JP2007051706A - 転がり軸受装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 温度変化による軸の膨張・収縮を逃がして、優れたクリープ防止性能を発揮できると共に、取り付け、取り外し作業の容易化を図れる転がり軸受装置を提供する。
【解決手段】 転がり軸受装置３０は、内輪１１、外周面１２ａと軸方向端面１２ｂに亘って切り欠き部１２ｄを有する外輪１２、及び、内輪１１及び外輪１２との間に転動可能に配設される複数の転動体１３、を有する転がり軸受９と、外輪１２の軸方向端面１２ｂに対向配置され、切り欠き部１２ｄと円周方向の位相が一致した際に、切り欠き部１２ｄに進出可能なように軸方向端面１２ｂに当接するクリープ防止部材２１と、クリープ防止部材２１を外輪１２の軸方向端面１２ｂに向けて付勢する弾性部材２２と、を備える。
【選択図】 図１

Description

本発明は、転がり軸受装置に関し、例えば、高速スピンドルモータや、振動・アンバランスのあるような汎用発電機等の一般産業機械分野に用いられる転がり軸受装置に関する。

一般に、機械装置は少なくとも２個の転がり軸受で支持されており、これらの転がり軸受の一つを固定側転がり軸受として、アキシアル方向の位置決めをし、他の転がり軸受をラジアル荷重のみを負荷する自由側転がり軸受として、温度変化による軸の膨張・収縮を逃がすようにしている。

この場合、温度変化による軸の膨張・収縮対策が不十分だと、軸受に異常なアキシアル荷重が作用して、軸受の早期焼き付きの原因になることがある。そのため、自由側転がり軸受の外輪とハウジングとの嵌合は、外輪の外周面とハウジングの内周面との間に軸の膨張・収縮を逃がすためのすきまを持たせたすきま嵌めとしている。

図５及び図６は、従来の電動機の内部構造を示す。この電動機１０１は、モータケーシング１０５の軸方向両端部に、それぞれ軸受ハウジング１０５ａ，１０５ｂが設けられており、モータケーシング１０５の内周面にはステータ１０２が固定され、各軸受ハウジング１０５ａ，１０５ｂにはステータ１０２の内径部に径方向に対向するロータ１０３の回転軸１０４を支持する転がり軸受１０７，１０８が嵌合されている。

転がり軸受１０７，１０８は、いずれも内輪１０９と外輪１１０との間に複数の転動体１１１が保持器１１２を介して転動可能に配設されており、外輪１１０の軸方向両端部内径面には、軸受空間を密封する密封装置１１３が装着されている。

そして、転がり軸受１０７を固定側転がり軸受として、アキシアル方向の位置決めをし、転がり軸受１０８をラジアル荷重のみを負荷する自由側転がり軸受として、該転がり軸受１０８の外輪１１０の外周面と軸受ハウジング１０５ｂの内周面との間にすきまδを持たせて両者の嵌合をすきま嵌めとし（図６参照。）、温度変化による軸の膨張・収縮を逃がすようにしている。

しかしながら、このようなすきま嵌めの状態で回転部である回転軸１０４にアンバランスがあると、転がり軸受１０８の外輪１１０に回転荷重が働くので、該外輪１１０にクリープが発生する。

一旦、クリープが発生すると軸受ハウジング１０５ｂの内周面及び外輪１１０の外周面に摩耗が発生し、電動機１０１の振動増大、摩耗粉の軸受内部侵入によるグリースの劣化促進等の不具合が生じる。

また、電動機１０１が高速回転された場合、軸受に予圧が付与されていないと、ラジアル方向及びアキシアル方向の振動が発生することがある。
そこで、従来においては、自由側転がり軸受の外輪のクリープを防止するために、例えば、次の（i）〜（vi）に示す種々の対策が施されている。

（i）外輪とハウジングとを液状高分子材料からなる接着剤で固定してクリープを防止する。
（ii）ハウジング材料より線膨張係数の大きい高分子材料を外輪の外周面に形成した溝に装着し、線膨張係数の差を利用してクリープを防止する。
（iii）外輪の外径面と同心のＮ溝に止め輪を装着し、ばねの圧力でクリープを防止する。（iv）外輪の外径面と偏心したＮ溝に止め輪を装着し、外輪と止め輪とが円周方向に相対的にずれることにより、止め輪の切り口部とハウジングとの間にくさびを打ち込むようにしてクリープを防止する。
（v）外輪の外径面に設けたピン穴にピンを圧入し、ハウジングの嵌合面にピンを挿入することにより、クリープを防止する。
（vi）外輪の外径面と同心のＮ溝にＯリングを装着し、Ｏリングの潰し力でクリープを防止する（例えば、特許文献１参照。）。
特開２００４−３０８８３９号公報

しかしながら、前記（i）〜(vi）においては、次に示すような問題がある。
（i）の方法では、クリープ防止効果は比較的大きいが、外輪とハウジングとが接着固定されてしまうので、軸の膨張・収縮を逃がすことができず、固定側転がり軸受と同様になってしまい、アキシアル荷重の増大により軸受損傷の原因となる。また、外輪とハウジングとが接着固定されているので、機械装置からの軸受の取り外しが困難な場合がある。

（ii）の方法では、使用温度領域によっては、組み込み時でも外輪とハウジングとの初期嵌め合いを締まり嵌めとしなくてはならず、軸受の組み込みが困難な場合がある。

（iii）の方法では、外輪のクリープ防止効果を上げるには、ばね圧力を大きくしなければならず、軸受のハウジングヘの組み込みが困難な場合がある。一方、軸受の組み込みを容易にするためにばね圧力を小さくすると、クリープ防止効果が低下する。また、長期使用により、止め輪がハウジングを摩耗させることがあり、軸受の取り外しが困難になる場合がある。

（iv）の方法では、くさびを打ち込む形で外輪のクリープが止まると、クリープは発生しないが、ハウジングと軸受外輪とを固定してしまうので、固定側転がり軸受と同様になり、軸の膨張・収縮によるアキシアル荷重の増大が懸念される。また、ハウジングを硬い材料にしないと止め輪の切り口部がハウジングに食いこんでしまうので、軸受の取り外しが困難になる場合がある。

（v）の方法では、外輪のクリープ防止効果は大きいが、軸受サイズによりピン径が決定されるため、ピンのせん断力よりクリープ力が大きいとピンが破損する場合がある。

（vi）の場合では、クリープ防止効果を上げるにはＯリングのつぶし量を大きくしなけれはならず、軸受の組み込みが困難な場合がある。一方、軸受の組み込みを容易にするためにＯリングのつぶし量を小さくすると、クリープ防止効果が低下する。また、Ｏリングのゴム材質の熱劣化等により使用温度が限られてくる。

本発明は、このような不都合を解消するためになされたものであり、その目的は、温度変化による軸の膨張・収縮を逃がして、優れたクリープ防止性能を発揮することができるとともに、転がり軸受の取り付け、取り外し作業の容易化を図ることができる転がり軸受装置を提供することにある。

本発明の上記目的は、下記の構成によって達成される。
（１） 内輪、表面に切り欠き部を有する外輪、及び、該内輪及び該外輪との間に転動可能に配設される複数の転動体、を有する転がり軸受と、
前記外輪の前記表面に対向配置され、前記切り欠き部と円周方向の位相が一致した際に、前記切り欠き部に進出可能なように前記表面に当接するクリープ防止部材と、
該クリープ防止部材を前記外輪の前記表面に向けて付勢する弾性部材と、
を備えることを特徴とする転がり軸受装置。
（２） 前記切り欠き部は、前記外輪の外周面と軸方向端面に亘って形成され、
前記弾性部材は、前記クリープ防止部材を付勢する付勢力により前記転がり軸受に予圧を付与することを特徴とする（１）に記載の転がり軸受装置。

本発明の転がり軸受装置によれば、転がり軸受の外輪の表面に切り欠き部を形成すると共に、外輪の表面に対向配置され、切り欠き部と円周方向の位相が一致した際に、切り欠き部に進出可能なように表面に当接するクリープ防止部材と、クリープ防止部材を外輪の表面に向けて付勢する弾性部材と、を備えるので、転がり軸受をハウジングにすきま嵌めで組み付ける際に、クリープ防止部材と外輪の切り欠き部との位相合わせをせずに容易に組み付けることができ、しかも、外輪とハウジングとは固定されないため、軸受の取り外しも容易に行うことができる。

これにより、温度変化による軸の膨張・収縮を逃がして、優れたクリープ防止性能を発揮することができるとともに、転がり軸受の取り付け、取り外し作業の容易化を図ることができる。

また、弾性部材は、クリープ防止部材を付勢する付勢力により転がり軸受に予圧を付与するので、機械装置のラジアル方向及びアキシアル方向の振動を防止することができる。

以下、本発明の一実施形態に係る転がり軸受装置について図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本実施形態の転がり軸受装置が内蔵される電動機の断面図である。電動機１は、図１に示すように、軸方向両端部に軸受ハウジング３，４をそれぞれ有するモータケーシング２と、モータケーシング２の内周面に固定されるステータ５と、ステータ５の内径面に径方向に対向するロータ６と、各軸受ハウジング３，４に嵌合され、ロータ６の回転軸７を支持する固定側転がり軸受８及び自由側転がり軸受９と、を備える。

図２に示すように、自由側転がり軸受９は、内輪１１、表面である外周面１２ａと軸方向端面１２ｂに亘る縁部１２ｃに形成された複数の切り欠き部１２ｄを有する外輪１２、内輪１１及び外輪１２との間に設けられた軸受空間に転動可能に配設される複数の転動体１３、転動体１３を円周方向に所定の間隔で保持する保持器１４、及び、外輪１２の軸方向両端部の内周面に装着され、軸受空間を密封する密封板１５、を有する。

外輪１２は、外輪１２の外周面１２ａと軸受ハウジング４の内周面４ａとの間にすきまδを持たせて軸受ハウジング４にすきま嵌めで嵌合されており（図２参照。）、これにより、自由側転がり軸受９は温度変化による軸の膨張・収縮を逃がすようにして、転がり軸受９に作用するアキシアル荷重の増大を防止している。

図３に示すように、外輪１２の切り欠き部１２ｄは、縁部１２ｃの円周方向において等間隔に複数形成されており（本実施形態では、２箇所）、軸方向に閉塞された側面視矩形溝形状を有する。

また、軸受ハウジング４には、外輪１２の軸方向端面１２ｂと対向配置される壁部４ｂに穿孔される矩形状の貫通孔４ｃが、外輪１２の切り欠き部１２ｄの数に対応して複数形成されている（本実施形態では、２箇所）。さらに、外輪１２の外周面１２ａと対向する軸受ハウジング４の内周面４ａには、矩形状の貫通孔４ｃに沿って延設される矩形状の溝部４ｄが形成される。

軸受ハウジング４の貫通孔４ｃには、外輪１２の軸方向端面１２ｂに対向配置され、切り欠き部１２ｄと円周方向の位相が一致した際に、切り欠き部１２ｄに進出可能なように軸方向端面１２ｂに当接する断面矩形状のクリープ防止部材２１と、クリープ防止部材２１の軸方向外端面と一端で当接して、クリープ防止部材２１を外輪１２の軸方向端面１２ｂに向けて付勢する弾性部材である圧縮コイルばね２２と、が収容されている。圧縮コイルばね２２の他端は、軸受ハウジング４の端面にねじ２３等によって固定された抑え板２４によって支持されており、これにより、外輪１２の軸方向端面１２ｂに対向配置されるクリープ防止部材２１は軸方向端面１２ｂと当接するように付勢される。

クリープ防止部材２１は、外輪１２の切り欠き部１２ｄの幅・深さ方向の寸法より若干小さく設計されている。また、圧縮コイルばね２２は、クリープ防止部材２１を付勢する付勢力により転がり軸受８，９に予圧を付与することができ、圧縮量及びばね力を調整することで予圧量を設定することができる。
従って、本実施形態の転がり軸受装置３０は、自由側転がり軸受９と、クリープ防止部材２１と、圧縮コイルばね２２と、を備えた構成となる。

このように構成される電動機１において、自由側転がり軸受９は、外輪１２の切り欠き部１２ｄを電動機１の軸方向外方に向けた状態で、回転軸７と軸受ハウジング４に組み付けられるが、外輪１２に設けた切り欠き部１２ｄと軸受ハウジング４の壁部４ｂに穿孔した貫通孔４ｃとの位相は特に合わせる必要はない。

従って、位相が合っていない状態においては、貫通孔４ｃに挿入されたクリープ防止部材２１は、圧縮コイルばね２２によって外輪１２側に付勢された状態で外輪１２の軸方向端面１２ｂに当接する。

そして、電動機１に自由側転がり軸受９を組み付けた後、電動機１の回転軸７がアンバランス状態で回転して、転がり軸受９の外輪１２に回転荷重が負荷されると、外輪１２にクリープが発生して、当初、位相の合っていない状態で組み込まれた外輪１２の切り欠き部１２ｄと軸受ハウジング４の貫通孔４ｃに挿入されたクリープ防止部材２１とが同位相となる。

これにより、外輪１２の軸方向端面１２ｂに当接していたクリープ防止部材２１が圧縮コイルばね２２の付勢力によって軸方向内方に移動し、軸受ハウジング４の溝部４ｄと外輪１２の切り欠き部１２ｄに入り込んで、外輪１２の回転を規制し、該外輪１２のクリープが防止される。

このように、本実施形態の転がり軸受装置３０では、外輪１２の外周面１２ａと軸方向端面１２ｂに亘る縁部１２ｃに切り欠き部１２ｄが形成され、外輪１２の軸方向端面１２ｂに対向配置されたクリープ防止部材２１が圧縮コイルばね２２によって軸方向端面１２ｂに当接し、クリープ防止部材２１は切り欠き部１２ｄとの円周方向の位相が一致した際に、圧縮コイルばね２２の付勢力により切り欠き部１２ｄに入り込んで、外輪１２のクリープを防止することができる。

このため、転がり軸受９を軸受ハウジング４にすきま嵌めで組み付けるに際して、クリープ防止部材２１と外輪１２の切り欠き部１２ｄとの位相合わせをせずに容易に組み付けることができ、しかも、軸受ハウジング４と外輪１２とは固定されないため、転がり軸受９の取り外しも容易に行うことができる。

これにより、温度変化による回転軸７の膨張・収縮を逃がして、優れたクリープ防止性能を発揮することができるとともに、転がり軸受９の取り付け、取り外し作業の容易化を図ることができる。

また、圧縮コイルばね２２は、クリープ防止部材２１を付勢する付勢力によって転がり軸受９に予圧を付与することができるので、電動機１のラジアル方向及びアキシアル方向の振動を防止することができる。

なお、本発明は、前述した実施形態に限定されるものではなく、適宜な変形、改良等が可能である。
例えば、本実施形態では、転がり軸受９の外輪１２に設けた切り欠き部１２ｄを矩形溝形状にしているが、これに限定されず、アール形状やその他の形状の切り欠き部としてもよい。例えば、図４に示すように、外輪１２の縁部１２ｃに適当な角度の矩形溝を設けて切り欠き部４１としてもよい。

更に、本実施形態では、転がり軸受９の外輪１２に設けた切り欠き部１２ｄ、軸受ハウジング４に穿孔した貫通孔４ｃ、該貫通孔４ｃに挿入されたクリープ防止部材２１及び圧縮コイルばね２２を一組として、円周方向に等配に２組配置しているが、組数については特に限定されず、転がり軸受９に対する予圧量により組数を適宜調整することも可能である。

また、本発明の切り欠き部１２ｄは、縁部１２ｃに限定されず、外輪１２の外周面１２ａや軸方向端面１２ｂの任意の位置に形成されてもよく、特に、軸方向端面１２ｂに形成した場合には、圧縮コイルばね２２は転がり軸受９に予圧を付与することができる。

本発明の一実施形態である転がり軸受装置が内蔵される電動機を説明するための断面図である。 自由側転がり軸受の取り付け構造を説明するための図であり、（ａ）は外輪と軸受ハウジングとのすきまを誇張して示す断面図、（ｂ）は（ａ）の右側面図である。 自由側転がり軸受を示す図であり、（ａ）は断面図、（ｂ）は（ａ）の右側面図である。 切り欠き部の変形例を示す図であり、（ａ）は自由側転がり軸受の断面図、（ｂ）は（ａ）の右側面図である。 従来の転がり軸受装置を内蔵した電動機を説明するための断面図である。 従来の自由側転がり軸受の取り付け構造を説明するための外輪と軸受ハウジングとのすきまを誇張して示す断面図である。

符号の説明

９ 自由側転がり軸受
１１ 内輪
１２ 外輪
１２ｄ 切り欠き部
１３ 転動体
２１ クリープ防止部材
２２ 圧縮コイルばね（弾性部材）
２４ 抑え板
３０ 転がり軸受装置

Claims (2)

1. 内輪、表面に切り欠き部を有する外輪、及び、該内輪及び該外輪との間に転動可能に配設される複数の転動体、を有する転がり軸受と、
   前記外輪の前記表面に対向配置され、前記切り欠き部と円周方向の位相が一致した際に、前記切り欠き部に進出可能なように前記表面に当接するクリープ防止部材と、
   該クリープ防止部材を前記外輪の前記表面に向けて付勢する弾性部材と、
   を備えることを特徴とする転がり軸受装置。
2. 前記切り欠き部は、前記外輪の外周面と軸方向端面に亘って形成され、
   前記弾性部材は、前記クリープ防止部材を付勢する付勢力により前記転がり軸受に予圧を付与することを特徴とする請求項１に記載の転がり軸受装置。

Images