JP5376310B2

JP5376310B2 - 深みぞ玉軸受用の合成樹脂製保持器および深みぞ玉軸受

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Publication number: JP5376310B2
Application number: JP2009166411A
Authority: JP
Inventors: 崇上野
Original assignee: NTN Corp
Current assignee: NTN Corp
Priority date: 2009-07-15
Filing date: 2009-07-15
Publication date: 2013-12-25
Anticipated expiration: 2029-07-15
Also published as: JP2011021661A

Description

この発明は、深みぞ玉軸受用の合成樹脂製保持器およびその保持器を用いた深みぞ玉軸受に関する。

一般に、自動車のトランスミッションにおいては、回転トルクの伝達にヘリカルギヤが採用されているため、そのヘリカルギヤを支持するシャフトには、回転時にラジアル荷重とスラスト荷重が負荷されることになる。

そこで、トランスミッションにおいては、普通、円すいころ軸受を用いてシャフトを支持するようにしているが、その円すいころ軸受においては負荷容量が大きいため、損失トルクの少ない深みぞ玉軸受が使用されるケースが多くなってきている。

ここで、深みぞ玉軸受においては、外輪と内輪間に組込まれたボールを保持器により保持しており、その保持器として、金属製のものや、例えば、特許文献１に記載されているように、合成樹脂製のものが採用されている。

特開２００６−２５８１７２号公報

ところで、深みぞ玉軸受に採用されている上記のいずれの保持器も、単にボールを保持する機能しか有しないため、円すいころ軸受に比較して通油性（潤滑性）に劣り、トランスミッションのような高荷重下や高速回転下での使用においては、発熱し易く、耐久性に問題があり、改善すべき点が残されている。

この発明の課題は、潤滑性の向上を図ることができるようにした深みぞ玉軸受用の合成樹脂製保持器および深みぞ玉軸受を提供することである。

上記の課題を解決するために、この発明に係る深みぞ玉軸受用の合成樹脂製保持器においては、合成樹脂の成形品からなる円筒形の第１分割保持器と、その第１分割保持器の内側に挿入される合成樹脂製の円筒形の第２分割保持器からなり、前記第１分割保持器の軸方向一側面と第２分割保持器の軸方向他側面に、その両分割保持器を内外に組み合わせた状態でボール保持用の円形のポケットを形成する切欠部を周方向に間隔をおいて設け、前記第１分割保持器と第２分割保持器が円形のポケットを形成する組み合わせ状態で、その両分割保持器を軸方向に非分離とする連結手段を設けた構成を採用したのである。

また、この発明に係る深みぞ玉軸受においては、内径面に軌道溝が形成された外輪と、外径面に軌道溝が形成された内輪と、外輪の軌道溝と内輪の軌道溝間に組込まれたボールと、そのボールを保持する保持器とからなる深みぞ玉軸受において、前記保持器として、上記の合成樹脂製保持器を採用した構成としたのである。

上記の構成からなる深みぞ玉軸受の組立てに際しては、外輪と内輪間にボールを組込んだ後、外輪と内輪の一側方から軸受内部に第１分割保持器を、その第１分割保持器に形成された切欠部内にボールが収容されるように挿入し、かつ、外輪と内輪間の他側方から軸受内部に第２分割保持器を、その第２分割保持器に形成された切欠部内にボールが収容されるように挿入して、第１分割保持器の軸方向の一側部内に第２分割保持器の軸方向の他側部を嵌合して、連結手段により、その両分割保持器を連結する。

上記深みぞ玉軸受を用いて、例えば、トランスミッションのインプットシャフト等のトルク伝達シャフトを支持し、その支持状態において、トルク伝達シャフトが回転し、外輪と内輪が相対回転すると、ボールは自転しつつ公転し、その公転により、保持器も回転し、外輪と内輪間に潤滑油が介在していると、その潤滑油は保持器との接触によって連れ回されることになる。

このとき、第１分割保持器と第２分割保持器は外径が異なるため、周速に差が生じ、第１分割保持器との接触によって連れ回わされる潤滑油の流れは第２分割保持器との接触によって連れ回される潤滑油の流れより速くなり、流れの速い側に流れの遅い側の潤滑油が引き寄せられて、軸受内部にポンプ作用が生じる。そのポンプ作用により潤滑油が軸受内部を一方向に流動し、深みぞ玉軸受は強制的に潤滑されることになる。

ここで、連結手段として、第１分割保持器の隣接する切欠部間に形成された柱部の先端部に内向きの係合爪を設け、前記第２分割保持器の隣接する切欠部間に形成された柱部の先端部に外向きの係合爪を設け、第１分割保持器の係合爪を第２分割保持器の外径面に形成された係合凹部に係合し、第２分割保持器の係合爪を第１分割保持器の内径面に形成された係合凹部に係合させるようにした構成から成るものを採用することができる。

上記のような連結手段の採用において、係合爪と係合凹部の係合部の数を３つ以上とすることにより、第１分割保持器と第２分割保持器とをより確実に結合することができる。

この発明に係る合成樹脂製保持器において、切欠部は、平面形状において２分の１円を超える円形状とされて開口端に対向一対のポケット爪を有し、断面形状がボールの外周に沿う球面状とされたものであってもよく、あるいは、第１分割保持器と第２分割保持器の嵌合状態において円筒状のポケットを形成する平面Ｕ字形とされたものであってもよい。

切欠部として、平面形状が２分の１円を超える円形状ものを採用すると、係合爪と係合凹部の係合およびポケット爪とボールの係合によって分割保持器の脱落を効果的に防止することができる。

一方、切欠部として、平面形状がＵ字形とされたものを採用することにより、保持器の組込みにボールが干渉することがなく、軸受内部に保持器を容易に組込むことができる。

平面形状が２分の１円を超える円形状の切欠部の採用において、係合爪と係合凹部間に形成される周方向すきまをボールとポケット間に形成される周方向のポケットすきまより大きくしておくことにより、大きなモーメント荷重が負荷されてボールに遅れ進みが生じ、第１分割保持器と第２分割保持器とが相対的に回転しても、係合爪が係合凹部の周方向で対向する側面に当接することはなく、係合爪の損傷防止に効果を挙げることができる。

また、係合爪と係合凹部間に形成される軸方向すきまをボールとポケット間に形成される軸方向のポケットすきまより大きくしておくことにより、第１分割保持器と第２分割保持器に離反する方向の軸方向力が作用した際に、対向一対のポケット爪の内面がボールの外周面に当接して、係合爪が係合凹部の軸方向端面に当接するというようなことはなく、係合爪の損傷防止に効果を挙げることができる。

一方、平面Ｕ字形の切欠部の採用において、係合爪と係合凹部間に形成される周方向すきまを径方向で対向する２つの切欠部によって形成されるポケットとそのポケット内に収容されるボール間の周方向のポケットすきまより大きくしておくことにより、大きなモーメント荷重が負荷されてボールに遅れ進みが生じ、第１分割保持器と第２分割保持器とが相対的に回転しても、係合爪が係合凹部の周方向で対向する側面に当接することはなく、係合爪の損傷防止に効果を挙げることができる。

深みぞ玉軸受は、潤滑油により潤滑されるため、第１分割保持器および第２分割保持器は耐油性に優れた合成樹脂で成形するのが好ましい。そのような樹脂として、ポリアミド４６（ＰＡ４６）、ポリアミド６６（ＰＡ６６）、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）を挙げることができる。それらの樹脂のうち、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）は、他の樹脂に比較して耐油性が優れているため、耐油性を考慮するならば、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）を用いるのが最も好ましい。

また、樹脂材料の価格を考慮するならば、ポリアミド６６（ＰＡ６６）を用いるのが好ましく、潤滑油の種類に応じて適宜に決定すればよい。

上記のように、この発明においては、第１分割保持器の軸方向一側部内に、その第１分割保持器より小径の第２分割保持器の軸方向他側部を嵌合して、連結手段の係合により第１分割保持器と第２分割保持器を軸方向に非分離としたので、深みぞ玉軸受への組込みにおいて、外輪と内輪が相対回転した際に、第１分割保持器と第２分割保持器の径差に基づく周速の相違から、軸受内部にポンプ作用を生じさせることができる。このため、そのポンプ作用によって軸受内部に潤滑油を強制的に流動させることができ、潤滑性に優れた深みぞ玉軸受を得ることができる。

この発明に係る合成樹脂製保持器を採用した深みぞ玉軸受の縦断正面図図１に示す保持器の一部分を示す右側面図図１に示す保持器の一部分を示す左側面図図１の第１分割保持器と第２分割保持器の結合部を拡大して示す断面図第１分割保持器と第２分割保持器の一部分を示す平面図（Ｉ）は、図５に示す第１分割保持器のポケットにボールを組込んだ状態での周方向のポケットすきまを示す平面図、（II）は、図５に示す第１分割保持器のポケットにボールを組込んだ状態での軸方向のポケットすきまを示す平面図この発明に係る合成樹脂製保持器の他の例を示す一部分の平面図図７に示す第１分割保持器のポケットにボールを組込んだ状態での周方向のポケットすきまを示す平面図

以下、この発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１に示すように、深みぞ玉軸受Ａは、外輪１１の内径面に形成された軌道溝１２と内輪２１の外径面に設けられた軌道溝２２間にボール３１を組込み、そのボール３１をこの発明に係る保持器４０で保持している。

ここで、外輪１１の軌道溝１２の両側に形成された一対の肩１３ａ、１３ｂのうち、軌道溝１２の一側方に位置する肩１３ａの高さを標準型深みぞ玉軸受の外輪の肩の高さより高くし、他側方に位置する肩１３ｂを標準型深みぞ玉軸受の外輪の肩の高さと同じ高さとしており、また、内輪２１の軌道溝２２の両側に形成された一対の肩２３ａ、２３ｂのうち、軌道溝２２の他側方に位置する肩２３ｂの高さを標準型深みぞ玉軸受の内輪の肩の高さより高くし、一側方に位置する肩２３ａの高さを標準型深みぞ玉軸受の内輪の肩の高さと同じ高さとしているが、外輪１１および内輪２１は、標準型深みぞ玉軸受の外輪および内輪と同一の構成からなるものを用いるようにしてもよく、また、外輪１１の他側方に位置する肩１３ｂおよび内輪２１の一側方に位置する肩２３ａの肩高さを標準型深みぞ玉軸受の肩の高さより低くしてもよい。なお、標準型深みぞ玉軸受とは、外輪の一対の肩の高さおよび内輪の一対の肩の高さが同じ高さとされている軸受のことをいう。

図１乃至図３に示すように、保持器４０は、第１分割保持器４１と、その第１分割保持器４１の内側に挿入された第２分割保持器４２とからなる。

図５に示すように、第１分割保持器４１は、環状体４３の軸方向一側面に対向一対のポケット爪４４を周方向に等間隔に形成し、各対向一対のポケット爪４４間に上記環状体４３を刳り抜く平面形状が２分の１円を超える大きさの切欠部４５を設けた合成樹脂の成形品からなっている。

ここで、環状体４３の内径は、図１に示すように、ボール３１のピッチ円径（ＰＣＤ）に略等しく、外径は外輪１１の高さが高い肩１３ａの内径と高さの低い肩１３ｂの内径の範囲内とされて、外輪１１の高さの低い肩１３ｂ側から軸受内に挿入可能とされている。また、切欠部４５の内面は、ボール３１の外周に沿う球面状とされている。

一方、第１分割保持器４２は、環状体４８の軸方向他側面に対向一対のポケット爪４９を周方向に等間隔に形成し、各対向一対のポケット爪４９間に上記環状体４８を刳り抜く平面形状が２分の１円を超える大きさの切欠部５０を設けた合成樹脂の成形品からなっている。

上記環状体４８の外径は、図１に示すように、ボール３１のピッチ円径（ＰＣＤ）に略等しく、内径は内輪２１の高さの高い肩２３ｂの外径と高さの低い肩２３ａの外径の範囲内とされている。この第２分割保持器４２は、高さの低い肩２３ａ側から軸受内に挿入可能とされ、かつ、第１分割保持器４１の内側に嵌合可能とされている。また、切欠部５０の内面は、ボール３１の外周に沿う球面状とされている。

図４および図５に示すように、第１分割保持器４１と第２分割保持器４２の相互間には、第１分割保持器４１の軸方向一側部内に第２分割保持器４２の軸方向他側部を挿入して、対向一対の切欠部４５，５０により円形のポケットを形成する状態において、その第１分割保持器４１と第２分割保持器４２を軸方向に非分離とする連結手段Ｘが設けられている。

連結手段Ｘは、第１分割保持器４１の隣接する切欠部４５間に形成された柱部４３ａの先端部に内向きの係合爪４６を設け、かつ、環状体４３の内径面に上記係合爪４６と同一軸線上に溝状の係合凹部４７を形成し、第２分割保持器４２の隣接する切欠部５０間に形成された柱部４８ａの先端部に外向きの係合爪５１を設け、かつ、環状体４８の外径面に上記係合爪５１と同一軸線上に係合凹部５２を形成し、第１分割保持器４１の係合爪４６と第２分割保持器４２の係合凹部５２の係合、および、第２分割保持器４２の係合爪５１と第１分割保持器４１の係合凹部４７の係合によって、第１分割保持器４１と第２分割保持器４２とを軸方向に非分離とする構成とされている。

ここで、第１分割保持器４１および第２分割保持器４２は、深みぞ玉軸受を潤滑する潤滑油に触れるため、耐油性に優れた合成樹脂を用いるようにする。そのような合成樹脂として、ポリアミド４６（ＰＡ４６）、ポリアミド６６（ＰＡ６６）、ポリフェニレンスルファイド（ＰＰＳ）を挙げることができる。これらの樹脂は、潤滑油の種類に応じて適切なものを選択して使用すればよい。

実施の形態で示す深みぞ玉軸受は上記の構造からなり、その深みぞ玉軸受の組立てに際しては、外輪１１の内側に内輪２１を挿入し、その内輪２１の軌道溝２２と外輪１１の軌道溝１２間に所要数のボール３１を組込む。

このとき、内輪２１を外輪１１に対して径方向にオフセットして、内輪２１の外径面の一部を外輪１１の内径面の一部に当接し、その当接部位から周方向に１８０度ずれた位置に三日月形の空間を形成し、その空間の一側方から内部にボール３１を組込むようにする。

そのボール３１の組込みに際して、外輪１１のスラスト負荷側の肩１３ａや内輪２１の高さが高い肩２３ｂの肩高さＨ_１が必要以上に高い場合には、ボール３１の組込みを阻害することになるが、実施の形態では、ボール３１の球径ｄに対する肩高さＨ_１の比率Ｈ_１／ｄが、０．５０を超えることのない高さとして、外輪１１と内輪２１間にボール３１を確実に組込むことができるようにしてある。

ボール３１の組込み後、内輪２１の中心を外輪１１の中心に一致させてボール３１を周方向に等間隔に配置し、外輪１１の高さの低い肩１３ｂの一側方から外輪１１と内輪２１間に第１分割保持器４１を、その第１分割保持器４１に形成された切欠部４５内にボール３１が嵌り込むようにして挿入する。

また、内輪２１の高さが低い肩２３ａの一側方から外輪１１と内輪２１間に第２分割保持器４２を、その第２分割保持器４２に形成された切欠部５０内にボール３１が嵌り込むように挿入して、第１分割保持器４１の軸方向一側部内に第２分割保持器４２の軸方向他側部を嵌合する。

上記のように、第１分割保持器４１内に第２分割保持器４２を嵌合することにより、図１および図４に示すように、各分割保持器４１、４２に形成された係合爪４６、５１が相手方の分割保持器に設けられた係合凹部４７、５２に係合することになり、深みぞ玉軸受の組立てが完了する。

このように、外輪１１の軌道溝１２と内輪２１の軌道溝２２間にボール３１を組込んだ後、外輪１１と内輪１２間の両側方から内部に第１分割保持器４１と第２分割保持器４２とを挿入して、第１分割保持器４１内に第２分割保持器４２を嵌合する簡単な作業によって深みぞ玉軸受Ａを組立てることができる。

ここで、上記深みぞ玉軸受Ａを用いて、例えば、トランスミッションのインプットシャフト等のトルク伝達シャフトを支持し、その支持状態において、トルク伝達シャフトが回転し、外輪１１と内輪２１が相対回転すると、ボール３１は自転しつつ公転し、その公転により、保持器４０も回転し、外輪１１と内輪２１間に潤滑油が介在されていると、その潤滑油は保持器４０との接触によって連れ回されることになる。

このとき、第１分割保持器４１と第２分割保持器４２は外径が異なるため、周速に差が生じ、第１分割保持器４１との接触によって連れ回される潤滑油の流れは第２分割保持器４２との接触によって連れ回される潤滑油の流れより速くなり、流れの速い側に流れの遅い側の潤滑油が引寄せられて、軸受内部にポンプ作用が生じる。そのポンプ作用により、図１の矢印で示す方向に潤滑油が流動し、軸受内部が強制的に潤滑されることになり、深みぞ玉軸受Ａの潤滑性の向上を図ることができる。

実施の形態で示す深みぞ玉軸受においては、第１分割保持器４１の切欠部４５および第２分割保持器４２の切欠部５０の開口端にボール３１を抱き込む対向一対のポケット爪４４、４９を設け、上記第１分割保持器４１に形成された対向一対のポケット爪４４と第２分割保持器４２に設けられた対向一対のポケット爪４９を相反する方向に向く組み合わせとし、その組み合わせ状態において、係合爪４６、５１を係合凹部４７、５２に係合して、第１分割保持器４１と第２分割保持器４２を軸方向に非分離としているため、大きなモーメント荷重が負荷されてボール３１に遅れや進みが生じても、保持器４０は脱落するようなことはない。

ここで、図６（Ｉ）に示すように、係合爪４６、５１と係合凹部４７、５２間に形成される周方向すきま６０のすきま量δ_１をボール３１と切欠部４５、５０間に形成される周方向のポケットすきま６１のすきま量δ_２より大きくしておくことにより、大きなモーメント荷重が負荷されてボール３１に遅れ進みが生じ、第１分割保持器４１と第２分割保持器４２とが相対的に回転しても、係合爪４６、５１が係合凹部４７、５２の周方向で対向する側面に当接することはなく、係合爪４６、５１の損傷防止に効果を挙げることができる。

また、図６（II）に示すように、係合爪４６、５１と係合凹部４７、５２間に形成される軸方向すきま６２のすきま量δ_３をボール３１と切欠部４５、５０間に形成される軸方向のポケットすきま６３のすきま量δ_４より大きくしておくことにより、第１分割保持器４１と第２分割保持器４２に離反する方向の軸方向力が作用した際に、対向一対のポケット爪４４、４９の内面がボール３１の外周面に当接して、係合爪４６、５１が係合凹部４７、５２の軸方向端面に当接するというようなことがなくなり、係合爪４６、５１の損傷防止に効果を挙げることができる。

図１および図５では、切欠部４５、５０として、環状体４３、４８を刳り抜く平面形状が２分の１円を超える大きさであって、断面形状が円弧状とされたものを示したが、切欠部４５、５０はこれに限定されるものではない。例えば、図７に示すように、第１分割保持器４１と第２分割保持器４２の嵌合状態において円筒状のポケットを形成する平面Ｕ字形とされたものであってもよい。

図７に示す切欠部４５、５０の採用において、図７および図８に示すように、係合爪４６、５１と係合凹部４７、５２間に形成される周方向すきま６４のすきま量δ_５をボール３１と切欠部４５、５０間に形成される周方向のポケットすきま６６のすきま量δ_６より大きくしておくことにより、大きなモーメント荷重が負荷されてボール３１に遅れ進みが生じ、第１分割保持器４１と第２分割保持器４２とが相対的に回転しても、係合爪４６、５１が係合凹部４７、５２の周方向で対向する側面に当接することはなく、係合爪４６、５１の損傷防止に効果を挙げることができる。

３１ボール
４０保持器
４１第１分割保持器
４２第２分割保持器
４３ａ柱部
４４ポケット爪
４５切欠部
４６係合爪
４７係合凹部
４８ａ柱部
４９ポケット爪
５０切欠部
５１係合爪
５２係合凹部
６０周方向すきま
６１周方向のポケットすきま
６２軸方向すきま
６３軸方向のポケットすきま
６４周方向すきま
６５周方向のポケットすきま
Ｘ連結手段

Claims

合成樹脂の成形品からなる円筒形の第１分割保持器と、その第１分割保持器の内側に挿入される合成樹脂製の円筒形の第２分割保持器からなり、前記第１分割保持器の軸方向一側面と第２分割保持器の軸方向他側面に、第１分割保持器の軸方向一側部内に第２分割保持器の軸方向他側部を嵌合する組み合わせ状態でボール保持用の円形のポケットを形成する切欠部を周方向に間隔をおいて設け、前記第１分割保持器と第２分割保持器が円形のポケットを形成すると共に、第１分割保持器の軸方向他側部が第２分割保持器の軸方向他側面から軸方向に突出し、かつ、第２分割保持器の軸方向一側部が第１分割保持器の軸方向一側面から軸方向に突出する組み合わせ状態で、その両分割保持器を軸方向に非分離とする連結手段を設け、
前記連結手段が、前記第１分割保持器の隣接する切欠部間に形成された柱部の先端部に内向きの係合爪を設け、前記第２分割保持器の隣接する切欠部間に形成された柱部の先端部に外向きの係合爪を設け、第１分割保持器の係合爪を第２分割保持器の外径面に形成された係合凹部に係合し、第２分割保持器の係合爪を第１分割保持器の内径面に形成された係合凹部に係合した構成とされ、前記係合爪と係合凹部の係合部の数を３つ以上とした深みぞ玉軸受用の合成樹脂製保持器。
前記切欠部が、平面形状において２分の１円を超える円形状とされて開口端に対向一対のポケット爪を有し、断面形状がボールの外周に沿う球面状とされた請求項１に記載の深みぞ玉軸受用の合成樹脂製保持器。
前記係合爪と係合凹部間に形成される周方向すきまを径方向で対向する２つの切欠部によって形成されるポケットとそのポケット内に収容されるボール間の周方向のポケットすきまより大きくした請求項２に記載の深みぞ玉軸受用の合成樹脂製保持器。
前記係合爪と係合凹部間に形成される軸方向すきまを径方向で対向する２つの切欠部によって形成されるポケットとそのポケット内に収容されるボール間の軸方向のポケットすきまより大きくした請求項２又は３に記載の深みぞ玉軸受用の合成樹脂製保持器。
前記切欠部が、第１分割保持器と第２分割保持器の組み合わせ状態において円筒状のポケットを形成する平面Ｕ字形とされた請求項１に記載の深みぞ玉軸受用の合成樹脂製保持器。
前記係合爪と係合凹部間に形成される周方向すきまを径方向で対向する２つの切欠部によって形成されるポケットとそのポケット内に収容されるボール間の周方向のポケットすきまより大きくした請求項５に記載の深みぞ玉軸受用の合成樹脂製保持器。
前記第１分割保持器および第２分割保持器が、ポリアミド４６、ポリアミド６６およびポリフェニレンスルファイドの一種からなる請求項１乃至６のいずれかの項に記載の深みぞ玉軸受用の合成樹脂製保持器。
内径面に軌道溝が形成された外輪と、外径面に軌道溝が形成された内輪と、外輪の軌道溝と内輪の軌道溝間に組込まれたボールと、そのボールを保持する保持器とからなる深みぞ玉軸受において、
前記保持器が、請求項１乃至７のいずれかの項に記載の保持器からなることを特徴とする深みぞ玉軸受。