WO2023190028A1

WO2023190028A1 - アンギュラ玉軸受

Info

Publication number: WO2023190028A1
Application number: PCT/JP2023/011488
Authority: WO
Inventors: 浩樹谷村
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2022-03-29
Filing date: 2023-03-23
Publication date: 2023-10-05
Anticipated expiration: 2024-09-29
Also published as: JP7824803B2; JP2023146290A; CN118922642A

Abstract

本開示のアンギュラ玉軸受（１）は、外方部材（２）と、内方部材（４）と、外方部材（２）と内方部材（４）との間に介在されたボール（６）と、ボール（６）を保持する保持器（８）とを備え、内方部材（４）、ボール（６）および保持器（８）からなるアッシー部品（Ａｓ）から外方部材（２）が着脱可能である。内方部材（４）の軌道溝（４ａ）の溝底（４ａａ）から内方部材（４）のカウンタボア部（４ｂ）までの径方向距離（Ｍ）がボール（６）のピッチ円径（Ｐ）の０．２～０．７％であり、内方部材（４）のカウンタボア部（４ｂ）の軸方向寸法（Ｚ）がボール（６）の直径（Ｄｗ）の８～２０％である。内方部材（４）は、その外周面に、カウンタボア部（４ｂ）に隣接してカウンタボア部（４ｂ）より縮径する第１の段差（１０）を有し、第１の段差（１０）の高さ（Ｘ）がボール（６）のピッチ円径（Ｐ）の０．１～０.５％である。

Description

アンギュラ玉軸受

関連出願

　この出願は、２０２２年３月２９日出願の特願２０２２－０５３４０４の優先権を主張するものであり、その全体を参照により本願の一部をなすものとして引用する。

　本発明は、外方部材が分離するアンギュラ玉軸受に関する。

　アンギュラ玉軸受は、内方部材、外方部材、ボール（転動体）および保持器が分離しないものが一般的であるが、使用条件によっては、外方部材が分離する外方部材分離形のアンギュラ玉軸受が採用されることがある。この場合、例えば、外方部材を分離しハウジングに組み込み、内方部材、ボール、保持器をアッシー状態としてシャフトへ組み込み、その後、シャフトとハウジングが組み合わされる。その際、軸受の外方部材は分離しやすく、外方部材の分離後は、内方部材、ボール、保持器がアッシー部品となっているので、組み立て作業が容易になる。

　このような外方部材分離形のアンギュラ玉軸受では、内方部材のカウンタボア径を、内方部材と分離した状態にある保持器に保持されたボールの内接円径よりも大きくして、組立後に保持器およびボールが内方部材から外れにくいようになっている。したがって、軸受を組み立てる際には、内方部材と分離状態でボールを保持した保持器を、そのボールが内方部材のカウンタ部を乗り越えるように弾性変形させて内方部材に組み付けている。

　外方部材分離形のアンギュラ玉軸受の保持器としてナイロンのような弾性変形しやすい合成樹脂製を用いた場合には、保持器の内方部材への組み付けは容易である。しかしながら、外方部材と分離した状態のアッシー部品をその軸方向が垂直方向を向く姿勢にすると、保持器がボールの自重によって撓んでボールとともに内方部材から外れ、アッシー部品が分解する恐れがある。このため、軸受の組立時や機械への組込み時の取り扱いに十分注意する必要があり、作業効率が悪い。

　そこで、外方部材分離形のアンギュラ玉軸受において、内方部材のカウンタボア部の外径とボールの内接円径との寸法差をボール径の５～２０％としたものがある（特許文献１）。特許文献１のアンギュラ玉軸受では、ボールの自重程度の力を受けて撓んでも内方部材から外れない。

特開２００７－２８５３１８号公報

　しかしながら、特許文献１のアンギュラ玉軸受は、弾性変形し易い合成樹脂製の保持器の使用を前提としており、鋼板製保持器や、剛性が高く弾性変形しにくい合成樹脂保持器では、カウンタボア部を乗り越えるのが難しい。また、内方部材の幅が広くなると、大きく保持器を変形させる必要があり、組み立てが困難であった。

　本発明の目的は、保持器の内方部材への組み付けを容易にし、且つ組付け後に保持器が内方部材から分離しないアンギュラ玉軸受を提供する。

　本発明のアンギュラ玉軸受は、外方部材と、内方部材と、前記外方部材と前記内方部材との間に介在された転動体であるボールと、前記ボールを保持する保持器とを備え、前記内方部材、前記ボールおよび前記保持器からなるアッシー部品から前記外方部材が分離可能なアンギュラ玉軸受であって、前記内方部材の軌道溝の溝底から前記内方部材のカウンタボア部までの径方向距離Ｍが前記ボールのピッチ円径の０．２～０．７％であり、前記内方部材のカウンタボア部の軸方向寸法Ｚが前記ボールの直径Ｄｗの８～２０％であり、前記内方部材は、その外周面に、前記内方部材のカウンタボア部に隣接して前記内方部材のカウンタボア部より縮径する第１の段差を有し、前記第１の段差の高さＸが前記ボールのピッチ円径の０．１～０.５％である。

　この構成によれば、内方部材のカウンタボア部に段差を付けたことにより、保持器およびボールを組み込む際、ボールが小径部によりカウンタボア部へガイドされ、ボールおよび保持器を内方部材に組み込みやすい。つまり、内方部材のカウンタボア部の第１の段差の高さをボールのピッチ円径の０．１～０．５％とし、内方部材のカウンタボア部の軸方向寸法をボールの直径の８～２０％とすることにより、保持器およびボールの内方部材への組み付けやすくなる。さらに、内方部材の軌道溝の溝底から内方部材のカウンタボア部までの径方向距離をボールのピッチ円径の０．２～０．７％とすることにより、組立後に、保持器がボールの自重程度の力を受けて撓んでも、内方部材から外れない。

　また、内方部材のカウンタボア部の軸方向寸法をボール径の８～２０％とすることで、保持器の変形量が抑制され、変形時間を短縮することができる。その結果、鋼板製保持器や剛性の高い樹脂製保持器の組み込みも可能となり、組立後に保持器が内方部材から外れて分解する恐れも少ない。したがって、アッシー部品に対する外方部材の脱着も容易になり、軸受の組み込み性が向上する。このように、保持器およびボールの内方部材への組み付けが容易で、且つ組付け後に保持器が内方部材から分離しくいので、組立時や機械への組込時に、取り扱いやすく、作業効率も向上する。

　本発明において、前記第１の段差が傾斜面であってもよい。この構成によれば、第１の段差を傾斜面にすることで、保持器およびボールがスムーズに内方部材のカウンタボア部を乗り越えることができ、組立性が向上する。

　本発明において、前記外方部材は、その内周面に、前記外方部材の軌道溝に隣接して前記外方部材の軌道溝より拡径する第２の段差を有し、前記第２の段差の高さＹが前記ボールのピッチ円径の０．１～０．５％であってもよい。この場合、前記外方部材は、前記外方部材の軌道溝における前記第２の段差に隣接する部分にストレート部を有していてもよい。この構成によれば、外方部材がアッシー部品からスムーズに分離できるとともに、外方部材がアッシー部品にスムーズに組み込むことができる。したがって、軸受の組立性が向上する。

　請求の範囲および／または明細書および／または図面に開示された少なくとも２つの構成のどのような組合せも、本発明に含まれる。特に、請求の範囲の各請求項の２つ以上のどのような組合せも、本発明に含まれる。

　本発明は、添付の図面を参考にした以下の好適な実施形態の説明からより明瞭に理解されるであろう。しかしながら、実施形態および図面は単なる図示および説明のためのものであり、本発明の範囲を定めるために利用されるべきものではない。本発明の範囲は添付の請求の範囲によって定まる。添付図面において、複数の図面における同一の部品番号は、同一または相当部分を示す。
本発明の第１実施形態に係るアンギュラ玉軸受を示す断面図である。同アンギュラ玉軸受の外方部材を拡大して示す断面図である。図２ＡのＢ部の拡大図である。同アンギュラ玉軸受の保持器およびボールを内方部材に組み付ける手順を示す図である。同アンギュラ玉軸受の外方部材をアッシー部品に組み付ける状態を示す図である。比較例のアンギュラ玉軸受の外方部材をアッシー部品に組み付ける状態を示す図である。評価を行った軸受の形状を示す断面図である。評価を行った軸受の別の形状を示す断面図である。評価を行った軸受のさらに別の形状を示す断面図である。

　以下、本発明の好ましい実施形態について図面を参照しながら説明する。以下の説明において、「軸方向」、「径方向」および「周方向」はそれぞれ、軸受の「軸方向」、「径方向」および「周方向」である。

　図１は本発明の第１実施形態に係るアンギュラ玉軸受１を示す断面図である。本実施形態のアンギュラ玉軸受１は、外方部材２と、内方部材４と、これら外方部材２と内方部材４との間に介在された転動体の一種である複数のボール６と、ボール６を保持する保持器８とを備え、内方部材４、ボール６および保持器８からなるアッシー部品Ａｓから外方部材２が分離可能な外方部材分離形のアンギュラ玉軸受である。本実施形態では、外方部材２がハウジングＨｏ（図４Ａ）に嵌合され、内方部材４がシャフトＳｈ（図４Ａ）に嵌合されている。

　本実施形態の保持器８は、合成樹脂製の円環形保持器で、内周側からボール６を自在に収納できる円形のポケット８ａが周方向に等間隔で形成されている。保持器８の材質は、例えば、ＰＡ９Ｔ＋ＧＦ３０％（３０％ガラス充填ポリアミド９Ｔ）である。ただし、保持器８の材質はこれに限定されない。

　内方部材４は、その外周面に軌道溝４ａを有している。この軌道溝４ａをボール６が転動する。内方部材４は、さらに、外周面における軌道溝４ａの軸方向一方側（図１の左側）にカウンタボア部４ｂを有している。カウンタボア部４ｂは、軌道溝４ａの肩部が切り落とされた部分であり、反カウンタボア部４ｃ（図１の右側）よりも小径となっている。カウンタボア部４ｂは、軌道溝４ａから内方部材４の一端面４ｄに向かって軸方向に延びている。

　内方部材２は、その外周面に、カウンタボア部４ｂに隣接してカウンタボア部４ｂより縮径する第１の段差１０を有している。つまり、内方部材２の外周面に、第１の段差１０を介して軌道溝４ａに連なるカウンタボア部４ｂと、一端面４ｄに連なる小径部４ｅが形成されている。小径部分４ｅも軸方向に延びている。

　本実施形態では、第１の段差１０は傾斜面１０ａを有している。傾斜面１０ａは、カウンタボア部４ｂから小径部分４ｅに向かって縮径するように傾斜している。ただし、第１の段差１０は傾斜しているものに限定されず、斜面が径方向に延びる段差であってもよい。

　ボール６のピッチ円径（ＰＣＤ）をＰ、ボール６の直径をＤｗとすると、内方部材４の軌道溝４ａ、カウンタボア部４ｂおよび第１の段差１０の寸法は以下のように設定されている。

　内方部材４の軌道溝４ａの溝底４ａａからカウンタボア部４ｂまでの径方向距離Ｍは、ボール６のピッチ円径Ｐの０．２～０．７％である（Ｍ＝０．００２Ｐ～０．００７Ｐ）。ここで、軌道溝４ａの溝底４ａａは、軌道溝４ａにおける最も凹んだ部分、つまり最も径が小さい部分である。

　内方部材４のカウンタボア部４ｂの軸方向寸法Ｚは、ボール６の直径Ｄｗの８～２０％である（Ｚ＝０．０８Ｄｗ～０．２０Ｄｗ）。第１の段差１０の高さＸは、ボール６のピッチ円径Ｐの０．１～０.５％である（Ｘ＝０．００１Ｐ～０．００５Ｐ）。

　外方部材２は、その内周面に軌道溝２ａを有している。この軌道溝２ａをボール６が転動する。外方部材４は、さらに、内周面における軌道溝２ａの軸方向他方側（図１の右側）にカウンタボア部２ｂを有している。カウンタボア部２ｂは、軌道溝２ａの肩部が切り落とされた部分であり、反カウンタボア部２ｃ（図１の左側）よりも大径となっている。カウンタボア部２ｂは、軌道溝２ａから外方部材２の他端面２ｄまで軸方向に延びている。

　外方部材２は、その内周面に、軌道溝２ａに隣接して軌道溝２ａより拡径する第２の段差１２を有している。つまり、外方部材２の軌道溝２ａとカウンタボア部２ｂが、第２の段差１２を介して連接されている。第２の段差１２の高さＹは、ボール６のピッチ円径Ｐの０．１～０．５％である（Ｙ＝０．００１Ｐ～０．００５Ｐ）。

　図２Ａは外方部材２の拡大断面図で、図２Ｂは図２ＡのＢ部の拡大図である。図２Ｂに示すように、外方部材２は、その軌道溝２ａにおける第２の段差１２に隣接する部分にストレート部１４を有している。ストレート部１４は、軌道溝２ａの溝底２ａａから第２の段差１２に向かって軸方向に延びている。ストレート部１４は、図２ＡにおいてＲで示す範囲である。ここで、軌道溝２ａの溝底２ａａは、軌道溝２ａにおける最も凹んだ部分、つまり最も径が大きい部分である。

　図３に保持器８およびボール６の内方部材４への組み付け手順を示す。図３のステップ（Ａ）は、ボール６が内方部材４の小径部４ｅに載った状態である。この状態では、保持器８とボール６にはポケットすきまがあり、保持器８は弾性変形していない。図３のステップ（Ｂ）は、ボール６が内方部材４の第１の段差１０の傾斜面１０ａに載った状態である。この状態では、ポケットすきまが徐々に減少している。

　図３のステップ（Ｃ）は、ボール６が内方部材４のカウンタボア部４ｂに載った状態である。この状態では、保持器８とボール６にポケットすきまがなくなり、保持器８が弾性変形する。図３のステップ（Ｄ）は、ボール６がカウンタボア４ｂを乗り越えて軌道溝４ａに嵌まった状態、すなわち、内方部材４，ボール６および保持器８のアッシー部品Ａｓが完成した状態である。この状態では、保持器８とボール６にはポケットすきまがある。

　図３のステップ（Ｃ）の状態が長いと保持器８の弾性域を超えてしまい、組み立てが困難となる。あるいは、保持器８が塑性変形してしまう可能性があり、カウンタボア部４ｂを乗り越えた場合でも、外れてしまう可能性がある。

　本実施形態では、内方部材４のカウンタボア部４ｂの軸方向寸法Ｚがボール６の直径Ｄｗの８～２０％に設定されている。これにより、保持器８の弾性変形量が少なくなり、且つ変形時間を短縮することができる。その結果、保持器８の塑性変形を防止することができる。すなわち、内方部材４の幅Ａ（軸方向寸法）が大きくても、保持器８およびボール６を内方部材４に組み込むことができる。しかも、保持器８が塑性変形しないので、組み込まれた保持器８およびボール６が内方部材３から外れることがない。さらに、保持器８の形状を問わず、弾性変形しにくい材料の保持器８であっても内方部材４に容易に組み込むことができる。

　図４Ａおよび図４Ｂは、アッシー部品Ａｓに外方部材２を組み込む状態を示す。図４Ａは外方部材２にカウンタボア部２ｂを有する本実施形態の軸受で、図４Ｂは外方部材２にカウンタボア部２ｂのない比較例の軸受である。

　図４Ａの軸受では、外方部材２のカウンタボア２ｂの第２の段差１２がインローの役割を果たしているので、ボール６を軌道溝２ａまでガイドすることができる。また、外方部材２がカウンタボア２ｂを有するので、内方部材２の内径の中心Ｃ１と外方部材の外径の中心Ｃ２に遊びができて、組み込みやすい。

　一方、図４Ｂの軸受では、第２の段差１２およびカウンタボア部２ｂがないので、外方部材２とボール６との接触を回避するために、内方部材２の内径の中心Ｃ１と外方部材の外径の中心Ｃ２の位置を厳密に合わせる必要がある。また、外方部材２はハウジングＨｏに組み込まれ、内方部材４はシャフトＳｈに組み込まれた状態で組み立てられるので、シャフトＳｈやその他の部品の分だけ、内方部材４の重量が大きくなる。したがって、ボール６が外方部材２と接触すると、ボール６に傷が付きやすくなり、軸受寿命が短くなる恐れがある。

　図５Ａ、図５Ｂ，図５Ｃに示すアンギュラ玉軸受の保持器の形状および表１に示すアンギュラ玉軸受の保持器の材質における第１の段差１０の有無による組立性（保持器８の内方部材４への組み付け易さ）および組込み後の取扱性（組立後のアッシー部品Ａｓの分解し難さ）を評価した。

　図５Ａの保持器形状（１）は、上記実施形態と同じ円環形の保持器である。図５Ｂの保持器形状（２）は、合成樹脂製の冠形（クラウン形）の保持器である。図５Ｃの保持器形状（３）は、鉄板形の保持器である。表１の実施例１，２および比較例１では、保持器形状（１）の保持器８が使用されている。実施例３，４および比較例２では、保持器形状（２）の保持器８が使用されている。実施例５および比較例３では、保持器形状（３）の保持器８が使用されている。

　樹脂保持器８の材質は、軟らかい材料の代表例としてＰＡ６６＋ＧＦ３０％（３０％ガラス充填ナイロン６６）を選定し、硬い材料の代表例としてＰＡ９Ｔ＋ＧＦ３０％（３０％ガラス充填ポリアミド９Ｔ）を選定した。また、樹脂保持器の比較として鋼板製（ＳＰＣＣ）の保持器を比較評価した。表１の実施例１，３および比較例１では、ＰＡ６６＋ＧＦ３０％の保持器８が使用されている。実施例２，４および比較例２では、ＰＡ９Ｔ＋ＧＦ３０％の保持器８が使用されている。実施例５および比較例３では、鋼板製（ＳＰＣＣ）の保持器８が使用されている。

　表１中の「◎」は実施可能且つ効果が高いことを表す。「○」は「◎」よりも性能は劣るが、実施可能であることを表す。「△」は「○」よりも性能は劣るが、実施可能であることを表す。「×」は効果が低いことを表す。

実施例１～５のように、内方部材４の第１の段差１０の高さＸがボールのピッチ円径の０．１～０．５％で、内方部材４のカウンタボア部４ｂの軸方向寸法Ｚがボール６の直径Ｄｗの８～２０％とすることで、保持器形状、保持器の材質に関わらず組み立てできる。また、内方部材４の軌道溝４ａの溝底４ａａからカウンタボア部４ｂまでの径方向距離Ｚをボール６のピッチ円径Ｐの０．２～０．７％とすることで、組み立て後の内方部材４が分解しにくくなり、作業性の向上が図られる。

　特に、硬い材質の保持器８を用いた実施例２，４，５においても、組立性および組込み後の取扱性の両方が優れていることが確認された。軟らかい保持器８を用いた比較例１では、組立可能で、取扱性も悪くなかったが、実施例１～５に比べると効果は劣っていた。硬い材質の保持器８を用いた比較例２，３においては、組立性および取扱性の両方で効果が見られなかった。

　上記構成によれば、図１に示す内方部材４のカウンタボア部４ｂに第１の段差１０を設けたことで、図３に示す保持器８およびボール６を組み込む際、ボール６が小径部４ｅによりカウンタボア部４ｂへガイドされ、ボール６および保持器８を内方部材４に組み込みやすい。つまり、図１の内方部材４の第１の段差１０の高さＸをボール９のピッチ円径Ｐの０．１～０．５％とし、内方部材４のカウンタボア部４ｂの軸方向寸法Ｚをボール６の直径Ｄｗの８～２０％とすることで、保持器８およびボール６の内方部材４への組み付けやすくなる。さらに、内方部材４の軌道溝４ａの溝底４ａａからカウンタボア部４ｂまでの径方向距離Ｍをボール６のピッチ円径Ｐの０．２～０．７％とすることで、組立後に、保持器８がボール６の自重程度の力を受けて撓んでも、内方部材４から外れない。

　また、内方部材４のカウンタボア部４ｂの軸方向寸法Ｚをボール径Ｄｗの８～２０％とすることで、保持器８の変形量が抑制され、変形時間を短縮することができる。その結果、鋼板製保持器や、ポリエーテルエーテルケトン樹脂（ＰＥＥＫ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリアミド９Ｔ（ＰＡ９Ｔ）等の剛性の高い樹脂製保持器の組み込みも可能となり、組立後に保持器８が内方部材４から外れて分解する恐れも少ない。したがって、アッシー部品Ａｓに対する外方部材２の脱着も容易になり、軸受の組み込み性が向上する。このように、保持器８およびボール６の内方部材４への組み付けが容易で、且つ組付け後に保持器８が内方部材４から分離しくいので、組立時や機械への組込時に、取り扱いやすく、作業効率も向上する。

　また、第１の段差１０が傾斜面１０ａを有するので、保持器８およびボール６がスムーズに内方部材４のカウンタボア部４ｂを乗り越えることができ、組立性が向上する。

　外方部材２は、その内周面に、第２の段差１２を有し、第２の段差１２の高さＹがボール６のピッチ円径Ｐの０．１～０．５％である。図４Ａに示すように、分離後に、再び組み立てる際にも、外方部材２のカウンタボア部２ｂがインローの役割を果たし、ボール６を軌道溝２ａまでガイドするので、組み込みやすい。また、外方部材２がカウンタボア２ｂを有するので、内方部材２の内径の中心Ｃ１と外方部材の外径の中心Ｃ２に遊びができて、組み込みやすい。

　図３に示すように、外方部材２がストレート部１４を有し、このストレート部１４からカウンタボア部２ｂの第２の段差１２に繋がっている。これにより、ボール６が引っ掛かることなく分離できるとともに、外方部材２をアッシー部品Ａｓにスムーズに組み込むことができる。したがって、軸受の組立性が向上する。

　本発明は、以上の実施形態に限定されるものでなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内で、種々の追加、変更または削除が可能である。したがって、そのようなものも本発明の範囲内に含まれる。

１　アンギュラ玉軸受
２　外方部材
２ａ　外方部材の軌道溝
４　内方部材
４ａ　内方部材の軌道溝
４ａａ　内方部材の軌道溝の溝底
４ｂ　内方部材のカウンタボア部
６　ボール
８　保持器
１０　第１の段差
１０ａ　傾斜面
１２　第２の段差
１４　ストレート部
Ａｓ　アッシー部品
Ｄｗ　ボールの直径
Ｍ　径方向距離
Ｐ　ボールのピッチ円径
Ｘ　第１の段差の高さ
Ｙ　第２の段差の高さ
Ｚ　内方部材のカウンタボア部の軸方向寸法

Claims

　外方部材と、内方部材と、前記外方部材と前記内方部材との間に介在された転動体であるボールと、前記ボールを保持する保持器とを備え、前記内方部材、前記ボールおよび前記保持器からなるアッシー部品から前記外方部材が着脱可能なアンギュラ玉軸受であって、
　前記内方部材の軌道溝の溝底から内方部材のカウンタボア部までの径方向距離Ｍが、前記ボールのピッチ円径の０．２～０．７％であり、
　前記内方部材のカウンタボア部の軸方向寸法Ｚが前記ボールの直径Ｄｗの８～２０％であり、
　前記内方部材は、その外周面に、前記内方部材のカウンタボア部に隣接して前記内方部材のカウンタボア部より縮径する第１の段差を有し、
　前記第１の段差の高さＸが、前記ボールのピッチ円径の０．１～０.５％であるアンギュラ玉軸受。
　請求項１に記載のアンギュラ玉軸受において、前記第１の段差が傾斜面であるアンギュラ玉軸受。
　請求項１または２に記載のアンギュラ玉軸受において、前記外方部材は、その内周面に、前記外方部材の軌道溝に隣接して前記外方部材の軌道溝より拡径する第２の段差を有し、
　前記第２の段差の高さＹが前記ボールのピッチ円径の０．１～０．５％であるアンギュラ玉軸受。
　請求項３に記載のアンギュラ玉軸受において、前記外方部材は、前記外方部材の軌道溝における前記第２の段差に隣接する部分にストレート部を有するアンギュラ玉軸受。