JP2018179049A - 転がり軸受 - Google Patents

Abstract

【課題】軸受の大型化・高速化に対しても、変形を抑制可能な転がり軸受を提供する。
【解決手段】外輪と、内輪と、前記外輪と該内輪との間に設けられた転動体と、該転動体を周方向で互いに間隔をもった状態にて保持するための保持器と、を有する転がり軸受において、前記保持器は、円環状の基部と該基部から軸方向一方側に立ち上げられた柱部と該柱部の先端に設けられた弾性片とを有し、該基部、柱部および弾性片によって前記転動体を収容するポケットが形成されている樹脂製の保持器本体と、円環状の基底部と該基底部から前記軸方向一方側に立ち上げられた柱状部とを有し、全体が略筒状で、くし状の板状体とされた補強板と、を備え、前記補強板は前記保持器本体に一体に埋め込まれてなる。
【選択図】図１

Description

本発明は、例えば自動車のエンジン補機、特に電動機の機能と発電機の機能とが一体となったインテグレーテッド・スタータ・ジェネレータの回転軸を支持するのに好適な転がり軸受に関する。

従来より、エンジンの回転動力を利用し、クランクシャフトの端部に固定したクランクプーリと自動車用のエアコンディショナに使用するコンプレッサ等の補機に設けられた従動プーリや、上記クランクプーリとカムシャフトの端部に固定したカムプーリとの間で、無端ベルト、タイミングベルト、チエーン等（以下これらをまとめて単に「ベルト」という。）を掛け渡して回転力を伝達する回転力伝達機構が用いられている（後述する図６参照）。

図５は、特許文献１に記載されている、このような補機の一種であるオルタネータ１００の一例を示したものである。図５に示すように、回転軸１０３は一対の軸受１１０、１１０（深溝玉軸受）を介して車体（シリンダーブロック）に取り付けられたケーシング１０２に回転自在に支持されている。この回転軸１０３の中間部には、ロータ１０５と整流子１０６とが一体に設けられている。また、この回転軸１０３の一端部（図５の左端部）で上記ケーシング１０２外に突出した部分には従動プーリ１０７が固定されている。

この従動プーリ１０７は、回転軸１０３の上記一端部に形成されている雄ねじ部１０３ａに、内周に雌ねじ１０９ａが形成されたナット１０９を螺合させて軸方向に締め付けることにより、回転軸１０３と一体回転するように取り付けられている。オルタネータ１００が車体へ組み付けられた状態で、この従動プーリ１０７にベルトを掛け渡し、エンジンのクランクシャフトにより、回転軸１０３を回転駆動自在とする。

なお、図示は省略されているが、深溝玉軸受１１０は、軌道輪としての外輪１１２と内輪１１４との間に設けられた転動体１１６（玉）を周方向に所定の間隔を持って配置するための保持器を有する。かかる保持器としては、一般的には、金属製のプレス保持器や樹脂製の冠型保持器（後述の図７参照）が使用される。

上述したオルタネータ１００は、バッテリへの給電によりバッテリを充電する発電機としての機能を有するが、近年、更に自動車を始動させるときの電動機としての機能を統合させたインテグレーテッド・スタータ・ジェネレータ（以下単に「スタータ・ジェネレータ」という場合もある。）が採用されてきている。図６は、特許文献２に記載されている、かかるインテグレーテッド・スタータ・ジェネレータ２００を採用した回転力伝達機構の一例を示したものである。

背景には、燃費節減、二酸化炭素排出量削減効果を期待して、信号待ちなどのクルマを停止させたときに自動的にエンジンを切り、発進時にエンジンを再始動させるアイドリングストップ機能を備えた車両が、増加しつつあるという状況がある。かかるアイドリングストップ機能を備えた車両の場合、車両始動時にはスタータモータを使用してエンジンを作動させ、アイドリングストップ時からエンジンを再始動させる場合は、オルタネータを使用してエンジンを作動させるのが一般的である。しかしながら、このような使い分けは構成が複雑化するために、電動機（スタータモータ）と発電機（オルタネータ）の機能を一体化させたインテグレーテッド・スタータ・ジェネレータが登場してきた。

図６に示された回転力伝達機構２３０においては、エンジン２３２内のピストン（不図示）と連結されたクランクシャフト２３４に、クランクシャフトプーリ２３４ａが固定されている。そして、クランクシャフト２３４の回転力を、スタータ・ジェネレータ２００、エアコン用コンプレッサ２３６などの補機類の回転軸に伝達するために、ベルト２４０が使用されている。すなわち、スタータ・ジェネレータ２００の回転軸２００ｂにプーリ２００ａが、エアコン用コンプレッサ２３６の本体に回転軸２３６ｂと一体回転可能にコンプレッサプーリ２３６ａが、それぞれ設けられ、上記クランクシャフトプーリ２３４ａとこれら各プーリ２００ａ、２３６ａの間にベルト２４０が掛け渡されることで、クランクシャフト２３４の回転力が、各回転軸２００ｂ、２３６ｂに伝達される。なお、２３８、２３８は、ベルト２４０に張力を付与するための一対のテンションプーリである。

かかるスタータ・ジェネレータ２００を採用することで、従来の発電機と電動機の機能が統合されていることにより構成の複雑化が防止されている。ところで、かかるスタータ・ジェネレータ２００においては、アイドリングストップ時からの再始動時に、クランクシャフト２３４およびフライホイール（不図示）を回転させるために大きな回転力を伝達する必要があるため、ベルト２４０の張力は高めに設定されている。かかる張力に耐えるために、スタータ・ジェネレータの回転軸を支持する転がり軸受は、寿命確保の観点から、軸受サイズがサイズアップされている。このように軸受サイズがサイズアップされると、回転軸の回転数が従来と同一ならば、転動体を所定間隔で保持している保持器に作用する遠心力が増加するために、かかる遠心力に対する変形対策が必要となってくる。

図７は、特許文献３に記載された、剛性を向上させた冠型保持器の一例を示したものである。冠型保持器３１８は、保持器本体３２２と金属板３２４とを有している。保持器本体３２２は円環部３２２ａと柱部３２２ｂとを有し、柱部３２２ｂの先端には一対の弾性片３２２ｃ、３２２ｃが形成されている。これら円環部３２２ａと柱部３２２ｂと弾性片３２２ｃとで、ポケット３２２ｄが形成され、かかるポケット３２２ｄ内に転動体としての玉３１６が収容されるようになっている。円環部３２２ａのポケット３２２ｄが形成されている側と軸方向（図７の左右方向）反対側には、金属板３２４が接着等により一体に設けられている。かかる金属板３２４が一体に設けられていることにより、円環部３２２ａの剛性を向上させ、これにより、冠型保持器３１８が矢印Ｃ方向に回転し遠心力が作用しても、柱部３２２ｂ先端の拡径、すなわち矢印Ｒ方向への変形が防止されるようになっている。

しかしながら、前述したアイドリングストップ機能を備えた車両において、スタータ・ジェネレータを採用する場合には、上述したとおり、大きいベルト張力に対応するため、従来以上の軸受の大型化が必要となる。そしてかかるスタータ・ジェネレータは、車両走行時は従来通り発電機としての機能を果たすため高速回転も要求される。従って、かかる大型化・高速化に対応するための転がり軸受に使用される冠型保持器における変形抑制技術は、保持器の軌道輪との接触回避や、玉をポケット内の所定位置に収容することで潤滑性能を確保するために重要な技術となってくる。

特開２００８−２２３９１０号公報 特開２０１５−６３９２２号公報 特開平８−１４５０６１号公報

本発明は、上述の様な事情に鑑み、軸受の大型化・高速化に対しても、変形を抑制可能な転がり軸受を提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明に係る転がり軸受は以下のように構成される。
（１）外輪と、
内輪と、
前記外輪と該内輪との間に設けられた転動体と、
該転動体を周方向で互いに間隔をもった状態にて保持するための保持器と、
を有する転がり軸受において、
前記保持器は、
円環状の基部と、該基部から軸方向一方側に立ち上げられた柱部と、該柱部の先端に設けられた弾性片とを有し、該基部、柱部および弾性片によって前記転動体を収容するポケットが形成されている樹脂製の保持器本体と、
円環状の基底部と、該基底部から前記軸方向一方側に立ち上げられた柱状部とを有し、全体が略筒状で、くし状の板状体とされた補強板と、を備え、
前記補強板は前記保持器本体に一体に埋め込まれてなる転がり軸受。
（２）前記補強板の基底部と柱状部とはほぼ同一の幅とされている上記（１）記載の転がり軸受。
（３）前記柱状部の幅は軸方向先端側の幅が前記基底部側に対し広くなっている上記（１）又は（２）記載の転がり軸受。
（４）前記補強板は金属製である上記（１）〜（３）記載の転がり軸受。

本発明によれば、保持器は樹脂製の保持器本体と略筒状の板状体とされた補強板とを有し、補強板は前記保持器本体に一体に埋め込まれてなることで、樹脂製の保持器本体が補強板によって補強されるため、軸受の大型化・高速化に対しても、変形を抑制可能な転がり軸受を得ることができる。

本発明の実施形態に係る転がり軸受の断面図である。 図１の保持器を取り出して示す斜視図である。 保持器を構成する補強板を取り出して示す斜視図である。 図２において補強板を有しない場合の保持器本体の参考斜視図である。 補機の一例としてのオルタネータの断面図である。 スタータ・ジェネレータを備えた回転力伝達機構の一例を示す参考図である。 冠型保持器の従来例の一例を示す斜視図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を適宜参照しつつ説明する。図１は本発明の実施形態である転がり軸受の断面図を示したものであり、図２は保持器を取り出して示した斜視図、図３は保持器を構成している補強板の斜視図、図４は参考図であり図２において補強板を有しない場合の保持器本体の斜視図である。

転がり軸受１０（以下単に「軸受」ともいう。）は、例えば図５に示す回転軸１０３を支持するためのもので、単列の深溝玉軸受である。この転がり軸受１０は、固定側の軌道輪としての外輪１２と、回転側の軌道輪としての内輪１４と、外輪１２と内輪１４との間に転動可能に配置される複数の転動体１６と、転動体１６を保持する保持器１８と、一対のシール部材２０、２０と、を備えている。

外輪１２は、好ましくは軸受鋼（例えばＳＵＪ２）製とされ、内周面に外輪軌道溝１２ａが形成されている。また、軸方向（図１の左右方向）両端部には、シール部材２０、２０を取付けるためのシール溝１２ｂ、１２ｂが形成されている。

内輪１４は、好ましくは軸受鋼（例えばＳＵＪ２）製とされ、外周面に上記外輪軌道溝１２ａと対向する内輪軌道溝１４ａが形成されている。内周面は円筒状とされて、回転軸に固定されるようになっている。

転動体としての玉１６は、好ましくは軸受鋼（例えばＳＵＪ２）製とされ、外輪軌道溝１２ａと内輪軌道溝１４ａとの間に転動可能に配置されている。

保持器１８は、複数の玉１６を周方向にほぼ等間隔に配置するためのもので、軸方向の一端側（図１右方側）が開口している冠型保持器である。この保持器１８は、図２に示すように、ナイロン４６、ナイロン６６、ポリフェニレンサルファイド（ＰＰＳ）、ポリ四フッ化エチレン（ＰＴＦＥ）、ポリエーテルエーテルケトン（ＰＥＥＫ）等の合成樹脂製の保持器本体２２と、好ましくは金属製の補強板２４とを有している。

保持器本体２２は、図４に示すように、円環状の基部２２ａと、この基部２２ａから軸方向一方側に立ち上げられた柱部２２ｂと、この柱部２２ｂの先端に設けられた弾性片２２ｃとを有し、これら基部２２ａ、柱部２２ｂおよび弾性片２２ｃによって前記玉１６を収容するポケット２２ｄが形成されている。

補強板２４は、図３に示すように、円環状の基底部２４ａと、この基底部２４ａから前記軸方向一方側に立ち上げられた柱状部２４ｂとを有し、全体が略筒状で、くし状の板状体とされている。補強板２４の作製に当たっては、冷間圧延鋼板等の鋼板から、プレス成形によって、図３の状態を周方向に展開したくし状の部材を打ち抜き、このくし状の部材を筒状に屈曲させた後に端面同士を互いに突合せ、溶接等で一体化する。このとき、補強板の基底部２４ａとなる部分と柱状部２４ｂとなる部分とがほぼ同一の幅とされていると、プレス成形時の局所的な変形を抑えることができる。

また保持器１８の作製に当たっては、上記補強板２４の表面に接着剤を塗布したのち、この補強板２４を金型内にセットして、射出成形機にてインサート成形することにより、樹脂を補強板２４上に一体にモールド成形する。かかる方法で、図２に示す保持器１８が作製されることで、金属製の補強板２４が樹脂製の保持器本体２２内に埋設された状態にもたらされる。特に、くし状の補強板２４のくしに相当する柱状部２４ｂが保持器本体２２の柱部２２ｂ内に埋設されてなることで、保持器本体の柱部２２ｂが補強され、図７の矢印Ｒで示すような、弾性片２２ｃの径方向外方への変形が抑えられるようになっている。

さらに、補強板２４の柱状部２４ｂの幅が、先端側（図２の右方側）が基底部２４ａ側に対して広くなっていると、保持器本体２２から補強板２４が図２左方に抜け出てしまうのを防止できる。

図１に戻って、一対のシール部材２０、２０は、それぞれ金属製の芯金２０ａと、この芯金２０ａと一体で内径側にシールリップ部２０ｃを備えた弾性部材２０ｂとを有し、シール部材２０の外径側が、外輪内周に形成されたシール溝１２ｂと係合することで、外輪１２に一体に固定されている。

次に、軸受１０の作動について説明する。

本実施形態の軸受１０は、外輪１２が、例えばスタータ・ジェネレータのケーシング（図５のケーシング１０２参照）に取付けられ、内輪が回転軸（同図５の回転軸１０３参照）に一体に取り付けられて使用される。エンジン内のクランクシャフトの回転力が、回転力伝達機構を介して従動プーリ（同図５のプーリ１０７参照）に伝達されるとき、前述した通り、ベルト張力が高められていることにより、従動プーリを介して回転軸には高荷重が作用し、またこの回転軸は高速で回転する。高荷重を支持するために軸受１０はサイズアップされていて、高速回転することにより軸受１０を構成している転動体１６や保持器１８等にはそれぞれ従来以上の遠心力が作用する。

しかしながら、本実施形態にあっては、保持器本体２２内に全体が略筒状で、くし状の板状体とされた補強板２４が埋設され、補強板２４の柱状部２４ｂが保持器本体２２の柱部２２ｂを補強しているため、柱部２２ｂおよび先端の弾性片２２ｃが径方向外側に変形するのを抑制される。また、補強板２４は略筒状で、くし状の板状体とされスリム化・コンパクト化されているために、保持器１８の重量の増加を抑え遠心力が増大するのを抑えている。

以上説明したとおり、本実施形態によれば、保持器１８は樹脂製の保持器本体２２と、略筒状で、くし状の板状体とされた補強板２４とを有し、この補強板２４は保持器本体２２に一体に埋め込まれてなることで、樹脂製の保持器本体２２が補強板２４によって補強されるため、軸受の大型化・高速化に対しても、変形を抑制可能な転がり軸受を得ることができる。

なお、本発明の転がり軸受は上記実施形態に例示したものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。例えば、用途はスタータ・ジェネレータの回転軸を支持する用途だけでなく、自動車のエンジン補機のエアコン用コンプレッサ等の回転軸を支持する用途のような、高荷重・高速回転に対応する必要があるような用途にも使用できる。

また補強板は金属製に限らず、例えば炭素繊維等で補強されたナイロン４６、ナイロン６６、ＰＰＳ、ＰＴＦＥ、ＰＥＥＫのような合成樹脂製とされていてもよい。

１０ 転がり軸受
１２ 外輪
１４ 内輪
１６ 玉
１８ 保持器
２０ シール
２２ 保持器本体
２２ａ 基部
２２ｂ 柱部
２２ｃ 弾性片
２２ｄ ポケット
２４ 補強板２４
２４ａ 基底部
２４ｂ 柱状部

Claims (4)

1. 外輪と、
   内輪と、
   前記外輪と該内輪との間に設けられた転動体と、
   該転動体を周方向で互いに間隔をもった状態にて保持するための保持器と、
   を有する転がり軸受において、
   前記保持器は、
   円環状の基部と、該基部から軸方向一方側に立ち上げられた柱部と、該柱部の先端に設けられた弾性片とを有し、該基部、柱部および弾性片によって前記転動体を収容するポケットが形成されている樹脂製の保持器本体と、
   円環状の基底部と、該基底部から前記軸方向一方側に立ち上げられた柱状部とを有し、全体が略筒状で、くし状の板状体とされた補強板と、を備え、
   前記補強板は前記保持器本体に一体に埋め込まれてなること
   を特徴とする転がり軸受。
2. 前記補強板の基底部と柱状部とはほぼ同一の幅とされている請求項１記載の転がり軸受。
3. 前記柱状部の幅は軸方向先端側の幅が前記基底部側に対し広くなっている請求項１又は２記載の転がり軸受。
4. 前記補強板は金属製である請求項１〜３記載の転がり軸受。
   
   

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