JP2007333022A - 深溝玉軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】軸受の回転トルクの低減を図った鋼板製の保持器を備えた深溝玉軸受を提供する。
【解決手段】深溝玉軸受の保持器５が鋼板からプレス加工によって形成された２枚の環状保持板７で構成され、これら環状保持板７の円周方向に等間隔の複数箇所に半球状に膨出するボール保持部８が形成され、これらボール保持部８が開口側で対峙されて凹球状のポケット９が形成されると共に、このポケット９のボール４が接触しない部位に油孔１１が設けられ、少なくとも当該ポケット９面にＤＬＣ薄膜からなる低摩擦薄膜１２が形成されているので、ポケット９内に滞留するグリース等の潤滑剤が遠心力によってポケット９の外部に押し出され、攪拌抵抗が減少して軸受の回転トルクの低減を図ることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、歯車等の回転部材を支承する深溝玉軸受、特に、軸受の回転トルクの低減を図った鋼板製の保持器を備えた深溝玉軸受に関するものである。

従来、転がり軸受の中でも回転トルクが小さく、ミスアライメントに対しても所望の耐久性を発揮するため、モータ軸をはじめ自動車のトランスミッションの歯車等の回転部材を支承する転がり軸受として深溝玉軸受が一般的に多用されている。この深溝玉軸受には、組立が容易で低コストな鋼板製の保持器が従来から使用されている。図５および図６は、このような保持器の代表的な一例である。

この保持器５０は鋼板からプレス加工によって形成され、２枚の環状保持板５１、５１の間にボール５２を自転可能なように挟み込んだものである。２枚の環状保持板５１は、図６（ａ）に示すように、それぞれ円周方向に等間隔の複数箇所に、半球状に膨出するボール保持部５３が形成されている。また、これらの２枚の環状保持板５１は、各ボール保持部５３を開口側で対峙させると共に、これによって形成されるポケット５４にそれぞれボール５２を保持させて、各ボール保持部５３の間をリベット５５で固定している。

この波形の保持器５０において、環状保持板５１の各ボール保持部５３は、このボール保持部５３の開口面の中心Ｃからの距離が、底部ではボール５２の半径ｒよりも僅かに長くなっているにすぎないが、周縁部になるほどこの距離がさらに長くなるように形成されている。また、この内周面は、ボール保持部５３の底部では曲率半径がボール５２の半径ｒとほぼ同じ、もしくは僅かに大きく設定され、周縁部になるほどこの曲率半径（ｒ＋α）が大きくなる。したがって、ボール保持部５３の内周面の周縁部では、開口面の中心Ｃからの距離が遠くなるので、ボール５２との間のすきまが大きくなる。

また、ボール保持部５３の内周面の底部では、曲率半径がほぼ同じボール５２の外周面に沿うことになるので、このボール５２を確実にポケット５４の中央に保持することができる。このため、ボール５２は、ポケット５４を構成するボール保持部５３、５３の合せ目のエッジに接触する恐れがなくなり、また、このボール５２は、ポケット５４を構成する両側のボール保持部５３の底部同士を結ぶ軸線を中心に自転するので、このボール５２の周速が最も小さい部分をボール保持部５３の底部だけで保持することになり、これによってトラクション力も小さくなる。
特開２００１−２４１４４９号公報

然しながら、こうした従来の波形の保持器５０は、半球状に膨出するボール保持部５３によってポケット５４が構成されているため、運転中はこのポケット５４のＲ面にボール５２が滑りを伴いながら自転している。したがって、図６（ｂ）に示すように、ボール５２は、ある接触幅（接触面積）Ｓで滑り接触するため、ボール５２と保持器５０間の滑り抵抗が生じ、軸受の回転トルクを低減するには限界があった。さらに、ボール５２は、ポケット５４内に滞留する潤滑グリースの攪拌抵抗を受けながら回転しているため、特に、高速領域における回転トルクの増大は避けられない。近年、車両の燃費向上のため、例えば、トランスミッション用軸受において低トルク化が要求されているが、こうした軸受の回転トルクの低減が課題となっていた。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、軸受の回転トルクの低減を図った鋼板製の保持器を備えた深溝玉軸受を提供することを目的としている。

係る目的を達成すべく、本発明のうち請求項１記載の発明は、内周に円弧状の外側転走面が形成された外輪と、外周にこの外側転走面に対向する円弧状の内側転走面が形成された内輪と、この内輪と前記外輪間に配置された保持器と、前記両転走面間に前記保持器を介して転動自在に収容された複数のボールとを備えた深溝玉軸受において、前記保持器が鋼板からプレス加工によって形成された２枚の環状保持板で構成され、これら環状保持板の円周方向に等間隔の複数箇所に膨出するボール保持部が形成され、これらボール保持部が開口側で対峙されてポケットが形成されると共に、回転時に前記ボールがこのポケットの片側に寄った状態で該ポケットに接触しない部位に油孔が設けられている。

このように、鋼板製の保持器を備えた深溝玉軸受において、保持器が鋼板からプレス加工によって形成された２枚の環状保持板で構成され、これら環状保持板の円周方向に等間隔の複数箇所に膨出するボール保持部が形成され、これらボール保持部が開口側で対峙されてポケットが形成されると共に、回転時にボールがこのポケットの片側に寄った状態で該ポケットに接触しない部位に油孔が設けられているので、ポケット内に滞留するグリース等の潤滑剤が遠心力によってポケットの外部に押し出され、攪拌抵抗が減少して軸受の回転トルクの低減を図ることができる。

また、請求項２に記載の発明のように、前記ボール保持部が半球状に膨出して形成され、これらボール保持部によって凹球状のポケットが形成されると共に、前記ボール保持部の底部の両側に前記油孔がそれぞれ２箇所設けられていても良いし、また、請求項３に記載の発明のように、前記ボール保持部が矩形状に膨出して形成され、これらボール保持部によって多角形状のポケットが形成されると共に、前記ボール保持部の角部近傍に前記油孔がそれぞれ２箇所設けられていても良い。

また、請求項４に記載の発明のように、前記保持器の全面のうち少なくともポケット面に低摩擦薄膜が形成されていれば、ボールと保持器との滑り摩擦を格段に抑制することができ、一層軸受の回転トルクを低減させることができる。

また、請求項５に記載の発明のように、前記ボールがセラミックで形成されていれば、内輪、外輪の転走面上でのボールの変形により発生するトルク損失を低減することができる。

また、請求項６に記載の発明のように、前記深溝玉軸受が自動車のトランスミッション用であれば、軸受の回転トルクの低減により燃費向上が期待でき、潤滑油中に微小な摩耗粉が混入している条件下においても、摩耗を抑えることができると共に、摩耗粉の噛み込みに対しても充分な耐久性を発揮することができる。

本発明に係る深溝玉軸受は、内周に円弧状の外側転走面が形成された外輪と、外周にこの外側転走面に対向する円弧状の内側転走面が形成された内輪と、前記両転走面間に保持器を介して転動自在に収容された複数のボールとを備えた深溝玉軸受において、前記保持器が鋼板からプレス加工によって形成された２枚の環状保持板で構成され、これら環状保持板の円周方向に等間隔の複数箇所に膨出するボール保持部が形成され、これらボール保持部が開口側で対峙されてポケットが形成されると共に、回転時に前記ボールがこのポケットの片側に寄った状態で該ポケットに接触しない部位に油孔が設けられているので、ポケット内に滞留するグリース等の潤滑剤が遠心力によってポケットの外部に押し出され、攪拌抵抗が減少して軸受の回転トルクの低減を図ることができる。

内周に円弧状の外側転走面が形成された外輪と、外周にこの外側転走面に対向する円弧状の内側転走面が形成された内輪と、前記両転走面間に保持器を介して転動自在に収容された複数のボールとを備えた深溝玉軸受において、前記保持器が鋼板からプレス加工によって形成された２枚の環状保持板で構成され、これら環状保持板の円周方向に等間隔の複数箇所に半球状に膨出するボール保持部が形成され、これらボール保持部が開口側で対峙されて凹球状のポケットが形成されると共に、回転時に前記ボールがこのポケットの片側に寄った状態で該ポケットに接触しない部位に油孔が設けられ、少なくとも当該ポケット面にＤＬＣ薄膜が形成されている。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１は、本発明に係る深溝玉軸受の第１の実施形態を示す縦断面図、図２（ａ）は、図１のＩＩ−ＩＩ線矢視断面図、（ｂ）は、（ａ）の要部拡大図である。

この深溝玉軸受１は、内周に円弧状の外側転走面２ａが形成された外輪２と、外周にこの外側転走面２ａに対向する円弧状の内側転走面３ａが形成された内輪３と、両転走面間に収容された複数のボール４と、これらのボール４を転動自在に保持する保持器５と、外輪２の両端部に装着されたシール６、６とを備え、軸受内部に所定の潤滑グリースが封入されて密封型の深溝玉軸受１を構成している。

外輪２、内輪３およびボール４はＳＵＪ２等の高炭素クロム軸受鋼からなり、ズブ焼入れにより芯部まで５８〜６４ＨＲＣの範囲で硬化処理されている。一方、保持器５は、冷間圧延鋼鈑（ＪＩＳ規格のＳＰＣＣ系等）等の帯鋼にプレス加工、絞り加工等の塑性加工を施すことにより形成されている。

保持器５は、図２（ａ）に示すように、２枚の環状保持板７、７の間にボール４を自転可能なように挟み込んだものである。２枚の環状保持板７、７は、それぞれ円周方向に等間隔の複数箇所に半球状に膨出するボール保持部８が形成されている。また、これらの２枚の環状保持板７、７は、各ボール保持部８、８が開口側で対峙されていると共に、これによって形成される凹球状のポケット９にそれぞれボール４を保持させて、各ボール保持部８、８の間がリベット１０で固定されている。

この保持器５において、ポケット９の曲率半径は、ボール４の半径よりも僅かに大きく形成されている。そして、ポケット９のボール４が接触しない部位に油孔１１が設けられている。すなわち、ボール保持部８の底部の両側にそれぞれ２箇所に貫通して設けられている。これにより、ポケット９内に滞留する潤滑グリースが遠心力によってポケット９の外部に押し出され、攪拌抵抗が減少して軸受の回転トルクの低減を図ることができる。

ここで、本実施形態では、保持器５の全面のうち少なくともポケット９面に低摩擦薄膜１２が形成されている。この低摩擦薄膜１２の材料としては、ＤＬＣ（ダイヤモンドライクカーボン）膜、窒化ほう素膜、および窒化炭素膜等の硬質セラミック薄膜がその代表としてあげられる。

ＤＬＣ膜は炭素を主成分とする膜で、炭素または炭素と水素を主成分とするものと、それらにＴｉ、Ｓｉ、Ｃｒ、Ｗなどの金属や半金属を添加したもので、この成膜方法としては、非平衡型スパッタリング法、プラズマＣＶＤ法がある。また、窒化ほう素はＤＬＣより摩擦係数が少し大きい。一方、窒化炭素膜は炭素を主成分とする膜に高濃度の窒素が入ったもので、ＤＬＣと同程度の低摩擦係数を持つ耐摩耗膜として知られている。このように、保持器５の少なくともポケット９面に低摩擦硬質セラミックス薄膜からなる低摩擦薄膜１２を形成することにより、ボール４と保持器５との滑り摩擦を格段に抑制することができ、軸受の回転トルクの低減を一層図ることができると共に、耐摩耗性を格段に向上させることができる。

保持器５の表面に形成される低摩擦薄膜１２としては、前述した硬質セラミック薄膜以外にテフロン（登録商標）薄膜を例示することができる、このテフロン（登録商標）薄膜であれば、さらに摩擦係数を小さくでき、ボール４の摺動による昇温を可及的に抑制することができると共に、低コスト化を図ることができる。

さらに、本実施形態では、ボール４がセラミックで形成されている。これにより、図示しない内輪、外輪の転走面上でのボール４の変形により発生するトルク損失（ヒステリシス損失）を低減することができ、一層軸受の回転トルクの低減が可能となる。特に、自動車のトランスミッション用軸受のように、潤滑油中に微小な摩耗粉が混入している条件下においては、摩耗を抑えることができると共に、摩耗粉の噛み込みに対しても充分な耐久性を発揮することができる。

図３は、本発明に係る深溝玉軸受の第２の実施形態を示す縦断面図、図４（ａ）は、図３のＩＶ−ＩＶ線矢視断面図、（ｂ）は、（ａ）の要部拡大図である。なお、この実施形態は、前述した第１の実施形態と基本的には保持器の構成が異なるだけで、その他同一部品同一部位あるいは同一機能を有する部位には同じ符号を付して詳細な説明を省略する。

この深溝玉軸受１３は、内周に円弧状の外側転走面２ａが形成された外輪２と、外周にこの外側転走面２ａに対向する円弧状の内側転走面３ａが形成された内輪３と、両転走面間に収容された複数のボール４と、これらのボール４を転動自在に保持する保持器１４とを備えている。この深溝玉軸受１３は、自動車のトランスミッション用として、オイル潤滑されるオープンタイプの深溝玉軸受１３を構成している。

保持器１４は、冷間圧延鋼鈑（ＪＩＳ規格のＳＰＣＣ系等）等の帯鋼にプレス加工、絞り加工等の塑性加工を施すことにより形成されている。この保持器１４は、図４（ａ）に示すように、２枚の環状保持板１５、１５の間にボール４を自転可能なように挟み込んだものである。これら２枚の環状保持板１５、１５は、それぞれ円周方向に等間隔の複数箇所に矩形状に膨出するボール保持部１６が形成されている。また、これらの２枚の環状保持板１５、１５は、各ボール保持部１６が開口側で対峙されて略六角形状のポケット１７を構成している。そして、このポケット１７内にボール４を保持させて、各ボール保持部１６がリベット１０で固定されている。

この各ボール保持部１６は、その対向面間の距離Ｌが、ボール４の直径２ｒよりも僅かに大きく形成されている。すなわち、ポケット１７に所定のポケットすきま２ｅが設けられている。そして、平坦面を有するポケット１７の内周面がボール４と点接触して保持器１４が転動体案内される。これにより、従来の波形の保持器に比べボール４との接触幅Ｓを可及的に減少させることができ、ボール４と保持器１４間の滑り抵抗が抑えられて軸受の回転トルクを低減させることができる。

ここで、ポケット１７のボール４が接触しない部位に油孔１１が設けられている。すなわち、ボール保持部１６の角部近傍にそれぞれ２箇所貫通して設けられている。これにより、ポケット１７内に滞留するオイルが遠心力によってポケット１７の外部に押し出され、攪拌抵抗が減少して軸受の回転トルクの低減を図ることができる。なお、ここでは、六角形をなすポケット１７の形状を例示したが、これに限らず、本発明に係る保持器１４は、ポケット１７の内周面がボール４と点接触する平坦面を有する多角形であれば良く、例えば、八角形であっても良い。

さらに、前述した実施形態と同様、保持器１４の全面のうち少なくともポケット１７面にＤＬＣ膜等の低摩擦硬質セラミックス薄膜、あるいはテフロン（登録商標）薄膜からなる低摩擦薄膜１２が形成されている。これにより、ボール４と保持器１４との滑り摩擦を格段に抑制することができ、軸受の回転トルクの低減を一層図ることができる。また、ボール４がセラミックで形成され、軸受の回転トルクの低減と共に、潤滑油中に微小な摩耗粉が混入していてもボール４および保持器１４の摩耗を抑えることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明を行ったが、本発明はこうした実施の形態に何等限定されるものではなく、あくまで例示であって、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において、さらに種々なる形態で実施し得ることは勿論のことであり、本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載によって示され、さらに特許請求の範囲に記載の均等の意味、および範囲内のすべての変更を含む。

本発明に係る深溝玉軸受は、例えば、トランスミッション等に使用される鋼板製の保持器を備えた深溝玉軸受に適用することができる。

本発明に係る転がり軸受の第１の実施形態を示す縦断面図である。 （ａ）は、図１のＩＩ−ＩＩ線矢視断面図である。 （ｂ）は、（ａ）の要部拡大図である。 本発明に係る転がり軸受の第２の実施形態を示す縦断面図である。 （ａ）は、図３のＩＶ−ＩＶ線矢視断面図である。 （ｂ）は、（ａ）の要部拡大図である。 従来の深溝玉軸受用の保持器を示す縦断面図である。 図５のＶＩ−ＶＩ線矢視断面図である。

符号の説明

１、１３・・・・・深溝玉軸受
２・・・・・・・・外輪
２ａ・・・・・・・外側転走面
２ｂ・・・・・・・内径
３・・・・・・・・内輪
３ａ・・・・・・・内側転走面
４・・・・・・・・ボール
５・・・・・・・・保持器
６・・・・・・・・シール
７、１５・・・・・環状保持板
８、１６・・・・・ボール保持部
９、１７・・・・・ポケット
１０・・・・・・・リベット
１１・・・・・・・油孔
１２・・・・・・・低摩擦薄膜
Ｃ・・・・・・・・ボール保持部の開口面の中心
Ｌ・・・・・・・・ボール保持部の対向面間の距離
ｒ・・・・・・・・ボールの半径
Ｓ・・・・・・・・接触幅
α・・・・・・・・曲率半径

Claims (6)

1. 内周に円弧状の外側転走面が形成された外輪と、
   外周にこの外側転走面に対向する円弧状の内側転走面が形成された内輪と、
   この内輪と前記外輪間に配置された保持器と、
   前記両転走面間に前記保持器を介して転動自在に収容された複数のボールとを備えた深溝玉軸受において、
   前記保持器が鋼板からプレス加工によって形成された２枚の環状保持板で構成され、これら環状保持板の円周方向に等間隔の複数箇所に膨出するボール保持部が形成され、これらボール保持部が開口側で対峙されてポケットが形成されると共に、回転時に前記ボールがこのポケットの片側に寄った状態で該ポケットに接触しない部位に油孔が設けられていることを特徴とする深溝玉軸受。
2. 前記ボール保持部が半球状に膨出して形成され、これらボール保持部によって凹球状のポケットが形成されると共に、前記ボール保持部の底部の両側に前記油孔がそれぞれ２箇所設けられている請求項１に記載の深溝玉軸受。
3. 前記ボール保持部が矩形状に膨出して形成され、これらボール保持部によって多角形状のポケットが形成されると共に、前記ボール保持部の角部近傍に前記油孔がそれぞれ２箇所設けられている請求項１に記載の深溝玉軸受。
4. 前記保持器の全面のうち少なくともポケット面に低摩擦薄膜が形成されている請求項１乃至３いずれかに記載の深溝玉軸受。
5. 前記ボールがセラミックで形成されている請求項１乃至４いずれかに記載の深溝玉軸受。
6. 前記深溝玉軸受が自動車のトランスミッション用である請求項１乃至５いずれかに記載の深溝玉軸受。

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