WO2023105677A1

WO2023105677A1 - 転がり軸受

Info

Publication number: WO2023105677A1
Application number: PCT/JP2021/045112
Authority: WO
Inventors: 邦裕松本; 隆太郎平野; 和貴渡邉
Original assignee: ミネベアミツミ株式会社
Priority date: 2021-12-08
Filing date: 2021-12-08
Publication date: 2023-06-15
Also published as: JP7209902B1; JPWO2023105677A1

Abstract

転がり軸受は、外輪及び内輪と、前記外輪と前記内輪との間に、転動可能に配置された転動体と、前記転動体を保持する保持器と、シールドと、を備える。前記外輪は、前記転動体を転動可能に支持する軌道面と、前記軌道面に対して、軸方向の両方向側に形成される凹部と、前記凹部と前記軌道面との間に形成される稜部と、を備える。前記凹部は、グリースが載置される載置面と、載置面と前記稜部との間に形成され、軸方向外側に向かって前記外輪の外周面に近づく第１傾斜部とを備える。

Description

転がり軸受

　本発明は、転がり軸受に関する。

　モータにおいては、長寿命化が要求される。そのため、転動体を備えた転がり軸受において、グリース量を増加させることが知られている。

特開２００５－１５５８７７号公報

　しかし、グリース量が増加してグリースが転動体に巻き込まれやすくなると、モータのトルク上昇の原因となる。

　一つの側面では、グリースの巻き込みを抑制できる転がり軸受を提供することを目的とする。

　一つの態様において、転がり軸受は、外輪及び内輪と、前記外輪と前記内輪との間に、転動可能に配置された転動体と、前記転動体を保持する保持器と、シールドと、を備える。前記外輪は、前記転動体を転動可能に支持する軌道面と、前記軌道面に対して、軸方向の両方向側に形成される凹部と、前記凹部と前記軌道面との間に形成される稜部と、を備える。前記凹部は、グリースが載置される載置面と、載置面と前記稜部との間に形成され、軸方向外側に向かって前記外輪の外周面に近づく第１傾斜部とを備える。

　一つの態様によれば、グリースの巻き込みを抑制できる。

図１は、実施形態における転がり軸受の軸方向他方側の一部破断平面図である。図２は、実施形態における転がり軸受の一例を示す側断面図である。図３は、実施形態における転がり軸受の軸方向一方側の一部破断平面図である。図４は、実施形態における冠型保持器の一例を示す斜視図である。図５は、実施形態における軸受空間の一例を示す側断面図である。図６は、実施形態における軸受空間の拡大側断面図である。図７は、第１の変形例における軸受空間の一例を示す側断面図である。図８は、第２の変形例におけるもみ抜き保持器の一例を示す斜視図である。

　以下に、本願の開示する転がり軸受の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、図面における各要素の寸法の関係、各要素の比率などは、現実と異なる場合がある。図面の相互間においても、互いの寸法の関係や比率が異なる部分が含まれている場合がある。各図面において、説明を分かりやすくするために、後に説明するシャフト９９が延在する方向（又は回転軸Ｌに平行な方向）を軸方向、シャフト９９（又は回転軸Ｌ）に直交する方向を径方向とする座標系を図示する場合がある。

［実施形態］
　まず、本実施形態における転がり軸受について、図１乃至図３を用いて説明する。図１は、実施形態における転がり軸受の軸方向他方側の一部破断平面図である。図２は、実施形態における転がり軸受の一例を示す側断面図である。図３は、実施形態における転がり軸受の軸方向一方側の一部破断平面図である。図２は、図１のＡ－Ａ線で切断した断面を示す。

　実施形態における、転がり軸受１は、例えば図４に示すような冠型保持器である保持器５を備える。図４は、実施形態における冠型保持器の一例を示す斜視図である。図４に示すように、実施形態における保持器５は、基部６と、ポケット７とを備える。なお、以下において、転がり軸受１の保持器５の基部６側を軸方向一方側と表記し、ポケット７側を軸方向他方側と表記する場合がある。

　図１乃至図３に示すように、転がり軸受１は、図４に示す保持器５に加えて、外輪２と、外輪２の内周側に配置された内輪３と、複数の転動体４ａ乃至４ｈとを有し、グリースＧ１及びＧ２が配置されている。外輪２は、径方向外側に位置する外周面２８を備える。例えば転がり軸受１は、内輪３の内周側に、シャフト９９を回動可能に軸支する。シャフト９９は、回転軸Ｌに沿って延在する。

　具体的には、外輪２は、鋼材などの金属材料からなる。軌道溝２１は、外輪２に円周方向に延びるように、内輪３と対向して形成されている。この軌道溝２１の表面は軌道面を構成している。また、内輪３は、例えば鋼材などの金属材料からなる。軌道溝３１は、内輪３の外周面３８に円周方向に延びるように形成されている。この軌道溝３１の表面は軌道面を構成している。

　外輪２には、軸方向における一方側と他方側とに、図５に示す凹部５０及び稜部６０が、内輪３と対向して、それぞれ形成される。図５は、実施形態における軸受空間の一例を示す側断面図である。図５は、図２の枠Ｆ１に示す部分を拡大した図である。軸方向一方側の凹部５０には、グリースＧ２が載置され、軸方向他方側の凹部５０には、グリースＧ１が載置される。また、稜部６０は、軸方向において、凹部５０と軌道溝２１との間に形成される。なお、図５以降では、保持器５のポケット７の図示を省略する場合がある。

　複数の転動体４ａ乃至４ｈは、図２に示すように、外輪２の軌道溝２１と、内輪３の軌道溝３１との間に設けられている。なお、以下において、転動体４ａ乃至４ｈを区別せずに表現する場合に、単に転動体４と表現する場合がある。転動体４は、例えば鋼材などの金属材料や、セラミックス材料からなる。軌道溝２１と軌道溝３１とは軌道を構成しており、転動体４は軌道溝２１、３１の軌道面に接触しながら軌道を転動する。

　保持器５は、合成樹脂製または金属製の冠型保持器であり、複数の転動体４を軌道内に等間隔に配置する。また、保持器５は、軸方向の他方側に複数の転動体４をそれぞれ収納する複数の開口部（ポケット）７を有し、軸方向の一方側に、保持器５の非開口側である円環状の基部６を有する。

　転動体４は、図４に示す保持器５のポケット７に収容される。この場合において、転動体４の軸方向一方側は、基部６により支持される。

　また、転がり軸受１は、軸方向の一端側で、外輪２と内輪３との間を塞ぐ、一方のシールド２６と、軸方向の他端側で、外輪２と内輪３との間を塞ぐ、他方のシールド２７とをさらに備える。一方および他方のシールド２６、２７は、亜鉛メッキ鋼板、ステンレス鋼板、芯金により補強された弾性材料などからなる略円環形状の板材である。一方および他方のシールド２６、２７は、それぞれの外周部で外輪２に取り付けられている。具体的には、外輪２の軸方向における両端部にはそれぞれ取付溝８が形成されている。取付溝８は、内輪３と対向する方向に開口している。一方および他方のシールド２６、２７は、その外周部が各取付溝８内に収容され、例えば止輪９によって固定されている。一方、一方および他方のシールド２６、２７は、その内周部が内輪３の直近まで延びている。これにより、一方および他方のシールド２６、２７は、外輪２と内輪３との間を覆い、転動体４及びグリースＧ１，Ｇ２を保護する。なお、転がり軸受１では、一方および他方のシールド２６、２７と内輪３とが離間している。

　実施形態において、グリースＧ１及びＧ２は、図２に示すように、外輪２に形成される凹部５０に配置される。グリースＧ１及びＧ２は、外輪２及び内輪３と、シールド２６，２７と、シールド２６，２７から径方向内側から外周面３８まで延長した仮想の線Ｌ１，Ｌ２とで囲まれた領域の容積から複数の転動体４と保持器５の体積を差し引いた軸受空間Ｓに配置されている。

　グリースＧ２は、軸受空間Ｓのうち、複数の転動体４を挟んで軸方向の一方側において、グリースＧ１は、軸受空間Ｓのうち、複数の転動体４を挟んで軸方向の他方側において、それぞれ封入されている。グリースＧ１は、凹部５０の載置面５２と、シールド２７とに接して配置される。同様に、グリースＧ２は、凹部５０の載置面５２と、シールド２６とに接して配置される。

　実施形態においては、図１乃至図３に示すように、グリースＧ１の体積は、グリースＧ２の体積よりも大きい。この場合において、図２に示すように、静置状態においては、グリースＧ１の断面積ｈ１は、グリースＧ２の断面積ｈ２よりも大きくなる。実施形態において、グリースＧ１とグリースＧ２との塗布体積比は、例えば、９：１～５：５である。これにより、グリースＧ２と、保持器５との接触を抑制できる。

　グリースＧ１は、例えば図１に示すように、転がり軸受１の円周方向に沿って、リング状に塗布されるが、球状に形成されたグリースが円周方向に沿って配置されてもよい。また、グリースＧ１及びＧ２の体積が、軸受空間Ｓの容積に占める割合は、たとえば５～６０％であり、好ましくは２５～３５％である。

　稜部６０は、軌道溝２１よりも径方向内側に突出することで、転動体４が軌道溝２１の肩に乗り上げることを抑制する。稜部６０は、例えば、外輪２の外周面２８と略平行に形成される平坦部６１を備える。なお、図５に示すように、稜部６０が、平坦部６１以外の部分を備えない構成であってもよい。また、稜部６０の断面が平坦でない形状、例えば円弧状であってもよい。

　図５に示すように、凹部５０は、第１傾斜面５１と、載置面５２とを備える。第１傾斜面５１は、軸方向において、載置面５２及び稜部６０と連続して形成される。実施形態における第１傾斜面５１は、稜部６０から載置面５２に向かって、外輪２の外周面２８との距離が小さくなるように傾斜する面（円錐面）である。なお、第１傾斜面５１は、第１傾斜部の一例である。

　凹部５０の径方向における深さｆは、例えば、軌道溝２１の径方向における深さｋ以下である。実施形態においては、深さｆは、軌道溝２１の径方向における深さｋと略一致する。

　載置面５２は、例えば、外輪２の外周面２８と略平行に形成される平坦面である。実施形態において、載置面５２は、第１傾斜面５１と軸方向において連続して形成され、シールド２６又は２７と軸方向において接する。静置状態において、グリースＧ１及びＧ２は、それぞれ凹部５０の載置面５２に載置される。この場合において、グリースＧ１及びＧ２に含まれる基油成分は、凹部５０の載置面５２及び第１傾斜面５１を伝って、軌道溝２１へと移動する。

　この場合、転動体４の潤滑に寄与する基油成分を、径方向において高さがある稜部６０を超えて円滑に軌道溝２１へと移動させるには、第１傾斜面５１の傾斜が緩やかであることが望ましい。実施形態においては、図６に示すように、第１傾斜面５１の平坦部６１に対する角度αは、例えば約３０°である。図６は、実施形態における軸受空間の拡大側断面図である。図６は、図５の枠Ｆ２に示す部分を拡大した図である。

　一方で、グリースＧ１及びＧ２が軌道溝２１に巻き込まれると、撹拌抵抗によりトルクが上昇し、モータの消費電力増加の原因となる。また、グリースＧ１及びＧ２の巻き込みを抑制するとともに、グリースＧ１及びＧ２を安定して載置面５２に載置させるためには、載置面５２の大きさを十分に確保することが好ましい。実施形態においては、凹部５０の軸方向における長さｃは、外輪２の軸方向中心部Ｃ１と凹部５０の軸方向外側端部との軸方向における間隔の大きさｄの４０％以上であることが望ましい。さらに、載置面５２の軸方向における長さｇは、凹部５０の長さｃの５０％以上であることが好ましい。なお、実施形態において、凹部５０の軸方向における長さｃは、第１傾斜面５１の軸方向における長さｅと、載置面５２の軸方向における長さｇとの和である。

　また、角度αを十分に緩やかにするためには、凹部５０の長さｃに占める第１傾斜面５１の長さｅが３０％以上であることが望ましい。ただし、載置面５２の長さｇを確保する必要があるため、第１傾斜面５１の長さｅは、凹部５０の長さｃに占める第１傾斜面５１の長さｅは、５０％未満となることが好ましい。

　また、深さｆと、凹部５０の軸方向における長さｃとの比率は、例えば１：４以上、１：６以下であることが好ましい。この場合において、図５に示すように、凹部５０の径方向における稜部６０に対する深さｆは、例えば、外輪２の軌道溝２１の径方向における稜部６０に対する深さｋと略一致する。

　なお、モータの振動等により、保持器５がグリースＧ２に接触することを抑制するためには、保持器５の径方向における長さａを小さくすることが好ましい。実施形態において、保持器５の径方向における長さａは、図５に示すように、例えば、外輪２の載置面５２から内輪３の外周面３８までの径方向における長さｂの５０％以下である。

　また、保持器５の非開口側において、基部６と、外輪２の凹部５０とが、軸方向において重なる部分、すなわち径方向において対向する部分を大きくすることができる。これにより、グリースＧ２が保持器５に接触することが抑制されるとともに、潤滑油が軌道溝２１へ供給されやすくなる。実施形態においては、図５に示すように、保持器５の基部６は、ほぼ全体にわたって、凹部５０と径方向において対向する。

　また、実施形態において、軸方向一方側の凹部５０と、軸方向他方側の凹部５０とは、軸方向中心部Ｃ１に対して略対称になるように形成される。すなわち、凹部５０の軸方向における長さｃ、径方向における深さｆ、第１傾斜面５１の軸方向における長さｅ及び載置面５２の軸方向における長さｇは、いずれも軸方向一方側と軸方向他方側とで略同一である。この場合において、軸受空間Ｓに対するグリースＧ１及びＧ２の体積の比率も、軸方向一方側と軸方向他方側とで異なる。

　以上説明したように、本実施形態における転がり軸受１は、外輪２及び内輪３と、外輪２と内輪３との間に、転動可能に配置された転動体４と、転動体４を保持する保持器５と、シールド２６及び２７と、を備える。外輪２は、転動体４を転動可能に支持する軌道面２１と、軌道面２１に対して、軸方向の両方向側に形成される凹部５０と、凹部５０と軌道面２１との間に形成される稜部６０と、を備える。凹部５０は、グリースＧ１，Ｇ２が載置される載置面５２と、載置面５２と軌道面２１との間に形成され、軸方向外側に向かって外輪２の外周面２８に近づく第１傾斜部５１とを備える。かかる構成によれば、グリースＧ１及びＧ２から軌道面２１への基油成分が移動しやすくなる。これにより、転がり軸受１のトルク上昇を抑制し、モータの省電力化を図ることができる。

　［変形例］
　以上、本実施形態における構成について説明したが、実施形態はこれに限られない。例えば、凹部５０は、軸方向における両側ではなく、軸方向一方側、すなわち保持器５の基部６側だけに形成されていてもよい。かかる構成においても、グリースＧ２が軌道溝２１に巻き込まれることを抑制できる。

　また、外輪に形成される凹部の傾斜部に、図７に示すように、アールが形成されていてもよい。さらに、図７に示すように、保持器の軸方向一方側に面取りが形成されていてもよい。図７は、第１の変形例における軸受空間の一例を示す側断面図である。図７に示すように、第１の変形例における転がり軸受１Ａの外輪２Ａに形成される凹部８０は、第１曲面部８１を備え、さらに第２傾斜面８３を備える。また、第１の変形例における稜部７０は、平坦部７１に加えて、軌道溝２１に近づくにしたがって外輪２Ａの外周面２８との径方向における距離が小さくなる第２曲面部７２を備える。なお、第１曲面部８１は、第１傾斜部の別の一例である。

　第１曲面部８１においては、径方向における凹部８０の稜部７０に対する深さは、実施形態とは異なり、非線形的に変化する。また、第２傾斜面８３は、軸方向外側に向かって、外輪２の外周面２８に近づく。第１の変形例においても、凹部８０には、軸方向外側に向かって、径方向における凹部８０の深さが小さくなるような部分は形成されない。すなわち、第１の変形例においても、径方向における凹部８０の深さは一方向にのみ変化する。

　図７に示すように、凹部８０に第１曲面部８１を形成する場合、グリースＧ１及びＧ２の基油成分が軌道溝２１により移動しやすくなるとともに、凹部８０の加工性を向上できる。

　第１の変形例において、第２曲面部７２は、例えば、外輪２の軌道溝２１と連続して形成される。なお、第１の変形例における第２曲面部７２に代えて、軌道溝２１に近づくにしたがって外周面２８との距離が小さくなる傾斜した面を備えていてもよい。この場合、傾斜した面と外周面２８との径方向における距離は、線形的に変化する。

　また、凹部８０は、シールド２６，２７と接する位置に、第２傾斜面８３を備える。第２傾斜面８３は、軸方向外側に向かって、外周面２８との径方向における距離が小さくなるように形成される。第１の変形例においても、凹部８０には、軸方向外側に向かって、外周面２８との距離が大きくなる部分は形成されない。なお、第１の変形例において、凹部８０の軸方向における長さは、第１曲面部８１の軸方向における長さと、載置面８２の軸方向における長さに、さらに第２傾斜面８３の軸方向における長さを加えたものである。また、軸方向に対して略平行である第２傾斜面８３に代えて、軸方向に対して湾曲した曲面部を備えていてもよい。

　また、実施形態において、図５に示すように、稜部６０と第１傾斜面５１との境界Ｂ１は、軸方向において、転動体４の外縁Ｂ２よりも、軸方向において内側に位置するが、実施の形態はこれに限られない。例えば、図７に示すように、境界Ｂ１Ａが、外縁Ｂ２よりも軸方向において外側に位置していてもよく、また境界Ｂ１Ａと外縁Ｂ２Ａとが、軸方向における位置が略一致していてもよい。なお、いずれの位置関係においても、保持器５の基部６の径方向における長さｐのうち、３／４以上が凹部８０と径方向において対向する位置にあることが望ましい。

　また、載置面５２及び８２は、外周面２８と略平行な平坦面に限られず、軸方向において傾斜した面であってもよく、軸方向に対してアールが形成された曲面であってもよい。この場合においても、載置面５２又は８２の径方向における深さは、凹部８０の一方向にのみ変化することが望ましい。

　また、実施形態における、第１傾斜面５１と平坦部６１とがなす角度αは、例えば１０°～８０°であり、好ましくは３０°～６０°である。第１の変形例においては、第１曲面部８１の接線と平坦部６１とがなす最大角度βが、例えば１０°～８０°であり、好ましくは３０°～６０°である。

　なお、図７に示すように、第１の変形例における冠型保持器５Ａには、基部６Ａに面取り５ｔが形成される。第１の変形例において、面取り５ｔは、例えば径方向に対して４５度の角度になるように形成される。面取り５ｔを形成することにより、軸方向一方側に位置するグリースＧ２と、冠型保持器５Ａとの間の距離を大きくすることができる。

　また、実施形態における保持器は冠型保持器に限られず、例えば図８に示すようなもみ抜き保持器であってもよい。図８は、第２の変形例におけるもみ抜き保持器の一例を示す斜視図である。図８に示すように、第２の変形例におけるもみ抜き保持器５Ｂは、基部６Ｂと、転動体４が収容されるポケット７Ｂとを備える。また、第１の変形例における冠型保持器５Ａと同様に、第２の変形例におけるもみ抜き保持器５Ｂにも、面取り５ｔが形成されていてもよい。

　図８に示すように、もみ抜き保持器５Ｂは、例えば、軸方向に対して対称に形成される。この場合において、グリースＧ１とＧ２との体積比は、例えば５：５であってもよい。この場合において、図８に示すように、面取り５ｔが、軸方向一方側だけでなく、軸方向他方側に形成されてもよい。これにより、軸方向一方側に位置するグリースＧ２と、もみ抜き保持器５Ｂとの間の距離だけでなく、軸方向他方側に位置するグリースＧ１と、もみ抜き保持器５Ｂとの間の距離も、大きくすることができる。

　また、転がり軸受１が有する複数の転動体４の数は一例であり、７つ以下であっても、９つ以上であってもよい。また、シールド２６及び２７が、止輪９を用いずに固定される構成であってもよい。

　以上、本発明を実施形態及び各変形例に基づき説明したが、本発明は実施形態及び各変形例に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲での種々の変更が可能であることも言うまでもない。そのような要旨を逸脱しない範囲での種々の変更を行ったものも本発明の技術的範囲に含まれるものであり、そのことは、当業者にとって特許請求の範囲の記載から明らかである。

　１，１Ａ　転がり軸受、２，２Ａ　外輪、２１　軌道溝、２８　外周面、３　内輪、３１　軌道溝、４　転動体、５　保持器、６　基部、７　ポケット、２６　一方のシールド、２７　他方のシールド、５０，８０　凹部、５１　第１傾斜面、５２，８２　載置面、８１　第１曲面部、８３　第２傾斜面、６０，７０　稜部、６１，７１　平坦部、７２　第２曲面部、９９　シャフト、Ｇ１，Ｇ２　グリース

Claims

　外輪及び内輪と、
　前記外輪と前記内輪との間に、転動可能に配置された転動体と、
　前記転動体を保持する保持器と、
　シールドと、
　を備え、
　前記外輪は、
　前記転動体を転動可能に支持する軌道面と、
　前記軌道面に対して、軸方向の両方向側に形成される凹部と、
　前記凹部と前記軌道面との間に形成される稜部と、
　を備え、
　前記凹部は、グリースが載置される載置面と、載置面と前記稜部との間に形成され、軸方向外側に向かって前記外輪の外周面に近づく第１傾斜部とを備える、
　転がり軸受。
　前記載置面は、前記外輪の外周面と略平行に形成される平坦面を含み、
　前記稜部は、前記外輪の外周面と略平行に形成される平坦部を含み、
　前記平坦部は、軸方向において前記第１傾斜部と連続して形成される、
　請求項１に記載の転がり軸受。
　前記載置面における、前記第１傾斜部とは反対側の端部が、前記シールドと接する、請求項１又は２に記載の転がり軸受。
　前記載置面と、前記シールドとの間に、軸方向外側に向かって前記外輪の外周面との距離が小さくなる第２傾斜部が形成される、請求項１又は２に記載の転がり軸受。
　前記載置面及び第１傾斜部には、軸方向外側に向かって前記外輪の外周面との距離が大きくなる部分が形成されない、請求項１乃至４のいずれか１つに記載の転がり軸受。
　前記保持器は、前記転動体を前記軌道面に対して軸方向一方側から保持し、
　軸方向他方側に載置される前記グリースの量は、軸方向一方側に載置される前記グリースの量よりも多い、
　請求項１乃至５のいずれか１つに記載の転がり軸受。
　前記軸方向一方側に載置される前記グリースの体積と、前記軸方向他方側に載置される前記グリースの体積との比率が、１：９以上５：５未満である、請求項６に記載の転がり軸受。
　前記軌道面に対して軸方向一方側に形成される前記凹部の寸法及び形状と、軸方向他方側に形成される前記凹部の寸法及び形状とは略同一である、
　請求項１乃至７のいずれか１つに記載の転がり軸受。
　軸受空間に占める前記グリースの体積の比率が、５％～６０％である、請求項１乃至８のいずれか１つに記載の転がり軸受。
　軸方向において、前記凹部における前記載置面が占める割合が５０％以上であり、前記凹部における前記第１傾斜部が占める割合が３０％以上である、請求項１乃至９のいずれか１つに記載の転がり軸受。
　軸方向に対する前記第１傾斜部の最大角度が、１０度以上８０度以下である、請求項１乃至１０のいずれか１つに記載の転がり軸受。
　軸方向に対する前記第１傾斜部の最大角度が、３０度以上６０度以下である、請求項１乃至１１のいずれか１つに記載の転がり軸受。
　径方向において、前記保持器の長さが、前記載置面と前記内輪の外周面との距離に占める割合は５０％以下である、請求項１乃至１２のいずれか１つに記載の転がり軸受。
　前記外輪の軸方向中心部と前記凹部の軸方向外側端部との軸方向における間隔に対する、前記凹部が占める割合は、４０％以上である、請求項１乃至１３のいずれか１つに記載の転がり軸受。
　前記稜部に対する、前記凹部の径方向における深さと、前記凹部の軸方向における長さとの比率は、１：４以上１：６以下である、請求項１乃至１４のいずれか１つに記載の転がり軸受。
　前記凹部の径方向における深さは、前記軌道面の径方向における深さ以下である、請求項１乃至１５のいずれか１つに記載の転がり軸受。
　前記載置面は、前記外輪の外周面に対して傾斜した面を含む、請求項１乃至１６のいずれか１つに記載の転がり軸受。
　前記載置面は、曲面を含む、請求項１乃至１７のいずれか１つに記載の転がり軸受。