(57)【要約】【課題】どのような超仕上装置を用いたとしても玉軸受の耐衝撃性等を安定して確保できる手段を提供する。【解決手段】内周面に外輪軌道溝を設けた外輪と、外周面に内輪軌道溝を設けた内輪と、前記外輪軌道溝と内輪軌道溝との間に転動自在に配設された複数の玉とを備えた玉軸受において、内輪軌道溝の溝中央から溝肩だれ部までの軸方向の長さＬｉと、外輪軌道溝の溝中央から溝肩だれ部までの軸方向の長さＬｅとを次式で得られる長さ以上とする。Ｌｉ＝Ｒｍｉｎｉ・ｓｉｎαｍａｘ＋ＡｉＬｅ＝Ｒｍｉｎｅ・ｓｉｎαｍａｘ＋Ａｅここに、αｍａｘ：最大接触角、Ｒｍｉｎ：最小溝半径、Ａ：接触楕円長半径、添字ｉ：内輪、添字ｅ：外輪【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内周面に外輪軌道溝を設けた外輪と、外周面に内輪軌道溝を設けた内輪と、前記外輪軌道溝と内輪軌道溝との間に転動自在に配設された複数の玉とを備えた玉軸受において、
前記内輪軌道溝の溝中央から溝肩だれ部までの軸方向の長さＬｉと、前記外輪軌道溝の溝中央から溝肩だれ部までの軸方向の長さＬｅとが次式で得られる長さ以上であることを特徴とする玉軸受。
【数１】
2005036864.tif 000003
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ハードディスクドライブ装置やビデオテープレコーダ等の小型モータの回転軸および各種の機器の回転部分を回転自在に支持する玉軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、軌道溝の溝肩部に肩だれ部（溝肩だれ部という。）が存在すると、玉軸受が衝撃荷重を受けた場合にその溝肩だれ部に玉が乗り上げ、局部的な面圧の上昇により玉や軌道溝が損傷して玉軸受の耐衝撃性を低下させるという問題がある。
【０００３】
このため、従来の玉軸受は、超仕上装置の超仕上砥石の揺動振幅を変更可能とし、揺動振幅を変化させながら玉が転動する外輪や内輪の軌道溝の超仕上加工を行って砥石のマタギ幅の存在に伴う溝肩部の過剰仕上による肩だれを補正して正確な円弧形状の軌道溝を形成している（例えば、特許文献１参照。）。
【０００４】
【特許文献１】
特開２００２−２５４２９３号公報（第４頁
【００２５】−
【００２８】、第１図、第４図）
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上述した従来の技術においては、正確な円弧形状の軌道溝の形成は可能なものの、軌道溝の溝肩部に生じるバリの除去等のためには面取りまたはフィレットＲ等を設ける必要があり、耐衝撃性等を維持するために必要な円弧形状の長さが不明でるためにその品質が安定しない場合があるという問題がある。
【０００６】
また、特許文献１の技術を利用しようとすれば新たな超仕上装置を設置しなければならず、既存の装置の更新または改造等に費用を要するという問題がある。
そこで、本発明は、どのような超仕上装置を用いたとしても玉軸受の耐衝撃性等を安定して確保できる手段を提供することを目的とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記課題を解決するために、内周面に外輪軌道溝を設けた外輪と、外周面に内輪軌道溝を設けた内輪と、前記外輪軌道溝と内輪軌道溝との間に転動自在に配設された複数の玉とを備えた玉軸受において、前記内輪軌道溝の溝中央から溝肩だれ部までの軸方向の長さＬｉと、前記外輪軌道溝の溝中央から溝肩だれ部までの軸方向の長さＬｅとが数１に示す式で得られる長さ以上であることを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下に、図面を参照して本発明による玉軸受の実施例について説明する。
図１は実施例の内輪の軌道溝を示す説明図、図２は実施例の玉軸受を示す判断面図である。
図２において、１は玉軸受であり、グリース等の潤滑剤により潤滑される。
【０００９】
２は外輪であり、合金鋼等の鋼材で製作され、その内周面２ａに軸方向断面形状が円弧形状の外輪軌道溝２ｂが設けられ、その外周面は円筒面に成形される。
３は内輪であり、合金鋼等の鋼材で製作され、その外周面３ａに玉軸受１の軸方向断面形状が円弧形状の内輪軌道溝３ｂが設けられ、その内周面は円筒面に成形される。
【００１０】
４は保持器であり、樹脂材料や鋼板等で製作され、転動体としての玉５を所定のピッチで保持して玉５の互いの接触を防止する。本実施例ではポリアミド等の樹脂材料やこれらをガラス繊維等で強化した樹脂材料等により射出成形等の成形手段を用いて一体に成形された冠型保持器である。
玉５は、合金鋼等の鋼材で製作され、外輪２の外輪軌道溝２ｂとこれに対向する内輪３の内輪軌道溝３ｂとの間に複数配設されており、保持器４に転動自在に保持される。
【００１１】
６はシールド板であり、バネ鋼等の鋼板で製作されて玉５の両側に配置され、その外周端を外輪２の内周面２ａに嵌合して係止すると共にその内周端を内輪３の外周面３ａに近接して非接触式のシールを構成しており、外部からの塵芥や泥水等の浸入を防止すると共に潤滑剤としてグリースを玉５の周囲に封止する機能を有している。
【００１２】
図１において、１１は溝肩だれ部であり、内輪３の外周面３ａと内輪軌道溝３ｂの溝肩部に超仕上砥石のマタギ幅による過剰仕上により、またはバリの除去等のために形成される。
１２は玉軸受１に軸方向の荷重が作用したときの玉５と軌道溝３ｂとの接触点である。
【００１３】
１３は溝中央部であり、内輪軌道溝３ｂの軸方向の中央である。
図１は内輪３の内輪軌道溝３ｂの形状を示した図であり、２点鎖線で示す玉５はこれに作用する軸方向の荷重により接触角αで内輪軌道溝３ｂに当接し、内輪軌道溝３ｂの面直角方向に力Ｑを及ぼして内輪軌道溝３ｂを弾性変形させ、円周方向に長半径Ａｉ（ｉは内輪３を示す添字）を有する接触楕円Ｃが形成される。なお接触角αは玉５の中心と接触点１２を結んだ線と半径方向とのなす角度である。
【００１４】
また、内輪軌道溝３ｂの軸方向断面は溝半径Ｒｉの円弧形状であり、溝中央部１３から溝肩だれ部１１までの軸方向長さＬｉ（母線形状長さＬｉという。）は、
Ｌｉ＝Ｒｉ・ｓｉｎα＋Ａｉ・ｃｏｓα＋Δａ／２    ・・・・・・（１）
で求められ、同様に外輪２の外輪軌道溝２ｂの溝半径をＲｅ（ｅは外輪２を示す添字）とすると、その母線形状長さＬｅは、
Ｌｅ＝Ｒｅ・ｓｉｎα＋Ａｅ・ｃｏｓα＋Δａ／２    ・・・・・・（２）
で求められる。
【００１５】
ここに、Δａは玉軸受１の軸方向隙間であり、玉５の直径をＤｗとすると幾何学的に
Δａ＝２ｓｉｎα（Ｒｅ＋Ｒｉ−Ｄｗ）    ・・・・・・・・・・（３）
なる関係が有り、溝半径Ｒｉ、Ｒｅおよび玉５の直径Ｄｗ、軸方向隙間Δａを知れば接触角αは（３）式より
α＝ｓｉｎ−１｛（Ｒｅ＋Ｒｉ−Ｄｗ）・Δａ／２｝    ・・・・・（４）
として求められる。
【００１６】
また、内輪３の接触楕円Ｃの長半径Ａｉは、ヘルツの式により
Ａｉ＝μｉ｛（３／Ｅ）（１−１／Ｍ２）（Ｑ／Σρｉ）｝１／３・・・・・（５）
同様に、外輪２の接触楕円の長半径Ａｅは、
Ａｅ＝μｅ｛（３／Ｅ）（１−１／Ｍ２）（Ｑ／Σρｅ）｝１／３・・・・・（６）
として求められる。
【００１７】
ここに、Ｅは内輪３および外輪２の縦弾性係数、Ｍはこれらのポアソン数であり、Σρｉ、Σρｅはそれぞれ次式により求められる内輪軌道溝３ｂおよび外輪軌道溝２ｂの主曲率の総和である。
Σρｉ＝｛４−１／Ｆｉ＋２γ／（１−γ）｝／Ｄｗ    ・・・・（７）
Σρｅ＝｛４−１／Ｆｅ−２γ／（１＋γ）｝／Ｄｗ    ・・・・（８）
γ＝Ｄｗ・ｃｏｓα／Ｄｐｗ    ・・・・・・・・・・・・・（９）
Ｆｉ＝Ｒｉ／Ｄｗ    ・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１０）
Ｆｅ＝Ｒｅ／Ｄｗ    ・・・・・・・・・・・・・・・・・・（１１）
なお、Ｄｐｗは玉５のピッチ円直径であり、μは次式のｃｏｓτをパラメータとして得られるヘルツの式における定数である。
【００１８】
ｃｏｓτｉ＝｛１／Ｆｉ＋２γ／（１−γ）｝／｛４−１／Ｆｉ＋２γ／（１−γ）｝                                              ・・・・・（１２）
ｃｏｓτｅ＝｛１／Ｆｅ−２γ／（１＋γ）｝／｛４−１／Ｆｅ−２γ／（１＋γ）｝                                              ・・・・・（１３）
上記のような関係を有する玉軸受１において、溝肩だれ部１１を有していても耐衝撃性等を維持することができる軌道溝の形状を得るためには、以下のようにする。
【００１９】
すなわち、それぞれの溝半径Ｒｉ、Ｒｅの寸法許容差の最小値（最小溝半径Ｒｍｉｎｉ、Ｒｍｉｎｅという。）を用いて式（４）により接触角の最大値（最大接触角αｍａｘという。）を求め、この最大接触角αｍａｘと式（５）、式（６）を用いて求めたそれぞれの接触楕円の長半径Ａｉ、Ａｅを式（１）、式（２）に代入して寸法許容差を考慮した場合に必要となるそれぞれの軌道溝の母線形状長さＬｉ、Ｌｅを次式により求める。
【００２０】
Ｌｉ＝Ｒｍｉｎｉ・ｓｉｎαｍａｘ＋Ａｉ・ｃｏｓαｍａｘ＋Δａ／２・・・・・（１４）
Ｌｅ＝Ｒｍｉｎｅ・ｓｉｎαｍａｘ＋Ａｅ・ｃｏｓαｍａｘ＋Δａ／２・・・・・（１５）
そして、軸方向隙間の項Δａ／２は他の項に比べて非常に小さいことによってこれを無視し、予期せぬ衝撃による荷重の増加を考慮してＡ・ｃｏｓαｍａｘを長半径Ａとして式（１４）、式（１５）を変形し
Ｌｉ＝Ｒｍｉｎｉ・ｓｉｎαｍａｘ＋Ａｉ          ・・・・・・（１６）
Ｌｅ＝Ｒｍｉｎｅ・ｓｉｎαｍａｘ＋Ａｅ          ・・・・・・（１７）
を得る。
【００２１】
この場合にｓｉｎαｍａｘを近似的に単位をラジアンとしたαｍａｘに置換えて母線形状長さＬｉ、Ｌｅを求めるようにしてもよい。
この式（１６）、式（１７）によるそれぞれの軌道溝の母線形状長さＬｉ、Ｌｅを満たすように寸法許容差内の溝半径Ｒｉ、Ｒｅで超仕上加工を行うことにより溝肩だれ部１１を有していても耐衝撃性等を維持することができる内輪軌道溝３ｂおよび外輪軌道溝２ｂの確保すべき円弧の適正な形状を得ることができる。またこの形状は玉軸受１としての深溝玉軸受の軌道溝として特に有効である。
【００２２】
上記の形状の効果を確認するために以下に示す静荷重負荷試験を行った。
静荷重負荷試験に用いた玉軸受１は、内径５ｍｍ、外径１３ｍｍ、幅３ｍｍ、玉５の直径Ｄｗ１．５８７５ｍｍ（１／１６インチ）、玉数１０個の単列深溝玉軸受である。
上記の単列深溝玉軸受における式（１６）、式（１７）を用いて求めた母線形状長さＬｉ、Ｌｅは共に０．５２ｍｍであり、上記の試験においては比較のためにそれよりも短い母線形状長さ０．５０および０．４８ｍｍの単列深溝玉軸受とそれよりも長い母線形状長さ０．５４ｍｍの単列深溝玉軸受とを用いて静荷重を変化させながら回転させた場合の振動加速度の上昇量（Ｇ値上昇量という。）を測定した。
【００２３】
図３はその静荷重負荷試験の結果を示すグラフである。
図３において、本実施例の母線形状長さを０．５２ｍｍ（記号□で示す。）およびそれ以上の０．５４ｍｍ（記号◇で示す。）とした単列深溝玉軸受の２９４Ｎ（３０ｋｇｆ）の静荷重時のＧ値上昇量は６ｘ１０−３ｍ／ｓ２以下であり、母線形状長さが０．５２ｍｍ未満である母線形状長さ０．５０ｍｍ（記号△で示す。）と０．４８ｍｍ（記号×で示す。）の単列深溝玉軸受のその時のＧ値上昇量が１０ｘ１０−３ｍ／ｓ２を超えていることと比べれば本実施例の軌道溝を有する玉軸受１が優れた耐衝撃性を有することがわかる。
【００２４】
また、本実施例の母線形状長さＬｉ、Ｌｅは玉５の直径Ｄｗや溝半径Ｒｉ、Ｒｅ等を用いて一般化した形で求めているため、玉軸受１の大きさにかかわらず上記と同様にして確保すべき適切な母線形状長さを求めることができる。
以上説明したように、本実施例では、内輪軌道溝の母線形状長さＬｉと外輪軌道溝の母線形状長さＬｅとを最小溝半径Ｒｍｉｎと最大接触角Ｒｍａｘを用いて
Ｌｉ＝Ｒｍｉｎｉ・ｓｉｎαｍａｘ＋Ａｉ
Ｌｅ＝Ｒｍｉｎｅ・ｓｉｎαｍａｘ＋Ａｅ
により求めるようにしたことによって、内輪軌道溝および外輪軌道溝の円弧形状の確保すべき長さを規定し、溝肩だれ部を有するそれぞれの軌道溝においても耐衝撃性の低下を未然に防止して品質の安定性を向上させることができる。
【００２５】
また、これによりどのような超仕上装置を用いたとしても安定した品質を有する玉軸受を供給することができる。
なお、本実施例では母線形状長さを式（１６）、式（１７）を用いて求めるとして説明したが、式（１４）、式（１５）を用いて求めるようにしても同様の効果を得ることができる。
【００２６】
また、本発明の母線形状長さを適用する玉軸受は、上記の単列深溝玉軸受に限らず、複列深溝玉軸受またはアンギュラ玉軸受等であってもよい。
【００２７】
【発明の効果】
以上述べたように、本発明は、内輪軌道溝の溝中央から溝肩だれ部までの軸方向の長さＬｉと、外輪軌道溝の溝中央から溝肩だれ部までの軸方向の長さＬｅとを数１に示す式で得られる長さ以上としたことによって、内輪軌道溝および外輪軌道溝の円弧形状の確保すべき長さを規定して溝肩だれ部を有するそれぞれの軌道溝においても耐衝撃性の低下を未然に防止することができるという効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の内輪軌道溝を示す説明図
【図２】実施例の玉軸受を示す半断面図
【図３】実施例の静荷重負荷試験結果を示すグラフ
【符号の説明】
１    玉軸受
２    外輪
２ａ  内周面
２ｂ  外輪軌道溝
３    内輪
３ａ  外周面
３ｂ  内輪軌道溝
４    保持器
５    玉
６    シールド板
１１  溝肩だれ部
１２  接触点
１３  溝中央部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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