特開 2024-70390 玉軸受

(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】P2024070390

(43)【公開日】2024-05-23

(54)【発明の名称】玉軸受

(51)【国際特許分類】

   F16C 33/41 20060101AFI20240516BHJP

   F16C 19/06 20060101ALI20240516BHJP

   F16C 33/66 20060101ALI20240516BHJP

【ＦＩ】

F16C33/41

F16C19/06

F16C33/66 Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022180847

(22)【出願日】2022-11-11

(71)【出願人】

【識別番号】000003609

【氏名又は名称】株式会社豊田中央研究所

(74)【代理人】

【識別番号】110001210

【氏名又は名称】弁理士法人ＹＫＩ国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】布川 公博

(72)【発明者】

【氏名】大宮 康裕

(72)【発明者】

【氏名】入谷 昌徳

(72)【発明者】

【氏名】村田 收

(72)【発明者】

【氏名】遠山 護

(72)【発明者】

【氏名】佐藤 範和

(72)【発明者】

【氏名】廣瀬 みちる

(72)【発明者】

【氏名】鬼塚 高晃

【テーマコード（参考）】

3J701

【Ｆターム（参考）】

3J701AA02

3J701AA32

3J701AA42

3J701AA52

3J701BA25

3J701BA44

3J701BA49

3J701CA13

3J701CA14

3J701EA63

3J701FA32

3J701XB03

3J701XB19

3J701XB26

(57)【要約】

【課題】高速で回転しても、転動面における油量不足を抑制し、焼き付きや摩耗の発生を抑制できる玉軸受を提供する。
【解決手段】内輪１０、外輪１２、複数の転動体１４、保持器１６を備え、内輪１０及び外輪１２が中心軸を中心に相対的に回転可能な玉軸受１００であって、保持器１６は、保持器１６の公転の上流側に設けられた上流側爪部１６ａと下流側に設けられた下流側爪部１６ｂで構成されたポケットによって転動体１４を保持し、上流側爪部１６ａの高さは転動体２４の半径の１／２倍以上であり、下流側爪部１６ｂの高さは公転軌道よりも高い非対称形状である。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪との間に配置された複数の転動体と、前記転動体を周方向に間隔を空けて転動可能に保持する保持器と、を備え、前記内輪及び前記外輪が中心軸を中心に相対的に回転可能な玉軸受であって、
前記保持器は、前記保持器の公転の上流側に設けられた上流側爪部と下流側に設けられた下流側爪部で構成されたポケットによって前記転動体を保持し、前記上流側爪部の高さは前記転動体の半径の１／２倍以上であり、前記下流側爪部の高さは前記公転軌道よりも高い非対称形状であることを特徴とする玉軸受。

【請求項2】

請求項１に記載の玉軸受であって、
前記転動体の中心を通る周方向に沿った前記保持器の断面において、前記ポケットに保持された前記転動体の中心である保持面中心点と前記上流側爪部の端部とを結ぶ第１ラインと、前記保持面中心点と前記下流側爪部の端部とを結ぶ第２ラインと、のなす保持角度が１８０°以上２６０°以下であることを特徴とする玉軸受。

【請求項3】

請求項１に記載の玉軸受であって、
前記上流側爪部の高さは前記転動体の半径の１倍を超えることを特徴とする玉軸受。

【請求項4】

請求項１又は３のいずれか１項に記載の玉軸受であって、
前記下流側爪部の高さは前記転動体の半径の１倍以上２倍以下であることを特徴とする玉軸受。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、玉軸受に関する。

【背景技術】

【0002】

外輪及び内輪の間に複数の転動体を保持器によって保持し、保持器にリブを形成することによって潤滑剤溜まりを設けた玉軸受が開示されている（特許文献１）。潤滑剤溜まりには転動体を保持するポケットと連通する貫通孔が設けられており、当該貫通孔を通して潤滑剤を転動体へ供給する構成とされている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０１０－６０００１号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ところで、従来技術では、保持器に設けられた潤滑剤溜まりとポケットを連通する貫通孔を用いてグリースを転動体に供給する構成とされている。しかしながら、軸受を高速回転で使用することを想定した場合、遠心力に対する機械的強度の低下の観点から保持器の厚さを薄くしてしまう潤滑剤溜まりを設けることができない。

【0005】

また、従来技術では、転動体の自転方向を考慮することなくグリースを供給する貫通孔が形成されており、ラジアル荷重を受ける部位に貫通孔を通じてグリースを供給することができない。

【0006】

さらに、従来技術では、軸受の回転に伴ってグリースが掻き分けられて転動体に十分に供給されなくなる状態は考慮されていない。

【課題を解決するための手段】

【0007】

本発明の１つの態様は、内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪との間に配置された複数の転動体と、前記転動体を周方向に間隔を空けて転動可能に保持する保持器と、を備え、前記内輪及び前記外輪が中心軸を中心に相対的に回転可能な玉軸受であって、前記保持器は、前記保持器の公転の上流側に設けられた上流側爪部と下流側に設けられた下流側爪部で構成されたポケットによって前記転動体を保持し、前記上流側爪部の高さは前記転動体の半径の１／２倍以上であり、前記下流側爪部の高さは前記公転軌道よりも高い非対称形状であることを特徴とする玉軸受である。

【0008】

ここで、前記転動体の中心を通る周方向に沿った前記保持器の断面において、前記ポケットに保持された前記転動体の中心である保持面中心点と前記上流側爪部の端部とを結ぶ第１ラインと、前記保持面中心点と前記下流側爪部の端部とを結ぶ第２ラインと、のなす保持角度が１８０°以上２６０°以下であることが好適である。

【0009】

また、前記上流側爪部の高さは前記転動体の半径の１倍を超えることが好適である。

【0010】

また、前記下流側爪部の高さは前記転動体の半径の１倍以上２倍以下であることが好適である。

【発明の効果】

【0011】

本発明によれば、回転速度に依らず、転動面における油量不足を抑制し、焼き付きや摩耗の発生を抑制できる玉軸受を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の実施の形態における玉軸受の外観を示す図である。

【図2】図１におけるラインＡ－Ａに沿った断面を示す図である。

【図3】図１におけるラインＢ－Ｂに沿った断面を示す図である。

【図4】従来の玉軸受の外観を示す図である。

【図5】図４におけるラインＣ－Ｃに沿った断面を示す図である。

【図6】図４におけるラインＤ－Ｄに沿った断面を示す図である。

【図7】潤滑状態を観察するための試験機の構成を示す図である。

【図8】低速状態における転動面周辺のグリース分布の観察結果を模式的に示した図である。

【図9】高速状態における転動面周辺のグリース分布の観察結果を模式的に示した図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

［従来の玉軸受］
図４は、従来の玉軸受２００の構成を示す平面図である。また、図５は、図４におけるラインＣ－Ｃに沿った断面図を示す。図６は、図４におけるラインＤ－Ｄに沿った断面図を示す。なお、説明を明確にするために、図４においてシール２８は除いて示している。

【0014】

玉軸受２００は、内輪２０、外輪２２、転動体２４、保持器２６及びシール２８を含んで構成される。玉軸受２００は、内輪２０と外輪２２との間で転動体２４が転動することによって、外輪２２及び内輪２０の中心軸を回転軸として外輪２２と内輪２０とが相対的に回転可能である。転動体２４は、内輪２０の内側軌道と外輪２２の外側軌道とで形成される空間内に転動可能な状態で保持器２６によって保持される。玉軸受２００では、図５に示すように、保持器２６の公転方向の前方の上流側爪部２６ａの上面２６ｃと後方の下流側爪部２６ｂの上面２６ｄの高さが略等しくなるように構成されている。

【0015】

内輪２０及び外輪２２の間の空間には潤滑油であるグリースが注入されている。シール２８は、注入されたグリースを内輪２０と外輪２２の間の空間に保持する。なお、玉軸受２００では、内部の潤滑状態を確認できるように外輪２２を石英等の透明な部材で構成している。

【0016】

図７は、高速で回転する玉軸受２００の内部の潤滑状態を可視化できる試験機３００の構成を示す。試験機３００は、軸受付筐体３０、回転軸３２、モータ３４、ハウジング３６及びカメラ３８を備える。観察対象となる玉軸受２００は、ハウジング３６内に保持され、モータ３４によって内輪２０を回転させることができるように回転軸３２に結合される。軸受付筐体３０及びハウジング３６には、カメラ３８によって玉軸受２００を観察できるように観察用穴３０ａ及び３６ａがそれぞれ設けられる。試験機３００を用いることによって、モータ３４によって回転軸３２を回転させた状態においてカメラ３８を用いて高速で回転する玉軸受２００の内部の潤滑状態を観察することができる。なお、ハウジング３６に荷重用の負荷となる錘を設けることで、図４に示した荷重方向に荷重を印加した状態で玉軸受２００の潤滑状態を観察することができる。

【0017】

試験機３００を用いて、回転軸３２の上方向から３００Ｎのラジアル荷重を掛けた状態において、カメラ３８を用いて外輪２２の最頂部付近を視野２３．６ｍｍ×１７．７ｍｍで観察した。玉軸受２００には、蛍光材であるクマリン－６を混入させたグリースを潤滑剤として用いた。グリースに対する励起光として、波長４０５ｎｍのＬＥＤフラッシュ証明を用いた。

【0018】

ＬＥＤフラッシュ照明の１回発光あたりの時間４μｓとしてカメラ３８のフレームレート４０ｆｐｓに合わせて照射しつつ、モータ３４によって回転させている玉軸受２００の内部のグリース分布を観察した。先ず、玉軸受２００にグリースを封入した直後の状態で、回転軸３２の回転速度４７０ｒ／ｍｉｎの低速条件での観察を行った。その後、回転軸３２の回転速度を徐々に上げてのべ約１５分間の回転を行い、回転軸３２の回転速度１６０００ｒ／ｍｉｎでの高速条件での観察を行った。

【0019】

図８は、低速状態における転動面周辺のグリース分布の観察結果を模式的に示す。図９は、高速状態における転動面周辺のグリース分布の観察結果を模式的に示す。図８及び図９において、グリースが多く存在するほど黒に近い暗色で示す。また、転動体２４の位置を実線で示し、転動体２４の中心線を１点破線で示し、保持器２６の位置を２点破線で示している。転動体２４の公転方向は図の右方向である。

【0020】

図８に示すように、グリース封入直後の低回転条件では、転動体２４と転動体２４の間、転動体２４及び保持器２６の公転軌道部にグリースが存在していた。この状態では、内輪２０及び外輪２２と転動体２４との転動面にも十分にグリースが供給されていると判断できる。一方、図９に示すように、高回転条件では、転動体２４及び保持器２６の公転によるグリースの掻き分けによって、グリースは公転方向の左右側（図９の上下方向）に堆積した。この状態では、転動体２４及び保持器２６の公転軌道部にはグリースがほとんど無くなっていると判断できる。これは、流動性の低いグリース潤滑では、掻き分けられたグリースの軌道部への再流入が少なくなっているためと考えられる。いずれにしても、低速度条件に比べて高速条件では、内輪２０及び外輪２２と転動体２４との転動面を含む転動体２４の公転軌道部にはグリースがほとんど存在しなくなっており、潤滑不足が生じ、摩耗や焼き付きを発生し易い状態となっていると判断できる。

【0021】

［本発明の実施の形態］
本発明の実施の形態における玉軸受１００は、図１～図３に示すように、内輪１０、外輪１２、転動体１４、保持器１６及びシール１８を含んで構成される。

【0022】

図１は、本発明の実施の形態における玉軸受１００の構成を示す平面図である。また、図２は、図１におけるラインＡ－Ａに沿った断面図を示す。ラインＡ－Ａは、内輪１０及び外輪１２と同軸であり、転動体１４の中心を通る円弧の一部である。図３は、図１におけるラインＢ－Ｂに沿った断面図を示す。ラインＢ－Ｂは、内輪１０及び外輪１２の径方向に沿って、内輪１０、外輪１２及び保持器１６を通る直線である。なお、説明を明確にするために、図１においてシール１８は除いて示している。

【0023】

玉軸受１００は、内輪１０と外輪１２との間で転動体１４が転動することによって、外輪１２及び内輪１０の中心軸を回転軸として外輪１２と内輪１０とが相対的に回転可能である。内輪１０の外周面には、転動体１４の表面に沿うような形状の内側軌道が設けられる。外輪１２の内周面には、球である転動体１４の表面に沿うような形状の外側軌道が設けられる。転動体１４は、内輪１０の内側軌道と外輪１２の外側軌道とで形成される空間内に転動可能な状態で保持器１６によって保持される。保持器１６は、外輪１２と内輪１０との間に配置され、複数の転動体１４を周方向に所定の間隔を空けて転動可能に保持する。なお、玉軸受１００では、転動体１４の数を１２にしているが、これに限定されるものではなく他の数にしてもよい。

【0024】

内輪１０及び外輪１２の間の空間には潤滑油であるグリースが注入されている。シール１８は、注入されたグリースを内輪１０と外輪１２の間の空間に保持する。シール１８は、例えば、ゴム等の弾性力のある部材で構成することが好適である。

【0025】

図２に示すように、保持器１６の外周面及び内周面の少なくとも一方には転動体１４を保持するために玉軸受１００の中心軸方向に突出する突起部である上流側爪部１６ａ及び下流側爪部１６ｂが設けられる。上流側爪部１６ａは、内輪１０及び外輪１２を相対的に回転させたときに内輪１０及び外輪１２の回転軸を中心として保持器１６が移動する公転方向（図２中の矢印で示す）の上流側に配置される。下流側爪部１６ｂは、公転方向（図２中の矢印で示す）の下流側に配置される。上流側爪部１６ａの下流側の面及び下流側爪部１６ｂの上流側の面によって囲まれた空間によって保持器１６のポケットが形成され、当該ポケットによって抱き込まれるように転動体１４が保持される。

【0026】

玉軸受１００において、上流側爪部１６ａの高さＨ１は転動体１４の半径の１／２倍以上であることが好適である。また、上流側爪部１６ａの高さＨ１は転動体１４の半径の１倍を超えることが好適である。また、下流側爪部１６ｂの高さＨ２は公転軌道Ｘよりも高くすることが好適である。すなわち、保持器１６において、上流側爪部１６ａと下流側爪部１６ｂは周方向に沿って非対称形状を有する。ここで、公転軌道Ｘは、内輪１０と外輪１２とを相対的に回転させたときに内輪１０及び外輪１２の回転軸を中心として転動体１４の中心が動く軌道である。また、上流側爪部１６ａの高さＨ１は、保持器１６のポケットの底部から上流側爪部１６ａの端部１６ｃまでの径方向に沿った長さであり、下流側爪部１６ｂの高さＨ２は、保持器１６のポケットの底部から下流側爪部１６ｂの端部１６ｄまでの径方向に沿った長さである。

【0027】

また、転動体１４の中心を通り内輪１０及び外輪１２の周方向に沿った保持器１６の断面（ラインＡ－Ａに沿った断面）において、保持器１６のポケットに保持された転動体１４の中心を保持面中心点Ｐとして、保持面中心点Ｐと上流側爪部１６ａの端部１６ｃのポケット側の点ａとを結ぶ第１ラインと、保持面中心点Ｐと下流側爪部１６ｂの端部１６ｄのポケット側の点ｂとを結ぶ第２ラインとのなす保持角度θを１８０°以上２６０°以下とすることが好適である。なお、保持角度θは、上流側爪部１６ａが設けられておらず保持器１６が開放された側ではなく、保持器１６のポケットが形成された側の角度である。

【0028】

保持角度θを１８０°以上とすることによって、保持器１６のポケットによる転動体１４の保持を確実なものとし、転動体１４の位置決め精度を高く維持することができる。また、保持角度θを２６０°以下とすることによって、保持器１６への転動体１４の組み付けが容易になる。

【0029】

また、上流側爪部１６ａの高さＨ１は、転動体１４の半径の１／２倍以上とすることが好適であり、１倍を超えることがより好適である。また、下流側爪部１６ｂの高さＨ２は、転動体１４の半径の１倍以上２倍以下とすることが好適である。

【0030】

玉軸受１００では、上流側爪部１６ａの高さＨ１に対して下流側爪部１６ｂの高さＨ２を高くすることによって、保持器１６のポケットと転動体１４との摺動面に潤滑油であるグリースを効果的に供給することができる。特に、上流側爪部１６ａの高さＨ１が転動体１４の半径の１／２倍以上、より好適には１倍を超えることによって、グリースの供給を向上させると共に、保持器１６の機械的な強度の低下を防ぐことができる。また、下流側爪部１６ｂの高さＨ２を転動体１４の半径の１倍以上２倍以下とすることによって、公転方向に対して下流側爪部１６ｂは高さ方向に突き出すことなく転動体１４の背後に隠れる。したがって、下流側爪部１６ｂによるグリースの掻き分けを抑制することができ、下流側爪部１６ｂの背後にある別の転動体１４へのグリースの供給を効率的に行うことができる。

【0031】

［本願発明の構成］
構成１：
内輪と、外輪と、前記内輪と前記外輪との間に配置された複数の転動体と、前記転動体を周方向に間隔を空けて転動可能に保持する保持器と、を備え、前記内輪及び前記外輪が中心軸を中心に相対的に回転可能な玉軸受であって、
前記保持器は、前記保持器の公転の上流側に設けられた上流側爪部と下流側に設けられた下流側爪部で構成されたポケットによって前記転動体を保持し、前記上流側爪部の高さは前記転動体の半径の１／２倍以上であり、前記下流側爪部の高さは前記公転軌道よりも高い非対称形状であることを特徴とする玉軸受。
構成２：
構成１に記載の玉軸受であって、
前記転動体の中心を通る周方向に沿った前記保持器の断面において、前記ポケットに保持された前記転動体の中心である保持面中心点と前記上流側爪部の端部とを結ぶ第１ラインと、前記保持面中心点と前記下流側爪部の端部とを結ぶ第２ラインと、のなす保持角度が１８０°以上２６０°以下であることを特徴とする玉軸受。
構成３：
構成１又は２に記載の玉軸受であって、
前記上流側爪部の高さは前記転動体の半径の１倍を超えることを特徴とする玉軸受。
構成４：
構成１～３のいずれか１つに記載の玉軸受であって、
前記下流側爪部の高さは前記転動体の半径の１倍以上２倍以下であることを特徴とする玉軸受。

【符号の説明】

【0032】

１０ 内輪、１２ 外輪、１４ 転動体、１６ 保持器、１６ａ 上流側爪部、１６ｂ 下流側爪部、１６ｃ 端部、１６ｄ 端部、１８ シール、２０ 内輪、２２ 外輪、２４ 転動体、２６ 保持器、２６ａ 上流側爪部、２６ｂ 下流側爪部、２６ｃ 上面、２６ｄ 上面、２８ シール、３０ 軸受付筐体、３０ａ 観察用穴、３２ 回転軸、３４ モータ、３６ ハウジング、３８ カメラ、１００ 玉軸受、２００ 玉軸受。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】