JP2012072815A

JP2012072815A - 玉軸受用保持器及び玉軸受

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Publication number: JP2012072815A
Application number: JP2010217029A
Authority: JP
Inventors: Kenta Sakaguchi; 健太坂口
Original assignee: NTN Corp; NTN Toyo Bearing Co Ltd
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2010-09-28
Filing date: 2010-09-28
Publication date: 2012-04-12
Anticipated expiration: 2030-09-28
Also published as: CN103124855B; EP2623801A1; US8876395B2; US20130163909A1; JP5615649B2; WO2012043106A1; EP2623801A4; CN103124855A

Abstract

【課題】グリース潤滑でトルク低減効果が得られる玉軸受用保持器及び玉軸受を提供する。
【解決手段】玉軸受用保持器は、環状の保持器本体３５の軸方向一端面３６に周方向に沿って所定ピッチで配設される凹部３７を形成するとともに、凹部３７の周方向に対向する開口端から一対の爪部３８、３８を突設して、凹部３７と一対の爪部３８、３８とでボール２４が収納されるポケット３８を形成したものである。ポケット３９のＰＣＤを、ポケット３８に収納されるボール２４のＰＣＤよりも小さく設定した。
【選択図】図１

Description

本発明は、玉を転動自在に保持する合成樹脂製の玉軸受用保持器、およびその保持器を外輪および内輪間に組み込んだ玉軸受に関する。

自動車の電装部品や補機部品、例えばファンカップリング装置、オルタネータ、アイドラプーリ、カーエアコン用電磁クラッチ、電動ファンモータ等に組み込まれる転がり軸受としては、エンジン出力で回転駆動する回転軸を静止部材に回転自在に支持するために、深溝玉軸受やアンギュラ玉軸受などの玉軸受が広く使用されている。

一般に、玉軸受は、図１１に示すように、内輪１と、外輪２と、この内輪１と外輪２との間に介装されるボール３と、このボール３を保持する保持器４とを備える。そして、保持器には樹脂冠型保持器を使用する場合がある。この樹脂冠型保持器４は、耐摩耗性や耐焼き付き性等に優れた樹脂からなり、図１２に示すように、環状の保持器本体５の軸方向一端面６に周方向に沿って所定ピッチで配設される凹部７を形成するとともに、この凹部７の周方向に対向する開口端から突出する一対の爪部８、８を設けて、凹部７と一対の爪部８、８とでボール３が収納されるポケット９を形成したものである。

ところで、転がり軸受においては、低トルク化が要求される。低トルク化仕様のものが種々提案されている（特許文献１及び特許文献２）。特許文献１および特許文献２では、保持器が一対のプレス形成板を締結手段にて締結されてなるものであり、各プレス形成板の内面にポケット用凹部が設けられ、この相対向するポケット用凹部で、転動体としてのボールが嵌合するポケットが形成される。そして、ポケット用凹部の内面に、潤滑剤（グリース）溜りとしての凹部等を設けたものである。

特開２００３−１３９６２号公報特開平９−３１７７７５号公報

ところで、図１２に示す樹脂冠型保持器４では、図１３と図１４に示すように、ポケット７のＰＣＤ（Ｐ_PCD）と、ポケット７に収納されるボール３のＰＣＤ（Ｂ_PCD）とが同一に設定される。また、ポケット径（Ｄ_P）よりもボール径（Ｄ_B）が小さい。

このため、ポケット７とボール３とは、図１５に示す関係となる。すなわち、内径側のポケットエッジ部１５及び外径側のポケットエッジ部１６とボール３との隙間が生じ、ポケットエッジ部１５、１６でボールに付着したグリースを掻き取りにくく、ボール３と内輪の転走面との間、及びボールと外輪の転走面との間にグリースが介在されやすくなり、トルクが増加するおそれがある。

また、前記特許文献１および特許文献２では、ボールと保持器のポケットとの摺接面積を減少させることができて、低トルク化を図ることができる。しかしながら、グリース潤滑時は、凹部にグリースが溜り、常にグリースがボールに付着する状態となる。このため、ボール３と内輪の転走面との間、及びボールと外輪の転走面との間にグリースが介在されやすくなり、トルクが増加するおそれがある。

そこで、本発明は斯かる実情に鑑み、グリース潤滑でトルク低減効果が得られる玉軸受用保持器及び玉軸受を提供しようとするものである。

本発明の玉軸受用保持器は、環状の保持器本体の軸方向一端面に周方向に沿って所定ピッチで配設される凹部を形成するとともに、この凹部の周方向に対向する開口端から一対の爪部を突設して、前記凹部と一対の爪部とでボールが収納されるポケットを形成した玉軸受用保持器であって、前記ポケットのＰＣＤを、ポケットに収納されるボールのＰＣＤよりも小さく設定したものである。

本発明の玉軸受用保持器によれば、ポケットのＰＣＤを、ポケットに収納されるボールのＰＣＤよりも小さく設定したことによって、ポケットをボールに対して内径側に位置させることができる。これによって、外径側のポケットエッジ部がボールに近接した状態（ボールをポケットの外径側で抱え込む状態）となって、ボールに付着したグリースを掻き取ることができる。

前記ポケットのＰＣＤが、ボールのＰＣＤの０．９〜０．９９である場合において、ポケット径がボール径の１．０６倍以下であるのが好ましい。１．０６倍を超えると、ポケット径が大きくなりすぎてガタが生じるおそれがある。

前記ポケットのＰＣＤが、ボールのＰＣＤの０．９〜０．９９である場合において、ポケット径がボール径の１．０３倍以上であるのが好ましい。１．０３倍未満では、ポケット径が小さくなりすぎてボールとポケットとの間の隙間が小さくなって、異常摩耗や応力が大となるおそれがある。

保持器本体の爪部が設けられる軸方向一端面側において、周方向に沿って隣合うポケット間の内径側及び／又は外径側にグリース溜りを設けることができる。

保持器本体の爪部を有さない軸方向他端面側において、周方向に沿って隣合うポケット間の内径側及び／又は外径側にグリース溜りを設けることができる。

このように、グリース溜りを受けることによって、このグリース溜りにグリースが溜まって転動体（ボール）の転走面へのグリースの流動を減らすことができる。これによって、グリースの攪拌抵抗を低減できる。

保持器材料がＰＡ６６（ポリアミド６６）であったり、ＰＡ４６（ポリアミド４６）であったり、ＰＡ９Ｔ（ポリアミド９Ｔ）であったり、ＰＡ１１（ポリアミド１１）であったり、ＰＡ６（ポリアミド６）であったりする。このように、保持器材料としては、引張伸び，引張強さ，耐衝撃性，耐摩耗性，潤滑性等に優れたポリアミド樹脂等が好ましい。

本発明の玉軸受は、内輪と、外輪と、この内輪と外輪との間に介装されるボールと、このボールを保持する保持器とを備えた玉軸受において、前記保持器に前記玉軸受用保持器を用いたものである。

本発明の玉軸受用保持器は、外径側のポケットエッジ部がボールに近接した状態（ボールをポケットの外径側で抱え込む状態）となって、ボールに付着したグリースを掻き取ることができるので、グリース潤滑でトルク低減効果を得ることができる。

前記ポケットのＰＣＤが、ボールのＰＣＤの０．９〜０．９９である場合において、ポケット径がボール径の１．０６倍以下であるのが好ましく、また、前記ポケットのＰＣＤが、ボールのＰＣＤの０．９〜０．９９である場合において、ポケット径がボール径の１．０３倍以上であるのが好ましい。ボール径の１．０６以下であれば、ガタを少なくできて、高精度の回転を得ることができる。１．０３倍以上であれば、異常摩耗や応力が大となるおそれがなく、長期にわたって安定した回転を得ることができる。

グリース溜りを受けることによって、グリースの攪拌抵抗を低減でき、より一層低トルク化を達成できる。

保持器材料としては、引張伸び，引張強さ，耐衝撃性，耐摩耗性，潤滑性等に優れたポリアミド樹脂を用いることができ、高品質な保持器を提供できる。

本発明の玉軸受では、グリース潤滑でトルク低減効果を得ることができる玉軸受を提供することができる。このため、ファンカップリング装置、オルタネータ、アイドラプーリ、カーエアコン用電磁クラッチ、電動ファンモータ等に組み込まれる玉軸受として最適となる。

本発明の実施形態を示す玉軸受用保持器の平面図である。前記玉軸受用保持器の断面図である。前記玉軸受用保持器の要部斜視図である。前記玉軸受用保持器を用いた玉軸受の断面図である。保持器とボールとの関係を示す簡略図である。爪部を有する側にグリース溜りを設けた保持器の簡略展開図である。爪部を有する側にグリース溜りを設けた保持器を示し、（ａ）は内径側にグリース溜りが設けられた保持器の要部簡略平面図であり、（ｂ）は外径側にグリース溜りが設けられた保持器の要部簡略平面図である。爪部を有さない側にグリース溜りを設けた保持器の簡略展開図である。爪部を有さない側にグリース溜りを設けた保持器を示し、（ａ）は内径側にグリース溜りが設けられた保持器の要部簡略平面図であり、（ｂ）は外径側にグリース溜りが設けられた保持器の要部簡略平面図である。従来品と本発明品とのトルク測定結果を示すグラフ図である。従来の玉軸受の断面図である。従来の玉軸受用保持器の要部斜視図である。従来の玉軸受用保持器の平面図である。従来の玉軸受用保持器の断面図である。従来の保持器とボールとの関係を示す簡略図である。

以下、本発明の実施形態を図面に従って説明する。

図１〜図３は本発明にかかる玉軸受用保持器を示し、この玉軸受用保持器は、図４に示す玉軸受に使用される。この図例の玉軸受は、自動車の電装部品や補機部品、例えばファンカップリング装置、オルタネータ、アイドラプーリ、カーエアコン用電磁クラッチ、電動ファンモータ等に組み込まれる。

この実施形態の玉軸受２０は、外周面に内側転走面２２ａが形成された内輪２２と、その内輪２２の外側に配置され、内周面に外側転走面２３ａが形成された外輪２３と、内輪２２の内側転走面２２ａと外輪２３の外側転走面２３ａとの間に転動自在に介在された複数のボール（玉）２４と、内輪２２と外輪２３との間に配され、各ボール２４を円周方向等間隔に保持する保持器２５と、内輪２２と外輪２３間の軸方向両側に配され、その内輪２２と外輪２３間に形成された環状空間２７を密封するシール部材２６とで主要部が構成されている。このシール部材２６により密封された環状空間２７にグリース等の潤滑材を封入することにより、保持器２５のポケット内でボール２４がスムーズに転動するようにしている。

この実施形態では、外輪２３がハウジングなどの静止部材に装着され、内輪２２がエンジン出力で回転駆動する回転軸に装着される。シール部材２６は、環状の芯金２６ａとこの芯金２６ａに一体に固着されるゴム状部材２６ｂとで構成され、外輪２３の内周面に形成されたシール取付溝２９に外周部が嵌合状態に固定される。内輪２２はシール部材２６の内周部に対応する位置に、円周溝からなるシール溝３０が形成され、シール部材２６の内周側端２６ｃに形成されたシールリップ３１が内輪１のシール溝３０に摺接する。なお、この実施形態では内輪回転タイプを例示しているが、内輪２２がシャフトなどの静止部材に装着され、外輪３が回転軸に装着された外輪回転タイプにも適用可能である。

この玉軸受２０の運転中、シール部材２６の先端のシールリップ３１が内輪２２の外周端部に摺接した状態を維持しながら、内輪２２が回転する。これにより、水やダスト等の異物が軸受内部に侵入したり、あるいは、軸受内部から潤滑材が外部へ漏れたりすることを未然に防止するようにしている。

この保持器２５は、図１〜図３に示すように、軸方向一端面３６に周方向に沿って所定ピッチで配設される凹部３７を形成した環状の保持器本体３５と、この保持器本体３５の凹部３７の周方向に対向する開口端から突出する爪部３８とを備える。そして、凹部３７と、この開口端から突出する一対の爪部３８、３８とで、前記ボール２４が保持されるポケット３９が構成される。

保持器２５は、この種の一般的に使用される耐摩耗性や耐焼き付等に優れた樹脂、例えばポリエチレン、ポリアミド、ポリアセタール、ポリエチレンテレフタレート、ポリブチレンテレフタレート、ポリカーボネート、ポリフェニレンサルファイド、ポリエーテルサルフォン、ポリエーテルイミド、ポリアミドイミド、ポリエーテルエーテルケトン、熱可塑性ポリイミド、熱硬化性ポリイミド、エポキシ樹脂、フェノール樹脂等の合成樹脂で形成することができる。さらには、ポリアミド、ポリフェニレンサルファイド、あるいはポリエーテルエーテルケトン等の熱可塑性樹脂をベースとして、強度向上と寸法安定性のために、ガラス繊維を添加したものも採用することができる。

しかしながら、本発明においては、保持器２５の保持器材料として、引張伸び，引張強さ，耐衝撃性，耐摩耗性，潤滑性等に優れたポリアミド樹脂を用いるのが好ましい。ポリアミド樹脂としては、ＰＡ６６（ポリアミド６６）であったり、ＰＡ４６（ポリアミド４６）であったり、ＰＡ９Ｔ（ポリアミド９Ｔ）であったり、ＰＡ１１（ポリアミド１１）であったり、ＰＡ６（ポリアミド６）であったりする。このように、本発明では、保持器材料として、引張伸び，引張強さ，耐衝撃性，耐摩耗性，潤滑性等に優れたポリアミド樹脂を用いることができ、高品質な保持器を提供できる。なお、外輪２３、内輪２２、ボール２４は、例えば軸受鋼、浸炭鋼等の金属で形成される。

また、この玉軸受に充填されるグリースは、基油、増ちょう剤及び添加剤から成る半固体状の潤滑剤である。潤滑グリースを構成する基油としては、例えば、パラフィン系鉱油、ナフテン系鉱油などの鉱油、ポリブデン、ポリ-α-オレフィン、アルキルベンゼン、アルキルナフタレン、脂環式化合物等の炭化水素系合成油、または、天然油脂やポリオールエステル油、リン酸エステル、ジエステル油、ポリグリコール油、シリコーン油、ポリフェニルエーテル油、アルキルジフェニルエーテル油、フッ素化油等の非炭化水素系合成油等、一般に潤滑グリースの基油として使用されている油であれば特に限定することなく使用できる。

また、増ちょう剤としては、アルミニウム石けん、リチウム石けん、ナトリウム石けん、複合リチウム石けん、複合カルシウム石けん、複合アルミニウム石けんなどの金属石けん系増ちょう剤、ジウレア化合物、ポリウレア化合物等のウレア系化合物が挙げられる。これらの増ちょう剤は、単独または２種類以上組み合せて用いてもよい。

潤滑グリース用の公知の添加剤としては、例えば極圧剤、アミン系、フェノール系等の酸化防止剤、ベンゾトリアゾールなどの金属不活性剤、ポリメタクリレート、ポリスチレン等の粘度指数向上剤、二硫化モリブデン、グラファイト等の固体潤滑剤等が挙げられる。これらを単独または２種類以上組み合せて添加できる。

保持器２５においては、ポケット３９のＰＣＤを、ポケット３９に収納されるボール２４のＰＣＤよりも小さく設定したものである。すなわち、図１と図２に示すように、ポケットＰＣＤをＰ_PCDとし、ボールＰＣＤをＢ_PCDとした場合に、Ｐ_PCD＜Ｂ_PCDとなる。この場合、ポケット３９のＰＣＤが、ボールＰＣＤの０．９〜０．９９である場合（Ｐ_PCD＝０．９Ｂ_PCD〜０．９９Ｂ_PCDである場合）において、ポケット径Ｄ_Pがボール径Ｄ_Bの１．０６倍以下とし、ポケット径径Ｄ_Pがボール径Ｄ_Bの１．０３倍以上とする。

ここで、図５に示すように、ポケットＰＣＤとは、保持器ポケットのR中心（R_p）と軸受の中心までの長さ(半径)の２倍の長さ（直径）のことである。また、ボールＰＣＤとは、ボールのR中心（R_B）と軸受の中心までの長さ（半径）の２倍の長さ（直径）のことである。ボール２４とポケット３９との関係を前記のように構成することによって、図１に示すように、この保持器を爪部３８側から見た場合、ポケット３９がボール２４に対して内径側に位置させることができる。これによって、図５に示すように、外径側のポケットエッジ部４１がボール２４に近接した状態（ボール２４をポケットの外径側で抱え込む状態）となって、ボール２４に付着したグリースを掻き取ることができる。なお、内径側のポケットエッジ部４２がボール２４と離間した状態となって、ボール２４に付着したグリースを掻き取りにくくなっている。なお、図５の矢印はボール２４の回転方向を示している。

本発明では、外径側のポケットエッジ部４１がボールに近接した状態（ボールをポケットの外径側で抱え込む状態）となって、ボール２４に付着したグリースを掻き取ることができるので、グリース潤滑でトルク低減効果を得ることができる。なお、外径側のポケットエッジ部４２がボール２４と離間した状態となって、掻き取りにくくなっているので、グリース漏れがし難い状態となる。

前記ポケットＰＣＤが、ボールＰＣＤの０．９〜０．９９である場合において、ポケット径がボール径の１．０６倍以下であるのが好ましく、また、前記ポケットＰＣＤが、ボールＰＣＤの０．９〜０．９９である場合において、ポケット径Ｄ_Pがボール径Ｄ_Bの１．０３倍以上であるのが好ましい。ボール径Ｄ_Bの１．０６以下であれば、ガタを少なくできて、高精度の回転を得ることができる。１．０３倍以上であれば、異常摩耗や応力が大となるおそれがなく、長期にわたって安定した回転を得ることができる。

ところで、保持器２５には、図６に示すように、ポケットエッジ部４１にて掻き取れたグリースを溜めるグリース溜り５０を設けるのが好ましい。グリース溜り５０は凹部からなり、図では、爪部３８が設けられる保持器本体３５の軸方向一端面３６側に、周方向に隣合うポケット３９間に設けたものである。この場合、図７（ａ）に示すように内径側に設けても、図７（ｂ）に示すように外径側に設けてもよい。さらには、図示省略するが、内径側及び外径側に設けるようにしてもよい。

図８では、爪部３８が設けられていない保持器本体３５の軸方向他端面４０側に、周方向に隣合うポケット３９間に設けたものである。この場合も、図９（ａ）に示すように内径側に設けても、図９（ｂ）に示すように外径側に設けてもよい。さらには、図示省略するが、内径側及び外径側に設けるようにしてもよい。

このように、グリース溜り５０を受けることによって、このグリース溜り５０にグリースが溜まって転動体（ボール）２４の転走面２２ａ、２３ａへのグリースの流動を減らすことができる。これによって、グリースの攪拌抵抗を低減でき、より一層低トルク化を達成できる。

ところで、このグリース溜り５０の大きさとしては、保持器自体の大きさ、使用する材質等に応じて、種々変更することができる。この場合、大きすぎれば、強度的に劣ることになり、小さすぎれば、グリース溜り量が少なく、転走面２２ａ、２３ａへのグリース流動を減らすことができない。このため、強度的に劣らず、しかもグリース流動を減らすことができる範囲で種々変更することができる。

前記保持器２５を用いた本発明の玉軸受では、グリース潤滑でトルク低減効果を得ることができる玉軸受を提供することができる。このため、ファンカップリング装置、オルタネータ、アイドラプーリ、カーエアコン用電磁クラッチ、電動ファンモータ等に組み込まれる玉軸受として最適となる。

以上、本発明の実施形態につき説明したが、本発明は前記実施形態に限定されることなく種々の変形が可能であって、例えば、ボール２４を保持するためのポケット３９の数として、前記実施形態では７個であったが、その数は任意に増減できる。また、グリース溜り５０を設ける場合、保持器内径側又は保持器外径側のいずれの側に設けたとしても、周方向に隣合うポケット間に設けることになるが、全ポケット間に設けても、任意のポケット間に設けてもよい。

また、軸方向他端面４０に肉ぬすみ用の溝を設けてもよい。肉ぬすみ用の溝は、保持器成形時の冷却速度を均一化してボイド（成形品の内部にできた空洞）やヒケ（成形品の外面に現れる収縮歪）やそり等の発生を防止する等のために設けることになる。

保持器２５として、炭素鋼、ばね鋼、ステンレス鋼等の金属製であってもよい。金属製の保持器４では切削加工等によって成形される。前記実施形態のように、樹脂製の保持器４では射出成形等にて成形される。

次に、ポケットＰＣＤとボールＰＣＤとが同一の従来の保持器を用いた玉軸受（従来品）と、ポケットＰＣＤを、ポケット３９に収納されるボールＰＣＤよりも小さく設定した保持器を用いた玉軸受（本発明品）とのトルクを比較した。軸受としてＮＴＮ社製の６２０３ＬＬＢを用い、グリースとして日本グリース社のＭＥ−１を用いた。また、回転速度を１０００ｒ／ｍｉｎとし、荷重Ｆａを２９．４Ｎとし、雰囲気温度として常温とした。本発明品のポケットＰＣＤとボールＰＣＤとの差を０．７ｍｍとした。トルク測定結果を図１０に示す。この図１０からわかるように、本発明品はグリース潤滑でトルク低減効果を得ることができる。

３５保持器本体
３６軸方向一端面
３７凹部
３８爪部
３９ポケット
４０軸方向他端面
５０グリース溜り

Claims

環状の保持器本体の軸方向一端面に周方向に沿って所定ピッチで配設される凹部を形成するとともに、この凹部の周方向に対向する開口端から一対の爪部を突設して、前記凹部と一対の爪部とでボールが収納されるポケットを形成した玉軸受用保持器であって、
前記ポケットのＰＣＤを、ポケットに収納されるボールのＰＣＤよりも小さく設定したことを特徴とする玉軸受用保持器。
前記ポケットのＰＣＤが、ボールのＰＣＤの０．９〜０．９９である場合において、ポケット径がボール径の１．０６倍以下であることを特徴とする請求項１に記載の玉軸受用保持器。
前記ポケットのＰＣＤが、ボールのＰＣＤの０．９〜０．９９である場合において、ポケット径がボール径の１．０３倍以上であることを特徴とする請求項１に記載の玉軸受用保持器。
保持器本体の爪部が設けられる軸方向一端面側において、周方向に沿って隣合うポケット間の内径側にグリース溜りを設けたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の玉軸受用保持器。
保持器本体の爪部が設けられる軸方向一端面側において、周方向に沿って隣合うポケット間の外径側にグリース溜りを設けたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の玉軸受用保持器。
保持器本体の爪部が設けられる軸方向一端面側において、周方向に沿って隣合うポケット間の内径側及び外径側にグリース溜りを設けたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の玉軸受用保持器。
保持器本体の爪部を有さない軸方向他端面側において、周方向に沿って隣合うポケット間の内径側にグリース溜りを設けたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の玉軸受用保持器。
保持器本体の爪部を有さない軸方向他端面側において、周方向に沿って隣合うポケット間の外径側にグリース溜りを設けたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の玉軸受用保持器。
保持器本体の爪部を有さない軸方向他端面側において、周方向に沿って隣合うポケット間に内径側及び外径側にグリース溜りを設けたことを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の玉軸受用保持器。
保持器材料がＰＡ６６であることを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の玉軸受用保持器。
保持器材料がＰＡ４６であることを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の玉軸受用保持器。
保持器材料がＰＡ９Ｔであることを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の玉軸受用保持器。
保持器材料がＰＡ１１であることを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の玉軸受用保持器。
保持器材料がＰＡ６であることを特徴とする請求項１〜請求項９のいずれか１項に記載の玉軸受用保持器。
内輪と、外輪と、この内輪と外輪との間に介装されるボールと、このボールを保持する保持器とを備えた玉軸受において、前記保持器に前記請求項１〜請求項１３のいずれか１項に記載の玉軸受用保持器を用いたことを特徴とする玉軸受。