JP5348271B2 - 玉軸受 - Google Patents

Description

本発明は、自動車のトランスミッションなどに好ましく用いられる玉軸受に関し、更に詳しくは、プラスチック製の冠型保持器を備えた玉軸受に関する。

一般に、自動車のトランスミッションなどのように、油潤滑下で用いられる深溝玉軸受は、転動体である玉、内輪、外輪の材料として、軸受鋼であればＳＵＪ２が、肌焼鋼であればＳＣＲ４２０やＳＣＭ４２０相当の鋼材等が用いられる。また、玉を転動自在に保持するための保持器には、ＳＰＣＣからなる鉄製の波形プレス保持器又はプラスチック製の冠型保持器が使用される。

近年、環境問題の高まりから、自動車のトランスミッションを構成する軸受部品においても、極めて低トルク化のニーズが高まっている。

玉軸受の摩擦損失トルクの原因として、［１］内外輪と玉との間の転がり摩擦、［２］内外輪と玉との間のすべり摩擦、［３］玉と保持器とのすべり摩擦、［４］潤滑油の撹拌抵抗等があるが、玉軸受の低トルク化を達成する手段としては、負荷条件の軽減、軸受のサイズダウンが一般的である。

しかしながら、このような手段においては、軸受寿命や剛性低下あるいは軸受取付周辺構造が制約される等の問題がある。

また、上記［３］の観点では、近年では、トランスミッション用の玉軸受に、軽量かつ自己潤滑性に優れるプラスチック製の保持器が使用されることも増えている。

また、上記［４］の観点では、軸受への供給油量の低減又は潤滑油の低粘度化などが考えられるが、これらの手段では、軸受、ユニットの性能面で制約を受けたり、当該ユニットの動作条件（例えば、エンジンあるいはその他の回転部材の回転数）にも影響を受けるため、上記手法においてはコントロールし難いという問題がある。

一般に、トランスミッションにおいて使用される玉軸受は、特に、軸受寿命に対する要求が厳しく、特別な場合を除いては、内輪と外輪との間の空間にできるだけ玉を入れて、与えられたスペースの中で、定格荷重を最大限大きくするような設計がなされるのが一般的である。しかし、以上のような観点から、与えられた寸法の中で、最大限にトルク低減を可能にするためには、玉径及び玉数の最適化などの手法が有効となる。

従来の玉軸受用の保持器として、図８及び図９に示す冠型の構成のものがある（例えば、特許文献１参照）。図８は保持器の斜視図であり、図９は図８の保持器の部分展開図である。

保持器３１はプラスチック製であり、いわゆる冠型に成形され、環状の保持器本体３２は、軸方向の一方の面に、軸方向に向いて開口して玉を転動自在にかつ脱落不能に保持する複数のポケット３５を円周方向に並んで有する。ポケット３５は等間隔とされている。

これらポケット３５の開口端部は、ポケット開口の保持器本体周方向の両側に位置する一対の爪片３３ａ，３３ｂにより形成され、ポケット３５の内面は球面状とされている。ポケット３５の両側の爪片３３ａ，３３ｂは、互いに先端が近づく形状とされ、爪片３３ａ，３３ｂ間の入口径は玉径よりも小さくされている。

軸受の組み付けは、この爪片３３ａ，３３ｂの先端を玉３６でわずかに押し広げるスナップオン方式によって行われる。つまり、上記保持器３１に形成された爪片３３ａ，３３ｂはある程度自由に変形することが必要であり、剛性が高すぎると、組み付け性が低下したり、組み付け時に保持器３１が破損したり、永久変形により玉挿入口である開口部が大きくなって回転中に保持器３１が外れ易くなる恐れがある。

したがって、一般的なプラスチック製の保持器３１は、隣接する各ポケット３５間における爪片３３ａ，３３ｂの間に凹部３４があり、上記爪片３３ａ，３３ｂの弾性変形を可能にしている。

また、図９に示すように、一般にポケット３４内の玉３６間の距離Ｌは、
Ｌ＝πｄｍ／ｚ （ｄｍ：ＰＣＤ、ｚ：玉数）
となるように設定されている。

特開２００３−３２９０４５号公報（図２）

しかしながら、これらの爪片３３ａ，３３ｂは、保持器本体３２から湾曲しながら異なる方向に突出するという複雑な形状をしているため、軸受の回転時に不要に潤滑油を撹拌するという問題がある。

したがって、トルク低減のために、玉径を小さくしたり、玉数を減らすと、保持器３１の正面側（ポケット側）に設けられた爪片３３ａ，３３ｂによる潤滑油の撹拌抵抗による影響が無視できない。特に軸受のＰＣＤ（ピッチ円直径）が大きい場合は、爪片３３ａ，３３ｂによる潤滑油の撹拌抵抗の影響が大きい。

本発明の目的は、上記問題を解決することにあり、玉径を小さくしたり玉数を減らしたりした場合でも、潤滑油の撹拌抵抗を小さくでき低トルク化が可能な玉軸受を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記構成により達成される。

（１）内輪と、
外輪と、
前記内輪と前記外輪との間に転動自在に配設された複数の玉と、
前記玉を円周方向に沿って所定間隔に保持する複数のポケットが設けられた一つのプラスチック製保持器と、を備えた玉軸受において、
前記プラスチック製保持器は、前記各ポケットの開口端を構成する一対の爪片が周方向に複数形成され、
隣接する前記一対の爪片間には、凸部が形成され、
前記爪片と前記凸部との間には離間部が設けられており、
前記離間部と前記凸部との間はテーパ面にて接続されており、
隣接する前記ポケットに保持された玉間距離Ｌが、玉径Ｄａの２倍以上５倍以下であり、且つ、玉ＰＣＤをｄｍ、玉数をＺとすると、Ｌ＝π・ｄｍ／ｚを満たし、
前記凸部の高さＨは、Ｈ≦Ｄａ／２を満たし、
前記離間部の底面の幅は、前記開口端の幅をＷとすると、（Ｄａ−Ｗ）／２以上を満たすことを特徴とする玉軸受。

（２）前記凸部と前記テーパ面との接続部には丸みが設けられており、
前記離間部の底面の隅部には丸みが設けられており、
前記テーパ面のテーパ角度が、１〜５°であることを特徴とする（１）に記載の玉軸受。
（３）前記凸部は、軸方向から見て円弧状に形成され、
前記凸部と前記爪片との半径方向の幅は同じ幅に設定されていることを特徴とする（１）又は（２）に記載の玉軸受。

本発明の玉軸受によれば、玉数を減らしたりした場合に、保持器の爪片による潤滑油の撹拌抵抗を大幅に低減することができるので、軸受の低トルク化が可能になる。

本発明の構成は、特に、軸受のＰＣＤが大きくかつ玉数が少ない場合に有効である。
また、本発明の玉軸受は、例えば自動車用トランスミッションにおいて、低フリクションと高速回転化に有効であり、ハイブリッド車に好適に用いられる。

本発明の第１実施形態である保持器の斜視図である。 本発明の第１実施形態である玉軸受の要部断面図である。 本発明の第１実施形態の保持器の部分展開図である。 図３の要部拡大図である。 本発明の第２実施形態である保持器の斜視図である。 本発明の第２実施形態の保持器の部分展開図である。 図６の要部拡大図である。 従来の保持器の斜視図である。 図９の保持器の部分展開図である。

以下、添付図面を参照して本発明の実施形態を説明する。
図１は、本発明の第１実施形態である玉軸受用プラスチック製保持器の斜視図、図２は本発明の第１実施形態である玉軸受の要部断面図、図３は本発明の第１実施形態の保持器の部分展開図、図４は図３の要部拡大図である。

図２に示すように、玉軸受１は、玉１４を保持したプラスチック製の保持器２を内輪３及び外輪４の間に組み込んだものである。

保持器２は、図１に示す環状の保持器本体１１に所定間隔でポケット１２と、後述する凸部１３とを一体成形し、各ポケット１２に玉１４をスナップオン方式で嵌め込む構成になっている。ポケット１２は、保持器本体１１に所定量の等間隔で設けられる。なお、ポケット１２の数は、必要に応じて自在に変更できる。

本実施形態では、合計５個のポケット１２が図示されているが、各ポケット１２の構成は同一であるので、それぞれ共通の符号を付して説明する。ポケット１２の開口端は、弾性を有する一対の爪片１６ａ，１６ｂにより形成され、爪片１６ａ，１６ｂの対向する側面は玉１４を転動自在に保持するように曲面になっている。

一対の爪片１６ａ，１６ｂの上端部は、図４に拡大して示すように、玉の直径Ｄａに対し小幅Ｗに設定されている。したがって、図４に想像線で示すように、ポケット１２の開口部から玉を押し込むと、一対の爪片１６ａ，１６ｂが想像線で示すようにわずかに開く。そして、玉１４を更に押し込むことにより、玉１４は一対の爪片１６ａ，１６ｂの弾性力に抗してポケット１２内に入り込み、転動自在に収納されて保持される。

すなわち、スナップオン方式で玉１４がポケット１２内に収納され、転動自在に保持されるのであるが、収納状態では一対の爪片１６ａ，１６ｂが図４に実線で示すように、元の形状に復帰し玉１４を保持するようになる。したがって、玉１４がポケットから抜け出すことはなく、安定に転動することができる。

一対の爪片１６ａ，１６ｂの周方向に沿った外側には、離間部１８ａ，１８ｂを介して凸部１３が形成されている。そして、凸部１３の周方向の両端の側面は、１〜５°程度のテーパ面に形成されるとともに、凸部１３の頂部は平坦に形成されている。

離間部１８ａ，１８ｂの底面からの凸部１３の高さＨは爪片１６ａ，１６ｂの高さと同じであり、高さＨは玉の半径（Ｄａ／２）以下に設定されている。すなわち、玉の直径をＤａとした場合、Ｈ≦Ｄａ／２の関係に設定されている。この高さＨは離間部１８ａ，１８ｂの深さを変えることにより自在に設定される。また、離間部１８ａ，１８ｂの底面の隅部及び凸部１３の角部は０．２Ｒ程度に丸みが設定されている。

凸部１３は、保持器本体１１に設けられた各ポケット１２間に、軸方向から見た状態で円弧状に形成されている。各ポケット１２の中心間の間隔をＬとし、玉１４の径をＤａとすると、図３に示すように、Ｌ＝２Ｄａ〜５Ｄａ程度に設定されている。そして、凸部１３は各ポケット１２から離間部１８ａ，１８ｂを介してテーパ状に立ち上がり、軸方向端部が平坦に形成されている。

また、凸部１３の高さＨは爪片１６ａ，１６ｂの高さと同じであり、半径方向の幅も爪片１６ａ，１６ｂと同じ幅に形成されている。

したがって、保持器２が図２に示す状態に組み込まれて高速回転したとき、凸部１３の平坦面が爪片１６ａ，１６ｂの先端と同じ高さで円周方向に連続することによって、爪片１６ａ，１６ｂだけに特別に撹拌抵抗が発生することがなく、潤滑油の流れを整えることができ、損失トルクを大幅に少なくすることができる。

更に、玉数及びポケット数を減らしてトルク低減を図った場合、ポケット１２どうしの間隔が長くなるが、ポケット１２間には従来のような凹部が連続しておらず、凸部１３が連続しているので、爪片１６ａ，１６ｂの近傍で潤滑油の撹拌が生じることがなく、損失トルクを大幅に少なくすることができる。

玉１４をスナップオン方式でポケット１２内に収納するには、一対の爪片１６ａ，１６ｂが弾性的に開かなければならない。一方、保持器本体１１はプラスチック製であり、爪片１６ａ，１６ｂはもとより、離間部１８ａ，１８ｂ、凸部１３も一体成形されるものである。したがって、成型工程に続く冷却時の収縮により、爪片１６ａ，１６ｂが保持器２の半径方向内方へ倒れることを防止する必要がある。

仮に、爪片１６ａ，１６ｂが保持器２の半径方向内方に傾いた場合、寸法精度が得られなくなり、玉１４のスナップオンができなくなるばかりか、高速回転時に保持器２の剛性が不足して遠心力による外開きの変形を受けて保持器２が破損する恐れがある。

そこで、本実施形態では、このような問題を未然に防止するためと、組み付け時における爪片１６ａ，１６ｂの弾性変形を阻害しないために、離間部１８ａ，１８ｂの底部における最小幅が爪片１６ａ，１６ｂの弾性変形量（（Ｄａ−Ｗ）／２）以上になるように設定されている。このような構成によれば、組み付け時の問題発生を未然に防止できる。

次に、本発明の第２実施形態を説明する。図５は第２実施形態の保持器の斜視図、図６は第２実施形態の保持器の部分展開図、図７は図６の要部拡大図である。

第２実施形態が第１実施形態と異なるのは、離間部２０ａ，２０ｂの構成である。上記のように、離間部２０ａ，２０ｂの底部における最小幅は爪片１６ａ，１６ｂの弾性変形量以上に設定されているが、第２実施形態では離間部２０ａ，２０ｂの幅が第１実施形態よりも狭くなっている。他の構成は、第１実施形態と同じであるので、第１実施形態と同じ構成については図５〜図７に同符号を付しその説明は省略するが、同じ構成による作用効果は第１実施形態と同じである。

このように、離間部２０ａ，２０ｂの幅が狭く爪片１６ａ，１６ｂと凸部１３とが近接していることにより、爪片１６ａ，１６ｂと凸部１３とが一体で潤滑油を整流し、爪片１６ａ，１６ｂによる潤滑油の撹拌作用は発生しない。

なお、離間部２０ａ，２０ｂの幅は、爪片１６ａ，１６ｂの弾性変形に支障を来たさない範囲で狭いほど好ましく、凸部１３による潤滑油の整流作用は第１実施形態よりも第２実施形態の方が優れている。

１ 軸受
２，２２，３１ 保持器
３ 内輪
４ 外輪
１１，３２ 保持器本体
１２，３５ ポケット
１３ 凸部
１４ 玉
１６ａ，１６ｂ，３３ａ，３３ｂ 爪片
１８ａ，１８ｂ，２０ａ，２０ｂ 離間部

Claims (3)

1. 内輪と、
   外輪と、
   前記内輪と前記外輪との間に転動自在に配設された複数の玉と、
   前記玉を円周方向に沿って所定間隔に保持する複数のポケットが設けられた一つのプラスチック製保持器と、を備えた玉軸受において、
   前記プラスチック製保持器は、前記各ポケットの開口端を構成する一対の爪片が周方向に複数形成され、
   隣接する前記一対の爪片間には、凸部が形成され、
   前記爪片と前記凸部との間には離間部が設けられており、
   前記離間部と前記凸部との間はテーパ面にて接続されており、
   隣接する前記ポケットに保持された玉間距離Ｌが、玉径Ｄａの２倍以上５倍以下であり、且つ、玉ＰＣＤをｄｍ、玉数をＺとすると、Ｌ＝π・ｄｍ／ｚを満たし、
   前記凸部の高さＨは、Ｈ≦Ｄａ／２を満たし、
   前記離間部の底面の幅は、前記開口端の幅をＷとすると、（Ｄａ−Ｗ）／２以上を満たすことを特徴とする玉軸受。
2. 前記凸部と前記テーパ面との接続部には丸みが設けられており、
   前記離間部の底面の隅部には丸みが設けられており、
   前記テーパ面のテーパ角度が、１〜５°であることを特徴とする請求項１に記載の玉軸受。
3. 前記凸部は、軸方向から見て円弧状に形成され、
   前記凸部と前記爪片との半径方向の幅は同じ幅に設定されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の玉軸受。

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