(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
内外輪間に配置される複数の転動体の１個おきまたは複数個おきに配置されるセパレータを有する転がり軸受において、
前記セパレータは、軸方向に広がり外輪の肩部に対向する外輪側の面と、軸方向に広がり内輪の肩部に対向する内輪側の面と、周方向両側でそれぞれ転動体と接触する平坦面である一対の当たり面とを備え、
前記一対の当たり面の相互間の角度は、前記セパレータの周方向厚みが内径側ほど薄くなる角度に設定され、
前記セパレータの外輪側の面が、凸状円弧面とされ、この凸状円弧面の曲率半径が、外輪の肩部の曲率半径よりも小さく設定され、
前記セパレータの軸方向変位を前記外輪または内輪の両肩部に取り付けられた２つの環状板で規制するとともに径方向変位を前記外輪または内輪の両肩部で規制したことを特徴とする転がり軸受。
【請求項２】
請求項１に記載の転がり軸受において、
前記転動体は玉であり、前記セパレータの凸状円弧面と軸方向両側の端面との間に面取りが形成されている、ことを特徴とする転がり軸受。
【請求項３】
請求項１または２に記載の転がり軸受において、
前記セパレータの当たり面を、該当たり面に接触する転動体の中心と軸受中心とを結ぶ線に対してほぼ平行に形成することにより、前記セパレータの周方向厚みが内径側ほど薄く形成されている、ことを特徴とする転がり軸受。
【請求項４】
請求項１ないし３のいずれかに記載の転がり軸受において、
前記セパレータの内輪側の面が、内輪の肩部の曲率半径よりも大きく設定された曲率半径を有する凹状円弧面または平坦面である、ことを特徴とする転がり軸受。
【請求項５】
請求項１ないし４のいずれかに記載の転がり軸受において、
前記セパレータが、固体潤滑剤で形成されている、ことを特徴とする転がり軸受。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、転動体間に配置されるセパレータを有する転がり軸受に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の転がり軸受において、例えば玉軸受の場合、転動体よりもわずかに小径な玉や、その径方向の大きさが転動体よりも小さな略円柱状の間隔体を転動体間の軌道溝内に配置させていた。
【０００３】
しかしながら、このような玉や間隔体などのセパレータでは、組み込みの関係より、軌道輪にセパレータの入れ溝を形成する必要があり、高コスト化をもたらす。
【０００４】
これに対して、セパレータを円柱形状または鼓形状とし、それを内・外輪間の肩部で案内させる形態としたもの（例えば特開平８−４７７３号公報）が知られている。
【０００５】
なお、転がり軸受について、真空雰囲気または高温雰囲気などグリースや油などの潤滑剤を使用できない環境で使用する場合、前述したセパレータを固体潤滑剤で形成することがある。この固体潤滑剤としては、例えばグラファイトや二硫化タングステン、二硫化モリブデンなどの層状物質、金、銀、鉛などの軟質金属材、ＰＴＦＥやポリイミドなどの高分子樹脂材などが挙げられる。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記公報例では、転動体の転動動作に伴い、セパレータも転動することになるが、すべての転動体の回転方向と、すべてのセパレータの回転方向とが同一であるために、転動体の転動動作を阻害するなど、転がり特性を劣化させることが指摘される。
【０００７】
というのは、転動体が、その転動方向下流側に位置するセパレータや、転動方向上流側に位置するセパレータに対して当接すると、転動体とセパレータとの当接部分では、それらの回転方向が互いに逆向きとなるために、セパレータが制動要素として働くようになるからである。
【０００８】
このような事情に鑑み、本発明は、セパレータを有する転がり軸受において、転動体の転動動作を安定化させて、転がり特性を向上することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
請求項１の発明にかかる転がり軸受は、内外輪間に配置される複数の転動体の１個おきまたは複数個おきに配置されるセパレータを有しており、前記セパレータは、軸方向に広がり外輪の肩部に対向する外輪側の面と、軸方向に広がり内輪の肩部に対向する内輪側の面と、周方向両側でそれぞれ転動体と接触する平坦面である一対の当たり面とを備え、前記一対の当たり面の相互間の角度は、前記セパレータの周方向厚みが内径側ほど薄くなる角度に設定され、前記セパレータの外輪側の面が、凸状円弧面とされ、この凸状円弧面の曲率半径が、外輪の肩部の曲率半径よりも小さく設定され、前記セパレータの軸方向変位を前記外輪または内輪の両肩部に取り付けられた２つの環状板で規制するとともに径方向変位を前記外輪または内輪の両肩部で規制している。
【００１０】
請求項２の発明にかかる転がり軸受は、上記請求項１において、前記転動体は玉であり、前記セパレータの凸状円弧面と軸方向両側の端面との間に面取りが形成されている。
【００１１】
請求項３の発明にかかる転がり軸受は、上記請求項１または２において、前記セパレータの当たり面を、該当たり面に接触する転動体の中心と軸受中心とを結ぶ線に対してほぼ平行に形成することにより、前記セパレータの周方向厚みが内径側ほど薄く形成されている。
【００１３】
請求項４の発明にかかる転がり軸受は、上記請求項１ないし３のいずれかにおいて、前記セパレータの内輪側の面が、内輪の肩部の曲率半径よりも大きく設定された曲率半径を有する凹状円弧面または平坦面である。
【００１４】
請求項５の発明にかかる転がり軸受は、上記請求項１ないし４のいずれかにおいて、前記セパレータが、固体潤滑剤で形成されている。
【００１８】
以上、要するに、本発明では、セパレータを転動不可能な形状としたうえで、転動体の転動動作に伴いセパレータが周方向に移動させられるときに、セパレータを内輪または外輪の両肩部と環状板によってガイドされながら円滑に滑る。
【００１９】
これにより、転動体の転動時に転動体がセパレータと当接しても、セパレータが制動要素として働きにくくなるので、転動体の転動動作が阻害されずに済む。しかも、セパレータが軸方向ならびに径方向に変位しにくくなって姿勢が安定するので、その周方向移動が円滑となる。
【００２１】
また、請求項４の発明では、セパレータの端部と外輪との間の２次元的な接触のほかに、セパレータの端部と内輪との間の２次元的な接触を防ぐことができ、セパレータのロックや欠けを防止することができる。また、セパレータの滑り抵抗の変動が軽減され、軸受の円滑な回転を創出する。
【００２２】
また、請求項５の発明では、セパレータが自己潤滑性を有するから、セパレータの滑り抵抗が軽減される。
【００２５】
【発明の実施の形態】
本発明の詳細を図面に示す実施形態に基づいて説明する。
【００２６】
図１ないし図４に本発明の一実施形態を示している。図１は、転がり軸受においてシールド板を取り外した状態の上半分を示す側面図、図２は、図１の転がり軸受の縦断面図、図３は、図１の実施形態におけるセパレータの斜視図、図４は、図１の転がり軸受の組立手順を示す説明図である。
【００２７】
図示例の転がり軸受は、深溝玉軸受であり、各々、例えばＪＩＳ規格ＳＵＳ４４０Ｃで形成される内輪１と、外輪２と、複数の玉３と、例えばＪＩＳ規格ＳＵＳ３０４で形成される環状板としての２つのシールド板４，４と、複数の固体潤滑剤製のセパレータ５とを備えている。
【００２８】
内輪１の外周面および外輪２の内周面には、軌道溝がそれぞれ形成されており、また、外輪２の内周面両肩部には、径方向外向きに凹む周溝がそれぞれ形成されている。
【００２９】
玉３は、内・外輪１，２の軌道溝間に介装されている。
【００３０】
シールド板４は、一般的にＺ板と呼ばれる周知の非接触タイプシールであり、径方向に沿う環状板部４ａと、環状板部４ａの外周に所要角度傾いて形成されるテーパ状段部４ｂと、テーパ状段部４ｂの外周に丸く屈曲形成されるループ部４ｃと、環状板部４ａの内周にそれと直交するよう屈曲形成される円環鍔部４ｄとを有している。このシールド板４は、そのループ部４ｃが外輪２の周溝に対して係入させられるとともに、円環鍔部４ｄが内輪１の外周面の両肩部に対して微小隙間を介して対向させられている。
【００３１】
セパレータ５は、内・外輪１，２の対向空間において周方向で隣り合う玉３の１個おきに１つずつ介装されている。
【００３２】
この実施形態での転がり軸受は、グリースや油などの潤滑剤を用いずに、セパレータ５を固体潤滑剤で形成し、回転動作に伴うセパレータ５と、玉３との接触によって潤滑剤をセパレータ５から玉３の表面や内・外輪１，２の軌道などの転がり接触部に転移させて、それらの潤滑を行わせるようになっている。
【００３３】
なお、前述の固体潤滑剤としては、例えばグラファイトや二硫化タングステン、二硫化モリブデンなどの層状物質、金、銀、鉛などの軟質金属材、ＰＴＦＥやポリイミドなどの高分子樹脂材やこれらを主成分とする複合材などが挙げられる。
【００３４】
そして、この実施形態では、前述したセパレータ５について、転動（回転）不可能となるような形状で、かつ、内輪１の両肩部とシールド板４，４にガイドされて周方向に移動されるような形状に設計していることに特徴がある。
【００３５】
具体的に、セパレータ５は、ほぼ角柱形に形成されていて、その外輪２側の面５ａが凸状円弧面とされ、また、内輪１側の面５ｂが平坦面とされている。なお、前記凸状円弧面５ａの曲率半径Ｒ１は、外輪２の肩部の曲率半径Ｄ１よりも小さく設定されている。なお、玉３とセパレータ５の当たり面は玉中心と軸受中心とを結ぶ線に対し、ほぼ平行となるように形成するのが望ましい。
【００３６】
そして、セパレータ５の軸方向幅Ｗは、２つのシールド板４，４の離隔間隔Ｌ１よりも僅かに小さくされているとともに、径方向厚みＨを、内輪１の肩部から外輪２の底部までの離隔間隔Ｌ２よりも僅かに小さく設定されている。なお、前記軸方向幅Ｗは、前記離隔間隔Ｌ１の８０％以上、１００％未満に設定するのが好ましく、また、前記径方向厚みＨは、前記離隔間隔Ｌ２の８０％以上、１００％未満に設定するのが好ましい。
【００３７】
また、セパレータ５の凸状円弧面５ａにおいて軸方向両側には、シールド板４のテーパ状段部４ｂの傾き形状に対応する面取り５ｃ，５ｃが形成されており、さらに、セパレータ５の平坦な面５ｂにおいて軸方向両側には、シールド板４の円環鍔部４ｄに対応する段部５ｄ，５ｄが形成されている。このように、セパレータ５の軸方向両側部分の形状について、シールド板４の環状板部４ａとテーパ状段部４ｂと円環鍔部４ｄとで作る横向き凹み形状とほぼ合致する横向き凸形状にすることで、セパレータ５とシールド板４とを極力近接配置させることを可能にしている。また、これにより、シールド板４をセパレータ５の動きをガイドするレールとして活用できるようにしている。なお、段部５ｄはシールド板４と干渉しない形状であれば、例えばＣ面取りなどでもよい。
【００３８】
次に、上記転がり軸受の動作を説明する。仮に、外輪２を固定とし、内輪１を回転させると、玉３それぞれが周方向一方に転動し、この玉３の転動に伴いセパレータ５が同方向に押される。このとき、セパレータ５は、内輪１の両肩部とシールド板４，４にガイドされるから、転動せずに滑りながら移動させられる。
【００３９】
このような動作中において、玉３がセパレータ５に対して接触するけれども、セパレータ５が回転していないので、従来例のようにセパレータ５が制動要素として働きにくくなり、玉３の転動動作が阻害されずに済む。
【００４０】
また、セパレータ５を、内輪１の両肩部とシールド板４，４のテーパ状段部４ｂ，４ｂもしくは外輪２の両肩部にガイドさせているから、セパレータ５が軸方向ならびに径方向に変位しにくくなって姿勢が安定するようになり、その周方向移動が円滑になる。
【００４１】
さらに、セパレータ５の外輪２側の面５ａを外輪２の肩部の曲率半径よりも小さい凸状円弧面とするとともに、セパレータ５の内輪１側の面５ｂを内輪１の肩部の曲率半径よりも大きい平坦面としているから、セパレータ５と内輪１との接触面積や、セパレータ５とシールド板４のテーパ状段部４ｂとの接触面積がそれぞれ小さくなり、セパレータ５の滑り抵抗が軽減されるなど、回転トルク軽減に貢献できるようになる。
【００４２】
以上説明したようなことから、この実施形態での転がり軸受では、玉３の転動動作が安定化することになって、転がり特性が向上する結果となる。
【００４３】
この他、セパレータ５を固体潤滑剤のなかでもグラファイトや二硫化タングステン，二硫化モリブデンなどの層状物質を主成分とする脆弱な材料で形成した場合でも、セパレータ５そのものの挙動が安定するから、破損しにくくなる。
【００４４】
また、セパレータ５を内・外輪１，２間の軌道溝に入れる形態とせずに、内輪１の肩部とシールド板４のテーパ状段部４ｂとで案内させる形態にすることにより、内・外輪１，２に入れ溝などを形成せずに済ませているとともに、シールド板４についても汎用品を使用できるようにセパレータ５の形状を工夫しているから、セパレータ５を除いて、転がり軸受の構成要素のすべてを汎用品とすることができるなど、製造コストの低減が図られている。
【００４５】
なお、本発明は上記実施形態のみに限定されるものではなく、種々な応用や変形が考えられる。
【００４６】
（１）  上記実施形態では、セパレータ５の軸方向変位量を規制するためにシールド板４，４を利用した例を挙げたが、このシールド板４，４の種類や形状については特に限定されないし、また、接触タイプシールとしてもよい。
【００４７】
（２）  上記実施形態では、セパレータ５を玉３の１個おきに配設する例を挙げたが、複数個おきに配設する形態としてもよい。
【００４８】
（３）  上記実施形態では、転がり軸受を深溝玉軸受とした例を挙げたが、種々な形式の転がり軸受に本発明を適用できる。
【００４９】
（４）  上記実施形態では、セパレータ５を固体潤滑剤で形成した例を挙げたが、金属材、自己潤滑性に乏しい合成樹脂材などで形成してもよい。その場合、セパレータ５に固体潤滑膜を形成するか、あるいは内・外輪１，２の軌道溝および玉３の少なくともいずれか一つに対して固体潤滑膜を形成することで対処できる。この他、セパレータ５について、焼結金属や多孔質合成樹脂などの多孔質部材で形成してもよい。
【００５０】
（５）  上記実施形態では、セパレータ５において、内輪１側の面５ｂを平坦面とした例を挙げたが、この面５ｂを凹状円弧面に形成してもよい。但し、前記凹状円弧面５ｂの曲率半径は、内輪１の肩部の曲率半径よりも大きく設定するのが好ましい。
【００５１】
（６）  図４に他の実施形態を示している。図示例では、セパレータ５の外輪２側の面５ａが、外輪１の肩部と同心状の凸状円弧面に形成されているとともに、セパレータ５の内輪１側の面５ｂが、内輪１の肩部と同心状の凹状円弧面に形成されている。
【００５２】
（７）  上記各実施形態で説明したセパレータ５において周方向と直交する側面に、玉３の一部と合致する部分球面状の窪みを設けてもよい。この場合、窪みと玉３との調心作用によりセパレータ５の軸方向位置ならびに径方向位置が規制されることになるから、セパレータ５の姿勢ならびに挙動を安定にするうえでさらに有利となる。具体的に、図４で示したセパレータ５に窪み５ｅを設けた例を、図５および図６に示している。
【００５３】
（８）  上記各実施形態において、セパレータ５のすべての角部を面取りしてもよい。
【００５４】
【発明の効果】
請求項１ないし５の発明では、転動体の転動時に転動体がセパレータと当接しても、セパレータが制動要素として働きにくくなるので、転動体の転動動作が阻害されずに済む。しかも、セパレータが軸方向ならびに径方向に変位しにくくなって姿勢が安定するので、その周方向移動が円滑となる。そのために、転動体の転動動作が安定化することになって、転がり特性が向上する結果となる。
【００５６】
また、請求項４の発明では、セパレータの端部と外輪との間の２次元的な接触のほかに、セパレータの端部と内輪との間の２次元的な接触を防ぐことができ、セパレータのロックや欠けを防止することができる。また、セパレータの滑り抵抗の変動が軽減され、軸受の円滑な回転を創出する。
【００５７】
また、請求項５の発明では、セパレータが自己潤滑性を持つから、セパレータの滑り抵抗が軽減されて、回転トルク軽減に貢献できるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態の転がり軸受においてシールド板を取り外した状態の上半分を示す側面図
【図２】図１の転がり軸受の縦断面図
【図３】図１の実施形態におけるセパレータの斜視図
【図４】本発明の他の実施形態で、図１に対応する図
【図５】本発明のさらに他の実施形態で、図１に対応する図
【図６】図５の実施形態におけるセパレータの斜視図
【符号の説明】
１      内輪
２      外輪
３      玉
４      シールド板
４ａ    シールド板の環状板部
４ｂ    シールド板のテーパ状段部
５      セパレータ
５ａ    セパレータの外輪側の凸状円弧面
５ｂ    セパレータの内輪側の平坦面
Ｗ      セパレータの軸方向幅
Ｈ      セパレータの径方向厚み
Ｌ１    ２つのシールド板の離隔間隔
Ｌ２    内輪肩部から外輪肩部までの離隔間隔
Ｒ１    凸状円弧面の曲率半径
Ｄ１    外輪２の肩部の曲率半径
【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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