WO2022196344A1 - 保持器および玉軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】高速回転および高速の揺動運動においてグリースが玉と軌道面の間や玉と保持器ポケットの間に入り込むことに起因するトルクの上昇やトルク変動を低減することができる合成樹脂製冠形保持器を提供する。 【解決手段】第一のポケット１４１の第一の保持爪１２１の背面と、隣接する第二のポケット１４２の第二の保持爪１２２の背面とが対向し、第一の保持爪１２１と第二の保持爪１２２との間に平坦部１５が形成され、平坦部１５の内周側には第一の保持爪１２１に連結された内側グリース飛散防止壁１６が周方向に沿って形成され、平坦部１５の外周側には第二の保持爪１２２と連結された外側グリース飛散防止壁１７が周方向に沿って形成され、内側グリース飛散防止壁１６は、第二の保持爪１２２と離間して内側スリット１６ａを形成し、外側グリース飛散防止壁１７は、第一の保持爪１２１と離間して外側スリット１７ａを形成している。

Description

保持器および玉軸受

　本発明は、低トルク、低トルク変動、およびグリース潤滑性が要求されるミニチュア玉軸受や小径玉軸受に用いて好適な保持器およびこの保持器を用いた玉軸受に関する。

　従来から使用されている保持器には、樹脂により一体成形された冠形のものがある。冠形保持器では、環状の保持器本体の上面に一対の保持爪が周方向に一定間隔で配置され、その一対の保持爪間に玉を保持するためのポケットが形成されている。また、連続する二つのポケットの背面同士が対向する保持爪の間に、保持爪の立上がり基準面となる平坦部が形成される。この平坦部と保持爪の背面によってグリースポケットが形成される。このような構成からなる保持器を用いた玉軸受では、玉を避けて平坦部にグリースが充填される。これは、運転中に玉と軌道面や玉とポケット内周面との間にグリースが噛みこまれることに起因とする回転トルクの上昇および変動を防止するためである。

　しかしながら、近年の家電モータや歯科用ハンドピースなどは高速化が進んでいるため、従来の冠形保持器では、軸受の回転が１０，０００ｒｐｍ程度の高速になると、遠心力によりグリースが外径方向に飛散し、回転トルクの変動を生じさせるという問題があった。その問題点を解決するために、保持器外径面に沿うグリース飛散防止壁を設けた保持器が提案されている（例えば特許文献１および２）。また、ハードディスク駆動装置におけるヘッドアクチュエータ用軸受装置の玉軸受のように、高速で始動と停止を繰り返す揺動運動を強いられる場合は、慣性力によって玉軸受に封入されたグリースが漏れやすくなる。

　特許文献１に開示された樹脂製冠形保持器においては、高速回転時の遠心力によるグリースの漏れを抑制するために、背面が対向するポケットの保持爪部の間にグリース飛散防止壁を設け、その壁の周方向中央にスリットを設けている。グリース飛散防止壁はスリットを有するため、封入されたグリースから潤滑に必要な量の基油を保持器内径側に流出させることができ、長期にわたって潤滑性を維持することができるとされている。特許文献２に開示された樹脂製冠形保持器においては、ポケットの背面で対向する保持爪部の中間にグリース飛散防止壁を設け、壁の両端にスリットを形成している。

実開平４－３６１２３号公報 実開平６－２８３４５号公報

　しかしながら、特許文献１に開示された保持器では、グリースを充填するときに平坦部の中央を狙ってグリースをディスペンサーから吐出するので、そのときの勢いで中間部のスリットからグリースが漏れて外輪にグリースが付着してしまう場合がある。また、内径側に壁が無いので、平坦部上に乗りきれなかったグリースが保持器内径側にはみ出る場合がある。また、特許文献２に開示された保持器では、グリース飛散防止壁の両端にスリットがあるため隙間箇所が多すぎて、高速回転時の遠心力または高速揺動時の慣性力によってグリースが過剰に漏れて外輪に付着してしまうことがある。また、特許文献１および特許文献２に共通する問題として、玉軸受の内径側にグリース飛散防止壁が無いため、平坦部上に乗りきれなかったグリースが保持器内径側にはみ出る虞がある。

　本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、グリースポケットからのグリースの飛散を抑制することができ、これにより、高速回転および高速の揺動運動においてグリースが玉と軌道面の間や玉と保持器ポケットの間に入り込むことに起因するトルクの上昇やトルク変動を低減することができ、さらに、グリース充填時に内輪や外輪にグリースが付着することを防止することができる保持器および玉軸受を提供することを目的としている。

　本発明は、円環形状の基部から軸方向に延びる一対の保持爪の間に玉が嵌合されるポケットが周方向に沿って複数形成されている合成樹脂製冠形保持器であって、それぞれの前記保持爪は、前記ポケットの周方向外側を臨む背面を有し、第一の前記ポケットの第一の前記保持爪の背面と、第一の前記ポケットに隣接する第二の前記ポケットの第二の前記保持爪の背面とが対向し、第一の前記保持爪と第二の前記保持爪との間にグリース受容面が形成され、前記グリース受容面の内周側には第一の前記保持爪に連結された内側グリース飛散防止壁が周方向に沿って形成され、前記グリース受容面の外周側には第二の前記保持爪と連結された外側グリース飛散防止壁が周方向に沿って形成され、前記内側グリース飛散防止壁の少なくとも一部は、第二の前記保持爪と離間して内側スリットを形成し、前記外側グリース飛散防止壁の少なくとも一部は、第一の前記保持爪と離間して外側スリットを形成している合成樹脂製冠形保持器である。

　本発明にあっては、保持器の内周側と外周側に、中間部にスリットがない内側グリース飛散防止壁と外側グリース飛散防止壁を設けたので、グリース受容面と内側グリース飛散防止壁と外側グリース飛散防止壁とで形成されるグリース貯留部にグリースを充填する際に、グリースがグリース貯留部の外に漏れることを抑制することができる。また、外側グリース飛散防止壁が高速回転時の遠心力によってグリースが外輪側に飛散するのを防止することは勿論のこと、各グリース貯留部には、内周側と外周側に１ケ所ずつだけスリットが設けられているので、高速回転してもグリースがグリース貯留部から飛散することなく、スリットから適切な量の潤滑油が玉と軌道面へ供給される。したがって、本発明では、高速の揺動または高速回転してもグリースが玉と軌道面の間や玉とポケットの間に入り込むことに起因するトルクの上昇やトルク変動を低減することができ、また、グリース充填時に内輪や外輪にグリースが付着することを抑制することができる。

　また、本発明は、内輪と外輪と、前記内輪および前記外輪の間に配置される複数の玉と、前記玉を保持する上記構成の保持器とを備えた玉軸受である。

　本発明によれば、高速の揺動または高速回転してもグリースが玉と軌道面の間や玉と保持器ポケットの間に入り込むことに起因するトルクの上昇やトルク変動を低減することができ、また、グリース充填時に内輪や外輪にグリースが付着することを抑制することができる。

本発明の実施形態の保持器を示す斜視図である。 本発明の実施形態の保持器を示す平面図である。 本発明の実施形態の玉軸受を示す断面図である。 本発明の実施形態および比較例の玉軸受について、回転数を変化させた場合に測定された回転トルクの平均値を示すグラフである。 本発明の実施形態および比較例の玉軸受について、回転数を１５，０００ｒｐｍとした場合の回転トルクの経時変化を示すグラフである。

１．保持器の構成
　図１および図２に示すように、本発明の保持器１０は、円環形状の基部１１と、基部１１から軸方向上方に向かって延在する一対の保持爪１２の間に、玉１３が嵌合されるポケット１４が周方向に沿って複数形成されている合成樹脂製冠形保持器である。ポケット１４の内周は、玉１３の外径よりも僅かに大径な球面状をなしている。

　合成樹脂としては、ポリアミド（ナイロン６６、ナイロン４６等）、ポリアセタールやポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などの熱可塑性樹脂をガラス繊維や炭素繊維で強化したものを用いることができる。そして、そのような合成樹脂を好適には大量生産に適した射出成形によって保持器１０に成形される。

　ポケット１４を形成する一対の保持爪１２のそれぞれは、ポケット１４の周方向外側を臨む背面１２ａを有する。背面１２ａは、ポケット１４の内周と同様に球面状をなしている。ここで、一つのポケット１４と一つの保持爪１２を第１ポケット１４１および第１保持爪１２１と称し、その隣に位置するポケット１４を第２ポケット１４２および第２保持爪１２２と称して以下の説明に用いる。

　第１ポケット１４１の第１保持爪１２１の背面１２ａは、第１ポケット１４１の隣に位置する第２ポケット１４２の第２保持爪１２２の背面と周方向に対向している。そして第１ポケット１４１の第１保持爪１２１と第２ポケット１４２の第２保持爪１２２との間には平坦部（グリース受容面）１５が形成されている。この平坦部１５の軸方向位置は、第１、第２ポケット１４１，１４２の中心の軸方向位置とほぼ同じである。

　平坦部１５の内周側には、第１ポケット１４１の第１保持爪１２１と連結された内側グリース飛散防止壁１６が周方向に沿って形成されている。また、平坦部１５の外周側には第２ポケット１４２の第２保持爪１２２と連結された外側グリース飛散防止壁１７が周方向に沿って形成されている。これら平坦部１５、内側グリース飛散防止壁１６、および外側グリース飛散防止壁１７によってグリース貯留部１８が形成されている。内側グリース飛散防止壁１６は第２保持爪１２２と離間して内側スリット１６ａを形成し、外側グリース飛散防止壁１７は第１保持爪１２１と離間して外側スリット１７ａを形成している。内側および外側スリット１６ａ，１７ａは、グリース貯留部１８に充填されるグリースから溶出する潤滑油を玉２３と軌道面へ供給する出口となる。

　上記構成の保持器１０において、平坦部１５と内側グリース飛散防止壁１６と外側グリース飛散防止壁１７とで形成されるグリース貯留部１８にグリースを充填する際には、平坦部１５の中央を狙ってグリースをディスペンサーから吐出する。上記構成の保持器１０にあっては、保持器１０の内周側と外周側に、中間部にスリットがない内側グリース飛散防止壁１６と外側グリース飛散防止壁１７を設けているので、グリースがグリース貯留部１８の外に漏れることを抑制することができる。

　また、外側グリース飛散防止壁１７が高速回転時の遠心力によってグリースが外輪側に飛散するのを防止することは勿論のこと、各グリース貯留部１８には、内周側と外周側に１ケ所ずつだけ内側スリット１６ａおよび外側スリット１７ａが設けられているので、高速回転してもグリースがグリース貯留部１８から飛散することなく、内側スリット１６ａおよび外側スリット１７ａから適切な量の潤滑油が玉２３と軌道面へ供給される。したがって、本発明では、高速の揺動や高速回転してもグリースが玉２３と軌道面の間や玉２３とポケット１４の間に入り込むことに起因するトルクの上昇やトルク変動を低減することができ、また、グリース充填時に内輪や外輪にグリースが付着することを抑制することができる。

　特に、上記実施形態にあっては、グリース貯留部１８の内周側と外周側で半径方向に重ならないように内側スリット１６ａおよび外側スリット１７ａを１カ所ずつ設けているので、グリースの飛散を抑制するとともに潤滑油が玉１３や軌道面に適切に供給される。これによりグリース攪拌抵抗に起因する回転トルクの上昇や変動が抑制される。

　また、平坦部１５の軸方向位置をポケット１４の中心の軸方向位置とほぼ同じにしたので、グリース貯留部１８の容積が大きくなっている。したがって、より多くのグリースをグリース貯留部１８に注入することができ、玉軸受の長寿命化につながる。なお、平坦部１５の軸方向位置をポケット１４の中心の軸方向位置よりも低くして、すなわち、平坦部１５を基部１１の底面に近付けて、グリース貯留部１８の容積をより大きくしてグリースの充填量をさらに増やすことも可能である。

　従来の冠形保持器では、そのように平坦部１５の軸方向位置を低くすると保持器の保持爪の剛性が低下して変形しやすくなり、その結果、高速回転に適さなくなるという問題が生じる。しかしながら、本発明では、内周側と外周側の両方に保持爪１２と連結された内側および外側グリース飛散防止壁１６，１７を設けたので、保持爪１２の剛性低下を防ぐことができる。また、内側および外側グリース飛散防止壁１６，１７の一端は保持爪１２と離間させて内側および外側スリット１６ａ，１７ａを設けたので、グリースによる潤滑も妨げることがない。そのため、本実施形態の保持器１０は、高速回転でも使用することができ、また、より多くのグリースを保持できるので玉軸受の長寿命化にも貢献する。　

２．変更例
　本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、以下のように種々の変更が可能である。

ｉ）平坦部１５に代えて軸方向にくぼむか突出するグリース受容面を形成することができる。
ii）平坦部１５に凹部または凸部を一つまたは複数設けて、グリース受容面に対するグリースの付着力を向上させることができる。また、複数の凹部はディンプルを形成することができる。
iii）ポケット１４の内周は円筒曲面であってもよい。
iv）保持爪１２の背面１２ａは、軸方向に屹立する平坦面であってもよい。
v）内側スリット１６ａの周方向の幅と外側スリット１７ａの周方向の幅との関係は特定の関係に限定されない。内側スリット１６ａの周方向の幅と外側スリット１７ａの周方向の幅とが同じであってもよいし、いずれか一方が他方よりも大きくてもよい。

３．玉軸受の構成
　図３は本発明の実施形態の玉軸受２０を示す断面図である。この図に示す玉軸受２０は、外輪２１の軌道面２１ａと内輪２２の軌道面２２ａとの間に、上記実施形態の保持器１０によって等間隔に玉２３が保持されて構成されている。

　保持器１０の材質はナイロン６６で射出成型によって成形されている。内輪２２、外輪２１、および玉２３の材質はマルテンサイトステンレス鋼（ＳＵＳ４４０Ｃ）とされ、熱処理によって表面硬さはＨＲＣ５８以上に高められている。

　玉軸受２０の軸受空間には基油として４０℃における基油動粘度が２５ｍｍ²／ｓ以上１００ｍｍ²／ｓ以下の合成油に、増ちょう剤としてウレア系化合物を添加したグリースがポケット１４間のグリース貯留部１８に充填され、軸受空間は非接触ゴムシール（図示せず）で密封されている。ウレアグリースは耐熱性に優れているので、玉軸受２０の温度が上昇する高速回転や高速の揺動運動の使用に適している。ウレア化合物はジウレアまたはポリウレアが望ましい。合成油としては、エステル油、エーテル油、合成炭化水素油、シリコーン油、フッ素油等が挙げられる。これらの合成油は単独または混合して用いてもよい。合成油の替わりに、または合成油に混合して、鉱油を基油として用いることもできる。玉軸受２０の内輪２２の内径は、たとえば３ｍｍ以上１５ｍｍ以下とすることができる。しかしながら、このサイズに限定されるわけではない。

　上記構成の玉軸受２０は、保持器１０のグリース貯留部１８に設けられた内側および外側グリース飛散防止壁１６，１７と、内側および外側スリット１６ａ，１７ａにより、グリースが内輪２２や外輪２１に付着するのを抑制しつつ、内側および外側スリット１６ａ，１７ａから適切に潤滑油が供給されるので、低トルクであるとともに長寿命である。このような玉軸受２０はおおよそ１０，０００ｒｐｍ以上１００，０００ｒｐｍ以下、dmN値でいえば１２０万程度までの高速回転時においても遠心力によるグリースの飛散が抑制され、安定したトルクで回転することができる。同様に、高速の揺動運動時においても慣性力によるグリースの飛散が抑制され、揺動範囲内での変動が少なく、低トルクで安定して作動することができる。したがって、上記構成の玉軸受２０は、家庭用電気掃除機のクリーナモータや電動工具、ファンモータ、歯科用ハンドピースなど各種高速回転機器や高速で揺動運動を行うハードディスク駆動装置のヘッドアクチュエータに組み込んで用いることに適している。

４．性能評価
　発明例として本実施形態の保持器１０を用いた玉軸受２０の性能評価を行った結果について説明する。評価にあたっては、上述した実施形態の保持器１０の構成と比較して、グリース貯留部１８に内側および外側グリース飛散防止壁１６，１７を設けない点で異なる保持器を作製し、この保持器を搭載した玉軸受を比較例として準備した。なお、軸受の回転トルク測定の方法としては、様々な公知の方法を用いることができる。

（１）回転数を変化させた場合の回転トルク
図４は、発明例および比較例の玉軸受について、回転数を変化させた場合に測定された回転トルクの平均値を示す図である。図４においては、発明例の玉軸受２０および比較例の玉軸受それぞれについて、回転数を５，０００ｒｐｍ、１０，０００ｒｐｍ、１５，０００ｒｐｍと変化させたとき、各回転数において複数回測定したトルク（ｇｆ・ｃｍ）の平均値を示している。なお、測定は、発明例の玉軸受２０と比較例の玉軸受とで同一の条件で行った。

図４に示すように、比較例の玉軸受では、回転数を高くした場合に回転トルクの平均値が上昇している。特に高速回転域である１０，０００ｒｐｍから１５，０００ｒｐｍに回転数を変化させた場合の回転トルクの上昇が約２倍程度と著しい。一方、発明例の玉軸受２０では、回転数を高速回転域に上げた場合でも回転トルクの平均値が上昇せず、ほぼ一定であり、低トルク化を実現できている。

（２）回転トルクの変動
図５は、発明例および比較例の玉軸受について、回転数を１５，０００ｒｐｍとした場合の回転トルク（ｇｆ・ｃｍ）の経時変化を示す図である。

図５に示すように、比較例の玉軸受では、高速回転域である１５，０００ｒｐｍにおいて、回転トルクの測定値の変動が大きい。これに対して、発明例の玉軸受２０では、比較例の玉軸受と比較してトルクの変動が小さく、安定している。

以上の評価により、発明例の玉軸受２０は、比較例の玉軸受と比較して、特に高速回転域における低トルクおよび低トルク変動を実現できることが確認された。これは、発明例の玉軸受２０では、高速回転してもグリースがグリース貯留部１８から飛散することなく、内側スリット１６ａおよび外側スリット１７ａから適切な量の潤滑油が玉２３と軌道面へ供給されるためである。また、発明例の玉軸受２０では、高速での揺動や回転時にグリースが玉２３と軌道面の間や玉２３とポケット１４の間に入り込むことに起因するトルクの上昇や変動を低減することができるためである。

（３）グリースの飛散状態
次に、玉軸受のグリースの飛散状態を評価した結果について説明する。グリースの飛散状態の評価は、所定の回転数で所定時間軸受を回転させた後、グリースの状態を目視することにより行った。表１は、５，０００ｒｐｍ、１０，０００ｒｐｍ、１５，０００ｒｐｍの各回転数における、発明例および比較例の玉軸受のグリースの飛散状態を示している。表１において、「有」はグリースが飛散し外輪などに付着していたことを示し「無」はグリースの外輪などへの付着が無く飛散が確認できなかったことを示す。

表１に示すように、比較的低い回転数（５０００ｒｐｍ）においては、発明例および比較例のいずれにおいてもグリースの飛散は観察されなかった。一方、高速回転域（１０，０００ｒｐｍ、１５，０００ｒｐｍ）においては、比較例の玉軸受についてグリースの飛散による外輪などへの付着が観察された。一方、発明例の玉軸受２０では、高速回転域においてもグリースの飛散は観察されなかった。

このように、発明例の保持器１０を備えた玉軸受２０によれば、比較例の玉軸受と比較して、高速回転してもグリースが飛散し難いことが分かった。これは、上述したように、発明例の玉軸受２０では、保持器１０のグリース貯留部１８に内側グリース飛散防止壁１６および外側グリース飛散防止壁１７を設けているので、グリースの飛散が抑制されているためである。

　本発明の保持器および玉軸受は、家庭用電気掃除機のクリーナモータや電動工具、ファンモータ、歯科用ハンドピースなどの各種高速回転機器および高速で揺動運動を行うハードディスク駆動装置のヘッドアクチュエータに組み込んで好適に用いることができる。

　１０…保持器、１１…基部、１２…保持爪、１３…玉、１４…ポケット、１２ａ…背面、１５…平坦部（グリース受容面）、１６…内側グリース飛散防止壁、１７…外側グリース飛散防止壁、１８…グリース貯留部、１６ａ…内側スリット，１７ａ…外側スリット、２０…玉軸受、２１…外輪、２１ａ…軌道面、２２…内輪、２２ａ…軌道面、２３…玉。

 
 

Claims (11)

1. 　円環形状の基部から軸方向に延びる一対の保持爪の間に玉が嵌合されるポケットが周方向に沿って複数形成されている合成樹脂製冠形保持器であって、
   　それぞれの前記保持爪は、前記ポケットの周方向外側を臨む背面を有し、
   　第一の前記ポケットの第一の前記保持爪の背面と、第一の前記ポケットに隣接する第二の前記ポケットの第二の前記保持爪の背面とが対向し、
   　第一の前記保持爪と第二の前記保持爪との間にグリース受容面が形成され、前記グリース受容面の内周側には第一の前記保持爪に連結された内側グリース飛散防止壁が周方向に沿って形成され、
   　前記グリース受容面の外周側には第二の前記保持爪と連結された外側グリース飛散防止壁が周方向に沿って形成され、
   　前記内側グリース飛散防止壁の少なくとも一部は、第二の前記保持爪と離間して内側スリットを形成し、
   　前記外側グリース飛散防止壁の少なくとも一部は、第一の前記保持爪と離間して外側スリットを形成している合成樹脂製冠形保持器。
2. 　前記内側グリース飛散防止壁および前記外側グリース飛散防止壁それぞれの周方向中間部がスリットおよび孔を有しない請求項１に記載の合成樹脂製冠形保持器。
3. 　前記内側スリットと前記外側スリットとが、半径方向に重ならないように設けられた請求項１または２に記載の合成樹脂製冠形保持器。
4. 　前記グリース受容面の軸方向位置は、第一の前記ポケットおよび前記第二の前記ポケットの中心の軸方向位置と同じかまたは低い請求項１乃至３のいずれかに記載の合成樹脂製冠形保持器。
5. 　前記グリース受容面が平坦部で構成された請求項１乃至４のいずれかに記載の合成樹脂製冠型保持器。
6. 　前記グリース受容面が軸方向にくぼむ凹部か軸方向に突出する凸部で構成された請求項１乃至４のいずれかに記載の合成樹脂製冠形保持器。
7. 　前記平坦部に、前記凹部または前記凸部を一または複数設けた請求項６に記載の合成樹脂製冠形保持部。
8. 　第一の前記ポケットおよび第二の前記ポケットの内周が円筒曲面である請求項１乃至７のいずれかに記載の合成樹脂製冠形保持器。
9. 　前記背面は、凸の球面状をなす請求項１乃至８のいずれかに記載の合成樹脂製冠形保持器。
10. 　前記背面は、軸方向に屹立する平坦面である請求項１乃至８のいずれかに記載の合成樹脂製冠形保持器。
11. 　内輪と外輪と、前記内輪および前記外輪の間に配置される複数の玉と、前記玉を保持する請求項１乃至１０のいずれかに記載の保持器とを備えた玉軸受。
     
    
     

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