JP6866564B2 - 玉軸受 - Google Patents

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Description

本発明は、玉軸受に関する。
玉軸受は、円すいころ軸受等のころ軸受と比較して、低トルク（低回転抵抗）の軸受であるが、近年、更なる低トルク化が求められている。従来の玉軸受は、図７に示すように、内輪９１、外輪９２、複数の玉９３、及び環状の保持器９４を有しており、複数の玉９３は保持器９４によって周方向に間隔をあけるようにして保持されている。また、保持器９４は玉９３に面接触することによってガイド（位置決め）されている（例えば、特許文献１参照）。図７に示す玉軸受では、内輪９１と外輪９２との間のグリースが外部に漏れないように密封装置９５が軸方向両側に設けられている。
特開２０１４−７０６６９号公報
従来の上記玉軸受にあっては、保持器９４と玉９３との間のすべり速度が非常に大きいため、これらの間におけるグリースのせん断速度も非常に大きくなる。このため、グリースの粘性抵抗が増大し、玉軸受の回転トルクが大きくなるとともに、グリースの寿命も短くなるという問題があった。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、回転トルクをより低減することができる玉軸受を提供することを目的とする。
本発明の玉軸受は、外周に内軌道溝が形成されている内輪、内周に外軌道溝が形成されている外輪、前記内軌道溝と前記外軌道溝との間に介在する複数の玉、及び、前記複数の玉を周方向に沿って所定間隔毎に保持する環状の保持器を備え、前記保持器は、前記玉の軸方向一方側に位置する環状部と、当該環状部から軸方向他方側に延びて設けられている複数の柱部と、を有し、前記柱部は、前記内軌道溝に接触することにより当該保持器の位置決めを行うガイド部と、前記玉と点接触するポケット面を有する本体部と、を有している。
上記のように構成された玉軸受によれば、保持器が有する柱部のガイド部が内輪の内軌道溝に接触することで保持器の位置決めが行われることから、従来のように保持器が玉に接触して位置決めされる場合に比べて、保持器とその接触側との間のすべり速度を低減することができる。これにより、グリースのせん断速度も低減することができるので、玉軸受の回転トルクを低減することができる。また、柱部（本体部）のポケット面と玉とが点接触するので、従来の玉軸受に比べて柱部と玉との接触面積を減らすことができ、玉軸受の回転トルクをさらに低減することができる。
また、前記ポケット面は、前記玉の中心を通過する径方向仮想線に対して垂直であって且つ当該玉の中心を通過する周方向仮想線上において、当該玉と点接触するように形成されているのが好ましい。
この場合、玉のピッチ円よりも径方向外側でポケット面と玉とが接触するので、保持器（本体部）の外径を大きくすることができる。これにより、保持器の強度を向上させつつ玉軸受の回転トルクを低減することができる。
また、前記ポケット面は、周方向に隣接する前記玉の中心同士を結んだ仮想線上において、当該玉と点接触するように形成されていてもよい。
この場合、玉のピッチ円よりも径方向内側でポケット面と玉とが接触するので、保持器の外径を小さくすることができる。これにより、グリースによる撹拌抵抗を低減することができ、玉軸受の回転トルクをさらに低減することができる。また、保持器の外径を小さくすることで、コストダウンを図ることが可能となる。当該玉軸受は、低荷重下において使用される場合に好適である。
本発明の玉軸受によれば、回転トルクをより低減することができる。
本発明の玉軸受の一実施形態を示す断面図である。 保持器の一部を示す斜視図である。 内輪、外輪、及び保持器の断面図である。 内輪、外輪、玉、及び保持器の一部を軸方向から見た図である。 玉と保持器の柱部（本体部）との接触状態を示す説明図である。 玉と保持器の柱部（本体部）との接触状態の変形例を示す説明図である。 従来の玉軸受を示す断面図である。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の玉軸受の一実施形態を示す断面図である。この玉軸受１は、内輪２と、この内輪２の径方向外側に設けられている外輪３と、これら内輪２と外輪３との間に介在している複数の玉４と、これら玉４を保持している環状の保持器５とを備えている。
図１に示す玉軸受１は、更に、軸方向両側に密封装置６を備えており、これら密封装置６によって、玉４及び保持器５が設けられている軸受内部のグリースが外部へ漏れるのを防いでいる。また、密封装置６は、外部の異物が軸受内部へ侵入するのを防止する機能も備えている。
内輪２は環状の部材であり、その外周に、玉４が転動する内軌道溝２１が形成されている。図１に示す縦断面において、内軌道溝２１は、玉４の半径よりも僅かに大きな半径の凹円弧形状を有している。また、内輪２は、内軌道溝２１の軸方向一方側に第１の肩部２２、及び、内軌道溝２１の軸方向他方側に第２の肩部２３を有している。
外輪３は環状の部材であり、その内周に、玉４が転動する外軌道溝３１が形成されている。図１に示す縦断面において、外軌道溝３１は、玉４の半径よりも僅かに大きな半径の凹円弧形状を有している。また、外輪３は、外軌道溝３１の軸方向一方側に第１の肩部３２、及び、外軌道溝３１の軸方向他方側に第２の肩部３３を有している。外輪３の軸方向両側部それぞれの内周面には、凹溝３９が形成されており、この凹溝３９に密封装置６が取り付けられている。本実施形態の玉軸受１は深溝玉軸受である。
玉４は、内軌道溝２１と外軌道溝３１との間に複数介在しており、玉軸受１（内輪２）が回転すると、玉４は内軌道溝２１及び外軌道溝３１を転動する。玉４は、内軌道溝２１のうちの最も深い点（領域Ｓ３）で接触し、外軌道溝３１のうちの最も深い点（領域Ｓ１）で接触する。玉４は、軸受鋼等を用いて形成された鋼製の部材である。なお、内輪２及び外輪３は、軸受鋼や機械構造用鋼等の鋼製である。
図２は、保持器５の一部を示す斜視図である。保持器５は、玉４の軸方向一方側に位置する環状部１１と、この環状部１１から軸方向他方側に延びて設けられている複数の柱部１２とを有しており、いわゆる冠形の保持器である。環状部１１は、円環形状の部分であり、内輪２（図１参照）の肩部２２と外輪３の肩部３２との間に位置している。柱部１２はすべて同じ形状であり、各柱部１２は、後にも説明するが本体部１３とガイド部１４とを有している。保持器５は、樹脂製（合成樹脂製）であり、射出成形によって製造される。環状部１１と柱部１２とは一体成形されており、保持器５は単一部材からなる。
環状部１１の軸方向他方側であって周方向で隣り合う柱部１２，１２の間が、玉４を収容するポケット１５となる。ポケット１５は周方向に沿って複数形成されており、保持器５は、複数の玉４を周方向に沿って所定間隔をあけて保持することができる。
図１に示す密封装置６は、環状のシールド板であり、外周部（径方向外側の部分）が、外輪３の凹溝３９に嵌合することで密封装置６は外輪３に取り付けられている。密封装置６の内周部（径方向内側の部分）は、内輪２（肩部２２，２３）と隙間を有して対向しており、この内周部によってラビリンスシールが構成される。なお、密封装置６は、図示しないが、環状の芯金と、この芯金に固定され内輪２に摺接するリップ部を有するゴム部材とを有するシールであってもよい。
図３は、内輪２、外輪３、及び保持器５の断面図である。なお、図３では、密封装置６を外した状態としている。保持器５は、前記のとおり、環状部１１と柱部１２とを備えている。図２及び図３に示すように、柱部１２は、玉４と接触させるための本体部１３と、内軌道溝２１に接触させるためのガイド部１４とを有している。
本体部１３は、環状部１１の径方向外側部１１ｂから軸方向他方側に向かって直線的に延びる部分である。ガイド部１４は、環状部１１の径方向内側部１１ａから軸方向他方側に向かって延びる部分である。ガイド部１４の軸方向の途中部には、内軌道溝２１側に向かって径方向内側に突出する突出部１４ｂが形成されている。
図４は、内輪２、外輪３、玉４、及び保持器５の一部を軸方向から見た図である。
保持器５の柱部１２が有する各本体部１３は、玉４と点接触するポケット面１７を周方向両側に有している。図４では、ポケット面１７における玉４との接触点を符号４４としている。一つの玉４を挟む一対のポケット面１７，１７は、その玉４を収容するポケット１５の一部を構成している。また、本体部１３のポケット面１７の延長上に、ガイド部１４の側面１４ａが存在している。この側面１４ａもポケット１５の一部に含まれるが、側面１４ａは玉４と非接触である。
柱部１２が有するガイド部１４は、保持器５の径方向についての位置決めを行う部分である。つまり、内輪２と保持器５とが同心状にある場合、図３に示すように、ガイド部１４（突出部１４ｂ）の一部は内軌道溝２１と隙間を有して対向した配置にあるが、保持器５が径方向に変位することで、ガイド部１４の一部（接触部１８）が、内軌道溝２１に対して径方向に接触可能となっている。特にこのガイド部１４は、内軌道溝２１のうち玉４が接触する領域Ｓ３以外の非接触領域Ｓ２において接触する。
更に、本実施形態では、ガイド部１４は、内軌道溝２１のうち前記非接触領域Ｓ２において、一箇所でのみ接触する。なお、非接触領域Ｓ２は、玉４が接触する前記領域Ｓ３よりも肩部２２側に寄った位置である。この構成により、ガイド部１４は、保持器５の径方向についての位置決めを行うことができる。なお、ガイド部１４において内軌道溝２１と接触する部分を接触部１８という。
また、内軌道溝２１は凹円弧形状を有しており、この内軌道溝２１内にガイド部１４の（接触部１８を含む）一部が位置している。このため、保持器５が軸方向一方側に変位すると、ガイド部１４の一部（接触部１８）が、内軌道溝２１に対して軸方向に接触可能である。これにより、ガイド部１４は、保持器５が軸方向一方側に移動するのを規制して保持器５の位置決めを行うことができる。
そして、保持器５の環状部１１（図１参照）が有する玉４側の面１１ｃは、保持器５が軸方向他方側に変位すると、玉４に対して軸方向に接触可能となっている。これにより、環状部１１は、保持器５が軸方向他方側に移動するのを規制して保持器５の位置決めを行うことができる。この環状部１１が有する面１１ｃも、ポケット１５の一部に含まれる。
図５は、玉４と保持器５の柱部１２（本体部１３）との接触状態を示す説明図である。本実施形態における本体部１３のポケット面１７は、玉４の中心Ｃを通過する径方向仮想線Ｋ１に対して垂直であって且つ当該玉４の中心Ｃを通過する周方向仮想線Ｋ２上において、当該玉４と点接触するように形成されている。このため、本体部１３は断面台形状に形成されている。また、ポケット面１７における玉４との接触点４４は、玉４のピッチ円Ｐよりも径方向外側に位置している。したがって、本実施形態では、保持器５の外径Ｄ１を、後述する変形例（図６参照）の保持器５の外径Ｄ２よりも大きくすることができる。
以上、本実施形態の玉軸受１によれば、保持器５が有する柱部１２のガイド部１４が内輪２の内軌道溝２１に接触することで保持器５の位置決めが行われることから、従来のように保持器５が玉４に接触して位置決めされる場合に比べて、保持器５とその接触側との間のすべり速度を低減することができ、グリースのせん断速度も低減することができる。これは以下の理由による。
すなわち、従来の保持器５と接触側（玉４）との間におけるグリースのせん断速度は玉４の転がり速度となるが、本実施形態では、保持器５と接触側（内軌道溝２１）との間におけるグリースのせん断速度は、玉４の転がり速度から公転速度を差し引いた値となり、玉４の公転速度分だけ低減される。
このように、本実施形態では、グリースのせん断速度を低減することができるので、玉軸受１の回転トルクを低減することができる。また、柱部１２（本体部１３）のポケット面１７と玉４とが点接触するので、従来の玉軸受に比べて柱部１２と玉４との接触面積を減らすことができ、玉軸受１の回転トルクをさらに低減することができる。
また、玉４のピッチ円Ｐよりも径方向外側でポケット面１７と玉４とが接触するので、保持器５（本体部１３）の外径を大きくすることができる。これにより、保持器５の強度を向上させつつ玉軸受１の回転トルクを低減することができる。
図６は、玉４と保持器５の柱部１２（本体部１３）との接触状態の変形例を示す説明図である。本変形例における本体部１３のポケット面１７は、当該本体部１３を挟んで周方向に隣接する玉４の中心Ｃ同士を結んだ仮想線Ｋ３上において、当該玉４と点接触するように形成されている。このため、本変形例の本体部１３は断面矩形状に形成されている。また、ポケット面１７における玉４との接触点４４は、玉４のピッチ円Ｐよりも径方向内側に位置している。したがって、本変形例では、保持器５の外径Ｄ２を、上記実施形態の保持器５（図５参照）の外径Ｄ１よりも小さくすることができる。
以上、本変形例によれば、玉４のピッチ円よりも径方向内側でポケット面１７と玉４とが接触するので、保持器５の外径を小さくすることができる。これにより、グリースによる撹拌抵抗を低減することができ、玉軸受１の回転トルクをさらに低減することができる。また、保持器５の外径を小さくすることで、コストダウンを図ることが可能となる。当該玉軸受１は、低荷重下において使用される場合に好適である。
なお、今回開示した実施形態は例示であって制限的なものではない。本発明の権利範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲の構成と均等の範囲内での全ての変更が含まれる。例えば、上記実施形態では、玉軸受が深溝玉軸受である場合について説明したが、アンギュラ玉軸受であってもよい。
１：玉軸受、２：内輪、３：外輪、４：玉、５：保持器、１１：環状部、１２：柱部、１３：本体部、１４：ガイド部、１７：ポケット面、２１：内軌道溝、３１：外軌道溝、４４：接触点、Ｃ：玉の中心、Ｋ１：径方向仮想線、Ｋ２：周方向仮想線、Ｋ３：仮想線、Ｓ２：非接触領域、Ｓ３：玉が接触する領域

Claims (1)

  1. 外周に内軌道溝が形成されている内輪、内周に外軌道溝が形成されている外輪、前記内軌道溝と前記外軌道溝との間に介在する複数の玉、及び、前記複数の玉を周方向に沿って所定間隔毎に保持する環状の保持器を備え、
    前記保持器は、前記玉の軸方向一方側に位置する環状部と、当該環状部から軸方向他方側に延びて設けられている複数の柱部と、を有し、
    前記柱部は、前記内軌道溝に接触することにより当該保持器の位置決めを行い、前記玉とは非接触であるガイド部と、前記玉と点接触するポケット面を有する本体部と、を有し、
    前記ガイド部は、前記内軌道溝のうち玉が接触する領域以外の非接触領域において接触する接触部を有し、
    前記接触部は、前記保持器と前記内輪とが同心状にある場合に、前記内軌道溝と隙間を有し、前記保持器が前記内輪に対して前記同心状から径方向又は軸方向一方側に変位する場合に、前記内軌道溝に対して径方向又は軸方向に接触する、玉軸受。
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