特開 2025-40669 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】P2025040669

(43)【公開日】2025-03-25

(54)【発明の名称】玉軸受

(51)【国際特許分類】

   F16C 33/41 20060101AFI20250317BHJP

   F16C 19/16 20060101ALI20250317BHJP

【ＦＩ】

F16C33/41

F16C19/16

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023147605

(22)【出願日】2023-09-12

(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

(72)【発明者】

【氏名】西口 航平

(72)【発明者】

【氏名】田窪 孝康

(72)【発明者】

【氏名】杉山 彰悟

【テーマコード（参考）】

3J701

【Ｆターム（参考）】

3J701AA02

3J701AA32

3J701AA42

3J701AA52

3J701AA62

3J701BA24

3J701BA44

3J701EA31

3J701FA15

3J701FA33

3J701FA46

3J701FA51

3J701GA24

3J701XB01

(57)【要約】

【課題】樹脂製の冠形保持器を組み込んだ玉軸受において、回転時の遠心力による保持器のつのの変形を効果的に抑えられるようにする。
【解決手段】保持器４のつの６の補強部９を、ポケット７の径方向中心位置Ａよりも径方向外側で円環基部５と連続する外周面９ａと、ポケット７の径方向中心位置Ａよりも径方向内側で円環基部５と連続する内周面９ｂとを有するブロック状に形成し、その外周面９ａの一部を軸方向一方側へ向かうにつれて内周面９ｂに近づくように傾斜する傾斜面９ａ２とすることにより、保持器４のつの６を減肉して軽量化しつつ、つの６全体の径方向および円周方向の強度低下を小さくして、保持器４が回転による遠心力を受けたときに、つの６の変形が効果的に抑えられるようにした。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

外輪（１）と、前記外輪（１）の径方向内側に配される内輪（２）と、前記外輪（１）と前記内輪（２）の間に転動自在に配される複数の玉（３）と、前記複数の玉（３）を保持する樹脂製の保持器（４）とを備え、
前記保持器（４）は、円環基部（５）と、前記円環基部（５）から円周方向に等間隔で軸方向一方側に延びる複数のつの（６）とからなり、円周方向で隣り合う前記つの（６）どうしの間に形成された、前記玉（３）を収容するポケット（７）を有し、
前記保持器（４）のつの（６）は、周方向で互いに対向する一対の片持ち梁状の爪部（８）の間に、その爪部（８）どうしを連結するように補強部（９）を設けたものである玉軸受において、
前記保持器（４）は、前記つの（６）の補強部（９）が、前記ポケット（７）の径方向中心位置（Ａ）よりも径方向外側で前記円環基部（５）と連続する外周面（９ａ）と、前記ポケット（７）の径方向中心位置（Ａ）よりも径方向内側で前記円環基部（５）と連続する内周面（９ｂ）とを有するブロック状に形成されており、前記補強部（９）の外周面（９ａ）が少なくとも一部で軸方向一方側へ向かうにつれて前記内周面（９ｂ）に近づくように傾斜していることを特徴とする玉軸受。

【請求項2】

前記保持器（４）の爪部（８）が、先端に近づくほど外径寸法が小さくなる形状に形成されている請求項１に記載の玉軸受。

【請求項3】

前記保持器（４）の補強部（９）は、前記外周面（９ａ）の周方向中央部に軸方向一方側から見てＵ字状の凹部（９ｄ）が形成されている請求項１または２に記載の玉軸受。

【請求項4】

前記保持器（４）の補強部（９）の外周面（９ａ）は、軸方向断面において少なくとも１つの直線または少なくとも１つのＲ形状を含む形状に形成されている請求項１または２に記載の玉軸受。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、樹脂製の冠形保持器を組み込んだ玉軸受に関する。

【背景技術】

【0002】

電動車の技術分野においては、電費低減や走行性能向上を図るための手段として、電動機の回転速度を高めるとともに電動機を小型・軽量化して電動機の出力密度を高めようとする動きがある。しかし、電動機を高速化しようとすると、電動機の回転が入力される回転軸を支持する転がり軸受は、回転速度の上昇に伴って内部部品に作用する遠心力が大きくなり、それによる内部部品の変形の増大が種々の不具合を生じやすくなる。

【0003】

特に、樹脂製の冠形保持器（以下、単に「保持器」とも称する。）を組み込んだ玉軸受では、高速回転下で使用した際に、その保持器の片持ち梁状のつのが遠心力によって径方向外側に変形しやすい。そして、変形したつのの先端部分が外輪の内周面や玉に強く接触することにより、回転抵抗が増大して発熱し、焼付き等により軸受機能の失陥をまねくおそれがある。

【0004】

このため、上記のような樹脂製の冠形保持器が組み込まれ、高速回転下で使用される玉軸受は、その保持器のつのを減肉して軽量化することにより、遠心力によるつのの変形を抑えるようにしていることが多い（例えば、特許文献１参照。）。

【0005】

特許文献１に開示されている玉軸受は、図１３に示すように、外輪５１と、外輪５１の径方向内側に配される内輪５２と、外輪５１と内輪５２の間に転動自在に配される複数の玉５３と、その複数の玉５３を保持する樹脂製の冠形保持器５４とを備えている。その保持器５４は、図１３乃至図１５に示すように、円環基部（環状体）５５と、円環基部５５から円周方向に等間隔で軸方向一方側に延びる複数のつの５６とからなり、円周方向で隣り合うつの５６どうしの間に玉５３を収容するポケット５７が形成されている。そして、そのつの５６は、周方向で互いに対向する一対の片持ち梁状の爪部（つの本体）５８の間に、爪部５８どうしを連結するように板状の補強部（補剛リブ）５９を設けた構成となっている。

【0006】

そして、保持器５４のつの５６を上記のような構成として、つの５６に欠損部（一般的な冠形保持器のつのに対して欠けている部分）を形成することにより、つの５６を軽量化して遠心力によるつの５６の変形を小さくできるとともに、つの５６の強度低下は補強部５９により防ぐことができるとしている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０２１－０７６１８７号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

しかしながら、上記特許文献１の玉軸受では、保持器５４のつの５６の補強部５９がポケット５７の径方向中心位置Ｃよりも径方向内側で円環基部５５から軸方向一方側（つの５６の突出方向）に延びる板状に形成されているので、高速回転下では遠心力による爪部５８の径方向外側への変形を十分に抑えることができず、爪部５８の外輪５１や玉５３との接触に起因するトラブルを防止できないおそれがある。

【0009】

そこで、この発明は、樹脂製の冠形保持器を組み込んだ玉軸受において、回転時の遠心力による保持器のつのの変形を効果的に抑えられるようにすることを課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記の課題を解決するために、この発明は、外輪と、前記外輪の径方向内側に配される内輪と、前記外輪と前記内輪の間に転動自在に配される複数の玉と、前記複数の玉を保持する樹脂製の保持器とを備え、前記保持器は、円環基部と、前記円環基部から円周方向に等間隔で軸方向一方側に延びる複数のつのとからなり、円周方向で隣り合う前記つのどうしの間に形成された、前記玉を収容するポケットを有し、前記保持器のつのは、周方向で互いに対向する一対の片持ち梁状の爪部の間に、その爪部どうしを連結するように補強部を設けたものである玉軸受において、前記保持器は、前記つのの補強部が、前記ポケットの径方向中心位置よりも径方向外側で前記円環基部と連続する外周面と、前記ポケットの径方向中心位置よりも径方向内側で前記円環基部と連続する内周面とを有するブロック状に形成されており、前記補強部の外周面が少なくとも一部で軸方向一方側へ向かうにつれて前記内周面に近づくように傾斜している構成（構成１）の玉軸受を提供するようにした。

【0011】

すなわち、上記構成１の玉軸受は、保持器のつのの補強部をポケットの径方向中心位置の内外に拡がるブロック状のものとし、その外周面を少なくとも一部で軸方向一方側へ向かうにつれて内周面に近づくように傾斜させることにより、保持器のつのを一般的な仕様のものよりも減肉して軽量化しつつ、つの全体の径方向および円周方向の強度低下を前述の特許文献１のものよりも小さくして、保持器が回転による遠心力を受けたときに、つのの変形が効果的に抑えられるようにしたのである。

【0012】

そして、この発明は、前記保持器の爪部が、先端に近づくほど外径寸法が小さくなる形状に形成されている場合に（構成２）、特に効果的に適用することができる。このような形状の爪部を有するつのは、一般的な仕様の（爪部が一定の外径に形成されている）つのよりも遠心力が抑えられて変形しにくいからである。

【0013】

また、上記構成１または２において、前記保持器の補強部は、前記外周面の周方向中央部に軸方向一方側から見てＵ字状の凹部が形成されている構成とすれば（構成３）、つの全体の強度低下を抑えながらつのをさらに軽量化して、遠心力によるつのの変形をより小さく抑えることが可能となる。

【0014】

上記構成１乃至３のいずれにおいても、前記保持器の補強部の外周面は、軸方向断面において少なくとも１つの直線または少なくとも１つのＲ形状を含む形状に形成されているものとすることができる（構成４）。

【発明の効果】

【0015】

上述したように、本発明の玉軸受は、保持器のつのの補強部をポケットの径方向中心位置の内外に拡がるブロック状のものとし、その外周面の少なくとも一部を軸方向一方側へ向かうにつれて内周面に近づくように傾斜させたものであるから、保持器のつのの軽量化と強度の確保を両立して、回転時の遠心力によるつのの変形を効果的に抑えることができる。したがって、保持器のつのの爪部が外輪や玉と接触することによるトラブルが生じにくく、高速回転する用途に適したものとなっている。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】実施形態の玉軸受の正面断面図

【図2】図１の保持器の外観斜視図

【図3】図１の保持器の要部を拡大して示す正面断面図

【図4】図１の保持器の要部を軸方向一方側から見た側面図

【図5】図４に対応して保持器のつの形状の第１変形例を示す要部の側面図

【図6】図３に対応して保持器のつの形状の第２変形例を示す要部の正面断面図

【図7】図３に対応して保持器のつの形状の第３変形例を示す要部の正面断面図

【図8】図３に対応して保持器のつの形状の第４変形例を示す要部の正面断面図

【図9】図３に対応して保持器のつの形状の第５変形例を示す要部の正面断面図

【図10】図３に対応して保持器のつの形状の第６変形例を示す要部の正面断面図

【図11】図３に対応して保持器のつの形状の第７変形例を示す要部の正面断面図

【図12】図１の保持器および図１１の保持器とそれぞれに対する比較例の保持器の変形量の数値解析結果を示すグラフ

【図13】従来の玉軸受の正面断面図

【図14】図１３の保持器の要部を径方向外側から見た平面図

【図15】図１３の保持器の要部を拡大して示す正面断面図

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、図１乃至図１２に基づき、本発明の実施形態を説明する。この玉軸受は、図１に示すように、内周面に軌道面１ａが形成された外輪１と、外輪１の径方向内側に配され、外周面に軌道面２ａが形成された内輪２と、外輪１の軌道面１ａと内輪２の軌道面２ａとの間に転動自在に配される複数の玉３と、その複数の玉３をそれぞれ等間隔で転動自在に保持する樹脂製の冠形保持器４とを備えた玉軸受（深溝玉軸受）である。

【0018】

ここで、外輪１、内輪２および保持器４のそれぞれの中心軸（図示省略）は同軸に配されており、玉軸受の設計上の回転中心である軸受中心軸に相当する。以下、保持器４の中心軸を単に「中心軸」という。

【0019】

そして、軸方向とは中心軸に沿った方向のことをいい、軸方向一方側は図１における左側、軸方向他方側は図１における右側である。また、径方向とは中心軸と直交する方向のことをいう。そして、径方向外側とは径方向で中心軸から遠ざかる方向のことをいい、径方向内側とは径方向で中心軸に接近する方向のことをいう。また、円周方向とは、中心軸周りに一周する円周に沿った方向のことをいう。

【0020】

保持器４は、図１乃至図３に示すように、円周方向に延びる円環基部５と、円環基部５から円周方向に等間隔で軸方向一方側に延びる複数のつの６とからなり、円周方向で隣り合うつの６どうしの間に玉３を収容するポケット７が形成されている。円環基部５の外周面および内周面はそれぞれ円筒面となっている。ポケット７は、径方向外側、径方向内側および軸方向一方側に開口した空間であり、つの６と同数だけ形成されている。

【0021】

また、ポケット７の内面形状は球面であり、その径方向外側、径方向内側および軸方向一方側の開口は玉３を通過させない寸法となっている。したがって、ポケット７への玉３の収納は、玉軸受を組み立てる際に、外輪１の軌道面１ａと内輪２の軌道面２ａとの間に配した玉３に対して、保持器４のつの６を軸方向他方側から押し付けることにより、つの６を弾性変形させて、ポケット７の軸方向一方側の開口を円周方向に広げながら玉３をポケット７内に入り込ませるようにする。

【0022】

この保持器４のつの６は、周方向で互いに対向する一対の片持ち梁状の爪部８の間に、その爪部８どうしを連結するように補強部９が設けられている。各爪部８は、その外周面８ａが円環基部５の外周面と同一面に形成された円筒面８ａ１と、２つの凹曲面８ａ２、８ａ３を軸方向他方側から順に連続させたものとなっており、先端に近づくほど外径寸法が小さくなる形状に形成されている。また、爪部８の内周面８ｂは円環基部５の内周面と同一面に形成されている。

【0023】

つの６の補強部９は、図３に示すように、ポケット７の径方向中心位置Ａよりも径方向外側で円環基部５と連続する外周面９ａと、ポケット７の径方向中心位置Ａよりも径方向内側で円環基部５と連続する内周面９ｂと、ポケット７の径方向中心位置Ａよりも径方向内側で外周面９ａおよび内周面９ｂと連続する先端面９ｃとを有するブロック状に形成されている。その内周面９ｂは、爪部８の内周面８ｂおよび円環基部５の内周面と同一面に形成されている。ここで、ポケット７の径方向中心位置Ａは、円環基部５の外周面と内周面の中間位置に一致し、三次元測定機によりポケット７の溝部を除く曲面部を測定することで求めることができる。

【0024】

補強部９の外周面９ａは、円筒面９ａ１と、軸方向一方側へ向かうにつれて内周面９ｂに近づくように傾斜する傾斜面９ａ２を軸方向他方側から順に連続させたものとなっている。その円筒面９ａ１は、爪部８の外周の円筒面８ａ１（円環基部５の外周面）よりも小径に形成されている。傾斜面９ａ２は、軸方向断面において直線状に形成されている。なお、軸方向他方側の円筒面９ａ１は、軸方向一方側へ向かうにつれて傾斜面９ａ２と異なる傾きで内周面に近づく傾斜面に変えることもできる。

【0025】

補強部９の先端面９ｃは、ポケット７の軸方向中心位置Ｂよりも軸方向他方側で径方向に延びる平面に形成されている。先端面９ｃをこの位置に形成しているのは、爪部８の先端側が周方向に変形しやすいようにして、ポケット７への玉３の組み込み性を良好なものとするためである。なお、先端面９ｃは、径方向内側へ向かうにつれて爪部８の先端に近づくように傾斜する傾斜面に変えることもできる。

【0026】

また、補強部９の外周面９ａの周方向中央部には、軸方向一方側から見てＵ字状で、円環基部５の軸方向一方側の端面まで達する凹部９ｄが形成されている。その凹部９ｄは、図４に示すように、軸方向一方側から見てポケット７の径方向中心位置Ａ上に中心をもつ半円状の底面９ｄ１と、底面９ｄ１の周方向両端から径方向外側へ互いに平行に延びる一対の側面９ｄ２とを有している。そして、その最大幅（底面９ｄ１の半円の直径）Ｗａが、一対の爪部８間の最小幅Ｗｂに対して、０．５Ｗｂ≦Ｗａ＜Ｗｂとなるように形成されている。

【0027】

この玉軸受は、上記の構成であり、保持器４のつの６の補強部９がポケット７の径方向中心位置Ａの内外に拡がるブロック状に形成されており、その補強部９の外周面９ａのほぼ全部を占める傾斜面９ａ２が軸方向一方側へ向かうにつれて内周面９ｂに近づくように傾斜しており、またその外周面９ａの周方向中央部に凹部９ｄが形成されているので、保持器４のつの６の軽量化と強度の確保を両立して、回転時の遠心力によるつの６の変形を効果的に抑えることができる。このため、保持器４のつの６の爪部８が外輪１や玉３と接触することによるトラブルが生じにくく、高速回転する用途に特に有効に適用することができる。

【0028】

また、この玉軸受は、保持器４のつの６の爪部８および補強部９がいずれも軸方向一方側で径方向寸法が小さくなるように形成されているので、保持器４のポケット７へ玉３を組み込む際に爪部８の先端側が変形しやすく、組込作業がしやすいという特徴もある。

【0029】

図５は保持器４のつの形状の第１変形例を示す。この第１変形例は、つの６の補強部９の凹部９ｄを、軸方向一方側から見た底面９ｄ１の半円の中心がポケット７の径方向中心位置Ａよりも径方向外側に位置するように形成し、側面９ｄ２をなくしたものである。

【0030】

図６乃至図８はそれぞれ保持器４のつの形状の第２乃至第４変形例を示す。これらの変形例はいずれもつの６の補強部９の外周面形状を変更したものであって、図６に示す第２変形例では、補強部９の外周面９ａのうちの傾斜面９ａ２を、軸方向断面においてＲ形状をなすものとしている。また、図７に示す第３変形例では、補強部９の傾斜面９ａ２を、軸方向断面において傾斜角度の異なる２つの直線からなる形状に形成している。一方、図８に示す第４変形例では、補強部９の傾斜面９ａ２を、軸方向断面において直線とＲ形状が軸方向他方側から順に連続したものとしている。

【0031】

図９乃至図１１はそれぞれ保持器４のつの形状の第５乃至第７変形例を示す。これらの変形例は、いずれも図１乃至図４に示した例のつの６の補強部９の形状は変えず、爪部８の外周面形状を変更したものである。図９に示す第５変形例では、爪部８の外周面８ａを軸方向断面において傾斜角度の異なる２つの直線からなる形状に形成しており、その直線の傾斜角度は軸方向一方側の方が軸方向他方側よりも大きくなっている。また、図１０に示す第６変形例では、爪部８の外周面８ａが、円環基部５の外周面と同一面に形成された円筒面と、軸方向断面において傾斜角度の異なる２つの直線からなる形状の傾斜面を軸方向他方側から順に連続させたものとなっている。その直線の傾斜角度は、図９の第５変形例とは逆に、軸方向他方側の方が軸方向一方側よりも大きく設定されている。そして、図１１に示す第７変形例は、爪部８の外周面８ａ全体を円環基部５の外周面と同一の円筒面に形成している。

【0032】

これらの各変形例は、いずれも図１乃至図４に示した例と同様の効果を発揮することができる。そのうち、図１１の第７変形例は、爪部８の径方向寸法が一定に形成されているので、他の例に比べて玉３の組み込み性およびつの６の軽量化の点では不利であるが、つの６の強度は高くなっている。

【0033】

次に、この実施形態の玉軸受における保持器４のつの６の変形量低減効果を確認した数値解析について説明する。

【0034】

数値解析は、図１乃至図４に示した例（実施例１）および図１１示した第７変形例（実施例２）と、実施例１の補強部をなくした比較例１および実施例２の補強部をなくした比較例２を対象とし、保持器の表面温度を２５℃としたときの変形量を複数の回転速度条件で計算した。

【0035】

図１２は解析対象の各例の保持器について、つのの爪部の径方向外側への変形率（径方向寸法に対する変形量の比率）の計算結果を示す。ここで、図中のｄｍｎ値は玉のピッチ円直径ｄｍ（ｍｍ）×回転数ｎ（ｍｉｎ^－１）である。この図から、実施例１、２は、それぞれ比較例１、２に対して爪部の変形率（変形量）を抑制でき、特にｄｍｎ値が２００万を超える高速回転領域では変形率を１０～２０％程度低減できることがわかる。これにより、この発明は、特に高速回転下で遠心力によるつのの変形に対して大きな低減効果があることが確認された。

【0036】

したがって、例えば、この発明の玉軸受を電動車の電動機に組み込めば、その電動機の許容回転数を上げることができ、電動機の小型化に貢献することが期待できる。

【0037】

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。この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。

【0038】

また、この発明は、上述した実施形態のような深溝玉軸受に限らず、冠形保持器を組み込んだアンギュラ玉軸受にも適用することができる。

【符号の説明】

【0039】

１ 外輪
２ 内輪
３ 玉
４ 保持器
５ 円環基部
６ つの
７ ポケット
８ 爪部
９ 補強部
９ａ 外周面
９ａ２ 傾斜面
９ｂ 内周面
９ｄ 凹部

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】

【図13】

【図14】

【図15】