JP6211260B2 - 冠形保持器および玉軸受 - Google Patents

Description

この発明は玉軸受に用いる冠形保持器の改良に関する。

ＪＩＳ ０１０４−１９９１転がり軸受用語によれば、冠形保持器とは、弾性変形によって転動体と保持器とを組み合わせることができる形のつのをもった保持器と定義される。環状の基部に軸方向に突出した複数のつのを配した外観形状に名称の由来がある。また、冠形保持器は、射出成形、ダイカスト、焼結などで成形した保持器すなわち成形保持器に属する。

玉軸受は、転動体として玉を用いる転がり軸受であって、図２に示すように、外周に軌道１２を有する内輪１０と、内周に軌道１６を有する外輪１４と、内輪１０の軌道１２と外輪１４の軌道１６との間に介在させた複数の玉１８と、玉１８を円周方向で所定間隔に保持するための保持器２０とを主要な構成要素としている。なお、潤滑剤やシールその他の付属品は図示を省略した。

内輪１０と外輪１４はリング状で、同心円状の内輪１０と外輪１４との間に玉１８を介在させることにより、玉１８は内輪１０の軌道１２および外輪１４の軌道１６上を転動することができ、内輪１０と外輪１４は相対回転自在となる。内輪１０および外輪１４のいずれか一方を静止側とし、他方を回転側とする。通常、内輪１０を回転軸に取り付け、外輪１４をハウジングに取り付ける。

自動車のトランスミッションには深溝玉軸受やアンギュラ玉軸受など各種の玉軸受が使用されている。電動車両やハイブリッド車両においては高速のモータ回転が入力されるため、回転軸などの回転部分は高回転となる傾向にある（特許文献１の段落０００６参照）。その結果、従来の保持器材質であるＰＡ４６（ポリアミド４６）やＰＡ６６（ポリアミド６６）といったＰＡ（ポリアミド）では高速回転に伴う遠心力による変形に対応できないため、機械的強度の高いＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）を用いて対応しているのが現状である（特許文献１の段落００３２参照）。たとえば、ｄｍｎ値｛ｄｍ（玉列の平均直径（ｍｍ））とｎ（玉軸受の回転速度（min^-1））との積｝が６０万を超える高速回転で使用する場合、保持器材質にＰＥＥＫなどの機械的強度の高い高機能樹脂を用いることで遠心力による保持器変形を抑えることができる。

特開２００３−３１４５６１号公報 特開２０１１−０７４９６２号公報

ＰＥＥＫは高機能樹脂であり、電動車両やハイブリッド車両といった高速回転環境下で使用する軸受の保持器材料としては適している。そして、ＰＥＥＫ材の機能を更に高める方法としてアニール処理が知られている。アニール処理を施すことで分子間の融合を更に高めることができる。しかしながら、そのためには高度な製造技術が必要になるという問題がある。すなわち、ＰＥＥＫ材の機能を最大限引き出すにはアニール処理を施す必要があるが、電動車両やハイブリッド車両に使用される大径軸受の場合、保持器自身も大径で、径の割に薄肉となるため、保持器の反りが発生する。そのため、保持器製造ではＰＥＥＫ材の流動性を考慮した高度な設計とアニール処理が必要となる。

また、樹脂製の冠形保持器では、図３および図４に示すように、ポケット入り口径（一対のつの２６の離間距離）ａを玉径ｄｗよりも小さく設定してある（ａ＜ｄｗ）。そして、樹脂材の弾性を利用して、一対のつの２６を弾性的に拡開させて玉をポケット２４に組み込むようにしている。しかし、ＰＥＥＫのように機械的強度の高い保持器材料で従来保持器と同一形状、寸法にすると、玉１８を組み込むときに保持器２０にクラックが発生するという点が懸念される。

なお、玉の組込みに関しては、内輪１０、外輪１４、玉１８を組み付けた後、保持器２０のつの２６側を玉１８に向けて軸方向に移動させる。そうすることにより、玉１８が一対のつの２６を弾性的に押し広げてポケット２４に進入する（スナップイン）。このように、実際の組立の過程では保持器を玉に向けて移動させるものであるところ、ここでは、説明の便宜上、玉を保持器に組み込むと表現する。

この発明の主要な目的は、クラックを発生させることなく玉を組み込むことができる玉軸受用冠形保持器を提供することにある。

この発明は、従来球面状であったポケット２４の内周面を、保持器半径方向の内側に位置する球面状部分２８と、保持器半径方向の外側に位置する円筒状部分３０とで構成し、円筒状部分３０の内径φＤ２を玉１８の径φｄｗよりも大きくすることによって課題を解決した。

すなわち、この発明の冠形保持器２０は、環状の基部２２と、保持器半径方向に貫通するとともに保持器軸方向の一方側に開口を有し、それぞれに玉が組み込まれる複数のポケット２４と、各ポケット２４の前記開口の円周方向両側に位置し、内周面が前記ポケットを形成する一対のつの２６とを有し、前記つのの内周面を含む前記ポケット２４の内周面は、保持器半径方向の内側に位置する球面状部分２８と、保持器半径方向の外側に位置する円筒状部分３０とからなり、前記球面状部分３０および円筒状部分の各内径は玉径ｄｗよりも大きいことを特徴とする。

ポケット２４の保持器半径方向の外側に位置する円筒状部分３０の内径φＤ２を玉径φｄｗよりも大きくすることにより、ポケット２４に玉１８を組み込むとき、保持器２０が玉１８に拘束されることなく内径側へ倒れ込み、玉１８をポケット２４の内経φＤ２の大きい側からの進入を許容する。

この発明によれば、冠形保持器２０のポケット２４に玉１８を組み込むとき、一対のつの２６を無理に拡径することがないため、保持器２０にクラックその他の損傷を与える心配がない。したがって、また、玉１８の組み込み作業が容易である。

このように、玉１８の組込みによって保持器２０に損傷を与える心配がないため、ＰＥＥＫと同等以上の機械的強度を有する材料を採用することができる。そこで、保持器材質をＰＥＥＫからダイカスト製品にすることで、ＰＥＥＫと同等以上の機械的強度を確保することができる。ダイカスト用合金としては、マグネシウム合金、アルミニウム合金、亜鉛合金といった周知のもののなかから任意に選択して採用することができる。

しかも、ダイカスト製品であれば、ＰＥＥＫ材を用いる場合に必要となるほどの高度な製造技術を要することなく同機能の保持器を製造することができる。さらに、ダイカストで対応できるため、生産性が高く、コスト面でも効果が期待できる。
したがって、この発明の冠形保持器は、ｄｍｎ値が６０万を超える高速回転下でもＰＥＥＫ材と同等の機械的強度を有し、軸受の円滑な回転を阻害する保持器変形は発生しない。

（Ａ）（Ｂ）は実施例の保持器を示し、（Ａ）は部分展開平面図、（Ｂ）は断面図である。 玉軸受の断面図である。 従来の技術を示す保持器の斜視図である。 （Ａ）は図３の保持器の展開平面図、（Ｂ）は断面図である。 保持器材料の特性を一覧にして示す図である。

以下、この発明の実施の形態を添付図面に従って説明する。
なお、図２〜４を参照してすでに説明した従来の冠形保持器と同じ部分または部品には同じ符号を付し、重複した説明は省略する。

図１に冠形保持器２０の実施例を示す。冠形保持器２０の全体外観は、図４に示した従来の冠形保持器と類似しており、環状基部２２と、複数のポケット２４と、各ポケット２４の開口部から保持器軸方向に突出した一対のつの２６とを備えている。また、図１（Ａ）から分かるように、ポケット２４は保持器２０の軸方向の一方に向かって開口している。なお、図１（Ａ）は保持器２０の部分展開平面図であって、同図の上下方向が保持器軸方向にあたる。一対のつの２６の離間距離すなわちポケット入り口径ａは、玉径ｄｗよりも小さく設定してある（ａ＜ｄｗ）。
しかし、次に述べるように、図４の冠形保持器とはポケット２４の内周面形状が異なる。

図１（Ａ）のポケット２４の中心を通る断面を示した図１（Ｂ）から分かるように、ポケット２４は保持器２０を半径方向に貫通している。そして、各ポケット２４の内周面は、保持器半径方向の内側に位置する球面状部分２８と、保持器半径方向の外側に位置する円筒状部分３０とからなる。球面状部分２８は従来の冠形保持器における球面状のポケット２４の一部分に相当し、その内径は玉径ｄｗよりもわずかに大きい程度である。球面状部分３８の保持器半径方向の内側端部は、玉径ｄｗよりも小さい内径φＤ１の開口となっている。

円筒状部分３０の内径φＤ２は玉径ｄｗよりもわずかに大きい。このように、ポケット２４の保持器外径側の内径φＤ２を玉径ｄｗよりも大きくすることで、ポケット２４に玉１８を組み込むとき、図１（Ｂ）に破線矢印で示すように、保持器２０が玉１８に拘束されることなく内径側へ倒れ込む。すなわち、軸受を組み立てる過程で、内輪１０と外輪１４と玉１８を組み立てた状態で、ポケット２４の開口の位相を玉１８に合わせて、保持器２０を玉１８に向けて軸方向に移動させると、玉１８はポケット２４の内径が大きい方（φＤ１＜φＤ２）からポケット２４内に進入しようとするが、玉１８は内輪１０と外輪１４で半径方向に拘束されているため、結局、保持器２０が内径側に倒れることとなる。なお、図１（Ｂ）は玉１８の組み込みが完了した状態を示しているため、保持器２０の倒れ（弾性変形）はすでに復元している。このようにして、玉１８の組込みが容易となるため、保持器２０にクラック等の損傷を与えることなく玉１８の組込みを行うことができる。

保持器２０はダイカストにより製造する。ダイカスト用合金としては各種の非鉄合金が知られている。たとえば、ＪＩＳに規定されている亜鉛合金ダイカスト（ＪＩＳ Ｈ ５３０１）、アルミニウム合金ダイカスト（ＪＩＳ Ｈ ５３０２）、マグネシウム合金ダイカスト（ＪＩＳ Ｈ ５３０３）のほか、銅合金、鉛合金、錫合金なども使われている。図５に示すとおり、保持器材質をＰＥＥＫからダイカスト製品に変更しても、ＰＥＥＫと同等以上の機械的強度を確保することができる。また、製造面でも、ダイカストのため生産性は高い。

上記冠形保持器を使用した玉軸受は、従来ＰＥＥＫ製の冠形保持器が使用されていた、ｄｍｎ値が６０万を超える高速回転用途に適用することができる。そのような用途としては、たとえば、トランスミッションのギヤ支持用の玉軸受を挙げることができる。

この発明の実施の形態を図面に例示した実施例に即して説明したが、この発明は、特許請求の範囲に悖ることなく、種々の改変を加えて実施をすることができる。

１０ 内輪
１２ 軌道
１４ 外輪
１６ 軌道
１８ 玉
２０ 保持器
２２ 環状基部
２４ ポケット
２６ つの
２８ 球面状部分
３０ 円筒状部分

Claims (6)

1. 環状の基部と、保持器半径方向に貫通するとともに保持器軸方向の一方側に開口を有し、それぞれに玉が組み込まれる複数のポケットと、各ポケットの前記開口の円周方向両側に位置し、内周面が前記ポケットを形成する一対のつのとを有する冠形保持器において、
   前記つのの内周面を含む前記ポケットの内周面は、保持器半径方向の内側に位置する球面状部分と、保持器半径方向の外側に位置する円筒状部分とからなり、前記球面状部分および円筒状部分の各内径は玉径よりも大きい、冠形保持器。
2. 前記保持器はダイカストにより成形した成形保持器である請求項１の冠形保持器。
3. 前記保持器の材料はマグネシウム合金、アルミニウム合金および亜鉛合金からなる群から選択した一つである請求項２の冠形保持器。
4. ｄｍｎ値が６０万を超える玉軸受に使用する請求項１、２、または３の冠形保持器。
5. トランスミッション用の玉軸受に使用する請求項１〜４のいずれか１項の冠形保持器。
6. 外周に軌道を有する内輪と、内輪に軌道を有する外輪と、内輪の軌道と外輪の軌道との間に介在させた複数の玉と、玉を円周方向で所定間隔に保持する請求項１〜５のいずれか１項に記載の冠形保持器とを有する玉軸受。

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