JP2005321006A - 転がり軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 クリープおよびフレッティングの発生を効果的に防止できる構造を備えた転がり軸受装置を提供すること。
【解決手段】 転がり軸受装置１００は、外輪２１の外周面に転動体２５の幅と略同一間隔で軸方向に離間して形成された２つのＯリング溝２１ｂと、当該Ｏリング溝２１ｂそれぞれに装着されたフッ素系ゴム製のＯリング３３と、転がり軸受装置１００内に封入されたフッ素系増ちょう剤を含有するグリース３１と、を備えている。２本のＯリング３３は、硬度がＨｓ７０であり、Ｏリング３３の線径Ｄの２０％〜４０％のつぶし代ｄをもってハウジング３５に装着される。
【選択図】 図１

Description

本発明は、転がり軸受装置に関し、例えば、半導体設備に用いられるドライ真空ポンプのスクリュー軸等の支持に用いると好適な転がり軸受装置に関する。

半導体設備に用いられるドライ真空ポンプのスクリュー軸等を支持する転がり軸受装置は、極めて過酷な条件で使用されるため、２〜３年毎に交換される。転がり軸受装置の交換作業を容易に行なえるようにするために、内輪と軸との嵌合、および外輪とハウジングとの嵌合は、しめ代を持たない、いわゆる止まり嵌め或いはすきま嵌めにより為されている。

従って、荷重が負荷された状態で軸と共に内輪が回転すると、軸の回転に伴って生じる外輪のハウジングに対する相対回転、いわゆるクリープや、外輪とハウジング間の繰り返し微小滑りによる摩耗、いわゆるフレッティングが発生し易い。クリープ力等は、転がり軸受装置に負荷される荷重に比例して大きくなり、従って、クリープやフレッティング損傷は、荷重の大きさに比例して発生し易くなる。

このようなクリープやフレッティングを防止する技術としては、外輪にピンを植設し、そのピンをハウジングに設けた溝穴に係合させたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

図４に示されるように、転がり軸受装置（クリープ防止軸受）１０は、外輪３と、内輪４と、転動体である複数の玉５と、玉５を転動自在に保持する保持器６と、シールド板７と、を備え、シールド板７により密封された軸受１０内部にグリース８が封入されている。そして、外輪３の外周面に半径方向に明けられた穴３ａにピン１を植設し、ハウジング２に形成した溝穴２ａにピン１を係合させることにより、ハウジング２に対する外輪３の相対回転が防止される。
実開平３−７８１３１号公報（第２図）

しかしながら、このようなピン１を有する転がり軸受装置１０がドライ真空ポンプのスクリュー軸の支持等のように過酷な条件で使用されると、ピン１が損傷する可能性が高く、ピン１の破損によって転がり軸受装置１０自体が大きな損傷を受けたり、転がり軸受装置１０の近傍に配置された重要部品、例えばドライ真空ポンプのスクリュー軸やスクリュー等を破損する虞があり、転がり軸受装置１０が組み込まれた機器（例えば、ドライ真空ポンプ）の機能が維持できなくなる可能性があった。

本発明は、前述した事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、クリープおよびフレッティングの発生を効果的に防止できる構造を備えた転がり軸受装置を提供することにある。

前述した目的を達成するため、本発明に係る転がり軸受装置は、下記（１）および（２）を特徴としている。
（１）内輪軌道面が形成された外周面を有する内輪と、
外輪軌道面が形成された内周面を有する外輪と、
前記内輪軌道面と前記外輪軌道面との間で周方向に転動自在に配設された複数の転動体と、
前記転動体を挟むように前記内輪および前記外輪の一方に装着された一対の円環形状の密封装置と、
前記外輪の外周面に前記転動体の幅と略同一間隔で軸方向に離間して形成された２つのＯ（オー）リング溝と、
前記Ｏリング溝にそれぞれ装着されたフッ素系ゴム製のＯリングと、
を備えた転がり軸受装置であって、
フッ素系増ちょう剤を含有するグリースが封入されていること。
（２）上記（１）の転がり軸受装置であって、前記Ｏリングは、その硬度がＨｓ７０であり、前記転がり軸受装置がハウジングへ装着される際に潰される前記Ｏリングのつぶし代が前記Ｏリングの線径の２０％〜４０％であること。

上記（１）の転がり軸受装置によれば、外輪の外周面に転動体の幅と略同一間隔で軸方向に離間して形成された２つのＯリング溝と、当該Ｏリング溝にそれぞれ装着されたフッ素系ゴム製のＯリングと、を備えているので、転がり軸受装置は、Ｏリングが径方向に潰された状態でハウジングに圧入されて装着される。これにより、転がり軸受装置に作用するラジアル方向の振動運動が減衰され、クリープおよびフレッティングの発生が防止される。
また、上記（１）の転がり軸受装置によれば、Ｏリングをフッ素系素材のものとしたので、真空中に曝されてもＯリングが劣化することはない。その上、フッ素系素材のＯリングは反応性ガスとも反応せず、転がり軸受装置が反応性ガスを吸引する真空ポンプに用いられても、Ｏリングは劣化せずに安定して封止することができる。
また、上記（１）の転がり軸受装置によれば、２つのＯリング溝は、転動体の幅と略同一間隔で軸方向に離間して形成されているので、Ｏリング溝を設けることにより外輪の肉厚が著しく薄くはならず、十分な強度が確保される。
また、上記（１）の転がり軸受装置によれば、転がり軸受装置内に封入されたグリースは、フッ素系増ちょう剤を含有するので、転がり軸受装置が真空ポンプに用いられて真空中に曝されても、グリースからのグリース成分の蒸発は極めて少なく、よってグリースの劣化やグリース成分の蒸発による環境汚染が防止される。
従って、上記（１）の転がり軸受装置は、ドライ真空ポンプのスクリュー軸の支持等のように過酷な使用条件においても、長期間性能が劣化することがないので安定して用いられる。よって、転がり軸受装置の長寿命化が図られ、転がり軸受装置が組み込まれる機器の信頼性を向上させることができる。
また、上記（２）の転がり軸受装置によれば、Ｏリングは、その硬度がＨｓ７０であり、転がり軸受装置がハウジングへ装着される際に潰されるＯリングのつぶし代がＯリングの線径の２０％〜４０％であるので、外輪に作用するクリープ力よりも大きな力で外輪がハウジングに保持され、クリープおよびフレッティングの発生が防止され、よって、転がり軸受装置の長寿命化が図られる。

本発明の転がり軸受装置によれば、例えばドライ真空ポンプのスクリュー軸の支持等のような過酷な使用条件においても、クリープおよびフレッティングの発生が防止され、転がり軸受装置の寿命を長期化することができる。また、これによって、本発明の転がり軸受装置が組み込まれる機器の信頼性を向上させることができる。

以上、本発明について簡潔に説明した。更に、以下に説明される発明を実施するための最良の形態を添付の図面を参照して通読することにより、本発明の詳細は更に明確化されるであろう。

以下、本発明に係る好適な実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

（第１実施形態）
図１は本発明の第１実施形態である転がり軸受装置の上半部の縦断面図である。図１に示されるように、本発明の転がり軸受装置１００は、外輪２１と、内輪２３と、外輪２１と内輪２３との間で周方向に転動自在に配設された複数の転動体である玉２５と、玉２５を挟むように外輪２１に装着された円環形状の密封装置であるシールド板２７と、保持器２９と、を備えた玉軸受装置である。

外輪２１の内周面には玉２５の外輪軌道溝を画成する外輪軌道面２１ａが形成され、内輪２３の外周面にも玉２５の内輪軌道溝を画成する内輪軌道面２３ａが形成されている。外輪軌道面２１ａと内輪軌道面２３ａとの間には、保持器２９により転動自在に保持された複数の玉２５が配設される。玉２５の両側に配置されたシールド板２７は、転がり軸受装置１００内に封入されたグリース３１が転がり軸受装置１００の外部へ漏れるのを防止する。

グリース３１は、鉱油或いは合成油（ジエステル油、多価エステル油、合成炭化水素油、シリコン油、フッ素油、等）からなる基油に、耐熱性有機質増ちょう剤の一種であるフッ素系増ちょう剤、および必要に応じて各種の添加剤が添加された半固体状の潤滑剤である。

外輪２１の外周面には、玉２５の幅（径）と略同一間隔で軸方向に離間した２つのＯリング溝２１ｂが形成されている。それぞれのＯリング溝２１ｂには、フッ素系ゴムを素材とするＯリング３３が装着され、その一部はつぶし代ｄとして外輪２１の外周面から突出する。Ｏリング３３の硬度はＨｓ７０であり、つぶし代ｄはＯリング３３の線径Ｄの２０％〜４０％となっている。

このような転がり軸受装置１００は、ハウジング３５に形成されたハウジング穴３５ａに挿入されてハウジング３５に装着される。ハウジング穴３５ａと外輪２１との嵌合は、止まり嵌め、或いは隙間嵌めであり、外輪２１のＯリング溝２１ｂに装着された硬度がＨｓ７０の２本のＯリング３３が、当該Ｏリング３３の線径Ｄの２０％〜４０％のつぶし代ｄを潰された状態でハウジング穴３５ａに圧入される。

次に、本実施形態の作用を説明する。転がり軸受装置１００が組み込まれた機器、例えばドライ真空ポンプ等の運転に伴って、転がり軸受装置１００にはラジアル方向の振動が作用するが、ラジアル方向の振動運度は、２本のＯリング３３の弾性作用によって減衰される。この結果、外輪２１の連れ回り、即ちクリープの発生が防止され、またフレッティングも阻止される。更に、転がり軸受装置１００には、軸の熱膨張や機器の運転によりスラスト荷重が作用するが、該スラスト荷重も２本のＯリング３３の弾性作用によって吸収することができ、異常スラスト荷重による焼付きも防止される。

ここで、Ｏリング３３の硬度をＨｓ７０とし、つぶし代ｄをＯリング３３の線径Ｄの２０％〜４０％とした理由を説明する。Ｏリング３３の硬度がＨｓ７０よりも大幅に大きいとＯリング３３の弾性力が不足してラジアル方向の振動運度やスラスト荷重を効率よく吸収できず、またＯリング３３の硬度がＨｓ７０よりも大幅に小さいとハウジング３５に対する固定力が不足してクリープ発生の一因となるからである。また、図２に示されるように、つぶし代ｄと耐クリープ力Ｐとの間、そしてつぶし代ｄとゴム寿命ＬＴとの間には相関関係があり、耐クリープ力Ｐはつぶし代ｄの大きさに比例して大きくなる。一方、ゴム寿命ＬＴはつぶし代ｄに反比例して短くなる傾向がある。

つぶし代ｄをＯリング３３の線径Ｄの２０％〜４０％としたのは、Ｏリング３３の硬度をＨｓ７０程度とした場合、つぶし代ｄが２０％未満だと必要とする耐クリープ力Ｐが得られず、また、つぶし代ｄが４０％よりも大きいとＯリング３３のゴム寿命ＬＴ（Ｏリング３３が所定の硬度に劣化するまでの時間であり、無負荷状態のＯリング３３の劣化時間との比で示す。）が略８０％以下となって使用可能時間が実用に耐えないからである。従って、耐クリープ力Ｐ、ゴム寿命ＬＴの両者を満足させるつぶし代ｄとしてＯリング３３の線径Ｄの２０％〜４０％の範囲が適切な範囲として設定される。

Ｏリング３３はフッ素系ゴムを素材として形成されているので、Ｏリング３３が真空或いは反応性ガスに曝されてもＯリング３３が劣化することはない。従って、転がり軸受装置１００がドライ真空ポンプ等に用いられても過酷な条件に十分耐えて長期間安定した性能を発揮する。また、グリース３１はフッ素系増ちょう剤を含有するので、転がり軸受装置１００が真空に曝されても、グリース３１からのグリース成分の蒸発は極めて少なく、グリース３１の劣化やグリース成分の蒸発による環境汚染が防止される。

また、Ｏリング溝２１ｂを２本とし、その間隔を玉２５の幅（径）と略同一間隔としたのは、３本以上のＯリング溝２１ｂを外輪２１の幅内に形成するのは物理的に無理であり、また、Ｏリング溝２１ｂを１本にすると１本のＯリング３３だけでは必要とする耐クリープ力Ｐを得難く、またＯリング３３の寿命を長寿命化し難いからである。Ｏリング溝２１ｂを玉２５の幅と略同一間隔で軸方向に離間させて２本設けることにより、外輪２１の肉厚が確保されて十分な強度が確保され、外輪２１、即ち転がり軸受装置１００は安定してハウジング穴３５ａ内に保持される。尚、Ｏリング溝２１ｂの間隔が、外輪２１の肉厚を薄くさせる箇所である外輪軌道溝の幅以上、換言すれば、外輪軌道面２１ａの幅以上であることがより好ましいことは言うまでもない。

転がり軸受装置１００によれば、外輪２１の外周面に転動体２５の幅と略同一間隔で軸方向に離間して形成された２つのＯリング溝２１ｂと、当該Ｏリング溝２１ｂそれぞれに装着されたフッ素系ゴム製のＯリング３３と、を有しているので、転がり軸受装置１００はＯリング３３が径方向に潰された状態でハウジング３５に圧入されて装着される。これにより、転がり軸受装置１００に作用するラジアル方向の振動運動が減衰され、クリープおよびフレッティングの発生が防止される。また、Ｏリング３３をフッ素系素材のものとしたので、真空中に曝されてもＯリング３３が劣化することはない。更に、フッ素系素材のＯリング３３は反応性ガスとも反応せず、転がり軸受装置１００が、反応性ガスを吸引する真空ポンプに用いられても、Ｏリング３３が劣化することなく、安定して封止される。また、２つのＯリング溝２１ｂが、転動体２５の幅と略同一間隔で軸方向に離間して形成されているので、Ｏリング溝２１ｂを設けることにより外輪２１の肉厚が著しく薄くはならず、十分な強度が確保される。

また、転がり軸受装置１００によれば、転がり軸受装置１００内に封入されたグリース３１は、フッ素系増ちょう剤を含有するので、真空ポンプに用いられて転がり軸受装置１００が真空に曝されても、グリース３１からのグリース成分の蒸発は極めて少なく、グリース３１の劣化やグリース成分の蒸発による汚染が防止される。

更に、転がり軸受装置１００によれば、Ｏリング３３は、その硬度がＨｓ７０であり、つぶし代ｄがＯリング３３の線径Ｄの２０％〜４０％であるので、外輪２１に作用するクリープ力Ｐよりも大きな力で外輪２１がハウジング３５に保持され、それによりクリープの発生が防止される。よって、Ｏリング３３の寿命を長期化することができる。

従って、転がり軸受装置１００は、ドライ真空ポンプのスクリュー軸の支持等のように過酷な使用条件においても、長期間性能が劣化することがないので安定して用いられる。よって、転がり軸受装置１００の長寿命化が図られ、転がり軸受装置１００が組み込まれる機器の信頼性を向上させることができる。

（第２実施形態）
次に、転がり軸受装置の第２実施形態（転がり軸受装置２００）について図３を参照して説明する。図３は本発明の第２実施形態である転がり軸受装置の上半部の縦断面図である。

図３に示されるように、転がり軸受装置２００は、外輪５１の径方向肉厚ｔ１が内輪２３の径方向肉厚ｔ２と比較して厚く形成されており、それ以外は第１実施形態（転がり軸受装置１００）と同様の構成となっている。尚、本発明の第１実施形態の転がり軸受装置１００と同一部分には同一符号または相当符号を付して説明を簡略化または省略する。

図３に示されるように、転がり軸受装置２００は、外輪５１の径方向肉厚ｔ１が内輪２３の径方向肉厚ｔ２と比較して厚く形成されているので、外輪５１は高い剛性を有して変形し難く、クリープの減衰効果がより高められ、確実にクリープおよびフレッティングの発生が防止される。転がり軸受装置２００の他の作用や効果については、第１実施形態に係る上記説明から容易に類推可能であるため説明を省略する。

転がり軸受装置２００によれば、外輪５１の径方向肉厚ｔ１が内輪２３の径方向肉厚ｔ２と比較して厚く形成されているので剛性が高く、より高いクリープの減衰効果が得られ、クリープおよびフレッティングの発生が確実に防止される。またこれによって、転がり軸受装置２００の長寿命化が図られ、転がり軸受装置２００が組み込まれたドライ真空ポンプ等の機器の信頼性を向上させることができる。

尚、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。その他、前述した実施形態における各構成要素の材質、形状、寸法、数値、形態、数、配置箇所、等は本発明を達成できるものであれば任意であり、限定されない。

尚、前述した第１実施形態および第２実施形態では、転がり軸受装置として玉軸受装置を採用したが、本発明はこれに限定されず、ころ軸受等、他の形式の転がり軸受にも適用することができ、同様の効果を奏する。

本発明の第１実施形態である転がり軸受装置の上半部の縦断面図である。 Ｏリングのつぶし代と耐クリープ力およびゴム寿命との関係を示すグラフである。 本発明の第２実施形態である転がり軸受装置の上半部の縦断面図である。 従来の転がり軸受装置の要部縦断面図である。

符号の説明

１００，２００ 転がり軸受装置
２１、５１ 外輪
２１ａ，５１ａ 外輪軌道面
２１ｂ、５１ｂ Ｏリング溝
２３ 内輪
２３ａ 内輪軌道面
２５ 玉（転動体）
２７ シールド板（密封装置）
３１ グリース
３３ Ｏリング
ｄ Ｏリングのつぶし代
Ｄ Ｏリングの線径

Claims (2)

1. 内輪軌道面が形成された外周面を有する内輪と、
   外輪軌道面が形成された内周面を有する外輪と、
   前記内輪軌道面と前記外輪軌道面との間で周方向に転動自在に配設された複数の転動体と、
   前記転動体を挟むように前記内輪および前記外輪の一方に装着された一対の円環形状の密封装置と、
   前記外輪の外周面に前記転動体の幅と略同一間隔で軸方向に離間して形成された２つのＯリング溝と、
   前記Ｏリング溝にそれぞれ装着されたフッ素系ゴム製のＯリングと、
   を備えた転がり軸受装置であって、
   フッ素系増ちょう剤を含有するグリースが封入されていることを特徴とする転がり軸受装置。
2. 前記Ｏリングは、その硬度がＨｓ７０であり、前記転がり軸受装置がハウジングへ装着される際に潰される前記Ｏリングのつぶし代が前記Ｏリングの線径の２０％〜４０％であることを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受装置。

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