(57)【要約】【課題】簡潔な構造で高速回転時の遠心力による変形を抑制可能な玉軸受用保持器を提供することを目的とする。【解決手段】玉軸受保持器１００は、２つの環状体のうち一方を含む第１環状部品１００ａと他方を含む第２環状部品１００ｂとに分割可能になっていて、柱部１０４の中央を通って第１環状部品１００ａおよび第２環状部品１００ｂが対向している一対の分割面１１０ａ、１１０ｂと、分割面１１０ａからアキシアル方向に延びて分割面１１０ｂに挿し込まれるツメ軸１１２と、ツメ軸１１２の先端から半径方向の外径側に突出して分割面１１０ｂの内部に嵌合するかえし１１４と、を備える。ツメ軸１１２は、分割面１１０ａのうち玉軸受保持器１００の厚み寸法Ｗ１の１／２よりも外径側に到達している領域Ｅ１に設けられていて、一対の分割面１１０ａ、１１０ｂは、少なくともツメ軸１１２よりも内径側の位置で面接触している。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
２つの環状体を複数の柱部でつないだ玉軸受保持器において、
当該玉軸受保持器は、前記２つの環状体のうち一方を含む第１環状部品と他方を含む第２環状部品とに分割可能になっていて、
前記柱部の中央を通って前記第１環状部品および前記第２環状部品が対向している一対の分割面と、
前記一対の分割面のうち一方の分割面からアキシアル方向に延びて他方の分割面に挿し込まれるツメ軸と、
前記ツメ軸の先端から半径方向の外径側に突出して前記他方の分割面の内部に嵌合するかえしと、を備え、
前記ツメ軸は、前記一方の分割面のうち当該玉軸受保持器の厚み寸法の１／２よりも外径側に到達している領域に設けられていて、
前記一対の分割面は、少なくとも前記ツメ軸よりも内径側の位置で面接触していることを特徴とする玉軸受保持器。
【請求項２】
前記ツメ軸は、前記第１環状部品および前記第２環状部品のうち一方にのみ設けられていることを特徴とする請求項１に記載の玉軸受保持器。
【請求項３】
当該玉軸受保持器はさらに、
前記ツメ軸の外径側に円周方向に沿って形成されているツメ側平坦面と、
前記他方の分割面の内部に形成されていて前記ツメ側平坦面に面接触する押え側平坦面と、を備えることを特徴とする請求項１または２に記載の玉軸受保持器。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、二つの環状体を複数の柱部でつないだ玉軸受保持器に関する。
【背景技術】
【０００２】
現在、各自動車メーカによって、電気自動車（ＥＶ）のモータ（以下、ＥＶ用モータ）の小型化と共に高速回転化が検討されている。ＥＶ用モータの高速回転化を進めるためには、軸受にも高速回転に耐え得る性能が必要となる。現在普及しているＥＶ用モータには、円弧状の深い溝に一列の玉を備えた深溝玉軸受が多く採用されている。
【０００３】
深溝玉軸受の性能には、玉を保持する保持器の種類なども影響している。ＥＶ用モータに使用される深溝玉軸受には、波型プレス保持器や、王冠型樹脂保持器などを備えたものが多い。波型プレス保持器は、鉄板を型で打ち抜いた環状かつ波型の２つの部品で構成されていて、この２つの部品で玉を挟んで保持する。王冠型樹脂保持器は、樹脂成形によって作られる片側にツメの並んだ環状の保持器であり、ツメの間に玉をはめ込んで保持する。
【０００４】
しかし、今後さらなる高速回転化を想定した場合、波型プレス保持器では、玉と保持器が鉄同士であるため、高速回転によって油膜が切れると摩耗したり発熱したりすることが懸念される。また、王冠型樹脂保持器では、高速回転時の剛性の不足によってツメが変形して玉に押し当たり、軸受のトルクが増大することが懸念される。ツメの変形は肉厚を増大させることでも防止できるが、軸受の寸法も増大させてしまうため現実的ではない。
【０００５】
ここで、特許文献１には、樹脂製で高速回転時に対応した剛性および強度を有する保持器として、２つの部材に分割可能な軸受用保持器１０が記載されている。この軸受用保持器１０では、図３に示されるように、環状の第一部材２０と第二部材３０とが、柱部の先に互い違いに設けられた第一係合部４０および第二係合部５０で係合する構成となっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−１２１８１７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、特許文献１の技術においても、さらなる高速回転への対応に関しては改善の余地がある。特に、図３に示されるように、第一部材２０と第二部材３０との分割の境目が柱部に形成されていて、ツメ状の第一係合部４０は柱部の端面の内径側に設けられている。したがって、特許文献１の構成では、高速回転時の遠心力に対して、柱部の境目が外径側に開くおそれがある。仮に、柱部の境目が開くと、ポケットの変形を招き、その縁が玉を押して発熱やトルクの増大を引き起こしかねない。
【０００８】
本発明は、このような課題に鑑み、簡潔な構造で高速回転時の遠心力による変形を抑制可能な玉軸受用保持器を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明にかかる玉軸受保持器の代表的な構成は、２つの環状体を複数の柱部でつないだ玉軸受保持器において、当該玉軸受保持器は、２つの環状体のうち一方を含む第１環状部品と他方を含む第２環状部品とに分割可能になっていて、柱部の中央を通って第１環状部品および第２環状部品が対向している一対の分割面と、一対の分割面のうち一方の分割面からアキシアル方向に延びて他方の分割面に挿し込まれるツメ軸と、ツメ軸の先端から半径方向の外径側に突出して他方の分割面の内部に嵌合するかえしと、を備え、ツメ軸は、一方の分割面のうち当該玉軸受保持器の厚み寸法の１／２よりも外径側に到達している領域に設けられていて、一対の分割面は、少なくともツメ軸よりも内径側の位置で面接触していることを特徴とする。
【００１０】
上記構成では、ツメ軸の先端のかえしが当該玉軸受保持器の厚み寸法の１／２よりも外径側の位置で嵌合し、分割面同士はツメ軸よりも内径側の位置で面接触している。これら二つの位置での第１環状部品と第２環状部品との接触が、回転時に分割面を外径側に開かせようとする遠心力に対して突っ張って抵抗する。したがって、上記構成であれば、回転時の変形およびそれに伴う発熱やトルクの増大を防ぎ、さらなる高速回転にも耐えることが可能になっている。
【００１１】
上記のツメ軸は、第１環状部品および第２環状部品のうち一方にのみ設けられているとよい。仮に、並んだ柱部にツメ軸とその挿込部とを交互に設けようとすると、柱部の数が奇数の場合、一部にツメ軸とツメ軸、または挿込部と挿込部とが並ぶ箇所が現れてしまう。そこで、上記構成では、第１環状部品と第２環状部品のうち、一方にはツメ軸のみを設け、他方には挿込部のみを設けることで、柱部の数、すなわち玉の数が奇数の場合に偶数の場合にも実施可能としている。
【００１２】
当該玉軸受保持器はさらに、ツメ軸の外径側に円周方向に沿って形成されているツメ側平坦面と、他方の分割面の内部に形成されていてツメ側平坦面に面接触する押え側平坦面と、を備えてもよい。
【００１３】
上記構成によれば、ツメ側平坦面を押え側平坦面で押さえることで、回転時の遠心力によるツメ軸のたわみを好適に防ぐことが可能となる。
【発明の効果】
【００１４】
本発明によれば、簡潔な構造で高速回転時の遠心力による変形を抑制可能な玉軸受用保持器を提供することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態にかかる玉軸受保持器の概要を示した図である。
【図２】玉軸受保持器の柱部を一部切り欠いて示した図である。
【図３】玉軸受保持器の各断面図である。
【図４】ＣＡＥ解析の各試験体を示した図である。
【図５】玉軸受保持器のＣＡＥ解析の結果を示した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値などは、発明の理解を容易とするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示または説明を省略する。
【００１７】
図１は、本発明の実施形態にかかる玉軸受保持器１００の概要を示した図である。図１（ａ）は、玉軸受保持器１００の全体を示した斜視図である。玉軸受保持器１００は、樹脂で成形された保持器であって、２つの環状体を複数の柱部でつないで玉１０２のポケットが形成されている。
【００１８】
図１（ｂ）は、玉軸受保持器１００を分割させた状態の斜視図である。玉軸受保持器１００は、２つの環状体のうち一方を含む第１環状部品１００ａと、他方を含む第２環状部品１００ｂとに分割することが可能になっている。玉軸受保持器１００の分割は柱部１０４の中央を通る位置で行われ、第１環状部品１００ａと第２環状部品１００ｂとで玉１０２（図１（ａ）参照）を挟み込んで保持できるようになっている。第１環状部品１００ａと第２環状部品１００ｂとの接続は、第１環状部品１００ａの柱部１０４ａに設けられたツメ１０６と、第２環状部品１００ｂの柱部１０４ｂに設けられた挿込部１０８とが嵌合することで行われる。
【００１９】
本実施形態では、第１環状部品１００ａおよび第２環状部品１００ｂのうち、一方の第１環状部品１００ａにのみツメ１０６を並べて設け、他方の第２環状部品１００ｂには挿込部１０８のみを設けている。第１環状部品１００ａおよび第２環状部品１００ｂに対しては、並んだ柱部にツメと挿込部とを交互に設けることも可能ではある。しかし、そのような構成では、柱部の数が奇数の場合、一部にツメとツメ、または挿込部と挿込部とが並ぶ箇所が現れてしまう。そこで、本実施例では、第１環状部品１００ａにツメ１０６のみを設け、第２環状部品１００ｂには挿込部１０８のみを設けている。この構成によって、柱部１０４の数、すなわち玉１０２（図１（ａ）参照）の数が奇数の場合に偶数の場合にも実施可能になっている。また、一つの部品にツメのみまたは挿込部のみを設ける構成のほうが、１つの部品にツメと挿込部とを交互に設ける構成よりも、成形が容易で労力やコストの面で有益である。
【００２０】
図２は、玉軸受保持器１００の柱部１０４を一部切り欠いて示した図である。柱部１０４の分割の境目には、一対の分割面１１０ａ、１１０ｂが形成されている。分割面１１０ａ、１１０ｂは、柱部１０４の中央を通る当該玉軸受保持器１００の軸方向に垂直な平面（ラジアル平面）として形成されている。完成状態の玉軸受保持器１００では、分割面１１０ａ、１１０ｂにて第１環状部品１００ａおよび第２環状部品１００ｂが互いに対向した状態となる。
【００２１】
ツメ１０６は、ツメ軸１１２とかえし１１４を含んで構成されている。ツメ軸１１２は、第１環状部品１００ａの分割面１１０ａから、第２環状部品１００ｂ側へアキシアル方向に延びている。第２環状部品１００ｂの挿込部１０８は、分割面１１０ｂから内部にかけての所定範囲を切り欠くことで形成されている。かえし１１４は、ツメ軸１１２の先端から半径方向の外径側に突出していて、挿込部１０８の外径側に形成されている梁部１１６に嵌合する。
【００２２】
図３は、玉軸受保持器１００の各断面図である。図３（ａ）は、図１の玉軸受保持器１００のＡ−Ａ断面図である。本実施形態では、第１環状部品１００ａと第２環状部品１００ｂとを結合させたときの剛性を高めるために、ツメ１０６等の設ける位置に工夫を施している。具体的には、かえし１１４と梁部１１６とを、当該玉軸受保持器１００の厚み寸法Ｗ１の１／２よりも外径側の位置で嵌合させている。この構成を実現するために、ツメ軸１１２は、分割面１１０ａのうち、厚み寸法Ｗ１の１／２よりも外径側に到達する領域Ｅ１に設けられている。領域Ｅ１は、分割面１１０ａの内径側の端には到達しておらず、分割面１１０ａの中央側に位置している。そのため、分割面１１０ａ、１１０ｂは、少なくともツメ軸１１２よりも内径側の位置で面接触することが可能になっている。
【００２３】
図３（ｂ）は、図３（ａ）の玉軸受保持器１００に回転時の遠心力を与えた模式図である。回転時の遠心力は、分割面１１０ａ、１１０ｂを外径側に開かせようとする。このとき、本実施形態であれば、かえし１１４の起立面１１８と梁部１１６の側面１２０との接触点Ｐ１が、厚み寸法Ｗ１の１／２よりも外径側の位置に形成される。また、ツメ軸１１２よりも内径側の位置にて、分割面１１０ａ、１１０ｂ同士の接触点Ｐ２も形成される。これら二つの位置での第１環状部品１００ａと第２環状部品１００ｂとの接触点Ｐ１、Ｐ２が、分割面１１０ａ、１１０ｂを開かせようとする遠心力に対して突っ張って抵抗する。したがって、分割面１１０ａ、１１０ｂの外径側の開きは抑えられ、ポケットの変形による玉１０２（図２等参照）の押圧も防がれる。このようにして、当該玉軸受保持器１００は、発熱やトルクの増大を防ぎ、さらなる高速回転にも耐えることが可能になっている。
【００２４】
当該玉軸受保持器１００には、分割面１１０ａ、１１０ｂの開きをさらに抑える部位が設けられている。まず、ツメ軸１１２の外径側には、円周方向に沿ってツメ側平坦面１２２が形成されている。また、分割面１１０ｂの内部にて、梁部１１６の内径側にはツメ側平坦面１２２の形状に沿った押え側平坦面１２４が形成されている。これら構成によって、回転時の遠心力によって分割面１１０ａ、１１０ｂが開こうとしたとき、押え側平坦面１２４がツメ側平坦面１２２に対して外径側から面接触し、ツメ軸１１２のたわみおよび分割面１１０ａ、１１０ｂの開きを好適に防ぐことが可能になっている。
【００２５】
以下、図４および図５を参照して、当該玉軸受保持器のＣＡＥ（Computer Aided Engineering）解析について説明する。図４は、ＣＡＥ解析の各試験体を示した図である。図４（ａ）に示す実施例１は、図３（ａ）に示した玉軸受保持器１００である。実施例１では、図３（ａ）を参照して説明した通り、ツメ軸１１２が、分割面１１０ａのうち、当厚み寸法Ｗ１の１／２よりも外径側に到達した領域Ｅ１に設けられている。また、分割面１１０ａ、１１０ｂが、ツメ軸１１２よりも内径側の位置で面接触している。
【００２６】
図４（ｂ）に示す試験体は、比較例の玉軸受保持器１０である。玉軸受保持器１０では、ツメ軸１２が、分割面１４ａ、１４ｂのうち、厚み寸法Ｗ１の１／２よりも内径側に設けられている。また、分割面１４ａ、１４ｂは、ツメ軸１２よりも内径側の位置では接触していない。
【００２７】
図４（ｃ）に示す実施例２の玉軸受保持器１３０は、実施例１の玉軸受保持器１００よりもツメ軸１３２を外径側に設けた試験体である。実施例２では、ツメ軸１３２が、分割面１３４ａのうち、厚み寸法Ｗ１の１／３よりも外径側に到達している領域に設けられている。また、ツメ軸１３２よりも内径側の位置で面接触する分割面１３４ａ、１３４ｂの接触面積が拡大している。
【００２８】
図５は、玉軸受保持器のＣＡＥ解析の結果を示した図である。図５（ａ）、図５（ｂ）は、図４の各保持器を軸受に組み込み、高速回転させたときの最大相当応力を比較したものである。横軸は内輪回転数（ｒｐｍ）、縦軸は最大相当応力（Ｍｐａ）である。温度による熱膨張とヤング率の変化を考慮して、図５（ａ）の解析は保持器の温度を８０℃に設定し、図５（ｂ）の解析は保持器の温度を１４０℃に設定している。図５（ａ）（ｂ）からは、比較例が最も応力が大きく、変形しやすいことが分かる。実施例１、２は、比較例とは差の離れた低い値を示している。この結果からは、実施例１、２は比較例よりも変形し難いこと、および実施例２のほうが実施例１よりも変形し難いことが確認できる。
【００２９】
図５（ｃ）、図５（ｄ）は、各試験体を軸受に組み込み、高速回転させたときのポケットと玉との残留すきまを比較したものである。横軸は内輪回転数（ｒｐｍ）、縦軸はポケット残留すきま（ｍｍ）である。また、図５（ｃ）の試験は８０℃の条件で行い、図５（ｄ）の試験は１４０℃の条件で行っている。図５（ｃ）（ｄ）からは、比較例は残留すきまが途中で失われ、ポケットが玉に接触したことが分かる。
【００３０】
図５（ｃ）の試験結果からは、実施例１、２は共に最後まで残留すきまを保っていること、実施例２のほうが実施例１よりも残留すきまを多く保っていることが確認できる。図５（ｄ）の試験結果からは、実施例１は途中で残留すきまが失われたものの、実施例１、２ともに比較例よりも高速回転に耐えていること、および実施例２は最後まで残留すきまを保っていることが確認できる。
【００３１】
図５の各試験結果から、本実施形態に係る玉軸受保持器１００、１３０（図４（ａ）、図４（ｃ）参照）である実施例１、２は、ツメ軸１１２、１３２を分割面１１０ａ、１３４ａのうち厚み寸法Ｗ１の１／２よりも外径側に設けたこと、および分割面１１０ａ、１００ｂおよび分割面１３４ａ、１３４ｂをツメ軸１１２、１３２よりも内径側の位置で面接触させたことが、高速回転時に有効に機能すると証明された。特に、実施例２の結果から、ツメ軸１３２をより外径側に設けること、分割面１３４ａ、１３４ｂの内径側での接触面積を拡大させることが有効であると証明された。
【００３２】
これら本実施形態にかかる玉軸受保持器１００、１３０であれば、高速回転時のトルクや焼き付き限界の低減を図ることが可能になる。したがって、当該玉軸受保持器１００、１３０であれば、今後さらなる高速回転化が進むＥＶ用モータなどにも有効に活用することができる。
【００３３】
以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施例について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。
【産業上の利用可能性】
【００３４】
本発明は、二つの環状体を複数の柱部でつないだ玉軸受保持器として利用することができる。
【符号の説明】
【００３５】
１００…玉軸受保持器、１００ａ…第１環状部品、１００ｂ…第２環状部品、１０２…玉、１０４…柱部、１０４ａ、１０４ｂ…柱部、１０６…ツメ、１０８…挿込部、１１０ａ、１１０ｂ…分割面、１１２…ツメ軸、１１４…かえし、１１６…梁部、１１８…起立面、１２０…側面、１２２…ツメ側平坦面、１２４…側平坦面、１３０…実施例２の玉軸受保持器、１３２…ツメ軸、１３４ａ、１３４ｂ…分割面、Ｗ１…厚み寸法、Ｅ１…ツメ軸の領域、Ｐ１…かえしと梁部の接触点、Ｐ２…分割面同士の接触点、１０…比較例の玉軸受保持器、１２…ツメ軸、１４ａ、１４ｂ…分割面
【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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