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CN109844337A - 球轴承 - Google Patents

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CN109844337A
CN109844337A CN201780064886.8A CN201780064886A CN109844337A CN 109844337 A CN109844337 A CN 109844337A CN 201780064886 A CN201780064886 A CN 201780064886A CN 109844337 A CN109844337 A CN 109844337A
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CN
China
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ball
track groove
ball bearing
ring
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Application number
CN201780064886.8A
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English (en)
Inventor
辻直明
石田光
伊藤千春
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NTN Corp
Original Assignee
NTN Corp
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Publication date
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Abstract

在具有合成树脂制保持器的球轴承中抑制异响的产生。针对内外圈(11、12)中的至少内圈(11)，使槽曲率半径(Ri)相对于滚珠半径(Rb)的比为104％以上109％以下。

Description

球轴承
技术领域
本发明涉及使用合成树脂制保持器的球轴承。
背景技术
一般地，球轴承由内圈、外圈、在周向上空开间隔安装于内圈与外圈之间的多个滚珠(球)、以及保持该滚珠的保持器构成。在马达用的球轴承中，采用刚度高的金属制保持器的情况较多，但近些年采用静音性比金属制保持器高的轻型合成树脂制保持器的情况多了起来。
作为该合成树脂制保持器，例如存在下述专利文献1以及2所示的方式的结构。是使轴向上对置的一对合成树脂制的环状体卡合的结构。在专利文献2所示的保持器中，在各个环状体的对置面沿周向空开间隔地形成有收纳球轴承的滚珠的多个兜孔。各个兜孔的轴向侧形成有轴取向径向的沿着滚珠的外周的圆筒面。另一方面，在各个兜孔的周向两端形成有沿着滚珠的外周的球面状凹部。
专利文献1：日本特开2003-343571号公报
专利文献2：日本特开2016-109173号公报
然而，在对合成树脂制保持器施加了过大的径向载荷时，轴承的整周分为作用有径向力矩载荷的负荷的负荷圏与未作用负荷的非负荷圏。在该情况下，在进入负荷圏时(入口)与从负荷圏出来时(出口)，滚珠与滚道面的接触角的变化变大。这里，滚珠的进入延迟增长，滚珠的公转速度、施加于保持器的力发生变化。
伴随于此，存在如下情况，即当在保持器兜孔与滚珠之间(图7所示的振动产生位置A)卷入了润滑脂时，保持器被润滑脂的拖拽阻力相对于滚珠向一个方向强烈按压并晃动，由此保持器振动，产生异响。即，在未产生异响的情况下，如图7中的(a)的径向剖面示意图所示，保持器3的中心c无偏离地在设计中心的前后的上下左右振动。然而，若保持器3在上述振动产生位置A处被一个滚珠2按压，则如图7中的(b)的径向剖面示意图所示，保持器3的中心c偏离设计中心地旋转，产生异响。
即便欲抑制该异响，也由于负荷圏的入口以及出口处的滚珠的进入延迟较大，因而对于合成树脂制保持器中的运动的量的抑制下显得办法不多。在金属制保持器中，比合成树脂制保持器难以变形，不存在这样的异响的产生，但比合成树脂制保持器重，因而快速性方面存在不足。另外，作为其他问题，还存在因使用条件的苛刻化导致在滚道槽过早地产生伴有白色组织变化的异常的剥离的情况。
发明内容
因此，本发明的目的在于抑制具备合成树脂制保持器的球轴承受到过大的径向载荷时的异响产生。
本发明针对具备合成树脂制保持器的球轴承采用如下结构，即针对内外圈中的至少内圈，槽曲率半径相对于滚珠半径的比为104％以上109％以下。
通过该结构的采用，能够抑制负荷圏的入口与出口处的滚珠的进入延迟，在合成树脂制的保持器的兜孔与滚珠之间难以卷入润滑脂。由此，难以发生合成树脂制保持器被相对于滚珠向一个方向强烈按压而以从设计中心偏离的状态进行旋转的晃动。由于难以发生该晃动，从而抑制异响的产生。
可以使槽半径相对于滚珠半径的比一致，特别地，若使槽半径相对于滚珠半径的比为108％，则异响抑制效果较高。
并且，作为所使用的润滑脂，采用耐脆性剥离对策用改进润滑脂亦即如下组成的润滑脂，由此能够防止剥离。该组成包含基油、增稠剂以及从链烷醇胺与钼酸盐中选择的一种添加剂，上述基油是40℃下的运动粘度为30～70mm2/s的聚-α-烯烃油，上述增稠剂是将二异氰酸酯成分与单胺成分反应获得的双脲化合物，上述单胺成分是脂肪族单胺以及脂环式单胺，上述添加剂相对于上述基油以及上述增稠剂的合计量100质量份而包含0.1质量份以上且10质量份以下。
本发明通过上述结构的采用而能够抑制具备合成树脂制保持器的球轴承承受过大的径向载荷时的异响产生。
附图说明
图1是本发明的实施方式所涉及的球轴承的剖视图。
图2是放大了图1的保持器的兜孔部分的周向剖视图。
图3是放大了产生本发明的课题的合成树脂制保持器的兜孔部分的立体图。
图4是在实施例中使用的试验机的简图。
图5是表示在比较例2、3中使用的保持器的形状的放大图。
图6中的(a)是表示实施例中的进入延迟量的坐标图，图6中的(b)是表示实施例中的相对于滚珠位置的内圈接触角的坐标图。
图7中的(a)是表示球轴承的保持器正常旋转时的旋转中心的推移的示意图，图7中的(b)表示球轴承的保持器偏离地旋转时的旋转中心的推移的示意图。
附图标记说明：
1、10…球轴承；2、13…滚珠；3…保持器；11…内圈；12…外圈；14、44…合成树脂制保持器；15…密封部件；16…环状空间；17…滚道槽(内圈侧)；18…滚道槽(外圈侧)；19…密封槽；20…环状体；21…对置面；22、47…兜孔；23…兜孔壁部；24…连结板部；25…配合面；26…结合爪；27…结合孔；28…台阶部；29…钩部；30…突出壁部；31…收纳凹部；32…(周向的)间隙；33…(轴向的)间隙；35…凹球面；37…圆筒面；38…平坦面；51…球轴承；52…带；53…轴；Rb…滚珠半径；Ri…内圈的槽曲率半径；Ro…外圈的槽曲率半径。
具体实施方式
以下，对本发明所涉及的球轴承进行说明。如图1所示，本发明所涉及的球轴承10具备内圈11和外圈12、夹装于该内圈11与外圈12间的多个滚珠13、以及保持上述滚珠13的合成树脂制的保持器14。
在内圈11的外周设置有沿周向延伸的剖面圆弧状的滚道槽17。在外圈12的内周也设置有沿周向延伸的剖面圆弧状的滚道槽18。滚珠13与内圈11的滚道槽17和外圈12的滚道槽18两者滚动接触。
内圈外周侧的滚道槽17的曲率半径Ri与外圈内周侧的滚道槽18的曲率半径Ro相对于滚珠13的半径Rb各自的比(Ri/Rb)、(Ro/Rb)均为104％以上109％以下。上述槽曲率半径的相对于滚珠半径比为该范围，由此负荷圏的入口与出口处的滚珠与滚道面的接触角的变化变小，抑制滚珠的进入延迟，抑制成为异响的原因的润滑脂向保持器与滚珠间的导入等。特别地，更优选上述比为107％以上109％以下。另外，可以使内圈与外圈的槽曲率半径相同。
合成树脂制保持器14由成对的2片环状体20、20构成。各个环状体20的平面形状为波形，在其一侧面沿周向等间隔地设置有沿着滚珠13的外周的兜孔22。
各环状体20通过对合成树脂进行注塑成型而形成。2片环状体20呈相同形状，能够由相同的金属模成型。形成各环状体20的合成树脂例如能够使用聚酰胺(例如PA46)。另外，也能够代替聚酰胺而采用聚苯硫醚(PPS)、聚醚醚酮(PEEK)等。另外，为了提高强度，可以在形成各环状体20的合成树脂添加20～30质量％的玻璃纤维。并且，也可以代替上述玻璃纤维而添加碳纤维、芳族聚酰胺纤维等纤维，或者除了添加上述玻璃纤维之外还添加碳纤维、芳族聚酰胺纤维等纤维。
如图2的径向剖视图与图3的立体图所示，各环状体20有形成兜孔22的内表面的弧状的兜孔壁部23与连结相邻的兜孔壁部23彼此的平板状的连结板部24构成。兜孔壁部23沿环状体20的周向等间隔地配置。各兜孔壁部23形成为弯曲成向轴向凹的弧状。
连结板部24具有配合面，该配合面在2片环状体20结合时面接触。在配合面的中央设置有：结合爪26，向轴向突出；和结合孔27，形成为接受另一个环状体20的结合爪26。结合爪26具有钩部29，该钩部29与形成于结合孔27的内表面的台阶部28卡合。由此，在使2片环状体20在轴向上接近来将结合爪26插入至结合孔27时，钩部29与台阶部28卡合，通过该卡合来防止结合爪26脱离结合孔27，2片环状体20得以结合。
连结板部24在配合面的一端具有向轴向突出的突出壁部30，在配合面的另一端具有收纳凹部31。收纳凹部31是2片环状体20结合时接受另一个环状体20的突出壁部30的部分。通过将该突出壁部30以及收纳凹部31设置于连结板部24，从而2片环状体20结合时的环状体20的接缝靠向偏离兜孔22的轴向中央的位置。
突出壁部30与收纳凹部31为在2片环状体20结合的状态下在突出壁部30与收纳凹部31之间产生周向间隙32以及轴向间隙33的大小。具体而言，在2片环状体20结合的状态下，在突出壁部30的与面对兜孔22的一侧相反的一侧的侧面同收纳凹部31的内表面之间形成有周向间隙32，在突出壁部30的轴向的前端与收纳凹部31的内表面之间形成有轴向间隙33。由此，能够通过注塑成型出环状体20后的收缩差来防止突出壁部30与收纳凹部31干涉，能够使2片环状体20的连结板部24的配合面彼此可靠地紧贴。
如图3所示，在各兜孔22的周向两端部形成有沿着滚珠13的外周的凹球面35。凹球面35是具有与滚珠13的节圆正交的区域的局部凹球面，配置为将滚珠13夹在中间并在滚珠13的行进方向的前后对置。凹球面35的曲率半径比滚珠13的半径稍大。滚珠13的节圆是连通各滚珠13的中心的假想的圆。
如图2、图3所示，在各兜孔22的轴向两端部形成有沿着滚珠13的外周的圆筒面37。圆筒面37配置为将比滚珠13的节圆更靠内径侧部分夹在中间并在轴向上对置。圆筒面37是形成为其筒轴方向成为合成树脂制保持器14的径向的局部圆筒面，沿着滚珠13的外周在合成树脂制保持器14的径向上延伸。
圆筒面37的半径比凹球面35的曲率半径稍大。在凹球面35的周围形成有连接凹球面35与圆筒面37之间的平坦面38(参照图3)。
在上述实施方式中，以利用结合爪26与结合孔27结合2片环状体20的合成树脂制保持器14为例进行了说明，但本发明也能够应用于使用将2片环状体20的连结板部24彼此结合了的合成树脂制保持器的球轴承10，特别适于周向上接受滚珠的兜孔部分呈凹球面状的结构。例如，也可以而是专利文献1所示的保持器。
在球轴承10中，如图1的剖视图所示，将一对密封部件15以使滚珠13与合成树脂制保持器14处于中间的方式在轴向上对置地组装。各密封部件15的外周固定于形成在外圈12的滚道槽18的槽肩的密封槽19。各密封部件15的内周与内圈11的外周滑动接触。密封部件15防止装入内圈11与外圈12之间的环状空间16内的润滑用润滑脂(未图示)向球轴承的外部泄漏。
对能够在球轴承10使用的润滑脂进行说明。上述润滑脂包含基油、增稠剂、以及作为添加剂的链烷醇胺和/或钼酸盐。针对添加剂，在混合链烷醇胺的情况下，即便在滚动面处的苛刻条件(边界润滑条件)下油膜变薄的情况下，链烷醇胺在摩擦磨损面或因磨损而露出的铁系金属新生面进行吸附等，从而也能够防止铁系金属新生面与润滑脂的直接接触。另外，在混合钼酸盐的情况下，钼酸盐在上述铁系金属新生面进行分解、反应，生成氧化铁与钼化合物被膜。由此，抑制因润滑脂的分解引起的氢的产生，能够防止因氢脆性引起的异常的剥离。并且，将上述添加剂的混合量限定在规定量范围内，选定组合的基油与增稠剂(基础润滑脂)的种类，从而能够进一步抑制使用树脂制的配合式保持器的情况等下的异响的产生。这认为因能够防止润滑脂过度卷入至上述合成树脂制保持器14的兜孔22的凹球面35与滚珠13的外周面之间等引起的。
作为在上述润滑脂中使用的链烷醇胺，能够举出单异丙醇安、单乙醇胺以及单正丙醇胺等伯链烷醇胺、N-烷基单乙醇胺以及N-烷基单丙醇胺等仲链烷醇胺、三乙醇胺、环己基二乙醇胺、三(正丙醇)胺、三异丙醇胺、N,N-二烷基乙醇胺、以及N-烷基(或烯基)二乙醇胺等叔链烷醇胺。另外，根据烷醇基的数量不同，分类为单链烷醇胺、二链烷醇胺、三链烷醇胺，但在本发明中，通过多个羟基(烷醇基)与氨基的螯合作用，容易夹住铁离子，防止铁系金属新生面的露出，因而优选使用二链烷醇胺或三链烷醇胺。
在上述中，与基油的相容性和防止剥离现象的能力优良，获得容易性也优良，因而优选使用下述式(1)的N-烷基(或烯基)二乙醇胺。
[化学式1]
式中的R1表示碳原子数1～20的直链或支链状的烷基或烯基。另外，碳原子数优选为1～12，更优选为1～8。作为具体的化合物，例如能够举出N-甲基二乙醇胺、N-乙基二乙醇胺、N-丙基二乙醇胺、N-丁基二乙醇胺、N-戊基二乙醇胺、N-己基二乙醇胺、N-庚基二乙醇胺、N-辛基二乙醇胺、N-壬基二乙醇胺、N-癸基二乙醇胺、N-十一烷基二乙醇胺、N-十二烷基二乙醇胺、N-十三烷基二乙醇胺、N-肉豆蔻基二乙醇胺、N-十五烷基二乙醇胺、N-棕榈基二乙醇胺、N-十七烷基二乙醇胺、N-油酰二乙醇胺、N-硬脂酰二乙醇胺、N-异硬脂酰二乙醇胺、N-十九烷基二乙醇胺、N-二十烷基二乙醇胺等。
链烷醇胺可以单独使用1种，也可以组合两种以上使用。另外，链烷醇胺优选在室温以及使用温度下呈液态或膏状。另外，可以是分散于溶剂等的状态。通过使用这样的链烷醇胺，难以对轴承的静音性造成负面影响。另外，即便在滚动面的油膜变薄的情况下也容易进入该部分。作为链烷醇胺的运动粘度，优选在40℃下为10～100mm2/s，更优选在40℃下为40～70mm2/s。
作为链烷醇胺(三级二乙醇胺)的市售品，例如，能够举出ADEKA公司制的ADEKAKIKU-LUBE FM-812、ADEKA KIKU-LUBE FM-832等。
优选在上述润滑脂中使用的钼酸盐为金属盐。作为构成金属盐的金属，能够例示钠、钾、锂、镁、钙、铜、锌、钡等。容易形成上述钼化合物被膜，因而优选为钼酸盐的碱金属盐。具体而言，能够举出钼酸锂、钼酸钠、钼酸钾等。钼酸盐可以单独使用1种，也可以组合两种以上使用。
在上述润滑脂中，从链烷醇胺以及钼酸盐中选择的至少一种添加剂的混合比例相对于基油与增稠剂的合计量100质量份为0.1～10质量份。在同时采用链烷醇胺与钼酸盐的情况下，使合计量为该范围。另外，为了进一步抑制异响的产生，优选呈固体状的钼酸盐比呈液态等的链烷醇胺少量。例如，(1)在作为上述添加剂仅包含链烷醇胺的情况下，优选相对于基油与增稠剂的合计量100质量份为2～8质量份，(2)在作为上述添加剂仅包含钼酸盐的情况下，优选相对于基油与增稠剂的合计量100质量份为0.5～3质量份。成为该(1)或(2)的范围，使基油与增稠剂成为规定的物质，从而能够防止剥离产生并防止异响的产生。此外，“仅包括链烷醇胺作为上述添加剂”是指在从链烷醇胺与钼酸盐中选择的至少一种添加剂中选择链烷醇胺，不包含钼酸盐，但并不排除配合上述以外的其他添加剂。在选择钼酸盐的情况下也同样。
上述润滑脂的基油由作为合成烃油的PAO构成。PAO是α-烯烃或异构化的α-烯烃的低聚物或聚合物的混合物。作为α-烯烃的具体例，能够举出1-辛烯，1-壬烯，1-癸烯，1-十二烯，1-十三烯，1-十四烯，1-十五烯，1-十六烯，1-十七烯，1-十八烯，1-十九烯，1-二十烯，1-二十二烯，1-二十四烯等，通常使用它们的混合物。
对于该基油而言，40℃下的运动粘度为30～70mm2/s，更优选为30～60mm2/s。在40℃下的运动粘度不足30mm2/s的情况下，粘度过低，容易发生油膜破裂，另外油的蒸发也变多。另一方面，若40℃下的运动粘度高于70mm2/s，则存在异响的产生、旋转扭矩的增加的担忧。在形成为运动粘度不同的多种PAO的混合油的情况下，使该混合油的运动粘度成为上述范围。
上述润滑脂的增稠剂为脲化合物中的脂肪族·脂环式双脲化合物。脲化合物是将聚异氰酸酯成分与单胺成分反应而获得的。对于脂肪族·脂环式双脲化合物是使用二异氰酸酯作为聚异氰酸酯成分、使用脂肪族单胺与脂环式单胺作为单胺成分而获得的。在上述单胺成分中，以脂肪族单胺为主要成分而获得的脂肪族·脂环式双脲化合物不易过度卷入至树脂制的配合式保持器的兜孔面与球外周面之间，因而优选脂肪族单胺较多。具体而言，相对于单胺整体，优选脂肪族单胺为70摩尔％以上。
作为构成上述脲化合物的二异氰酸酯，能够举出亚苯基二异氰酸酯、甲苯二异氰酸酯、二苯基二异氰酸酯、二苯基甲烷二异氰酸酯、十八烷二异氰酸酯、癸烷二异氰酸酯、己烷二异氰酸酯等。作为脂肪族单胺，能够举出己胺、辛胺、十二烷胺、十六烷胺、十八烷胺、硬脂胺、油胺等。作为脂环式单胺，能够举出环己胺。此外，增稠剂仅使用芳香族单胺作为单胺的芳香族双脲化合物比较不优选。
在基油中混合增稠剂获得基础润滑脂。优选本发明中的基础润滑脂是在基油中使上述二异氰酸酯成分与单胺成分反应而制成的。增稠剂在基础润滑脂中所占的配合比例为1～40质量％，优选地为3～25质量％。在增稠剂的含量不足1质量％下，增稠效果变小，润滑脂化变困难，若超过40质量％，则获得的基础润滑脂过硬，难以获得预期的效果。
作为包含链烷醇胺的情况下的上述润滑脂的制作方法，可以是首先在基油中混合链烷醇胺、使用该基油制成增稠剂的方法与在除去链烷醇胺并调整润滑脂之后向其中添加链烷醇胺的方法中的任一种。链烷醇胺含有氨基，因而在基油中使上述二异氰酸酯成分与单胺成分反应来制成基础润滑脂之后添加链烷醇胺是优选的方法。
优选上述润滑脂的混和稠度(JIS K 2220)在200～350的范围。在稠度不足200的情况下，存在油分离较小、润滑不良的担忧。另一方面，在稠度超过350的情况下，润滑脂为软质而变得容易向轴承外流出，不优选。
在本发明的球轴承使用的润滑脂中，链烷醇胺并不像与酸的盐那样以反应生成物的形态存在，而是以原本的状态存在。因此，在包含链烷醇胺的情况下，作为其他添加剂，不包含脂肪酸等形成链烷醇胺与盐的添加剂。可以使上述润滑脂在不破坏这样的本发明的目的的范围内根据需要含有公知的添加剂。作为添加剂，例如能够举出有机锌化合物、胺系、酚系化合物等抗氧化剂、苯丙三唑等金属钝化剂、聚甲基丙烯酸酯、聚苯乙烯等粘度指数提高剂、二硫化钼、石墨等固体润滑剂、金属磺酸盐，多元醇酯等防锈剂、酯、醇等油性剂、其他抗磨损剂等。它们可以单独添加或者组合两种以上添加。
另外，以防止异响的产生等为目的，优选上述润滑脂不包含无机酸的碱金属盐与无机酸的碱土金属盐。这里，作为无机酸，能够举出磷酸(正磷酸)、盐酸、硝酸、硫酸、硼酸等，作为碱金属与碱土金属，能够举出锂、钠、钾、钙、锶、钡等。具体而言，能够举出磷酸钙(正磷酸的钙盐)等。
本次公开的实施方式在全部点上是例示，并不应该认为是限制性的。本发明的范围并不是上述说明，由权利要求书示出，意在包括与权利要求书等价的意思与范围内的全部变更。
实施例
以下，通过实施例展示本发明所涉及的球轴承的效果。在图4所示的边通过带52施加载荷边使轴53旋转的试验机组装实施例与比较例所涉及的球轴承51来进行了测定。针对将各个球轴承的、相对于滚珠半径Rb的内圈的槽曲率半径Ri以及外圈的槽曲率半径Ro如表1所示变更后的实施例1～7以及比较例1～2，测定异响的有无与脆性剥离的有无。在比较例1以及实施例1～7中，使用在图2以及图3所示的兜孔22具有凹球面35、圆筒面37以及平坦面38的合成树脂制保持器。在比较例2与3中，如图5所示，使用兜孔47的内部不具有圆筒面仅由球面构成的合成树脂制保持器44。
＜脆性剥离的确认＞
分别在支承旋转轴的内圈旋转的球轴承(内圈、外圈、钢珠为轴承钢SUJ2，保持器为合成树脂制)装入表中所示的润滑脂，进行了基于急加减速试验的脆性剥离的确认。在25℃的环境氛围下，以相对于安装在旋转轴前端的带轮的负荷载荷为4000N、旋转速度为0rpm～18000rpm来设定运转条件，为了加速磨损引起的新生面的露出而在润滑脂中混入1质量％的铁屑，并且在试验轴承(6203)内流动有1.0A的电流的状态下实施了试验。而且，对轴承内是否产生了异常剥离进行计量。不产生剥离的情况为“○”，产生剥离的情况为“×”，结果在表1以及表2中一并标注。
＜异响的确认：声响试验＞
在上述试验中，从旋转速度1000rpm至7000rpm每次步进1000rpm，通过听觉确认了各转速下的声响(异响的产生)。在7个转速中的产生较大异响的情况的个数的合计为0个的情况为“○”，为一个的情况为“△”，为2个以上的情况为“×”。结果在表1以及表2中一并标注。
[表1]
[表2]
并且，在比较例1以及实施例1～5中，在使旋转速度从3000min-1上升至7000min-1时的滚珠的进入延迟量的变化如图6中的(a)所示。与内圈的槽曲率半径为1.02的比较例1相比，所有实施例的进入延迟均大幅度改善。
而且，在比较例1以及实施例1～5中，具备8个滚珠的球轴承的各个滚珠在被图4的装置施加径向载荷时，各个滚珠相对于内圈的接触角如图6中的(b)所示。在比较例1中，在负荷圏与非负荷圏之间，接触角显著变高，但在实施例中大幅度改善。

Claims (2)

1.一种球轴承，其特征在于，
具备：内圈，在外周具有滚道槽；外圈，在内周具有滚道槽；多个滚珠，夹装于上述内周的滚道槽与上述外周的滚道槽之间；以及保持器，由保持上述滚珠的合成树脂制的2片相同形状的环状体构成，
针对上述内圈的滚道槽、上述外圈的滚道槽中的至少上述内圈的滚道槽而言，槽曲率半径相对于滚珠半径的比为104％以上且109％以下。
2.根据权利要求1所述的球轴承，其特征在于，
在上述滚珠的周围具有润滑脂，
上述润滑脂包含基油、增稠剂以及从链烷醇胺与钼酸盐中选择的一种添加剂，上述基油是40℃下的运动粘度为30～70mm2/s的聚-α-烯烃油，上述增稠剂是将二异氰酸酯成分与单胺成分反应获得的双脲化合物，上述单胺成分是脂肪族单胺与脂环式单胺，上述添加剂相对于上述基油与上述增稠剂的合计量100质量份而包含0.1质量份以上且10质量份以下。
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