(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】P2024070397
(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 2022180860
(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】遠山 護
(72)【発明者】
【氏名】大宮 康裕
(72)【発明者】
【氏名】佐藤 範和
(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】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
3J701AA62
3J701BA25
3J701BA44
3J701BA49
3J701CA13
3J701EA63
3J701FA32
3J701FA33
3J701XB03
3J701XB19
3J701XB24
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】玉軸受100であって、保持器16は、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、複数の転動体14の中心を繋ぐ中心線X0と、中心線X0を上流側爪部16a又は下流側爪部16bの端部まで平行移動させた端部平行線X1との間のすべての範囲において、中心線X0を平行移動させた平行線Lと上流側爪部16aの上流側の前面との交点において接線Tfが中心線X0となす角度θfを平行線Lと下流側爪部16bの下流側の後面との交点において接線Trが中心線X0となす角度θrより大きくすることで上流側爪部16aと下流側爪部16bを非対称形状とする。
【選択図】
図3
【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、
複数の前記転動体の中心を繋ぐ中心線X0と、前記中心線X0を前記上流側爪部又は前記下流側爪部の端部まで平行移動させた端部平行線X1と、の間のすべての範囲において、前記中心線X0を平行移動させた平行線Lと前記上流側爪部の上流側の前面との交点において前記前面の接線Tfが前記中心線X0となす角度θfを前記平行線Lと前記下流側爪部の下流側の後面との交点において前記後面の接線Trが前記中心線X0となす角度θrより大きくすることで前記上流側爪部と前記下流側爪部を非対称形状としてい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、
前記上流側爪部と前記下流側爪部とを繋ぐ底部は、前記中心線X0より前記上流側爪部及び前記下流側爪部の突出方向に位置していることを特徴とする玉軸受。
【請求項3】
請求項1又は2に記載の玉軸受であって、
前記端部平行線X1は、前記中心線X0から前記端部平行線X1に向かう方向における前記転動体の頂点より前記中心線X0側に位置し、前記頂点からの距離が1mm以下であることを特徴とする玉軸受。
【請求項4】
請求項1に記載の玉軸受であって、
前記上流側爪部及び前記下流側爪部の端部は、前記上流側爪部及び前記下流側爪部の突出方向に向けて平行又は拡がるような形状を有す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た玉軸受において、端部からポケット方向に向かって円周方向幅を漸次拡大させた形状の溝を設けた構成が開示されている(特許文献1)。当該構成とすることによって、軸受回転によって外形側に流れて外輪のランド付近に滞留した潤滑油やシールの内壁面に付着した潤滑油を保持器の回転に伴って溝に沿ってポケット側に誘導することができるとされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0003】
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0004】
ところで、保持器の内側に溝を設けて潤滑剤を軌道面に流入させる構成では、高速回転させたときに転動体や保持器によってグリースがかき分けられて公転軌道部にグリースがほとんど再流入しないことが判明した。その結果、短時間の使用では焼き付きや摩耗を抑制できるものの、長時間に亘る使用ではグリースが枯渇し、焼き付きや摩耗を抑制できない。
【課題を解決するための手段】
【0005】
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、複数の前記転動体の中心を繋ぐ中心線X0と、前記中心線X0を前記上流側爪部又は前記下流側爪部の端部まで平行移動させた端部平行線X1と、の間のすべての範囲において、前記中心線X0を平行移動させた平行線Lと前記上流側爪部の上流側の前面との交点において前記前面の接線Tfが前記中心線X0となす角度θfを前記平行線Lと前記下流側爪部の下流側の後面との交点において前記後面の接線Trが前記中心線X0となす角度θrより大きくすることで前記上流側爪部と前記下流側爪部を非対称形状としていることを特徴とする玉軸受である。
【0006】
ここで、前記上流側爪部と前記下流側爪部とを繋ぐ底部は、前記中心線X0より前記上流側爪部及び前記下流側爪部の突出方向に位置していることが好適である。
【0007】
また、前記端部平行線X1は、前記中心線X0から前記端部平行線X1に向かう方向における前記転動体の頂点より前記中心線X0側に位置し、前記頂点からの距離が1mm以下であることが好適である。
【0008】
また、前記上流側爪部及び前記下流側爪部の端部は、前記上流側爪部及び前記下流側爪部の突出方向に向けて平行又は拡がるような形状を有することが好適である。
【発明の効果】
【0009】
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】
【0010】
【
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】本発明の変形例1におけるラインB-Bに沿った断面を示す図である。
【
図5】本発明の変形例2におけるラインB-Bに沿った断面を示す図である。
【
図7】
図6におけるラインC-Cに沿った断面を示す図である。
【
図8】
図6におけるラインD-Dに沿った断面を示す図である。
【
図9】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10】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11】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】
【0011】
[従来の玉軸受]
図6は、従来の玉軸受200の構成を示す平面図である。また、
図7は、
図6におけるラインC-Cに沿った断面図を示す。
図8は、
図6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6においてシール18は除いて示している。
【0012】
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。
【0013】
玉軸受200では、
図8に示すように、保持器26の公転方向の上流側の上流側爪部26aと公転方向の下流側の下流側爪部26bとが公転方向に対して略対称の形状とされている。
【0014】
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。
【0015】
図9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6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。
【0016】
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フラッシュ照明を用いた。
【0017】
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。
【0018】
図10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11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10及び
図11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。
【0019】
図10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11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11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。
【0020】
[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。
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。
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と同軸であり、転動体14の中心を通る円弧の一部である。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。
【0021】
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。
【0022】
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。
【0023】
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(Z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。
【0024】
以下、
図3に示すように、保持器16に保持された複数の転動体14の中心を結ぶラインを中心線X0と示す。また、上流側爪部16a及び下流側爪部16bの突出方向(Z方向)に沿って上流側爪部16a又は下流側爪部16bの端部まで中心線X0を平行移動させたラインを端部平行線X1と示す。なお、玉軸受100では、上流側爪部16a及び下流側爪部16bの突出方向(Z方向)において上流側爪部16aの端部と下流側爪部16bの端部とを略同じ位置としている。
【0025】
ここで、中心線X0に平行なラインであって中心線X0から距離hにある平行線Lと上流側爪部16aの上流側の面(前面)との交点において、当該上流側の面(前面)と接する接線Tf(h)と中心線X0(端部平行線X1)とがなす角度を角度θf(h)とする。また、中心線X0に平行なラインであって中心線X0から距離hにある平行線Lと下流側爪部16bの下流側の面(後面)との交点において、当該下流側の面(後面)と接する接線Tr(h)と中心線X0(端部平行線X1)とがなす角度を角度θr(h)とする。
【0026】
玉軸受100の保持器16は、公転方向の上流側の上流側爪部16aと下流側の下流側爪部16bを非対称形状とする。具体的には、中心線X0と端部平行線X1との間のすべての距離hにおいて、上流側爪部16aの上流側の面(前面)に対する接線Tf(h)の角度θf(h)が下流側爪部16bの下流側の面(後面)に対する接線Tr(h)の角度θr(h)より大きい、すなわち角度θf(h)>角度θr(h)となるように保持器16を構成する。
【0027】
これによって、転動体14と保持器16の公転によって転動体14とシール18との間に掻き分けられたグリースを転動体14と保持器16の公転軌道部、さらには転動体14と内輪10及び外輪12との転動面に効果的に再供給することができる。すなわち、保持器16の上流側爪部16a及び下流側爪部16bを上記のように公転軌道方向に沿って非対称形状とすることによって、公転軌道の下流側において空気の流れの剥離が生じ難くなり、負圧が生じ、掻き分けられたグリースを公転軌道部及び転動面に引き込むことができる。したがって、低速回転時及び高速回転時のいずれにおいても回転速度に依らず玉軸受100の潤滑不足を抑制することができる。
【0028】
<変形例1>
図4は、本発明の変形例1における玉軸受100の構成を示す断面図である。
図4は、
図1におけるラインB-Bに沿った断面図を示す。
【0029】
本変形例1における玉軸受100では、上流側爪部16aと下流側爪部16bとを繋ぐ底部16cが中心線X0と等しい位置、又は、中心線X0よりも上流側爪部16a及び下流側爪部16bの突出方向側(Z方向側:図面下側)に位置するように保持器16を構成する。
【0030】
上記実施の形態における玉軸受100の構成に加えて、本変形例1の構成を備えることによって、保持器16において角度θf(h)>角度θr(h)の条件をより容易に満たすことが可能になる。したがって、公転軌道の下流側における空気の流れの剥離を抑制し、掻き分けられたグリースを公転軌道部及び転動面により効果的に引き込むことができる。
【0031】
<変形例2>
図5は、本発明の変形例2における玉軸受100の構成を示す断面図である。
図5は、
図1におけるラインB-Bに沿った断面図を示す。
【0032】
ここで、保持器16のポケットに保持された転動体14の頂点、すなわち上流側爪部16a及び下流側爪部16bの突出方向(Z方向)に沿って転動体14の最も高い点まで中心線X0を平行移動させたラインを転動体端部線X2と示す。
【0033】
本変形例2における玉軸受100では、転動体端部線X2が端部平行線X1と一致する、又は、端部平行線X1を転動体端部線X2より中心線X0側に位置させると共に転動体端部線X2と端部平行線X1との間の距離dが1mm以下となるように保持器16を構成する。保持器16を当該構成とすることによって、従来の標準的な玉軸受に比べて、端部平行線X1を転動体端部線X2よりに位置させている。
【0034】
上記実施の形態又は上記変形例1における玉軸受100の構成に加えて、本変形例2の構成を備えることによって、空気の流れに対する保持器16の上流側爪部16a及び下流側爪部16bの形状の影響を転動体14の端部の形状の影響より現れ易くし、公転軌道の下流側における空気の流れの剥離をより抑制し、より負圧を発生させ易くすることができる。したがって、掻き分けられたグリースを公転軌道部及び転動面に引き込む効果をより高めることができる。
【0035】
また、上流側爪部16a及び下流側爪部16bの端部平行線X1より転動体14の転動体端部線X2を中心線X0側に位置させると、上流側爪部16a及び下流側爪部16bによるグリースの掻き分けによって転動体14がグリースに直接接触し難くなる。したがって、端部平行線X1を転動体端部線X2より中心線X0側に位置させることが好適である。
【0036】
なお、保持器16のポケットに転動体14を挿入し易くするために、上流側爪部16a及び下流側爪部16bの開口部の幅W1は広くしておくことが好適である。そこで、上流側爪部16a及び下流側爪部16bの端部は、上流側爪部16a及び下流側爪部16bの突出方向(Z方向)と平行又はポケットの外側に拡がるような形状とすることが好適である。すなわち、上流側爪部16a及び下流側爪部16bの外側端部の開口部の幅W1は、上流側爪部16a及び下流側爪部16bの内側端部の開口部の幅W2以上とすることが好適である。
【0037】
これによって、保持器16によるグリースの引き込み効果を高めると共に、保持器16のポケットに転動体14を挿入し易くすることができる。
【0038】
[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、
複数の前記転動体の中心を繋ぐ中心線X0と、前記中心線X0を前記上流側爪部又は前記下流側爪部の端部まで平行移動させた端部平行線X1と、の間のすべての範囲において、前記中心線X0を平行移動させた平行線Lと前記上流側爪部の上流側の前面との交点において前記前面の接線Tfが前記中心線X0となす角度θfを前記平行線Lと前記下流側爪部の下流側の後面との交点において前記後面の接線Trが前記中心線X0となす角度θrより大きくすることで前記上流側爪部と前記下流側爪部を非対称形状としてい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、
前記上流側爪部と前記下流側爪部とを繋ぐ底部は、前記中心線X0より前記上流側爪部及び前記下流側爪部の突出方向に位置してい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、
前記端部平行線X1は、前記中心線X0から前記端部平行線X1に向かう方向における前記転動体の頂点より前記中心線X0側に位置し、前記頂点からの距離が1mm以下であ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項に記載の玉軸受であって、
前記上流側爪部及び前記下流側爪部の端部は、前記上流側爪部及び前記下流側爪部の突出方向に向けて平行又は拡がるような形状を有することを特徴とする玉軸受。
【符号の説明】
【0039】
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 底部、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、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、300 試験機。