JP4025975B2

JP4025975B2 - 玉軸受用保持器及び玉軸受

Info

Publication number: JP4025975B2
Application number: JP2002034200A
Authority: JP
Inventors: 孫三浜本; 成明相原
Original assignee: NSK Ltd
Current assignee: NSK Ltd
Priority date: 2002-02-12
Filing date: 2002-02-12
Publication date: 2007-12-26
Anticipated expiration: 2022-02-12
Also published as: JP2003232361A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、一般用途の玉軸受用保持器、及び高温かつ高速回転を必要とされる高温・高速転がり軸受用プラスチック製保持器に関し、詳しくは、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）用の極小径、小径、並径の玉軸受などのあらゆる用途に適用可能な玉軸受用保持器に関する。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、玉軸受には、図５に示す冠型保持器７０が多く使用されている。冠型保持器７０は、円周方向の複数個所に等間隔をあけて、軸方向一方側に開放したポケット７０ａを有している。
図５の冠型保持器７０を組み込んだ転がり軸受（深溝玉軸受）を図６に示す。転がり軸受８０は、外周面に内輪軌道８２を有する内輪８１と、内周面に外輪軌道８４を有する外輪８３と、複数個の転動体である玉８５と、複数個の玉８５を保持するために内輪軌道８２と外輪軌道８４との間に回転自在に設けられた保持器７０とから構成される。
【０００３】
図７は、玉８５を組み込んだ状態の冠型保持器７０の部分側面図である。図７に示すように、冠型保持器７０の、玉８５を保持するポケット内面７５は、従来より球面形状にされている。ポケット内面７５の開放側には、一対の爪部の間にポケット入口部７４が形成されている。ポケット入口部７４は、玉径Ｄａよりも小さい円周方向寸法（幅寸法）ｄを有して、玉保持の役目を果たす。
【０００４】
このような保持器７０の材料が、強化材入りの合成樹脂や、靭性の少ない合成樹脂である場合、玉８５のポケットへの円滑な組み込みを許容するために、ポケット入口部７４の寸法ｄを大きくする等の工夫が必要であった。
【０００５】
一般に、保持器７０の材料としては、ポリアミド（ナイロン６、ナイロン６６）、ポリアセタール、樹脂等の所謂エンジニアリングプラスチックスが単体のままで、或いはガラス繊維の短繊維を混入して強化した複合材の形態で使用されてきた。中でもナイロン６６は、材料コストと性能のバランスが良好なことから、保持器７０の材料として多用され、中程度の環境条件では卓越した性能が確認されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記のように、ポケット入口部７４の寸法ｄが玉径Ｄａよりも小さく設計された冠型保持器７０は、軸受に組み込まれる際に、ポケット入口部７４を押し広げて組み込まれることになる。そのため、冠型保持器の爪部にはスナップヒット性が要求される。保持器７０の靭性が乏しい場合には、射出成形の離型時に爪部破損が発生するという問題があった。また、保持器７０を軸受に組込む際においても同様に爪部破損が発生することがあった。
このようなことから、一般的には、比較的靭性に優れているナイロン保持器においても、軸受に組込む前に含水処理を施しておくことが多い。
前述のように、保持器の材料が剛性の高い樹脂や靭性の少ない樹脂の場合、ポケット入口部７４の寸法を大きくしておくのが一般的である。特に、高温・高速のオルター軸受用保持器の場合には、高温で高剛性が要求されるため、材料設計の際に選定が困難で材料選択の自由度が狭く、剛性は高いがスナップヒット性が無いことが多かった。
【０００７】
玉軸受の玉８５は、玉径よりも若干大きい球面形状のポケット内面と滑り接触をしながら回転している。従って、保持器７０と玉８５との接触位置は常時一定ではなく、回転毎に接触点が変わっていることになる。また、保持器７０のポケット内面７５と玉８５との間には隙間があり、保持器７０は玉８５に対して円周方向・軸方向・ラジアル方向に動きながら、軸受内で回転していることになる。従って、玉８５と保持器７０との間で保持器７０の振動に伴う保持器音が発生することがある。
【０００８】
一方、冠型保持器７０の金型作製にあたっては、ポケット内面７５及びポケット入口部７４を形成するためのポケットピンの作製に手間がかかるとともに、要求される寸法精度を充分満たすのは困難であった。また、形状が複雑なために加工コストも高くなるという問題があった。
【０００９】
ところで、冠型保持器７０を密封型の玉軸受に使用する際には、通常、保持器７０の爪部側からグリースを封入することになる。この場合、軸受の耐久寿命を向上させるためには、できるかぎり、多量のグリースがポケット内面７５に供給されるようにするのが好ましい。しかしながら、従来の保持器７０においては、すべてのポケット開放側に爪部が設けられているため、グリースの封入時に爪部の平坦部に付着するグリースの量的割合が多くなり、その結果、ポケット内面７５へのグリース充填が充分になされないという不都合がある。
また、ポケット内面７５と玉８５との隙間も一定間隔でないため、玉８５と保持器７０との接触によりグリースが掻き取られ、潤滑不良が発生することもある。
【００１０】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、その目的は、保持器組込み性の向上、潤滑性の向上、寸法精度の向上、高温剛性を有し靭性の少ない樹脂の採用が可能で、金型の低コスト化を図り、低コスト・高性能の玉軸受用保持器及び玉軸受を提供することにある。
【００１１】
【課題を解決するための手段】
本発明の目的は、下記構成により達成される。
（１）複数の玉を転動自在に保持する複数個のポケットが、円環状に成形された本体の軸方向の一面に等間隔に配置されている玉軸受用保持器であって、前記ポケットが、前記本体に形成された半球面状の凹部と、前記凹部の開放側で前記本体に突設され、該ポケットの入口部を形成する一対の爪部と、前記凹部の底部から突出する円弧状の突出部と、前記一対の爪部の対向する内面のそれぞれから突出する円弧状の突出部と、を有し、前記凹部から突出する前記突出部と前記爪部から突出する前記突出部とで玉を保持することを特徴とする玉軸受用保持器。
（２）前記（１）に記載の玉軸受用保持器が組み込まれた玉軸受。
【００１２】
上記構成の玉軸受用保持器及び玉軸受によれば、ポケット内面の開放側上部（爪部）及び凹部に設けられた突出部により玉が保持されて、玉に対する保持器の振動が抑制され、保持器音も発生しなくなる。また、ポケット内面の開放側上部に突出部を設けることで、ポケット入口部の寸法を大きくすることが可能になり（最大で略玉径近くに設定することができ）、ポケット内面にグリース等の潤滑剤を十分量供給することができる。円弧状の突出部を採用することで、ポケットへの玉の組込み性を維持できる。前記ポケット内面の開放側上部を、保持器軸方向に延びる互いにほぼ平行な面にした場合、金型の作製が容易になる。また、その開放側上部に設けられた突出部の近傍に、潤滑剤溜まりが形成されて、潤滑性が一層向上される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態において、既に説明した部材等と同様な構成・作用を有する部材等については、図中に同一符号又は相当符号を付すことにより、説明を簡略化或いは省略する。
【００１４】
図１は、第１実施形態の冠型保持器１０を示す要部側面図である。保持器１０は、円環状の保持器本体１１の軸方向一方側に、複数対の爪部１２，１２が突設されている。一対の爪部１２，１２間にポケットが形成されている。複数のポケットは、円周方向に等間隔をあけて配されており、各ポケット内に玉８５が保持されている。ポケット内面１５は、保持器本体１１に形成された凹面（本体凹面）と、一対の爪部１２，１２の玉８５に対向する面（爪部内面）とからなる。
【００１５】
本実施形態では、ポケット内面１５のうち底部側（図中ｈ−ｈ’より下方）は、半球面にならう形状にされている。そして、ポケット内面１５の底部（極部；最底部）に、円弧状の突出部１６が設けられている。
ポケット内面１５のうち開放側（ポケットの赤道より上方；玉８５のピッチ円より上方；ポケット入口部１４側）は、円筒面にならう形状にされている。すなわち、ポケット内面１５のうち開放側は、保持器軸方向に延びる互いにほぼ平行な面にされている。そして、各爪部１２の爪部内面（ポケット内面の開放側上部）に、円弧状の突出部１３が設けられている。
【００１６】
本実施形態では、ポケット入口部１４の寸法ｄ１は玉径Ｄａよりも若干大きめに設定されており、玉８５はポケット入口部１４を楽に通過できる。ポケット入口部１４の少し奥に、一対の突出部１３，１３が配置されており、これら突出部１３，１３間の寸法ｄ２は玉径Ｄａよりも僅かに小さく設定されている。しかし、突出部１３，１３が円弧状に形成されているので、突出部１３，１３の表面で玉８５を摺動させることができ、玉８５を比較的スムーズにポケットに組み込むことができる。
この構成によれば、剛性が高く靱性の少ない合成樹脂を使用して冠型保持器１０を射出成形した場合でも、離型時にその保持器の爪部が破損することがない。また、この成形保持器１０を軸受（例えば図６に示したような深溝玉軸受）に組み込む際にも爪部破損が生じない。
【００１７】
本実施形態では、ポケット内面の底部に設けられた突出部１６と、開放側上部に設けられた一対の突出部１３，１３とで、玉８５を同一線上で点接触により支持する。これにより保持器１０の振れが小さくなり、保持器音の発生が抑制される。従って、音・振動・回転精度に厳しい軸受用途分野、例えばＨＤＤ等に好適に使用できる。
さらに、本実施形態では、ポケット入口部１４が大きく開放されているため、グリース封入時に保持器ポケット内にグリースを充填しやすく、軸受回転時の潤滑切れ防止効果を高めて、軸受耐久寿命を向上させることができる。
そして、突出部１３，１３の近傍に（根元に）玉８５との間に形成される空間Ｓがグリース溜まりとして機能して、軸受耐久寿命を更に向上させることができる。
また、ポケット内面１５のうち突出部１３，１３，１６以外の面は、直接玉８５と接触しないことから、従来の冠型保持器ほどは面粗さが要求されず、磨きは不要となる。突出部１３，１３，１６の先端のみ磨けばよいことになり、加工が容易となる。
【００１８】
図２に、第２実施形態の冠型保持器３０の要部を示す。本実施形態では、ポケット内面３５のうち底部側及び開放側が、球面形状にならう形状にされている。
【００１９】
図３に、第３実施形態の冠型保持器４０の要部を示す。本実施形態では、ポケット内面４５のうち底部側が、半球面にならう形状にされており、底部に突出部が設けられていない。ポケット内面４５のうち開放側は、円筒面にならう形状に（保持器軸方向に延びる互いにほぼ平行な面に）されている。
そして、爪部４２，４２の爪部内面に、円弧状の突出部１３，１３が設けられている。突出部１３，１３の突出方向は、玉組込み方向に対して垂直になっている。突出部１３，１３の突出方向は、爪部内面に対して垂直になっている。この爪部内面は、底部側の半球面状の面になめらかに接続されている。爪部内面と底部側の半球面状の面との接続点にエッジが形成されていない。
【００２０】
本実施形態によれば、爪部付近の形状が簡単なため、ポケットを成形するための金型部品（ポケットピン等）の作製が容易になり、金型作製コストを下げることができる。すなわち、ポケットピンを作製するにあたり、ポケット径と同一径の丸棒の先端部を半球面に加工し、そのポケットピンの、保持器爪部先端に対応する個所より僅かにポケットピン先端側にあたる位置に円弧状の溝を設ける。このようなポケットピンにより、ポケット入口部４４の寸法精度も、従来のものより高精度にすることができる。
【００２１】
【実施例】
以下に、本発明の実施例について詳細に説明する。本発明はこれに限定されるものではない。
＜試料保持器の製作＞
まず、試料保持器（実施例、比較例）を製作した。この実施例及び比較例の保持器の材料として、合成樹脂は、ナイロン６６で、ＢＡＳＦジャパン（株）製：ウルトラミッドＡ３ＨＧ３、Ａ３ＨＧ５，Ａ３ＨＧ７、Ａ３ＨＧ１０を用いた。これらの樹脂を用いてインラインスクリュー式射出成形機にて成形し、所望の保持器形状とした。保持器は６２０２（日本精工（株）製）相当とし、保持器の形状は図１、図２、図３に示したもの（実施例）、及び図７に示したもの（比較例）とした。
【００２２】
＜保持器組込み性試験＞
図４（ａ）、（ｂ）に示すように、組込み試験に使用した空気駆動型自動玉組込み装置５０は、保持器６０のポケット上に玉６１を等配した後、空気圧駆動のシリンダロッド６２に固定した加圧板６３を介して押圧することにより、全ての玉６１を保持器６０のポケットに瞬間的に組み込むことができる。図４（ｂ）に示すように、基板６４上にフレーム６５、保持器支持板６６が固定されている。保持器支持板６６上に玉６１を等配した保持器（実施例、比較例）６０を載せ、フレーム６５に固定された空気シリンダ６７から上下作動するシリンダロッド６２に固定した加圧板６３を図中の下方向である保持器支持板６６方向に作動させることで、玉６１をポケットに組み込み、その組込み性を調べた。シリンダロッド６２の移動速度は、０．２ｍ／ｓｅｃであり、荷重は１５ｋｇｆであり、雰囲気温度は２０℃であった。結果を表１に示す。
【００２３】
【表１】

【００２４】
組込み性の評価は、保持器６０の爪部に折損が認められるか否かで行った。その現象が認められない場合を組込み性良好として○印を表１に付記した。白化及び一部クラックが発生した場合は△印とした。
表１から明らかなように、実施例１〜１２、及び、比較例１の樹脂組成物で製作された保持器６０では爪部に折損が認められず、組込み性はいずれも良好であった。比較例２では、一部クラックが発生した。比較例３では、爪部破損が発生した。比較例４では、全ての爪部に破損が発生した。
【００２５】
＜軸受の回転試験＞
次に、軸受の高温・高速回転の評価を実施するために、表１の保持器組込み性試験で用いた保持器と同等なものを、６２０２相当の玉軸受に組み込み、グリースを所定量封入した後、シールをして軸受を完成させた。
回転試験機は、高温・高速回転用試験機を用いた。試験条件は、以下の通りである。
雰囲気温度：１５０℃
回転数：１８０００ｒｐｍ
試験荷重：２５０ｋｇｆ
時間：２５０時間
高温・高速回転試験の評価は、回転試験後の保持器の変形と保持器の摩耗、破損等で評価した。すなわち、保持器の変形、異常摩耗及び破損等について、外観観察を行い、変形、異常摩耗及び破損等のないものを合格とした。結果を表２に示す。
【００２６】
【表２】

【００２７】
表２から明らかなように、実施例１３〜１７の保持器に変形は少なく、ポケット内面の摩耗もなく、回転評価は良好であった。比較例５の保持器には、変形が若干あり、ポケット内面も一部摩耗していた。回転試験で本発明の保持器に変形が少なかったこと、及び、ポケット内面に摩耗が発生しなかったことは、保持器ポケット内のグリースの量、ポケット内のグリース溜まりによる潤滑効果、及び、保持器に振れ回りが少なかったこと起因すると推定される。
【００２８】
なお、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、適宜な変形、改良等が可能である。
例えば、突出部１３は、円弧状に限らず、玉のスムーズな組み込みを許容できる形状であれば、どのようなものでもよい。
【００２９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、保持器組込み性の向上、潤滑性の向上、寸法精度の向上、高温剛性を有し靭性の少ない樹脂の採用が可能で、金型の低コスト化を図り、低コスト・高性能の玉軸受用保持器及び玉軸受を提供できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１実施形態の要部側面図である。
【図２】第２実施形態の要部側面図である。
【図３】第３実施形態の要部側面図である。
【図４】（ａ）は空気駆動型玉組込み装置における保持器の平面図、（ｂ）は空気駆動型玉組込み装置の概略図である。
【図５】従来の保持器の外観図である。
【図６】従来の保持器を組込んだ転がり軸受の半断面図である。
【図７】従来の保持器の要部側面図である。
【符号の説明】
１０，３０，４０玉軸受用保持器
１３突出部
１５，３５，４５ポケット
１６突出部
８５玉（転動体）

Claims

複数の玉を転動自在に保持する複数個のポケットが、円環状に成形された本体の軸方向の一面に等間隔に配置されている玉軸受用保持器であって、
前記ポケットが、前記本体に形成された半球面状の凹部と、前記凹部の開放側で前記本体に突設され、該ポケットの入口部を形成する一対の爪部と、前記凹部の底部から突出する円弧状の突出部と、前記一対の爪部の対向する内面のそれぞれから突出する円弧状の突出部と、を有し、
前記凹部から突出する前記突出部と前記爪部から突出する前記突出部とで玉を保持することを特徴とする玉軸受用保持器。
請求項１に記載の玉軸受用保持器が組み込まれた玉軸受。