌道面１１の中央部には、第１軌道面１１に凹部を形成する溝１３が形成されている。なお、第１環状部材１０において、第１軌道面１１とは反対側の面は溝を有しておらず、環状の平板状である。溝１３は、図３（ａ）に示すように、平面視において環状の形状を有する。また、溝１３は、図３（ｂ）に示すように、第１軌道面１１に交差する方向の断面視において円弧状の形状を有する。この断面視における溝１３の円弧は、転動体４０の上部の一部に沿うように形成されており、曲率半径Ｒ１０を有する。
より具体的には、保持器３０に転動体４０が嵌め込まれた場合に、転動体４０は保持器３０の第１平面３０ａから突出する。溝１３の円弧は、第１平面３０ａから突出した転動体４０の上部の一部に沿うように形成されている。よって、前述した通り、転動体４０が介在することによって、第１環状部材１０と保持器３０との間に所定の隙間Ｓ１が形成される。
また、溝１３は、溝中央線１３ａにおいて、第１軌道面１１からの深さが最も大きい。溝中央線１３ａは、平面視及び断面視において溝１３の中央部に位置する。よって、保持器３０の第１平面３０ａから突出した転動体４０の頂部と、溝中央線１３ａとが概ね一致する。言い換えれば、後述の図６の平面視において、転動体４０は、溝中央線１３ａと、転動体４０の中心Ｐとが実質的に重なるように、第１環状部材１０に対して位置づけられる。一方、転動体４０は、保持器３０のポケット３３に転動可能に保持される。よって、転動体４０を介して、第１環状部材１０と保持器３０とが位置合わせされる。そして、転動体４０は、溝１３によって保持器３０のポケット３３内の所定の位置で転動する。そのため、転動体４０の過剰な移動を抑制することができる。
（２−２）第２環状部材２０
図１、図２、図４を用いて、第２環状部材２０について説明する。図４（ａ）は、第２軌道面２１側から見た第２環状部材２０の平面図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）のＩＩＩ−ＩＩＩ断面図である。ＩＩＩ−ＩＩＩ断面線は、第２環状部材２０の中心Ｏを通る。
第２環状部材２０の構成は、例えば、第１環状部材１０と概ね同一である。第２環状部材２０は、平面視において板状部材であり、板状面と交差する方向に所定の厚みｄ２０を有している。第１環状部材１０の厚みｄ１０と、第２環状部材２０の厚みｄ２０と、は概ね同一である。
第２環状部材２０は、保持器３０の第２平面３０ｂと対向する第２軌道面２１を有する。第２環状部材２０には、平面視における中央部に、直径がＬ２０ｉｎの円形状の第２開口部２２が形成されている。第２開口部２２は、第２環状部材２０の中央部を貫通している。よって、第２環状部材２０は平面視において環状の形状を有する。そして、第２軌道面２１も環状の形状を有する。また、第２環状部材２０の外形の直径、つまり外側面２０ａの直径はＬ２０ｅｘである。
第１環状部材１０の第１開口部１２の直径Ｌ１０ｉｎと、第２環状部材２０の第２開口部２２の直径Ｌ２０ｉｎと、は概ね同一であってもよい。また、第１環状部材１０の外形の直径Ｌ１０ｅｘと、第２環状部材２０の外形の直径Ｌ２０ｅｘと、は概ね同一であってもよい。
なお、第１環状部材１０、第２環状部材２０、保持器３０及び転動体４０を嵌め合わせた場合、平面視において、第１環状部材１０の中心と第２環状部材２０の中心とは、中心Ｏにおいて概ね一致する。この場合、平面視において、第１環状部材１０と第２環状部材２０とは概ね重畳し、第１開口部１２と第２開口部２２とは概ね重畳する。
第２軌道面２１の中央部には、第２軌道面２１に凹部を形成する溝２３が形成されている。なお、第２環状部材２０において、第２軌道面２１とは反対側の面は溝を有しておらず、環状の平板状である。溝２３は、図４（ａ）に示すように、平面視において環状の形状を有する。また、溝２３は、図４（ｂ）に示すように、第２軌道面２１に交差する方向の断面視において円弧状の形状を有する。この断面視における溝２３の円弧は、転動体４０の下部の一部に沿うように形成されており、曲率半径Ｒ２０を有する。第１軌道面１１の溝１３の曲率半径Ｒ１０と、第２軌道面２１の溝２３の曲率半径Ｒ２０と、は概ね同一である。
より具体的には、保持器３０に転動体４０が嵌め込まれた場合に、転動体４０は保持器３０の第２平面３０ｂから突出する。溝２３の円弧は、第２平面３０ｂから突出した転動体４０の下部の一部に沿うように形成されている。よって、前述した通り、転動体４０が介在することによって、第２環状部材２０と保持器３０との間に所定の隙間Ｓ２が形成される。
また、溝２３は、溝中央線２３ａにおいて、第２軌道面２１からの深さが最も大きい。溝中央線２３ａは、平面視及び断面視において溝２３の中央部に位置する。よって、保持器３０の第２平面３０ｂから突出した転動体４０の頂部と、溝中央線２３ａとが概ね一致する。言い換えれば、後述の図６の平面視において、転動体４０は、溝中央線２３ａと、転動体４０の中心Ｐとが実質的に重なるように、第２環状部材２０に位置づけられる。一方、転動体４０は、保持器３０のポケット３３に転動可能に保持される。よって、転動体４０を介して、第２環状部材２０と保持器３０とが位置合わせされる。さらに、前述の通り、第１環状部材１０の溝１３によっても、転動体４０を介して、第１環状部材１０及び保持器３０が位置合わせされる。これらの構成により、転動体４０を介して、第１環状部材１０、第２環状部材２０及び保持器３０が位置合わせされ、スラスト軸受１００として一体化される。そして、転動体４０は、溝１３，２３によって保持器３０のポケット３３内の所定の位置で転動する。そのため、転動体４０の過剰な移動を抑制することができる。
なお、第１環状部材１０の溝１３の深さｄ１と、第２環状部材２０の溝２３の深さｄ２と、が同一であると好ましい。また、溝１３の曲率半径Ｒ１０と溝２３の曲率半径Ｒ２０と、は概ね同一であると好ましい。ただし、深さｄ１と深さｄ２とが必ずしも同一である必要はない。また、曲率半径Ｒ１０と曲率半径Ｒ２０とが必ずしも同一である必要はない。しかし、深さｄ１及び深さｄ２が同程度であり、曲率半径Ｒ１０及び曲率半径Ｒ２０が同程度であると、第１環状部材１０と転動体４０との接触による摩擦力と、第２環状部材２０と転動体４０との接触による摩擦力と、を概ね同程度とすることができる。よって、スラスト軸受１００の回転時において、第１環状部材１０側の摩擦力と、第２環状部材２０側の摩擦力との均衡を図ることができる。そのため、スラスト軸受１００の回転時の振動が抑制され、回転の安定度が高まる。また、深さｄ１及び深さｄ２が同程度であり、曲率半径Ｒ１０及び曲率半径Ｒ２０が同程度であると、保持器３０を中心として第１環状部材１０及び第２環状部材２０が同位置に配置される。よって、第１環状部材１０、第２環状部材２０、保持器３０及び転動体４０の組み立ての安定度が増す。これによっても、スラスト軸受１００の回転時の振動が抑制され、回転の安定度が高まる。
なお、上記では、第１環状部材１０と第２環状部材２０とが概ね同一であるとしている。しかし、第１環状部材１０及び第２環状部材２０は、それぞれ異なる構成であってもよい。例えば、第１環状部材１０は、第１開口部１２に挿入される第１の軸部材に適合した形状であり得る。一方、第２環状部材２０は、第２開口部２２に挿入される第２の軸部材に適合した形状であり得るし、あるいは第２環状部材２０から回転力を受ける部材に適合した形状であり得る。第２環状部材２０から回転力を受ける部材としては、例えば、第２環状部材２０の外面に接触する部材であり得る。さらには、上記構成の逆の組み合わせもあり得る。つまり、第２環状部材２０は、第２開口部２２に挿入される第２の軸部材に適合した形状であり得る。一方、第１環状部材１０は、第１開口部１２に挿入される第１の軸部材に適合した形状であり得るし、あるいは第１環状部材１０から回転力を受ける部材に適合した形状であり得る。
また、例えば、第２環状部材２０の第２開口部２２の直径Ｌ２０ｉｎは、第１環状部材１０の第１開口部１２の直径Ｌ１０ｉｎより大きくてもよい。また、第２開口部２２の直径Ｌ２０ｉｎは、第３開口部３２の直径Ｌ３０ｉｎより小さくてもよい。
また、例えば、第１環状部材１０の外形の直径Ｌ１０ｅｘと、第２環状部材２０の外形の直径Ｌ２０ｅｘと、は異なっていてもよい。
また、例えば、第１環状部材１０の厚みｄ１０と、第２環状部材２０の厚みｄ２０と、は異なっていてもよい。
（２−３）転動体４０
図１、図２等に示すようにスラスト軸受１００には、複数の転動体４０が設けられている。各転動体４０は概ね球状の形状を有する。また、各転動体４０はそれぞれ同程度の大きさである。各転動体４０は、保持器３０の複数のポケット３３にそれぞれに転動可能に保持される。複数の転動体４０は、第１軌道面１１と第２軌道面２１と、の間に周方向に沿って配置される。言い換えれば、転動体４０は、保持器３０の第１平面３０ａ及び第２平面３０ｂの周方向に沿って配置される。
また、各転動体４０は、保持器３０の厚み方向の中心と、転動体４０の中心Ｐと、が概ね一致するように、保持器３０の各ポケット３３に保持される。つまり、保持器３０のポケット３３に転動体４０が保持されると、保持器３０の第１平面３０ａと第２平面３０ｂとの間の中央に位置する平面内に、転動体４０の中心Ｐが概ね位置する。
また、後述するが、転動体４０の直径Ｒ４０は保持器３０の厚みｄ３０より大きい。つまり、転動体４０の直径Ｒ４０は、保持器３０の第１平面３０ａと第２平面３０ｂとの間の厚みｄ３０よりも大きい。よって、転動体４０の上部が保持器３０の第１平面３０ａから突出する突出量と、転動体４０の下部が保持器３０の第２平面３０ｂから突出する突出量と、は概ね同程度である。このような構成により、転動体４０は、ポケット３３において安定的に保持される。
スラスト軸受１００には複数の転動体４０が設けられるが、その数は特に限定されない。転動体４０の数は、例えば、周方向に隣接するポケット３３間の距離を考慮して設定される。これは、隣接するポケット３３間の距離が小さすぎると、保持器３０が転動体４０を保持する力が弱くなり、保持器３０が破損するためである。また、転動体４０の数は、転動体４０と、第１環状部材１０、第２環状部材２０及び保持器３０と、の摩擦力を考慮して設定されてもよい。例えば、一例であるが、転動体４０の数は、保持器３０に、所定の大きさの転動体４０を周方向に沿って敷き詰めた場合の最大個数の半分より大きく設定される。規格として５１３０５（ＪＩＳにおけるスラスト軸受の呼び番号）を採用した本実施形態においては、転動体４０の数は例えば９個である。なお、転動体４０の直径Ｒ４０としては、例えば９．５２５ｍｍを採用している。ただし、転動体４０の大きさ及び数はこれに限定されない。例えば、転動体４０の直径は９．５２５ｍｍより大きくても小さくてもよく、転動体４０の数は９個より多くてもよいし、９個より少なくてもよい。
転動体４０は、例えばガラスで形成されており、一例としてソーダガラスで形成されている。ソーダガラスは、二酸化ケイ素、酸化ナトリウム及び酸化カルシウムを所定の割合で含むガラスである。ただし、転動体４０の材質はこれに限定されない。
（２−４）保持器３０
次に、保持器３０について説明する。図５（ａ）は、図１に示すスラスト軸受１００のＩ−Ｉ断面における、転動体４０を保持する保持器３０の断面図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）の保持器３０の外輪部３７の断面図である。図５（ｃ）は、図５（ａ）の保持器３０の内輪部３１の断面図である。図６は、保持器３０の一部の平面拡大図である。
（２−４−１）内輪部３１及び外輪部３７
保持器３０は、内輪部３１と外輪部３７とを含む。内輪部３１は、保持器３０のうち内側に設けられる板状の環状部材である。外輪部３７は、保持器３０のうち外側に設けられる板状の環状部材であり、内輪部３１を取り囲むように設けられる。保持器３０の中心Ｏは、内輪部３１の中心及び外輪部３７の中心と概ね同一である。以下では、保持器の中心Ｏと、内輪部３１の中心Ｏと、外輪部３７の中心Ｏと、が同一であるものとして説明する。
内輪部３１には、図２及び図５（ｃ）に示すように、平面視において、中央部に、直径がＬ３０ｉｎの円形状の第３開口部３２が形成されている。また、内輪部３１の外側面３１ａは、厚み方向の断面視において、内輪部３１の中心Ｏに向かって円弧状に凹んでいる。断面視における円弧状の外側面３１ａは、曲率半径Ｒ３１を有する。外側面３１ａは、保持器３０の厚みｄ３０の中央部を中心として対称な円弧状に形成されている。保持器３０の厚みｄ３０の中央部において、対向する外側面３１ａ間の距離はＬ３１ｅｘである。
外輪部３７は、図２及び図５（ｂ）に示すように、内側面３８と外側面３０ｃとを有する。外輪部３７の内側面３８は、断面視において、外輪部３７の中心Ｏに向かって円弧状に突出している。断面視における円弧状の内側面３８は、曲率半径Ｒ３７を有する。内側面３８は、保持器３０の厚みｄ３０の中央部を中心として対称な円弧状に形成されている。保持器３０の厚みｄ３０の中央部において、対向する内側面３８間の距離はＬ３７ｉｎである。
また、外輪部３７の内側面３８は、内輪部３１の外側面３１ａに沿う形状となっている。つまり、内輪部３１の外側面３１ａの曲率半径Ｒ３１と、外輪部３７の内側面３８の曲率半径Ｒ３７と、は概ね同一である。さらに、外側面３１ａ間の距離Ｌ３１ｅｘと、内側面３８間の距離Ｌ３７ｉｎと、は概ね同一である。よって、外輪部３７を内輪部３１に嵌め込んだ場合に、外輪部３７の内側面３８と内輪部３１の外側面３１ａとが面接触し得る。
また、図５（ａ）に示すように、ポケット３３内において外輪部３７の内側面３８は、断面視において、ポケット３３内部に向かって円弧状に突出している。よって、球状の転動体４０と外輪部３７との接触面積を小さくして、摩擦力を減らすことができる。なお、外輪部３７の外側面３０ｃは、断面視において直線状である。外輪部３７の外形の直径、つまり外側面３０ｃの直径はＬ３０ｅｘである。
また、第１環状部材１０の溝１３と、第２環状部材２０の溝２３と、保持器３０のポケット３３とによって、転動体４０が所定の位置に配置されるとともに、第１環状部材１０と、第２環状部材２０と、保持器３０とが位置合わせされる。よって、スラスト軸受１００は、軸部材の回転時の振動を抑制して高精度で回転する。
また、図２、図５に示すように、例えば、内輪部３１の第３開口部３２の直径Ｌ３０ｉｎは、第１開口部１２の直径Ｌ１０ｉｎ及び第２開口部２２の直径Ｌ２０ｉｎより大きい。また、例えば、第２開口部２２の直径Ｌ２０ｉｎは、第１開口部１２の直径Ｌ１０ｉｎより大きい。この場合、例えば、第１環状部材１０の第１開口部１２に軸部材が挿入されると、軸部材と第１開口部１２の内側面とが接触する。つまり、軸部材は第１開口部１２内に固定される。そして、軸部材は、第２開口部２２及び第３開口部３２とは接触しない。軸部材が回転すると、軸部材の回転とともに第１環状部材１０が回転する。ここで、第１環状部材１０は転動体４０と接触している。よって、第１環状部材１０の回転に伴って、転動体４０が転がるように転動するとともに、保持器３０が回転する。そして、転動体４０と接触している第２環状部材２０は回転せず転動体４０の転動を受ける接触面となるか、あるいは、転動体４０の転動により第２環状部材２０も回転し得る。このような構成により、スラスト軸受１００は低摩擦で回転する。言い換えれば、スラスト軸受１００は、軸部材を低摩擦で回転させる。また、この回転によって、第１環状部材１０に挿入された軸部材の回転駆動力を、静止している第２環状部材２０に伝達するか、または第２環状部材２０の回転に変換可能である。
なお、上記では、第３開口部３２の直径Ｌ３０ｉｎ＞第２開口部２２の直径Ｌ２０ｉｎ＞第１開口部１２の直径Ｌ１０ｉｎとしている。しかし、第１開口部１２の直径Ｌ１０ｉｎと、第２開口部２２の直径Ｌ２０ｉｎとは概ね同一であってもよい。そして、例えば、第３開口部３２の直径Ｌ３０ｉｎは、第１開口部１２の直径Ｌ１０ｉｎ及び第２開口部２２の直径Ｌ２０ｉｎより大きい。この場合、第１開口部１２及び第２開口部２２に軸部材が挿入された場合、軸部材は、第１開口部１２の内側面及び第２開口部２２の内側面に接触する。より具体的には、第１開口部１２の内側面には第１の軸部材が接触し、第２開口部２２の内側面には第２の軸部材が接触する。なお、第１の軸部材及び第２の軸部材は保持器３０の第３開口部３２の内側面とは接触しない。つまり、第１の軸部材は、第１開口部１２を介して第１環状部材１０に固定される。一方、第２の軸部材は、第２開口部２２を介して第２環状部材２０に固定される。そして、上述と同様に、例えば第１の軸部材が回転すると、第１の軸部材の回転とともに第１環状部材１０が回転する。さらに、第１環状部材１０の回転に伴って、転動体４０が転がるように転動し、保持器３０が回転する。そして、転動体４０と接触している第２環状部材２０は回転せず転動体４０の転動を受ける接触面となるか、あるいは、転動体４０の転動により第２環状部材２０も回転し得る。このような構成により、スラスト軸受１００は低摩擦で回転する。言い換えれば、スラスト軸受１００は第１の軸部材及び第２の軸部材を低摩擦で回転させる。なお、このとき、第１環状部材１０に挿入された第１の軸部材の回転駆動力を、静止している第２環状部材２０に伝達するか、またの第２環状部材２０の回転駆動力に変換可能である。
なお、上記では、保持器３０の内輪部３１及び外輪部３７の構成について具体的に説明している。しかし、上記内輪部３１及び外輪部３７の構成は一例である。内輪部３１及び外輪部３７は、スラスト軸受１００の耐荷重を向上できる構成であればよく、上記構成に限定されない。例えば、一例であるが、内輪部３１の外側面３１ａは中心Ｏに向かって円弧状に凹んでいる必要はない。また、一例であるが、外輪部３７の内側面３８は、外輪部３７の中心Ｏに向かって円弧状に突出している必要はない。よって、内輪部３１及び外輪部３７は多様な構成で形成可能である。
（２−４−２）ポケット３３
次に保持器３０のポケット３３について説明する。図１、図６に示すように、内輪部３１には、内輪部３１の外側面３１ａ側から内輪部３１を切り欠くように凹部が形成されている。凹部は、頂縁部３３ａと、第１延長部３３ｂと、第２延長部３３ｃとにより形成されている。よって、内輪部３１が外輪部３７によって取り囲まれていない状態では、凹部は外側面３１ａ側において開口している。そして、内輪部３１が外輪部３７によって取り囲まれることで、凹部の外側面３１ａ側の開口が閉じられ、ポケット３３が構成される。つまり、ポケット３３は、頂縁部３３ａと、第１延長部３３ｂと、第２延長部３３ｃと、外延部３３ｄと、により形成されている。
前述の通り、保持器３０は、内輪部３１と外輪部３７とに分かれている。よって、内輪部３１を外側面３１ａ側から切り欠いて凹部を形成することにより、ポケット３３の頂縁部３３ａ、第１延長部３３ｂ及び第２延長部３３ｃを形成できる。そのため、機械加工によりポケット３３の頂縁部３３ａ、第１延長部３３ｂ及び第２延長部３３ｃを容易に形成できる。また、内輪部３１と外輪部３７とを嵌め合わせることで、切り欠かれた凹部が外輪部３７の内側面３８により閉じられる。これにより、頂縁部３３ａ、第１延長部３３ｂ、第２延長部３３ｃ及び外延部３３ｄによりポケット３３を形成できる。このように内輪部３１及び外輪部３７に分けて保持器３０を形成することで、ポケット３３の加工が容易である。
例えば、頂縁部３３ａ、第１延長部３３ｂ及び第２延長部３３ｃの内側面は、球状の転動体４０の形状に沿うように形成される。つまり、保持器３０の第１平面３０ａ及び第２平面３０ｂと交差する断面において、頂縁部３３ａ、第１延長部３３ｂ及び第２延長部３３ｃの内側面は、内側に凹むように円弧状に形成される。このような頂縁部３３ａ、第１延長部３３ｂ及び第２延長部３３ｃの加工は、内輪部３１を外側面３１ａ側から切り欠くことで可能である。同様に、例えば、外延部３３ｄとなる外輪部３７の内側面３８は、断面視において、球状の転動体４０との接触面積を小さくするように、円弧状に突出するように形成される。このような外輪部３７の加工は、外輪部３７を内側面３８側から切り欠くことで可能である。
また、保持器３０には、周方向に沿って複数のポケット３３が形成されている。各ポケット３３は概ね同一の大きさである。また、複数のポケット３３において、隣接するポケット３３間の距離は概ね同一である。ポケット３３の数は、配置する転動体４０の数に対応している。よって、各ポケット３３は、１つの転動体４０を転動可能に保持する。
ポケット３３の構成についてさらに説明する。
ポケット３３の頂縁部３３ａは、平面視において、内輪部３１の第３開口部３２に隣接する部分である。例えば、頂縁部３３ａの内側面は、転動体４０の外周の一部を取り囲むように形成されている。これにより、スラスト軸受１００が回転した場合に転動体４０が過剰に移動しないように規制できる。よって、転動体４０と、第１環状部材１０、第２環状部材２０及び保持器３０と、の過剰な摩擦が抑制される。
また、図６に示すように、頂縁部３３ａは、平面視において例えば円弧状であってもよい。例えば、頂縁部３３ａは、曲率半径がＲ３３ａの円弧状である。頂縁部３３ａが円弧状であるので、球状の転動体４０の一部をさらに取り囲むように保持できる。これにより、転動体４０が過剰に移動しないように規制できる。また、図６に示すように、頂縁部３３ａは、平面視において例えば半円形状であってもよい。これにより、前述と同様に、転動体４０が過剰に移動しないように規制することができる。また、頂縁部３３ａの曲率半径Ｒ３３ａは、転動体４０の半径ｒ４０と同程度であるか、あるいは転動体４０の半径ｒ４０より若干大きい。なお、頂縁部３３ａは、平面視において直線の組み合わせからなる多角形状であってもよい。
ポケット３３の第１延長部３３ｂは、頂縁部３３ａの一方の端部である点Ａ１から径方向外側に向かって直線状に延びる。第１延長部３３ｂは、径方向外側の外側端部である点Ａ２まで延びる。つまり、第１延長部３３ｂは、点Ａ１から点Ａ２まで、内輪部３１の外側面３１ａに向かって直線状に延びる。さらに言い換えれば、第１延長部３３ｂは、点Ａ１から点Ａ２まで、外輪部３７の内側面３８に向かって直線状に延びる。
ポケット３３の第２延長部３３ｃは、頂縁部３３ａの他方の端部である点Ｂ１から径方向外側に向かって直線状に延びる。第２延長部３３ｃは、径方向外側の外側端部である点Ｂ２まで延びる。つまり、第２延長部３３ｃは、点Ｂ１から点Ｂ２まで、内輪部３１の外側面３１ａに向かって直線状に延びる。さらに言い換えれば、第２延長部３３ｃは、点Ｂ１から点Ｂ２まで、外輪部３７の内側面３８に向かって直線状に延びる。例えば、第１延長部３３ｂと第２延長部３３ｃとは概ね平行である。
また、第１延長部３３ｂと第２延長部３３ｃとの間隔は、距離Ｌ３３である。距離Ｌ３３は、転動体４０の直径Ｒ４０と同程度であるか、あるいは転動体４０の直径Ｒ４０より若干大きい。よって、転動体４０のポケット３３での移動を可能にしつつも、転動体４０の過剰な移動を抑制する。
ポケット３３の外延部３３ｄは、保持器３０の外輪部３７の内側面３８の一部に相当する。よって、外延部３３ｄは円弧状の形状を有する。この外延部３３ｄは、頂縁部３３ａ、第１延長部３３ｂ及び第２延長部３３ｃとともに、ポケット３３を閉空間として構成する。外延部３３ｄの区間は、第１延長部３３ｂの外側端部である点Ａ２に近接又は連続する部分から、第２延長部３３ｃの外側端部である点Ｂ２に近接又は連続する部分までの区間で定義される。
（２−４−３）角度θの定義
次に、ポケット３３における角度θについて、多様な側面から定義する。
（ａ）
角度θは、図６に示すように、第１延長部３３ｂが延びる延長方向と、環状の保持器３０の中心Ｏから径方向に延びる方向と、のなす角の大きさである。第１延長部３３ｂと第２延長部３３ｃとは概ね平行である。よって、角度θは、第２延長部３３ｃが延びる延長方向と、環状の保持器３０の中心Ｏから径方向に延びる方向と、のなす角の大きさによっても定義できる。このとき、角度θは、例えば０°より大きく７０°以下である。なお、第１延長部３３ｂの延びる延長方向とは、点Ａ１と点Ａ２とを通る線分の延長方向である。第２延長部３３ｃが延びる延長方向とは、点Ｂ１と点Ｂ２とを通る線分の延長方向である。
また、角度θが０°の場合を比較例として説明する。図７は、角度θが０°の場合の保持器３０を示す比較例である。図７に示すように、第１延長部３３ｂ又は第２延長部３３ｃが延びる延長方向は、保持器３０の中心Ｏから径方向に延びる方向と平行である。よって、第１延長部３３ｂ又は第２延長部３３ｃが延びる延長方向と、保持器３０の中心Ｏから径方向に延びる方向と、のなす角である角度θは０°である。保持器３０の中心Ｏから径方向に延びる方向は、保持器３０の中心Ｏと転動体４０の中心Ｐとを結ぶ径方向である。
上記の本実施形態によれば、保持器３０において、第１延長部３３ｂ又は第２延長部３３ｃの延びる延長方向と、環状の保持器３０の中心Ｏから径方向に延びる方向と、のなす角度θは０°より大きく７０°以下である。後述するが、このような構成とすることで、角度θが０°である場合よりも、スラスト軸受１００の耐荷重を大きくすることができる。スラスト軸受１００の耐荷重が大きくなるということは、スラスト軸受１００の回転によるスラスト軸受１００の摩耗、剥離、焼付き及び振動等が抑制され、スラスト軸受１００の破損を抑制できることを意味する。よって、スラスト軸受１００が樹脂で形成される場合であっても、スラスト軸受１００の寿命を長くすることができる。
また、転動体４０が、第１環状部材１０、第２環状部材２０及び保持器３０と接触して転動することで、第１環状部材１０、第２環状部材２０及び保持器３０が摩耗する。これにより、第１環状部材１０、第２環状部材２０及び保持器３０から摩耗粉が発生する。この摩耗粉がスラスト軸受１００の回転の潤滑剤として利用される。よって、上記のスラスト軸受１００では、回転を円滑にするための別途の潤滑剤を用いることなく、寿命を長くすることができる。
より具体的に説明する。上記によれば、ポケット３３において、第１延長部３３ｂ又は第２延長部３３ｃの延びる延長方向と、環状の保持器３０の中心Ｏから径方向に延びる方向と、のなす角度θは０°より大きい。そのため、角度θが０°よりも大きい場合は、角度θが０°の場合よりも円弧状の外延部３３ｄの長さが長くなる。これは、角度θが０°より大きい場合には、第１延長部３３ｂ又は第２延長部３３ｃと外延部３３ｄとは斜めに交差するためである。なお、角度θが０°の場合には、第１延長部３３ｂ又は第２延長部３３ｃと外延部３３ｄとは概ね直交する。そして、ポケット３３が周方向に長く形成される。よって、角度θが０°よりも大きい場合は、スラスト軸受１００が回転した場合に転動体４０がポケット３３内において移動可能な周方向の距離が、角度θが０°の場合よりも大きい。つまり、転動体４０と、第１環状部材１０、第２環状部材２０及び保持器３０と、の接触面積が大きくなる。そして、接触による摩擦により第１環状部材１０、第２環状部材２０及び保持器３０において摩耗が生じ、摩耗粉が生じ得る。この摩耗粉が、転動体４０がスラスト軸受１００内で転動する際の潤滑剤となり得る。つまり、転動体４０と、第１環状部材１０、第２環状部材２０及び保持器３０と、の接触部分に、摩耗粉が潤滑剤として入り込む。このように、スラスト軸受１００の回転により生じた摩耗粉が、スラスト軸受１００の回転の潤滑剤として利用され、自己潤滑機能を有する。これにより、別途の潤滑剤を用いることなく、スラスト軸受１００の耐荷重を大きくし、寿命を長くすることができる。また、角度θが０°の場合よりも大きくなると、ポケット３３を閉空間として構成する体積が大きくなる。つまり、転動体４０が回転する際に接するポケット３３内の気体の量が多くなる。これにより、転動体４０とその他の部材との摩擦により発生する熱がより発散することになる。そのため、摩擦熱にともなう体積膨張によって引き起こされる振動、摩擦熱による焼付き、剥離等が抑制される。結果として、樹脂から形成されるスラスト軸受１００の耐荷重・寿命を長くすることができる。
以上のように、上記のスラスト軸受１００では、保持器３０のポケット３３において角度θを調整することで、スラスト軸受１００の摩耗量と摩擦熱が適切に調整される。つまり、焼付きを起こさない条件が満たされた上で、摩耗量が、スラスト軸受１００の破損を抑制できる程度に抑えられるとともに、自己潤滑機能を有する程度となる。よって、樹脂から形成されるスラスト軸受１００の寿命を長くすることができる。
なお、角度θを大きくするほど、ポケット３３が周方向に沿って長く延びるように形成される。角度θを７０°以下とするのは、ポケット３３が周方向に沿って延びて、隣接するポケット３３間の距離が小さくなり、ポケット３３の強度が低下するのを抑制するためである。つまり、角度θを７０°以下とすることで、隣接するポケット３３間にある程度の距離を設け、ポケット３３の強度を確保することができる。また、ポケット３３が周方向に延びる距離が長すぎると、転動体４０の移動距離が長くなる。そして、転動体４０と、第１環状部材１０、第２環状部材２０及び保持器３０と、の摩擦が大きくなりすぎるため、角度θを７０°と以下とするのがよい。
（ｂ）
また、角度θは次のように定義可能である。角度θは、図６に示すように、第１延長部３３ｂ又は第２延長部３３ｃの延びる延長方向と、転動体４０の中心Ｐ及び保持器３０の中心Ｏを結ぶ径方向と、のなす角度である。角度θは、上記（ａ）の通り、例えば０°より大きく７０°以下である。なお、第１延長部３３ｂ又は第２延長部３３ｃの延びる延長方向とは、点Ａ１と点Ａ２とを通る線分又は点Ｂ１と点Ｂ２とを通る線分の延長方向である。また、転動体４０の中心Ｐ及び保持器３０の中心Ｏを結ぶ径方向とは、図６に示すように、ポケット３３に配置された転動体４０の中心Ｐと、環状の保持器３０の中心Ｏとを結ぶ径方向である。
そして角度θを０°より大きく７０°以下とすることで、上記（ａ）と同様の作用効果を生じ、別途の潤滑剤を用いることなく、樹脂から形成されるスラスト軸受１００の耐荷重をより大きくし、寿命をより長くすることができる。
さらには、平面視において、転動体４０の中心Ｐは、環状の溝１３，２３の溝中央線１３ａ、２３ａと実質的に重なる。言い換えれば、平面視において、環状の溝１３，２３の溝中央線１３ａ、２３ａ上に、転動体４０の中心Ｐが概ね位置する。つまり、転動体４０は、溝１３，２３によって保持器３０のポケット３３内の所定の位置に配置される。転動体４０が概ね所定の位置で転動するため、転動体４０の過剰な移動を抑制することができる。これにより、転動体４０と、第１環状部材１０、第２環状部材２０及び保持器３０との過剰な摩擦が抑制される。よって、スラスト軸受１００の過剰な摩耗、剥離、焼付き及び振動等が抑制され、樹脂から形成されるスラスト軸受１００の寿命を長くすることができる。
なお、スラスト軸受１００が回転して転動体４０が転動している場合には、転動体４０の中心Ｐは溝中央線１３ａ、２３ａからずれ得る。一方、スラスト軸受１００が静止している場合には、平面視において、転動体４０の中心Ｐは溝中央線１３ａ、２３ａと実質的に重なる。
（ｃ）
また、角度θは次のように定義可能である。角度θは、図６に示すように、第１延長部３３ｂ又は第２延長部３３ｃの延びる延長方向と、頂縁部３３ａのうち第３開口部３２に最も隣接する点Ｄ及び保持器３０の中心Ｏを結ぶ方向と、のなす角度である。第１延長部３３ｂ又は第２延長部３３ｃの延びる延長方向とは、点Ａ１と点Ａ２とを通る線分又は点Ｂ１と点Ｂ２とを通る線分の延長方向である。また、頂縁部３３ａは、点Ｄにおいて第３開口部３２に最も隣接している。この点Ｄと環状の保持器３０の中心Ｏとを結ぶ線上には、ポケット３３に配置された球状の転動体４０の中心Ｐが位置し得る。よって、点Ｄ及び保持器３０の中心Ｏを結ぶ方向とは、ポケット３３に配置された転動体４０の中心Ｐと保持器３０の中心Ｏとを結ぶ径方向である。
つまり、角度θは、第１延長部３３ｂ又は第２延長部３３ｃの延びる延長方向と、ポケット３３に配置された転動体４０の中心Ｐと保持器３０の中心Ｏとを結ぶ径方向のなす角度である。そして角度θを０°より大きく７０°以下とすることで、上記（ａ）と同様の作用効果を生じ、別途の潤滑剤を用いることなく、樹脂から形成されるスラスト軸受の耐荷重をより大きくし、寿命をより長くすることができる。
なお、図６に示すように、頂縁部３３ａの内側面は、例えば、球状の転動体４０の外周の一部を取り囲むように形成されている。例えば、頂縁部３３ａは平面視において円弧状であり得、さらには頂縁部３３ａは平面視において半円形状であり得る。これにより、転動体４０が過剰に移動しないように規制できるので、転動体４０と、第１環状部材１０、第２環状部材２０及び保持器３０との過剰な摩擦が抑制される。よって、スラスト軸受１００の破損を抑制できる。
なお、頂縁部３３ａは、平面視において直線の組み合わせからなる多角形状であり得る。
（ｄ）
また、角度θは次のように定義可能である。角度θは、図６に示すように、第１延長部３３ｂ又は第２延長部３３ｃの延びる延長方向と、円弧状の頂縁部３３ａの中心Ｐ及び環状の保持器３０の中心Ｏを結ぶ径方向と、のなす角である。第１延長部３３ｂ又は第２延長部３３ｃの延びる延長方向とは、点Ａ１と点Ａ２とを通る線分又は点Ｂ１と点Ｂ２とを通る線分の延長方向である。また、円弧状の頂縁部３３ａの中心Ｐ及び環状の保持器３０の中心Ｏを結ぶ径方向上には、ポケット３３に配置された球状の転動体４０の中心Ｐが位置し得る。より具体的には、円弧状の頂縁部３３ａの中心Ｐと転動体４０の中心Ｐとは、実質的に一致する。よって、円弧状の頂縁部３３ａの中心Ｐ及び環状の保持器３０の中心Ｏを結ぶ径方向とは、ポケット３３に配置された転動体４０の中心Ｐと環状の保持器３０の中心Ｏとを結ぶ径方向である。
つまり、角度θは、第１延長部３３ｂ又は第２延長部３３ｃの延びる延長方向と、ポケット３３に配置された球状の転動体４０の中心Ｐと環状の保持器３０の中心Ｏとを結ぶ径方向のなす角度である。そして角度θを０°より大きく７０°以下とすることで、上記（ａ）と同様の作用効果を生じ、別途の潤滑剤を用いることなく、樹脂から形成されるスラスト軸受１００の耐荷重をより大きくし、寿命をより長くすることができる。
なお、図６に示すように、円弧状の頂縁部３３ａは、より具体的には、平面視において半円形状であり得る。半円形状の頂縁部３３ａは、転動体４０の概ね半分を取り囲んで転動体４０を保持できる。
また、図６に示すように、半円形状の頂縁部３３ａは、転動体４０の中心Ｐ及び保持器３０の中心Ｏを結ぶ径方向と概ね直交する方向に対して、平面視において点Ｐを中心として角度θ分だけ回転した位置に形成されている。転動体４０の中心Ｐ及び保持器３０の中心Ｏを結ぶ径方向と概ね直交する線分は線分Ｃ−Ｃである。なお、線分Ｃ−Ｃは、溝中央線１３ａ、２３ａの転動体４０の中心Ｐにおける接線である。半円形状の頂縁部３３ａの端部である点Ａ１と点Ｂ１を結ぶ線上には、転動体４０の中心Ｐが位置する。このとき、線分Ｃ−Ｃと、点Ａ１と点Ｂ１を結ぶ線とがなす角が、角度θである。
（２−４−４）多様な角度θを有する保持器３０
図８〜図１４を用いて、多様な角度θを有する保持器３０について説明する。図８〜図１４の保持器３０は、図１及び図６の保持器３０と基本的構成は同じであり、角度θが異なる。なお、図１、図６、図８〜図１２の保持器３０は９個のポケット３３を有する。一方、図１３の保持器３０は８個のポケット３３を有する。また、図１４の保持器３０は７個のポケット３３を有する。
（ａ）角度θ＝５°の保持器３０
図８は、角度θ＝５°の保持器３０を示す平面図である。図８の保持器３０は、例えば９個のポケット３３を有する。角度θは約５°である。
（ｂ）角度θ＝１５°の保持器３０
図９は、角度θ＝１５°の保持器３０を示す平面図である。図９の保持器３０は、例えば９個のポケット３３を有する。角度θは約１５°である。
（ｃ）角度θ＝３０°の保持器３０
図１０は、角度θ＝３０°の保持器３０を示す平面図である。図１０の保持器３０は、例えば９個のポケット３３を有する。角度θは約３０°である。
（ｄ）角度θ＝４５°の保持器３０
図１１は、角度θ＝４５°の保持器３０を示す平面図である。図１１の保持器３０は、例えば９個のポケット３３を有する。角度θは約４５°である。
（ｅ）角度θ＝５０°の保持器３０
図１２は、角度θ＝５０°の保持器３０を示す平面図である。図１２の保持器３０は、例えば９個のポケット３３を有する。角度θは約５０°である。
（ｆ）角度θ＝６０°の保持器３０
図１３は、角度θ＝６０°の保持器３０を示す平面図である。図１３の保持器３０は、例えば８個のポケット３３を有する。角度θは約６０°である。
なお、図８〜図１２ではポケット３３の数は９個であるが、図１３ではポケット３３の数は８個に減少している。これは、ポケット３３の数を９個とし、角度θ＝６０°とすると、隣接するポケット３３の距離が短すぎて保持器３０が転動体４０を保持する力が弱くなり、保持器３０が破損するためである。
（ｇ）角度θ＝７０°の保持器３０
図１４は、角度θ＝７０°の保持器３０を示す平面図である。図１４の保持器３０は７個のポケット３３を有する。角度θは約７０°である。
なお、図８〜図１２ではポケット３３の数は９個であり、図１３ではポケット３３の数は８個である。しかし、図１４では、ポケット３３の数は７個に減少している。これは、ポケット３３の数を９個又は８個とし、角度θ＝７０°とすると、隣接するポケット３３の距離が短すぎて保持器３０が転動体４０を保持する力が弱くなり、保持器３０が破損するためである。
（２−４−５）その他
保持器３０は、例えば、次のように構成されていてもよい。
上記では、保持器３０は、内輪部３１と外輪部３７とから構成されている。しかし、保持器３０は、内輪部３１と外輪部３７とが一体に形成されていてもよい。
また、上記では、ポケット３３は、延長部として、第１延長部３３ｂ及び第２延長部３３ｃを含む。しかし、ポケット３３は、延長部として、第１延長部３３ｂ及び第２延長部３３ｃのいずれか一方のみを含んでもよい。例えば、図６において、点Ａ１が点Ａ２に一致する場合には、ポケット３３は延長部として第２延長部３３ｃのみを含む。つまり、ポケット３３は、頂縁部３３ａと、第２延長部３３ｃと、外延部３３ｄとから構成される。
また、上記では、第１延長部３３ｂと第２延長部３３ｃとは概ね平行である。しかし、第１延長部３３ｂと第２延長部３３ｃとの関係はこれに限定されない。例えば、平面視における第１延長部３３ｂと第２延長部３３ｃとの間隔が、外輪部３７の内側面３８に向かうほど広がってもよい。これにより、転動体４０がポケット３３において移動可能な範囲を広げることができる。あるいは、平面視における第１延長部３３ｂと第２延長部３３ｃとの間隔が、外輪部３７の内側面３８に向かうほど狭まってもよい。これにより、転動体４０がポケット３３において移動可能な範囲を狭めることができる。第１延長部３３ｂと第２延長部３３ｃとの関係は、ポケット３３内での転動体４０の移動による摩擦力及び摩耗粉の量、転動体４０と接する空気の面積・体積等を考慮して設定可能である。
また、上記では、ポケット３３の頂縁部３３ａは、点Ａ１と、点Ｐと、点Ｂ１とがなす中心角が概ね１８０°の半円形状である。しかし、頂縁部３３ａの形状はこれに限定されず、例えば中心角が１８０°よりも小さい円弧状であってもよい。
（２−５）樹脂材料
上記第１環状部材１０、第２環状部材２０及び保持器３０は、樹脂から形成されている。材質として樹脂を用いることで、例えば、耐腐食性、耐薬品性、耐摩耗性などの性質において、金属よりも向上させることができる。例えば、樹脂としては、フェノール樹脂、ＰＴＦＥ（4フッ化エチレン樹脂：ポリテトラフルオロエチレン)、ＵＨＭＷＰＥ(超高分子量ポリエチレン)、ＰＰ(ポリプロピレン)、ＰＥＥＫ(ポリエーテルエーテルケトン)、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド)、ＰＣＴＦＥ(ポリクロロトリフルオロエチレン)、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＯＭ（ポリオキシメチレン）、モノマーキャストナイロン、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＳ（ポリスチレン）、ＰＥＳＦ（ポリエーテルサルホン）ポリイミド、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＡＩ（ポリアミドイミド）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＵ（ポリウレタン）、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、メタクリル樹脂、カーボン、ポリカーボネートなどが挙げられる。
（３）試験
上記のスラスト軸受１００について、転がり疲労試験及び摩耗量を測定する試験を行った。試験に用いたスラスト軸受１００、試験内容及び試験結果について、以下に説明する。
（３−１）試験に用いたスラスト軸受１００
スラスト軸受１００では、第１環状部材１０と、第２環状部材２０と、保持器３０と、転動体４０とが、図１、図２等に示すように組み立てられている。また、保持器３０は、前記角度θが０°より大きく形成されている。転がり疲労試験及び摩耗量を測定する試験には、前記角度θが０°、５°、１５°、３０°、４５°の各保持器３０を用いた。転動体４０は、ソーダガラスで形成した。また、第１環状部材１０、第２環状部材２０及び保持器３０は、ＵＨＭＷＰＥ(超高分子量ポリエチレン)で形成した。
試験では、規格として５１３０５（ＪＩＳにおけるスラスト軸受の呼び番号）に基づいて作成されたスラスト軸受１００を用いた。試験に用いたスラスト軸受１００の各部の寸法は以下の通りである。
図２〜図４に示すように、第１開口部１２の直径Ｌ１０ｉｎ及び第２開口部２２の直径Ｌ２０ｉｎは、２５ｍｍである。第１環状部材１０の外側面１０ａの直径Ｌ１０ｅｘ及び第２環状部材２０の外側面２０ａの直径Ｌ２０ｅｘは、５２ｍｍである。図２、図３に示すように、ＩＩ−ＩＩ断面線上において対向する溝中央線１３ａ間の距離Ｌｐｃ１０は、３８．５ｍｍである。同様に、図２、図４に示すように、ＩＩＩ−ＩＩＩ断面線上において対向する溝中央線２３ａ間の距離Ｌｐｃ２０は、３８．５ｍｍである。第１環状部材１０の厚みｄ１０及び第２環状部材２０の厚みｄ２０は、５．１３８ｍｍである。溝１３の深さｄ１及び溝２３の深さｄ２は、０．９ｍｍである。溝１３の曲率半径Ｒ１０及び溝２３の曲率半径Ｒ２０は、４．８ｍｍである。
図１、図２、図５に示すように、保持器３０の第３開口部３２の直径Ｌ３０ｉｎは、２６ｍｍである。保持器３０の外側面３０ｃの直径Ｌ３０ｅｘは、５４ｍｍである。内輪部３１の外側面３１ａ間の距離Ｌ３１ｅｘ及び外輪部３７の内側面３８間の距離Ｌ３７ｉｎは、４８．８ｍｍである。保持器３０の厚みｄ３０は、５ｍｍである。内輪部３１の外側面３１ａの曲率半径Ｒ３１及び外輪部３７の内側面３８の曲率半径Ｒ３７は、８ｍｍである。また、図６に示すように、ポケット３３の頂縁部３３ａの曲率半径Ｒ３３ａは、４．９ｍｍである。また、図１、図６に示すように、第１延長部３３ｂと第２延長部３３ｃとの距離Ｌ３３は、９．８ｍｍである。
図７の角度θ＝０°の保持器３０においては、隣接するポケット３３間の最短距離Ｗ０は、３．３６７ｍｍである。図８の角度θ＝５°の保持器３０においては、隣接するポケット３３間の最短距離Ｗ５は、３．３６８ｍｍである。図９の角度θ＝１５°の保持器３０においては、隣接するポケット３３間の最短距離Ｗ１５は、３．４５４ｍｍである。図１０の角度θ＝３０°の保持器３０においては、隣接するポケット３３間の最短距離Ｗ３０は、３．１６８ｍｍである。図１１の角度θ＝４５°の保持器３０においては、隣接するポケット３３間の最短距離Ｗ４５は、２．１３４ｍｍである。図１２の角度θ＝５０°の保持器３０においては、隣接するポケット３３間の最短距離Ｗ５０は、１．６０４ｍｍである。図１３の角度θ＝６０°の保持器３０においては、隣接するポケット３３間の最短距離Ｗ６０は、１．８８９ｍｍである。図１４の角度θ＝７０°の保持器３０においては、隣接するポケット３３間の最短距離Ｗ７０は、２．１５８ｍｍである。
球状の転動体４０の直径Ｒ４０は、９．５２５ｍｍである。よって、転動体４０の半径ｒ４０は、４．７６２５ｍｍである。
（３−２）試験内容
転がり疲労試験は、例えば図１５に示す転がり疲労試験器５０を用いて行った。図１５は、転がり疲労試験器５０を示す模式図である。
転がり疲労試験器５０は、上部支持部材５１と下部支持部材５２とを含む。上部支持部材５１と下部支持部材５２とが対向する面は概ね平面状である。図１５に示すように、スラスト軸受１００は、上部支持部材５１と下部支持部材５２との間に挟持される。よって、第１環状部材１０の上面が上部支持部材５１と接触し、第２環状部材２０の下面が下部支持部材５２と接触する。そして、下部支持部材５２を固定し、上部支持部材５１からアキシャル（スラスト荷重）をかけてスラスト軸受１００を回転せることで、スラスト軸受１００の転がり疲労試験を行った。つまり、下部支持部材５２を固定して第２環状部材２０を固定しておく。一方、上部支持部材５１からアキシャル荷重をかけて上部支持部材５１を回転させることで、第１環状部材１０を回転させる。このとき、第１環状部材１０が回転することにより、第１環状部材１０に接触する転動体４０が、保持器３０のポケット３３内で転動する。この転動体４０の転動により、保持器３０もまた回転する。上部支持部材５１の総回転数は、例えば、２．８８×１０５回とした。また、試験の条件は、室温２５℃及び大気圧１ａｔｍの雰囲気において、潤滑剤を用いない無潤滑状態に調整された。また、各試験においては、スラスト軸受１００ごとに、スラスト軸受１００にかかるアキシャル荷重と、スラスト軸受１００の回転速度との積（ＰＶ値）が一定となるように調整された。ＰＶ値としは、一例として、１．８×１０５Ｎ・ｒｐｍを選択した。
摩耗量を測定する試験は、上記の転がり疲労試験の前後それぞれにおけるスラスト軸受１００の質量を測定することで行った。より具体的には、試験前後それぞれにおいて、スラスト軸受１００を超音波洗浄し、十分に乾燥させた後、電子天秤を用いて質量を測定した。そして、試験前のスラスト軸受１００の質量から、試験後のスラスト軸受１００の質量を引くことで、転がり疲労試験におけるスラスト軸受１００の摩耗量を測定した。
なお、転がり疲労試験及び摩耗量を測定する試験においては、スラスト軸受１００を図１、図６〜図１４に示す方向Ｄ１に回転させた。
（３−３）試験結果
（３−３−１）角度θと寿命との関係
保持器３０において、角度θが０°、５°、１５°、３０°、４５°である場合のそれぞれにおける転がり疲労試験の結果を以下に示す。
図１６は、角度θが０°の保持器３０を有するスラスト軸受１００における転がり疲労試験の結果である。図１７は、角度θが５°の保持器３０を有するスラスト軸受１００における転がり疲労試験の結果である。図１８は、角度θが１５°の保持器３０を有するスラスト軸受１００における転がり疲労試験の結果である。図１９は、角度θが３０°の保持器３０を有するスラスト軸受１００における転がり疲労試験の結果である。図２０は、角度θが４５°の保持器３０を有するスラスト軸受１００における転がり疲労試験の結果である。図１６〜図２０において、縦軸は荷重（Ｌｏａｄ）［Ｎ］であり、横軸は回転速度（Ｒｏｔａｔｉｏｎ Ｓｐｅｅｄ）［ｒｐｍ］である。
なお、図１６〜図２０において、“ＰＶ １．８×１０５,failure”とは、ＰＶ値＝１．８×１０５Ｎ・ｒｐｍにおいて、スラスト軸受１００が疲労により破損していることを意味する。また、“ＰＶ １．８×１０５,non-failure”とは、ＰＶ値＝１．８×１０５Ｎ・ｒｐｍにおいて、スラスト軸受１００が破損しなかったことを意味する。
図１６に示すように、保持器３０において角度θが０°の場合は、回転速度が約８００ｒｐｍにおいて耐荷重が約２２５Ｎである。
図１７に示すように、保持器３０において角度θが５°の場合は、回転速度が約７５０ｒｐｍにおいて耐荷重が約２４０Ｎである。
図１８に示すように、保持器３０において角度θが１５°の場合は、回転速度が約６６７ｒｐｍにおいて耐荷重が約２７０Ｎである。
図１９に示すように、保持器３０において角度θが３０°の場合は、回転速度が約４５０ｒｐｍにおいて耐荷重が約４００Ｎである。
図２０に示すように、保持器３０において角度θが４５°の場合は、回転速度が約３６０ｒｐｍにおいて耐荷重が約５００Ｎである。
よって、図１６〜図２０に示すように、保持器３０において角度θが大きくなるにつれて、スラスト軸受１００の耐荷重が増加することが分かった。また、図１６〜図２０に示す全ての角度θにおいて、スラスト軸受１００の破損は、回転速度よりも荷重が主な要因であることが分かった。例えば、図１８の角度θ＝１５°の場合は、回転速度が約６６７ｒｐｍ以上となってもスラスト軸受１００は破損していない。しかし、荷重が２７０Ｎ以上となると、回転速度が低くてもスラスト軸受１００が破損している。同様に、例えば、図１９の角度θ＝３０°の場合は、回転速度が約４５０ｒｐｍ以上となってもスラスト軸受１００は破損していない。しかし、荷重が５００Ｎ以上となると、回転速度が低くてもスラスト軸受１００が破損している。その他の図１６、図１７、図２０の角度θについても同様の結果となっている。よって、回転速度よりも荷重が、スラスト軸受１００の破損により影響を与えることが分かった。
（３−３−２）摩耗量
図２１は、スラスト軸受１００の摩耗量を示す試験結果である。図２１には、角度θが０°、５°、１５°、３０°、４５°のそれぞれの保持器３０を有するスラスト軸受１００の摩耗量の結果が示されている。
図２１に示すように、角度θが０°、５°、１５°、３０°、４５°のいずれにおいても、スラスト軸受１００の摩耗量は、約１８ｍｇ以下である。これは、試験に用いたスラスト軸受１００の重さの約０．０７％である。よって、スラスト軸受１００においては、多少の摩耗により微量の摩耗粉は生じるものの、スラスト軸受１００を破損させるまでの摩耗は生じていない。
また、スラスト軸受１００において発生した微量の摩耗粉は、スラスト軸受１００の回転の潤滑剤として利用され得ると考えられる。そのため、上記のスラスト軸受１００では、回転を円滑にするための別途の潤滑剤を用いることなく、寿命を長くすることができる。
（４）角度θの最適値
図１６〜図２０に示すように、角度θを大きくすると、スラスト軸受１００の耐荷重は大きくなる。よって、スラスト軸受１００において、角度θを０°より大きくするのがよい。また、角度θを大きくすると、隣接するポケット３３間の距離が小さくなり、ポケット３３の強度が低下する。よって、角度θは７０°以下とするのがよい。
好ましくは、角度θは５°以上７０°以下である。角度θが５°以上であるため、角度θが５°より小さい場合よりもスラスト軸受１００の耐荷重は大きくなる。
好ましくは、角度θは１５°以上７０°以下である。上記と同様に、角度θが１５°以上であるため、角度θが１５°より小さい場合よりもスラスト軸受１００の耐荷重は大きくなる。
好ましくは、角度θは３０°以上７０°以下である。上記と同様に、角度θが３０°以上であるため、角度θが３０°より小さい場合よりもスラスト軸受１００の耐荷重は大きくなる。
好ましくは、角度θは４５°以上７０°以下である。上記と同様に、角度θが４５°以上であるため、角度θが４５°より小さい場合よりもスラスト軸受１００の耐荷重は大きくなる。
なお、角度θを大きくするほど、ポケット３３が周方向に沿って長く延びるように形成される。よって、角度θを大きくするほど、転動体４０のポケット３３内での移動距離が大きくなる。そのため、転動体４０と、第１環状部材１０、第２環状部材２０及び保持器３０との摩擦により生じる摩耗粉によって、自己潤滑機能を向上させることができる。一方で、摩耗量は、スラスト軸受の破損を抑制できる程度に抑えられる。これにより、別途の潤滑剤を用いることなく、樹脂から形成されるスラスト軸受の耐荷重をより大きくし、寿命をより長くすることができる。さらに、ポケット３３内の体積が増えることにより、摩擦熱を逃がすための空気の流量が多くなる。これにより、摩擦熱を抑制し、樹脂から形成されるスラスト軸受１００の寿命をより長くすることができる。
また、試験では、角度θが０°、５°、１５°、３０°、４５°のスラスト軸受１００を用いた。試験結果から、角度θが大きくなるにつれてスラスト軸受１００の耐荷重が増加するとの傾向がある。よって、０°、５°、１５°、３０°、４５°以外のその他の角度θにおいても、角度θが大きくなるにつれてスラスト軸受１００の耐荷重が増加することは明らかである。
また、試験では、規格として５１３０５を採用し、上記の寸法のスラスト軸受１００を用いた。試験結果から角度θが大きくなるにつれてスラスト軸受１００の耐荷重が増加するとの傾向が明らかであり、本発明は保持器３０の角度θを調整する点に特徴がある。よって、試験で採用した規格以外の規格及び寸法のスラスト軸受にも本発明を適用可能である。
また、試験では、転動体４０は、ソーダガラスで形成した。また、第１環状部材１０、第２環状部材２０及び保持器３０は、ＵＨＭＷＰＥ(超高分子量ポリエチレン)で形成した。試験結果から角度θが大きくなるにつれてスラスト軸受１００の耐荷重が増加するとの傾向が明らかであり、本発明は保持器３０の角度θを調整する点に特徴がある。よって、試験で採用した材料以外の材料でスラスト軸受１００を作成した場合にも本発明を適用可能である。
また、試験では、一例として、ＰＶ値＝１．８×１０５Ｎ・ｒｐｍを選択した。しかし、試験結果から角度θが大きくなるにつれてスラスト軸受１００の耐荷重が増加するとの傾向が明らかであり、本発明は保持器３０の角度θを調整する点に特徴がある。よって、その他のＰＶ値においても、上記と同様に角度θが大きくなるにつれてスラスト軸受１００の耐荷重が増加することは明らかである。
また、試験では、回転方向は方向Ｄ１である。しかし、スラスト軸受１００の耐荷重を考慮の上、回転方向を適宜変更し得る。
（５）変形例
（５−１）変形例Ａ
上記実施形態では、角度θが０°より大きく７０°以下である。しかし、ポケット３３の形状を次のように定義してもよい。なお、上記実施形態と同様の構成については簡単に説明するか、あるいは説明を適宜省略する。
図６に示すように、ポケット３３は、頂縁部３３ａ、第１延長部３３ｂ、第２延長部３３ｃ及び外延部３３ｄを含む。頂縁部３３ａは、第３開口部３２に隣接している。第１延長部３３ｂは、頂縁部３３ａの一方の端部である点Ａ１から径方向外側に向かって直線状に延びている。第２延長部３３ｃは、頂縁部３３ａの他方の端部である点Ｂ１から径方向外側に向かって直線状に延びている。第１延長部３３ｂと第２延長部３３ｃとは概ね平行である。ここで、第１延長部３３ｂは第２延長部３３ｃより長い。第２延長部３３ｃと第１延長部３３ｂとの長さの違いによって、前述の角度θを０°よりも大きくすることができる。なお、図７の角度θ＝０°の場合には、第１延長部３３ｂ及び第２延長部３３ｃの長さは実質的に同一である。
このような構成によって、上記実施形態と同様に、樹脂から形成されるスラスト軸受１００の耐荷重を大きくし、スラスト軸受１００の寿命を長くすることができる。
また、転動体４０が、第１環状部材１０、第２環状部材２０及び保持器３０と接触して転動することで、第１環状部材１０、第２環状部材２０及び保持器３０が摩耗する。これによる摩耗粉がスラスト軸受１００の回転の潤滑剤として利用される。よって、上記の樹脂から形成されるスラスト軸受１００では、回転を円滑にするための別途の潤滑剤を用いることなく、寿命を長くすることができる。
より具体的に説明する。第１延長部３３ｂは第２延長部３３ｃより長いため、第１延長部３３ｂ及び第２延長部３３ｃの長さが同一の場合よりも、円弧状の外延部３３ｄの長さが長くなる。これは、第１延長部３３ｂが第２延長部３３ｃより長い場合には、第１延長部３３ｂ及び第２延長部３３ｃが外延部３３ｄと斜めに交差するためである。なお、第１延長部３３ｂ及び第２延長部３３ｃの長さが同一の場合には、第１延長部３３ｂ及び第２延長部３３ｃは外延部３３ｄと直交する。よって、スラスト軸受１００が回転した場合に転動体４０が移動可能な周方向の距離が、第１延長部３３ｂ及び第２延長部３３ｃの長さが同一の場合よりも大きい。これにより、転動体４０と、第１環状部材１０、第２環状部材２０及び保持器３０と、の接触面積が大きくなる。そして、接触による摩擦により第１環状部材１０、第２環状部材２０及び保持器３０において摩耗が生じ、摩耗粉が生じ得る。この摩耗粉が、転動体４０がスラスト軸受１００内で転動する際の潤滑剤となり得る。つまり、転動体４０と、第１環状部材１０、第２環状部材２０及び保持器３０と、の接触部分に、摩耗粉が潤滑剤として入り込む。このように、スラスト軸受１００の回転により生じた摩耗粉が、スラスト軸受１００の回転の潤滑剤として利用され、自己潤滑機能を有する。これにより、別途の潤滑剤を用いることなく、樹脂から形成されるスラスト軸受１００の耐荷重を大きくし、寿命を長くすることができる。さらに、角度θが０°の場合よりも大きくなると、保持器３０のポケット３３を閉空間として構成する体積が大きくなる。つまり、転動体４０が回転する際に接するポケット３３内の気体の量が多くなる。これにより、転動体４０とその他の部材との摩擦により発生する熱がより発散することになる。そのため、摩擦熱にともなう体積膨張によって引き起こされる振動、摩擦熱による焼付き、剥離等が抑制される。結果として、樹脂から形成されるスラスト軸受１００の、耐荷重・寿命を長くすることができる。
以上のように、上記のスラスト軸受１００では、保持器３０のポケット３３において第１延長部３３ｂを第２延長部３３ｃより長くすることで、スラスト軸受１００の摩耗量が適切に調整される。つまり、摩耗量が、スラスト軸受１００の破損を抑制できる程度に抑えられるとともに、自己潤滑機能を有する程度となる。よって、樹脂から形成されるスラスト軸受１００の寿命を長くすることができる。
なお、頂縁部３３ａの内側面は、例えば、球状の転動体４０の外周の一部を取り囲むように形成されてもよい。例えば、頂縁部３３ａは平面視において円弧状であってもよく、更には、頂縁部３３ａは平面視において半円形状であってもよい。また、頂縁部３３ａは、平面視において直線の組み合わせからなる多角形状であってもよい。
また、スラスト軸受１００が静止している場合には、平面視において、転動体４０の中心Ｐは溝中央線１３ａ、２３ａと実質的に重なり得る。また、頂縁部３３ａが円弧状である場合、頂縁部３３ａの中心Ｐと転動体４０の中心Ｐとは、実質的に一致し得る。また、半円形状の頂縁部３３ａは、線分Ｃ−Ｃに対して、平面視において点Ｐを中心として角度θ分だけ回転した位置に形成されている。なお、線分Ｃ−Ｃは、溝中央線１３ａ、２３ａの転動体４０の中心Ｐにおける接線である。
（５−２）変形例Ｂ
上記実施形態では、保持器３０のポケット３３において、頂縁部３３ａの一方の端部から第１延長部３３ｂが直線状に延びる。また、頂縁部３３ａの他方の端部から第２延長部３３ｃが直線状に延びる。しかし、第１延長部３３ｂ及び第２延長部３３ｃの両方が必ずしも設けられている必要はない。例えば、ポケット３３は、頂縁部３３ａと、第１延長部３３ｂ及び第２延長部３３ｃのいずれか一方と、外延部３３ｄと、から構成されていてもよい。例えば、ポケット３３は、頂縁部３３ａと、第２延長部３３ｃと、外延部３３ｄと、から構成され得る。この場合、図６において、頂縁部３３ａの一方の端部である点Ａ１は、外延部３３ｄに接触し得る。
（５−３）変形例Ｃ
上記実施形態では、７個〜９個のポケット３３が保持器３０に形成される構成を例に挙げた。しかし、ポケット３３の数はこれに限定されない。規格、保持器３０の強度及び角度θ等に応じて、ポケット３３の数を適宜変更可能である。
（５−４）変形例Ｄ
上記実施形態では、転動体４０はソーダガラスにより形成されている。しかし、スラスト軸受１００の寿命を有る程度長く確保できるのであれば、転動体４０を各種材料により形成できる。例えば、転動体４０は、石英ガラス、ホウケイ酸ガラスバリウムガラス，鉛ガラス及びアルミノケイ酸ガラス等の各種ガラスで形成されていてもよい。また、例えば、転動体４０は、アルミナセラミックなどの各種セラミック、ステンレス鋼などの各種金属で形成されていてもよい。また、例えば、転動体４０は、フェノール樹脂、ＰＴＦＥ（4フッ化エチレン樹脂：ポリテトラフルオロエチレン)、ＵＨＭＷＰＥ(超高分子量ポリエチレン)、ＰＰ(ポリプロピレン)、ＰＥＥＫ(ポリエーテルエーテルケトン)、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド)、ＰＣＴＦＥ(ポリクロロトリフルオロエチレン)、ＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）、ＰＯＭ（ポリオキシメチレン）、モノマーキャストナイロン、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＳ（ポリスチレン）、ＰＥＳＦ（ポリエーテルサルホン）ポリイミド、ＰＡ（ポリアミド）、ＰＡＩ（ポリアミドイミド）、ＰＥ（ポリエチレン）、ＰＵ（ポリウレタン）、シリコーン樹脂、エポキシ樹脂、メタクリル樹脂などの樹脂で形成されていてもよい。その他、転動体４０は、カーボン、ポリカーボネート等から形成されていてもよい。
また、上記実施形態では、転動体４０はソーダガラスで形成され、第１環状部材１０、第２環状部材２０及び保持器３０は各種樹脂で形成されている。しかし、スラスト軸受１００の寿命を有る程度長く確保できるのであれば、転動体４０の材料と、第１環状部材１０、第２環状部材２０及び保持器３０の材料と、が同一であってもよい。
本発明は、樹脂を用いたあらゆるスラスト軸受に適用することができ、スラスト軸受を長寿命化することができる。
１０ 第１環状部材
１１ 第１軌道面
１２ 第１開口部
１３、２３ 溝
１３ａ、２３ａ 溝中央線
２０ 第２環状部材
２１ 第２軌道面
２２ 第２開口部
３０ 保持器
３０ａ 第１平面
３０ｂ 第２平面
３１ 内輪部
３２ 第３開口部
３３ ポケット
３３ａ 頂縁部
３３ｂ 第１延長部
３３ｃ 第２延長部
３３ｄ 外延部
３７ 外輪部
４０ 転動体
１００ スラスト軸受

Claims (14)

  1. 平面視において円形状の第１開口部が形成された環状の第１軌道面を有する第１環状部材と、
    前記第１開口部に対応した平面視において円形状の第２開口部が形成され、前記第１軌道面と対向する環状の第２軌道面を有する第２環状部材と、
    前記第１軌道面と前記第２軌道面との間に、前記第１軌道面及び前記第２軌道面に沿って配置された複数の球状の転動体と、
    前記第１開口部及び前記第２開口部に対応した平面視において円形状の第３開口部と、前記第１軌道面及び前記第２軌道面の周方向に沿って複数の前記転動体をそれぞれ転動可能に保持する複数のポケットと、が形成されており、前記第１軌道面と前記第２軌道面との間に配置された環状の保持器と、
    を備え、
    前記保持器の各ポケットは、平面視において、前記第３開口部に隣接する頂縁部と、前記頂縁部の少なくとも一端から径方向外側に向かって直線状に延びる延長部と、前記頂縁部及び前記延長部とともに閉空間を形成する外延部と、を有し、前記延長部の延びる延長方向と、環状の前記保持器の中心から径方向に延びる方向と、のなす角度θは０°より大きく７０°以下であり、
    前記第１環状部材、前記第２環状部材及び前記保持器は樹脂から形成されており、
    前記頂縁部は、平面視において円弧状である、スラスト軸受。
  2. 前記角度θは、前記延長部の延びる延長方向と、前記ポケットに配置された球状の前記転動体の中心及び環状の保持器の中心を結ぶ径方向と、のなす角度である、請求項１に記載のスラスト軸受。
  3. 前記第１軌道面及び前記第２軌道面に、平面視において環状であり、かつ、前記第１軌道面及び前記第２軌道面と交差する断面視において円弧状の溝が形成されており、
    平面視において、前記転動体の中心と、断面視における前記溝の中心と、が実質的に重なる、請求項１に記載のスラスト軸受。
  4. 前記角度θは、前記延長部の延びる延長方向と、前記頂縁部のうち前記第３開口部に最も隣接する点及び環状の前記保持器の中心を結ぶ方向と、のなす角度である、請求項１に記載のスラスト軸受。
  5. 前記角度θは、５°以上７０°以下である、請求項１〜４のいずれかに記載のスラスト軸受。
  6. 前記角度θは、１５°以上７０°以下である、請求項５に記載のスラスト軸受。
  7. 前記角度θは、３０°以上７０°以下である、請求項６に記載のスラスト軸受。
  8. 前記角度θは、４５°以上７０°以下である、請求項７に記載のスラスト軸受。
  9. 前記頂縁部の内側面は、前記転動体の外周の一部を取り囲む、請求項１に記載のスラスト軸受。
  10. 前記角度θは、前記延長部の延びる延長方向と、円弧状の前記頂縁部の中心及び環状の前記保持器の中心を結ぶ径方向と、のなす角である、請求項９に記載のスラスト軸受。
  11. 前記頂縁部は、平面視において半円形状である、請求項１または９に記載のスラスト軸受。
  12. 前記保持器は、内輪部と外輪部とを含み、
    前記内輪部に各ポケットの前記頂縁部及び前記延長部が形成されており、前記外輪部の内側面により前記外延部が形成されている、請求項１に記載のスラスト軸受。
  13. 平面視において円形状の第１開口部が形成された環状の第１軌道面を有する第１環状部材と、
    前記第１開口部に対応した平面視において円形状の第２開口部が形成され、前記第１軌道面と対向する環状の第２軌道面を有する第２環状部材と、
    前記第１軌道面と前記第２軌道面との間に、前記第１軌道面及び前記第２軌道面に沿って配置された複数の球状の転動体と、
    前記第１開口部及び前記第２開口部に対応した平面視において円形状の第３開口部と、前記第１軌道面及び前記第２軌道面の円周方向に沿って複数の前記転動体をそれぞれ転動可能に保持する複数のポケットと、が形成されており、前記第１軌道面と前記第２軌道面との間に配置された環状の保持器と、
    を備え、
    前記保持器の各ポケットは、平面視において、前記第３開口部に隣接する頂縁部と、前記頂縁部の両端部からそれぞれ径方向外側に向かって概ね平行に直線状に延びる第１延長部及び第２延長部と、前記頂縁部、前記第１延長部及び前記第２延長部とともに閉空間を形成する外延部と、を有しており、
    前記第１延長部は前記第２延長部より長く、
    前記第１環状部材、前記第２環状部材及び前記保持器は樹脂から形成されており、
    前記頂縁部は、平面視において円弧状である、スラスト軸受。
  14. 複数の球状の転動体を保持する保持器であって、
    前記保持器には、円形状の第３開口部と、複数の球状の転動体をそれぞれ転動可能に保持する複数のポケットと、が形成されており、
    前記保持器の各ポケットは、平面視において、前記第３開口部に隣接する頂縁部と、前記頂縁部の少なくとも一端から径方向外側に向かって直線状に延びる延長部と、前記頂縁部及び前記延長部とともに閉空間を形成する外延部と、を有し、前記延長部の延びる延長方向と、環状の前記保持器の中心から径方向に延びる方向と、のなす角度θは０°より大きく７０°以下であり、
    樹脂から形成されており、
    前記頂縁部は、平面視において円弧状である、保持器。
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