JP4992562B2

JP4992562B2 - 玉軸受

Info

Publication number: JP4992562B2
Application number: JP2007154282A
Authority: JP
Inventors: 潤司小野
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2007-06-11
Filing date: 2007-06-11
Publication date: 2012-08-08
Anticipated expiration: 2027-06-11
Also published as: JP2008304033A

Description

本発明は玉軸受に関する。

各種回転部分を支持するために、例えば図５に示すような玉軸受が広く使用されている。この玉軸受は、外周面に内輪軌道１０１を有する内輪１０２と、内周面に外輪軌道１０３を有する外輪１０４と、が同心に配され、内輪軌道１０１と外輪軌道１０３との間に複数の玉１０５が転動自在に配された構造を有している。
複数の玉１０５は、図６，７に示すような保持器１０７に転動自在に保持されている。この保持器１０７は冠形保持器と呼ばれるもので、合成樹脂を射出成形することにより一体に形成されている。この保持器１０７は、円環状の主部１０８と、この主部１０８の軸方向一端面に設けられた複数のポケット１０９と、を備えていて、各ポケット１０９は、主部１０８の軸方向一端面に設けられた凹部１１０と、凹部１１０の縁に互いに間隔をあけ対向して配置された１対の弾性片１１１，１１１とから形成されている。そして、この１対の弾性片１１１，１１１の互いに対向する面と凹部１１０の内面とは、連続して１つの球状凹面又は円筒面を形成している。

このような保持器１０７は、弾性片１１１，１１１の間隔を弾性的に押し広げつつ、１対の弾性片１１１，１１１の間に玉１０５を押し込むことにより、各ポケット１０９内に玉１０５を転動自在に保持することができる。
また、このような冠形保持器を構成する材料としては、従来から、ナイロン４６、ナイロン６６、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリ四弗化エチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等の合成樹脂が一般的に使用されている。また、これらの合成樹脂中にガラス繊維（ＧＦ）、炭素繊維（ＣＦ）等の補強材を１０〜４０質量％程度含有させることにより、高温下での靱性及び機械的強度を高められることが知られている。

このような玉軸受は、高温，高速等の過酷な条件下で使用される場合が多くなっている。例えばハイブリッド車用の駆動モータやオルタネータの回転支持部分に組み込まれる玉軸受の場合は、高温（１００℃以上）且つ高速（回転速度１００００ｍｉｎ^-1以上又はｄｍｎ６０万以上）で使用される場合が多い。なお、ｄｍｎのｄｍは軸受ピッチ円径（単位はｍｍ）であり、ｎは軸受の回転速度（単位はｍｉｎ^-1）である。このような使用条件下においては、玉軸受内の保持器１０７は、内輪１０２の外周面と外輪１０４の内周面との間に存在する潤滑油やグリースと共に高速で回転する。そして高速回転時の保持器１０７には、遠心力に基づく径方向外方に向く力、玉１０５の公転に基づく拘束力（回転方向の力）、潤滑油やグリースの攪拌抵抗等が組み合わされた複雑な力が加わる。

このような複雑な力によって保持器１０７は不規則な運動を繰り返し、衝撃を伴なう複雑な外部応力を受ける。よって、上記のような高温且つ高速の使用条件下で長時間運転を継続すると、遠心力の作用により弾性変形又は塑性変形する。その結果、各ポケット１０９の内面と各玉１０５の転動面との間の隙間が大きくなる。さらには、各ポケット１０９の内面が、玉１０５の転動面から受ける力も加わって摩耗する。そして、この隙間が大きくなると、次のような問題を生じる。

まず第一に、玉軸受の回転に伴って保持器１０７が細かく振動し、各ポケット１０９の摩耗を更に促進するだけでなく、有害な振動や騒音を発生する。第二に、玉１０５による保持器１０７の拘束が解かれる結果、保持器１０７が部分的に又は全体的に変位して、保持器１０７の一部が相手面と擦れ合う。例えば、ポケット１０９を構成する弾性片１１１が、例えば遠心力に基づいて径方向外方に変位し（図８を参照）、各弾性片１１１の外周面と外輪１０４の内周面とが擦れ合う。
このような問題を解決するため、金属製の補強部材を備えた樹脂製保持器が提案されている（例えば特許文献１，２）。金属製の補強部材により保持器の剛性が高められるので、高温，高速条件下で使用されても前述のような変形が生じにくくなっている。
特開平８−１４５０６１号公報特開平９−７９２６５号公報

しかしながら、特許文献１，２に記載の玉軸受は、樹脂製保持器に金属製の補強部材を設けるため、玉軸受の製造コストアップの要因になるという問題点があった。
そこで、本発明は前述のような従来技術が有する問題点を解決し、保持器の変形が生じにくく高温，高速条件でも好適に使用可能で且つ安価な玉軸受を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係る請求項１の玉軸受は、内輪と、外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に配された複数の転動体と、前記内輪及び前記外輪の間に前記転動体を保持する樹脂製の保持器と、を備える玉軸受において、前記保持器は、前記転動体を保持する複数のポケットが環状主部の軸方向一端面に形成された冠形保持器であり、前記保持器の径方向幅が軸方向両端間にわたって一定であり、前記環状主部の軸方向他端面と前記ポケットの球状内面の底部との間の長さによって前記保持器の重心の軸方向位置が調整され、前記保持器の重心の軸方向位置と前記ポケットの球状内面の曲率中心との間の軸方向距離が、前記ポケットの球状内面の曲率半径の０．６倍以上０．９倍以下とされていることを特徴とする。

また、本発明に係る請求項２の玉軸受は、内輪と、外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に配された複数の転動体と、前記内輪及び前記外輪の間に前記転動体を保持する樹脂製の保持器と、を備える玉軸受において、前記保持器は、前記転動体を保持する複数のポケットが環状主部の軸方向一端面に形成された冠形保持器であり、前記保持器の径方向幅が軸方向両端間にわたって一定であり、前記環状主部の軸方向他端面と前記ポケットの球状内面の底部との間の長さによって前記保持器の重心の軸方向位置が調整され、前記保持器の重心の軸方向位置と前記ポケットの球状内面の曲率中心との間の軸方向距離が、前記ポケットの球状内面の曲率半径の０．６５倍以上０．８５倍以下とされていることを特徴とする。

さらに、本発明に係る請求項３の玉軸受は、請求項１又は請求項２に記載の玉軸受において、軸受温度１００℃以上且つ回転速度１００００ｍｉｎ^-1以上の条件で使用されることを特徴とする。
さらに、本発明に係る請求項４の玉軸受は、請求項１又は請求項２に記載の玉軸受において、軸受温度１００℃以上且つｄｍｎ６０万以上の条件で使用されることを特徴とする。

本発明の玉軸受は、保持器が変形しにくいため高速，高温条件下においても好適に使用可能であるとともに安価である。

本発明に係る玉軸受の実施の形態を、図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、本発明に係る玉軸受の一実施形態を示す縦断面図である。また、図２は、図１の玉軸受に使用されている保持器の斜視図であり、図３は、図２の保持器の部分断面図である。
図１の玉軸受は、内輪１と、外輪２と、内輪１及び外輪２の間に転動自在に配された複数の玉３（転動体）と、内輪１及び外輪２の間に複数の玉３を保持する樹脂製の保持器４と、シールドと、を備えている。
また、内輪１と外輪２との間で玉３が配された軸受空間には、図示しない潤滑剤（例えば潤滑油やグリース）が充填されている。そして、この潤滑剤により、内輪１及び外輪２の軌道面と玉３との接触面が潤滑されている。なお、シールドの代わりにシールを用いてもよいし、シールやシールド等のシール装置を備えていなくてもよい。

次に、保持器４の構造について、図２，３を参照しながら説明する。この保持器４は、樹脂材料を射出成形することにより一体に形成された冠形保持器であり、円環状の主部１０の軸方向一端面に、転動体である玉３を転動自在に保持する複数のポケット１１を設けることにより構成されている。各ポケット１１は、主部１０の軸方向一端面に設けられた凹部１１ａと、凹部１１ａの縁に互いに間隔をあけ対向して配置された１対の弾性片１１ｂ，１１ｂとから形成されている。この１対の弾性片１１ｂ，１１ｂの互いに対向する面と凹部１１ａの内面とは、連続して１つの球状凹面を形成している。

保持器４を構成する樹脂材料の種類は、保持器に必要な強度，耐熱性等の特性を有しているならば特に限定されるものではないが、ナイロン４６、ナイロン６６、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリ四弗化エチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等の合成樹脂が好ましい。そして、樹脂中にガラス繊維（ＧＦ）、炭素繊維（ＣＦ）等の補強材を１０〜４０質量％程度含有させた樹脂組成物は、高温下での靱性及び機械的強度が高いことから特に好ましい。

そして、保持器４の重心Ｇの軸方向位置とポケット１１の球状内面の曲率中心Ｏとの間の軸方向距離Ａが、ポケット１１の球状内面の曲率半径ｒの０．６倍以上０．９倍以下とされている。このような構成であれば、玉軸受が高温（１００℃以上）且つ高速（回転速度１００００ｍｉｎ^-1以上又はｄｍｎ６０万以上）で使用されても、保持器４に変形が生じにくい。よって、この玉軸受は高温，高速条件下で好適に使用可能であり、例えばハイブリッド車用の駆動モータやオルタネータの回転軸を支承する軸受として好適である。また、保持器４が金属製の補強部材を備えていないので、この玉軸受は安価に製造することができる。

このことについて、図３を参照しながらさらに詳細に説明する。玉軸受が高温，高速条件下で使用されて保持器４に大きな遠心力が作用すると、ポケット１１の弾性片１１ｂが径方向外方に変形する。これは、弾性片１１ｂが片持ち構造であるために、遠心力が保持器４の剛性中心Ｓを支点として保持器４の重心Ｇの軸方向位置にモーメントとして作用するからである。なお、剛性中心Ｓは、主部１０の軸方向他端面（主部１０の軸方向両端面のうちポケット１１が形成されていない方の端面）とポケット１１の底部とのほぼ中間位置にある。

したがって、保持器４の重心Ｇの軸方向位置が剛性中心Ｓの近傍に位置するようにすれば、大きな遠心力が保持器４に作用しても前記モーメントが小さくなるため、ポケット１１の弾性片１１ｂが径方向外方に変形して主部１０が捩り変形することを抑制することができる（すなわち、図８に示すような大きな変形が保持器に生じることを抑制することができる）。

保持器４の重心Ｇの軸方向位置とポケット１１の球状内面の曲率中心Ｏとの間の軸方向距離Ａを、ポケット１１の球状内面の曲率半径ｒの０．６倍以上０．９倍以下とすれば、保持器４の重心Ｇの軸方向位置と剛性中心Ｓとが近い位置となるため、遠心力が保持器４に作用しても弾性片１１ｂの径方向外方への変形が抑制される。主部１０の軸方向他端面とポケット１１の底部との間の長さ、すなわち主部１０の厚さＢを大きくしていくと、保持器４の重心Ｇの軸方向位置は主部１０の軸方向他端面の方向へ移動し、前記軸方向距離Ａは大きくなる。すなわち、保持器４の重心Ｇの軸方向位置が剛性中心Ｓに近づく。

前記軸方向距離Ａが曲率半径ｒの０．６倍未満であると、保持器４の重心Ｇの軸方向位置に作用するモーメントが大きくなり、保持器４に変形が生じるおそれがある。一方、前記軸方向距離Ａが曲率半径ｒの０．９倍超過であると、保持器４の幅（軸方向長さ）が大きくなって、玉軸受がシール装置を有する場合には保持器４とシール装置とが接触するおそれがある。また、玉軸受がシール装置を有していない場合でも、保持器４が玉軸受の側面から外側に突出するおそれがあり問題である。このような不都合がより生じにくくするためには、前記軸方向距離Ａを曲率半径ｒの０．６５倍以上０．８５倍以下とすることが好ましい。

玉軸受を回転させた際に保持器に作用する遠心力に基づくモーメントの大きさを、計算により求めた。結果を図４に示す。このグラフの縦軸は、保持器に作用するモーメントの大きさであり、横軸は、保持器の重心の軸方向位置とポケットの球状内面の曲率中心との間の軸方向距離の、ポケットの球状内面の曲率半径に対する割合である（グラフには、保持器の重心の軸方向位置と記してある）。このグラフから、前記軸方向距離は、ポケットの球状内面の曲率半径の０．６倍以上であることが好ましく、０．６５倍以上であることがより好ましいことが分かる。
なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態においては、玉軸受として深溝玉軸受を例示して説明したが、本発明の玉軸受は、他の種類の様々な玉軸受に対して適用することができる。例えば、アンギュラ玉軸受，自動調心玉軸受である。

本発明に係る玉軸受の一実施形態を示す縦断面図である。図１の玉軸受に組み込まれた保持器の斜視図である。図２の保持器の部分断面図である。保持器の重心の軸方向位置と保持器に作用するモーメントとの関係を示すグラフである。従来の玉軸受の構造を示す縦断面図である。図５の玉軸受に組み込まれた保持器の斜視図である。図５の玉軸受に組み込まれた保持器の部分平面図である。弾性片が径方向外方に変形した保持器の側面図である。

符号の説明

１内輪
２外輪
３玉
４保持器
１０主部
１１ポケット
１１ａ凹部
１１ｂ弾性片
Ａ保持器の重心の軸方向位置とポケットの球状内面の曲率中心との間の軸方向距離
Ｇ保持器の重心
Ｏポケットの球状内面の曲率中心
Ｓ剛性中心
ｒポケットの球状内面の曲率半径

Claims

内輪と、外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に配された複数の転動体と、前記内輪及び前記外輪の間に前記転動体を保持する樹脂製の保持器と、を備える玉軸受において、
前記保持器は、前記転動体を保持する複数のポケットが環状主部の軸方向一端面に形成された冠形保持器であり、
前記保持器の径方向幅が軸方向両端間にわたって一定であり、
前記環状主部の軸方向他端面と前記ポケットの球状内面の底部との間の長さによって前記保持器の重心の軸方向位置が調整され、前記保持器の重心の軸方向位置と前記ポケットの球状内面の曲率中心との間の軸方向距離が、前記ポケットの球状内面の曲率半径の０．６倍以上０．９倍以下とされていることを特徴とする玉軸受。
内輪と、外輪と、前記内輪及び前記外輪の間に転動自在に配された複数の転動体と、前記内輪及び前記外輪の間に前記転動体を保持する樹脂製の保持器と、を備える玉軸受において、
前記保持器は、前記転動体を保持する複数のポケットが環状主部の軸方向一端面に形成された冠形保持器であり、
前記保持器の径方向幅が軸方向両端間にわたって一定であり、
前記環状主部の軸方向他端面と前記ポケットの球状内面の底部との間の長さによって前記保持器の重心の軸方向位置が調整され、前記保持器の重心の軸方向位置と前記ポケットの球状内面の曲率中心との間の軸方向距離が、前記ポケットの球状内面の曲率半径の０．６５倍以上０．８５倍以下とされていることを特徴とする玉軸受。
軸受温度１００℃以上且つ回転速度１００００ｍｉｎ^-1以上の条件で使用されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の玉軸受。
軸受温度１００℃以上且つｄｍｎ６０万以上の条件で使用されることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載の玉軸受。