JP7209902B1 - 転がり軸受 - Google Patents

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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

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、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
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 (17)

  1. 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
    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、
    転がり軸受。
  2. 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、
    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、
    転がり軸受。
  3. 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、
    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、
    転がり軸受。
  4. 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乃至3のいずれか1つに記載の転がり軸受。
  5. 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乃至のいずれか1つに記載の転がり軸受。
  6. 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、請求項に記載の転がり軸受。
  7. 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乃至のいずれか1つに記載の転がり軸受。
  8. 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乃至のいずれか1つに記載の転がり軸受。
  9. 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乃至のいずれか1つに記載の転がり軸受。
  10. 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乃至のいずれか1つに記載の転がり軸受。
  11. 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10のいずれか1つに記載の転がり軸受。
  12. 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11のいずれか1つに記載の転がり軸受。
  13. 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12のいずれか1つに記載の転がり軸受。
  14. 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13のいずれか1つに記載の転がり軸受。
  15. 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14のいずれか1つに記載の転がり軸受。
  16. 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15のいずれか1つに記載の転がり軸受。
  17. 前記載置面は、曲面を含む、請求項1乃至16のいずれか1つに記載の転がり軸受。
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