-
TECHNISCHES GEBIET
-
Die
vorliegende Erfindung betrifft ein Wälzlager und einen Kunststoffkäfig für das Wälzlager,
insbesondere einen Käfig
eines ultradünnen
Wälzlagers,
wie es bei einem Industrieroboter, einer Werkzeugmaschine, einem
medizinischen Gerät
und Ähnlichem
verwendet wird, obwohl die vorliegende Erfindung nicht hierauf beschränkt ist.
-
STAND DER TECHNIK
-
3 zeigt
ein Beispiel für
eine CT-Scannervorrichtung, d.h. eine Art eines medizinischen Geräts. Bei
der CT-Scannervorrichtung werden in einer Röntgenröhrenanordnung 1 erzeugte
Röntgenstrahlen
auf ein Objekt 4 gerichtet, und zwar durch einen Keilfilter 2,
um die Verteilung der Intensität
der Röntgenstrahlung
auszugleichen, und durch einen Schlitz 3, um die Verteilung
der Intensität
zu begrenzen. Ein Detektor 5 nimmt die Röntgenstrahlen
auf, die durch das Objekt 4 hindurchgegangen sind, um sie
in elektronische Signale umzuwandeln und an einen Computer zu senden,
der hier nicht dargestellt ist. Jedes Bauteil der Röntgenröhrenanordnung 1,
des Keilfilters 2, des Schlitzes 3, des Detektors 5 usw.
ist an einer annähernd
zylindrischen, drehbaren Basis 8 befestigt, die von einer
ortsfesten Basis 7 über
ein Lager 6 drehbar gestützt wird, so dass die Bauteile
sich in Übereinstimmung
mit der Rotation der drehbaren Basis 8 um das Objekt 4 drehen.
Die Rotation der Röntgenröhrenanordnung 1 und
des Detektors 5, die einander gegenüberliegen, um das Objekt 4 herum ermöglicht es,
Projektionsdaten zu erhalten, die alle Winkel jedes Punktes in einem
Untersuchungsabschnitt des Objekts 4 abdecken, und aus
den Daten erhält
man unter Verwendung eines vorher programmierten Rekonfigurationsprogramms
ein tomographisches Bild.
-
Bei
der CT-Scannervorrichtung ist die innere Umfangsfläche der
ortsfesten Basis 7 so ausgebildet, dass sie einen großen Durchmesser
von etwa 1m hat, damit das Objekt 4 in sie hineingeführt werden kann.
Daher wird das sogenannte ultradünne
Wälzlager,
dessen Querschnitt in Bezug auf den Durchmesser extrem klein ist,
als Lager 6 zwischen der ortsfesten Basis 7 und
der drehbaren Basis 8 verwendet.
-
4 zeigt
eine Vorderansicht eines Käfigs 22,
der bei dem Lager 6 der CT-Scannervorrichtung gemäß 3 verwendet
wird. Der Käfig 22 besteht aus
einem Kunststoff und setzt sich aus einer Mehrzahl von bogenförmigen Segmenten 24 zusammen, die
so miteinander verbunden sind, dass sie einen Ring bilden. Wie in 5 dargestellt,
ist das Segment 24 mit einem bogenförmigen Basisabschnitt 26, mit
Polabschnitten 28, die sich in Form eines Auslegers von
dem Basisabschnitt 26 erstrecken, und mit einer Vielzahl
von Taschen 30a und 30b versehen, die zwischen
den benachbarten Polabschnitten 28 ausgebildet sind. Die
Polabschnitte 28 erstrecken sich in einer axialen Richtung über einen
Teilkreis eines Wälzkörpers (Kugel)
hinaus, wie in 5 mit einer strichpunktierten
Linie dargestellt. Bei dem dargestellten Beispiel haben die Taschen 30a und 30b zwei
Arten von Formen. So gibt es die erste Tasche 30a, deren
Wandung auf einer Kugeleinsatzseite (Oberseite in 5)
bezogen auf eine Taschenmitte (in dem vorstehenden Teilkreis in 5)
in Draufsicht die Form einer ausgesparten Bogenfläche hat,
und die zweite Tasche 30b, deren Wandung in axialer Richtung
als gerade Fläche
ausgebildet ist. Die ersten Taschen 30a und die zweiten
Taschen 30b treten in Umfangsrichtung abwechselnd auf.
Bei jeder Tasche ist ein Querschnitt in einer radialen Richtung (ein
Querschnitt senkrecht zur Ebene von 5) eine
ausgesparte gekrümmte
Fläche,
deren Krümmungsmittelpunkt
die Taschenmitte ist.
-
Um
Kugeln in die Taschen 30a und 30b einzusetzen,
wird die Kugel durch einen Kugeleinsatzabschnitt der Taschen 30a und 30b in
einen tieferen Bereich gedrückt.
Zu diesem Zeitpunkt ist es notwendig, die Kugel einzusetzen, während die
Polabschnitte 28 auf der Einsatzseite in der ersten Tasche 30a ausgedehnt
werden. Für
die zweite Tasche 30b ist dieser Aufwand jedoch nicht erforderlich,
wodurch es möglich
ist, den Prozess des Einsetzens der Kugeln in den Käfig 22 zu
vereinfachen. Die Form und der Aufbau der Taschen 30a und 30b,
wie sie vorstehend beschrieben sind, sind nur Beispiele, d.h. es
sind auch Taschen mit verschiedenen Formen und Strukturen gemäß den Betriebsbedingungen
des Lagers etc. erhältlich.
So können
die Taschen beispielsweise in einer einzigen Form vorliegen.
-
An
beiden Enden jedes Segments
24 sind Verbindungsabschnitte
zum Verbinden der benachbarten Segmente miteinander vorgesehen.
In diesem Fall dienen Verbindungsabschnitte
32a und
32b als Beispiel,
die mit den Verbindungsabschnitten der in Umfangsrichtung anzuschließenden Segmente
in Eingriff gebracht werden, mit Vorsprüngen und Vertiefungen. Einer
der Verbindungsabschnitte
32a hat die Form eines Vorsprungs,
dessen Spitze breit ist. Im Fall eines dargestellten Beispiels setzt
sich der Verbindungsabschnitt
32a aus einem annähernd zylindrischen
Flächenabschnitt,
der sich in radialer Richtung des Käfigs erstreckt, und einem Halsabschnitt
zusammen, der schmäler
ist als der zylindrische Flächenabschnitt.
Der andere Verbindungsabschnitt
32b ist als Vertiefung
mit zylindrischer Fläche ausgebildet,
die in den vorgenannten, als Vorsprung ausgebildeten Verbindungsabschnitt
32a passt.
Um die benachbarten Segmente
24 miteinander zu verbinden,
wird der Verbindungsabschnitt (beispielsweise
32a) eines
Segments in radialer Richtung in den Verbindungsabschnitt (beispielsweise
32b)
des anderen Segments gedrückt.
Somit werden die Verbindungsabschnitte
32a und
32b miteinander
in Eingriff gebracht, und es wird verhindert, dass sich die Segmente
24 in
Umfangsrichtung voneinander lösen.
Zitierte
Patentliteratur 1: ungeprüfte
japanische Patentveröffentlichung
Nr.
2001-304266 .
Zitierte
Patentliteratur 2: ungeprüfte
japanische Patentveröffentlichung
Nr.
2002-81442 .
Zitierte
Patentliteratur 3: ungeprüfte
japanische Patentveröffentlichung
Nr.
2004-218745 .
-
OFFENBARUNG DER ERFINDUNG VON DER ERFINDUNG
ZU LÖSENDES
PROBLEM
-
Wie
vorstehend beschrieben, wird ein Kunststoffkäfig, der sich aus einer Mehrzahl
von Segmenten zusammensetzt, für
das ultradünne
Wälzlager verwendet.
Dieser Käfig
ist ein Spritzgussprodukt, und als Material hierfür wird im
Allgemeinen ein faserverstärktes
Polyamidharz (PA66) verwendet.
-
PA66
hat jedoch einen größeren linearen Ausdehnungskoeffizienten
als Stahl, aus dem die Laufringe des Lagers bestehen. Die Toleranzvariation
von PA66 erweitert sich mit der Temperaturschwankung, und PA66 dehnt
sich durch die Absorption von Wasser aus, so dass die Umfangslänge des Käfigs im
Fall des großen
Lagers beträchtlich
variiert. Die Variation der Umfangslänge des Käfigs nimmt den Raum eines Führungsspiels
zu den Laufringen ein und bewirkt somit eine akustische Belästigung und
blockiert das Lager.
-
Eine
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht darin, Probleme wie die
akustische Belästigung
und das Blockieren des Lagers zu lösen, indem ein Führungsspiel
eines Kunststoffkäfigs
eines Wälzlagers
sichergestellt wird.
-
MITTEL ZUM LÖSEN DES
PROBLEMS
-
Um
diese Probleme zu lösen,
hat gemäß der vorliegenden
Erfindung ein Kunststoffkäfig
keinen einstückigen
Aufbau, sondern weist dadurch einen Öffnungsabschnitt auf, dass
der Käfig
an einem Bereich in Umfangsrichtung geteilt wird. Die Länge des Öffnungsabschnitts
in Umfangsrichtung wird auf einem Betrag der Variation der Umfangslänge des
Käfigs
oder mehr gehalten.
-
Mit
anderen Worten: Der Kunststoffkäfig
für das
Wälzlager
gemäß der vorliegenden
Erfindung ist ein Käfig,
der mit dem Öffnungsabschnitt
versehen wird, indem ein Bereich in Umfangsrichtung geteilt wird.
Die Umfangslänge
des Öffnungsabschnitts
wird auf die Gesamtsumme einer Ausdehnung durch Temperaturschwankungen,
einer Ausdehnung durch Schwankungen der Wasserabsorption und einer
Umfangslänge
zur Sicherstellung eines Führungsspiels festgelegt.
-
Der
Kunststoffkäfig
für das
Wälzlager
kann ein Käfig
des Segmenttyps sein, der sich aus einer Mehrzahl von Segmenten
zusammensetzt.
-
Bei
einem Wälzlager,
das einen inneren Laufring, einen äußeren Laufring und eine Vielzahl von
Wälzkörpern aufweist,
die zwischen den Laufrillen des inneren und des äußeren Laufrings angeordnet
sind, kann ein Kunststoffkäfig
für das
Wälzlager die
Wälzkörper in
Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandet
halten.
-
Das
Verhältnis
dW/PCD des Durchmessers dW des Wälzkörpers zu
dem Teilkreisdurchmesser PCD kann 0,03 oder weniger betragen.
-
WIRKUNG DER ERFINDUNG
-
Gemäß der vorliegenden
Erfindung wird der Öffnungsabschnitt
sichergestellt, wenn die Umfangslänge des Käfigs gemäß der Temperaturschwankung oder
einer Schwankung der Wasserabsorption variiert, insbesondere, wenn
sich der Käfig
in Umfangsrichtung ausdehnt. Daher ist es möglich, das Auftreten von akustischen
Belästigungen
und das Blockieren des Lagers zu verhindern.
-
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNG
-
In
der Zeichnung zeigen:
-
1 eine
Vorderansicht eines Käfigs
gemäß einer
Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
-
2 einen
Schnitt durch ein Wälzlager
gemäß der Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung;
-
3 eine
Schnittdarstellung einer CT-Scannervorrichtung;
-
4 eine
Vorderansicht eines Käfigs
gemäß der herkömmlichen
Technologie; und
-
5 eine
vergrößerte Sprengansicht
eines Segments in dem Käfig
gemäß 4.
-
- 10
- Wälzlager
- 12
- innerer
Laufring
- 14
- äußerer Laufring
- 16
- Wälzkörper (Kugel)
- 18
- Käfig
-
BESTE ART DER AUSFÜHRUNG DER
ERFINDUNG
-
Nachfolgend
wird eine Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung unter Bezugnahme auf die Zeichnung beschrieben.
-
Zunächst wird
der Aufbau eines in 2 dargestellten Wälzlagers 10 beschrieben.
Das Lager 10 setzt sich aus einem inneren Laufring 12,
einem äußeren Laufring 14,
Wälzkörpern (Kugeln) 16 und
einem Käfig 18 zusammen.
Der innere Laufring 12 weist in seiner äußeren Umfangsfläche eine
Laufrille auf. Der äußere Laufring 14 weist
in seiner inneren Umfangsfläche
eine Laufrille auf. Eine Vielzahl von Wälzkörpern 16 ist drehbar
zwischen den Laufrillen des inneren und des äußeren Laufrings 12 und 14 angeordnet.
Der Käfig 18,
der zwischen den inneren und äußeren Laufringen 12 und 14 liegt,
hält die Wälzkörper 16 in
Umfangsrichtung gleichmäßig beabstandet.
Im Allgemeinen existiert eine Dichtung, um den Lagerzwischenraum
zwischen den inneren und äußeren Laufringen 12 und 14 abzudichten
und zu verhindern, dass ein Schmiermittel austritt und dass Fremdstoffe
von außen
eindringen; diese Dichtung ist in der Zeichnung jedoch nicht dargestellt.
-
Im
Fall eines Lagers 6 für
die vorgenannte CT-Scannervorrichtung gemäß 4 wird ein
ultradünnes
Wälzlager
verwendet, bei dem das Verhältnis des
Durchmessers dB des Wälzkörpers (Kugel) 16 zum
Teilkreisdurchmesser PCD auf 0,03 oder weniger festgelegt wird (dB/PCD ≤ 0,03). Wenn
beispielsweise der Durchmesser dB der Kugel ½ Inch (12,7 mm) beträgt und der
PCD 1041,4 mm beträgt,
so ist das Verhältnis
zwischen diesen Werten 0,012.
-
Der
Käfig 18 ist,
wie durch das Bezugszeichen 20 in 1 dargestellt,
kein Ring in perfekter Kreisform, sondern ist an einem Bereich in
Umfangsrichtung geteilt. Diese Ausführungsform zeigt den Fall eines
Käfigs
des Segmenttyps. Ein Verbindungsverfahren zwischen den Segmenten
ist hier nicht von Bedeutung. Der Käfig muss nicht notwendigerweise immer
ein Käfig
des Segmenttyps sein, sondern kann auch eine andere Art von Käfig sein.
Der Käfig 8 weist
Taschen auf, um die Wälzkörper 6 aufzunehmen
(nicht dargestellt).
-
Nachfolgend
wird ein Berechnungsbeispiel beschrieben, wobei ein Fall als Beispiel
genommen wird, bei dem der PCD ∅1000 mm und das Führungsspiel
zwischen dem inneren Laufring 12 und dem Käfig 18 1
mm betragen. Das Material des inneren Laufrings 12 ist
Lagerstahl und das Material des Käfigs 18 ist PA66.
Als repräsentative
Eigenschaften ist der lineare Ausdehnungskoeffizient des Stahls
1,2 × 10–5,
der lineare Ausdehnungskoeffizient von PA66 ist 8 × 10–5,
und der Betrag der Variation der Abmessungen von PA66 ist 0,13%,
wenn der Wasserabsorptionskoeffizient um 1% variiert. Es wird angenommen,
dass die Umgebungstemperatur zwischen 20 und 60 Grad Celsius variiert,
und dass der Wasserabsorptionskoeffizient zwischen 1,5% und 2,5% variiert.
-
Zunächst erhält man die
Umfangslänge
L (mm) des Käfigs 18 durch
folgende Gleichung: L = PCD × π = 1000 × 3,14159 = 3142.
-
Der
Betrag δt
(mm) der Ausdehnung des Käfigs 18 aufgrund
der Wirkung von Temperaturschwankungen, mit anderen Worten der Wert
der Wärmeausdehnung,
ist durch folgende Gleichung zu erhalten, wobei der Unterschied
der linearen Ausdehnung zum Innenring 12 in Betracht gezogen
wird: δt
= (8 – 1,2) × 10 – 5 × 3142 × 40 = 8,55.
-
Der
Betrag δw
(mm) der Ausdehnung des Käfigs 18 durch
die Wirkung der Schwankung der Wasserabsorption, mit anderen Worten
der Betrag der Ausdehnung durch Wasserabsorption, ist durch folgende
Gleichung zu erhalten: δw = 0,0013 × 3142 × 1 = 4,08.
-
Der
Zuwachs δc
(mm) der Umfangslänge des
Käfigs
durch die Wirkung des Führungsspiels, mit
anderen Worten der Betrag, der erforderlich ist, um das Führungsspiel
von 1 mm zu bilden, ist durch folgende Gleichung zu erhalten: δc
= 1 × π = 3,14.
-
Folglich
erhält
man den Betrag Δ (mm)
der Variation der Abmessungen des Käfigs durch folgende Gleichung: Δ = δt + δw + δc = 15,77.
-
Somit
stellt sich im Fall dieses Beispiels heraus, dass die Umfangslänge des Öffnungsabschnitts (20)
auf 15,77 mm oder mehr festgelegt werden sollte.
-
Die
vorliegende Erfindung ist nicht auf die oben beschriebene Ausführungsform
beschränkt, sondern
kann natürlich
auf verschiedene Arten modifiziert werden, ohne vom Kern der vorliegenden
Erfindung abzuweichen.
-
Zusammenfassung
-
Probleme
einer akustischen Belästigung
und des Blockierens eines Lagers werden gelöst, indem ein Führungsspiel
eines Kunststoffkäfigs 18 eines Wälzlagers 10 sichergestellt
wird.
-
Der
Kunststoffkäfig 18 wird
an einem Bereich in Umfangsrichtung geteilt, um einen Öffnungsabschnitt 20 zu
schaffen. Die Umfangslänge
des Öffnungsabschnitts 20 wird
auf die Gesamtsumme einer Ausdehnung durch Temperaturschwankungen,
einer Ausdehnung durch Schwankungen der Wasserabsorption und einer
Umfangslänge
zur Sicherstellung des Führungsspiels
festgelegt.