特許 7543660 玉軸受用冠型保持器、及び玉軸受

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2024-08-26

(45)【発行日】2024-09-03

(54)【発明の名称】玉軸受用冠型保持器、及び玉軸受

(51)【国際特許分類】

   F16C 33/41 20060101AFI20240827BHJP

   F16C 19/06 20060101ALI20240827BHJP

【ＦＩ】

F16C33/41

F16C19/06

【請求項の数】 7

(21)【出願番号】P 2020035971

(22)【出願日】2020-03-03

(65)【公開番号】P2021139410

(43)【公開日】2021-09-16

【審査請求日】2023-02-24

(73)【特許権者】

【識別番号】000004204

【氏名又は名称】日本精工株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110002000

【氏名又は名称】弁理士法人栄光事務所

(72)【発明者】

【氏名】岩永 泰弘

(72)【発明者】

【氏名】下川 義統

【審査官】鈴木 貴晴

(56)【参考文献】

【文献】特開２００８－２４０９５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】特表２００９－５３６９９８（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開２００４－０１９９２１（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

Ｆ１６Ｃ １９／００

－１９／５６

Ｆ１６Ｃ ３３／３０

－３３／６６

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

円環状の主部と、
該主部から周方向に所定の間隔で軸方向に突出し、先端部に互いに間隔をあけて配置される一対の爪部をそれぞれ有する複数の柱部と、
を備え、隣り合う前記柱部の間に、玉を保持可能な球面形状のポケットが形成される玉軸受用冠型保持器であって、
前記柱部は、前記一対の爪部を含む、先端部側の外周面が、前記主部の外周面よりも内径側に位置するように形成され、
前記保持器の内径側には、円周方向において前記各柱部の位置に、前記主部の軸方向側面から前記各柱部に亘って軸方向に切欠かれた複数の肉抜き部がそれぞれ離れて形成され、
前記各肉抜き部は、前記ポケットの表面、及び、前記一対の爪部間に形成された前記柱部の軸方向外側面から離れて形成され、
前記柱部の軸方向外側面と前記肉抜き部の内壁面との間に形成される壁部の軸方向寸法をＴ１、前記ポケットの底部における前記主部の軸方向寸法をＴ２としたとき、Ｔ２＞Ｔ１であり、
前記柱部の先端部側の外周面は、径方向において、前記保持器の内周面から前記主部の径方向厚さＴの１／２の位置と３／４の位置との間に位置する、
玉軸受用冠型保持器。

【請求項2】

前記主部の径方向厚さをＴとしたとき、Ｔ２＞Ｔ／４である、請求項１に記載の玉軸受用冠型保持器。

【請求項3】

前記柱部の先端部側の外周面と前記主部の外周面とは、凹状の曲面によって繋がっており、該曲面は、前記主部の径方向厚さＴの２５～５５％の曲率半径を有する、請求項１又は２に記載の玉軸受用冠型保持器。

【請求項4】

前記肉抜き部が形成された前記柱部の径方向最小厚さＴ３は、前記壁部の軸方向寸法Ｔ１と略等しい、請求項１～３のいずれか１項に記載の玉軸受用冠型保持器。

【請求項5】

前記ポケットの入り口径は、玉径の９０～９５％である、請求項１～４のいずれか１項に記載の玉軸受用冠型保持器。

【請求項6】

周方向に垂直な断面において、前記ポケットの中心は、軸方向において、前記壁部を通過する、請求項１～５のいずれか１項に記載の玉軸受用冠型保持器。

【請求項7】

外輪と、内輪と、前記外輪及び内輪の軌道面間に配置された複数の玉と、請求項１～６のいずれか１項に記載の冠型保持器と、を備える、玉軸受。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、玉軸受用冠型保持器、及び玉軸受に関し、特に、高速モータに適用される玉軸受用冠型保持器、及び玉軸受に関する。

【背景技術】

【0002】

一般に、各種回転機械の回転部分を支持するために、図１１に示すような玉軸受１が使用されている。玉軸受１は、外周面に内輪軌道２を有する内輪３と、内輪３と同心に配置され、内周面に外輪軌道４を有する外輪５と、内輪軌道２と外輪軌道４との間に転動自在に配置される複数の玉６と、を備える。各玉６は、保持器１００により転動自在に保持される。また、外輪５の両端部内周面には、それぞれ円輪状のシールド板７、７の外周縁が係止され、シールド板７，７によって、軸受空間に存在するグリース等の潤滑剤が外部に漏洩したり、或いは外部に浮遊する塵埃が軸受空間に進入するのを防止している。なお、密封装置として、非接触型のシールド板７，７に代えて、接触型のシールを使用してもよい。

【0003】

保持器１００には、図１２に示すように、プラスチック製で、冠型保持器が使用されており、円環状の主部１０９と、主部１０９から、周方向に所定の間隔で軸方向に突出する複数の柱部１１０と、を備え、隣り合う柱部１１０の間に、玉６を保持するための球面形状のポケット１１１が形成される。また、柱部１１０の先端部には、互いに間隔をあけて配置した一対の爪部１１２，１１２が形成され、玉６を保持することで、保持器１００が外輪５と内輪３の間から軸方向に脱落するのを防止している。

【0004】

このような玉軸受に使用される保持器１００は、高速で使用されると、遠心力により応力が作用して、爪部１１２，１１２が外径側に変形してしまう。その結果、保持器１００が外輪５やシールド板７，７など他の部品と接触してしまい、保持器１００が摩耗や破損することが懸念される。

【0005】

特許文献１に記載の保持器では、円環状主部と円環状主部から軸方向一方側へ突出する弾性片とを備え、弾性片の外径面に切欠を設けることによって、弾性片の外径を円環状主部の外径より小さくしている。これにより、弾性片が変形した際に、外輪やシールド板との接触を避けている。

【0006】

また、特許文献２に記載の保持器では、環状の基部と、基部から軸方向に延びるアキシャル部とを有し、アキシャル部の外径を基部の外径よりも小さくし、さらに、基部には、アキシャル部の凹部域と連通する、軸方向に貫通する孔が形成されている。これにより、材料の量を減少させ、高速回転時に誘発される半径方向での変形を抑制している。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【文献】特開２００３－３２９０４５号公報

【文献】特許第５４３６２０４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

ところで、特許文献１に記載の保持器では、柱部である弾性片の変形が高速回転時に大きくなる可能性があり、さらなる改善が求められる。また、特許文献２に記載の保持器では、柱部であるアキシャル部の軽量化を図って、高速回転時の遠心力を小さくしているが、基部には、アキシャル部の凹部域と連通する軸方向に貫通する孔が形成されることで、該基部の剛性が低下し、保持器変形には不利になる。基部は、貫通する孔がなく繋がっている方が、保持器変形には有利になる。また、いずれの保持器においても、軽量化のため、主部（基部）をポケットの底部において薄くすることが考えられるが、高速回転時に保持器の応力が増大し、爪部の変形が大きくなるという課題がある。

【0009】

本発明は上記事情に鑑みてなされたものであり、高速回転時に遠心力により変形した場合でも他の部品と接触し難く、且つ、軽量化により高速回転時の遠心力を小さくしつつ、所定の部位での剛性を確保して高速回転時の変形を抑制できる玉軸受用冠型保持器及び玉軸受を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

本発明の上記目的は、下記の構成により達成される。
（１） 円環状の主部と、
該主部から周方向に所定の間隔で軸方向に突出し、先端部に互いに間隔をあけて配置される一対の爪部をそれぞれ有する複数の柱部と、
を備え、隣り合う前記柱部の間に、玉を保持可能な球面形状のポケットが形成される玉軸受用冠型保持器であって、
前記柱部は、前記一対の爪部を含む、先端部側の外周面が、前記主部の外周面よりも内径側に位置するように形成され、
前記保持器の内径側には、円周方向において前記各柱部の位置に、前記主部の軸方向側面から前記各柱部に亘って軸方向に切欠かれた複数の肉抜き部がそれぞれ離れて形成され、
前記各肉抜き部は、前記ポケットの表面、及び、前記一対の爪部間に形成された前記柱部の軸方向外側面から離れて形成され、
前記柱部の軸方向外側面と前記肉抜き部の内壁面との間に形成される壁部の軸方向寸法をＴ１、前記ポケットの底部における前記主部の軸方向寸法をＴ２としたとき、Ｔ２＞Ｔ１である、玉軸受用冠型保持器。
（２） 前記柱部の先端部側の外周面は、径方向において、前記保持器の内周面から前記主部の径方向厚さＴの１／２の位置と３／４の位置との間に位置する、（１）に記載の玉軸受用冠型保持器。
（３） 前記主部の径方向厚さをＴとしたとき、Ｔ２＞Ｔ／４である、（１）又は（２）に記載の玉軸受用冠型保持器。
（４） 前記柱部の先端部側の外周面と前記主部の外周面とは、凹状の曲面によって繋がっており、該曲面は、前記主部の径方向厚さＴの２５～５５％の曲率半径を有する、（１）～（３）のいずれかに記載の玉軸受用冠型保持器。
（５） 前記肉抜き部が形成された前記柱部の径方向最小厚さＴ３は、前記壁部の軸方向寸法Ｔ１と略等しい、（１）～（４）のいずれかに記載の玉軸受用冠型保持器。
（６） 前記ポケットの入り口径は、玉径の９０～９５％である、（１）～（５）のいずれかに記載の玉軸受用冠型保持器。
（７） 前記ポケットの中心は、軸方向において、前記壁部を通過する、（１）～（６）のいずれかに記載の玉軸受用冠型保持器。
（８） 外輪と、内輪と、前記外輪及び内輪の軌道面間に配置された複数の玉と、（１）～（７）のいずれかに記載の冠型保持器と、を備える、玉軸受。

【発明の効果】

【0011】

本発明の玉軸受用冠型保持器及び玉軸受によれば、高速回転時に遠心力により変形した場合でも他の部品と接触し難く、且つ、軽量化により高速回転時の遠心力を小さくしつつ、所定の部位での剛性を確保して高速回転時の変形を抑制できる。

【図面の簡単な説明】

【0012】

【図1】本発明の一実施形態に係る玉軸受用冠型保持器の斜視図である。

【図2】図１の冠型保持器の正面図である。

【図3】図２の冠型保持器のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿った断面図である。

【図4】図２の冠型保持器のＩＶ－ＩＶ線に沿った断面図である。

【図5】本発明の変形例に係る玉軸受用冠型保持器の正面図である。

【図6】図５の冠型保持器のＶＩ－ＶＩ線に沿った断面図である。

【図7】（ａ）は、比較例１の冠型保持器のポケット中心を通る軸方向に沿った断面図であり、（ｂ）は、比較例１の冠型保持器の柱部の円周方向中間位置を通る軸方向に沿った断面図である。

【図8】（ａ）は、比較例２の冠型保持器のポケット中心を通る軸方向に沿った断面図であり、（ｂ）は、比較例２の冠型保持器の柱部の円周方向中間位置を通る軸方向に沿った断面図である。

【図9】実施例、比較例１、及び比較例２における、回転数と保持器応力比との関係を示すグラフである。

【図10】実施例、比較例１、及び比較例２における、回転数と保持器爪部変形量比との関係を示すグラフである。

【図11】保持器を組み込んだ玉軸受の一例を示す断面図である。

【図12】保持器の従来構造の一例を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0013】

以下、本発明の一実施形態に係る玉軸受用冠型保持器及び玉軸受について、図面を用いて説明する。

【0014】

図１に示すように、本実施形態の玉軸受用冠型保持器（以下、「冠型保持器」、又は単に「保持器」とも称す）１０は、図１２に示す従来構造の保持器と同様に、図１１に示す玉軸受１に適用される。即ち、冠型保持器１０は、円環状の主部１１と、該主部１１から周方向に所定の間隔で軸方向に突出する複数の柱部１２と、を備える。隣り合う柱部１２の間には、玉６（図４参照）を保持可能な球面形状のポケット１３が形成される。また、柱部１２の先端部には、互いに間隔をあけて配置され、ポケット１３の開口部側を形成する一対の爪部１４、１４が設けられている。

【0015】

冠型保持器１０は、例えば、ポリアミド樹脂、ポリアセタール樹脂、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルエーテルケトン、ポリイミド等の合成樹脂材料からなり、射出成形によって製造される。なお、樹脂材料中に、強化材として、ガラス繊維、カーボン繊維、アラミド繊維等が添加されてもよい。

【0016】

また、図２～図４に示すように、冠型保持器１０では、柱部１２は、一対の爪部１４を含む、先端部側の外周面１２ａが、主部１１の外周面１１ａよりも内径側に位置するように形成される。即ち、図２に示すように、各柱部１２の先端部側の外周面１２ａを結ぶ仮想円Ｃの直径Ｄ２は、主部１１の外周面１１ａの外径Ｄ１よりも小さい。
また、図４に示すように、柱部１２では、先端部側の外周面１２ａが軸方向においてポケット１３の中心Ｏよりも主部１１側まで延び、主部１１の外周面１１ａとの間を、凹状の曲面１２ｂによって繋げている。この凹状の曲面１２ｂは、主部１１の径方向厚さＴの２５～５５％の曲率半径を有している。このように、凹状の曲面１２ｂが、主部１１の径方向厚さＴの５５％以下の曲率半径を有することで、柱部１２の体積を抑えることができ、遠心力による保持器１０の変形を抑制する効果が高い。

【0017】

具体的には、柱部１２の先端部側の外周面１２ａは、径方向において、保持器１０の内周面から主部１１の径方向厚さＴの１／２の位置と３／４の位置との間に位置する。なお、本実施形態では、先端部側の外周面１２ａは、保持器１０の内周面から主部１１の径方向厚さＴの１／２の位置、即ち、玉６のピッチ円径ＰＣＤ上に位置する。

【0018】

また、冠型保持器１０の内径側には、円周方向において各柱部１２の位置に、主部１１の軸方向外側面１１ｂから各柱部１２に亘って軸方向に切欠かれた複数の肉抜き部２０がそれぞれ離れて形成されている。複数の肉抜き部２０は、内径側、及び主部１１の軸方向外側面１１ｂ側に開口する一方、ポケット１３の表面、及び、一対の爪部１４，１４間に形成された柱部１２の軸方向外側面１２ｃから離れるように形成される。そして、ポケット１３の表面と肉抜き部２０の内壁面２０ａとの間、及び柱部１２の先端部側の軸方向外側面１２ｃと肉抜き部２０の内壁面２０ａとの間には、壁部２１，２２がそれぞれ形成される。

【0019】

なお、壁部２１，２２を含む、肉抜き部２０以外の主部１１及び柱部１２の内周面は、内径Ｄ３の保持器１０の内周面を構成する（図２参照）。

【0020】

また、肉抜き部２０は、円周方向幅が主部１１の軸方向外側面１１ｂから各柱部１２に亘り徐々に小さくなるように、略扇形状に形成されている。さらに、肉抜き部２０は、その内周面と、柱部１２の先端部側の外周面１２ａとの間で規定される、柱部１２の径方向最小厚さＴ３が、円周方向に亘って同じ厚さ寸法となるように、同じ深さで切欠かれている。

【0021】

ここで、図３及び図４を参照して、柱部１２の先端部側の軸方向外側面１２ｃと肉抜き部２０の内壁面２０ａとの間に形成される壁部２２の軸方向寸法（厚さ）をＴ１、ポケット１３の底部における主部１１の軸方向寸法（以下、「底厚さ」とも言う）をＴ２としたとき、Ｔ２＞Ｔ１に設計されている。これにより、底厚さＴ２を十分に確保して、遠心力作用時における保持器応力を低減することができ、また、壁部２２の軸方向寸法Ｔ１を、射出成形上問題が生じない厚さまで薄くして、軽量化を図りつつ、高速回転時の円周方向への変形を抑えることができる。
また、本実施形態では、底厚さＴ２は、主部１１の径方向厚さＴに対して、Ｔ２＞Ｔ／４の関係を有するので、底厚さＴ２をさらに十分に確保して、遠心力作用時における保持器応力を低減することができる。

【0022】

また、肉抜き部２０が形成された柱部１２の径方向最小厚さＴ３は、射出成形上問題が生じないように、壁部２２の軸方向寸法Ｔ１と略等しく設計されている。これにより、柱部１２の径方向最小厚さＴ３を可能な限り薄くして、保持器１０の軽量化を図っている。

【0023】

加えて、ポケット１３の中心Ｏは、軸方向において、壁部２２を通過するように形成されるので、高速回転時に、玉６から保持器１０が抜けにくくなる。特に、本実施形態では、ポケット１３の中心Ｏは、軸方向において、壁部２２の軸方向外側面１２ｃと一致している。

【0024】

また、玉６のピッチ円径ＰＣＤの位置における、ポケット１３の入り口径ｅは、玉径の９０～９５％とし、該入り口径ｅを小さくして、保持器１０の抜けによる、シールド板７やシール部材との接触を防止している。通常、爪部１４の厚さは厚いため、入り口径ｅを小さくすると射出成形時の金型抜きや、玉６への組付け時に爪部１４の白化や破損が懸念されるが、爪部１４の厚さを薄くすることで、入り口径ｅを小さくしても、玉６をポケット１３内に入れやすくなり、上記懸念が解消される。

【0025】

このように構成された、本実施形態の冠型保持器１０によれば、柱部１２は、一対の爪部１４，１４を含む、先端部側の外周面１２ａが、主部１１の外周面１１ａよりも内径側に位置するように形成されるので、遠心力による変形を抑えることができ、高速回転時に遠心力により変形した場合でも他の部品と接触し難くなる。
また、保持器１０の内径側には、円周方向において各柱部１２の位置に、主部１１の軸方向側面から各柱部１２に亘って軸方向に切欠かれた複数の肉抜き部２０がそれぞれ離れて形成されるので、軽量化により高速回転時の遠心力を小さくすることができる。
さらに、柱部１２の先端部側の軸方向外側面１２ｃと肉抜き部２０の内壁面２０ａとの間に壁部２２を形成し、また、ポケット１３の底部における主部１１の軸方向寸法Ｔ２を、壁部２２の軸方向寸法Ｔ１より厚くしたので、ポケット１３の底部を構成する主部１１の部分での剛性を確保して高速回転時の変形を抑制できる。また、柱部１２の先端部側の軸方向外側面１２ｃと肉抜き部２０の内壁面２０ａとの間に壁部２２を残すことで、高速回転時の円周方向への変形を抑えることができる。

【0026】

尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜変更、改良等が可能である。
例えば、図５に示す変形例の冠型保持器１０ａは、外径側の形状において、第１実施形態のものと異ならせている。具体的には、柱部１２の先端部側の外周面１２ａと主部１１の外周面１１ａとの間に、径方向に沿って延びる主部１１の軸方向側面１１ｃが形成されており、柱部１２の先端部側の外周面１２ａと主部１１の軸方向側面１１ｃとの間が、凹状の曲面１２ｄによって繋がっている。なお、この変形例では、主部１１の軸方向側面１１ｃは、軸方向において、ポケット１３の溝底から僅かに爪部側の位置に設けられている。
この場合、冠型保持器１０ａは、上記実施形態のものに比べてさらに軽量化することができる。
その他の構成は、上記実施形態の冠型保持器１０のものと同様である。

【実施例】

【0027】

ここで、図１に示す構成を有する実施例の冠型保持器１０、図７に示す比較例１の冠型保持器１０ａ、及び図８に示す比較例２の冠型保持器１０ｂを用いて、回転数と保持器応力比との関係、及び、回転数と保持器爪部変形量比との関係について解析を行った。

【0028】

比較例１は、保持器１０ａの軽量化のために、ポケット１３の底厚さを射出成形において問題ない厚さまで薄くした仕様である。比較例２は、比較例１に対して、保持器１０ｂの剛性アップのために、ポケット１３の底厚さをシール部材に接触しない厚さまで厚くした仕様である。また、比較例１及び２では、保持器１０ａ、１０ｂの径方向中間部で、円周方向において各柱部１２の位置に、主部１１の軸方向側面から各柱部１２に亘って軸方向に切欠かれた肉抜き部２３がそれぞれ形成されている。表１は、比較例１の底厚さＴ２及び重量を基準とした場合の、実施例１及び比較例２の底厚さＴ２及び重量を比でそれぞれ表している。

【0029】

また、図９及び図１０は、各保持器における、回転数と保持器応力比との関係、及び、回転数と保持器爪部変形量比との関係をそれぞれ示す。なお、保持器応力比と保持器爪部変形量比とは、比較例１の保持器１０ａが１００００ｒｐｍ時の各値を１とした場合の比率で表している。

【0030】

【表1】

【0031】

比較例１では、高速回転時の保持器の応力が、比較例２及び実施例に対して著しく増加してしまうため、爪部の変形も大きくなっている。この結果、軽量化のため、底厚さを小さくすることは、高速回転には不利になってしまうことがわかる。

【0032】

一方、柱部１２の先端部側に壁部２２を残して、肉抜き部２０を形成することで軽量化を図った実施例は、比較例１，２に対して、応力、変形量ともに大きく減少できることがわかる。また、壁部２２の厚さＴ１を射出成形上問題が生じない程度まで小さくして軽量化を図り、ポケット１３の底厚さを壁部２２の厚さＴ１よりも厚くするという相乗効果によって、応力、変形量ともに大きく減少できることがわかる。

【符号の説明】

【0033】

１０ 玉軸受用冠型保持器
１１ 円環状の主部
１２ 柱部
１３ ポケット
１４ 爪部
２０ 肉抜き部
２１，２２ 壁部
Ｔ 主部の径方向厚さ
Ｔ１ 壁部の軸方向寸法
Ｔ２ ポケットの底部における主部の軸方向寸法
Ｔ３ 肉抜き部が形成された柱部の径方向最小厚さ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】

【図11】

【図12】