JP2004019921A - 超薄肉形転がり軸受 - Google Patents
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Abstract
【課題】超薄肉形転がり軸受５５用セグメントタイプ保持器４の挙動を安定させて異音の発生を防止する。
【解決手段】（イ）軸受鋼に対する線膨張係数比が２以下もしくは（ロ）吸水率が０．５％以下または（イ）（ロ）両方の条件を具備する樹脂材料で保持器４を形成することにより、円環形状一体形の設計を成立させる。
【選択図】 図１
【解決手段】（イ）軸受鋼に対する線膨張係数比が２以下もしくは（ロ）吸水率が０．５％以下または（イ）（ロ）両方の条件を具備する樹脂材料で保持器４を形成することにより、円環形状一体形の設計を成立させる。
【選択図】 図１
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、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転がり軸受に関し、より詳しくは、超薄肉形転がり軸受に組み込む樹脂製のセグメントタイプ保持器の挙動を安定させ、保持器が軌道輪に接触したときに発生する擦れ音を低減させるようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
図８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５０で発生したＸ線を、その強度分布を一様ならしめるウエッジフィルター５１、強度分布を制限するスリット５２を介して被写体５３に照射する。被写体５３を通過したＸ線は検出器５４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ーに送られる。Ｘ線管装置５０、ウエッジフィルター５１、スリット５２、検出器５４などの各部品は、軸受５５を介して固定架台５６に回転自在に支持された略円筒状の回転架台５７に装着され、この回転架台５７の回転駆動によって被写体５３の周囲を回転する。ＣＴスキャナ装置では、互いに対向させたＸ線管装置５０および検出器５４の被写体５３まわりの回転運動により、被写体５３の検査断面内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。
【０００３】
ＣＴスキャナ装置においては、固定架台５６の内周が被写体５３が入る程度（概ね直径１ｍ程度）に形成されるため、固定架台５６と回転架台５７との間の軸受５５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。
【０００４】
ＣＴスキャナ装置用の超薄肉形転がり軸受には、保持器として樹脂製のものが多用されている。この樹脂製保持器は、複数の円弧状のセグメントを環状に連結したもので、隣り合ったセグメントどうしが端部にて凹凸嵌合している。各セグメントは射出成形品であり、その材質として一般的に繊維強化ポリアミド樹脂（ＰＡ６６）が使用される。ＰＡ６６は軸受の軌道輪材料である軸受鋼より線膨張係数が大きく、温度変化により寸法差が拡大し、または吸水により膨張する性質があるため、大型軸受の場合、保持器円周長さが大幅に変化する。全セグメントを接合すると、この保持器円周長さの変化により軌道輪との案内すきまがなくなる可能性もあるため、すべてのセグメントを接合せずに一ヶ所すきまＧが開いた状態（非接合状態）で使用される（図１０）。
【０００５】
この種の超薄肉形転がり軸受の従来の技術は、たとえば特開平２０００−３２９１４３号公報、同２００１−３０４２６６号公報、同２００２−８１４４２号公報に記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
保持器を構成する樹脂製セグメントは、射出成形品であるため、成形誤差等によって凹凸嵌合部のはめあいがルーズになる場合がある。はめあいがルーズであると、図９に示すように、隣接するセグメント４１０，４２０間でずれを生じるおそれがある。図９は右側のセグメント４２０が内径側にずれた場合を例示したものである。
【０００７】
超薄肉形転がり軸受の保持器４００は一般に軌道輪案内で使用され、図９には外輪案内の場合を例示してある。軌道輪案内保持器は、軌道輪の保持器案内面（外輪内径面または内輪外径面）によってラジアル方向に案内（心出し）され、軌道輪の保持器案内面と保持器外径面（または内径面）とのラジアル方向のすきまを適切に保って、保持器の振れ回りを防ぐようにしている。そして、保持器は、軸受の回転に伴い、図９に符合Ｓで示す保持器の案内すきまＳの範囲内で半径方向に移動しながら、案内方式によって外輪１００、内輪２００、転動体３００のいずれかより駆動力を受けて回転する。そのため、たとえば外輪案内保持器の場合、図９に示すようにセグメント４２０のずれが生じた場合、保持器４００の回転に伴い、当該セグメント４２０の端部４２１が本来接触するはずのない内輪２００の外周に接触し（以下、これを「異常接触」と称する。）、これが打音や振動音響等の異音発生の要因となる場合がある。
【０００８】
また、軸受の内部すきまや使用条件によっては転動体の進み遅れが発生する。従来のようにすべてのセグメントを接合せずに一ヶ所すきまが開いた状態（非接合状態）で使用すると、転動体の進み遅れにより保持器の挙動が不安定になり、保持器が軌道輪と接触して発する擦れ音や、非接合部のセグメントが軌道輪を叩く打音が発生しやすくなる。高速で回転し静粛性が求められるＣＴスキャナ等に使用される軸受ではこのような擦れ音も問題となる。
【０００９】
本発明の目的は、超薄肉形転がり軸受におけるこのような異音の発生を防止または抑制することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１ないし３の発明は、内輪と、外輪と、内外輪の軌道面間に介装された複数の転動体と、円周方向に複数のセグメントを結合して環状に形成され転動体を収容するためのポケットを有する保持器とを備え、前記転動体の直径とピッチ円直径との比を０．０３以下とした超薄肉形転がり軸受において、（イ）軸受鋼に対する線膨張係数比が１以上２以下、（ロ）吸水率が０〜０．５％、のいずれか又は両方を満足する樹脂材料で保持器を形成したことを特徴とするものである。
【００１１】
このような構成を採用することによってセグメントが伸縮しにくくなるため、円環形状一体形の保持器を成立させることができる。その結果、保持器の挙動が安定し、異音の防止ないしは抑制が実現する。従来は保持器材質としてＰＡ６６を使用するために、非接合部を設ける必要があったが、伸縮しにくい材料（鋼に対する線膨張係数比が小さく、ほとんど吸水しない材料）を選定することで円環形状一体形の保持器が使用可能となる。セグメントの非接合部を廃止して円環形状一体形とすることにより、転動体の進み遅れが発生しても保持器の挙動を安定させることができる。これによりセグメントの打音や擦れ音が緩和される。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１、２または３の超薄肉形転がり軸受において、保持器のポケット間の柱部にスリットを設けたことを特徴とするものである。スリットを設けることによって柱部が弾性変形しやすくなるため、ボールを挿入するために要する力（ボール挿入力）が小さくなり、ボールの組み込み作業が容易となる。たとえば、スリットの設定によって一ポケット当たりのボール挿入力を３ｋｇｆ以下にすることができる。
【００１３】
請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれかの超薄肉形転がり軸受において、保持器にボール拘束ポケットとボール非拘束ポケットを交互に配し、ボール拘束ポケットの入口径をボール直径の９０〜９８％としたことを特徴とするものである。これにより、あるいは請求項４の発明との相乗効果として、ボールの組み込み性が改善される。
【００１４】
請求項６の発明は、請求項１、２または３の超薄肉形転がり軸受において、保持器が、球面ポケットによりボールを保持する、ボール案内の冠形保持器であって、かつ、段差付き断面構造であることを特徴とするものである。ボール案内保持器とすることによって、ボールの進み遅れが発生しても保持器の挙動を安定させることができるため、保持器が軌道輪に接触して発生させる擦れ音を防止ないしは抑制することができる。
【００１５】
請求項７の発明は、請求項６の超薄肉形転がり軸受において、保持器が、ボール直径をＤＢ、保持器の断面高さをＨ、保持器柱部の段差をｈとしたとき、０．４ＤＢ ＜ Ｈ ＜ ０．６ＤＢ、かつ、ｈ ＜ ０．８Ｈの条件を満たすことを特徴とするものである。
【００１６】
請求項８の発明は、内輪と、外輪と、内外輪の軌道面間に介装された複数の転動体と、円周方向に複数のセグメントを結合して環状に形成され転動体を収容するためのポケットを有する保持器とを備え、前記転動体の直径とピッチ円直径との比を０．０３以下とした超薄肉形転がり軸受において、前記保持器が、球面ポケットによりボールを保持する、ボール案内の冠形保持器であって、かつ、段差付き断面構造であることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項９の発明は、請求項８の超薄肉形転がり軸受において、保持器が、ボール直径をＤＢ、保持器の断面高さをＨ、保持器柱部の段差をｈとしたとき、０．４ＤＢ ＜ Ｈ ＜ ０．６ＤＢ、かつ、ｈ ＜ ０．８Ｈの条件を満たすことを特徴とするものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に従って詳細に説明する。
【００１９】
図１にＣＴスキャナ装置に用いられる超薄肉形転がり軸受５５の断面構造を示す。この軸受５５は、リング状の外輪１と、外輪１の内周側に同心配置した同じくリング状の内輪２と、外輪１の軌道面１ａと内輪２の軌道面２ａとの間に転動自在に介在させた転動体、つまりここではボール３と、ボール３を円周方向等間隔に保持するための保持器４と、軸受の両端開口部を密封するためのシール５ａ，５ｂとを主な構成要素としている。
【００２０】
図面には転動体３としてボールを例示してあるが、ころを使用することもできる。また、図示のように、転動体３の列数を一列とした単列軸受に限らず、二列の転動体を配した複列軸受を使用することも可能である。
【００２１】
この軸受はピッチ円直径ＰＣＤが５００ｍｍ〜１５００ｍｍ程度で、ボール３の直径ＤＢとピッチ円直径ＰＣＤとの比φを０．０３以下とした超薄肉形転がり軸受であり、たとえば、ボール直径が１／２インチ（１２．７ｍｍ）、ピッチ円直径ＰＣＤが１０４１．４ｍｍの場合、両者の比φの値は０．０１２となる。
【００２２】
外輪１の一端面に取付け孔８が形成され、この取付け孔８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、外輪１が図８に示したＣＴスキャナ装置の回転架台５７に固定される。内輪２にも取付け孔９が設けられており、この取付け孔９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輪２が固定架台５６に固定される。以上から、外輪１が回転架台５７と共に回転する回転部材となり、内輪２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、上記とは逆に外輪１を非回転の固定側、内輪２を回転架台５７と共に回転する回転側とすることもできる。
【００２３】
保持器４はセグメントタイプで、図２に示すように、複数の円弧状のセグメント４０を円周方向につなぎあわせて環状にしたものである。各セグメント４０は樹脂材料から射出成形によって形成される。図３および図４に示すように、各セグメント４０の両端に形成した凸状もしくは凹状の嵌合部４４ａ，４４ｂを、結合相手となるセグメント端部の凹状もしくは凸状の嵌合部４４ｂ，４４ａと嵌合させ、円周方向で互いに係合させることによって隣り合ったセグメント４０どうしが連結され、環状の保持器４が形成される。なお、図３および図４はいずれも円弧状セグメントを直線状に展開した状態を示している。
【００２４】
図３および図４に例示したセグメント４０は、環状体を円周方向の複数箇所で分割した円弧形状をなす基部４１と、基部４１から軸方向の一方に延びる柱部４２とを備え、隣り合った柱部４２間にポケット（４３ａ，４３ｂ）が形成されている。ポケット（４３ａ，４３ｂ）は二種類ある。ボール３の保持機能および等配機能を有する第一ポケット４３ａと、ボール３の等配機能のみを有する第二ポケット４３ｂである。第一ポケット４３ａはポケット開口幅ＨＷ（図５（ａ）参照）がボール３の直径ＤＢよりも小さくなっていて、ボール３のポケット開口側への飛び出しが規制され、ボール３が第一ポケット４３ａ内に保持される。第二ポケット４３ｂはポケットの開口幅がボール３の直径よりも大きく、ボール３は軸方向に自由に移動可能である。したがって、第二ポケット４３ｂは第一ポケット４３ａのような保持機能は有さず、ボール３を等配する機能のみを有する。各セグメント４０にはこれら二種類のポケット４３ａ，４３ｂが円周方向で交互に形成されている。
【００２５】
ボール保持能力を有する第一ポケット４３ａと、ボール保持能力を有しない第二ポケット４３ｂの二種類を設けたのは、組込み性の観点から、ボールを拘束するポケットを一つおきとするためである。具体的には、ボール３の直径をＤＢ、ボール入口径をＨＷとすると、ＨＷ＝０．９０ＤＢ〜０．９８ＤＢが適している。ボールを拘束するポケットの締め代が大きいとボールの挿入が困難となり、また逆に小さいと衝撃等によりボールが脱落してしまう。よって、ボールの挿入が容易かつボールの脱落がない最適締め代に設定している。なお、ＨＷが大きいとボールに対する保持器の軸方向ガタが大きくなり、運転時の振動や音響の面で不利となるため、ＨＷ＝０．９０〜０．９４ＤＷの設定が更に好ましい。
【００２６】
ポケット４３ａ，４３ｂへのボール３の組み込みは、ポケット４３ａ，４３ｂの開口部から奥部側に向けてボール３を押し込むことによって行われる。この時、第一ポケット４３ａでは入口側の柱部４２を押し広げながらボール３を押し込む必要があるが、第二ポケット４３ｂではそのような手間を必要としないので、保持器４への転動体３の組込み工程を簡略化することができる。なお、上述したポケット４３ａ，４３ｂの形状や構造は例示にすぎず、たとえばポケットを単一形状とするなど、軸受の使用条件等に応じて種々の形状、構造のポケットを採用することが可能である。
【００２７】
第一ポケット４３ａおよび第二ポケット４３ｂのいずれも、ボール３の表面とポケットの内面（ポケット面）４７との間にはポケットすきまがあり、軸受の回転中はポケットすきまの存在によって保持器４が半径方向に移動する。この移動に伴い、保持器４が内輪２の外周面２ｂまたは外輪１の内周面１ｂのいずれか一方に接触し、保持器４の回転が案内される。図１の実施の形態では、保持器外周４５を外輪内周１ｂに接触させて保持器４の回転を案内する外輪案内式の保持器４を例示しており、この外輪案内式では、保持器内周４６が内輪２の外周２ｂと非接触となるよう軸受が設計される。
【００２８】
図１０に関連して既に述べたように、従来、複数個の円弧状セグメントから構成される大型転がり軸受用保持器では、円周方向の一ヶ所に非接合すきま部Ｇが存在した。このすきまＧを設定する目的は、温度や吸水率の変化によって伸縮する保持器円周長さを調整することにあった。したがって、保持器を構成するセグメントに伸縮しにくい材料を使用することにより、すきま（非接合部）のない円環形状一体形でよいこととなる。
【００２９】
そこで、表１に各種樹脂材料についての検討結果を示す。表１中、右端欄の膨張収縮によるレースとの干渉は、ＮＴＮ株式会社製超薄肉軸受シリーズ品で確認した結果である。たとえば、ピッチ円直径ＰＣＤが１０００ ｍｍ、外輪と保持器との間の案内すきまが直径で１ｍｍの軸受で、ＰＡ６６（ナイロン６６）製保持器を使用し、雰囲気温度が２０℃から６０℃まで変化し、保持器の吸水率が２％から３％まで変化する場合を想定した場合、以下の影響を考慮すると案内すきまが−２．３ｍｍで軌道輪と干渉してしまう。
・温度変化の影響＝（４．５−１．２５）×１０−５×１０００×ΔＴ（６０−２０）＝１．３ ｍｍ
・保持器吸水膨張の影響＝０．１％（吸水率が１％増加したときの寸法変化率）×１０００＝１ｍｍ（５ｍｍ以内であれば、ボールが安定しており、音響の問題がなかった。）
【００３０】
【表１】
【００３１】
この検討結果から、伸縮しにくい材料として採用し得るのは次の条件を満たすものであることが判った。
（イ）線膨張係数比（樹脂／軸受鋼）が２以下
（ロ）吸水率が０．５％以下
【００３２】
ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）のような材料を用いると剛性（縦弾性係数）が高くなることから、ボールが組み込みにくくなる場合があるため、組込み性の改善を図るのが望ましい。たとえば、図５（ｂ）に示すようにポケット間の柱部４２にスリット４８を設けることにより、柱部４２が弾性変形しやすくなるため、組込み性の改善を図ることができる。ボールの挿入に要する力が１ポケット当たり３ｋｇｆ以下となるようなスリットの設定で、組込み性が良好となることが判った。表２にボール挿入力試験結果を示す。
【００３３】
【表２】
【００３４】
次に、図６および図７に示す実施の形態について説明する。なお、図６（ａ）は比較のために従来の保持器を示している。この実施の形態は保持器４をボール案内とすることにより、ボール３の進み遅れに拘らず保持器４の挙動を安定させ、軌道輪１または２に接触して擦れ音を発生させることがないようにしたものである。
【００３５】
図６（ｂ）および図７からわかるように、この実施の形態では、球面ポケット４３ｃをもった冠形保持器を使用する。冠形保持器は、弾性変形によって転動体と保持器とを組み合わせることができる形のつのをもった保持器で、軸受の片方の側面から押し込んで組み立てるようになっている。なお、セグメントタイプであることには変わりがない。
【００３６】
さらに、図６（ａ）の従来の保持器に比べて、図６（ｂ）に示す実施の形態では、保持器断面高さＨを軸方向から保持器４を挿入できる最大値を採り、保持器柱部の断面高さｈは保持器断面高さＨに対して符合４９で示す段差分だけぬすむことで決定される。保持器４はポケットすきまを有するため、ボール３に対する保持器４の径方向ガタが発生する。その径方向ガタよりも段差４９を大きくすることによってボール案内が成立する。Ｈおよびｈの値を次の関係を満足するように設定すれば、ボール案内保持器となる。
０．４ＤＢ ＜ Ｈ ＜ ０．６ＤＢ
ｈ ＜ ０．８Ｈ
【００３７】
このように段付き断面構造および球面ポケットをもった冠形保持器の採用によってボール案内が成立し、ボール案内とすることで、ボール３の進み遅れが発生しても保持器４の挙動を安定させ、また、軌道輪１または２に接触する擦れ音を対策することができる。したがって、この実施の形態の場合、保持器４は必ずしも円環形状一体形でなくてもよく、非接合部Ｇ（図１０）があってもよいと考えられる。
【００３８】
以上の説明では、図１で示すように保持器４の回転を保持器外周４５と外輪内周１ｂとの接触で案内する外輪案内形式の保持器４を例示したが、これに限定されることはなく、保持器４の回転を保持器内周４６と内輪外周２ｂとの接触で案内する内輪案内形式や、転動体３との接触のみで案内する転動体案内形式の保持器についても同様に本発明を適用することができる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、保持器の挙動が安定するため、保持器が軌道輪に接触して発生させる擦れ音その他の異音の低減が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す超薄肉形転がり軸受の断面図である。
【図２】保持器の概略構造を示す正面図である。
【図３】セグメントの嵌合部を示す部分平面図である。
【図４】セグメントの展開平面図である。
【図５】ａはスリット無しセグメントの拡大斜視図、
ｂはスリット付きセグメントの拡大斜視図である。
【図６】別の実施の形態を示す軸受の断面図である。
【図７】ａは図６におけるセグメントの展開平面図、ｂは断面図である。
【図８】ＣＴスキャナ装置の概略構造を示す断面図である。
【図９】セグメントの嵌合部にずれを生じた状態を示す断面図である。
【図１０】従来のセグメントタイプ保持器の正面図である。
【符号の説明】
１ 外輪
１ａ 軌道面
２ 内輪
２ａ 軌道面
３ 転動体
４ 保持器
４０ セグメント
４１ 基部
４２ 柱部
４３ａ 第一ポケット
４３ｂ 第二ポケット
４３ｃ 球面ポケット
４４ａ 凹状嵌合部
４４ｂ 凸状嵌合部
４５ 保持器外周
４６ 保持器内周
４７ ポケット面
４８ スリット
４９ 段差（ぬすみ）
【発明の属する技術分野】
本発明は、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転がり軸受に関し、より詳しくは、超薄肉形転がり軸受に組み込む樹脂製のセグメントタイプ保持器の挙動を安定させ、保持器が軌道輪に接触したときに発生する擦れ音を低減させるようにしたものである。
【０００２】
【従来の技術】
図８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５０で発生したＸ線を、その強度分布を一様ならしめるウエッジフィルター５１、強度分布を制限するスリット５２を介して被写体５３に照射する。被写体５３を通過したＸ線は検出器５４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ーに送られる。Ｘ線管装置５０、ウエッジフィルター５１、スリット５２、検出器５４などの各部品は、軸受５５を介して固定架台５６に回転自在に支持された略円筒状の回転架台５７に装着され、この回転架台５７の回転駆動によって被写体５３の周囲を回転する。ＣＴスキャナ装置では、互いに対向させたＸ線管装置５０および検出器５４の被写体５３まわりの回転運動により、被写体５３の検査断面内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。
【０００３】
ＣＴスキャナ装置においては、固定架台５６の内周が被写体５３が入る程度（概ね直径１ｍ程度）に形成されるため、固定架台５６と回転架台５７との間の軸受５５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。
【０００４】
ＣＴスキャナ装置用の超薄肉形転がり軸受には、保持器として樹脂製のものが多用されている。この樹脂製保持器は、複数の円弧状のセグメントを環状に連結したもので、隣り合ったセグメントどうしが端部にて凹凸嵌合している。各セグメントは射出成形品であり、その材質として一般的に繊維強化ポリアミド樹脂（ＰＡ６６）が使用される。ＰＡ６６は軸受の軌道輪材料である軸受鋼より線膨張係数が大きく、温度変化により寸法差が拡大し、または吸水により膨張する性質があるため、大型軸受の場合、保持器円周長さが大幅に変化する。全セグメントを接合すると、この保持器円周長さの変化により軌道輪との案内すきまがなくなる可能性もあるため、すべてのセグメントを接合せずに一ヶ所すきまＧが開いた状態（非接合状態）で使用される（図１０）。
【０００５】
この種の超薄肉形転がり軸受の従来の技術は、たとえば特開平２０００−３２９１４３号公報、同２００１−３０４２６６号公報、同２００２−８１４４２号公報に記載されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
保持器を構成する樹脂製セグメントは、射出成形品であるため、成形誤差等によって凹凸嵌合部のはめあいがルーズになる場合がある。はめあいがルーズであると、図９に示すように、隣接するセグメント４１０，４２０間でずれを生じるおそれがある。図９は右側のセグメント４２０が内径側にずれた場合を例示したものである。
【０００７】
超薄肉形転がり軸受の保持器４００は一般に軌道輪案内で使用され、図９には外輪案内の場合を例示してある。軌道輪案内保持器は、軌道輪の保持器案内面（外輪内径面または内輪外径面）によってラジアル方向に案内（心出し）され、軌道輪の保持器案内面と保持器外径面（または内径面）とのラジアル方向のすきまを適切に保って、保持器の振れ回りを防ぐようにしている。そして、保持器は、軸受の回転に伴い、図９に符合Ｓで示す保持器の案内すきまＳの範囲内で半径方向に移動しながら、案内方式によって外輪１００、内輪２００、転動体３００のいずれかより駆動力を受けて回転する。そのため、たとえば外輪案内保持器の場合、図９に示すようにセグメント４２０のずれが生じた場合、保持器４００の回転に伴い、当該セグメント４２０の端部４２１が本来接触するはずのない内輪２００の外周に接触し（以下、これを「異常接触」と称する。）、これが打音や振動音響等の異音発生の要因となる場合がある。
【０００８】
また、軸受の内部すきまや使用条件によっては転動体の進み遅れが発生する。従来のようにすべてのセグメントを接合せずに一ヶ所すきまが開いた状態（非接合状態）で使用すると、転動体の進み遅れにより保持器の挙動が不安定になり、保持器が軌道輪と接触して発する擦れ音や、非接合部のセグメントが軌道輪を叩く打音が発生しやすくなる。高速で回転し静粛性が求められるＣＴスキャナ等に使用される軸受ではこのような擦れ音も問題となる。
【０００９】
本発明の目的は、超薄肉形転がり軸受におけるこのような異音の発生を防止または抑制することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
請求項１ないし３の発明は、内輪と、外輪と、内外輪の軌道面間に介装された複数の転動体と、円周方向に複数のセグメントを結合して環状に形成され転動体を収容するためのポケットを有する保持器とを備え、前記転動体の直径とピッチ円直径との比を０．０３以下とした超薄肉形転がり軸受において、（イ）軸受鋼に対する線膨張係数比が１以上２以下、（ロ）吸水率が０〜０．５％、のいずれか又は両方を満足する樹脂材料で保持器を形成したことを特徴とするものである。
【００１１】
このような構成を採用することによってセグメントが伸縮しにくくなるため、円環形状一体形の保持器を成立させることができる。その結果、保持器の挙動が安定し、異音の防止ないしは抑制が実現する。従来は保持器材質としてＰＡ６６を使用するために、非接合部を設ける必要があったが、伸縮しにくい材料（鋼に対する線膨張係数比が小さく、ほとんど吸水しない材料）を選定することで円環形状一体形の保持器が使用可能となる。セグメントの非接合部を廃止して円環形状一体形とすることにより、転動体の進み遅れが発生しても保持器の挙動を安定させることができる。これによりセグメントの打音や擦れ音が緩和される。
【００１２】
請求項４の発明は、請求項１、２または３の超薄肉形転がり軸受において、保持器のポケット間の柱部にスリットを設けたことを特徴とするものである。スリットを設けることによって柱部が弾性変形しやすくなるため、ボールを挿入するために要する力（ボール挿入力）が小さくなり、ボールの組み込み作業が容易となる。たとえば、スリットの設定によって一ポケット当たりのボール挿入力を３ｋｇｆ以下にすることができる。
【００１３】
請求項５の発明は、請求項１ないし４のいずれかの超薄肉形転がり軸受において、保持器にボール拘束ポケットとボール非拘束ポケットを交互に配し、ボール拘束ポケットの入口径をボール直径の９０〜９８％としたことを特徴とするものである。これにより、あるいは請求項４の発明との相乗効果として、ボールの組み込み性が改善される。
【００１４】
請求項６の発明は、請求項１、２または３の超薄肉形転がり軸受において、保持器が、球面ポケットによりボールを保持する、ボール案内の冠形保持器であって、かつ、段差付き断面構造であることを特徴とするものである。ボール案内保持器とすることによって、ボールの進み遅れが発生しても保持器の挙動を安定させることができるため、保持器が軌道輪に接触して発生させる擦れ音を防止ないしは抑制することができる。
【００１５】
請求項７の発明は、請求項６の超薄肉形転がり軸受において、保持器が、ボール直径をＤＢ、保持器の断面高さをＨ、保持器柱部の段差をｈとしたとき、０．４ＤＢ ＜ Ｈ ＜ ０．６ＤＢ、かつ、ｈ ＜ ０．８Ｈの条件を満たすことを特徴とするものである。
【００１６】
請求項８の発明は、内輪と、外輪と、内外輪の軌道面間に介装された複数の転動体と、円周方向に複数のセグメントを結合して環状に形成され転動体を収容するためのポケットを有する保持器とを備え、前記転動体の直径とピッチ円直径との比を０．０３以下とした超薄肉形転がり軸受において、前記保持器が、球面ポケットによりボールを保持する、ボール案内の冠形保持器であって、かつ、段差付き断面構造であることを特徴とするものである。
【００１７】
請求項９の発明は、請求項８の超薄肉形転がり軸受において、保持器が、ボール直径をＤＢ、保持器の断面高さをＨ、保持器柱部の段差をｈとしたとき、０．４ＤＢ ＜ Ｈ ＜ ０．６ＤＢ、かつ、ｈ ＜ ０．８Ｈの条件を満たすことを特徴とするものである。
【００１８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に従って詳細に説明する。
【００１９】
図１にＣＴスキャナ装置に用いられる超薄肉形転がり軸受５５の断面構造を示す。この軸受５５は、リング状の外輪１と、外輪１の内周側に同心配置した同じくリング状の内輪２と、外輪１の軌道面１ａと内輪２の軌道面２ａとの間に転動自在に介在させた転動体、つまりここではボール３と、ボール３を円周方向等間隔に保持するための保持器４と、軸受の両端開口部を密封するためのシール５ａ，５ｂとを主な構成要素としている。
【００２０】
図面には転動体３としてボールを例示してあるが、ころを使用することもできる。また、図示のように、転動体３の列数を一列とした単列軸受に限らず、二列の転動体を配した複列軸受を使用することも可能である。
【００２１】
この軸受はピッチ円直径ＰＣＤが５００ｍｍ〜１５００ｍｍ程度で、ボール３の直径ＤＢとピッチ円直径ＰＣＤとの比φを０．０３以下とした超薄肉形転がり軸受であり、たとえば、ボール直径が１／２インチ（１２．７ｍｍ）、ピッチ円直径ＰＣＤが１０４１．４ｍｍの場合、両者の比φの値は０．０１２となる。
【００２２】
外輪１の一端面に取付け孔８が形成され、この取付け孔８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、外輪１が図８に示したＣＴスキャナ装置の回転架台５７に固定される。内輪２にも取付け孔９が設けられており、この取付け孔９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輪２が固定架台５６に固定される。以上から、外輪１が回転架台５７と共に回転する回転部材となり、内輪２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、上記とは逆に外輪１を非回転の固定側、内輪２を回転架台５７と共に回転する回転側とすることもできる。
【００２３】
保持器４はセグメントタイプで、図２に示すように、複数の円弧状のセグメント４０を円周方向につなぎあわせて環状にしたものである。各セグメント４０は樹脂材料から射出成形によって形成される。図３および図４に示すように、各セグメント４０の両端に形成した凸状もしくは凹状の嵌合部４４ａ，４４ｂを、結合相手となるセグメント端部の凹状もしくは凸状の嵌合部４４ｂ，４４ａと嵌合させ、円周方向で互いに係合させることによって隣り合ったセグメント４０どうしが連結され、環状の保持器４が形成される。なお、図３および図４はいずれも円弧状セグメントを直線状に展開した状態を示している。
【００２４】
図３および図４に例示したセグメント４０は、環状体を円周方向の複数箇所で分割した円弧形状をなす基部４１と、基部４１から軸方向の一方に延びる柱部４２とを備え、隣り合った柱部４２間にポケット（４３ａ，４３ｂ）が形成されている。ポケット（４３ａ，４３ｂ）は二種類ある。ボール３の保持機能および等配機能を有する第一ポケット４３ａと、ボール３の等配機能のみを有する第二ポケット４３ｂである。第一ポケット４３ａはポケット開口幅ＨＷ（図５（ａ）参照）がボール３の直径ＤＢよりも小さくなっていて、ボール３のポケット開口側への飛び出しが規制され、ボール３が第一ポケット４３ａ内に保持される。第二ポケット４３ｂはポケットの開口幅がボール３の直径よりも大きく、ボール３は軸方向に自由に移動可能である。したがって、第二ポケット４３ｂは第一ポケット４３ａのような保持機能は有さず、ボール３を等配する機能のみを有する。各セグメント４０にはこれら二種類のポケット４３ａ，４３ｂが円周方向で交互に形成されている。
【００２５】
ボール保持能力を有する第一ポケット４３ａと、ボール保持能力を有しない第二ポケット４３ｂの二種類を設けたのは、組込み性の観点から、ボールを拘束するポケットを一つおきとするためである。具体的には、ボール３の直径をＤＢ、ボール入口径をＨＷとすると、ＨＷ＝０．９０ＤＢ〜０．９８ＤＢが適している。ボールを拘束するポケットの締め代が大きいとボールの挿入が困難となり、また逆に小さいと衝撃等によりボールが脱落してしまう。よって、ボールの挿入が容易かつボールの脱落がない最適締め代に設定している。なお、ＨＷが大きいとボールに対する保持器の軸方向ガタが大きくなり、運転時の振動や音響の面で不利となるため、ＨＷ＝０．９０〜０．９４ＤＷの設定が更に好ましい。
【００２６】
ポケット４３ａ，４３ｂへのボール３の組み込みは、ポケット４３ａ，４３ｂの開口部から奥部側に向けてボール３を押し込むことによって行われる。この時、第一ポケット４３ａでは入口側の柱部４２を押し広げながらボール３を押し込む必要があるが、第二ポケット４３ｂではそのような手間を必要としないので、保持器４への転動体３の組込み工程を簡略化することができる。なお、上述したポケット４３ａ，４３ｂの形状や構造は例示にすぎず、たとえばポケットを単一形状とするなど、軸受の使用条件等に応じて種々の形状、構造のポケットを採用することが可能である。
【００２７】
第一ポケット４３ａおよび第二ポケット４３ｂのいずれも、ボール３の表面とポケットの内面（ポケット面）４７との間にはポケットすきまがあり、軸受の回転中はポケットすきまの存在によって保持器４が半径方向に移動する。この移動に伴い、保持器４が内輪２の外周面２ｂまたは外輪１の内周面１ｂのいずれか一方に接触し、保持器４の回転が案内される。図１の実施の形態では、保持器外周４５を外輪内周１ｂに接触させて保持器４の回転を案内する外輪案内式の保持器４を例示しており、この外輪案内式では、保持器内周４６が内輪２の外周２ｂと非接触となるよう軸受が設計される。
【００２８】
図１０に関連して既に述べたように、従来、複数個の円弧状セグメントから構成される大型転がり軸受用保持器では、円周方向の一ヶ所に非接合すきま部Ｇが存在した。このすきまＧを設定する目的は、温度や吸水率の変化によって伸縮する保持器円周長さを調整することにあった。したがって、保持器を構成するセグメントに伸縮しにくい材料を使用することにより、すきま（非接合部）のない円環形状一体形でよいこととなる。
【００２９】
そこで、表１に各種樹脂材料についての検討結果を示す。表１中、右端欄の膨張収縮によるレースとの干渉は、ＮＴＮ株式会社製超薄肉軸受シリーズ品で確認した結果である。たとえば、ピッチ円直径ＰＣＤが１０００ ｍｍ、外輪と保持器との間の案内すきまが直径で１ｍｍの軸受で、ＰＡ６６（ナイロン６６）製保持器を使用し、雰囲気温度が２０℃から６０℃まで変化し、保持器の吸水率が２％から３％まで変化する場合を想定した場合、以下の影響を考慮すると案内すきまが−２．３ｍｍで軌道輪と干渉してしまう。
・温度変化の影響＝（４．５−１．２５）×１０−５×１０００×ΔＴ（６０−２０）＝１．３ ｍｍ
・保持器吸水膨張の影響＝０．１％（吸水率が１％増加したときの寸法変化率）×１０００＝１ｍｍ（５ｍｍ以内であれば、ボールが安定しており、音響の問題がなかった。）
【００３０】
【表１】
この検討結果から、伸縮しにくい材料として採用し得るのは次の条件を満たすものであることが判った。
（イ）線膨張係数比（樹脂／軸受鋼）が２以下
（ロ）吸水率が０．５％以下
【００３２】
ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）のような材料を用いると剛性（縦弾性係数）が高くなることから、ボールが組み込みにくくなる場合があるため、組込み性の改善を図るのが望ましい。たとえば、図５（ｂ）に示すようにポケット間の柱部４２にスリット４８を設けることにより、柱部４２が弾性変形しやすくなるため、組込み性の改善を図ることができる。ボールの挿入に要する力が１ポケット当たり３ｋｇｆ以下となるようなスリットの設定で、組込み性が良好となることが判った。表２にボール挿入力試験結果を示す。
【００３３】
【表２】
次に、図６および図７に示す実施の形態について説明する。なお、図６（ａ）は比較のために従来の保持器を示している。この実施の形態は保持器４をボール案内とすることにより、ボール３の進み遅れに拘らず保持器４の挙動を安定させ、軌道輪１または２に接触して擦れ音を発生させることがないようにしたものである。
【００３５】
図６（ｂ）および図７からわかるように、この実施の形態では、球面ポケット４３ｃをもった冠形保持器を使用する。冠形保持器は、弾性変形によって転動体と保持器とを組み合わせることができる形のつのをもった保持器で、軸受の片方の側面から押し込んで組み立てるようになっている。なお、セグメントタイプであることには変わりがない。
【００３６】
さらに、図６（ａ）の従来の保持器に比べて、図６（ｂ）に示す実施の形態では、保持器断面高さＨを軸方向から保持器４を挿入できる最大値を採り、保持器柱部の断面高さｈは保持器断面高さＨに対して符合４９で示す段差分だけぬすむことで決定される。保持器４はポケットすきまを有するため、ボール３に対する保持器４の径方向ガタが発生する。その径方向ガタよりも段差４９を大きくすることによってボール案内が成立する。Ｈおよびｈの値を次の関係を満足するように設定すれば、ボール案内保持器となる。
０．４ＤＢ ＜ Ｈ ＜ ０．６ＤＢ
ｈ ＜ ０．８Ｈ
【００３７】
このように段付き断面構造および球面ポケットをもった冠形保持器の採用によってボール案内が成立し、ボール案内とすることで、ボール３の進み遅れが発生しても保持器４の挙動を安定させ、また、軌道輪１または２に接触する擦れ音を対策することができる。したがって、この実施の形態の場合、保持器４は必ずしも円環形状一体形でなくてもよく、非接合部Ｇ（図１０）があってもよいと考えられる。
【００３８】
以上の説明では、図１で示すように保持器４の回転を保持器外周４５と外輪内周１ｂとの接触で案内する外輪案内形式の保持器４を例示したが、これに限定されることはなく、保持器４の回転を保持器内周４６と内輪外周２ｂとの接触で案内する内輪案内形式や、転動体３との接触のみで案内する転動体案内形式の保持器についても同様に本発明を適用することができる。
【００３９】
【発明の効果】
本発明によれば、保持器の挙動が安定するため、保持器が軌道輪に接触して発生させる擦れ音その他の異音の低減が期待できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態を示す超薄肉形転がり軸受の断面図である。
【図２】保持器の概略構造を示す正面図である。
【図３】セグメントの嵌合部を示す部分平面図である。
【図４】セグメントの展開平面図である。
【図５】ａはスリット無しセグメントの拡大斜視図、
ｂはスリット付きセグメントの拡大斜視図である。
【図６】別の実施の形態を示す軸受の断面図である。
【図７】ａは図６におけるセグメントの展開平面図、ｂは断面図である。
【図８】ＣＴスキャナ装置の概略構造を示す断面図である。
【図９】セグメントの嵌合部にずれを生じた状態を示す断面図である。
【図１０】従来のセグメントタイプ保持器の正面図である。
【符号の説明】
１ 外輪
１ａ 軌道面
２ 内輪
２ａ 軌道面
３ 転動体
４ 保持器
４０ セグメント
４１ 基部
４２ 柱部
４３ａ 第一ポケット
４３ｂ 第二ポケット
４３ｃ 球面ポケット
４４ａ 凹状嵌合部
４４ｂ 凸状嵌合部
４５ 保持器外周
４６ 保持器内周
４７ ポケット面
４８ スリット
４９ 段差（ぬすみ）
Claims (9)
- 内輪と、外輪と、内外輪の軌道面間に介装された複数の転動体と、円周方向に複数のセグメントを結合して環状に形成され転動体を収容するためのポケットを有する保持器とを備え、前記転動体の直径とピッチ円直径との比を０．０３以下とした超薄肉形転がり軸受において、前記保持器を軸受鋼に対する線膨張係数比が１〜２の樹脂材料で形成したことを特徴とする超薄肉形転がり軸受。
- 内輪と、外輪と、内外輪の軌道面間に介装された複数の転動体と、円周方向に複数のセグメントを結合して環状に形成され転動体を収容するためのポケットを有する保持器とを備え、前記転動体の直径とピッチ円直径との比を０．０３以下とした超薄肉形転がり軸受において、前記保持器を吸水率が０〜０．５％以下の樹脂材料で形成したことを特徴とする超薄肉形転がり軸受。
- 内輪と、外輪と、内外輪の軌道面間に介装された複数の転動体と、円周方向に複数のセグメントを結合して環状に形成され転動体を収容するためのポケットを有する保持器とを備え、前記転動体の直径とピッチ円直径との比を０．０３以下とした超薄肉形転がり軸受において、前記保持器を軸受鋼に対する線膨張係数比が１〜２で、吸水率が０〜０．５％の樹脂材料で形成したことを特徴とする超薄肉形転がり軸受。
- 前記保持器のポケット間の柱部にスリットを設けたことを特徴とする請求項１、２または３の超薄肉形転がり軸受。
- 前記保持器にボール拘束ポケットとボール非拘束ポケットを交互に配し、ボール拘束ポケットの入口径をボール直径の９０〜９８％としたことを特徴とする請求項１ないし４のいずれかの超薄肉形転がり軸受。
- 前記保持器が、球面ポケットによりボールを保持する、ボール案内の冠形保持器であって、かつ、段差付き断面構造であることを特徴とする請求項１、２または３の超薄肉形転がり軸受。
- 前記保持器が、ボール直径をＤＢ、保持器の断面高さをＨ、保持器柱部の段差をｈとしたとき、０．４ＤＢ ＜ Ｈ ＜ ０．６ＤＢ、かつ、ｈ ＜ ０．８Ｈの条件を満たすことを特徴とする請求項６の超薄肉形転がり軸受。
- 内輪と、外輪と、内外輪の軌道面間に介装された複数の転動体と、円周方向に複数のセグメントを結合して環状に形成され転動体を収容するためのポケットを有する保持器とを備え、前記転動体の直径とピッチ円直径との比を０．０３以下とした超薄肉形転がり軸受において、前記保持器が、ボールを収容するためのポケットをもった複数の円弧状セグメントを環状に連結してなり、球面ポケットによりボールを保持する、ボール案内の冠形保持器であって、かつ、段差付き断面構造であることを特徴とする超薄肉形転がり軸受。
- 前記保持器が、ボール直径をＤＢ、保持器の断面高さをＨ、保持器柱部の段差をｈとしたとき、０．４ＤＢ ＜ Ｈ ＜ ０．６ＤＢ、かつ、ｈ ＜ ０．８Ｈの条件を満たすことを特徴とする請求項８の超薄肉形転がり軸受。
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