JP2007078059A - 転がり軸受および転がり軸受用保持器 - Google Patents

Abstract

【課題】 セグメント保持器の重量バランスを改善して異音の発生を防止ないしは抑制する。
【解決手段】 転がり軸受用保持器は、複数の円弧状のセグメントSを接続して構成した環状の樹脂製保持器40であって、各セグメントSが、軸方向の一方の端面に開口したポケット46を有する本体S1と、本体S1のポケット46の開口部を覆う蓋S2とからなり、本体S1と蓋S2が凹凸結合部（６０，６２）により着脱可能である
【選択図】 図１

Description

この発明は転がり軸受およびその保持器に関するもので、より詳しくは、医療機器、産業用ロボット、工作機械等に使用される超薄肉大形転がり軸受に適用することができる。

図１２に、医療機器の一種であるＣＴスキャナ装置の一例を示す。このＣＴスキャナ装置では、Ｘ線管装置７０で発生したＸ線を、その強度分布を一様ならしめるウェッジフィルタ７２、強度分布を制限するスリット７４を介して被写体７６に照射する。被写体７６を通過したＸ線は検出器７８で受けられ、電気信号に変換されて図示しないコンピュータに送られる。Ｘ線管装置７０、ウェッジフィルタ７２、スリット７４、検出器７８などの各部品は、軸受８０を介して固定架台８２に回転自在に支持された略円筒状の回転架台８４に取り付けられ、回転架台８４の回転に伴って被写体７６の周囲を回転する。そして、互いに対向するＸ線管装置７０と検出器７８が被写体７６まわりを回転することにより、被写体７６の検査断面内のあらゆる点で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、あらかじ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ようになっている。

ＣＴスキャナ装置においては、固定架台８２の内周面を被写体７６が入る程度の概ね直径１ｍ程度の大径にするため、固定架台８２と回転架台８４との間の軸受８０には、直径に対して断面が著しく小さい、いわゆる超薄肉大形転がり軸受が使用される。この超薄肉大形転がり軸受８０は、図１３（ａ）に示すように、外方部材８６と、内方部材８８と、外方部材８６と内方部材８８との間に介在する複数の転動体９０と、転動体９０を円周方向で所定間隔に保持するための保持器９２を具備する。

一般に、超薄肉大形転がり軸受に使用される保持器は、製造および組立上の理由から樹脂製のセグメントタイプが採用される。セグメントタイプの樹脂保持器は、図１３（ｂ）に示すように、円弧状のセグメントｓを円周方向に連結して構成される。そして、１ポケットずつ軸方向に押し込んで転動体（玉）を組み込むことによって軸受に組み付ける。このような組立方法であるため、軸方向の、ポケットが開口した側から挿入できる冠型やくし型が基本形状となる（特許文献１、２）。
特開２００４−２１８７４５号公報 特開２００４−１６２８７９号公報

セグメントタイプの保持器は、ポケットが開口している側から軸受へ挿入することと関連して、重量バランスが悪い。すなわち、軸方向の片側だけポケットが開口しているため、ポケットが開口している側が軽くなり、重心がポケット中心からずれてしまう。したがって、運転条件にも依るが、軸受回転時の保持器の軌跡（挙動）が安定せず、保持器が内輪または外輪と擦れるおそれがある。この時の音が異音を発生させ、音響を重視するアプリケーションには適用が困難となる場合がある。

この発明の主要な目的は、セグメントタイプの保持器の重量バランスを改善し、同保持器を組み込んだ転がり軸受における異音の発生を防止ないしは抑制することにある。

この発明の転がり軸受用保持器は、複数の円弧状のセグメントを接続して構成した環状の樹脂製保持器であって、各セグメントが、軸方向の一方の端面に開口したポケットを有する本体と、本体のポケットの開口部を覆う蓋とからなり、本体と蓋が凹凸結合部により着脱可能であることを特徴とするものである。ポケットの開口部を覆う蓋を設けたことにより、従来の、ポケットが開口したままのものに比べて、保持器の重量バランスが改善されて挙動が安定する。

凹凸結合部は種々の形状のものを採用することができる。たとえば、凸結合部が角柱形状（請求項２）や円柱形状（請求項３）をしたものが容易に実施することができる。ここで、凹凸結合部は、凸形状の結合子を凹形状の結合子に弾性変形を利用して嵌めこむ（スナップイン）ようにしたものである。この場合、角柱または円柱の長手方向を保持器の半径方向に合わせると、保持器離型時の押出し方向で無理抜きにならないので成形上も有利である。

凹凸結合部は一つのセグメントに少なくとも２箇所設けるのが好ましい（請求項４）。円弧状のセグメントを構成する本体と蓋を確実に一体化するためである。

請求項１ないし４のいずれかの保持器を組み込んだ転がり軸受（請求項５）は、保持器の重量バランスが改善されているため、異音の発生が防止ないしは抑制される。したがって、セグメントタイプの保持器が好適な超薄肉大形転がり軸受に適用することができ、より具体的には、静粛性が求められるＣＴスキャナ装置用等の超薄肉大形転がり軸受に適用することができる。

この発明によれば、セグメントタイプの保持器の重量バランスが改善されて挙動が安定し、その結果、同保持器を組み込んだ転がり軸受においては、保持器が軌道輪と接触しにくくなるため、異音の発生を防止ないしは少なくとも抑制することができる。とくに、軸受取付け環境が悪い、すなわち、軸受を変形させて保持器の挙動が不安定となりやすい使用環境である場合や、軸受が高速回転となり、セグメントタイプ保持器のバランスをより良くする必要がある場合には、この発明による蓋付きのセグメントタイプ保持器が有効であり、異音発生の低減効果が顕著となる。

以下、図面に従ってこの発明の実施の形態を説明する。

図１１は、超薄肉大形転がり軸受の一例として、図１２に関連して既に述べたＣＴスキャナ装置に使用される軸受の断面を示す。この軸受は、外方部材１０と、内方部材２０と、転動体３０と、保持器４０とを主要な構成要素としている。

外方部材１０はリング状で、内周面１２に軌道１４が形成してある。内方部材２０もリング状で、外周面２２に軌道２４が形成してある。外方部材１０の軌道１４と内方部材２０の軌道２４との間に複数の転動体３０が介在させてあり、外方部材１０と内方部材２０は相対回転自在である。なお、ここでは転動体３０としてボールが例示してあるが、ころを使用することもできる。保持器４０は外方部材１０と内方部材２０との間に介在し、複数の転動体３０を円周方向で所定間隔に保持する。軸受の両端開口部をシールするためのゴムシール１８が外方部材１０に取り付けてある。

この軸受は、ボール３０の直径Ｄ_Ｂとピッチ円径ＰＣＤとの比の値φを０．０３以下（φ＝Ｄ_Ｂ／ＰＣＤ≦０．０３）とした超薄肉大形転がり軸受で、主としてＰＣＤが５００ｍｍ〜１５００ｍｍ程度の大径軸受に適用される。具体例を挙げるならば次のとおりである。
Ｄ_Ｂ：１／２インチ（１２．７ｍｍ）
ＰＣＤ：１０４１．４ｍｍ
φ：０．０１２

外方部材１０の一方（図１１の右側）の端面に取付け孔１６が形成してある。この取付け孔１６に図示しないボルト等の締結手段をねじ込むことによって、外方部材１０がＣＴスキャナ装置の回転架台６４（図１２）に固定される。内方部材２０の端面にも同様に取付け孔２６が形成してあり、この取付け孔２６に図示しないボルト等の締結手段をねじ込むことによって内方部材２０が固定架台６２（図１２）に固定される。そして、外方部材１０が回転架台６４と共に回転する回転部材となり、内方部材２０が非回転の固定部材となる。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１０を固定側、内方部材２０を回転側とすることもできる。

保持器４０は樹脂材料から成形される。この樹脂製保持器４０はいわゆるセグメントタイプであって、円弧形状のセグメントＳを円周方向につなぎ合わせて環状にしたものである。図１に示すように、各セグメントＳは本体Ｓ１と蓋Ｓ２とからなる。

本体Ｓ１は、図２（ａ）（ｂ）に示すように、両端に互いにはまり合う形状の結合部４２，４４を有し、円周方向に隣り合う本体Ｓ１において、一方の本体Ｓ１の結合部４２と他方の本体Ｓ１の結合部４４がはまり合う。

本体Ｓ１の両端の結合部４２，４４のうち、結合部４２は、本体Ｓ１の一端部を構成する結合部本体４２ａと、結合部本体４２ａから円周方向に突出した嵌合凸部４２ｂとを含む。結合部４４は、本体Ｓ１の他端部を構成する結合部本体４４ａと、結合部本体４４ａの端面に形成した嵌合凹部４４ｂとを含む。嵌合凸部４２ｂは、結合部本体４２ａから突出した首部に続いてこの首部よりも大きな頭部が形成され、その頭部はここでは円柱状を呈している。嵌合凹凸部４４ｂと嵌合凹凸部４２ｂは相補的形状をしている。

本体Ｓ１は、長手方向（円周方向）の複数箇所に、転動体である玉３０を保持するためのポケット４６が形成してある。図３に示すように、ポケット４６は本体Ｓ１を半径方向（Ａ方向）に貫通し、また、本体Ｓ１の軸方向（Ｂ方向）の片面に開口している。ポケット４６を挟んで円周方向に向かい合った一対の爪部４８が設けてあり、爪部４８の内面がポケット４６の内面の一部を構成する。

ポケット４６の内面における保持器径方向（Ａ方向）の両側部は、玉３０が接する球面状の玉保持面５０としてある。図３において、矢印Ａに付した「内」，「外」の文字は保持器径方向Ａにおける内径側と外径側の向きをそれぞれ示す。玉保持面５０は、玉３０と同心でそれよりも僅かに大きな曲率半径としてある。また、上記内面の径方向の中間部は、玉３０が非接触となる周方向逃がし面５２としてある。周方向逃がし面５２は、玉保持面５０に対して形成した周方向に延びる浅溝の底面となっている。具体的には、周方向逃がし面５２は、玉３０と同心でそれよりも僅かに大きな曲率半径を有する球面状の凹曲面、または、円筒面状の凹曲面としてある。ポケット４６の両側の玉保持面５０における玉３０との接触可能性のあるすべての縁部には面取り部５４が設けてある（図４，図６）。

ポケット４６の内面における保持器回転方向（すなわち保持器円周方向）に対して交差する方向となる一部分には、本体Ｓ１の径方向（Ａ方向）に延びる凹面状の油溜りである交差部油溜り５６が設けてある。交差部油溜り５６は、たとえば玉３０の配列のピッチ円とほぼ一致する保持器軸方向位置の軸方向両側にまたがらせてある。図７は、その交差部油溜り５６の部分で断面にしたものである。この交差部油溜り５６は、ポケット４６内に転動自在に保持される玉３０と同心で、玉保持面５０の曲面よりもわずかに大きな曲率半径を有する曲面状の凹曲面か、円筒面状もしくは四角筒面状などの凹面としてある。図示の例では、交差部油溜り５６は底面が円筒面状で、かつ、図４に示すように開口側が広がり底面側が狭まった台形状となっている。

ポケット４６は、保持器軸方向（Ｂ方向）の片方に、上記のように一対の爪部４８で挟まれた開口（図４）を有するが、その開口と反対側にある底部には、凹面状の底部油溜り５８が設けてある。この底部油溜り５８は、保持器径方向（Ａ方向）に延びる形状となっている。底部油溜り５８は、玉３０がポケット４６の最下部にある状態で、玉３０と接する深さを最低限有するものとし、それ以上に玉３０が接触しない方向へ深く形成してもよい。この深さ条件を満たした上で、底部油溜り５８は、円筒面状、四角筒面状、あるいは玉３０と同心で上記周方向逃がし面５２の曲面よりもわずかに大きな曲率半径を有する球面状の凹曲面などとすることができる。

本体Ｓ１の厚さは、本体Ｓ１における各ポケット４６の周辺部分の径方向厚さＷ１に対して、本体Ｓ１の一般部分の径方向厚さＷ２を薄くしてある。換言すれば、本体Ｓ１における各ポケット４６の周辺部分が、本体Ｓ１の一般部分の径方向厚さＷ２よりも厚くなる厚肉部４７に形成され、この厚肉部４７によって保持器内面の必要な径方向幅が確保されている。本体Ｓ１の一般部分とは、本体Ｓ１における各ポケット４６の周辺部分を除く部分のことである。本体Ｓ１の一般部分は、たとえば全周にわたり均一厚さである。厚肉部４７は、ポケット４６の底部付近には設けられておらず、円周方向に対向する２箇所に分かれて形成されている。厚肉部４７は、爪部４８の先端からポケット４６の開口縁に沿って延びていて、爪部４８の基端よりもポケット底部側へ続いている。

図１から理解できるように、本体Ｓ２と蓋Ｓ２は凹凸結合部によってスナップイン形式で結合する。図示例の場合、本体Ｓ１は凸形結合子６０（図１，図２，図３）を有し、蓋Ｓ２は凹形結合子６２（図１，図８，図９）を有している。逆の関係、すなわち、蓋Ｓ２側の結合子を凹形とし、本体Ｓ１側の結合子を凸形としてもよい。円弧状のセグメントＳを構成する本体Ｓ１と蓋Ｓ２を確実に一体化するため、凹凸結合部は一つのセグメントに少なくとも２箇所設ける。

本体Ｓ１の凸形結合子６０は図２（ａ）の紙面に垂直に延びる角柱状である。言い換えれば、断面がマッシュルーム形状で、山形の頭部と、頭部の最大部よりも細くなった首部とを有する。蓋Ｓ２の凹形結合子６２は図８（ｂ）の紙面に垂直に延び、断面が本体Ｓ１の凸形結合子６０と相補的形状をした溝６４を有している。溝６４の一端には壁６６が形成してある。壁６６は、蓋Ｓ２の長手方向に配置した複数の結合子６２に交互に千鳥配置で設けてある。

角柱状の凹凸結合部（６２，６０）に代えて、円柱状の凹凸結合部を採用することもできる（図９参照）。図９のＹ方向は凹凸結合部（６０，６２）の着脱時の移動方向を示す。すなわち、凹凸結合部は、凸形結合子６０を凹形結合子６２に弾性変形を利用して嵌め込むことにより一体化する（スナップイン）。図９におけるＺ方向は、保持器の半径方向と一致するが、保持器離型時の押出し方向でもある。したがって、角柱状の結合子（図９（ａ））または円柱状の結合子（図９（ｂ））の長手方向をＺ方向に合わせることにより、保持器離型時の押出し方向で無理抜きを回避することができる。なお、上述の壁６６の存在によって本体Ｓ１と蓋Ｓ２のＺ方向への位置ずれが規制される。

凹形結合子６２についてより詳しく述べるならば、図１０に示すように、溝６４を挟んで一対の分壁部６５がある。溝６４を蓋Ｓ２の幅方向に深く形成したり、各分壁部６５の外壁面を切り欠いたりして、分壁部６５が弾性変形しやすいようにしてある。また、各分壁部５５の向かい合った内壁面には、結合子６０の山形頭部の最大部と係合して抜け止めを行うための凹部６７が形成してある。本体Ｓ１の結合子６０の頭部を蓋Ｓ２の結合子６２の溝６４に押し込むと、結合子６２の分壁部６５が弾性的に拡開して結合子６０の進入を許容し、結合子６２の山形頭部の最大部が通過すると同時に弾性により復元して抜け止めがなされる。

このようにして本体Ｓ１に蓋Ｓ２を組み付けた状態で、セグメントの幅中心とポケット中心がほぼ等しくなるのが望ましい。言い換えるならば、ポケット４６の中心からセグメントＳの重心までの軸方向距離がポケット径の５％以内におさまっているのが望ましい。

蓋Ｓ２は、隣り合った結合子６２間に円弧部６８が形成してあり、本体Ｓ１と結合した状態でこの円弧部６８がポケット４６の輪郭の一部を構成する（図１参照）。ポケット４６内に収容された転動体３０の円周方向の動きは専ら本体Ｓ１の玉保持面５０で受け止める。このため、玉保持面５０の補強を上述の厚肉部４７によって図ってある。一方、蓋Ｓ２では、円周方向において転動体３０と蓋Ｓ２が干渉することはないため、本体Ｓ１における厚肉部４７のような補強は省略してある。

ボール３０と保持器４０の組み付けにあたっては、ボール３０ではなく保持器４０の方を押し込む。すなわち、保持器４０の両端面のうち、ポケット４６が開口している側とは反対側の端面を背面４１（図２（ａ））と呼ぶならば、外方部材１０と内方部材２０との間に転動体３０を並べた状態で、ポケット４６の開口部を転動体３０の位置に合わせて保持器４０の背面４１を押し、ボール３０をポケット４６内に収容させる。

保持器を構成するセグメントの展開平面図 （ａ）は図１のセグメントを構成する本体の展開平面図、（ｂ）は図２（ａ）の本体の正面図 本体の部分斜視図 本体の部分正面図 本体の部分平面図 図５の部分拡大図 図５の部分断面図 （ａ）は保持器を構成するセグメントの蓋の展開平面図、（ｂ）は図８（ａ）の蓋の正面図 （ａ）は角柱状の凸形結合子の斜視図、（ｂ）は円柱状の凸形結合子の斜視図 蓋の要部斜視図 超薄肉大形転がり軸受の断面図 ＣＴスキャナ装置の断面図 （ａ）は図１２における軸受の拡大図、（ｂ）は保持器の正面図

符号の説明

１０ 外方部材
１２ 内周面
１４ 軌道
１６ 取付け孔
１８ シール
２０ 内方部材
２２ 外周面
２４ 軌道
２６ 取付け孔
３０ 転動体
４０ 保持器
４１ 背面
Ｓ セグメント
Ｓ１ 本体
４２ 結合部
４２ａ 結合部本体
４２ｂ 嵌合凸部
４４ 結合部
４４ａ 結合部本体
４４ｂ 嵌合凹部
４６ ポケット
４７ 厚肉部
４８ 爪部
５０ 玉保持面
５２ 周方向逃がし部
５４ 面取り部
５６ 交差部油溜り
５８ 底部油溜り
６０ 凸形結合子（凹凸結合部）
Ｓ２ 蓋
６２ 凹形結合子（凹凸結合部）
６４ 溝
６６ 壁
６８ 円弧部

Claims (5)

1. 複数の円弧状のセグメントを接続して構成した環状の樹脂製保持器であって、各セグメントが、軸方向の一方の端面に開口したポケットを有する本体と、本体のポケットの開口部を覆う蓋とからなり、本体と蓋が凹凸結合部により着脱可能である転がり軸受用保持器。
2. 凸結合部が角柱形状である請求項１の転がり軸受用保持器。
3. 凸結合部が円柱形状である請求項１の転がり軸受用保持器。
4. 凹凸結合部を一つのセグメントに少なくとも２箇所設けた請求項１ないし３のいずれかの転がり軸受用保持器。
5. 請求項１ないし４のいずれかの保持器を組み込んだ転がり軸受。

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