WO2025192590A1 - 保持器及び転がり軸受 - Google Patents

Abstract

保持器（５）は、環状の基部（５１）と、前記基部（５１）から軸方向に突出する柱部（５２）と、周方向に隣り合う２つの前記柱部（５２）の間に形成されて、転動体（４）の少なくとも一部を収容するポケット部（５３）と、を備える。前記ポケット部（５３）は、前記転動体（４）により径方向及び軸方向の移動を規制されるように構成される。前記ポケット部（５３）の径方向幅（Ｗ５）は前記ポケット部（５３）の軸方向幅（Ｗ４）の０．６倍以上である。

Description

保持器及び転がり軸受

　本発明は、保持器及び転がり軸受に関する。

　例えば特許文献１には、いわゆる冠型の保持器を有する玉軸受が開示されている。この保持器は、円環部と、この円環部の軸方向の片方の端面に形成された複数の柱部と、を有している。周方向に隣接する２つの柱部の間に、転動体である玉を収容するポケットが形成されている。玉軸受内において、保持器は所定の間隔で複数の玉を保持している。

特許第５０１２４９９号公報

　外輪及び内輪の相対的な高速回転時、玉及び保持器はともに回転する。保持器には径方向外側に遠心力が作用する。柱部は径方向外側に向かって変形する。径方向外側に最も大きく変形する柱部の先端が例えば外輪の内周面に接触すると、柱部が摩耗して異常発熱を引き起こすことがある。

　そこで、本発明は、高速回転時の変形を抑制することができる保持器及び当該保持器を有する転がり軸受を提供することを目的とする。

　本発明の一態様に係る保持器は、環状の基部と、前記基部から軸方向に突出する柱部と、周方向に隣り合う２つの前記柱部の間に形成されて、転動体の少なくとも一部を収容するポケット部と、を備え、前記ポケット部は、前記転動体により径方向及び軸方向の移動を規制されるように構成され、前記ポケット部の径方向幅は前記ポケット部の軸方向幅の０．６倍以上である。

　本発明の一態様に係る転がり軸受は、内輪と、外輪と、前記内輪及び前記外輪との間に配置された複数の転動体と、前記複数の転動体を保持する上述の保持器と、を備え、前記保持器の前記柱部の外径は前記外輪の内径よりも小さい。

　本発明によれば、高速回転時の変形を抑制することができる保持器及び当該保持器を有する転がり軸受を提供することができる。

本発明の一実施形態に係る転がり軸受１の構造を概略的に示す斜視図である。 図１の２－２線に沿った断面図である。 本発明の第１実施形態に係る保持器５の構造を概略的に示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る保持器５の構造を概略的に示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る保持器５の構造を概略的に示す斜視図である。 本発明の第１実施形態に係る保持器５の構造を概略的に示す平面図である。 図２の７－７線に沿った断面の一部の拡大断面図である。 図７の８－８線に沿った断面図である。 図５の９－９線に沿った断面図である。 保持器５の寸法設計について説明するための転がり軸受１の一部の部分拡大断面図である。 本発明の第２実施形態に係る保持器５Ａの構造を概略的に示す斜視図である。 図１１の１２－１２線に沿った断面図である。 本発明の第３実施形態に係る保持器５Ｂの構造を概略的に示す斜視図である。 図１３の１４－１４線に沿った断面図である。 本発明の第４実施形態に係る保持器５Ｃの構造を概略的に示す斜視図である。 本発明の第４実施形態に係る保持器５Ｃの構造を概略的に示す斜視図である。 図１５の１７－１７線に沿った断面図である。

　以下、添付図面を参照して、本発明の一実施形態について説明する。図１は、本発明の一実施形態に係る転がり軸受１の構造を概略的に示す斜視図である。転がり軸受１は、例えば、工作機械等に組み込まれる高速のスピンドルモータや電気自動車に組み込まれる駆動モータ等に適用される。この転がり軸受１は、内輪２と、外輪３と、複数の転動体４と、保持器５と、を備えている。内輪２、外輪３及び保持器５は、軸線ｘを中心軸線とする環状の部材である。軸線ｘは、転がり軸受１の軸線と保持器５の軸線とを兼ねる。転がり軸受１は、一例では、外輪３がモータのハウジングに固定される一方で、内輪２がモータのシャフトに固定される。

　図２は、図１の２－２線に沿った断面図である。図１及び図２を併せて参照すると、内輪２及び外輪３は軸線ｘを中心とする円筒状に形成される。軸線ｘに沿った方向（以下、「軸方向」という。）に直交する径方向において、内輪２の外側に外輪３が配置される。内輪２の外周面２１には外輪３の内周面３１が対向する。内輪２の外周面２１には、外周面２１から径方向内側に凹む環状の軌道溝２２が形成される。同様に、外輪３の内周面３１には、内周面３１から径方向外側に凹む環状の軌道溝３２が形成される。これらの軌道溝２２及び軌道溝３２の間に複数の転動体４が軸線ｘ周りの周方向に配列される。この例では、内輪２及び外輪３の間には周方向に７つの転動体４が配列されている。

　転動体４は球体（玉）であり、したがって、転がり軸受１は転がり玉軸受である。内輪２及び外輪３の間で、複数の転動体４は保持器５によって周方向に所定の間隔を空けて保持されている。内輪２及び外輪３は、例えばステンレス鋼等の金属材料から形成される。転動体４は、例えばステンレス鋼又はセラミック等から形成される。保持器５は、例えばポリアミド等の樹脂材料から形成される。なお、内輪２及び外輪３の間の空間にはグリース等の潤滑剤（図示せず）が充填される。潤滑剤は、転動体４と内輪２及び外輪３との間の摩擦を低減する。内輪２及び外輪３の間の空間を密封する１対のシールド（図示せず）が配置されてもよい。シールドによれば、空間から外側への潤滑剤の漏出や空間内への異物の侵入が回避される。

　図３は、保持器５を軸方向の一方の側から見た場合の斜視図である。図４は、保持器５を軸方向の他方の側から見た場合の斜視図である。なお、説明の便宜上、軸方向の一方の側を上側と規定し、軸方向の他方の側を下側と規定する。なお、この「上」及び「下」は重力方向における上下とは必ずしも一致しなくてもよい。図３及び図４では、保持器５に転動体４が保持された状態が示されている。保持器５は、基部５１と、複数の柱部５２と、複数のポケット部５３と、を有している。基部５１は、軸線ｘを中心軸線とする環状に形成されている。複数の柱部５２は基部５１から軸方向に上側に突出する。図４に示すように、基部５１の下面５１ａは、軸線ｘに直交する平面に沿って規定される。

　複数の柱部５２は周方向に所定の間隔を空けて配列されている。この例では、周方向に７つの柱部５２が形成されている。各ポケット部５３は、周方向に隣り合う２つの柱部５２、５２の間に形成されている。この例では、周方向に７つのポケット部５３が形成されている。各ポケット部５３に１つの転動体４が保持されている。各ポケット部５３は転動体４の少なくとも一部を収容する。各柱部５２には、柱部５２の上端面５２ａから軸方向に下側に凹むグリースポケット５４が形成される。この例では、グリースポケット５４は、各柱部５２の径方向の内端から外端まで延びている。グリースポケット５４は前述の潤滑剤を保持することができる。なお、柱部５２の上端面５２ａは、この例では、軸線ｘに直交する平面に沿って広がる。

　図５は、保持器５の構造を概略的に示す保持器５単体の斜視図である。図６は、保持器５の構造を概略的に示す保持器５単体の平面図である。図５及び図６を併せて参照すると、各ポケット部５３は、径方向内側に形成された内側開口５５と、径方向外側に形成された外側開口５６と、軸方向の上側に形成された上側開口５７と、で開放されている。内側開口５５と外側開口５６とは径方向に互いに対向している。上側開口５７は、内側開口５５と外側開口５６とを接続する。この例では、内側開口５５、外側開口５６及び上側開口５７は概ね円弧状に形成されている。各ポケット部５３は、転動体４の球面に対向する球面５８を規定する。球面５８は、例えば転動体４の中心周りに転動体４の球面に部分的に対向する球面で規定される。

　各柱部５２は、基部５１よりも径方向外側に向かって突出する１対の爪部５９、５９を有している。爪部５９、５９は柱部５２の上端面５２ａに沿って径方向外側に延在する。１対の爪部５９、５９は、径方向に延びるグリースポケット５４によって周方向に隔てられている。各柱部５２において、１対の爪部５９、５９は径方向外側に向かうにつれて周方向に互いに離れる周縁５９ａを有している。すなわち、周方向に隣り合う２つの柱部５２、５２において、一方の柱部５２の爪部５９とこの爪部５９に周方向に隣り合う他方の柱部５２の爪部５９とは、径方向外側に向かうにつれて周方向に互いに近づく周縁５９ａを有している。図６に示すように、爪部５９の外縁５９ｂの外径ＯＤ１は、基部５１の外周面の外径ＯＤ２よりも大きい。

　図７は、図２の７－７線に沿った断面の一部の拡大断面図である。図７に示す断面は、軸線ｘに直交する平面であるとともに、転動体４の中心Ｃを含む平面に沿って規定される。図７に示すように、内側開口５５には、この断面内において周方向に沿って周方向幅Ｗ１が規定される。ここでは、周方向幅Ｗ１は、周方向に沿った内側開口５５の両縁間の直線距離の最大値である。内側開口５５の周方向幅Ｗ１は、転動体４の径Ｄよりも小さく規定される。また、外側開口５６には、この断面内において周方向に沿って周方向幅Ｗ２が規定される。ここでは、周方向幅Ｗ２は、周方向に沿った外側開口５６の両縁間の直線距離の最大値である。外側開口５６の周方向幅Ｗ２は、転動体４の径Ｄよりも小さく規定される。こうして各ポケット部５３は径方向に転動体４を保持している。

　前述したように、内輪２及び外輪３との間に複数の転動体４が配置されている。転動体４は、内輪２の軌道溝２２及び外輪３の軌道溝３２内を摺動しつつ転がる。転動体４の径方向の移動は抑制される。ポケット部５３の内側開口５５の周方向幅Ｗ１及び外側開口５６の周方向幅Ｗ２は転動体４の径Ｄよりも小さいので、転動体４によってポケット部５３すなわち柱部５２の径方向における移動が規制される。図７から明らかなように、転動体４は、保持器５のポケット部５３の内側開口５５から径方向外側及び外側開口５６から径方向内側にその一部を露出させている。この例では、径方向外側に露出した転動体４の径方向長さＬ１及び径方向内側に露出した転動体４の径方向長さＬ２の和は、転動体４の径Ｄの１０％以上５０％以下であることが好ましく、径Ｄの１０％以上３０％以下であることがさらに好ましい。

　図８は、図７の８－８線に沿った断面図である。図８に示す断面は、転動体４の中心Ｃを含む平面に沿って規定される。図８に示すように、上側開口５７には、この断面において周方向に周方向幅Ｗ３が規定される。ここでは、周方向幅Ｗ３は、周方向に沿った上側開口５７の両縁間の直線距離の最大値である。上側開口５７の周方向幅Ｗ３は、転動体４の径Ｄよりも小さく規定される。こうして各ポケット部５３は軸方向に転動体４を保持している。転動体４は内輪２の軌道溝２２及び外輪３の軌道溝３２内を摺動しつつ転がるので、転動体４の軸方向の移動は抑制される。その結果、転動体４によってポケット部５３すなわち柱部５２の軸方向における移動が規制される。図８から明らかなように、転動体４は、保持器５のポケット部５３の上側開口５７から軸方向の上側にその一部を露出させている。この例では、軸方向に露出した転動体４の軸方向長さＬ３は、転動体４の径Ｄの３０％以上５０％未満であることが好ましく、径Ｄの４０％以上５０％未満であることがさらに好ましい。

　図９は、図５の９－９線に沿った断面図である。図９に示すように、各ポケット部５３では、柱部５２の上端面５２ａから球面５８の最深部までの軸方向の幅である軸方向幅Ｗ４が規定される。一方で、各ポケット部５３では、柱部５２の内周面５２ｂから外周面５２ｃまでの幅である径方向幅Ｗ５が規定される。柱部５２の内周面５２ｂは軸線ｘを中心軸線とする円筒面で規定される。柱部５２の外周面５２ｃは爪部５９の外縁５９ｂに一致する。各ポケット５３において、径方向幅Ｗ５は軸方向幅Ｗ４の０．６倍以上の大きさに規定される。ただし、径方向幅Ｗ５は、軸方向幅Ｗ４の０．７倍以上、０．８倍以上、０．９倍以上、１．０倍以上、１．１倍以上であってもよい。また、径方向幅Ｗ５は、内輪２の外周面２１と外輪３の内周面３１との間の距離より小さく規定される。この例では、径方向幅Ｗ５は軸方向幅Ｗ４よりも大きく規定される。言い換えると、各ポケット部５３は、軸方向よりも径方向においてより大きく形成された扁平な形状を有している。

　ここで、図２に戻ると、転がり軸受１では、上述したように、保持器５は内輪２と外輪３との間に配置されている。保持器５の柱部５２は、径方向において内輪２の軌道溝２２と外輪３の軌道溝３２とに対向している。上述した柱部５２（爪部５９の外縁５９ｂ）の外径ＯＤ２は、原則として、外輪３の内周面３１で規定される内径ＩＤよりも小さく設定される。ただし、柱部５２の爪部５８が径方向において外輪３の軌道溝３２に対向している限り、柱部５２の外径ＯＤ１は外輪３の内径ＩＤと同一に設定されてもよい。なお、柱部５２の爪部５９の外縁５９ｂは、外輪３の内周面３１から最も深い軌道溝３２の最深部に少なくとも部分的に対向していることが好ましい。

　以上のような転がり軸受１では、径方向に内輪２と外輪３との間に配置される保持器５は、複数のポケット部５３がそれぞれ転動体４を保持する。高速回転時に軸線ｘ回りに転動体４と保持器５とがともに回転すると、転動体４は内輪２の軌道溝２２及び外輪３の軌道溝３２を摺動するので、転動体４の軸方向及び径方向の移動が抑制される。こうして転動体４によってポケット部５３すなわち柱部５２の軸方向及び径方向の移動が規制される。また、ポケット部５３において、その径方向幅Ｗ５はその軸方向幅Ｗ４の０．６倍以上である。こうした構成によれば、高速回転時に保持器５に対して遠心力が作用したとしても、径方向外側への柱部５２の変形を抑制することができる。

　図１０は、保持器５の寸法設計について説明するための転がり軸受１の一部の部分拡大断面図である。図１０に示すように、転がり軸受１には以下の各寸法が設定される：内輪２の外周面２１の直径Ｌ_ｉ；外輪３の内周面３１の直径Ｌ_ｏ；内輪２及び外輪３の軸方向幅Ｂ（この例では内輪２及び外輪３で同一である）；転動体４の径Ｄ；保持器５の径方向幅Ｗ_Ｒ（柱部５２の内周面５２ｂから外周面５２ｃまでの幅）；及び、保持器５の軸方向高さｈ_Ｒ（基部５１の下面５１ａから柱部５２の上端面５２ａまでの高さ）。ここで、保持器５のアスペクト比は以下の式（１）で定義される。

　次に、保持器５の径方向幅Ｗ_Ｒは以下のとおりに定義される。具体的には、径方向幅Ｗ_Ｒは、内輪２と外輪３との間の隙間（Ｌ_ｏ－Ｌ_ｉ）と、保持器５の径方向幅Ｗ_Ｒがこの隙間（Ｌ_ｏ－Ｌ_ｉ）をどの程度の割合で占有しているかを示す占有率αと、に基づいて以下の式（２）のように表される。

　一方で、保持器５の軸方向高さｈ_Ｒは以下のとおりに定義される。具体的には、軸方向高さｈ_Ｒは、軸方向において保持器５が転動体４の径Ｄのうちのどの程度の割合をカバーしているかを示すカバー率βと、保持器５が、転動体４をカバーしている部分を除いた部分で、軸方向において内輪２又は外輪３の軸方向幅Ｂのどの程度の割合を占有しているかを示す占有係数γと、に基づいて以下の式（３）のように表される。

　以上の数式（１）～（３）によれば、保持器５のアスペクト比は以下の数式（４）で定義することができる。
なお、占有率α、カバー率β及び占有係数γはそれぞれ、以下の数式（５）の範囲であることが必要であり、かつ、以下の数式（６）の範囲であることが好ましい。
なお、保持器５が上述したシールドを有する場合、内輪２及び外輪３の軸方向幅Ｂは、シールドが装着される１対のシールド溝の間の距離として規定される。

　図１１は、本発明の第２実施形態に係る保持器５Ａの構造を概略的に示す斜視図である。図１２は、図１１の１２－１２線に沿った断面図である。図１１及び図１２に示すように、この保持器５Ａでは、保持器５と比較して、径方向に規定される基部５１の径方向幅Ｗ６（図１２参照）が小さく設定されている。すなわち、基部５１は、保持器５の基部５１と比べて、径方向に薄肉化されている。一方で、柱部５２の外周面５２ｃの外径ＯＤ２は保持器５と同一に設定されている。ポケット部５３は、前述と同様に、転動体４によって軸方向及び径方向の移動を規制されている。その他、保持器５と同様の構成には同一の参照符号を付して、ここでの重複した説明を省略する。こうした構成によれば、基部５１の薄肉化によって保持器５を軽量化することができる。一方で、この構成によっても、径方向外側への柱部５２の変形を抑制することができる。

　図１３は、本発明の第３実施形態に係る保持器５Ｂの構造を概略的に示す斜視図である。図１４は、図１３の１４－１４線に沿った断面図である。図１３及び図１４に示すように、この保持器５Ｂでは、保持器５と比較して、径方向に規定される基部５１の径方向幅Ｗ６が大きく設定されている。ただし、基部５１の外径ＯＤ２は、前述と同様に、柱部５２の外径ＯＤ１よりも小さく設定されている。この保持器５Ｂは、基部５１の下面５１ａから上側に凹む肉抜き部５１ｂをさらに有している。この例では、肉抜き部５１ｂは、軸線ｘ周りに周方向に環状に形成されている。肉抜き部５１ｂによれば、基部５１の径方向幅Ｗ６の増大に拘わらず、保持器５Ｂの重量の増加を抑制することができる。その他、保持器５と同様の構成には同一の参照符号を付して、ここでの重複した説明を省略する。こうした構成によっても、径方向外側への柱部５２の変形を抑制することができる。なお、肉抜き部５１ｂは周方向に途切れていてもよい。また、その他の条件を満たす限り、基部５１よりも径方向外側に向かって突出する爪部５９の形成が省略されてもよい。すなわち、基部５１の外周面と柱部５２の外周面とが互いに一致してもよい。

　図１５及び図１６は、本発明の第４実施形態に係る保持器５Ｃの構造を概略的に示す斜視図である。図１７は、図１５の１７－１７線に沿った断面図である。図１５は、保持器５Ｃを上側から見た場合の斜視図であり、図１６は、保持器５を下側から見た場合の斜視図である。この保持器５Ｃは保持器５Ｂの一変形例である。図１５～図１７を併せて参照すると、この保持器５Ｃでは、保持器５Ｂと比較して、肉抜き部５１ｂの深さが大きく設定されている。その結果、肉抜き部５１ｂは各ポケット部５３に連通する。すなわち、各ポケット部５３の球面５８には肉抜き部５１ｂに連通する開口部６０が形成される。こうして肉抜き部５１ｂがより大きく形成されることによって、保持器５Ｃの重量の増加をさらに抑制することができる。その他、保持器５Ｂと同様の構成には同一の参照符号を付して、ここでの重複した説明を省略する。こうした構成によっても、径方向外側への柱部５２の変形を抑制することができる。

　以上説明した実施形態は、本発明の理解を容易にするためのものであり、本発明を限定して解釈するためのものではない。また、上述の実施形態は、本発明が利用される利用対象を限定するものではなく、本発明はあらゆるものをその利用対象として含み得る。上記実施形態が備える各構成要素並びにその配置、材料、条件、形状及びサイズ等は、例示したものに限定されるわけではなく、適宜変更することができる。例えば、本発明は、製造上の公差等の実施において発生する差を含むものである。また、技術的に矛盾しない範囲において、異なる実施形態で示した構成要素同士を部分的に置換し又は組み合わせることができる。また、上述した課題及び効果の少なくとも一部を奏するように、各構成を適宜選択的に組み合わせることができる。

　１　転がり軸受、２　内輪、２１　外周面、２２　軌道溝、３　外輪、３１　内周面、３２　軌道溝、４　転動体、５、５Ａ、５Ｂ、５Ｃ　保持器、５１　基部、５１ａ　下面、５１ｂ　肉抜き部、５２　柱部、５２ａ　上端面、５２ｂ　内周面、５２ｃ　外周面、５３　ポケット部、５４　グリースポケット、５５　内側開口、５６　外側開口、５７　上側開口、５８　球面、５９　爪部、５９ａ　周縁、５９ｂ　外縁、６０　開口部、ｘ　軸線

Claims (8)

1. 　環状の基部と、
   　前記基部から軸方向に突出する柱部と、
   　周方向に隣り合う２つの前記柱部の間に形成されて、転動体の少なくとも一部を収容するポケット部と、を備え、
   　前記ポケット部は、前記転動体により径方向及び軸方向の移動を規制されるように構成され、
   　前記ポケット部の径方向幅は前記ポケット部の軸方向幅の０．６倍以上である、保持器。
2. 　前記柱部の外径は前記基部の外径よりも大きい、請求項１に記載の保持器。
3. 　前記ポケット部の径方向内側には内側開口が形成され、
   　前記ポケット部の径方向外側には外側開口が形成され、
   　前記内側開口及び前記外側開口の周方向幅は前記転動体の径よりも小さい、請求項１に記載の保持器。
4. 　前記ポケット部の軸方向上側には上側開口が形成され、
   　前記上側開口の周方向幅は前記転動体の径よりも小さい、請求項１に記載の保持器。
5. 　内輪と、
   　外輪と、
   　前記内輪及び前記外輪との間に配置された複数の転動体と、
   　前記複数の転動体を保持する請求項１に記載の保持器と、を備え、
   　前記保持器の前記柱部の外径は前記外輪の内径よりも小さい、転がり軸受。
6. 　前記転動体は前記保持器から軸方向に露出しており、
   　露出した前記転動体の軸方向長さは、前記転動体の径の３０％以上５０％未満である、請求項５に記載の転がり軸受。
7. 　前記内輪の外周面で規定される直径をＬ_ｉ、前記外輪の内周面で規定される直径をＬ_ｏ、前記内輪及び前記外輪の軸方向幅をＢ、前記転動体の径をＤ、前記直径Ｌ_ｏと前記直径Ｌ_ｉとの差分に対する前記保持器の占有率をα、軸方向における前記径Ｄに対する前記保持器のカバー率をβ、軸方向の前記転動体以外の領域における前記軸方向幅Ｂに対する前記保持器の占有係数をγとすると、前記保持器の径方向幅に対する軸方向高さのアスペクト比は、
   で規定され、前記占有率α、前記カバー率β及び前記占有係数γは、
   を満たす、請求項５に記載の転がり軸受。
8. 　前記占有率α、前記カバー率β及び前記占有係数γは、
   を満たす、請求項７に記載の転がり軸受。