(57)【要約】【課題】樹脂製保持器のポケット部が軸方向一方の側面に開口した形状である玉軸受において、遠心力による保持器の変形を抑えると共に、ポケット部と玉間での潤滑油のせん断抵抗を抑える。【解決手段】シールからなる係止部材７を軌道輪１のシール溝部１ｂに取り付けることにより、係止部材７の対向部７ｅを保持器３に対して軸方向他方に配置する。対向部７ｅにより、保持器３の軸方向他方への移動を制限する。保持器３のポケット部３ａの軸方向の深さをＨとし、玉４の直径をｄとしたとき、０．１５ｄ≦Ｈ≦０．６５ｄに設定することにより、ポケット部３ａで玉４の間隔を保つ機能を確保すると共に、ポケット部３ａを形成するための突出部分で軽量化を図ると共に遠心力の影響を受けにくくし、また、せん断抵抗を抑える。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
外方の軌道面を有する外方の軌道輪と、内方の軌道面を有する内方の軌道輪と、前記外方の軌道面と前記内方の軌道面との間に配置された複数の玉と、前記複数の玉を円周方向に均等に配置する樹脂製保持器と、を備え、
前記保持器が、前記玉の円周方向位置を保つポケット部を円周方向の複数箇所に有し、
前記ポケット部が、前記保持器の軸方向一方の側面に開口した形状である玉軸受において、
前記外方の軌道輪と前記内方の軌道輪のうちのいずれか一方の軌道輪に取り付けられた係止部材をさらに備え、
前記係止部材が、前記保持器の軸方向他方への移動を規制できるように当該保持器に対して軸方向他方に配置された対向部を有し、
前記ポケット部の軸方向の深さをＨとし、前記玉の直径をｄとしたとき、Ｈとｄの関係が、０．１５ｄ≦Ｈ≦０．６５ｄに設定されており、
前記一方の軌道輪が、当該軌道輪の前記軌道面よりも軸方向他方の位置で半径方向に深さをもって円周方向全周に連続するシール溝部を有し、
前記係止部材が、金属板製の芯金と、当該芯金に付けられたエラストマとによって形成され、かつ前記シール溝部に取り付けられたシールからなることを特徴とする玉軸受。
【請求項２】
前記ポケット部の深さＨと前記玉の直径ｄの関係が、Ｈ＜０．５ｄに設定されている請求項１に記載の玉軸受。
【請求項３】
前記係止部材と前記保持器との間に軸方向のクリアランスが設定されており、
前記係止部材の前記対向部と前記保持器のうちのいずれか一方が、他方との間に円周方向に向かって軸方向に狭くなる空間を形成する二つ以上の突起を有し、これら突起が、円周方向に間隔をおいて並ぶように配置されている請求項１又は２に記載の玉軸受。
【請求項４】
前記係止部材の前記対向部が前記二つ以上の突起を有し、これら突起が前記エラストマによって形成されている請求項３に記載の玉軸受。
【請求項５】
前記外方の軌道輪と前記内方の軌道輪のうち、前記一方の軌道輪と反対の他方の軌道輪が、円周方向に沿って全周に連なるシール摺動面を有し、
前記係止部材が、前記シール摺動面に対して円周方向に摺動できるように前記エラストマによって形成されたシールリップを有し、当該シールリップが、前記シール摺動面との間に円周方向に向かって軸方向に狭くなる空間を形成する二つ以上の弾性突起を含み、これら弾性突起が、円周方向に間隔をおいて並んでおり、円周方向に隣り合う前記弾性突起間が、軸受内部と軸受外部間に亘って連通する油通路になっている請求項１から４のいずれか１項に記載の玉軸受。
【請求項６】
前記保持器が、エンジニアリングプラスチックによって形成されている請求項１から５のいずれか１項に記載の玉軸受。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、樹脂製の保持器を備える玉軸受に関する。
【背景技術】
【０００２】
ＥＶ（電気自動車）やＰＨＥＶ（プラグインハイブリッド電気自動車）においては、エンジン駆動車と遜色のない駆動力を得るため、駆動源である電動モータの高速回転化が進んでいる。この高速回転の軸を支持するため、高速回転での運転に適した玉軸受が使用されている。
【０００３】
高速回転対応の玉軸受には、樹脂製保持器が採用されている場合がある。特に、軸受の組み立て性やコストなどを重視する場合には、冠形保持器が採用されている。一般に、冠形保持器は、保持器の内周、外周及び軸方向一方の側面に開口した複数のポケット部を有する。ポケット部は、玉を包み込むような凹曲面状に形成されている。保持器の軸方向一方の側面におけるポケット部の開口幅は、玉の直径よりも小さく設定されている。内外の軌道面間に配置された複数の玉に対し、保持器の軸方向一方の側面におけるポケット部の開口縁を軸方向一方に向かって押し付けることにより、前述の開口幅を広げる弾性変形を保持器に生じさせ、その開口から玉がポケット部に収められる。弾性復元したポケット部は、軸方向他方に向かって玉と係合可能な状態となる。その係合により、保持器の軸方向他方への移動が規制される。
【０００４】
一般的な冠形保持器の場合、高速回転時の遠心力による変形が問題になる。すなわち、保持器のうち、ポケット部を形成するように軸方向一方へ延びる突出部分は、片持ち梁になっているため、遠心力によってポケット部が軸方向一方に向かって半径方向外方へ傾き、これに伴い、保持器の環状部が捩れる。このため、ポケット部が玉や外輪に干渉して、摩耗粉の発生、異常発熱、短寿命化の懸念がある。
【０００５】
このような遠心力の影響を抑制するため、特許文献１の冠形保持器では、円周方向に隣り合うポケット部間に位置する中間部において軸方向の厚さを薄くすることにより、ポケット部の軸方向の深さを確保しつつ、ポケット部を形成する突出部分の軽量化を図っている。また、その中間部での軸方向の厚さをポケット部の底での軸方向の厚さよりも厚くすることにより、保持器としての強度を確保するようにしている。
【０００６】
また、特許文献２の保持器では、冠形の保持器本体と、保持器本体における突出部分の先端に取り付けられた金属製の変形防止部材とで保持器を構成し、遠心力によって突出部分が半径方向外方へ傾くことを防止している。
【０００７】
また、特許文献３の冠形保持器では、ポケット部を形成する突出部分の外径を軸方向中間部から先端に向かって次第に小さくすることにより、軽量化を図って遠心力の影響を受け難くしている。さらに、玉のピッチ円直径よりも半径方向内方に寄った位置で玉とポケット部とを接触させる設定により、半径方向内方へ向う玉からの力を保持器に作用させて、高速回転時の保持器の変形を抑えるようにしている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】特開２０１６−１６９７６６号公報
【特許文献２】特開２００７−２８５５０６号公報
【特許文献３】特開２０１３−２００００６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、特許文献１のように、ポケット部と玉の係合によって保持器の軸方向他方への移動を規制する場合、ポケット部を玉の中心よりも軸方向一方へ十分に余裕をもって延ばす必要がある。このため、ポケット部の先端部が遠心力の影響を受け易く、遠心力による保持器の変形を抑制することに限界がある。
【００１０】
また、特許文献２のように冠形保持器本体に変形防止部材を取り付けて遠心力に抵抗させると、組立工程の追加、別部品費用等を要し、コスト高になる。さらに、変形防止部材が脱落する懸念が生じる。
【００１１】
また、特許文献３のように、ポケット部を形成する突出部分の外径を軸方向の中間位置から先端まで次第に小さくすると、遠心力の影響を弱めることは可能だが、ポケット部と玉の係合によって保持器の軸方向他方への移動を規制する点は特許文献１と同様である。また、半径方向内方へ向う玉からの力をポケット部に作用させて遠心力による保持器の変形を抑制する場合、遠心力の影響で保持器が変形を起こすと、ポケット部の先端部における半径方向内方側が玉と強く接触することに直結し、その接触部で異常摩耗が進む懸念がある。
【００１２】
また、ＥＶやＰＨＥＶの電動モータの高速回転化は尚も進んでおり、電動モータの回転軸を支持する玉軸受においてはｄｍｎ（玉のピッチ円直径×毎分当りの回転数）値が２００万を超える可能性がある。このような高速回転で実用可能な玉軸受を目指す場合、遠心力対策によって異常発熱を防ぐだけでなく、通常の発熱対策も重要になるので、保持器と玉間での潤滑油のせん断抵抗ですらも問題になり得る。これは、保持器の温度を１２０℃以下に保てる場合、比較的安価なエンジニアリングプラスチックを採用できるのに対し、１２０℃を超える場合、樹脂の耐熱性を考慮して比較的高価なスーパーエンジニアリングプラスチックを採用しなければならなくなるためである。
【００１３】
上述の背景に鑑み、この発明が解決しようとする課題は、樹脂製保持器のポケット部が軸方向一方の側面に開口した形状である玉軸受において、コスト増を抑えつつ、遠心力による保持器の変形を抑えると共に、ポケット部と玉間での潤滑油のせん断抵抗を抑えることにある。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上記の課題を達成するため、この発明は、外方の軌道面を有する外方の軌道輪と、内方の軌道面を有する内方の軌道輪と、前記外方の軌道面と前記内方の軌道面との間に配置された複数の玉と、前記複数の玉を円周方向に均等に配置する樹脂製保持器と、を備え、前記保持器が、前記玉の円周方向位置を保つポケット部を円周方向の複数箇所に有し、前記ポケット部が、前記保持器の軸方向一方の側面に開口した形状である玉軸受において、前記外方の軌道輪と前記内方の軌道輪のうちのいずれか一方の軌道輪に取り付けられた係止部材をさらに備え、前記係止部材が、前記保持器の軸方向他方への移動を規制できるように当該保持器に対して軸方向他方に配置された対向部を有し、前記ポケット部の軸方向の深さをＨとし、前記玉の直径をｄとしたとき、Ｈとｄの関係が、０．１５ｄ≦Ｈ≦０．６５ｄに設定されており、前記一方の軌道輪が、当該軌道輪の前記軌道面よりも軸方向他方の位置で半径方向に深さをもって円周方向全周に連続するシール溝部を有し、前記係止部材が、金属板製の芯金と、当該芯金に付けられたエラストマとによって形成され、かつ前記シール溝部に取り付けられたシールからなる構成を採用した。
【００１５】
上記構成によれば、一方の軌道輪に取り付けられた係止部材の対向部と保持器との係合で保持器の軸方向他方への移動を規制することが可能である。このため、ポケット部の軸方向の深さＨと玉の直径ｄとの関係をＨ≦０．６５ｄに設定することが可能である。ここで、Ｈ≦０．６５ｄにすると、前述の突出部分を軸方向に短くして軽量になるので、高速回転時、保持器が遠心力の影響を受けにくくなり、遠心力による保持器の変形を抑えると共に、ポケット部と玉間でのせん断抵抗を抑えることができる。また、Ｈ＞０．６５ｄに設定すると、ポケット部と玉の係合のみで保持器の軸方向他方への移動を規制可能な従来例と同様のポケット部の深さになるため、係止部材の対向部による規制を採用する意義がなくなる。また、Ｈ＜０．１５ｄに設定すると、ポケット部で玉の円周方向位置を保つことが困難になる。シール溝部を有する軌道輪や、金属板製の芯金とエラストマとによって形成され、シール溝部に対する圧入によって取り付けられるシールは、いずれもシール付玉軸受において一般的な構造のものである。このため、公知のシール付玉軸受用の軌道輪とシールの仕様に基づいて一方の軌道輪、係止部材を実現し、コスト増を抑えることができる。
【００１６】
好ましくは、前記ポケット部の深さＨと前記玉の直径ｄの関係がＨ＜０．５ｄに設定されているとよい。このようにすると、遠心力による保持器の変形や前述のせん断抵抗をより抑えることができる。また、Ｈ＜０．５ｄの場合、ポケット部に従来のような玉を抱える爪がなく、保持器を所定の位置に置くだけで各ポケット部に玉を入れることができる。
【００１７】
また、前記係止部材と前記保持器との間に軸方向のクリアランスが設定されており、前記係止部材の前記対向部と前記保持器のうちのいずれか一方が、他方との間に円周方向に向かって軸方向に狭くなる空間を形成する二つ以上の突起を有し、これら突起が、円周方向に間隔をおいて並ぶように配置されているとよい。このようにすると、保持器と係止部材間に軸方向のクリアランスを取っているので、係止部材の対向部と保持器の対向する二側面間に潤滑油が入り込み、油膜の形成が起こる。また、その二側面間において一方の側面の突起が他方の側面との間に形成するくさび状の空間の狭くなる方へ潤滑油を引き摺ると、動圧を発生させるくさび効果が生じるので、その油膜の形成を促進し、保持器と対向部の摩耗を防止することができる。突起の数が多い程、保持器と係止部材間の相対的な周速差が大きくなる場合、円周方向に間隔をおいて並ぶ各突起が高速に周回しながら潤滑油を引き摺るため、他方の側面で円周方向に油膜が連続する状態に保たれ、各突起と他方の側面間のくさび効果が途絶えることなく生じ、これにより、突起と他方の側面を完全に分離させる油膜の厚さを実現することも可能になる。すなわち、前述の周速差が所定以上になると、保持器と係止部材間の摩擦状態を流体潤滑状態にすることが可能になる。その流体潤滑状態では、係止部材の対向部と保持器の油膜を介した非接触の係合によって保持器の軸方向他方への移動が規制されるので、前述の摩耗を良好に防止することができる。
【００１８】
例えば、前記係止部材の前記対向部が前記二つ以上の突起を有し、これら突起が前記エラストマによって形成されているとよい。このようにすると、エラストマの成型時に突起も形成することができ、芯金に突起をプレス加工する場合よりも突起の寸法精度を良くすることができる。
【００１９】
前記外方の軌道輪と前記内方の軌道輪のうち、前記一方の軌道輪と反対の他方の軌道輪が、円周方向に沿って全周に連なるシール摺動面を有し、前記係止部材が、前記シール摺動面に対して円周方向に摺動できるように前記エラストマによって形成されたシールリップを有し、当該シールリップが、前記シール摺動面との間に円周方向に向かって軸方向に狭くなる空間を形成する二つ以上の弾性突起を含み、これら弾性突起が、円周方向に間隔をおいて並んでおり、円周方向に隣り合う前記弾性突起間が、軸受内部と軸受外部間に亘って連通する油通路になっているとよい。このようにすると、軸受回転に伴い、シールリップの各弾性突起が油通路内の潤滑油をシール摺動面との間に形成するくさび状の空間の狭くなる方へ引き摺ると、くさび効果が生じるので、油膜の形成を促進することができ、係止部材と他方の軌道輪間の周速差が所定以上になると、シールリップとシール摺動面間の摩擦状態を流体潤滑状態にすることが可能になる。ひいては、シールリップの摩耗を抑え、非接触形のシールを係止部材として採用した場合と同等レベルまでシールトルクを低減し、玉軸受の高速回転にも対応することができる。また、油通路を通過可能な異物の粒径を弾性突起の突出高さに基づいて定めることが可能なため、所定粒径の異物侵入を防ぐこともできる。
【００２０】
前記保持器が、エンジニアリングプラスチックによって形成されているとよい。前述のように遠心力による保持器の変形を抑えて異常発熱を防ぐと共にせん断抵抗による発熱を抑えることが可能なため、エンジニアリングプラスチックに比して高価なスーパーエンジニアリングプラスチックの使用を避けて、保持器の製造コストを抑制することができる。
【発明の効果】
【００２１】
上述のように、この発明は、上記構成の採用により、遠心力による保持器の変形を抑えると共に、ポケット部と玉間での潤滑油のせん断抵抗を抑えることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】この発明の第一実施形態に係る玉軸受を示す断面図
【図２】第一実施形態に係る玉軸受の使用例を示す概念図
【図３】図１の玉軸受の断面斜視図
【図４】図１の保持器の軸方向一方側を示す斜視図
【図５】図１の保持器の軸方向他方側を示す斜視図
【図６】図１の係止部材の軸方向一方側を示す斜視図
【図７】図１のＶＩＩ−ＶＩＩ線の切断面の部分拡大断面図
【図８】この発明の第二実施形態に係る玉軸受を示す断面図
【図９】図８のシールリップ付近の拡大図
【図１０】図８のシールリップの軸方向一方側の部分拡大側面図
【図１１】図９のＸＩ−ＸＩ線の切断面の部分拡大断面図
【発明を実施するための形態】
【００２３】
この発明に係る玉軸受の一例としての第一実施形態を図１〜図７に基づいて説明する。
【００２４】
図１に示す玉軸受１０は、外方の軌道輪１と、外方の軌道輪１に対して同軸に配置された内方の軌道輪２と、これら軌道輪１、２間に配置された保持器３と、保持器３によって円周方向に所定のピッチで並ぶように配置された複数の玉４と、を備える。
【００２５】
ここで、保持器の回転中心線に沿った方向のことを「軸方向」という。また、その保持器の回転中心線回りに一周する円周に沿った方向のことを「円周方向」という。また、その保持器の回転中心線に直交する方向のことを「半径方向」という。また、軸方向一方と他方の概念は、その保持器を基準に考えた方向である。また、内径又は外径は、保持器の回転中心線と同心の仮想内接円又は仮想外接円の直径を意味する。図１において、左右方向は軸方向に相当し、軸方向一方を左方とし、軸方向他方を右方とする。また、図１において、半径方向は上下方向に相当し、上方向は半径方向外方に相当し、下方向は半径方向内方に相当する。
【００２６】
外方の軌道輪１は、外方の軌道面１ａを含む内周を有する環状の軸受部品である。内方の軌道輪２は、内方の軌道面２ａを含む外周を有する環状の軸受部品である。外方の軌道面１ａと内方の軌道面２ａは、それぞれ断面円弧状の軌道溝からなる。図示では、深溝玉軸受用かつシール軸受用の軌道輪１、２を例示している。
【００２７】
一般に、外方の軌道輪１と内方の軌道輪２の一方が、回転軸（図示省略）と一体に回転するように固定され、他方が、回転軸に対して静止するハウジング（図示省略）に固定される。図示例では、ｄｍｎ２２０万で運転可能な玉軸受を想定している。このため、玉軸受１０は、潤滑油（図示省略、以下、同じ）で軸受内部を潤滑する油潤滑方式で使用される。このような高速運転の用途として、例えば、図２に概念的に示すように、モータ５の回転軸５ａをハウジング６に対して回転自在に支持する場合が挙げられる。モータ５は、例えば、自動車の駆動源となる電動モータである。
【００２８】
図１、図３に示すように、複数の玉４は、外方の軌道面１ａと内方の軌道面２ａとの間に配置されている。保持器３は、複数の玉４を円周方向に均等に配置する。
【００２９】
保持器３は、図４に示すように、玉４の円周方向位置を保つポケット部３ａを円周方向の複数箇所に有し、かつ複数の玉４の公転に伴って複数のポケット部３ａと一体に円周方向に回転できるように連なった軸受構成要素の全体をいう。
【００３０】
保持器３は、樹脂製のものである。ここで、樹脂製とは、保持器３の全体が樹脂によって形成されていることを意味する。その樹脂の概念には、一種単独のもの、二種以上を混ぜたもの、一種以上の樹脂を母材として補強材（例えばガラス繊維、炭素繊維等）を混在させたもの（いわゆる繊維強化樹脂）が包まれる。高速回転に適した玉軸受にする場合、繊維強化樹脂を採用することが好ましい。
【００３１】
保持器３では、前述の樹脂として、エンジニアリングプラスチックが採用されている。エンジニアリングプラスチックは、一般に、耐熱性が１００℃以上１２０℃以下であり、強度が５０ＭＰａ以上、曲げ弾性率が２．４ＧＰａ以上であるプラチックのことをいう。
【００３２】
エンジニアリングプラスチックの主なものとして、例えば、ポリアミド（ＰＡ，ＰＡ６，ＰＡ９，ＰＡ４６，ＰＡ６６）、ポリアセタール（ＰＯＭ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリブチレンテレフタレート（ＰＢＴ）等が挙げられ、繊維強化樹脂としては、（ＰＡ４６又は６６＋ガラス繊維）や（ＰＡ９Ｔ＋炭素繊維）が挙げられる。
【００３３】
保持器３の全体は、軸方向に二分割の金型を用いた射出成形によって一体に形成されている。
【００３４】
図１、図４に示すように、ポケット部３ａは、玉４を収めるための空間を形成する凹面部であって、保持器３の軸方向一方の側面に開口した形状である。複数のポケット部３ａは、円周方向に一定ピッチで配置されている。玉４は、一般的な冠形保持器と同様に、保持器３の軸方向一方の側面の開口からポケット部３ａに収められる。
【００３５】
図４、図５に示すように、保持器３の外周と内周には、それぞれ複数のポケット部３ａよりも軸方向他方の位置に円筒面３ｂ，３ｃが形成されている。外周側の円筒面３ｂは、保持器３の外径を規定する。内周側の円筒面３ｃは、保持器３の内径を規定する。保持器３の外周のうち、円周方向に隣り合うポケット部３ａ間の部分の外径面は、外周側の円筒面３ｂと同径の円弧面状になっている。保持器３の内周のうち、円周方向に隣り合うポケット部３ａ間の部分の内径面は、内周側の円筒面３ｃと同径の円弧面状になっている。
【００３６】
図４に示すように、保持器３の軸方向一方の側面のうち、円周方向に隣り合うポケット部３ａの先端間の部分は、円周方向に沿って連続する円弧面状の幅面３ｄになっている。ここで、幅面は、ある部材の幅（軸方向の全長）を規定する一端の表面部のことをいう。
【００３７】
保持器３の軸方向他方の側面は、図１、図５に示すように、円筒面３ｂ，３ｃの軸方向他方の周縁間に亘る表面部分からなる。外周側の円筒面３ｂの軸方向他方の周縁から傾斜面３ｅが形成されている。傾斜面３ｅは、半径方向内方に向かって軸方向他方に一定の傾きを有する。傾斜面３ｅから半径方向及び円周方向に沿う平坦面３ｆが形成されている。平坦面３ｆは、全周に一定の半径方向幅で連なっている。内周側の円筒面３ｃの軸方向他方の周縁から平坦面３ｆまで傾斜面３ｇが形成されている。傾斜面３ｇは、半径方向外方に向かって軸方向他方に一定の傾斜角を有する。
【００３８】
図１、図４に示すように、ポケット部３ａは、保持器３の外周及び内周にも開口した形状である。そのポケット部３ａのうち、玉４と当接可能な部分は、玉４に沿う凹球面状になっている。すなわち、玉４は、円周方向の両方、軸方向他方、半径方向内方及び外方に向かってポケット部３ａと対向する。
【００３９】
ポケット部３ａと玉４との間にポケットすきまが設定されている。保持器３は、ポケットすきまの範囲内で複数の玉４に対して自由に移動することができる。遠心力によって保持器３が変形し、ポケットすきまが負になると、ポケット部３ａが玉４に干渉し、これらが異常に強く接触することになる。ポケットすきまを大きくすれば、その干渉は起こり難くなるが、音響特性が悪化する。すなわち、玉軸受の高速回転時、玉軸受の荷重負荷領域に出入りする際の玉４の進み遅れが原因で玉４がポケット部３ａに当接する。この当接によって玉４の円周方向位置が保たれるが、ポケットすきまが大き過ぎると、その当接の際の衝突音が問題になる。高速回転時の音響特性を実用的なレベルにするため、ポケットすきまを０．２ｍｍ以下に設定することが好ましい。
【００４０】
ここで、図１に示すように、ポケット部３ａの軸方向の深さをＨとし、玉４の直径（玉径）をｄとする。深さＨは、ポケット部３ａの先端に接する仮想ラジアル平面と、当該ポケット部３ａの底に接する仮想ラジアル平面間の距離に相当する。ここで、仮想ラジアル平面は、保持器３の回転中心線に直交する仮想平面である。ポケット部３ａの先端は、ポケット部３ａのうち、最も軸方向一方に位置する部分である。ポケット部３ａの底は、ポケット部３ａのうち、最も軸方向他方に位置する部分である。なお、深さＨは、保持器３のうち、ポケット部３ａを形成するように軸方向一方へ突き出た突出部分の軸方向長さに一致している。
【００４１】
玉軸受の高速回転時、前述のように玉４の進み遅れが原因で玉４がポケット部３ａに円周方向に当接したとき、玉４がポケット部３ａを乗り越えることが起こってはならない。このような事態を防止するため、０．１５ｄ≦Ｈに設定されている。
【００４２】
一方、ポケット部３ａの深さＨを小さくする程、ポケット部３ａを半径方向、円周方向に小さくし、また、遠心力の影響を受けにくい保持器形状にすることが可能になる。このことは、保持器３のリング部の半径方向長さを短くすることでポケット部３ａと玉４間の対向範囲を小さくし、この間における潤滑油のせん断抵抗を抑制することにも有利である。すなわち、Ｈ／ｄが小さいほど、玉４とポケット部３ａとの対向面積が小さくなり、その結果、玉４とポケット部３ａ間の潤滑油のせん断抵抗が小さくなるため、保持器３の回転トルクを低減することが可能になる。また、せん断抵抗を小さくすると、保持器３付近での発熱量も抑えられるため、本実施形態のような高速回転対応に好適である。
【００４３】
様々なＨ／ｄにおいて、玉によるポケット部の乗り越えや、遠心力による保持器変形について評価した結果を表１に星取表で示す。
【００４４】
【表１】
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【００４５】
表１において、項目「乗り越え」は、前述の乗り越えの防止性能についての評価結果を示し、項目「遠心力の影響」は、遠心力によるポケット部変形の抑制性能についての評価結果を示し、項目「せん断抵抗」は、玉とポケット部間の潤滑油のせん断抵抗についての評価結果を示し、項目「総合評価」は、玉軸受の高速運転への好適性についての評価結果を示す。これら各項目おいて「◎」は極めて良好、「○」は良好、「×」は悪い、をそれぞれ意味する。
【００４６】
表１に示すように、Ｈ＞０．６５ｄに設定する場合、従来の冠形保持器と同様、ポケット部と玉の係合のみで保持器の軸方向他方への移動を規制できるようなポケット部形状にすることは可能であるが、エンジニアリングプラスチック製の保持器を採用すると、ｄｍｎ値で２００万を超えるような高速回転においてポケット部が玉に干渉する懸念が特に高くなる。
【００４７】
また、Ｈ≦０．６５ｄに設定すると、保持器３のうち、ポケット部３ａを形成するための突出部分の軸方向長さを短くし、この突出部分の軽量化を図り、保持器３が遠心力の影響を受けにくくすることができる。
【００４８】
図示例の保持器３では、Ｈ＜０．５ｄに設定されている。より具体的には、Ｈ＝０．２５ｄ以下に設定されている。
【００４９】
Ｈ≦０．５ｄである場合、前述の射出成形において、ポケット部３ａがアンダーカットにならず、離型時にポケット部３ａの形状が歪むことはない。このため、ポケット部３ａの寸法精度が良好になる。
【００５０】
Ｈ＜０．５ｄの場合、保持器３の軸方向一方の側面におけるポケット部３ａの開口幅を玉４の直径ｄよりも小さくしなければならない。このため、ポケット部３ａが軸方向他方に向かって玉４と係合することはできない。０．５ｄ＜Ｈ≦０．６５ｄに設定し、ポケット部の形状を軸方向他方に向かって玉４と当接可能な形状にしたとしても、掛かりの浅い当接になる。このため、玉軸受が高速回転する場合、その当接のみで保持器３の軸方向他方への移動を規制することに不安がある。特に、Ｈ＜０．５ｄの場合、玉４がポケット部３ａに当接するとき、その当接方向が軸方向他方に近くなり、玉４からポケット部３ａを軸方向他方に押す分力が大きくなる。各玉４からの軸方向他方の分力が合わさった誘起スラスト荷重が保持器３に負荷されるため、保持器３が軸方向他方へ移動させられる。
【００５１】
そこで、内外の軌道輪１、２の一方に対して保持器３が軸方向他方に向かって係合可能な後述の構造を採用し、その係合を利用して保持器３の軸方向他方への移動を規制することにより、深さＨと玉径ｄの関係をＨ≦０．６５ｄに設定できるようにしている。
【００５２】
具体的には、図１、図３に示すように、玉軸受１０は、外方の軌道輪１に取り付けられた係止部材７をさらに備える。外方の軌道輪１は、当該軌道輪１の軌道面１ａよりも軸方向他方の位置にシール溝部１ｂを有する。シール溝部１ｂは、半径方向に深さをもって円周方向全周に連続する。シール溝部１ｂは、軌道面１ａを形成する肩部と、軌道輪１の軸方向他方側の幅面との間に位置し、全周で図示の断面形状を有する。
【００５３】
係止部材７は、シール溝部１ｂに取り付けられたシールからなる。係止部材７は、金属板製の芯金７ａと、芯金７ａに付けられたエラストマ７ｂとによって形成されている。図示の係止部材７は、内方の軌道輪２と接触しない、いわゆる非接触形のものである。
【００５４】
係止部材７は、シール溝部１ｂに保持された基端部７ｃと、環状溝部２ｂとの間にラビリンスシールを形成するシールリップ７ｄと、保持器３に対して軸方向他方に配置された対向部７ｅとを有する。
【００５５】
芯金７ａは、円周方向に連なる環状のものである。芯金７ａは、一般に、冷間圧延鋼板をプレス加工することによって形成される。芯金７ａは、半径方向及び円周方向に沿って全周に亘る円環板部と、円環板部のシール溝１ｂ側から軸方向一方へ曲がった基端部と、円環板部の環状溝部２ｂ側から軸方向一方へ曲がった先端部とを有する。芯金７ａの基端部は、外方の軌道輪１と軸方向に対向する位置で軸方向に沿っている。芯金７ａの先端部は、保持器３と軸方向に対向する位置で半径方向に対して軸方向一方へ傾斜している。芯金７ａの基端部や先端部は、誘起スラスト荷重に対する対向部７ｅの耐変形性を向上させ、保持器３の軸方向他方への移動を規制する際の対向部７ｅの傾きを抑制することに有効である。
【００５６】
エラストマ７ｂは、ゴム弾性を有するポリマ（重合体）である。エラストマ７ｂとしては、例えば、ニトリルゴム（ＮＢＲ）、水素化ニトリルゴム（ＨＮＢＲ）、アクリルゴム（ＡＣＭ）等の合成ゴムが挙げられる。一般に、これら合成ゴムは、金型を用いた加硫成形によって芯金７ａに接着される。
【００５７】
基端部７ｃは、エラストマ７ｂによって、芯金７ａの基端部を内包するように形成されている。基端部７ｃは、シール溝部１ｂに圧入されることにより、軸方向の両方に移動できないようにシール溝部１ｂに保持されている。この保持により、係止部材７がシール溝部１ｂに取り付けられている。
【００５８】
シールリップ７ｄは、エラストマ７ｂによって、芯金７ａの先端部との接着面から環状溝部２ｂの内側へ延びるように形成されている。
【００５９】
対向部７ｅは、保持器３の軸方向他方の側面と軸方向に対向する部位であって、保持器３の軸方向他方への移動を規制できるように芯金７ａの円環板部の大部分及び先端部を含んでいる。対向部７ｅの軸方向一方の側面は、エラストマ７ｂによって、基端部７ｃとシールリップ７ｄを繋ぐように、かつ芯金７ａの円環板部の軸方向一方の側面を覆うように形成されている。
【００６０】
図１に示すように、保持器３と係止部材７との間に半径方向および軸方向のクリアランスが設定されている。このため、係止部材７と保持器３との間には軸受内部の潤滑油が供給される。保持器３が高速回転する場合、保持器３に連れ回される潤滑油が、遠心力の作用で外方の軌道輪１側へ送られるので、係止部材７と保持器３との間に潤滑油が向かい易くなる。
【００６１】
保持器３は、転動体案内型であってもよいし、軌道輪案内型であってもよい。保持器３と外方の軌道輪１間、保持器３と内方の軌道輪２間、保持器３と係止部材７間の各間でポケットすきまに比して大きなクリアランスを設定すれば、保持器３は、複数の玉４によって半径方向に案内される転動体案内型のものとなる。図示例のような転動体案内型の場合、係止部材７と保持器３間の半径方向のクリアランスが前述のポケットすきまよりも大きいため、玉４で案内される保持器３が係止部材７を半径方向に強く押すことはなく、また、保持器３と両軌道輪１，２との間に隙間を確保し、係止部材７と保持器３間への潤滑油の流入経路を確保することもできる。
【００６２】
係止部材７の対向部７ｅは、図３、図６に示すように、軸方向一方に向かって高さをもった二つ以上の突起７ｆを有する。これら突起７ｆは、円周方向に間隔をおいて並ぶように配置されている。突起７ｆは、軸方向に一定の高さをもって、半径方向に真っ直ぐ延びている。
【００６３】
突起７ｆは、図７に示すように、平坦面３ｆとの間に円周方向に向かって軸方向に狭くなるくさび状の空間を形成する。前述のくさび状は、図７の断面視において、突起７ｆに対する接線と、平坦面３ｆとが成すくさび角度に基づいて規定される。突起７ｆは、円周方向に沿った任意の断面において半円状になっている。このため、くさび角度は、突起７ｆの先端（突起７ｆの中で最も軸方向に高い位置）に近くなる程、小さくなる。このようにくさび角度を次第に小さくする突起７ｆの形状であれば、突起７ｆが平坦面３ｆに向かって尖った先端をもたない。このため、玉軸受の高速回転時、誘起スラスト荷重によって突起７ｆの先端が油膜に押し付けられても、油膜切れを防止することができる。
【００６４】
前述の軸方向のクリアランスｃは、突起７ｆの先端と、平坦面３ｆとの間で設定されている。図１、図６、図７に示す係止部材７の軸方向一方の側面のうち、突起７ｆ以外の部分は、保持器３と軸方向に接触できない。
【００６５】
玉軸受の回転時、隣り合う突起７ｆ間の隙間には、潤滑油が入り込み、保持器３の回転に伴い、突起７ｆが平坦面３ｆに対して摺動する。前述の隙間に存在する潤滑油は、突起７ｆによって当該突起７ｆと平坦面３ｆとの間に引き摺り込まれる。この際、前述のくさび状の空間の狭小側に向かって潤滑油が引き摺り込まれて動圧が発生し、油膜の圧力が高まるくさび効果が生じる。この効果により、油膜の形成が促進され、突起７ｆと平坦面３ｆ間の油膜が厚くなる。また、多くの突起７ｆが高速に周回すると、平坦面３ｆ上には全周に連続する油膜が形成され、各突起７ｆによるくさび効果が途絶えることなく生じる。このため、保持器３と係止部材７間の周速差が所定以上のとき、各突起７ｆと平坦面３ｆを完全に分離させる油膜が形成される。したがって、保持器３と係止部材７間の摩擦状態が流体潤滑状態になる。
【００６６】
その流体潤滑状態の実現には、保持器３と係止部材７間の周速差も重要であるから、外方の軌道輪１が静止輪である場合に突起７ｆが特に有効となる。例えば、図２に示すモータ５の回転軸５ａが８００ｒｐｍのときに保持器３と係止部材７間の摩擦状態が流体潤滑状態となれば、電動モータ５の駆動開始後、速やかに突起７ｆと平坦面３ｆの摩耗が実質的に起こらない状態となる。突起７ｆは、所定の潤滑油、油温、周速差において流体潤滑状態を実現可能な態様に設ければよく、突起間のピッチ、突起の軸方向高さ、突起の断面形状等は図示のものに限定されない。
【００６７】
図１に示す保持器３が誘起スラスト荷重を負荷されて、前述のクリアランスｃ以上に軸方向他方へ移動しようとすると、図７に示す平坦面３ｆは、非流体潤滑状態の場合、軸方向他方に向かって各突起７ｆに接触し、流体潤滑状態の場合、油膜を介して非接触に各突起７ｆと係合することになる。この係合により、それ以上の保持器３（図１も参照のこと。）の軸方向他方への移動が阻止されるので、保持器３の軸方向他方への抜けが起こらない。
【００６８】
勿論、軸方向のクリアランスｃは、突起７ｆと平坦面３ｆが係合する状態のときに、ポケット部３ａで玉４の円周方向位置を保てる範囲内の値に設定されている。また、クリアランスｃは、前述の流体潤滑状態を実現可能にするため、１．５μｍよりも十分に大きく設定されている。
【００６９】
玉軸受１０は、上述のようなものであり、外方の軌道輪１と内方の軌道輪２のうちのいずれか一方の軌道輪としての外方の軌道輪１に取り付けられた係止部材７を備え、その係止部材７が保持器３の軸方向他方への移動を規制できるように保持器３に対して軸方向他方に配置された対向部７ｅを有するので、保持器３の軸方向他方への移動を保持器３と係止部材７の対向部７ｅとの係合で規制することができる。このため、保持器３の軸方向一方の側面で開口した形状であるポケット部３ａの軸方向の深さＨと、玉４の直径ｄとの関係をＨ≦０．６５ｄに設定することが可能である。そして、玉軸受１０は、Ｈ≦０．６５ｄに設定されているので、ポケット部３ａを形成するための突出部分を短くして軽量化し、遠心力による保持器３の変形を抑えると共に、ポケット部３ａと玉４間でのせん断抵抗を抑えることができる。また、玉軸受１０は、０．１５ｄ≦Ｈに設定されているので、ポケット部３ａで玉４の円周方向位置を保つ保持器３本来の機能を確保することもできる。
【００７０】
また、玉軸受１０は、一方の軌道輪としての外方の軌道輪１が当該軌道輪１の軌道面１ａよりも軸方向他方の位置で半径方向に深さをもって円周方向全周に連続するシール溝部１ｂを有し、係止部材７が金属板製の芯金７ａと、芯金７ａに付けられたエラストマ７ｂとによって形成され、かつシール溝部１ｂに取り付けられたシールからなるので、公知のシール付玉軸受用の軌道輪とシールの仕様に基づいて一方の軌道輪１、係止部材７を実現し、コスト増を抑えることができる。また、保持器３に対して軸方向他方に係止部材７を配置するだけなので、一般的なシール付深溝玉軸受の軸方向に関するレイアウトに影響がなく、玉軸受１０の組立ラインと組立工程は、従来の冠形保持器を備える玉軸受と同じにすることができる。
【００７１】
なお、玉軸受１０は、シールを兼ねる係止部材７を採用しているので、軸受外部から軸受内部への潤滑油の過剰流入を抑えるために係止部材７を活用し、玉４による潤滑油の攪拌抵抗を抑えて、玉軸受１０の回転トルク低減や通常時の発熱対策を図ることもできる。
【００７２】
特に、玉軸受１０は、Ｈ＜０．５ｄに設定されているので、遠心力による保持器３の変形や前述のせん断抵抗をより抑えることができ、射出成形品である場合にはポケット部３ａの寸法精度が良好になる。
【００７３】
また、玉軸受１０は、Ｈ＜０．５ｄに設定されているので、従来の冠形保持器のような爪部をもたず、保持器３の各ポケット部３ａに玉４を収める際、ポケット部３ａに玉４を押し込むことなく、軌道輪１、２間に配置された複数の玉４に保持器３を所定の位置に置くだけで済み、ポケット部３ａの玉入れが容易である。所定の位置に置かれた保持器３は、係止部材７をシール溝部１ｂに圧入して外方の軌道輪１に取り付けると、もはや脱落できない状態となる。これらのことから、玉軸受１０は、組立て性が良好なものとなる。
【００７４】
また、玉軸受１０は、係止部材７と保持器３との間に軸方向のクリアランスｃが設定され、係止部材７の対向部７ｅと保持器３のうちのいずれか一方としての対向部７ｅが、他方としての保持器３との間に円周方向に向かって軸方向に狭くなる空間を形成する二つ以上の突起７ｆを有し、これら突起７ｆが円周方向に間隔をおいて並ぶように配置されているので、係止部材７の対向部７ｅと保持器３の対向する二側面間に潤滑油が入り込み、突起７ｆが保持器３との間に形成するくさび状の空間の狭くなる方へ潤滑油を引き摺ると、くさび効果が生じる。このため、玉軸受１０は、対向部７ｅと保持器３の対向する二側面間で油膜の形成を促進し、保持器３と対向部７ｅの摩耗を防止することができる。
【００７５】
特に、保持器３と係止部材７の周速差が所定以上になると、円周方向に間隔をおいて並ぶ各突起７ｆが高速に周回しながら潤滑油を引き摺るため、保持器３の平坦面３ｆで円周方向に油膜が連続する状態に保たれ、くさび効果が途絶えることなく生じて、保持器３と係止部材７間の摩擦状態が流体潤滑状態になり、対向部７ｅと保持器３の油膜を介した非接触の係合によって保持器３の軸方向他方への移動が規制される。このため、玉軸受１０は、高速回転時でも前述の摩耗を良好に防止することができる。
【００７６】
また、玉軸受１０は、係止部材７の対向部７ｅが各突起７ｆを有し、これら突起７ｆがエラストマ７ｂによって形成されているので、エラストマ７ｂの成型時に突起７ｆも形成することができ、芯金に突起をプレス加工する場合よりも突起７ｆの寸法精度を良くすることができる。
【００７７】
また、玉軸受１０は、保持器３がエンジニアリングプラスチックによって形成されているので、高価なスーパーエンジニアリングプラスチックの使用を避けて、保持器の製造コストを抑制することができる。
【００７８】
第一実施形態では、一般的な非接触形のシールの仕様に基づく係止部材７を採用したが、接触形のシールの仕様に基づく係止部材を採用することも可能である。その一例としての第二実施形態を図８〜図１１に示す。なお、以下では、第一実施形態との相違点を述べるに留める。
【００７９】
図８に示すように、一方の軌道輪１と反対の他方の軌道輪としての内方の軌道輪２０は、円周方向に沿って全周に連なるシール摺動面２０ａを有する。シール摺動面２０ａは、内方の軌道面２ａよりも軸方向他方の位置にあって、内方の軌道輪２の軸方向他方の外周面取りに連なる円筒面状に形成されている。
【００８０】
係止部材２１は、シール摺動面２０ａに対して円周方向に摺動可能に形成されたシールリップ２１ａを有する。シールリップ２１ａとシール摺動面２０ａとの間には締め代が設定されている。
【００８１】
図９、図１０に示すように、シールリップ２１ａは、シール摺動面２０ａとの間に円周方向に向かって軸方向に狭くなるくさび状の空間を形成する二つ以上の弾性突起２１ｂを含む。これら弾性突起２１ｂは、円周方向と直交する向きに延び、かつ円周方向に間隔をおいて並んでいる。なお、図１０は、弾性突起２１ｂの自然状態（成型時の転写形状に相当）のときの様子を示す。同図の状態のとき、弾性突起２１ｂは、半径方向に真っ直ぐ延びている。図９に示すように、弾性突起２１ｂの高さは、シールリップ２１ａの先端側に向かって次第に低くなっている。図９、図１１に示すように、円周方向に隣り合う弾性突起２１ｂ間は、軸受内部と軸受外部間に亘って連通する油通路になっている。係止部材２１は、これら弾性突起２１ｂに限り、内方の軌道輪２０に対して円周方向に摺動可能になっている。
【００８２】
弾性突起２１ｂは、図１１に示すように、シール摺動面２０ａとの間に円周方向に向かって軸方向に狭くなるくさび状の空間を形成する。前述のくさび状は、図１１の断面視において、弾性突起２１ｂに対する接線と、シール摺動面２０ａとが成すくさび角度に基づいて規定される。弾性突起２１ｂは、円周方向に沿った任意の断面において半円状になっている。このため、くさび角度は、弾性突起２１ｂの先端（弾性突起２１ｂの中で最も軸方向に高い位置）に近くなる程、小さくなる。このようにくさび角度を次第に小さくする弾性突起２１ｂの形状であれば、弾性突起２１ｂがシール摺動面２０ａに向かって尖った先端をもたない。このため、玉軸受の高速回転時、シールリップ２１ａの緊迫力によって弾性突起２１ｂの先端が油膜に押し付けられても、油膜切れを防止することができる。また、シールトルクへの影響が大きい摺動接触の面積を減らすことになる。なお、シールリップ２１ａのような流体潤滑対応のシール仕様は、特願２０１６−０４４０５０等において開示されている。
【００８３】
軸受回転に伴い、シールリップ２１ａの各弾性突起２１ｂが、油通路内の潤滑油をシール摺動面２０ａに対してくさび状の空間の狭くなる方へ引き摺ると、くさび効果が生じるので、油膜の形成が促進される。係止部材２１と内方の軌道輪２０間の周速差が所定以上になると、１回転当りの弾性突起２１ｂの通過回数が多くなり、シール摺動面２０ａの全周に亘って油膜が連続する状態に保たれ、各弾性突起２１ｂとの間のくさび効果が途絶えることなく生じ、シールリップ２１ａとシール摺動面２０ａ間の摩擦状態が流体潤滑状態になる。したがって、第二実施形態に係る玉軸受は、シールリップ２１ａの摩耗を抑え、第一実施形態と同等レベルまでシールトルクを低減し、玉軸受の高速回転にも対応することができる。また、シールトルクの低減により高速回転時の発熱が抑えられるので、軸受内部の圧力変動も抑えられ、シール摺動面２０ａへのシールリップ２１ａの吸着も防止される。
【００８４】
また、第二実施形態に係る玉軸受は、円周方向に隣り合う弾性突起２１ｂ間の油通路を通過可能な異物の粒径を弾性突起２１ｂの突出高さに基づいて定めることが可能なため、所定粒径の異物の侵入を防ぐこともできる。
【００８５】
前述の各実施形態では、外方の軌道輪に係止部材を取り付ける例を示したが、内方の軌道輪に係止部材を取り付けてもよい。
【００８６】
また、各実施形態では、係止部材の対向部に突起を形成した例を示したが、保持器の軸方向他方の側面に二つ以上の突起を形成し、係止部材の対向部に円環面を形成してもよい。この場合、対向部の円環面をエラストマで形成すると、誘起スラスト力で保持器の突起が食い込み、シールトルクの増加が懸念されるので、芯金で円環面を形成するとよい。
【００８７】
また、各実施形態では、係止部材の取り付け構造として、係止部材の基端部、シール溝部として一般的な形態のものを例示したが、これでは誘起スラスト荷重に抗して基端部を固定できない場合、これらは、誘起スラスト力に抵抗して保持器移動を規制可能な専用設計の形態に変更すればよい。すなわち、誘起スラスト荷重を受けるシール溝部の軸方向他方側が係止部材の基端部を他方の軌道輪（内方の軌道輪２）の方へ押す半径方向分力の発生を抑えれば、基端部をシール溝部から抜けにくくすることが可能である。例えば、シール溝部の軸方向他方側と係止部材の基端部における接触面は、半径方向に他方の軌道輪の方に向かって軸方向他方に向かう傾斜角度を１０°以下の面にするとよい。この場合、シール溝部を回転砥石で削る際の削り屑の排出性を良くするため、シール溝部の軸方向一方側では、半径方向に他方の軌道輪の方に向かって軸方向一方に向かう傾斜角度をもたせ、この傾斜角度を前述の接触面の傾斜角度よりも大きく設定するとよい。
【００８８】
また、各実施形態では、保持器を一つだけ備える玉軸受を例示したが、二つの保持器を備えてもよい。この場合、玉に対して両側に保持器を配置することになる。軌道輪１が両側にシール溝部１ｂを有するから、各保持器の規制用に二つの係止部材を取り付けることも可能である。玉を二つの保持器のポケット部に収めるには、ポケット部の深さＨを０．５ｄよりも小さくし、玉の両側の保持器同士が互いに軸方向に突き合うことがないようにすればよい。
【００８９】
また、各実施形態では、深溝玉軸受用の軌道輪として軌道面に対して両側の肩部が同高さである標準的なものを例示したが、両肩部間で高さの異なる軌道輪に変更してもよい。
【００９０】
今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。したがって、本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００９１】
１  外方の軌道輪（一方の軌道輪）
１ａ  外方の軌道面
１ｂ  シール溝部
２，２０  内方の軌道輪（他方の軌道輪）
２ａ  内方の軌道面
３  保持器
３ａ  ポケット部
４  玉
７，２１  係止部材
７ａ  芯金
７ｂ  エラストマ
７ｄ、２１ａ  シールリップ
７ｅ  対向部
７ｆ  突起
１０  玉軸受
２０ａ  シール摺動面
２１ｂ  弾性突起
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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