特開 2024-117330 転がり軸受

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024117330

(43)【公開日】2024-08-29

(54)【発明の名称】転がり軸受

(51)【国際特許分類】

   F16C 33/38 20060101AFI20240822BHJP

   F16C 19/04 20060101ALI20240822BHJP

   F16C 33/32 20060101ALI20240822BHJP

【ＦＩ】

F16C33/38

F16C19/04

F16C33/32

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023023370

(22)【出願日】2023-02-17

(71)【出願人】

【識別番号】000102692

【氏名又は名称】ＮＴＮ株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100130513

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 直也

(74)【代理人】

【識別番号】100074206

【弁理士】

【氏名又は名称】鎌田 文二

(74)【代理人】

【識別番号】100130177

【弁理士】

【氏名又は名称】中谷 弥一郎

(74)【代理人】

【識別番号】100187827

【弁理士】

【氏名又は名称】赤塚 雅則

(72)【発明者】

【氏名】伊藤 健

(72)【発明者】

【氏名】石田 光

【テーマコード（参考）】

3J701

【Ｆターム（参考）】

3J701AA02

3J701AA32

3J701AA42

3J701AA52

3J701AA62

3J701BA10

3J701BA34

3J701BA45

3J701EA41

3J701EA63

3J701FA01

3J701FA31

3J701FA38

(57)【要約】

【課題】保持器に遠心力が作用した際に玉と保持器の間が干渉するのを防止しつつ高速回転性能に優れた転がり軸受を提供する。
【解決手段】ポケット２を構成する凹部を備えた複数のポケット壁部９と、ポケット壁部９同士を連結する結合板部１０を、周方向に交互に形成した２枚の環状体１１と、２枚の環状体１１を軸方向に対向させることで複数のポケット２が周方向に形成された保持器３と、外周面に内輪軌道面４が形成された内輪５と、内輪５の外周側に設けられ、内周面に外輪軌道面６が形成された外輪７と、内輪５と外輪７との間に介在するよう設けられ、保持器３に形成されたポケット２によって保持された複数の玉８と、を有し、玉８がポケット２の周方向端部に当接した状態で、玉８と非接触となる球面部１７がポケット壁部９に形成された構成とする。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ポケット（２）を構成する凹部を備えた複数のポケット壁部（９）と、前記ポケット壁部（９）同士を連結する結合板部（１０）を、周方向に交互に形成した環状体（１１）と、２枚の前記環状体（１１）を軸方向に対向させることで複数の前記ポケット（２）が周方向に形成された保持器（３）と、
外周面に内輪軌道面（４）が形成された内輪（５）と、
前記内輪（５）の外周側に設けられ、内周面に外輪軌道面（６）が形成された外輪（７）と、
前記内輪（５）と前記外輪（７）との間に介在するよう設けられ、前記保持器（３）に形成された前記ポケット（２）によって保持された複数の玉（８）と、
を有し、前記玉（８）が前記ポケット（２）の周方向端部に当接した状態で、前記玉（８）と非接触となる球面部（１７）が前記ポケット壁部（９）に形成された転がり軸受。

【請求項2】

前記ポケット（２）の内径側と外径側の少なくとも一方に、前記ポケット壁部（９）の径方向幅を前記結合板部（１０）の径方向幅よりも小さくする切り欠き部（２０）が形成されている請求項１に記載の転がり軸受。

【請求項3】

前記球面部（１７）が前記ポケット（２）の内径側に形成されている一方で、円筒部（２２）が前記ポケット壁部（９）の外径側に形成されている請求項１または２に記載の転がり軸受。

【請求項4】

前記球面部（１７）の周方向壁面（２１）を前記玉（８）のピッチ円（Ｐ）の径方向に沿って傾斜させた請求項１または２に記載の転がり軸受。

【請求項5】

前記玉（８）をセラミックスで構成した請求項１または２に記載の転がり軸受。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この発明は、軸方向に対向する２枚の環状体からなる保持器を組み込んだ転がり軸受に関する。

【背景技術】

【0002】

グリースで潤滑を行う転がり軸受においては、回転する玉の表面に付着したグリースが、保持器のポケット内面や内外輪の軌道面に挟まれることによって、軸受の昇温、振動、騒音値などの各パラメータに影響を与え、軸受内部のグリースの流動が軸受の性能に大きく関係することが分かっている。

【0003】

例えば下記特許文献１では、保持器のポケットの内径側または外径側に弧状の切り欠き部を形成し、この切り欠き部で玉の表面に付着したグリースの掻き取り性を向上させて慣らし時間を削減している。また、静止空間に滞留するグリースの一部を切り欠き部で掻き取り、玉とポケットの間に基油を供給することで発熱を抑えている。この切り欠き部を形成することで、グリースの掻き取り性を向上することができる一方で、高速回転する保持器に遠心力が作用することで、玉とポケットの間の軸方向の隙間が狭まるようにポケットが変形し、玉とポケットが干渉して、油焼け、異常摩耗、発熱など軸受のパラメータが悪化するおそれがある。

【0004】

そこで、例えば下記特許文献２では、保持器のポケットの形状を玉のピッチ円よりも内径側で円筒状として逃がしを設けることで、遠心力によって保持器のポケットに軸方向の変形が生じても、玉とポケットの間で干渉が生じるのを防止している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０２０－１５９５４８号公報

【特許文献2】特許第５８７６２３７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

特許文献２に示すように、ポケットの内径側を円筒状とすることで、この内径側での玉とポケットの間の干渉を防止することができる反面、玉とポケットの間の隙間が大きくなって、運転開始時にポケット内部へのグリースの侵入量が増えるとともに、ポケット内部の空間容積が増えるため、グリースの滞留量が増える。その結果、慣らし時間が増加するとともに、ポケット内部でのグリースと玉の間のせん断により発熱量が増加する問題がある。さらに、ポケットの内径側を円筒状としたことにより、その内径側でのポケットの肉厚が小さくなることで剛性が低下して遠心力による変形量が大きくなるため、高速回転する使用には適用できないおそれがある。

【0007】

そこで、この発明は、玉と保持器の間が干渉するのを防止して高速回転性能に優れた転がり軸受を提供することを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記の課題を解決するために、この発明においては、
ポケットを構成する凹部を備えた複数のポケット壁部と、前記ポケット壁部同士を連結する結合板部を、周方向に交互に形成した環状体と、２枚の前記環状体を軸方向に対向させることで複数の前記ポケットが周方向に形成された保持器と、
外周面に内輪軌道面が形成された内輪と、
前記内輪の外周側に設けられ、内周面に外輪軌道面が形成された外輪と、
前記内輪と前記外輪との間に介在するよう設けられ、前記保持器に形成された前記ポケットによって保持された複数の玉と、
を有し、前記玉が前記ポケットの周方向端部に当接した状態で、前記玉と非接触となる球面部が前記ポケット壁部に形成された転がり軸受を構成した。

【0009】

このように、玉とポケット壁部に形成された球面部が接触するのを防止すると、油焼け、異常摩耗、発熱など軸受のパラメータが悪化するのを防止することができる。また、球面状の逃がし形状とすることで、玉とポケットの間の隙間の大きさが過大とならず、運転開始時にポケット内部へのグリースの侵入量が過剰となるのを防止することができるため、慣らし時間を削減することができる。また、ポケットの軸方向端部の肉厚が薄肉化しないため剛性が確保され、保持器に遠心力が作用した際の変形を抑制することができる。

【0010】

前記構成においては、前記ポケットの内径側と外径側の少なくとも一方に、前記ポケット壁部の径方向幅を前記結合板部の径方向幅よりも小さくする切り欠き部が形成されている構成とすることができる。このようにすると、玉と保持器の間のグリース保持領域が小さくなることに伴ってグリース量が少なくなり、ポケット内部でのグリースと玉の間のせん断による発熱とグリースの偏りに伴うアンバランス量を抑制することができる。また、切り欠き部によって玉に付着したグリースを掻き取る効果が発揮されるため、慣らし運転の時間を一層削減することができる。

【0011】

前記のすべての構成においては、前記球面部が前記ポケットの内径側に形成されている一方で、円筒部が前記ポケット壁部の外径側に形成されている構成とすることができる。このようにすると、玉とポケットの間への内径側からのグリースの過剰な侵入を防止しつつ、ポケット内のグリースをこのグリースに作用する遠心力によって円筒部から外径側にスムーズに逃がすことができ、ポケット内部でのグリースと玉の間のせん断による発熱とアンバランス量を一層抑制することができる。すなわち、円筒部が逃がし部として機能する。

【0012】

前記のすべての構成においては、前記球面部の周方向壁面を前記玉のピッチ円の径方向に沿って傾斜させた構成とすることができる。このようにすると、球面部の周方向壁面がグリース排出の抵抗とならないため、ポケット内でのグリースの滞留を抑制して、その排出性を一層高めることができる。

【0013】

前記のすべての構成においては、前記玉をセラミックスで構成することができる。このようにすると、玉が軽量化されるため、玉と保持器が衝突したときの衝撃を抑えて、高速回転時の静粛性を高めることができる。

【発明の効果】

【0014】

この発明では、２枚の環状体を軸方向に対向させることで複数のポケットが周方向に形成される保持器を有する転がり軸受において、玉がポケットの周方向端部に当接した状態で、玉と非接触となる球面部がポケット壁部に形成された構成としたので、高速回転性能に優れた転がり軸受を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】この発明に係る転がり軸受の一実施形態を示す断面図

【図2】図１に示す転がり軸受の要部の断面図

【図3】図１中のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿う断面図

【図4】図３中のＩＶ－ＩＶ線に沿う断面図

【図5】図１に示す転がり軸受の第一変形例の要部を示す断面図

【図6】図５中のＶＩ－ＶＩ線に沿う断面図

【図7】図５に示す転がり軸受の要部の軸方向断面図

【図8】図５に示す転がり軸受の要部を示す断面図であって、（ａ）は保持器の変形前、（ｂ）は遠心力による保持器の変形後

【図9】図１に示す転がり軸受の第二変形例の要部を示す断面図

【図10】図１に示す転がり軸受の第三変形例の要部であって、（ａ）は周方向断面図、（ｂ）は軸方向断面図

【図11】性能評価の一例を示す図

【発明を実施するための形態】

【0016】

この発明に係る転がり軸受１の一実施形態を図面に基づいて説明する。以下の説明では、転がり軸受１の回転軸に沿う方向を軸方向、前記回転軸に対し直交する方向を径方向、前記回転軸を中心とする円弧に沿う方向を周方向という。この転がり軸受１は、図１から図４に示すように、複数のポケット２が周方向に所定間隔をおいて形成された保持器３と、外周面に内輪軌道面４が形成された内輪５と、内輪５の外周側に設けられ、内周面に外輪軌道面６が形成された外輪７と、内輪５と外輪７との間に介在するよう設けられ、保持器３に形成されたポケット２によって保持された複数の玉８と、を有する玉軸受である。

【0017】

図３および図４に示すように、保持器３は、ポケット２を構成する凹部を備えた複数のポケット壁部９と、ポケット壁部９同士を連結する結合板部１０と、が周方向に交互に形成された２枚の環状体１１を軸方向に対向させることで構成されている。２枚の環状体１１を組み合わせた状態で、ポケット壁部９が玉８の軸方向移動を規制し、結合板部１０が玉８の周方向移動を規制している。ポケット２内の結合板部１０側には、玉８と周方向に対向するように球面凹部１２が形成されており、玉８はこの球面凹部１２に案内されて回転する。

【0018】

この保持器３は、ポケット２の内面と玉８の接触により保持器３が径方向に位置決めされる玉案内形式となっている。このため、保持器３の内周は内輪５と非接触、かつ、保持器３の外周は外輪７と非接触となっている。

【0019】

保持器３を構成する各環状体１１は、合成樹脂の射出成形によって形成されている。２枚の環状体１１は同一形状であり、同一の金型で成形することが可能である。各環状体１１を構成する合成樹脂として、例えば、ポリアミド（ＰＡ）、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）などの熱可塑性樹脂が挙げられる。各環状体１１を構成する合成樹脂には、強度を高めるために、例えば、ガラス繊維、カーボン繊維、アラミド繊維などの繊維が混合されている。

【0020】

図４に示すように、結合板部１０は、２枚の環状体１１を組み合わせたときに面接触する合わせ面１３を有している。合わせ面１３の一方側には結合孔１４が、合わせ面１３の他方側には結合爪１５がそれぞれ形成されており、結合孔１４に結合爪１５を嵌め込むことによって、２枚の環状体１１が結合される。２枚の環状体１１の合わせ目１６は、球面凹部１２の中心を避けるように設けられている。

【0021】

図１から図４に示すように、ポケット壁部９には、玉８に沿って球面状に形成された球面部１７が形成されている。転がり軸受１の内径側から玉８とポケット２の間の隙間に入り込んだグリースＧは、図２中に矢印で示すように遠心力によって外径側に移動し、ポケット２内から排出される。

【0022】

遠心力によって保持器３が変形すると、玉８はその変形当初に球面凹部１２の両脇に沿って接触する。ポケット２の内面に形成された球面部１７は、玉８がポケット２の周方向端部（結合板部１０側）に当接した状態で、遠心力によって保持器３が変形した際に、逃がし部として玉８とポケット２の軸方向端部との間にはわずかに隙間が生じるよう設計されており（図８（ｂ）中のＡ部を参照）、これにより、玉８とポケット２の軸方向端部が干渉するのを防止している。この実施形態においては、保持器３に対して想定される最大の遠心力が作用した際に玉８とポケット２の間に隙間が確保されるようポケット２の内面の曲率半径を大きくすることによって球面部１７を形成している。

【0023】

図１に示すように、内輪５と外輪７の間には、玉８と保持器３を間にして軸方向に対向する一対のシール部材１８が設けられている。シール部材１８の外周は、外輪７の外輪軌道面６の軸方向両側に形成されたシール溝１９に固定され、シール部材１８の内周は、内輪５の外周に摺接している。このシール部材１８で、内輪５と外輪７の間の環状空間に封入されたグリースＧが転がり軸受１の外部に漏れるのを防止している。

【0024】

玉８は、一般的に用いられる鋼よりも比重が小さいセラミックスで構成されている。このセラミックスとして、例えば比重が鋼の半分以下である窒化珪素（Ｓｉ_３Ｎ_４）を採用することができる。

【0025】

上記一実施形態の第一変形例を図５から図８に示す。この第一変形例に係る転がり軸受１は、上記一実施形態に係る転がり軸受１のポケット２の内径側および外径側に、ポケット壁部９の径方向幅を結合板部１０の径方向幅よりも小さくする切り欠き部２０を形成したものである。この切り欠き部２０は、例えば、環状体１１の射出成形時に形成されるが、射出成形後の追加工によって形成することも可能である。この切り欠き部２０は円弧状をなしており、ポケット壁部９の周方向の中間部の径方向幅が最も小さく、この中間部から周方向の両側に向かうにつれて径方向幅が拡がっている。玉８のピッチ円Ｐは、このポケット壁部９の周方向の中間部における径方向幅のほぼ中央に位置している。

【0026】

転がり軸受１の内径側から玉８とポケット２の間の隙間に入り込んだグリースＧは、図６および図７中に一点鎖線の矢印で示すように遠心力によってポケット２の内面および球面部１７の周方向壁面２１に沿いながら外径側に移動し、ポケット２内から排出される。すでに説明したように、ポケット２の内面には球面部１７が形成されているため、遠心力によって保持器３が変形した際に、図８（ｂ）に示すように、玉８とポケット２の軸方向端部との間にはわずかに隙間が生じ、玉８とポケット２の軸方向端部が干渉するのを防止することができる。すなわち、球面部１７が、逃がし部として機能する。

【0027】

この実施形態においては、ポケット２の内径側および外径側に切り欠き部２０を形成したが、内径側と外径側の一方のみに切り欠き部２０を形成する構成とすることもできる。また、切り欠き部２０を円弧状とする代わりに、段差を有する形状とすることもできる。

【0028】

上記一実施形態の第二変形例を図９に示す。第二変形例に係る転がり軸受１は、球面部１７がポケット２の内径側に形成されている点で第一変形例に係る転がり軸受１と共通する一方で、径方向に向かって延びる円筒状の円筒部２２がポケット２の外径側に形成されている点で異なる。球面部１７と円筒部２２は、玉８のピッチ円Ｐ付近で連続しており、円筒部２２の内径は、球面部１７と円筒部２２の境界における球面部１７（逃がし部）の内径と同じである。なお、球面部１７と円筒部２２の境界はピッチ円Ｐと一致しているのが好ましいが、厳密でなくてもよく、例えば、その境界がピッチ円Ｐの内径側または外径側に玉８の直径の最大１／４程度ずれている場合も許容される。

【0029】

このように、外径側に円筒部２２を形成することによりポケット２の外径側において玉８とポケット２の間の隙間が拡がり、十分な広さのグリースＧの排出路が確保される。このため、上記一実施形態および第一変形例に係る転がり軸受１と同様に、玉８とポケット２の軸方向の干渉とポケット２内部へのグリースＧの過剰な侵入を防止しつつ、ポケット２内のグリースＧを遠心力によって円筒部２２から外径側にスムーズに排出することができ、ポケット２内部でのグリースＧと玉８の間のせん断による発熱とグリースＧの偏りに伴うアンバランス量を一層抑制することができる。

【0030】

上記一実施形態の第三変形例を図１０（ａ）（ｂ）に示す。第三変形例に係る転がり軸受１は第二変形例と同様にグリースＧの排出性向上を目的としたものであり、球面部１７の周方向壁面２１を玉８のピッチ円Ｐの径方向に沿って傾斜させたことを特徴としている。

【0031】

このように、周方向壁面２１をピッチ円Ｐの径方向に沿って傾斜させることにより、球面部１７の周方向壁面２１がグリースＧを排出する際の抵抗とならない。このため、ポケット２内（特に、ポケット２の周方向端部の外径側）でのグリースＧの滞留を抑制し、遠心力によってグリースＧを外径側に向かって一層スムーズに排出することができる（図１０（ｂ）中の一点鎖線の矢印を参照）。

【0032】

＜性能評価＞
上記特許文献１として例示した構成（比較例１）および上記特許文献２として例示した構成（比較例２）と、本願の上記一実施形態（実施例）に係る構成に対し、油焼け（劣化油の軌道面への固着状況）、昇温特性（温度スパイクの発生状況）、振動特性（振動の発生状況）、および、音響特性（異音の発生状況）について性能評価を行った。その結果を表１に示す。表中の符号は、〇が良好、△が許容範囲内、×が不良であることを示す。

【0033】

比較例１（ポケットに単に切り欠き部を形成した構成）は、昇温特性、振動特性、および、音響特性は比較的良好であったが、油焼けによる変色が顕著に観察され、製品上問題があることが判明した。また、比較例２（ポケットの内径側を円筒状とした構成）は、油焼けは問題なかったが、昇温特性、振動特性、および、音響特性の点で製品上問題があることが判明した。その一方で、本願の上記一実施形態に係る構成は、油焼け、振動特性、および、音響特性は良好であり、昇温特性も許容範囲内で製品上特に問題がなく、比較例１および２に係る構成と比較して性能上のバランスが優れていた。

【0034】

【表1】

【0035】

性能評価の項目の一つである昇温特性の測定結果を図１１に例示する。比較例２では軸受回転速度が変化するとき（３時間および６時間のタイミング）に大きな温度スパイク（３０～４０℃）が生じた一方で、実施例ではその温度スパイクを大幅に抑制（２０～３０℃）できた。

【0036】

上記一実施形態および各変形例に係る転がり軸受１は、ポケット２の内面に球面部１７を形成したので、玉８とポケット２が軸方向において干渉するのを防止して、油焼け、昇温特性、振動特性、音響特性などの高速回転性能に優れた転がり軸受１を提供することができる。また、球面状の逃がし形状としたので、円筒状の逃がし形状とした場合と比較して玉８とポケット２の間の隙間の大きさが過大とならない。このため、運転開始時にポケット２の内部へのグリースＧの侵入量が過剰となるのを防止することができ、慣らし時間を削減することができる。

【0037】

また、各変形例に係る転がり軸受１は、ポケット２の内径側および外径側に切り欠き部２０を形成したので、玉８と保持器３の間のグリース保持領域が小さくなってグリース量が少なくなる。このため、ポケット２内部でのグリースＧと玉８の間のせん断による発熱を抑制することができる。また、切り欠き部２０によって玉８に付着したグリースＧを掻き取る効果が発揮されるため、慣らし運転の時間を一層削減することができる。

【0038】

また、上記一実施形態および各変形例に係る転がり軸受１は、２枚の環状体１１の合わせ目１６が球面凹部１２の中心を避けるように設けられており、玉８と保持器３が最も強く接触する部分（球面凹部１２の中心）に合わせ目１６がない。このため、遠心力によって保持器３が変形して合わせ目１６に段差が生じた場合でも、その段差による影響を抑制することができ、高速回転時の保持器３の動きを安定させることができる。

【0039】

また、上記一実施形態および各変形例に係る転がり軸受１は、セラミックス製の玉８を採用したので、鋼製の場合と比較して玉８が軽量化され、玉８と保持器３が衝突したときの衝撃を抑えて、高速回転時の静粛性を高めることができる。

【0040】

今回開示された実施の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。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】

【0041】

２ ポケット
３ 保持器
４ 内輪軌道面
５ 内輪
６ 外輪軌道面
７ 外輪
８ 玉
９ ポケット壁部
１０ 結合板部
１１ 環状体
１７ 球面部
２０ 切り欠き部
２１ 周方向壁面
２２ 円筒部
Ｐ ピッチ円

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】