JP2006266458A - 転がり軸受 - Google Patents

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Abstract

【課題】転がり軸受を、フレッチングが発生しにくい構造、また、発生したとしても摩耗粉、錆などの異物が軸受内部に侵入しない構造とする。
【解決手段】内周面に二つの軌道24を有する外方部材22と、外方部材22の内側に位置し、外周面に軌道34を有し相互間に軸方向すきまt1を形成した一対の環状部材32a,32bからなる内方部材30と、外方部材22の軌道24と内方部材30の軌道34との間に介在させた二列の転動体46とを具備し、一対の環状部材32a,32bをインローによって同心状態を保った状態で締結することにより軸方向すきまt1を縮小させて予圧を付与する。インロー部よりも内径側にあるすきまt1に軟質板52を挟み込み、インロー部よりも外径側にあるすきまt2に弾性部材54を挟み込む。
【選択図】 図１

Description

この発明は転がり軸受に関し、より詳しくは、産業用ロボット、工作機械、医療機器などに使用される超薄肉形の転がり軸受に関する。
図３に、医療機器の一種であるＣＴスキャナ装置の一例を示す。ＣＴスキャナ装置では、Ｘ線管装置１で発生したＸ線を、その強度分布を一様にするウェッジフィルタ２および強度分布を制限するスリット３を介して被写体４に照射する。被写体４を通過したＸ線は検出器５で受けられ、電気信号に変換して図示しないコンピュータに送られる。Ｘ線管装置１、ウェッジフィルタ２、スリット３、検出器５などの各部品は、軸受６を介して固定架台７に回転自在に支持された略円筒状の回転架台８に装着され、この回転架台８の回転に伴って被写体４の周囲を回転する。このように、向かい合ったＸ線管装置１と検出器５を被写体４まわりに回転させることによって、被写体４の検査断面内のあらゆる点のすべての角度をカバーする投影データを得、これらのデータから予めプログラムされた再構成プログラムにより断層画像を得る。
ＣＴスキャナ装置においては、固定架台７の内周面が被写体４が入る程度の、概ね直径１ｍ程度の大径に形成されるため、固定架台７と回転架台８の間の軸受６には、直径に対して断面が著しく小さい、いわゆる超薄肉形転がり軸受が使用される。
特許文献１に、部品点数の削減により製造コストの低減を図った超薄肉形転がり軸受が開示されている。この軸受６は、図４に示すように、玉径ｄｗとピッチ円径ＰＣＤとの比の値を０．０３以下とした超薄肉形で、外方部材１１と内方部材１２と玉１３と保持器１４を主要な構成要素としている。
外方部材１１は、内周面に二つの軌道１１ｃが形成してある。内方部材１２は環状部材１２ａと嵌合部材１２ｂとで構成されている。環状部材１２ａと嵌合部材１２ｂは、それぞれ、外周面に軌道１２ｃが形成してある。外方部材１１の二つの軌道１１ｃと内方部材１２の軌道１２ｃとの間に二列の玉１３が組み込んである。
嵌合部材１２ｂは環状部材１２ａの外周に嵌合させてある。環状部材１２ａと嵌合部材１２ｂとの間には軸方向すきまｔが存在する。したがって、軸方向すきまｔが縮小する方向へ嵌合部材１２ｂを加圧することによって予圧を付与することができる。
予圧を付与する方法としては、押さえ部材１５を環状部材１２ａに締結しているボルト１６を締め付けて、軸方向すきまｔが縮小する方向に嵌合部材１２ｂを押し込む。これにより、軸方向すきまｔが縮小するとともに、加圧力が玉１３を介して外方部材１１に伝達され、外方部材１１を押す。したがって、双方の軸受部分で軸受すきまがなくなり、予圧が付与される。
特開２０００−３２９１４３号公報
しかしながら、構造上押さえ部材１５の剛性が低く、押し込み力によって変形しやすいため、装置運転時に押さえ部材１５と嵌合部材１２ｂの接触面に微小すきまが生じ、装置から発生する振動等により当該接触面において微小振幅の繰返し相対運動が起き、フレッチングが発生する可能性が高い。フレッチングが発生すると、摩耗粉、錆などの異物が軸受内部に侵入して軸受内部損傷を誘発し、軸受短寿命等といった不具合の原因となるおそれがある。
本発明の課題は、それゆえ、フレッチングが発生しにくい構造、また、発生したとしても摩耗粉、錆などの異物が軸受内部に侵入しない構造とすることにある。
本発明の転がり軸受は、内周面に二つの軌道を有する外方部材と、外方部材の内側に位置し、外周面に軌道を有し相互間に軸方向すきまを形成した一対の環状部材からなる内方部材と、外方部材の軌道と内方部材の軌道との間に介在させた二列の転動体とを具備し、前記一対の環状部材をインローによって同心状態を保った状態で締結することにより上記軸方向すきまを縮小させて予圧を付与したことを特徴とする。
すなわち、本発明は、予圧の付与方法として、十分な剛性が確保できない押さえ部材を使用せず、剛性の高い環状部材を直接加圧することにより、軸方向すきまを縮小させて予圧を付与するようにしたものである。これにより、剛性の高い環状部材が押さえ部材としての機能を果たすことになり、フレッチングの発生を抑制することができる。
フレッチングが発生し得る接触面間に軟質板を挟み込むことにより、フレッチングが発生する可能性をさらに低減させることができる（請求項４）。そのような軟質板としては、樹脂製板や銅板を採用することができる。
さらに、摩耗粉、錆などの異物が軸受内部に侵入しないように、フレッチングが発生し得る位置から軸受内部へ繋がる空間を塞ぎ、密封機能を持たせることができる（請求項５）。このような構成とすることにより、万一フレッチングが発生したとしても、フレッチングにより発生する摩耗粉、錆など異物の軸受内部への侵入を防止することが可能となる。
本発明によれば、予圧の付与方法として従来使用した押さえ部材を使う必要がなく、十分な剛性を有する環状部材で予圧を付与することが可能となる。その結果、装置運転時に一対の環状部材間に微小すきまが生じることを防止でき、装置から発生する振動等によるフレッチングの発生を抑制することが可能となる。
また、フレッチングが発生し得る一対の環状部材の接触面間に樹脂製板や銅板などの環状部材を挟み込むことにより、フレッチングが発生する可能性をさらに低減させることができる。フレッチングが発生すると、摩耗粉、錆などの異物が軸受内部に侵入し、軸受内部損傷を誘発し、軸受短寿命等の不具合に繋がる可能性が高いことから、上記構造とすることにより軸受の長寿命化、ひいては軸受を組み込む装置の長寿命化が期待できる。
また、一対の環状部材の接触面において、フレッチングが万一発生した場合でも、環状部材を完全に締結した時に接触することのない環状部材間のすきまにＯリングなどの弾性部材を挟み込むことにより、当該部材が密封装置の機能を果たし、フレッチングにより発生する摩耗粉、錆など異物の軸受内部への侵入を防止することができ、軸受内部損傷による軸受短寿命、ひいては当該軸受が組み込まれる装置の短寿命などといった不具合に繋がる可能性を低減させることが可能となる。
以下、図１および図２に従って本発明の実施の形態を説明する。ここで、図１はボルトを締め込んで予圧を付与した状態を示し、図２は締め込み前の状態を示す。
図示した実施の形態の転がり軸受２０は、外方部材２２と内方部材３０と転動体４６と保持器４８を主要な構成要素としている。外方部材２２と内方部材３０は共にリング状で、同心状に配置してある。その外方部材２２と内方部材３０との間に二列の転動体４６が介在させてある。保持器４８は外方部材２２と内方部材３０との間に介在して各列の転動体４６を円周方向等間隔に保持する。
この実施の形態の転がり軸受２０は転動体としての玉４６を二列に配置した複列アンギュラ玉軸受である。両軸受部分の組合せは背面組合せであり、転動体荷重の作用線の交点はピッチ円の外側にある。両軸受部の接触角α（転動体荷重の方向と軸受の中心軸に垂直な平面とのなす角度）は、たとえば３０°とされる。この複列アンギュラ玉軸受は、玉４６の直径ｄｗとピッチ円径ＰＣＤとの比の値φを０．０３以下（φ＝ｄｗ／ＰＣＤ≦０．０３）とした超薄肉形転がり軸受である。たとえば、玉の直径を１／２インチ（１２．７ｍｍ）、ＰＣＤを１０４１．４ｍｍとした場合、両者の比の値φは０．０１２である。
外方部材２２は軸受外輪に相当し、内周面に二つの軌道２４が形成してある。外方部材２２のフランジ部に固定用ボルトを通すための貫通孔の形態をした取り付け孔２６が設けてある。また、外方部材２２の内部には給油のための通路２８が形成してある。
軸受内輪に相当する内方部材３０は一対の環状部材３２ａ，３２ｂで構成され、各環状部材３２ａ，３２ｂの外周に軌道３４が形成してある。一対の環状部材３２ａ，３２ｂはインローによって同心状態が確保してある。図示例の場合、一方の環状部材３２ａの凸部３６ａと他方の環状部材３２ｂの凹部３６ｂとを嵌合させてある。
環状部材３２ａはめねじ孔４０ａを有し、環状部材３２ｂは通し孔４０ｂを有しており、これらの環状部材３２ａ，３２ｂはボルト４４によって締結される。その際、環状部材３２ａ，３２ｂのインロー構造によって軌道３４間の芯ずれが防止される。ボルト４４を締め込む前は、図２に示すように、環状部材３２ａの凸部３６ａと環状部材３２ｂの凹部３６ｂとの間に軸方向のすきまｔ1がある。また、環状部材３２ａの凹部３８ａと環状部材３２ｂの凸部３８ｂとの間にはすきまｔ2がある。すきまｔ1はインロー部よりも内径側に位置し、すきまｔ2はインロー部よりも外径側に位置している。そして、すきまｔ2がすきまｔ1よりもわずかに大きくなるように設定してある。したがって、ボルト４４を締め付けて環状部材３２ａ，３２ｂを完全に締結した場合でも、環状部材３２ａの凹部３８ａと環状部材３２ｂの凸部３８ｂとの間にはすきま（ｔ2−ｔ1）が残存し、両者３８ａ，３８ｂは接触しない。
予圧を付与する方法としては、ボルト４４を締め込んで環状部材３２ｂを環状部材３２ａ側に加圧する。これにより、軸方向すきまｔ1が縮小するとともに、加圧力が玉４６を介して外方部材２２に伝達され、外方部材２２を軸方向に押す。このようにして、双方の軸受部分で軸受すきまがなくなり予圧が付与される。環状部材３２ａ，３２ｂを完全に締結したところで所定の予圧量が得られるように、予め環状部材３２ａの凸部３６ａあるいは環状部材３２ｂの凹部３６ｂの軸方向寸法を調節しておくことにより、適切な予圧調整を行うことができる。締結に使用するボルト４４は締結時の剛性を確保するため、構造上可能な限り大きく、また、数量も多くすることが望ましい。
剛性が十分でない押さえ部材を使用する従来の技術に比べ、剛性の高い環状部材３２ｂを直接加圧することにより、環状部材３２ｂは変形しにくいため、微小振幅の繰返し相対運動が起きにくくなると考えられる。したがって、環状部材３２ａ，３２ｂを締結した時の環状部材３２ａの凸部３６ａと環状部材３２ｂの凹部３６ｂの接触面においてフレッチングが発生する可能性は低くなる。
それでもフレッチングの発生が危惧される場合は、環状部材３２ａの凸部３６ａと環状部材３２ｂの凹部３６ｂとの間に樹脂製や銅製などの軟質板５２を挟み込むことにより、フレッチングが発生する可能性をさらに低くすることが可能となる。この場合、所定の予圧量が得られるように、押し込み力による挟み込む材料の圧縮量を予め算出し、それを考慮に入れて環状部材３２ａあるいは環状部材３２ｂの幅寸法を調節することにより、適切な予圧調整を行うことができる。
さらに、万一、締結した環状部材３２ａの凸部３６ａと環状部材３２ｂの凹部３６ｂとの接触面においてフレッチングが発生した場合を想定し、環状部材３２ａ，３２ｂを完全に締結した場合でも接触することのない環状部材３２ａの凹部３８ａと環状部材３２ｂの凸部３８ｂとの間にＯリングなどの弾性部材５４を挟み込んでもよい。弾性部材５４は、環状部材３２ａの凸部３６ａと環状部材３２ｂの凹部３６ｂとの接触面よりも外径側に位置する。したがって、弾性部材５４が密封装置の機能を果たし、フレッチングにより発生する摩耗粉、錆その他の異物が軸受内部に侵入するのを防止することができる。したがって、軸受内部損傷による軸受短寿命、ひいては当該軸受が組み込まれる装置の短寿命等といった不具合に繋がる可能性を減少させることが可能となる。
環状部材３２ａ，３２ｂは、外側の外径側を小径にして肩落とし部４２が形成してある。この肩落とし部４２は外方部材２２の内周に装着した密封装置５０の内径端部と協働してラビリンスを形成する。肩落とし部４２の外径を等しくすることにより、両側で共通の密封装置５０を使用することが可能となる。
上述の構成の転がり軸受２０は、外方部材２２のフランジ部に形成した取り付け孔２６にボルト等を通して外方部材２２が図３に示したＣＴスキャナ装置の回転架台７に固定される。同様に、図１および図２に破線で示すように、内方部材３０の一方の環状部材３２ａの端面にも取り付け孔が設けてある。この取り付け孔にボルト等をねじ込むことによって内方部材３０がＣＴスキャナ装置の静止架台６に固定される。この場合、外方部材２２が回転架台７と共に回転する回転部材となり、内方部材３２（環状部材３２ａ，３２ｂ）が非回転の静止部材となる。ＣＴスキャナ装置の構造によっては、上記とは逆に外方部材２２を静止側、内方部材３０を回転側とすることもできる。
なお、本発明は、上述の実施の形態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内において種々変更を加え得ることは勿論である。
たとえば、本発明の転がり軸受を鉄道車両の主電動機用軸受に適用することもできる。一般的にこの種の車両用車軸軸受は、衝撃荷重が大きいことにより、車軸に撓みが生じる（ベンディング）。このベンディングに起因して、内輪内径面の端部、特に、シールリング側の端面の内径面コーナー部に、繰り返し荷重が負荷され、車軸にフレッチング摩耗が発生しやすい。このような内輪と後ろ蓋の摺接面にフレッチングが発生しても、軟質板により軸受と環状部材が直接的に加圧接触しているので、効果的にフレッチング摩耗の際に生じる摩耗粉が軸受内部に侵入することを防ぐことができる。
本発明の実施の形態を示す転がり軸受の断面図である。 図１の転がり軸受の押し込み前の断面図である。 ＣＴスキャナ装置の断面図である。 従来の技術を示す転がり軸受の断面図である。
符号の説明
２０ 転がり軸受
２２ 外方部材
２４ 軌道
３０ 内方部材
３２ａ，３２ｂ 環状部材
３４ 軌道
ｔ1 すきま
ｔ2 すきま
４４ ボルト
４６ 玉（転動体）
４８ 保持器
５０ 密封装置
５２ 軟質板
５４ Ｏリング（弾性部材）

Claims (6)

  1. 内周面に二つの軌道を有する外方部材と、外方部材の内側に位置し、外周面に軌道を有し相互間に軸方向すきまを形成した一対の環状部材からなる内方部材と、外方部材の軌道と内方部材の軌道との間に介在させた二列の転動体とを具備し、前記一対の環状部材をインローによって同心状態を保った状態で締結することにより上記軸方向すきまを縮小させて予圧を付与したことを特徴とする転がり軸受。
  2. 転動体の直径ｄｗとピッチ円径ＰＣＤとの比の値ｄｗ／ＰＣＤが０．０３以下であることを特徴とする請求項１の転がり軸受。
  3. 前記軸方向すきまが、前記インロー部よりも内径側に位置する第一すきまと、前記インロー部よりも外径側に位置する第二すきまとからなり、第二すきまが第一すきまより大きいことを特徴とする請求項１または２の転がり軸受。
  4. 第一すきまに軟質板を挟み込んだことを特徴とする請求項３の転がり軸受。
  5. 第二すきまに弾性部材を挟み込んだことを特徴とする請求項３または４の転がり軸受。
  6. 外方部材および内方部材のいずれか一方を、被写体の周囲を回転するＣＴスキャナ装置の回転架台に、他方を当該装置の固定架台に、それぞれ固定した請求項１ないし５のいずれかの転がり軸受。
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