JP6940993B2 - 転がり軸受 - Google Patents

Description

本発明は、樹脂製の転がり軸受用保持器およびそれを用いた転がり軸受に関する。

転がり軸受は、一般的に内輪、外輪、転動体、および保持器で構成されている。外部からの異物の侵入を防ぐためや、内部に封入した潤滑剤の流出を防ぐために、開口端部にシール部材が設けられる場合がある。軸受内部の潤滑剤には、グリースが用いられることが多い。グリースは、取り扱いが容易であり、密封装置の設計も簡素化できる。また、グリースは再供給する必要がなく、メンテナンス性が優れている。しかし、軸受に密封したグリースの攪拌抵抗により、摩擦トルクの増加やそれに伴う熱が発生することが知られている。摩擦トルクなどを低減する技術として、従来、特許文献１〜３のような技術が提案されている。

特許文献１には、潤滑剤や潤滑条件を変更することによる潤滑特性向上技術であり、耐剥離性、グリース漏れ性に優れ、かつ外輪回転軸受で使用しても早期焼付きを抑制できる軸受用グリース組成物として、所定のエステル油とジウレア化合物とを所定配合量で含むものが記載されている（特許文献１参照）。

特許文献２には、保持器の形状変更などにより、軸受の回転トルクの低減を図るものとして、鋼板プレスにより形成された２枚の環状保持板で構成され、多角形状のポケットなどが形成された保持器を備えた深溝玉軸受が記載されている（特許文献２参照）。

特許文献３には、同様に保持器の形状変更により、軸受の回転トルクの低減を図るものとして、ポケットのエッジ部を、玉との線接触により潤滑材を掻き取る構造とした冠形保持器が記載されている（特許文献３参照）。通常の樹脂製の冠形保持器の半径方向のポケット形状は保持する玉に対して半径Ｒが大きい。そのため玉は保持器の半径方向の厚さ中央部と接する。その場合、軸受運転時には玉表面付着したグリースがポケット面と玉表面を行き来し、常に攪拌される状態となる。これに対して、特許文献３の保持器では、半径方向のポケット形状は保持する玉に対して半径Ｒを小さくし、玉とポケットのエッジ部を接触させることで低トルク化を図っている。玉表面に付着したグリースを保持器ポケットのエッジ部で掻き取ることでグリースの攪拌抵抗を低下させ、軸受の回転トルクの低減を図っている。

特許第３３３０７５５号公報 特開２００７−２９２１９５号公報 特開２０１２−３１９１４号公報

特許文献１は封入グリースの改良により、潤滑特性を改善するものであるが、グリースのような半固体状潤滑剤をそのまま使用した場合は、潤滑剤に起因する攪拌抵抗のためにトルクが大きくなる。近年における自動車や産業用機器などに用いる転がり軸受では、省エネルギー化を図るため、十分な潤滑寿命を確保しつつ、トルクを低減することは重要な課題である。

この課題に対して、特許文献２のような特殊形状の保持器を用いることでトルクの低減を図り得る。また、グリース種を最適化することや、グリース封入量自体を減らすことでもトルクの低減を図り得る。しかし、これらは製造コストの増加や軸受寿命の低下にも繋がるため、保持器形状、グリース種、グリース封入量などを既存品から大きく変更しないことが望ましい。

特許文献３の樹脂製の冠形保持器では、上述のとおり比較的簡易な構造でトルクの低減を図り得る。しかし、この構造では、通常の保持器と比較して、保持器の遠心強度が低下するため、厳しい条件下（高速回転条件下など）でも十分な遠心強度を確保できるような更なる改良が望まれる。

本発明はこのような問題に対処するためになされたものであり、比較的簡易な構造で、遠心強度を維持しつつ、転がり軸受の回転トルクの低減を図り得る樹脂製の転がり軸受用保持器、および、この保持器を備えた転がり軸受を提供することを目的とする。

本発明の転がり軸受用保持器は、樹脂製の転がり軸受用保持器であって、該保持器は、環状の保持器本体上に、軸方向一方側に開口して転動体である玉を保持する複数のポケットを有する冠形保持器であり、上記ポケットは、その非開口側である底部におけるポケット半径が上記玉の半径よりも大きく、上記底部以外の少なくとも一部におけるポケット半径が上記玉の半径よりも小さいことを特徴とする。

上記ポケットにおいて、上記底部と上記一部とが連続する曲面で連結されていることを特徴とする。また、上記保持器本体は、上記ポケットの底部の背面側に肉ぬすみ部を有さないことを特徴とする。

本発明の転がり軸受は、内輪および外輪と、上記内輪と上記外輪との間に介在する複数の転動体である玉と、この玉を保持する保持器と、軸受内空間に封入されるグリースとを備えてなる転がり軸受であって、上記保持器が、本発明の転がり軸受用保持器であることを特徴とする。

該転がり軸受において、上記保持器のポケットは、上記底部においては半径方向の厚さ中央部で上記玉と接し、上記一部においては該ポケットのエッジ部で上記玉と接することを特徴とする。

本発明の転がり軸受用保持器は、樹脂製の環状の保持器本体上に、軸方向一方側に開口して玉を保持する複数のポケットを有する冠形保持器であり、ポケットは、その非開口側である底部におけるポケット半径が玉の半径よりも大きく、この底部以外の少なくとも一部におけるポケット半径が玉の半径よりも小さいので、冠形保持器のポケット底部と、この底部以外の内外径面エッジ部で玉を保持する形態となる。このため、エッジ部のみで玉を保持し、ポケット底部の半径方向の厚さ中央部でも玉と非接触となるような形態と比較して、遠心強度に優れる。また、ポケット底部以外において、エッジ部により玉表面に付着したグリースを掻き取ることができ、グリースの攪拌抵抗を低減できる。これらの結果、遠心強度を維持しつつ、転がり軸受の回転トルクを低減できる。

また、ポケットにおいて、上記底部と上記一部とが連続する曲面で連結されているので、ポケットのエッジ部と玉が接触する確率が高く、トルク低減効果が高くなる。また、保持器本体は、ポケットの底部の背面側に肉ぬすみ部を有さないので、該部分に肉ぬすみ部を有する場合と比較して、遠心強度に優れる。

本発明の転がり軸受は、上記転がり軸受用保持器を備えているので、保持器のポケットが上記底部においては半径方向の厚さ中央部で玉と接し、上記一部においては該ポケットのエッジ部で玉と接する形態となり、遠心強度を維持しつつ、グリースの攪拌抵抗を低減できる。よって、この転がり軸受は、低トルクであり、高速回転条件でも好適に利用できる。

本発明の一実施例に係る転がり軸受用保持器の正面図等である。 本発明のおける保持器と玉との関係を示す各断面図である。 保持器の厚さ方向の断面図（概略図）である。 保持器のポケットの形態の一例を示す断面図である。 肉ぬすみ部を設けない範囲を示す図である。 本発明の一実施例に係る転がり軸受の一部断面図である。

本発明の転がり軸受用保持器の一例を図１および図２に基づいて説明する。図１（ａ）は、本発明の転がり軸受用保持器の一例である樹脂製の冠形保持器の正面図であり、図１（ｂ）はその斜視図である。また、図２は、この保持器と、転動体である玉との関係を示すポケットＰＣＤ断面図とポケット半径方向断面図である。本発明の保持器１は、樹脂製の冠形保持器であり、転がり軸受における転動体である玉を周方向等間隔に保持するものである。図１に示すように、保持器１は、環状の保持器本体２上に周方向に一定ピッチをおいて対向一対の保持爪３を形成し、その対向する各保持爪３を相互に接近する方向にわん曲させるとともに、その保持爪３間に転動体である玉を保持するポケット４を形成したものである。隣接するポケット４の縁に形成された相互に隣接する保持爪３の背面相互間に、保持爪３の立ち上がり基準面となる平坦部５が形成される。

図２における左図は、保持器においてポケットの中心を繋ぐピッチ円直径（ポケットＰＣＤ）に沿った一部断面図であり、図２における右図は、左図のそれぞれの断面位置（Ａ−Ａ’断面、Ｂ−Ｂ’断面）での半径方向断面図である。本発明の保持器１は、そのポケット４の半径方向断面に特徴を有する。具体的には図２に示すように、ポケット４は、その非開口側である底部４ａにおけるポケット半径Ｒ_１が玉の半径ｒよりも大きく、底部４ａ以外の少なくとも一部である非底部４ｂにおけるポケット半径Ｒ_２が玉の半径ｒよりも小さい。ポケット半径Ｒ_１とポケット半径Ｒ_２は、上記ピッチ円の円周に直交する方向の半径である。底部４ａは、ポケット４のピッチ円方向に一定の幅を有する部分であり、例えば、ポケットの底部の最下点部を中央として該中央からピッチ円方向に３０°の範囲内の部分をいう。なお、ポケット底部の最下点部は、保持器の半径方向の厚さ中央部（ポケットＰＣＤ断面上）に位置する。また、非底部４ｂは、この底部４ａ以外の部分であり、保持爪に係る部分などを含む。

ポケット底部について説明する。図２のＢ−Ｂ’断面図に示すように、ポケット４の非開口側である底部４ａでは、底部４ａにおけるポケット半径Ｒ_１が玉の半径ｒよりも大きく設定されている。このため、ポケット４は、底部４ａの少なくとも一部において玉１４と接触している。また、ポケット４の底部４ａのポケット半径は、底部４ａの全範囲で略一定とする、または、連続的もしくは段階的に最下点部に近づくほど大きくする態様とできる。底部４ａのポケット半径を最下点部に近づくほど大きくする場合では、少なくともこの最下点部において、ポケット半径Ｒ_１を玉の半径ｒよりも大きくすればよい。この構成により、ポケットは、その底部の最下点部において玉と接触する。

ポケット非底部について説明する。図２のＡ−Ａ’断面図に示すように、非底部４ｂでは、非底部４ｂにおけるポケット半径Ｒ_２が玉の半径ｒよりも小さく設定されている。より詳細には、保持器の半径方向の厚さ中央部であるポケットＰＣＤ断面上を最大凹み（最大変位点）とし、該部分におけるポケット半径Ｒ_２を玉の半径ｒよりも小さくしている。なお、このポケット半径Ｒ_２は、底部４ａのポケット半径Ｒ_１よりも小さくなる。この形状により、図２のＡ−Ａ’断面図および図３に示すように、ポケット４は、非底部４ｂにおいて、ポケット４のエッジ部４ｃで玉１４と接触し、それ以外では玉１４と接触しない。また、図３に示すように、このエッジ部４ｃは、保持器１の内外径面に位置するエッジ部である。

非底部４ｂにおける玉１４との非接触部の形状は特に限定されない。図２のＡ−Ａ’断面図および図３では、非底部４ｂの形状を所定のポケット半径を有する円弧状として半径方向両側のエッジ部を曲線的に繋いでいるが、これを半径方向両側のエッジ部と最下点部とを直線的に繋いだＶ字形状としてもよい。この場合、そのＶ字面に接する円弧を想定し、該円弧の半径を非底部４ｂにおけるポケット半径Ｒ_２として上記範囲を満たすようにＶ字面の形状を決定すればよい。

ポケット底部とポケット非底部のそれぞれのポケット半径が上記範囲を満たすような具体的な形態について図４に基づいて説明する。図４は、保持器においてポケットＰＣＤに沿った一部断面図（ポケット内径のエッジのみ図示）である。図４（ａ）および図４（ｂ）において、点線Ｘが通常の保持器ポケット（玉に沿った半径を有するもの）の形態である。図４（ａ）の保持器では、ポケット４の底部４ａの略全体の形状がＸと同じであり、非底部４ｂではＸよりもポケット半径が小さくなる。非底部４ｂでは、該図に示すポケットＰＣＤ断面上が最大凹みとなる。この場合、玉は、ポケットの底部では通常の保持器と同一箇所で、非底部ではエッジ部で、それぞれ保持される。

図４（ｂ）の保持器では、ポケット４の底部４ａの最下点部のみ、Ｘとポケット半径が同じとなり、非底部４ｂではＸよりもポケット半径が小さくなる。この場合、玉は、ポケットの底部では最下点部で、非底部ではエッジ部で、それぞれ保持される。また、この形態では、ポケット面としてみると、底部４ａと非底部４ｂとが連続する曲面で連結されている。この場合、図４（ａ）の形態と比較して、ポケット４のエッジ部と玉との接触範囲が多くなる。

図４（ａ）と図４（ｂ）のいずれの形態においても、玉表面のグリースをポケットのエッジ部で掻き取ることができ、グリースの攪拌抵抗を低減できる。上述のとおり、図４（ｂ）の方がポケット４のエッジ部と玉との接触範囲が多くなり、エッジ部と玉が接触する確率が高いためトルク低減効果が高くなる。ポケット底部に凹みを付けた場合、保持器の遠心強度が低下する。図４（ａ）と図４（ｂ）のいずれの場合も、ポケット底部の少なくとも最下点部は、通常の保持器Ｘと同様であり該部分に凹みがなく、遠心強度の低下を抑えることができる。

図５に基づいて肉ぬすみ部の変更により遠心強度を向上させた形態を説明する。図５は、保持器においてポケットＰＣＤに沿った一部断面図であり、肉ぬすみ部を設けない範囲を示す図である。通常、樹脂製の冠形保持器では、射出成形する際に、保持器本体２のポケット非開口側に肉ぬすみ部２ａを設けている。本発明では保持器のポケット４において、通常の保持器よりも一部肉厚が薄くなることから、肉ぬすみ部２ａを埋めることで遠心強度を高めることが好ましい。埋める肉すみ部２ａを最小限としつつ、遠心強度を高めるためには、ポケット４の底部４ａの背面側の範囲４ｄ（図中点線斜線部）においてのみ肉ぬすみ部を有さない形態とすることが好ましい。

この範囲４ｄは、例えば、ポケットの底部４ａの最下点部を中央として該中央からピッチ円方向に３０°の範囲内の部分とする（θ＝３０°）。これは、保持器半径方向のポケット断面において、ポケット中心（ポケット底部を除く円の中心）とポケット底部の最下点部を結ぶ線を基準として３０°左右に傾けた位置までの部分である。

また、要求される遠心強度に対応してθを適宜変更でき、例えば１０°〜６０°とできる。θを大きくとることで、より遠心強度を増加できる。なお、必要に応じて、肉ぬすみ部を完全に埋める形態としてもよい。

本発明の保持器は樹脂材から形成される。樹脂材としては、射出成形が可能であり、保持器材料として十分な耐熱性や機械的強度を有するものであれば、任意のものを使用できる。例えば、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）樹脂、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）樹脂、熱可塑性ポリイミド樹脂、ポリアミドイミド樹脂、ナイロン６６樹脂、ナイロン４６樹脂、ナイロン６Ｔ樹脂、ナイロン９Ｔ樹脂などのポリアミド樹脂を樹脂母材とし、炭素繊維、ガラス繊維などの強化繊維と、他の添加剤を配合した樹脂組成物を使用できる。標準保持器に対してポケットのみ僅かに形状変更した金型を用いて射出成形することで、標準保持器とほぼ同様のコストで製造できる。

本発明の転がり軸受の一例を図６に基づいて説明する。図６は、本発明の転がり軸受として本発明の冠形保持器を組み込んだ深溝玉軸受の一部断面図である。図６に示すように、転がり軸受１１は、外周面に軌道面１２ａを有する内輪１２と、内周面に軌道面１３ａを有する外輪１３とが同心に配置される。内輪の軌道面１２ａと外輪の軌道面１３ａとの間に複数個の転動体である玉１４が介在して配置される。この複数個の玉１４が、冠形の保持器１５のポケットに保持される。保持器１５の形態は、図１や図２に示すとおり（保持器１）である。すなわち、保持器１５のポケットが、その底部においては半径方向の厚さ中央部で玉１４と接し、非底部においては該ポケットのエッジ部で玉１４と接している。また、転がり軸受１１は、内・外輪の軸方向両端開口部に設けられた環状のシール部材１６を備え、内輪１２と外輪１３と保持器１５とシール部材１６とで構成される軸受内空間に封入されたグリース１７によって潤滑される。

本発明の転がり軸受は、グリースで潤滑される。グリースは軸受内空間に封入され、軌道面などに介在して潤滑がなされる。グリースを構成する基油としては、鉱油や合成油など、通常、転がり軸受に用いられるものであれば特に制限なく用いることができる。また、グリースを構成する増ちょう剤としても、金属石けんやウレア化合物など、通常、転がり軸受に用いられるものであれば特に制限なく用いることができる。

グリースの封入量は、所望の潤滑特性を確保できる範囲であれば特に限定されないが、軸受内空間における静止空間体積の５０％〜８０％（体積比率）程度とすることが好ましい。本発明で保持器ポケットのエッジ部により、玉表面のグリースが掻き取られ、グリースの攪拌抵抗の低減が図れるため、グリース封入量を上記範囲として長寿命化を図りつつ、回転トルクの低減が図れる。

本発明の転がり軸受は、冠形保持器を用いる形式の軸受であればよく、図１の形態（深溝玉軸受）に限定されるものではない。また、これらの転がり軸受に対して、シール部材の有無は問わず適用できる。

本発明の転がり軸受用保持器は、比較的簡易な構造で、遠心強度を維持しつつ、転がり軸受の回転トルクの低減を図り得るので、種々の用途における転がり軸受用の樹脂製冠形保持器として広く利用できる。特に、遠心強度にも優れることから、高速回転条件下で使用される転がり軸受の保持器として好適に利用できる。

１ 保持器（転がり軸受用保持器）
２ 保持器本体
３ 保持爪
４ ポケット
５ 平坦部
１１ 転がり軸受
１２ 内輪
１３ 外輪
１４ 玉（転動体）
１５ 保持器
１６ シール部材
１７ グリース

Claims (3)

1. 内輪および外輪と、前記内輪と前記外輪との間に介在する複数の転動体である玉と、この玉を保持する樹脂製の保持器と、軸受内空間に封入されるグリースとを備えてなる転がり軸受であって、
   前記保持器は、環状の保持器本体上に、軸方向一方側に開口して転動体である玉を保持する複数のポケットを有する冠形保持器であり、
   前記ポケットは、その非開口側である底部におけるポケット半径が前記玉の半径よりも大きく、前記底部以外の部分におけるポケット半径が前記玉の半径よりも小さく、
   前記底部は、前記保持器の半径方向の厚さ中央部である最下点部を中央として該中央からピッチ円方向に３０°の範囲内の部分であり、
   前記保持器のポケットは、前記底部においては半径方向の厚さ中央部で前記玉と接し、前記底部以外の部分においては該ポケットのエッジ部で前記玉と接することを特徴とする転がり軸受。
2. 前記ポケットにおいて、前記底部と前記底部以外の部分とが連続する曲面で連結されていることを特徴とする請求項１記載の転がり軸受。
3. 前記保持器本体は、前記ポケットの底部の背面側に肉ぬすみ部を有さないことを特徴とする請求項１または請求項２記載の転がり軸受。

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