(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】保持器３のポケット部３ａが玉４のピッチ円直径ＰＣＤ以上の内径をもって軸方向一方へ突き出た対の先端部３ｄを有することにより、ポケット部３ａの先端付近で軽量化を図ると共にポケット部３ａの面積を減らす。【選択図】図１
2020143696.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、
前記ポケット部が、前記玉のピッチ円直径以上の内径をもって軸方向一方へ突き出た対の先端部を有することを特徴とする玉軸受。
【請求項２】
前記ポケット部の前記対の先端部が、軸方向他方に向かって前記玉と係合可能な形状である請求項１に記載の玉軸受。
【請求項３】
前記ポケット部が、前記対の先端部から軸方向他方に向かって内径を次第に小さくした形状である請求項１又は２に記載の玉軸受。
【請求項４】
前記ポケット部の軸方向の深さを当該ポケット部の先端から前記玉のピッチ円までの先端側深さ領域と、当該玉のピッチ円から当該ポケット部の底までの底側深さ領域とに分けて考えたとき、当該ポケット部が、当該底側深さ領域を形成する部分の内径よりも当該先端側深さ領域を形成する部分の内径を大きくした形状である請求項１から３のいずれか１項に記載の玉軸受。
【請求項５】
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４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】
さらに、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、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、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、前記ポケット部が、前記玉のピッチ円直径以上の内径をもって軸方向一方へ突き出た対の先端部を有する構成を採用した。
【００１５】
上記構成によれば、ポケット部が玉のピッチ円直径以上の内径をもって軸方向一方へ突き出た対の先端部を有するので、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、ポケット部の対の先端部は、玉のピッチ円直径以上の内径をもっているため、遠心力による保持器の変形が原因で玉と強く接触することもない。
【００１６】
具体的には、前記ポケット部の前記対の先端部が、軸方向他方に向かって前記玉と係合可能な形状であるとよい。このようにすると、従来の冠形保持器と同様の組み立て方法で保持器の各ポケット部に玉を収め、保持器の軸方向他方への移動をポケット部の対の先端部と玉の係合によって規制することができる。
【００１７】
また、前記ポケット部が、前記対の先端部から軸方向他方に向かって内径を次第に小さくした形状であるとよい。このようにすると、ポケット部の内径変化を穏やかにして応力集中を緩和することができる。
【００１８】
また、前記ポケット部の軸方向の深さを当該ポケット部の先端から前記玉のピッチ円までの先端側深さ領域と、当該玉のピッチ円から当該ポケット部の底までの底側深さ領域とに分けて考えたとき、当該ポケット部が、当該底側深さ領域を形成する部分の内径よりも当該先端側深さ領域を形成する部分の内径を大きくした形状であるとよい。このようにすると、遠心力による保持器の変形が起こっても比較的玉への接近が少ないポケット部の底側深さ領域を利用してポケット部の強度を確保する一方、比較的玉に接近し易い先端側深さ領域では、対の先端部と玉との干渉を無くすことは勿論、その残部でも玉との干渉を防止することができる。
【００１９】
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。このようにすると、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】
【００２０】
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、また、遠心力による保持器の変形が原因でポケット部の先端部が玉と強く接触する懸念を無くすこともできる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】この発明の実施形態に係る保持器を示す断面図
【図２】この発明の実施形態に係る玉軸受を示す断面図
【図３】実施形態に係る玉軸受の使用例を示す概念図
【図４】図１に示す保持器の斜視図
【図５】図４のポケット部付近の拡大図
【発明を実施するための形態】
【００２２】
この発明の一例としての実施形態に係る玉軸受を添付図面に基づいて説明する。
【００２３】
図２に示す玉軸受Ｂ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と同軸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。
【００２４】
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２において、左右方向は軸方向に相当し、半径方向は上下方向に相当する。
【００２５】
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。
【００２６】
軌道輪１，２と玉４は、それぞれ鋼によって形成されている。
【００２７】
外方の軌道面１ａと内方の軌道面２ａは、それぞれ軌道輪幅の中央部に配置された断面円弧状の軌道溝からなる。図示では、深溝玉軸受を例示している。
【００２８】
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。図示例の玉軸受Ｂは、ｄｍｎ２２０万で運転可能なものを想定している。このような高速運転の用途として、例えば、図３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。
【００２９】
図２、図４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。保持器３として、玉４で半径方向に案内する転動体案内型を例示しているが、軌道輪で半径方向に案内する軌道輪案内型であってもよい。
【００３０】
保持器３は、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。
【００３１】
保持器３は、各ポケット部３ａを繋ぐ円環部３ｂと、円周方向に隣り合うポケット部３ａの先端間から軸方向他方へ凹んだ凹部３ｃとを有する。
【００３２】
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。
【００３３】
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。
【００３４】
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。
【００３５】
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。
【００３６】
図１、図４、図５に示すように、ポケット部３ａは、円環部３ｂから軸方向一方へ突出する部分によって形成されている。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。
【００３７】
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り、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。
【００３８】
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。
【００３９】
図１に示すように、ポケット部３ａの軸方向の深さは、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。その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。
【００４０】
ポケット部３ａの軸方向の深さは、ポケット部３ａと玉４の係合のみで保持器３の軸方向他方への移動を規制できるように設定されており、図示例では、玉４の直径の０．６５倍以上である。このため、保持器３の各ポケット部３ａに玉４を収める工程は、従来の冠形保持器と同様にすることができる。
【００４１】
一方、ポケット部３ａの軸方向の深さを小さくする程、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。このため、ポケット部３ａの軸方向の深さは、玉４の直径よりも小さくすることが好ましく、図示例では、玉４の直径の０．８５倍以下である。
【００４２】
ポケット部３ａは、玉４のピッチ円直径ＰＣＤ以上の内径をもって軸方向一方へ突き出た対の先端部３ｄを有する。
【００４３】
対の先端部３ｄは、軸方向他方に向かって玉４と係合可能な形状であって、保持器３の軸方向一方の側面における開口幅を規定する。その開口幅は、玉４の直径よりも小さく設定されている。保持器３のうち、ポケット部３ａを形成する突出部分は、凹部３ｃの形成によって、軽量化されていると共に、対の先端部３ｄを容易に円周方向へ弾性変形させられるようになっている。
【００４４】
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、ポケット部３ａの先端から玉４のピッチ円（玉４の中心Ｏの位置に相当）までの先端側深さ領域Ｈ１と、玉４のピッチ円からポケット部３ａの底までの底側深さ領域Ｈ２とに分けて考える。
【００４５】
ポケット部３ａの外径は、軸方向の深さの全域で一定になっている。
【００４６】
対の先端部３ｄは、ポケット部３ａのうち、先端側深さ領域Ｈ１を形成する部分の略全部を構成している。先端部３ｄは、その略全部で一定の半径方向長さをもっている。
【００４７】
ポケット部３ａのうち、先端側深さ領域Ｈ１を形成する部分は、先端部３ｄの内径縁ｅ１から軸方向他方に連なる円弧状の内径縁ｅ２を有する。内径縁ｅ２では、先端部３ｄから軸方向他方に向かって内径が次第に小さくなる。
【００４８】
ポケット部３ａのうち、底側深さ領域Ｈ２を形成する部分は、その略全部で一定の半径方向長さをもっている。底側深さ領域Ｈ２を形成する部分の内径縁ｅ３は、前述の内径縁ｅ１，ｅ２に比して小さな内径をもち、内径縁ｅ２と段状を成すように連なっている。このように内径縁ｅ１，ｅ２と内径縁ｅ３間で内径差を設定することにより、底側深さ領域Ｈ２を形成する部分の内径よりも先端側深さ領域Ｈ１を形成する部分の内径が大きくなっている。
【００４９】
図１、図２に示す玉軸受Ｂは、上述のようなものであり、ポケット部３ａが玉４のピッチ円直径ＰＣＤ以上の内径をもって軸方向一方へ突き出た対の先端部３ｄを有するので、ポケット部３ａの先端付近で軽量化を図ると共に、ポケット部３ａの先端付近の面積を減らすことができる。このため、玉軸受Ｂは、前述の軽量化により、高速回転時、保持器３が遠心力の影響を受けにくくなるので、遠心力による保持器３の変形を抑えることができると共に、その変形が原因で先端部３ｄが玉４と強く接触する懸念を無くすこともでき、さらに、前述の面積減少により、ポケット部３ａと玉４間でのせん断抵抗を抑えることもできる。
【００５０】
また、玉軸受Ｂは、ポケット部３ａの対の先端部３ｄが軸方向他方に向かって玉４と係合可能な形状であるので、従来の冠形保持器と同様の組み立て方法で保持器３の各ポケット部３ａに玉４を収め、保持器３の軸方向他方への移動を対の先端部３ｄと玉４の係合によって規制することができる。
【００５１】
また、玉軸受Ｂは、ポケット部３ａが対の先端部３ｄから軸方向他方に向かって内径を次第に小さくした形状であるので、先端部３ｄとポケット部３ａの他の部分との間の内径変化を穏やかにして応力集中を緩和することができる。
【００５２】
また、玉軸受Ｂは、ポケット部３ａが底側深さ領域Ｈ２を形成する部分の内径よりも先端側深さ領域Ｈ１を形成する部分の内径を大きくした形状であるので、遠心力による保持器３の変形が起こっても比較的玉４への接近が少ないポケット部３ａの底側深さ領域Ｈ２を利用してポケット部３ａの強度を確保する一方、比較的玉４に接近し易い先端側深さ領域Ｈ１では、対の先端部３ｄと玉４との干渉を無くすことは勿論、その先端側深さ領域Ｈ１の残部でも玉４との干渉を防止することができる。
【００５３】
また、玉軸受Ｂ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。
【００５４】
この実施形態では、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。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】
【００５５】
３  保持器
３ａ  ポケット部
３ｄ  先端部
４  玉
【図１】
2020143696.tif 000003
【図２】
2020143696.tif 000004
【図３】
2020143696.tif 000005
【図４】
2020143696.tif 000006
【図５】
2020143696.tif 000007